KR20100044526A - 차량용 헤드 업 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

차량용 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 빛을 발생시키는 광원과, 빛을 이용하여 주행정보에 대한 영상을 생성하는 마이크로 디스플레이와, 생성된 영상을 허상으로 변환하는 렌즈와, 허상을 반사시키는 반사 미러와, 반사된 허상을 투영시켜 운전자에게 주행정보에 대한 가상 이미지를 제공하는 윈드 쉴드와, 반사 미러로부터 반사된 허상을 상기 윈드 쉴드로 투과하고, 외부로부터 입사되는 광을 반사시키는 커버 글래스를 포함하여 구성될 수 있다.

헤드 업, 커버 글래스, 허상, 투과, 반사

Description

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

본 발명은 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 차량용 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것이다.

운전 중 운전자의 안전을 제공하고 차량 주행정보와 주변상황 정보를 효과적으로 운전자에게 전달해주는 매체로 개발중인 여러 시스템이 있는데, 그 중 헤드 업 디스플레이(Head up Display;HUD)가 주요 관심사가 되고 있다.

헤드 업 디스플레이(이하,'HUD'라 함)란 차량이나 항공기 주행 중 운전자 정면 즉 운전자의 주시야 선을 벗어나지 않는 범위에서 차량 주행 정보나 기타 정보를 제공하는 시스템이다.

예를들어, 보통 시속 약 100Km/h로 운전 중에 시야를 계기판에 두었다가 도로로 시야를 고정시키는 시간(2초)동안 약 55m의 거리를 이동 하기 때문에 위험이 존재한다.

이러한 위험을 줄이는 방법의 하나로 차량용 HUD를 개발하는 것이다.

차량용 HUD는 앞 유리창의 운전자의 주시야 선에 계기판의 정보(속력,주행거리,RPM 등)를 나타나게 하여 운전자가 운전 중에도 쉽게 주행정보를 파악할 수 있 도록 한다.

이로써 운전자는 도로로부터 눈을 떼지 않고도 중요한 주행정보를 인지함으로써 안전운행을 할 수 있는 것이다.

본 발명은 커버 글래스의 곡률 및 두께를 변형하고, 투과되는 허상의 광축에 대해 수직하게 배치함으로써, 이중상을 최소화하고, 외부로부터 입사되는 외광을 분산시킬 수 있는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치는, 빛을 발생시키는 광원과, 빛을 이용하여 주행정보에 대한 영상을 생성하는 디스플레이와, 생성된 영상을 허상으로 변환하는 렌즈와, 허상을 반사시키는 반사 미러와, 반사된 허상을 투영시켜 운전자에게 주행정보에 대한 가상 이미지를 제공하는 윈드 쉴드와, 반사 미러로부터 반사된 허상을 상기 윈드 쉴드로 투과하고, 외부로부터 입사되는 광을 반사시키는 커버 글래스를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 커버 글래스는 반사 미러로부터 반사된 허상의 광축에 대해 수직하게 배치될 수 있다.

또한, 커버 글래스의 곡률 반경은 25 - 30cm일 수 있으며, 커버 글래스의 두께는 0.4 - 1mm일 수 있다.

그리고, 커버 글래스의 상부면은 오목하고, 운전자 방향으로 배치될 수 있 다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 커버 글래스를 반사 렌즈로부터 윈드 쉴드로 투과되는 허상의 광축에 대해 수직하게 배치하고 커버 글래스의 두께를 얇게 하여, 허상이 커버 글래스 내부를 투과하는 투과 거리를 최소화함으로써, 운전자에게 보이는 허상이 이중으로 나타나는 현상을 줄일 수 있다.

둘째, 커버 글래스의 표면을 소정의 곡률 반경을 갖도록 제작함으로써, 외부로부터 입사되는 광을 분산시켜 운전자에게 향하는 광을 최소화하여 운전자에게 최적의 영상을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 차량용 헤드 업 디스플레이 장치의 실시예의 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1은 차량에 장착된 헤드 업 디스플레이 장치를 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, HUD 제어기(13)는 자동차의 내부 시스템에서 전달되는 주행정보를 디스플레이가 가능한 데이터로 변환하는 프로세스과정을 실행한다.

그리고, 디스플레이(11)는 HUD 제어기(13)의 제어신호에 따라 데이터를 영상 으로 디스플레이하고, 디스플레이(11)에서 발생된 영상은 반사 미러(12)에 반사되고, 커버 글래스(17)을 투과하여 윈드 쉴드(15)에 투영된다.

이어, 윈드 쉴드(15)에 투영된 영상은 운전자의 주시야선 안에서 가상 이미지(14)를 형성함으로써, 운전자에게 주행 정보를 제공한다.

여기서, 커버 글래스(17)는 외부의 이물질을 차단하는 덮개 역할을 수행하기도 하지만, 외부로부터 입사되는 외광이 운전자에게 제공되는 영상에 방해되지 않도록 외광을 윈드 쉴드(15) 방향으로 반사시키는 역할도 수행한다.

따라서, 커버 글래스(17)의 상부면이 윈드쉴드(15)로 향하도록 배치하는 것이 일반적이다.

그러나, 이러한 배치 방향은 영상을 디스플레이하기 위한 광이 커버 글래스(17)를 투과하는 거리가 길어지기 때문에, 가상 이미지가 이중상으로 나타나게 된다.

따라서, 이중상을 갖는 가상 이미지는 운전자에게 선명한 영상을 제공하지 못하기 때문에, 운전자는 정보 인식을 정확하게 이해하지 못하고 사고의 위험에 처할 수도 있다.

이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 헤드 업 디스플레이 장치를 상세히 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 광원(9), 디스플레이(11), 렌즈(7), 반사 미러(12), 윈드 쉴드(15), 커버 글래스(17)로 크게 구성될 수 있다.

여기서, 광원(9)은 디스플레이(11)에 빛을 제공하기 위해 빛을 생성하고, 디스플레이(11)는 광원(9)으로부터 제공된 빛을 이용하여 주행정보에 대한 영상을 생성한다.

여기서, 디스플레이(11)의 타입에 따라, 광원(9)은 필요하지 않을 수도 있다.

일반적으로 사용되는 디스플레이(11)는 LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micromirror Device) 등일 수 있으며, 속도, 방향, 네비게이션 등의 운행 정보를 표시할 수 있다.

그리고, 렌즈(7)는 생성된 영상을 허상으로 변환하는 역할을 수행하고, 반사 미러(12)는 렌즈(7)를 통해 입사되는 허상을 반사시키는 역할을 수행한다.

일반적으로 생성된 영상을 허상으로 변환하는 이유는 디스플레이(22)에서 생성된 영상만으로는 운전자가 볼 수 없기 때문에 렌즈(7)를 통해 허상을 만들어 주어야 한다.

또한, 반사 미러(12)는 Al, Ag, Au 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 반사층을 표면 위에 형성할 수 있다.

다음, 윈드 쉴드(15)는 반사 미러(12)에 의해 반사된 허상을 투영시켜 운전자에게 주행정보에 대한 가상 이미지를 제공한다.

이어, 커버 글래스(17)는 반사 미러(12)를 포함한 디스플레이 시스템을 외부의 이물질이나 먼지 등으로부터 보호하기 위한 커버 역할을 수행하며, 윈드 쉴드(15)를 통해 외부로부터 입사되는 외부 광이 디스플레이 시스템 내부로 침투되는 것을 차단하도록 외부 광을 반사시키는 역할을 수행한다.

또한, 커버 글래스(17)는 외부 광을 반사시킬 때, 운전자에게 향하는 광을 감소시키기 위하여 광을 분산시키는 역할도 수행할 수 있다.

여기서, 커버 글래스(17)는 반사 미러(12)로부터 반사된 허상의 광축에 대해 수직하게 배치되는 것이 바람직하다.

도 3은 도 2의 커버 글래스를 상세히 보여주는 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 커버 글래스(17)는 중심 표면이 커버 글래스(17)를 투과하는 허상의 광축에 대해 수직하도록 배치시킴으로써, 커버 글래스(17)를 투과한 허상이 이중상으로 디스플레이되는 것을 억제시킬 수 있다.

그 이유는 커버 글래스(17)를 투과하는 광의 투과 거리가 길면 길수록 굴절 현상에 의해 허상이 이중상으로 디스플레이되기 때문이다.

따라서, 이러한 이중상을 최소화하기 위해서는 커버 글래스(17)를 투과하는 광의 투과 거리를 짧게 할 필요가 있다.

광의 투과 거리를 짧게 하는 방법으로는 2가지 방법이 있는데, 첫 번째 방법은 커버 글래스(17)의 두께를 최소화하는 방법이고, 두 번째 방법은 광이 커버 글래스(17)의 표면을 수직으로 투과하는 방법이 있다.

그러므로, 본 발명의 커버 글래스(17)는 첫 번째 방법으로서, 이중상을 최소화하기 위해, 두께 t가 약 0.4 - 1mm인 것을 사용한다.

그 이유는 커버 글래스(17)의 두께가 약 0.4mm 이하인 경우에는 커버 글래스(17)의 인장 강도가 너무 작아 깨지기 쉽고, 커버 글래스(17)의 두께가 약 1mm 이상인 경우에는 커버 글래스(17)의 두께가 너무 두꺼워서 이중상이 나타날 수 있 기 때문이다.

그리고, 본 발명의 커버 글래스(17)는 두 번째 방법으로서, 이중상을 최소화하기 위해, 커버 글래스(17)와 반사미러(12)를 커버 글래스(17)를 투과하는 광축에 대해 나란히 배열한다.

그 이유는 커버 글래스(17)를 반사 미러(12)로부터 반사된 허상의 광축에 대해 수직하게 배치하면, 커버 글래스(17)를 투과하는 광의 투과 거리가 짧아지기 때문이다.

도 4a 및 도 4b는 허상의 광축에 대해 수직하게 배치되지 않은 커버 글래스를 보여주는 도면이고, 도 5a 및 도 5b는 허상의 광축에 대해 수직하게 배치된 커버 글래스를 보여주는 도면이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 커버 글래스(17)의 상부 표면은 윈드 쉴드 방향으로 배치됨으로써, 반사 미러(12)와 커버 글래스(17)는 광축에 대해 나란히 배열되지 않는다.

따라서, 반사 미러(12)에 의해 반사된 광은 커버 글래스(17)의 표면에 대해 비스듬하게 기울어져 투과되므로, 커버 글래스(17)를 투과하는 광의 투과 거리 w가 길어지게 된다.

그러나, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 커버 글래스(17)의 상부 표면을 운전자 방향으로 배치하면, 반사 미러(12)와 커버 글래스(17)는 광축에 대해 나란하게 배열될 수 있다.

따라서, 반사 미러(12)에 의해 반사된 광은 커버 글래스(17)의 표면에 대해 수직하게 투과되므로, 커버 글래스(17)를 투과하는 광의 투과 거리 w가 짧아지게 된다.

이와 같이, 본 발명은 커버 글래스(17)의 두께를 최소화하고, 커버 글래스(17)를 반사 미러(12)로부터 반사된 허상의 광축에 대해 수직하게 배치하여, 커버 글래스(17)를 투과하는 광의 투과 거리를 짧게 함으로써, 허상의 이중상을 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명은 커버 글래스(17)의 표면이 운전자 방향으로 기울어져 배치되기 때문에, 윈드 쉴드(15)를 통해 입사되는 외부광이 커버 글래스(17)에 반사되어 운전자 방향으로 진행함으로써, 허상의 선명도를 저하시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 운전자 방향으로 진행하는 외부광을 분산시키기 위하여, 커버 글래스(17)의 상부면을 오목하게 제작하고, 하부면을 볼록하게 제작한다.

이때, 커버 글래스(17)의 곡률 반경은 약 25 - 30cm 인 것이 바람직하다.

그 이유는 커버 글래스(17)의 곡률 반경이 약 25cm 이하이면, 윈드 쉴드(15)를 통해 입사되는 외부광이 분산되지 않고 운전자 방향으로 향함으로써, 허상의 선명도를 저하시킬 수 있으며, 커버 글래스(17)의 곡률 반경이 약 30cm 이상이면, 커버 글래스(17)를 투과하는 허상이 왜곡됨으로써, 이미지 특성을 저하시킬 수 있다.

경우에 따라, 커버 글래스(17)는 외부로부터 입사되는 광을 반사시키고, 내부로부터 입사되는 허상을 투과시키는 회절 소자를 사용할 수도 있다.

여기서, 회절 소자는 광을 조절하기 위해 굴절 또는 반사보다는 주기 구조(periodic structure)에 의한 회절을 이용한 소자이다.

회절 소자는 수차(aberration)가 없는 포인트-투-포인트(point-to-point) 이미지가 가능하며, 비구면과 같은 수차 조절이 가능하다.

또한, 회절 소자는 진폭형과 위상형이 있는데, 진폭형은 광의 일부가 회절 소자에 의해 차단되기 때문에 광 이용 효율 측면에서는 바람직하지 않지만, 위상형은 광의 위상 변화를 통해 광 이용 효율 측면에서는 매우 우수하므로 본 발명에서는 위상형 회절 소자를 사용할 수 있다.

위상형 회절 소자는 표면의 격자 구조에 의해 외부 광을 분산시킬 수 있으므로, 운전자에게 선명한 허상을 제공할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 헤드 업 디스플레이 장치는 커버 글래스를 반사 렌즈로부터 윈드 쉴드로 투과되는 허상의 광축에 대해 수직하게 배치하고 커버 글래스의 두께를 얇게 하여, 허상이 커버 글래스 내부를 투과하는 투과 거리를 최소화함으로써, 운전자에게 보이는 허상이 이중으로 나타나는 현상을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 커버 글래스의 표면을 소정의 곡률 반경을 갖도록 제작함으로써, 외부로부터 입사되는 광을 분산시켜 운전자에게 향하는 광을 최소화하여 운전자에게 최적의 영상을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

도 1은 차량에 장착된 헤드 업 디스플레이 장치를 보여주는 도면

도 2는 본 발명에 따른 헤드 업 디스플레이 장치를 상세히 보여주는 도면

도 3은 도 2의 커버 글래스를 상세히 보여주는 도면

도 4a 및 도 4b는 허상의 광축에 대해 수직하게 배치되지 않은 커버 글래스를 보여주는 도면

도 5a 및 도 5b는 허상의 광축에 대해 수직하게 배치된 커버 글래스를 보여주는 도면

Claims (8)

1. 빛을 발생시키는 광원;

   상기 빛을 이용하여 주행정보에 대한 영상을 생성하는 디스플레이;

   상기 생성된 영상을 허상으로 변환하는 렌즈;

   상기 허상을 반사시키는 반사 미러;

   상기 반사된 허상을 투영시켜 운전자에게 상기 주행정보에 대한 가상 이미지를 제공하는 윈드 쉴드; 그리고,

   상기 반사 미러로부터 반사된 허상을 상기 윈드 쉴드로 투과하고, 외부로부터 입사되는 광을 반사시키는 커버 글래스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 글래스는 상기 반사 미러로부터 반사된 허상의 광축에 대해 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 글래스의 곡률 반경은, 25 - 30cm 인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 글래스의 두께는 0.4 - 1mm 인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 글래스의 상부면은 오목하고, 상기 운전자 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 글래스는 외부로부터 입사되는 광을 반사시키고, 내부로부터 입사되는 허상을 투과시키는 회절 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 글래스와 상기 반사미러는 상기 커버 글래스를 투과하는 광축에 대해 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 미러는 Al, Ag, Au 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 반사층을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드 업 디스플레이 장치.

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