KR101634224B1 - 차량용 디스플레이 시스템 또는 자동차용 투사식 디스플레이, 및 교정 방법 - Google Patents

차량용 디스플레이 시스템 또는 자동차용 투사식 디스플레이, 및 교정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 디스플레이 시스템 및 차량용 디스플레이 시스템의 교정 방법을 제안한다. 상기 디스플레이 시스템은 디스플레이 장치 및 사용자를 위한 가상 이미지를 생성하는 광학 시스템을 가지며, 상기 광학 시스템이 트래버스된 이후에 감소된 왜곡을 갖는 가상 이미지를 디스플레이하기 위해 이미지 정보의 왜곡을 위한 교정 수단이 사용되며, 상기 광학 시스템은 가상 이미지의 위치를 변경시키도록 조절될 수 있는 하나 이상의 조절가능한 요소를 가지며, 상기 조절 요소의 조절 함수로서 상기 왜곡이 제공되며, 상기 차량용 디스플레이 시스템은 상기 조절가능한 요소에 대한 선택된 조절의 함수로서 상기 교정 수단의 왜곡을 결정하는 교정 데이터를 저장하는 메모리 장치를 가진다.

Description

차량용 디스플레이 시스템 또는 자동차용 투사식 디스플레이, 및 교정 방법 {VEHICLE DISPLAY SYSTEM OR PROJECTION DISPLAY FOR A MOTOR VEHICLE, AND CALIBRATION METHOD}
본 발명은 차량용 디스플레이 시스템 또는 자동차용 투사식 디스플레이 및 디스플레이 장치에 관한 것이며, 상기 시스템 또는 장치는 소위 헤드 업 디스플레이(HUD)로서 설계되며, 즉 그 경우에 이미지 생성기, 반사 수단 및 투사 면이 협력하도록 설계되며, 특히 상기 투사 면은 디스플레이 장치의 구조적으로 결합된 나머지 부품들과 별개로 제공된다. 작동 원리는 이미지 생성기에 의해 생성된 이미지가 앞유리 판의 영역으로서 설계될 수 있는 투사 면으로 편향시키는 역할을 하는 하나 또는 그보다 많은 반사 수단을 통해 전달되는 것이다.
앞유리 판 상으로의 투사를 조절할 수 있는 것을 목표로 할 때, 앞유리 판의 (적절하다면 공간적으로 변할 수 있는)곡률에 의해, 또는 제작 또는 조립 관련 허용오차에 의해 유발되며 디스플레이의 설계 초기에는 고려할 수 없는 이미지 왜곡이라는 문제점이 초래된다. 정보 표시에 대한 세부 사항이 증가하면서, 앞유리 판 상으로의 투사를 조절하는 것에 의존하는 이들 이미지 왜곡들을 제거할 필요성이 증대되었다. DE 100 46 019 A1호에는 컴퓨터 생성 픽셀로부터 구성되며 곡선의 반사 표면, 특히 차량의 앞유리 판에 반사되는 이미지 요소들을 표시하기 위한 방법 및 장치가 이미 개시되어 있다. 상기 공보는 단점을 갖는데, 이는 그와 같은 디스플레이 장치의 뷰어 또는 사용자의 영역에 카메라 장치를 배열하여야 하는 바람직하지 않은 필요가 있다는 점이다.
그러므로, 본 발명의 하나의 목적은 사용자 또는 뷰어의 영역에 안락함에 대한 제약 및/또는 장애가 가능하다면 크게 방지될 수 있는 개선된 차량용 디스플레이 시스템을 제공하고자 하는 것이며, 또한 그러한 차량용 디스플레이 시스템을 비용 측면에서 유리하게 제조될 수 있게 하고자 하는 것이다.
상기 목적은 특히, 디스플레이 장치 및 사용자를 위한 가상 이미지(virtual image)를 생성하는 광학 시스템을 가지는 차량용 디스플레이 시스템에 의해 달성되며, 여기서 상기 광학 시스템이 트래버스된 이후에 감소된 왜곡을 갖는 가상 이미지를 디스플레이하기 위해 이미지 정보의 왜곡을 위한 교정 수단이 사용되며, 상기 광학 시스템은 가상 이미지의 위치를 변경시키도록 조절될 수 있는 하나 이상의 조절가능한 요소를 가지며, 상기 조절 가능한 요소의 조절에 의존하여 상기 왜곡이 제공되며, 상기 차량용 디스플레이 시스템은 상기 조절가능한 요소에 대한 선택된 조절에 의존하여 상기 교정 수단의 왜곡을 결정하는 교정 데이터를 저장하는 메모리 장치를 가진다.
그 결과 본 발명에 따르면, (i)투사 면이 가변적으로 조절될 수 있게 하는 이동가능한 반사 수단(조절가능한 요소, 예를 들어 미러)뿐만 아니라, (ii)(예를 들어, 이미지 생성시의 전치왜곡(predistortion) 과정 중에, 또는 비임 경로 내에 위치된 광학 요소를 통해) 투사 면 상에서 인지가능한 수차를 보상하는데 사용될 수 있는 교정 수단을 갖는 차량용 디스플레이 시스템이 제안되며, 여기서 교정 수단의 작용은 변경될 수 있으며, 상기 작용에 영향을 끼치는 변수들은 측정 방법에 의해 교정 수단에 대해 결정된다. 이러한 프로세스에서, 반사 수단의 복수의 위치들 및 그에 따른 투사 면의 복수의 위치들에 대한 측정이 수행되며, 결정된 교정 변수들은 디스플레이 장치에 할당된 메모리 내에 저장된다. 상기 측정은 자동차 운전자의 다양한 머리 위치를 나타내는 높이 조절가능한 카메라를 사용하는 것에 의해서 수행되고 그리고 상기 측정은 신체 크기 또는 시트 조절에 의존한다. 이런 방식으로, 예를 들어 제조 스프레드(fabrication spead)에 기인하여 차량에서 개별적으로 발생하는 것과 같은, 조절에 의존하여 변화하는 수차 보상(aberration compensaion)을 나타내는 차량용 개별 조절가능한 투사식 디스플레이 시스템이 제시되며, 유리하게는 교정 변수의 결정 및 저장은 차량 제작 과정 중에 미리 수행된다.
본 발명에 따라, 가상 이미지의 위치 변경은 수직 축선에 따른 가상 이미지의 변경인 것이 특히 바람직하다. 그에 따라, (예를 들어, 상이한 신체 크기 및/또는 신체 자세에 의해 야기되는) 차량 디스플레이 시스템의 구동자 및/또는 사용자의 눈의 상이한 위치에 맞추어 조작되도록 가상 이미지의 높이에 대한 조작을 간단한 방식으로 달성하는 것이 가능해진다.
나아가, 본 발명에 따라 가상 이미지의 위치 변경은 수직 축선 및 수평 축선에 따른 가상 이미지의 변경인 것이 바람직하다. 그에 따라, 가상 이미지의 위치 설정에 대한 훨씬 큰 융통성을 달성하며 그에 따라 편안함 증대에 기여하기 위해 간단한 수단을 사용하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따라 사용자의 관망 위치(viewing point)를 검출하기 위한 센서 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 유리하게, 본 발명에 따라 이러한 관망 위치를 결정하고 예를 들어 사용자의 머리의 상이한 위치에 맞추어, 차량용 디스플레이 시스템을 조작 또는 조절하는 것을 수행하는 것이 가능하다. 이런 방식으로, 머리 위치에 의존하는, 다시 말해 특히 관망 각도에 의존하는 광학 시스템의 왜곡 특성에 기초하여 발생하는 수차는 미리 조절된 교정 데이터에 의해 (그리고 차량용 디스플레이 시스템의 높이 조절에 의존하여, 및/또는 차량용 디스플레이 시스템의 높이 조절 및 횡적 조절(lateral adjustment)에 의존하여) 특히 효과적으로 보상될 수 있다. 사용자의 머리 위치 또는 눈 위치의 결정은 본 발명에 따라 수동적 또는 능동적으로 수행될 수 있다. 머리 위치의 수동적 결정은 예를 들어, 사용자의 얼굴의 일부, 특히 눈과 같이 형상 및 대비로부터 확인된 패턴의 상대 위치에 대한 검출 장치 또는 카메라에 의해 공급된 이미지를 검사함으로써 가능해 진다. 이와는 달리, 또는 추가로 머리 위치에 대한 그와 같은 수동적 결정과 관련하여 본 발명에 따라 머리 위치를 능동적으로 결정하는 것은 예를 들어, 뷰어 또는 운전자에 IR 광원을 비춤으로써 가능해지며, 그와 같은 절차는 눈에 의한 반사광에 기인하며 카메라에 의해 기록된 이미지에서 쉽게 결정될 수 있다. 또한, 운전자를 관찰하는 수단으로서 카메라의 대체 사용은 그와 같은 센서 수단의 추가의 장점으로 간주될 수 있다. 특히 적외선으로 전환된 측정 기술의 경우에, 피로 징후의 발생, 예를 들어 느려진 눈 깜박임 또는 특징적인 운 운동은 타겟 표면이 비임 경로 내측으로 삽입되지 않을 때 카메라에 의해 검출될 수 있다. 바람직하다면, 이미징 요소가 광학적 경보 신호를 생성하고 그 신호가 운전자의 관심을 불러일으키는 것도 가능하다. 결과적으로, 사용자의 머리 위치 또는 눈 위치의 결정으로 인해 예를 들어, 과중된 피로 상태에서 사용자가 잠들 위험을 감소시키는 것도 본 발명에 따라 유리하게 가능해지는데, 이는 잠들려고 하거나 잠들었다는 결정이 머리의 위치에 대한 검출된 특정 변경에 기초하여 유도될 수 있기 때문이다. 그러므로, 본 발명에 따라 눈 운동, 눈 위치의 검출 및/또는 눈꺼풀 폐쇄의 검출에 의해, 예를 들어 그 결과로써 현재 머리 받침대를 최적으로 조정함으로써 사용자가 잠에 빠질 위험을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따라, 차량용 디스플레이 시스템의 높이 조작 기능(및/또는 차량용 디스플레이 시스템에 의해 제공되는 높이 조작 및 횡적 조작 기능)을 사용자가 수동으로 조정하는 것이 그와 같은 센서 수단의 부재시에 대안으로서 제공된다.
또한, 상기 조절가능한 요소가 이동가능한 미러 요소, 특히 회전 이동가능한 미러 요소, 및/또는 병진 운동가능한 미러 요소인 실시예가 본 발명에 따라 바람직하게 제공된다. 그에 따라 간단하고 확고한 방식으로 가상 이미지의 위치에 대한 변경을 기계적으로 수행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따라 가상 이미지를 생성하기 위해 앞유리 판 상에 디스플레이 장치로부터 생기는 이미지 정보에 대한 세부 사항을 투사하는 것도 제공되며, 앞유리 판에서의 반사에 의한 가상 이미지의 왜곡 및 교정 수단에 의한 왜곡은 서로 실질적으로 상쇄된다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 장치의 디스플레이의 변경이 교정 수단의 왜곡을 초래하도록 제공되며/되거나, 광학 시스템의 왜곡 특성의 변경이, 특히 광학 시스템 및/또는 미러 및/또는 렌즈의 외형에서의 변경이 교정 수단의 왜곡을 유발하도록 제공되는 것이 특히 바람직하다. 그러한 왜곡은 본 발명에서 특히 간단한 방식으로 교정될 수 있다.
본 발명의 추가의 요지는 본 발명의 차량용 디스플레이 시스템을 교정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 가상 이미지의 상이한 위치에 대한 가상 이미지의 왜곡을 측정하기 위해 검출 장치가 사용되며, 그로부터 유도된 방식으로 교정 수단을 조절하기 위한 위치 의존 교정 데이터가 결정되며 차량용 디스플레이 시스템의 메모리 장치 내에 저장된다.
이후, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예들의 도움으로 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 차량용 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 투사 시스템(10) 또는 차량용 디스플레이 시스템(10)의 실시예를 단면도 형태로 도시하는 개략도이다. 차량용 디스플레이 시스템(10)은 디스플레이 장치(30), 및 광학 시스템(40)을 포함한다. 본 발명에 따라, 특히 디스플레이 장치(30)를 조명하기 위한 목적을 갖는 광원(도시 않음)이 제공된다. 광-방출 다이오드(고성능 광-방출 다이오드) 또는 복수의 광-방출 다이오드(다이오드 어레이 또는 다이오드 패널)가 광원으로서 제공될 수 있다. 광원(20)은 차량용 디스플레이 시스템(10)의 일부 또는 그로부터 분리되게 제공되는 기타 부품일 수 있다. 제 1 단계는 디스플레이 장치(30)로부터의 광이 지나거나 보유하는 정보가 제 1 방향(41)으로 방출되게 하는 것이다. 본 발명에 따라, 제 1 방향(41)으로 방출되는 광 또는 제 1 방향(41)으로 전파되는 광은 광학 시스템(40)에 의해 특히 다중 편향된다. 이와 관련하여 도 1에 도시된 예에서 제공된 것은 제 1 방향(41)으로 입사되는 광을 제 2 방향(42)으로 편향시키는 제 1 편향 미러(45)이다. 제 2 방향으로 전파되는 광은 제 2 편향 미러(47)에 의해 다시 반사되어 제 3 방향(43)으로 편향된다. 제 3 방향(43)으로 전파되는 광은 앞유리 판(48)에 의해 다시 반사되어 제 4 방향(44)으로 편향된다. 여기서, 제 4 방향(44)은 뷰어(60)의 눈을 지향하는 방향이다. 본 발명의 디스플레이 장치는 뷰어(60)를 위해 앞유리 판을 통해 보이는 차량 외부의 풍경에 겹쳐지는 가상 이미지를 생성한다. 그럼으로써 사용자가 심란함 없이, 특히 외부 풍경을 관망할 필요없이 특히 차량의 구동 상태에 관한 특정 정보를 자신에게 알릴 수 있도록 가상 이미지를 사용할 수 있게 하는데, 이는 이러한 정보가 가상 이미지에 의해 디스플레이되기 때문이다.
제 2 편향 미러(47)는 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서 소위 조절가능한 요소(47)로서 설계된다. 이는 가상 이미지에 대한 조절된 높이 변경이 조절가능한 요소(47)를 이동시킴으로써 수행될 수 있음을 의미한다. 그러나, 본 발명에 따라 제 1 미러 또는 제 1 편향 미러(45)가 조절가능한 요소(47)로서 설계되는 것도 가능하다. 그러나, 조절가능한 요소(47)는 이후에 항상 도면 부호 47로서 지칭된다. 본 발명의 명세서에서, 조절가능한 요소(47)는 앞유리 판 상으로의 차등 투사(즉, 예를 들어 상이한 각도에서 수행되는 투사)에 의해, 및/또는 앞유리 판의 상이한 영역 상으로의 투사(즉, 동일한 각도에서 수행되는 "무변화")에 의해 가상 이미지에 대한 높이를 조작함으로써(또는 높이와 횡적 위치를 조작함으로써) 가상 이미지가 투사될 수 있게 하는 광학 시스템(40)의 임의의 요소 또는 디스플레이 장치(30)의 다른 요소로서 이해되어야 한다.
일반적으로, 조절가능한 요소(47)의 상이한 조절은 투사된 이미지에 대해 광학 시스템(40)의 일부분으로서의 교정 수단에 의해 유발되는 상이한 교정을 수행하는 것을 필요로 한다. 조절가능한 요소(47)의 상이한 조절에 대해 수행되어야 할 상이한 조작 및/또는 교정은 차량용 디스플레이 시스템의 메모리 장치 내에 교정 데이터로서 저장된다. 예를 들어, 상이한 이산된(dicrete) 조절 위치들에 대한 복수 세트의 교정 데이터를 저장하는 것이 가능하다. 조절 요소(47)의 이산 조절 위치[따라서 가상 이미지의 접근가능하거나 조절가능한 높이 위치(또는 높이 및 횡적 위치)]들 중에 어느 것이 선택되었는가에 따라, 상이한 세트의 교정 데이터가 이미지 교정을 위해 사용된다. 그에 대한 대안으로서, 본 발명에 따라 조절가능한 요소(47)의 그리고 그에 따른 가상 이미지에 대한 임의의 이산 조절 위치들을 제공하지 아니하고, 가상 이미지의 높이(또는 높이와 횡적 위치)를 연속적으로 조절하는 것도 가능하다. 예로서, 복수의 교정 데이터 세트가 메모리 내에 존재하며, 다양한 교정 데이터 세트들 사이에 가상 이미지에 대한 선택된 조절의 함수로서 보간법(interpolation)이 수행되거나, 변경되지 않은 형태의(예를 들어 유사하게 관련된) 교정 데이터 세트(예를 들어 소위 조사표(look up table) 형태인)의 사용이 수행된다.
교정 수단은 가상 이미지의 디스플레이를 변경시킨다. 이는 예를 들어, 이미지 요소(30) 또는 디스플레이 장치(30)에 영향을 끼침으로써 수행될 수 있다. 그 정도로, 교정 수단은 디스플레이 장치(30)의 일부분이거나 교정 수단은 적어도 디스플레이 장치(30)에 영향을 끼친다. 디스플레이를 위해 디스플레이 장치(30)로 전송되는 이미지 정보 또는 그와 같은 신호의 전치왜곡(predistortion)에 대한 대안으로서, 본 발명에 따라 광학 시스템(40)의 요소의 제어 가능하게 변경가능한 특성들에 영향을 끼침으로써 수행되는 교정 수단에 의해 유발되는 교정 또는 왜곡을 제공하는 것도(이는 설명되지 않음) 가능하다. 예로서, 이는 망원경의 제작으로부터 실제로 천문학에 공지된 방식으로 광학 시스템(40)의 그와 같은 요소의 표면, 예를 들어 미러 표면 및/또는 렌즈 표면에 제어 및 변경가능한 영향력을 가함으로써 수행될 수 있으며, 이러한 대안은 필요하지 않으나 광학 시스템 내부에 있는 요소의 표면에 영향력을 가하는 것은 배타적으로 적용되며, 예를 들어 상기 요소의 전송 특성들과 관련이 있을 수 있다. 본 발명에 따라서, 이미징 요소(30) 또는 디스플레이 장치(30) 및 광학 시스템(40)의 요소의 제어 및 변화가능한 특성에 영향력을 가하는 것도 가능하다.
10 : 차량용 디스플레이 시스템/투사 시스템
30 : 이미징 요소/디스플레이 장치
40 : 광학 시스템
41, 42, 43, 44 : 광의 전파 방향
45 : 제 1 미러
47 : 제 2 미러/조절가능한 요소
60 : 사용자/사용자의 눈

Claims (7)

  1. 디스플레이 장치(30) 및 사용자(60)를 위한 가상 이미지(virtual image)를 생성하는 광학 시스템(40)을 가지는 차량용 디스플레이 시스템(10)으로서,
    상기 가상 이미지를 생성하기 위해, 상기 디스플레이 장치(30)로부터 생성되는 이미지 정보 아이템을 앞유리 판(windshield pane,48) 상에 투사하도록 제공되며, 상기 광학 시스템(40)이 트래버스된(traversed) 이후에 감소된 왜곡(distorsion)을 갖는 가상 이미지를 디스플레이하기 위해 이미지 정보의 왜곡을 위한 교정(correction) 수단이 사용되는, 차량용 디스플레이 시스템(10)에 있어서,
    상기 앞유리 판(48)에서의 반사(reflection)에 의한 상기 가상 이미지의 왜곡과 상기 교정 수단에 의한 왜곡은 서로 상쇄(canceling)되며, 상기 광학 시스템(40)은 상기 가상 이미지의 위치를 변경시키도록 조절될 수 있는 하나 이상의 조절가능한(adjustable) 요소(47)를 가지며, 상기 왜곡은 상기 조절 가능한 요소(47)의 조절에 의존되게 제공되며,
    상기 디스플레이 장치(30)의 디스플레이에서의 변경(change)은 상기 교정 수단의 왜곡을 유발하도록 제공되고 상기 광학 시스템(40)의 왜곡 특성(characteristic)에서의 변경은 상기 교정 수단의 왜곡을 유발하도록 제공되며,
    상기 광학 시스템(40)의 왜곡 특성에서의 변경은 광학 요소, 미러 또는 렌즈 중 하나 이상의 외형(contour)에서의 변경을 포함하며,
    상기 차량용 디스플레이 시스템(10)은 교정 데이터를 저장하는 메모리 장치를 가지며, 상기 교정 데이터는 상기 조절가능한 요소(47)의 선택된 조절에 의존되게 상기 교정 수단의 왜곡을 결정하며,
    왜곡에 의한 상이한 조작들 또는 교정들 중 하나 이상이 메모리 장치에 저장된 교정 데이터에 기초하여 상기 조절가능한 요소(47)의 상이한 조절들에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는,
    차량용 디스플레이 시스템(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 이미지에 대한 위치 변경은 수직 축선에 따른 상기 가상 이미지의 변경인 것을 특징으로 하는,
    차량용 디스플레이 시스템(10).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 이미지에 대한 위치 변경은 수직 축선 및 수평 축선에 따른 상기 가상 이미지의 변경인 것을 특징으로 하는,
    차량용 디스플레이 시스템(10).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절가능한 요소(47)는 이동가능한 미러 요소, 회전 이동가능한 미러 요소, 또는 병진 운동가능한 미러 요소 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    차량용 디스플레이 시스템(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 차량용 디스플레이 시스템(10)의 교정 방법에 있어서,
    상기 가상 이미지의 상이한 위치들에 대한 상기 가상 이미지의 왜곡을 측정하기 위해 검출(detection) 장치가 사용되며, 그로부터 유도된 방식으로 상기 교정 수단을 조절하는 것에 대한 위치 의존 교정 데이터가 결정되며 상기 차량용 디스플레이 시스템(10)의 메모리 장치 내에 저장되며,
    사용자의 피로 징후들이 카메라에 의해 검출되며, 광학적 경보 신호들이 검출된 피로 징후에 의존하여 상기 디스플레이 장치에 의해 생성되며, 상기 신호들은 운전자의 관심을 불러일으키며, 상기 피로 징후들이 느려진 눈 깜박임 또는 특징적인 눈 운동들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    차량용 디스플레이 시스템의 교정 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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