KR101902689B1 - 차량용 헤드 업 디스플레이 - Google Patents

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KR101902689B1 KR1020170024207A KR20170024207A KR101902689B1 KR 101902689 B1 KR101902689 B1 KR 101902689B1 KR 1020170024207 A KR1020170024207 A KR 1020170024207A KR 20170024207 A KR20170024207 A KR 20170024207A KR 101902689 B1 KR101902689 B1 KR 101902689B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는, 제1방향의 선편광을 출사하는 영상 소스; 차량의 윈드 쉴드로 광을 반사하는 제1반사미러; 제1반사미러와 이격되게 배치되고, 영상 소스에서 출사된 선편광 중 일부를 반사하고, 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광을 투과하는 편광 반사미러; 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 반사하고, 편광 반사미러와 소정의 각도를 이루도록 배치된 제2반사미러; 및 편광 반사미러와 이격되게 배치되고, 편광 반사미러에서 반사된 제1방향의 선편광을 제2방향의 선편광으로 변환하여 편광 반사미러로 반사하는 위상지연 미러를 포함할 수 있다.

Description

차량용 헤드 업 디스플레이{HEAD UP DISPLAY FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 헤드 업 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 허상을 형성하는 차량용 헤드 업 디스플레이에 관한 것이다.
차량용 헤드 업 디스플레이는 차량에 구비되어 차량의 윈드 쉴드를 향해 이미지 광을 출사하는 기기이다. 차량용 헤드 업 디스플레이는 차량 주행 중에 운행 정보를 포함하는 각종 정보를 표시할 수 있다.
차량용 헤드 업 디스플레이는 이미지 광을 생성하여 출력하는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널에서 생성된 이미지 광이 반사되는 적어도 하나의 미러를 포함한다.
디스플레이 패널에서 생성된 이미지 광은 미러에 의해 차량의 윈드 쉴드로 입사될 수 있고, 운전자는 윈드 쉴드 전방 위치의 허상을 인식할 수 있다.
차량용 헤드 업 디스플레이는 2개의 영상 소스를 포함할 경우, 2개의 허상을 형성할 수 있고, 이 경우 차량용 헤드 업 디스플레이의 편의성은 증대될 수 있다.
KR 10-2015-0093353 A (2015년08월18일 공개)에는, 2개의 영상 소스를 이용하여, 2개의 허상을 형성하는 기술이 개시되나, 이 경우, 2개의 영상 소스로 인해 구조가 복잡하고 소비전력이 증대되며, 전체 크기가 증대되어 컴팩트화되기 어려운 문제점이 있다.
한편, 차량용 헤드 업 디스플레이는 1개의 영상 소스를 포함하되, 광 경로의 전체 길이가 상이한 2개의 광 경로를 형성하여 2개의 허상을 형성하는 것이 가능하고, 일예로 US 2013/0265646 A1(2013년10월10일 공개)에는 1개의 영상 소스와, 1개의 하프 미러 (Half Mirror)와, 1개 또는 3개의 평판 미러(Flat Mirror)로 2개의 허상을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 경우, 하프 미러가 사용되기 때문에 광손실이 크고, 2개 허상의 거리차 확보를 위해 다수의 평판미러가 사용되므로 1개의 하프 미러와 다수의 평판미러 각각의 크기에 따른 간섭에 의해 정밀한 허상거리 간격 설정이 어려운 문제점이 있다.
또한, US 2015/0061976 A1(2015년03월05일 공개)에는 1개의 영상 소스와, 다수의 패스 미러(path mirror)과, 광 배플(light baffle)를 사용하여 2개의 허상을 형성하는 기술이 개시되고 있으나, 서로 상이한 각도로 배치된 다수의 평판 미러들이 광을 순차적으로 반사하는 광 경로를 형성하므로, 부품수가 많고 구조가 복잡한 문제점이 있다.
KR 10-2015-0093353 A (2015년08월18일 공개) US 2013/0265646 A1(2013년10월10일 공개) US 2015/0061976 A1 (2015년03월05일 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 2개의 허상을 생성 가능한 차량용 헤드 업 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 광의 선택적 투과/반사를 이용하여 부품수를 최소화하면서 컴팩트화가 가능한 차량용 헤드 업 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는, 제1방향의 선편광을 출사하는 영상 소스; 차량의 윈드 쉴드로 광을 반사하는 제1반사미러; 상기 제1반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 일부를 반사하고, 상기 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광을 투과하는 편광 반사미러; 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 반사하고, 상기 편광 반사미러와 소정 각도를 이루도록 배치된 제2반사미러; 및 상기 편광 반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 편광 반사미러에서 반사된 상기 제1방향의 선편광을 상기 제2방향의 선편광으로 변환하여 상기 편광 반사미러로 반사하는 위상지연 미러를 포함할 수 있다.
상기 영상 소스는, 이미지 광을 출사하는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널에서 출사된 이미지 광을 상기 제1방향으로 선형 편광시키는 선형 편광기를 포함할 수 있다. 상기 선형 편광기의 광출사면은 상기 편광 반사미러 및 제2반사미러를 바라볼 수 있다.
상기 편광 반사미러 및 제2반사미러는 각각 상기 선평 편광기의 서로 상이한 영역을 바라볼 수 있다.
상기 편광 반사미러 및/또는 제2반사미러는 상기 선형 편광기의 광출사면에 접하도록 배치될 수 있다.
상기 편광 반사미러와 상기 제2반사미러가 이루는 각도는 직각 또는 둔각일 수 있다.
상기 편광 반사미러와 상기 제2반사미러는 서로 접하도록 배치될 수 있다. 상기 편광 반사미러와 상기 제2반사미러 사이의 간격은 상기 영상 소스에서 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 위상지연 미러는, 미러; 및 상기 미러와 상기 편광 반사미러 사이에 배치된 1/4파장 위상지연자를 포함할 수 있다.
상기 1/4파장 위상지연자는 상기 미러의 양면 중 상기 편광 반사미러를 마주보는 면에 부착될 수 있다.
상기 편광 반사미러는 상기 제1반사미러와 상기 위상지연 미러의 사이에 위치할 수 있다.
상기 영상 소스는 상기 편광 반사미러 및 제2반사미러보다 상측에 위치하고, 상기 제1방향의 선편광을 하방으로 조사할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 단일의 영상 소스로부터 윈드 쉴드로부터의 거리가 상이한 2개의 허상을 형성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 편광반사미러의 선택적 투과 및 반사에 의해, 2개의 허상을 형성하면서도 차량용 헤드 업 디스플레이의 컴팩트화가 가능한 이점이 있다.
또한, 제2반사미러와 편광반사미러가 90도 이상의 각도를 이루어 배치됨에 따라 차량용 헤드 업 디스플레이의 크기를 최소화화면서 2개 허상의 거리차를 충분하게 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 주요 구성이 도시된 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 광 경로가 도시된 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 주요 구성이 도시된 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 광 경로가 도시된 측면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
본 명세서에 기재된 상하 방향은 수직한 방향뿐만 아니라 소정 각도 후방 방향으로 경사진 상하 방향과 소정 각도 전방 방향으로 경사진 상하 방향을 모두 포함하는 의미일 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 전후 방향은 수평한 방향뿐만 아니라 소정 각도 상측 방향으로 경사진 전후 방향과 소정 각도 하측 방향으로 경사진 전후 방향을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 주요 구성이 도시된 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 광 경로가 도시된 측면도이다.
본 실시예는 영상 소스(10), 제1반사미러(20), 제2반사미러(30), 편광 반사미러(40)와, 위상지연 미러(50)를 포함할 수 있다.
차량용 헤드 업 디스플레이는 차량의 윈드 쉴드(6)를 향해 이미지 광을 출사할 수 있다. 윈드 쉴드(6)는 차량의 전방을 바라보도록 배치된 윈도우일 수 있다. 운전자는 윈드 쉴드(6)를 통해 차량의 전방 외부를 주시할 수 있고, 헤드 업 디스플레이에 의해 윈드 쉴드(6)의 전방에 형성된 허상(K)(M)(N)을 바라볼 수 있다.
차량용 헤드 업 디스플레이는 차량의 운전석 전방의 인스트루먼트 패널(9)에 수용되거나 인스트루먼트 패널(9) 위에 올려질 수 있고, 상측 방향으로 이미지 광을 조사할 수 있다.
영상 소스(10)는 제1방향의 선편광을 출사할 수 있다.
영상 소스(10)는 후술할 제2반사미러(30) 및 편광 반사미러(40)의 상측에 위치할 수 있고, 제1방향의 선편광을 하방으로 조사할 수 있다. 즉, 영상 소스(10)의 광출사면은 하방을 바라보도록 배치될 수 있다.
이 때, 하방은 수직한 방향뿐 아니라 전방 또는 후방으로 소정 각도만큼 경사진 하측 방향을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
이로써, 차량용 헤드 업 디스플레이의 상측에서 내부로 들어오는 태양광과 같은 외부광에 의한 패널의 열화를 방지할 수 있으며, 상기 외부광이 미러 등 광학 부품에 반사되어서 운전자에게 불필요한 빛이 관찰되는 고스트 현상이 방지될 수 있다.
영상 소스(10)는 이미지 광을 출사하는 디스플레이 패널(11)과, 디스플레이 패널(11)에서 출사된 이미지 광을 제1방향으로 선형 편광시키는 선형 편광기(14, Linear Polarizer)를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(11)은 디스플레이 소자(12)와, 디스플레이 소자(12)로 광을 조사하는 광원(13)을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(11)은 선형 편광기(14)을 향해 이미지 광을 출사할 수 있다. 디스플레이 패널(11)은 이미지 생성 유닛으로서, LCD(Liquid Crystal Display) 패널, 엘이디(Light Emitting Diode) 패널, 오엘이디 (Organic Light Emitting Diode) 패널 등과 같이 전기신호를 컨트롤하여 이미지 광을 생성할 수 있는 디스플레이 기기일 수 있다.
광원(13)은 디스플레이 소자(12)를 향해 광을 조사할 수 있는 백라이트 유닛(BLU)일 수 있다. 광원(13)은 LED, OLED 등이 적용될 수 있다.
선형 편광기(14, Linear Polarizer)는 디스플레이 패널(11)에서 출사된 이미지 광 중 제1방향의 선편광만을 통과시킬 수 있다. 디스플레이 패널(11)에서는 편광되지 않은 무편광(Non Polarized Light)이 출사될 수 있고, 무편광은 선형 편광기(14)에서 제1방향으로 편광될 수 있다.
선형 편광기(14)에서는 P파 선편광(P) 또는 S파 선편광(S)이 출사될 수 있다.
선형 편광기(14)은 디스플레이 소자(12) 내부에 구비되는 것이 가능하고, 이 경우 디스플레이 소자(12) 에서는 선형 편광기(14)에 의해 편광된 선편광이 출사될 수 있다.
선형 편광기(14)는 디스플레이 소자(12) 외부에 배치되는 것도 가능하고, 이 경우, 디스플레이 소자(12) 에서 출사된 무편광은 선형 편광기(14)로 입사될 수 있고 선형 편광기(14)에서는 제1방향으로 편광된 선평광이 출사될 수 있다.
선형 편광기(14)가 디스플레이 소자(12) 외부에 배치될 경우, 선형 편광기(14)의 일면(14A)은 디스플레이 소자(12) 을 마주보게 배치될 수 있고, 선형 편광기(14)의 타면(14B)은 제2반사미러(30) 및 편광 반사미러(40)를 바라보게 배치될 수 있다.
선형 편광기(14)는 디스플레이 패널(11)를 마주보는 일면(14A)이 광이 입사되는 광입사면일 수 있고, 타면(14B)이 광출사면일 수 있다. 영상 소스(10)가 선형 편광기(14)을 포함할 경우, 선형 편광기(14)의 광출사면(14B)은 영상 소스(10)의 광출사면일 수 있다.
선형 편광기(14)는 디스플레이 소자(12)의 광 출사면을 덮게 배치될 수 있다.
디스플레이 패널(11)이 하측 방향으로 무편광을 출사하므로, 선형 편광기(14)은 디스플레이 패널(11) 하측에 위치되게 배치될 수 있다.
선형 편광기(14)에서 출사된 선편광 중 일부는 제2반사미러(30)의 일면(31)에서 반사되어 제1반사미러(20)로 향할 수 있고, 다른 일부는 편광 반사미러(40)의 일면(41)에서 반사되어 위상지연 미러(50)로 향할 수 있다. 이에 대해서는 이후 자세히 설명한다.
제1반사미러(20)는 차량의 윈드 쉴드(6)로 광을 반사할 수 있다. 좀 더 상세히, 제1반사미러(20)는 제2반사미러(30)에서 반사된 광과, 편광 반사미러(40)를 투과한 광을 윈드 쉴드(6)를 향해 반사할 수 있다.
제1반사미러(20)은 오목 거울일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1반사미러(20)는 제2반사미러(30) 및 편광 반사미러(40)의 전방에 위치하도록 배치될 수 있다. 제1반사미러(20)의 반사면(21)은 편광 반사미러(40)의 전면(42)을 바라볼 수 있고, 제2반사미러(30)의 반사면(31)을 바라볼 수 있다.
제1반사미러(20)은 소정 각도 기울어지게 배치될 수 있고, 편광 반사미러(40)에서 반사되거나 편광 반사미러(40)를 투과한 광을 상측 방향으로 반사할 수 있다.
제2반사미러(30)는 영상 소스(10)로부터 입사된 선편광을 반사시킬 수 있다. 제2반사미러(30)는 영상 소스(10)에서 출사된 제1방향의 선편광 중 일부를 제1반사미러(20)로 반사시킬 수 있다.
제2반사미러(30)는 평판 거울일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2반사미러(30)가 제1방향의 선편광은 반사하고 제1방향과 수직한 제2방향의 선편광은 투과하는 편광 반사미러로 구성되는 것도 가능하다.
제2반사미러(30)의 일면(31)은 선형 편광기(14)의 광출사면(14B)을 마주볼 수 있다. 제2반사미러(30)의 일면(31)은 선형 편광기(14)에서 출사된 선편광이 반사되는 반사면일 수 있다.
선형 편광기(14)에서 출사되어 제2반사미러(30)로 입사된 선편광은 제2반사미러(30)의 일면(31)에서 반사되어 제1반사미러(20)로 향할 수 있다.
제2반사미러(30)는 영상 소스(10)의 하측에 위치할 수 있다.
제2반사미러(30)는 제1반사미러(20)의 후방에 배치될 수 있고, 제1반사미러(20)와 이격되게 배치될 수 있다.
제2반사미러(30)는 선형 편광기(14)의 일부 영역을 바라볼 수 있다. 좀 더 상세히, 제2반사미러(30)의 반사면(31)은 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 일부 영역을 바라볼 수 있다.
제2반사미러(30)는 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 중 일부 영역만을 바라볼 수 있고, 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 중 타 영역을 바라보지 않는 것이 바람직하다.
제2반사미러(30)는 선형 편광기(14)와 나란하게 배치되지 않고, 소정의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 제2반사미러(30)는 선형 편광기(14)는 서로 비스듬히 배치될 수 있다.
제2반사미러(30)는 반사면(31)이 전방 상측을 향하도록 경사 배치될 수 있다. 제2반사미러(30)의 반사면(31)은 제1반사미러(20)를 바라보도록 배치될 수 있다.
편광 반사미러(40)는 영상 소스(10)에서 출사된 선편광과 동일방향의 선편광이 반사되고, 영상 소스(10)에서 출사된 선편광과 직교한 방향의 선편광이 투과되는 광분리기(Beam Splitter)일 수 있다.
편광반사미러(40)는 판형으로 형성될 수 있다. 편광반사미러(4)의 일면(41)과 타면(42)은, 편광반사미러(4)의 외면 중 상대적으로 넓고, 서로 마주보는 한 쌍의 면 각각을 의미할 수 있다.
편광반사미러(40)의 일면(41)은 후방을 향하게 배치된 배면일 수 있고, 타면(41)은 전방을 향하게 배치된 전면일 수 있다.
선형 편광기(14)에서 출사된 제1방향의 선편광은 편광반사미러(40)의 일면(41)에서 반사되어 위상지연미러(50)로 향할 수 있고, 위상지연미러(50)에서 반사된 제2방향의 선편광은 편광반사미러(40)의 일면(41)으로 입사하여 타면(42)으로 투과될 수 있다.
편광 반사미러(40)는 제1반사미러(20)의 후방에 배치될 수 있고, 제1반사미러(20)와 이격되게 배치될 수 있다.
편광 반사미러(40)는 선형 편광기(14)와 나란하게 배치되지 않고, 소정의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 편광 반사미러(40)는 선형 편광기(14)는 서로 비스듬히 배치될 수 있다.
편광 반사미러(40)는 제1방향의 선편광이 반사되고 제2방향의 선편광을 투과하는 선택적 편광소자일 수 있다. 편광 반사미러(40)는 제1반사미러(20)의 후방에 배치된 와이어 그리드 편광기(Wire Gride Polarizer: WGP)로 구성되는 것이 바람직하다. 와이어 그리드 편광기는 그 편광 투과축과 직교한 선평관을 반사하고, 와이어 그리드 편광기의 편광 투과축과 일치하는 선편광은 와이어 그리드 편광기를 투과한다.
와이어 그리드 편광기인 편광 반사미러(40)는 영상 소스(10) 및 위상지연 미러(50) 각각에서 입사되는 광을 넓은 입사각으로 입사 받으면서 그 선택적 투과/반사 성능을 유지할 수 있다.
제1방향의 선편광이 P파 선평광(P)일 경우, 편광 반사미러(40)는 P파 선편광(P)이 반사될 수 있고, S파 선편광(S)을 투과할 수 있다. 반대로, 제1방향의 선편광이 S파 선평광일 경우, 편광 반사미러(40)는 S파 선편광(S)이 반사될 수 있고, P파 선편광(P)을 투과할 수 있다.
편광 반사미러(40)는 영상 소스(10)의 하측에 위치할 수 있다.
편광 반사미러(40)는 선형 편광기(14)의 일부 영역을 바라볼 수 있다. 좀 더 상세히, 편광 반사미러(40)의 배면(41)은 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 일부 영역을 바라볼 수 있다.
편광 반사미러(40)는 영상 소스(10)에서 출사된 제1방향의 선편광 중 일부를 반사할 수 있고, 위상지연 미러(50)에서 반사되어 제1반사미러(20)로 향하는 제2방향의 선편광을 투과하는 와이어 그리드 편광기일 수 있다.
편광 반사미러(40)에서 반사된 제1방향의 선편광은 위상지연 미러(50)로 입사되어, 위상지연 미러(50)에 의해 제2방향의 선편광으로 파장 변환되고 편광 반사미러(40)를 향해 반사될 수 있다.
위상지연 미러(50)에서 편광 반사미러(40)의 배면(41)을 향해 반사된 제2방향의 선편광은 편광 반사미러(40)를 투과하고, 편광 반사미러(40)의 전면(42)을 통해 제1반사미러(20)로 향할 수 있다.
선택적 편광소자인 편광 반사미러(40)는 하프 미러(Half Mirror) 보다 광의 소실이 적기 때문에, 영상 소스(10)의 밝기를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 편광 반사미러(40)는 영상 소스(10)의 소비전력을 낮출 수 있으며, 영상 소스(10)를 방열시키는 방열부(미도시)의 크기를 줄이거나, 방열부의 구조를 보다 단순화 할 수 있다.
편광 반사미러(40)는 제1방향 선편광의 후방 반사와 제2방향 선편광의 전방 투과를 위해, 제1반사미러(20)와 위상지연 미러(50) 사이에 배치될 수 있고, 제1반사미러(20)와 위상지연 미러(50) 사이에 경사지게 배치될 수 있다.
편광 반사미러(40)는 제1반사미러(20)의 후방에 위치할 수 있고, 위상지연 미러(50)의 전방에 위치할 수 있다.
편광 반사미러(40)가 제1반사미러(20)와 위상지연 미러(50) 사이에서 선편광을 선택적 투과/반사하기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는 2개의 허상을 형성하기 위한 다수 광학부품의 수를 최소화할 수 있고, 차량용 헤드 업 디스플레이의 전체 크기를 보다 컴팩트화할 수 있다.
편광 반사미러(40)는 그 전면(42)이 전방 하측을 향하게 경사 배치될 수 있다. 편광 반사미러(40)는 그 배면(41)이 후방 상측을 향할 수 있고, 편광 반사미러(40)의 배면(41)은 위상지연 미러(50)의 전면을 마주볼 수 있다. 이 때, 위상지연 미러(50)의 전면은 후술할 1/4파장 위상지연자(52)의 전면(52A)을 의미할 수 있다.
선형 편광기(14)는 제2반사미러(30)의 일면(31)을 마주보는 제1영역(Q)과, 편광 반사미러(40)의 일면(41)을 마주보는 제2영역(R)을 가질 수 있다.
제1영역(Q)과, 제2반사미러(30)의 일면(31)이 이루는 각도는 예각일 수 있다. 또한, 제2영역(R)과, 편광반사미러(40)의 일면(41)이 이루는 각도는 예각일 수 있다.
선형 편광기(14)의 제1영역(Q)에서 출사된 제1방향의 선편광은 제2반사미러(30)로 입사되고, 제2반사미러(30)에서 제1반사미러(20)를 향해 반사될 수 있다.
반면에, 선형 편광기(14)의 제2영역(R)에서 출사된 제1방향의 선편광은 편광 반사미러(40)로 입사되고, 편광 반사미러(40)에서 위상지연 미러(50)를 향해 반사될 수 있다.
즉, 제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40)는 각각 선형 편광기(14)의 서로 상이한 영역을 바라보게 배치될 수 있다.
제2반사미러(30) 및/또는 편광 반사미러(40)는 선형 편광기(14)의 광출사면(14B)에 접하도록 배치될 수 있다.
또한, 제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40)는 서로 접하도록 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40)의 영상 소스(10) 측 단부는 서로 접할 수 있다.
이로써, 영상 소스(10)에서 출사된 선편광은 제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40)로 나뉘어 입사될 수 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 선형 편광기(14)에서 출사된 선편광 중 일부는 제2반사미러(30)로 입사되고, 다른 일부는 편광 반사미러(40)로 입사될 수 있다.
제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40)가 이루는 각도(θ)는 90˚ 이상일 수 있다. 즉, 제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40)가 이루는 각도(θ)는 직각 또는 둔각일 수 있다. 제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40) 사이의 간격은 영상 소스(10)에서 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 구성에 의해, 영상 소스(10)에서 출사되어 제2반사미러(30)와 편광 반사미러(40)에서 각각 반사된 제1방향의 선편광 사이의 각도는 90˚이상일 수 있다.
제2반사미러(30)는 영상 소스(10)에서 입사된 선편광을 전방으로 반사할 수 있고, 편광 반사미러(40)는 영상 소스(10)에서 입사된 선편광을 후방으로 반사할 수 있다.
이로써 각 선편광에 의해 형성되는 근거리 광 경로(L1)와 원거리 광 경로(L2)의 경로차가 커져 두 허상(K)(M) 사이의 간격이 충분히 확보될 수 있다.
위상지연 미러(50)는 편광 반사미러(40)에서 반사된 제1방향의 선편광을 제2방향의 선편광으로 변환하여 편광 반사미러(40)로 반사할 수 있다.
위상지연 미러(50)는 편광 반사미러(40)와 이격되게 배치될 수 있고, 편광 반사미러(40)의 후방에 배치될 수 있다. 위상지연 미러(50)의 전면은 편광 반사미러(40)의 배면(41)을 마주보게 배치될 수 있다.
위상지연 미러(50)는 하측으로 갈수록 편광 반사미러(40)와 가까워지는 방향으로 배치될 수 있다.
위상지연 미러(50)는 미러(51)와, 미러(51)와 편광판사미러(40) 사이에 배치된 1/4파장 위상지연자(52)를 포함할 수 있다.
미러(51)는 입사된 광을 반사하는 반사 미러일 수 있다. 미러(51)는 투명한 투명판(54)과, 투명판(54)의 배면에 형성된 반사층(55)을 포함할 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(52, Retarder)는 통과하는 빛의 편광상태를 변환하는 광학 소자로서, 1/4 파장판(quarter wave plate)일 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(52)의 일면(52A)과 타면(52B)은, 1/4 파장 위상지연자(52)의 외면 중 상대적으로 넓고, 서로 마주보는 한 쌍의 면 각각을 의미할 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(52)의 일면(52A)은 전방을 향하게 배치된 전면일 수 있고, 타면(52B)은 후방을 향하게 배치된 배면일 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(52)는 원형 편광기(Circular Polarizer)로 구성될 수 있고, 편광 반사미러(40)에서 출사되어 입사된 선편광의 위상을 1/4파장 지연시킬 수 있고, 미러(51)에서 반사된 선편광의 위상을 1/4 파장 지연시킬 수 있다.
위상지연 미러(50)는 1/4파장 위상지연자(52)가 편광 반사미러(40)를 향하게 배치될 수 있다.
위상지연 미러(50)는 미러(51)와 1/4파장 위상지연자(52)의 거리가 최대한 근접한 것이 바람직하고, 미러(51)와 1/4파장 위상지연자(52)가 일체화되게 구성될 수 있다.
1/4파장 위상지연자(52)는 미러(51)의 양면 중 편광 반사미러(40)를 마주보는 면에 부착될 수 있다.
미러(51)는 평판 미러일 수 있고, 1/4파장 위상지연자(52)는 평판 미러에 접착제(53)로 부착될 수 있다.
1/4파장 위상지연자(52)는 접착제(53)로 미러(51)의 전면에 부착되는 것이 가능하다. 1/4파장 위상지연자(52)의 배면(52B)은 접착제(53) 특히, 투명접착제로 투명판(54)의 전면에 부착될 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(52)는 편광 반사미러(40)에서 입사된 제1방향의 선편광을 원편광으로 1/4파장만큼 변환할 수 있다.
미러(51)는 1/4파장 위상지연자(52)에서 입사된 원평광을 1/4파장 위상지연자(52)로 반사할 수 있다.
1/4파장 위상지연자(52)는 미러(51)에서 반사된 원평광을 1/4파장만큼 변환할 수 있고, 1/4파장 위상지연자(52)에서는 제2방향의 선편광이 편광 반사미러(40)을 향해 출사될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 차량용 헤드 업 디스플레이는 윈드 쉴드(6)와의 거리가 상대적으로 가까운 제1위치에 제1허상(K)을 형성할 수 있고, 윈드 쉴드(6)와의 거리가 상대적으로 더 먼 제2위치에 제2허상(M)을 형성할 수 있다.
제1허상(K)과 제2허상(M)은 서로 다른 종류의 정보를 운전자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1허상(K)은 차량의 속력과 같은 운행 정보 등을 표시할 수 있고, 제2허상(M)은 차량 전방의 타 차량이나 도로 등 외부 환경에 겹쳐져서 보여지는 증강현실(Augmented Reality: AR)의 구현에 활용될 수 있다.
제1허상(K)은 영상 소스(10), 제2반사미러(30), 제1반사미러(20) 및 윈드 쉴드(6)로 이어지는 근거리 광 경로(L1)에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 제2허상(M)은 영상 소스(10), 편광 반사미러(40), 위상지연 미러(50), 편광 반사미러(40), 제1반사미러(20) 및 윈드 쉴드(6)로 이어지는 원거리 광 경로(L2)에 의해 형성될 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 근거리 광 경로(L1)는 영상 소스(10)에서 출사된 제1방향의 선편광이 제2반사미러(30)로 입사되는 제1경로(T1)와, 제2반사미러(30)에서 반사된 제1방향의 선편광이 제1반사미러(20)로 입사되는 제2경로(T2)와, 제1반사미러(20)에서 반사된 제1방향의 선편광이 윈드 쉴드(6)로 입사되는 제3경로(T3)를 포함할 수 있다.
반면에, 원거리 광 경로(L2)는 영상 소스(10)에서 출사된 제1방향의 선편광이 편광 반사미러(40)로 입사되는 제4경로(T4)와, 편광 반사미러(40)에서 반사된 제1방향의 선편광이 위상지연 미러(50)로 입사되는 제5경로(T5)와, 위상지연 미러(50)에서 반사된 제2방향의 선편광이 편광 반사미러(40)로 입사되는 제6경로(T6)와, 편광 반사미러(40)를 투과한 제2방향의 선편광이 제1반사미러(20)로 입사하는 제7경로(T7)와, 제1반사미러(20)에서 반사된 제2방향의 선편광이 윈드 쉴드(6)로 입사되는 제8경로(T8)를 포함할 수 있다.
이하, 본 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.
설명의 편의를 위해 영상 소스(10)에서 P파 선편광(P)이 출사된 예를 설명하면 다음과 같다.
영상 소스(10)에서 출사된 P파 선편광(P)의 일부는 제2반사미러(30)에서 제1반사미러(20)로 반사될 수 있고, 다른 일부는 편광 반사미러(40)에서 위상지연 미러(50)로 반사될 수 있다.
제1반사미러(20)로 반사된 P파 선편광(P)은, 제1반사미러(20)에 의해 윈드 쉴드(6)으로 반사될 수 있다.
반면에, 위상지연 미러(50)로 반사된 P파 선편광(P)은, 위상지연 미러(50)에 의해 S파 선편광(S)으로 파장 변환되어 편광 반사미러(40)로 반사될 수 있고, 편광 반사미러(40)를 투과하여 제1반사미러(20)로 향할 수 있다. 제1반사미러(20)로 입사된 S파 선편광(S)은, 제1반사미러(20)에 의해 윈드 쉴드(6)으로 반사될 수 있다.
운전자는 윈드 쉴드(6)를 통해 근거리 광 경로(L1)에 의해 형성된 제1허상(K)과 원거리 광 경로(L2)에 의해 형성된 제2허상(M)을 인식할 수 있다.
차량용 헤드 업 디스플레이는 윈드 쉴드(6)로부터의 거리가 상이한 2개의 허상(K)(M)을 형성할 수 있으며, 이와 같이 거리가 상이한 2개의 허상(K)(M)은 차량에 탑승한 운전자의 눈(J)에 의해 인식될 수 있다.
한편, 영상 소스(10)에서 S파 선편광(S)이 출사된 예는 영상 소스(10)에서 P파 선편광(P)이 출사된 예와 선편광의 종류만 상이하고, 그 작용이 동일하므로 중복된 설명을 피하기 위해 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 주요 구성이 도시된 측면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 광 경로가 도시된 측면도이다.
본 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는 영상 소스(10), 제2반사미러(30), 편광 반사미러(40) 및 위상지연미러(50)의 상하 위치관계를 제외하면 앞서 설명한 일 실시예와 동일하므로, 이하에서는 앞서 설명한 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예의 영상 소스(10)는 제2반사미러(30) 및 편광 반사미러(40)의 하측에 위치할 수 있고, 제1방향의 선편광을 상방으로 조사할 수 있다. 이 때, 상방은 수직한 방향뿐 아니라 전방 또는 후방으로 소정 각도만큼 경사진 상측 방향을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
영상 소스(10)의 광출사면은 상방을 바라보도록 배치될 수 있다.
디스플레이 패널(11)이 상측 방향으로 무편광을 출사하므로, 선형 편광기(14)는 디스플레이 패널(11) 상측에 위치되게 배치될 수 있다.
제2반사미러(30) 및 편광 반사미러(40)는 영상 소스(10)의 상측에 위치할 수 있다.
제2반사미러(30)는 반사면(31)이 전방 하측을 향하도록 경사 배치될 수 있다.
편광 반사미러(40)는 그 전면(42)이 전방 상측을 향하게 경사 배치될 수 있다. 편광 반사미러(40)는 그 배면(41)이 후방 하측을 향할 수 있다.
위상지연 미러(50)는 상측으로 갈수록 편광 반사미러(40)와 가까워지는 방향으로 배치될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 영상 소스 11: 디스플레이 패널
14: 선형 편광기 20: 제1반사미러
30: 제2반사미러 40: 편광반사미러
50: 위상지연미러

Claims (10)

  1. 제1방향의 선편광을 출사하는 영상 소스;
    차량의 윈드 쉴드로 광을 반사하는 제1반사미러;
    상기 제1반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 일부를 반사하고, 상기 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광을 투과하는 편광 반사미러;
    상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 반사하고, 상기 편광 반사미러와 소정 각도를 이루도록 배치된 제2반사미러; 및
    상기 편광 반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 편광 반사미러에서 반사된 상기 제1방향의 선편광을 상기 제2방향의 선편광으로 변환하여 상기 편광 반사미러로 반사하는 위상지연 미러를 포함하고,
    상기 편광 반사미러와 상기 제2반사미러는 서로 접하도록 배치된 차량용 헤드 업 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 소스는,
    이미지 광을 출사하는 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널에서 출사된 이미지 광을 상기 제1방향으로 선형 편광시키는 선형 편광기를 포함하고,
    상기 선형 편광기의 광출사면은 상기 편광 반사미러 및 제2반사미러를 바라보는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 반사미러 및 제2반사미러는 각각 상기 선형 편광기의 서로 상이한 영역을 바라보는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 반사미러 및/또는 제2반사미러는 상기 선형 편광기의 광출사면에 접하도록 배치된 차량용 헤드 업 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 반사미러와 상기 제2반사미러가 이루는 각도는 직각 또는 둔각인 차량용 헤드 업 디스플레이.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 반사미러와 상기 제2반사미러 사이의 간격은 상기 영상 소스에서 멀어질수록 커지는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상지연 미러는,
    미러; 및
    상기 미러와 상기 편광 반사미러 사이에 배치된 1/4파장 위상지연자를 포함하는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 1/4파장 위상지연자는 상기 미러의 양면 중 상기 편광 반사미러를 마주보는 면에 부착된 차량용 헤드 업 디스플레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 반사미러는 상기 제1반사미러와 상기 위상지연 미러의 사이에 위치하는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 소스는 상기 편광 반사미러 및 제2반사미러보다 상측에 위치하고, 상기 제1방향의 선편광을 하방으로 조사하는 차량용 헤드 업 디스플레이.
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