KR102413740B1 - 차량용 헤드 업 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

차량용 헤드 업 디스플레이 장치가 개시된다. 영상 신호를 생성하는 영상 생성부; 상기 영상 신호를 전달 받아 영상으로 맺히게 하며, 상기 영상이 맺히는 투과 스크린을 구비한 광학부; 및 상기 투과 스크린에 맺힌 상기 영상을 허상으로 변환하는 허상 표시부를 포함하며, 상기 투과 스크린은 렌즈와 결합되어 입사각 또는 산란각을 변화시켜 허상의 품질 및 밝기를 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 헤드 업 디스플레이 장치{Head up display device for vehicle}

본 발명은 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 영상의 품질 및 밝기를 향상시킬 수 있는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량이 외부에 있는 도로 및 타 차량을 파악하기 위한 방법에는 사이드 미러 및 룸 미러를 이용하는 방법이 있으나, 이러한 거울을 사용하는 방법은 운전자의 전방 주시를 못 하게 하며, 운전자의 차량과 타 차량간의 위치 관계나 거리, 속도 및 방향 등을 정확하게 판단하는데 무리가 있으며, 또한, 거울의 각도에 따라 사각지역 내에 존재하는 차량을 파악하는데 어려운 경우가 종종 있었다.

이러한 이유로 최근에는 헤드 업 디스플레이 장치(Head-Up-Display)를 이용하여 외부 정보를 파악하는 방법이 개발되고 있다.

헤드 업 디스플레이 장치는 차량의 정보 및 주행 정보를 운전자의 전방에 위치한 윈드쉴드를 통해 운전자에게 보여주며, 운전 중인 운전자의 전방 주의를 분산시키지 않도록 운전자의 시야 이동을 최소화하는 장치이다.

헤드 업 디스플레이 장치는 차량의 윈드쉴드에 의해 반사된 영상을 운전자에게 보여주는데, 차량의 윈드쉴드 형상에 의해 일그러짐 등의 현상이 발생하여 영상 품질이 저하될 수 있었다.

이에 따라 최근에는 헤드 업 디스플레이 장치를 구성하는 구성부품의 형상 및 구조 배치를 최적화하여 영상 품질 향상을 도모하는 연구가 진행되고 있었으나, 영상의 크기 증가가 더욱 요구되고, 헤드 업 디스플레이 장치의 구성부품이 결합되는 차량 내부 공간의 제약으로 인해 구성부품의 형상 및 구조 배치의 최적화만으로 영상 품질 향상을 도모하기에는 한계가 존재하였다.

또한, 영상신호를 생성하는 화상장치의 밝기 및 구성 광학 부품의 반사율을 향상시키거나 영상신호가 결상되는 스크린의 산란각을 제어하여 윈드쉴드에 의해 표시되는 영상의 밝기 향상을 도모하였으나, 구성 광원의 발열 문제와 구성 광학 부품의 반사율 및 투과율 향상 또는 스크린의 산란각 조정과 같은 미미한 성능 개선으로는 영상의 밝기 향상에 한계가 존재하였다.

상기한 문제점에 따라 비구면 미러와 같이 형상을 변화하는 것과 구성 부품 배치의 최적화뿐만 아니라, 헤드 업 디스플레이 장치의 크기를 증가시키지 않고 영상의 품질 및 밝기를 향상시킬 수 있는 기능성 부품에 대한 연구가 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 영상이 결상되는 투과 스크린에 기능성 부품을 장착하여 윈드쉴드에 의해 반사되어 사용자에게 보여지는 영상의 품질 또는 밝기를 향상시킬 수 있는 헤드 업 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치는, 영상 신호를 생성하는 영상 생성부; 상기 영상 신호를 전달 받아 영상으로 맺히게 하며, 상기 영상이 맺히는 투과 스크린을 구비한 광학부; 및 상기 투과 스크린에 맺힌 상기 영상을 허상으로 변환하는 허상 표시부를 포함하며, 상기 투과 스크린은 렌즈와 결합될 수 있다.

상기 렌즈는 오목, 볼록 또는 평면 렌즈일 수 있다.

상기 렌즈가 오목렌즈인 경우, 상기 영상을 구현하는 광 신호가 투과되는 상기 투과 스크린의 출사면에 위치할 수 있다.

상기 렌즈가 평면 렌즈인 경우, 일정 두께로 형성되어 상기 영상 신호가 입사되는 상기 투과 스크린의 입사면에 위치할 수 있다.

상기 렌즈가 볼록렌즈인 경우, 상기 투과 스크린의 출사면에 위치할 수 있다.

상기 볼록렌즈는 복수 개가 구비되며, 상기 복수 개의 볼록렌즈 중 적어도 하나의 볼록렌즈는 직경이 상이할 수 있다.

상기 볼록렌즈는 복수 개가 구비되며, 상기 복수 개의 볼록렌즈 중 상기 투과 스크린 중앙에 위치하는 볼록렌즈의 직경은 상기 투과 스크린 양끝 단에 위치하는 각각의 볼록렌즈의 직경보다 크게 형성될 수 있다.

상기 광학부는 상기 영상 생성부와 상기 투과 스크린 사이에 위치하여 상기 영상신호를 결상시켜 상기 투과 스크린에 영상으로 맺히게 하는 프로젝션 렌즈부; 및 상기 투과 스크린과 상기 허상 표시부 사이에 위치하여 상기 영상을 구현하는 광 신호를 상기 허상 표시부에 전달하는 미러부;를 포함할 수 있다.

상기 미러부는 상기 광 신호를 굴절시키는 미러; 및 상기 미러와 상기 허상 표시부 사이에 위치하여 상기 미러로부터 굴절된 상기 광 신호를 상기 허상 표시부로 전달하는 비구면 미러;를 포함할 수 있다.

상기 허상 표시부는 상기 미러부로부터 전달된 상기 광 신호를 반사하여 상기 허상으로 변환하는 윈드실드일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치에 의하면, 영상이 결상되는 투과 스크린의 출사면에 오목 렌즈를 장착하여 투과되는 광 신호의 산란각을 조정함으로써 윈드쉴드를 통해 사용자에게 보여지는 허상의 왜곡 현상을 보정함과 동시에 허상의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 영상이 결상되는 투과 스크린의 출사면에 복수개의 서로 다른 직경을 가지는 볼록 렌즈를 장착하여 투과 스크린 위치 별로 투과되는 광 신호의 산란각을 조정함으로써 윈드쉴드를 통해 사용자에게 보여지는 허상의 밝기를 향상시킬 수 있다.

또한, 영상이 결상되는 투과 스크린의 입사면에 평면 렌즈를 장착하여 입사되는 영상 신호의 입사각을 조정함으로써 윈드쉴드를 통해 사용자에게 보여지는 허상의 밝기를 향상시킬 수 있다.

또한, 허상의 왜곡 현상을 보정하여 운전자에게 전달되는 허상의 시인성이 증가하고, 허상의 밝기가 향상되어 주간의 밝은 환경에서 사용자가 윈드쉴드 상에 표시되는 차량의 정보 및 주행 정보 등을 용이하게 식별할 수 있다.

이와 더불어, 투과 스크린의 형상 변경을 통해 허상의 품질을 개선함으로써 성능 향상을 위해 필요한 광경로가 줄어 들어 헤드 업 디스플레이 장치의 사이즈가 축소되는 효과가 있으며, 밝기 효율이 증가하므로 구성 부품 중 광원 및 광학 부품의 성능 향상 및 추가 등에 드는 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 스크린과, 본 발명의 실시 예에 따라 오목렌즈를 스크린의 출사면에 결합한 스크린부의 비교 설명도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 스크린과 본 발명의 실시 예에 따른 스크린의 비교 설명도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 스크린과, 본 발명의 실시 예에 따라 렌즈를 스크린의 입사면 결합한 스크린부의 비교 설명도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시 예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치(10)는 영상 생성부(100), 광학부(200) 및 허상 표시부(300)를 포함할 수 있다.

영상 생성부(100)는 차량의 정보 및 주행 정보 등과 같이 수치화된 정보를 사용자(20)가 볼 수 있도록 영상으로 출력하는 장치로서, 차량 내 장착된 각종 센서로부터 차량과 관련한 다양한 정보를 전달 받아 영상으로 변환할 수 있다.

영상 생성부(100)는 디지털 광원 처리(Digital Light Processing) 기술이 적용되어 반응 속도가 빠르고, 색의 재현성이 양호하며, 화면 내에서 균일한 밝기를 유지할 수 있고, 레이저(예컨대, 영상신호)를 투사하는 타입인 DLP 프로젝터(Projector)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

광학부(200)는 영상 생성부(100)로부터 전달 받은 영상신호를 영상으로 맺히게 하는 장치로서, 프로젝션 렌즈부(210), 스크린부(220) 및 미러부(230)를 포함할 수 있다.

프로젝션 렌즈부(210)는 영상 생성부(100)와 스크린부(220) 사이에 위치하여, 영상 생성부(100)로부터 투사된 영상신호를 스크린부(220)에 전달하는 역할을 수행한다.

프로젝션 렌즈부(210)는 스크린부(220)에 영상이 맺힐 수 있도록 영상신호를 상기 스크린부(220)의 크기에 맞게끔 확대하여 결상시킬 수 있으며, 이를 위해 중심부에서 외곽부로 갈수록 점진적으로 편평해지는 구조의 비구면 렌즈일 수 있다.

스크린부(220)는 영상 생성부(100)에서 생성된 영상 신호를 프로젝션 렌즈부(210)를 통해 전달 받을 수 있으며, 전달 받은 영상 신호를 영상으로 맺히게 하는 장치이다. 이러한 스크린부(220)는 프로젝션 렌즈부(210)와 미러부(230) 사이에 위치하여 맺힌 영상을 투과시켜 미러부(230)로 전달할 수 있으며, 투과 스크린(221)과 렌즈(222)를 포함할 수 있다.

투과 스크린(221)은 프로젝션 렌즈부(210)의 결상에 따라 영상 신호가 실질적으로 영상으로 맺히는 장소이고, 영상을 구현하는 광 신호를 투과시키도록 이루어질 수 있으며, 이를 통해 영상을 구현하는 광 신호를 미러부(230)로 전달 할 수 있다.

렌즈(222)는 광 신호를 통해 생성되는 허상의 왜곡 현상 개선 및 밝기 향상을 위해 투과 스크린(221)에 결합되는 기능성 부품이며, 차량용 헤드 업 디스플레이 장치(10)의 성능 개선을 위한 목적에 따라 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 렌즈(222)는 도3 내지 도5를 참조하여 상세히 후술한다.

미러부(230)는 영상을 구현하는 광 신호의 진행 경로를 변경하여 허상 표시부(300)에 상기 광 신호를 전달하는 장치이다. 이러한 미러부(230)는 미러(231) 및 비구면 미러(232)를 포함할 수 있다.

미러(231)는 스크린부(220)와 비구면 미러(232) 사이에 위치하며, 스크린부(220)를 통과한 광 신호를 굴절시켜 비구면 미러(232)로 전달할 수 있다.

비구면 미러(232)는 미러(231)와 허상 표시부(300) 사이에 위치하며, 미러(231)를 통해 굴절되어 전달된 광 신호를 허상 표시부(300)로 전달할 수 있고, 중심부에서 외곽부로 갈수록 점진적으로 편평해지는 형상일 수 있다.

미러(231) 및 비구면 미러(232)는 형성되는 형상 및 배치되는 위치를 통해 광 신호를 굴절시킴으로써, 영상을 확대하거나 왜곡된 영상을 보정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 미러부(230)는 미러(231) 및 비구면 미러(232)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정된 것은 아니고, 필요에 따라 더 많은 미러를 구비할 수도 있다.

허상 표시부(300)는 사용자(20)의 가시영역 내에 운전에 필요한 정보를 제공할 수 있도록 광학부(200)에 의해 크기와 형태가 결정된 영상에 대응하는 광 신호를 반사하여 허상으로 변환할 수 있다.

허상 표시부(300)는 영상의 투영에 필수적인 요소가 내장되어 있고, 차량의 전방에 위치하여 허상을 생성함과 동시에 바람막이 역할을 수행하는 윈드쉴드일 수 있다. 여기서, 허상은 차량의 윈드쉴드에 투영되어 전방 노면 상의 일정 위치의 공간에 떠 있는 상태로 나타날 수 있다. 따라서 허상 표시부(300)는, 사용자(20)가 주행 중에 전방을 주시한 상태에서 허상으로 표현되는 주행정보를 시선의 이동 없이 볼 수 있도록 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 렌즈(222)는 허상 표시부(300)에 의해 표시되는 허상의 왜곡 현상을 제거하거나 분해능 향상 등의 품질 향상을 위해 투과 스크린(221)에 결합되는 부품으로서, 도3의(b)에서 광 신호가 투과되는 투과 스크린(221)의 출사면에 위치하여 윈드쉴드를 통해 나타나는 허상(Image)의 왜곡 현상을 보정하는 오목 렌즈(222a)일 수 있다.

오목렌즈(222a)는 외곽부에서 중심부로 갈수록 점진적으로 오목해지는 형상일 수 있으며, 이러한 형상에 따라 투과 스크린(221)을 투과하는 광 신호의 산란각을 조정하여 허상 표시부(300)에 의해 표시될 도3의(a)와 같은 허상(Image)의 왜곡 현상을 도3의(b)와 같이 보정할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈(222)는 허상 표시부(300)에 의해 표시되는 허상의 밝기 향상을 위해 투과 스크린(221)에 결합되는 부품으로서, 도 4의(b)에서 광 신호가 투과되는 투과 스크린(221)의 출사면에 위치하여 광 신호의 산란각을 조절함으로써 허상(Image)의 밝기를 향상시키는 볼록 렌즈(222c)일 수 있다.

이러한 볼록렌즈(222c)는 프로젝션 렌즈부(210)로부터 입사되는 광 신호의 입사각이 투과 스크린(221)의 위치 별로 다르며, 이에 따라 투과 스크린(221)의 위치 별로 요구되는 산란각 또한 다르므로, 투과 스크린(221)의 위치 별로 다른 산란각을 생성하기 위해 투과 스크린(221)의 출사면에 결합될 수 있다.

볼록 렌즈(222c)는 복수개가 형성될 수 있고, 복수개의 볼록 렌즈(222c) 중 적어도 하나의 볼록 렌즈(222c)는 직경이 상이하게 형성될 수 있으며, 즉, 투과 스크린(221) 중앙에 위치하는 볼록 렌즈(222c)는 투과 스크린(221) 양끝 단에 위치하는 각각의 볼록 렌즈(222c) 보다 직경이 크게 형성될 수 있다. 바꿔 말하면, 볼록 렌즈(222c)는 투과 스크린(221)의 중앙부에서 외곽부로 갈수록 직경이 작게 형성될 수 있다.

도 4의(a)는 종래 기술에 따른 복수개의 볼록 렌즈(222b)가 서로 거의 동일한 직경으로 형성되면 투과 스크린(221)의 중심부와 외곽부가 거의 동일한 산란각을 가지게 되며 이에 따라 투과 스크린(221)의 외곽부에 투과되는 광 신호가 투과 스크린의 외측 방향으로 산란되어 허상의 밝기가 손실되는 것을 보여준다.

도 4의(b)는 투과 스크린(221) 위치 별로 복수개의 볼록 렌즈(222c)가 서로 다른 직경을 가짐으로써, 위치 별로 다른 산란각을 갖게 되는 복수개의 볼록 렌즈(222c)가 허상의 밝기 손실을 줄이는 것을 보여준다.

즉 투과 스크린(221)의 외곽부에 위치한 볼록 렌즈(222c)의 직경은 투과 스크린(221)의 중심부에 위치한 볼록 렌즈의 직경보다 작게 형성되어, 투과 스크린(221)의 외곽부에 위치한 볼록 렌즈(222c)를 투과하는 광 신호의 굴절량이 많게 되어 광 신호의 산란각이 줄어 들고, 이에 따라 투과 스크린(221)을 통과하는 광 신호의 손실이 줄어 들어 허상의 밝기 손실을 효과적으로 저감할 수 있게 된다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 렌즈(222)는 허상 표시부(300)에 의해 표시되는 허상의 밝기 향상을 위해 도 5의(b)에서 투과 스크린(221)의 입사면에 위치하여 프로젝션 렌즈부(210)로부터 입사된 영상 신호의 입사각을 변화시킴으로써 허상(Image)의 밝기를 향상시키는 평면 렌즈(222d)일 수 있다.

평면 렌즈(222d)는, 외곽부와 중앙부가 일정 두께로 이루어지는 평면 형상일 수 있고, 투과 스크린(221)에 입사되는 영상 신호의 입사각을 투과 스크린(221)의 위치 별로 동일하게 조정할 수 있게 굴절량을 가질 수 있다.

도 5의(a)는, 평면 렌즈(222d)가 결합되지 않은 투과 스크린(221)을 투과한 광 신호가 투과 스크린(221)의 외측 방향으로 산란되어 밝기 손실이 발생하는 것을 보여준다.

도 5의(b)는, 평면 렌즈(222d)가 투과 스크린(221)의 입사면에 위치하여 투과 스크린(221)에 입사되는 영상 신호의 입사각을 동일하게 변경시켜 광 신호의 밝기 손실을 줄이는 것을 보여준다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치(10)는 스크린부(220)에 다양한 형태의 기능성 부품(렌즈(222))을 결합하여 입사되는 영상 신호의 입사각이나 투과되는 광 신호의 산란각을 변경시켜 허상의 품질 또는 밝기를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 차량용 헤드 업 디스플레이 장치
100: 영상 생성부
200: 광학부
210: 프로젝션 렌즈부
220: 스크린부
221: 투과 스크린
222: 렌즈
222a: 오목 렌즈
222c; 볼록 렌즈
222d: 평면 렌즈
230: 미러부
231: 미러
232: 비구면 미러
300: 허상 표시부

Claims (10)

1. 영상 신호를 생성하는 영상 생성부;
   상기 영상 신호를 전달 받아 영상으로 맺히게 하는 투과 스크린을 구비한 광학부; 및
   상기 투과 스크린에 맺힌 상기 영상을 허상으로 변환하는 허상 표시부;를 포함하며,
   상기 투과 스크린은 렌즈와 결합되고,
   상기 광학부는,
   상기 투과 스크린과 상기 허상 표시부 사이에 위치하여 상기 영상을 구현하는 광 신호를 상기 허상 표시부에 전달하는 미러부;를 포함하고,
   상기 미러부는,
   상기 광 신호를 굴절시키는 미러; 및
   상기 미러와 상기 허상 표시부 사이에 위치하여 상기 미러로부터 굴절된 상기 광 신호를 상기 허상 표시부로 전달하는 비구면 미러;를 포함하고,
   상기 비구면 미러는 중심부에서 외곽부로 갈수록 점진적으로 편평해지는 형상으로 이루어지고,
   상기 렌즈는 상기 투과 스크린의 출사면에 위치하는 볼록렌즈이고,
   상기 볼록렌즈는 복수 개가 구비되며, 상기 복수 개의 볼록렌즈 중 상기 투과 스크린 중앙에 위치하는 볼록렌즈의 직경은 상기 투과 스크린 양끝 단에 위치하는 각각의 볼록렌즈의 직경보다 크게 형성되고,
   상기 볼록렌즈는 상기 투과 스크린의 중앙부에서 외곽부로 갈수록 직경이 작게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 복수 개의 볼록렌즈 중 적어도 하나의 볼록렌즈는 다른 볼록렌즈와 직경이 상이한 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서,
   상기 광학부는
   상기 영상 생성부와 상기 투과 스크린 사이에 위치하여 상기 영상 신호를 결상시켜 상기 투과 스크린에 영상으로 맺히게 하는 프로젝션 렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
9. 삭제
10. 제1 항에 있어서,
    상기 허상 표시부는
    상기 미러부로부터 전달된 상기 광 신호를 반사하여 상기 허상으로 변환하는 윈드실드인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.

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