(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-08
(45)【発行日】2022-12-16
(54)【発明の名称】ＨＵＤシステム及びＨＵＤのための光学素子
(51)【国際特許分類】
G02B 27/01 20060101AFI20221209BHJP
G02B 5/08 20060101ALI20221209BHJP
B60K 35/00 20060101ALI20221209BHJP
【ＦＩ】
G02B27/01
G02B5/08 D
B60K35/00 A
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2018213904
(22)【出願日】2018-11-14
(65)【公開番号】P2019095786
(43)【公開日】2019-06-20
【審査請求日】2020-11-18
(31)【優先権主張番号】10-2017-0158610
(32)【優先日】2017-11-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】李 振鎬
(72)【発明者】
【氏名】エレーナ マリノフスカヤ
(72)【発明者】
【氏名】イーゴル ヤヌシク
(72)【発明者】
【氏名】モロゾフ アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】南 東▲ぎょん▼
(72)【発明者】
【氏名】崔 倫善
【審査官】山本 貴一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１６１７３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１４８１１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１７１５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２２９７５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１５５０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０７６５６５８５（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許第０７１１９９６０（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１６－１３３７００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２１０７８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０１５０５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０５００３３６１（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２０１６－２００６８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０１
Ｇ０２Ｂ ５／０８
Ｂ６０Ｋ ３５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＨＵＤのための光学素子において、ＨＵＤ映像の虚像を拡大するフレネルパターンレイヤと、
前記フレネルパターンレイヤ上に形成され、光源からのマルチ波長バンドの光を受信し、前記マルチ波長バンドそれぞれについて設定された透過率に応じて前記マルチ波長バンドの光の一部を透過させるマルチバンドコーティングレイヤと、
前記マルチバンドコーティングレイヤ上に形成され、前記フレネルパターンレイヤと同じ屈折率を有するイマージョンレイヤと、
を含み、
前記マルチバンドコーティングレイヤの前記マルチ波長バンドの各波長帯域は、同じ帯域幅及び透過率を有し、
前記光学素子の可視光に対する透過率は、ウインドシールドの可視光に対する透過率と同一であり、
前記フレネルパターンレイヤは、三角プリズム形態のフレネルパターンを含み、前記フレネルパターンのピッチ及び高さのうち大きいものは、２２０μｍ未満の大きさを有し、
前記マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅は約２５ｎｍに設定され、前記マルチ波長バンドを構成している各波長帯域について前記透過率は約８０％に設定されている、又は、前記マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅は約５ｎｍに設定され、前記マルチ波長バンドを構成している各波長帯域について前記透過率は約５０％に設定されている、
光学素子。
【請求項2】
前記マルチ波長バンドは、赤色光に対応する波長帯域、緑色光に対応する波長帯域、及び青色光に対応する波長帯域を含む、請求項１に記載の光学素子。
【請求項3】
前記透過率は、ウインドシールドに対する前記光学素子の視認性に基づいて設定される、請求項１に記載の光学素子。
【請求項4】
前記マルチバンドコーティングレイヤは、前記フレネルパターンレイヤの少なくとも１つの傾斜面に形成される、請求項１に記載の光学素子。
【請求項5】
前記フレネルパターンレイヤは、前記ＨＵＤ映像がユーザに照射される角度に基づいて少なくとも１つの傾斜面を含むフレネルレンズの一部領域を含む、請求項１に記載の光学素子。
【請求項6】
前記フレネルレンズは、第１方向の傾斜面を含む第１領域、第２方向の傾斜面を含む第２領域、及び中心軸周辺の第３領域を含み、前記フレネルパターンレイヤは、前記第１領域又は前記第２領域を含む、請求項５に記載の光学素子。
【請求項7】
前記光学素子はウインドシールド内に挿入され、又は、前記ウインドシールドにフィルム状に取り付けられる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項8】
ＨＵＤ映像のためのマルチ波長バンドの光を提供する光源と、前記マルチ波長バンドの光を調整する第１光学素子と、
前記ＨＵＤ映像の虚像を拡大する第１レイヤ、前記マルチ波長バンドそれぞれについて設定された透過率に応じて前記マルチ波長バンドの光の一部を透過させる第２レイヤ、及び前記第１レイヤと同じ屈折率を有する第３レイヤを含む第２光学素子と、
を含み、
前記第２レイヤの前記マルチ波長バンドの各波長帯域は、同じ帯域幅及び透過率を有し、
前記第２光学素子の可視光に対する透過率は、ウインドシールドの可視光に対する透過率と同一であり、
前記第１レイヤは、三角プリズム形態のフレネルパターンを含み、前記フレネルパターンのピッチ及び高さのうち大きいものは、２２０μｍ未満の大きさを有し、
前記光源がＬＥＤである場合、前記マルチ波長バンドそれぞれについて前記透過率は約８０％に設定され、前記光源がレーザである場合、前記マルチ波長バンドそれぞれについて前記透過率は約５０％に設定される、
ＨＵＤシステム。
【請求項9】
前記マルチ波長バンドは、赤色光に対応する波長帯域、緑色光に対応する波長帯域、及び青色光に対応する波長帯域を含む、請求項８に記載のＨＵＤシステム。
【請求項10】
前記第１光学素子は、少なくとも１つのミラー又は少なくとも１つの投射光学部を含む、請求項８に記載のＨＵＤシステム。
【請求項11】
前記第２レイヤは、前記第１レイヤの傾斜面に形成される、請求項８に記載のＨＵＤシステム。
【請求項12】
前記第１レイヤは、前記ＨＵＤ映像がユーザに照射される角度に基づいて少なくとも１つの傾斜面を含むフレネルレンズの一部領域を含む、請求項８に記載のＨＵＤシステム。
【請求項13】
前記ＨＵＤ映像を表示するディスプレイパネルと、前記ＨＵＤ映像を３Ｄに変換する３Ｄ光学レイヤと、
をさらに含む、請求項８に記載のＨＵＤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、ＨＵＤシステム及びＨＵＤのための光学素子に関する。
【背景技術】
【0002】
ＨＵＤ（ｈｅａｄ ｕｐ ｄｉｓｐｌａｙ、ヘッドアップディスプレイ）システムは、運転者の前方に虚像を生成し、虚像内に情報を表示して運転者に様々な情報を提供し得る。運転者に提供される情報は、車両の速度、ガソリンの残量、エンジンＲＰＭ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）などの計器盤情報及びナビゲーション情報を含んでいる。運転者は、運転中に視線を移動することなく、前方に表示される情報を容易に把握できるため、運転の安定性が高くなり得る。ＨＵＤシステムは、計器盤情報及びナビゲーション情報の他にも、前方視野が良くない場合のための車線表示、工事表示、交通事故表示、道行者を示す警告表示などを運転者にＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ、拡張現実）方式で提供し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の目的は、ＨＵＤシステム及びＨＵＤのための光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実施形態によれば、ＨＵＤのための光学素子は、ＨＵＤ映像の虚像を拡大するフレネルパターンレイヤと、前記フレネルパターンレイヤ上に形成され、光源からのマルチ波長バンドの光を受信し、前記マルチ波長バンドそれぞれについて設定された透過率に応じて前記マルチ波長バンドの光の一部を透過させるマルチバンドコーティングレイヤと、前記マルチバンドコーティングレイヤ上に形成され、前記フレネルパターンレイヤと同じ屈折率を有するイマージョンレイヤとを含む。
【0005】
前記マルチ波長バンドは、赤色光に対応する波長帯域、緑色光に対応する波長帯域、及び青色光に対応する波長帯域を含み得る。前記透過率は、白色光に関する透過率が予め決定したレベルに保持されるよう前記マルチ波長バンドそれぞれについて設定され得る。前記透過率は、ウインドシールドに対する前記光学素子の視認性に基づいて設定され得る。
【0006】
前記透過率は、前記マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅が狭いほど低く設定され得る。前記光源がＬＥＤである場合、前記透過率は第１透過率に設定され、前記光源がレーザである場合、前記透過率は第２透過率に設定され、前記第１透過率は前記第２透過率に比べて高くし得る。
【0007】
前記マルチバンドコーティングレイヤは、前記フレネルパターンレイヤの少なくとも１つの傾斜面に形成され得る。前記フレネルパターンレイヤは、前記ＨＵＤ映像がユーザに照射される角度に基づいて少なくとも１つの傾斜面を含むフレネルレンズの一部領域を含み得る。前記フレネルレンズは、第１方向の傾斜面を含む第１領域、第２方向の傾斜面を含む第２領域、及び中心軸周辺の第３領域を含み、
【0008】
前記フレネルパターンレイヤは、前記第１領域又は前記第２領域を含み得る。
【0009】
前記光学素子はウインドシールド内に挿入され、又は、前記ウインドシールドにフィルム状に取り付けられ得る。
【0010】
一実施形態に係るＨＵＤシステムは、ＨＵＤ映像のためのマルチ波長バンドの光を提供する光源と、前記マルチ波長バンドの光を調整する第１光学素子と、前記ＨＵＤ映像の虚像を拡大する第１レイヤ、前記マルチ波長バンドそれぞれについて設定された透過率に応じて前記マルチ波長バンドの光の一部を透過させる第２レイヤ、及び前記第１レイヤと同じ屈折率を有する第３レイヤを含む第２光学素子とを含む。
【0011】
前記第１光学素子は、少なくとも１つのミラー又は少なくとも１つの投射光学部を含み得る。前記ＨＵＤシステムは、前記ＨＵＤ映像を表示するディスプレイパネルと、前記ＨＵＤ映像を３Ｄに変換する３Ｄ光学レイヤとをさらに含み得る。
【0012】
他の実施形態に係るＨＵＤシステムは、ＨＵＤ映像のための第１マルチ波長バンドの光を提供する光源と、前記光源によって提供された前記第１マルチ波長バンドの光を反射し、車両外部の外部光源によって提供された第２マルチ波長バンドの光を透過させる第１光学素子と、前記ＨＵＤ映像の虚像を拡大する第１レイヤ、前記第１光学素子によって反射した前記第１マルチ波長バンドの光、及び前記外部光源によって提供された前記第１マルチ波長バンドの光を反射し、前記外部光源によって提供された前記第２マルチ波長バンドの光を透過させる第２レイヤ、及び前記第１レイヤと同じ屈折率を有する第３レイヤを含む第２光学素子とを含む。
【0013】
前記第１マルチ波長バンドは、赤色に対応する第１波長帯域の一部、緑色に対応する第２波長帯域の一部、及び青色に対応する第３波長帯域の一部を含み、前記第２マルチ波長バンドは、前記第１波長帯域から前記第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部、前記第２波長帯域から前記第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部、及び前記第３波長帯域から前記第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部を含み得る。
【0014】
更なる実施形態に係るＨＵＤシステムは、ＨＵＤ映像のための第１マルチ波長バンドの光を提供する光源と、前記光源によって提供された前記第１マルチ波長バンドの光を反射する第１光学素子と、傾斜面を有する少なくとも１つのフレネルレンズを含むフレネルパターンレイヤ、前記少なくとも１つのフレネルレンズの傾斜面上に形成され、前記マルチ波長バンドそれぞれについて設定された透過率に応じて前記マルチ波長バンドの光を反射するマルチバンドコーティングレイヤ、及び前記マルチバンドコーティングレイヤ上に形成され、前記フレネルパターンレイヤと同じ屈折率を有するイマージョンレイヤを含み、前記第１光学素子によって反射した前記第１マルチ波長バンドの光を反射する第２光学素子とを含む。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、ＨＵＤシステム及びＨＵＤのための光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】一実施形態に係るＨＵＤシステムを示す図である。
【図2】一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子を示す図である。
【図3】一実施形態に係るマルチバンドコーティングレイヤの透過特性を示すグラフである。
【図4】一実施形態に係るＬＥＤタイプ光源の波長帯域を示すグラフである。
【図5】一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の透過及び反射特性を示す図である。
【図6】一実施形態に係るウインドシールドの可視光透過率の解釈結果を示すグラフである。
【図7】一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の可視光透過率の解釈結果を示すグラフである。
【図8】他の実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の透過及び反射特性を示す図である。
【図9】他の実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の可視光透過率の解釈結果を示すグラフである。
【図10】一実施形態に係るフレネルレンズの使用領域を示す図である。
【図11A】一実施形態に係るフレネルレンズの使用領域による光の進行経路を示す図である。
【図11B】一実施形態に係るフレネルレンズの使用領域による光の進行経路を示す図である。
【図12】一実施形態に係る目の分解能を示す図である。
【図13】一実施形態に係るフレネルパターンの構造及びティメンジョンを示す図である。
【図14】一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の製造過程を示す図である。
【図15】一実施形態に係る外光遮断のためのＨＵＤシステムを示す図である。
【図16】一実施形態に係る外光遮断のためのマルチバンドコーティングレイヤの透過特性を示すグラフである。
【図17】一実施形態に係るディスプレイ装置及びミラーを示す図である。
【図18】一実施形態に係る投射光学部を含むＨＵＤシステムを示す図である。
【図19】一実施形態に係る３Ｄ光学レイヤを含むＨＵＤシステムを示す図である。
【図20】一実施形態に係るメガネのためのＨＵＤシステムを示す図である。
【図21】一実施形態に係るメガネのためのＨＵＤシステムに関する光の経路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
実施形態に対する特定な構造的又は機能的な説明は単なる例示のための目的として開示されたものとして、様々な形態に変更される。したがって、実施形態は特定な開示形態に限定されるものではなく、本明細書の範囲は技術的な思想に含まれる変更、均等物ないし代替物を含む。
【0018】
第１又は第２などの用語を複数の構成要素を説明するために用いることがあるが、このような用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ解釈されなければならない。例えば、第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素は第１構成要素にも命名することができる。
【0019】
単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
【0020】
異なるように定義されない限り、技術的又は科学的な用語を含めて、ここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
【0021】
以下、実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。
【0022】
【0023】
ディスプレイ装置１１０は、ディスプレイパネル１１１及び光源１１３を含む。ディスプレイパネル１１１はＨＵＤ映像を表示し、光源１１３は、ＨＵＤ映像のためのマルチ波長バンドの光をディスプレイパネル１１１に提供する。例えば、マルチ波長バンドは、赤色光に対応する波長帯域、緑色光に対応する波長帯域、及び青色光に対応する波長帯域を含む。以下、マルチ波長バンドは、光源１１３を介して提供される光の波長帯域を意味したり、光源１１３を介して提供される光の波長帯域に関して第２光学素子１３０の透過率が設定される波長帯域を意味する。光源１１３は、ＬＥＤタイプ、又はレーザタイプであってもよい。ただし、マルチ波長バンドに属する波長帯域及び光源１１３のタイプは、必ず上記の例示に該当するものではなく、光源１１３は、上記する例示の他の波長帯域（例えば、青緑色（Ｃｙａｎ）、紫紅色（Ｍａｇｅｎｔａ）、及び黄色（Ｙｅｌｌｏｗ）光源の波長帯域）を用いてもよく、上記する例示の他のタイプであってもよい。以下、説明の便宜のために、ディスプレイ装置１１０内のディスプレイパネル１１１と光源１１３が別途のレイヤで具現された実施形態を説明するが、場合に応じて、ディスプレイ装置１１０のディスプレイパネル１１１と光源１１３は、単一レイヤ（例えば、ＬＥＤマトリックスなど）として具現されてもよい。
【0024】
光源１１３によって提供されたマルチ波長バンドの光は、ディスプレイパネル１１１を介して第１光学素子１２０に投射され、第１光学素子１２０は、マルチ波長バンドの光を調整し得る。ここで、マルチ波長バンドの光を調整することは、マルチ波長バンドの光を光学的に調整することを含む。例えば、第１光学素子１２０は、少なくとも１つのミラー、少なくとも１つの投射光学部、又は、その組合せを含む。少なくとも１つのミラーは、少なくとも１つの非球面（ａｓｐｈｅｒｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ）ミラーを含む。第１光学素子１２０が少なくとも１つのミラーを含む場合、第１光学素子１２０は、マルチ波長バンドの光が第２光学素子１３０側に進行されるよう、マルチ波長バンドの光の方向を光学的に調整する。第１光学素子１２０が少なくとも１つの投射光学部を含む場合、第１光学素子１２０は、仮想イメージの平面１５０上の虚像が拡大されるよう、マルチ波長バンドの光の方向を光学的に調整し得る。
【0025】
第２光学素子１３０は、光源１１３からのマルチ波長バンドの光を受信し、マルチ波長バンドそれぞれについて設定された透過率に応じてマルチ波長バンドの光の一部を透過させ、残りを反射させる。以下、実施形態は光の透過及び光の反射のいずれか１つの側面で説明されるが、この説明は、残りの１つの側面でも実質的に同一に理解される。例えば、透過率が８０％という説明は、反射率が２０％であるものと理解される。ユーザは、第２光学素子１３０によって反射された光を介して仮想イメージの平面１５０上でＨＵＤ映像の虚像を観測できる。
【0026】
このようにＨＵＤシステム１００は、投射方式により運転者前方の仮想イメージの平面１５０に虚像を生成して情報を表示し得る。表現映像の大きさが十分に大きくなかったり、視野角（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ；ＦＯＶ）が十分に広くない場合、車両前方の事物や背景に関する情報をＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）に表現し難い場合がある。ＨＵＤを介してＡＲレベルの情報を提供するためには、ＨＵＤ映像の虚像が観測される仮想イメージの平面１５０が広視野角として実現される必要がある。ディスプレイ装置１１０及び第１光学素子１２０は、車両のダッシュボード内に装着される。ダッシュボード内の空間は限定されているため、ディスプレイ装置１１０及び第１光学素子１２０のサイズを大きくして十分な広視野角を実現するには限界が存在する。
【0027】
第２光学素子１３０は、ウインドシールド１４０内に挿入されたり、又は、ウインドシールド１４０に取り付けられてＨＵＤ映像の虚像を拡大し得る。ここで、ウインドシールド１４０内に挿入されることは、ウインドシールド１４０を構成している２枚のガラスの間に挿入されることを含み、ウインドシールド１４０に取り付けられることは、ウインドシールド１４０の車両の内部側の表面にフィルム状に取り付けられることを含む。第２光学素子１３０は、小さい体積で仮想イメージの平面１５０内の虚像を拡大できるため、第２光学素子１３０を介してディスプレイ装置１１０、第１光学素子１２０、及びディスプレイ装置１１０と第１光学素子１２０から構成された光学系空間の体積は減少し、広視野角を具現することができる。第２光学素子１３０については、以下にてより詳細に説明する。
【0028】
図２は、一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子を示す図である。光学素子２００は、フレネルパターンレイヤ２１０、マルチバンドコーティングレイヤ２２０、及びイマージョンレイヤ２３０を含む。光学素子２００は、図１を参照して説明された第２光学素子１３０に対応する。
【0029】
フレネルパターンレイヤ２１０は、フレネルレンズの少なくとも一部を含んでもよく、ＨＵＤ映像の虚像を拡大し得る。フレネルレンズは、一般レンズを円形の帯に分割して薄く圧縮したものであり、一般のレンズに比べて薄い厚さでイメージを拡大できる。フレネルレンズは、第１方向の傾斜面を含む第１領域、第２方向の傾斜面を含む第２領域、及び中心軸周辺の第３領域を含む。第１領域及び第２領域は、軸外（ｏｆｆ－ａｘｉｓ）領域と称する。図２には、フレネルパターンレイヤ２１０がフレネルレンズの第１領域、第２領域、及び第３領域を全て含むものとして図示されているが、実施形態によってフレネルパターンレイヤ２１０は、フレネルレンズの軸外領域に構成されてもよい。例えば、フレネルパターンレイヤ２１０は、上述した第１領域又は第２領域を含んでもよい。フレネルパターンレイヤ２１０で軸外領域が使用されることで、ＨＵＤ映像に対応する光がユーザに効率よく到達できる。
【0030】
光２１は、光源によって提供されたマルチ波長バンドの光として、ＨＵＤ映像に対応する。マルチバンドコーティングレイヤ２２０は、マルチ波長バンドの光２１を受信し、マルチ波長バンドについて設定された透過率に応じて光２１の一部を透過させ、残りを反射させる。マルチバンドコーティングレイヤ２２０の透過率に応じて、光２１の一部は、マルチバンドコーティングレイヤ２２０によって反射してユーザに提供されることができ、光２１の残りは車両の外部に透過されることができる。マルチバンドコーティングレイヤ２２０の透過率は、光源によって提供される光の波長帯域に基づいて設定される。例えば、マルチバンドコーティングレイヤ２２０は、残りの波長帯域の光に比べて光源によって提供される波長帯域の光をさらに多く反射するよう設定され得る。一例として、マルチバンドコーティングレイヤ２２０の透過率は、光源によって提供される波長帯域に関して第１値を有し、残りの波長帯域に関して第２値を有するように設定されてもよく、第１値は第２値よりも小さくし得る。
【0031】
外光２３は、車両の外部から流入されたものである。例えば、外光２３は、車両外部の外部光源によって提供されたものであり得る。外光２３は、太陽光、ランプ、反射光などに基づき、以下では外光２３が太陽光であると仮定する。この場合、外光２３は、光源によって提供される波長帯域を含む可視光線帯域の全体、及び紫外線帯域などの他の帯域の光を含む。マルチバンドコーティングレイヤ２２０の透過率に応じて、外光２３の一部は、マルチバンドコーティングレイヤ２２０によって車両の外部に反射され、外光２３の残りは車両の内部に流入される。外光２３が反射される波長帯域及び反射率は、光源によって提供される光の波長帯域及び反射率に対応する。
【0032】
実施形態によれば、マルチバンドコーティングレイヤ２２０の透過率は、ウインドシールドに対する光学素子２００の視認性に基づいて設定される。ウインドシールドに対する光学素子２００の視認性は、ユーザの視野でウインドシールドと光学素子２００がどれ程円満に区分されるかを意味する。ウインドシールド上で光学素子２００が目立つように観測されてしまうと、ユーザの前方視野に異質感が感じられる。実施形態によれば、このような異質感を除去するためウインドシールドに対する光学素子２００の視認性が低くなるよう透過率を設定し得る。例えば、上述した第１値及び第２値は、ＨＵＤ映像がユーザに適切な明るさで提供されつつ、ウインドシールドに対する光学素子２００の視認性が最小化されるよう設定できる。又は、マルチバンドコーティングレイヤ２２０の透過率は、白色光に関する透過率が予め決定したレベルに保持されるよう、マルチ波長バンドについて設定される。例えば、マルチバンドコーティングレイヤ２２０の白色光に関する透過率は、ウインドシールドの白色光に関する透過率に対応するように設定されてもよい。
【0033】
マルチバンドコーティングレイヤ２２０は、フレネルパターンレイヤ２１０上に形成される。フレネルパターンレイヤ２１０は、フレネルレンズの曲面に対応する傾斜面及び垂直方向の垂直面を含み得る。実施形態によって、マルチバンドコーティングレイヤ２２０は、フレネルパターンレイヤ２１０の傾斜面及び垂直面のうち傾斜面に形成されてもよい。マルチバンドコーティングレイヤ２２０がフレネルパターンレイヤ２１０の傾斜面に形成されることで、ＨＵＤ映像に対応する光がユーザに効率よく到達できる。又は、実施形態によって、マルチバンドコーティングレイヤ２２０がフレネルパターンレイヤ２１０の傾斜面に形成されることで、不要な外光の流入を防止できる。
【0034】
イマージョンレイヤ２３０は、フレネルパターンレイヤ２１０と同じ屈折率を有してもよく、イマージョンレイヤ２３０は、マルチバンドコーティングレイヤ２２０上に形成されてもよい。例えば、フレネルパターンレイヤ２１０の屈折率ｎ１及びイマージョンレイヤ２３０の屈折率ｎ２は同一であり得る。フレネルパターンレイヤ２１０と同じ屈折率を有するイマージョンレイヤ２３０が光学素子２００に含まれることで、光学素子２００を介して観測される対象に歪みの発生を防止することができる。
【0035】
図３は、一実施形態に係るマルチバンドコーティングレイヤの透過特性を示すグラフであり、図４は、一実施形態に係るＬＥＤタイプ光源の波長帯域を示すグラフである。図３を参照すれば、赤色光に対応する波長帯域３３５、緑色光に対応する波長帯域３３３、及び青色光に対応する波長帯域３３１が図示されている。以下で、波長帯域３３１，３３３，３３５をマルチ波長バンドと称する。実線３１０は、マルチ波長バンドの光に関して０％の透過率を有する透過特性を示す。点線３２０は、マルチバンドコーティングレイヤの透過特性を示し、マルチ波長バンドに関して約８０％の透過率を有し、残りの可視光線帯域に関して約９７％の透過率を有する。マルチ波長バンドの帯域幅は、光源によって提供される光の帯域幅に対応して設定される。図３に示す透過特性は、ＬＥＤタイプ光源に対応する。
【0036】
図４を参照すれば、赤色、緑色、及び青色帯域が図示されている。それぞれの帯域は約２４～２７ｎｍの半値全幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）を有する。したがって、本ＬＥＤタイプの光源がディスプレイ装置のバックライトとして使用される場合、図３に示すように、マルチ波長バンドの帯域幅が２５ｎｍの内外に設定される。言い換えれば、マルチ波長バンドの帯域幅は、光源によって提供される光の帯域幅に対応して設定され得る。もし、レーザのようなさらに狭い半値全幅を有する光源が使用される場合、該当半値全幅に対応して波長帯域３３１，３３３，３３５の帯域幅はさらに狭く設定される。例えば、レーザ光源は１ｎｍの内外の半値全幅を有してもよい。マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅が狭いほど、マルチ波長バンドに関する透過率は低く設定されるため、これにより、マルチ波長バンドに関する反射率が増加しながらＨＵＤシステムの光効率は向上される。例えば、マルチ波長バンドに関する透過率は、ＬＥＤタイプに関して第１透過率に設定され、レーザタイプに関して第２透過率に設定され、ここで、第１透過率は第２透過率に比べて高くし得る。
【0037】
図５は、一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の透過及び反射特性を示す図である。図５を参照すれば、光学素子５００は、光５１０及び光５２０の一部を透過させて残りを反射させる。光５１０は、光源によって提供されたマルチ波長バンドの光を示し、ＨＵＤ映像に対応する。光５２０は、車両の外部から流入された光を示し、太陽光のような外光に対応する。
【0038】
図３を参照して説明したように、光学素子５００は、赤色、緑色、及び青色帯域、すなわち、マルチ波長バンド帯域の光に関して８０％の透過率を有するマルチバンドコーティングレイヤを含む。したがって、光５１０の２０％は、光学素子５００によって反射してユーザに提供され、残りの８０％は光学素子５００を透過する。また、光５２０でマルチ波長バンド帯域の光のうち２０％は、光学素子５００によって反射され、マルチ波長バンド帯域の光のうち８０％及び残りの波長帯域の光は、光学素子５００を透過してユーザに提供される。図３に示す実施形態によれば、残りの波長帯域の光のうち約９７％程度が光学素子５００を透過してユーザに提供される。
【0039】
ユーザは、光５２０のうち光学素子５００を透過した一部を介して車両外部の事物や背景を観測し、光５１０のうち光学素子５００によって反射した一部を介してＨＵＤ映像の虚像を観測する。光５２０の大部分がユーザに提供されるため、ユーザは、光学素子５００に関して異質感を感じることなく前方視野を介してＡＲレベルのＨＵＤ情報を観測できる。
【0040】
図６は、一実施形態に係るウインドシールドの可視光透過率の解釈結果を示すグラフであり、図７は、一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の可視光透過率の解釈結果を示すグラフである。図６及び図７に示すグラフは、光学シミュレーションツールを用いて取得される。
【0041】
図６に示すように、ウインドシールドは約８４％の可視光透過率を示す。ここで、ウインドシールドは、ウインドシールドのうち光学素子が備えられていない部分を意味する。図７に示すグラフは、図３及び図４を参照して説明された条件で光学素子の可視光透過率を解釈した結果であり、その条件は、図４を参照して説明されたＬＥＤタイプ光源が使用されること、マルチバンドコーティングレイヤの赤色、緑色、及び青色波長帯域幅、及び透過率がそれぞれ２５ｎｍ及び８０％に設定されること、残りの可視光帯域の透過率が９７％に設定されることを含む。図７に示すように、光学素子は約８４％の可視光透過率を示す。言い換えれば、図３を参照して説明した光学コーティングにより、光学素子の可視光透過率及びウインドシールドのうち光学素子が備えられていない領域の可視光透過率が同等なレベルに示される。したがって、実施形態によれば、光学素子が設置された領域と周辺領域との間の可視光透過率の差が解消され、光学素子に関する視認性の問題を改善することができる。
【0042】
一方、ＬＥＤタイプ光源が使用される場合、マルチ波長バンドは、４５０～４８０ｎｍ、５１０～５４０ｎｍ、６２０～６５０ｎｍの範囲を有することが好ましい。一般的に、ウインドシールドは、可視光に関して８０～８５％レベルの透過率を有するが、ウインドシールドの透過率は、ウインドシールドの設計によって変わり得る。例えば、ウインドシールドを構成している２枚のガラスの間にカラーの中間膜が用いられる場合、又はウインドシールドにカラーフィルムが取り付けられる場合などにウインドシールドの透過率が変わり得る。実施形態に係る光学素子の透過率は、ウインドシールドの透過率に対応して多様に調整され得る。
【0043】
ＨＵＤシステムの効率を改善するために、マルチ波長バンドに関する透過率を低くする。言い換えれば、マルチ波長バンドに関する反射率を高める。ＨＵＤシステムの効率は、光源によって提供された光量に対する、ユーザに提供される虚像の明るさを意味する。光源をＬＥＤタイプに保持しながら、マルチ波長バンドに関する透過率を低くする場合、光学素子の視認性が多少増加する。もし、レーザのように光帯域幅の狭い光源が使用される場合、マルチ波長バンドに関する透過率が低くなっても光学素子の視認性は増加しないことがある。言い換えれば、光帯域幅の狭い光源を用いて、光学素子の視認性を増加させないまま、ＨＵＤシステムの効率を改善することができる。
【0044】
図８は、他の実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の透過及び反射特性を示す図であり、図９は、他の実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の可視光透過率の解釈結果を示すグラフである。図８及び図９は、レーザタイプの光源が使用された実施形態を示す。
【0045】
図８を参照すれば、光８１０は、光源によって提供されたマルチ波長バンドの光を示し、ＨＵＤ映像に対応する。光８２０は、車両外部の外部光源によって提供された光を示し、太陽光のような外光に対応する。図５に示す実施形態とは異なって、光学素子８００は、赤色、緑色、及び青色帯域、すなわち、マルチ波長バンド帯域の光に関して５０％の透過率を有するマルチバンドコーティングレイヤを含む。したがって、光８１０の５０％は、光学素子８００によって反射してユーザに提供され、残りの５０％は光学素子８００を透過する。また、光８２０でマルチ波長バンド帯域の光のうち５０％は、光学素子８００によって反射され、マルチ波長バンド帯域の光のうち５０％及び残りの波長帯域の光は、光学素子８００を透過してユーザに提供される。
【0046】
図９に示すグラフは、光学シミュレーションツールを用いて取得された光学素子の可視光透過率を示し、レーザタイプ光源が使用され、マルチバンドコーティングレイヤの赤色、緑色及び青色波長の帯域幅、及び透過率がそれぞれ５ｎｍ及び５０％に設定され、残りの可視光帯域の透過率が９７％に設定された環境で取得される。波長帯域９１０～９３０は、マルチ波長バンドを構成し、それぞれ、赤色、緑色及び青色に対応する。
【0047】
図９において、マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅は、図４でマルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅に比べて狭い。マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅が狭いほど、マルチ波長バンドに関する透過率は低く設定される。言い換えれば、マルチ波長バンドに関する反射率は、高く設定される。光学素子の視認性を低くするためには、可視光帯域に関する光学素子の透過率を適正なレベルに保持する必要がある。マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の帯域幅が狭いほど、マルチ波長バンドを構成している各波長帯域の反射率を高めても、可視光帯域に関する光学素子の透過率は適正なレベルに保持できる。マルチ波長バンドに関する反射率が高いことは、光源で提供された光がユーザに提供される比率が高いものであるため、ＨＵＤシステムの光効率が向上することを意味する。ＬＥＤを用いた実施形態の場合、光効率が２０％レベルにあり得るが、レーザを用いた実施形態の場合、光効率が５０％レベルにあり得る。
【0048】
図９に示すように、光学素子は約８４％の可視光透過率を示す。図６を参照して説明したように、ウインドシールドの可視光透過率が約８４％であるため、光学素子の可視光透過率及びウインドシールドのうち光学素子が備えられていない領域の可視光透過率が同等なレベルに示される。したがって、レーザ光源を使用する場合、マルチ波長バンドに関する反射率を高めても、光学素子に関する視認性は除去され得る。
【0049】
図１０は、一実施形態に係るフレネルレンズの使用領域を示す図である。図１０を参照すれば、フレネルレンズ１０００は、第１方向Ｄ１の傾斜面を含む第１領域１０１０、第２方向Ｄ２の傾斜面を含む第２領域１０２０、及び中心軸周辺の第３領域１０３０を含む。第１領域１０１０及び第２領域１０２０は、軸外領域と称する。
【0050】
ウインドシールドから反射される光、又は、所望しないノイズ光がユーザの視野に入らないようにするため、フレネルレンズ１０００の軸外領域を用いてフレネルパターンの光学コーティング面で反射される光と、ウインドシールドで反射される光の経路を相違にし得る。また、ウインドシールドが約３０～４０度の角度に傾斜していることからユーザの方向に光を容易に送るため、ＨＵＤ映像に対応する光がユーザへ照射される角度を考慮することができる。実施形態によれば、フレネルパターンレイヤは、ＨＵＤ映像がユーザに照射される角度に応じて、第１領域１０１０又は第２領域１０２０を含む。例えば、第２領域１０２０は、ＨＵＤ映像に対応する光をユーザに提供できる角度を形成し、第１領域１０１０は、ＨＵＤ映像に対応する光をユーザに提供することが難しい角度を形成する。ただし、第１領域１０１０を裏返せば第２領域１０２０になるため、第１領域１０１０及び第２領域１０２０のいずれか１つが選択的に使用され得る。
【0051】
図１１は、一実施形態に係るフレネルレンズの使用領域による光の進行経路を示す図である。実施形態によれば、フレネルパターンレイヤは、ＨＵＤ映像がユーザに照射される角度に対応してフレネルレンズの一部領域を含む。図１１を参照すれば、光学素子１１１０は、傾斜面が第１方向に形成されたフレネルパターンレイヤを含み、光学素子１１２０は、傾斜面が第２方向に形成されたフレネルパターンレイヤを含む。それぞれの光学素子１１１０，１１２０及び水平線間の角度をθに示す場合、例えば、θは３０～４０度である。それぞれの光学素子１１１０，１１２０のフレネルパターンレイヤ上には、マルチバンドコーティングレイヤが形成され、マルチバンドコーティングレイヤによって各光学素子１１１０，１１２０に入射される光が反射される。一実施形態によれば、マルチバンドコーティングレイヤは、フレネルパターンの傾斜面に形成される。隅にあたる光は、ノイズ光になる確率が高いため、フレネルパターンの傾斜面のみをコーティングしてユーザにノイズとして作用する光の発生を抑制できる。
【0052】
光学素子１１１０のマルチバンドコーティングレイヤは、第１方向の傾斜面上に形成される。図１１Ａを参照すれば、第１方向の傾斜面に形成されたマルチバンドコーティングレイヤがＨＵＤ映像に対応する光をユーザ側に反射する確率は高くない。したがって、光学素子１１１０によるＨＵＤシステムの光効率は低くなる。もし、ユーザ側に反射されるＨＵＤ映像に対応する光が存在しない場合、ユーザはＨＵＤ映像の虚像を観測できない場合もある。
【0053】
光学素子１１２０のマルチバンドコーティングレイヤは、第２方向の傾斜面上に形成される。図１１Ｂを参照すれば、第２方向の傾斜面に形成されたマルチバンドコーティングレイヤは、ＨＵＤ映像に対応する光１１２１を高い確率でユーザ側に反射し得る。したがって、光学素子１１２０によるＨＵＤシステムの光効率は、光学素子１１１０に比べて高い。また、ディスプレイ装置側から提供されるノイズ光１１２３は、ウインドシールドの表面で反射されてユーザ側に入らず、下方へ除去される。他の位置側から提供されるノイズ光１１２５についてもマルチバンドコーティングレイヤによって下方へ除去される。
【0054】
図１２は、一実施形態に係る目の分解能を示す図であり、図１３は、一実施形態に係るフレネルパターンの構造及びティメンジョンを示す図である。図１２を参照すれば、人の目は、１ａｒｃｍｉｎ又は１／６０°程度の分解能を有する。ユーザから１ｍ距離に離れた物体は、その大きさが０．３ｍｍ以下である場合、ユーザによって識別されない。ウインドシールドでフレネルパターンが目に見えないようにするためには、フレネルパターンを１ａｒｃｍｉｎ以下の大きさに製造しなければならない。車両用のＨＵＤシステムでウインドシールド及びユーザの間の距離が７５０ｍｍ内に設けられた場合、フレネルパターンは、２２０ｕｍ未満の大きさを有するよう製造される。図１３を参照すれば、フレネルパターンは、ピッチ及び高さを含む三角プリズムの形態に定義される。この場合、フレネルパターンは、ピッチ及び高さのうち大きいものが２２０ｕｍ未満の大きさを有するよう製造され得る。
【0055】
図１４は、一実施形態に係るＨＵＤのための光学素子の製造過程を示す図である。図１４を参照すれば、ステップ１４１０において、フレネルパターン形状の溝を有する鋳型及びレジンの塗布された第１フィルムが備えられる。ここで、レジンは、ＵＶ硬化レジン又は熱硬化レジンとし得る。ステップ１４２０において、製造装置は、鋳型をレジンの塗布された第１フィルムに圧着し、第１フィルムに鋳型が圧着された状態で第１フィルムのレジンを硬化させる。ここで、硬化したレジンは、フレネルパターンレイヤに対応する。ステップ１４３０において、製造装置は、鋳型の圧着を解除する。ステップ１４４０において、製造装置は、真空蒸着などの方法を用いて前記硬化したレジンにマルチバンドコーティングレイヤを形成させる。マルチバンドコーティングレイヤは、前記硬化したレジンの傾斜面に形成される。
【0056】
ステップ１４５０において、レジンの塗布された第２フィルムが備えられる。ここで、レジンは、ＵＶ硬化レジン又は熱硬化レジンとすることができ、ステップ１４１０のレジン及びステップ１４５０のレジンは、同じ屈折率を有し得る。ステップ１４６０において、製造装置は、マルチバンドコーティングレイヤが形成されたフレネルパターンレイヤを裏返し、これをレジンの塗布された第２フィルムに接触させた状態で第２フィルムのレジンを硬化させる。ここで、硬化されたレジンは、イマージョンレイヤに対応する。ステップ１４７０において、フレネルパターンレイヤ、マルチバンドコーティングレイヤ、及びイマージョンレイヤを含む光学素子が取得され得る。
【0057】
光学素子の製造は、Ｒ２Ｒ（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）方式で行われる。光学素子は、ステップ１４１０～１４７０とは他の工程を用いて製造されてもよい。例えば、フレネルパターンは、半導体生産などに用いられるエッチング工程で製造されてもよく、イマージョンレイヤは、フレネルパターンフィルム２枚を裏返しに取り付けて製造されてもよい。
【0058】
図１５は、一実施形態に係る外光遮断のためのＨＵＤシステムを示す図である。図１５を参照すれば、ディスプレイ装置１５１０は、ＨＵＤ映像を出力する。ディスプレイ装置１５１０は、第１マルチ波長バンドの光を提供する光源、及びＨＵＤ映像を表示するディスプレイパネルを含む。図１５において、第１マルチ波長バンドは、Ｒ１、Ｇ１及びＢ１のように示され、第２マルチ波長バンドは、Ｒ２、Ｇ２及びＢ２に示されている。Ｒ１、Ｇ１及びＢ１のそれぞれは、赤色に対応する第１波長帯域の一部、緑色に対応する第２波長帯域の一部、及び青色に対応する第３波長帯域の一部を示し、Ｒ２、Ｇ２及びＢ２のそれぞれは、第１波長帯域から第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部、第２波長帯域から第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部、及び第３波長帯域から前記第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部を示す。第１マルチ波長バンド及び第２マルチ波長バンドについては、図１６を参照して具体的に説明する。
【0059】
光源は、第１マルチ波長バンドの光を第１光学素子１５２０，１５３０に提供する。第１光学素子１５２０，１５３０のそれぞれは、非球面ミラー又は反射ミラーであり得る。図１５には、第１光学素子１５２０，１５３０が２つ構成されるように示されているが、第１光学素子１５２０，１５３０は、ディスプレイ装置１５１０及びウインドシールド間の角度に応じて１つの光学素子に代替されてもよい。第１光学素子１５２０，１５３０は、マルチバンドコーティングレイヤを含む。マルチバンドコーティングレイヤは、第１マルチ波長バンドの光を反射し、第２マルチ波長バンドの光を透過させ得る。実施形態により、第１光学素子１５３０のみマルチバンドコーティングレイヤを適用し得る。
【0060】
第１光学素子１５２０，１５３０の透過率は、第１マルチ波長バンド及び第２マルチ波長バンドに関して設定される。例えば、第１光学素子は、第１マルチ波長バンドの光をほとんど反射し、第２マルチ波長バンドの光をほとんど透過するよう設定される。この場合、第１マルチ波長バンドに関する透過率は０％に近接するように設定され、第２マルチ波長バンドに関する透過率は１００％に近接するように設定される。
【0061】
第２光学素子１５４０は、ＨＵＤ映像の虚像を拡大するフレネルパターンレイヤ、第１光学素子１５２０，１５３０と同じコーティングが適用されたマルチバンドコーティングレイヤ、及びフレネルパターンレイヤと同じ屈折率を有するイマージョンレイヤを含む。マルチバンドコーティングレイヤは、第１光学素子１５２０，１５３０によって反射した第１マルチ波長バンドの光、及び車両外部の外部光源によって提供された光のうち第１マルチ波長バンドの光を反射し、車両外部の外部光源によって提供された第２マルチ波長バンドの光を透過させ得る。
【0062】
光源から提供された第１マルチ波長バンドの光は、第１光学素子１５２０，１５３０及び第２光学素子１５４０を介してユーザに提供され、第２マルチ波長バンドの光は、第１光学素子１５２０，１５３０及び第２光学素子１５４０を透過する。したがって、ディスプレイ装置１５１０への外光流入が遮断され、ディスプレイ装置１５１０の過熱及びディスプレイ装置１５１０におけるフレアのような雑光の発生を防止できる。
【0063】
図１６は、一実施形態に係る外光遮断のためのマルチバンドコーティングレイヤの透過特性を示すグラフである。図１６を参照すれば、赤色に対応する第１波長帯域１６１５、緑色に対応する第２波長帯域１６１３、及び青色に対応する第３波長帯域１６１１が図示されている。図１６において、第１マルチ波長バンドはＲ１、Ｇ１、Ｂ１に示されている。Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１のそれぞれは、第１波長帯域１６１５の一部である波長帯域１６２５、第２波長帯域１６１３の一部である波長帯域１６２３、及び第３波長帯域１６１１の一部である波長帯域１６２１に属する。図１６において、第２マルチ波長バンドはＲ２、Ｇ２、Ｂ２に示されている。Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２それぞれは、第１波長帯域１６１５から第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部１６３５、第２波長帯域１６１３から第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部１６３３、及び第３波長帯域１６１１から第１マルチ波長バンドを除外した残りの少なくとも一部１６３１に属する。図１５を参照して説明された第１光学素子１５３０及び第２光学素子１５４０は、それぞれ図１６に示すグラフに対応するマルチバンドコーティングレイヤを含む。マルチバンドコーティングレイヤは、第１マルチ波長バンドに関して０％に近接する透過率を有し、第２マルチ波長バンドに関して１００％に近接する透過率を有する。
【0064】
図１７は、一実施形態に係るディスプレイ装置及びミラーを示す図である。ディスプレイ装置１７１０は、ディスプレイパネル１７１１、散光器１７１３、及び光源１７１５を含む。ディスプレイパネル１７１１はＨＵＤ映像を表示する。ディスプレイパネル１７１１は、ＬＣＤパネル又はＤＬＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）及びＬＣｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）のような空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＳＬＭ）を含む。実施形態に係るディスプレイパネル１７１１及び光源１７１５は、ＬＥＤ装置のように結合された形態に実現できる。光源１７１５は、ディスプレイパネル１７１１にマルチ波長バンドの光を提供し、ＬＥＤタイプ、又はレーザタイプであってもよい。図１７には、マルチ波長バンドの光の例示として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）が図示されている。ディスプレイパネル１７１１は、光源１７１５から提供されたマルチ波長バンドの光をバックライトとして利用する。
【0065】
ディスプレイパネル１７１１及び光源１７１５の間には、光の均一度を確保するための散光器１７１３が挿入される。ミラー１７２０，１７３０は、光源１７１５によって提供されたマルチ波長バンドの光をウインドシールドの光学素子側に反射させ得る。ミラー１７２０，１７３０のいずれか１つは非球面ミラーであってもよく、残りの１つは反射ミラーであってもよい。非球面ミラーは、ＨＵＤ映像を拡大したりＨＵＤ映像の歪みを補正するために光経路を調整し得る。反射ミラーは平面であってもよく、光経路を調整し得る。図１７には、２つのミラー１７２０，１７３０が図示されているが、ディスプレイ装置１７１０及びウインドシールド間の角度に応じて２つのミラー１７２０，１７３０のいずれか１つのみが使用されてもよい。
【0066】
図１８は、一実施形態に係る投射光学部を含むＨＵＤシステムを示す図である。図１８は、光学素子でミラーの代わりに投射光学部が使用された実施形態を示す。図１８を参照すれば、ディスプレイ装置１８１０は、ディスプレイパネル１８１１、散光器１８１３、及び光源１８１５を含む。光源１８１５によって提供されたマルチ波長バンドの光は、ディスプレイパネル１８１１及び散光器１８１３を介して投射光学部１８２０に提供される。投射光学部１８２０は、少なくとも１つの光学レンズを含む。投射光学部１８２０は、ＨＵＤ映像を拡大したりＨＵＤ映像の歪みを補正するために、ＨＵＤ映像に対応する光の経路を変更する。投射光学部１８２０を通過したマルチ波長バンドの光は、フレネルパターンを含む光学素子１８３０に提供される。
【0067】
図１９は、一実施形態に係る３Ｄ光学レイヤを含むＨＵＤシステムを示す図である。図１９は、ＨＵＤ映像を立体に提供するための実施形態を示す。図１９を参照すれば、ディスプレイ装置１９１０は、３Ｄ光学レイヤ１９１１、ディスプレイパネル１９１３、散光器１９１５、及び光源１９１７を含む。３Ｄ光学レイヤ１９１１はパララックスバリア（ｐａｒａｌｌａｘ ｂａｒｒｉｅｒ）、レンチキュラレンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ）、及び指向性バックライトユニット（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｂａｃｋ ｌｉｇｈｔ ｕｎｉｔ）のいずれか１つであってもよく、ＨＵＤ映像を３Ｄに変換する。図１９には、３Ｄ光学レイヤ１９１１がディスプレイパネル１９１３の前面に図示されているが、３Ｄ光学レイヤ１９１１が指向性バックライトユニットである場合、３Ｄ光学レイヤ１９１１は、ディスプレイパネル１９１３の後面に配置されて光源１９１７を代替し得る。ミラー１９２０，１９３０のいずれか１つは非球面ミラーであってもよく、残りの１つは反射ミラーであってもよい。図１９には２つのミラー１９２０，１９３０が図示されているが、ディスプレイ装置１９１０及びウインドシールド間の角度に応じて２つのミラー１９２０，１９３０のいずれか１つのみが使用されてもよい。
【0068】
図２０は、一実施形態に係るメガネのためのＨＵＤシステムを示す図であり、図２１は、一実施形態に係るメガネのためのＨＵＤシステムに関する光の経路を示す図である。図２０及び図２１は、車両のウインドシールドではないメガネを介してＨＵＤ映像を提供する実施形態を示している。図２０及び図２１の実施形態は、スマートメガネに適用されてもよい。図２０を参照すれば、ＨＵＤシステム２０００は、ディスプレイ装置２０１０、光学レンズ２０２０、光学素子２０３０を含む。ディスプレイ装置２０１０は、空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＳＬＭ）であってもよい。ディスプレイ装置２０１０は、ＨＵＤ映像に対応するマルチ波長バンドの光を提供し、光学レンズ２０２０は、ＨＵＤ映像を拡大したり、ＨＵＤ映像の歪みを補正するためにＨＵＤ映像に対応する光の経路を変更する。光学素子２０３０は、フレネルパターンレイヤ、マルチバンドコーティングレイヤ、及びイマージョンレイヤを含み、ＨＵＤ映像の虚像を拡大する。したがって、ＨＵＤシステム２０００は、広視野角を介してＡＲレベルのＨＵＤ情報を提供する。図２１には、ディスプレイ装置２１１０で提供されたマルチ波長バンドの光が光学レンズ２１２０、光学素子２１３０及び瞳２１４０を介して網膜２１５０に達する経路が図示されている。
【0069】
上述した実施形態は、ハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組合せで具現される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は１つが使用されるものとして説明する場合もあるが、当技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことが把握する。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。
【0070】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこれらのうちの１つ以上の組合せを含み、希望通りに動作するように処理装置を構成し、独立的又は結合的に処理装置に命令する。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈され、処理装置に命令又はデータを提供するためのあらゆる類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、或いは送信される信号波を介して永久的又は一時的に具現化される。ソフトウェアは、ネットワークに連結されたコンピュータシステム上に分散され、分散された方法で格納されるか又は実行される。ソフトウェア及びデータは１つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。
【0071】
本実施形態による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＹＩＪＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気－光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明に示す動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
【0072】
上述したように実施形態をたとえ限定された図面によって説明したが、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、上記の説明に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行されるし、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わせられてもよいし、他の構成要素又は均等物によって置き換え又は置換されたとしても適切な結果を達成することができる。
【符号の説明】
【0073】
１００ ＨＵＤシステム
１１０ ディスプレイ装置
１１１ ディスプレイパネル
１１３ 光源
１２０ 第１光学素子
１３０ 第２光学素子
１４０ ウインドシールド
１５０ 仮想イメージの平面
２００ 光学素子
２１０ フレネルパターンレイヤ
２２０ マルチバンドコーティングレイヤ
２３０ イマージョンレイヤ
１１０ ディスプレイ装置
１１１ ディスプレイパネル
１１３ 光源
１２０ 第１光学素子
１３０ 第２光学素子
１４０ ウインドシールド
１５０ 仮想イメージの平面
２００ 光学素子
２１０ フレネルパターンレイヤ
２２０ マルチバンドコーティングレイヤ
２３０ イマージョンレイヤ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】