KR102028462B1 - 고광도 헤드-업 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이스 내부 상단에 구면 반투명경을 구비하고 그 하단에 프로젝터 유닛을 구비하고 상기 프로젝터 유닛 전방에 구면 반사 스크린을 구비하되, 프로젝터 유닛의 투사거리와 구면반사스크린의 초점거리가 일치하게 구성하고 구면 반사스크린 전면에 구면반투명을 구비하되 구면반사경의 반사율은 2% 이상 80% 미만으로 구성하고 구면반사스크린과 구면반투명경의 간격은 구면반투명경의 초점거리 위치에 구비하고, 구면 반투명경 이면에는 외광은 차단하고 내부에서 외부로 보는 시야는 80%이상 투과하는 차단 필름을 결합하여 종래 구조 대비 영상의 밝기를 2배~320배의 밝기로 증대하는 것을 특징으로 하는 고광도 헤드업 디스플레이 장치

Description

고광도 헤드-업 디스플레이 장치{HIGH BRIGHTNESS HEAD-UP DISPLAY DEVICE}

본 발명은 자동차 운전석 전면에 구비되는 헤드-업 디스플레이 영상 장치에 관한 것으로 특히 프로젝터 전면에는 고광도 밝기의 반사형 스크린을 구비하고, 상기 반사형 스크린 이면 또는 차창 윈도우에는 외광을 차단하는 필름을 구비함을 특징으로 하고 있다.

종래 한국 특허 10-1319587 헤드업 디스플레이 장치와 같이 프로젝션 유닛(200)의 영상은 곡면(曲面)으로 구성된 컴바이너(100)에 투사하거나 자동차 전면 윈도우에 잔상을 반사시키는 구조가 있었다.

상기 컴바이너(100)의 구조는 일부는 투과하고 일부는 반사하는 하프밀러 구조이다.

또한 프로젝션 유닛(200)을 프로젝터로 사용하는 종래 제품들은 영상을 상기 일반스크린으로 투사하고 일반스크린에 투사된 영상은 자동차 윈도우에 반사시키는 구조이다.

이러한 상기 기술들은 자동차 윈도우에 반사된 스크린의 영상이 외광에 노출되므로 밝기가 저하 되여 낮에는 거의 사용이 불가능 하다.

대한민국출원번호 10-2007-017456 및 출원번호 10-1990-0013480 등의 공지된 기술 및 10-2008-0001688, 10-1989-0012409, 10-2008-0070015, 10-2006-0040622, 10-2008-0103695 호 등은 주로 모니터의 영상을 단순히 유리윈도우에 반사시켜 그 잔상(殘像)을 관측하는 구조로서 영상 자체가 흐려서 실용화 되지 못하고 있다.

대한민국 출원번호 특허 10-2007-017456 대한민국 출원번호 특허 10-1990-0013480 대한민국 출원번호 특허10-2008-0001688 대한민국 출원번호 특허 10-1989-0012409 대한민국 출원번호 특허10-2008-0070015 대한민국 출원번호 특허 10-2006-0040622 대한민국 출원번호 특허10-2008-0103695

상기와 같은 투명한 유리로 된 윈도우 에 영상을 반사시켜 그 잔상을 시청하는 구조는 낮에 운전 시 햇빛이 윈도우에 직접 조사하거나 외부가 밝을 시 영상 밝기가 저하되어 사실상 사용이 불가능해진다.

도1과 같이 프로젝터 전단에 일반 스크린과 하프밀러 구조의 구면경 구조만으로는 이 역시 밝기가 충분하지 않아 낮에 사용이 불가능 하다.

즉, 일반 반사스크린의 경우 반사율이 높아지면 화면의 일부만 밝게 보이는 핫스팟 현상이 발생하므로 반사율을 2%이상 올릴 수가 없었다. 따라서 본 발명의 가장 큰 기술적 과제는 윈도우 위치로 투사되는 영상이 윈도우로 입사하는 햇빛과 외광으로부터 얼마만큼 투사된 영상의 밝기를 밝게 증대할 수 있는지가 중요한 기술적 과제가 된다.

스크린의 구조를 컨카아브 형태의 곡률을 갖는 구면(球面)반사스크린 구조로 하되 그 구면 곡률을 프로젝터유닛의 투사거리와 구면반사스크린의 초점거리가 동일하게 구성하되 그 표면의 구면 반사 스크린의 표면이 갖는 반사율은 2~80%로 구성한다.

또한 내부에서 외부는 투과하고 외광은 차단하는 차단필름을 본 발명의 적정 위치에 결합 구성한다.

즉, 프로젝터 유닛(1)과 스크린과 반투명경으로 구성하되

상기 구면반사스크린의 형태는 곡률(R)을 갖는 구면 형태로 구성하고,

상기 구면반사스크린(2)의 구성위치는 프로젝터 유닛(1)의 투사거리(D1)와 구면 반사 스크린(2)의 곡률 (R)이 갖는 초점거리의 30%이내의 위치에 구성하고

상기 구면 반사 스크린(2)의 표면반사율은 2%이상 80%미만의 반사면으로 구성하되 색상은 알루미늄, 스테인리스, 니켈과 같은 백색계통의 색상을 갖는 금속 백색 반사면으로 구성한다.

또한 상기 구면반사스크린(2)의 위치는 구면반투명경(3)이 갖는 초점거리 위치에 구비한다.

상기 반사율 2-80%의 구면 반사스크린은 종래 스크린의 1%의 반사율 대비 2-80배의 밝기로 증대하면서 프로젝터 유닛의 투사거리와 구면반사스크린의 초점거리가 일치하여 핫스팟이 없는 균일한 밝기로 영상을 구현한다.

차단필름(4)은 도6과 같이 경사각(∠A)으로 사각 설치 시 설치 각도 기준 하여 외광차단면(X)은 평행이 되고, 경사면은 암색 또는 반사면으로 되어있어 외부로부터 들어오는 외광(c)을 흡수하거나 반사하므로 내부 운전자의 시각(d)은 상기 경사각(∠A)에 의해 평행으로 통과하여 외부를 관측하게 된다.

상기 하프밀러 이면에 구비되는 외광차단 필름은 외부에서 들어오는 빛은 차단하고 내부에서 외부 전경은 투과하므로 종래 대비 4배 이상의 영상 밝기를 증대한다.

따라서 본 발명은 종래 구조 대비 상기 구면반사스크린에서 2-80배. 차단필름에서 4배, 총 8-320배의 고광도 밝기를 실현한다.

도1은 본 발명의 사용시 설명도
도2는 본 발명의 작용설명도
도3은 본 발명의 광학적 구성 설명도
도4는 구면반사스크린의 표면반사율
도5는 구면반사스크린과 구면반사스크린 이면에 결합된 차단필름에 대한 설명도
도6은 별도 구비된 차단필름과 차단필름에 대한 설명도
도7은 차량 윈도우에 부착된 차단 필름에 대한 설명도
도8은 차량에 구비된 망원경 적외선 카메라 및 후방카메라 구성에 대한 설명도
도9는 공심구면계로 구성된 광학적 구성 설명도
도10은 공심구면계 설명도

본 발명은 도1 및 도2와 같이 자동차(7) 대시 보드 상면의 차량 윈도우(8) 전면에 프로젝터 유닛(1)을 구비하고, 그 상단에 일부는 투과하고 일부는 반사하는 구면반투명경(3)을 구비하고, 상기 프로젝터 유닛(1) 전면에는 구면 반사 스크린(2)을 구비한다.

상기와 같은 프로젝터 유닛(1)과 구면 반투명경(3) 및 구면반사스크린(2)은 하나의 케이스 (5)내부에 고정하여 하기와 같이 각 구성간의 간격과 위치를 광학적으로 구성한다.

즉, 도3과 같이 프로젝터 유닛(1)의 투사렌즈부터 구면 반사 스크린(2)이 갖는 투사거리(D1) (이하:D1이라 한다)와 구면 반사스크린(2)의 구면곡률 반경(R1)은 (이하 R1이라 한다) R1=2 X D1으로 구성한다.

또한 구면반사스크린(2)과 구면반투명(3)의 간격 D2(이하D2라 한다)의 구성은 D= R2/2 로 한다.

이와 같은 이유는 구면곡률 (R)이 갖는 초점거리 F=R/2 이므로 구면 반투명경(3)이 갖는 초점 위치에 구면 반사스크린을 구비하고 구면 반사스크린과 프로젝터유닛(1)의 투사거리인 D1을 일치하게 구성한다.

프로젝터 유닛(1)의 투사거리 D1과 구면반사스크린(2)이 갖는 곡률 R1 이 갖는 초점거리가 일치하고 구면반사 스크린(2)과 구면반투명(3)이 갖는 간격은 구면 반투명(3)이 갖는 곡률(R2)의 초점거리와 일치하게 한다.

예를 들면 D1 = 50m/m

R1 = 100m/m

D2 = 120m/m

R2 = 240m/m로 구성 한다.

그러나 상기의 지수는 구면 반사스크린(2)의 반사율이 100%일 경우를 가정한 것이고 구면반사스크린(2)의 반사율이 2% 일때는 프로젝터 유닛(1)의 투사거리 D1과 구면반사스크린(2)의 곡률 R1이 갖는 초점거리가 일치되는 오차범위는 약 30%까지 동일한 효과가 가능하다.

즉, 반사율 2%일 때는 핫스팟 현상이 시각적으로 거슬리지 않으나 구면반사스크린(2)의 반사율이 80% 일 때는 그만큼 정밀해야 핫스팟이 발생하지 않으므로 그 오차범위가 5% 이내야 한다.

따라서 본 발명에서는 상기 프로젝터 유닛(1)의 투사거리 D1과 구면반사스크린(2)의 곡률 R1에 의한 초점거리 오차 범위는 한정하지는 않으나 5-30% 까지로 한다.

이러한 광학적 구조는 프로젝터 유닛(1)에서 구면반사 스크린(2)으로 투사되는 영상은 구면 반사스크린(2)에서 2~80%의 반사율로 반사하되 상기와 같이 높은 반사면임에도 핫 스팟 없이 화면이 균일한 밝기로 매우 밝은 영상이 시청 될 수 있다.

또한 이와 같은 구면 반사 스크린(2)의 영상 위치가 구면반투명경(3)이 갖는 초점거리 위치에 위치하므로 구면 반투명경(3)은 초점거리 위치에 있는 상기 구면반사스크린(2)의 영상만 확대하고 초점거리를 벗어난 위치의 다른 외부 영상은 외부로 확산하므로 영상의 밝기가 증대하게 된다.

이러한 구면반투명경(3)의 반사율과 투과율은 각각 50%:50%를 기준하여 용도에 따라 80% : 20% 또는 20% : 80% 까지 가감 조정하여 구성한다.

이와 같은 성능을 얻기 위해서는 구면반사스크린(2)의 표면반사율의 구성이 매우 중요하게 된다.

즉, 도4와 같이 스크린 재질은 알루미늄, 스테인리스, 실버 등 백색 계통의 재질로 하고 그 표면에 입자도(M)는 60매시에서 6,000매시 사이로 한다.

스크린의 반사율은 표면 경도에 따라 다르나 입자도(M)60~800매시의 반사율은 2-10%이고, 점차 비율대로 높아져 입자도(M) 800-1500매시의 반사율은 10%-40%, 입자도(M) 1,500~6,000매시는 40%-80%의 반사율을 갖게 구성할 수 있다.

상기와 같은 스크린의 표면 입자도는 영상의 해상도에 결정적 작용을 하나 반사율은 표면에 입자도 뿐만 아니라 표면의 반사면, 재질 경도에 따라 달라질 수 있으므로 이를 감안하여 가감 결정한다.

이와 같은 표면의 구성은 여러 재질로 구성 할 수 있다.

예를 들면 알루미늄 호일 표면을 롤러로 압연할 시 롤러에 의해 그 표면의 반사율을 조정할 수 있으며, 스테인리스 등 금속 표면을 재질로 할 시는 상기 입자도(M)에 의한 매시(Mash)로 표면을 부식하는 방법으로 할 수 있다.

스틸, 구리 , 합금을 스크린 표면으로 할 시는 표면 상기 입자도 를 표면 입자도(M) 로 구성하고 그 표면에 크롬, 실버, 니켈 및 기타 백색 계통의 금속 표면 처리한다.

또한 상기 구면반사스크린(2)은 금속을 가압하여 표면의 입자도를 적정한 반사율로 처리 한 다음 그 표면을 아노다이즈처리, 산화처리, 크롬 처리 니켈표면처리 등 화학처리를 하거나 구면형태를 플라스틱으로 사출하고 그 표면을 적정한 반사율이 나오도록 표면처리 한 다음 알루미늄 코팅처리를 하여 구성할 수 있다.

도5 와 같이 구면 반투명경(3) 이면에 구비된 차단 필름(4)의 구조는 운전자(6)가 구면 반투명경(3)을 통하여 외부시야(d)는 80% 이상 투과한다.

즉 차단필름(4) 표면의 프리즘의 각도가 외부시야(d) 방향 대비 평행 방향으로 구비되고 차량의 외부 윈도우를 통해 구면반투명(3)으로 입사하는 외광(c)은 반사면(A)이 구비된 차단필름(4) 표면의 프리즘에 의해 반사되도록 되어 있어서 외광(c)을 차단하게 된다.

상기와 같은 구성은 도1과 같이 반사율 2-80%의 구면 반사 스크린(2)의 구조를 구성 할 시 종래 1%의 반사율을 갖는 스크린 대비 2~ 80배의 밝기로 증대된다.

도1의 구조에 도5와 같은 차단필름(4)을 구면 반투명경(3) 이면에 결합할 시 외광(c)은 차단되고 투과 광량은 80%이므로 영상의 밝기가 외광차단효과로 인해 4배 이상의 밝기로 증대된다.

도1과 같이 2-80%의 반사율을 갖는 구면반사스크린(2)과 외광은 차단하고 내부에서 외부는 50%이상 투과하는 차단 필름(4)이 결합 된 구면 반투명경(3)으로 구성할 시 구면반사스크린(2)에서2- 80배, 구면 반투명경(3)에서 최대 4- 8배 도합 최대 320배의 밝기 증대 효과를 기할 수 있다.

이러한 본 발명의 차단필름(4)은 도5와 같이 구면 반사 스크린(2) 이면에 부착할 수 있다

또한 도6과 같이 차단필름(4)을 별도의 각도 조정 장치에 의해 별도로 구비하여 구면 반사스크린(2)과 외부에서 입사하는 외광 대비 반사각이 맞지 않을 경우 별도로 차단필름(4)의 차단각도를 조정하여 사용할 수 있다.

이러한 본 발명은 도5. 도6과 같이 차단필름(4)이 필요 경사각(∠A)으로 사각 설치시 설치 각도 기준 하여 외광 차단면(X)은 평행이 되고 이 부분은 암색 또는 반사면으로 되어있어 자동차 외부로 들어오는 외광(c)을 흡수하거나 반사하고 내부의 운전자의 시각(d)은 상기 경사각(∠A)에 의해 평행이 되는 운전자의 시각(d)은 그대로 통과하므로 외부를 관측하게 된다.

즉 차단필름(4)의 외광차단면(x)이 필름 수평대비 30도 각도로 형성 되였다면 차단 필름(4)도 30도 각도의 사각으로 설치해야 한다.

이러한 외광차단면(X) 의 형성 두께 또는 면적은 전체 면적대비 20%-50% 미만으로 형성함으로서 상기 경사각(∠A)에 의한 일정 각도로 입사되는 외광은 50-80% 이상 흡수하고 내부에서 외부로 보는 외부 경관의 투과율은 50-80% 이상이 되게 되는 것이다.

이러한 차단필름(4)은 상기와 같이 고정된 경사각(∠A)으로 구성되어야 외광차단면(x)은 흡수되고 운전자의 시각(d)은 통과되므로 차단필름(4)의 경사각(∠A)이 중요하다.

따라서 도6과 같이 구면반투명경(3) 이면에 본 차단필름(4)을 부착하면 구면반투명경(3)의 반사각도와 차단필름(x)의 설치각도가 다를 수 있으므로 이러한 경우를 감안하여 그 이면에 차단필름(4)을 별도 회전하게 하여 차단필름(4)의 설치 각도를 고정할 수 있다.

도 7과 같이 자동차 윈도우(8)는 그 경사각이 일정하므로 본 차단 필름을 본 발명의 이면 부분에 해당되는 자동차 윈도우(8)에 별도 부착 구성 사용할 수 있다

도8 처럼 자동차(7) 내부 운전석 상단에 망원렌즈 또는 적외선 카메라 CCTV 등의 카메라 (10)장치를 부착하고 필요에 따라 선택 관측할 수 있다.

특히, 적외선 카메라 장치는 조명이 없는 야간 운전, 안개 속 운전 등에 매우 효율적이다.

또한 도7 처럼 자동차(7) 후방에 후방카메라(1)를 부착하여 후진 변환 할 시는 자동적으로 후방의 영상이 나타나게 할 수 있다.

이러한 본 발명은 도9와 도10과 같이 구면반사스크린(2)과 구면반투명경(3)을 공심구면(共心球面)으로 구성한다.

공심구면이란 도9와 같이 프로젝터 유닛(1)의 투사렌즈(F) 위치를 기점으로 하여 구면반사스크린(2)의 구면 곡률(R1)과 구면반투명경의 곡률(R2)을 동일한 상기 투사렌즈(F)의 위치를 기축으로 하여 동일한 공동의 공심을 갖는 곡률로 구성하는 것이다.

즉, 도9와 같이 F1과 R1, F2와 R2는 같게 하되 R1, R2의 곡률 중심은 F를 기준으로 하여 공통된 곡률 중심을 갖는 것을 말한다.

이 경우 도9와 같이 구면반사스크린(A)의 직경 (A)와 구면반사스크린(A1)의 직경은 F 점에서 투사되는 프로젝터 유닛(1)의 투사각(a)에 의해 결정한다.

이러한 실시의 예는 도10과 같이 구면반사스크린(2)의 구조를 컨벡스(Convex) 형태로 놓게 되게 구성이 되므로 프로젝터 유닛(1)에서 투사된 스크린영상의 왜곡현상이 없고 핫스팟이 소거됨으로 밝은 영상 구현이 가능하게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명은 구면반사스크린(2)의 사용을 특징으로 하며 구면반사스크린(2)과 차단필름(4)을 복합 구성함을 특징으로 한다.

따라서 이러한 본 발명은 차량의 고광도 헤드-업 디스플레이 구조는 물론 항공기. 선박용의 헤드업 디스플레이로도 사용할 수 있다.

1. 프로젝터 유닛 2. 구면반사 스크린, 3, 구면 반투명경. 4, 차단 필름. 5. 케이스.
6.운전자, 7. 차량. 8.윈도우 D1.투사거리. D2.초점거리 R1. 구면반사스크린의 구면 곡률 R2. 구면 반투명경의 곡률. A.반사면. B. 산란면 M;입자도
c.외광 d. 운전자 외부 투시각 e. 영상

Claims (7)

1. 고광도 헤드 업 디스플레이 장치에 있어서,
   상기 고광도 헤드 업 디스플레이 장치의 구성 요소가 구비되는 케이스(5);와
   상기 케이스(5)의 일단에 제공되는 프로젝터 유닛(1);과
   상기 프로젝터 유닛(1)의 전방에 구비되는 구면 반사 스크린(2); 과
   상기 프로젝터 유닛(1) 위에 구비되는 구면반투명경(3)을 포함하여 구성하되,
   상기 프로젝터 유닛(1)의 투사방향에 구비하는 상기 구면반사스크린(2)의 표면은 크롬, 알루미늄, 스테인리스, 니켈, 실버 중 어느 하나의 소재로 구성하고
   상기 구면반사스크린(2)의 형태는 곡률(R1)을 갖는 구면으로 구성하고
   상기 구면반사스크린(2)의 표면반사율은 2%이상 80%미만으로 구성하고
   상기 구면반사스크린(2)의 위치는 상기 구면 반사 스크린(2)의 곡률(R)이 갖는 초점거리와 상기 프로젝터 유닛(1)의 투사거리가 일치 하는 오차 범위 30% 이내 위치에 구성하는 것을 특징으로 하는 고광도 헤드업 디스플레이 장치
2. 제1항에 있어서
   상기 구면반사스크린(2)의 구면 곡률(R1)과 상기 구면 반투명경(3)의 구면곡률(R2)은 상기 프로젝터 유닛(1)의 위치를 기점으로 하는 공심 구면의 곡률로 구성하는 것이 특징인 고광도 헤드업 디스플레이 장치
   
   
   
   
   
   
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