KR20150100452A - 고광도 헤드-업 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이스 내부 상단에 구면 반투명경을 구비하고 그 하단에 프로젝터 유닛을 구비하고 상기 프로젝터 유닛 전방에 구면 반사 스크린을 구비하되, 프로젝터 유닛의 투사거리와 구면반사스크린의 초점거리가 일치하게 구성하고 구면 반사스크린 전면에 구면반투명을 구비하되 구면반사스크린과 구면반투명경의 간격은 구면반투명경의 초점거리 위치에 구비하고, 구면 반투명경 이면에는 외광은 차단하고 내부에서 외부로 보는 시야는 80%이상 투과하는 차단 필름을 결합하여 종래 구조 대비 영상의 밝기를 2배~320배의 밝기로 증대하는 것을 특징으로 하는 고광도 헤드업 디스플레이 장치

Description

고광도 헤드-업 디스플레이 장치{HIGH BRIGHTNESS HEAD-UP DISPLAY DEVICE}

본 발명은 주로 자동차 운전석 전면에 구비되는 헤드-업 디스플레이 영상 장치에 관한 것으로 특히 프로젝터 전면에는 영상의 핫스팟 현상이 소거되면서 고광도의 밝기를 나타내는 구면곡율을 갖는 반사 스크린을 구비하고 내부에서 외부는 보이고 햇빛 등 외광은 차단하는 차단 필름을 구비함을 특징으로 하고 있다.

종래 한국 특허 10-1319587 헤드업 디스플레이 장치와 같이 프로젝션 유닛(200)을 곡면(曲面)으로 구성된 컴바이너(100)에 투사하고 이를 자동차 전면 윈도우에 잔상을 반사시키는 구조가 있으나 컴바이너(100)를 곡면으로 하고 프로젝션 유닛(200)을 모니터로 할 경우 컨바이너(100)의 구조는 일부는 투과하고 일부를 반사하는 하프밀러 구조로 하거나 프로젝션 유닛(200)을 프로젝터로 사용할 경우는 컴바이너(100)는 일반스크린으로 구성하고 일반스크린에 결상된 영상을 자동차 전면 윈도우에 반사시키는 구조가 공지되어 있다.

대한민국출원번호 10-2007-017456 및 출원번호 10-1990-0013480 등의 공지된 기술및 10-2008-0001688. 10-1989-0012409. 10-2008-0070015. 10-2006-0040622. 10-2008-0103695 호 등은 주로 모니터의 영상을 유리윈도우에 반사시켜 그 잔상(殘像)을 관측하는 구조로서 영상에 대한 특별한 집광구조 또는 외광 차단 기능이 없어서 영상 자체가 흐려서 실용화 되지 못하고 있다.

대한민국 출원번호 특허 10-2007-017456 대한민국 출원번호 특허 10-1990-0013480 대한민국 출원번호 특허10-2008-0001688. 대한민국 출원번호 특허 10-1989-0012409. 대한민국 출원번호 특허10-2008-0070015. 대한민국 출원번호 특허 10-2006-0040622. 대한민국 출원번호 특허10-2008-0103695.

그러나 상기와 같은 구조는 투명한 유리창 구조에 영상을 반사시켜 그 잔상을 시청하는 구조는 낮에 운전 시 햇빛이 직접 조사하거나 외부가 밝을 시 그 밝기가 저하되어 시청이 매우 어렵게 되어 사실상 사용이 불가능해진다.

또한 도1과 같이 프로젝터 전단에 일반 스크린 과 50%투과 50%반사하는 하프밀러 구조의 구면경 구조로만으로는 이 역시 밝기가 충분하지 않아 낮에 사용이 불가능 하다

일반 반사스크린의 경우 반사율이 높아지면 화면의 일부만 밝게 보이는 핫스팟 현상이 발생하여 반사율을 2%이상 올릴 수가 없다

이러한 2%의 밝기를 하프밀러에서 또 한번 50% 낮추어 1%의 밝기로 시청하게 되고 이마저 외부에서 햇빛 등 외광이 입사할 시 영상이 보이지 않는 단점이 있다.

따라서 이러한 차량용 헤드업 디스플레이의 가장 큰 기술적 과제는 외부로부터 입사하는 햇빛, 외광으로부터 얼마만큼 영상의 밝기를 증대 할 수 있는지가 중요한 기술적 관건 된다.

본 발명에서는 스크린의 구조를 컨카아브 형태의 구면(球面)반사스크린 구조로 하되 프로젝터유닛의 투사거리와 구면반사스크린의 초점거리를 일치하게 구면곡률을 구성하되 그 표면의 반사율은 2~80%까지 집광반사하는 렌즈 작용을 하는 스크린으로 구성한다.

또 하나의 방법은 내부에서 외부로는 투과하고 외광은 흡수 또는 반사하여 차단하는 차단필름을 결합 구성 한다

이러한 본 발명은 반사율 2-80%의 고광도를 갖는 컨케이브 구조의 구면 반사스크린은 종래 1%의 반사율 대비 2배-80배의 밝기로 영상의 밝기를 증대하면서 프로젝터 유닛의 투사거리와 컨케이브의 구면 곡률(R)이 갖는 구면반사스크린의 초점거리가 일치하여 핫스팟이 없는 균일한 밝기로 영상을 구현한다.

또한 차단필름(4)은 도6과 같이 경사각(∠A)으로 사각 설치시 설치 각도 기준 하여 외광차단면(X)은 평행이 되고 이 부분은 암색 또는 반사면으로 되어있어 자동차 외부로부터 들어오는 외광(c)을 흡수하거나 반사하고 내부의 운전자의 시각(d)은 상기 경사각(∠A)에 의해 평행이 되므로 그대로 통과하므로 외부를 관측하게 된다.

따라서 하프밀러 이면에 구비되는 외광차단 필름은 외부에서 들어오는 빛은 차단하고 내부에서 외부로 보는 외부 전경은 50% 이상 투과 하므로 종래 대비 4배 이상의 영상 밝기를 증대한다.

따라서 본 발명은 종래 구조 대비 상기 구면반사스크린에서 2-80배. 차단필름에서 4배, 이를 결합 구성시는 8-320배의 고광도 밝기를 실현 한다

도1은 본 발명의 사용시 설명도
도2는 본 발명의 작용설명도
도3은 본 발명의 광학적 구성 설명도
도4는 구면반사스크린의 표면반사율
도5는 구면반사스크린과 구면반사스크린 이면에 결합된 차단필름에 대한 설명도
도6은 별도 구비된 차단필름과 차단필름에 대한 설명도
도7은 차량 윈도우에 부착된 차단 필름에 대한 설명도
도8은 차량에 구비된 망원경 적외선 카메라 및 후방카메라 구성에 대한 설명도

도1 및 도2와 같이 자동차(7) 대시 보드 상면, 차량 윈도우(8) 전면에 프로젝터 유닛(1)을 하부에 구비하고, 그 상단에 구면 일부는 투과하고 일부는 반사하는 구면반투명경(3)을 구비하고, 상기 프로젝터 유닛(1) 전면에 구면 반사 스크린(2)를 구비한다.

상기와 같은 프로젝터 유닛(1)과 구면 반투명경(3) 및 구면반사스크린(2)은 하나의 케이스 (5)내부에 고정하여 각 구성간의 광학적 간격과 구조를 유지한다.

즉, 도3과 같이 프로젝터 유닛(1)의 투사렌즈부터 구면 반사 스크린(2)이 갖는 투사거리(D1) (이하:D1이라 한다)와 구면 반사스크린(2)의 구면곡률 반경(R1) (이하 R1이라 한다) R1=2 X D1으로 구성한다.

또한 구면반사스크린(2)과 구면반투명(3)의 간격 D2(이하D2라 한다)의 구성은 D= R2/2 로 한다.

이와 같은 이유는 구면곡률 (R)이 갖는 초점거리 F=R/2 이므로 각각이므로 구면 반사스크린의 위치 구면 반투명경(3)이 갖는 초점 위치에 구면 반사스크린을 구비하고 구면 반사스크린과 프로젝터유닛(1)의 투사거리 D1을 일치하게 하기 위함이다

즉, 프로젝터 유닛(1)의 투사거리 D1과 구면반사스크린(2)이 갖는 곡률 R1 이 갖는 초점거리가 일치하고 구면반사 스크린(2)과 구면반투명(3)이 갖는 간격은 구면 반투명(3)이 갖는 곡률(R2)의 초점거리와 일치하게 한다.

예를 들면 D1 = 100m/m

D2 = 120m/m

R1 = 200m/m

R2 = 240m/m로 구성 한다.

그러나 상기의 지수는 구면 반사스크린(2)의 반사율이 100%일 경우를 가정한 것이고 구면반사스크린(2)의 반사율이 2% 일때는 프로젝터 유닛(1)의 투사거리D1과 구면반사스크린(2)의 곡률 R1이 갖는 초점거리가 일치되는 오차범위는 약 30%까지 가능하다.

즉 반사율 2%일때는 핫스팟 현상이 시각적으로 거슬리지 않으나 구면반사스크린(2)의 반사율이 80% 일때는 그만큼 정밀해야 핫스팟이 발생하지 않으므로 그 오차범위가 5% 이내어아야 한다.

따라서 본 발명에서는 상기 프로젝터 유닛(1)의 투사거리 D1과 구면반사스크린(2)의 곡률 R1에 의한 초점거리 오차 범위는 30% 까지로 한다.

이러한 광학적 구조는 프로젝터 유닛(1)에서 구면반사 스크린(2)으로 투사되는 영상은 구면 반사스크린(2)에서 2~80%의 반사율로 반사하되 상기와 같이 높은 반사면임에도 핫 스팟 없이 화면이 균일한 밝기로 매우 밝은 영상이 시현된다.

또한 이와 같은 구면 반사 스크린(2)의 영상 위치가 구면반투명경(3)이 갖는 초점거리 위치에 위치하므로 구면 반투명경(3)은 초점거리 위치에 있는 상기 구면반사스크린(2)의 영상만 확대하고 초점거리를 벗어난 위치의 영상은 외부로 확산하므로 영상의 밝기가 증대하게 된다.

이러한 구면반투명경(3)의 반사율과 투과율은 각각 50%:50%를 기준하여 용도에 따라 80% : 20% 또는 20% : 80% 까지 가감 조정하여 구성한다.

이와 같은 성능을 얻기 위해서는 구면반사스크린(2)의 표면반사율의 구성이 매우 중요하게 된다.

즉, 도4와 같이 스크린 재질은 알루미늄, 스테인리스, 실버 등 백색 계통의 재질로 하고 그 표면에 입자도(M)는 60매시에서 2,000매시 사이로 한다.

스크린 재질의 표면 경도에 따라 다르나 입자도(M)60~800매시의 반사율은 2-10%이고, 점차 비율대로 높아져 입자도(M) 800-1500매시의 반사율은 10%-40%, 입자도(M) 1,500~6,000매시는 40%-80%의 반사율을 갖게 구성할 수 있다.

상기와 같은 스크린의 표면 입자도는 영상의 해상도에 결정적 작용을 하나 반사율은 표면에 입자도 뿐만 아니라 표면의 반사면, 재질 경도에 따라 달라질 수 있으므로 이를 감안하여 가감 결정한다

이와 같은 표면의 구성은 여러 재질로 구성 할 수 있다

예를 들면 알루미늄 호일 표면을 롤러로 압연할 시 롤러에 의해 그 표면의 반사율을 조정할 수 있으며, 스테인리스 등 금속 표면을 재질로 할 시는 상기 입자도(M)에 의한 매시(Mash)로 표면을 부식하는 방법으로 할 수 있다

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스틸, 구리 , 합금을 스크린 표면으로 할 시는 표면 상기 입자도 를 표면 입자도(M) 로 구성하고 그 표면에 크롬, 실버 등 백색 계통으로 표면 처리한다.

또한 상기 구면반사스크린(2)은 금속을 가압하여 표면의 입자도를 적정한 반사율로 처리 한 다음 그 표면을 산화처리, 크롬 처리 등의 화학처리를 하거나 구면형태를 플라스틱으로 사출하고 그 표면을 적정한 반사율이 나오도록 표면처리 한 다음 알루미늄 진공 코팅처리를 하여 구성 할수 있다.

도5 와 같이 구면 반투명경(3) 이면에 구비된 차단 필름(4)의 구조는 운전자(6)가 구면 반투명경(3)을 통하여 외부시야(d)는 80% 이상 투과한다

즉 차단필름(4) 표면의 프리즘의 각도가 외부시야(d) 방향 대비 평행 방향으로 구비되고 차량의 외부 윈도우를 통해 구면반투명(3)으로 입사하는 외광(c)은 반사면(A)이 구비된 차단필름(4) 표면의 프리즘에 의해 반사되도록 되어 있어서 외광(c)을 차단하게 된다.

상기와 같은 구성은 도1과 같이 반사율 2-80%의 구면 반사 스크린(2)의 구조를 구성 할 시 종래 1%의 반사율을 갖는 스크린 대비 2~ 80배의 밝기로 증대된다

도1의 구조에 도5와 같은 차단필름(4)를 구면 반투명경(3) 이면에 결합할 시 외광(c)은 차단되고 투과 광량은 80%이므로 영상의 밝기가 외광으로부터 4배 이상의 밝기로 증대된다.

도1과 같이 2-80%의 반사율을 갖는 구면반사스크린(2)과

외광은 차단하고 내부에서 외부는 50%이상 투과하는 차단 필름(4)이 결합된 구면 반투명경(3)으로 구성할 시 구면반사스크린(2)에서 80배, 구면 반투명경(3)에서 최대 8배 도합 최대 320배의 밝기 증대 효과를 기할 수 있다.

이러한 본 발명의 차단필름(4)은 도5와 같이 구면 반사 스크린(2) 이면에 부착할 수 있다

또한 도6과 같이 차단필름(4)을 별도의 각도 조정장치에 의해 별도로 구비하여 구면 반사스크린(2)과 외부에서 입사하는 외광대비 반사각이 맞지 않을 경우 별도로 차단필름(4)의 차단각도를 조정하여 사용할수 있다

이러한 본 발명은 도5. 도6과 같이 차단필름(4)이 필요 경사각(∠A)으로 사각 설치시 설치 각도 기준 하여 외광차단면(X)은 평행이 되고 이 부분은 암색 또는 반사면으로 되어있어 자동차 외부로 들어오는 외광(c)을 흡수하거나 반사하고 내부의 운전자의 시각(d)은 상기 경사각(∠A)에 의해 평행이 되는 운전자의 시각(d)은 그대로 통과하므로 외부를 관측하게 된다.

즉 차단필름(4)의 외광차단면(x)이 필름 수평대비 30도 각도로 형성 되였다면 차단 필름(4) 도 30도 각도 사각으로 설치해야 한다

이러한 외광차단면(X) 의 형성 두께 또는 면적은 전체 면적대비 20%-50% 미만으로 형성 함으로서 상기 경사각(∠A)에 의한 일정 각도로 입사되는 외광은 50-80% 이상 흡수하고 내부에서 외부로 보는 외부 경관의 투과율은 50-80% 이상이 되게 되는 것이다.

따라서 이러한 차단필름(4)은 상기와 같이 고정된 경사각(∠A)으로 구성되어야 외광차단면(x)은 흡수되고 운전자의 시각(d)은 통과되므로 차단필름(4)의 경사각(∠A)이 중요 하다

따라서 도6과 같이 구면반투명경(3)이면에 본 차단필름(4)을 부착하면 구면반투명경(3)의 반사각도와 차단필름(x)의 설치각도가 다를 수 있으므로 이러한 경우를 감안하여 그 이면에 차단필름(4)을 별도 회전 하게하여 차단필름(4)의 설치 각도를 고정 할수 있다

도 7과 같이 자동차 윈도우(8)는 그 경사각이 일정하므로 본 차단 필름을 본 발명의 이면 부분에 해당되는 자동차 윈도우(8)에 별도 부착 구성 사용 할수 있다

도8 처럼 자동차(7) 내부 운전석 상단에 망원렌즈 또는 적외선 카메라 CCTV 등의 카메라 (10)장치를 부착하고 필요에 따라 선택 관측 할 수 있다.

특히, 적외선 카메라 장치는 조명이 없는 야간 운전, 안갯속 운전 등에 매우 효율적이다.

또한 도7 처럼 자동차(7) 후방에 후방카메라(1)를 부착하여 후진 변환 할 시는 자동적으로 후방의 영상이 나타나게 할 수 있다.

따라서 이러한 본 발명은 차량의 고광도 헤드-업 디스플레이 구조는 물론 항공기. 선박용의 헤드업 디스플레이로도 사용할 수 있다.

1. 프로젝터 유닛 2. 구면반사 스크린, 3, 구면 반투명경. 4, 차단 필름. 5. 케이스.
6.운전자, 7. 차량. 8.윈도우 D1.투사거리. D2.초점거리 R1. 구면반사스크린의 구면 곡률 R2. 구면 반투명경의 곡률. A.반사면. B. 산란면 M;입자도
c.외광 d. 운전자 외부 투시각 e. 영상

Claims (5)

1. 고광도 헤드업 디스플레이 장치에 있어서
   스크린 장치를 구면반사스크린(2)으로 구성하되
   프로젝터 유닛(1)의 투사거리(D1)와 구면 반사 스크린(2)의 곡률 (R)이 갖는 초점거리는 오차범위 30%이내에서 상호 일치하게 구성하고
   상기 구면 반사 스크린(2)이 갖는 표면의 반사율은 2%이상 80%미만의 반사면으로 구성하되 색상은 알루미늄, 스테인리스의 색상이 갖는 백색 반사면으로 구성한 것이 특징인 고광도 헤드업 디스플레이 장치
   
2. 제1항에 있어서
   구면반사스크린(2)의 영상의 위치가 구면 반투명경(3)이 갖는 초점거리 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 고광도 헤드업 디스플레이 장치
   
3. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서 구면 반투명(3) 이면에 외광은 차단되고 내부에서 외부로는 투과되는 차단 필름(4)이 구비된 것을 특징으로 하는 고광도 헤드업 디스플레이 장치
   
4. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서 외광은 차단되고 내부에서 외부로는 투과되는 차단필름(4)이 구면 반투명경(3) 이면에 별도로 설치 각도를 조정할 수 있는 구조로 구성되는 것이 특징인 고광도 헤드업 디스플레이 장치
   
5. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서 구면 반투명경(3)이 위치하는 자동차 유리창 윈도우(8) 면적에 외광은 차단되고 내부에서 외부로는 투과 되는 차단필름(4)이 구성되는 것이 특징인 고광도 헤드업 디스플레이 장치
   
   

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