KR20210006894A - 미러 없는 헤드업 디스플레이 - Google Patents

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KR20210006894A
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KR
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mirrorless
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image
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KR1020207031662A
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래쉬미 라오
벤자민 에드워드 루이스
앤드류 데사이스치올로
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하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드
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Abstract

증강 현실 헤드업 디스플레이를 제공하기 위한 디스플레이 구성에 대한 실시형태가 개시된다. 일례에서, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치는 디스플레이; 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이; 상기 디스플레이와 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽을 포함하는 광학 요소; 및 프로세서 및 메모리를 포함하는 디스플레이 제어기를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 디스플레이를 제어하여, 상기 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽 및 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 투명한 평면에 도달하는 이미지 광을 출력하여, 3차원 이미지를 형성하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장한다.

Description

미러 없는 헤드업 디스플레이
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 번호 62/667,355(발명의 명칭: "MIRRORLESS HEADS UP DISPLAY", 출원일: 2018년 5월 4일)의 우선권을 주장한다. 상기 식별된 출원의 전체 내용은 모든 목적을 위해 본 명세서에 병합된다.
기술 분야
본 발명은 헤드업 디스플레이(heads up display)를 제공하기 위한 3차원 미러 없는 디스플레이 장치를 포함하는 투시형(see-through) 디스플레이 구성에 관한 것이다.
증강 현실 시스템은 가상 (예를 들어, 컴퓨터로 생성된) 객체를 사용자의 시야에 삽입하여 가상 객체가 현실 세계 환경에 통합되어 사용자에 보이게 하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 투시형 디스플레이 장치는 가상 객체를 디스플레이하고 현실 세계 환경의 광을 관찰자로 전달하여 관찰자가 디스플레이 장치를 통해 현실 세계 환경과 가상 객체를 볼 수 있게 할 수 있다.
투시형 디스플레이는 차량 헤드업 디스플레이를 포함하는 다양한 환경에서 사용될 수 있다. 이러한 헤드업 디스플레이는 종종 최대 2개의 평면(예를 들어, 근거리 평면 및 원거리 평면)을 차지하는 투사된 공간에서 이미지를 오버레이하는 2차원 디스플레이 및/또는 증강 현실 경험을 제공한다. 경험을 2개의 평면으로 제한함으로써 증강 현실 이미지와 실제 환경 사이의 관계는 특히 차량 이동 중에 사용되는 헤드업 디스플레이를 갖는 차량의 환경과 같은 이동 환경에서 제한된다. 본 발명은 이미지의 모든 픽셀에 대해 좌측 및 우측 안구 이미지를 분할한 다음 안구 추적을 사용하여 좌측 및 우측 안구 이미지를 사용자의 안구가 초점을 맞추는 위치에서 다시 결합시키는 광학 요소를 포함하는 3차원 증강 현실 디스플레이 시스템을 제공한다. 이러한 방식으로, 본 발명은 이미지가 함께 결합된 위치의 초점을 변화시켜 사용자가 초점을 맞추고 있는 곳마다 연속적인 평면을 생성하고, 거기서 입체 이미지를 생성하고, 이 입체 이미지를 환경 및/또는 사용자 초점이 이동함에 따라 계속 이동시키는 동적 방식을 제공한다. 이러한 방식으로, 투사된 이미지는 더 이상 근거리 및 원거리 위치로 제한되지 않을 수 있으나, 사용자의 3차원 시야에서 임의의 위치(예를 들어, 임의의 수평, 수직 및 깊이 위치)에 위치될 수 있고 환경 및/또는 사용자 초점이 이동함에 따라 연속적으로 재위치될 수 있다. 예를 들어, 다른 증강 현실 시스템에서 투사된 이미지는 2개의 깊이(예를 들어, 근거리 및 원거리) 중 하나에만 위치될 수 있으나, 개시된 시스템에 의해 생성된 투사 이미지는 범위 내의 임의의 깊이에 위치될 수 있다(예를 들어, 하나의 비-제한적인 예시적인 범위로서 사용자로부터 5 미터 내지 75 미터 떨어진 임의의 곳에 위치된 것으로 보일 수 있다).
많은 환경에서, 공간 및 전력 소비와 같은 문제는 투시형 디스플레이를 기존 구조와 통합하는 데 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 차량 환경에서 디스플레이 시스템의 구성 요소는 계기판, 차체 구조물(예를 들어, A-필러), 백미러 하우징 등과 같이 혼잡한 위치에 통합될 수 있다. 또한 차량이 연료(예를 들어, 가솔린, 전기, 천연 가스 및/또는 이들의 조합)로 동작할 때 차량 내 요소들의 전력 소비를 가능한 한 낮게 유지하는 것이 유리할 수 있다. 차량의 헤드업 디스플레이와 같은 투시형 디스플레이에 대한 또 다른 고려 사항은 월드-고정된(world-locked) 가상 이미지(예를 들어, 환경과 함께 움직이는 이미지 또는 이미지의 일부)와, 관찰자-고정된(또는 차량-고정된) 가상 이미지(예를 들어, 관찰자/차량이 환경을 통해 이동하더라도 관찰자에 대해 동일한 위치에 유지되는 것처럼 보이는 이미지 또는 이미지의 일부) 중 하나 또는 둘 모두를 제공하는 사항을 포함한다. 본 발명은 위에서 논의된 공간 절약, 전력 절약 및 이미지 고정 특징의 다양한 조합을 제공하기 위한 메커니즘을 제공한다.
하나의 예로서, 본 발명은 디스플레이; 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이; 이 디스플레이와 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 또는 시차 장벽(parallax barrier)을 포함하는 광학 요소; 및 프로세서 및 메모리를 포함하는 디스플레이 제어기를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 디스플레이를 제어하여 상기 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽 및 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 투명한 평면에 도달하는 이미지 광을 출력하여 3차원 이미지를 형성하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다.
다른 예로서, 본 발명은 3차원, 미러 없는, 낮은 프로파일, 전력 효율적인 증강 현실 헤드업 디스플레이를 제공한다. 3차원 미러 없는 디스플레이는 미러 없는 이미징 및/또는 프로젝션을 생성하기 위해 광학 격자를 활용할 수 있다. 자동 입체 이미지를 생성하기 위해 시차 또는 렌티큘러 요소(예를 들어, 필름)가 디스플레이 구성에 포함될 수 있다. 일부 예에서, 생성된 이미지는 안구 추적 기능을 활용할 수 있다. 시차 또는 렌티큘러 요소의 광학 요소들은 오버랩되어 원본 이미지 생성을 위해 저해상도 소스를 사용할 수 있게 하고, 이는 (오버랩 광학 요소를 이용하지 않는 디스플레이에 비해) 저비용, 고효율(높은 투과율) 및 저전력 소비 디스플레이를 제공한다. 원본 이미지 생성기는 투과형 디스플레이 기술(예를 들어, 액정 디스플레이, LCD) 및/또는 마이크로 요소 기반 기술(예를 들어, 디지털 광 처리 마이크로 전기 기계 시스템, DLP MEMS)을 이용할 수 있다. 투과형 디스플레이를 이용하는 예는 다른 백라이트 구성에 비해 디스플레이의 전력 효율을 증가시키는 발광 다이오드(LED)의 매트릭스를 포함하는 백라이트 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 백라이트는 원하는 이미지를 생성하는 데 사용되지 않는 백라이트에 전력을 공급하는 것을 방지하기 위해 국부적인 디밍(dimming) 기술을 이용할 수 있다. 백라이트는 미니 발광 다이오드(미니-LED) 또는 마이크로 발광 다이오드(마이크로-LED)의 매트릭스를 포함할 수 있다. 자유 형태의 LED는 백라이트를 위한 낮은 프로파일 및/또는 소형 패키징을 제공하기 위해 실리카에 매립될 수 있다. 운전자 또는 다른 사용자의 시선이 추적되고 이를 사용하여 시선과 교차하는 디스플레이 부분을 구동할 수 있다(또는 시선을 통해 제공된 입력에 반응할 수 있다).
전술한 디스플레이의 일부 예에서, 디스플레이 구성에 포함된 시차 또는 렌티큘러 렌즈 요소와 같은 3차원 요소는 3차원 깊이 인식을 동적으로 변화시키도록 움직일 수 있다. 또한 3차원 요소의 이동성에 의해 높은 일사량 환경이 검출될 때 디스플레이 상의 일사량(sunload)을 자동으로 줄이도록 광학 요소의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 적외선(IR) 검출은 일사량을 능동적으로 검출하고 일사량에 따라 대응 조치를 제공하도록 큰 미러 및/또는 렌티큘러/시차 요소의 이동을 제어하기 위해 (예를 들어, 디스플레이 구성에서) 콜드 미러 뒤의 포토다이오드를 사용하여 수행될 수 있다. 전술한 디스플레이 구성 중 하나에서 렌티큘러 렌즈의 추가 또는 대안적 특징은 가변 처방(prescription) 특징을 포함한다. 예를 들어, 렌티큘러 렌즈의 처방은 원거리의 상면 만곡(field curvature)을 보정하고/하거나 상쇄하도록 (예를 들어, 렌티큘러 렌즈의 일부의 반경 및/또는 배향을 변경함으로써) 조절될 수 있다.
다른 예에서, 하나 이상의 렌즈 요소는 사용자 입력을 통해 조절 가능한 위치를 가질 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 구성에서 하나 이상의 렌즈는 디스플레이 구성에 의해 생성된 이미지를 관찰하는 편의를 생성하기 위해 사용자 입력에 기초하여 공간에서 조절될 수 있다. 조절 가능한 줌 렌즈는 디스플레이 구성에 포함될 수 있으며, 공간에서 보이는 이미지 필드(image field)의 깊이를 변경하기 위해 (예를 들어, 사용자 입력에 응답하여) 물리적 공간에서 이동될 수 있다.
본 발명은 또한 공간에서 다수의 오버랩 이미지 평면(예를 들어, 다수의 2차원 오버랩 이미지 평면)을 제공하는 디스플레이 구성을 제공한다. 하나의 예시적인 디스플레이에서, 다수의 이미지를 생성하기 위해 조밀한 스펙트럼 결합을 제공하기 위해 색채 필름이 사용될 수 있다. 예를 들어, 색채 필름은 특정 광은 통과시키면서 다른 광은 반사시켜 3차원 공간에서 이미지를 오버랩시킬 수 있다. 다른 예로서, 디스플레이 구성은 오버랩 이미지를 제공하기 위해 다수의 홀로그래픽 시트를 생성하는 레이저를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 디스플레이 구성은 다수의 이미지 평면을 생성하기 위해 다수의 LCD 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 LCD 투과형 디스플레이는 특정 각도의 편광 광이 브루스터 각도(Brewster's angle)에서 반사할 수 있도록 위치될 수 있다. 이러한 예에서, 추가 지연 필름이 다수의 이미지 평면을 생성하기 위해 디스플레이 구성에 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 유기 발광 다이오드(OLED) 또는 광학 코팅 및 프로젝션 기술을 사용하여 다수의 근거리 및 원거리 평면 프로젝션이 제공될 수 있다. 예를 들어, 근거리 평면은 윈드실드 유리(windshield glass) 또는 윈드실드 유리에 매립된 감광성 물질로서 투명 OLED를 통해 제공될 수 있고, 원거리 평면은 LCD 또는 MEMS 기반 프로젝션을 사용하여 제공될 수 있다. 전술한 구성은 높은 부피/높은 프로파일 프로젝션 시스템을 사용하지 않고 다수의 이미지 평면을 허용할 수 있고, 따라서 다른 프로젝션 시스템보다 더 낮은 전력 소비를 가질 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 실시형태에 대한 이하의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 예시적인 증강 현실 환경을 도시하는 도면;
도 2a는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 미러 없는 디스플레이 구성의 예시적인 블록도;
도 2b는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따라 차량 캐빈(cabin)에서 미러 없는 디스플레이 구성의 예시적인 개략도;
도 2c 내지 도 2g는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따라 이미지를 투사하기 위한 차량 캐빈의 미러 없는 디스플레이 구성의 예시적인 개략도;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따라 디스플레이를 조절하기 위한 방법의 예시적인 흐름도;
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 예시적인 렌티큘러 렌즈 구조를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 예시적인 다중 평면 디스플레이 구성을 도시하는 도면; 및
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 조절 가능한 광학 기기를 갖는 예시적인 디스플레이 구성을 도시하는 도면.
본 발명은 차량과 같은 환경에서 헤드업 디스플레이를 형성할 때 발생할 수 있는 전술한 문제를 해결하는 디스플레이 구성을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 다른 디스플레이 구성에 비해 패키징 크기를 감소시킬 수 있는 미러 없는 3차원 디스플레이 구성을 설명한다. 본 발명은 또한 다른 디스플레이 구성에 비해 전력 소비를 감소시키기 위해 디스플레이에 선택적으로 디밍 가능한 백라이트를 이용하는 예시적인 구성을 설명한다. 본 발명은 또한 이동 가능한 광학 요소를 제공함으로써 다른 디스플레이 구성에 비해 사용자 경험을 증가시키는 것(예를 들어, 디스플레이된 이미지의 피사계 심도(depth of field)를 조절함으로써 사용자 편의를 증가시키는 것)을 설명한다. 근거리 및 원거리 평면 프로젝션을 사용하는 예는 또한 다른 디스플레이 구성에 비해 배경 환경을 디스플레이된 이미지와 더 잘 통합하기 위해 설명된다. 광학 요소의 구조적 구성의 조절, 예를 들어, 렌티큘러 렌즈의 처방 조절은 만곡된 필드(예를 들어, 만곡된 윈드실드)를 사용하여 이미지를 디스플레이할 때 이미지 품질을 높이기 위해 설명된다. 설명된 특징은 주어진 환경에서 발생하는 특정 문제를 해결하는 디스플레이 구성을 달성하기 위해 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
도 1은 차량(103)의 차량 내 디스플레이 시스템(102)이 사용자(104)의 환경에 가상 이미지를 투사하도록 제어되는 예시적인 증강 현실 환경(100)을 도시한다. 도시된 예의 환경은 차량이지만, 이하에서 설명되는 구성 요소 중 하나 이상이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 증강 현실 환경에서 사용되는 디스플레이 구성에 포함될 수 있는 것으로 이해된다.
디스플레이 시스템(102)은 가상 이미지를 형성하도록 제어된 방식으로 광을 투사할 수 있는 디스플레이 유닛(106)을 갖는 광원을 포함한다. 디스플레이 유닛(106)은 평면 또는 비구면일 수 있는 접이식 미러(108)로 광을 투사할 수 있고, 이 접이식 미러는 수신된 광을 비구면일 수 있는 회전식 미러(110)로 반사한다. 회전식 미러는 광을 눈부심 트랩(112) 및 광 트랩(114)으로 향하게 할 수 있고, 이들 트랩은 광이 윈드실드(116)를 통해 볼 수 있는 위치에 나타나서 가상 위치(118)에서 보이도록 제어하기 위해 사용 가능하다. 가상 위치(118)는, 사용자(104)의 헤드 모션 및 아이 박스(headmotion and eyebox)(122)로부터 시작되고 사용자(104)의 관찰 가능한 범위의 적어도 일부를 나타내는 광학 경로(120) 내에 있도록 제어될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 구성에 미러를 사용하면 디스플레이 시스템이 차량(103) 내에 많은 공간을 차지하게 된다. 도 2a는 미러링된 디스플레이 구성에 비해 패키징 크기를 감소시키는 데 사용될 수 있는 예시적인 미러 없는 3차원 디스플레이 구성(202)을 도시한다. 도 2a의 디스플레이 구성(202)은 차량(204) 내부에 포함될 수 있고, 윈드실드(206) 상으로 및/또는 윈드실드를 통해 광을 투사하도록 구성될 수 있다. 디스플레이 구성은 디스플레이(208), 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이(210a 및 210b), 및 이 디스플레이(208)와 마이크로 렌즈 어레이(210a) 사이에 위치된 3차원 요소(212)를 포함할 수 있다. 3차원 요소(212)는 디스플레이(208)의 출력으로부터 자동 입체 이미지를 생성하는 시차 또는 렌티큘러 요소(예를 들어, 필름)를 포함할 수 있다. 디스플레이(208)는 투과형 디스플레이 기술(예를 들어, 액정 디스플레이, LCD) 및/또는 마이크로 요소 기반 디스플레이 기술(예를 들어, 디지털 광 처리 마이크로 전기 기계 시스템, DLP MEMS)을 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(들)는 윈드실드 전체 또는 윈드실드의 선택된 부분이 디스플레이 표면(예를 들어, 3차원 디스플레이 이미지가 투사되는 투명한 평면) 역할을 하도록 윈드실드(206)에 대해 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 디스플레이 시스템의 시야는 다른 구성(예를 들어, 미러링된 구성)보다 더 큰 시야를 갖는 디스플레이를 제공할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이의 수 및 배열에 따라 크기가 조절될 수 있다. 디스플레이(208)는 디스플레이(208)의 후면을 따라 분포된 광원(예를 들어, 발광 다이오드)의 매트릭스를 포함하는 백라이트 어레이(209)를 통해 조명될 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이(208), 백라이트(209), 3D 요소(212), 및 마이크로 렌즈 어레이(들)(210a 및/또는 210b)는 집합적으로 디스플레이 유닛(207)을 형성할 수 있다. 개별적으로 도시되었지만, 일부 예에서, 디스플레이 제어기(214)는 또한 디스플레이 유닛(207) 내에 포함될 수 있다.
잠시 도 2b를 참조하면, 사용자(205)가 착석한 차량(204)의 캐빈(203)의 개략도가 도시되어 있다. 복수의 디스플레이 유닛(207)은 이미지 광이 윈드실드(206)를 통해 볼 수 있는 위치에 나타나서 가상 위치(211)에서 보이도록 제어하기 위해 (예를 들어, 디스플레이 유닛(207)의 어레이를 형성하도록) 윈드실드(206)에 걸쳐 분포된다. 가상 위치(211)는, 사용자(205)의 헤드 모션 및 아이 박스(215)로부터 시작되고 사용자(205)의 관찰 가능한 범위의 적어도 일부를 나타내는 광학 경로(213) 내에 있도록 제어될 수 있다. 도 2a를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 각각의 디스플레이 유닛(207)은 백라이트(예를 들어, 백라이트(209))의 어레이를 갖는 디스플레이(예를 들어, 디스플레이(208)), 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이(예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이(210a 및/또는 210b)), 및 이 디스플레이와 마이크로 렌즈 어레이(들) 사이에 위치된 3D 요소(예를 들어, 3D 요소(212))를 포함할 수 있다. 각 디스플레이 유닛(207)은 개별 디스플레이 제어기(예를 들어, 디스플레이 제어기(214))에 의해 제어될 수 있고/있거나 단일 디스플레이 제어기는 각 디스플레이 유닛(207)의 디스플레이를 제어할 수 있다.
도 2c 내지 도 2g는 디스플레이 유닛(207)을 통해 윈드실드(206) 상에/위드실드를 통해 이미지를 디스플레이하기 위한 상이한 디스플레이 시나리오를 개략적으로 도시한다. 도 2c에서 차량(204)의 캐빈(203)의 내부에서 본 조망이 도 2b에 개략적으로 도시된 캐빈(203)에 대해 다른 후방 투시도로 개략적으로 도시된다. 도 2c의 예에서, 캐빈(203)은 2명의 탑승자, 즉 제1 탑승자(224) 및 제2 탑승자(226)를 포함한다. 두 탑승자는 차량(204)의 환경에 있는 동일한 물체를 표적으로 하는 사용자 초점(227)을 가질 수 있지만, 캐빈에서 탑승자의 위치가 다른 것으로 인해 (및 탑승자의 각 시선 경로의 원점 역할을 하는 탑승자의 안구의 위치가 다른 것으로 인해) 제1 탑승자(224)는 제2 탑승자(226)의 제2 안구 시선 경로(230)와 다른 제1 안구 시선 경로(228)를 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이 유닛(207)은 제1 탑승자 대 제2 탑승자에 대해 사용자 초점에서 볼 수 있는 이미지를 제시하기 위해 광을 윈드실드에 상이하게 향하게 할 수 있다.
도 2d는 입체 이미지(236a 및 236b)를 사용하여 표지판(234)과 같은 현실 세계 물체 상에 가상 이미지(232)를 오버레이하기 위한 예시적인 프로젝션을 도시한다. 입체 이미지(236a 및 236b)는 제1 탑승자(224)의 관점에서 사용자 초점(227)에서 가상 이미지(232)를 제시하도록 구성된다. 도시된 예에서, 이러한 위치는 가장 좌측 디스플레이 유닛(207)을 조정하여 사용하는 것을 통해 달성된다. 도 2e는 제2 탑승자(226)의 관점에서 사용자 초점(227)에서 가상 이미지(232')를 제시하도록 구성된 입체 이미지(238a 및 238b)를 사용하여 표지판(234) 상에 가상 이미지(232')를 오버레이하기 위한 예시적인 프로젝션을 도시한다. 가상 이미지는 3차원일 수 있고 탑승자에 맞게 맞춤화될 수 있어서, 가상 이미지(232)는 가상 이미지(232')와 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 탑승자(226)는 (예를 들어, 제2 탑승자로부터 수신된 정보에 대한 요청에 기초하여 및/또는 호텔에 관심을 나타내는 졸음 레벨과 같은 제2 탑승자의 최근 활동 또는 행동에 대한 조사에 기초하여) 호텔까지의 거리에 가장 관심이 있을 수 있는 반면, 제1 탑승자(224)는 (예를 들어, 제1 탑승자로부터 수신된 정보에 대한 요청에 기초하여 및/또는 레스토랑에 관심을 나타내는, 마지막 식사 이후 시간과 같은 제1 탑승자의 최근 활동 또는 행동에 대한 조사에 기초하여) 레스토랑까지의 거리에 가장 관심이 있을 수 있다. 따라서, 가상 이미지(232)는 레스토랑까지의 거리에 관한 정보를 포함할 수 있는 반면, 가상 이미지(232')는 호텔까지의 거리에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보의 표적화는 또한 각 탑승자에 대한 목적지가 알려져 있고 각 목적지와 관련된 정보가 각 탑승자에 제시되는 택시 또는 승차 공유 시나리오에서 유용할 수 있다.
두 탑승자의 위치가 다른 것으로 인해 입체 이미지(238a/b)는 입체 이미지(236a/b)와 다른 위치에 위치된다. 도시된 예에서, 상이한 디스플레이 유닛(207)(예를 들어, 중간 디스플레이 유닛)은 입체 이미지(238a/b)를 투사하는데 사용되는 유닛에 비해 입체 이미지(236a/b)를 투사하는 데 사용된다. 다른 예에서는, 동일한 디스플레이 유닛이 입체 이미지 세트 중 하나를 투사하는 데 사용될 수 있고, 출력 광의 방향성 및/또는 다른 파라미터(예를 들어, 선택된 디스플레이 유닛에 대한 백라이트의 선택적 디밍)가 다른 위치에 입체 이미지를 디스플레이하도록 조절될 수 있다. 도 2d 및 도 2e의 각각의 예에서, 각각의 탑승자의 관점에서 가상 이미지의 정렬을 보장하기 위해 각각의 탑승자에 대한 입체 이미지는 각각의 탑승자의 안구 위치 및 안구 시선에 기초하여 위치된다. 선택된 탑승자의 안구 위치와 안구 시선에 기초하여 가상 이미지를 위치시킴으로써, 투사된 이미지는 차량의 임의의 탑승자를 수용할 수 있으며, 이는 탑승자가 차량의 임의의 장소에 앉을 수 있는 운전자 없는 차량 시나리오와 같은 시나리오에서 유용할 수 있다.
일부 예에서, 가상 이미지(232')는 현실 세계 물체가 환경에서 이동할 때(또는 차량이 환경을 통해 현실 세계 물체에 대하여 움직일 때) 현실 세계 물체의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 도 2f는 표지판의 위치가 차량(204)에 대해 이동할 때 표지판(234)의 위치와 가상 이미지(232')의 정렬을 유지하기 위해 입체 이미지(238a/b)가 이동하는 예를 도시한다. 따라서 도 2e 및 도 2f에서 입체 이미지(238a/b) 및 표지판(234)의 상대 위치는 제2 탑승자의 관점에서 볼 때 표지판(234)과의 정렬을 유지하도록 실제 세계에서 표지판(234)의 움직임과 입체 이미지(및 생성된 가상 이미지)의 결과적인 움직임을 보여주기 위해 실질적으로 축척에 맞게 그려질 수 있다.
도 2g는 다수의 디스플레이 유닛을 사용하여, 윈드실드(206)를 통해 다수의 이미지를 투사하여, 윈드실드(206)의 많은 부분(예를 들어, 윈드실드 전체)을 디스플레이 표면으로서 사용할 수 있는 예시적인 시나리오를 도시한다. 예를 들어, 도 2f에 대해 위에서 설명된 입체 이미지(238a/b)에 추가하여, 다른 디스플레이 유닛은 현재 속도 표시기(240)(예를 들어, 윈드실드의 좌측 끝에 있는 디스플레이 유닛)를 투사할 수 있고, 또 다른 디스플레이 유닛은 내비게이션 명령(242)(예를 들어, 윈드실드의 우측 끝에 있는 디스플레이 유닛)을 투사할 수 있다. 속도 표시기(240) 및 내비게이션 명령(242)은 근거리에 (예를 들어, 가상 이미지(232')에 대해 다른 필드에) 디스플레이될 수 있는 반면, 가상 이미지(232')는 원거리에 디스플레이될 수 있다. 도시된 바와 같이, 주어진 이미지를 디스플레이하는 데 사용되는 디스플레이 유닛의 수는 변할 수 있다. 일부 예에서, 윈드실드 상에/윈드실드를 통해 다양한 가상 이미지 또는 표시기를 디스플레이하는 데 사용되는 디스플레이 유닛은 윈드실드 상에/윈드실드를 통해 디스플레이되는 가상 이미지 및/또는 표시기의 수보다 더 클 수 있다. 다른 예에서, 윈드실드 상에/윈드실드를 통해 디스플레이되는 가상 이미지 및/또는 표시기의 수를 디스플레이하기 위해 동일한 수 또는 더 적은 수의 디스플레이 유닛이 사용될 수 있다. 주어진 가상 이미지 또는 가상 이미지 세트를 디스플레이하는 데 사용되는 디스플레이 유닛의 수는 크기, 해상도, 내용, 색상 등과 같은 가상 이미지(들)의 파라미터에 의존할 수 있다.
도시된 예에서, 디스플레이 유닛(207)은 윈드실드를 통해 다양한 이미지를 디스플레이하는 데 이용되지만, 이미지는 본 명세서에 개시된 다른 디스플레이 배열을 사용하여 제시될 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 속도 표시기(240) 및/또는 내비게이션 명령(240)은 윈드실드(206)에 의해 형성된 투시형 디스플레이를 통해 디스플레이될 수 있는 반면, 가상 이미지(232')는 미러 없는 디스플레이 유닛(207)을 통해 디스플레이될 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 디스플레이 유닛(207)은 일부 예에서 미러를 포함할 수 있는, 본 명세서에 개시된 다른 디스플레이 구성을 대안적으로 포함할 수 있다.
도 2a를 다시 참조하면, 디스플레이(208)는 디스플레이 제어기(214)를 통해 제어될 수 있다. 디스플레이 제어기(214)는 전용 디스플레이 제어기(예를 들어, 디스플레이만을 제어하는 전용 전자 제어 유닛) 또는 결합된 제어기(예를 들어, 디스플레이 및 하나 이상의 다른 차량 시스템을 제어하는 공유 전자 제어 유닛)일 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 제어기는 차량(204)의 헤드 유닛(예를 들어, 인포테인먼트 유닛(infotainment unit) 및/또는 다른 차량 내 컴퓨팅 시스템)일 수 있다. 디스플레이 제어기는 메모리, 및 이 메모리에 저장된 명령어를 실행하여 디스플레이(208)의 출력을 제어하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 디스플레이 제어기(214)는 메모리에 저장된 명령어에 기초하여 및/또는 다른 입력에 기초하여 특정 이미지를 투사하도록 디스플레이(208)를 제어할 수 있다. 디스플레이 제어기(214)는 또한 디스플레이의 상태 및/또는 디스플레이의 주변 상태에 기초하여 전력을 절약하고/하거나 열을 감소시키기 위해 백라이트 어레이(209)로부터 백라이트의 부분을 선택적으로 턴오프하도록(예를 들어, 어둡게 하도록) 디스플레이(208)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미지의 영역이 흑색인 경우, 이미지의 흑색 영역의 위치에 대응하는 백라이트 어레이(209) 부분이 턴오프될 수 있다. 다른 예로서, 열 부하가 임계값을 초과하는 것으로 예측되거나 검출되는 경우, 백라이트 어레이(209)의 선택된 광원은 열 발생을 감소시키기 위해 턴오프될 수 있다(예를 들어, 어레이의 교번하는 광원이 스위치 오프되어서 전체 이미지가 디스플레이되는 동안 광원의 절반만이 열을 발생시킬 수 있고, 또는 이미지의 크기가 줄어들 수 있고, 이미지의 새로운 흑색 영역의 위치에 대응하는 어레이의 광원이 턴오프되도록 할 수 있다). 디스플레이(208)의 메커니즘을 제어하는 디스플레이 제어기(214)에 대한 입력의 예는 안구 추적 모듈(216), 일사량 모니터링 모듈(218), 사용자 입력 인터페이스(220) 및 차량 입력 인터페이스(222)를 포함한다.
안구 추적 모듈(216)은 하나 이상의 이미지 센서를 포함하고/하거나 이 이미지 센서와 통신하며 사용자(예를 들어, 운전자)의 안구의 움직임을 추적할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 이미지 센서가 차량(204)의 캐빈에 장착되고, 차량에 있는 사용자의 동공 또는 다른 안구 특징부의 이미지를 (예를 들어, 연속적으로) 캡처하도록 위치될 수 있다. 일부 예에서, 안구를 추적하는 이미지 센서로부터의 이미지 데이터는 시선 방향 및/또는 다른 안구 추적 상세를 결정하기 위해 처리를 위해 디스플레이 제어기로 전송될 수 있다. 다른 예에서, 안구 추적 모듈(216)은, 안구의 캡처된 이미지를 분석하고 시선 방향 및/또는 다른 안구 추적 상세를 결정하도록 구성된 하나 이상의 처리 모듈(예를 들어, 차량의 헤드 유닛의 처리 모듈과 같은 차량 내의 로컬 모듈 및/또는 차량 밖 원격 모듈, 예를 들어, 클라우드 기반 서버)을 포함하고/하거나 이 처리 모듈과 통신할 수 있다. 이러한 예에서, 시선 방향 및/또는 다른 안구 추적 정보를 나타내는 처리된 결과는 디스플레이 제어기로 전송될 수 있다. 디스플레이 제어기에 의해 수신되는지 또는 디스플레이 제어기에서 결정되는지 여부에 관계없이 안구 추적 정보는 하나 이상의 디스플레이 특성을 제어하기 위해 디스플레이 제어기에 의해 사용될 수 있다. 디스플레이 특성은 디스플레이 데이터의 위치(예를 들어, 시선 방향 내에 있는 것), 국부적인 디밍 제어(예를 들어, 시선 방향 밖에 있는 영역의 백라이트를 디밍함), 디스플레이 데이터의 내용(예를 들어, 시선 방향을 사용하여 그래픽 사용자 인터페이스 상의 선택 대상을 결정하고 그래픽 사용자 인터페이스 상의 선택 대상에 대응하는 내용을 렌더링함) 및/또는 다른 디스플레이 특성을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 사용자 곁눈질을 검출한 것에 응답하여 디스플레이된 데이터의 가시도(예를 들어, 불투명도, 크기 등)를 조절하는 것과 같이 다른 안구 추적 데이터가 디스플레이 특성을 조절하는데 사용될 수 있다.
일사량 모니터링 모듈(218)은 적외선 센서와 같은 하나 이상의 태양광 검출 센서를 포함하고/하거나 이 태양광 검출 센서와 통신하며 윈드실드 및/또는 디스플레이 요소에 도달하는 태양광(또는 다른 광)의 양을 결정할 수 있다. 이미지 센서 및 안구 추적 데이터와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 일사량 모니터링 데이터는 로컬에서(예를 들어, 일사량 모니터링 모듈(218), 디스플레이 제어기(214) 및/또는 다른 차량 내 처리 모듈, 예를 들어, 차량(204)의 헤드 유닛의 처리 모듈에 의해), 원격으로(예를 들어, 클라우드 기반 서버와 같은 차량 외부의 원격 서비스에 의해) 및/또는 이들의 일부 조합으로 처리될 수 있다. 일사량 모니터링 데이터는 디스플레이 구성과 관련된 차량의 주어진 영역(예를 들어, 디스플레이 유닛, 디스플레이(208)로부터 디스플레이 광이 투사될 수 있는 윈드실드 영역, 디스플레이(208)로부터 방출되는 광 경로 내 다른 위치 등)에서의 태양광(또는 다른 광)의 양을 포함할 수 있다. 광의 양은 하나 이상의 임계값과 비교될 수 있고, 하나 이상의 디스플레이 특성을 조절하기 위해 디스플레이 제어기(214)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 윈드실드의 특정 영역에서의 일사량이 임계값을 초과하는 경우, 디스플레이 제어기 및/또는 다른 적절한 제어기는 광학 요소(예를 들어, 3D 요소(212))의 물리적 위치를 조절하여 디스플레이 구성의 초점 거리를 늘릴 수 있고, 디스플레이 구성의 광학 기기의 배율을 감소시켜 디스플레이 요소(예를 들어, LCD 디스플레이의 박막 트랜지스터(TFT))로의 일사량을 감소시킬 수 있다.
사용자 입력 인터페이스(220) 및 차량 입력 인터페이스(222)는 각각 사용자 입력 및 차량 데이터/상태에 기초하여 디스플레이를 제어하도록 디스플레이 제어기(214)에 명령어를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이되는 정보의 유형을 변경하는 것(예를 들어, 속도/RPM 등과 같은 계기 데이터와 회전 방향과 같은 내비게이션 데이터 간을 선택하는 것), 그래픽 사용자 인터페이스가 디스플레이될 때 옵션을 선택하는 것, 및/또는 사용자 선호도를 나타내는 사용자 입력은 디스플레이 제어기(214)에 제공될 수 있고, 디스플레이 구성(202)을 통해 디스플레이되는 데이터의 내용 및/또는 형식을 변경하도록 처리될 수 있다. 사용자 입력 인터페이스는 터치 스크린, 차량 장착형 액추에이터(예를 들어, 버튼, 스위치, 노브, 다이얼 등), 마이크로폰(예를 들어, 음성 명령용), 외부 장치(예를 들어, 차량 탑승자의 모바일 장치) 및/또는 다른 사용자 입력 장치를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 임의의 적절한 사용자 입력 장치로부터 사용자 입력을 수신할 수 있다. 차량 입력 인터페이스(222)는 차량 상태를 나타내는 차량 센서 및/또는 시스템의 데이터 및/또는 다른 차량 데이터를 수신할 수 있으며, 이 데이터는 디스플레이 구성(202)을 통해 디스플레이되는 데이터의 내용 및/또는 형식을 조절하기 위해 디스플레이 제어기(214)로 전송될 수 있다. 예를 들어, 현재 속도가 (예를 들어, 제어기 영역 네트워크, CAN, 차량의 버스를 통해) 차량 입력 인터페이스에 공급되고, 차량의 현재 속도의 디스플레이를 업데이트하기 위해 디스플레이 제어기로 전송될 수 있다. 차량 입력 인터페이스는 또한 차량의 헤드 유닛의 내비게이션 모듈 및/또는 차량 내의 다른 정보 소스로부터 입력을 수신할 수 있다.
도 3은 안구 추적, 일사량, 사용자 입력 및/또는 차량 입력에 기초하여 디스플레이를 제어하는 예시적인 방법(300)의 흐름도이다. 방법(300)은 도 2a의 안구 추적 모듈(216), 일사량 모니터링 모듈(218), 사용자 입력 인터페이스(220) 및 차량 입력 인터페이스(222)와 같은 다른 장치와 관련하여, 도 2a의 디스플레이 제어기(214)와 같은 디스플레이 제어기에 의해 수행될 수 있다. 302에서, 방법은 안구 추적 데이터가 수신되는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 안구 추적 데이터가 수신되면(예를 들어, 302에서 "예"), 방법은 304에 지시된 바와 같이 안구 추적 데이터로부터 안구 시선 방향을 결정하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 방법은 306에 지시된 바와 같이 안구 시선 방향에 기초하여 디스플레이된 데이터의 위치 및/또는 외관을 조절하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 디스플레이되는 데이터의 위치는 안구 시선 방향과 정렬되도록 조절될 수 있다. 다른 예로서, 시선 방향이 디스플레이된 데이터의 위치와 정렬되지 않는 경우 디스플레이된 내용이 감소 및/또는 가벼워질(예를 들어, 디스플레이 출력이 감소될) 수 있다(예를 들어, 관찰자가 디스플레이된 데이터에서 먼 곳을 보는 경우, 디스플레이된 데이터가 전력 자원을 절약하기 위해 감소될 수 있다).
308에서, 방법은 사용자 선택 가능 요소가 디스플레이되는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 사용자 선택 가능 요소가 디스플레이된 경우(예를 들어, 308에서 "예"), 방법은 310에 지시된 바와 같이 안구 시선 방향에 기초하여 사용자 선택 대상을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 안구 시선 방향은 선택 가능한 항목 중에서 (만약 존재하는 경우) 사용자의 시선과 교차하는 항목을 결정하기 위해 사용자의 시야 내에 디스플레이된 요소의 위치와 비교될 수 있다. 312에서, 방법은 사용자 선택 대상에 기초하여 디스플레이의 내용을 조절하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 사용자 입력이 상이한 시야를 선택한 것에 응답하여 상이한 디스플레이된 정보가 제시될 수 있다.
내용을 조절할 때 또는 디스플레이된 사용자 선택 가능한 요소가 없는 경우(예를 들어, 308에서 "아니오") 또는 수신된 안구 추적 데이터가 없는 경우(예를 들어, 302에서 "아니오"), 방법은 314에 지시된 바와 같이 일사량 데이터가 수신되는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 일사량 데이터가 수신된 경우(예를 들어, 314에서 "예"), 방법은 316에 지시된 바와 같이 일사량 데이터로부터 일사량에 의해 영향을 받는 디스플레이의 영역을 결정하는 단계를 포함한다. 318에서, 방법은 임계값을 넘는 일사량을 갖는 영역을 결정하는 단계를 포함한다. 디스플레이의 하나 이상의 영역이 임계값을 넘는 일사량을 갖는 경우(예를 들어, 318에서 "예"), 방법은 320에서 지시된 바와 같이 영향을 받는 영역(예를 들어, 임계값을 넘는 일사량을 갖는 하나 이상의 영역)에서 일사량을 감소시키기 위해 광학 요소의 위치를 변화시키는 단계를 포함한다. 322에서, 방법은 일사량에 기초하여 디스플레이된 이미지의 가시도를 증가시키기 위해 백라이트를 조절하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일사량의 임계값을 넘는 영역에서 이미지의 밝기 또는 콘트라스트는 디스플레이에서 이러한 영역의 가시도를 높이도록 증가될 수 있다.
일사량을 상쇄시키도록 디스플레이를 조절할 때 또는 임계값을 넘는 일사량을 갖는 영역이 없는 경우(예를 들어, 318에서 "아니오") 또는 수신된 일사량 데이터가 없는 경우(예를 들어, 314에서 "아니오"), 방법은 324에 지시된 바와 같이 사용자 또는 차량 입력이 수신되는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 수신된 사용자 또는 차량 입력이 없는 경우(예를 들어, 324에서 "아니오"), 방법은 328에서 지시된 바와 같이 디스플레이 내용 및/또는 외관을 유지하는 (예를 들어 디스플레이를 변화시키지 않는) 단계를 포함할 수 있다. 사용자 또는 차량 입력이 수신된 경우(예를 들어, 324에서 "예"), 방법은 326에 지시된 바와 같이 사용자 및/또는 차량 입력에 기초하여 디스플레이된 데이터의 내용 및/또는 외관을 조절하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 디스플레이된 데이터는 (예를 들어, 312에서 전술한 바와 같이) 메뉴 옵션을 선택하는 사용자 입력을 등록하고/하거나 (예를 들어, 사용자가 디스플레이 크기의 증가 또는 디스플레이 외관의 다른 변화를 지정할 수 있는 경우, 또는 사용자가 다른 디스플레이 모드, 디스플레이 종료 등을 지정할 수 있는 경우) 사용자 선호도를 만족시키도록 조절될 수 있다. 다른 예로서, 디스플레이된 데이터는 차량 파라미터를 나타내는 차량 데이터에 응답하여 업데이트된 차량 파라미터(예를 들어, 차량 속도, 엔진 RPM 등)를 출력하도록 조절될 수 있다. 사용자/차량 입력은 또한 디스플레이된 데이터의 파라미터를 변화시키는 데 사용되는 사용자 작업량 또는 환경 상태를 반영하는 사용자/차량 상태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자로부터의 지시(예를 들어, 스트레스 검출) 및/또는 차량으로부터의 지시(예를 들어, 장애물 검출, 교통량 증가, 내비게이션 조작 곤란, 험악한 기후 상태 등)에 응답하여 사용자가 운전 조작에 집중하는 것을 지원하도록 디스플레이된 데이터는 조절될 수 있다(예를 들어, 디스플레이된 데이터가 크기/밝기에 있어서 줄어들 수 있고, 디스플레이된 데이터는 윈드실드의 원거리 위치와 같이 덜 눈에 띄는 위치로 이동될 수 있으며, 디스플레이된 데이터는 일시적으로 턴오프될 수 있는 등). 마찬가지로, 운전 상태 및/또는 사용자 상태가 헤드업 디스플레이가 산만하게 하지 않을 수 있는 상태(예를 들어, 교통량 감소, 장애물 사라짐, 내비게이션 조작 곤란 통과, 청명한 날씨 등)로 복귀되었다고 결정한 후, 디스플레이된 데이터는 이전 위치 및/또는 외관으로 복귀되고/되거나 다시 턴온될 수 있다.
도 2a의 3D 요소(212)와 같은 디스플레이 구성의 3차원 요소는 일부 환경(예를 들어, 이미지가 만곡된 윈드실드를 통해/윈드실드에 걸쳐 디스플레이되는 차량 환경)에 존재하는 상면 만곡을 보정하도록 (예를 들어, 상면 만곡으로 인해 발생하는 수차를 보정하도록) 구성될 수 있다. 도 4는 이미지 공간의 원거리 위치의 상면 만곡을 상쇄시켜 이미지 에지를 선명하게 하기 위해 렌티큘러 렌즈의 처방에 대한 예시적인 조절을 보여준다. 도 4의 구성(A)은 렌즈 구조의 각 구성 요소(예를 들어, 원통형 렌즈)가 실질적으로 동일한 렌티큘러 렌즈 구성의 예시적인 횡단면도를 도시한다. 렌티큘러 렌즈(402)의 원통형 렌즈(예를 들어, 원통형 렌즈(402a)를 포함함)의 어레이가 교번하는 픽셀 열(404)로부터 정해진 관찰 영역으로 광을 향하게 하여, 각 안구(예를 들어, 우측 안구(406) 및 좌측 안구(408))가 다른 이미지를 수신할 수 있게 할 때 입체 효과가 생성된다.
도 4의 구성(B)은 구성(A)과 동일한 원리에 따라 동작하며, 광이 우측 안구(414)와 좌측 안구(416)로 향하도록 픽셀 열(410) 및 렌티큘러 렌즈(412)를 포함한다. 그러나 구성(B)에서 에지 원통형 렌즈(412a 및 412b)는 렌티큘러 렌즈(412)를 형성하는 어레이의 다른 원통형 렌즈와 상이하게 배향된다. 따라서, 외부/에지 원통형 렌즈의 반경은 내부 원통형 렌즈의 반경과 상이하다. 에지 렌즈의 조절된 배향은 원거리 시야에서 만곡을 상쇄시키도록 디스플레이된 이미지 평면을 만곡시킬 수 있다.
또한, 개시된 디스플레이 시스템은 3차원 이미지를 제공하기 위해 추가 광학 기기를 사용하기 때문에, 최종 이미지는 입력 이미지에 대해 절반인 해상도를 갖는다. 이러한 감소된 해상도를 수용하기 위해 설명된 예에서 디스플레이의 해상도는 두 배로 증가될 수 있고, 설명된 예에서 디스플레이를 조명하는 데 사용되는 백라이트의 양이 늘어날 수 있으며, 이에 따라 디스플레이의 속성은 구성 요소의 열적 상태에 기초하여 조절될 수 있다(예를 들어, 디스플레이의 광학 요소를 향하는 태양광과 같은 환경 상태에 기초하여 과열이 검출되거나 예측되는 경우 백라이트를 감소시킬 수 있다).
본 발명은 또한 공간에서 다수의 2차원 오버랩 평면과 같은 다수의 평면 프로젝션을 사용하여 정보를 디스플레이하는 것을 제공한다. 예를 들어, 다른 거리에서 이미지 정보를 오버레이하는 헤드업 디스플레이를 제공하기 위해 2개의 다른 이미지 생성 장치가 차량 또는 다른 환경에 내장될 수 있다. 도 5는 제1 디스플레이(502)가 제1 근거리 이미지를 제공하기 위해 사용될 수 있고 제2 디스플레이(504)가 제2 원거리 이미지를 제공하기 위해 사용될 수 있는 (또는 그 반대로 사용될 수 있는) 예시적인 디스플레이 구성(500)을 도시한다. 제1 및 제2 디스플레이는 각각 일부 예에서 LCD 투과형 디스플레이를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 제1 디스플레이와 제2 디스플레이는 서로에 대해 약 90도에 위치된다. 제1 디스플레이와 제2 디스플레이는 특정 각도에서 편광된 광이 브루스터 각도에서 반사될 수 있도록 위치될 수 있다. 제1 디스플레이(502) 및 제2 디스플레이(504) 각각은 제1 표면(예를 들어, 제1 디스플레이 측면(508))에 도달하는 광을 투과시키고 제2 표면(예를 들어, 제2 디스플레이 측면(510))에 도달하는 광을 반사시키도록 구성될 수 있는 미러(506)로 광을 투과시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 디스플레이 각각으로부터의 광은 (예를 들어, 선글라스가 제공하는 편광을 보상하는 것에 의해 선글라스를 통해 볼 수 있도록 하기 위해) 파장 판(예를 들어, 1/4 파장 판) 또는 지연 필름을 포함할 수 있는 광 조절 요소(512)를 향할 수 있다. 광 조절 요소(512) 및/또는 하나 이상의 다른 광학 요소(예를 들어, 렌즈 시스템)는 제1 디스플레이로부터의 광이 근거리에 보이고, 제2 디스플레이로부터의 광이 원거리에 보이도록 (예를 들어, 근거리보다 더 먼 거리에) 보이도록 제1 및 제2 디스플레이로부터의 광의 평면을 각각 이동시키는 데 사용될 수 있다.
일부 추가적인 또는 대안적인 예에서, 특정 광은 통과시키는 반면 다른 광은 반사시켜 3차원 공간에서 이미지를 오버랩시킴으로써 다수의 이미지를 생성하도록 조밀한 스펙트럼 결합을 수행하는 색채 필름을 사용하여 다수의 평면이 생성될 수 있다. 다른 예로서, 디스플레이 구성은 다수의 이미지 평면 효과를 생성하도록 다수의 홀로그래픽 시트를 생성하는 레이저를 포함할 수 있다.
다른 예로서, 윈드실드 유리(예를 들어, 도 2a의 윈드실드(206))로서 투명 유기 발광 다이오드(OLED)를 사용하거나 또는 윈드실드 유리에 감광성 물질을 내장하여, 근거리 평면 이미지를 생성하고, LCD 또는 MEMS 기반 프로젝션을 사용하여 (예를 들어, 전술한 프로젝션 예 중 임의의 것을 사용하여) 원거리 평면 이미지를 생성하도록 다수의 근거리 및 원거리 평면 프로젝션이 생성될 수 있다. 위의 예시적인 구성은 대용량 및/또는 높은 프로파일 프로젝션 시스템을 사용하지 않고도 다수의 이미지 평면을 생성할 수 있다. 더욱이, 위의 예시적인 구성은 다른 구성에 비해 전력 소비를 감소시켰다.
다수의 평면에서 이미지를 생성하는 전술한 예에서, 연관된 디스플레이는 서로 다른 평면 거리로부터 이익을 얻는 서로 다른 이미지를 생성하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 근거리 평면 이미지는 환경이 움직일 때에도 관찰자/차량에 대해 상대적으로 정적인 위치에 유지될 수 있는 이미지와 같이 선명도와 안정성이 증가된 것으로부터 이익을 얻는 이미지가 되도록 제어될 수 있다. 상세한 예로서, 근거리 평면 이미지는 차량 속도, 차량 경고/경보(예를 들어, 오일 레벨, 온도, 유지 보수 알림, 진단 코드 경고 등), 엔진 RPM, 회전 속도계 정보, 남은 연료로 이동할 수 있는 남은 연료 레벨/예상 거리, (예를 들어, 수신 통신과 같은 연결된 모바일 장치로부터의) 통지, 현재 시간, 라디오/오디오 정보(예를 들어, 현재 라디오 방송국, 현재 재생 중인 노래 등), 그래픽 사용자 인터페이스 제어 및/또는 다른 디스플레이 요소와 같은 차량 상태 정보 및/또는 계기판 유형 디스플레이 데이터를 포함할 수 있다. 원거리 평면 이미지는 주변 환경과의 상호 작용으로부터 이익을 얻는 이미지(예를 들어, 월드-고정된 이미지 또는 주변 환경을 증강하기 위해 주변 환경에 대해 동일한 위치를 유지하는 이미지)가 되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 원거리 평면 이미지는 내비게이션 방향(이는 예를 들어, 도로 표면, 도로 표지판, 다른 차량 등에 오버레이될 수 있으며, 디스플레이 데이터가 놓이는 환경 특징과 정적인 관계를 유지하기 위해 관찰자에 대해 이동될 수 있음), 환경 특징에 대한 상태 정보를 식별하거나 제공하는 정보 디스플레이, 및/또는 다른 디스플레이된 데이터를 포함할 수 있다. 위에서 설명한 근거리 및 원거리 평면 이미지는, 근거리 평면의 이미지가 제1 근접한 깊이 범위를 차지하고 원거리 평면의 이미지가 제2 원거리 깊이 범위를 차지하도록 서로 다른 연속적인 평면에서 생성될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 근거리 평면의 이미지는 사용자로부터 5 미터 내지 25 미터 범위 내에 있는 것처럼 사용자에 보이도록 위치될 수 있고, 원거리 평면의 이미지는 사용자로부터 26 미터 내지 75 미터 범위 내에 있도록 사용자에 보이도록 위치될 수 있다.
도 6은 디스플레이된 데이터의 위치 또는 피사계 심도를 조절하도록 이동식 광학 기기(602)를 포함하는 예시적인 디스플레이 구성(600)을 도시한다. 도 6의 구성은 도 2a의 구성과 유사하지만, 이동식 광학 기기(602)는 본 명세서에 개시된 다른 구성을 포함하는 임의의 적절한 디스플레이 구성에 통합될 수 있는 것으로 이해된다. 디스플레이 구성(600)은 LCD, DLP MEMS 또는 다른 디스플레이 기술일 수 있는 디스플레이(604)를 포함한다. 디스플레이(604)는 이동식 광학 기기(602)를 통과하는 3차원 이미지를 생성하도록 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽과 같은 3D 요소(606)로 덮이고/덮이거나 광이 3D 요소를 통과하도록 할 수 있다. 이동식 광학 기기(602)는 디스플레이 위에(및 3D 요소 위에) 위치되는 조절 가능한 렌즈 또는 렌즈 어레이(예를 들어, 줌 광학 기기)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 이동식 광학 기기(602)가 위치(602a)에 있을 때, 디스플레이(604)로부터의 이미지 광은 610a에 지시된 제1 피사계 심도에 이미지를 생성하기 위해 윈드실드(608)를 통해 투과될 수 있다. 이동식 광학 기기를 위치(602b)로 이동시키는 것에 응답하여, 디스플레이(604)로부터의 이미지 광은 610b에 지시된 제2 피사계 심도에 이미지를 생성하도록 윈드실드(608)를 통해 투과될 수 있다. 따라서, 이동식 광학 기기가 공간에서 이동하여, d로 지시된 바와 같이 광이 윈드실드에 도달하는 거리 또는 각도의 변화를 초래하는 것에 응답하여, 디스플레이되는 이미지의 피사계 심도는 윈드실드/관찰자에 더 근접하거나 이로부터 더 멀어지도록 조절될 수 있으며, 여기서 피사계 심도의 거리 변화는 d'에 도시된다.
이동식 광학 기기는 사용자 입력 장치(614)로부터의 사용자 입력에 응답하고/하거나 (또한 사용자 입력 장치(614)로부터의 사용자 입력에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수 있는) 디스플레이 제어기(616)로부터의 명령에 응답하여 렌즈 액추에이터(612)를 통해 제어될 수 있다. 디스플레이 제어기(616)는 (예를 들어, 도 2a의 디스플레이 제어기(214)에 대해 전술한 바와 같이) 디스플레이(604)의 출력을 제어할 수 있다. 렌즈 액추에이터(612)는 디스플레이 구성 내에서 이동식 광학 기기의 물리적 위치를 변화시키기 위해 이동식 광학 기기(602)를 물리적으로 이동시키기 위해 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 도 6은 도시된 예에서 (예를 들어, 디스플레이로부터 동일한 거리를 유지하고, 디스플레이에 대해 측방향 위치를 변경하는) 측방향 이동을 도시하고 있지만, 이동식 광학 기기(602)는 디스플레이로부터 방출된 광의 방향을 따른 움직임(예를 들어, 광학 기기와 디스플레이 사이의 거리의 변경) 및 디스플레이에 대한 광학 기기의 배향의 변화를 포함하는 임의의 적절한 방식으로 이동될 수 있는 것으로 이해된다.
디스플레이 시스템/구성의 상기 예 중 임의의 것에서, 3차원 이미지를 생성하도록 이미지 광을 출력하기 위해 다수의 디스플레이가 사용될 수 있다. 다수의 디스플레이는 하나 이상의 디스플레이의 하나 이상의 어레이를 포함할 수 있다. 디스플레이 및/또는 어레이는 일부 예에서 상이한 강도 또는 특성을 갖는 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 시스템은 디스플레이의 상대적인 강도의 장점을 얻기 위해 적어도 하나의 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 및 적어도 하나의 액정 디스플레이(LCD)를 포함할 수 있다. (예를 들어, LCD 디스플레이가 아니라) OLED 디스플레이(들)는 낮은 주변 광 상태 및/또는 높은 콘트라스트 비율이 요구되는 상태 동안 주로 활성화될 수 있다. (예를 들어, OLED 디스플레이가 아니라) LCD 디스플레이(들)는 높은 주변 광 상태 및/또는 높은 레벨의 밝기가 요구되는 상태 동안 주로 활성화될 수 있다. 상술된 비-제한적인 예로서, 디스플레이 시스템에서 LCD 디스플레이만이 활성화될 수 있고, 또는 디스플레이 시스템이 임계값을 넘는 (예를 들어, 500 니트(nit)를 넘는) 주변 광량을 검출할 때 디스플레이 시스템에서 다른 디스플레이보다 더 많은 LCD 디스플레이가 활성화될 수 있다. 디스플레이 시스템이 임계값 미만의 주변 광을 검출하면 디스플레이 시스템에서 OLED 디스플레이만이 활성화될 수 있고, 또는 디스플레이 시스템에서 다른 디스플레이보다 더 많은 OLED 디스플레이가 활성화될 수 있다. 일부 예에서, 상이한 디스플레이는 (예를 들어, 비활성화되도록 선택된 디스플레이에 대응하는 백라이트 광원의 매트릭스 부분을 턴오프되고/되거나, 활성화되도록 선택된 디스플레이에 대응하는 백라이트 광원의 매트릭스 부분을 턴온하는 것에 의해) 디스플레이에 공급되는 백라이트를 제어함으로써 활성화되거나 비활성화될 수 있다.
본 발명은 디스플레이; 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이; 상기 디스플레이와 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽을 포함하는 광학 요소; 및 프로세서 및 메모리를 포함하는 디스플레이 제어기를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 디스플레이를 제어하여 상기 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽 및 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 투명한 평면에 도달하는 이미지 광을 출력하여 3차원 이미지를 형성하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다. 제1 실시예에서, 상기 디스플레이로부터의 이미지 광은 추가적으로 또는 대안적으로 임의의 미러에 의해 반사됨이 없이 상기 투명한 평면 상에 상기 3차원 이미지를 생성하도록 지향될 수 있다. 제2 실시예는 선택적으로 제1 실시예를 포함하고, 상기 디스플레이 제어기가 차량의 헤드 유닛에 포함되고, 상기 투명한 평면은 상기 차량의 윈드실드인, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제3 실시예는 선택적으로 제1 실시예와 제2 실시예 중 하나 또는 둘 다를 포함하고, 상기 디스플레이의 후면을 따라 매트릭스로서 분포된 백라이트 광원의 어레이를 더 포함하는 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제4 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 백라이트 광원의 어레이는 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드의 매트릭스를 포함하는, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제5 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 명령어는 상기 3차원 이미지의 내용 및/또는 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 동적 상태에 기초하여 상기 매트릭스의 하나 이상의 발광 다이오드를 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하도록 더 실행 가능한, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제6 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 동적 상태는 상기 투명한 평면의 특정 영역에서의 태양광의 양을 포함하는, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제7 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제6 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 동적 상태는 사용자의 안구 시선의 위치를 포함하고, 상기 명령어는 상기 사용자의 안구 시선의 위치로부터 임계 거리 떨어진 곳에 상기 3차원 이미지의 영역을 생성하는 상기 디스플레이의 영역을 조명하도록 구성된 상기 매트릭스의 발광 다이오드를 턴오프하거나 어둡게 하도록 실행 가능한, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제8 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제7 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 렌티큘러 렌즈는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 하나 이상의 에지 원통형 렌즈의 반경은 상기 어레이의 하나 이상의 다른 원통형 렌즈와는 다른 반경을 갖는, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제9 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제8 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 적어도 하나의 렌즈 어레이는 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 피사계 심도를 변경하기 위해 상기 디스플레이에 대해 이동 가능한 줌 렌즈를 포함하는, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다.
본 발명은 또한 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 동작시키는 방법으로서, 상기 헤드업 디스플레이 장치의 디스플레이를 제어하여, 광학 요소 및 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 투명한 평면에 도달하는 이미지 광을 출력하여, 미러에 의해 상기 이미지 광을 반사함이 없이 3차원 이미지를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 3차원 이미지는 연속적인 평면에 생성되는, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 동작시키는 방법을 제공한다. 제1 실시예에서, 상기 방법은 추가적으로 또는 대안적으로 상기 헤드업 디스플레이 장치의 하나 이상의 동적 상태에 기초하여 상기 디스플레이의 후면에 분포된 백라이트 매트릭스의 하나 이상의 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드를 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제2 실시예는 선택적으로 제1 실시예를 포함하고, 상기 헤드업 디스플레이 장치의 하나 이상의 동적 상태는 상기 헤드업 디스플레이 장치의 사용자의 안구 시선의 위치 및/또는 상기 투명한 평면에 도달하는 태양광의 양을 포함하는, 상기 방법을 더 포함한다. 제3 실시예는 선택적으로 제1 실시예와 제2 실시예 중 하나 또는 둘 다를 포함하고, 상기 3차원 이미지의 초점은 시선 추적 센서에 의해 식별된 사용자 초점의 위치에 상기 연속적인 평면을 생성하도록 동적으로 변화되는, 상기 방법을 더 포함한다.
본 발명은 또한 차량용 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치로서, 디스플레이; 상기 차량의 윈드실드에 걸쳐 분포된 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이; 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이의 사용자의 사용자 초점을 나타내는 시선 추적 데이터를 수신하도록 구성된 시선 추적 모듈; 상기 디스플레이와 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽을 포함하는 광학 요소; 및 프로세서 및 메모리를 포함하는 디스플레이 제어기를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 디스플레이를 제어하여, 상기 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽 및 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 상기 윈드실드에 도달하는 이미지 광을 출력하여, 임의의 미러에 의해 상기 이미지 광을 반사함이 없이 3차원 이미지를 형성하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하고, 상기 3차원 이미지의 초점은 상기 사용자 초점에 기초하여 연속적인 평면을 생성하도록 동적으로 변화되는, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다. 제1 실시예에서, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치는 추가적으로 또는 대안적으로 상기 디스플레이의 후면을 따라 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드의 매트릭스로서 분포된 백라이트 광원의 어레이를 더 포함할 수 있다. 제2 실시예는 선택적으로 제1 실시예를 포함하고, 상기 명령어는 상기 3차원 이미지의 내용 및/또는 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이의 동적 상태에 기초하여 하나 이상의 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드를 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하도록 추가로 실행 가능한, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제3 실시예는 선택적으로 제1 실시예와 제2 실시예 중 하나 또는 둘 다를 포함하고, 상기 명령어는 상기 사용자 초점에 기초하여 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드 중 하나 이상을 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하도록 추가로 실행 가능한, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제4 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 렌티큘러 렌즈는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 하나 이상의 에지 원통형 렌즈의 반경은 상기 어레이의 하나 이상의 다른 원통형 렌즈와는 상이한 반경을 갖는, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다. 제5 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 윈드실드는 근거리 평면 이미지를 생성하기 위해 투명 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 또는 감광성 물질을 더 포함하고, 상기 디스플레이는 원거리 평면 이미지를 생성하도록 구성되고, 상기 원거리 평면 이미지는 상기 근거리 평면 이미지보다 관찰자의 시야에서 더 멀리 위치된, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 더 포함한다.
전술한 예는 다른 디스플레이 구성에 비해 (예를 들어, 미러 없는 3차원 디스플레이 구성을 제공하는 것에 의해) 패키징 크기를 감소시키는 것, (예를 들어, 선택적으로 백라이트를 디밍하는 것에 의해) 전력 소비를 감소시키는 것, (예를 들어, 구성 요소의 간격을 제어하고 백라이트를 감소시키는 것에 의해) 열 부하를 감소시키는 것, 및/또는 사용자 경험을 증가시키는 것(예를 들어, 디스플레이된 이미지의 피사계 심도를 조절하는 것에 의해 사용자 편의를 증가시키는 것)의 기술적 효과를 갖는 하나 이상의 특징을 포함하는 디스플레이 구성을 포함한다. 일부 예에서, 출력 이미지는 (예를 들어, 연속 평면 디스플레이 또는 프로젝션을 사용하여) 환경과 더 잘 통합되고/되거나 이미지 품질을 개선하도록 (예를 들어, 렌티큘러 렌즈의 일부의 반경을 조절하도록) 다른 디스플레이 구성에 의해 출력된 이미지에 대해 변환될 수 있다. 더욱이, 전술한 바와 같이 윈드실드 또는 다른 큰 투명한 평면을 디스플레이 표면으로 변환하기 위해 마이크로 렌즈 어레이를 사용하면 이미지 충실도에 영향을 주지 않고 생성되는 디스플레이의 시야를 증가시킬 수 있다.
다른 표현에서, 본 발명은 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다. 제1 실시예에서, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치는 디스플레이, 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이, 이 디스플레이와 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽, 및 상기 디스플레이로부터 상기 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽 및 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하는 이미지 광이 도달하는 투명한 평면을 포함할 수 있다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치는 미러를 포함하지 않을 수 있어서, 디스플레이로부터 광은 미러에서 반사되지 않고 이미지를 생성할 수 있다.
미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제2 실시예는 선택적으로 제1 실시예를 포함하고, 투명한 평면은 차량의 윈드실드이고, 디스플레이는 차량의 디스플레이 제어기를 통해 제어되는, 디스플레이 장치를 더 포함한다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제3 실시예는 제1 실시예와 제2 실시예 중 하나 또는 둘 다를 선택적으로 포함하고, 디스플레이 제어기는 차량의 헤드 유닛에 포함되는, 디스플레이 장치를 더 포함한다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제4 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 하나 이상을 선택적으로 포함하고, 렌티큘러 렌즈는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하고, 어레이의 하나 이상의 에지 원통형 렌즈의 반경은 어레이의 하나 이상의 다른 원통형 렌즈와는 다른 반경을 갖는, 디스플레이 장치를 더 포함한다.
미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제5 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 투명한 평면은 근거리 평면 이미지를 생성하기 위해 투명 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 또는 감광성 물질을 더 포함하고, 디스플레이는 원거리 평면 이미지를 생성하도록 구성되고, 원거리 평면 이미지는 근거리 평면 이미지보다 관찰자의 시야에서 더 멀리 위치된, 디스플레이 장치를 더 포함한다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제6 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 근거리 평면 이미지는 차량 상태 정보를 나타내는 계기 디스플레이를 포함하고, 원거리 평면 이미지는 내비게이션 정보를 포함하는, 디스플레이 장치를 더 포함한다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제7 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제6 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 근거리 평면 이미지는 관찰자-고정되고 관찰자에 대한 위치를 유지하도록 제어되고, 원거리 평면 이미지는 월드-고정되고, 관찰자의 환경이 이동함에 따라 관찰자에 대해 이동하도록 제어되는, 디스플레이 장치를 추가로 포함한다.
미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제8 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제7 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽은 사용자 입력에 응답하여 이동 가능한, 디스플레이 장치를 더 포함한다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제9 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제8 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 적어도 하나의 렌즈 어레이는 미러 없는 디스플레이 장치의 피사계 심도를 변경하기 위해 디스플레이에 대해 이동 가능한 줌 렌즈를 포함하는, 디스플레이 장치를 더 포함한다.
미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제10 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제9 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 상기 디스플레이는 개별적으로 제어 가능한 조명 요소의 어레이로 형성된 백라이트를 포함하고, 미러 없는 디스플레이 장치는 조명 요소의 어레이의 하나 이상의 조명 요소를 선택적으로 어둡게 하도록 동작 가능한 디스플레이 제어기를 더 포함하는, 디스플레이 장치를 더 포함한다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제11 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제10 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 어레이의 하나 이상의 조명 요소는 안구 추적 모듈과 일사량 모듈 중 하나 이상으로부터의 입력에 응답하여 어둡게 되도록 선택되고, 안구 추적 모듈은 사용자의 눈을 이미징하도록 구성된 이미지 장치를 포함하고, 일사량 모듈은 특정 영역에서의 태양광의 양을 검출하도록 구성된 적외선 센서를 포함하는, 디스플레이 장치를 더 포함한다. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 제12 실시예는 선택적으로 제1 실시예 내지 제11 실시예 중 하나 이상을 포함하고, 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽은 임계값보다 더 큰 특정 영역에서의 태양광의 양을 검출한 것에 응답하여 이동하도록 제어되는, 디스플레이 장치를 더 포함한다.
실시형태의 설명은 예시 및 설명을 위한 목적으로 제시되었다. 실시형태에 대한 적절한 수정 및 변경은 상기 설명을 고려하여 이루어질 수 있거나 방법을 실시함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 달리 언급되지 않는 한, 설명된 방법 중 하나 이상은 도 2a를 참조하여 설명된 디스플레이 제어기(214)와 같은 적절한 장치 및/또는 장치의 조합에 의해 수행될 수 있다. 방법은 저장 장치, 메모리, 하드웨어 네트워크 인터페이스/안테나, 스위치, 액추에이터, 클록 회로 등과 같은 하나 이상의 추가 하드웨어 요소와 함께 하나 이상의 논리 장치(예를 들어, 프로세서)를 사용하여 저장된 명령어를 실행함으로써 수행될 수 있다. 설명된 방법 및 관련 동작은 또한 본 명세서에 설명된 순서 이외에 다양한 순서로, 병렬로 및/또는 동시에 수행될 수 있다. 설명된 시스템은 본질적으로 예시적이며, 추가 요소를 포함하거나 및/또는 요소를 생략할 수 있다. 본 발명의 주제는 개시된 다양한 시스템과 구성, 및 다른 특징, 기능 및/또는 속성의 모든 신규하고 비-자명한 조합 및 하위 조합을 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수형 요소 또는 단계는 이 요소 또는 단계를 복수회 포함하는 것이 언급되지 않는 한, 복수회 포함하는 것이 배제되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 "일 실시형태" 또는 "일 실시예"라는 언급은 인용된 특징을 또한 포함하는 추가 실시형태가 존재하는 것을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 되는 것으로 의도된 것이다. "제1", "제2" 및 "제3" 등의 용어는 단순히 수식어로 사용된 것일 뿐, 객체에 수치 요구 사항이나 특정 위치 순서를 부과하려고 의도된 것이 아니다. 이하의 청구범위는 특히 상기 설명으로부터 신규하고 비-자명한 것으로 간주되는 주제를 제시한다.

Claims (20)

  1. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치(mirrorless heads up display device)로서,
    디스플레이;
    적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이;
    상기 디스플레이와 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 또는 시차 장벽(parallax barrier)을 포함하는 광학 요소; 및
    프로세서 및 메모리를 포함하는 디스플레이 제어기를 포함하되, 상기 메모리는, 상기 디스플레이를 제어하여 상기 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽 및 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 투명한 평면에 도달하는 이미지 광을 출력하여 3차원 이미지를 형성하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이로부터의 이미지 광은 임의의 미러에 의해 반사됨이 없이 상기 투명한 평면 상에 상기 3차원 이미지를 생성하도록 지향되는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 제어기는 차량의 헤드 유닛에 포함되고, 상기 투명한 평면은 상기 차량의 윈드실드(windshield)인, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이의 후면을 따라 매트릭스로서 분포된 백라이트 광원의 어레이를 더 포함하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 백라이트 광원의 어레이는 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드의 매트릭스를 포함하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 명령어는 상기 3차원 이미지의 내용 및/또는 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 동적 상태에 기초하여 상기 매트릭스의 하나 이상의 발광 다이오드를 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하도록 더 실행 가능한, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 동적 상태는 상기 투명한 평면의 특정 영역에서의 태양광의 양을 포함하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 동적 상태는 사용자의 안구 시선의 위치를 포함하고, 상기 명령어는 상기 사용자의 안구 시선의 위치로부터 임계 거리 떨어진 곳에 상기 3차원 이미지의 영역을 생성하는 상기 디스플레이의 영역을 조명하도록 구성된 상기 매트릭스의 발광 다이오드를 턴오프하거나 어둡게 하도록 실행 가능한, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 렌티큘러 렌즈는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 하나 이상의 에지 원통형 렌즈의 반경은 상기 어레이의 하나 이상의 다른 원통형 렌즈와는 다른 반경을 갖는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈 어레이는 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치의 피사계 심도를 변경하기 위해 상기 디스플레이에 대해 이동 가능한 줌 렌즈를 포함하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  11. 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 동작시키는 방법으로서,
    상기 헤드업 디스플레이 장치의 디스플레이를 제어하여, 광학 요소와 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 투명한 평면에 도달하는 이미지 광을 출력하여, 미러에 의해 상기 이미지 광을 반사함이 없이 3차원 이미지를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 3차원 이미지는 연속적인 평면에 생성되는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 동작시키는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치의 하나 이상의 동적 상태에 기초하여 상기 디스플레이의 후면에 분포된 백라이트 매트릭스의 하나 이상의 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드를 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하는 단계를 더 포함하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 동작시키는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치의 하나 이상의 동적 상태는 상기 헤드업 디스플레이 장치의 사용자의 안구 시선의 위치 및/또는 상기 투명한 평면에 도달하는 태양광의 양을 포함하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 동작시키는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 3차원 이미지의 초점은 시선 추적 센서에 의해 식별된 사용자 초점의 위치에 상기 연속적인 평면을 생성하도록 동적으로 변화되는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치를 동작시키는 방법.
  15. 차량용 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치로서,
    디스플레이;
    상기 차량의 윈드실드에 걸쳐 분포된 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이;
    상기 미러 없는 헤드업 디스플레이의 사용자의 사용자 초점을 나타내는 시선 추적 데이터를 수신하도록 구성된 시선 추적 모듈;
    상기 디스플레이와 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽을 포함하는 광학 요소; 및
    프로세서 및 메모리를 포함하는 디스플레이 제어기를 포함하되, 상기 메모리는, 상기 디스플레이를 제어하여, 상기 렌티큘러 렌즈 또는 시차 장벽 및 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 상기 윈드실드에 도달하는 이미지 광을 출력하여, 임의의 미러에 의해 상기 이미지 광을 반사함이 없이 3차원 이미지를 형성하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하고, 상기 3차원 이미지의 초점은 상기 사용자 초점에 기초하여 연속적인 평면을 생성하도록 동적으로 변화되는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 디스플레이의 후면을 따라 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드들의 매트릭스로서 분포된 백라이트 광원의 어레이를 더 포함하는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 명령어는 상기 3차원 이미지의 내용 및/또는 상기 미러 없는 헤드업 디스플레이의 동적 상태에 기초하여 하나 이상의 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드를 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하도록 추가로 실행 가능한, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 명령어는 상기 사용자 초점에 기초하여 개별적으로 제어 가능한 발광 다이오드 중 하나 이상을 선택적으로 턴오프하거나 어둡게 하도록 추가로 실행 가능한, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 렌티큘러 렌즈는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 하나 이상의 에지 원통형 렌즈의 반경은 상기 어레이의 하나 이상의 다른 원통형 렌즈와는 상이한 반경을 갖는, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
  20. 제15항에 있어서, 상기 윈드실드는 근거리 평면 이미지를 생성하기 위해 투명 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 또는 감광성 물질을 더 포함하고, 상기 디스플레이는 원거리 평면 이미지를 생성하도록 구성되고, 상기 원거리 평면 이미지는 상기 근거리 평면 이미지보다 관찰자의 시야에서 더 멀리 위치된, 미러 없는 헤드업 디스플레이 장치.
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