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KR20080050669A - 차량용 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

차량용 헤드업 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20080050669A
KR20080050669A KR1020060121175A KR20060121175A KR20080050669A KR 20080050669 A KR20080050669 A KR 20080050669A KR 1020060121175 A KR1020060121175 A KR 1020060121175A KR 20060121175 A KR20060121175 A KR 20060121175A KR 20080050669 A KR20080050669 A KR 20080050669A
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combiner
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head
display means
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신성철
김영운
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는, 차량의 운행 정보에 관한 이미지를 영상화하여 출력하는 디스플레이 수단; 운전자의 전방에 배치되어 상기 운전자의 전방에 상기 차량의 운행 정보에 관한 이미지 영상을 표시하는 컴바이너; 상기 디스플레이 수단으로부터 입사된 광이 상기 컴바이너에 대해 소정의 각도로 입사하도록 상기 디스플레이 수단의 광축에 대해 디센터된 비구면 렌즈로 이루어진 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 따르면, 종래 기술보다 컴팩트한 구성이 가능하기 때문에 윈드 실드와 대시 보드 사이의 공간이 협소한 차량에도 장착가능한 외장형의 헤드업 디스플레이 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
헤드업 디스플레이 장치(HUD), 디센터, 비구면 렌즈

Description

차량용 헤드업 디스플레이 장치{Head Up Display Apparatus for Vehicle}
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 차량용 헤드업 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 차량에 장착한 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명은 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 차량의 종류에 관계없이 장착이 가능한 외장형의 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
차량의 운전 중 운전자의 안전을 제공하기 위하여 차량 주행 정보와 주변상황 정보 등을 효과적으로 운전자에게 전달해주는 매체로 개발중인 여러 시스템이 있는데, 그 중 헤드업 디스플레이(Head Up Display; HUD) 장치가 주요 관심사가 되고 있다.
헤드업 디스플레이 장치란 차량이나 항공기 주행 중 운전자의 정면, 즉 운전자의 주시야 선을 벗어나지 않는 범위 내에서 차량의 주행 정보나 네비게이션 정보 등과 같은 차량의 운행 정보를 제공하는 장치를 말한다.
초기의 헤드업 디스플레이 장치는 항공기, 특히 전투기에 부착되어 비행 주행시 비행사에게 비행 정보를 제공하고자 하고자 개발되었으며, 이 원리가 차량에 부합시켜 개발하게 된 것이 차량용 헤드업 디스플레이 장치이다.
예를 들어 시속 약 100km/h로 차량을 운전하는 경우, 운전자가 시야를 계기판에 두었다가 도로에 시야를 고정시키는 시간은 약 2초가 걸리는 것으로 가정하면, 그 사이에 차량은 약 55m를 이동하기 때문에 사고가 유발될 가능성이 항상 존재한다. 이러한 위험을 줄이는 방법의 하나로 차량용 헤드업 디스플레이 장치가 개발되고 있으며, 이는 앞 유리창의 운전자의 주시야 선에 계기판의 정보(속력, 주행거리, RPM 등)를 나타나게 함으로써, 운전자로 하여금 운전 중에 도로로부터 눈을 떼지 않고도 차량의 중요한 운행 정보를 인지하도록 함으로써 안전운행을 가능하게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 헤드업 디스플레이 장치는, 각종 주행 정보 및 네비게이션 정보 등을 포함하는 차량의 운행 정보를 표시하는 디스플레이 수단(11), 디스플레이 수단(11)에서 출사되는 이미지 영상으로 투영시키는 프로젝션 수단(13), 윈드 실드(14)에 설치되며 상기 프로젝션 수단을 통과한 이미지 영상 을 운전자에게 홀로그래픽 영상으로 반사시키는 컴바이너(15)을 포함하여 이루어진다. 경우에 따라서는, 디스플레이 수단(11)과 프로젝션 수단(13) 사이에 이미지 영상의 광경로를 변환시키는 미러 시스템(12)이 설치될 수도 있다.
상기 디스플레이 수단(11)은 UHP(Ultra High Pressure) 램프나 LED 또는 레이저 등을 이용하는 광원과 LCD, LCOS, 또는 DMD 등과 같은 마이크로 디스플레이 및 스캔 디스플레이가 가능한 디스플레이 패널로 구성될 수 있다. 이 경우 디스플레이 수단(11)으로부터 투사되는 이미지 영상은 대낮의 밝은 날씨의 일광 조건에서도 보일 정도의 표면 휘도를 가져야 한다. 상기 프로젝션 수단(13)은 디스플레이 수단(11)으로부터의 이미지 영상을 컴바이너(15)로 투영시켜 주는 광학계로서 일반적으로 복수 개의 렌즈로 이루어져 있다. 또한 컴바이너(15)에는, 차량의 외부에서 들어오는 광에 대해서는 높은 투과율을 가지며, 디스플레이 수단(11) 및 프로젝션 수단(13)에 의해 입사되는 광에 대해서는 높은 반사율을 가지도록 홀로그램 패턴이 형성된 기록층이 형성되어 있다.
이러한 구성의 종래의 헤드업 디스플레이 장치에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이 수단(11)으로부터 차량의 주행 정보나 네비게이션 정보 등의 운행 정보가 이미지 영상으로서 출력되며, 출력된 영상은 미러 시스템을 포함하는 것으로 도시된 프로젝션 수단(22)에 의해 윈드 실드(14)로 향하게 된다. 윈드실드(14)로 입사된 영상은 컴바이너(15)에 의해 반사되어 운전자의 눈에 전달된다. 이때 운전자의 눈으로 전달된 영상은, 운전자 시선의 정면에 대하여 하방각(θ)(lookdown angle)을 이루며 운전자의 시선으로부터 일정 거리, 바람직하게는 2.4m 이상의 거리만큼 떨어진 지점에서 허상 이미지(HUD 이미지)(21)를 형성하고 운전자의 시야 정면의 경치와 겹쳐져서 운전자에게 인식된다. 이 때의 하방각(θ)은, 운전자의 전방의 경치와 혼동되지 않으면서 운전자가 운행 정보 등에 대한 이미지 영상을 인식하기 용이하도록 하기 위하여 약 10 내지 15°의 범위로 조절되는 것이 바람직하다.
그러나, 상술한 바와 같은 구성의 종래의 헤드업 디스플레이 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 디스플레이 수단(11) 및 프로젝션 수단(22)이 차량의 대시 보드(dash board)안으로 내장된 방식으로 구성되어, 차량 구입 시 미리 장착되어야 하는 비포 마켓(Before Market)용의 구성만을 고려하고 있을 뿐, 차량 구입 후 별도로 구매해 장착할 수 있는 애프터마켓(After Market)용의 헤드업 디스플레이 장치에 대해서는 거의 고려되지 않고 있다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 외장형의 휴대가능한 헤드업 디스플레이 장치의 경우에는 주로 차량의 윈드 실드와 대시 보드 간의 공간에 장착되기 때문에, 윈드 실드와 대시 보드 사이의 공간이 협소한 차량에도 장착가능한 구성의 헤드업 디스플레이 장치를 개발할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 간단한 구성으로 모든 차량에 장착 가능한 정도로 장치의 부피가 감소될 수 있는 외장형의 헤드업 디스플레이 장치를 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는, 차량의 운행 정보에 관한 이미지를 영상화하여 출력하는 디스플레이 수단; 운전자의 전방에 배치되어 상기 운전자의 전방에 상기 차량의 운행 정보에 관한 이미지 영상을 표시하는 컴바이너; 상기 디스플레이 수단으로부터 입사된 광이 상기 컴바이너에 대해 소정의 각도로 입사하도록 상기 디스플레이 수단의 광축에 대해 디센터된 비구면 렌즈로 이루어진 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 디센터된 비구면 렌즈는 단일 렌즈인 것이 바람직하다.
또한, 상기 컴바이너는 앞면 및 뒷면의 곡률이 동일한 비구면인 것이 바람직하다.
또한, 상기 디스플레이 수단은 광원 및 디스플레이 패널로 구성될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 수단, 상기 광학 시스템 및 상기 컴바이너는 하우징 내에 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 헤드업 디스플레이 장치는 디스플레이 수단(31), 상기 디스플레이 수단(31)으로부터 출력되는 이미지 영상의 광로를 변경하여 컴바이너(32)로 향하게 하는 광학 시스템(33) 및 상기 광학 시스템(33)으로부터 들어오는 광의 경 로를 변경하여 이에 대한 허상이 차량의 전방에 형성되도록 하는 컴바이너(32)로 구성된다. 또한 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이 장치는 후술하는 바와 같은 디스플레이 수단 내의 광원이나 디스플레이 패널 또는 광학 시스템을 구동할 수 있는 구동부(미도시)를 포함할 수도 있다.
상기 디스플레이 수단(31)은, 예를 들어 광원으로서 백라이트를 갖는 액정 디스플레이를 이용할 수도 있으나, 이에 한정되지 않으며 UHP(Ultra High Pressure) 램프나 LED 또는 레이저 등을 이용하는 광원과 LCD, LCOS, 또는 DMD 등과 같은 마이크로 디스플레이 및 스캔 디스플레이가 가능한 디스플레이 패널로 구성될 수 있고, 백라이트가 필요없는 반사형 컬러 LCD 등도 사용가능하다. 또한, 상기 디스플레이 수단(31)은 반사형 마이크로 디스플레이 타입이나 투과형 마이크로 디스플레이 타입으로 구현할 수도 있으며, 특히 반사형인 경우에는 편광 빔 스플리터(Polarizing Beam Splitter; PBS)를 이용하여 단판형 또는 2판형 모두가 적용될 수 있다.
상기 컴바이너(32)는, 예를 들어 판형의 하프 미러나 홀로그램 소자 등을 이용할 수 있으며, 외부로부터 들어오는 광의 왜곡을 최소화하기 위하여 앞면과 뒷면의 곡률을 대략 동일하도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 컴바이너(32)로서 하프 미러를 이용하는 경우에는 반사에 의해 차량의 전방으로부터 들어오는 광의 경로를 변경하며, 이 경우의 반사율은, 예를 들어 반사 각도를 조정하거나 컴바이너(32)의 표면 또는 이면에 코팅되는 물질 및 두께에 따라 조절 가능하다. 한편, 컴바이너(32)로서 홀로그램 소자를 이용하는 경우에는 회절에 의해 전방으로부터 들어오는 광의 경로를 변경한다. 상기 컴바이너(32)는 광학 시스템(33)으로부터 들어오는 광의 경로를 변경하여 이에 대한 허상이 차량의 전방에 형성되도록 하며, 따라서 운전자는 상기 허상과 차량의 전방의 실제 경치에 대한 이미지 모두를 인식할 수 있게 된다.
상기 광학 시스템(33)은, 디스플레이 수단(31)으로부터 출사되는 이미지 영상이 컴바이너(32)에 소정의 각도로 입사되도록 광 경로를 변경시키기 위한 것으로서, 상기 디스플레이 수단(31) 또는 그 내부의 디스플레이 패널의 광축(34)에 대해 디센터된 단일 렌즈로 구성된다. 본 발명의 광학 시스템에 사용되는 디센터된 렌즈는 비축(off-axis) 및/또는 비대칭의 비구면 렌즈일 수 있다. 일반적으로 비구면 렌즈는, 렌즈가 구면인 경우 빛이 들어온 위치에 따라 초점이 달라져서 발생되는 구면수차, 광선이 비축(off-axis)으로 입사된 경우 발생되는 코마수차, 및/또는 초점을 전후해서 발생하는 비점수차와 같은 수차의 발생 문제를 해결하기 위한 것이나, 본 발명의 광학 시스템(33)에 사용되는 비구면 렌즈는 광 경로가 광축(34)에 대해 일정 각도로 굴절되어 컴바이너(32)에 원하는 각도로 입사되도록 의도되는 표면을 갖는 렌즈인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 광학 시스템(33)에 따르면, 결상 이미지 면인 디스플레이 패널의 광축과 광학 시스템의 광축이 일치되는 종래 기술의 헤드업 디스플레이 장치의 경우와는 달리, 종래 기술에 의한 광축(35) 보다 아래 쪽에 놓인 디센터된 비구면 렌즈를 통과한 후에 상향 방향으로 광 경로를 변경시켜 컴바이너(32)에 도달하게 된다. 따라서, 종래 기술과 같은 광축(35)을 통한 허상 광학계 는 렌즈의 전체를 이용하여야 하기 때문에 큰 공간을 차지하고 투영 방향을 상향시키기 위해 반사형 미러를 추가하거나 광축(35) 위에 돌출되는 렌즈의 윗부분(36)이 운전자의 시야를 가리지 않도록 하는 등의 공간적인 구조설계가 필요하여 컴팩트한 헤드업 디스플레이 장치를 제조하는 데에 많은 한계가 있었으나, 본 발명에 따르면 디센터된 형태의 비구면의 단일 렌즈의 허상 광학계를 사용하기 때문에 간단한 구성의 헤드업 디스플레이 장치를 구성할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 컴바이너(32)도 비구면 렌즈로서 허상의 상기 광학 시스템(33)과 유사하게 디센터된 형태로 일부만을 이용할 수 있기 때문에, 헤드업 디스플레이 장치가 보다 콤팩트하게 구성될 수 있다.
또한 상기 디스플레이 수단, 상기 광학 시스템 및 상기 컴바이너는 하우징 내에 일체형으로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 컴바이너는 상기 하우징 내에 힌지 등의 회동 수단에 의해 회동가능하게 장착되어 반사 각도를 조정할 수 있는 것이 바람직하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니한다. 예를 들어 상기 실시예들에서는 디센터된 비구면의 단일 렌즈로 구성된 광학 시스템에 대해 도시되었으나, 렌즈를 더 많이 구비할수록 광경로의 변환각도를 미세하게 조정 가능하기 때문에, 광경로의 미세조정이 바람직한 경우에는 단일 렌즈 대신 복수의 렌즈로 구성된 광학 시스템을 사용할 수도 있다. 결국, 상기 실시예와 도면들은 본 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니므로, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 그와 균등한 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는, 디센터된 형태의 비구면 단일 렌즈의 허상 광학계를 사용함과 동시에 컴바이너도 디센터된 형태의 일부만을 이용할 수 있기 때문에, 종래 기술보다 컴팩트한 구성이 가능하기 때문에 윈드 실드와 대시 보드 사이의 공간이 협소한 차량에도 장착가능하다는 효과가 있다.
또한, 디스플레이 수단, 광학 시스템 및 컴바이너를 하우징 내의 일체형으로 형성하는 경우에는 그 부피가 간략하게 구성될 수 있어 조립이 간단하고 제조 비용이 절감될 수 있는 휴대용의 헤드업 디스플레이 장치를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 차량의 운행 정보에 관한 이미지를 영상화하여 출력하는 디스플레이 수단;
    운전자의 전방에 배치되어 상기 운전자의 전방에 상기 차량의 운행 정보에 관한 이미지 영상을 표시하는 컴바이너;
    상기 디스플레이 수단으로부터 입사된 광이 상기 컴바이너에 대해 소정의 각도로 입사하도록 상기 디스플레이 수단의 광축에 대해 디센터된 비구면 렌즈로 이루어진 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디센터된 비구면 렌즈는 단일 렌즈인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴바이너는 앞면 및 뒷면의 곡률이 동일한 비구면인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 수단은 광원 및 디스플레이 패널로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 수단, 상기 광학 시스템 및 상기 컴바이너는 하우징 내에 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
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