KR20190049052A - 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이동체에 설치되는 헤드업 디스플레이 장치에 있어서, 이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치; 상기 이미지 광의 허상을 형성하는 컴바이너; 및 상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광이 입사하도록 배치되고, 입사되는 상기 이미지 광이 결상되고 컴바이너를 향하여 반사 또는 투과되도록 구성되며, 상기 이미지 생성 장치에 대한 거리 조절이 가능하도록 구성되는 조절 패널을 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

Description

헤드업 디스플레이 장치{HEAD-UP DISPLAY DEVICE}
본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 대한 발명이다.
헤드업 디스플레이 장치는 PGU(Picture Generation Unit)에서 생성된 영상과 전방 시야가 합성되는 방법에 따라, 크게 다이렉트 방식(윈드 쉴드에서 합성)과 컴바이너 방식(윈드 쉴드와 별체인 컴바이너에서 합성)의 2가지 종류로 구분될 수 있다. 다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 주로 고급차에 설치되고 있으며, 컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 주로 중소형차에 설치되고 있는 실정이다.
컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 컴바이너에 의해 헤드업 디스플레이 장치의 영상이 허상으로 형성되고, 이러한 허상이 형성되는 위치는 아이 박스로부터 전방측을 향하여 소정 거리 이격된 지점이다. 이러한 컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치와는 달리, 윈드 쉴드에 의한 영상의 왜곡이 발생되지 않으므로 차량의 윈드 쉴드에 광학계가 맞춤 설계될 필요가 없다는 장점이 있다. 또한, 컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치에 비하여 설치 공간상의 제약이 덜하기 때문에 시인성을 증가시키기 위하여 미러, 렌즈 등의 크기를 증가시키기가 상대적으로 용이하다는 장점이 있다.
한편, 운전자는 자동차의 속도가 빠를 때에는 먼 거리를 주시하게 되고, 자동차의 속도가 느릴 때에는 가까운 거리를 주시하게 된다. 따라서, 운전자가 주행 시 편안하게 헤드업 디스플레이 장치의 영상을 보기 위해서는 자동차의 속도 변화에 따라 헤드업 디스플레이 장치의 영상이 형성되는 지점과 컴바이너 간의 거리를 조절할 필요가 있다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 종래의 문제점에 착안하여 발명된 것으로서, 자동차 등의 이동체의 속도 변화에 따라 헤드업 디스플레이 장치의 영상이 형성되는 지점을 변화시킬 수 있는 헤드업 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 헤드업 디스플레이 장치의 영상이 형성되는 지점이 변하더라도 우수한 품질로 영상을 구현할 수 있는 헤드업 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이동체에 설치되는 헤드업 디스플레이 장치에 있어서, 이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치; 상기 이미지 광의 허상을 형성하는 컴바이너; 및 상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광이 입사하도록 배치되고, 입사되는 상기 이미지 광이 결상되고 컴바이너를 향하여 반사 또는 투과되도록 구성되며, 상기 이미지 생성 장치에 대한 거리 조절이 가능하도록 구성되는 조절 패널을 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고, 상기 조절 패널은, 상기 투사 렌즈의 심도(Depth of field)의 범위 내에서 이동하는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 심도의 크기는 하기의 관계식 1을 만족하는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
[관계식 1]
Figure pat00001
(상기 관계식 1에서, f는 상기 투사 렌즈의 초점 길이이고, N은 상기 투사 렌즈의 조리개 값이며, C는 상기 투사 렌즈의 착각원이고, D는 상기 투사 렌즈의 최적 초점 거리임.)
또한, 이미지 생성 장치는 레이저를 발산하는 광원을 포함하는 이미지 생성부를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동체의 속도가 빨라질수록, 상기 조절 패널이 상기 이미지 생성 장치에 가까워지도록 상기 조절 패널의 위치를 조절하는 제어부를 더 포함하고, 상기 조절 패널은 상기 이미지 광을 투과시키도록 구성되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동체의 속도가 빨라질수록, 상기 조절 패널이 상기 이미지 생성 장치로부터 멀어지도록 상기 조절 패널의 위치를 조절하는 제어부를 더 포함하고, 상기 조절 패널은 상기 이미지 광을 반사시키도록 구성되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고, 상기 조절 패널은 상기 투사 렌즈에서 출사되는 광선들의 중심 광선을 따라 이동 가능하게 구성되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 헤드업 디스플레이 장치는 자동차 등의 이동체의 속도 변화에 따라 헤드업 디스플레이 장치의 영상이 형성되는 지점이 변화될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 헤드업 디스플레이 장치는 영상이 형성되는 지점이 변하더라도 우수한 품질로 영상을 구현할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 헤드업 디스플레이 장치의 이미지 광과 윈드 쉴드 외부의 광이 입사하는 것을 개념적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라, 이미지 생성 장치에서의 이미지 광이 조절 패널을 투과하고 컴바이너에 반사되어 아이 박스로 입사하는 것을 개념적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는 헤드업 디스플레이 장치의 이미지 생성 장치로부터 방사되는 광의 진행을 개념적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 이동체의 속도가 변함에 따라 조절 패널의 위치 변화를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라, 이미지 생성 장치에서의 이미지 광이 조절 패널에 반사되고 컴바이너에 재반사되어 아이 박스로 입사하는 것을 개념적으로 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 이동체의 속도가 변함에 따라 조절 패널의 위치 변화를 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 어떤 구성요소에서 다른 구성요소로 광이 진행, 입사함에 있어서, 직접적으로 광이 진행, 입사할 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재하여 광이 진행 과정에서 굴절, 반사, 투과를 거쳐 진행, 입사할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)의 구성을 설명한다. 헤드업 디스플레이 장치(10)는 자동차 등의 이동체에 설치될 수 있으며, 이동체의 윈드 쉴드(W)와 아이 박스(E) 사이에 구비될 수 있으며, 윈드 쉴드(W)는 자동차 등의 전면부에 설치된 유리창일 수 있다. 여기서, 아이 박스(E)는 사용자의 시점 위치의 허용 범위를 나타내는 영역으로 정의되고, 소정의 범위를 가질 수 있다. 헤드업 디스플레이 장치(10)는 이미지 광을 통하여 허상을 형성하고, 사용자는 헤드업 디스플레이 장치(10)의 허상을 통하여 운전에 필요한 정보를 얻을 수 있다. 이미지 광을 통해 현출되는 허상은 문자, 도형, 기호 등을 포함할 수 있으며, 여러가지 색깔로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 더 참조하여 헤드업 디스플레이 장치(10)의 구성을 보다 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)는 소정 방향으로 이미지 광을 방출시키는 이미지 생성 장치(100); 이미지 생성 장치(100)에서 방출된 이미지 광이 결상, 투과되도록 구성되는 조절 패널(200); 조절 패널(200)을 투과한 이미지 광의 허상을 형성하는 컴바이너(300); 이미지 생성 장치(100), 조절 패널(200) 등에 먼지와 같은 이물질이 쌓이는 것을 방지하는 더스트 커버(400); 및 조절 패널(200)의 위치를 조절하는 제어부(500)를 포함할 수 있다. 이미지 생성 장치(100)에서는 복수 개의 광선의 형태로 이미지 광이 방출될 수 있고, 방출된 이미지 광의 광선은 조절 패널(200), 컴바이너(300), 더스트 커버(400)를 거쳐 아이 박스(E)로 입사할 수 있다.
이미지 생성 장치(100)는 사용자가 볼 수 있는 허상을 형성하기 위하여 소정 방향으로 이미지 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 광학엔진의 역할을 할 수 있다. 이러한 이미지 생성 장치(100)는 이동하지 않도록 이동체에 고정 설치될 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)는 투사(projection) 방식으로 광을 조사하는 투사 광학계로 구성될 수 있다. 이미지 생성 장치(100)가 투사 광학계일 경우, 이미지 광이 방출되는 각도를 조절하기에 유리하여 아이 박스(E)의 크기를 쉽게 조절할 수 있고, 높은 밝기의 이미지 광을 구현하기가 유리하며, 이미지 광에 의해 형성되는 허상의 크기를 조절하기가 용이하다.
이미지 생성 장치(100)는 조절 패널(200)을 향해 이미지 광을 방출할 수 있으며, 이러한 이미지 광이 방출되는 방향은 윈드 쉴드(W)를 향하는 방향일 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)는 조절 패널(200)로부터 아이 박스(E) 측으로 이격되어 배치될 수 있다.
이러한 이미지 생성 장치(100)는 광을 발산하는 광원을 포함하는 이지미 생성부(110), 및 광원을 포함하는 이미지 생성부(110)의 광이 투과되는 투사 렌즈(120)를 포함할 수 있다.
광원을 포함하는 이미지 생성부(110)는 이미지 생성 장치(100)가 이미지 광을 발생시키기 위한 광을 발산하는 장치일 수 있다. 광원을 포함하는 이미지 생성부(110)에서 복수 개의 광선의 형태로 광이 발산될 수 있다. 이러한 광원을 포함하는 이미지 생성부(110)는 레이저를 발산하도록 구성될 수 있다. 레이저는 LED 램프 등의 다른 광원보다 상대적으로 작은 발광 면적 및 발산각을 가지면서도 다른 광원보다 상대적으로 높은 밝기를 가진다.
투사 렌즈(120)는 광원을 포함하는 이미지 생성부(110)에서 발산된 광을 소정 영역에 집중시키는 역할을 수행한다. 이러한 투사 렌즈(120)는 단일 렌즈로 구성될 수 있으나, 광의 이동 경로를 따라 배치되는 복수 개의 렌즈의 조합으로 구성될 수도 있다.
이러한 투사 렌즈(120)는 소정의 심도(Depth of field, d)를 가질 수 있다. 여기서, 심도(d)는, 이미지 광의 상이 소정의 지점에서 결상됨에 있어서 상이 선명하게 보일 수 있는 결상 지점의 범위로 정의될 수 있다. 이러한 심도(d)는 최적 초점(M)보다 투사 렌즈 측에 가까이 결상될 때의 상이 선명하게 보일 수 있는 결상 지점의 범위인 후방 심도(d1); 및 최적 초점(M)보다 투사 렌즈 측에 먼 측에 결상될 때의 상이 선명하게 보일 수 있는 결상 지점의 범위인 전방 심도(d2)를 아우르는 개념이다.
이러한 심도(d)의 크기는 아래의 관계식 1을 만족할 수 있고, 아래의 관계식 1에서, f는 투사 렌즈(120)의 초점 길이이고, N은 투사 렌즈(120)의 조리개 값(F-number)이며, C는 투사 렌즈(120)의 착각원(Circle of confusion)이고, D는 투사 렌즈의 최적 초점의 위치와 투사 렌즈(120) 간의 거리에 해당하는 최적 초점 거리(Best focusing distance)이다.
[관계식 1]
Figure pat00002
상기의 관계식 1에 따르면, 심도(d)의 크기는, 투사 렌즈(120)의 초점 길이(f) 및 투사 렌즈(120)의 조리개 값(N)이 클수록 작아지며, 최적 초점 거리(D)가 클수록 커질 수 있다.
또한, 상기의 관계식 1의 심도(d)의 크기는 아래의 관계식 2를 만족하는 후방 심도(d1) 및 전방 심도(d2)를 더한 것으로부터 유도될 수 있다.
[관계식 2]
Figure pat00003
한편, 앞서 서술한 것과 같이 광원을 포함하는 이미지 생성부(110)가 레이저를 발산하도록 구성될 경우, 투사 렌즈(120)의 심도(d)가 커지더라도 이미지 생성 장치(100)에서 방출되는 이미지 광의 해상도가 낮아지는 것이 방지될 수 있다. 다시 말해, 광원을 포함하는 이미지 생성부(110)가 레이저를 발산하도록 구성됨으로써, 높은 심도(d)를 가지면서도 높은 해상도를 가질 수 있게 된다.
조절 패널(200)은 이미지 생성 장치(100)에서 발생된 이미지 광이 입사하도록 배치되고, 입사한 이미지 광을 투과시키도록 구성될 수 있다. 이러한 이미지 광은 조절 패널(200)에서 결상될 수 있다. 또한, 조절 패널(200)을 투과한 이미지 광은 컴바이너(300)를 향해 진행할 수 있다. 조절 패널(200)은 이미지 생성 장치(100)와 컴바이너(300)의 사이에서, 이미지 생성 장치(100)에 대한 거리 조절이 가능하도록 이동할 수 있다. 예를 들어, 조절 패널(200)은 투사 렌즈(120)에서 출사되는 광선들 중 중심의 광선(투사 렌즈 출사광의 중심선)을 따라 이동 가능하게 구성될 수 있다. 다시 말해, 조절 패널(200)은, 조절 패널(200)의 표면 상에서의 출사광들의 중심으로부터 조절 패널(200)을 향해 연장되는 가상의 직선을 따라 이동 가능하게 구성될 수 있다.
이러한 조절 패널(200)의 이동은 투사 렌즈(120)의 심도(d)의 범위 내에서 이루어진다. 다시 말해, 조절 패널(200)은 최적 초점 거리(D)에서 이미지 생성 장치(100) 측으로는 후방 심도(d1)만큼 이동 가능하고, 최적 초점 거리(D)에서 이미지 생성 장치(100)의 반대측으로는 전방 심도(d2)만큼 이동할 수 있다. 또한, 이러한 조절 패널(200)의 위치는 후술할 제어부(500)에 의해 결정될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 도면에서는 조절 패널(200)이 이미지 생성 장치(100)와 이격되어 별체로 마련되는 것으로 나타내었으나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 조절 패널(200)이 이미지 생성 장치(110)와 하나의 유닛으로 통합 구성되는 것도 가능하다.
컴바이너(300)는 이미지 광에 의한 허상을 형성할 수 있다. 컴바이너(300)에 의해 형성된 허상은 아이 박스(E)의 반대측에 형성될 수 있으며, 이러한 허상이 형성되는 위치는 후술할 조절 패널(200)의 위치에 따라 변동될 수 있다. 이러한 컴바이너(300)는 조절 패널(200)로부터 아이 박스(E)의 반대측으로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 컴바이너(300)는 조절 패널(200)로부터 입사하는 이미지 광을 반사시키고, 윈드 쉴드(W)의 외부로부터 아이 박스(E)로 입사하는 광을 투과시키도록 구성될 수 있다. 컴바이너(300)에서 반사된 이미지 광은 아이 박스(E) 측으로 진행할 수 있다. 컴바이너(300)는 이미지 광을 아이 박스(E)에 더욱 집중시키기 위하여 소정의 곡률을 가질 수 있다.
더스트 커버(400)는 이미지 생성 장치(100), 조절 패널(200) 및 기타 렌즈 및 거울 등에 먼지와 같은 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 이러한 더스트 커버(400)는 자동차 등의 데쉬 보드에 구비될 수 있고, 헤드업 디스플레이 장치(10)가 데쉬 보드와 별도로 구비되는 경우 헤드업 디스플레이 장치(10)의 하우징(미도시)에 구비될 수 있다. 또한, 더스트 커버(400)는 폴리카보네이트 등의 투명 플레이트일 수 있고, 이러한 플레이트는 판넬(panel), 필름(film) 등의 형태를 가질 수 있다. 더스트 커버(400)는 조절 패널(200)로부터 컴바이너(300)를 향하는 이미지 광의 진행 경로 상에 배치될 수 있다.
제어부(500)는 이미지 생성 장치(100)의 작동 및 구동을 제어하고, 이동체의 속도에 따라 조절 패널(200)의 위치를 조절할 수 있다. 제어부(500)는 이동체의 속도를 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(500)는 이동체의 속도가 빨라질수록 조절 패널(200)이 이미지 생성 장치(100)에 가까워지도록 조절 패널(200)의 위치를 조절할 수 있다.
이러한 제어부(500)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치를 포함할 수 있으며, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그 램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이하에서는, 도 5를 더 참조하여 본 실시예에 따라 상기의 제어부(500)가 조절 패널(200)을 이동시키는 과정을 예시적으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 이동체가 상대적으로 저속(예: 20km/h 미만)으로 움직일 때, 사용자의 시야는 근거리(예: 아이 박스(E)부터 윈드 쉴드 측으로 약 3.5m 미만)에 위치하게 된다. 제어부(500)는 이동체의 속도가 저속인 것을 감지하여 조절 패널(200)이 심도(d)의 범위 내에서 이미지 생성 장치(100)로부터 가장 멀리 위치하도록 조절 패널(200)을 이동시킨다. 따라서, 조절 패널(200)은 컴바이너(300)에 가까워지게 되고, 컴바이너(300)에 의해 형성되는 허상은 근거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 3.5m 지점)에 표시되게 된다[도 5(a)].
이후 이동체가 가속하여 중속(예: 20km/h 이상, 50km/h 미만)으로 움직일 때, 사용자의 시야는 중거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 3.5m 초과, 7.5m 미만)에 위치하게 된다. 제어부(500)는 이동체의 속도가 중속인 것을 감지하여 조절 패널(200)이 심도(d)의 범위 내에서 최적 초점(M)에 위치하도록 조절 패널(200)을 이동시킨다. 따라서, 조절 패널(200)은 이미지 생성 장치(100)에 가까워지는 한편, 컴바이너(300)로부터는 다소 멀어지게 되고, 컴바이너(300)에 의해 형성되는 허상은 중거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 5.5m 지점)에 표시되게 된다[도 5(b)].
한편, 다른 예로 상기와 같이 이동체가 중속인 경우에, 제어부(500)는, 이동체의 속도가 증가함에 따라 조절 패널(200)과 이미지 생성 장치(100)간의 이격 거리가 비례적으로 감소하도록 조절 패널(200)을 이동시킬 수 있다. 다시 말해, 제어부(500)는 이동체의 속도가 빨라질수록 조절 패널(200)이 이미지 생성 장치(100)에 비례적으로 가까워지도록 조절 패널(200)을 이동시킬 수 있다.
이후 이동체가 더욱 가속하여 고속(예: 50km/h 이상)으로 움직일 때, 사용자의 시야는 원거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 7.5m)에 위치하게 된다. 제어부(500)는 이동체의 속도가 고속인 것을 감지하여 조절 패널(200)이 심도(d)의 범위 내에서 이미지 생성 장치(100) 측으로 가장 가까이 위치하도록 조절 패널(200)을 이동시킨다. 따라서, 조절 패널(200)은 컴바이너(300)로부터 더욱 멀어지게 되고, 컴바이너(300)에 의해 형성되는 허상은 원거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 7.5m 지점)에 표시되게 된다[도 5(c)].
본 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)는 이미지 생성 장치(100)의 이동 없이 조절 패널(200)의 이동만으로도 허상이 형성되는 위치를 변동시킬 수 있으므로, 기계적으로 간소한 구성을 가질 수 있고, 헤드업 디스플레이 장치(10)가 현출하는 허상의 품질이 감소될 위험도 현저하게 줄어든다. 또한, 허상이 형성되는 위치의 범위를 비약적으로 증가시키면서도 해상도를 우수하게 유지할 수 있다는 효과를 가진다.
한편, 이러한 구성 이외에도, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 조절 패널(200)은 이미지 광이 컴바이너(300)에 입사하도록 이미지 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 이하, 도 6 및 도 7을 더 참조하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예와 비교하였을 때의 차이점을 위주로 설명하며 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예를 원용한다.
우선 도 6을 참조하면, 이미지 생성 장치(100)는 조절 패널(200)을 향해 직접 이미지 광을 방출할 수 있으며, 이러한 이미지 광이 방출되는 방향은 아이 박스(E)를 향하는 방향일 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)는 조절 패널(200)로부터 아이 박스(E)의 반대측으로 이격되어 배치될 수 있다.
이러한 이미지 생성 장치(100)는 광을 발산하는 광원을 포함하는 이지미 생성부(110), 및 광원을 포함하는 이지미 생성부(110)의 광이 투과되는 투사 렌즈(120)를 포함할 수 있고, 투사 렌즈(120)는 앞서 서술한 관계식 1을 만족하는 심도(Depth of field, d)를 가질 수 있다.
조절 패널(200)은 이미지 생성 장치(100)에서 발생된 이미지 광이 입사하도록 배치되고, 입사한 이미지 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 조절 패널(200)에서 반사된 이미지 광은 컴바이너(300)를 향해 진행할 수 있다. 조절 패널(200)은 이미지 생성 장치(100)와 아이 박스(E)의 사이에서, 이미지 생성 장치(100)에 대한 거리가 조절될 수 있도록 이동 가능하게 구성될 수 있으며, 이러한 조절 패널(200)의 이동은 투사 렌즈(120)의 심도(d)의 범위 내에서 이루어진다. 또한, 이러한 조절 패널(200)의 위치는 제어부(500)에 의해 결정될 수 있다.
컴바이너(300)는 이미지 광에 의한 허상을 형성할 수 있다. 컴바이너(300)에 의해 형성된 허상은 아이 박스(E)의 반대측에 형성될 수 있으며, 이러한 허상이 형성되는 위치는 조절 패널(200)의 위치에 따라 변동될 수 있다. 또한, 컴바이너(300)는 입사하는 이미지 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 이러한 컴바이너(300)는 조절 패널(200)로부터 아이 박스(E)의 반대측으로 이격되어 배치될 수 있다.
제어부(500)는 이동체의 속도에 따라 조절 패널(200)의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(500)는 이동체의 속도가 빨라질수록 조절 패널(200)이 이미지 생성 장치(100)로부터 멀어지도록 조절 패널(200)의 위치를 조절할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따라 상기의 제어부(500)가 조절 패널(200)을 이동시키는 과정을 도 7을 더 참조하여, 예시적으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 이동체가 상대적으로 저속(예: 20km/h 미만)으로 움직일 때, 사용자의 시야는 근거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 3.5m 미만)에 위치하게 된다. 제어부(500)는 이동체의 속도가 저속인 것을 감지하여 조절 패널(200)이 심도(d)의 범위 내에서 이미지 생성 장치(100)에 가장 가까이 위치하도록 조절 패널(200)을 이동시킨다. 따라서, 조절 패널(200)은 컴바이너(300)에 가까워지게 되고, 컴바이너(300)에 의해 형성되는 허상은 근거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 3.5m 지점)에 표시되게 된다[도 7(a)].
이후 이동체가 가속하여 중속(예: 20km/h 이상, 50km/h 미만)으로 움직일 때, 사용자의 시야는 중거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 3.5m 초과, 7.5m 미만)에 위치하게 된다. 제어부(500)는 이동체의 속도가 중속인 것을 감지하여 조절 패널(200)이 심도(d)의 범위 내에서 최적 초점에 위치하도록 조절 패널(200)을 이동시킨다. 따라서, 조절 패널(200)은 이미지 생성 장치(100)와 컴바이너(300)로부터 다소 멀어지게 되고, 컴바이너(300)에 의해 형성되는 허상은 중거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 5.5m 지점)에 표시되게 된다[도 7(b)].
한편, 다른 예로 상기와 같이 이동체가 중속인 경우에, 제어부(500)는, 이동체의 속도가 증가함에 따라 조절 패널(200)과 이미지 생성 장치(100)간의 이격 거리가 비례적으로 증가하도록 조절 패널(200)을 이동시킬 수 있다. 다시 말해, 제어부(500)는 이동체의 속도가 빨라질수록 조절 패널(200)이 이미지 생성 장치(100)에 비례적으로 멀어지도록 조절 패널(200)을 이동시킬 수 있다.
이후 이동체가 더욱 가속하여 고속(예: 50km/h 이상)으로 움직일 때, 사용자의 시야는 원거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 7.5m)에 위치하게 된다. 제어부(500)는 이동체의 속도가 고속인 것을 감지하여 조절 패널(200)이 심도(d)의 범위 내에서 이미지 생성 장치(100) 측으로 가장 멀리 위치하도록 조절 패널(200)을 이동시킨다. 따라서, 조절 패널(200)은 컴바이너(300)로부터 더욱 멀어지게 되고, 컴바이너(300)에 의해 형성되는 허상은 원거리(예: 아이 박스(E)로부터 윈드 쉴드 측으로 약 7.5m 지점)에 표시되게 된다[도 7(c)].
이상 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
W: 윈드 쉴드 E: 아이 박스(E)
10: 헤드업 디스플레이 장치 100: 이미지 생성 장치
110: 광원을 포함하는 이미지 생성부 120: 투사 렌즈
200: 조절 패널 300: 컴바이너
400: 더스트 커버 500: 제어부

Claims (7)

  1. 이동체에 설치되는 헤드업 디스플레이 장치에 있어서,
    이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치;
    상기 이미지 광의 허상을 형성하는 컴바이너; 및
    상기 이미지 생성 장치에서 방출된 상기 이미지 광이 입사하도록 배치되고, 입사되는 상기 이미지 광이 결상되고 컴바이너를 향하여 반사 또는 투과되도록 구성되며, 상기 이미지 생성 장치에 대한 거리 조절이 가능하도록 구성되는 조절 패널을 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고,
    상기 조절 패널은, 상기 투사 렌즈의 심도(Depth of field)의 범위 내에서 이동하는 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 심도의 크기는 하기의 관계식 1을 만족하는 헤드업 디스플레이 장치.
    [관계식 1]
    Figure pat00004

    (상기 관계식 1에서, f는 상기 투사 렌즈의 초점 길이이고, N은 상기 투사 렌즈의 조리개 값이며, C는 상기 투사 렌즈의 착각원이고, D는 상기 투사 렌즈의 최적 초점 거리임.)
  4. 제 1 항에 있어서,
    이미지 생성 장치는, 레이저를 발산하는 광원을 포함하는 이미지 생성부를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동체의 속도가 빨라질수록, 상기 조절 패널이 상기 이미지 생성 장치에 가까워지도록 상기 조절 패널의 위치를 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 조절 패널은 상기 이미지 광을 투과시키도록 구성되는 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동체의 속도가 빨라질수록, 상기 조절 패널이 상기 이미지 생성 장치로부터 멀어지도록 상기 조절 패널의 위치를 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 조절 패널은 상기 이미지 광을 반사시키도록 구성되는 헤드업 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 이미지 생성 장치는 투사 렌즈를 포함하고,
    상기 조절 패널은 상기 투사 렌즈에서 출사되는 광선들의 중심 광선을 따라 이동 가능하게 구성되는 헤드업 디스플레이 장치.
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