KR20140094455A

KR20140094455A - 헤드업 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20140094455A
Application number: KR1020140006181A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 야마구치
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-07-30
Also published as: DE102014100340A1; JP2014142423A; US20140204465A1

Abstract

헤드업 디스플레이 장치는 프로젝터(10), 스크린 부재(40) 및 프리즘 부재(30)를 포함한다. 프리즘 부재는 프로젝터로부터 레이저광이 진입하는 입사면(31), 입사면으로부터 진입한 레이저광을 프리즘 부재 내부에서 반사하는 미러면(33) 및 미러면에 의해 반사된 레이저광을 프리즘 부재의 외부의 스크린 부재를 향해 출사하는 출사면(32)을, 광학 경로 상의 광학면으로서, 일체로 갖고, 입사면 및 출사면의 각각은 레이저광이 스폿 상태로 스크린 부재에 대해 이미지로 형성되도록 렌즈면을 구성한다.

Description

헤드업 디스플레이 장치 {HEAD-UP DISPLAY DEVICE}

본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.

헤드업 디스플레이(HUD) 장치는 투사면에 표시 화상을 표시하기 위해 스크린 부재에 레이저광을 투사하는 프로젝터를 포함한다.

JP-2010-145745A호는 렌즈가 프로젝터와 스크린 부재 사이의 광학 경로 내에 배치되어, 스크린 부재에 조사된 레이저광이 스폿 상태로 선명한 이미지를 형성하게 되는 이러한 레이저형 HUD 장치를 설명하고 있다.

그러나, 프로젝터와 스크린 부재 사이의 광학 경로가 직선 형상을 갖도록 보장하는 것이 필요하여, HUD 장치의 크기가 전체로서 대형이 된다. 대형 HUD 장치를 자동차와 같은 이동체의 제한된 공간 내에 배치하는 것이 곤란하다.

레이저광을 반사하는 미러가 광학 경로를 굴곡하기 위해 프로젝터와 스크린 부재 사이에 렌즈와 함께 배열된다. 미러와 렌즈는 프로젝터와 스크린 부재 사이의 공간 내에 적절한 위치 및 배향으로 미러 및 렌즈를 배치하기 위해 부착 부재를 통해 이동체에 부착된다.

이 경우에, 헤드업 디스플레이 장치를 제조하기 위한 부재의 수가 증가되고, 조립성이 낮아진다. 더욱이, 미러와 렌즈에 부가하여, 프로젝터와 스크린 부재 사이에 부착 부재를 배열할 필요가 있기 때문에, 프로젝터와 스크린 부재 사이의 실제 거리가 길어지게 된다. 후자의 경우에, 개구수(numerical aperture)는 프로젝터와 스크린 부재 사이에 작아지게 되기 때문에, 스크린 부재에 이미지로 형성되는 레이저광의 스폿 크기가 커지게 되고, 따라서 이미지 형성 성능을 향상시키는 효과가 제한될 것이다.

본 발명의 목적은 높은 조립성 및 이미지 형성 성능을 갖는 소형 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 예에 따르면, 이동체의 투사면에 표시 화상을 투사하여 이동체의 실내로부터 보여지는 표시 화상의 허상을 표시하는 헤드업 디스플레이 장치는 프로젝터, 스크린 부재 및 프리즘 부재를 포함한다. 프로젝터가 레이저광을 투사한다. 스크린 부재가 투사면에 투사될 표시 화상을 레이저광을 조사함으로써 형성한다. 프리즘 부재는 프로젝터와 스크린 부재 사이의 광학 경로 상에 배치되고, 프로젝터로부터 투사된 레이저광을 도입하고 스크린 부재로 조사한다. 프리즘 부재는 공기의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖고, 프로젝터로부터 레이저광이 진입하는 입사면, 입사면으로부터 진입하는 레이저광을 프리즘 부재의 내부에서 반사하는 미러면 및 미러면에 의해 반사된 레이저광을 프리즘 부재의 외부의 스크린 부재를 향해 출사하는 출사면을 일체로 갖는다. 입사면, 미러면 및 출사면은 광학 경로 상의 광학면에 대응한다. 입사면 및 출사면의 각각은 레이저광이 스크린 부재에 대해 스폿 상태로 이미지로 형성되도록 렌즈면을 구성한다.

이에 따라, 프로젝터와 스크린 부재 사이의 광학 경로 상에서, 스크린 부재에 조사하기 위해 프로젝터로부터 레이저광을 도입하는 프리즘 부재는 그 각각이 렌즈면을 구성하는 입사면 및 출사면과, 미러면을 함께 일체로 갖는다. 따라서, 미러면의 반사 작용에 의해 광학 경로는 굴곡되어 크기가 감소되고, 이미지 형성 성능은 프리즘 부재에 기인하여 입사면과 출사면에 의해 향상되고, 부재들의 수는 감소될 수 있고, 이동체로의 조립성이 향상될 수 있다.

더욱이, 프리즘 부재는 공기보다 높은 굴절률을 갖는다. 프로젝터로부터 입사면 내에 입사된 레이저광은 미러면에 의해 프리즘 부재 내부에서 반사되고, 출사면으로부터 외부 스크린 부재를 향해 출사된다. 따라서, 프로젝터와 스크린 부재 사이의 실제 거리에 대해, 프리즘 부재 내부의 공기 환산 길이(air-conversion-length)가 프리즘 부재의 높은 굴절률 특성에 의해 상대적으로 단축된다. 따라서, 프로젝터와 스크린 부재 사이의 개구수는 가급적으로 증가될 수 있다. 개구수의 증가는 스크린 부재에서 이미지로 형성되는 레이저광의 스폿 크기를 감소시킬 수도 있고, 따라서 프로젝터와 스크린 부재 사이의 정해진 실제 거리에 따른 범위에서 이미지 형성 성능을 향상시키는 것이 또한 가능하게 된다.

또한, 프로젝터와 스크린 부재 사이의 개구수가 NA로서 정의될 때, 프로젝터에 의해 투사되는 레이저광의 투사 직경이 φ로서 정의될 때, 프로젝터와 스크린 부재 사이의 실제 거리가 D로서 정의될 때, 프리즘 부재의 내부의 미러면을 경유하는 입사면과 출사면 사이의 실제 거리가 t로서 정의될 때, 그리고 프리즘 부재의 굴절률이 n으로서 정의될 때, NA=φ/{2D-2t·(1-1/n)}의 관계가 성립된다.

따라서, 프리즘 부재 내부의 공기 환산 길이는 높은 굴절률(n)을 갖는 프리즘 부재 내부의 미러면을 경유하는 입사면과 출사면 사이의 실제 거리(t)만큼 프로젝터와 스크린 부재 사이에서 짧아질 수 있다. 이에 따라, 레이저광의 투사 직경(φ)을 사용하여 상기 관계에 의해 표현되는 개구수(NA)는 프로젝터와 스크린 부재 사이의 실제 거리(D)에 따른 범위에서 증가될 수 있어, 이미지 형성 성능을 확실하게 향상시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이루어진 이하의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치를 도시하는 개략도.
도 2는 헤드업 디스플레이 장치에 의한 표시 상태를 도시하는 개략도.
도 3은 헤드업 디스플레이 장치를 도시하는 다이어그램.
도 4는 헤드업 디스플레이 장치의 프리즘 부재를 도시하는 측면도.
도 5는 헤드업 디스플레이 장치의 스크린 부재를 도시하는 부분 사시도.
도 6은 프리즘 부재를 도시하는 사시도.
도 7은 헤드업 디스플레이 장치의 개구수를 설명하기 위한 설명도.
도 8은 비교예의 개구수를 설명하기 위한 설명도.
도 9는 제2 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 프리즘 부재를 도시하는 측면도.
도 10은 제3 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 프리즘 부재를 도시하는 측면도.

본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이다. 실시예에서, 이전의 실시예에 설명된 내용에 대응하는 부분은 동일한 도면 부호가 할당될 수도 있고, 그 부분에 대한 중복적인 설명은 생략될 수도 있다. 단지 구성의 일부만이 실시예에 설명될 때, 다른 이전의 실시예는 구성의 다른 부분에 적용될 수도 있다. 부분들은 부분들이 조합될 수 있다는 것이 명시적으로 설명되지 않더라도 조합될 수도 있다. 실시예들은 조합에 손해가 없으면, 실시예들이 조합될 수 있다는 것이 명시적으로 설명되지 않더라도 부분적으로 조합될 수도 있다.

(제1 실시예)

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이(HUD) 장치(100)는 이동체에 대응하는 차량(1)에 장착되고, 계기판(instrument panel)(80) 내에 수용된다. HUD 장치(100)는 차량(1)의 표시 부재인 앞유리(windshield)(90)에 레이저광에 의해 표시 화상(71)을 투사한다. 차량(1)에서, 앞유리(90)의 내측면은 표시 화상(71)이 계기판(80) 위에 투사되는 투사면(91)에 대응한다(도 2 참조). 차량(1)에서, 경사각은 광학 경로 차를 억제하기 위해 앞유리(90)의 내측면과 외측면 사이에서 상이할 수도 있다. 다르게는, 증착 멤브레인 또는 필름이 광학 경로 차를 억제하기 위해 내측면에 배치될 수도 있다.

표시 화상(71)이 투사면(91)에 투사될 때, 차량(1)의 객실 내에서, 투사면(91)에 의해 반사된 광속은 운전자와 같은 탑승자의 시점(74)에 도달한다. 시점(74)에 도달하는 광속이 탑승자에 의해 지각될 때, 시각적 확인이 앞유리(90)의 전방의 이미지로서 형성된 표시 화상(71)의 허상(70)에 대해 수행될 수 있다.

투사면(91)에 표시 화상(71)을 투사함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, HUD 장치(100)는 차량(1)의 객실 내에서 인식되게 하기 위해 표시 화상(71)의 허상(70)을 표시한다. 허상(70)은 예를 들어 차량(1)의 속도의 지시 표시(70a), 네비게이션 시스템에 의한 차량(1)의 주행 방향의 지시 표시(70b) 및 차량(1)에 대한 경고 표시(70c)를 포함한다.

허상(70)을 표시하는 HUD 장치(100)가 이하에 상세히 설명된다. 도 1에 도시된 바와 같이, HUD 장치(100)는 하우징(60) 내에 수용되어 있는 프로젝터(10), 프리즘 부재(30), 스크린 부재(40) 및 광학 시스템(50)을 구비한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 프로젝터(10)는 광원부(12) 및 광 도입부(20)를 갖는다. 광원부(12)는 3개의 레이저 출사부, 즉 제1 레이저 출사부(14), 제2 레이저 출사부(15) 및 제3 레이저 출사부(16)를 포함한다. 각각의 레이저 출사부(14, 15, 16)는 제어기(28)로부터 출력된 제어 신호에 따라 색상(hue)에 있어서 서로 상이한 단일 파장 레이저광을 출사한다.

구체적으로, 제1 레이저 출사부(14)는 예를 들어 640 ㎚ 또는 600 내지 650 ㎚의 범위의 피크 파장을 갖는 적색 레이저광을 출사한다. 제2 레이저 출사부(15)는 예를 들어 515 ㎚ 또는 490 내지 530 ㎚의 범위의 피크 파장을 갖는 녹색 레이저광을 출사한다. 제3 레이저 출사부(16)는 예를 들어 450 ㎚ 또는 430 내지 470 ㎚의 범위의 피크 파장을 갖는 청색 레이저광을 출사한다. 다양한 색이 레이저 출사부(14, 15, 16)로부터 투사된 3개의 색을 갖는 레이저광을 혼합함으로써 생성될 수 있다.

광 도입부(20)는 3개의 시준기 렌즈(21), 2색 필터(22, 23, 24), 레이저 미러(25), 집광 렌즈(26) 및 주사 미러(27)를 갖는다. 각각의 시준기 렌즈(21)는 대응 레이저 출사부(14, 15, 16)로부터 출력된 레이저광을 굴절 작용에 의해 평행광으로 시준한다.

각각의 2색 필터(22, 23, 24)는 대응 시준기 렌즈(21)를 통과하는 레이저광들 중에서 특정 파장을 갖는 레이저광을 반사하고, 다른 파장을 갖는 다른 레이저광은 2색 필터(22, 23, 24)를 통해 통과한다. 구체적으로, 레이저 출사부(14)의 투사측에 인접하여 배열된 2색 필터(22)는 적색 레이저광을 반사하고, 다른 색의 레이저광은 2색 필터(22)를 통해 통과한다. 레이저 출사부(15)의 투사측에 인접하여 배열된 2색 필터(23)는 녹색 레이저광을 반사하고, 다른 색의 레이저광은 2색 필터(23)를 통해 통과한다. 레이저 출사부(16)의 투사측에 인접하여 배열된 2색 필터(24)는 청색 레이저광을 반사하고, 다른 색의 레이저광은 2색 필터(24)를 통해 통과한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에서, 2색 필터(22)에 의해 반사되어 2색 필터(24)를 통해 통과하는 적색 레이저광, 2색 필터(23)에 의해 반사되어 2색 필터(24)를 통해 통과하는 녹색 레이저광 및 2색 필터(24)에 의해 반사되는 청색 레이저광은 레이저 미러(25) 내로 입사된다.

레이저 미러(25)는 각각의 색을 갖는 레이저광을 집광 렌즈(26)를 향해 반사한다. 집광 렌즈(26)는 레이저 미러(25)에 의해 반사된 후에 포커싱된 집중된 상태로 레이저광을 혼합한다. 혼색 레이저광은 집광 렌즈(26)로부터 주사 미러(27) 내에 입사되고, 주사 미러(27)는 광속으로서 혼색 레이저광을 투사하여 표시 화상(71)이 되게 한다. 주사 미러(27)는 2개의 회전축, 즉 제1 회전축(27a) 및 제2 회전축(27b)을 갖고, 제1 회전축(27a) 및 제2 회전축(27b)의 각각에서 회전 가능하다. 주사 미러(27)의 액추에이터(도시 생략)는 레이저광의 투사 방향을 변경하기 위해, 제어기(28)로부터 출력된 구동 신호에 따라 2개의 축에서 주사 미러(27)를 회전시킨다.

제어기(28)는 예를 들어 마이크로컴퓨터와 같은 전자 회로를 갖는다. 제어기(28)는 레이저 출사부(14, 15, 16)의 각각에 제어 신호를 출력하여, 이에 의해 레이저광의 펄스 투사를 간헐적으로 수행한다. 제어기(28)는 주사 미러(27)의 액추에이터에 구동 신호를 출력함으로써 레이저광의 투사 방향을 제어한다.

프리즘 부재(30)는 프로젝터(10)로부터 투사된 레이저광을 도입하고, 레이저광을 스크린 부재(40)에 조사한다. 이 때, 프리즘 부재(30)는 내부에서 레이저광을 반사하고, 이미지 형성이 스폿 상태에서 스크린 부재(40)에 레이저광으로 행해지도록 하는 렌즈로서 동작한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 프리즘 부재(30)를 통과하는 레이저광은 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이에 광학 경로(L)를 갖는다. 광학 경로(L)는 주사 미러(27)의 2축 회전에 의해 변경되지만, 편차 범위 내의 모든 광학 경로를 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 광학 경로(L)라 또는 단순히 광학 경로(L)라 칭한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스크린 부재(40)는 이미지 형성면(40a)을 갖는다. 프리즘 부재(30)로부터 조사된 레이저광은 이미지 형성면(40a)에 이미지를 형성한다. 스크린 부재(40)는 이미지 형성면(40a)에 반사 작용에 의해 레이저광을 확산한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 스크린 부재(40)는 2차원 방향으로 어레이 형상으로 배열된 마이크로 미러로서 이미지 형성면(40a)에 복수의 광학 소자(42)를 갖는다. 레이저광이 스폿 상태로 조사되는 이미지 형성면(40a)에는, 광학 소자(42) 중 적어도 하나가 미리 정해진 스폿 크기를 갖는 조사 영역(40b) 내에 안착되고, 조사 영역(40b)은 주사 미러(27)의 2축 회전에 따라 2차원 방향으로 주사된다. 이러한 주사 작업에 의해, 표시 화상(71)이 이미지 형성면(40a)에 형성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(50)은 오목 미러(52)를 갖는다. 오목 미러(52)는 스크린 부재(40)에 의해 확산된 표시 화상(71)의 광속을 투사면(91)을 향해 반사한다. 오목 미러(52)는 스윙축(swinging axis)(52a)에서 스윙하는 것이 가능하다. 오목 미러(52)의 액추에이터(도시 생략)는 허상(70)의 이미지 포커싱된 위치를 상하로 변경하기 위해, 제어기(28)로부터 출력된 구동 신호에 따라 오목 미러(52)를 스윙축(52a) 주위로 스윙하게 한다.

프리즘 부재(30)의 상세는 도 4 및 도 6을 참조하여 설명된다. 프리즘 부재(30)는 대략적으로 다면체 형상을 갖는 블록 형상을 갖고, 투명 수지 또는 반투명 글래스와 같은 공기의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 반투명 재료에 의해 제조된다. 프리즘 부재(30)는 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 광학 경로(L) 상에 존재하는 광학면에 대응하고, 입사면(31), 출사면(32) 및 미러면(33)을 일체로 갖는 단일 부재이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 입사면(31)은 광학 경로(L) 상의 프로젝터(10)에 대면하는 평면 형상을 갖는다. 이에 의해, 프로젝터(10)로부터 출력된 레이저광은 입사면(31) 내로 입사되고, 입사광은 프리즘 부재(30)의 내부로 유도된다. 출사면(32)은 광학 경로(L) 상의 스크린 부재(40)에 대면하고 스크린 부재(40)로부터 오목하게 되는 오목 형상을 갖는다. 이에 의해, 입사면(31)과 함께 레이저면을 구성하는 출사면(32)은 레이저광을 출사하고, 출사된 광은 스폿 상태로 스크린 부재(40)에 이미지를 형성한다. 렌즈면은 광이 굴절 작용에 의해 확산되거나 포커싱될 수 있는 광학면을 의미하고, 입사면(31) 및 출사면(32)에 대응할 수도 있다.

미러면(33)은 광학 경로(L) 상의 입사면(31) 및 출사면(32)에 경사지게(평행하지 않게) 대면하는 평면 형상을 갖는다. 알루미늄 증착 필름과 같은 반사 필름이 미러면(33)의 외측면에 적층된다. 입사면(31)으로부터 입사된 레이저광은 스크린 부재(40) 내부의 출사면(32)을 향해 반사되고, 광학 경로(L)는 입사면(31)의 측으로부터 출사면(32)의 측으로 굴곡된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 프리즘 부재(30)는 광학면(31, 32, 33)이 아닌 제1 측면(34) 및 제2 측면(35)을 갖고, 부착부(36)가 제1 측면(34)과 제2 측면(35)의 각각에 형성된다. 부착부(36)는 입사면(31)에 대략 수직이 되도록 제1 측면(34)과 제2 측면(35)의 각각으로부터 외향으로 돌출된 플레이트 형상을 갖는다. 부착부(36)는 나사와 같은 체결 부재에 의해 계기판(80)(도 1 및 도 2 참조)의 프레임에 부착된다.

프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 개구수가 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된다. 도 7은 프리즘 부재(30)가 제공되어 있는 제1 실시예의 경우를 도시하고, 도 8은 프리즘 부재(30)가 제공되어 있지 않은 비교예의 경우를 도시한다. 도 7 및 도 8에서, 주사 미러(27)의 2축 회전에 따라 변경되는 3개의 광학 경로(L)에 대해, 스크린 부재(40)로의 이미지 형성이 통상적으로 도시된다. 도 7에서, 미러면(33)에 의한 반사의 도시는 생략된다.

도 8의 비교예에서, 개구수(NA)는 이하의 식 1에 의해 표현되고, 여기서 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 실제 거리가 D로서 정의되고, 프로젝터(10)의 실제 투사 위치(Pr)로부터 투사된 레이저광의 투사 직경이 φ로서 정의된다. 본 실시예에서, 투사 직경(φ)은 도 3의 주사 미러(27)에 의한 반사점에서 레이저광의 빔 직경에 대응한다.

NA=φ/2D ... (식 1)

도 7을 참조하여 제1 실시예에서, 개구수(NA)는 이하의 식 2에 의해 표현되고, 여기서 프리즘 부재(30)의 내부를 포함하는 공기 환산 길이가 D'로서 정의되고, 프로젝터(10)의 실제 투사 위치(Pr)로부터 투사된 레이저광의 투사 직경이 φ로서 정의된다. 본 실시예에서, 공기 환산 길이(D')는 스크린 부재(40)로부터 가상(겉보기) 투사 위치(Pi)까지의 거리에 대응한다. 공기 환산 길이(D')는 이하의 식 3에 의해 표현되고, 여기서 미러면(33)을 통한 입사면(31)과 출사면(32) 사이의 실제 거리가 t로서 정의되고, 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 실제 거리가 D로서 정의되고, 프리즘 부재(30)의 굴절률이 n으로서 정의된다. 따라서, 제1 실시예에서 개구수(NA)는 식 2 및 식 3에 기초하여 이하의 식 4에 의해 표현된다.

NA=φ/2D' ... (식 2)

D'=D-t·(1-1/n) ... (식 3)

NA=φ/{2D-2t·(1-1/n)} ... (식 4)

제1 실시예의 장점이 이하에 설명된다.

프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 광학 경로(L) 상에서, 프로젝터(10)로부터 레이저광을 도입하고 스크린 부재(40)에 레이저광을 조사하는 프리즘 부재(30)는 그 각각이 렌즈면을 구성하는 입사면(31) 및 출사면(32)과, 미러면(33)을 일체로 갖는다. 이에 따라, 광학 경로(L)는 미러면(33)에 의한 반사 작용에 의해 굴곡되고, 따라서 크기가 더 소형이 될 수 있다. 또한, 이미지 형성 성능은 입사면(31)과 출사면(32)을 통해 이루어진 스폿 상태에서 이미지에 의해 상승될 수 있다. 상기 장점은 미러면(33), 입사면(31) 및 출사면(32)을 포함하는 프리즘 부재(30)에 의해 얻어질 수 있다. 헤드업 디스플레이 장치를 제조하기 위한 부재의 수는 감소될 수 있고, 헤드업 디스플레이 장치는 차량(1)에 용이하고 정확하게 장착될 수 있다.

더욱이, 공기의 굴절률보다 높은 굴절률(n)을 갖는 프리즘 부재(30)에 기인하여, 프로젝터(10)로부터 입사면(31) 내에 입사된 레이저광은 프리즘 부재(30) 내부에서 미러면(33)에 의해 반사되고, 출사면(32)으로부터 스크린 부재(40)를 향해 출사된다. 이에 따라, 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 실제 거리(D)에 대해, 프리즘 부재(30)를 통한 공기 환산 길이(D')는 프리즘 부재(30)의 높은 굴절 특성에 의해 상대적으로 단축된다. 따라서, 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 개구수(NA)는 가급적으로 증가될 수 있다. 개구수(NA)의 증가는 스크린 부재(40)에서 이미지로 형성되는 레이저광의 스폿 크기를 감소시킬 수도 있고, 따라서 표시 화상(71)의 해상도가 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 실제 거리(D)에 따른 범위로 향상될 수 있다.

제1 실시예에서, 높은 굴절률(n)을 갖는 프리즘 부재(30) 내부에서, 프리즘 부재(30) 내부를 통과하는 공기 환산 길이(D')는 미러면(33)을 경유하는 입사면(31)과 출사면(32) 사이의 실제 거리(t)만큼 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이에서 짧아질 수 있다. 따라서, 레이저광의 투사 직경(φ)을 사용하여 식 4에 의해 표현된 개구수(NA)는 프로젝터(10)와 스크린 부재(40) 사이의 실제 거리(D)에 대응하는 범위에서 증가된다. 이미지 형성 성능을 확실하게 향상시키는 것이 가능하게 된다.

제1 실시예에서, 광학면으로서 형성되는 입사면(31), 출사면(32) 및 미러면(33) 이외의 프리즘 부재(30)의 부분은 부착부(36)로서 차량(1)에 부착된다. 이에 따라, 높은 조립성이 미러면(33)에 의한 광학 경로(L)의 굴곡 및 입사면(31)과 출사면(32) 중 하나에 의한 스폿 상태 이미지 형성을 저해하지 않고 얻어질 수 있다.

(제2 실시예)

도 9에 도시된 바와 같이, 제2 실시예는 제1 실시예의 변형예이다. 제2 실시예의 프리즘 부재(230)는 평면 형상을 갖는 출사면(232)과, 프로젝터(10)를 향해 투사된 볼록 형상을 갖는 입사면(231)을 갖는다. 렌즈면은 입사면(231)과 출사면(232)에 의해 구성된다. 제2 실시예에 따르면, 입사면(231)을 통한 스폿 상태의 이미지 형성은 제1 실시예와 유사하게 이미지 형성 성능을 상승시킨다.

(제3 실시예)

도 10에 도시된 바와 같이, 제3 실시예는 제1 실시예의 변형예이다. 제3 실시예의 프리즘 부재(330)는 프로젝터(10)를 향해 투사된 볼록 형상을 갖는 입사면(331)을 갖는다. 렌즈면은 오목형 출사면(32)과 함께 입사면(331)으로 구성된다. 제3 실시예에 따르면, 입사면(331)과 출사면(32)을 통한 스폿 상태의 이미지 형성은 제1 실시예와 유사하게 이미지 형성 성능을 상승시킨다.

(다른 실시예)

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

제1 및 제3 실시예에 대한 제1 변형예에서, 렌즈면은 스크린 부재(40)를 향해 투사된 볼록 형상을 갖는 출사면(32)에 의해 구성될 수도 있다.

제2 및 제3 실시예에 대한 제2 변형예에서, 렌즈면은 프로젝터(10)로부터 오목하게 된 입사면(231) 또는 프로젝터(10)로부터 오목하게 된 입사면(331)에 의해 구성될 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제3 변형예에서, 미러면(33)은 입사면(31, 231, 331) 또는 출사면(32, 232)을 향해 오목하게 된 오목 형상 또는 입사면(31, 231, 331) 또는 출사면(32, 232)으로부터 돌출된 볼록 형상을 가질 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제4 변형예에서, 미러면(33)은 반사 필름을 갖지 않는 전반사면일 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제5 변형예에서, 프리즘 부재(30, 230, 330)는 입사면(31, 231, 331)과 출사면(32, 232) 사이의 광학 경로(L) 상에 복수의 미러면(33)을 가질 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제6 변형예에서, 부착부(36)는 광학면에 대응하는 면(31, 231, 331, 32, 232, 33) 중 하나 내의 광학 경로(L)와는 상이한 위치에 형성될 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제7 변형예에서, 스크린 부재(40)는 레이저광이 마이크로 렌즈에 대응하는 광학 소자(42)의 각각을 통해 통과할 수도 있는 방식으로 구성될 수도 있다. 다르게는, 스크린 부재(40)는 광학 소자(42)를 갖지 않을 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제8 변형예에서, 투사면(91)을 갖는 표시 부재는 앞유리(90) 이외의 요소일 수도 있다. 예를 들어, 앞유리(90)의 내부면에 고정되거나 앞유리(90)와는 별도로 제조되는 컴바이너(combiner)가 채택될 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제9 변형예에서, 프로젝터(10)는 제1 회전축(27a) 주위로 회전되는 제1 주사 미러 및 제2 회전축(27b) 주위로 회전되는 제2 주사 미러를 개별적으로 가질 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제10 변형예에서, 다른 광학 소자가 오목 미러(52)를 대체할 수도 있고, 또는 오목 미러(52)는 제거될 수도 있다.

제1 내지 제3 실시예에 대한 제11 변형예에서, 본 발명은 차량(1) 이외의 선박 또는 항공기와 같은 다양한 이동체(운송기기)에 적용될 수도 있다.

이러한 변경 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로서 이해되어야 한다.

Claims

이동체의 투사면(91)에 표시 화상을 투사하여 이동체의 실내로부터 보여지는 표시 화상의 허상을 표시하는 헤드업 디스플레이 장치이며,
레이저광을 투사하는 프로젝터(10)와,
상기 투사면에 투사될 표시 화상을 상기 레이저광을 조사함으로써 형성하는 스크린 부재(40)와,
상기 프로젝터와 상기 스크린 부재 사이의 광학 경로 상에 배치되고, 상기 프로젝터로부터 투사된 레이저광을 도입하여 상기 스크린 부재로 조사하는 프리즘 부재(30)를 포함하고,
상기 프리즘 부재는 공기의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖고,
상기 프로젝터로부터 레이저광이 진입하는 입사면(31),
상기 입사면으로부터 진입하는 레이저광을 프리즘 부재의 내부에서 반사하는 미러면(33), 및
상기 미러면에 의해 반사된 레이저광을 상기 프리즘 부재의 외부의 스크린 부재를 향해 출사하는 출사면(32)을, 광학 경로 상의 광학면으로서, 일체로 가지며,
상기 입사면 및 상기 출사면의 각각은 레이저광이 스크린 부재에 대해 스폿 상태로 이미지로 형성되도록 렌즈면을 구성하는, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로젝터와 스크린 부재 사이의 개구수가 NA로서 정의되고,
상기 프로젝터에 의해 투사되는 레이저광의 투사 직경이 φ로서 정의되고,
상기 프로젝터와 스크린 부재 사이의 실제 거리가 D로서 정의되고,
상기 프리즘 부재의 내부의 미러면을 경유하는 입사면과 출사면 사이의 실제 거리가 t로서 정의되고,
상기 프리즘 부재의 굴절률이 n으로서 정의될 때,
NA=φ/{2D-2t·(1-1/n)}의 관계가 성립하는, 헤드업 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 프리즘 부재가 이동체에 부착되는 부착부(36)를 갖고,
상기 부착부는 상기 광학면 이외의 프리즘 부재의 부분에 형성되는, 헤드업 디스플레이 장치.