KR101909374B1 - 차량용 헤드 업 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는, 제1방향의 선편광을 출사하는 영상 소스; 영상 소스에서 출사된 선편광 중 일부를 굴절시키는 프리즘; 오프시 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 투과하고, 온 시 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광으로 반파장 변환하는 전기 편광변환소자; 차량의 윈드 쉴드로 광을 반사하는 제1반사미러; 제1반사미러와 이격되게 배치되고, 제1방향의 선편광을 반사하고, 제2방향의 선편광을 투과하는 편광반사미러; 및 편광반사미러와 이격되게 배치되고, 편광반사미러를 투과한 광을 편광반사미러로 반사하는 제2반사미러를 포함할 수 있다.

Description

차량용 헤드 업 디스플레이{HEAD UP DISPLAY FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 헤드 업 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 허상을 형성할 수 있는 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 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.
또한, 상기 선행 기술들은 허상거리가 고정되어 각 허상간의 간격을 조절할 수 없고, 차량의 외부 교통 상황등에 따라 허상 거리를 유기적으로 조절할 수 없는 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, 복수개의 허상을 생성 가능한 차량용 헤드 업 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 허상거리를 변경 가능한 차량용 헤드 업 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또다른 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; 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 일부를 굴절시키는 프리즘; 오프시 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 투과하고, 온 시 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 상기 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광으로 반파장 변환하는 전기 편광변환소자; 차량의 윈드 쉴드로 광을 반사하는 제1반사미러; 상기 제1반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 제1방향의 선편광을 반사하고, 상기 제2방향의 선편광을 투과하는 편광반사미러; 및 상기 편광반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 편광반사미러를 투과한 광을 상기 편광반사미러로 반사하는 제2반사미러를 포함할 수 있다.
상기 영상 소스는, 이미지 광을 출사하는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널에서 출사된 이미지 광을 상기 제1방향으로 선형 편광시키는 선형 편광기(Linear Polarizer)를 포함할 수 있다. 상기 프리즘과 및 전기 편광변환소자는 각각 상기 선형 편광기보다 크기가 작을 수 있다.
상기 프리즘과 상기 전기 편광변환소자는 상기 선형 편광기의 서로 상이한 영역을 마주볼 수 있다.
상기 선형 편광기는 상기 프리즘을 마주보는 제1영역; 및 상기 전기 편광변환소자의 일면을 마주보는 제2영역을 가질 수 있다.
상기 프리즘과 상기 전기 편광변환소자는 전, 후 배치될 수 있다.
상기 프리즘은, 상기 편광반사미러를 향하고, 경사지게 형성된 제1면; 및 상기 선형 편광기를 마주보는 제2면을 가질 수 있다.
상기 프리즘 및 전기 편광변환소자는 상기 영상 소스의 광출사면과 상기 편광반사미러의 일면 사이에 배치될 수 있다.
상기 편광반사미러는, 상기 프리즘 및 전기 편광변환소자의 상측에 위치하고, 상기 제1반사미러의 후방에 배치될 수 있다.
상기 편광반사미러는 상기 제1반사미러의 후방에 배치된 와이어 그리드 편광기이고, 상기 제2반사미러는 상기 편광반사미러를 마주보게 배치된 평판 미러를 포함할 수 있다.
상기 편광반사미러는 상기 영상소스에서 출사된 선편광이 입사되는 일면이 전방 하측을 향하게 경사 배치되고, 상기 제2반사미러는 상기 편광반사미러와 동일한 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 편광반사미러는 경사지게 배치되고, 전후방향에 대해 상기 제1반사미러와 상기 제2반사미러 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 편광반사미러가 선편광을 선택적으로 투과/반사하므로, 광이 단순히 복수개의 반사미러를 순차적으로 반사하는 경우 보다 차량용 헤드 업 디스플레이를 컴팩트화할 수 있고, 그 크기를 최소화할 수 있다.
또한, 영상 소스에서 출사된 제1방향의 선편광이 프리즘과, 전기 편광변환소자와, 편광반사미러와, 제1반사미러와, 제2반사미러의 5개 광학구조물에 의해 3개의 거리가 상이한 허상을 형성할 수 있으므로, 3개의 거리가 상이한 허상을 형성하기 위한 부품수를 최소화할 수 있는 이점이 있다
또한, 전기 편광변환소자의 온/오프에 의해, 동시에 형성되는 2개의 허상 사이의 거리를 조절할 수 있는 이점이 있다.
또한, 전기 편광변환소자의 온/오프 주기를 충분히 짧게 함으로써 사용자는 동시에 3개의 허상이 형성된 것처럼 인식할 수 있어, 사용자에게 더 많은 정보를 동시에 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 위상지연자에 의해 편광반사미러와 제2반사미러의 거리가 최소화될 수 있고, 보다 컴팩트화가 가능한 이점이 있다.
또한, 위상지연자가 제2반사미러의 전면에 부착되어, 위상지연자와 제2반사미러의 설치가 용이하고, 위상지연자와 제2반사미러가 이격될 경우 보다 컴팩트화가 가능한 이점이 있다.
또한, 간단한 구조로 각 허상을 기울어지게 형성할 수 있고, 입체감을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 오프일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 오프일 때의 광 경로가 도시된 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 광 경로가 도시된 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 1/4 파장 위상지연자, 제2반사미러 및 편광반사미러가 확대 도시된 측면도이다.
도 7는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 광 경로가 도시된 측면도이다.
도 8는 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이다.
도 9은 도 8에 도시된 1/4 파장 위상지연자, 제2반사미러, 편광반사미러 및 제3반사미러가 확대 도시된 측면도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 편광반사미러의 회전시 제1허상 및 제2허상이 기울어지게 형성된 측면도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 제2반사미러의 회전시 제3허상이 기울어지게 형성된 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 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 오프일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 오프일 때의 광 경로가 도시된 측면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 광 경로가 도시된 측면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는, 영상기구(1)와, 제1반사미러(3)와, 편광반사미러(4)와, 제2반사미러(5)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(10)에 수용되거나 인스트루먼트 패널(10) 위에 올려질 수 있고, 상측 방향으로 이미지 광을 조사할 수 있다.
영상기구(1)는 제1방향의 선편광과, 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광을 출사할 수 있다.
영상기구(1)는 영상 소스(11)와, 프리즘(9)과, 전기 편광변환소자(12)를 포함할 수 있다.
영상 소스(11)는 제1방향의 선편광을 출사할 수 있다.
프리즘(9)은 영상 소스(11)에서 출사된 선편광을 굴절시킬 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는, 온(on)시 영상 소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광을 제2방향의 선편광으로 반파장 변환할 수 있다. 전기 편광변환소자(12)는, 오프(off)시 제1방향의 선편광을 투과할 수 있다.
영상 소스(11)는 이미지 광을 출사하는 디스플레이 패널(13)와, 디스플레이 패널(13)에서 출사된 이미지 광을 제1방향으로 선형 편광시키는 선형 편광기(14, Linear Polarizer)를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(13)은 디스플레이 소자(15)와; 디스플레이 소자(15)로 광을 조사하는 광원(16)을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(13)은 선형 편광기(14)을 향해 이미지 광을 출사할 수 있다. 디스플레이 패널(13)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(16)은 디스플레이 소자(15)를 향해 광을 조사할 수 있는 백라이트 유닛(BLU)일 수 있다. 광원(16)은 LED, OLED 등이 적용될 수 있다.
선형 편광기(14, Linear Polarizer)는 디스플레이 패널(13)에서 출사된 이미지 광 중 제1방향의 선편광만을 통과시킬 수 있다. 디스플레이 패널(13)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(15) 내부에 구비되는 것이 가능하고, 이 경우 디스플레이 소자(15) 에서는 선형 편광기(14)에 의해 편광된 선편광이 출사될 수 있다.
선형 편광기(14)는 디스플레이 소자(15) 외부에 배치되는 것도 가능하고, 이 경우, 디스플레이 소자(15) 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(15) 외부에 배치될 경우, 선형 편광기(14)의 일면(14A)은 디스플레이 소자(15) 을 마주보게 배치될 수 있고, 선형 편광기(14)의 타면(14B)은 편광반사미러(4)를 향하게 배치될 수 있다.
선형 편광기(14)는 디스플레이 패널(13)를 마주보는 일면(14A)이 광이 입사되는 광입사면일 수 있고, 타면(14B)이 광출사면일 수 있다.
선형 편광기(14)은 디스플레이 소자(15)의 광 출사면을 덮게 배치될 수 있다.
디스플레이 패널(13)이 상측 방향으로 무편광을 출사할 경우, 선형 편광기(14)은 디스플레이 패널(15) 상측에 위치되게 배치될 수 있다.
디스플레이 패널(13)이 하측 방향으로 무편광을 출사할 경우, 선형 편광기(14)은 디스플레이 패널(15) 하측에 위치되게 배치될 수 있다.
프리즘(9)은 영상 소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광 중 일부를 굴절시킬 수 있다.
프리즘(9)과 전기 편광변환소자(12)는 전, 후 배치될 수 있다.
프리즘(9)은 편광반사미러(4)와 상하방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
프리즘(9)은 제1방향의 선편광이 전기 편광변환소자(12)에서 출사된 선편광과 멀어지는 방향으로 광을 출사할 수 있다.
프리즘(9)은 경사지게 형성된 제1면(91)과, 평평하게 형성된 제2면(92)을 포함할 수 있다. 제1면(91)은 프리즘(9)의 광출사면일 수 있고, 제2면(92)은 프리즘(9)의 광입사면일 수 있다.
제1면(91)은 편광반사미러(4)의 일면(41)과 같은방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 제1면(91)은 편광반사미러(4)의 일면(41)을 향할 수 있다.
제2면(92)은 선형 편광기(14)의 광츨사면(14B)을 마주볼 수 있다.
프리즘(9)은 영상 소스(11)의 광출사면과 편광반사미러(4)의 일면(41) 사이에 배치될 수 있다. 영상 소스(11)가 선형 편광기(14)을 포함할 경우, 선형 편광기(14)의 광출사면(14B)은 영상 소스(11)의 광출사면일 수 있다.
프리즘(9)은 선형 편광기(14) 보다 크기가 작을 수 있다. 프리즘(9)은 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 보다 크기가 작을 수 있다.
그리고, 프리즘(9)는 선형 편광기(14)의 일부 영역을 마주볼 수 있다. 프리즘(9)은 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 중 일부 영역만을 마주볼 수 있고, 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 중 타 영역을 마주보지 않는 것이 바람직하다.
선형 편광기(14)에서 출사된 선편광 중 일부는 프리즘(9)으로 입사되어 굴절되고, 선형 편광기(14)에서 출사된 선편광 중 나머지는 전기 편광변환소자(12)으로 입사되어 반파장 변환될 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는 일면(12B)이 선형 편광기(14)의 광츨사면(14B)을 마주볼 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는 타면(12A)이 편광반사미러(4)의 일면(41)을 향할 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는 전기 광학 결정에 직교하는 두 직선 편광 사이의 광학 위상차가 π 라디안만큼 변화하는 전압(즉, 반파장 전압)을 가하여, 입력된 선편광에 90 °만큼 파장 변화시키는 편광 스위치(Polarization switch) 또는 액티브 리타더(Active Retarder)를 포함할 수 있다.
이러한, 전기 편광변환소자(12)는 반파장 전압이 인가되면, 입력된 선편광에 90 °만큼 파장 변화시키는 반파장 위상지연자(15, Half Wave Plate: HWP)일 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는 인가 전압에 따라 반파장 위상지연자(Half Wave Plate)의 작동을 온/오프할 수 있다.
전기 편광변환소자(12)에 반파장 전압이 인가되지 않으면, 그 입사면(12B)으로 입력된 선편광은 파장 변환없이 투과할 수 있다.
전기 편광변환소자(12)에 반파장 전압이 인가되면, 전기 편광변환소자(12)는 그 입사면(12B)으로 입력된 선편광을 반파장 파장 변환되어 출사할 수 있다.
예를 들어, 전기 편광변환소자(12)가 오프이고, 영상 소스(11)에서 P파 선편광이 출사되면, 영상 소스(11)에서 출사된 P파 선편광은 전기 편광변환소자(12)를 파장변환없이 통과할 수 있고, 편광반사미러(4)의 일면에는 전기 편광소자(16)를 파장 변환없이 투과한 P파 선편광이 입사될 수 있다.
반면에, 전기 편광변환소자(12)가 온이고, 영상 소스(11)에서 P파 선편광이 출사되면, 영상 소스(11)에서 출사된 P파 선편광은 전기 편광변환소자(12)를 투과하면서 반파장 변환될 수 있고, 전기 편광변환소자(12)에서는 S파 선편광이 출사될 수 있으며, 편광반사미러(4)의 일면에는 전기 편광소자(16)에서 출사된 S파 선편광이 입사될 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는 오프인 시간과, 온인 시간에 따라, 편광반사미러(4)로 출사되는 제1방향의 선편광이 편광반사미러(4)로 출사되는 시간과, 편광반사미러(4)로 출사되는 제2방향의 선편광이 편광반사미러(4)로 출사되는 시간을 결정할 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는 영상 소스(11)의 광출사면과 편광반사미러(4)의 일면(41) 사이에 배치될 수 있다. 영상 소스(11)가 선형 편광기(14)을 포함할 경우, 선형 편광기(14)의 광출사면(14B)은 영상 소스(11)의 광출사면일 수 있다.
영상 소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광 중 일부는 프리즘(9)으로 입사되고, 다른 일부는 전기 편광변환소자(12)로 입사될 수 있다.
전기 편광변환소자(12)는 온(on)시 영상 소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광 중 일부를 제2방향의 선편광으로 반파장 변환할 수 있다. 전기 편광변환소자(12)는, 오프(off)시 영상 소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광 중 일부를 투과할 수 있다.
전기 편광변환소자(12)은 선형 편광기(14) 보다 크기가 작을 수 있다. 전기 편광변환소자(12)는 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 보다 크기가 작을 수 있다.
그리고, 전기 편광변환소자(12)는 선형 편광기(14)의 일부 영역을 마주볼 수 있다. 전기 편광변환소자(12)는 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 중 일부 영역만을 마주볼 수 있고, 선형 편광기(14)의 광출사면(14B) 중 타 영역을 마주보지 않는 것이 바람직하다.
선형 편광기(14)에서 출사된 선편광 중 일부는 전기 편광변환소자(12)으로 입사되어 반파장 변환되고, 선형 편광기(14)에서 출사된 선편광 중 나머지는 전기 편광변환소자(12)으로 입사되지 않고, 프리즘(9)으로 입사될 수 있다.
선형 편광기(14)는 프리즘(9)을 마주보는 제1영역(Q)과, 전기 편광변환소자(12)를 마주보는 제2영역(R)을 갖을 수 있다.
선형 편광기(14)의 제1영역(Q)에서 출사된 제1방향의 선편광은 프리즘(9)으로 입사되고, 프리즘(9)에서 굴절되며 편광반사미러(4)를 향해 출사될 수 있다.
반면에, 선형 편광기(14)의 제2영역(R)에서 출사된 제1방향의 선편광은 전기 편광변환소자(12)로 입사될 수 있다. 이 때 전기 편광변환소자(12)가 오프이면 제2영역(R)에서 출사된 제1방향의 선편광은 투과될 수 있다. 전기 편광변환소자(12)가 온 이면 제2영역(R)에서 출사된 제1방향의 선평광은 제2방향의 선편광으로 반파장 변환될 수 있다. 전기 편광변환소자(12)를 통과한 선편광은 편광반사미러(4)를 향해 출사될 수 있다.
예를 들어, 선형 편광기(14)의 제1영역(Q)과 제2영역(R) 모두에서 P파 선편광(P)이 출사된 경우, 이러한 P파 선편광(P) 중 제1영역(Q)에서 출사된 P파 선편광(P)은 프리즘(9)에서 파장이 변환되지 않고 굴절되어 편광반사미러(4)로 향할 수 있다.
그리고, P파 선편광(P) 중 제2영역(R)에서 출사된 P파 선편광(P)은, 전기 편광변환소자(12)가 오프 시 파장이 변환되지 않고 P파 선편광(P) 상태로 편광반사미러(4)로 향할 수 있고, 전기 편광변환소자(12)가 온 시 전기 편광변환소자(12)에서 S파 선편광(S)으로 변환된 후 편광반사미러(4)로 향할 수 있다.
제1반사미러(3)은 차량의 윈드 쉴드(6)로 광을 반사할 수 있다.
제1반사미러(3)은 편광반사미러(4)에서 반사된 광 또는 편광반사미러(4)를 투과한 광을 윈드 쉴드(6)를 향해 반사할 수 있다.
제1반사미러(3)는 편광반사미러(4)의 전방에 위치되게 배치될 수 있다. 제1반사미러(3)의 반사면(32)은 전후 방향으로 편광반사미러(4)의 전면(41)을 바라볼 수 있다. 제1반사미러(3)은 오목 거울일 수 있다.
제1반사미러(3)은 소정 각도 기울여지게 배치될 수 있고, 편광반사미러(4)에서 반사되거나 편광반사미러(4)를 투과한 광을 상측 방향으로 반사할 수 있다.
편광반사미러(4)는 영상 소스(11)에서 출사된 선편광과 동일방향의 선편광이 반사되고, 영상 소스(11)에서 출사된 선편광과 직교한 방향의 선편광이 투과되는 광분리기(Beam Splitter)일 수 있다.
편광반사미러(4)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(4)의 일면(41)은 전방을 향하게 배치된 전면일 수 있고, 타면(42)은 후방을 향하게 배치된 배면일 수 있다.
편광반사미러(4)로 입사되는 제1방향의 선편광은, 편광반사미러(4)의 일면(41) 및 타면(42)에서 반사될 수 있다. 또한 편광반사미러(4)로 입사되는 제2방향의 선편광은, 편광반사미러(4)의 일면(41) 및 타면(42)을 통해 투과될 수 있다.
편광반사미러(4)는 제1반사미러(3) 후방에 제1반사미러(3)와 이격되게 배치될 수 있다. 편광반사미러(4)는 제1방향의 선편광을 반사하고 제2방향의 선편광을 투과하는 선택적 편광소자일 수 있다. 편광반사미러(4)는 제1반사미러(3)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 편광반사미러(4)는 제1반사미러(3)와 제2반사미러(5)의 사이에서 광의 밝기를 유지할 수 있고, 프리즘(9), 전기 편광변환소자(12), 제2반사미러(5) 각각에서 입사되는 광을 넓은 입사각으로 입사 받으면서 그 선택적 투과/반사 성능을 유지할 수 있다.
제1방향의 선편광이 P파 선평광(P)일 경우, 편광반사미러(4)는 P파 선편광(P)을 반사할 수 있고, S파 선편광(S)을 투과할 수 있다. 반대로, 제1방향의 선편광이 S파 선평광일 경우, 편광반사미러(4)는 S파 선편광(S)을 반사할 수 있고, P파 선편광(P)을 투과할 수 있다.
편광반사미러(4)는 프리즘(9) 및 전기 편광변환소자(12)의 상측에 위치할 수 있다. 또한, 편광반사미러(4)는 제1반사미러(3)의 후방에 배치될 수 있다.
편광반사미러(4)는 프리즘(9)에서 출사된 제1방향의 선편광을 제1반사미러(3)로 반사할 수 있다. 편광반사미러(4)는 오프 상태인 전기 편광변환소자(12)에서 출사된 제1방향의 선편광을 제1반사미러(3)로 반사할 수 있다. 편광반사미러(4)는 온 상태인 전기 편광변환소자(12)에서 출사된 제2방향의 선편광을 투과할 수 있다.
편광반사미러(4)를 투과한 제2방향의 선편광은 제2반사미러(5)로 입사되어 제2반사미러(5)에서 편광반사미러(4)의 배면(42)을 향해 반사될 수 있고, 편광반사미러(4)의 배면(42)을 향해 반사된 제2방향의 선편광은 편광반사미러(4)를 투과하고, 편광반사미러(4)의 전면(41)을 통해 제1반사미러(3)로 향할 수 있다.
선택적 편광소자인 편광반사미러(4)는 하프 미러(Half Mirror) 보다 광의 소실을 최소화하면서 2개의 허상을 구현할 수 있고, 광의 소실이 적기 때문에, 영상 소스(11)의 밝기를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 편광반사미러(4)는 영상 소스(11)의 소비전력을 낮출 수 있으며, 영상 소스(11)를 방열시키는 방열부(미도시)의 크기를 줄이거나, 방열부의 구조를 보다 단순화 할 수 있다.
편광반사미러(4)는 상기와 같은 제1방향 선편광의 전방 반사와 제2방향 선편광의 전방 투과를 위해, 제1반사미러(3)와 제2반사미러(5) 사이에 배치될 수 있고, 제1반사미러(3)와 제2반사미러(5) 사이에 경사지게 배치될 수 있다.
편광반사미러(4)가 2개의 반사미러(3)(5) 사이에서 선편광을 선택적 투과/반사하기 때문에, 본 실시예는 2개의 허상을 형성하기 위한 다수 광학부품의 수를 최소화할 수 있고, 차량용 헤드 업 디스플레이의 전체 크기를 보다 컴팩트화할 수 있다.
편광반사미러(4)는 그 전면(41)이 전방 하측을 향하게 경사 배치될 수 있다. 편광반사미러(4)는 그 후면(42)이 후방 상측을 향할 수 있고, 편광반사미러(4)의 후면(42)은 제2반사미러(5)의 전면(51)을 마주볼 수 있다
편광반사미러(4)는 양면(41)(42) 중 제2반사미러(5)를 마주보는 면(42)에 형성된 안티 반사 코팅층(43, Anti-Reflection Coating)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 안티 반사 코팅층(43)는 편광반사미러(4) 중 제2반사미러(5)를 마주보는 면(42)의 표면반사를 감소시킬 수 있고, 투과광의 원하지 않는 반사광에 의한 노이즈를 저감시킬 수 있다.
즉, 편광반사미러(4)는 안티 반사 코팅층(43)에 의해 제2반사미러(5)에서 반사된 후 편광반사미러(4)를 투과하는 광의 량을 증대시킬 수 있다.
제2반사미러(5)에서 반사되어 편광반사미러(4)로 입사되는 제2방향의 선편광은 안티 반사 코팅층(43)에 의해 표면반사가 최소화되면서 편광반사미러(4)로 입사될 수 있다.
안티 반사 코팅층(43)은 생략될 수 있다.
제2반사미러(5)는 편광반사미러(4)와 이격되게 배치되고 편광반사미러(4)를 투과한 광을 편광반사미러(4)로 반사할 수 있다.
제2반사미러(5)는 편광반사미러(4)와 서로 마주보게 배치될 수 있다. 제2반사미러(5)는 편광반사미러(4)를 마주보게 배치된 평판 거울일 수 있다.
제2반사미러(5)의 일면(51)은 편광반사미러(4)의 타면(42)을 마주볼 수 있다. 제2반사미러(5)의 일면(51)은 전방을 향하게 배치된 전면일 수 있다.
편광반사미러(4)를 투과하여 제2반사미러(5)로 입사된 제2방향의 선편광은 제2반사미러(5)의 일면(51)에서 반사되어 편광반사미러(4)로 향할 수 있다.
제2반사미러(5)는 편광반사미러(4)와 소정 거리(D1)만큼 이격되게 배치될 수 있다.
제2반사미러(5)는 편광반사미러(4)와 평행하게 배치될 수 있다. 제2반사미러(5)는 그 전면(51)이 전방 하측을 향하게 경사 배치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 차량용 헤드 업 디스플레이는 윈드 쉴드(6)와 거리가 가까운 제1위치에 제1허상(K)을 형성할 수 있고, 윈드 쉴드(6)와 거리가 먼 제2위치에 제2허상(M)을 형성할 수 있고, 윈드 쉴드(6)와 거리가 더욱 먼 제3위치에 제3허상(N)을 형성할 수 있다.
즉, 윈드 쉴드(6)와 각 허상의 거리는 제1허상(K), 제2허상(M) 및 제3허상(N) 순으로 점점 멀어질 수 있다.
본 발명의 차량용 헤드 업 디스플레이는 제1허상(K)과 제2허상(M)을 동시에 형성하거나, 또는 제1허상(K)과 제3허상(N)을 동시에 형성할 수 있다.
제1허상(K)은 영상 소스(11), 프리즘(9), 편광반사미러(4), 제1반사미러(3) 및 윈드 쉴드(6)로 이어지는 근거리 광 경로에 의해 형성될 수 있다.
제2허상(M)은 영상 소스(11), 오프(off) 상태의 전기 편광변환소자(12), 편광반사미러(4), 제1반사미러(3) 및 윈드 쉴드(6)로 이어지는 중거리 광 경로에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 제3허상(N)은 영상 소스(11), 온(on) 상태의 전기 편광변환소자(12) 편광반사미러(4), 제2반사미러(5), 편광반사미러(4), 제1반사미러(3) 및 윈드 쉴드(6)로 이어지는 원거리 광 경로에 의해 형성될 수 있다.
근거리 광 경로는 프리즘(9)과 공기의 굴절률 차이에 의해 중거리 광 경로보다 짧아질 수 있다.
원거리 광 경로는 중거리 광 경로 보다 제2방향의 선편광이 편광반사미러(4)에서 제2반사미러(5)로 이동한 거리와, 제2반사미러(5)에서 반사된 제2방향의 선편광이 편광반사미러(4)로 이동한 거리을 더 포함할 수 있다. 그리고, 원거리 광 경로는 중거리 광 경로 보다 편광반사미러(4) 두께(F)의 2배 거리를 더 포함할 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 근거리 광 경로는 영상소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광이 프리즘(9)으로 입사되는 제1경로(T1)과, 프리즘(9)에서 굴절되어 출사된 제1방향의 선편광이 편광반사미러(4)로 입사되는 제2경로(T2)와, 편광반사미러(4) 에서 반사된 제1방향의 선편광이 제1반사미러(3)으로 입사되는 제3경로(T3)와, 제1반사미러(3)에서 반사된 제1방향의 선편광이 윈드 쉴드(6)로 입사되는 제4경로(T4)를 포함할 수 있다.
중거리 광경로는 영상소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광이 오프(off) 상태의 전기 편광변환소자(12)로 입사되는 제5경로(T5)와, 전기 편광변환소자(12)에서 출사된 제1방향의 선편광이 편광반사미러(4)로 입사되는 제6경로(T6)와, 편광반사미러(4)에서 반사된 제1방향의 선편광이 제1반사미러(3)으로 입사되는 제7경로(T7)와, 제1반사미러(3)에서 반사된 제1방향의 선편광이 윈드 쉴드(6)로 입사되는 제8경로(T8)를 포함할 수 있다.
원거리 광경로는 영상소스(11)에서 출사된 제1방향의 선편광이 온(on) 상태의 전기 편광변환소자(12)로 입사되는 제9경로(T9)와, 전기 편광변환소자(12)에서 출사된 제2방향의 선편광이 편광반사미러(4)로 입사되는 제10경로(T10)와, 편광반사미러(4)를 투과한 제2방향의 선편광이 제2반사미러(5)로 입사하는 제11경로(T11)와, 제2반사미러(5)에서 반사된 제2방향의 선편광이 편광반사미러(4)로 입사되는 제 12경로(T12)와, 편광반사미러(4)를 투과한 제2방향의 선편광이 제1반사미러(3)로 입사되는 제13경로(T13)와, 제1반사미러(3)에서 반사된 제1방향의 선편광이 윈드 쉴드(6)로 입사되는 제14경로(T14)를 포함할 수 있다.
원거리 광경로의 길이(L3)는 편광반사미러(4) 두께(F)의 2배와, 제11경로(T11) 및 제12경로(T12) 각 거리의 합만큼 중거리 광경로의 길이(L2) 보다 더 길 수 있다.
이하, 본 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.
설명의 편의를 위해 영상 소스(11)에서 P파 선편광(P)이 출사된 예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전기 편광변환소자(12)가 오프일 경우를 기준으로 설명한다.
영상 소스(11)에서 출사된 P파 선편광(P)의 일부는 프리즘(9)에 의해 굴절되어 파장이 변환되지 않은 상태로 편광반사미러(4)로 향할 수 있고, 다른 일부는 전기 편광변환소자(12)를 투과하여 파장이 변환되지 않은 상태로 편광반사미러(4)로 향할 수 있다.
편광반사미러(4)의 전면(41)으로 입사된 P파 선편광(P)은 편광반사미러(4)에 의해 제1반사미러(3)로 반사되고, 제1반사미러(3)에 의해 윈드 쉴드(6)으로 반사될 수 있다.
운전자는 윈드 쉴드(6)를 통해 근거리 광 경로에 의해 형성된 제1허상(K)과 중거리 광 경로에 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.
다음으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전기 편광변환소자(12)가 온일 경우를 기준으로 설명한다.
영상 소스(11)에서 출사된 P파 선편광(P)의 일부는 프리즘(9)에 의해 굴절되어 파장이 변환되지 않은 상태로 편광반사미러(4)로 향할 수 있고, 다른 일부는 전기 편광변환소자(12)에 의해 S파 선편광(S)으로 변환된 후 편광반사미러(4)로 향할 수 있다.
편광반사미러(4)의 전면(41)으로 입사된 P파 선편광(P)은 편광반사미러(4)에 의해 제1반사미러(3)로 반사되고, 제1반사미러(3)에 의해 윈드 쉴드(6)으로 반사될 수 있다.
반면에, 편광반사미러(4)의 전면(41)으로 입사된 S파 선편광(S)은 편광반사미러(4)를 투과하여 제2반사미러(5)로 향할 수 있고, 제2반사미러(5)에 의해 편광반사미러(4)로 반사될 수 있다. 제2반사미러(5)에서 편광반사미러(4)로 반사된 S파 선편광(S)은 편광반사미러(4)를 투과한 후 제1반사미러(3)로 향할 수 있고, 제1반사미러(3)로 향한 S파 선편광(S)은 제1반사미러(3)에 의해 윈드 쉴드(6)로 반사될 수 있다.
운전자는 윈드 쉴드(6)를 통해 근거리 광 경로에 의해 형성된 제1허상(K)과 원거리 광 경로에 의해 형성된 제3허상(N)을 인식할 수 있다.
차량용 헤드 업 디스플레이는 윈드 쉴드(6)로부터의 거리가 상이한 2개의 허상(K)(N)을 형성할 수 있으며, 이와 같이 거리가 상이한 2개의 허상(K)(N)은 차량에 탑승한 운전자의 눈(J)에 의해 인식될 수 있다.
한편, 영상 소스(11)에서 S파 선편광(S)이 출사된 예는 영상 소스(11)에서 P파 선편광(P)이 출사된 예와 선편광의 종류만 상이하고, 그 작용이 동일하므로 중복된 설명을 피하기 위해 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
결론적으로, 제1허상(K)은 전기 편광변환소자(12)의 온/오프와 무관하게 동일한 거리에 형성될 수 있다.
제1허상(K)과 제2허상(M) 사이의 간격은 제1허상(K)과 제3허상(N) 사이의 간격보다 짧을 수 있다. 즉, 전기 편광변환소자(12)가 온/오프됨에 따라 거리가 상이한 2개의 허상 사이의 간격이 조절될 수 있다. 이로써, 차량과 외부 대상물의 거리에 따라 외부 대상물에 대응되는 허상의 거리를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 각 허상에 표시되는 정보에 따라 허상의 위치를 달리 변경할 수 있는 이점이 있다.
예를 들어, 전기 편광변환소자(12)는 주행중인 차량과 그 앞에 위치하는 타 차량(앞 차)과의 거리에 따라 제어될 수 있다. 차량에 설치된 거리 센서에서 의해 앞 차와의 거리가 감지될 수 있고, 전기 편광변환소자(12)는 앞 차와의 거리가 제1설정거리 범위이면, 오프될 수 있고, 이 경우, 제1허상(K)과 제2허상(M)이 형성될 수 있다. 반면에, 전기 편광변환소자(12)는 앞 차와의 거리가 제1설정거리 범위보다 먼 제2설정거리 범위이면, 온될 수 있고, 이 경우, 제1허상(K)과 제3허상(N)이 형성될 수 있다.
또한, 전기 편광변환소자(12)는 짧은 주기로 온/오프되는 것이 가능하고, 이 경우, 운전자의 눈(J)에는 제2허상(M)과 제3허상(N)이 함께 인식될 수 있다. 즉, 사용자는 제1허상(K), 제2허상(M) 및 제3허상(N)이 동시에 형성된 것처럼 인식할 수 있다. 이로써, 차량용 헤드 업 디스플레이는 사용자에게 동시에 더 많은 정보를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 1/4 파장 위상지연자, 제2반사미러 및 편광반사미러가 확대 도시된 측면도이고, 도 7는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 광 경로가 도시된 측면도이다.
본 실시예는 1/4 파장 위상지연자(7)를 더 포함하는 이외의 기타 구성 및 작용이 본 발명 제1실시예와 동일하거나 유사하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는 편광반사미러(4)와 제2반사 미러(5) 사이에 배치된 1/4 파장 위상지연자(7)를 더 포함할 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)는 입사된 선편광의 위상을 1/4 파장 지연시키는 1/4 파장판(Quarter wave plate)일 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)의 일면(74)과 타면(73)은, 1/4 파장 위상지연자(7)의 외면 중 상대적으로 넓고, 서로 마주보는 한 쌍의 면 각각을 의미할 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)의 일면(74)은 전방을 향하게 배치된 전면일 수 있고, 타면(73)은 후방을 향하게 배치된 배면일 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)는 제2반사 미러(5) 중 편광반사미러(4)를 마주보는 면에 부착될 수 있다. 1/4 파장 위상지연자(7)는 제2반사미러(5)의 전면(51)에 부착될 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)와 제2반사 미러(5)의 조합시, 1/4 파장 위상지연자(7)와 제2반사 미러(5)는 편광반사미러(4)를 투과한 제2방향의 선편광을 제1방향의 선편광으로 변환하여 반사할 수 있다.
본 실시예는 영상 소스(11), 프리즘(9), 전기 편광변환소자(12), 제1반사미러(3), 편광반사미러(4) 및 제2반사미러(5)의 배치 각도가 본 발명 제1실시예와 동일할 수 있고, 영상 소스(11)와, 프리즘(9), 전기 편광변환소자(12), 제1반사미러(3), 편광반사미러(4)의 각 위치도 본 발명 제1실시예와 동일할 수 있다.
다만, 본 실시예는 제2반사미러(5)와 편광반사미러(4) 사이의 거리(D2)가 본 발명 제1실시예의 제2반사미러(5)와 편관반사미러(4)의 거리(D1) 보다 짧을 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)와 제2반사미러(5)의 조합시, 1/4 파장 위상지연자(7)와 제2반사미러(5)는 입사된 선편광의 파장을 반파장 변환하면서 반사하는 반파장 위상지연기로 기능할 수 있고, 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5)에서 선편광이 다수회 반사되게 유도할 수 있으며, 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5) 사이의 공간을 축소할 수 있다.
제2반사미러(5)는 투명한 투명판(5A)과, 투명판(5A)에 접한 반사층(5B)을 포함할 수 있다. 반사층(5B)은 투명판(5A)을 기준으로 편광반사미러(4)의 반대편에 위치할 수 있다.
제2반사미러(5)와 1/4 파장 위상지연자(7)의 거리는 최대한 근접한 것이 바람직하고, 제2반사미러(5)와 1/4 파장 위상지연자(7)는 일체화되게 구성되는 것이 바람직하다.
1/4 파장 위상지연자(7)는 접착제(72)로 제2반사미러(5)의 전면(51)에 부착될 수 있다. 1/4 파장 위상지연자(7)의 배면(73)은 접착제 특히, 투명접착제로 투명판(5A)의 전면(51)에 부착될 수 있다. 1/4 파장 위상지연자(7)의 전면(74)은 편광반사미러(4)를 마주볼 수 있다. 1/4 파장 위상지연자(7)의 전면(74)은 편광반사미러(4)와 이격될 수 있다.
본 실시예의 경우, 근거리 광 경로 및 중거리 광 경로가 본 발명 제1실시예와 동일할 수 있고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 경우, 원거리 광 경로 중 일부 경로는 본 발명 제1실시예와 상이할 수 있고, 나머지 경로는 본 발명 제1실시예와 동일할 수 있다.
본 실시예의 원거리 광 경로 중 제9경로(T9), 제10경로(T10), 제13경로(T13) 및 제14경로(T14)는 본 발명 제1실시예와 동일할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 원거리 광 경로 중 제11경로(T11A)(T11B)는 본 발명 제1실시예의 제11경로(T11)와 상이할 수 있으며, 본 실시예의 원거리 광 경로 중 제12경로(T12A)(T12B)는 본 발명 제1실시예의 제12경로(T12)와 상이할 수 있다.
본 실시예의 제11경로(T11A)(T11B)는 편광반사미러(4)를 투과한 제2방향의 선편광이 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 원편광으로 변환되고, 제2반사미러(5)로 입사되는 경로(T11A)를 포함한다. 그리고, 제11경로(T11A)(T11B)는 제2반사미러(5)로 입사된 원편광이 제2반사미러(5)에 의해 1/4 파장 위상지연자(7)로 반사되고, 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 제1방향의 선편광으로 변환된 후, 편광반사미러(4)로 입사되는 경로(T11B)를 더 포함한다.
한편, 제12경로(T12A)(T12B)는 1/4 파장 위상지연자(7)에서 편광반사미러(4)로 입사된 제1방향의 선편광이 편광반사미러(4)에 의해 1/4 파장 위상지연자(7)로 반사되고, 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 원편광으로 변환된 후, 제2반사미러(5)로 입사되는 경로(T12A)를 포함하다. 그리고, 제12경로(T12A)(T12B)는 1/4 파장 위상지연자(7)에서 제2반사미러(5)로 입사된 원편광이 제2반사미러(5)에 의해 1/4 파장 위상지연자(7)로 반사되어 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 제2방향의 선편광으로 변환된 후, 편광반사미러(4)로 입사되는 경로(T12B)를 더 포함한다.
본 실시예는 편광반사미러(4)를 투과한 선편광이 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5) 사이에서 파장이 변환되면서 지그재그 형상으로 반사될 수 있다.
편광반사미러(4)를 투과한 선편광은 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5) 사이에서 편광반사미러(4)에 의해 1회 반사되고 제2반사미러(5)에 의해 2회 반사되어 총 3회 반사될 수 있다. 본 실시예는 이러한 3회의 반사에 의해 본 발명 제1실시예의 경우 보다, 제2반사미러(5)를 편광반사미러(4)에 더 가깝게 위치시킬 수 있다.
즉, 본 실시예는 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5)의 거리를 보다 짧게 할 수 있고, 본 발명 제1실시예의 경우 보다 컴팩트한 크기를 갖을 수 있다.
이하, 본 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.
설명의 편의를 위해 영상 소스(11)에서 P파 선편광(P)이 출사된 예를 설명하도록 한다. 또한, 전기 편광변환소자(12)가 오프(off)일 경우는 앞서 설명한 제1실시예의 경우와 동일하므로, 전기 편광변환소자(12)가 온(on) 일 경우에 대해서만 설명한다.
영상 소스(11)에서 출사된 P파 선편광(P)의 일부는 프리즘(9)에서 굴절되며 파장이 변환되지 않은 상태로 편광반사미러(4)로 향할 수 있다. 편광반사미러(4)의 전면으로 입사된 P파 선편광(P)은 편광반사미러(4)에서 제1반사미러(3)로 반사되며, 제1반사미러(3)에 의해 윈드 쉴드(6)으로 반사될 수 있다. 이 경우, 운전자는 윈드 쉴드(6)를 통해 근거리 광 경로에 의해 형성된 제1허상(K)을 인식할 수 있다.
영상 소스(11)에서 출사된 P파 선편광(P)의 다른 일부는 온(on) 상태의 전기 편광변환소자(12)에 의해 S파 선편광(S)으로 변환된 후 편광반사미러(4)로 향할 수 있고, 편광반사미러(4)의 전면(41)으로 입사된 S파 선편광(S)은 편광반사미러(4)를 투과하여 제2반사미러(5)로 향할 수 있다.
편광반사미러(4)에서 제2반사미러(5)를 향해 출사된 S파 선편광(S)은 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 원편광으로 변환된 후 제2반사미러(5)에 의해 1/4파장 위상지연자(7)로 반사되며, 1/4 파장 위상지연자(7)에서는 P파 선편광(P)이 편광반사미러(4)를 향해 출사될 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)에서 편광반사미러(4)를 향해 출사된 P파 선편광(P)는 편광반사미러(4)를 투과하지 못하고, 편광반사미러(4)의 배면(42)에서 제2반사미러(5)를 향해 반사될 수 있다. 편광반사미러(4)에서 제2반사미러(5)를 향해 반사된 P파 선편광(P)은 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 원편광으로 변환된 후 제2반사미러(5)에 의해 1/4파장 위상지연자(7)로 반사되고, 1/4 파장 위상지연자(7)에서는 S파 선편광(S)이 출사되어 편광반사미러(4)를 향할 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)에서 편광반사미러(4)로 출사된 S파 선편광(S)은 편광반사미러(4)를 투과한 후 제1반사미러(3)로 향할 수 있고, 제1반사미러(3)로 향한 S파 선편광(S)은 제1반사미러(3)에 의해 윈드 쉴드(6)로 반사될 수 있다. 이 경우, 운전자는 원거리 광 경로에 의해 형성된 제3허상(N)을 인식할 수 있다.
영상 소스(11)에서 S파 선편광(S)이 출사된 예는 영상 소스(11)에서 P파 선편광(P)이 출사된 예와 선편광의 종류만 상이하고, 그 작용이 동일하므로 중복된 설명을 피하기 위해 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8는 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 전기 편광변환소자가 온일 때의 주요 구성이 도시된 측면도이고, 도 9은 도 8에 도시된 1/4 파장 위상지연자, 제2반사미러, 편광반사미러 및 제3반사미러가 확대 도시된 측면도이다.
본 실시예는 제3반사미러(8) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 제2실시예와 동일하거나 유사하므로 동일부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이는, 1/4파장 위상지연자(7)의 전면 일부에 배치된 제3반사미러(8)를 더 포함할 수 있다.
제3반사미러(8)는 1/4파장 위상지연자(7)와 편광반사미러(4) 사이에 위치할 수 있다.
제3반사미러(8)는 편광반사미러(4)에서 반사된 광을 다시 편광반사미러(4)로 반사시키는 거울일 수 있다. 제3반사미러(8)는 편광반사미러(4)를 마주보게 배치될 수 있고, 편광반사미러(4)와 이격될 수 있다. 제3반사미러(8)은 1/4파장 위상지연자(7)의 전면에 부착될 수 있다. 제3반사미러(8)는 1/4파장 위상지연자(7)의 전면에 편광반사미러(4)와 이격되게 부착될 수 있다.
제3반사미러(8)는 1/4파장 위상지연자(7)의 전면에 부착된 평판미러일 수 있다.
제3반사미러(8)는 투명한 투명판(80A)과, 투명판(80A)과 1/4파장 위상지연자(7) 사이에 위치하는 반사층(80B)을 포함할 수 있다.
제3반사미러(8)는 접착제에 의해 1/4파장 위상지연자(7)의 전면에 부착될 수 있다. 제3반사미러(8)의 반사층(80B)은 1/4파장 위상지연자(7)의 전면에 부착될 수 있다.
제3반사미러(8)는 제2반사미러(5) 및 1/4파장 위상지연자(7)의 각각 보다 크기가 작을 수 있다.
본 실시예는, 1/4 파장 위상지연자(7)와 제2반사미러(5)와, 제3반사미러(8)가 하나의 미러 어셈블리로 구성될 수 있다.
이러한 미러 어셈블리는 제3반사미러(8)가 위치하는 반사 영역과, 제3반사미러(8)가 위치하지 않는 파장변환 및 반사 영역을 포함할 수 있다.
반사 영역은 편광반사미러(4)에서 반사된 선편광을 파장 변환없이 편광반사미러(4)로 전반사하는 제1영역일 수 있다.
그리고, 파장변환 및 반사영역은 편광반사미러(4)에서 반사된 선편광이 1/4 파장 위상 지연자(7)를 투과하여 제2반사미러(5)에서 다시 1/4 파장 위상 지연자(4)로 반사되는 제2영역일 수 있다.
본 실시예의 작용에 대해 도 8 및 도 9을 참조하여 상세히 설명하면, 다음과 같다. 이하, 편의를 위해 영상 소스(11)에서 P파 선편광(P)이 출사된 예로 설명한다. 또한, 전기 편광변환소자(12)가 오프(off)일 경우는 앞서 설명한 제1실시예의 경우와 동일하므로, 전기 편광변환소자(12)가 온(on) 일 경우에 대해서만 설명한다.
영상소스(11)에서 출사된 P파 선편광(P)은, 온 상태인 전기 편광변환소자(12)에서 S파 선편광(S)으로 파장 변환될 수 있고, 편광반사미러(4)를 투과할 수 있다. 편광반사미러(4)를 투과한 S파 선편광(S)은 본 발명 제2실시예와 같이, 제2반사미러(5)로 향할 수 있고, 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 원편광으로 변환된 후 제2반사미러(5)에 의해 1/4파장 위상지연자(7)로 반사되고, 1/4 파장 위상지연자(7)에서는 본 발명 제2실시예와 같이, P파 선편광(P)이 편광반사미러(4)를 향해 출사될 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)에서 편광반사미러(4)를 향해 출사된 P파 선편광(P)는 본 발명 제2실시예와 같이, 편광반사미러(4)를 투과하지 못하고, 편광반사미러(4)의 후면에서 반사될 수 있다. 편광반사미러(4)에서 반사된 P파 선편광(P)은 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제3반사미러(8)로 입사되어 제3반사미러(8)에 의해 편광반사미러(4)로 전반사될 수 있다.
제3반사미러(8)에 의해 편광반사미러(4)로 반사된 P파 선편광(P)은 편광반사미러(4)를 투과하지 못하고, 편광반사미러(4)의 후면에서 제2반사미러(5)를 향해 반사될 수 있다. 편광반사미러(4)의 후면에서 제2반사미러(5)를 향해 반사된 P파 선편광은 1/4 파장 위상지연자(7)에 의해 원편광으로 변환된 후 제2반사미러(5)에 의해 1/4파장 위상지연자(7)로 반사되고, 1/4 파장 위상지연자(7)에서는 본 발명 제2실시예와 같이, S파 선편광(S)이 출사되어 편광반사미러(4)를 향할 수 있다.
1/4 파장 위상지연자(7)에서 편광반사미러(4)로 출사된 S파 선편광(S)은 본 발명 제2실시예와 같이, 편광반사미러(4)를 투과한 후 제1반사미러(3)로 향할 수 있고, 제1반사미러(3)로 향한 S파 선편광(S)은 제1반사미러(3)에 의해 윈드 쉴드(6)로 반사될 수 있다. 이 경우, 운전자는 원거리 광 경로에 의해 형성된 제3허상(N)을 인식할 수 있다.
본 실시예는, 본 발명 제2실시예의 경우 보다 더 원거리에 제3허상(N)을 형성할 수 있다. 본 실시예는 편광반사미러(4)의 후면에서 제3반사미러(8)까지의 광 경로와, 제3반사미러(8)에서 편광반사미러(4)의 후면까지의 광 경로를 더 포함할 수 있고, 이러한 2개의 광 경로에 의해 본 발명 제2실시예의 경우 보다 더 원거리에 제3허상(N)을 형성할 수 있다.
본 실시예와 본 발명 제2실시예에서 제3허상(N)이 형성되는 거리가 서로 동일하다 가정할 경우, 본 실시예의 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5)의 거리(D3)는, 본 발명 제2 실시예의 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5)의 거리(D2) 보다 더 짧을 수 있다. 이 경우, 차량용 헤드 업 디스플레이의 전후 방향 폭은 본 발명 제2실시예 보다 더 짧을 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 편광반사미러의 회전시 제1허상 및 제2허상이 기울어지게 형성된 측면도이며, 도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이의 제2반사미러의 회전시 제3허상이 기울어지게 형성된 측면도이다.
이하, 앞서 설명한 내용과 동일한 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예는 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5) 중 어느 하나를 회전시키는 제1회전기구(60)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예는 편광반사미러(4)와 제2반사미러(5) 중 다른 하나를 회전시키는 제2회전기구(70)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예가 제1회전기구(60)만을 포함하고, 제2회전기구(70)를 포함하지 않을 경우, 차량용 헤드 업 디스플레이는 제1허상(K)(K') 및 제2허상(M)(M')의 기울기만을 조절하고, 제3허상(N)의 기울기(N)(N')를 조절하지 않을 수 있다. 반대로, 본 실시예가 제2회전기구(70)만을 포함하고, 제1회전기구(60)를 포함하지 않을 경우, 차량용 헤드 업 디스플레이는 제3허상(N)(N')의 기울기만을 조절하고, 제1허상(K)(K') 및 제2허상(M)(M')의 기울기를 조절하지 않을 수 있다.
본 실시예는, 제1회전기구(60)와 제2회전기구(70)를 모두 포함할 수 있고, 이 경우, 제1회전기구(60)에 의해 제1허상(K)(K') 및 제2허상(M)(M')의 기울기를 조절할 수 있고, 제2회전기구(70)에 의해 제3허상(N)(N')의 기울기를 조절할 수 있다.
이하, 편의를 위해 본 실시예가 제1회전기구(60)와 제2회전기구(70)을 모두 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.
제1회전기구(60)는 편광반사미러(4)의 일측에 연결되어 편광반사미러(4)를 회전시키는 편광반사미러 회전기구일 수 있다.
제1회전기구(60)는 모터를 포함할 수 있고, 모터의 회전축이 편광반사미러(4)의 회전중심에 연결되어 편광반사미러(4)를 직접 회전시키는 것이 가능하다. 제2회전기구(60)는 모터와, 모터에 연결되고 편광반사미러(4)의 회전축에 연결된 동력전달부재를 포함할 수 있고, 동력전달부재를 통해 편광반사미러(4)를 회전시키는 것도 가능하다.
제1회전기구(60)는 편광반사미러(4)의 회전시, 편광반사미러(4)가 제2반사미러(5)와 접촉되지 않는 각도로 회전시키는 것이 바람직하다.
제1회전기구(60)는 편광반사미러(4)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 소정 각도 회전시킬 수 있다. 편광반사미러(4)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제2반사미러(5)와 평행하게 배치된 상태에서, 제2반사미러(5)에 대해 소정각도 기울어지게 배치되도록 회전될 수 있다.
편광반사미러(4)의 회전시, 편광반사미러(4)의 반사각도는 가변되고, 도 10에 도시된 바와 같이, 윈드 쉴드(6)로부터 근거리(L1)에 형성되는 제1허상(K')과, 중거리(L2)에 형성되는 제2허상(M')은 소정 각도 기울어질 수 있다.
반대로, 제1회전기구(60)는 편광반사미러(4)를 제2반사미러(5)과 평행하게 배치되도록 역회전시킬 수 있고, 이 경우, 윈드 쉴드(6)로부터 원거리에 위치하는 제1허상(K)은 수직할 수 있다.
제2회전기구(70)는 제2반사미러(5)의 일측에 연결되어 제2반사미러(5)를 회전시키는 제2반사미러 회전기구일 수 있다.
제2회전기구(70)는 모터를 포함할 수 있고, 모터의 회전축이 제2반사미러(5)의 회전중심에 연결되어 제2반사미러(5)를 직접 회전시키는 것이 가능하다. 제2회전기구(70)는 모터와, 모터에 연결되고 제2반사미러(5)의 회전축에 연결된 동력전달부재를 포함할 수 있고, 동력전달부재를 통해 제2반사미러(5)를 회전시키는 것도 가능하다.
제2회전기구(70)는 제2반사미러(5)의 회전시, 제2반사미러(5)가 편광반사미러(4)와 접촉되지 않는 각도로 회전시키는 것이 바람직하다.
제2회전기구(70)는 제2반사미러(5)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 소정 각도 회전시킬 수 있고, 제2반사미러(5)는 도 11에 도시된 바와 같이, 편광반사미러(4)와 평행하게 배치된 상태에서, 편광반사미러(4)에 대해 소정각도 기울어지게 배치되도록 회전될 수 있다.
제2반사미러(5)의 회전시, 제2반사미러(5)의 반사각도는 가변되고, 도 11에 도시된 바와 같이, 윈드 쉴드(6)로부터 원거리(L3)에 형성되는 제3허상(N')은 소정 각도 기울어질 수 있다.
반대로, 제2회전기구(70)는 제2반사미러(5)를 편광반사미러(4)와 평행하게 배치되도록 역회전시킬 수 있고, 이 경우, 윈드 쉴드(6)로부터 원거리에 위치하는 제3허상(N)은 수직할 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.
1: 영상 기구 3: 제1반사미러
4: 편광반사미러 5: 제2반사미러
6: 윈드 쉴드 7: 위상지연자
9: 프리즘 11: 영상 소스
12: 전기 편광변환소자 13: 디스플레이 패널
14: 선형 편광기

Claims (12)

  1. 제1방향의 선편광을 출사하는 영상 소스;
    상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 일부를 굴절시키는 프리즘;
    오프시 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 투과하고, 온 시 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 상기 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광으로 반파장 변환하는 전기 편광변환소자;
    차량의 윈드 쉴드로 광을 반사하는 제1반사미러;
    상기 제1반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 제1방향의 선편광을 반사하고, 상기 제2방향의 선편광을 투과하는 편광반사미러; 및
    상기 편광반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 편광반사미러를 투과한 광을 상기 편광반사미러로 반사하는 제2반사미러를 포함하고,
    상기 제2반사미러는 상기 편광반사미러를 마주보게 배치된 평판 미러를 포함하는 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 편광기(Linear Polarizer)를 포함하고,
    상기 프리즘 및 전기 편광변환소자는 각각 상기 선형 편광기보다 크기가 작은 차량용 헤드 업 디스플레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프리즘과 상기 전기 편광변환소자는 상기 선형 편광기의 서로 상이한 영역을 마주보는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 선형 편광기는
    상기 프리즘을 마주보는 제1영역; 및
    상기 전기 편광변환소자의 일면을 마주보는 제2영역을 갖는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 프리즘과 상기 전기 편광변환소자는 전, 후 배치된 차량용 헤드 업 디스플레이.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 프리즘은,
    상기 편광반사미러를 향하고, 경사지게 형성된 제1면; 및
    상기 선형 편광기를 마주보는 제2면을 갖는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘 및 전기 편광변환소자는 상기 영상 소스의 광출사면과 상기 편광반사미러의 일면 사이에 배치된 차량용 헤드 업 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광반사미러는, 상기 프리즘 및 전기 편광변환소자의 상측에 위치하고, 상기 제1반사미러의 후방에 배치된 차량용 헤드 업 디스플레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광반사미러는 상기 제1반사미러의 후방에 배치된 와이어 그리드 편광기인 차량용 헤드 업 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광반사미러는 상기 영상소스에서 출사된 선편광이 입사되는 일면이 전방 하측을 향하게 경사 배치되고,
    상기 제2반사미러는 상기 편광반사미러와 동일한 방향으로 경사 배치된 차량용 헤드 업 디스플레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광반사미러는 경사지게 배치되고, 전후방향에 대해 상기 제1반사미러와 상기 제2반사미러 사이에 위치하는 차량용 헤드 업 디스플레이.
  12. 제1방향의 선편광을 출사하는 영상 소스;
    상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 일부를 굴절시키는 프리즘;
    오프시 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 투과하고, 온 시 상기 영상 소스에서 출사된 선편광 중 다른 일부를 상기 제1방향과 직교한 제2방향의 선편광으로 반파장 변환하는 전기 편광변환소자;
    차량의 윈드 쉴드로 광을 반사하는 제1반사미러;
    상기 제1반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 제1방향의 선편광을 반사하고, 상기 제2방향의 선편광을 투과하는 편광반사미러; 및
    상기 편광반사미러와 이격되게 배치되고, 상기 편광반사미러를 투과한 광을 상기 편광반사미러로 반사하는 제2반사미러를 포함하고,
    상기 제2반사미러는 상기 편광반사미러와 동일한 방향으로 경사 배치된 차량용 헤드 업 디스플레이.
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