KR20180070351A - 특수 반사체를 이용한 헤드업 디스플레이 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 헤드업 디스플레이의 2차원으로 구성된 표시방식의 문제 및 패키지의 크기 증가 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 최소한 하나 이상의 이미지 생성부, 렌즈부 및/또는 렌즈어레이와, 윈드쉴드에 부착된 특수 반사체부 등을 이용하여 HUD 영상을 생성 및 투영함으로써, 운전자에게 제공하는 가상영상내의 각각의 컨텐츠들의 투영거리를 개별적으로 제어하여 운전자의 시각적 이질감을 저감시키고, 더 나아가 가상영상의 투영거리 증가를 위하여 요구되는 패키지의 증대 문제를 해결하도록 이루어진다. 이를 위한 본 발명은 특정 파장 영역으로 이루어지는 HUD 영상을 생성 및 출력하는 HUD 영상 생성부와, 특정 파장 영역만을 굴절 또는 반사하도록 이루어지되, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 HUD 영상의 경로상에 배치되어, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력된 특정 파장의 HUD 영상의 경로를 자동차의 운전자의 시야에 도달하도록 굴절 또는 반사하는 반사체부를 포함하여 이루어진다.

Description

특수 반사체를 이용한 헤드업 디스플레이 시스템 {Head Up Display System With Special Reflector}

본 발명은 특수 반사체를 이용한 헤드업 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래의 HUD가 가지고 있는 2차원의 정보만을 표시하는 표시방식의 단점 및 패키지의 소형화의 제한 문제를 해결하기 위하여, 최소한 하나 이상의 디스플레이 소스, 렌즈 및/또는 렌즈 어레이, 및 윈드쉴드에 부착된 특수 반사체부를 이용하여 2D 및/또는 3D 영상을 포함하는 HUD 영상 이미지를 생성 및 투영함으로써, 운전자에게 제공하는 HUD 영상과 실제환경과의 이질감을 해소하고, 더 나아가 HUD 시스템의 패키지의 소형화를 달성하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 헤드업 디스플레이(HUD, Head Up Display)는 차량의 현재 속도, 연료 잔량, 내비게이션 길 안내 정보 등의 자동차 운전을 보조하는 정보(컨텐츠)를 운전자 전방의 윈드실드(유리창)에 그래픽 이미지로 투영함으로써, 해당 정보를 획득하기 위하여 운전자의 시선이 분산되는 것을 최소화하는 일종의 디스플레이 수단이다.

종래의 헤드업 디스플레이가 도 1에 도시된다.

도시된 바와 같이, 종래의 헤드업 디스플레이의 구성은 그래픽 이미지를 출력하기 위한 디스플레이 소스, 출력된 그래픽 이미지를 굴절 및 반사하여 경로를 형성하는 최소한 하나 이상의 반사체, 및 운전자 전방에 설치된 윈드쉴드를 포함하여 이루어진다. 통상적으로 상기 반사체는 자동차의 구조 및 크기에 따라 1개 또는 복수개가 사용될 수 있다.

상기와 같은 구성의 헤드업 디스플레이는 상기 디스플레이 소스로부터 출력된 그래픽 이미지가 반사체에 도달하고, 상기 윈드쉴드에 투영되어 상기 윈드쉴드에서 반사된 이미지가 운전자의 눈에 도달함으로써 보여지게 되는 구조로 이루어진다.

그러나, 대부분의 종래의 헤드업 디스플레이는 차량 실내에 설치되고 있으나, 통상의 차량 실내 공간은 상기 헤드업 디스플레이 시스템이 설치될 수 있는 공간이 넉넉하지 않으며, 또한, 표시하고자 하는 정보의 명확한 인식을 위하여 상기 헤드업 디스플레이의 그래픽 이미지의 크기를 증대시키거나, 또는 상기 헤드업 디스플레이로부터 투영된 이미지와 주변 환경과의 조화 및 운전자의 명확한 인식을 위하여 투영거리를 증가시키기 위해서는 상기 헤드업 디스플레이의 패키지 크기가 증대되어야 할 필요가 있으며, 이러한 문제는 운전석 공간의 공간 효율성을 저하시키기 때문에 차량 실내에 탑재하는데 있어 어려움이 있었다.

또한, 종래의 헤드업 디스플레이는 디스플레이 소스로부터 2차원 만으로 이루어진 영상이 출력되기 때문에, 실제의 3차원으로 보여지는 운전자의 주변환경과 상기 헤드업 디스플레이로부터 제공되는 2차원으로 보여지는 정보 간의 차이로 인하여 정보를 인식하는데 있어 시각적인 이질감을 느끼게 할 수 있었다.

종래의 헤드업 디스플레이의 이러한 시각적인 이질감은 운전자에게 정보전달을 방해하는 요소가 될 수 있으며, 운전자의 불편함을 느끼게 할 수 있는 문제가 있었다.

본 발명은 종래의 HUD가 가지고 있는 2차원의 정보만을 표시하는 표시방식의 문제 및 패키지의 소형화의 제한 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 최소한 하나 이상의 디스플레이 소스, 렌즈 및/또는 렌즈어레이, 및 윈드쉴드 내에 포함된 특수 반사체부를 이용하여 2D 및/또는 3D 영상을 포함하는 HUD 영상 이미지를 생성 및 투영함으로써, 운전자에게 제공하는 HUD 영상과 실제환경과의 이질감을 해소하고, 더 나아가 HUD 시스템의 패키지의 소형화를 달성하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

자동차에 적용되는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템에 있어서, 특정 파장 영역으로 이루어지는 HUD 영상을 생성 및 출력하는 HUD 영상 생성부; 및 특정 파장 영역만을 굴절 또는 반사하도록 이루어지되, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 HUD 영상의 경로상에 배치되어, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력된 특정 파장 영역의 HUD 영상의 경로를 자동차의 운전자의 시야에 도달하도록 굴절 또는 반사하는 반사체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 HUD 영상 생성부는 2D 이미지로 이루어진 기초 이미지를 생성 및 출력하는 기초 이미지 생성부; 상기 기초 이미지 생성부에서 출력되는 기초 이미지를 왜곡시켜 2D 이미지로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하는 렌즈부; 및 상기 기초 이미지 생성부에서 출력되는 기초 이미지를 왜곡시켜 3D 이미지로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하는 렌즈 어레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 반사체부는 상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 HUD 영상의 특정 파장 영역만을 굴절 또는 반사시키는 홀로그래픽 광학소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사체부는 홀로그래픽 광학소자를 포함하되, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 특정 파장 영역의 HUD 영상을 전반사시키는 인풋커플러; 및 상기 인풋커플러에서 전반사된 특정 파장 영역의 HUD 영상을 굴절시키는 아웃풋커플러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인풋커플러는 자동차의 윈드실드의 외측에 배치되고, 상기 아웃풋 커플러는 자동차의 윈드실드의 내측에 배치되며, 상기 인풋커플러에서 전반사된 특정 파장 영역의 HUD 영상은 상기 윈드실드 내에서 전반사되며 상기 아웃풋커플러로 진행하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 HUD 영상 생성부는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 생성 및 출력하는 UV 프로젝터와 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 반사체부는 상기 UV 프로젝터에서 출력되는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절시키는 형광체 코팅부를 포함하여 이루어지며, 상기 반사체부에서 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절된 2D 이미지는 상기 렌즈 어레이를 통과하여 HUD 영상로 변환 출력되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 HUD 영상 생성부는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 생성 및 출력하는 제1 UV 프로젝터와 제2 UV 프로젝터를 포함하고, 상기 반사체부는 상기 제1 UV 프로젝터에서 출력되는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절시키는 제1 형광체 코팅부; 및 상기 제2 UV 프로젝터에서 출력되는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절시키는 제2 형광체 코팅부를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 형광체 코팅부 및 상기 제2 형광체 코팅부에서 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절된 각각의 2D 이미지들의 경로는 운전자의 위치에서 서로 중첩되어 HUD 영상로 제공되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 통하여 본 발명의 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템은 이하의 특징적인 장점을 제공한다.

1) 종래 기술의 헤드업 디스플레이에서 요구되는 광 경로 변화 및 영상의 확대를 위한 구성요소로서의 최소한 하나 이상의 특수 반사체를 배제하고, 영상을 생성 및 출력하는 디스플레이 소스와 특수 반사체 만으로 HUD 영상을 제공 가능하므로, 전체적인 패키지의 크기를 축소시킬 수 있는 장점이 있다.

2) HUD를 통하여 생성한 2D 영상을 특수 반사체 및 렌즈어레이를 활용하여 3D영상으로 변환하여 투영함으로써, 실제의 3차원 환경에 맞춰 가상의 3D영상을 제공할 수 있으며, 따라서, 2D 영상만을 투영하는 종래 기술보다 시각적으로 자연스러운 HUD 영상을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 헤드업 디스플레이를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 5은 본 발명의 제2실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6는 본 발명의 제3실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 기술적 구성을 구체적으로 기술하기에 앞서, 본 명세서 및 특허 청구범위의 전반에 걸쳐 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 또는 사전적인 의미로 한정되어 해석되는 것으로 이해해서는 안되며, 해당 용어나 단어는 '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙'에 입각하여 기술된 것이며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 기술 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 이해하기 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것으로, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서 상에 단수 형태로 기재된 구성요소는 별도로 특정하는 것이 아니라면 복수의 형태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 종래의 HUD가 가지고 있는 2차원의 정보만을 표시하는 표시방식의 문제 및 패키지의 소형화의 제한 문제를 해결하기 위한 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 최소한 하나 이상의 디스플레이 소스,

렌즈 및/또는 렌즈 어레이, 및 윈드쉴드에 부착된 특수 반사체부를 이용하여 2D 및 3D 영상을 포함하는 HUD 영상 이미지를 생성 및 투영함으로써, 운전자에게 제공하는 HUD 영상과 실제환경과의 이질감을 해소하고, 더 나아가 HUD 시스템의 패키지의 소형화를 달성하는 기술이다.

이를 위한 본 발명은 HUD 영상 이미지를 생성 및 출력하는 HUD 영상 생성부와, 상기 HUD 영상 생성부로부터 출력되는 빛을 굴절 또는 반사하도록 이루어지되, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 HUD 영상의 진행 경로상에 배치되어, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력된 특정 파장의 HUD 영상의 진행 경로를 자동차의 운전자의 시야에 도달하도록 굴절 또는 반사하는 반사체부를 포함하여 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 상기와 같은 구성의 본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타내고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 운전자에게 제공되는 HUD 영상을 생성하기 위한 HUD 영상 생성부(110)와, 상기 HUD 영상 생성부(110)에서 생성되어 출력된 HUD 영상을 굴절 및/또는 반사하여 운전자에게 도달하는 경로를 설정하도록 구비된 반사체부(120)를 포함하여 이루어진다.

상기 HUD 영상 생성부(110)는 운전자에게 제공하기 위한 정보를 포함하는 HUD 영상 이미지를 생성 및 출력 가능하도록 이루어진 구성요소이다.

본 발명의 제1실시예에서 상기 HUD 영상 생성부(110)는 2D 이미지로 이루어진 기초 이미지를 생성하는 기초 이미지 생성부(111)와 렌즈부(112) 및 렌즈 어레이부(113)를 포함하여 이루어지고, 상기 반사체부(120)는 차량의 윈드실드에 인접하여 내측(차량 실내측)에 배치된 특수 반사체를 포함하여 이루어진다. 여기에서 '특수 반사체'는 상기 HUD 영상 생성부(110)를 통하여 출력되는 HUD 영상을 반사하여 운전자에게 향하도록 영상의 진행 경로를 반사시키는 수단으로서, 반사를 목적으로 이루어진 공지의 어떠한 광학 수단으로도 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

상기 렌즈부(112)는 상기 기초 이미지 생성부(111)에서 출력되는 기초 이미지를 왜곡시켜 2D 이미지로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하고, 상기 렌즈 어레이부(113)는 상기 기초 이미지 생성부(111)에서 출력되는 기초 이미지를 특정 배열로 배열된 다수의 렌즈들을 통하여 왜곡시킴으로써 3D 이미지로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하도록 이루어진다.

본 발명의 제1실시예의 HUD 영상 생성부(110)는 기초 이미지 생성부(111)를 통하여 생성된 기초 이미지(2D 형태의)를 상기 렌즈부(112)를 통과시킴으로써 2D로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하거나, 또는 상기 기초 이미지 생성부(111)를 통하여 생성된 이미지(2D 형태의)를 상기 렌즈 어레이부(113)를 통과시킴으로써 3D로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하도록 이루어진다.

상기 렌즈부(112) 및 렌즈 어레이부(113)를 통과하는 기초 이미지는 상기 기초 이미지 생성부(111)의 이미지 출력 위치에 따라 선택적으로 조절될 수 있으며, 상기 렌즈부 및 렌즈 어레이부를 동시에 통과시킴으로써, 2D 및 3D 이미지를 모두 포함하거나, 2D 및 3D 이미지가 겹쳐진 복합 구성의 가상의 HUD 영상을 생성할 수도 있다.

상기 렌즈 어레이부(113)를 통과하는 2D 형태의 기초 영상은 예를 들어, 집적영상방식(integral imaging)을 통하여 3D 이미지로 변환될 수 있다. 그러나, 본 발명의 렌즈 어레이부(113)는 상기한 집적영상방식을 적용하는 것으로 한정하는 것은 아니다.

상기 집적영상방식은 2D 영상을 수많은 렌즈들을 배열하여 만든 렌즈 어레이에 통과시킴으로써 3D로 이루어진 영상을 생성할 수 있는 공지의 기술이다. 상기 집적영상방식을 본 발명에 적용하기 위하여 상기 기초 이미지 생성부(111)에서 출력되는 2D 형태의 기초 이미지는, 최초 취득시에 특정한 렌즈 어레이를 이용하여 기록하고자 하는 영상의 3차원 영상을 이루게 하는 정보(복셀, voxel)를 포함한 기초 이미지(elemental Image)를 포함하여 취득하도록 이루어지고, 상기 기초 이미지를 취득시 사용하였던 렌즈 어레이와 동일한 렌즈 어레이 통하여 상기 기초 이미지를 재생함으로써, 최종적으로 3차원 이미지를 출력하도록 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 제1실시예의 반사체부(120)는 상기 HUD 영상 생성부를 통하여 출력된 HUD 영상(2D 및/또는 3D 영상 포함)의 진행 경로를 굴절시켜 운전자에게 진행되도록 하기 위하여 구비되는 구성요소이다.

상기 반사체부(120)는 운전자의 전방 시야를 가리지 않으면서도 상기 HUD 영상 생성부를 통하여 출력된 영상을 굴절시키기 위한 특수 반사체를 포함하여 이루어진다. 상기 반사체부에 포함되는 특수 반사체는 예를 들어, 투명 거울, 홀로그래픽 광학소자 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기한 바와 같이, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력된 영상을 굴절시키되, 운전자의 시야를 방해하지 않은 한 공지의 어떠한 구성요소로도 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

상기 홀로그래픽 광학소자(HOE, Holographic Optical Element)는 홀로그래픽 기술을 이용하여 특정 파장만 반응하도록 만든 광학소자로서, 보다 상세하게는, 상기 홀로그래픽 광학소자에 신호광선과 참조광선을 간섭을 통해 기록함으로써 특정 파장 영역만을 사용자가 원하는 형태로 반사 또는 굴절이 되도록 하고, 반대로, 특정 파장 이외의 부분은 반응하지 않도록 이루어진 광학소자이다. 따라서, 특정 파장(예를 들어, 470nm, 550nm, 620nm 등)에서 반사되도록 이루어진 홀로그래픽 광학소자에 통상의 빛이 들어가게 된다면, 특정 파장 영역만 반사하고 나머지 파장은 그대로 투과하도록 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예들은 상기 반사체부(120)가 상기와 같은 홀로그래픽 광학소자를 포함하여 이루어지는 것을 기준으로 설명을 전개하도록 하되, 이에 한정되는 것은 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 한 명세서상에 기술된 기술적 관점을 달성할 수 있는 공지의 어떠한 구성요소로도 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이, 운전자의 전방 시야로부터 들어오는 가시광선은 상기 홀로그래픽 광학소자를 그대로 통과하여 운전자에게 도달하도록 함과 동시에, 상기 HUD 영상 생성부(110)로부터 생성 및 출력된 HUD 영상의 특정 파장만을 굴절 또는 반사시켜 운전자의 눈에 도달하도록 경로를 변경할 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 제1실시예의 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법은 이하와 같다.

먼저, 상기 HUD 영상 생성부(110)에 포함된 기초 이미지 생성부(111)로부터 기초 이미지(2D로 이루어진)가 생성 및 출력된다(S001).

상기 기초 이미지 생성부(111)에서 출력된 기초 이미지는 상기 기초 이미지 생성부(111)와 인접하여 배치된 렌즈부(112) 또는 렌즈 어레이부(113) 중 최소한 하나 이상을 통과하고, 상기 렌즈부(112) 또는 렌즈 어레이부(113) 중 최소한 하나 이상에 의하여 가상의 2D 및/또는 3D 이미지를 포함하는 HUD 영상으로 변환되어 출력된다(S002).

상기 렌즈부(112) 또는 렌즈 어레이부(113) 중 하나 이상을 통과하여 출력된 HUD 영상의 진행 경로는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 반사체부(120)를 향하여 진행하고, 상기 반사체부(120)에 도달한 HUD 영상은 상기 반사체부(120)에 의하여 그 진행 경로가 운전자의 눈을 향하도록 굴절 또는 반사된다(S003).

이때, 상기 반사체부(120)의 홀로그래픽 광학소자에 굴절 또는 반사하도록 설정되지 않은 파장은 상기 반사체부(120)를 그대로 통과하도록 이루어지며, 따라서, 운전자의 전방으로부터 들어오는 가시광선은 상기 반사체부(120)를 그대로 통과하여 운전자에게 도달하고, 이와 동시에, 상기 반사체부(120)에 의하여 진행 경로가 굴절된 HUD 영상 역시 운전자에게 도달하도록 이루어진다(S004). 그 결과 운전자는 전방 시야를 방해받지 않으면서도, 상기 2D 및/또는 3D 형태로 이루어진 가상의 HUD 영상을 볼 수 있게 된다.

결과적으로, 운전자는 상기 HUD 영상 생성부(110)로부터 출력된 이미지의 진행 경로(투영거리)만큼 이격된 위치에서 2D 또는 3D 중 하나 이상의 방식(2D, 3D, 2D+3D)으로 이루어진 가상의 HUD 영상을 볼 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타내고, 도 5은 본 발명의 제2실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명의 제2실시예에서 HUD 영상 생성부(210)는 기초 이미지를 생성하는 기초 이미지 생성부(211)와 렌즈부 및 렌즈 어레이부(212)를 포함하여 이루어지고, 상기 반사체부(220)는 상기 HUD 영상 생성부(210)에서 출력된 HUD 영상이 진행하는 경로상에 위치된 인풋 커플러(221)와 아웃풋 커플러(222)를 포함하여 이루어진다.

상기 인풋 커플러(221)와 아웃풋 커플러(222)는 각각 운전자의 전방 시야를 가리지 않으면서도 상기 HUD 영상 생성부(210)를 통하여 출력된 영상을 굴절시키기 위한 특수 반사체를 포함하여 이루어진다. 상기 반사체부(220)에 포함되는 특수 반사체는 예를 들어, 투명 거울, 홀로그래픽 광학소자 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기한 바와 같이, 상기 HUD 영상 생성부(210)에서 출력된 영상을 굴절시키되, 운전자의 시야를 방해하지 않은 한 공지의 어떠한 구성요소로도 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 상기 인풋 커플러(221)의 광학특성과 상기 아웃풋 커플러(222)의 광학특성은 서로 동일하거나, 또는 다를 수 있다.

본 발명의 제2실시예의 반사체부(220)는 상기 HUD 영상 생성부(210)에서 출력된 HUD 영상이 진행하는 경로상에 위치된 인풋 커플러(221)와 차량의 윈드실드에 인접하여 배치되는 아웃풋 커플러(222)를 포함하여 이루어지며, 상기 인풋 커플러(221)와 상기 아웃풋 커플러(222)는 특수 반사체를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 인풋 커플러(221)는 특정 파장만 전반사 하도록 이루어지고, 상기 아웃풋 커플러(222)는 특정 파장만을 굴절시키도록 이루어진다.

따라서, 상기 HUD 영상 생성부(210)에서 출력된 HUD 영상은 도 4에 도시된 바와 같이 윈드실드의 외측(차량 실외측)에 배치된 인풋 커플러(221)에서 특정한 파장만 전반사가 가능한 각도로 반사되고 나머지는 투과시키며, 상기 인풋 커플러(221)에 의하여 전반사로 윈드실드 내부에서 진행하는 HUD 영상은 윈드실드의 내측(차량 실내측)에 배치된 아웃풋 커플러(222)에 도달하여 운전자의 눈 위치로 영상의 진행 경로를 굴절시켜 운전자에게 표시한다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 제2실시예의 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법은 이하와 같다.

먼저, 상기 HUD 영상 생성부(210)에 포함된 기초 이미지 생성부(211)로부터 2D 형태의 기초 이미지가 생성 및 출력된다(S101).

상기 기초 이미지 생성부(211)에서 출력된 기초 이미지는 상기 기초 이미지 생성부와 인접하여 배치된 렌즈부(212) 또는 렌즈 어레이부(213)를 통과하거나, 또는 상기 렌즈부(212) 또는 렌즈 어레이부(213)를 통과하지 않고 직접 출력되도록 이루어질 수 있다.

다시말해서, 상기 기초 이미지 생성부(211)를 통하여 생성된 기초 이미지(2D 형태의)는 상기 기초 이미지 생성부(211)로부터 출력된 이후, 상기 인풋 커플러(221)로 직접 진행하여 최초 행성된 이미지 그대로 전달되거나, 또는 상기 렌즈부(212)를 통과함으로써 2D 형태로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하거나 및/또는 상기 기초 이미지 생성부(211)를 통하여 생성된 이미지(2D 형태의)를 상기 렌즈 어레이부(213)를 통과시킴으로써 3D 형태로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하도록 이루어진다(S102).

상기 렌즈부(212) 및 렌즈 어레이부(213)를 통과하거나 또는 통과하지 않고 직접 전달되는 기초 이미지는 상기 기초 이미지 생성부(211)의 출력 위치에 따라 선택적으로 조절될 수 있으며, 일부가 상기 렌즈부(212) 및 렌즈 어레이부(213) 중 하나 이상을 통과함으로써, 2D 및 3D 이미지가 겹쳐진 가상의 HUD 영상을 생성할 수도 있다.

상기 HUD 영상 생성부로부터 출력된 HUD 영상의 경로는 상기 반사체부(220)를 구성하는 인풋 커플러(221)를 향하여 진행하고, 상기 인풋 커플러(221)에 도달한 HUD 영상은 상기 인풋 커플러(221)에서 특정한 파장(상기 HUD 이미지의 파장)만 전반사되고, 상기 인풋 커플러(221)의 홀로그래픽 광학소자에서 전반사 하도록 설정되지 않은 파장은 상기 인풋 커플러(221)를 그대로 통과하도록 이루어진다(S103).

상기 인풋 커플러(221)의 홀로그래픽 광학소자에서 전반사된 HUD 영상은 상기 윈드쉴드 내에서 전반사로 진행하여 상기 반사체부(220)를 구성하는 아웃풋 커플러(222)에 도달하고, 상기 HUD 영상은 상기 아웃풋 커플러(222)를 통과하여 운전자의 위치로 진행 경로가 굴절된다(S104). 이때, 상기 아웃풋 커플러(222)의 홀로그래픽 광학소자에 굴절 또는 반사하도록 설정되지 않은 파장은 상기 반사체부(220)를 그대로 통과하도록 이루어지며, 따라서, 운전자의 전방으로부터 들어오는 가시광선은 상기 아웃풋 커플러(222)의 홀로그래픽 광학소자를 그대로 통과하여 운전자에게 도달하도록 이루어진다.

결과적으로, 운전자는 전방 시야를 방해받지 않으면서도 상기 HUD 영상 생성부(210)로부터 출력된 HUD 영상의 진행 경로(투영거리)만큼 이격된 위치에서 HUD 영상을 볼 수 있다(S005).

본 발명의 제2실시예의 변형 예로서, 상기 인풋 커플러가 윈드실드의 내측에 배치된 실시예(미도시)도 고려될 수 있다. 이 실시예의 HUD 영상 생성부(210')와 반사체부(220')는 상기 제2실시예의 기술 구성과 동일한 구성으로 이루어지나, 상기 반사체부(220')의 인풋 커플러(221')는 홀로그래픽 광학 소자로 이루지되, HUD 영상을 통과하도록 이루어진다. 결과적으로, 이 실시예의 인풋 커플러(221')를 통과한 HUD 영상 역시 윈드실드 내부에서 전반사하며 진행하도록 이루어진다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타내고, 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명의 제3실시예에서 HUD 영상 생성부(310)는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 생성하여 출력하는 UV 프로젝터(311)와 렌즈 어레이(312)를 포함하여 이루어지고, 상기 반사체부(320)는 상기 HUD 영상 생성부(310)에서 출력된 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역의 기초 이미지로 변환하는 형광체 코팅부를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 HUD 영상 생성부(310)의 렌즈 어레이(312)는 윈드실드의 내측(차량 실내측)에 배치되고, 상기 반사체부(320)의 형광체 코팅부는 윈드실드의 외측(차량 실외측)에 배치된다.

본 발명의 제3실시예의 HUD 영상 생성부(310)를 통하여 UV 파장 영역의 2D 이미지로 이루어진 기초 이미지가 상기 UV 프로젝터(311)로부터 출력되면, 해당 이미지는 UV 파장으로 이루어지기 때문에 상기 렌즈 어레이(312)를 그대로 통과하고, 이후, 상기 형광체 코팅부를 통하여 가시광선 파장 영역으로 변환되어 굴절 진행하는 기초 이미지는 상기 렌즈 어레이(312)를 다시 통과하며 HUD 영상로 전환된다.

본 발명의 제3실시예의 반사체부(320)는 UV 파장이 도달하면 가시광선 영역의 파장으로 변환되는 형광체를 코팅한 형광체 코팅부를 포함하여 이루어진다. 따라서, 상기 형광체 코팅부에 상기 HUD 영상 생성부(310)에서 출력된 UV 파장 영역의 2D 이미지가 도달하면, 해당 이미지는 가시광선 파장 영역으로 변환되어 굴절되도록 이루어진다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 제3실시예의 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법은 이하와 같다.

먼저, 상기 HUD 영상 생성부에 포함된 UV 프로젝터로부터 UV 파장 영역의 2D 기초 이미지가 생성 및 출력된다(S201).

상기 UV 프로젝터에서 출력된 UV 파장 영역의 2D 기초 이미지는 윈드실드의 내측에 배치된 상기 렌즈 어레이를 통과하여 상기 윈드실드의 외측에 배치된 형광체 코팅부에 반사되며, 가시광선 파장 영역의 2D 기초 이미지로 변환된다(S202).

상기 형광체 코팅부에서 반사되어 진행하는 가시광선 파장 영역의 2D 기초 이미지의 경로는 상기 렌즈 어레이를 향하여 진행하고, 상기 렌즈 어레이에 도달한 가시광선 파장 영역의 2D 기초 이미지는 상기 렌즈 어레이를 통과하며 HUD 영상로 변환되고, 상기 HUD 영상의 진행경로는 운전자의 위치로 진행된다(S203).

결과적으로, 운전자는 전방 시야를 방해받지 않으면서도 상기 HUD 영상 생성부로부터 출력된 이미지의 진행 경로(투영거리)만큼 이격된 위치에서 집적 영상 방식으로 생성된 HUD 영상로 이루어진 영상정보를 획득할 수 있다(S204).

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 개략적으로 나타내고, 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명의 제4실시예에서 HUD 영상 생성부(410)는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 각각 생성하여 출력하는 제1 UV 프로젝터(411) 및 제2 UV 프로젝터(412)를 포함하여 이루어지고, 상기 반사체부(420)는 상기 HUD 영상 생성부의 제1 UV 프로젝터(411) 및 제2 UV 프로젝터(412)에서 각각 출력된 각각의 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역의 기초 이미지로 각각 변환하는 제1 형광체 코팅부(421) 및 제2 형광체 코팅부(422)를 포함하여 이루어진다. 이때, 도시된 바와 같이, 상기 제1 형광체 코팅부(421)는 윈드실드의 외측(차량 실외측)에 배치되고, 상기 제2 형광체 코팅부(422)는 윈드실드의 내측(차량 실내측)에 배치된다.

본 발명의 제4실시예의 HUD 영상 생성부(410)를 통하여 UV 파장 영역의 2D 이미지로 이루어진 두개의 2D 기초 이미지(UV1, UV2)가 상기 제1 UV 프로젝터(411) 및 제2 UV 프로젝터(412)로부터 각각 출력되면, 해당 이미지들은 각각에 대응하도록 이루어진 상기 제1 형광체 코팅부(421) 및 제2 형광체 코팅부(422)에 각각 도달하여 가시광선 파장 영역으로 각각 변환되어 굴절 진행하게 되고, 가시광선 파장 영역으로 변환되어 진행하는 두개의 2D 기초 이미지(UV1, UV2)는 운전자의 위치에서 중첩된 영상으로 보여지게 되어 3차원 영상정보로서 제공된다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 제4실시예의 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템을 이용한 디스플레이 방법은 이하와 같다.

먼저, 상기 HUD 영상 생성부에 포함된 제1 UV 프로젝터로부터 UV 파장 영역의 2D 기초 이미지(UV1)가 생성 및 출력된다(S301).

상기 제1 UV 프로젝터에서 출력된 UV 파장 영역의 2D 기초 이미지(UV1)는 윈드실드의 외측에 배치된 제1 형광체 코팅부에 반사되며, 가시광선 파장 영역의 2D 기초 이미지로 변환된다(S302).

상기 단계 S301과 동시에, 상기 HUD 영상 생성부에 포함된 제2 UV 프로젝터로부터 UV 파장 영역의 2D 기초 이미지(UV2)가 생성 및 출력된다(S303).

상기 제2 UV 프로젝터에서 출력된 UV 파장 영역의 2D 기초 이미지(UV2)는 윈드실드의 내측에 배치된 제2 형광체 코팅부에 반사되며, 가시광선 파장 영역의 2D 기초 이미지로 변환된다(S304).

상기 단계 S302 및 S304에서 가시광선 파장 영역으로 변환되어 굴절 진행하는 각각의 기초 이미지들의 진행경로는 운전자의 위치로 진행되며, 운전자의 위치에서 서로 중첩되도록 이루어진다(S305).

결과적으로, 운전자는 전방 시야를 방해받지 않으면서도 상기 HUD 영상 생성부로부터 출력된 이미지의 진행 경로(투영거리)만큼 이격된 위치에서 두개의 2D 기초 이미지의 중첩된 이미지로 영상정보를 획득할 수 있다(S306).

상기 제1 내지 제4 실시예의 기술 구성과 같이, 본 발명의 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템은 HUD 영상을 생성하기 위한 HUD 영상 생성부와, 상기 HUD 영상 생성부에서 생성되어 출력된 HUD 영상을 굴절 및/또는 반사하여 운전자에게 도달하는 경로를 설정하도록 구비된 반사체부를 통하여, 운전자에게 HUD 영상로 이루어진 헤드업 디스플레이를 제공할 수 있으며,

이러한 기술 구성은, 헤드업 디스플레이를 통하여 제공되는 영상정보 내의 각각의 컨텐츠의 투영거리를 개별적으로 제어 가능하게 하고 있으며, 전체적인 헤드업 디스플레이의 효용성을 증가 시키는 장점을 제공한다.

더 나아가, 본 발명의 상기와 같은 기술 구성을 통하여 종래 기술의 헤드업 디스플레이에서 요구되는 광 경로 변화 및 영상의 확대를 위한 구성요소로서의 볼록거울 및 오목거울 등을 배제하고, 영상을 생성 및 출력하는 디스플레이 소스와 특수 반사체 만으로 3D 영상을 제공 가능하므로, 전체적인 패키지의 크기를 감소시키는 장점을 제공한다.

이상으로 본 발명의 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

110: 제1실시예의 HUD 영상 생성부
111: 제1실시예의 기초 이미지 생성부
112: 제1실시예의 렌즈부
113: 제1실시예의 렌즈 어레이부
120: 제1실시예의 반사체부
210: 제2실시예의 HUD 영상 생성부
211: 제2실시예의 기초 이미지 생성부
212: 제2실시예의 렌즈부
213: 제2실시예의 렌즈 어레이부
220: 제2실시예의 반사체부
221: 제2실시예의 인풋 커플러
222: 제2실시예의 아웃풋 커플러
310: 제3실시예의 HUD 영상 생성부
311: 제3실시예의 UV 프로젝터
312: 제3실시예의 렌즈 어레이
320: 제3실시예의 반사체부
410: 제4실시예의 HUD 영상 생성부
411: 제4실시예의 제1 UV 프로젝터
412: 제4실시예의 제2 UV 프로젝터
420: 제4실시예의 반사체부
421: 제4실시예의 제1 형광체 코팅부
422: 제4실시예의 제2 형광체 코팅부

Claims (7)

1. 자동차에 적용되는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템에 있어서,
   특정 파장 영역으로 이루어지는 HUD 영상을 생성 및 출력하는 HUD 영상 생성부; 및
   특정 파장 영역만을 굴절 또는 반사하도록 이루어지되, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 HUD 영상의 경로상에 배치되어, 상기 HUD 영상 생성부에서 출력된 특정 파장 영역의 HUD 영상의 경로를 자동차의 운전자의 시야에 도달하도록 굴절 또는 반사하는 반사체부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 HUD 영상 생성부는 2D 이미지로 이루어진 기초 이미지를 생성 및 출력하는 기초 이미지 생성부;
   상기 기초 이미지 생성부에서 출력되는 기초 이미지를 왜곡시켜 2D 이미지로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하는 렌즈부; 및
   상기 기초 이미지 생성부에서 출력되는 기초 이미지를 왜곡시켜 3D 이미지로 이루어진 가상의 HUD 영상을 생성하는 렌즈 어레이부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 반사체부는 상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 HUD 영상의 특정 파장 영역만을 굴절 또는 반사시키는 홀로그래픽 광학소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 반사체부는 홀로그래픽 광학소자를 포함하되,
   상기 HUD 영상 생성부에서 출력되는 특정 파장 영역의 HUD 영상을 전반사시키는 인풋커플러; 및
   상기 인풋커플러에서 전반사된 특정 파장 영역의 HUD 영상을 굴절시키는 아웃풋커플러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 인풋커플러는 자동차의 윈드실드의 외측에 배치되고,
   상기 아웃풋 커플러는 자동차의 윈드실드의 내측에 배치되며,
   상기 인풋커플러에서 전반사된 특정 파장 영역의 HUD 영상은 상기 윈드실드 내에서 전반사되며 상기 아웃풋커플러로 진행하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 HUD 영상 생성부는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 생성 및 출력하는 UV 프로젝터와 렌즈 어레이를 포함하고,
   상기 반사체부는 상기 UV 프로젝터에서 출력되는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절시키는 형광체 코팅부를 포함하여 이루어지며,
   상기 반사체부에서 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절된 2D 이미지는 상기 렌즈 어레이를 통과하여 HUD 영상로 변환 출력되는 것을 특징으로 하는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 HUD 영상 생성부는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 생성 및 출력하는 제1 UV 프로젝터와 제2 UV 프로젝터를 포함하고,
   상기 반사체부는 상기 제1 UV 프로젝터에서 출력되는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절시키는 제1 형광체 코팅부; 및 상기 제2 UV 프로젝터에서 출력되는 UV 파장 영역의 2D 이미지를 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절시키는 제2 형광체 코팅부를 포함하여 이루어지며,
   상기 제1 형광체 코팅부 및 상기 제2 형광체 코팅부에서 가시광선 파장 영역으로 변환하여 굴절된 각각의 2D 이미지들의 경로는 운전자의 위치에서 서로 중첩되어 HUD 영상로 제공되는 것을 특징으로 하는 특수 반사체를 활용한 헤드업 디스플레이 시스템.

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