KR102082897B1 - 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이동체의 허상 제공부에 투영되어 허상을 형성하기 위한 이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치; 및 상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광의 진행 경로에 배치되고, 상기 이미지 광이 입사하여 결상되는 제1 스크린을 포함하는 스크리닝 유닛을 포함하되, 상기 제1 스크린은 상기 제1 스크린의 제1 법선이 상기 이미지 광에 대하여 제1 스크린 각도로 상하방향으로 기울어지도록 배치될 수 있다.

Description

헤드업 디스플레이 장치{HEAD-UP DISPLAY DEVICE}
본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 대한 발명이다.
헤드업 디스플레이는 차량이나 비행기의 전면 유리에 운행 정보가 나타나도록 설계된 장치이다. 초기에는 비행기 조종사의 전방 시야를 확보해 주기 위해 도입되었으나, 최근에는 사고 감소를 위해 차량에도 도입되고 있다.
차량용 헤드업 디스플레이는 내비게이션과 연동하여 다양한 차량 정보(예컨대 경로 변경을 안내하는 화살표 정보, 속도 등을 나타내는 텍스트 정보 등)를 차량의 허상 제공부(윈드 쉴드 또는 컴바이너)의 너머로 증강현실(Augmented Reality)과 같은 허상의 형태로 표시한다. 이 경우, 운전자의 시선은 분산되지 않을 수 있다. 운전자는 차량 정보를 확인하기 위해서, 해당 정보를 제공하는 차량 내부의 별도 공간에 마련된 단말기 방향으로 시선을 옮길 필요가 없으며, 헤드업 디스플레이 영상이 출력된 전방을 바라보면서 주행할 수 있다.
이러한 헤드업 디스플레이 장치는 일반적으로 차량의 클러스터(cluster)에 설치된다. 여기서 클러스터란 계기판과 같은 각종 전자장치가 실장되는 공간을 의미한다. 차량의 클러스터에는 광학계와 PGU(Picture Generation Unit)를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 설치된다. PGU는 운전자에게 제공될 차량 정보를 이미지 광으로 출력한다. 광학계는 이러한 이미지 광이 허상 제공부를 향하도록 이미지 광을 반사, 회절 또는 굴절시킴으로써 운전에 필요한 정보를 허상으로 표시한다.
이러한 헤드업 디스플레이 장치는 PGU에서 생성된 영상과 전방 시야가 합성되는 방법에 따라, 크게 다이렉트 방식(윈드 쉴드에서 합성)과 컴바이너 방식(윈드 쉴드와 별체인 컴바이너에서 합성)의 2가지 종류로 구분될 수 있다. 다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 주로 고급차에 설치되고 있으며, 컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 주로 중소형차에 설치되고 있는 실정이다.
다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 별도의 컴바이너 없이 윈드 쉴드에 의해 직접 헤드업 디스플레이 장치의 영상이 형성되므로, FOV 확보가 용이하다는 장점이 있다. 한편, 컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 윈드 쉴드에 의한 영상의 왜곡이 발생되지 않으므로 차량의 윈드 쉴드에 광학계가 맞춤 설계될 필요가 없다는 장점이 있다. 또한, 컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치에 비하여 설치 공간상의 제약이 덜하기 때문에 시인성을 증가시키기 위하여 미러, 렌즈 등의 크기를 증가시키기가 상대적으로 용이하다는 장점이 있다.
이러한 헤드업 디스플레이는 주행과 관련된 현실(주행 도로, 주변 차량, 신동 장치 등) 물체의 정보를 표현할 수 있는 증강현실 헤드업 디스플레이로의 개발이 진행 되고 있다.
이러한 증강현실 헤드업 디스플레이 장치는 보다 자연스러운 이미지를 구현하기 위해 실제 주행하는 도로와 매치시킬 필요가 있다. 이러한 요구를 해결하기 위하여, 도로와 유사한 형상을 가지는 이미지를 출력하는 방안을 생각해 볼 수 있다. 그러나, 이미지의 형상 자체를 도로와 유사하게 하는 것으로는 실제 주행하는 도로는 원근감을 가지고 운전자에게 인식되지만, 헤드업 디스플레이 장치에 의해 형성되는 이미지는 도로면과 수직한 2차원 평면 상에 놓이므로 사용자는 실제 주행하는 도로와 헤드업 디스플레이 장치의 영상 간에 이질감을 느끼게 된다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 주행 도로와 헤드업 디스플레이 장치의 이미지 간에 매치되는 정도를 향상시킬 수 있는 헤드업 디스플레이 장치을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이동체의 허상 제공부에 투영되어 허상을 형성하기 위한 이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치; 및 상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광의 진행 경로에 배치되고, 상기 이미지 광이 입사하여 결상되는 제1 스크린을 포함하는 스크리닝 유닛을 포함하되, 상기 제1 스크린은 상기 제1 스크린의 제1 법선이 상기 이미지 광에 대하여 제1 스크린 각도로 상하방향으로 기울어지도록 배치되는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고, 상기 제1 스크린은 상기 허상을 형성하기 위한 상기 이미지 광이 입사하는 결상 영역을 포함하고, 상기 제1 스크린은 상기 결상 영역이 상기 투사 렌즈의 심도(Depth of field) 내에 위치하도록 기울어진, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이미지 생성 장치는 레이저를 발산하도록 구성되는 광원을 포함하는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 스크린은, 상기 허상의 상부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 어느 하나로부터 상기 허상 제공부까지 진행하는 이미지 광이 경로가, 상기 허상의 하부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 다른 하나로부터 상기 허상 제공부까지 진행하는 이미지 광이 경로보다 더 길게 형성되도록 기울어져 배치되며, 상기 허상은 상기 허상의 상부가 상기 허상의 하부보다 아이 박스로부터 멀어지도록 기울어져 형성되는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이미지 생성 장치는, 상기 허상의 상부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 상기 어느 하나를 향해 투사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭이, 상기 허상의 하부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 상기 다른 하나를 향해 투사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭보다 더 좁게 되도록 보상된 상기 이미지 광을 방출하는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 스크린을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 스크리닝 유닛은, 상기 제1 스크린을 회전시키기 위한 회전축을 더 포함하고, 상기 제1 스크린은 상기 회전축에 대하여 회전함으로써 상기 제1 스크린 각도가 소정 각도 범위 내에서 조절될 수 있도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 이동체의 상태에 따라 상기 제1 스크린 각도가 증가 또는 감소되도록 상기 제1 스크린의 회전을 제어하는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 회전축은, 상기 제1 스크린의 중심을 지나 좌우 방향으로 연장되는 가상의 회전중심에 대하여 상기 제1 스크린이 회전하도록 배치되는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동체의 상태는 상기 이동체의 기울기를 포함하고, 상기 이동체의 기울기가 변하는 것을 감지하고 상기 이동체의 기울기에 대한 정보를 상기 제어부에 전달하는 상태 감지 센서를 더 포함하되, 상기 이동체의 기울기는, 상기 이동체로부터 도로면에 대하여 수직방향 연장하는 가상의 선과, 상기 이동체로부터 중력방향으로 연장되는 가상의 선 사이의 각도이고, 상기 제어부는 상기 상태 감지 센서를 통해 상기 이동체의 기울기를 파악하여, 상기 이동체의 기울기가 증가하고 있을 때에는 상기 제1 스크린 각도가 감소하도록 상기 제1 스크린을 제어하고 상기 이동체의 기울기가 감소하고 있을 때에는 상기 제1 스크린 각도가 증가하도록 상기 제1 스크린을 제어하는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고, 상기 제1 스크린은 상기 허상을 형성하기 위한 상기 이미지 광이 입사하는 결상 영역을 포함하고, 상기 제1 스크린은 상기 결상 영역이 상기 투사 렌즈의 심도(Depth of field) 내에 위치하는 범위 내에서 회전하는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 스크리닝 유닛은, 상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광의 진행 경로에 배치되고, 상기 이미지 광이 입사하여 결상되며, 회전하지 않도록 고정 설치되는 제2 스크린을 더 포함하되, 상기 제2 스크린은 상기 제2 스크린의 제2 법선이 상기 이미지 광에 대하여 상기 제1 스크린 각도와 상이한 제2 스크린 각도로 상하방향으로 기울어지도록 배치되는, 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 주행 도로와 헤드업 디스플레이 장치에 형성되는 이미지 간에 매치되는 정도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 헤드업 디스플레이 장치의 이미지 광과 윈드 쉴드 외부의 광이 입사하는 것을 개념적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 이미지 생성 장치에서의 이미지 광이 스크리닝 유닛을 통하여 아이 박스로 입사하는 것을 개념적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는 도 3의 이미지 생성 장치로부터 스크리닝 유닛을 향해 방출되는 광의 진행을 개념적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 3의 이미지 생성 장치가 보상된 이미지 광을 방출하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따라, 이미지 생성 장치에서의 이미지 광이 스크리닝 유닛을 통하여 아이 박스로 입사하는 것을 개념적으로 나타낸 측면도이다.
도 7은 이동체가 오르막을 올라갈 때 도 6의 스크리닝 유닛이 제어되는 것을 나타낸 측면도이다.
도 8은 이동체가 내리막을 내려갈 때 도 6의 스크리닝 유닛이 제어되는 것을 나타낸 측면도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따라, 이미지 생성 장치에서의 이미지 광이 스크리닝 유닛을 통하여 아이 박스로 입사하는 것을 개념적으로 나타낸 측면도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 어떤 구성요소에서 다른 구성요소로 광이 진행, 입사함에 있어서, 직접적으로 광이 진행, 입사할 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재하여 광이 진행 과정에서 굴절, 반사, 투과를 거쳐 진행, 입사할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 좌/우측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)의 구성을 설명한다. 헤드업 디스플레이 장치(10)는 자동차 등의 이동체에 설치될 수 있으며, 이동체의 윈드 쉴드(W)와 아이 박스(E) 사이에 구비될 수 있으며, 윈드 쉴드(W)는 자동차 등의 전면부에 설치된 유리창일 수 있다. 여기서, 아이 박스(E)는 사용자의 시점 위치의 허용 범위를 나타내는 영역으로 정의되고, 소정의 범위를 가질 수 있다. 헤드업 디스플레이 장치(10)는 이미지 광을 통하여 허상을 형성하고, 사용자는 헤드업 디스플레이 장치(10)의 허상(I)을 통하여 운전에 필요한 정보를 얻을 수 있다. 이미지 광을 통해 현출되는 허상(I)은 문자, 도형, 기호 등을 포함할 수 있으며, 여러가지 색깔로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 3 내지 도 5를 더 참조하여 헤드업 디스플레이 장치(10)의 구성을 보다 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)는 이미지 생성 장치(100), 스크리닝 유닛(200), 및 거울(300)을 포함할 수 있다.
이미지 생성 장치(100)는 사용자가 볼 수 있는 허상(I)을 형성하기 위하여 소정 방향으로 이미지 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 광학엔진의 역할을 할 수 있다. 이러한 이미지 생성 장치(100)는 이동하지 않도록 이동체에 고정 설치될 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)는 투사(projection) 방식으로 광을 조사하는 투사 광학계로 구성될 수 있다. 이미지 생성 장치(100)가 투사 광학계일 경우, 이미지 광이 방출되는 각도를 조절하기에 유리하여 아이 박스(E)의 크기를 쉽게 조절할 수 있고, 높은 밝기의 이미지 광을 구현하기가 유리하며, 이미지 광에 의해 형성되는 허상(I)의 크기를 조절하기가 용이하다.
이미지 생성 장치(100)는 스크리닝 유닛(200)을 향해 이미지 광을 방출할 수 있으며, 이러한 이미지 광이 방출되는 방향은 허상 제공부(10)를 향하는 방향일 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)는 스크리닝 유닛(200)로부터 아이 박스(E) 측으로 이격되어 배치될 수 있다.
이러한 이미지 생성 장치(100)는 광을 발산하도록 구성되는 광원(110), 및 이러한 광원(110)의 광이 투과되는 투사 렌즈(120)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 이미지 생성 장치(100)가 이미지 광을 발생시키기 위한 광을 발산하는 장치일 수 있다. 광원(110)에서 발생되는 광은 영상 또는 광선일 수 있다. 또한, 광원(110)은 레이저를 발산하도록 구성될 수 있다. 레이저는 LED 램프 등의 다른 광원보다 상대적으로 작은 발광 면적 및 발산각을 가지면서도 다른 광원보다 상대적으로 높은 밝기를 가진다.
투사 렌즈(120)는 광원(110)에서 발산된 광을 소정 영역에 집중시키는 역할을 수행한다. 이러한 투사 렌즈(120)는 단일 렌즈로 구성될 수 있으나, 광의 진행 경로를 따라 배치되는 복수 개의 렌즈의 조합으로 구성될 수도 있다.
이러한 투사 렌즈(120)는 소정의 심도(Depth of field, d)를 가질 수 있다. 여기서, 심도(d)는, 이미지 광의 상이 소정의 지점에서 결상됨에 있어서 상이 선명하게 보일 수 있는 결상 지점의 범위로 정의될 수 있다. 이러한 심도(d)는 최적 초점(M)보다 투사 렌즈 측에 가까이 결상될 때의 상이 선명하게 보일 수 있는 결상 지점의 범위인 후방 심도(d1); 및 최적 초점(M)보다 투사 렌즈 측에 먼 측에 결상될 때의 상이 선명하게 보일 수 있는 결상 지점의 범위인 전방 심도(d2)를 아우르는 개념이다.
앞서 서술한 것과 같이 광원(110)이 레이저를 발산하도록 구성될 경우, 투사 렌즈(120)의 심도(d)가 커지더라도 이미지 생성 장치(100)에서 방출되는 이미지 광의 해상도가 낮아지는 것이 방지될 수 있다. 다시 말해, 광원(110)이 레이저를 발산하도록 구성됨으로써, 높은 심도(d)를 가지면서도 높은 해상도를 가질 수 있게 된다.
한편, 이미지 생성 장치(100)는 상기의 구성 이외에도 조명장치, 내부 이미지 표시 장치로 사용되는 LCD 패널(미도시) 등을 포함할 수도 있다. 이미지 표시 장치는 후술할 제어부(400) 등으로부터 이미지를 입력 받아 표시할 수 있으며, 이미지 표시 장치에 입력되는 이미지는 이미지 생성 장치(100)의 투사 렌즈(120)에서 출력될 이미지 광이 상하 반전된 형태일 수 있다.
스크리닝 유닛(200)은 이미지 광을 결상할 수 있다. 스크리닝 유닛(200)은 이미지 생성 장치(100)로부터 방출된 이미지 광이 허상 제공부(10)로 향하는 진행 경로에 배치될 수 있다. 또한 스크리닝 유닛(200)은 입사한 이미지 광을 투과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스크리닝 유닛(200)에서 결상된 이미지 광은 거울(300), 렌즈(미도시) 등의 다른 구성을 거쳐 허상 제공부(10)를 향해 진행할 수 있다.
스크리닝 유닛(200)은 제1 스크린(210)을 포함할 수 있다. 제1 스크린(210)은 이미지 광이 입사하는 입사면을 가지는 패널 형상을 가질 수 있다. 제1 스크린(210)은 이미지 생성 장치(100)에서 방출된 이미지 광이 허상 제공부(10)를 향하는 진행 경로에 배치되고, 이미지 광의 적어도 일부는 제1 스크린(210)에서 결상될 수 있다.
이러한 제1 스크린(210)은 제1 스크린(210)으로 입사하는 이미지 광에 대하여 제1 스크린(210)의 법선(제1 법선(a1))이 제1 스크린 각도(θ1)로 상하방향으로 기울어지도록 배치될 수 있다. 도 3에서와 같이 이동체의 우측에서 보았을 때 제1 스크린(210)은 입사하는 이미지 광에 대하여 제1 스크린 각도(θ1)로 기울어져 배치될 수 있다. 제1 스크린 각도(θ1)가 클수록 허상(I)은 도로면과 매치되도록 더 기울어질 수 있다. 예를 들어, 이러한 제1 스크린 각도(θ1)는 투사렌즈(120)의 심도(d)와 후술할 결상 영역(e)의 크기, 및 회전축(212) 위치의 관계로 정해질 수 있다. 회전축(212)이 투사렌즈(120) 심도(d)의 중앙에 위치할 때 제1 스크린 각도(θ1)는
Figure 112018113927466-pat00001
이하의 값을 가질 수 있다.
제1 스크린(210)이 기울어져 배치되므로, 제1 스크린(210)의 상부 및 제1 스크린(210)의 하부로부터 허상 제공부(10)(또는 아이 박스(E))을 향해 진행하는 각각의 이미지 광의 경로의 길이가 상이할 수 있다. 또한, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)에서는 허상(I)의 상부를 형성하기 위한 이미지 광이 출사되고, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)에서는 허상(I)의 하부를 형성하기 위한 이미지 광이 출사될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서와 같이 이동체의 우측에서 보았을 때 제1 스크린(210)의 상부를 투과한 이미지 광이 허상 제공부(10)를 투과하여 허상의 상부를 형성할 수 있고, 제1 스크린(210)의 하부를 투과한 이미지 광이 허상 제공부(10)를 투과하여 허상의 하부를 형성할 수 있다.
또한, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)로부터 허상 제공부(10)까지의 이미지 광의 경로는, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)로부터 허상 제공부(10)까지의 이미지 광의 경로보다 더 길게 형성될 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)로부터 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)까지의 이미지 광의 경로는, 이미지 생성 장치(100)로부터 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)까지의 이미지 광의 경로보다 더 짧게 형성될 수 있다. 바로 앞에 서술한 예시와 같이 제1 스크린(210)의 상부가 허상의 상부를 형성하고 이를 이동체의 우측에서 보았을 때[도 3], 제1 스크린(210)은 상부일수록 허상 제공부(10)까지의 이미지 광의 경로가 더 길어지고 이미지 생성 장치(100)로부터의 이미지 광의 경로가 더 짧아지도록 기울어질 수 있다. 또한, 이 경우 허상(I)은 상부가 하부보다 아이 박스(E)로부터 멀어지도록 도로면을 향해 기울어져 형성되어 도로면에 더 매치될 수 있도록 형성될 수 있다.
이러한 제1 스크린(210)은 허상(I)을 형성하기 위한 이미지 광이 입사하는 결상 영역(e)을 포함할 수 있다[도 4]. 또한, 제1 스크린(210)은 적어도 결상 영역(e)이 투사 렌즈(120)의 심도(d) 내에 위치하는 범위 내에서 기울어져 배치될 수 있다. 따라서 제1 스크린(210)의 상단부와 제2 스크린(220)의 하단부는 모두 심도(d) 내에 위치할 수 있다.
한편, 제1 스크린(210)이 기울어진 경우 제1 스크린(210)에 결상되는 이미지의 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서, 이미지 생성 장치(100)는 이러한 이미지의 왜곡을 방지하기 위하여 보상된 이미지 광을 방출할 수 있다.
도 5를 참조하면, 앞서 서술한 것과 같이 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)에서는 허상(I)의 상부를 형성하기 위한 이미지 광이 출사되고, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)에서는 허상(I)의 하부를 형성하기 위한 이미지 광이 출사될 경우, 이미지 생성 장치(100)로부터 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나까지의 이미지 광의 경로가, 이미지 생성 장치(100)로부터 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나까지의 이미지 광의 경로보다 더 길게 형성될 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)에서 방출된 이미지 광은 스크리닝 유닛(200)으로 진행할수록 더 넓은 면적으로 퍼지게 되므로, 이미지 생성 장치(100)에서 출력되는 이미지 광의 보상이 없다면, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)로 입사하는 이미지 광은 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)로 입사하는 이미지 광보다 더 넓게 퍼지게 된다. 이 경우, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)에서 결상된 이미지의 좌우 방향의 폭이 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)에서 결상된 이미지의 좌우 방향의 폭보다 더 넓게 형성되어 이미지가 왜곡될 수 있다.
따라서, 이미지 생성 장치(100)는 이러한 이미지의 왜곡이 발생하지 않도록, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)를 향해 방출하는 이미지 광의 단면(f1)의 좌우 방향 폭(w1)이, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)를 향해 방출하는 이미지 광의 단면(f1)의 좌우 방향 폭(w2)보다 더 넓게 되도록, 보상된 이미지 광을 방출할 수 있다. 이러한 보상된 이미지 광의 방출로 인해 제1 스크린(210)에서 결상되는 이미지의 단면(f2)이 왜곡되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 이러한 보상된 이미지 광은, 제어부(400)가 보상된 이미지 정보를 이미지 생성 장치(100)의 이미지 표시 장치(예를 들어, LCD 패널)에 전달하고, 이미지 표시 장치가 보상된 이미지를 출력함으로써 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 스크린(210)에서 결상되는 이미지의 단면(f2)을 직사각형의 형상으로 형성하고자 할 할 경우, 이미지 생성 장치(100)에서 방출되는 이미지 광의 단면(f1)은 상부의 폭(w1)이 하부의 폭(w2)보다 넓은 사다리꼴 형상을 가질 수 있다[도 6]. 투사 렌즈(120)에서 방출되는 이미지 광은 스크리닝 유닛(200)으로 진행할수록 더 넓은 면적으로 퍼지게 되고, 제1 스크린(210)의 상측이 이미지 생성 장치(100)를 향하도록 제1 스크린(210)이 상하 방향으로 기울어진 경우, 투사 렌즈(120)의 하부로부터 방출된 이미지 광은 투사 렌즈(120)의 상부로부터 방출된 이미지 광보다 더 넓게 퍼지므로, 제1 스크린(210)에서 직사각형의 형상으로 결상될 수 있다.
한편, 이미지 표시 장치에 입력되는 이미지와 투사 렌즈(120)에서 출력될 이미지 광이 서로 상하 반전되도록 이미지 생성 장치(100)가 구성될 경우, 제어부(400)는 이미지 생성 장치(100)의 이미지 표시 장치에 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁은 이미지를 입력할 수 있다.
한편, 이미지 생성 장치(100)에서 출력되는 이미지 광이 보상된 정도는 제어부(400)에 의해 조절될 수도 있다.
거울(300)은 스크리닝 유닛(200)에서 결상된 이미지 광을 반사시킬 수 있다. 거울(300)은 스크리닝 유닛(200)으로부터 출사되는 이미지 광이 입사될 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 또한, 거울(300)은 입사하는 이미지 광을 허상 제공부(10)로 반사시키도록 구성될 수 있다. 거울(300)은 허상 제공부(10)에서 야기될 수 있는 영상의 왜곡을 보상할 수 있다. 또한, 거울(300)은 허상(I)의 크기를 결정하는 광학계의 역할을 할 수 있다.
제어부(400)는 이미지 생성 장치(100)에 이미지에 대한 정보를 전달할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 보상된 이미지에 대한 정보를 이미지 생성 장치(100)에 전달하고, 이미지 생성 장치(100)는 제어부(400)로부터 전달받은 이미지에 대한 정보에 기초하여 보상된 이미지를 출력함으로써, 이미지 생성 장치(100)는 보상된 광을 방출할 수 있다. 다시 말해, 이미지 생성 장치(100)가 출력하는 이미지 광은 제어부(400)가 이미지 생성 장치(100)에 전달하는 이미지에 대한 정보에 의해 결정될 수 있다.
본 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)는 허상(I)은 상부가 하부보다 아이 박스(E)로부터 멀어지도록 기울어져 형성되어 도로면에 더 매치되므로, 허상의 시인성이 더 향상될 수 있다.
한편, 이러한 구성 이외에도, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 헤드업 디스플레이 장치(10)는 제1 스크린(210)의 제1 스크린 각도(θ1)가 조절 가능하게 구성될 수도 있다. 이하, 도 6 내지 도 8을 더 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예는 상술한 실시예와 비교하였을 때의 거울(300)을 제외한 나머지 구성에 차이가 있으므로, 차이를 위주로 설명하며 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예를 원용한다.
도 6 내지 도 8을 더 참조하면, 스크리닝 유닛(200)은 제1 스크린(210)을 회전시키기 위한 회전축(212), 및 회전 동력을 제공하는 액츄에이터(M)를 더 포함할 수 있다. 이러한 회전축(212)은 측면에서 보았을 때 제1 스크린(210)이 중심부에 대하여 회전하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 회전축(212)에 의해 형성되어 좌우 방향으로 연장되는 가상의 회전중심은 제1 스크린(210)의 상하방향에 있어서의 중심을 지나도록 형성될 수 있다. 액츄에이터(M)는 제1 스크린(210)이 회전되기 위한 동력을 제공할 수 있다. 일 예로 액츄에이터(M)는 전기모터일 수 있다.
한편, 제 2 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)는 차량(2)의 상태를 감지하기 위한 상태 감지 센서(500)를 더 포함할 수 있다.
상태 감지 센서(500)는 이동체의 기울기(c)가 변하는 것을 감지하고 이동체의 기울기에 대한 정보를 제어부(400)에 전달할 수 있다. 여기서 이동체의 기울기(c)는 이동체(1)로부터 도로면에 대하여 수직방향 연장하는 가상의 선과, 이동체(1)로부터 중력방향으로 연장되는 가상의 선 사이의 각도(c)이고, 이동체(1)로부터 도로면에 대하여 수직방향 연장하는 가상의 선의 하단부가 전방측을 향하여 기울어질수록 이동체의 기울기(c)는 커지도록 정의된다. 따라서, 이동체(1)가 수평면과 나란한 길을 주행하면 이동체의 기울기(c)는 0°이고, 이동체(1)가 오르막 길을 주행하면 이동체의 기울기(c)는 양의 값을 가지며, 이동체(1)가 내리막 길을 주행하면 이동체의 기울기(c)는 음의 값을 가진다.
제어부(400)는 상태 감지 센서(500)를 통해 이동체(1)의 상태(예를 들어 이동체의 기울기)를 파악하고, 이를 기초로 제1 스크린(210)을 회전시킴으로써 제1 스크린 각도(θ1)를 조절할 수 있다. 또한, 제1 스크린(210)은 제1 스크린 각도(θ1)가
Figure 112018113927466-pat00002
이하인 범위에서 회전할 수 있다.
예를 들어, 이동체(1)가 오르막 길을 오르기 시작하여 이동체의 기울기(c)가 증가하고 있을 때에는 운전자의 시야에서 도로가 아이 박스(E)에 가까워지도록 기울어져 보이므로, 제어부(400)는 제1 스크린 각도(θ1)가 감소하도록 제1 스크린(210)을 제어할 수 있다. 따라서, 허상(I)의 기울기는 제1 스크린 각도(θ1)가 작아지기 전에 비하여 허상(I)의 상부가 아이 박스(E) 측에 가까워지도록 변하게 된다.
반대의 예시로, 이동체(1)가 내리막 길을 내려오기 시작하여 이동체의 기울기(c)가 감소하고 있을 때에는 운전자의 시야에서 도로가 아이 박스(E)에 멀어지도록 기울어져 보이므로, 제어부(400)는 제1 스크린 각도(θ1)가 증가하도록 제1 스크린(210)의 회전을 제어할 수 있다. 따라서, 허상(I)의 기울기는 제1 스크린 각도(θ1)가 커지기 전에 비하여 허상(I)의 상부가 아이 박스(E) 측으로부터 멀어지도록 변하게 된다.
또한, 제어부(400)는 제1 스크린(210)이 회전되는 정도에 따라 이미지 생성 장치(100)에서 출력되는 이미지 광이 보상되는 정도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(400)는 이동체(1)가 오르막 길을 오르기 시작하여 이동체의 기울기(c)가 증가하고 있어서 제1 스크린 각도(θ1)를 감소시킬 때에는 이미지 생성 장치(100)에서 출력되는 이미지 광이 보상되는 정도를 감소시킬 수 있다. 다시 말해, 제어부(400)가 이미지 생성 장치(100)에서 방출되는 이미지 광의 보상 정도를 제어함으로써, 제1 스크린 각도(θ1)가 작아지기 전에 비하여 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나에 입사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭이, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나에 입사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭보다 덜 넓게 될 수 있다. 따라서, 제1 스크린 각도(θ1)를 감소시킬 때에는, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)를 향해 방출하는 이미지 광의 단면(f1)의 좌우 방향 폭(w2)에 대한 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)를 향해 방출하는 이미지 광의 단면(f1)의 좌우 방향 폭(w1)의 비율이 작아질 수 있다.
반대의 예시로, 제어부(400)는 이동체(1)가 내리막 길을 내려오기 시작하여 이동체의 기울기(c)가 감소하고 있어서 제1 스크린 각도(θ1)를 증가시킬 때에는 이미지 생성 장치(100)에서 출력되는 이미지 광이 보상되는 정도를 증가시킬 수 있다. 다시 말해, 제어부(400)가 이미지 생성 장치(100)에서 방출되는 이미지 광의 보상 정도를 제어함으로써, 제1 스크린 각도(θ1)가 커지기 전에 비하여 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나에 입사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭이, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나에 입사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭보다 더욱 넓게 될 수 있다. 따라서, 제1 스크린 각도(θ1)를 증가시킬 때에는, 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 다른 하나(예를 들어, 하부)를 향해 방출하는 이미지 광의 단면(f1)의 좌우 방향 폭(w2)에 대한 제1 스크린(210)의 상부 및 하부 중 어느 하나(예를 들어, 상부)를 향해 방출하는 이미지 광의 단면(f1)의 좌우 방향 폭(w1)의 비율이 커질 수 있다.
한편, 이처럼 제1 스크린(210)이 회전 가능하게 구성될 때에도 적어도 결상 영역(e)이 투사 렌즈(120)의 심도 내에 위치하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 제1 스크린(210)은 결상 영역(e)이 심도 밖으로 벗어나지 않는 범위 내에서 회전하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 이동체(1)가 오르막을 올라가거나 내리막을 내려가서 아이 박스(E)에 보이는 도로면의 기울기가 변할 때에도 변화하는 도로면의 기울기에 맞게 허상의 기울기도 함께 변화시킬 수 있다.
한편, 이러한 구성 이외에도, 본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 헤드업 디스플레이 장치(10)의 스크리닝 유닛(200)은 제1 스크린(210)과 다른 기울기를 가지는 스크린을 더 포함할 수 있다. 이하, 도 9를 더 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다. 제 3 실시예는 상술한 실시예와 비교하였을 때의 스크리닝 유닛(200)에 차이가 있으므로, 차이를 위주로 설명하며 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예를 원용한다.
스크리닝 유닛(200)은 제1 스크린(210)과 다른 기울기를 가지는 제2 스크린(220)을 더 포함할 수 있다. 제2 스크린(220)은 이미지 광이 입사하는 입사면을 가지는 패널 형상을 가질 수 있다. 제2 스크린(220)은 이미지 생성 장치(100)에서 방출된 이미지 광이 허상 제공부(10)를 향하는 진행 경로에 배치되고, 이미지 광의 적어도 일부는 제2 스크린(220)에서 결상될 수 있다.
이러한 제2 스크린(220)은 제2 스크린(220)으로 입사하는 이미지 광에 대하여 제1 스크린 각도(θ1)와 상이한 각도인 제2 스크린(220)의 법선(제2 법선(a2))이 제2 스크린 각도(θ2)로 기울어져 형성될 수 있다.
도 9에서와 같이 이동체의 우측에서 보았을 때 제2 스크린(220)은 제1 스크린 각도(θ1)와 상이한 각도인 제2 스크린 각도(θ2)로 기울어져 배치될 수 있다. 제2 스크린 각도(θ2)가 작을수록 허상(I)은 도로면에 대하여 수직으로 세워질 수 있다. 예를 들어, 이러한 제2 스크린 각도(θ2)는 대략 0°일 수 있고, 이 경우 이미지 생성 장치(100)에서 방출된 이미지 광은 제2 스크린(220)을 향해 수직으로 입사할 수 있다.
이러한 제2 스크린(220)은 제1 스크린(210)과 달리 회전되지 않게끔, 고정 설치될 수 있다. 다시 말해, 스크리닝 유닛(200)은 회전 가능하게 구성되어 도로면과 매치되는 정도가 조절 가능한 제1 스크린(210)과, 회전되지 않고 고정 설치된 제2 스크린(220)을 모두 포함할 수 있다. 따라서, 헤드업 디스플레이 장치(10)는 도로면에 대해 어느 소정 각도로 기울어진 허상(I1), 및 도로면에 대해 다른 소정 각도로 기울어진 허상(I2)을 하나의 허상(I)으로 구현할 수 있다. 또한, 다른 소정 각도로 기울어진 허상(I2)은 도로면에 대하여 수직하게 형성될 수 있다.
또한, 제2 스크린(220)은 제1 스크린(210)의 하측에 배치될 수 있다. 이미지 생성 장치(100)는 제1 스크린(210)에서 결상되는 이미지 광이 주로 이미지, 영상 등의 그래픽 정보를 표시하고, 제2 스크린(220)에서 결상되는 이미지 광이 주로 숫자, 문자 등의 텍스트 정보를 표시하도록 이미지 광을 방출할 수 있다. 또한, 제2 스크린(220)의 상하방향의 길이는 제1 스크린(210)의 상하항향의 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다.
한편, 제1 스크린(210)과 제2 스크린(220)은 서로 분리되어 설치될 수 있다. 따라서, 제2 스크린(220)이 회전하지 않는 고정형으로 설치되더라도, 제1 스크린(210)은 회전 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 이상의 실시예에서는 회전축(212)이 제1 스크린(210)의 상하방향에 있어서의 중심을 지나는 것으로 서술하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 회전축(212)의 위치는 변형될 수 있다. 예를 들어, 회전축(212)은, 회전축(212)에 의해 형성되어 좌우 방향으로 연장되는 가상의 회전중심이 제1 스크린(210)의 하단부를 지나도록 구성될 수도 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 이동체 10: 허상 제공부
100: 이미지 생성 장치 110: 광원
120: 투사 광학계 200: 스크리닝 유닛
210: 제1 스크린 212: 회전축
220: 제2 스크린 300: 거울
400: 제어부 500: 상태 감지 센서

Claims (10)

  1. 이동체의 허상 제공부에 투영되어 허상을 형성하기 위한 이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치;
    상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광의 진행 경로에 배치되고, 상기 이미지 광이 입사하여 결상되며, 회전 가능하게 구성된 제1 스크린을 포함하는 스크리닝 유닛; 및
    제어부를 포함하고,
    상기 제1 스크린은 상기 제1 스크린의 제1 법선이 상기 이미지 광에 대하여 제1 스크린 각도로 상하방향으로 기울어지도록 배치되고, 회전함으로써 상기 제1 스크린 각도가 조절되도록 구성되며,
    상기 제어부는 상기 이동체의 기울기에 기초하여 상기 제1 스크린 각도가 증가 또는 감소되도록 상기 제1 스크린의 회전을 제어함으로써 상기 허상 제공부에 의해 형성되는 허상의 기울기를 조절하는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 스크린은 상기 허상을 형성하기 위한 상기 이미지 광이 입사하는 결상 영역을 포함하고,
    상기 제1 스크린은 상기 결상 영역이 상기 투사 렌즈의 심도(Depth of field) 내에 위치하도록 기울어진,
    헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 생성 장치는 레이저를 발산하도록 구성되는 광원을 포함하는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스크린은,
    상기 허상의 상부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 어느 하나로부터 상기 허상 제공부까지 진행하는 이미지 광의 경로가, 상기 허상의 하부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 다른 하나로부터 상기 허상 제공부까지 진행하는 이미지 광의 경로보다 더 길게 형성되도록 기울어져 배치되며,
    상기 허상은 상기 허상의 상부가 상기 허상의 하부보다 아이 박스로부터 멀어지도록 기울어져 형성되는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이미지 생성 장치는,
    상기 허상의 상부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 상기 어느 하나를 향해 투사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭이, 상기 허상의 하부를 형성하기 위하여 상기 제1 스크린의 상부 및 하부 중 상기 다른 하나를 향해 투사하는 이미지 광의 좌우 방향 폭보다 더 좁게 되도록 보상된 상기 이미지 광을 방출하는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크리닝 유닛은, 상기 제1 스크린을 회전시키기 위한 회전축을 더 포함하고,
    상기 제1 스크린은 상기 회전축에 대하여 회전함으로써 상기 제1 스크린 각도가 소정 각도 범위 내에서 조절될 수 있도록 구성되는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전축은,
    상기 제1 스크린의 중심을 지나 좌우 방향으로 연장되는 가상의 회전중심에 대하여 상기 제1 스크린이 회전하도록 배치되는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 이동체의 기울기가 변하는 것을 감지하고 상기 이동체의 기울기에 대한 정보를 상기 제어부에 전달하는 상태 감지 센서를 더 포함하되, 상기 이동체의 기울기는, 상기 이동체로부터 도로면에 대하여 수직방향 연장하는 가상의 선과, 상기 이동체로부터 중력방향으로 연장되는 가상의 선 사이의 각도이고,
    상기 제어부는 상기 상태 감지 센서를 통해 상기 이동체의 기울기를 파악하여, 상기 이동체의 기울기가 증가하고 있을 때에는 상기 제1 스크린 각도가 감소하도록 상기 제1 스크린을 제어하고 상기 이동체의 기울기가 감소하고 있을 때에는 상기 제1 스크린 각도가 증가하도록 상기 제1 스크린을 제어하는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 스크린은 상기 허상을 형성하기 위한 상기 이미지 광이 입사하는 결상 영역을 포함하고,
    상기 제1 스크린은 상기 결상 영역이 상기 투사 렌즈의 심도(Depth of field) 내에 위치하는 범위 내에서 회전하는,
    헤드업 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크리닝 유닛은,
    상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광의 진행 경로에 배치되고, 상기 이미지 광이 입사하여 결상되며, 회전하지 않도록 고정 설치되는 제2 스크린을 더 포함하되, 상기 제2 스크린은 상기 제2 스크린의 제2 법선이 상기 이미지 광에 대하여 상기 제1 스크린 각도와 상이한 제2 스크린 각도로 상하방향으로 기울어지도록 배치되는,
    헤드업 디스플레이 장치.
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