KR20210143385A - 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈 - Google Patents

플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20210143385A
KR20210143385A KR1020200060044A KR20200060044A KR20210143385A KR 20210143385 A KR20210143385 A KR 20210143385A KR 1020200060044 A KR1020200060044 A KR 1020200060044A KR 20200060044 A KR20200060044 A KR 20200060044A KR 20210143385 A KR20210143385 A KR 20210143385A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
condensing lens
light
reflector
floating image
display device
Prior art date
Application number
KR1020200060044A
Other languages
English (en)
Inventor
한재민
민성욱
최성원
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사, 경희대학교 산학협력단 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020200060044A priority Critical patent/KR20210143385A/ko
Priority to US17/029,848 priority patent/US11592685B2/en
Priority to JP2020158955A priority patent/JP2021184077A/ja
Priority to DE102020126655.3A priority patent/DE102020126655A1/de
Priority to CN202011090914.3A priority patent/CN113703162A/zh
Publication of KR20210143385A publication Critical patent/KR20210143385A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/12—Reflex reflectors
    • G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • G02B5/124—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type plural reflecting elements forming part of a unitary plate or sheet
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0183—Adaptation to parameters characterising the motion of the vehicle

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

평면 방향으로 연장되고, 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 광원; 광원과 나란한 방향으로 연장되도록 배치되고, 광원에서 발생된 빛을 굴절시키는 집광렌즈; 집광렌즈와 마주보는 방향에 배치되고, 집광렌즈에서 굴절되어 입사된 빛을 반사시키는 반사판; 및 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러를 포함하면서 평면 방향으로 연장되고, 일면이 반사판과 마주보는 방향으로 배치되어 반사판에서 반사된 빛이 일면으로 입사되며, 입사된 빛이 미러에 반사되어 타면을 통해 방출됨으로써 타면에서 이격된 위치에 플로팅 영상을 구현하는 이면반사체;를 포함하는 플로팅 영상 디스플레이 장치가 소개된다.

Description

플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈 {FLOATING IMAGE DISPLAY DEVICE AND DISPLAY MODULE OF VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈에 관한 발명으로, 두께가 축소되면서 디스플레이 품질이 향상된 플로팅 영상(FLOATING IMAGE)을 디스플레이하는 장치에 관한 것이다.
현재의 멀티미디어 콘텐츠(multimedia contents)는 첨단 테크놀로지와 결합하여 다양한 방식의 표현과 새로운 시스템이 구성되고 있다. 제4차 산업혁명시대라 부르며 가상현실(Virtual Reality; VR), 증강현실(Augmented Reality; AR)에 이은 혼합현실(Mixed Reality; MR)의 등장에 따른 실감형 콘텐츠가 더욱 주목받고 있다.
이를 위해, 디스플레이 패널에서 디스플레이되는 영상을 공중으로 부양시키는 방법으로는 이면 반사체(Dihedral Reflector Array)를 이용한 투과형 방식과 재귀반사체(Retro Reflector)를 이용한 반사형 방식이 이용되고 있다.
재귀반사체 방식의 경우 영상의 부양 높이 한계 및 빔 스플리터 사용으로 인한 밝기 저하 문제 등의 한계가 존재하여, 시스템 구성이 단순한 이면 반사체 방식이 더 많은 관심을 받고 있다.
다만, 이면 반사체를 이용한 투과형 방식에 따르는 경우 영상의 부양 높이를 조절하기 위해서는 시스템의 부피가 증대되어야 하고, 불필요한 이중상(Ghost Image)이 발생되는 문제를 해결해야 한다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1532327 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 렌즈 및 거울을 추가로 포함하여 디스플레이 장치의 두께를 축소한 상태로 부양 높이를 증가시키고, 이중상을 제거한 플로팅 영상 디스플레이 장치를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치는 평면 방향으로 연장되고, 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 광원; 광원과 나란한 방향으로 연장되도록 배치되고, 광원에서 발생된 빛을 굴절시키는 집광렌즈; 집광렌즈와 마주보는 방향에 배치되고, 집광렌즈에서 굴절되어 입사된 빛을 반사시키는 반사판; 및 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러를 포함하면서 평면 방향으로 연장되고, 일면이 반사판과 마주보는 방향으로 배치되어 반사판에서 반사된 빛이 일면으로 입사되며, 입사된 빛이 미러에 반사되어 타면을 통해 방출됨으로써 타면에서 이격된 위치에 플로팅 영상을 구현하는 이면반사체;를 포함한다.
광원은, 이면반사체에서 이격된 위치에 플로팅할 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 디스플레이 패널일 수 있다.
집광렌즈는, 광원과 나란한 평면 방향으로 연장되되, 초점축이 최외측 단부보다 외측에 위치된 비축(Off-axis) 렌즈일 수 있다.
집광렌즈는, 입사된 빛을 굴절시키는 복수 개의 프리즘이 동심으로 배치된 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)의 일부일 수 있다.
집광렌즈는, 반사판과 이격되어 마주보는 방향으로 배치되되, 일측 단부에서 타측 단부로 갈수록 반사판에 인접한 방향으로 기울어지게 배치될 수 있다.
집광렌즈의 일측 단부는 집광렌즈의 초점축에 가장 인접한 최외측 단부이고, 타측 단부는 집광렌즈의 초점축에서 가장 이격된 최외측 단부일 수 있다.
집광렌즈는, 집광렌즈의 타측 단부가 반사판에서 이격됨과 동시에, 집광렌즈의 타측 단부에서 굴절된 빛이 반사판에서 반사되어 집광렌즈의 일측 단부의 외측으로 진행하는 조건을 만족하는 각도로 기울어질 수 있다.
반사판은, 서로 평면 방향으로 이격되게 배치된 집광렌즈와 이면반사체 측을 동시에 향하도록 배치될 수 있다.
반사판은, 이면반사체로 입사된 빛이 반사됨에 따라 이중상이 발생하는 이중상이 발생하는 이중상 시청 영역을 기반으로 기설정된 각도로 이면반사체와 기울어지게 배치될 수 있다.
반사판은, 연장된 평면의 법선이 이중상 시청 영역의 경계와 나란하도록 기울어지게 배치될 수 있다.
이면반사체는, 연장된 평면 방향을 따라 미러가 적층된 상판 및 하판으로 구성되며, 상판의 미러와 하판의 미러는 서로 교차되는 방향으로 연장될 수 있다.
이면반사체는, 미러가 서로 직각으로 교차되는 방향으로 연장되며, 반사판에서 반사된 빛이 서로 교차되게 연장된 각각의 미러로 비스듬하게 입사될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈은 이면반사체가 연장된 평면 상으로 연장된 실내 구조물;을 더 포함하고, 실내 구조물은, 차량의 대쉬보드 또는 조작패널이고, 플로팅 영상은 실내 구조물의 상방 또는 탑승자 측에 형성될 수 있다.
본 발명의 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈에 따르면, 집광렌즈 및 반사판을 이용하여 광원의 빛을 이면반사체로 입사시킴에 따라 종래 기술에 대비하여 부양 영상의 부양 높이에 대칭되는 장치의 부피를 축소시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 이면반사체의 내부에서 홀수 번 반사됨에 따라 발생하는 이중상(Ghost Image)를 제거할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(10)과 집광렌즈(20) 사이의 관계를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광렌즈(20)를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(10) 및 집광렌즈(20)가 반사판(30)과 기울어지게 배치된 관계를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 반사판(30)과 이면반사체(40)의 배치를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이면반사체(40)의 구조를 도시한 것이다.
도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈을 도시한 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치는 평면 방향으로 연장되고, 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 광원(10); 광원(10)과 나란한 방향으로 연장되도록 배치되고, 광원(10)에서 발생된 빛을 굴절시키는 집광렌즈(20); 집광렌즈(20)와 마주보는 방향에 배치되고, 집광렌즈(20)에서 굴절되어 입사된 빛을 반사시키는 반사판(30); 및 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러를 포함하면서 평면 방향으로 연장되고, 일면이 반사판(30)과 마주보는 방향으로 배치되어 반사판(30)에서 반사된 빛이 일면으로 입사되며, 입사된 빛이 미러에 반사되어 타면을 통해 방출됨으로써 타면에서 이격된 위치에 플로팅 영상을 구현하는 이면반사체(40);를 포함한다.
광원(10)은 전력을 공급받아 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 장치로, 일 실시예로 디스플레이 패널일 수 있다. 광원(10)은 플로팅 영상이 평면 방향으로 연장되도록 평면 방향으로 연장된 형상일 수 있다.
집광렌즈(20)는 광원(10)과 나란한 방향으로 연장되도록 배치되며, 광원(10)과 일정 거리 이격될 수 있다. 집광렌즈(20)는 광원(10)에서 발생시킨 빛을 집중시키는 방향으로 굴절시킬 수 있다.
후술하는 것과 같이, 집광렌즈(20)는 빛을 초점으로 집중시키는 볼록렌즈이거나, 또는 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)일 수 있다.
반사판(30)은 빛을 반사시키는 거울(Mirror)일 수 있고, 반사면이 집광렌즈(20)를 향사도록 배치되어 반사면으로 입사된 빛을 이면반사체(40) 측으로 반사시킬 수 있다.
이면반사체(40)는 집광렌즈(20)와 동시에 반사판(30)을 향하는 방향에 배치될 수 있다.
이면반사체(40)는 빛이 투과되는 재질(예를 들어, 유리 등)로 형성되면서, 내부에 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러가 포함될 수 있다. 이면반사체(40)의 일면으로 입사된 빛은 이면반사체(40)의 타면을 통해 방출될 수 있다.
이면반사체(40)는 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러에 의해 분할되고, DCRA(Dihedral Corner Reflector Array) 구조로 형성될 수 있다.
이면반사체(40)로 입사되는 빛은 이면반사체(40)의 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러에 입사각에 따른 반사각으로 빛이 반사되며, 한 점에서 다양한 각도로 진행한 빛이 이면반사체(40)를 통과하며 대칭되는 위치에서 한 점으로 모이게 되어 상을 형성할 수 있다.
특히, 이면반사체(40)로 입사되는 빛은 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러에 각각 반사됨으로써 짝수 번 반사되어 통과하는 경우 상을 형성할 수 있고, 홀수 번 반사되는 경우에는 불필요한 이중상(Ghost Image)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치는, 집광렌즈(20) 및 반사판(30)을 이용하여 광원(10)의 빛을 이면반사체(40)로 입사시킴에 따라 종래 기술에 대비하여 부양 영상의 부양 높이에 대칭되는 장치의 부피를 축소시킬 수 있는 효과를 갖는다.
광원(10)은, 이면반사체(40)에서 이격된 위치에 플로팅할 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 디스플레이 패널일 수 있다.
여기서, 디스플레이 패널은 CRT(Cathode Ray Tube), VDT(Video Display Terminal), 액정디스플레이 LCD(Liquid Crystal Display) 등이 영상을 구현하는 다양한 패널이 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(10)과 집광렌즈(20) 사이의 관계를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광렌즈(20)를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(10) 및 집광렌즈(20)가 반사판(30)과 기울어지게 배치된 관계를 도시한 것이다.
도 2 내지 4를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광렌즈(20)는, 광원(10)과 나란한 평면 방향으로 연장되되, 초점축이 최외측 단부보다 외측에 위치된 비축(Off-axis) 렌즈일 수 있다.
도 2에 도시한 것과 같이, 집광렌즈(20)는 평행하게 입사된 빛을 굴절시킴으로써 초점으로 모으는 렌즈일 수 있다. 구체적으로, 집광렌즈(20)는 광원(10)의 크기에 대응되는 볼록렌즈 또는 후술하는 프레넬 렌즈의 일부일 수 있다. 일 실시예로, 집광렌즈(20)는 광원(10)과 동일한 크기일 수 있다.
또한, 집광렌즈(20)는 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈의 최외곽(렌즈 직경에 해당하는 단부)으로부터 이격된 일부일 수 있다. 이에 따라, 영상의 품질 및 크기를 확보할 수 있다. 일 실시예로, 집광렌즈(20)는 최외측 단부가 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈의 최외곽에서 L=0.05R 만큼 이격된 일부일 수 있다.
특히, 집광렌즈(20)는 직사각형 또는 정사각형 형상일 수 있고, 평행하게 입사된 빛의 초점을 입사된 빛과 평행하게 연장한 초점축이 집광렌즈(20)의 최외측 단부보다 외측에 위치될 수 있다.
구체적으로, 비축 각도는 최소 비축 각도와 최대 비축 각도 사이로 형성될 수 있다. 최소 비축 각도(
Figure pat00001
) 및 최대 비축 각도(
Figure pat00002
)는 아래와 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, R는 렌즈의 반경이고, F는 렌즈의 초점거리이며, W는 광원(10)의 크기이고, L는 렌즈의 최외곽에서 이격된 거리일 수 있다.
최소 비축 각도(
Figure pat00005
)가 0보다 크게 형성되도록 집광렌즈(20)의 초점축은 집광렌즈(20)의 최외측 단부보다 외측에 위치될 수 있다(
Figure pat00006
).
또한, 이면반사체(40)와 반사판(30) 사이의 이격 거리(T)는 최대 비축 각도(
Figure pat00007
)에 따라 아래의 수식을 만족하도록 설정될 수 있다.
Figure pat00008
Figure pat00009
여기서,
Figure pat00010
는 최대 비축 각도로 굴절된 빛이 집광렌즈(20)를 벗어나기 위한 거리이다.
집광렌즈(20)는, 입사된 빛을 굴절시키는 복수 개의 프리즘이 동심으로 배치된 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)의 일부일 수 있다.
일반적인 볼록렌즈는 부피가 증대됨과 동시에 장착이 곤란한 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 복수 개의 프리즘이 동심으로 배치되어 박판 형태로 형성된 프레넬 렌즈를 이용할 수 있다.
프레넬 렌즈는 렌즈의 중심과 동심원인 다수 개의 띠를 평면으로 가공 또는 성형하여 제조할 수 있다.
집광렌즈(20)는, 반사판(30)과 이격되어 마주보는 방향으로 배치되되, 일측 단부에서 타측 단부로 갈수록 반사판(30)에 인접한 방향으로 기울어지게 배치될 수 있다. 광원(10)은 집광렌즈(20)와 나란하게 배치되어 집광렌즈(20)와 동시에 기울어질 수 있다.
특히, 집광렌즈(20)의 일측 단부는 집광렌즈(20)의 초점축에 가장 인접한 최외측 단부이고, 타측 단부는 집광렌즈(20)의 초점축에서 가장 이격된 최외측 단부일 수 있다.
즉, 집광렌즈(20)는 초점축에서 가장 인접한 일측 단부에서 가장 이격된 타측 단부로 갈수록 반사판(30)과 인접해지도록 기울어지게 배치될 수 있다.
구체적으로 집광렌즈(20)는, 집광렌즈(20)의 타측 단부가 반사판(30)에서 이격됨(1)과 동시에, 집광렌즈(20)의 타측 단부에서 굴절된 빛이 반사판(30)에서 반사되어 집광렌즈(20)의 일측 단부의 외측으로 진행하는 조건(2)을 만족하는 각도로 기울어질 수 있다.
집광렌즈(20)가 반사판(30)을 기준으로 기울어짐에 따른 집광렌즈(20)와 반사판(30) 사이의 각도(
Figure pat00011
)는 아래의 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.
Figure pat00012
---(1)
Figure pat00013
---(2)
구체적으로, 집광렌즈(20)가 반사판(30)을 기준으로
Figure pat00014
만큼 기울어짐에 따라, 최대 비축 각도로 굴절된 빛이 집광렌즈(20)를 벗어나기 위한 거리(
Figure pat00015
), 높이(
Figure pat00016
) 및 너비(
Figure pat00017
)는 아래와 같다.
Figure pat00018
이에 따라,
Figure pat00019
가 약 32도인 상태에서 이면반사체(40)와 반사판(30) 사이의 이격 거리(T)는 최소가 될 수 있고, 특히 집광렌즈(20)를 기울이기 이전에 대비하여 절반 수준으로 축소될 수 있다.
여기서, 반사판(30)의 너비(M)은 아래와 같이 산출될 수 있다. 이는 디스플레이 너비(W)의 약 1.24배로 설정될 수 있다.
Figure pat00020
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 반사판(30)과 이면반사체(40)의 배치를 도시한 것이다.
일 실시예로 반사판(30)은, 서로 평면 방향으로 이격되게 배치된 집광렌즈(20)와 이면반사체(40) 측을 동시에 향하도록 배치될 수 있다.
즉, 집광렌즈(20)와 이면반사체(40)는 동일한 방향에 위치되고, 반사판(30)은 반사면이 집광렌즈(20) 및 이면반사체(40)를 향하는 방향으로 배치될 수 있다.
특히, 반사판(30)은 이면반사체(40)가 연장된 방향과 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
다른 실시예로 반사판(30)은, 이면반사체(40)로 입사된 빛이 반사됨에 따라 이중상이 발생하는 이중상이 발생하는 이중상 시청 영역을 기반으로 기설정된 각도로 이면반사체(40)와 기울어지게 배치될 수 있다.
이면반사체(40)를 사용할 경우 시청각도 및 반사체와 디스플레이 거리에 따라 원하지 않는 이중상(Ghost Image)이 발생한다. 이중상의 제거를 위해 이면반사체(40)에서 이중상이 관찰되는 이중상 시청 영역을 확인하고, 이를 피해 디스플레이를 위치하면 이중상을 제거할 수 있다.
특히, 후술하는 이면반사체(40)의 미러에 홀수 번 반사되는 빛에 의해 발생하는 이중상을 시청할 수 있는 이중상 시청 영역이 발생될 수 있다. 정상적인 플로팅 영상은 이중상 시청 영역 대비 넓게 형성되기 때문에 이중상 시청 영역을 피한다면 이중상을 제거할 수 있다.
일 실시예로, 광원(10)을 이면반사체(40)의 이중상 시청 영역의 외부에 위치시킬 수 있다.
다른 실시예로, 반사판(30)을 이면반사체(40)에 평행하게 배치하지 않고, 이중상 시청 영역을 기반으로 기설정된 각도(
Figure pat00021
)로 이면반사체(40)와 기울어지게 배치될 수 있다.
구체적으로 반사판(30)은, 연장된 평면의 법선이 이중상 시청 영역의 경계와 나란하도록 기울어지게 배치될 수 있다.
이중상 시청 영역은 경계가 이면반사체(40)에 수직한 방향보다 외측으로 기설정된 각도(
Figure pat00022
)만큼 확장될 수 있다. 반사판(30)은 기설정된 각도(
Figure pat00023
)로 이면반사체(40)와 기울어지게 배치되거나, 반사판(30)의 법선이 이중상 시청 영역의 경계와 나란하도록 기울어지게 배치될 수 있다. 여기서 기설정된 각도(
Figure pat00024
)는 약 12[deg]일 수 있다.
이에 따라, 반사판(30)의 반사를 통해 광원(10) 또는 집광렌즈(20)를 관찰할 수 없으므로 이중상이 제거되는 효과를 갖는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이면반사체(40)의 구조를 도시한 것이다.
도 6을 더 참조하면, 이면반사체(40)는, 연장된 평면 방향을 따라 미러가 적층된 상판 및 하판으로 구성되며, 상판의 미러와 하판의 미러는 서로 교차되는 방향으로 연장될 수 있다.
이면반사체(40)의 상판 및 하판은 각각 입사된 빛을 투과시키는 투과성 물질(Glass)과 그 사이에 연장된 평면 방향으로 적층된 미러를 포함할 수 있다. 미러는 예를 들어 1 [mm] 간격으로 이격되어 적층될 수 있다.
또한, 상판과 하판의 미러는 이면반사체(40)가 연장된 평면 상에서 서로 교차되는 방향으로 연장되며, 서로 교차되는 방향으로 적층될 수 있다. 특히, 상판의 미러와 하판의 미러는 서로 직각(90 [deg])으로 교차될 수 있다.
다른 실시예로, 이면반사체(40)는 하나의 패널에 서로 교차되는 방향으로 연장된 미러가 동시에 형성될 수도 있다.
이면반사체(40)는, 미러가 서로 직각으로 교차되는 방향으로 연장되며, 반사판(30)에서 반사된 빛이 서로 교차되게 연장된 각각의 미러로 비스듬하게 입사될 수 있다.
즉, 이면반사체(40)의 일면에서 입사된 빛이 서로 직각으로 교차되는 방향으로 각각 연장된 미러에서 반사되어 타면으로 방출되기 위하여, 이면반사체(40)로 입사되는 빛은 각각의 미러에 비스듬하게 입사될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치에서, 반사판(30)은 이면반사체(40)와 이격되면서(Gap G) 이면반사체(40)와 나란한 평면 방향을 기준으로
Figure pat00025
만큼 기울어질 수 있다.
또한, 집광렌즈(20) 및 광원(10)은 반사판(30)을 기준으로
Figure pat00026
만큼 기울어질 수 있다. 이에 따라, 집광렌즈(20) 및 광원(10)은 이면반사체(40)와 나란한 평면 방향을 기준으로
Figure pat00027
만큼 기울어질 수 있다.
이에 따라, 반사판(30)과 이면반사체(40) 사이의 최대 이격 거리(Gap G)는 플로팅 영상의 이격 거리(F)보다 약 44[%] 이상 축소할 수 있는 효과를 갖는다.
도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 플로팅 영상 디스플레이 장치를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈을 도시한 것이다.
도 7 내지 8을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 차량용 디스플레이 모듈은 이면반사체(40)가 연장된 평면 상으로 연장된 실내 구조물(S);을 더 포함하고, 실내 구조물(S)은, 차량의 대쉬보드 또는 조작패널이고, 플로팅 영상은 실내 구조물(S)의 상방 또는 탑승자 측에 형성될 수 있다.
여기서 실내 구조물(S)은 차량의 대쉬보드 또는 AVN(Audio Vedio Navigation) 등이 포함된 조작패널일 수 있다.
이면반사체(40)는 실내 구조물(S)과 나란하게 배치되고, 이면반사체(40)에서 실내 구조물(S)의 상방 또는 탑승자 측으로 이격된 상태로 플로팅 영상을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따라, 이면반사체(40)를 차량의 대쉬보드에 설치한 경우, 플로팅 영상은 대쉬보드의 상방에 위치되어 차량용 비서 또는 웰컴 영상 등을 디스플레이할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 이면반사체(40)를 탑승자의 전방에 위치된 조작패널에 위치시킨 경우, 플로팅 영상을 탑승자의 전방에 형성할 수 있다. 이러한 경우, 차량의 정보를 디스플레이할 수 있고, 탑승자의 제스처(Gesture)를 인식함으로써 AVN 또는 공조장치 등을 조작할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 광원 20 : 집광렌즈
30 : 반사판 40 : 이면반사체

Claims (13)

  1. 평면 방향으로 연장되고, 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 광원;
    광원과 나란한 방향으로 연장되도록 배치되고, 광원에서 발생된 빛을 굴절시키는 집광렌즈;
    집광렌즈와 마주보는 방향에 배치되고, 집광렌즈에서 굴절되어 입사된 빛을 반사시키는 반사판; 및
    서로 교차되는 방향으로 연장된 미러를 포함하면서 평면 방향으로 연장되고, 일면이 반사판과 마주보는 방향으로 배치되어 반사판에서 반사된 빛이 일면으로 입사되며, 입사된 빛이 미러에 반사되어 타면을 통해 방출됨으로써 타면에서 이격된 위치에 플로팅 영상을 구현하는 이면반사체;를 포함하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    광원은, 이면반사체에서 이격된 위치에 플로팅할 영상을 구현하는 빛을 발생시키는 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    집광렌즈는, 광원과 나란한 평면 방향으로 연장되되, 초점축이 최외측 단부보다 외측에 위치된 비축(Off-axis) 렌즈인 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    집광렌즈는, 입사된 빛을 굴절시키는 복수 개의 프리즘이 동심으로 배치된 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)의 일부인 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    집광렌즈는, 반사판과 이격되어 마주보는 방향으로 배치되되, 일측 단부에서 타측 단부로 갈수록 반사판에 인접한 방향으로 기울어지게 배치된 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    집광렌즈의 일측 단부는 집광렌즈의 초점축에 가장 인접한 최외측 단부이고, 타측 단부는 집광렌즈의 초점축에서 가장 이격된 최외측 단부인 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    집광렌즈는, 집광렌즈의 타측 단부가 반사판에서 이격됨과 동시에, 집광렌즈의 타측 단부에서 굴절된 빛이 반사판에서 반사되어 집광렌즈의 일측 단부의 외측으로 진행하는 조건을 만족하는 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    반사판은, 서로 평면 방향으로 이격되게 배치된 집광렌즈와 이면반사체 측을 동시에 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    반사판은, 이면반사체로 입사된 빛이 반사됨에 따라 이중상이 발생하는 이중상이 발생하는 이중상 시청 영역을 기반으로 기설정된 각도로 이면반사체와 기울어지게 배치된 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    반사판은, 연장된 평면의 법선이 이중상 시청 영역의 경계와 나란하도록 기울어지게 배치된 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    이면반사체는, 연장된 평면 방향을 따라 미러가 적층된 상판 및 하판으로 구성되며, 상판의 미러와 하판의 미러는 서로 교차되는 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    이면반사체는, 미러가 서로 직각으로 교차되는 방향으로 연장되며, 반사판에서 반사된 빛이 서로 교차되게 연장된 각각의 미러로 비스듬하게 입사되는 것을 특징으로 하는 플로팅 영상 디스플레이 장치.
  13. 청구항 1의 플로팅 영상 디스플레이 장치를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈은,
    이면반사체가 연장된 평면 상으로 연장된 실내 구조물;을 더 포함하고,
    실내 구조물은, 차량의 대쉬보드 또는 조작패널이고,
    플로팅 영상은 실내 구조물의 상방 또는 탑승자 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 디스플레이 모듈.

KR1020200060044A 2020-05-20 2020-05-20 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈 KR20210143385A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200060044A KR20210143385A (ko) 2020-05-20 2020-05-20 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈
US17/029,848 US11592685B2 (en) 2020-05-20 2020-09-23 Apparatus for displaying floating image and vehicular display module including the same
JP2020158955A JP2021184077A (ja) 2020-05-20 2020-09-23 フローティング映像ディスプレイ装置及びこれを含む車両用ディスプレイモジュール
DE102020126655.3A DE102020126655A1 (de) 2020-05-20 2020-10-12 Vorrichtung zum anzeigen eines schwebenden bildes und diese aufweisendes fahrzeuganzeigemodul
CN202011090914.3A CN113703162A (zh) 2020-05-20 2020-10-13 用于显示悬浮影像的装置和包括该装置的车辆显示模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200060044A KR20210143385A (ko) 2020-05-20 2020-05-20 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210143385A true KR20210143385A (ko) 2021-11-29

Family

ID=78408671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200060044A KR20210143385A (ko) 2020-05-20 2020-05-20 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11592685B2 (ko)
JP (1) JP2021184077A (ko)
KR (1) KR20210143385A (ko)
CN (1) CN113703162A (ko)
DE (1) DE102020126655A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023113135A1 (ko) * 2021-12-17 2023-06-22 엘지전자 주식회사 디스플레이 장치
KR20230100807A (ko) 2021-12-28 2023-07-06 주식회사 옵토전자 마이크로 이미지 플로팅이 가능한 마이크로렌즈 시스템

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114217441B (zh) * 2021-12-22 2023-11-03 深圳创维新世界科技有限公司 一种空中悬浮显示模组及其系统
CN114815010B (zh) * 2022-05-15 2024-02-09 佛山科学技术学院 一种用于3d悬浮成像的透镜阵列及其装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101532327B1 (ko) 2013-11-26 2015-06-30 유영진 플로팅방식 홀로그램 플레이어

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5498853B2 (ja) * 2010-05-21 2014-05-21 スタンレー電気株式会社 表示装置
US10012841B1 (en) * 2017-01-05 2018-07-03 Looking Glass Factory, Inc. Advanced retroreflecting aerial displays

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101532327B1 (ko) 2013-11-26 2015-06-30 유영진 플로팅방식 홀로그램 플레이어

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023113135A1 (ko) * 2021-12-17 2023-06-22 엘지전자 주식회사 디스플레이 장치
KR20230100807A (ko) 2021-12-28 2023-07-06 주식회사 옵토전자 마이크로 이미지 플로팅이 가능한 마이크로렌즈 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US20210364818A1 (en) 2021-11-25
DE102020126655A1 (de) 2021-11-25
CN113703162A (zh) 2021-11-26
JP2021184077A (ja) 2021-12-02
US11592685B2 (en) 2023-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210143385A (ko) 플로팅 영상 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 차량용 디스플레이 모듈
US6406150B1 (en) Compact rear projections system
US6895164B2 (en) Hollow wedge shaped light guide
US7460301B2 (en) Image display apparatus, and transmissive screen and reflecting mirror used for same
JP4967247B2 (ja) 画像表示装置及びそれに用いるスクリーン
JP2006504120A (ja) リアプロジェクション表示装置
JP2002124112A (ja) バックライト及び液晶表示装置
JP2009162999A (ja) 画像表示装置ならびにマルチディスプレイシステム
JP5503841B2 (ja) 液晶表示装置、並びに、かかる液晶表示装置を利用した電子黒板装置
US7866868B2 (en) Optical film and backlight module using the same
JP5055765B2 (ja) 画像表示装置、及び、それに用いるフレネルレンズシート並びにスクリーン
CN212905745U (zh) 汽车用空气成像装置及人机交互车载辅助系统
EP1548479A1 (en) Projection Video or Television Apparatus
JP5168386B2 (ja) 画像表示装置及びそれに用いるスクリーン
US8861079B1 (en) Rear projection display screen and device
KR102499943B1 (ko) 차량용 공기 이미징 장치 및 인간-기계 상호작용 차량 장착 보조 시스템
CN114217441A (zh) 一种空中悬浮显示模组及其系统
US6634756B1 (en) Beam-splitter folded path for rear projection displays
US6603604B2 (en) Screen for projection television
JP5822121B2 (ja) 光学シート、面光源装置および表示装置
JP2007178704A (ja) 光の拡散機能を有するプリズムアレイ
JPH02120785A (ja) 液晶表示装置とオーバヘッドプロジェクタ
JPH07311363A (ja) 投影型表示装置
JP2014170230A (ja) 液晶表示装置
CN114578566A (zh) 一种图像展示方法、装置、投影设备及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination