KR20120068687A - 화면에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

표시 화면(90)에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이는, 원화상을 생성하기 위한 액정 표시 소자(30), 상기 액정 표시 소자(30)를 향해 광을 방사하기 위한 광원(20), 상기 액정 표시 소자(30)를 통과하는 원화상의 광 화상을 반사하고 상기 광 화상을 표시 화면에 투영하기 위한 반사 거울(40), 및 오목면(51)을 갖고 액정 표시 소자와 반사 거울 사이에 배치되는 원통형 오목 렌즈(50)를 포함한다. 오목면은 원통형 오목 렌즈의 3차원 좌표의 x축을 따라서 곡선 형상을 갖는다. 오목면은 y축을 따라서 연장된다. 오목면은 그 z축이 광원으로부터 반사 거울을 향하는 광축으로부터 경사지도록 x축 주위로 회전된다.

Description

화면에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치 {HEAD-UP DISPLAY DEVICE FOR PROJECTING IMAGE ON SCREEN}
본 발명은 표시 화면에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
종래, 헤드업 디스플레이 장치에서는, 윈도우 쉴드와 같은 표시 화면에 투영되는 화상의 불균일한 광휘를 감소시키기 위한 기술이 주지되어 있다. 예를 들어, 일본특허 제4437675호(JP-B2-4437675) 공보에 기재된 조명 장치는 투영 화상의 원화상(original image)을 생성하기 위한 액정 표시 소자, 상기 액정 표시 소자를 향해 광을 방사하기 위한 발광 다이오드, 및 원화상을 표시 화면에 투영하기 위한 오목 거울을 포함한다. 오목 거울과 액정 표시 소자 사이에는 오목 렌즈가 배열되어, 투영 화상의 불균일한 광휘가 감소되고, 또한, 투영 화상과 원화상 사이의 배율이 증가한다.
오목 거울과 액정 표시 소자 사이에 배열되는 오목 렌즈의 기능에 대해서는 이하에서 설명한다. 액정 표시 소자로부터 방사되는 광의 강도는, 발광 다이오드로부터 오목 거울을 향한 광축에 대한 광의 각도가 커질 때 감소된다. 따라서, 광축을 따라서 액정 표시 소자를 통과한 광이 오목 렌즈의 작용에 의해 확산될 때, 표시 화면 상의 투영 화상의 중심에서의 광의 광휘가 억제된다. 한편, 투영 화상의 주변에서의 광의 광휘는 증가된다. 따라서, 투영 화상의 불균일한 광휘가 감소된다.
오목 렌즈의 오목면이 오목 거울과 대면하도록 오목 렌즈가 오목 거울과 액정 표시 소자 사이에 배치될 때, 이하의 문제가 생길 수 있다. 이 문제는 투영 화상에서 반사되는 주변 광에 관한 것이다. 구체적으로, 주변 광은 특정 방향으로 입사되고, 오목 거울에 의해 반사된다. 이후, 반사된 주변 광은 오목 거울과 대면하는 오목 렌즈의 오목면에 도달한다. 주변 광은 오목 거울에 진입하며, 이후 발광 다이오드로부터 오목 거울을 향하는 광축에 수직하게 배치되는 오목면의 일부에 의해 오목 거울을 향해서 반사된다. 반사된 주변 광은 액정 표시 소자를 통과한 원화상의 광 화상과 함께 표시 화면에 투영된다. 따라서, 주변 광은 표시 화면 상의 투영 화상에서 반사된다.
상기 문제를 감안하여, 본 발명의 목적은 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 투영 화상의 불균일한 광휘가 감소되며, 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 표시 화면에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이는, 원화상을 생성하기 위한 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자의 후방으로부터 액정 표시 소자를 향해 광을 방사하기 위한 광원과, 상기 액정 표시 소자를 통과하는 원화상의 광 화상을 반사하고 상기 광 화상을 표시 화면에 투영 화상으로서 투영하기 위한 반사 거울과, 오목면을 갖고 액정 표시 소자와 반사 거울 사이에 배치되는 원통형 오목 렌즈를 구비한다. 상기 오목면은 반사 거울과 대면한다. 상기 원통형 오목 렌즈에는 3차원 좌표가 형성된다. 상기 오목면은 3차원 좌표의 x축을 따르는 곡선 형상을 갖는다. 상기 오목면은 3차원 좌표의 y축을 따라서 연장된다. 상기 오목면은 오목면의 z축이 광축으로부터 경사지도록 x축 주위로 회전되게 구성된다. 상기 광축은 광원으로부터 반사 거울로 향하도록 규정된다.
상기 장치에서는, 오목면의 z축이 광축으로부터 경사지므로, 오목면의 어떤 부분도 광축에 수직하지 않다. 따라서, 반사 거울에서 반사된 주변 광이 원통형 오목 렌즈의 오목면에 도달하더라도, 주변 광은 반사 거울로의 방향과 다른 방향으로 반사된다. 따라서, 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제된다. 또한, 원통형 오목 렌즈는 액정 표시 소자를 통과한 광을 굴절시켜 굴절된 광이 확산된다. 따라서, 투영 화상의 중심부와 주변부 사이에서의 불균일한 광휘 차이가 감소된다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 자명해질 수 있다.
도 1은 차량의 구획에서의 헤드업 디스플레이 장치의 배열을 도시한 도면.
도 2는 헤드업 디스플레이 장치에 의해 투영되는 투영 화상을 도시한 도면.
도 3은 헤드업 디스플레이 장치에 의해 원화상을 투영하는 메커니즘을 도시한 도면.
도 4는 헤드업 디스플레이 장치의 원통형 오목 렌즈의 굴절 기능을 도시한 도면.
도 5a는 광축에 대한 액정 표시 소자로부터 방사된 광의 각도를 도시한 도면이며, 도 5b는 광의 각도와 투과율 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 6a는 원통형 오목 렌즈의 사시도이고, 도 6b는 원통형 오목 렌즈의 측면도이며, 도 6c는 원통형 오목 렌즈의 평면도.
도 7은 반사면에 입사되는 주변 광이 반사면에서 반사되고 이후 오목면에 도달하는 경우를 도시하는 도면.
도 8은 배율이 여덟 배로 설정될 때 원통형 오목 렌즈와 오목 거울의 배열을 도시한 도면.
도 9는 배율이 여섯 배로 설정될 때 원통형 오목 렌즈와 오목 거울의 배열을 도시한 도면.
도 10은 배율이 네 배로 설정될 때 원통형 오목 렌즈와 오목 거울의 배열을 도시한 도면.
도 1에 도시한 바와 같이, 예시적 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(100)는 차량의 구획의 계기판(91)에 수용된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)는 윈도우 쉴드(90) 등과 같은 표시 화면에 화상(10)을 투영한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 화상(10)은 차량의 수직 방향으로의 화상(10) 높이가 차량의 수평 방향으로의 화상 폭보다 짧도록 예를 들어 직사각형 형상을 갖는다. 투영 화상(10)은 예를 들어, 디스플레이 장치(100)가 장착되는 차량의 운전 속도, 내비게이션 시스템 사용에 의한 차량의 주행 방향의 표시, 깜빡이의 작동을 나타내는 인디케이터, 다중 경고등(도시되지 않음) 등을 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 투영 화상(10)은 윈도우 쉴드(90)로부터 약간 전방 위치에 형성된다. 따라서, 투영 화상(10)은 허상을 제공하며 운전자와 같은 사용자는 이 허상을 인지한다.
헤드업 디스플레이 장치(100)의 구조를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 장치(100)는 액정 표시 소자(30), 표준 광원(20) 및 오목 거울(40)을 구비한다.
액정 표시 소자(30)는 도트 매트릭스형 액정 표시 패널을 구비한다. 액정 표시 소자(30)는 풀 칼라 표시를 수행하도록 액정 표시 패널 상에 배열되는 복수의 픽셀을 제어한다. 액정 표시 소자(30)는 액정 표시 패널을 사용하여 투영 화상(10)을 형성하기 위해 원화상(11)을 생성시킨다. 액정 표시 소자(30)는 오목 거울(40)과 대면하는 평탄 표시면(31)을 갖는다. 액정 표시 소자(30)는 그 후방으로부터 표준 광원(20)에 의해 조사된다.
표준 광원(20)은 소자(30)의 후방에 배치된다. 표준 광원(20)은 소자(30)의 후방을 향해 광을 방사한다. 따라서, 표준 광원(20)은 원화상(11)의 광 형상(즉, 광 화상)이 오목 거울(40)에 전달되도록 액정 표시 소자(30)의 후방으로부터 액정 표시 소자(30)로 조사한다. 표준 광원(20)은 발광 다이오드(21), 내부 렌즈(23) 및 확산판(25)을 구비한다. 다이오드(21)는 여기될 때 백색광을 방사하기 위한 광원이다. 복수의 다이오드(21)가 미리 결정된 간격으로 회로판(22) 상에 배열된다.
내부 렌즈(23)는 아크릴 수지 및 폴리 카보네이트 수지와 같은 반투명 재료로 제조된다. 내부 렌즈(23)는 입사면(23a)과 출사면(23b)을 갖는다. 각각의 발광 다이오드(21)로부터 방사된 광은 입사면(23a)을 통해서 내부 렌즈(23)에 입사된다. 입사면(23a)은 회로판(22) 상의 발광 다이오드(21) 장착면을 따르는 평면이다. 출사면(23b)은 액정 표시 소자(30)를 향해서 볼록하게 돌출하는 볼록면이다. 내부 렌즈(23)는 출사면(23b)의 굴절작용에 따라 출사면(23b)으로부터 출사되는 광을 수렴시킨다.
확산판(25)은 판 형상을 갖고, 아크릴 수지 및 폴리 카보네이트 수지와 같은 반투명 재료로 제조된다. 확산판(25)의 각 표면은 미세한 요철을 갖는 텍스처로서 복수의 그레인을 갖는다. 확산판(25)은 내부 렌즈(23)로부터 출사된 광을 그레인의 확산 작용에 의해 확산시킨다. 따라서, 광의 불균일한 광휘는 확산판(25)의 기능에 의해 액정 표시 소자(30) 전체에 달한다.
오목 거울(40)은 액정 표시 소자(30)로부터 윈도우 쉴드(90)를 향해 출사된 원화상(11)의 광 화상을 반사한다. 오목 거울(40)은 반투명 수지 또는 반투명 유리로 제조된 만곡판에 알루미늄과 같은 금속이 증착되도록 형성된다. 오목 거울(40)은 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)과 대면하는 반사면(41)을 갖는다. 반사면(41)은 액정 표시 소자(30)에 대해 오목하게 만곡된다. 반사면(41)의 형상은 윈도우 쉴드(90)의 곡면에 의해 초래되는 투영 화상(10)의 왜곡을 교정하도록 결정된다. 또한, 반사면(41)이 곡면이기 때문에 원화상(11)으로부터 미리 결정된 배수 확대된 투영 화상(10)이 윈도우 쉴드(90)에 투영된다.
헤드업 디스플레이 장치(100)에서는, 직사각형 형상을 갖는 투영 화상(10)이 윈도우 쉴드(90)에 투영된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에서는, 사용자의 시점으로 추정되는 범위가 아이 박스(eye box)(16)로서 규정된다. 사용자가 아이 박스(16)를 통해서 투영 화상(10)을 볼 때, 투영 화상(10)의 허상은 사용자에 의해 정확히 인지된다.
도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 차량의 폭 방향을 따르는 수평 방향이 투영 화상(10)의 종방향인 X축으로 규정된다. 차량이 평탄한 지면 상에 배치될 때 차량의 수직 방향이 Y축으로 규정된다. 광축(OA)을 따르는 차량 전후 방향이 Z축으로 규정된다.
다음으로, 액정 표시 소자(30)의 시야각 특징을 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
평탄 표시면(31)에 수직한 방향을 따라서 액정 표시 소자(30)에 입사되는 광은 액정 표시 소자(30)를 쉽게 투과한다. 평탄 표시면(31)에 수직한 방향으로부터 특정 각도(θ) 경사진 방향을 따라서 액정 표시 소자(30)에 입사되는 광은 액정 표시 소자(30)를 거의 투과하지 못한다. 따라서, 표준 광원(20)으로부터 방사되고 액정 표시 소자(30)로부터 출사되는 광의 강도는 광축(OA)에 대한 각도(θ)가 증가할수록 감소된다. 따라서, 광축(OA)에 대한 광의 각도(θ) 범위는, 이 범위 내의 광이 광축(OA)을 따라서 출사되는 광에 대해 미리 결정된의 강도비를 가질 때 시야각으로서 규정된다. 예를 들어, 광의 각도(θ)가 시야각 내에 있을 때, 광축(OA)을 따라서 출사되는 광에 대한 광의 강도비는 50퍼센트 내지 80퍼센트 이상이다.
헤드업 디스플레이 장치(100)에 배열되고 액정 표시 소자(30) 용으로 사용되는 원통형 오목 렌즈(50) 등을 도 3 내지 도 4 및 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
원통형 오목 렌즈(50)는 아크릴 수지 및 폴리 카보네이트 수지와 같은 반투명 재료로 제조된다. 원통형 오목 렌즈(50)의 형상을 설명하기 위해, 3차원 좌표가 형성된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 헤드업 디스플레이 장치(100)가 차량에 배치될 때, 원통형 오목 렌즈(50)의 x축은 상술한 X축을 따라서 규정된다. 원통형 오목 렌즈(50)가 x축 주위로 10도 내지 20도 회전하므로 원통형 오목 렌즈(50)의 z축이 광축(OA)에 대해 경사지도록 원통형 오목 렌즈(50)는 액정 표시 소자(30)와 오목 거울(40) 사이에 배치된다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 원통형 오목 렌즈(50)는 입사면(53)과 오목면(51)을 갖는다. 액정 표시 소자(30)를 통과한 원화상(11)의 광 화상은 입사면(53)을 거쳐서 원통형 오목 렌즈(50)에 진입한다. 입사면(53)은 x-y 평면에 평행한 평탄면이다. 입사면(53)은 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)과 접촉한다. 구체적으로, 입사면(53)은 표시면(31)에 접착된다. 액정 표시 소자(30)에 대한 원통형 오목 렌즈(50)의 상대 위치는, 입사면(53)이 표시면(31)에 접착되는 조건 하에 입사면(53)을 x-y 평면을 따라서 변위시킴으로써 원화상(11)의 광 화상의 왜곡을 발생시키지 않도록 조절된다.
오목면(51)은 z축 방향에서 입사면(53)과 대향한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 오목면(51)은 오목 거울(40)의 반사면(41)과 대면한다. 오목면(51)은 y축 방향을 따라서 x축 방향으로 오목하게 만곡되어 있다. 원통형 오목 렌즈(50)는 오목면(51)의 굴절작용에 따라 오목면(51)으로부터 출사된 광을 확산시킨다.
도 3에 도시된 오목 거울(40)의 반사면(41)의 형상은 오목면(51)의 형상에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 원화상(11)의 광 화상은 오목면(51)에 의해 굴절된다. 따라서, 투영된 화상(10)은 오목면(51)의 굴절에 의해 초래되는 왜곡을 포함할 수 있다. 따라서, 오목 거울(40)의 반사면(41)의 형상은, 오목면(51)의 만곡에 의해 초래되는 투영 화상(10)의 왜곡과 더불어 윈도우 쉴드(90)의 만곡에 의해 초래되는 투영 화상(10)의 왜곡을 교정하도록 결정된다.
원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향으로 오목하게 만곡되어 있다. 그러나, y축 방향을 따르는 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 만곡되어 있지 않다. 따라서, 오목면(51)이 광축(OA)에 대해 z축 방향으로 경사져 있기 때문에, 오목면(51)의 어떤 부분도 표준 광원(20)으로부터 오목 거울(40)을 향하는 광축(OA)에 대해 수직하지 않다. 도 7은 윈도우 쉴드(90)를 통과하고 반사면(41)에 진입한 주변 광(AL)이 반사면(41)에서 반사되어 반사된 주변 광(AL)이 오목면(51)에 도달하는 경우를 도시한다. 주변 광(AL)은 광축(OA)에 수직한 부분을 갖지 않는 오목면(51)에서 반사되며, 따라서 반사된 주변 광(AL)은 오목 거울(40)과 다른 방향을 향해서 반사된다.
또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)에서는, 투영 화상(10)과 원화상(11) 사이의 다양한 배율 중 하나가 선택된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에서의 투영 화상(10)과 원화상(11) 사이의 다양한 배율은 네 배, 여섯 배, 여덟 배이다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에는, 두 개의 다른 원통형 오목 렌즈(50, 150)가 미리 준비된다. 각각의 원통형 오목 렌즈(50, 150)는, 대응 배율에 따라 결정되는 오목면의 곡률 반경을 갖는다. 또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)에는, 세 개의 오목 거울(40, 140, 240)이 미리 준비된다. 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 각각의 오목 거울(40, 140, 240)은 대응 배율에 따라 결정되는 반사면의 곡률 반경 및 치수를 갖는다.
도 8에 도시한 바와 같이, 여덟 배의 배율이 선택될 때는 원통형 오목 렌즈(50)와 오목 거울(40)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 세팅된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 여섯 배의 배율이 선택될 때는 원통형 오목 렌즈(150)와 오목 거울(140)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 세팅된다. 도 10에 도시한 바와 같이, 네 배의 배율이 선택될 때는 원통형 오목 렌즈가 없는 오목 거울(240)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 세팅된다. 따라서, 이 경우에는, 헤드업 디스플레이 장치(100)에 원통형 오목 렌즈가 세팅되지 않는다.
도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 원화상(11)에 대한 투영 화상(10)의 배율이 커지면, 원통형 오목 렌즈(50, 150) 내의 오목면(51, 151)의 곡률 반경은 감소된다. 따라서, 오목면(51, 151)의 굴절작용이 강화되므로, 광이 오목면(51, 151)을 통과한 후의 시야각이 증가한다. 구체적으로, 여덟 배의 배율에 의해 결정되는 형상을 갖는 원통형 오목 렌즈(50)는 오목면(51)의 곡률 반경이 30mm이다. 여섯 배의 배율에 의해 결정되는 형상을 갖는 원통형 오목 렌즈(150)는 오목면(151)의 곡률 반경이 50mm이다.
동일한 표준 광원(20)과 동일한 액정 표시 소자(30)가 배율에 의존하지 않고 사용된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에서, 배율이 커지면 오목 거울(40, 140, 240)과 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30) 사이의 거리는 감소된다. 본 실시예에서, 배율이 여덟 배일 때, 오목 거울(40)에 도달하는 광 화상의 x축 방향 및 y축 방향에서의 시야각은 각각 45도 및 12도일 것이 요구된다. 배율이 여섯 배일 때, 오목 거울(140)에 도달하는 광 화상의 x축 방향 및 y축 방향에서의 시야각은 각각 35도 및 11도일 것이 요구된다. 배율이 네 배일 때, x축 방향 및 y축 방향으로 오목 거울(240)에 도달하는 광 화상의 시야각은 각각 20도 및 10도일 것이 요구된다.
본 실시예에서, 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 광 화상의 x축 방향 시야각은 다양한 배율 중 최소 배율이 설정되는 경우에 요구되는 시야각과 같도록 결정된다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 광 화상의 y축 방향 시야각은 다양한 배율 중 최대 배율이 설정되는 경우에 요구되는 시야각과 같도록 결정된다. 따라서, 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 광 화상의 x축 방향 및 y축 방향 시야각은 각각 20도와 12도이다.
따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 여덟 배, 즉 최대 배율로 설정되는 경우를 설명한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 x축 방향 시야각은, 최대 배율이 최소 배율의 네 배로 설정되는 경우에 해당하는, 20도가 되도록 설정된다. 여덟 배의 배율에 해당하는 형상의 오목면(51)을 갖는 원통형 오목 렌즈(50)는 광을 x축 방향으로 확산하도록 굴절시킴으로써 시야각을 45도까지 증가시킨다. 따라서, 광 화상이 원통형 오목 렌즈(50)를 통과한 후의 x축 방향에서의 시야각은, 배율이 여덟 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 45도일 것을 충족한다.
표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 y축 방향에서의 시야각은, 배율이 여덟 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 12도이도록 설정된다. 따라서, 원통형 오목 렌즈(50)가 광을 y축 방향으로 확산시키지 않아도, Y축 방향으로 요구되는 12도의 시야각이 보장된다.
다음으로, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 여섯 배, 즉 다양한 배율 중 중간 배율로 설정되는 경우를 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 여섯 배의 배율에 해당하는 형상의 오목면(151)을 갖는 원통형 오목 렌즈(150)는 광을 x축 방향으로 확산하도록 굴절시킴으로써 시야각을 35도까지 증가시킨다. 따라서, 광 화상이 원통형 오목 렌즈(150)를 통과한 후의 x축 방향에서의 시야각은, 배율이 여섯 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 35도일 것을 충족한다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 y축 방향에서의 시야각은 12도이도록 설정된다. 따라서, 원통형 오목 렌즈(150)가 광을 y축 방향으로 확산시키지 않아도, y축 방향에서 요구되는 11도의 시야각이 보장된다.
다음으로, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배, 즉 다양한 배율 중 최소 배율로 설정되는 경우를 설명한다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 x축 방향에서의 시야각은, 배율이 네 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 20도이도록 설정된다. 따라서, 도 10에 도시한 바와 같이, 원통형 오목 렌즈의 확산 작용 없이도, x축 방향 시야각이 보장된다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 y축 방향 시야각은 12도이도록 설정된다. 따라서, y축 방향으로 요구되는 10도의 시야각이 보장된다.
본 실시예에서, 원화상(11)의 광 화상과 함께 오목면(51)에서 반사되는 주변 광(AL)은 오목면(51)의 형상 및 원통형 오목 렌즈(50)의 배열을 사용함으로써, 윈도우 쉴드(90)에 투영되는 것이 억제된다. 또한, 윈도우 쉴드(90)에 투영되는 투영 화상(10)의 중심부와 주변부에서의 광휘 차이는, 굴절율에 따라 광을 확산시키는 오목면(51)의 효과에 의해 감소된다. 따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 광휘 불균일이 낮은 화상을 투영하여, 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제된다.
또한, 본 실시예에서, 오목 거울(40)의 반사면(41)의 형상은 윈도우 쉴드(90)의 곡률에 기인하는 왜곡뿐 아니라 오목면(51)의 곡률에 기인하는 왜곡을 교정하도록 결정된다. 따라서, 투영 화상(10)의 왜곡은 헤드업 디스플레이 장치(100)의 구조를 복잡하게 하지 않으면서 교정된다. 따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 왜곡 없이 윈도우 쉴드(90)에 투영하고, 투영 화상(10)의 불균일한 광휘가 감소되며, 투영 화상에서 반사되는 주변 광은 억제된다.
본 실시예에서, 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향은 투영 화상(10)의 종방향인 X축 방향을 향하며, 따라서 원통형 오목 렌즈(50)를 통과한 원화상(11)의 광 화상은 투영 화상(10)의 종방향으로 확산하도록 굴절된다. 따라서, 투영 화상(10)의 종방향인 X축 방향으로의 투영 화상(10)의 불균일한 광휘가 감소된다. 투영 화상(10)은 X축 방향의 길이가 Y축 방향의 높이보다 크다. 투영 화상(10)은 윈도우 쉴드(90)에 투영된다. 따라서, X축 방향으로의 투영 화상(10)의 불균일한 광휘가 현저할 수 있다. 따라서, 수평방향으로 긴 투영 화상(10)을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치(100)에서는 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향을 X축 방향으로 향하게 하는 것이 바람직하다.
또한, 수평방향으로 긴 투영 화상(10)이 투영되고 배율이 클 때에도, y축 방향 시야각은 x축 방향 시야각보다 작을 수 있다. 따라서, x축 방향 시야각에 비해 y축 방향 시야각을 보장하는 것이 용이하다. 따라서, 광을 주로 x축 방향으로 확산시키기 위한 원통형 오목 렌즈(50, 150)가 사용될 때에도, Y축 방향으로의 투영 화상(10)의 불균일한 광휘는 거의 발생되지 않는다.
또한, 본 실시예에서, 표준 광원(20)과 액정 표시 소자(30)가 공동으로 준비될 때에도, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 광휘 불균일이 낮은 화상을 각각의 배율로 투영한다. 따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 불균일한 광휘가 감소되고 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제되도록 낮은 비용으로 제조된다.
또한, 본 실시예에서는, x-y 평면을 따라서 평탄한 입사면(53)이 액정 표시 소자(30)의 평탄 표시면(31)과 접촉하기 때문에, x축 및 y축 주위로의 원통형 오목 렌즈(50)의 회전이 억제된다. 액정 표시 소자(30)에 대한 x-y 평면에서의 원통형 오목 렌즈(50)의 상대 위치가 조절된다. 따라서, 액정 표시 소자(30)에 대한 원통형 오목 렌즈(50)의 위치 설정 정확도가 높다. 액정 표시 소자(30)에 대한 원통형 오목 렌즈(50)의 상대 위치의 변위에 기인하는 투영 화상(10)의 불균일한 광휘 및 투영 화상(10)의 왜곡이 감소된다.
본 실시예에서, 표준 광원(20)은 광원에 대응하고, 오목 거울(40)은 반사 거울에 대응하며, 윈도우 쉴드(90)는 투영 부재에 대응한다.
(다른 실시예)
상기 실시예에서, 원통형 오목 렌즈(50)의 입사면(53)은 원통형 오목 렌즈(50)의 위치가 조절되도록 x-y 평면을 따라 평탄하다. 이와 달리, 표시면(31)과 대면하는 입사면(53)은, 원통형 오목 렌즈(50)가 만곡면 상에서 광을 확산시키는 한, 표시면(31)에 대해 오목하게 만곡될 수도 있다. 이와 달리, 입사면(53)은 표시면(31)에 대해 볼록하게 만곡될 수도 있다. 이와 달리, 원통형 오목 렌즈(50)의 입사면(53)은 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)으로부터 이격된 위치에서 헤드업 디스플레이 장치(100)의 본체에 부착될 수도 있다.
상기 실시예에서, 오목 거울(40, 140, 240)의 각각은 반사 거울에 대응한다. 이와 달리, 반사 거울은 복수의 오목 거울과 복수의 렌즈의 조합으로 준비될 수도 있다. 이와 달리, 반사 거울은 평탄한 반사면을 갖는 반사 거울을 구비할 수도 있다.
본 실시예에서, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배일 때, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 원통형 오목 렌즈를 갖지 않는다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 표준 광원(20)과 오목 거울(40) 사이의 거리가 상기 실시예보다 짧고 큰 시야각이 요구되는 경우 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배일 때에도 원통형 오목 렌즈(50)를 구비할 수 있다. 또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배, 여섯 배, 여덟 배와 다를 수 있다. 예를 들어, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 열 배일 수 있다. 또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 각 배율에 요구되는 시야각이 상기 실시예와 다를 수 있다. 예를 들어, 각각의 배율에 요구되는 시야각은 광원과 반사 거울 사이의 거리 등에 따라 달라질 수 있다.
상기 실시예에서는, 배율이 변경될 때에도, 액정 표시 소자(30)와 표준 광원(20)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 공동으로 사용된다. 이와 달리, 최적의 시야각을 제공하기 위한 액정 표시 소자(30) 및 표준 광원(20)이 각각의 배율에서 준비될 수 있다.
상기 실시예에서, 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 y축 방향을 따라서 y축 방향으로 무한 곡률 반경을 갖는다. 이와 달리, 원통형 오목 렌즈(50)가 10도 내지 20도 경사질 때 오목면(51)이 광축(OA)에 수직한 영역을 갖지 않는 한, 오목면(51)은 y축 방향으로 약간 만곡된 오목면일 수도 있다.
상기 실시예에서는, 수평방향으로 긴 투영 화상(10)이 윈도우 쉴드(90)에 투영된다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)가 수직방향으로 긴 투영 화상(10)을 윈도우 쉴드(90)에 투영할 수도 있다. 이 경우, 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향을 차량의 수직 방향인 Y축 방향을 따라서 배열하는 것이 바람직하다. 원통형 오목 렌즈(50)는 z축이 광축(OA)에 경사지도록 배열되도록 x축 주위로 회전될 수 있다.
상기 실시예에서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 윈도우 쉴드(90)에 투영한다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 계기판(91)의 상부에 배치되는 혼합기와 같은 반투명 판에 투영 화상(10)을 투영할 수도 있다. 이 경우, 오목 거울(40)의 반사면(41)의 곡률은 차량 형태에 따라 조절되지 않을 수도 있다.
본 실시예에서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 차량의 윈도우 쉴드(90)에 투영한다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 차량의 사용자 전방에 투영할 수도 있다.
본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 바람직한 실시예 및 구조로 한정되지 않는 것을 알아야 한다. 본 발명은 다양한 수정예 및 등가 구조를 커버하도록 의도된다. 또한, 다양한 조합과 구성이 바람직하지만, 보다 많거나 보다 적은 요소를 구비하거나 단일 요소 만을 구비하는 다른 조합 및 구성도 본 발명의 취지 및 범위에 포함된다.

Claims (9)

  1. 표시 화면(90)에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치이며,
    원화상을 생성하기 위한 액정 표시 소자(30)와,
    상기 액정 표시 소자(30)의 후방으로부터 액정 표시 소자(30)를 향해 광을 방사하기 위한 광원(20)과,
    상기 액정 표시 소자(30)를 통과하는 원화상의 광 화상을 반사하고 상기 광 화상을 표시 화면(90)에 투영 화상으로서 투영하기 위한 반사 거울(40)과,
    오목면(51)을 갖고, 액정 표시 소자(30)와 반사 거울(40) 사이에 배치되는 원통형 오목 렌즈(50)를 포함하며,
    상기 오목면(51)은 반사 거울(40)과 대면하고,
    상기 원통형 오목 렌즈(50)에는 3차원 좌표가 형성되며,
    상기 오목면(51)은 3차원 좌표의 x축을 따르는 곡선 형상을 갖고,
    상기 오목면(51)은 3차원 좌표의 y축을 따라 연장되며,
    상기 오목면(51)은 오목면(51)의 z축이 광축으로부터 경사지도록 x축 주위로 회전되게 구성되고,
    상기 광축은 광원(20)으로부터 반사 거울(40)로 향하도록 규정되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 원화상에 대한 투영 화상의 복수의 배율 중 하나를 설정하고,
    상기 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 복수의 배율 중 하나에 대응하는 곡률 반경을 갖고,
    x축에서의 시야각은, 광축에 대해 x축으로 각도를 이루어 방사되고, 광축을 따라서 방사된 직선 광에 대해 미리 결정된 강도비를 갖는 광의 각도 범위로서 규정되며,
    y축에서의 시야각은, 광축에 대해 y축으로 각도를 이루어 방사되고, 광축을 따라서 방사된 직선 광에 대해 미리 결정된 강도비를 갖는 광의 각도 범위로서 규정되며,
    상기 x축에서의 시야각은 복수의 배율 중 하나가 최소 배율인 경우에 x축에서 필요한 시야각이도록 결정되고,
    상기 y축에서의 시야각은 복수의 배율 중 하나가 최대 배율인 경우에 y축에서 필요한 시야각이도록 결정되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 차량에 장착되며,
    상기 표시 화면(90)은 차량의 만곡된 윈도우 쉴드이고,
    상기 반사 거울(40)은, 윈도우 쉴드 및 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)의 곡률에 기인하는 투영 화상의 왜곡을 교정하기 위해 결정되는 형상을 갖는 반사면을 갖는, 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 차량에 장착되며,
    상기 투영 화상은 차량의 수평 방향으로 길이를 갖고 차량의 수직 방향으로 높이를 갖고,
    상기 투영 화상의 길이는 투영 화상의 높이보다 크고,
    상기 원통형 오목 렌즈(50)의 x축은 차량의 수평 방향과 평행한, 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원통형 오목 렌즈(50)는 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)과 접촉하는 입사면(53)을 갖고,
    상기 액정 표시 소자(30)를 통과한 원화상의 광 화상은 입사면(53)을 거쳐서 원통형 오목 렌즈(50)로 진입하며,
    상기 입사면(53)은 x-y 평면에서 확장되는, 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 차량에 장착되고,
    상기 표시 화면(90)은 차량의 윈도우 쉴드이며,
    상기 원통형 오목 렌즈(50)의 x축은 차량의 측방향에 평행하고,
    상기 원통형 오목 렌즈(50)의 y축은 차량의 수직 방향으로부터 경사지며,
    상기 원통형 오목 렌즈(50)의 z축은 차량의 종방향으로부터 경사지는, 헤드업 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, x축 주위로의 오목면(51)의 회전 각도는 10도 내지 20도의 범위에 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서, y축을 따른 오목면(51)은 만곡되지 않고,
    반사 거울(40)은, 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51) 및 윈도우 쉴드의 곡률에 기인하는 투영 화상의 왜곡을 교정하기 위해 결정된 형상의 반사면을 갖고,
    상기 반사 거울(40)은 오목 거울인, 헤드업 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 원통형 오목 렌즈(50)는 액정 표시 소자(30)의 표시면과 접촉하는 입사면(53)을 갖고,
    액정 표시 소자(30)를 통과한 원화상의 광 화상은 입사면(53)을 거쳐서 원통형 오목 렌즈(50)로 진입하고,
    상기 입사면(53)은 x-y 평면에서 확장되는 평탄면인, 헤드업 디스플레이 장치.
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