KR101384378B1 - 헤드업 디스플레이 장치, 스크린 부재, 이의 제조 방법 및 화상 투사 방법 - Google Patents

헤드업 디스플레이 장치, 스크린 부재, 이의 제조 방법 및 화상 투사 방법 Download PDF

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다까유끼 후지까와
히로시 안도
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Abstract

스크린 부재(30, 2030)는 광선속이 시인 영역(60, 2060, 3060)으로 유도되도록 레이저 스캐너(10)로부터 투사된 광선속을 확산시킨다. 스크린 부재(30, 2030)는 복수의 광학 소자(32, 2032)를 포함한다. 광학 소자(32, 2032)의 각각의 표면은, 곡면(32a, 2032a)에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면(32a, 2032a)을 형성하고, 복수의 광학 소자(32, 2032)는, 각각의 대응 피치가 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역(60, 2060, 3060)에 형성된 회절 광속의 피크 대 피크 간격을 조정하도록 설정된, 격자 패턴으로 배치된다.

Description

헤드업 디스플레이 장치, 스크린 부재, 이의 제조 방법 및 화상 투사 방법 {HEAD-UP DISPLAY APPARATUS, SCREEN MEMBER, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND IMAGE PROJECTING METHOD}
본 개시는 헤드업 디스플레이 장치, 헤드업 디스플레이 장치의 스크린 부재, 스크린 부재의 제조 방법 및 화상 투사 방법에 관한 것이다.
이전에 공지된 헤드업 디스플레이(HUD) 장치에서는, 광선속이 스크린 부재에 의해 확산되고, 스크린 부재에 의해 확산된 광선속이 표시 화상으로서 차량(예컨대, 자동차)의 투사면에 투사되어 시인자가 표시 화상의 허상을 보는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 일본공개특허출원 제2009-128659호 공보, 일본공개특허출원 제2010-145746호 공보 또는 일본공개특허출원 평07-270711호 공보에 개시된 HUD 장치의 스크린 부재는 복수의 마이크로 광학 소자가 격자 패턴(lattice pattern)으로 배열되어 개별 마이크로 광학 소자에 입사하는 광선속을 투과 또는 반사하는 광학 부재이다. 마이크로 광학 소자는 일반적으로 마이크로 렌즈 또는 마이크로 미러라 칭한다. 일본공개특허출원 제2009-128659호 공보에서, 각 마이크로 광학 소자는 원형 형상으로 구성된다. 일본공개특허출원 제2010-145746호 공보에서, 각 마이크로 광학 소자는 육각형 형상으로 구성된다. 또한, 일본공개특허출원 평07-270711호 공보에서 각 마이크로 광학 소자는 사각형(직사각형) 형상으로 구성된다.
일본공개특허출원 제2009-128659호 공보, 일본공개특허출원 제2010-145746호 공보 또는 일본공개특허출원 평07-270711호 공보에서, 마이크로 광학 소자는 곡면 상으로 입사되는 광선속을 미리 정해진 확산각으로 확산시키는 곡면으로서 형성된다. 따라서, 미리 정해진 확산각에서 광학 소자로부터 출력되어 투사면에 투사된 광선속은 시인자의 눈 주위로 설정된 미리 정해진 범위로 유도된다. 이때, 광학 소자에 의해 확산된 광선속의 형상은 광학 소자의 외부 에지에 의해 형성되는 광학 소자의 형상에 대응한다. 따라서, 광선속이 유도되는 미리 정해진 범위의 형상은 광학 소자의 형상에 대응한다. 따라서, 미리 정해진 범위에서, 시인자의 안점이 이동하더라도 시인자는 여전히 표시 화상을 시인할 수 있다. 즉, 이 미리 정해진 범위가 차량 내에 위치된 시인자가 표시 화상의 허상을 시인할 수 있는 시인 영역이 된다.
일본공개특허출원 평07-270711호 공보에는 각 광학 소자의 폭 방향의 확산 광의 확산각 및 광학 소자의 높이 방향의 확산 광의 확산각이 광학 소자의 폭 및 높이를 변경함으로써 개별적으로 제어될 수 있다고 기재되어 있다.
본 출원의 발명자는 각 광학 소자의 폭 및 높이를 변경함으로써 실험을 수행하였다. 이 실험의 결과, 광학 소자의 폭 및 높이가 미리 정해진 관계를 가질 때, 시인자(차량의 탑승자)에 의해 시인되는 표시 화상의 허상이 희미해진다는 것이 발견되었다.
본 개시는 상기 단점을 고려하여 이루어졌다. 따라서, 본 개시의 목적은 상술된 화상의 희미해짐을 제한할 수 있는 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 본 개시의 다른 목적은 이러한 헤드업 디스플레이 장치의 스크린 부재 및 스크린 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 개시의 추가 목적은 상술된 화상의 희미해짐을 제한할 수 있는 화상 투사 방법을 제공하는 것이다.
본 개시에 따르면, 차량의 투사면에 표시 화상을 투사하여 차량의 차량 객실측에 위치한 시인자가 표시 화상의 허상을 볼 수 있게 하도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치가 제공된다. 헤드업 디스플레이 장치는 투사기와 스크린 부재를 포함한다. 투사기는 상기 표시 화상을 형성하는 광선속을 투사하도록 구성된다. 상기 스크린 부재는 상기 차량 객실측의 시인자가 허상을 시인할 수 있는 시인 영역으로 광선속이 유도되도록, 광선속을 확산시킨다. 상기 스크린 부재는 복수의 광학 소자를 포함한다. 상기 복수의 광학 소자의 각각의 표면은, 곡면에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면을 형성한다. 상기 복수의 광학 소자는, 각각의 대응 피치가 복수의 광학 소자에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 8㎜ 이하의 값으로 조정하도록 설정된, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치된다. 다르게는, 상기 복수의 광학 소자는, 각각의 대응 피치가 복수의 광학 소자부에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역에 형성된 회절광의 피크 대 피크 간격을 시인자의 눈동자의 직경 이하의 값으로 조정하도록 설정된, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치될 수도 있다.
본 개시에 따르면, 또한 차량의 표시 부재에 형성된 투사면에 표시 화상을 투사하여 차량의 차량 객실측에 위치한 시인자가 표시 화상의 허상을 볼 수 있게 하도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치가 제공된다. 헤드업 디스플레이 장치는 투사기와 스크린 부재를 포함한다. 투사기는 상기 표시 화상을 형성하는 광선속을 투사하도록 구성된다. 상기 스크린 부재는 상기 차량 객실측의 시인자가 허상을 시인할 수 있는 시인 영역으로 광선속이 유도되도록, 광선속을 확산시킨다. 상기 시인 영역은 4개의 외부 에지로 한정된 사각형 형상으로 구성된다. 상기 시인 영역의 4개의 외주 에지 중 2개는 일반적으로 서로 평행하고, 차량의 좌우 방향과 입반적으로 일치하는 시인 영역의 제1 대향 방향에서 서로 대향하고, 상기 시인 영역의 4개의 외부 에지 중 다른 2개는 일반적으로 서로 평행하고, 상기 시인 영역의 상기 제1 대향 방향에 수직하고 차량의 상하 방향에 일반적으로 일치하는 상기 시인 영역의 제2 대향 방향에서 서로 대향한다. 상기 스크린 부재는 각각 상기 시인 영역의 사각형 형상에 일반적으로 상사(相似, homothetic)인 사각형 형상으로 구성되고 4개의 외부 에지로 한정되는 복수의 광학 소자를 포함한다. 상기 시인 영역의 4개의 외부 에지 중 2개에 대응하는 각각의 광학 소자의 4개의 외부 에지 중 2개는 일반적으로 서로 평행하고 광학 소자의 제1 대향 방향에서 서로 대향하고, 상기 시인 영역의 4개의 외부 에지 중 다른 2개에 대응하는 광학 소자의 4개의 외부 에지 중 다른 2개는 일반적으로 서로 평행하고 광학 소자의 제1 대향 방향에 수직인 광학 소자의 제2 대향 방향에서 서로 대향한다. 상기 복수의 광학 소자 각각의 표면은 곡면을 형성하여 상기 시인 영역을 향하여 상기 곡면으로 진입하는 광선속을 확산시킨다. 상기 복수의 광학 소자는 각각의 광학 소자의 제1 대향 방향에서 제1 피치 및 각각의 광학 소자의 제2 대향 방향에서 제2 피치로 차례로 연속적으로 배치된다. 상기 제1 피치는 이하의 식을 만족시키고,
Figure 112012068349568-pat00001
여기서, P1은 제1 피치를 나타내고,
λ는 투사기로부터 투사된 광선속의 파장을 나타내고,
Figure 112012068349568-pat00002
는 시인자의 눈동자의 직경을 나타내고,
D1은 시인 영역의 제1 대향 방향에서 측정된 시인 영역의 제1 길이를 나타내고,
θs1은 시인 영역의 제1 대향 방향에서 측정된 시인 영역의 제1 길이에 걸쳐 시인 영역 위로 광학 소자에 의해 확산되는 광선속의 제1 확산각을 나타낸다.
상기 제2 피치는 이하의 식을 만족시키고,
Figure 112012068349568-pat00003
여기서, P2은 제2 피치를 나타내고,
λ는 투사기로부터 투사된 광선속의 파장을 나타내고,
Figure 112012068349568-pat00004
는 시인자의 눈동자의 직경을 나타내고,
D2는 시인 영역의 제2 대향 방향에서 측정된 시인 영역의 제2 길이를 나타내고,
θs2는 시인 영역의 제2 대향 방향에서 측정된 시인 영역의 제2 길이에 걸쳐 시인 영역 위로 광학 소자에 의해 확산되는 광선속의 제2 확산각을 나타낸다.
본 개시에 따르면, 또한 차량 실내측의 시인자가 허상을 시인할 수 있는 시인 영역으로 광선속이 유도되도록 투사기로부터 투사된 광선속을 확산시키는 것에 의해, 차량의 투사면에 표시 화상을 투사하여 차량의 차량 실내측에 위치한 시인자가 표시 화상의 허상을 볼 수 있도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재가 제공된다. 스크린 부재는 복수의 광학 소자를 포함한다. 상기 복수의 광학 소자의 각각의 표면은, 곡면에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면을 형성한다. 상기 복수의 광학 소자는, 각각의 대응 피치가 복수의 광학 소자에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 시인자의 눈동자의 직경 이하의 값으로 조정하도록 설정된, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치된다.
본 개시에 따르면, 실내측의 시인자가 허상을 시인할 수 있는 시인 영역으로 광선속이 유도되도록 투사기로부터 투사된 광선속을 확산시키는 것에 의해, 차량의 투사면에 표시 화상을 투사하여 차량의 차량 실내측에 위치한 시인자가 표시 화상의 허상을 볼 수 있도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재의 제조 방법이 또한 제공된다. 제조 방법에서, 복수의 광학 소자에 의해 확산된 광선속의 회절의 발생에 의해 시인 영역에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 8㎜ 이하의 값으로 설정하도록, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치된 상기 스크린 부재의 상기 복수의 광학 소자의 각각의 대응 피치는 결정된다. 그런 후, 상기 복수의 광학 소자의 각각의 대응 피치의 결정 단계에서 결정된 각각의 대응 피치에, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치된 복수의 광학 소자를 갖는 스크린 부재가 형성된다.
본 개시에 따르면, 차량의 차량 실내측에 위치한 시인자가 표시 화상의 허상을 볼 수 있도록, 차량의 투사면에 표시 화상을 투사하는 화상 투사 방법이 또한 제공된다. 화상 투사 방법은 투사기 및 스크린 부재를 사용하여, 시인 영역에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 시인자의 눈동자의 직경 이하의 값으로 조정하는 단계를 포함한다. 상기 투사기는 상기 표시 화상을 형성하는 광선속을 투사하도록 구성된다. 상기 스크린 부재는 상기 차량 실내측의 시인자가 허상을 시인할 수 있는 시인 영역으로 광선속이 유도되도록, 광선속을 확산시킨다. 상기 스크린 부재는 복수의 광학 소자를 포함한다. 상기 복수의 광학 소자의 각각의 표면은, 곡면에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면을 형성하고 복수의 광학 소자에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역에 회절 광속이 각각 형성된다. 복수의 광학 소자는 각각의 대응 피치로 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치된다.
본 명세서에 기재된 도면은 예시 목적만을 위한 것이고 결코 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이(HUD) 장치를 갖는 차량을 도시하는 개략도.
도 2는 제1 실시예에 따른 HUD 장치의 구조를 도시하는 개략 사시도.
도 3은 제1 실시예에 따른 HUD 장치에 의해 생성되는 표시를 도시하는 개략적인 정면도.
도 4는 제1 실시예에 따른 HUD 장치의 구조를 도시하는 개략도.
도 5a는 제1 실시예에 따른 스크린 부재의 구조의 일 예를 도시하는 HUD 장치의 스크린 부재의 부분 정면도.
도 5b는 제1 실시예에 따른 스크린 부재의 구조의 다른 예를 도시하는 HUD 장치의 스크린 부재의 부분 정면도.
도 6은 제1 실시예에 따른 스크린 부재의 개략 사시도.
도 7은 도 6의 선 Ⅶ-Ⅶ를 따라 취한 단면도.
도 8은 도 6의 선 Ⅷ-Ⅷ을 따라 취한 단면도.
도 9는 제1 실시예에 따른 시인 영역을 도시하는 개략 확대도.
도 10a는 일 예시적인 경우에서 수평 방향에 따른 제1 실시예의 스크린 부재의 광학 소자에서 광선속의 확산각과 광학 소자에서 광선속의 반사광 세기 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 10b는 일 예시적인 경우에서 수직 방향에 따른 제1 실시예의 스크린 부재의 광학 소자에서 광선속의 확산각과 광학 소자에서 광선속의 반사광 세기 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 11a는 다른 예시적인 경우에서 수평 방향에 따른 제1 실시예의 스크린 부재의 광학 소자에서 광선속의 확산각과 광학 소자에서 광선속의 반사광 세기 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 11b는 다른 예시적인 경우에서 수직 방향에 따른 제1 실시예의 스크린 부재의 광학 소자에서 광선속의 확산각과 광학 소자에서 광선속의 반사광 세기 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 12는 제1 실시예에 따른 설계 원리를 설명하기 위한 개략도.
도 13a 및 도 13b는 비교예의 단점을 설명하기 위한 개략도.
도 14a 및 도 14b는 제1 실시예의 특징적인 구성을 설명하기 위한 개략도.
도 15는 비교예의 단점을 설명하기 위한 개략도.
도 16은 제1 실시예의 특징적 피쳐를 설명하기 위한 모식도.
도 17은 제1 실시예에 따른 설계 원리를 설명하기 위한 모식도.
도 18은 제1 실시예에 따른 설계 원리를 설명하기 위해 수평 방향으로 취한 광학 소자의 단면을 나타내는 모식도.
도 19는 제1 실시예에 따른 설계 원리를 설명하기 위해 수직 방향으로 취한 광학 소자의 단면을 나타내는 모식도.
도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스크린 부재의 부분 정면도.
도 21은 제2 실시예에 따른 설계 원리를 설명하기 위해 하나의 대향 방향으로 취한 광학 소자의 단면을 나타내는 모식도.
도 22는 제2 실시예에 따른 설계 원리를 설명하기 위해 다른 대향 방향으로 취한 광학 소자의 단면을 나타내는 모식도.
도 23은 제2 실시예에 따른 설계 원리를 설명하기 위해 다른 대향 방향으로 취한 광학 소자의 단면을 나타내는 모식도.
도 24는 제2 실시예에 따른 시인 영역을 나타내는 확대 모식도.
도 25는 도 9에 도시한 제1 실시예의 시인 영역의 변형예를 나타내는 모식도.
도 26은 도 2에 도시한 제1 실시예의 HUD 장치의 구조의 변형예를 도시하는 개략적인 사시도.
도 27은 도 2에 도시한 제1 실시예의 HUD 장치의 구조의 다른 변형예를 도시하는 개략적인 사시도.
도 28은 도 4에 도시한 제1 실시예의 HUD 장치의 다른 변형예를 도시하는 모식도.
본 발명의 다양한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다. 아래의 설명에서, 유사한 구성 요소는 실시예와 이 실시예의 변형예 전반에 걸쳐 동일한 도면 부호에 의해 지시되고, 간결성을 위해 과다하게 설명하지 않는다. 아래의 실시예 각각에서는, 단지 구조의 일부만이 설명되는 경우, 나머지 부분은 전술한 실시예(들)의 나머지 부분과 동일하다. 또한, 아래의 실시예와 이 실시예의 변형예 중 어느 하나의 구성 요소 중 하나 이상은 구성 요소의 조합에 관하여 문제가 없는 한, 아래의 실시예와 이 실시예의 변형예 중 하나 이상의 임의의 다른 구성 요소와 결합될 수 있다.
(제1 실시예)
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 도 1에 도시한 바와 같이, 헤드업 표시(HUD) 장치(100)는 차량(예컨대, 자동차)(1)의 인스트루먼트 패널(80)에 설치된다. HUD 장치(100)는 차량(1)의 윈드실드(표시 부재로서의 역할을 함)(90) 상에 표시 화상(71)을 투사한다. HUD 장치(100)로부터 표시 화상(71)이 투사되는 투사면(투사의 면이라고도 함)(91)은 윈드실드(90)의 차량 내측면에 형성된다. 또한, 투사면(91)은 오목한, 즉 차량(1)의 차량 객실(승객실)(1a)에서 운전자의 좌석에 착석하는 시인자(운전자)로부터 멀어지는 방향으로 만곡되고 오목한 오목면 형상으로 형성되거나, 평면으로 형성된다. 또한, 윈드실드(90)는, 내측면과 외측면 사이의 광로차를 억제하기 위한 내측면과 외측면의 각도차를 갖는 윈드실드일 수도 있고, 광로차를 억제하기 위해 내측면에 기상 증착막 또는 접합막을 갖는 윈드실드일 수도 있다.
표시 화상(71)을 형성하는 광선속이 윈드실드(90)의 투사면(91)에 투사되면, 투사면(91)에 의해 반사된 광선속은 시인자의 안점(61)에 도달한다. 시인자가 안점(61)에 도달된 광선속을 시인하면, 시인자는 윈드실드(90)의 전방측[즉, 시인자의 대향측에 있는 윈드실드(90)의 측부] 상에 결상되는 표시 화상(71)의 허상(70)을 시인할 수 있다. 이때, 시인자는, 단지 안점(61)이 도 2에 도시한 시인자의 시인 영역(60)에 위치될 때에만 허상(70)을 인식할 수 있다. 즉, 안점(61)이 시인 영역(60)으로부터 변위되면, 시인자는 허상(70)을 시인하는 데 어려움을 겪을 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, HUD 장치(100)는, 시인자가 차량(1)의 차량 객실(1a)의 내측으로부터 표시 화상(71)의 허상(70)을 시인할 수 있도록 투사면(91) 상에 표시 화상(71)을 투사한다. 표시 화상(71)의 허상(70)은, 예컨대 차량(1)의 주행 속도 표시(70a), 내비게이션 시스템에 의해 특정되는 차량(1)의 진행 방향의 사인 표시(70b), 및 차량(1)의 경고 사인 표시(70c)를 나타내는 화상 세그먼트를 갖는다.
(기본 구성)
이제, 허상(70)을 표시하는 기능을 갖는 HUD 장치(100)의 기본 구성을 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, HUD 장치(100)는 하우징(50)에 수납되는 레이저 스캐너(10), 컨트롤러(29), 스크린 부재(30) 및 광학계(40)를 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 투사기로서의 역할을 하는 레이저 스캐너(10)는 광원(13), 도광 장치(20) 및 미소 전기 기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems; MEMS) 디바이스(26)를 포함한다.
광원(13)은 3개의 레이저 디바이스(14 내지 16)를 포함한다. 각 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)는 컨트롤러(29)에 전기 접속되며, 예컨대 반도체 레이저(레이저 다이오드)인 레이저 광원을 갖는다. 또한, 각 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)는, 나머지 2개의 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)와는 다른 주파수를 갖는 해당 단일 파장 레이저 광(레이저 빔이라고도 함)을 투사한다. 즉, 각 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)는 나머지 2개의 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)의 것과는 다른 색상 페이스를 갖는 해당 레이저 광을 투사한다. 구체적으로는, 레이저 투사 디바이스(14)는 예컨대 피크 파장이 600 내지 650㎚, 바람직하게는 640㎚인 적색 레이저 광을 투사한다. 레이저 투사 디바이스(15)는 피크 파장이, 예컨대 430 내지 470㎚, 바람직하게는 450㎚인 청색 레이저 광을 투사한다. 레이저 투사 디바이스(16)는, 피크 파장이 예컨대, 490 내지 530㎚, 바람직하게는 515㎚인 녹색 레이저 광을 투사한다. 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)로부터 각각 투사되는 상이한 색상 페이스의 레이저 광이 추가적으로 혼합되면, 다양한 색상이 재현될 수 있다.
도광 장치(20)는 3개의 콜리메이트 렌즈(21), 3개의 다이클로익 필터(22 내지 24) 및 집광 렌즈(25)를 포함한다. 각 콜리메이터 렌즈(21)는 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)로부터 투사되는 레이저 광의 투사 방향으로 대응하는 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)의 하류측에 배치되고, 각 콜리메이트 렌즈(21)는 대응하는 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)로부터, 예컨대 0.5㎜만큼 이격된다. 각 콜리메이트 렌즈(21)는 대응하는 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)로부터 출력되는 레이저 광을 굴절시켜 레이저 광을 콜리메이트하는데, 즉 평행 레이저 광선을 생성한다.
각 다이클로익 필터(22 내지 24)는, 대응하는 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)로부터 투사되는 레이저 광의 투사 방향으로 대응하는 콜리메이트 렌즈(21)의 하류측에 배치되고, 각 다이클로익 필터(22 내지 24)는 대응하는 콜리메이트 렌즈(21)로부터, 예컨대 4㎜만큼 이격된다. 각 다이클로익 필터(22 내지 24)는 대응하는 콜리메이트 렌즈(21)를 통과하는 특정 파장(들)의 레이저 광을 반사하고, 다이클로익 필터(22 내지 24)는 특정 파장(들) 이외의 다른 파장(들)의 레이저 광을 통과시킨다. 구체적으로는, 레이저 투사 디바이스(14)의 하류측 상에 배치되는 다이클로익 필터(22)는 적색 레이저 광을 통과시키고, 적색 이외의 다른 색상의 다른 레이저 광을 반사시킨다. 레이저 투사 디바이스(15)의 하류측에 배치되는 다이클로익 필터(23)는 청색 레이저 광을 반사시키고, 청색 이외의 다른 색상의 레이저 광을 통과시킨다. 레이저 투사 디바이스(16)의 하류측에 배치되는 다이클로익 필터(24)는 녹색의 레이저 광을 반사시키고, 녹색 이외의 다른 색상의 레이저 광을 통과시킨다.
다이클로익 필터(23)는 다이클로익 필터(24)에 의해 반사되는 녹색 레이저 광의 반사 방향으로 다이클로익 필터(24)의 하류측에 위치 설정되고, 다이클로익 필터(23)는 다이클로익 필터(24)로부터, 예컨대 6㎜만큼 이격된다. 다이클로익 필터(22)는 다이클로익 필터(23)에 의해 반사되는 청색 레이저 광의 반사 방향, 즉 다이클로익 필터(23)를 통과하는 녹색 레이저 광의 통과 방향으로 다이클로익 필터(23)의 하류측에 위치 설정되고, 다이클로익 필터(22)는 다이클로익 필터(23)로부터, 예컨대 6㎜만큼 이격된다. 또한, 집광 렌즈(25)는 다이클로익 필터(22)를 통과하는 적색 레이저 광의 통과 방향, 즉 다이클로익 필터(22)에 의해 반사되는 청색 레이저 광의 반사 방향으로 다이클로익 필터(22)의 하류측에 배치되고, 집광 렌즈(25)는 다이클로익 필터(22)로부터, 예컨대 4㎜만큼 이격된다. 이에 의해, 본 실시예에 따르면, 다이클로익 필터(22)를 통해 전달되는 적색 레이저 광, 다이클로익 필터(23)에 의해 반사된 후에 다이클로익 필터(22)에 의해 반사된 청색 레이저 광 및 다이클로익 필터(24)에 의해 반사되고 다이클로익 필터(23)를 통해 전달된 후에 다이클로익 필터(22)에 의해 반사되는 녹색 레이저 광이 집광 렌즈(25)에 입사하여 혼합된다.
집광 렌즈(25)는 평면으로 형성되는 입사면 및 볼록면으로 형성되는 출사면을 갖는 평볼록 렌즈이다. 집광 렌즈(25)는 집광 렌즈(25)의 입사면에 입사한 레이저 광을 굴절시킴으로써 레이저 광을 수렴시킨다. 이에 의해, 집광 렌즈(25)를 통과한 레이저 광은 MEMS 디바이스(26)로 출사된다.
MEMS 디바이스(26)는 수평 스캐너(27), 연직 스캐너(28) 및 구동 디바이스(도시하지 않음)를 포함한다. 중심부가 집광 렌즈(25)와 대향하고 집광 렌즈(25)로부터, 예컨대 5㎜만큼 이격된 수평 스캐너(27)의 표면에, 반사면(27b)이, 예컨대 알루미늄의 금속 기상 증착에 의해 박막으로서 형성된다. 수평 스캐너(27)는 차량(1)에서 수직 방향으로 연장되는 회전축(27a)을 중심으로 회전 가능하다. 또한, 중심부가 수평 스캐너(27)와 대향하고, 수평 스캐너(27)로부터, 예컨대 1㎜만큼 이격된 연직 스캐너(28)의 표면에, 반사면(28b)이 예컨대 알루미늄 금속의 금속 기상 증착에 의해 박막으로서 형성된다. 연직 스캐너(28)는 차량(1)에서 수평 방향(즉방향, 즉 좌우 방향)으로 연장되는 회전축(28a)을 중심으로 회전 가능하다. MEMS 디바이스(26)의 구동 디바이스는 구동 디바이스에 전기 접속되는 컨트롤러(29)로부터 수신되는 구동 신호에 따라 수평 수캐너(27)와 연직 스캐너(28)를 개별 회전시킨다.
레이저 스캐너(10)의 최종 스캐닝단을 형성하는 연직 스캐너(28)의 중심부는, 스크린 부재(30)의 주사면(화상면 또는 어레이면이라고도 함)(31)으로부터, 예컨대 100㎜만큼 이격된다. 본 실시예에서, 집광 렌즈(25)로부터 출사되고, 수평 및 연직 스캐너(27, 28)의 반사면(27b, 28b)에 의해 반사되는 레이저 광은 표시 화상(71)을 형성하는 광선속으로서 스크린 부재(30)에 투사된다.
컨트롤러(29)는 프로세서를 포함하는 제어 회로이다. 컨트롤러(29)는 각각의 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)에 제어 신호를 출력하여, 레이저 투사 디바이스(14 내지 16)로부터 레이저 광을 펄스 광으로서 단속적으로 투사한다. 또한, 컨트롤러(29)는 MEMS 디바이스(26)의 구동 디바이스에 구동 신호를 출력하여, 주사면(31)으로의 레이저 광의 투사 방향을 도 4의 주사선(SL)을 따른 화살표 방향으로 순차 변화시킨다. 그 결과, 레이저 광에 의해 스폿으로서 발광하는 발광 영역(33)(도 5a 및 도 5b 참조)이 주사면(31)을 따라 이동하여 표시 화상(71)을 형성한다. 주사면(31)에 형성된 표시 화상(71)은, 예컨대 초당 60 프레임, 수평 방향(x)으로 480 화소, 수직 방향(y)으로 240 화소를 갖는 화상이다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 스크린 부재(30)는 수지 기판 또는 유리 기판의 표면 상에 알루미늄의 기상 증착에 의해 형성된 반사 스크린이다. 스크린 부재(30)는 차량(1)(도 1 및 도 2 참조)의 수직 방향(상하 방향)으로 레이저 스캐너(10)의 상부측에 배치된다. 스크린 부재(30)의 주사면(31)은 스크린 부재(30)의 표면 상에 알루미늄의 금속 기상 증착을 통해 박막으로서 형성된다. 레이저 광이 레이저 스캐너(10)로부터 주사면(31) 상으로 광선속을 투사하면, 표시 화상(71)이 주사면(31)에 형성된다.
주사면(31)은 복수의 광학 소자(32)를 포함하는데, 이들 광학 소자는 각각 마이크로 미러로서 형성되고, 수평 방향(측방향, 폭방향, 제1 방향, 제1 대향 방향이라고도 함)(x) 및 수직 방향(상하 방향, 높이 방향, 제2 방향 또는 제2 대향 방향이라고도 함)(y)에서 격자 패턴(또한 메쉬 패턴, 그리드 패턴으로도 불림)으로 배치된다. 격자 패턴으로의 광학 소자(32)의 배치는 광학 소자(32)가 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치되는 것을 나타낸다(이 특정 예에서, 광학 소자(32)는 수평 방향(x) 및 수직 방향(y)으로 차례로 연속적으로 배열되고, 즉 광학 소자(32)는 행렬로 배치된다). 본 실시예에서, 광학 소자(32)는 스크린 부재(30)에 일체 형성된다. 대안으로서, 광학 소자(32)는 개별 형성될 수 있고, 스크린 부재(30)의 본체에 일체로 유지될 수 있다. 각각의 광학 소자(32)는 주사면(31)에 투사된 광선속을 반사시킬 시에 광선속을 확산시킨다. 광학 소자(32)가 일대일 관계로 표시 화상(71)의 화소에 대응하는 본 실시예에서, 도 4의 주사선(SL)은, 적어도 하나의 광학 소자(32)가 레이저 광이 스폿으로서 투사되는 도 5a 및 도 5b의 발광 영역(33)에 위치되도록 컨트롤러(29)에 의해 제어된다. 레이저 광이 투사되는 발광 영역(33)의 직경(φa)은 이후에 설명되는 광학 소자(32)의 피치 관점에서, 예컨대 70 내지 400 ㎛의 범위로 설정된다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 광학계(40)는 요면경(42)과 구동 디바이스(도시하지 않음)를 포함한다. 요면경(42)은 수지 기판 또는 유리 기판의 표면에, 예컨대 알루미늄의 기상 증착을 통해 형성된다. 요면경(42)은, 반사 광학 소자(32)로부터 반사된 광선속을 윈드실드(90)의 투사면(91)에 반사하는 반사면(42a)을 갖는다. 본 실시예의 반사면(42a)은 주사면(31)과 투사면(91)으로부터 멀어지도록 만곡되고 오목한 매끄러운 오목면으로서 형성된다. 반사면(42a)은 주사면(31)의 광학 소자(32)에 의해 각각 확산되고 반사되는 광선속을 확대하고 반사한다. 또한, 반사면(42a)은, 도 1에 도시되고 수평 방향으로 연장되는 스윙 샤프트(42b)를 중심으로 스윙 가능하다.
광학계(40)의 구동 디바이스는, 광학계(40)의 구동 디바이스에 전기 접속되는 컨트롤러(29)로부터 수신되는 구동 신호에 따라 요면경(42)을 스윙한다. 요면경(42)이 스윙되면, 허상(70)이 결상되는 허상(70)의 결상 위치가 수직 방향으로 상방으로 또는 하방으로 이동되고, 이에 의해 시인자가 허상(70)을 시인할 수 있는 도 2의 시인 영역(60)이 또한 수직 방향으로 상방으로 또는 하방으로 이동된다.
(설계 원리)
다음으로, 제1 실시예의 설계 원리를 상세하게 설명한다.
(1) 광학 소자와 시인 영역 사이의 관계
(1-1) 광학 소자의 형상
도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 각 광학 소자(32)는 레이저 스캐너(10)를 향해 방향 z(도 2 참조)로 만곡되어 돌출하며 아치형 단면 또는 2차 단면을 갖는 볼록면으로서 형성되는 곡면(32a)을 갖는다. 대안적으로는, 각 광학 소자(32)의 곡면(32a)은, 레이저 스캐너(10)로부터 멀어지도록 방향 z(도 2 참조)로 만곡되어 우묵해지며 아치형 단면 또는 2차 단면을 갖는 오목면으로서 형성될 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도 6의 수평 방향(x)으로 도 6의 선 Ⅶ-Ⅶ를 따라 취한 광학 소자(32)의 종단면도에서, 수평 방향(x)으로 아치형으로 만곡되어 있는 광학 소자(32)의 곡면(32a)의 원호(32a1)는 곡률 반경(제1 곡률 반경)(R1)을 갖는다. 즉, 곡면(32a)은 곡률 반경(R1)을 갖도록 수평 방향(x)으로 아치형으로 만곡되어 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 수평 방향(x)에 수직인 수직 방향(y)으로 도 6의 선 Ⅷ-Ⅷ을 따라 취한 광학 소자(32)의 횡단면도에서, 수직 방향(y)으로 아치형으로 만곡되어 있는 광학 소자(32)의 곡면(32a)의 원호(32a2)는 곡률 반경(제2 곡률 반경)(R2)을 갖는다. 즉, 곡면(32a)은 곡률 반경(R2)을 갖도록 수직 방향(y)으로 아치형으로 만곡되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 스크린 부재(30) 및 각 광학 소자(32)의 수평 방향(x)은 차량(1)의 수평 방향(횡방향, 즉 좌우 방향)과 일반적으로 일치하고 있다. 또한, 스크린 부재(30) 및 각 광학 소자(32)의 수직 방향(y)은 본 실시예에서는 차량(1)의 수직 방향에 대해 기울어져 있다. 대안적으로는, 스크린 부재(30) 및 각 광학 소자(32)의 수직 방향(y)은 차량(1)의 수직 방향과 일반적으로 일치할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 각 광학 소자(32)의 곡면(32a)은, 방향 Z, 즉 스크린 부재(30)의 평면에 수직인 방향에서 취한 모습에서 4개의 외부 에지(32e1 내지 32e4)를 갖는 사각형(직사각형) 형상으로 형성된다. 곡면(32a)의 외부 에지(32e1 내지 32e4)에 의해 형성되는 사각형은, N을 2(정수)라 할 때 외부 에지(32e1 내지 32e4)의 총 수가 2N과 동일하고, 즉 2N으로 규정되고, 외부 에지(32e1 내지 32e4) 중 대응하는 평행한 2개의 에지가 서로 대향하는 방향(즉, 대향 방향)(x, y)의 총 수가 N인 다각형이다. 각 광학 소자(32)에서, 2개의 에지(32e1, 32e2)는 수평 방향(x)으로 서로 평행하고 서로 대향하며, 따라서 스크린 부재(30)[및 이 경우에는 광학 소자(32)]의 수평 방향(x)을 이 2개의 평행한 에지(32e1, 32e2)가 서로 대향하는 광학 소자(32)의 대향 방향(제1 대향 방향)이라 할 수 있다. 또한, 광학 소자(32)의 다른 2개의 에지(32e3, 32e4)는 수직 방향(y)으로 서로 평행하고 서로 대향하며, 따라서 스크린 부재(30)[및 이 경우에는 광학 소자(32)]의 수직 방향(y)을 이 2개의 평행한 에지(32e3, 32e4)가 서로 대향하는 광학 소자(32)의 대향 방향(제2 대향 방향)이라 할 수 있다.
도 5a 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 광학 소자(32)는, 광학 소자(32)의 각각의 이웃하는 2개의 곡면(32a)의 대응하는 외부 에지(32e1 내지 32e4)가 서로 겹치고, 광학 소자(32)가 수평 방향(x)으로 미리 정해진 피치(P1) 및 수직 방향(y)으로 미리 정해진 피치(P2)로 차례로 배치되도록 격자 패턴(이 경우에는, 직사각형 격자 패턴)으로 나란히 배치된다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 수평 방향(x)의 피치(제1 피치)(P1)는 각 광학 소자(32)의 4개의 외부 에지(32e1 내지 32e4)에 의해 규정된 정사각형 형상으로 곡면(32a)을 형성하도록 수직 방향(y)의 피치(제2 피치)(P2)와 동일해지도록 설정될 수 있다. 대안적으로는, 도 5b에 도시한 바와 같이, 수평 방향(x)의 피치(P1)는 긴 사각형(장방형 사각형) 형상, 더 구체적으로는 각 광학 소자(32)의 4개의 외부 에지(32e1 내지 32e4)에 의해 규정된 긴 직사각형(장방형 직사각형) 형상으로 곡면(32a)을 형성하도록 수직 방향(y)의 피치(P2)와 상이해지도록 설정될 수 있다. 광학 소자(32)의 4개의 외부 에지(32e1 내지 32e4)에 의해 규정되는 사각형 형상의 경우에, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 피치(P1)는 수평 방향(x)으로 서로 평행하고 서로 이격되어 있는 대응하는 2개의 평행한 외부 에지(32e1, 32e2) 사이에서 측정될 수 있다. 다시 말해, 본 개시에서, 피치는 일 광학 소자의 에지와 다음의 다른 광학 소자의 대응 에지 사이의 거리로 정의될 수 있다. 또한, 피치(P2)는 수직 방향(y)으로 서로 평행하고 서로 이격되어 있는 다른 2개의 평행한 에지(32e3, 32e4) 사이에서 측정될 수 있다. 대안적으로는, 도 6에 도시한 바와 같이, 피치(P1)는 수평 방향(x)으로 서로 이웃하는 각각의 이웃하는 2개의 광학 소자(32)의 중심 사이에서 측정될 수 있고, 피치(P2)는 수직 방향(y)으로 서로 이웃하는 각각의 이웃하는 2개의 광학 소자(32)의 중심 사이에서 측정될 수 있다.
(1-2) 시인 영역의 형상
시인 영역(60)은 각 광학 소자(32)의 형상과 대응하도록 형성된다. 더 구체적으로는, 시인 영역(60)의 형상은 각 광학 소자(32)의 형상에 대해 일반적으로 상사(相似, homothetic)하다. 본 실시예에서, 도 2 및 도 9에 도시한 바와 같이, 시인 영역(60)은 각 광학 소자(32)의 사각형 형상[즉, 곡면(32a)의 사각형 형상]에 대응하는 사각형 형상으로 형성된다. 사각형 형상으로 형성되는 시인 영역(60)은 수평 방향(x)의 길이(제1 길이)(D1) 및 수직 방향(y)의 길이(제2 길이)(D2)를 갖는다. 즉, 시인 영역(60)의 외부 에지(60a 내지 60d)에 의해 형성되는 사각형은, N을 2(정수)라 할 때 외부 에지(60a 내지 60d)의 총 수가 2N으로 규정되고, 외부 에지(60a 내지 60d) 중 대응하는 평행한 2개의 에지가 서로 대향하는 방향(즉, 대향 방향)(x, y)의 총 수가 N인 다각형이다. 시인 영역(60)의 수평 방향(x)은 차량(1)의 수평 방향(횡방향, 즉 좌우 방향)과 일반적으로 일치하고, 시인 영역(60)의 수직 방향(y)은 차량(1)의 수직 방향(상하 방향)과 일반적으로 일치한다. 시인 영역(60)에서, 2개의 에지(60a, 60b)는 수평 방향(x)으로 서로 평행하고 서로 대향하며, 따라서 시인 영역(60)의 수평 방향(x)을 이 2개의 평행한 에지(60a, 60b)가 서로 대향하는 시인 영역(60)의 대향 방향(제1 대향 방향)이라 할 수 있다. 또한, 시인 영역(60)의 다른 2개의 에지(60c, 60d)는 수직 방향(y)으로 서로 평행하고 서로 대향하며, 따라서 시인 영역(60)의 수직 방향(y)을 이 2개의 평행한 에지(60c, 60d)가 서로 대향하는 시인 영역(60)의 대향 방향(제2 대향 방향)이라 할 수 있다.
본 실시예에서, 도 9에 도시한 바와 같이, 시인 영역(60)은 수평 방향(x)으로 길고 시인자의 2개의 눈(좌우 눈)의 시점(61)으로 허상(70)을 시인하는데 가장 적절한 눈 박스 영역(긴 직사각형 영역)을 형성한다. 이 눈 박스 영역, 즉 긴 직사각형 영역은 수평 방향(x)으로 측정되고, 수직 방향(y)으로 측정되는 길이(D2) 보다 큰 길이(D1)를 갖는다. 예를 들어, 수평 방향(x)으로 측정되는 길이(D1)는 80 내지 200㎜의 범위에 있도록 설정되고, 바람직하게는 130㎜이도록 설정된다. 또한, 수직 방향(y)으로 측정되는 길이(D2)는 30 내지 200㎜의 범위에 있도록 설정되고, 바람직하게는 50㎜이도록 설정된다.
본 실시예에서, 시인 영역(60)의 위치는 도 1의 아이립스(eyellipse)(62)의 모습으로 규정된다. 단어 "아이립스"는 2개의 단어 "아이(eye)" 및 "엘립스(ellipse)"의 축약형이며, 예를 들어 일본공업규격(Japanese Industrial Standard)(JIS) 또는 자동차 기술자 협회(Society of Automotive Engineers)(SAE) 규격에 규정되어 있다. 이 경우, 아이립스(62)는 차량의 운전석에 착석한 시인자(미리 결정된 시인자)의 시점(61)이 차량(1)의 차량 객실(1a)에 위치할 수 있는 공간 영역이다. 요면경(42)의 요동에 따라서 수직 방향으로 상하 요동가능한 시인 영역(60)은, 시인 영역(60)의 요동의 범위 내에서 시인 영역(60)의 이동시 적어도 부분적으로 아이립스(62)의 범위에 위치되도록 설정된다. 즉, 시인 영역(60)은 시인 영역(60)의 요동 범위 내의 어떤 위치에서도 시인 영역(60)에서 시인자가 허상(70)을 볼 수 있도록 설정된다. 따라서, 도 2에 도시한 바와 같이, 시인 영역(60)은, HUD 장치(100)로부터 투사면(91)에 투사되고 시인 영역(60)을 향해 투사면(91)의 반사점(92)에서 반사되는 광선속의 반사점(92)[광선속의 중심 광학 축선을 따라 위치되어 있는 반사점(92)]으로부터 거리 K[예를 들어, 500 내지 1000㎜ 의 범위에 있는 거리(K)]만큼 이격되어 있는 위치에서 측정될 수 있다. 또한, 시인 영역(60)이 측정될 수 있는 상기 위치는 허상(70)으로부터 거리 L(거리 L은 예를 들어 1000 내지 3000㎜ 의 범위에 있음) 만큼 이격되어 있다.
(1-3) 광학 소자의 확산 각과 시인 영역 사이의 관계
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 각 광학 소자(32)는 레이저 스캐너(10)로부터 투사되는 광선속을 반사하여, 대응하는 각도 범위, 즉 수평 방향(x)에서는 확산 각(제1 확산 각)(θs1) 및 수직 방향(y)에서는 확산 각(제2 확산 각)(θs2)으로 광산을 확산시키도록 구성된다. 레이저 스캐너(10)로부터 출력되는 광선속의 광 강도가 빔 성형에 의해 광선속의 단면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정해지는 경우에는, 광학 소자(32)로부터 반사되는 반사된 광선의 광 강도가 실질적으로 일정한 각도 영역이, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 수평 방향(x)에서는 확산 각(θs1) 및 수직 방향(y)에서는 확산 각(θs2)을 갖도록 규정된다. 대안적으로는, 레이저 스캐너(10)로부터 출력되는 광선속의 광 강도의 분포가 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 형성하는 경우에는, 시인 영역(60)에서의 휘도 변동의 발생을 제한하기 위해서, 광학 소자(32)로부터 반사된 반사 광선의 광 강도가 예를 들어 70％ 이상인 각도 영역이 도 11a 및 도 11b에 나타낸 바와 같이 수평 방향(x)에서는 확산 각(θs1) 및 수직 방향(y)에서는 확산 각(θs2)을 갖도록 규정된다.
단지 설명 목적으로만 제공되는 도 12에 도시한 바와 같이, 확산 각(θs1) 및 확산 각(θs2)에서 대응하는 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속은 광학계(40)[요면경(42)] 및 윈드실드(90)에 의해 순차 반사된 후 시인 영역(60)에 투사된다. 이때, 광학계(40)는 단독으로 또는 윈드실드(90)와 협력하여 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속을 확대시킨다[도 12의 경우에, 광학계(40)는 윈드실드(90)와 협력하고 있다]. 따라서, 본 실시예에 따르면, 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속의 확대 후에도, 대응하는 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속이 시인 영역(60)의 전체 영역에 투사되도록, 즉 시인 영역(60) 전체에 걸쳐 확산되도록, 수평 방향(x)에서의 확산 각(θs1) 및 수직 방향(y)에서의 확산 각(θs2)이 조정된다.
구체적으로는, 수평 방향(x)에서 광학계(40) 단독 또는 윈드실드(90)와의 협력에 의해 실행되는 광선속의 확대율(확대비)을 M1으로 나타낼 때, 수평 방향(x)에서 측정되는 시인 영역(60)의 길이(D1)는 2×L×tan(θs1/2)/M1의 식으로 표현된다. 마찬가지로, 수직 방향(y)에서 광학계(40) 단독 또는 윈드실드(90)와의 협력에 의해 실행되는 광선속의 확대율(확대비)을 M2로 나타낼 때, 수직 방향(y)에서 측정되는 시인 영역(60)의 길이(D2)는 2×L×tan(θs2/2)/M2의 식으로 표현된다. 상기 2개의 식 각각에서, L/M1의 값 및 L/M2의 값은 예를 들어 차량(1)의 사양에 대응하는 고정 값이다. 그러므로, 확산 각(θs1) 및 확산 각(θs2)이 상기 2개의 식을 만족하도록 조정될 때, 대응하는 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속은 시인 영역(60)의 전역에 투사, 즉 확산될 수 있다.
확산 각(θs1)의 값은, 대응하는 광학 소자(32)에 의해 수평 방향(x)에서 측정된 길이(D1) 전체에 걸쳐 시인 영역(60)에 확산되는 광선속을 투사하도록 10 내지 50°의 범위, 바람직하게는 30°로 조정된다. 확산 각(θs2)의 값은, 대응하는 광학 소자(32)에 의해 수직 방향(y)에서 측정된 길이(D2) 전체에 걸쳐 시인 영역(60)에 확산되는 광선속을 투사하도록 5 내지 50°의 범위, 바람직하게는 10°로 조정된다.
(2) 피치 설정
(2-1) 피치의 하한값
각 광학 소자(32)는, 광학 소자(32)에 투사되는 광선속을 확산시켜, 광학 소자(32)에 의해 확산되는 회절 광선속의 확산이 도 12에 도시된 바와 같이 발생한다. 시인 영역(60)에서, 광선속의 회절에 의해 발생된 회절선(예를 들어, 그 결과, 회절 광선속의 회절광(예를 들어, 0차 회절 피크, 간단히 0차 피크라고도 함, 1차 회절 피크, 간단히 1차 피크라고도 함)을 시인할 수 있다. 따라서, 이러한 환경 하에서는, 표시 화상(71)의 허상(70)이 희미해질 수도 있다.
본 출원의 발명자들이 집중적인 연구를 한 결과, 화상이 희미해지는 현상은, 시인 영역(60)에 입사하는 회절된 광선의 피크 대 피크 간격이 미리 정해진 값 이상이 될 때 현저해지는 것을 발견하였다. 또한, 회절된 광선의 피크 대 피크 간격이 미리 정해진 값에 도달할 때 화상의 희미해짐이 현저해지는 이유가 다음과 같이 발명자들에 의해 발견되었다. 구체적으로, 이는 회절된 광선의 회절 피크(피크 값을 가짐)가 시인자의 눈동자에 존재하거나 부재하는 것에 의해 발생하는 시인자의 눈의 눈동자에서의 허상(70)의 휘도의 변화 때문이며, 상기 미리 정해진 값은 시인자의 눈동자의 직경이다. 광학 소자(32)의 피치(P1, P2)의 하한값을 설정하는 상기 원리를 회절된 광선의 다양한 차수의 회절 피크 중 0차 회절 피크 및 1차 회절 피크를 참조하여 설명한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 레이저 스캐너(10)로부터 출력되는 광선속이 광학 소자(32)에 입사되어 광학 소자(32)에 의해 확산되면, 회절된 광선의 0차 회절 피크 및 회절된 광선의 1차 회절 피크가 시인 영역(60)으로 안내된다. 이때, 회절된 광선의 0차 회절 피크는 중앙 회절 축선을 따라 안내되고, 회절된 광선의 1차 회절 피크는 수평 방향(x)으로 회절 각(θd1) 및 수직 방향(y)으로 회절 각(θd2) 만큼 회절된 광선의 0차 회절 피크로부터 벗어난다. 이때, 각 수평 방향(x) 및 수직 방향(y)에서의 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 사이의 회절 각(θdn)(n=1, 2)[즉, 수평 방향(x)에서의 회절 각(θd1) 및 수직 방향(y)에서의 회절 각(θd2) 각각]은 광학 소자에 입사하는 광선속의 파장(λ)과 피치(Pn)(n=1, 2) 사이의 비인 인수를 갖는 역 정현함수로 표현된다. 즉, 회절 각(θdn)(n=1, 2)은 sin- 1(λ/Pn)으로 표현된다. 여기서, 간략화를 위해, 수평 방향(x)의 회절각(θd1) 및 수직 방향(y)의 회절각(θd2) 각각은 회절각(θdn)(이 경우에, 여기서 "n"은 정수 1 또는 2 임)으로 표현되고, 수평 방향(x)의 피치(P1) 및 수직 방향(y)의 피치(P2) 각각은 피치(Pn)(이 경우에, 여기서 "n"은 정수 1 또는 2임)로 표현된다. 본 실시예에서, 복수 색의 레이저 광이 광학 소자(32)에 입사하는 광선속을 형성하고, 따라서 복수 색의 레이저 광의 피크 파장 중 최대 파장, 즉 600 내지 650㎚, 바람직하게는 640㎚가 상기 광선속의 파장(λ)으로서 미리 설정된다.
또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 광학 소자(32)에 의해 확산된 광선속의 확산에 의해 형성되는, 회절 광선속의 0차 회절 피크 및 1차 회절 피크는, 수평 방향 x의 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 간의 회절 광선속의 피크 대 피크 간격 Δd1 및 수직 방향 y의 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 간의 회절 광선속의 피크 대 피크 간격 Δd2를 가지면서, 시인 영역(60)에 입사한다. 이 때, 수평 방향 x 및 수직 방향 y 중 대응하는 하나에서의 광학 소자(32)의 각 대응하는 확산각 θsn(n=1, 2)은, 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속이 시인 영역(60)의 각 대응하는 길이 Dn(n=1, 2)의 전역에서 시인 영역(60)에 입사하도록 조정된다. 따라서, 회절 광선의 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(n=1, 2)은 Dn×θDn/θsn의 식에 의해 나타낼 수 있다. 2×L×tan(θdn/2)/Mn의 식에 의해 나타낼 수 있는 회절 광선속의 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(n=1, 2)에 대해서는, 상술한 바와 같이 L/Mn의 값이 고정된 값이므로, 회절 광선속의 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(n=1, 2)은, 거리 L에는 의존하지 않지만 대응하는 회절각 θdn(즉, 회절각 θd1, θd2 중 대응하는 하나)에는 의존하는 물리량(물리값)이다.
또한, 도 13a 내지 도 14b에 도시한 바와 같이, 시인 영역(60)에 입사한 회절 광선속의 0차 회절 피크의 광 강도(휘도) 및 1차 회절 피크의 광 강도(휘도)는 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 사이의 광 강도(휘도)보다 크다. 즉, 시인 영역(60)에 입사한 회절 광선속의 0차 회절 피크의 광 강도(휘도) 및 1차 회절 피크의 광 강도(휘도)는 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 사이의 바닥(trough)(최소)의 광 강도(휘도)보다 크다. 따라서, (피크값을 갖는) 0차 회절 피크와 (피크값을 갖는) 1차 회절 피크 사이의 회절 광선속의 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(즉, 피크 대 피크 간격 Δd1, Δd2 각각)이 시인자의 눈의 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00005
보다 큰 경우, 도 13a에 도시한 바와 같이, (피크값을 갖는) 0차 회절 피크 또는 (피크값을 갖는) 1차 회절 피크가 시인자의 눈동자의 중앙에 위치될 때, 입사광의 양(도 13a의 음영 영역 참조)은 상대적으로 높아지고, 이에 따라 시인자가 느끼는 휘도가 상대적으로 높아진다. 또한, 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 사이의 회절 광선속의 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(즉, 피크 대 피크 간격 Δd1, Δd2 각각)이 시인자의 눈의 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00006
보다 큰 경우, 도 13b에 도시한 바와 같이, (피크값을 갖는) 0차 회절 피크 또는 (피크값을 갖는) 1차 회절 피크가 시인자의 눈동자의 중앙에 위치되지 않을 때, 입사광의 양(도 13b의 음영 영역 참조)은 상대적으로 낮아지고, 이에 따라 시인자가 느끼는 휘도가 상대적으로 낮아진다(어두움). 따라서, 이 때, 시인자는 시인 영역(60)을 통해 시인되는 허상(70)이 희미하게(blurred) 되었다고 인식할 수 있다.
반면, 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 사이의 회절 광선속의 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(즉, 피크 대 피크 간격 Δd1, Δd2 각각)이 시인자의 눈의 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00007
과 같거나 또는 이보다 작아지는 경우, 도 14a에 도시한 바와 같이, 0차 회절 피크 또는 1차 회절 피크가 시인자의 눈동자에 들어올 때, 즉, 시인자의 눈동자에 위치될 때, 입사광의 양은 상대적으로 높아지고(도 14a의 음영 영역 참조), 이에 따라 시인자가 느끼는 휘도가 상대적으로 높아진다. 또한, 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 사이의 회절 광선속의 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(즉, 피크 대 피크 간격 Δd1, Δd2 각각)이 시인자의 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00008
과 같거나 또는 이보다 작은 경우, 도 14b에 도시한 바와 같이, 0차 회절 피크과 1차 회절 피크 사이의 바닥(최소)이 시인자의 눈동자에서 중앙에 놓일 때, 시인자의 눈동자에 들어오는 입사광의 양(도 14b의 음영 영역 참조)은, 0차 회절 피크와 1차 회절 피크 중 하나가 시인자의 눈동자의 중앙에 위치되는 경우 시인자의 눈동자에 들어오는 입사광의 양(도 14a 의 음영 영역 참조)과 거의 동일하거나 또는 이에 거의 근사한다. 따라서, 시인자가 느끼는 휘도는 상대적으로 높아진다. 따라서, 눈 포인트(61)가 0차 회절 피크, 1차 회절 피크 또는 0차 회절 피크와 1차 피크 사이의 영역(바닥)에 위치되는 경우에도, 시인자가 느끼는 휘도의 변이(variation)는 감소되거나 또는 제한된다. 따라서, 허상(70)이 희미하게 되는 것을 시인자가 인식하는 사태를 억제할 수 있다.
이러한 점에 기초하여, 본 실시예에 따르면, 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 각 피크 대 피크 간격 Δdn(즉, 피크 대 피크 간격 Δd1, Δd2 각각)이 시인자의 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00009
과 같거나 또는 이보다 작아지도록, 각 광학 소자(32)의 각 대응하는 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 각각)을 수평 방향 x 및 수직 방향 y 중 대응하는 하나에 설정하여, 허상(70)의 희미해짐을 억제한다. 구체적으로, 상술된 역 사인 함수에서 나타내는 대응하는 회절각 θdn(즉, 회절각 θd1, θd2 중 대응하는 하나)을 상술된 Dn×θdn/θsn의 식에 적용함으로써 각 대응하는 피크 대 피크 간격 Δdn(즉, 피크 대 피크 간격 Δd1, Δd2 각각)을 얻고, 각 대응하는 각 피크 대 피크 간격 Δdn(즉, 피크 대 피크 간격 Δd1, Δd2 각각)을 시인자의 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00010
과 같거나 또는 이보다 작게 하기 위해 이하의 식 1을 만족시키도록 각 대응하는 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 각각)을 설정한다.
[식 1]
Figure 112012068349568-pat00011
눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00012
는 낮 동안에 태양광이 차량(1)의 차량 객실(1a)에 입사된 때에 눈동자 주위의 시감 에너지(luminous energy)가 약 10,000 lux인 소정의 조건 하에서 측정된 눈동자 직경으로 사전 설정된다(William Wesley Campbell, Russell N. DeJong, Armin F. Haerer 저, "DeJong's The Neurologic Examination", Lippincott Williams & Wilkins, 2005년 참조). "DeJong's The Neurologic Examination"의 상기 확인된 서적에 따르면, 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00013
의 값은 2 내지 6㎜이고, 정상인의 최소 눈동자 직경이 2㎜인 것이 바람직하다.
따라서, 눈동자 직경
Figure 112012068349568-pat00014
, 사전 설정된 파장 λ, 각 광학 소자(32)의 각 대응하는 확산각 θsn(즉, 확산각 θs1, θs2 각각) 및 시인 영역(60)의 각 대응하는 길이 Dn(길이 D1, D2 각각)를 식 1에 입력할 때, 허상(70)의 희미해짐의 억제에 요구되는 각 대응하는 필요한 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 각각)의 하한값을 얻을 수 있다.
(2-2) 피치의 상한값
상기 (2-1)에서 논의된 식1에 따라 수평 방향 x의 피치 P1을 설정하는 경우, 피치 P1이 증가하면, 도 15에 도시된 바와 같이, 수평 방향 x의 허상점(72)의 피치 Vp1도 증가된다. 도 15에 도시된 허상점(72)은, 허상(70)을 형성하도록 각 광학 소자(32)에 의해 확산되는 회절 광선속에 의해 형성된다. 마찬가지로, 식 1에 따라 수직 방향 y의 피치 P2를 설정하는 경우, 피치 P2가 증가하면, 도 15에 도시된 바와 같이, 수직 방향 y의 허상점(72)의 피치 Vp2도 증가된다. 본 실시예에서, 광학 소자(32) 중 대응하는 하나에 의해 확산되는 회절 광선속이 결상될 때, 대응하는 허상점(72)이 형성되어 허상(70)의 대응하는 화소를 형성한다. 여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 각 허상점(72)의 수평 방향 x는 차량(1)의 수평 방향(측면 방향, 즉, 좌측 대 우측 방향)과 일반적으로 일치한다. 또한, 각 허상점(72)의 수직 방향 y는 본 실시예에서는 차량(1)의 수직 방향(상단 대 바닥 방향)과 일치한다. 대안적으로, 각 허상점(72)의 수직 방향 y는 차량(1)의 수직 방향에 대해 기울어져 있어도 된다.
본 출원의 발명자들에 의해 수행된 연구의 성과에 따르면, 도 15에 도시한 바와 같이, 각 허상점(72)의 피치 Vpn(n=1, 2)의 임의의 하나가 시인자의 눈의 분해능(resolution)[해상도(resolving power)라고도 함] Re를 초과하게 되는 경우, 각 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1-32e4)는 허상(70)에서 분리된 외부 에지로서 시인자에 의해 시인된다는 것이 발견되었다. 보다 구체적으로, 4개의 에지를 갖는 사각형의 형상으로 구성된 광학 소자(32)의 경우, 각 허상점(72)의 임의의 피치 Vpn(n=1, 2)가 시인자의 눈의 분해능 Re보다 크게 된다면, 허상(70)에 형성된 이들 4개의 에지는 시인자에 의해 분리된 4개의 에지로서 시인될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 도 12에 도시하는 회절 광선속의 광로(광학적 경로)에서, 광학계(40)[요면경(42)] 단독으로 또는 윈드실드(90)와 협동하여 회절 광선속을 확대시킨다. 이로써, 수평 방향 x 및 수직 방향 y 각각에서, 대응하는 광학 소자(32)의 대응하는 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 중 대응하는 하나)을 대응되는 미리 결정된 확대율(magnification power)[확대비(enlargement ratio)] Mn(n=1, 2)만큼 확대시킴으로서 형성되는 허상점(72)의 각 대응하는 피치 Vpn(피치 Vp1, Vp2 각각)이 분해능 Re를 초과하면, 시인자는 허상(70)의 각 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1-32e4)를 시인할 수 있다. 즉, 시인자는 각 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1-32e4)를 서로 시각적으로 구별할 수 있다. 윈드실드(90)의 확산 기능에 대해서는, 오목한, 예를 들어, 시인자로부터 멀어지는 방향으로 만곡되어 리세스된 오목면으로 형성된 투사면(91)의 경우에는, 투사면(91)은 투사면(91)에 입사하는 광의 광선속의 번들을 확산시킨다. 반면, 평면으로 형성된 투사면(91)의 경우에는, 투사면(91)은 광의 광선속의 번들을 실질적으로 확산시키지 않는다. 또한, 도 15 및 도 16에서, 스크린 부재(30)는 이해를 용이하게 하기 위해 스크린 부재(30)의 실제 스케일보다 확대되어 있다. 따라서, 피치 Vpn과 피치 Pn 간의 크기 관계는 피치 Vpn과 피치 Pn 간의 실제 크기 관계와 일치하지 않고, 실제 크기 관계와는 역의 관계이다.
본 실시예에서는, 도 16에 나타난 바와 같이, 대응되는 확대율 Mn(즉, 확대율 M1, M2 중 대응하는 하나)만큼 각각이 확대된 각 허상점(72)의 각 대응하는 피치 Vpn(즉, 피치 Vp1, Vp2 각각)이 눈의 분해능 Re와 같거나 또는 이보다 작게 되는 방식으로 각 광학 소자(32)의 각 대응하는 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 각각)를 수평 방향 x 및 수직 방향 y 중 대응하는 하나에 설정하여, 시인자의 각 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1-32e4)의 시각적 구별을 억제한다. 구체적으로는, 시인 영역(60)으로부터 거리 L만큼 이격된 허상(70)의 각 허상점(72)에서는, Pn×Mn으로 표현되는 각 대응하는 피치 Vpn(피치 Vp1, Vp2 각각)이 분해능 Re와 동일하거나 또는 이보다 작게 되도록, 이하의 식 2를 만족시키도록 각 대응하는 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 각각)을 설정한다.
[식 2]
Figure 112012068349568-pat00015
도 17에 도시한 바와 같이, 분해능 Re는, 시인자의 전방에 위치하여 시인자가 2개의 개별의 점(2개의 개별의 도트)으로서 인식 가능한 2개의 점(2개의 도트) 중 대응하는 하나와 시인자의 눈 사이를 각각 연결하는 2개의 가상선 사이에 한정된 가장 작은 각도인 최소 각도 Amin에 의해 표현된다. 분해능 Re(최소 각도 Amin)의 값은 도 17에 도시되는 시력 지표(optotype)인 란돌트 링(Landolt ring)(Landolt C로도 알려져 있음)(74)의 갭(74a)의 각도[시각(visual angle)]를 사용하여 사전 설정된다. 구체적으로, 분해능 Re(최소 각도 Amin)의 값은 1/90 내지 1/30도의 시각의 범위, 바람직하게는 시인자의 스넬렌 어큐이티(Snellen acuity)가 1.0(decimal), 즉, 20/20(fraction)인 경우 1/60도로 사전 설정된다.
또한, 시인 영역(60)으로부터의 허상(70)의 거리 L은 상기 (1-3)에서 논의된 시인 영역(60)의 측정을 가능하게 하는 거리로서 예를 들어 1,000 내지 3,000㎜의 범위에 사전 설정된다. 또한, 광학계(40) 단독 또는 윈드실드(90)와 협동하여 달성되는 가로 확대율인 각 대응하는 확대율 Mn(즉, 확대율 M1, M2 각각)은 HUD 장치(100)의 크기 및/또는 차량(1)의 차량 객실(1a) 크기를 고려하여 수평 방향 x 및 수직 방향 y 각각으로 4-8배의 범위, 바람직하게는 6배로 사전 설정된다.
상술된 방식으로 사전 설정되는 분해능 Re, 거리 L 및 각 대응하는 확대율 Mn(확대율 M1, M2 각각)을 식2에 적용하면, 시인자에 의한 각 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1-32e4)의 시각적 구별을 억제할 수 있는 각 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 각각)의 상한값을 얻을 수 있다.
(2-1), (2-2)에서 논의된 설계 원리를 따르는 각 대응하는 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 각각)의 값은 이하와 같이 설정된다. 구체적으로, 수평 방향 x의 피치 P1의 값 및 수직 방향 y의 피치 P2의 값 각각은 50 내지 200㎛의 범위, 바람직하게는 100㎛이도록 설정된다.
(3) 광학 소자의 곡률 반경
피치 P1, P2가 설정되는 각 광학 소자(32)와 관련하여, 광학 소자(32)에서 확산각 θs1 및 확산각 θs2로 확산되는 회절 광선속을 시인 영역(60)의 전체 범위에 걸쳐 입사시키기 위해, 각 광학 소자(32)의 곡면(32a)의 곡률 반경 R1 및 곡률 반경 R2를 설정할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 상기 (2-1)의 식1 및 상기 (2-2)의 식2를 만족하는 피치 P1 및 피치 P2를 설정한 후, 확산각 θs1 및 확산각 θs2에 기초하여 곡률 반경 R1 및 곡률 반경 R2를 설정한다. 곡률 반경 R1 및 곡률 반경 R2의 설정 원리를 설명한다.
도 18에 도시하는 수평 방향 x에서, 곡면(32a)의 외부 에지에서 곡면(32a)의 대응하는 원호(32a1)에 접하는 접선은 도 18에서 이점 쇄선으로 나타나는 스크린 부재(30)의 x-y 평면(방향 x 및 방향 y에 의해 한정되는 스크린 부재(30)의 평면)에 대한 각도를 한정하고, 이 각도는, 각 광학 소자(32)에서 곡률 반경 R1을 갖는 곡면(32a)의 최대 경사각 θa1이고, 대략 광학 소자(32)의 확산각 θs1의 1/4이다. 마찬가지로, 도 19에 도시하는 수직 방향 y에서, 곡면(32a)의 외부 에지에서 곡면(32a)의 원호(32a2)에 접하는 접선은 스크린 부재(30)의 x-y 평면에 대한 각도를 한정하고, 이 각도는, 각 광학 소자(32)에서 곡률 반경 R2를 갖는 곡면(32a)의 최대 경사각 θa2이고, 대략 광학 소자(32)의 확산각 θs2의 1/4이다.
이로써, 수평 방향 x 및 수직 방향 y 각각에서 최대 경사각 θan(n=1, 2)은 대응하는 확산각 θsn(즉, 확산각 θs1, θs2 중 대응하는 하나)을 사용함으로써 θsn/4의 식으로 표현된다. 또한, 수평 방향 x 및 수직 방향 y 중 대응하는 하나에서 각 대응하는 곡률 반경 Rn(n =1, 2)은 대응하는 최대 경사각 θan(즉, 최대 경사각 θa1, θa2 중 대응하는 하나) 및 대응하는 피치 Pn(즉, 피치 P1, P2 중 대응하는 하나)을 사용함으로써 Pn/(2×sin(θan))의 식에 의해 표현된다.
본 실시예에서, 대응하는 최대 경사각(θan)[즉, 최대 경사각(θa1, θa2)들 중 대응하는 하나]을 식 Pn/(2×sin(θan)에 적용함으로써 얻어지는 곡률 반경(Rn)은 각각의 수평 방향(x) 및 수직 방향(y)에 대해 균일하게 결정된다. 각 광학 소자(32)에 있어서, 허상의 블러링(blurring)을 제한하는 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]가 설정되고, 허상의 블러링을 제한하는 기능을 저하시키지 않는 각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 각각의 곡률 반경(R1, R2)]은 이하의 식 3을 만족하도록 설정되며, 식 3은 대응하는 분산각(angle of diffusion: θsn)[즉, 분산각(θs1, θs2)들 중 대응하는 하나] 및 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 곡률 반경(R1, R2)들 중 대응하는 하나]을 사용하여 설정된다.
[식 3]
Figure 112012068349568-pat00016
따라서, 각각의 광학 소자(32)의 곡면(32a)은, 상기 섹션 (1) 및 (2)에서 논의된 각각의 광학 소자(32)의 각각의 대응하는 분산각(θsn)[즉, 각각의 분산각(θs1, θs2)] 및 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]를 적용함으로써, 허상의 블러링을 제한하는 기능을 저하시키지 않는 각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 각각의 곡률 반경(R1, R2)]을 가질 수 있다. 따라서, 시인 영역(60)의 외부 에지(60a 내지 60d)가 수평 방향(y)으로 연장된 세장형 직사각형(긴 직사각형)을 형성하는 본 실시예에서, 수평 방향(x)과 수직 방향(y) 중 대응하는 하나에서의 각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 각각의 곡률 반경(R1, R2)]은, 수평 방향(x)과 수직 방향(y) 중 대응하는 하나에서의 대응하는 피치(Pn)[즉, 피치(P1, P2)들 중 대응하는 하나]에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 피치(P1)와 피치(P2)가 수평 방향(x)으로 연장된 시인 영역(60)에 대해 실질적으로 동일한 값이 되도록 설정된 경우에(도 5b 참조), 곡률 반경(R1)은 곡률 반경(R2)보다 작도록 설정될 수 있다. 다르게는, 피치(P1)와 피치(P2)가 수평 방향(x)으로 연장된 시인 영역(60)의 길이(D1)와 길이(D2) 사이의 비와 실질적으로 동일하도록 설정된 경우에, 곡률 반경(R1)과 곡률 반경(R2)은 실질적으로 동일한 값이 되도록 설정될 수 있다.
각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)의 값은 이하와 같이 설정된다. 구체적으로, 수평 방향(x)의 곡률 반경(R1)은 예를 들어 0.1 내지 2㎜의 범위, 바람직하게는 0.4㎜이도록 설정되고, 수직 방향(y)의 곡률 반경(R2)은 예를 들어 1 내지 2㎜의 범위, 바람직하게는 1㎜이도록 설정된다. 각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 각각의 곡률 반경(R1, R2)]과 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]가 각각의 광학 소자(32)에 대해 설정되는 스크린 부재(30)에 있어서, 스크린 부재(30)의 기판이 수지 재료로 형성될 경우, 기판을 수지 성형(resin-mold)하는 데 사용되는 성형 다이가 정교하게 만들어질(elaborate) 필요가 있다. 구체적으로, 곡면(32a)을 형성하는 데 사용되는 성형 다이의 공동면(cavity surface)을 형성하는 공정에서 스크린 부재(30)의 기판을 성형하는 데 사용되는 성형 다이(성형 장치)의 제조에 있어서, 단인 공구(single-point tool)가 x-z 평면의 y 방향으로 반복적으로 구동되어 공동면을 3차원적으로 가공한다.
스크린 부재(30)는 전술한 원리에 따라 유리하게 제조될 수 있다. 또한, 광학 소자(32)의 각각의 대응하는 피치(Pn)[더 구체적으로는 각각의 피치(P1, P2)] 및 광학 소자(32)의 곡면(32a)의 각각의 원호(32a1, 32a2)의 각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)[더 구체적으로는 각각의 곡률 반경(R1, R2)]과 같은 대응하는 설계 값(설계 파라미터)을 결정할 때, 공지의 컴퓨터(컴퓨팅 장치)와 전용 설계 소프트웨어가 사용될 수 있다. 이러한 경우, 설계 값(설계 파라미터)을 결정하는 데 필요하고 상기 식과 관련하여 논의된 다양한 값들이, 설계 값(설계 파라미터)를 결정하기 위해, 예를 들어 키보드를 통해 컴퓨터에 입력될 수 있다. 그 후에, 대응하는 설계 값(설계 파라미터)으로 설계된 스크린 부재(30)는, 예를 들어 전술한 성형 공정, 절삭 공정, 기계가공 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 또한, 스크린 부재(30)의 제조에 대한 상기 논의는 이하에 논의되는 제2 실시예에 적용 가능하다.
이제 제1 실시예의 장점에 대해 기술할 것이다.
제1 실시예에 따르면, 격자 패턴으로 각각의 대응하는 미리 결정된 피치(Pn)[즉, 수평 방향(x)의 피치(P1) 및 수직 방향(y)의 피치(P2)]로 배열된 광학 소자(32)들 중 각각의 대응하는 하나는 레이저 스캐너(10)로부터 투사된 대응하는 광선속을 분산시키며, 광학 소자(32)에 의해 분산된 광선속은 광학계(40)와 윈드실드(90)를 통해 시인 영역(60)으로 투사된다. 이러한 단계에서, 광학 소자(32)에 의해 분산된 광선속의 회절이 일어난다. 회절된 광선의 각각의 대응하는 피크 대 피크 간격(Δdn)[즉, 피크 대 피크 간격(Δd1, Δd2)]은, 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]가 식 1을 만족하도록 수평 방향(x)과 수직 방향(y) 중 대응하는 하나의 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]를 설정함으로써 시인자의 눈동자의 직경(
Figure 112012068349568-pat00017
)과 동일하거나 더 작게 만들어진다. 여기서, 낮 시간 동안 보통 사람의 눈동자의 최소 직경인 2㎜가 식 1의
Figure 112012068349568-pat00018
로 미리 설정되는 경우, 회절된 광선의 각각의 피크 대 피크 간격(Δdn)[각각의 피크 대 피크 간격(Δd1, Δd2)]은, 식 1을 만족하는 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(Pn1, Pn2)]를 설정함으로써 2㎜ 이하가 된다. 따라서, 광학 소자(32)에 의해 분산된 광선속의 회절에 의해 형성된 회절된 광선의 (피크 값을 갖는) 회절 피크는, 시인자의 안점(61)의 이동과 상관없이 시인자의 눈동자에 위치될 수 있다.
따라서, 시인자의 눈동자의 직경(
Figure 112012068349568-pat00019
)과 동일하거나 더 작은 대응하는 피크 대 피크 간격(Δdn)[즉, 피크 대 피크 간격(Δd1, Δd2) 중 대응하는 하나]으로 배열되는 회절된 광선의 인접한 회절 피크들(예를 들어, 0차 회절 피크와 1차 회절 피크) 사이에서 안점이 이동할 때라고 할지라도, 입사광의 양의 변화가 효과적으로 제한될 수 있다. 따라서, 시인자에 의해 감지된 휘도의 편차가 효과적으로 제한될 수 있다. 그 결과, 시인 영역(60)에서, 표시 화상(71)을 형성하는 광선이 시인자의 눈으로 입사할 때, 시인자에 의해 인식되는 허상(70)의 블러링을 제한하는 것이 가능하다.
또한, 제1 실시예에 따르면, 각각의 광학 소자(32)에 의해 분산되고 시인 영역(60)에 진입하는 단일 파장 레이저 광들의 복수의 색상은, 피크 파장을 중심으로 협소한 대역폭을 갖는다. 따라서, 회절 피크들(최대)과 개재된 트로프들(trough)(최소) 사이에 발생되는 휘도 편차가 발생되는 앞서 제안된 기술에서는, 시인자에 의해 감지되는 휘도 편차가 현저하다. 반면에, 레이저 광들의 각각의 색상의 피크 파장들 사이에서 최대 파장이 식 1의 파장(λ)으로서 미리 설정되면, 회절된 광선의 각각의 대응하는 피크 대 피크 간격(Δdn)[즉, 각각의 피크 대 피크 간격(Δd1, Δd2)]은 레이저 광들의 모든 색상에 대해 눈동자의 직경(
Figure 112012068349568-pat00020
) 이하가 된다. 따라서, 시인자에 의해 감지되는 휘도 편차는 확실히 제한된다. 그 결과, 표시 화상(71)을 형성하는 광선속선이 앞서 제안된 기술에서 허상(70)의 블러링을 가능하게 유도하는 단일 파장 레이저 광으로부터 생성되는 경우라고 할지라도, 허상(70)의 블러링은 제1 실시예에 따라 유리하게 제한될 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따르면, 허상점(72)은, 허상(70)을 형성하기 위해 각각의 대응하는 미리 결정된 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]로 배열된 각각의 광학 소자(32)에 의해 분산되는 분산된 광선에 의해 형성된다. 허상점(72)의 각각의 대응하는 피치(Vpn)[즉, 각각의 피치(Vp1, Vp2)]는, 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]가 식 2을 만족하도록 수평 방향(x)과 수직 방향(y) 중 대응하는 하나의 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]를 설정함으로써 시인자의 눈의 분해능(Re) 이하로 만들어진다. 따라서, 시인 영역(60)에서, 허상(70)의 분리된 외부 에지로서 시인자에 의한 각각의 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1 내지 32e4)의 인식을 제한하는 것이 가능하다. 따라서, 허상(70)에서 분리된 외부 에지로서 시인자에 의한 각각의 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1 내지 32e4)의 인식에 의해 유발되는, 허상(70)의 표시 품질의 저하를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 제1 실시예에 따르면, 각각의 허상점(72)의 각각의 대응하는 피치(Vpn)[즉, 각각의 피치(Vp1, Vp2)]는, 대응하는 광학 소자(32)에 의해 분산되고 투사면(91)에 투사되는 광선속의 광학 통로를 따라 광학계(40)만을 통해 또는 앞유리(90)와 협동하여 각각의 광학 소자(32)의 대응하는 피치(Pn)[즉, 피치(P1, P2)들 중 대응하는 하나]에 대해 확대된다. 그러나, 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]가 식 2을 만족하도록 설정되면, 대응하는 확대된 피치(Vpn)는 시인자의 눈의 분해능(Re) 이하가 된다. 따라서, 허상(70)의 분리된 외부 에지로서 시인자에 의한 각각의 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1 내지 32e4)의 인식을 제한하는 것이 가능하다. 따라서, 광선속의 확대와 상관없이 허상(70)의 분리된 외부 에지로서 시인자에 의한 각각의 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1 내지 32e4)의 인식에 의해 유발되는 허상(70)의 표시 품질의 저하를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 제1 실시예에 따르면, 도 5a에 도시된 바와 같이 각각의 광학 소자(32)의 외부 에지(32e1 내지 32e4)가 정사각형 형상을 형성할 때, 각각의 수평 방향(x) 및 수직 방향(y)에서 동일한 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]는 각각의 수평 방향(x) 및 수직 방향(y)에서 식 1과 식 2을 쉽게 만족시킬 수 있다. 따라서, 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]를 설정하는 데 필요한 시간이 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따르면, 허상(70)의 블러링을 제한하도록 설정된 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2)]로 배열된 각각의 광학 소자(32)에서, 곡면(32a)의 각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 각각의 곡률 반경(R1, R2)]은, 대응하는 광학 소자(32)에 의해 분산된 광선속을 시인 영역(60)의 전체 범위로 투사시키도록 설정된 대응하는 분산각(θsn)[즉, 분산각(θs1, θs2)들 중 대응하는 하나]에 대해 균일하게 결정된다. 따라서, 허상(70)의 블러링을 제한하는 식 3에 기초한 설계 원리에 따르면, 블러링을 제한하는 기능을 저하시키지 않는 각각의 대응하는 곡률 반경(Rn)[곡률 반경(R1) 또는 곡률 반경(R2)]이 각각의 방향(대향하는 방향)(x, y)에 설정될 수 있다.
4개의 외부 에지(60a 내지 60d)를 갖는 4각형(quadrangle)(직사각형) 형상으로 된 시인 영역(60)은, 안점(61)이 차량(1)의 차량 객실(1a) 내에서 따라 이동하기 쉬운 수평 방향(x)으로의 길이(D1)와 수직 방향(y)으로의 길이(D2)를 갖는다. 이러한 구성에 따르면, 에너지 효율이 개선될 수 있도록 광선속의 실질적인 손실 없이 허상(70)를 시인하는 데 필요한 안점(61)의 이동 범위로 광선속이 투사된다.
또한, 제1 실시예에 따르면, 시인자의 양 눈에 대해 설정된 시인 영역(60)은 세장형 직사각형(긴 직사각형) 형상으로 된다. 따라서, 시인 영역(60)은 수직 방향(y)으로의 길이(D2)보다 더 큰 수평 방향(x)으로의 길이(D1)를 갖는다. 여기서, 안점(눈)(61)은 시인자의 두부와 함께 수직 방향(y)보다는 수평 방향(x)으로 이동하는 경향이 있기 때문에, 수평 방향(x)으로의 길이(D1)는 수직 방향(y)으로의 길이(D2)보다 더 크게 만들어진다. 이러한 구성에 따르면, 에너지 효율이 개선될 수 있도록 광선속의 실질적인 손실 없이 시인자의 2개의 눈으로 허상(70)를 시인하는 데 필요한 안점(61)의 이동 범위(시인 영역)로 광선속이 투사된다.
(제2 실시예)
도 20 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 제2 실시예는 제1 실시예의 변형예이다.
(설계 원리)
이하의 논의에서, 제2 실시예의 설계 원리는 제1 실시예의 것과 상이한 차이점에 대해 주로 설명될 것이다.
(1) 광학 소자와 시인 영역 사이의 관계
(1-1) 광학 소자의 구성
도 20을 참조하면, 스크린 부재(2030)의 각각의 복수의 광학 소자(2032)의 곡면(2032a)은, 방향(z)으로 레이저 스캐너(10)를 향해 만곡되고 돌출된 볼록면이다(도 2 참조). 광학 소자(2032)의 곡면(2032a)은 방향(z)으로 보았을 때 6개의 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)를 갖는 육각형의 형상으로 된다. 곡면(2032a)의 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)에 의해 형성된 6각형은, 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)의 전체 개수가 N은 3(정수)일 때 2N으로 정의되고, 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)들 중 대응하는 평행한 2개가 각각 서로 대향되는 방향(제1 내지 제3 대향 방향)(O1, O2, O3)의 전체 개수가 N인 다각형이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 대향 방향(O1)으로 취해진 각각의 광학 소자(2032)의 단면에서, 대향 방향(O1)으로 아치형으로 만곡된 광학 소자(2032)의 곡면(2032a)의 원호(2032a1)는 곡률 반경(R1)을 갖는다. 또한, 도 22에 도시된 바와 같이, 대향 방향(O2)으로 취해진 각각의 광학 소자(2032)의 단면에서, 대향 방향(O2)으로 아치형으로 만곡된 광학 소자(2032)의 곡면(2032a)의 원호(2032a2)는 곡률 반경(R2)을 갖는다. 또한, 도 23에 도시된 바와 같이, 대향 방향(O3)으로 취해진 각각의 광학 소자(2032)의 단면에서, 대향 방향(O3)으로 아치형으로 만곡된 광학 소자(2032)의 곡면(2032a)의 원호(2032a3)는 곡률 반경(R3)을 갖는다. 각각의 광학 소자(2032)의 대향 방향(O1)은 대체로 스크린 부재(30)의 수평 방향(x)과 차량(1)의 수평 방향과 일치한다. 각각의 광학 소자(2032)의 각각의 대향 방향(O2, O3)은 교차, 즉, 스크린 부재(2030)의 x-y 평면 상에서 직각이 아닌 대응하는 각도로 수평 방향(x)에 대해 각지고, 스크린 부재(2030)의 수직 방향(y)은 차량의 수직 방향과 일치하거나 경사진다.
도 20 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 광학 소자(2032)는 격자 패턴(이 예에서는 허니콤 격자 패턴)으로 나란히 배열되어, 광학 소자(2032)의 곡면(2032a) 중 각각 인접한 2개 면의 외부 에지(2031e1 내지 2032e6)는 서로 중첩하게 되고, 광학 소자(2032)는 소정 피치(P1)로 대향 방향(O1)으로, 소정 피치(P2)로 대향 방향(O2)으로, 소정 피치(P3)로 대향 방향(O3)으로 차례로 배열된다. 광학 소자(2032)의 피치(P1, P2, P3)는, 각 곡면(2032a)의 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)에 의해 형성된 상이한 내각을 갖는 육각형(즉, 불규칙적인 육각형)을 형성하도록 상이할 수 있다. 여기서, 피치(P1, P2, P3) 중 단 하나만이 피치(P1, P2, P3) 중 다른 2개와 상이할 수 있고, 피치(P1, P2, P3) 중 다른 2개가 서로 동일할 수도 있다. 또한, 피치(P1, P2, P3) 중 3개 모두가 서로 상이할 수 있다. 이와 달리, 광학 소자(2032)의 피치(P1, P2, P3)는, 각 곡면(2032a)의 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)에 의해 형성된 동일한 내각을 갖는 육각형(즉, 규칙적인 육각형)을 형성하도록 동일할 수 있다. 광학 소자(2032)의 6개의 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)에 의해 형성된 육각형 형상의 경우에 있어서, 도 20에 도시된 바와 같이, 피치(P1)는 대향 방향(O1)으로 서로 평행하고 서로 이격되어 있는 대응하는 2개의 평행한 외부 에지(2032e1 내지 2032e2) 사이에서 측정될 수 있고, 피치(P2)는 대향 방향(O2)으로 서로 평행하고 서로 이격되어 있는 다른 2개의 평행한 외부 에지(2032e3 내지 2032e4) 사이에서 측정될 수 있다. 또한, 피치(P3)는 대향 방향(O3)으로 서로 평행하고 서로 이격되어 있는 다른 2개의 평행한 외부 에지(2032e5 내지 2032e6) 사이에서 측정될 수 있다. 이와 달리, 도 21 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 피치(P1)는 대향 방향(O1)으로 서로 인접한 2개의 인접한 광학 소자(2032)의 인접한 각각의 중심 사이에서 측정될 수 있고, 피치(P2)는 대향 방향(O2)으로 서로 인접한 2개의 광학 소자(2032)의 인접한 각각의 중심 사이에서 측정될 수 있다. 또한, 피치(P3)는 대향 방향(O3)으로 서로 인접한 2개의 인접한 광학 소자(2032)의 각각의 중심 사이에서 측정될 수 있다.
(1-2) 시인 영역의 형상
시인 영역(2060)은 각 광학 소자(2032)의 형상에 대응하도록 구성된다. 본 실시예에서, 도 24에 도시된 바와 같이, 시인 영역(2060)은 각 광학 소자(2032)의 육각형 형상[즉, 곡면(2032a)의 육각형 형상]에 대응하는, 즉 상사(相似, homothetic)인 육각형 형상으로 구성된다. 육각형 형상으로 구성된 시인 영역(2060)은 대향 방향(O1)[즉, 수평 방향(x)]의 길이(D1)와, 대향 방향(O2)의 길이(D2)와, 대향 방향(O3)의 길이(D3)를 갖는다. 시인 영역(2060)의 외부 에지(2060a 내지 2060f)에 의해 형성된 육각형은, 외부 에지(2060a 내지 2060f)의 전체 개수가 2N과 동일하고, 즉 2N으로 정의되고, 여기서 N은 3, 외부 에지(2060a 내지 2060f) 중 대응하는 평행한 2개가 각각 서로 대향되는 방향(대향 방향)(O1, O2, O3)의 전체 개수가 N인, 다각형이다. 시인 영역(2060)의 대향 방향(O1)은 일반적으로 차량(1)의 수평 방향(횡 방향, 즉 좌우 방향)과 일치한다. 시인 영역(2060)의 각 대향 방향(O2, O3)은 교차하고, 즉 차량(1)의 수직면에 대해 직각 이외의 대응하는 각도로 수평 방향(x)에 대해 상대적으로 각이 진다.
도 24에 도시된 제2 실시예의 시인 영역(2060)에 대해, 시인 영역(2060)은 육각형 형상으로 구성되어, 수평 방향(x)과 일치하는 대향 방향(O1)으로 측정된 시인 영역(2060)의 길이(D1)가, 대향 방향(O2)으로 측정된 시인 영역(2060)의 길이(D2)와 대향 방향(O3)으로 측정된 시인 영역(2060)의 길이(D3)보다 크다. 대향 방향(O1)으로 측정된 시인 영역(2060)의 길이(D1)는, 예컨대 80 내지 200㎜의 범위 내에 있고, 바람직하게는 130㎜이다. 대향 방향(O2)으로 측정된 시인 영역(2060)의 길이(D2)와 대향 방향(O3)으로 측정된 시인 영역(2060)의 길이(D3) 각각은, 예컨대 70 내지 180㎜의 범위 내에 있고, 바람직하게는 114㎜이다. 제2 실시예의 시인 영역(2060)은 또한 요면경(42)의 요동 운동에 응답하여 수직 방향으로 상하로 요동 가능하도록 설정되고, 시인 영역(2060)의 요동 가능 범위 내에서 시인 영역(2060)의 이동 시에도 아이립스(62)의 범위 내에 적어도 부분적으로 위치되도록 설정된다.
(1-3) 광학 소자의 확산각과 시인 영역 사이의 관계
도 21 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 각 광학 소자(2032)는 레이저 스캐너(10)로부터 투사된 광선속을 반사하여 광선속을 확산한다. 구체적으로, 광학 소자(2032)는 확산각(θs1)에서 대향 방향(O1)으로(도 21 참조), 확산각(θs2)에서 대향 방향(O2)으로(도 22 참조), 확산각(θs3)에서 대향 방향(O3)으로(도 23 참조) 광선속을 확산한다. 레이저 스캐너(10)로부터 출사된 광선속의 광 강도에 대해 각 확산각(θs1, θs2, θs3)의 정의는 제1 실시예와 동일하다. 구체적으로, 광학 소자(32)로부터 반사된 광선의 광 강도가 실질적으로 일정한 각도 범위는, 대향 방향(O1)으로 확산각(θs1)을 갖고, 대향 방향(O2)으로 확산각(θs2)을 갖고, 대향 방향(O3)으로 확산각(θs3)을 갖도록 정의된다. 또한, 제2 실시예에서, 확산각(θs1, θs2, θs3)에서 각각 대응하는 광학 소자(2032)에 의해 확산된 광선은 제1 실시예에 준하는 방식으로 확산각(θs1, θs2, θs3)을 조정함으로써 시인 영역(2060)의 전체 영역에 입사하도록 조정된다.
(2) 피치 설정
(2-1) 피치의 하한값
제2 실시예에서, 각 방향(x, y)에 있어서의 물리량 Pn, Dn, Δdn, θdn, θsn, Mn (n=1, 2)에 대한 제1 실시예의 원리는 또한, 각 대향 방향(O1, O2, O3)의 물리량 Pn, Dn, Δdn, θdn, θsn, Mn (n=1, 2)를 각각 갖는 제1 실시예에서 각각 설명된 각 방향(x, y)에 있어서의 물리량 Pn, Dn, Δdn, θdn, θsn, Mn (n=1, 2)을 대체함으로써 각 광학 소자(2032) 및 시인 영역(2060) 사이에 적용 가능하다. 따라서, 도 20 내지 도 24에 도시된 대향 방향(O1, O2, O3) 중 대응하는 한 방향으로 각각의 광학 소자(2032)의 각각의 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2, P3)]이 식 1을 만족하도록 설정될 때, 회절된 광선의 각각 대응하는 피크 대 피크 간격(peak-to-peak interval)(Δdn)[즉, 각각의 피크 대 피크 간격(Δd1, Δd2, Δd3)]은 눈동자의 직경(
Figure 112012068349568-pat00021
) 이하로 되고, 이로써 허상(70)의 흐려짐이 양호하게 억제될 수 있다.
(2-2) 피치의 상한값
제2 실시예에서, 각 방향(x, y)에 있어서의 물리량 Pn, Vpn, Mn (n=1, 2)에 대한 제1 실시예의 원리는 또한, 각 대향 방향(O1, O2, O3)의 물리량 Pn, Vpn, Mn (n=1, 2)를 각각 갖는 제1 실시예에서 각각 설명된 각 방향(x, y)의 물리량 Pn, Vpn, Mn (n=1, 2)를 대체함으로써 각 광학 소자(2032) 및 시인 영역(2060) 사이에 적용 가능하다. 따라서, 각 광학 소자(2032)의 각각 대응하는 피치(Pn)[즉, 각각의 피치(P1, P2, P3)]는 분해능(Re) 이하이다. 그럼으로써, 시인자에 의해 각 광학 소자(2032)의 외부 에지(2032e1 내지 2032e6)의 분리 시인(visual discrimination)을 억제하는 것이 가능하다.
(2-1), (2-2) 란에서 설명된 설계 원리를 따르는 각 대응하는 피치 Pn(즉, 각각의 피치 P1, P2, P3)의 값은 다음과 같이 설정된다. 구체적으로, 대향 방향(O1)의 피치(P1)의 값은, 예컨대 50 내지 200㎛의 범위 내에 있고, 바람직하게는 100㎛이며, 대향 방향(O2)의 피치(P2)의 값과 대향 방향(O3)의 피치(P3)의 값 각각은, 예컨대 45 내지 180㎛의 범위 내에 있고, 바람직하게는 90㎛로 설정된다.
(3) 광학 소자의 곡률 반경
제2 실시예에서, 각 방향(x, y)에 있어서의 물리량 Rn, Pn, θan, θsn (n=1, 2)에 대한 제1 실시예의 원리는 또한, 도 21 내지 도 23에 각각 도시된, 각 대향 방향(O1, O2, O3)에 있어서의 물리량 Rn, Pn, θan, θsn (n=1, 2, 3)으로 제1 실시예에서 설명된 각 방향(x, y)에 있어서의 물리량 Rn, Pn, θan, θsn (n=1, 2)를 대체함으로써 각 광학 소자(2032) 및 시인 영역(2060) 사이에 적용 가능하다. 따라서, 시인 영역(2060)의 전체 영역 내로 입사될 광선의 대응하는 확산각(θsn)[즉, 각각의 확산각(θs1, θs2, θs3)] 및 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 곡률 반경(R1, R2) 중 대응하는 하나의 곡률 반경] 사이의 관계는, 대응하는 확산각(θsn)[즉, 확산각(θs1, θs2, θs3) 중 대응하는 하나의 확산각] 및 곡면(2032a)의 대응하는 곡률 반경(Rn)[즉, 곡률 반경(R1, R2, R3) 중 대응하는 하나의 곡률 반경]을 사용하여 설정되는 수학식 3을 만족하도록 설정된다. 곡률 반경(Rn)의 값은 다음과 같이 설정된다. 구체적으로, 대향 방향(O1)의 곡률 반경(R1), 대향 방향(O2)의 곡률 반경(R2) 및 대향 방향(O3)의 곡률 반경(R3) 각각은, 예컨대 0.1 내지 2㎜ 범위 내에 있고, 바람직하게는 0.4㎜가 되도록 설정된다.
제2 실시예의 상술한 구조에 의해, 제1 실시예와 유사한 장점이 달성될 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예들에 제한되지 않으며, 상기 실시예들은 본 발명의 사상과 범위 내에서 변경될 수 있다.
구체적으로, 제1 또는 제2 실시예의 제1 변형예로서, HUD 장치(100)의 작동이 야간으로 제한될 때, 눈동자의 직경(
Figure 112012068349568-pat00022
)은, 예컨대 주간에 비해 야간 중에 광량의 감소로 인해 확대된 시인자의 눈동자의 직경인 7 내지 8㎜를 최소값으로 설정될 수 있다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제2 변형예로서, 각 광학 소자(32, 2032)의 형상[즉, 각 광학 소자(32, 2032)의 외부 에지(32e1 내지 32e4, 2032e1 내지 2032e6)의 구성]은 적절하게 변경될 수 있다. 예컨대, 각 광학 소자(32, 2032)의 형상은 외부 에지의 전체 개수가 2N과 동일하고, 즉 2N으로 정의되고, 여기서 N은 4 또는 4보다 큰 정수, 외부 에지 중 대응하는 평행한 2개가 각각 서로 대향되는 방향(대향 방향)의 전체 개수가 N인, 임의의 다른 종류의 다각형으로 변경될 수 있다.
또한, 제3 변형예로서, 시인 영역(60, 2060)의 형상은 임의의 다른 형상으로 변경될 수 있다. 예컨대, 제1 실시예에서, 시인 영역(60)은, 수평 방향(x)의 길이(D1)와 수직 방향(y)의 길이(D2)가 서로 동일하도록 배열된 4개의 외부 에지로 형성되는 정사각형 형상, 또는 수직 방향(y)의 길이(D2)가 수직 방향(x)의 길이(D1) 보다 크게 되도록 배열된 4개의 외부 에지로 형성된 직사각형(장방형) 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 이와 달리, 시인 영역(60, 2060)의 형상은, 외부 에지의 전체 개수가 2N과 동일하고, 즉 2N으로 정의되고, 여기서 N은 4 또는 4보다 큰 정수, 외부 에지 중 대응하는 평행한 2개가 각각 서로 대향되는 방향(대향 방향)의 전체 개수가 N인, 임의의 다른 종류의 다각형으로 변경될 수 있다.
또한, 제4 변형예로서, 시인 영역(3060)은, 도 25에 도시된 바와 같이, 시인자의 양쪽 눈의 각각에 대해 설정될 수 있다. 예컨대, 제4 변형예에서, 2개의 아이포인트(61)에 대응하는 2개의 시인 영역(3060)의 각각은, 수평 방향(x)의 길이(D1)와 수직 방향(y)의 길이(D2)가 서로 동일하도록 배열된 4개의 외부 에지(3060a 내지 3060d)로 형성된 정사각형 형상, 또는 수직 방향(y)의 길이(D2)가 수평 방향(x)의 길이(D1) 보다 크게 되도록 배열된 4개의 외부 에지(3060a 내지 3060d)로 형성된 직사각형(장방형) 형상으로 구성될 수 있다. 여기서, 수평 방향(x)의 각 시인 영역(3060)의 길이 D1은, 예컨대 40 내지 100㎜의 범위 내에 있고, 바람직하게는 65㎜이고, 수직 방향(y)의 시인 영역(3060)의 길이 D2는, 예컨대 30 내지 200㎜의 범위 내에 있고, 바람직하게는 50㎜인 것이 바람직하다. 이와 달리, 시인 영역(3060)의 형상은, 외부 에지의 전체 개수가 2N과 동일하고, 즉 2N으로 정의되고, 여기서 N은 3 또는 3보다 큰 정수, 외부 에지 중 대응하는 평행한 2개가 각각 서로 대향되는 방향(대향 방향)의 총 개수가 N인, 임의의 다른 종류의 다각형으로 변경될 수 있다. 또한, 2개의 시인 영역(3060)이 시인자의 2개의 아이포인트(61)(즉, 좌우측 눈)에 각각 제공되는 경우에, 2세트의 레이저 스캐너(10), 스크린 부재(30, 2030) 및 광학계(40)가 시인자의 좌측 눈 및 우측 눈 각각을 위한 하우징(50)에 제공될 수 있다. 또한, 그때, 시인 영역(3060)을 통해 시인되는 허상(70)의 시차(parallax)를 이용함으로써, 깊이를 갖는 3차원(3D) 표시를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제5 변형예로서, 제1 또는 제2 실시예에서 설명된 설계 원리 중에서, (2-2)의 설계 원리와 (3)의 설계 원리 중 적어도 하나는 고려될 필요가 없다. 구체적으로, 각 광학 소자(32, 2032)는, 수학식 2 및 수학식 3 중 적어도 하나는 고려되지 않도록 설계될 수 있다.
또한, 제6 변형예로서, 표시 화상(71)의 각 화소에 제공되는 광학 소자(32, 2032)의 개수는 하나로 제한되지 않고[광학 소자(32, 2032) 및 표시 화상(71)의 화소 사이의 1 대 1의 관계를 갖는 것에 제한되지 않고], 임의의 다른 개수로 변경될 수 있다. 예컨대, 2 이상의 광학 소자(32, 2032)가 표시 화상(71)의 각 화소에 할당될 수 있어, 허상(70)의 각 화소가 광학 소자(32, 2032)의 대응하는 것에 의해 확산된 대응하는 광선속에 의해 각각 형성되는 2 이상의 허상점(72)에 의해 형성된다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제7 변형예로서, 스크린 부재(30, 2030)는 투광성 재료로 이루어진 투과형 스크린 부재로 제조될 수 있고, 각 광학 소자(32, 2032)는 마이크로 렌즈로 제조될 수 있다. 제7 실시예에서, 도 26에 도시된 바와 같이(제1 실시예의 제7 변형예를 도시함), 레이저광은 주사면(31)의 대향측인 스크린 부재(30, 2030)의 대향측으로부터 스크린 부재(30, 2030)로 투사된다. 이러한 경우에 있어서, 스크린 부재(30, 2030)를 투과한 광선속은 주사면(31)에 위치된 광학 소자(32, 2032)로부터 출사된다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제8 변형예로서, 도 27에 도시된 바와 같이(제1 실시예의 제8 변형예를 도시함), 광학계(40)[요면경(42)]가 제거될 수 있고, 대응하는 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산되는 광선속은 투사면(91)으로 직접 투사될 수 있다. 여기서, 투과형 스크린 부재의 제7 변형예에서도, 도 26에 도시된 바와 같이, 대응하는 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산되는 광선속이 투사면(91)에 직접 투사된다는 것에 주의해야 한다.
제1 또는 제2 실시예의 제9 변형예로서, 요면경(42)에 부가 또는 대체하여, 임의의 다른 광학 소자가 광학계(40)의 구성 요소로서 사용될 수 있다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제10 변형예에서는, (제1 실시예의 제10 변형예를 도시하는) 도 28에서 나타낸 바와 같이, MEMS 디바이스(3026)가 MEMS 디바이스(26) 대신 제공될 수 있다. MEMS 디바이스(3026)는 도광 장치(20)로부터 투사되는 레이저광을 반사하는 반사면(3027b)을 갖는 이축 스캐너(3027)를 구비한다. 스캐너[3027; 특히, 반사면(3027b)]는 수직 회전축(30271a) 및 수평 회전축(3027a2)을 중심으로 회전되도록 구동된다. 제10 변형예에서, 집광 렌즈(25)로부터 출력되고 2축 스캐너(3027)의 반사면(3027b)에 의해 반사된 레이저광의 투사 방향은 주사면(31) 상에 표시 화상(71)을 형성하도록 회전축(30271a, 3027a2)의 이축을 중심으로 한 스캐너(3027)의 회전에 따라 변환된다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제11 변형예에서는, 스크린 부재(30, 2030)의 주사면(31)에의 광선속의 투사를 통해 스크린 부재(30, 2030)의 주사면(31)에 표시 화상(71)을 묘화할 수 있다면, 다른 형태의 투사기가 레이저 스캐너(10) 대신 사용될 수 있다. 예로써, 실리콘 액정 표시 장치(LCOS) 또는 디지털 미러 장치(DMD)를 구비한 투사기가 본 명세서에 개시된 투사기로서 사용될 수 있다.
LCOS는 실리콘 기판과 투광성 기판 사이에서 액정층을 보유함으로써 형성된다. 액정층은 복수의 배열 화소를 형성한다. 액정 구동 회로 및 광 반사용 전극이 실리콘 기판에 구비된다. 투광성 기판을 통해 LCOS로 입사되는 광원(예로써, LED로 줄여 말하는 발광 다이오드)의 광은 액정층을 통과하고 실리콘 기판에 구비된 전극에 의해 반사되어, 반사된 광은 LCOS로 입사한다. 나중에 표시 화상(71)이 되는 화상이 액정층(액정층의 화소)에 형성될 때, LCOS와 같은 투사기는 스크린 부재(30, 2030)의 결상면에 표시 화상을 형성하는 광을 투사할 수 있다.
DMD는 기판 상에 복수의 마이크로 미러를 배열함으로써 형성된다. 각각의 마이크로 미러는 대응 화소를 형성한다. 각각의 마이크로 미러의 경사각은 제어 신호에 기초하여 변경될 수 있다. DMD로 입사되는 광원(예로써, LED와 같은 가시광원 또는 레이저 광원)의 광은 각각의 마이크로 미러에 의해 반사된다. DMD는 각각의 마이크로 미러의 경사각을 제어함으로써 표시 화상(71)을 형성하는 광선속을 투사할 수 있다. 따라서, DMD를 갖는 투사기는 스크린 부재(30, 2030)의 결상면에 표시 화상(71)을 형성하는 광을 투사할 수 있다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제12 변형예에서는, 윈드 실드(90)와는 상이한 다른 구성요소가 표시 화상(71)이 투사되는 투사면을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예로써, 표시 부재는 투사면을 갖는 콤바이너(별개 부재)일 수 있다. 이러한 콤바이너는 투광성 재료로 제조되고, 차량의 차량 객실측에 위치된 윈드 실드(90)의 내부면에 인접하게, 보다 특별하게는 부착되게 위치된다. 또한, 콤바이너는 윈드실드(90)로부터 별개로 형성되거나 또는 별개로 제공될 수 있다.
또한, 제1 또는 제2 실시예의 제13 변형예에서는, 본 명세서에 개시된 헤드업 디스플레이 장치가 다양한 다른 형태의 이동체(비행기, 선박, 기차와 같은 다른 형태의 차량)에 적용될 수 있다.
이 기술 분야의 숙련자에게는 부가의 이점 및 변형예가 용이하게 고려될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 넓은 의미의 용어는 도시하고 설명한 특정 상세 내용, 대표 장치 및 도시한 실시예로 제한되는 것은 아니다.

Claims (31)

  1. 차량(1)의 투사면(91)에 표시 화상(71)을 투사하여 차량(1)의 차량 객실측에 위치한 시인자가 표시 화상(71)의 허상(70)을 볼 수 있게 하도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치이며,
    상기 표시 화상(71)을 형성하는 광선속을 투사하도록 구성된 투사기(10)와,
    상기 차량 객실측의 시인자가 허상(70)을 시인할 수 있는 시인 영역(60, 2060, 3060)으로 광선속이 유도되도록, 광선속을 확산시키는 스크린 부재(30, 2030)를 포함하고,
    상기 스크린 부재(30, 2030)는 복수의 광학 소자(32, 2032)를 포함하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 표면은, 곡면(32a, 2032a)에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면(32a, 2032a)을 형성하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)는, 각각의 대응 피치가 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역(60, 2060, 3060)에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 8㎜ 이하의 값으로 조정하도록 설정된, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)는, 각각의 대응 피치가 상기 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 2㎜ 이하의 값으로 조정하도록 설정된, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광선속은 각각 허상(70)을 형성하는 복수의 허상점(72)을 형성하도록 각각 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산되고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치는 복수의 허상점(72)의 각각의 대응 피치를 시인자의 눈의 분해능 이하의 값으로 조정하도록 설정되고,
    상기 시인자의 눈의 분해능은 란돌트 링(74)의 갭(74a)의 각도로서 설정된 1/60 도의 시각인, 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차량(1)의 표시 부재(90)에 형성된 투사면(91)과 스크린 부재(30, 2030) 사이의 광로에 위치된 광학계(40)를 더 포함하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속은 각각 상기 광로를 따라 유도되고,
    상기 광학계(40)는 각각 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속을 확대하도록 구성되고,
    상기 복수의 허상점(72)의 각각의 대응 피치는 광학계(40) 단독에 의해 또는 표시 부재(90)와 협동하여 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치에 대해 4 내지 8배 범위의 대응 확대율(Mn) 만큼 확대되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 피치는 50 내지 200 ㎛ 범위에서 설정되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허상(70)이 시인자의 2개의 눈에 의해 시인가능한 시인 영역(60)은 4개의 외부 에지(60a-60d)로 한정된 사각형 형상으로 구성되고,
    상기 시인 영역(60)의 4개의 외주 에지(60a-60d) 중 2개는 서로 평행하고, 차량(1)의 좌우 방향과 일치하는 시인 영역(60)의 제1 대향 방향(x)에서 서로 대향하고, 상기 시인 영역(60)의 4개의 외부 에지(60a-60d) 중 다른 2개는 서로 평행하고, 시인 영역(60, 2060)의 제1 대향 방향(x)에 수직하고 차량의 상하 방향과 일치하는 시인 영역(60, 3060)의 제2 대향 방향(y)에서 서로 대향하고,
    상기 시인 영역(60)은 시인 영역(60)의 제1 대향 방향(x)으로 80 내지 200 ㎜ 범위의 제1 길이(D1)와, 시인 영역(60)의 제2 대향 방향(y)으로 30 내지 200 ㎜ 범위의 제2 길이(D2)를 갖는, 헤드업 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32) 각각은, 상기 시인 영역(60)의 제1 대향 방향(x)에서 측정된 시인 영역(60)의 제1 길이(D1)에 걸쳐 시인 영역(60) 위로 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속의 제1 확산각(θs1)이 10 내지 50도의 범위이고, 상기 시인 영역(60)의 제2 대향 방향(y)에서 측정된 시인 영역(60)의 제2 길이(D2)에 걸쳐 시인 영역(60) 위로 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속의 제2 확산각(θs2)이 5 내지 50도의 범위가 되도록, 광선속을 확산시키고,
    상기 복수의 광학 소자(32) 각각은 시인 영역(60)의 사각형 형상과 상사(相似)인 사각형 형상으로 구성되고 4개의 외부 에지(32e1-32e4)로 한정되고,
    상기 시인 영역(60)의 4개의 외부 에지(60a-60d) 중 2개에 대응하는 각각의 광학 소자(32)의 4개의 외부 에지(32e1-32e4) 중 2개는 서로 평행하고 상기 광학 소자(32)의 제1 대향 방향(x)에서 서로 대향되고, 상기 시인 영역(60)의 4개의 외부 에지(60a-60d) 중 다른 2개에 대응하는 광학 소자(32)의 4개의 외부 에지(32e1-32e4) 중 다른 2개는 서로 평행하고 광학 소자(32)의 제1 대향 방향(x)에 수직한 광학 소자(32)의 제2 대향 방향(y)에서 서로 대향하고,
    상기 광학 소자(32)의 제1 대향 방향(x)에서 아치형으로 만곡된 복수의 광학 소자(32)의 각각의 곡면(32a)의 원호(32a1)의 제1 곡률 반경(R1)은 0.1 내지 2 ㎜의 범위이고,
    상기 광학 소자(32)의 제2 대향 방향(y)에서 아치형으로 만곡된 복수의 광학 소자(32)의 각각의 곡면(32a)의 원호(32a2)의 제2 곡률 반경(R2)은 0.1 내지 2 ㎜의 범위인, 헤드업 디스플레이 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투사기(10)는 각각 대응 피크 파장을 갖는 복수색의 단일 파장 레이저광을 광선속으로서 투사하도록 구성되고,
    상기 복수색의 단일 파장 레이저광의 대응 피크 파장 중 최대 파장은 600 내지 650 ㎚의 범위인, 헤드업 디스플레이 장치.
  9. 차량(1)의 투사면(91)에 표시 화상(71)을 투사하여 차량(1)의 차량 객실측에 위치한 시인자가 표시 화상(71)의 허상(70)을 볼 수 있게 하도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치이며,
    상기 표시 화상(71)을 형성하는 광선속을 투사하도록 구성된 투사기(10)와,
    상기 차량 객실측의 시인자가 허상(70)을 시인할 수 있는 시인 영역(60, 2060, 3060)으로 광선속이 유도되도록, 광선속을 확산시키는 스크린 부재(30, 2030)를 포함하고,
    상기 스크린 부재(30, 2030)는 복수의 광학 소자(32, 2032)를 포함하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 표면은, 곡면(32a, 2032a)에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면(32a, 2032a)을 형성하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2030)는, 각각의 대응 피치가 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역(60, 2060, 3060)에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 시인자의 눈동자의 직경 이하의 값으로 조정하도록 설정된, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시인 영역(60, 2060, 3060)은 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d)로 한정된 다각형 형상으로 구성되고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각은 시인 영역(60, 2060, 3060)의 다각형 형상에 상사(相似)인 다각형 형상으로 구성되고, 복수의 외부 에지(32e1-32e4, 2032e1-2032e6)로 한정되고,
    상기 시인 영역(60, 2060, 3060)의 각각의 다각형과 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 다각형은, 다각형의 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d, 32e1-32e4, 2032e1-2032e6)의 전체 개수가 2N(여기서, N은 2 이상의 정수)으로 정의되고, 다각형의 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d, 32e1-32e4, 2032e1-2032e6) 중 대응하는 평행한 2개가 서로 대향하는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3)의 전체 개수가 N으로 정의되도록 구성되고,
    상기 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 각각의 대응하는 하나의 대향 방향에 있어서, 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치는 이하의 식을 만족시키는, 헤드업 디스플레이 장치.
    Figure 112013116928296-pat00023

    여기서, Pn은 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치를 나타내고,
    λ는 투사기(10)로부터 투사된 광선속의 파장을 나타내고,
    Figure 112013116928296-pat00024
    는 시인자의 눈동자의 직경을 나타내고,
    Dn은 복수의 대항 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나에서 측정된 시인 영역(60, 2060, 3060)의 길이를 나타내고,
    θsn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나에서 측정된 시인 영역(60)의 길이에 걸쳐 시인 영역(60, 2060, 3060) 위로 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 확산각을 나타냄.
  11. 제10항에 있어서, 상기 투사기(10)는 각각 피크 파장을 갖는 복수색의 단일 파장 레이저광을 광선속으로서 투사하도록 구성되고,
    파장 λ는 상기 복수색의 단일 파장 레이저 광의 피크 파장 중 최대 파장인, 헤드업 디스플레이 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광선속은 각각 허상(70)을 형성하는 복수의 허상점(72)을 형성하도록 각각 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산되고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치는 복수의 허상점(72)의 각각의 대응 피치를 시인자의 눈의 분해능 이하의 값으로 조정하도록 설정되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서, 차량(1)의 투사면(91)과 스크린 부재(30, 2030) 사이의 광로 내에 위치된 광학계(40)를 더 포함하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속은 각각 상기 광로를 따라 유도되고,
    상기 광학계(40)는 각각 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속을 확대하도록 구성되고,
    상기 복수의 허상점(72)의 각각의 대응 피치는 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치에 대해 광학계(40)에 의해 확대되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각은 복수의 외부 에지(32e1 - 32e4, 2032e1 - 2032e6)로 한정된 다각형 형상으로 구성되고,
    각각의 광학 소자(32, 2032)의 다각형의 복수의 외부 에지(32e1 내지 32e4, 2032e1 내지 2032e6)의 전체 개수는 2N으로 정의되고 여기서 N은 2 이상인 정수이고, 다각형의 복수의 외부 에지(32e1 - 32e4, 2032e1 - 2032e6) 중 대응하는 평행한 2개가 서로 대향하는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3)의 전체 개수는 N이며,
    상기 광학계(40)는 상기 차량(1)의 표시 부재(90)에 형성된 투사면(91)과 스크린 부재(30, 2030) 사이의 광로에 위치되고,
    상기 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 각각의 대응하는 하나의 대향 방향의 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치는 이하의 식을 만족시키는, 헤드업 디스플레이 장치.
    Figure 112012068349568-pat00025

    여기서, Pn은 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치
    Mn은 상기 광학계(40) 단독에 의해 또는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3)중 대응하는 하나의 대향 방향에 있어서 표시 부재(90)와의 협동에 의해 확대되는 회절 광선의 확대율을 나타내고,
    L은 상기 시인 영역(60, 2060, 3060)으로부터 상기 허상(70)까지의 거리를 나타내고,
    Re는 시인자의 눈의 분해능을 나타냄.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 다각형은 사각형이고,
    상기 복수의 대향 방향(x, y) 각각에 있어서 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 모든 대응 피치는 서로 같은, 헤드업 디스플레이 장치.
  16. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 곡면(32a, 2032a)의 각각의 대응하는 원호(32a1, 32a2, 2032a1, 2032a2, 2032a3)의 곡률 반경은, 상기 시인 영역(60, 2060, 3060)에 걸쳐 시인 영역(60, 2060, 3060) 위에서 상기 광학 소자(32, 2032)의 곡면(32a, 2032a)에 의해 확산되는 광선속의 대응하는 확산각에 기초하여 설정되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 시인 영역(60, 2060, 3060)은 복수의 외부 에지(60a - 60d, 2060a - 2060f, 3060a - 3060d)로 한정된 다각형으로 구성되고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각은 시인 영역(60, 2060, 3060)의 다각형 형상에 상사(相似)인 다각형 형상으로 구성되고, 복수의 외부 에지(32e1 - 32e4, 2032e1 - 2032e6)로 한정되고,
    상기 시인 영역(60, 2060, 3060)의 각각의 다각형과 상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 다각형은, 다각형의 복수의 외부 에지(60a - 60d, 2060a - 2060f, 3060a - 3060d, 32a - 32d, 2032a - 2032d)의 전체 개수가 2N으로 정의되고, 여기서 N은 2 이상인 정수이고, 상기 복수의 외부 에지(60a - 60d, 2060a - 2060f, 3060a - 3060d, 32a - 32d, 2032a - 2032d) 중 대응하는 평행한 2개가 서로 대향하는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3)의 전체 개수는 N으로 정의되도록 구성되고,
    복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 대향 방향에서 아치형으로 만곡되는 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 곡면(32a, 2032a)의 대응하는 원호(32a1, 32a2, 2032a1, 2032a2, 2032a3)의 대응 곡률 반경은 이하의 식을 만족시키는, 헤드업 디스플레이 장치.
    Figure 112013116928296-pat00026

    여기서, Rn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 대향 방향에서 아치형으로 만곡되는 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 곡면(32a, 2032a)의 원호의 대응 곡률 반경을 나타내고,
    θsn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 대향 방향에서 측정된 시인 영역(60)의 길이 전체에 걸쳐 시인 영역(60) 위로 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산되는 광선속의 확산각을 나타내고,
    Pn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 대향 방향에서의 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치를 나타냄.
  18. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시인 영역(60)은 4개의 외부 에지(60a - 60d)로 한정된 사각형 형상으로 구성되고,
    상기 시인 영역(60)의 4개의 외부 에지(60a - 60d) 중 2개는 서로 평행하고, 차량의 좌우 방향과 일치하는 시인 영역(60)의 제1 대향 방향(x)에서 서로 대향하고, 상기 시인 영역(60)의 4개의 외부 에지(60a - 60d) 중 다른 2개는 서로 평행하고, 차량의 상하 방향과 일치하는 시인 영역(60, 3060)의 제2 대향 방향(y)에서 서로 대향하고,
    상기 시인 영역(60)은 시인 영역(60)의 제1 대향 방향(x)으로 제1 길이(D1)를 갖고, 시인 영역(60)의 제2 대향 방향(y)으로 제2 길이(D2)를 갖는, 헤드업 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 시인 영역(60)의 사각형은 긴 직사각형이고, 상기 시인 영역(60)의 제1 길이(D1)는 상기 시인 영역(60)의 제2 길이(D2)보다 큰, 헤드업 디스플레이 장치.
  20. 차량(1)의 표시 부재(90)에 형성된 투사면(91)에 표시 화상(71)을 투사하여 차량(1)의 차량 객실측에 위치한 시인자가 표시 화상(71)의 허상(70)을 볼 수 있게 하도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치이며,
    상기 표시 화상(71)을 형성하는 광선속을 투사하도록 구성된 투사기(10)와,
    상기 차량 객실측의 시인자가 허상(70)을 시인할 수 있는 시인 영역(60, 3060)으로 광선속이 유도되도록, 광선속을 확산시키는 스크린 부재(30)를 포함하고,
    상기 시인 영역(60, 3060)은 4개의 외부 에지(60a - 60d, 3060a - 3060d)로 한정된 사각형 형상으로 구성되고,
    상기 시인 영역(60, 3060)의 4개의 외부 에지(60a - 60d, 3060a - 3060d) 중 2개는 서로 평행하고, 차량의 좌우 방향과 일치하는 시인 영역(60, 3060)의 제1 대향 방향(x)에서 서로 대향하고, 상기 시인 영역(60, 3060)의 4개의 외부 에지(60a - 60d, 3060a - 3060d) 중 다른 2개는 서로 평행하고, 상기 시인 영역(60, 3060)의 상기 제1 대향 방향에 수직하고 차량의 상하 방향과 일치하는 상기 시인 영역(30, 3060)의 제2 대향 방향(y)에서 서로 대향하고,
    상기 스크린 부재(30)는 각각 상기 시인 영역(60, 3060)의 사각형 형상에 상사(相似)인 사각형 형상으로 구성되고 4개의 외부 에지(32e1 - 32e4)로 한정되는 복수의 광학 소자(32)를 포함하고,
    상기 시인 영역(60, 3060)의 4개의 외부 에지(60a - 60d, 3060a - 3060d) 중 2개에 대응하는 각각의 광학 소자(32)의 4개의 외부 에지(32e1 - 32e4) 중 2개는 서로 평행하고 광학 소자(32)의 제1 대향 방향(x)에서 서로 대향하고, 상기 시인 영역(60, 3060)의 4개의 외부 에지(60a - 60d, 3060a - 3060d) 중 다른 2개에 대응하는 광학 소자(32)의 4개의 외부 에지(32e1 - 32e4) 중 다른 2개는 서로 평행하고 광학 소자(32)의 제1 대향 방향(x)에 수직인 광학 소자(32)의 제2 대향 방향(y)에서 서로 대향하고,
    상기 복수의 광학 소자(32) 각각의 표면은 곡면(32a)을 형성하여 상기 시인 영역(60, 3060)을 향하여 상기 곡면(32a)으로 진입하는 광선속을 확산시키고,
    상기 복수의 광학 소자(32)는 각각의 광학 소자(32)의 제1 대향 방향(x)에서 제1 피치(P1) 및 각각의 광학 소자(32)의 제2 대향 방향(y)에서 제2 피치(p2)로 차례로 연속적으로 배치되고,
    상기 제1 피치(P1)는 이하의 식을 만족시키고,
    Figure 112013116928296-pat00027

    여기서, P1은 제1 피치를 나타내고,
    λ는 투사기(10)로부터 투사된 광선속의 파장을 나타내고,
    Figure 112013116928296-pat00028
    는 시인자의 눈동자의 직경을 나타내고,
    D1은 시인 영역(60, 3060)의 제1 대향 방향(x)에서 측정된 시인 영역(60, 3060)의 제1 길이를 나타내고,
    θs1은 시인 영역(60, 3060)의 제1 대향 방향(x)에서 측정된 시인 영역(60, 3060)의 제1 길이(D1)에 걸쳐 시인 영역(60, 3060) 위로 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속의 제1 확산각을 나타내고,
    상기 제2 피치(P2)는 이하의 식을 만족시키고,
    Figure 112013116928296-pat00029

    여기서, P2은 제2 피치를 나타내고,
    λ는 투사기(10)로부터 투사된 광선속의 파장을 나타내고,
    Figure 112013116928296-pat00030
    는 시인자의 눈동자의 직경을 나타내고,
    D2는 시인 영역(60, 3060)의 제2 대향 방향(y)에서 측정된 시인 영역(60, 3060)의 제2 길이를 나타내고,
    θs2는 시인 영역(60, 3060)의 제2 대향 방향(y)에서 측정된 시인 영역(60, 3060)의 제2 길이(D2)에 걸쳐 시인 영역(60, 3060) 위로 광학 소자(32)에 의해 확산되는 광선속의 제2 확산각을 나타내는, 헤드업 디스플레이 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 표시 부재(90)의 투사면(91)과 스크린 부재(30) 사이의 광로에 위치되는 광학계(40)를 더 포함하고,
    상기 복수의 광학 소자(32)에 의해 확산된 광선속은 각각 상기 광로를 따라 유도되고,
    상기 광학계(40)는 상기 복수의 광학 소자(32)에 의해 각각 확산되는 광선속을 확대하도록 구성되고,
    상기 제1 피치(P1)는 이하의 식을 만족하고,
    Figure 112012068349568-pat00031

    여기서, P1은 제1 피치를 나타내고,
    M1은 상기 광학계(40) 단독에 의해 또는 상기 시인 영역(60, 3060)의 제1 대향 방향(x)에서 표시 부재(90)와의 협동에 의해 확대되는 회절 광선의 확대율을 나타내고,
    L은 상기 시인 영역(60, 3060)으로부터 허상(70)까지의 거리를 나타내고,
    Re는 시인자의 눈의 분해능을 나타내고,
    상기 제2 피치(P2)는 이하의 식을 만족시키고,
    Figure 112012068349568-pat00032

    여기서, P2는 제2 피치를 나타내고,
    M2는 상기 광학계(40) 단독에 의해 또는 상기 시인 영역(60, 3060)의 제2 대향 방향(y)에서 표시 부재(90)와의 협동에 의해 확대되는 회절 광선의 확대율을 나타내고,
    L은 상기 시인 영역(60, 3060)으로부터 허상(70)까지의 거리를 나타내고,
    Re는 시인자의 눈의 분해능을 나타내는, 헤드업 디스플레이 장치.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 제1 대향 방향(x)으로 아치형으로 만곡된 상기 복수의 광학 소자(32)의 각각의 곡면(32a)의 원호(32a1)의 제1 곡률 반경(R1)은 이하의 식을 만족시키고,
    Figure 112012068349568-pat00033

    (여기서, R1은 제1 곡률 반경을 나타내고, θs1은 제1 확산각을 나타내고, P1은 제1 피치를 나타냄)
    제2 대향 방향(y)으로 아치형으로 만곡된 상기 복수의 광학 소자(32)의 각각의 곡면(32a)의 원호(32a2)의 제2 곡률 반경(R2)은 이하의 식을 만족시키는,
    Figure 112012068349568-pat00034

    (여기서, R2는 제2 곡률 반경을 나타내고, θs2는 제2 확산각을 나타내고, P2는 제2 피치를 나타냄)
    헤드업 디스플레이 장치.
  23. 제1항 내지 제4항, 제9항 내지 제11항, 제20항 또는 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투사기(10)는 광선속으로서 레이저 광을 투사하도록 구성되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  24. 제1항 내지 제4항, 제9항 내지 제11항, 제20항 또는 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각은, 투사기(10)로부터 투사된 광선속을 반사시킴으로써 광선속을 확산시키도록 구성되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  25. 제1항 내지 제4항, 제9항 내지 제11항, 제20항 또는 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각은, 투사기(10)로부터 투사된 광선속을 광학 소자(32, 2032)에 투과시킴으로써 광선속을 확산시키도록 구성되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  26. 차량 실내측의 시인자가 허상(70)을 시인할 수 있는 시인 영역(60, 2060, 3060)으로 광선속이 유도되도록 투사기(10)로부터 투사된 광선속을 확산시키는 것에 의해, 차량(1)의 투사면(91)에 표시 화상(71)을 투사하여 차량(1)의 차량 실내측에 위치한 시인자가 표시 화상(71)의 허상(70)을 볼 수 있도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재(30, 2030)이며,
    상기 스크린 부재(30, 2030)는 복수의 광학 소자(32, 2032)를 포함하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 표면은, 곡면(32a, 2032a)에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면(32a, 2032a)을 형성하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2030)는, 각각의 대응 피치가 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역(60, 2060, 3060)에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 시인자의 눈동자의 직경 이하의 값으로 조정하도록 설정된, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치되는, 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재.
  27. 차량 실내측의 시인자가 허상(70)을 시인할 수 있는 시인 영역(60, 2060, 3060)으로 광선속이 유도되도록 투사기(10)로부터 투사된 광선속을 확산시키는 것에 의해, 차량(1)의 투사면(91)에 표시 화상(71)을 투사하여 차량(1)의 차량 실내측에 위치한 시인자가 표시 화상(71)의 허상(70)을 볼 수 있도록 구성된 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재(30, 2030)의 제조 방법이며,
    복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 회절의 발생에 의해 시인 영역(60, 2060, 3060)에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 8㎜ 이하의 값으로 설정하도록, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치된 상기 스크린 부재(30, 2030)의 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치를 결정하는 단계와,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치의 결정 단계에서 결정된 각각의 대응 피치에, 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치된 복수의 광학 소자(32, 2032)를 갖는 스크린 부재(30, 2030)를 형성하는 단계를 포함하는, 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치의 결정 단계는, 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치가 이하의 식을 만족시키도록 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치를 결정하는 단계를 포함하고,
    Figure 112013116928296-pat00035

    상기 시인 영역(60, 2060, 3060)은 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d)로 한정된 다각형 형상으로 구성되고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각은 시인 영역(60, 2060, 3060)의 다각형 형상과 상사(相似)인 다각형 형상으로 구성되고, 복수의 외부 에지(32e1-32e4, 2032e1-2032e6)로 한정되고,
    상기 시인 영역(60, 2060, 3060)의 각각의 다각형과 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 다각형은, 다각형의 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d, 32e1-32e4, 2032e1-2032e6)의 전체 개수가 2N(여기서, N은 2 이상의 정수)으로 정의되고, 다각형의 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d, 32e1-32e4, 2032e1-2032e6) 중 대응하는 평행한 2개가 서로 대향하는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3)의 전체 개수가 N으로 정의되도록 구성되고,
    Pn은 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치를 나타내고,
    λ는 투사기(10)로부터 투사된 광선속의 파장을 나타내고,
    Figure 112013116928296-pat00036
    는 8㎜ 이하의 값을 나타내고,
    Dn은 복수의 대항 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나에서 측정된 시인 영역(60, 2060, 3060)의 길이를 나타내고,
    θsn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나에서 측정된 시인 영역(60)의 길이에 걸쳐 시인 영역(60, 2060, 3060) 위로 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 확산각을 나타내는, 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재의 제조 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치의 결정 단계는, 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치가 이하의 식을 만족시키도록 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 대응 피치를 결정하는 단계를 포함하고,
    Figure 112012068349568-pat00037

    상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각은, 복수의 외부 에지(32e1-32e4, 2032e1-2032e6)로 한정된 다각형 형상으로 구성되고,
    각각의 광학 소자(32, 2032)의 다각형의 복수의 외부 에지(32e1-32e4, 2032e1-2032e6)의 전체 개수는 2N(여기서, N은 2 이상의 정수)으로 정의되고, 다각형의 복수의 외부 에지(32e1-32e4, 2032e1-2032e6) 중 대응하는 평행한 2개가 서로 대향하는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3)의 전체 개수는 N으로 정의되고,
    상기 헤드업 디스플레이 장치의 광학계(40)는 차량(1)의 표시 부재(90)에 형성된 투사면(91)과 스크린 부재(30, 2030) 사이의 광로에 위치되고,
    Pn은 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치를 나타내고,
    Mn은 상기 광학계(40) 단독에 의해 또는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 대응 방향에 있어서 표시 부재(90)의 협동에 의해 확대되는 회절 광선의 확대율을 나타내고,
    L은 상기 시인 영역(60, 2060, 3060)으로부터 상기 허상(70)까지의 거리를 나타내고,
    Re는 8㎜ 이하의 값을 나타내는, 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재의 제조 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 곡면(32a, 2032a)의 각각의 대응 원호(32a1, 32a2, 2032a1, 2032a2, 2032a3)의 대응 곡률 반경이 이하의 식을 만족시키도록, 상기 스크린 부재(30, 2030)의 형성 전에 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 곡면(32a, 2032a)의 각각의 대응 원호(32a1, 32a2, 2032a1, 2032a2, 2032a3)의 대응 곡률 반경을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    Figure 112013116928296-pat00038

    상기 시인 영역(60, 2060, 3060)은 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d)로 한정된 다각형 형상으로 구성되고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각은 시인 영역(60, 2060, 3060)의 다각형 형상과 상사(相似)인 다각형 형상으로 구성되고, 복수의 외부 에지(32e1-32e4, 2032e1-2032e6)로 한정되고,
    상기 시인 영역(60, 2060, 3060)의 각각의 다각형과 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 다각형은, 다각형의 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d, 32a-32d, 2032a-2032d)의 전체 개수가 2N(여기서, N은 2 이상의 정수)으로 정의되고, 상기 복수의 외부 에지(60a-60d, 2060a-2060f, 3060a-3060d, 32a-32d, 2032a-2032d) 중 대응하는 평행한 2개가 서로 대향하는 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3)의 전체 개수가 N으로 정의되도록 구성되고,
    Rn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 방향에서 아치형으로 만곡되는 복수의 광학 소자(32, 2032) 각각의 곡면(32a, 2032a)의 원호(32a1, 32a2, 2032a1, 2032a2, 2032a3)의 대응 곡률 반경을 나타내고,
    θsn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 대향 방향에서 측정된 시인 영역(60)의 길이에 걸쳐 시인 영역(60) 위로 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 확산각을 나타내고,
    Pn은 복수의 대향 방향(x, y, O1, O2, O3) 중 대응하는 하나의 방향에서의 복수의 광학 소자(32, 2032)의 대응 피치를 나타내고,
    스크린 부재(30, 2030)를 형성하는 단계는, 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 곡면(32a, 2032a)이 각각의 대응 원호(32a1, 32a2, 2032a1, 2032a2, 2032a3)의 대응 곡률 반경을 결정하는 단계에서 결정된 각각의 대응 원호(32a1, 32a2, 2032a1, 2032a2, 2032a3)의 대응 곡률 반경을 갖도록, 스크린 부재(30, 2030)를 형성하는 단계를 포함하는, 헤드업 디스플레이 장치용 스크린 부재의 제조 방법.
  31. 차량(1)의 차량 실내측에 위치한 시인자가 표시 화상(71)의 허상(70)을 볼 수 있도록, 차량(1)의 투사면(91)에 표시 화상(71)을 투사하는 화상 투사 방법이며,
    투사기(10) 및 스크린 부재(30, 2030)를 사용하여, 시인 영역(60, 2060, 3060)에 형성된 회절 광선의 피크 대 피크 간격을 시인자의 눈동자의 직경 이하의 값으로 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 투사기(10)는 상기 표시 화상(71)을 형성하는 광선속을 투사하도록 구성되고,
    상기 스크린 부재(30, 2030)는 상기 차량 실내측의 시인자가 허상(70)을 시인할 수 있는 시인 영역(60, 2060, 3060)으로 광선속이 유도되도록, 광선속을 확산시키고,
    상기 스크린 부재(30, 2030)는 복수의 광학 소자(32, 2032)를 포함하고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)의 각각의 표면은, 곡면(32a, 2032a)에 입사하는 광선속을 확산시키는 곡면(32a, 2032a)을 형성하고, 복수의 광학 소자(32, 2032)에 의해 확산된 광선속의 회절에 의해 시인 영역(60, 2060, 3060)에 회절 광선이 각각 형성되고,
    상기 복수의 광학 소자(32, 2032)는 각각의 대응 피치에서 2 이상의 방향으로 차례로 연속적으로 배치되는, 화상 투사 방법.
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