KR20190008747A

KR20190008747A - 헤드업 디스플레이

Info

Publication number: KR20190008747A
Application number: KR1020170090513A
Authority: KR
Inventors: 신동엽; 배용우; 이학순; 임국찬; 정구익; 신승민
Original assignee: 에스케이텔레콤 주식회사
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2019-01-25

Abstract

일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이는 차량의 방풍유리에 투사될 영상을 생성하여서 출력하는 영상 생성부와, 상기 출력된 영상을 반사시키는 반사부와, 상기 반사된 영상이 상기 방풍유리로 향하는 경로 상에 배치되며, 상기 반사된 영상을 투과시키는 렌즈부를 포함하되, 상기 렌즈부는 서로 상이한 곡률을 갖는 복수의 렌즈면을 갖는다.

Description

헤드업 디스플레이{HEAD UP DISPLAY}

본 발명은 헤드업 디스플레이에 관한 것이며, 보다 자세하게는 프레넬(fresnel) 렌즈를 광학계에 채용한 헤드업 디스플레이에 관한 것이다.

헤드업 디스플레이는 차량이나 비행기의 전면 유리에 운행 정보가 나타나도록 설계된 장치이다. 초기에는 비행기 조종사의 전방 시야를 확보해 주기 위해 도입되었으나, 최근에는 사고 감소를 위해 차량에도 도입되고 있다.

차량용 헤드업 디스플레이는 내비게이션과 연동하여 다양한 차량 정보(예컨대 경로 변경을 안내하는 화살표 정보, 속도 등을 나타내는 텍스트 정보 등)를 방풍유리(또는 윈드쉴드(Windshield)) 상에 반사시켜서 방풍유리 너머로 증강현실(Augmented Reality)의 형태로 표시한다. 이 경우, 운전자의 시선은 분산되지 않을 수 있다. 즉, 운전자는 차량 정보를 확인하기 위해서, 해당 정보를 제공하는 차량 내부의 별도 공간에 마련된 단말기 방향으로 시선을 옮길 필요가 없으며, 헤드업 디스플레이 영상이 출력된 전방을 바라보면서 주행할 수 있다.

이러한 헤드업 디스플레이는 일반적으로 차량의 클러스터(cluster)에 설치된다. 여기서 클러스터란 계기판과 같은 각종 전자장치가 실장되는 공간을 의미한다. 도 1은 이와 같이, 차량의 클러스터에 설치된 헤드업 디스플레이, 그리고 이러한 차량에 대한 이미지를 예시적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 차량(10)의 클러스터(40)에는 광학계와 영상 생성부(picture generation unit, PGU)를 포함하는 헤드업 디스플레이가 설치된다. PGU는 운전자(20)에게 제공될 차량 정보를 영상으로서 생성한다. 광학계는 이러한 영상을 반사, 회절 또는 굴절시키면서, 해당 영상이 방풍유리(30)를 향하도록 한다. 광학계를 거친 영상(50)은 방풍유리(30) 상에서 반사되어서 방풍유리(30) 너머에 증강현실(Augmented Reality) 형태(70)로 표시된다.

그런데, 전술한 방풍유리(30)는 그 표면의 형상이 자유곡면인 경우가 대부분이다. 이러한 방풍유리(30)에서 영상이 반사되면, 횡수차, 왜곡수차와 같은 광학수차가 발생될 수 있다. 따라서, 이러한 광학수차를 보상하는 광학계에 대한 요구가 있다.

한편, 헤드업 디스플레이는 전술한 바와 같이 클러스터(40)에서 다양한 전자장치들과 함께 배치된다. 이에, 헤드업 디스플레이의 사이즈를 최소화시키고자 하는 요구가 있다. 이러한 요구를 해결하기 위해, 헤드업 디스플레이의 광학계에 구면렌즈를 채용하는 방안을 생각해볼 수 있다. 구면렌즈가 채용되면 광학계의 광경로가 짧아지게 되며, 결과적으로 헤드업 디스플레이의 사이즈가 줄어들 수 있다.

그러나, 헤드업 디스플레이의 영상을 커버할 정도의 크기를 갖는 구면렌즈는 그 제조 비용이 매우 높은 편이다. 아울러, 구면렌즈가 1매만 채용되었을 경우에 발생되는 구면수차는 광학 성능에 열화를 야기할 수 있다.

한국등록특허공보, 10-1361095호 (2014.02.04. 공개)

이에, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 차량의 방풍유리가 자유곡면이기에 야기되는 영상에서의 왜곡을 보상하며, 또한 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 헤드업 디스플레이를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 따르면, 차량의 방풍유리가 자유곡면이기에 야기되는 영상에서의 왜곡이 보상될 수 있으며, 저비용으로도 헤드업 디스플레이의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 또한, 방풍유리 너머에서 증강현실의 형태로 표시되는 영상의 상거리가 차량의 속도에 따라 조절될 수 있다. 또한, 영상에서 비점수차(非點收差)의 발생이 방지될 수 있다.

도 1은 헤드업 디스플레이를 채용한 차량에 대한 이미지를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 광학계의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이, 그리고 이러한 헤드업 디스플레이를 채용한 차량에 대한 이미지를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에서 채용하고 있는 렌즈부에 대하여 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에서 채용하고 있는 렌즈부의 특성에 대하여 도시한 도면이다
도 7은 다른 실시예에 따른 헤드업 디스플레이, 그리고 이러한 헤드업 디스플레이를 채용한 차량에 대한 이미지를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 헤드업 디스플레이, 그리고 이러한 헤드업 디스플레이를 채용한 차량에 대한 이미지를 예시적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 광학계의 구성을 도시한 도면이다. 도 2와 도 3을 함께 참조하면, 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이(100)는 영상 생성부(picture generation unit, PGU)(130)와 광학계(140)를 포함하고, 이러한 광학계(140)는 반사부(142)와 렌즈부(143)를 포함하도록 구성된다. 다만, 이는 예시적인 것에 불과한 바, 실시예에 따라서 헤드업 디스플레이(100)는 저장부(110), 제어부(120), 차속 센서(150), 운전자 감지 센서(160) 및 구동부(170) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며 광학계(140)는 스크린(141)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

먼저, 저장부(110)는 운전자에게 제공되는 영상을 저장하며, 메모리 등으로 구현 가능하다. 저장부(110)에 저장된 영상에는 경로 변경을 안내하는 화살표나 차선을 표시하는 이미지 정보, 차량의 속도나 엔진의 온도와 같은 텍스트 정보 등이 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이 때, 저장된 영상은 예컨대 증강현실(augmented reality) 타입일 수 있다.

제어부(120)는 이하에서 설명될 동작을 수행하도록 프로그램된 명령어, 그리고 이러한 명령어를 실행하는 마이크로프로세서에 의해 구현 가능하다. 이하에서는 제어부(120)에서 수행되는 동작에 대해 살펴보기로 한다.

제어부(120)는 운전자에게 제공될 컨텐츠를 결정한다. 예컨대, 제어부(120)는 운전자가 차량에 탑승하면 안전벨트를 매라는 컨텐츠가 제공되도록 결정할 수 있고, 운전 중에는 내비게이션 관련 컨텐츠가 제공되도록 결정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(120)는 차량 또는 운전자에 대한 정보를 수집할 수 있으며, 수집된 정보를 기반으로 운전자에게 제공될 컨텐츠를 결정하는 알고리즘을 포함할 수 있다.

한편, 제어부(120)는 구동부(170)를 제어함으로써, 이러한 구동부(170)와 연결되는 스크린(141)의 위치가 변경되도록 하거나 렌즈부(143)의 틸팅 각도 또는 반사부(142)의 틸팅 각도가 변경되도록 할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

영상 생성부(130)는 영상을 생성하고 출력하며, picture generation unit(PGU)라고 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 영상 생성부(130)가 영상을 생성한다는 의미는 다음과 같이 해석 가능하다. 예컨대 제어부(120)가 컨텐츠를 결정하면, 영상 생성부(130)는 이와 같이 결정된 컨텐츠에 상응하는 영상을 저장부(110)로부터 불러온 뒤, 이러한 영상을 광선의 형태로 만드는 것을 의미할 수 있다.

이러한 영상 생성부(130)는 레이저 스캐닝(laser scanning) 방식으로 구현될 수 있으며, 이와 달리 DLP(digital light processing) 프로젝터나 LCOS 액정(liquid crystal)을 이용한 투사 방식으로 구현될 수 있다.

광학계(140)는 영상 생성부(130)가 출력한 영상을 반사, 회절 또는 굴절시킨다. 광학계(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 스크린(141), 반사부(142) 또는 렌즈부(143)를 포함할 수 있고, 이 때의 반사부(142)는 제1 반사부(142a)와 제2 반사부(142b)로 구성될 수 있다.

이 중, 스크린(141)에는 영상 생성부(130)로부터 출력된 영상이 도달된다. 스크린(141)에 영상이 도달되면, 이러한 영상은 상(像)의 형태로 맺힌다(결상). 이러한 스크린(141)으로는 투과형이나 반투과형 중 어느 것이든 채용될 수 있다.

스크린(141)의 위치는 구동부(170)에 의하여 변경 가능한데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

반사부(142)는 영상 생성부(130)로부터 출력된 영상을 반사시킨다. 이러한 반사부(142)는 회전 비대칭의 곡면을 갖는 자유곡면거울로 구성될 수 있다. 이 경우 반사부(142)는 예컨대 방풍유리의 자유곡면과 반대의 특성을 가지도록 설계될 수 있으며, 이에 따라 반사부(142)는 자유곡면인 방풍유리로 인해 발생 가능한 영상의 왜곡을 보상할 수 있다.

따라서, 일 실시예에 따르면, 전술한 반사부(142)를 채용함으로써 방풍유리의 자유곡면으로 인해 야기될 수 있는 영상의 왜곡이 보상 내지는 방지될 수 있다.

반사부(142)는 제1 반사부(142a) 및 제2 반사부(142b)로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 반사부(142a)는 영상 생성부(130)로부터 영상을 전달받아서 제2 반사부(142b)를 향해 반사시킨다. 제2 반사부(142b)는, 제1 반사부(141a)로부터 반사받은 영상을 방풍유리를 향해 반사시킨다.

한편, 반사부(142)가 제1 반사부(142a) 및 제2 반사부(142b)와 같이 2개의 반사부로 구성되는 것은 예시적인 것에 불과하므로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 반사부(142)는 1개 또는 적어도 3개 이상의 반사부로 구성될 수도 있고, 각각의 경우에서 반사부는 적어도 하나 이상이 회전 비대칭의 곡면을 갖는 자유곡면거울로 구성될 수 있다. 다만, 이하에서는 반사부(142)가 2개의 반사부로 구성되는 것을 전제로 설명하기로 한다.

렌즈부(143)는 제2 반사부(142b)에 의해 반사된 영상을 굴절시키는 굴절능을 갖는다. 이러한 렌즈부(143)의 굴절능은 영상의 광경로를 단축시킬 수 있다. 따라서 이러한 렌즈부(143)의 도입으로 인해 종래보다 작은 사이즈를 갖는 헤드업 디스플레이(100)에 대한 설계가 가능하다.

렌즈부(143)가 배치되는 위치는, 제2 반사부(142b)에 의해 반사된 영상이 차량의 방풍유리로 향하는 경로 중에 있을 수 있다. 예컨대, 차량의 클러스터에 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이(100)가 배치되고, 제2 반사부(142b)에 의해 반사된 영상이 이러한 클러스터의 상부면에 형성된 개구부를 통과하여서 방풍유리를 향하여 조사되는 경우, 렌즈부(143)는 이러한 개구부에 배치될 수 있다. 아울러, 이 때의 개구부는 예컨대 차량의 클러스터에서 먼지(dust) 커버가 배치되는 곳일 수 있다.

렌즈부(143)를 전술한 바와 같이 클러스터의 개구부에 배치시킬 경우, 렌즈부(143)를 배치하기 위한 별도의 공간이 클러스터에 마련될 필요가 없다.

한편, 렌즈부(143)의 구조에 대해서는 도 5를 참조하면서 살펴보기로 한다. 도 5는 렌즈부(143)의 단면을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 렌즈부(143)는 복수 개의 곡면을 갖도록 구성된다. 이러한 복수 개의 곡면은 서로 다른 곡률 반지름을 가질 수 있다.

도 5에 도시된 단면을 갖는 렌즈부(143)는 예컨대 프레넬 렌즈일 수 있다. 프레넬 렌즈는 구면렌즈보다 두께가 얇지만 구면렌즈에 상응하는 굴절능을 갖는다. 또한, 프레넬 렌즈는 구면수차를 최소화시킬 수 있다. 아울러, 일정 이상의 면적을 갖는 프레넬 렌즈는 제조단가 면에서 구면렌즈보다 저렴하다.

따라서, 프레넬 렌즈를 렌즈부(143)로서 채용하여서 광학계(140)를 구성할 경우 구면렌즈를 채용할 때보다 적은 비용으로도, 구면렌즈를 채용한 것과 동일한 광경로의 단축 효과를 누릴 수 있다. 또한, 프레넬 렌즈를 채용하게 되면 구면렌즈를 채용한 경우보다 구면수차를 효과적으로 억제할 수 있으므로, 광학 성능이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라 프레넬 렌즈의 두께는 구면렌즈보다 얇기 때문에, 구면렌즈를 채용하는 경우보다 작은 사이즈를 갖는 헤드업 디스플레이(100)의 구현을 가능하게 한다.

한편, 렌즈부(143)가 프레넬 렌즈이면 비점수차(非點收差)가 발생할 수 있다. 비점수차란, 프레넬 렌즈의 광축과 나란하게 입사되지 않는 광선(비축 광선이라고 지칭)이 렌즈의 초점면 상에서 한점으로 집광되지 않는 것을 말한다.

도 6은 프레넬 렌즈에서 이러한 비점수차가 발생한 것을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 실선으로 표시된 광선은 프레넬 렌즈의 광축과 나란하게 입사되는 광선을 나타내고, 점선으로 표시된 광선은 프레넬 렌즈의 광축과 나란하지 않게 입사되는 비축 광선을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 실선으로 표시된 광선은 렌즈의 초점에서 집광되지만, 점선으로 표시된 비축 광선은 렌즈의 초점에서 집광되지 않고 전혀 다른 지점에서 집광된다.

이를 해결하기 위해, 일 실시예에 따른 렌즈부(143)가 프레넬 렌즈이면, 렌즈부(143)는 렌즈부(143)의 광축과 제2 반사부(143b)에 의해 반사되어서 방풍유리를 향하는 광선이 서로 나란(평행)하도록 배치될 수 있다. 또는 렌즈부(143)는 렌즈부(143)의 광축과 제2 반사부(143b)에 의해 반사된 광선이 ±10도 이내의 각도를 가지도록 배치될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 차속 센서(150)는 차량의 속도를 감지하는 센서이다. 이러한 차속 센서(150)는 차량의 트랜스미션 출력측의 회전을 검출함으로써 차량의 속도를 측정하도록 구성될 수 있다.

운전자 감지 센서(160)는 차량에 앉은 운전자의 시야 위치를 감지하는 센서이다. 예컨대, 운전자 감지 센서(160)는 차량의 방풍유리에 부착되어서, 운전자의 안구 또는 머리 위치를 감지하는 위치 인식 센서일 수 있다.

구동부(170)는 스크린(141)과 연결되어서, 영상 생성부(130)를 기준으로 이러한 스크린(141)과 영상 생성부(130) 간의 거리를 조절할 수 있고, 이를 위한 기계적인 구성을 가질 수 있다. 또한, 구동부(170)는 렌즈부(143) 또는 반사부(142)와 연결되어서 렌즈부(143)의 광축을 예컨대 ±10도의 범위 이내에서 조절할 수 있고, 반사부(142)를 틸트시킬 수 있으며, 이를 위한 기계적인 구성을 가질 수 있다. 다만, 구동부(170)의 기계적인 구성 자체는 공지된 것을 이용하는 것인 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

전술한 구동부(170)는 제어부(120)에 의하여 제어된다. 아래에서는 구동부(170)가 제어부(120)에 의하여 제어되는 예에 대해 설명하기로 한다.

예컨대, 제어부(120)는 차속 센서(150)가 감지한 차량의 속도를 이러한 차속 센서(150)로부터 전달받는다. 차량의 속도가 기 정의된 기준치보다 빠르거나 느린 각각의 경우, 운전자의 시야각은 좁아지거나 느려지게 된다. 이 경우 제어부(120)는 구동부(170)를 제어하여서, 스크린(141)과 영상 생성부(130) 간의 거리를 조절할 수 있다. 스크린(141)과 영상 생성부(130) 간의 거리가 조절됨에 따라, 운전자(20)가 방풍유리(30)를 통해 인식하는 영상까지의 거리가 멀어지거나 가까워질 수 있다.

구동부(170)가 제어부(120)에 의하여 제어되는 또 다른 예로서, 제어부(120)는 차량(10)의 운전자(20)의 시야 위치를 운전자 감지 센서(160)로부터 전달받는다. 아울러, 제어부(120)는 운전자(20)의 시야 위치를 고려하여서, 방풍유리(30)에서 영상이 투과될 가장 적합한 위치를 찾는다. 이 후, 제어부(120)는 구동부(170)를 제어함으로써, 제2 반사부(142b)가 제어부(120)가 찾은 위치로 영상을 반사하도록, 이러한 제2 반사부(142b)의 틸팅 각도를 변화시킨다.

이 때, 제2 반사부(142b)의 틸팅 각도가 변화되면, 제2 반사부(142b)에 의해 반사된 영상을 이루는 광선과 렌즈부(143)의 광축이 나란하지 않게 될 수 있으며, 이 경우 비점수차가 발생할 수 있다.

이에, 일 실시예에 따른 제어부(120)는 구동부(170)를 제어하여 렌즈부(143)를 틸팅시킴으로써, 이러한 렌즈부(143)의 광축이 제2 반사부(142b)에 의해 반사된 영상을 이루는 광선과 나란하게 될 수 있도록 할 수 있다. 이 때 렌즈부(143)가 틸팅되는 각도는 기 설정된 지점을 기준으로 ±10도 이내일 수 있다.

도 4는 지금까지 설명한, 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이가 차량에 적용된 것을 예시적으로 도시한 도면이며, 다만 본 발명의 사상이 이와 같이 도시된 도면으로 한정해석되는 것은 아니다.

도 4를 참조하면, 영상 생성부(130)는 영상을 생성하고 출력한다. 여기서 영상 생성부(130)가 생성한 영상의 경우, 제어부(120)에 의하여 결정된 컨텐츠에 상응하는 영상임은 전술한 바와 같다.

영상 생성부(130)로부터 출력된 영상은 스크린(141)에 도달하고, 이러한 스크린(141)에 해당 영상은 상(像)의 형태로 맺힌다. 스크린(141)에 맺힌 영상은 제1 반사부(142a)를 향해 조사되고, 다시 제1 반사부(142a)에 의하여 제2 반사부(142b)로 반사된다. 제2 반사부(142b)는 제1 반사부(141a)로부터 전달받은 영상을 방풍유리(30)를 향해 반사시킨다.

여기서 제1 반사부(142a)와 제2 반사부(142b) 중 적어도 하나는 차량(10)의 방풍유리(30)의 자유곡면에 따른 영상의 왜곡을 보상할 수 있도록 설계될 수 있다. 예컨대, 제1 반사부(142a)와 제2 반사부(142b) 중 적어도 하나는 방풍유리(30)의 자유곡면과 반대의 특성을 가지도록 설계될 수 있다.

한편, 제2 반사부(142b)가 반사시킨 영상은 방풍유리(30)에 도달하기 전에 렌즈부(143)를 통과한다. 렌즈부(143)는 굴절능을 갖는 렌즈이므로 영상의 광경로를 단축시킬 수 있음은 전술한 바와 같으며, 이러한 렌즈부(143)는 예컨대 프레넬 렌즈일 수 있다.

이 때, 도 5에 도시된 바와 같이 렌즈부(143)가 배치되는 위치는, 제2 반사부(142b)에 의해 반사된 영상이 차량(10)의 방풍유리(30)로 향하는 경로, 예컨대 차량(10)의 클러스터(40)의 개구부일 수 있다. 아울러 이러한 개구부는 차량(10)의 클러스터(40)에서 먼지(dust) 커버가 배치되는 곳일 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 방풍유리의 자유곡면으로 인해 발생 가능한 영상에서의 왜곡이 보상될 수 있으며, 저비용으로도 헤드업 디스플레이의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 또한, 방풍유리 너머에서 증강현실의 형태로 표시되는 영상까지의 상거리가 차량의 속도에 따라 조절될 수 있다. 또한, 비축(off-axis) 광선이 야기하는 영상에서의 비점수차(非點收差)가 발생하지 않을 수 있다.

도 7은 다른 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치가 적용된 차량에 대하여 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 헤드업 디스플레이 장치는 도 4가 도시하고 있는 헤드업 디스플레이 장치에서 광학계의 구성을 제외하고는 모두 동일하다. 따라서, 도 7에서 도시하고 있는 실시예에 대해서는 이러한 광학계에 대해서만 설명하기로 하고, 나머지는 이전에 설명하였던 내용을 원용하기로 한다.

도 7에 도시된 광학계는, 도 3과 도 4에 도시된 광학계와는 달리 반사부(142)가 1개의 반사부로 구성된다. 아울러, 렌즈부(143)는 스크린(141)과 반사부(142) 사이에 배치된다.

이를 기초로 도 7을 살펴보면, 영상 생성부(130)는 영상을 생성하고 출력한다.

영상 생성부(130)로부터 출력된 영상은 스크린(141)에 도달하고, 이러한 스크린(141)에는 해당 영상이 상(像)의 형태로 맺힌다. 스크린(141)에 맺힌 영상은 렌즈부(143)를 통과한다. 렌즈부(143)는 굴절능을 갖는 렌즈이므로 영상의 광경로를 단축시킬 수 있음은 전술한 바와 같으며, 이러한 렌즈부(143)는 예컨대 프레넬 렌즈일 수 있다.

렌즈부(143)를 통과한 영상은 반사부(142)를 향해 조사되고, 반사부(142)는 렌즈부(143)로부터 받은 영상을 방풍유리(30)를 향해 반사시킨다. 여기서, 반사부(142)는 차량(10)의 방풍유리(30)의 자유곡면에 따른 영상의 왜곡을 보상할 수 있도록, 예컨대 방풍유리(30)의 자유곡면과 반대의 특성을 가지도록 설계될 수 있다.

방풍유리(30)를 향해 조사된 영상은, 운전자(20)에 의해 방풍유리(30)의 너머에서 증강현실의 형태로 인식 가능하다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치가 적용된 차량에 대하여 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 헤드업 디스플레이 장치는 도 7이 도시하고 있는 헤드업 디스플레이 장치에서 광학계의 구성을 제외하고는 모두 동일하다. 따라서, 도 8에 대해서는 이러한 광학계에 대해서만 설명하기로 하고, 나머지는 도 7에서 이전에 설명하였던 내용을 원용하기로 한다.

도 8에 도시된 광학계를 살펴보면, 영상 생성부(130)는 영상을 생성하고 출력한다. 여기서 영상 생성부(130)가 생성한 영상의 경우, 제어부(120)에 의하여 결정된 컨텐츠에 상응하는 영상임은 전술한 바와 같다.

영상 생성부(130)로부터 출력된 영상은 스크린(141)에 도달하고, 이러한 스크린(141)에서 해당 영상은 상(像)의 형태로 맺힌다. 스크린(141)에 맺힌 영상은 렌즈부(143)를 통과한다. 렌즈부(143)는 굴절능을 갖는 렌즈이므로 영상의 광경로를 단축시킬 수 있음은 전술한 바와 같으며, 이러한 렌즈부(143)는 예컨대 프레넬 렌즈일 수 있다.

렌즈부(143)를 통과한 영상은 제1 반사부(142c)를 향해 조사되고, 다시 제1 반사부(1423)에 의하여 제2 반사부(142d)로 반사된다. 제2 반사부(142d)는 제1 반사부(141c)로부터 전달받은 영상을 방풍유리(30)를 향해 반사시킨다.

여기서 제1 반사부(142c)는 표면이 평면인 평면 거울(flat mirror)일 수 있다. 또한, 제2 반사부(142d)는 차량(10)의 방풍유리(30)의 자유곡면에 따른 영상의 왜곡을 보상할 수 있도록 설계된 자유곡면거울일 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

일 실시예에 따르면 저비용으로도 영상의 왜곡이 없으면서 사이즈가 작은 헤드업 디스플레이를 구현할 수 있다.

10 : 차량
100: 헤드업 디스플레이 130: 영상 생성부
140: 광학계 142: 반사부
143: 렌즈부

Claims

차량의 방풍유리에 투사될 영상을 생성하여서 출력하는 영상 생성부와,
상기 출력된 영상을 반사시키는 반사부와,
상기 반사된 영상이 상기 방풍유리로 향하는 경로 상에 배치되며, 상기 반사된 영상을 투과시키는 렌즈부를 포함하되,
상기 렌즈부는 서로 상이한 곡률을 갖는 복수의 렌즈면을 갖는
헤드업 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 반사부는,
상기 방풍유리에 의해 생성되는 영상 왜곡을 보상하도록 설계된 자유곡면거울인
헤드업 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 반사부는,
상기 영상 생성부로부터 출력된 영상을 반사시키는 제1 반사부와,
상기 제1 반사부에 의해 반사된 영상이 상기 렌즈부를 향하도록 반사시키는 제2 반사부를 포함하는
헤드업 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부는,
상기 헤드업 디스플레이가 상기 차량의 클러스터 내에 배치되고 상기 반사된 영상은 상기 클러스터에 형성된 개구부를 통과해서 상기 방풍유리를 향하여 조사되는 경우, 상기 개구부에 배치되는
헤드업 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 영상 생성부로부터 상기 영상을 전달받아서 상(像)을 생성하고, 상기 상을 상기 반사부를 향해 조사하는 스크린과,
상기 영상 생성부를 기준으로 상기 스크린과 상기 영상 생성부 간의 거리를 조절하는 구동부와,
상기 차량의 속도에 따라 상기 스크린과 상기 영상 생성부 간의 거리가 가변되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는
헤드업 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부는 프레넬(fresnel) 렌즈인
헤드업 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부를 틸트시키는 구동부와,
상기 렌즈부의 틸트에 의해 상기 렌즈부의 광축이 상기 렌즈부를 투과하는 영상의 광선과 나란하게 되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는
헤드업 디스플레이.
제 7 항에 있어서,
상기 구동부가 상기 렌즈부를 틸트시키는 각도는,
상기 렌즈부를 투과하는 영상의 광선을 기준으로 ±10도 이내의 범위인
헤드업 디스플레이.