KR102359682B1 - 다중 영상 평면을 이용하여 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현하는 3차원 헤드업 디스플레이 및 이를 이용한 정보 표시 방법 - Google Patents

다중 영상 평면을 이용하여 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현하는 3차원 헤드업 디스플레이 및 이를 이용한 정보 표시 방법 Download PDF

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Abstract

다중 영상 평면을 이용하여 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현하는 3차원 헤드업 디스플레이 및 이를 이용한 정보 표시 방법이 개시된다. 차량용 3차원 헤드업 디스플레이는, 광원의 역할을 하는 복수의 디스플레이 장치; 및 상기 광원의 빛을 운전석 쪽으로 반사시킴과 동시에 차량의 외부 빛을 투과시키는 컴바이너를 포함하고, 상기 광원의 빛에 의한 영상을 3차원 시점(perspective)으로 표현하기 위한 가상의 영상 평면으로서 상기 차량의 전방 지면과 대응되는 시야 공간에 위치하는 제1 영상 평면, 및 상기 제1 영상 평면과 다른 시야 공간에 위치하는 적어도 하나의 제2 영상 평면을 생성할 수 있다.

Description

다중 영상 평면을 이용하여 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현하는 3차원 헤드업 디스플레이 및 이를 이용한 정보 표시 방법{3D HEAD-UP DISPAY FOR AUGMENTED REALITY IN EXTENDED DRIVER VIEW USING MULTIPLE IMAGE PLANES AND INFORMATION DISPLAY METHOD USING THE SAME}
아래의 설명은 3차원 헤드업 디스플레이(Head-Up Display) 및 이를 이용한 정보 표시 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 헤드업 디스플레이 장치의 정보 확인을 위한 초점 조절을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 차량용 헤드업 디스플레이(Head-Up Display, HUD) 장치는 디스플레이(10)로부터 차량의 현재 속도, 연료 잔량, 내비게이션(Navigation) 길 안내 정보 등의 영상을 송출하여 광학계(11, 12)를 통해 운전자의 바로 앞 윈드실드(Wind Shield, 13)에 그래픽 이미지(14)로 투영함으로써 운전자가 불필요하게 시선을 다른 곳으로 옮기는 것을 최소화시켜 주는 차량 디스플레이 장치이다. 여기서, 광학계(11, 12)는 디스플레이(10)로부터 송출된 영상의 광 경로를 변경하기 위해 복수의 미러로 이루어질 수 있다. 이와 같은 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 운전자의 즉각적인 반응을 유도함과 동시에 편의성을 제공하는 장점이 있다.
일반적인 차량용 헤드업 디스플레이(HUD) 장치에서 영상은 사용자의 전방 약 2~3 m에 고정되어 위치한다. 반면, 운전 시 운전자의 주시 거리는 근거리~약 300m이다. 이에 따라 운전자는 원거리를 주시하면서 운전하고, 운전 중 헤드업 디스플레이(HUD) 장치의 정보를 확인하기 위해서는 눈의 초점을 큰 폭으로 조정해야 하는 불편함이 존재한다. 즉, 주된 시야가 위치하는 원거리와 영상이 맺힌 ~3m 사이에서 운전자의 반복적인 초점 조절이 이루어진다.
따라서, 운전 중 주시하고 있는 시점에서 눈의 초점의 변화 없이 운전자가 원하는 정보를 획득할 수 있도록 운전 환경에 증강현실을 구현하여 영상 표현 거리의 제약이 없는 3차원 헤드업 디스플레이(3D Head-Up Display) 장치의 개발이 요구된다.
예컨대, 한국등록특허 10-1409846호는 3차원 증강현실 기반 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 3차원 이미지로 증강된 이미지 정보를 실제 거리정보를 기반으로 입체적으로 표시함으로써 운전자에게 사실적인 정보를 제공할 수 있는 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국등록특허 10-1409846호(등록일 2014년 06월 13일)
가상의 다중 영상 평면을 이용하여 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현할 수 있는 3차원 헤드업 디스플레이를 제공한다.
영상의 위치를 지면과 대응시키는 제1 영상 평면 및 제1 영상 평면과 다른 적어도 하나의 제2 영상 평면을 통해 전체 운전시야 내의 공간 상에 정보를 표시할 수 있는 3차원 헤드업 디스플레이를 제공한다.
차량용 3차원 헤드업 디스플레이에 있어서, 광원의 역할을 하는 복수의 디스플레이 장치; 및 상기 광원의 빛을 운전석 쪽으로 반사시킴과 동시에 차량의 외부 빛을 투과시키는 컴바이너를 포함하고, 상기 광원의 빛에 의한 영상을 3차원 시점(perspective)의 허상으로 표현하기 위한 가상의 영상 평면으로서 상기 차량의 전방 지면과 대응되는 시야 공간에 위치하는 제1 영상 평면, 및 상기 제1 영상 평면과 다른 시야 공간에 위치하는 적어도 하나의 제2 영상 평면을 생성하고, 상기 디스플레이 장치에 대응되는 디스플레이 평면과 상기 컴바이너에 대응되는 컴바이너 평면 및 상기 영상 평면 사이의 이미징 조건(imaging condition)을 기반으로 상기 영상 평면이 생성되고, 상기 이미징 조건은 상기 디스플레이 장치에서 방출된 빛이 상기 컴바이너에 의해 상기 영상 평면으로 수렴되는 렌즈 공식(lens formula)에 해당되고, 상기 이미징 조건 하에 상기 영상 평면에서 상기 컴바이너의 광학적 중심까지의 높이 값, 상기 영상 평면을 기준으로 한 상기 디스플레이 평면의 각도와 상기 컴바이너 평면의 각도, 상기 디스플레이 평면과 상기 컴바이너 평면의 각도에 기초하여 상기 디스플레이 장치와 상기 컴바이너 간 이격 거리가 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이를 제공한다.
일 측면에 따르면, 상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면은 상기 차량의 전방 지면과 평행인 횡적 영상 평면(horizontal image plane)으로서 구성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제1 영상 평면은 상기 차량의 전방 지면과 평행인 횡적 영상 평면으로서 구성되고, 상기 제2 영상 평면은 상기 제1 영상 평면과 평행하지 않고 일정 각도를 가진 평면으로 구성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 컴바이너 평면과 수직이면서 상기 컴바이너의 광학적 중심을 지나는 직선을 기준으로 상기 디스플레이 평면에 대한 방향 각도와 상기 영상 평면에 대한 방향 각도가 일치하는 위치에서 상기 영상 평면의 시작 위치와 크기가 결정될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 방향 각도, 상기 영상 평면을 기준으로 상기 디스플레이 평면의 각도, 상기 디스플레이 평면과 상기 컴바이너 평면의 각도, 상기 영상 평면으로부터 상기 컴바이너의 광학적 중심까지의 높이 중 적어도 하나에 의해 상기 영상 평면의 시작 위치와 크기가 조절될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 컴바이너의 위치는 요구되는 아이박스(Eye-box)의 위치에 따른 오프셋을 포함하는 높이로 결정될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면 중 어느 하나의 영상 평면을 선택하여 정보를 표시하기 위한 프로세서를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 프로세서는, 표시하고자 하는 정보의 유형을 판단하는 과정; 및 상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면 중 상기 판단된 유형에 대응되는 영상 평면을 선택하여 상기 정보를 표시하는 과정을 처리할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면 중 어느 하나의 영상 평면에 표시된 정보를 다른 하나의 영상 평면으로 이동시켜 표시하기 위한 프로세서를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 제1 영상 평면과 중첩되는 장애물을 인식하는 과정; 및 상기 장애물이 인식되는 경우 상기 제1 영상 평면에 표시된 정보를 상기 제2 영상 평면으로 이동시켜 표시하는 과정을 처리할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 영상의 위치를 지면과 대응시키는 가상의 영상 평면을 포함하는 다중 영상 평면을 이용하여 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 영상의 위치를 지면과 대응시키는 제1 영상 평면 및 제1 영상 평면과 다른 적어도 하나의 제2 영상 평면을 통해 전체 운전시야 내의 공간 상에 정보를 표시할 수 있다.
도 1은 일반적인 헤드업 디스플레이 장치의 정보 확인을 위한 초점 조절을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 3차원 헤드업 디스플레이의 영상 위치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서 도로면과 같은 지면과 대응되는 가상의 평면 상에 정보를 표시하는 예시들을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서 표현 가능한 시야각의 확장을 통해 확장된 운전자 시점에 증강현실을 구현하여 정보를 표시하는 예시들을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 3차원 헤드업 디스플레이의 광학 설계 구성의 예시를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서 디스플레이 평면과 컴바이너 평면 및 영상 평면 사이의 이미징 조건을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서 운전자의 하부 시야에 위치하는 영상 평면을 생성하기 위한 디스플레이 장치와 컴바이너의 관계식 도출에 필요한 변수들을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서 운전자의 상부 시야에 위치하는 영상 평면을 생성하기 위한 디스플레이 장치와 컴바이너의 관계식 도출에 필요한 변수들을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서 아이박스(Eye-box, 눈동자의 위치)에 따라 결정되는 컴바이너의 위치를 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 헤드업 디스플레이의 프로세서가 포함할 수 있는 구성요소의 예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 헤드업 디스플레이가 수행할 수 있는 정보 표시 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 있어서 정보 유형에 따른 정보 표시 방식을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 있어서 정보 표시 위치를 변경하는 과정의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 14 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 있어서 장애물에 따른 정보 표시 방식을 설명하기 위한 예시 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 간소화 혹은 축약되거나 과장될 수 있다.
도 1을 통해 설명한 기존 헤드업 디스플레이는 물론이고, TV, 모니터, 프로젝터 스크린, VR/AR 글래스 등 대부분의 디스플레이들은 사용자의 시선에 대해 수직 방향으로 위치해 있다.
본 발명의 실시예들은 기본적으로 영상의 위치를 지면과 대응시키는 형태의 3차원 구현 방식을 가진 3차원 헤드업 디스플레이를 제공한다. 가상의 스크린을 지면과 대응되도록 눕힌 3차원 시점으로 표현함으로써 운전 환경에서 운전자의 시점에 대해 최적화된 3차원 헤드업 디스플레이를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들은 다중 영상 평면을 이용하여 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현할 수 있는 3차원 헤드업 디스플레이를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 3차원 헤드업 디스플레이의 영상 위치를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이는 사용자가 눈으로 볼 수 있는 가상의 영상, 즉 허상의 위치를 운전자의 전방 바닥과 대응되도록 눕힌 3차원 시점으로 표현할 수 있다.
일반적인 차량용 헤드업 디스플레이의 광학계를 통한 영상은 운전자의 2~3 m 전방 고정된 거리에 위치하며 지면(25)과 대체로 수직하게 된다. 이와 달리, 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이는 운전자가 주시하는 전방의 지면(25)과 대응되는 횡적 영상 평면(horizontal image plane)인 가상의 영상 평면(24)을 생성하여 영상 평면(24) 상에 정보를 표시하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이는 일반적인 프로젝터와 같은 스크린에 직접 투사하여 실상을 생성하는 방식이 아닌, 헤드업 디스플레이의 광학계를 통해 반사시켜 눈으로 볼 수 있는 가상의 영상을 생성하는 방식이다.
차량용 내비게이션에서 제공되는 주된 정보는 주행 중인 도로 상의 경로 정보, 차선 정보, 앞차와의 거리 정보 등에 해당된다. 또한, ADAS(advanced driver-assistance system)에서는 운전자에게 안전과 관계된 정보를 제공하게 되는데, 이때 해당 정보들은 주로 차선 정보, 앞/옆차와의 거리 정보, 돌발 정보 등이다. 마찬가지로, 자율주행 시 운전의 주체인 차량에서 도로 상의 회전이나 차선 변경 등과 같이 앞으로 일어날 상황에 대한 정보를 탑승자에게 제공해 줄 필요가 있다. 경로 정보는 경로를 안내하기 위한 정보로, 직진, 회전 등을 안내하는 TBT(turn-by-turn) 정보를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기한 정보들, 예컨대 차선 정보(31), 앞차와의 거리 정보(32) 등을 운전자가 주시하고 있는 시점의 실제 도로면과 일치하는 영상 평면(30) 상에 가상 객체로 표시해 주는 것이 매우 중요하고 효과적이다.
본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이는 가상의 스크린을 지면과 대응되도록 눕힌 3차원 시점으로 표현한다. 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이는 영상 평면(30)의 초점이 실제로 전방 지면 상에 맺히도록 영상을 표시할 수 있다. 이러한 영상 평면(30) 상에 표시되는 객체는 실제 지면 상에 밀착된 것처럼 운전자에게 인식된다. 즉, 영상 평면(30)이 실제 지면 상에 포커싱 되어 있으므로 운전자의 시점이 이동하더라도 운전자가 바라보는 영상 평면(24)의 지면 상 위치는 달라지지 않는다. 이러한 특징에 의하여 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이는 운전자의 시점에 의존하지 않고 객체를 지면 상의 특정 위치에 정확하게 표시할 수 있다. 즉, 다양한 운전 환경에서 사용자가 운전 중 바라보는 시점에서 눈의 초점을 다른 곳으로 이동할 필요 없이 사용자에게 전달하고자 하는 정보들을 사용자가 운전 중 실제로 주시하는 도로면에 증강 현실로 구현할 수 있다.
운전 중인 사용자에게 전달하고자 하는 도로 상의 경로 정보, 차선 정보, 앞차와의 거리 정보 등의 안내 정보 중 일부의 경우에는 도 4에 도시한 바와 같이 실제 도로면과 일치하는 영상 평면(30)에 국한되지 않고 전체 운전시야 내에서 상부 시야의 공간(40) 상에 정보를 표시할 필요성이 존재한다. 예를 들어, 휴게소, 주유소, 졸음 쉼터와 같이 지도 상에 고정된 POI(point of interest)(고정 POI)나 경유지나 목적지와 같이 경로 설정에 따라 생성되는 POI(유동 POI) 등을 포함하는 POI 안내는 도로면에 한정되기 보다는 도로면이 아닌 운전자의 상부 시야의 공간(40) 상에 정보를 표시하는 것이 효과적일 수 있다. 또한, 사용자의 차량 전방 근거리에 위치하는 앞차나 가로수, 주변 시설물 등 여러 장애물로 인해 도로면에 표시하고자 하는 정보가 가려지는 경우 일시적으로 도로면에 제한된 공간이 아닌 다른 시야 공간, 예컨대 운전자의 상부 시야의 공간(40)을 활용하여 표시할 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이는 도로면과 일치하는 가상의 영상 평면에 국한하지 않고 전체 운전시야 내의 확장된 공간 상에 정보를 표시하기 위해 다중 영상 평면을 구성할 수 있다.
이하에서는 다중 영상 평면으로서 2개의 영상 평면을 구성하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 2개 이상의 가상의 영상 평면을 구성하여 확장된 3차원 디스플레이 시야를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 3차원 헤드업 디스플레이의 광학 설계 예시를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 지면에 대한 횡적 영상 평면으로서 다중 영상 평면을 구현하기 위한 광학 설계 구조를 포함하는 것으로, 광원의 역할을 하는 복수의 디스플레이 장치(display source)(511, 512) 및 광원의 빛을 사용자의 눈 쪽으로 반사함과 동시에 외부(전방) 빛을 투과시켜주는 역할을 하는 컴바이너(combiner)(520)로 구성될 수 있다.
3차원 헤드업 디스플레이(500)는 도로면에 해당되는 지면, 즉 운전자의 하부 시야에 위치하는 제1 영상 평면(51)과, 지면보다 높은 상부 시야에 위치하는 제2 영상 평면(52)을 생성할 수 있다. 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 3차원 거리감을 구현하는 다중의 횡적 영상 평면을 구성하기 위해 제1 영상 평면(51)을 생성하기 위한 제1 디스플레이 장치(511)와, 제2 영상 평면(52)을 생성하기 위한 제2 디스플레이 장치(512)를 포함할 수 있다.
컴바이너(520)는 단일 혹은 다수의 광학 소자로 이루어질 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 단일 광학 소자로 이루어진 컴바이너(520)를 사용하는 경우로 가정한다.
영상의 품질을 높이거나 경우에 따라 최적의 크기와 성능을 가지게 하기 위해서는 디스플레이 장치(511, 512)와 컴바이너(520) 사이에 추가의 광학계를 더 포함할 수 있다.
또한, 컴바이너(520)는 3차원 헤드업 디스플레이(500)에 포함되는 소자로 구성될 수 있으며, 혹은 차량의 윈드실드를 컴바이너(520)로 이용하는 것 또한 가능하다. 차량의 윈드실드를 컴바이너(520)로 이용하기 위해서는 디스플레이 장치(511, 512)의 빛을 운전석 쪽으로 반사시킴과 동시에 외부의 빛을 투과시켜주는 역할의 광학적 추가 조치가 필요할 수 있다.
이하에서는 3차원 헤드업 디스플레이(500)에 의한 가상의 영상 평면인 제1 영상 평면(51)과 제2 영상 평면(52)을 지면과 운전자의 상부 시야에 횡적으로 위치시킬 수 있는 복수의 디스플레이 장치(511, 512)와 컴바이너(520) 간의 이론적 관계식을 유도한다.
3차원 헤드업 디스플레이(500)의 구성에서 디스플레이 장치(511, 512)와 컴바이너(520)는 지면과 대비하여 수직에 가깝고 차량의 운전석에 앉아 있는 사용자의 눈은 수평 방향과 유사하게 전방 주시를 하게 된다. 도 5는 설명의 편의를 위해 제한한 상황을 도시한 것으로, 3차원 헤드업 디스플레이(500)에 의한 제1 영상 평면(51)과 제2 영상 평면(52)이 실제 훨씬 원거리까지 위치할 수 있으며, 실제 상황과 비교하여 일부 차이가 존재할 수 있다.
도 6을 참조하면, 빛이 이동하는 실제 경로는 디스플레이 장치(511, 512)를 출발하여 컴바이너(520)에 의해 반사되고, 이때 반사된 빛이 사용자의 눈에 도달하여 수정체(렌즈)에 의해 망막 초점에 맺히게 된다(실선). 그러나, 사용자가 보는 영상은 실제 영상이 생성되는 디스플레이 평면(display plane) 위치의 실상이 아닌, 가상의 영상 평면인 제1 영상 평면(51)과 제2 영상 평면(52)으로, 이때 제1 영상 평면(51)은 지면과 일치하는 가상의 공간에 위치하고, 제2 영상 평면(52)은 지면보다 높은 허공의 가상 공간에 위치한다(점선). 즉, 디스플레이 평면은 컴바이너(520)를 통하여 가상의 영상 평면(51, 52)과 이미징 조건(imaging condition)을 만족한다(파선).
제1 영상 평면(51)과 제2 영상 평면(52)을 지면과 지면보다 높은 허공에 위치시키기 위한 복수의 디스플레이 장치(511, 512)와 컴바이너(520)의 이론적 관계식은 사용자의 눈을 제외한 디스플레이 장치(511, 512)와 대응되는 디스플레이 평면, 컴바이너(520)와 대응되는 컴바이너 평면, 가상의 영상 평면(51, 52) 사이의 이미징 조건을 기반으로 도출될 수 있다.
도 7은 제1 디스플레이 장치(511)와 컴바이너(520)의 관계식 도출에 필요한 변수들을 나타내고 있다. 도 7을 참조하면, 디스플레이 평면(73)과 컴바이너 평면(74)의 교점(IG)은 지면(Ground) 상에 위치할 수 있다. 다른 말로 하면, 디스플레이 평면(73)과 컴바이너 평면(74)과 제1 영상 평면(51)은 소정의 위치(IG)에서 동시에 교차할 수 있다. 이와 같은 조건 하에 디스플레이 평면(73)과 컴바이너 평면(74)과 제1 영상 평면(51)이 이미징 조건을 만족하도록 광학계를 설정하는 것이 가능하다.
DPG는 제1 디스플레이 장치(511)에 대응되는 디스플레이 평면(73), CPG는 컴바이너(520)와 대응되는 컴바이너 평면(74), IPG는 지면(ground)과 대응되는 평면 자체를 나타내는 제1 영상 평면(51)을 의미한다.
CG는 제1 디스플레이 장치(511)에 대한 컴바이너(520)의 광학적 중심을 의미한다. 단, CG는 반드시 실제 컴바이너(520) 상에 위치할 필요는 없으며, 사용자 시선의 위치에 따라 컴바이너(520)의 위치에 오프셋을 적용할 수 있다. 사용자 시선의 위치가 높게 설정될수록 오프셋은 크게 설정되고, 사용자 시선의 위치가 낮게 설정될수록 오프셋은 작은 값으로 설정될 수 있다. 이에 따르면 사용자 시선의 위치가 높게 설정될수록 컴바이너(520)도 높이 설치되고, 사용자 시선의 위치가 낮게 설정될수록 컴바이너(520)도 낮게 설치될 수 있다. 다만 이러한 변화와 관계없이 전체적인 광학 시스템과 내부 구성요소들간의 수학적 관계식은 동일하게 유지된다.
이하에서는 수식화의 편의를 위해 CG가 컴바이너(520) 상에 위치하는 경우를 가정하여 관계식을 유도한다.
IG는 DPG(73), CPG(74), IPG(51)가 만나는 교차점, JG는 DPG(73)와 평행하면서 중심점 CG를 지나는 직선이 IPG(51)와 교차하는 점, KG는 제1 영상 평면(51) 상의 컴바이너(520) 법선과의 교차점으로서 CPG(74)와 수직이며 중심점 CG를 지나는 직선이 IPG(51)와 교차하는 점을 의미한다.
αG(αGE, αGS)는 중심점 CG와 교차점 KG를 지나는 직선 기준 DPG(73)와 IPG(51)에서 이미징 조건을 만족하는 위치의 각도로, 해당 위치는 이미징 조건을 만족하므로 DPG(73) 방향 각도와 IPG(51) 방향 각도가 항상 일치하게 된다. 여기서, 이미징 조건은 광원에서 전방위적인 입체각으로 방출된 빛이 컴바이너에 의하여 허상(VI)의 동일한 지점으로 도달하는 조건을 의미한다. 도 7에서 이미징 조건이 만족된다는 것은 제1 디스플레이 장치(511), 컴바이너 및 허상(VI)이 맺히는 평면 IPG(51)의 위치와 각도, 및 컴바이너의 초점거리(f)가 렌즈 공식(lens formula)을 만족함에 따라, 제1 디스플레이 장치(511)에서 방출된 빛이 컴바이너에 의하여 평면 IPG(51)로 수렴함으로써 평면 IPG(51) 상에 허상(VI)이 생성됨을 의미한다.
βG는 IPG(51) 혹은 지면 기준 DPG(73)의 각도, γG는 IPG(51) 혹은 지면 기준 CPG(74)의 각도, θG는 DPG(73)와 CPG(74) 사이의 각도를 의미한다.
hG는 IPG(51) 혹은 지면으로부터 중심점 CG까지의 거리, hG'(도 9 참조)는 hG에 hG방향으로의 오프셋(양수 또는 음수)을 더한 값(실제적인 컴바이너(520)의 높이)을 의미한다. 이때, hG'는 컴바이너(520)의 위치에 사용자 시선의 위치에 따른 오프셋이 적용되는 경우에 해당된다.
SG는 교차점 IG와 교차점 JG 간의 길이, 즉 지면과 평행한 축 방향으로 높이 hG에서의 DPG(73)와 CPG(74)의 이격 거리(separation distance)를 의미한다.
SG'(도 9 참조)는 지면과 평행한 축 방향으로 높이 hG'(도 9 참조)에서의 DPG(73)와 CPG(74)의 이격 거리를 의미한다.
dGS는 IPG(51) 혹은 지면에 대응되는 평면 상에서, 컴바이너(520)의 중심점 CG와 IPG(51) 혹은 지면과의 직교 위치 C'로부터 허상(VI)이 시작되는 위치까지의 거리를 의미한다.
dGE는 IPG(51) 혹은 지면에 대응되는 평면 상에서, 컴바이너(520)의 중심점 CG와 IPG(51) 혹은 지면과의 직교 위치 C'로부터 허상(VI)이 끝나는 위치까지의 거리를 의미한다.
dGI는 허상(VI)의 크기(size), f는 컴바이너(520)의 초점 거리(focal length)를 의미한다.
먼저, βG, γG와 θG의 관계식은 다음과 같다.
DPG(73)와 IPG(51) 사이의 이미징 조건을 적용하면 수학식 1이 성립된다.
[수학식 1]
Figure 112021052748508-pat00001
(γG, θG, hG, f는 모두 양수로 가정)
여기서, hG는 일반적인 차량에서 지면으로부터 대시보드 위 3차원 헤드업 디스플레이(500) 위치까지의 높이(정확히는 컴바이너(520)의 광학적 중심 CG까지의 높이)를 의미한다. 그리고, f는 일반적인 크기와 곡률을 가지는 3차원 헤드업 디스플레이(500)의 컴바이너(520)의 초점 거리를 의미한다.
수학식 1에 hG와 f의 값을 대입하면 θG와 γG간의 수치적 관계를 도출할 수 있고, 이를 바탕으로 βG와 γG 및 θG의 관계식, βG = γG + θG를 통하여 βG를 도출할 수 있다.
다음, SG는 수학식 2를 통해 hG', βG와 γG 및 θG를 이용하여 도출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021052748508-pat00002
마지막으로, dGS, dGE, 그리고, dGI는 수학식 3을 통해 도출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112021052748508-pat00003
Figure 112021052748508-pat00004
Figure 112021052748508-pat00005
(αG(αGE, αGS)는 중심점 CG와 교차점 KG를 지나는 직선 기준 양수 또는 음수)
수학식 3을 이용하여 dGS와 dGI를 계산할 수 있으며, 이때 허상(VI)의 시작 위치를 나타내는 dGS와 및 허상(VI)의 크기를 나타내는 dGI에 대한 조절이 필요하다면 αG(αGE, αGS)와 βG 및 θG 중 적어도 하나를 조절하여 광학 구성을 최적화할 수 있다.
상기한 관계식을 통하여 지면에 대한 DPG(73)와 CPG(74)의 각도 및 허상(VI)의 위치와 크기를 도출할 수 있다.
도 8은 제2 디스플레이 장치(512)와 컴바이너(520)의 관계식 도출에 필요한 변수들을 나타내고 있다.
DPU는 제2 디스플레이 장치(512)에 대응되는 디스플레이 평면(83), CPU는 컴바이너(520)와 대응되는 컴바이너 평면(84), IPU는 지면보다 높은 공간 상의 평면 자체를 나타내는 제2 영상 평면(52)을 의미한다.
CU는 제2 디스플레이 장치(512)에 대한 컴바이너(520)의 광학적 중심을 의미한다. 단, CU는 반드시 실제 컴바이너(520) 상에 위치할 필요는 없으며, 사용자 시선의 위치에 따라 컴바이너(520)의 위치에 오프셋을 적용할 수 있다. 이하에서는 수식화의 편의를 위해 CU가 컴바이너(520) 상에 위치하는 경우를 가정하여 관계식을 유도한다.
IU는 DPU(83), CPU(84), IPU(52)가 만나는 교차점, JU는 DPU(83)와 평행하면서 중심점 CU를 지나는 직선이 IPU(52)와 교차하는 점, KU는 제2 영상 평면(52) 상의 컴바이너(520) 법선과의 교차점으로서 CPU(84)와 수직이며 중심점 CU를 지나는 직선이 IPU(52)와 교차하는 점을 의미한다.
αU(αUE, αUS)는 중심점 CU와 교차점 KU를 지나는 직선 기준으로 DPU(83)와 IPU(52)에서 이미징 조건을 만족하는 위치의 각도로, 해당 위치는 이미징 조건을 만족하므로 DPU(83) 방향 각도와 IPU(52) 방향 각도가 항상 일치하게 된다.
βU는 IPU(52) 기준 DPU(83)의 각도, γU는 IPU(52) 기준 CPU(84)의 각도, θU는 DPU(83)와 CPU(84) 사이의 각도를 의미한다.
hU는 IPU(52)로부터 중심점 CU까지의 거리, hU'(도 9 참조)는 hU에 hU방향으로의 오프셋(양수 또는 음수)을 더한 값(IPU로부터 실제적인 컴바이너(520)까지의 거리)을 의미한다. 이때, hU'는 컴바이너(520)의 위치에 사용자 시선의 위치에 따른 오프셋이 적용되는 경우에 해당된다.
hG는 지면으로부터 중심점 CU까지의 높이를 의미한다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 중심점 CU가 도 7의 중심점 CG와 동일한 상황을 가정한다.
SU는 교차점 IU와 교차점 JU 간의 길이, 즉 IPU(52)와 평행한 축 방향으로 거리 hU에서의 DPU(83)와 CPU(84)의 이격 거리를 의미한다.
SU'(도 9 참조)는 IPU(52)와 평행한 축 방향으로 거리 hU'(도 9 참조)에서의 DPU(83)와 CPU(84)의 이격 거리를 의미한다.
dUS는 IPU(52) 상에서, 컴바이너(520)의 중심점 CU와 IPU(52)과의 직교 위치 C'로부터 허상(VI)이 시작되는 위치까지의 거리를 의미한다.
dUE는 IPU(52) 기준 컴바이너(520)의 중심점 CU와 IPU(52)과의 직교 위치 C'로부터 허상(VI)이 끝나는 위치까지의 거리를 의미한다.
dUI는 허상(VI)의 크기(size), f는 컴바이너(520)의 초점 거리를 의미한다.
먼저, βU, γU와 θU의 관계식은 다음과 같다.
DPU(83)와 IPU(52) 사이의 이미징 조건을 적용하면 수학식 4가 성립된다.
[수학식 4]
Figure 112021052748508-pat00006
(γU, θU, hU, f는 모두 양수로 가정)
여기서, hU는 컴바이너(520)의 광학적 중심 CU로부터 사용자의 상부 시야에 가상의 영상이 생성되는 위치까지의 거리를 의미한다. 그리고, f는 일반적인 크기와 곡률을 가지는 3차원 헤드업 디스플레이(500)의 컴바이너(520)의 초점 거리를 의미한다.
수학식 4에 hU와 f의 값을 대입하면 θU와 γU간의 수치적 관계를 도출할 수 있고, 이를 바탕으로 βU와 γU 및 θU의 관계식, βU = γU + θU를 통하여 βU를 도출할 수 있다.
다음, SU는 수학식 5를 통해 hU', βU와 γU 및 θU를 이용하여 도출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112021052748508-pat00007
마지막으로, dUS, dUE, 그리고, dUI는 수학식 6을 통해 도출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112021052748508-pat00008
Figure 112021052748508-pat00009
Figure 112021052748508-pat00010
(αU(αUE, αUS)는 중심점 CU와 교차점 KU를 지나는 직선 기준 양수 또는 음수)
수학식 6을 이용하여 dUS와 dUI를 계산할 수 있으며, 이때 허상(VI)의 시작 위치를 나타내는 dUS와 및 허상(VI)의 크기를 나타내는 dUI에 대한 조절이 필요하다면 αU와(αUE, αUS) βU 및 θU 중 적어도 하나를 조절하여 광학 구성을 최적화할 수 있다.
상기한 관계식을 통하여 지면에 대한 DPU(83)와 CPU(84)의 각도 및 허상(VI)의 위치와 크기를 도출할 수 있다.
도 9는 운전자의 하부 시야에 위치하는 제1 영상 평면(51)과 상부 시야에 위치하는 제2 영상 평면(52)을 생성하는 3차원 헤드업 디스플레이(500)에서 아이박스(Eye-box, 눈동자의 위치)에 따라 결정되는 컴바이너의 위치를 설명하기 위한 예시 도면을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 아이박스(Eye-box, 눈동자의 위치)의 높이는 일반적으로 운전 중인 사용자가 차량의 운전석에 앉아 있을 때 눈이 위치하는 높이로 결정될 수 있다. 아이박스의 수평적 위치 사용자의 눈으로부터 3차원 헤드업 디스플레이(500)의 컴바이너(520)까지의 거리에 해당할 수 있다. 컴바이너(520)의 높이는 반드시 hG일 필요는 없으며, 컴바이너(520)의 광학적 중심은 반드시 CG 혹은 CU에 위치할 필요는 없으며, 아이박스의 위치에 따라서 오프셋을 포함한 지면으로부터 높이(hG')가 결정될 수 있다. hG' 및 hU'에 따라 DPG(73)와 CPG(74)의 이격 거리인 SG' 및 DPU(83)와 CPU(84)의 이격 거리인 SU'이 결정될 수 있으며, 이때 SG' 및 SU'은 디스플레이 장치(511, 512)와 컴바이너(520) 간의 거리로서 참고될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 상기한 관계식에 기반한 디스플레이 장치(511, 512)와 컴바이너(520)를 통해 지면에 대응하는 사용자의 하부 시야에 위치하는 제1 영상 평면(51)과, 지면보다 높은 사용자의 상부 시야에 위치하는 제2 영상 평면(52)을 포함하는 다중 영상 평면을 동시에 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 운전자가 주시하는 전방의 시야 공간 상에 정보를 표시할 때 원근감을 주는 영상을 이용하여 지면에 대해 수직 방향으로 입체감 있는 객체 형태로 표현할 수 있다. 이때, 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 제1 영상 평면(51)의 시작 위치를 나타내는 dGS를 기준으로 제1 영상 평면(51)의 크기를 나타내는 dGI 내에서 제1 영상 평면(51)의 원근감을 적용하고 제2 영상 평면(52)의 시작 위치를 나타내는 dUS를 기준으로 제2 영상 평면(52)의 크기를 나타내는 dUI 내에서 제2 영상 평면(52)의 원근감을 적용할 수 있다.
특히, 제1 영상 평면(51)과 제2 영상 평면(52) 모두 반드시 지면과 수평이 될 필요는 없으며 다양하고 최적화된 거리 표현이 가능하다. 일례로, 제1 영상 평면(51)과 제2 영상 평면(52) 모두 지면과 평행인 횡적 영상 평면으로 구성할 수 있다. 다른 예로, 제1 영상 평면(51)은 지면과 일치하는 횡적 영상 평면으로 구성하되, 제2 영상 평면(52)은 지면 혹은 제1 영상 평면(51)과 평행하지 않고 일정 각도 기울어진 평면으로 구성할 수 있다. 이때, 제2 영상 평면(52)은 위치나 크기에 따라 적어도 일부 평면이 제1 영상 평면(51)과 만나는 형태 혹은 제1 영상 평면(51)과 만나지 않는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 지면과 일치하는 가상의 영상 평면에 국한되지 않고 전체 운전시야 내의 확장된 공간 상에 정보를 표시하기 위해 다중 영상 평면으로서 복수의 영상 평면(51, 52)을 생성할 수 있다.
이하의 실시예들은 3차원 헤드업 디스플레이(500)의 다중 영상 평면(51, 52)을 이용하여 정보를 표시하는 방법에 관한 것이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 다중 영상 평면(51, 52)을 이용하여 정보를 표시하기 위한 프로세서(1010)를 포함할 수 있다.
프로세서(1010)는 이하의 정보 표시 방법을 수행하기 위한 구성요소로서, 도 10에 도시된 바와 같이 정보유형 판단부(1011), 장애물 인식부(1012), 및 정보 표시부(1013)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 프로세서(1010)의 구성요소들은 선택적으로 프로세서(1010)에 포함되거나 제외될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 프로세서(1010)의 구성요소들은 프로세서(1010)의 기능의 표현을 위해 분리 또는 병합될 수도 있다.
이러한 프로세서(1010) 및 프로세서(1010)의 구성요소들은 이하의 정보 표시 방법이 포함하는 단계들을 수행하도록 3차원 헤드업 디스플레이(500)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1010) 및 프로세서(1010)의 구성요소들은 3차원 헤드업 디스플레이(500)가 포함하는 운영체제의 코드와 적어도 하나의 프로그램의 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다.
여기서, 프로세서(1010)의 구성요소들은 3차원 헤드업 디스플레이(500)에 저장된 프로그램 코드가 제공하는 명령에 따라 프로세서(1010)에 의해 수행되는 프로세서(1010)의 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다. 예를 들어, 3차원 헤드업 디스플레이(500)가 정보 유형을 판단하도록 상술한 명령에 따라 3차원 헤드업 디스플레이(500)를 제어하는 프로세서(1010)의 기능적 표현으로서 정보유형 판단부(1011)가 이용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 헤드업 디스플레이가 수행할 수 있는 정보 표시 방법을 도시한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 단계(S1110)에서 프로세서(1010)는 3차원 헤드업 디스플레이(500)의 제어와 관련된 명령이 로딩된 3차원 헤드업 디스플레이(500)에 포함된 메모리로부터 필요한 명령을 읽어들일 수 있다. 이 경우, 상기 읽어들인 명령은 프로세서(1010)가 이후 설명될 단계들(S1120 내지 S1130)을 실행하도록 제어하기 위한 명령을 포함할 수 있다.
단계(S1120)에서 정보유형 판단부(1011)는 정보 표시 이벤트가 발생함에 따라 표시하고자 하는 정보에 해당되는 정보 유형을 판단할 수 있다. 3차원 헤드업 디스플레이(500)에 표시 가능한 정보는 정보 유형이 사전에 분류될 수 있으며, 일례로 TBT(turn-by-turn) 안내를 위한 차선 정보나 경로 정보, 앞차와의 거리 정보, 고정 POI나 유동 POI에 대한 안내 정보 등으로 분류될 수 있다. 정보유형 판단부(1011)는 표시 이벤트가 발생한 정보가 어떤 유형의 정보인지 판단 또는 결정할 수 있다.
단계(S1130)에서 정보 표시부(1013)는 정보 유형에 따라 제1 영상 평면(51)과 제2 영상 평면(52) 중 어느 하나의 영상 평면을 선택하여 선택된 영상 평면 상에 해당 정보를 표시할 수 있다. 일례로, 정보 표시부(1013)는 차선 정보나 경로 정보, 거리 정보의 경우 지면에 대응하는 사용자의 하부 시야에 위치하는 제1 영상 평면(51) 상에 정보를 표시하고, POI 안내 정보의 경우 지면보다 높은 사용자의 상부 시야에 위치하는 제2 영상 평면(52) 상에 정보를 표시할 수 있다.
도 12를 참조하면, 차선 정보(1201)는 지면과 일치하는 하부 시야의 공간에 위치하는 제1 영상 평면(51)을 통해 표시할 수 있고, POI 안내 정보(1202)는 지면보다 높은 상부 시야의 공간에 위치하는 제2 영상 평면(52)을 통해 표시할 수 있다. 경유지나 목적지, 휴게소, 주유소 등과 같은 POI 안내 정보(1202)는 지면과 일치하는 하부 시야보다는 지면보다 높은 상부 시야의 공간 상에 표시하는 것이 정보 전달 측면에서 보다 유리할 수 있다.
또한, POI 안내 정보 이외에도 제1 영상 평면(51)에 대응되는 거리를 벗어난 원거리에 위치한 지점의 정보의 경우 제1 영상 평면(51)에 표시되는 정보 유형에 해당되더라도 제1 영상 평면(51)보다는 제2 영상 평면(52)에 표시하는 것이 효과적일 수 있다.
실시예에 따라서는 프로세서(1010)는 장애물을 인식하여 정보 표시 위치를 일시적으로 변경하는 것 또한 가능하다.
도 13을 참조하면, 단계(S1301)에서 장애물 인식부(1012)는 운전자와 제1 영상 평면(51) 사이에 다른 차량이나 사람 등 제1 영상 평면(51)과 중첩되는 장애물을 인식할 수 있다. 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이(500)는 차량에 포함된 ADAS나 각종 센서 등 주변 상황을 인식할 수 있는 시스템(미도시)과 연동하여 주변 정보를 획득하고 획득한 주변 정보에 기초하여 제1 영상 평면(51)과 중첩되는 장애물을 인식할 수 있다.
단계(S1302)에서 정보 표시부(1013)는 제1 영상 평면(51)과 중첩되는 장애물이 인식되는 경우 제1 영상 평면(51)에 표시한 정보를 제2 영상 평면(52)으로 이동시켜 표시할 수 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 차선 정보(1201)의 경우 제1 영상 평면(51) 상에 표시되는데, 전방 근거리에 다른 차량(1401)이 등장하는 경우 전방 차량(1401)에 의해 차선 정보(1201)의 식별이 어려울 수 있기 때문에 차선 정보(1201)를 일시적으로 제2 영상 평면(52)으로 이동시킬 수 있다.
또한, 도 15를 참조하면 앞차와의 거리 정보(1501)는 주로 제1 영상 평면(51) 상에 표시하게 되는데, 거리 정보(1501)와 관련하여 FCW(front collision warning) 메시지 등 추가 정보(1502)를 표시할 때 제1 영상 평면(51)이 아닌, 도로면 상부 시야의 공간인 제2 영상 평면(52)에 표시할 수 있다.
전방 차량 이외에도 가로수, 주변 시설물 등 여러 장애물로 인해 제1 영상 평면(51)에 표시하고자 하는 정보가 가려지는 경우 일시적으로 운전자의 상부 시야의 공간인 제2 영상 평면(52)을 활용하여 표시할 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예들에 따르면, 영상의 위치를 지면과 대응되는 시야 공간의 제1 영상 평면 및 제1 영상 평면과 다른 시야 공간인 적어도 하나의 제2 영상 평면을 통해 확장된 운전자 시점에서 증강현실을 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 3차원 헤드업 디스플레이에서 다중 영상 평면을 구성함으로써 표현 가능한 시야각의 확장을 통해 전체 운전시야를 활용할 수 있어 운전자의 하부 시야의 공간인 지면과 일치하는 가상의 영상 평면에 국한하지 않고 전체 운전시야 내의 확장된 공간 상에 정보를 표시할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 차량용 3차원 헤드업 디스플레이에 있어서,
    광원의 역할을 하는 복수의 디스플레이 장치; 및
    상기 광원의 빛을 운전석 쪽으로 반사시킴과 동시에 차량의 외부 빛을 투과시키는 컴바이너
    를 포함하고,
    상기 복수의 디스플레이 장치는 제1 디스플레이 장치와 제2 디스플레이 장치를 포함하고,
    상기 광원의 빛에 의한 영상을 3차원 시점(perspective)의 허상으로 표현하기 위한 가상의 영상 평면으로서 상기 차량의 전방 지면과 대응되는 시야 공간에 위치하는 제1 영상 평면, 및 상기 제1 영상 평면과 다른 시야 공간에 위치하는 적어도 하나의 제2 영상 평면을 생성하고,
    상기 제1 영상 평면은 상기 제1 디스플레이 장치로부터 생성되고,
    상기 제2 영상 평면은 상기 제2 디스플레이 장치로부터 생성되고,
    상기 제1 디스플레이 장치에 대응되는 제1 디스플레이 평면과 상기 컴바이너에 대응되는 컴바이너 평면 및 상기 제1 영상 평면 사이의 이미징 조건(imaging condition)을 기반으로 상기 제1 영상 평면이 생성되고,
    상기 제2 디스플레이 장치에 대응되는 제2 디스플레이 평면과 상기 컴바이너에 대응되는 컴바이너 평면 및 상기 제2 영상 평면 사이의 이미징 조건을 기반으로 상기 제2 영상 평면이 생성되고,
    상기 이미징 조건은 상기 제1 디스플레이 장치에서 방출된 빛이 상기 컴바이너에 의해 상기 제1 영상 평면으로 수렴되고 상기 제2 디스플레이 장치에서 방출된 빛이 상기 컴바이너에 의해 상기 제2 영상 평면으로 수렴되는 렌즈 공식(lens formula)에 해당되고,
    상기 이미징 조건 하에 상기 제1 영상 평면에서 상기 컴바이너의 광학적 중심까지의 높이 값, 상기 제1 영상 평면을 기준으로 한 상기 제1 디스플레이 평면의 각도와 상기 컴바이너 평면의 각도, 상기 제1 디스플레이 평면과 상기 컴바이너 평면의 각도에 기초하여 상기 제1 디스플레이 장치와 상기 컴바이너 간 이격 거리가 결정되고,
    상기 이미징 조건 하에 상기 제2 영상 평면에서 상기 컴바이너의 광학적 중심까지의 높이 값, 상기 제2 영상 평면을 기준으로 한 상기 제2 디스플레이 평면의 각도와 상기 컴바이너 평면의 각도, 상기 제2 디스플레이 평면과 상기 컴바이너 평면의 각도에 기초하여 상기 제2 디스플레이 장치와 상기 컴바이너 간 이격 거리가 결정되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면은 상기 차량의 전방 지면과 평행인 횡적 영상 평면(horizontal image plane)으로서 구성되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상 평면은 상기 차량의 전방 지면과 평행인 횡적 영상 평면으로서 구성되고,
    상기 제2 영상 평면은 상기 제1 영상 평면과 평행하지 않고 일정 각도를 가진 평면으로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컴바이너 평면과 수직이면서 상기 컴바이너의 광학적 중심을 지나는 직선을 기준으로 상기 제1 디스플레이 평면에 대한 방향 각도와 상기 제1 영상 평면에 대한 방향 각도가 일치하는 위치에서 상기 제1 영상 평면의 시작 위치와 크기가 결정되고,
    상기 컴바이너 평면과 수직이면서 상기 컴바이너의 광학적 중심을 지나는 직선을 기준으로 상기 제2 디스플레이 평면에 대한 방향 각도와 상기 제2 영상 평면에 대한 방향 각도가 일치하는 위치에서 상기 제2 영상 평면의 시작 위치와 크기가 결정되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방향 각도, 상기 제1 영상 평면을 기준으로 상기 제1 디스플레이 평면의 각도, 상기 제1 디스플레이 평면과 상기 컴바이너 평면의 각도, 상기 제1 영상 평면으로부터 상기 컴바이너의 광학적 중심까지의 높이 중 적어도 하나에 의해 상기 제1 영상 평면의 시작 위치와 크기가 조절되고,
    상기 방향 각도, 상기 제2 영상 평면을 기준으로 상기 제2 디스플레이 평면의 각도, 상기 제2 디스플레이 평면과 상기 컴바이너 평면의 각도, 상기 제2 영상 평면으로부터 상기 컴바이너의 광학적 중심까지의 높이 중 적어도 하나에 의해 상기 제2 영상 평면의 시작 위치와 크기가 조절되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컴바이너의 위치는 요구되는 아이박스(Eye-box)의 위치에 따른 오프셋을 포함하는 높이로 결정되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면 중 어느 하나의 영상 평면을 선택하여 정보를 표시하기 위한 프로세서
    를 더 포함하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    표시하고자 하는 정보의 유형을 판단하는 과정; 및
    상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면 중 상기 판단된 유형에 대응되는 영상 평면을 선택하여 상기 정보를 표시하는 과정
    을 처리하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상 평면과 상기 제2 영상 평면 중 어느 하나의 영상 평면에 표시된 정보를 다른 하나의 영상 평면으로 이동시켜 표시하기 위한 프로세서
    를 더 포함하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 영상 평면과 중첩되는 장애물을 인식하는 과정; 및
    상기 장애물이 인식되는 경우 상기 제1 영상 평면에 표시된 정보를 상기 제2 영상 평면으로 이동시켜 표시하는 과정
    을 처리하는 차량용 3차원 헤드업 디스플레이.
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