KR20230041352A - 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량의 헤드업 디스플레이는, 제1이미지를 생성하는 제1디스플레이 소자를 구비하고, 허상을 이용하여 상기 제1이미지를 차량의 전방에 출력하도록 이루어지는 제1광학계와, 상기 제1디스플레이 소자와 인접하게 배치되어 상기 제2이미지를 생성하는 제2디스플레이 소자를 구비하고, 상기 제2이미지를 상기 제1이미지와 이격된 위치에 출력하는 제2광학계, 및 상기 제1및 제2이미지가 생성되도록 상기 제1 및 제2디스플레이 소자를 각각 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역에 중간이미지를 공통으로 생성하여 상기 제1이미지 및 제2이미지의 사이에 상기 중간이미지를 출력하는 것을 특징으로 한다.

Description

헤드업 디스플레이 및 그 제어방법{HEAD UP DISPLAY AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 운전자의 전방에 정보를 출력하는 차량의 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법에 관한 것이다.

차량용 헤드업 디스플레이(Head-Up Display, HUD) 장치는 디스플레이에서 출력되는 영상을 광학계를 통해 운전자 전방의 윈드실드(Wind Shield)나 컴바이너에 그래픽 이미지로 투영하여, 운전자에게 정보를 전달하는 장치이다.

여기서, 광학계는 디스플레이로부터 송출된 영상의 광 경로를 변경하기 위해 복수의 미러나 렌즈로 이루어질 수 있다. 이와 같은 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 운전자의 즉각적인 반응을 유도함과 동시에 편의성을 제공하는 장점이 있다.

일반적인 차량용 헤드업 디스플레이(HUD) 장치에서 영상은 운전자를 기준으로 약 5~7도의 가로방향 시야각의 범위에서 출력된다. 텍스트 및 아이콘의 이미지 정보 전달 위주의 헤드업 디스플레이에서는 이 정도 범위의 시야각을 활용하여 정보를 전달할 수 있으나, 운전 환경에 증강현실을 제공하거나 가로 방향으로 연속적인 정보를 전달하는 경우에는 시야각의 확장이 요구된다.

하지만, 헤드업 디스플레이보다 시야각이 큰 증강현실 글래스의 경우에도 수십도 정도의 시야각을 구현할 뿐, 사람이 인지하는 수평 시야각(약 ~210도)과는 괴리가 크다. 증강현실 글래스보다 광학계가 큰 헤드업 디스플레이에서 시야각을 확장하려면 광학부품들이 그 만큼 커져야 하므로, 설계의 어려움, 제작의 어려움, 광학적 수차(오차)의 증가, 설치와 조립의 어려움이 발생하게 된다.

예를 들어, 한국등록특허 제10-2038566호(공고일자 2019년11월26일)는 다중 화면으로 구성된 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 컴바이너 렌즈를 다중으로 구성하여 허상 영상을 다중채널로 표현하고 있다. 하지만, 광학부품이 커지는 문제가 해결되지 않고, 나아가 다중화면의 경계에서 정보 제공이 어려운 문제를 가지고 있다.

따라서, 보다 컴팩트한 사이즈이면서도 가로 시야각을 확장하고 전 영역에서 정보 제공이 가능한 헤드업 디스플레이 장치의 개발이 요구된다.

본 발명은, 운전자의 시점에서 증강현실을 구현하는 증강현실 헤드업 디스플레이에서 가로 방향 시야각을 확장하는 메커니즘을 제공하는 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 시야각을 확장하여 가로방향으로 연속적인 정보를 제공하면서도 컴팩트한 광학계를 구현하는 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법을 제공한다.

위에서 살펴본 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이는 복수의 광학계를 가로방향으로 배열하고, 광학계들의 사이에서 중첩되는 출력영역을 설정하여 가로 시야각을 확장한다. 나아가, 아이박스는 분리하고, 영상을 전달하는 각각의 광학계는 적어도 일부에서 공통의 영상을 출력하여, 두 광학계를 걸치는 시야각을 구현한다.

구체적으로, 차량의 헤드업 디스플레이는, 제1이미지를 생성하는 제1디스플레이 소자를 구비하고, 허상을 이용하여 상기 제1이미지를 차량의 전방에 출력하도록 이루어지는 제1광학계와, 상기 제1디스플레이 소자와 인접하게 배치되어 상기 제2이미지를 생성하는 제2디스플레이 소자를 구비하고, 상기 제2이미지를 상기 제1이미지와 이격된 위치에 출력하는 제2광학계, 및 상기 제1및 제2이미지가 생성되도록 상기 제1 및 제2디스플레이 소자를 각각 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역에 중간이미지를 공통으로 생성하여 상기 제1이미지 및 제2이미지의 사이에 상기 중간이미지를 출력한다.

이러한 헤드업 디스플레이에서, 상기 제1광학계는 사용자가 바라보는 제1시야영역에 상기 제1이미지를 출력하도록 이루어지고, 상기 제2광학계는 상기 제1시야영역과 일방향을 따라 이격되는 제2시야영역에 상기 제2이미지를 출력하도록 형성된다.

상기 제1시야영역과 상기 제2시야영역은 상기 차량의 좌우를 따라 배치되는 영역이 될 수 있다. 상기 제1시야영역과 제2시야영역의 사이에는 중간시야 영역이 위치하며, 상기 중간시야 영역에 상기 중간이미지가 출력되도록, 상기 제1광학계는 상기 차량의 헤드업 디스플레이의 아이박스의 좌안을 기준으로 상기 중간이미지를 출력하고, 상기 제2광학계는 상기 아이박스의 우안을 기준으로 상기 중간이미지를 출력할 수 있다.

이때, 차량의 헤드업 디스플레이는, 상기 제2광학계를 기준으로 상기 제1광학계의 반대측에 배치되어 제3이미지를 출력하는 제3광학계를 더 포함하고, 상기 제2광학계의 제2디스플레이 소자는, 제2 이미지를 출력하는 단일 영역, 및 상기 단일 영역의 양측에 각각 형성되며, 각각 제1이미지 및 제3이미지를 출력하는 좌측 영역 및 우측 영역을 구비할 수 있다.

상기 제1시야영역은 상기 아이박스를 기준으로 좌측에 위치하고, 상기 제2시야영역은 상기 아이박스를 기준으로 우측에 위치할 수 있다.

나아가, 본 발명은, 제1이미지, 중간이미지 및 제2이미지를 선택적으로 출력하는 헤드업 디스플레이에 있어서, 상기 제1이미지를 생성하는 제1디스플레이 소자를 구비하고, 상기 제1이미지의 허상을 차량의 전방 일 측에 출력하는 제1광학계와, 상기 제1디스플레이 소자와 인접하게 배치되어 상기 제2이미지를 생성하는 제2디스플레이 소자를 구비하고, 상기 제2이미지의 허상을 상기 차량의 전방 타 측에 출력하는 제2광학계, 및 상기 제1및 제2이미지가 생성되도록 상기 제1 및 제2디스플레이 소자를 각각 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역에 상기 중간이미지를 공통으로 생성하여 상기 차량의 전방 일 측과 타 측의 사이에서 상기 중간이미지의 허상을 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이를 개시한다.

또한, 본 발명은, 복수의 광학계를 구비하는 헤드업 디스플레이에 있어서, 상기 복수의 광학계 중 적어도 하나는, 이미지를 생성하는 디스플레이 소자, 및 상기 생성된 이미지를 상기 헤드업 디스플레이의 전방에 허상으로 출력하는 렌즈군을 구비하고, 상기 디스플레이 소자는, 다른 광학계에 대하여 독립적인 단독 이미지를 출력하도록 제어되는 제1제어영역, 및 상기 다른 광학계와 공통인 공동 이미지를 출력하도록 제어되는 제2제어영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이를 개시한다.

본 발명에 따른 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법은, 큰 광학계(특히 큰 미러) 하나를 사용하는 것이 아니라, 소형 광학계(특히, 소형 미러)를 여러 개 사용하여 시야각을 확장함에 따라, 광학계가 컴팩트하면서도 시야각의 확장이 용이하게 된다. 특히, 본 발명은 이를 통하여, 윈드쉴드의 직전에 있는 미러의 사이즈가 커지지 않아도 되는 장점을 가지게 된다.

나아가, 본 발명에서는 복수의 광학계를 가로방향으로 배열하고, 광학계들의 사이에서 중첩되는 출력영역을 설정하여 가로 시야각을 확장함에 따라, n번 광학계와 n+1번 광학계 사이 시야각의 영상을 끊김 없이 연속적으로 보여주는 것이 가능하게 된다. 이와 같은 방법으로, 가로 시야각을 확장함에 따라, 본 발명의 헤드업 디스플레이는 증강현실과 관련된 다양한 정보를 보다 폭넓은 공간에서 구현할 수 있다.

도 1은 증강현실을 제공하는 헤드업 디스플레이를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이에서 구현되는 영상을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이의 구조를 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 제1이미지, 제2이미지 및 중간이미지를 구현하는 개념을 나타내는 동작도이다.
도 6a는 시야각과 아이박스의 관계를 나타내는 개념도이고, 도 6b는 시야각과 디스플레이 소자의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 7은 사용자의 아이박스의 크기를 나타내는 개념도이다.
도 8은 N개의 광학계가 가로방향으로 배열된 구조를 나타내는 개념도이다.
도 9a 및 도 9b는 광학계 분리점을 이용하여 중첩구간을 설정하는 개념을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 헤드업 디스플레이에서 구현되는 영상의 다른 일 예를 나타내는 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로 차량에서 운전자의 전방에 정보를 출력하는 헤드업 디스플레이를 제공하는 것이다.

여기에서, 헤드업 디스플레이(Head-Up Display, HUD)는 자동차나 비행기에서 운전자나 조종사의 전방에 설치한 화면 표시 장치로, 운전자나 조종사가 고개를 든 채 각종 정보를 볼 수 있게 한 디스플레이를 의미한다. 본 발명에서는 헤드업 디스플레이가 차량에 적용된 경우로서, 설명의 편의상 자동차를 예시하나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 차량은 운전자가 탑승하는 동력장치라면, 자동차, 오토바이, 전동킥보드, 전기자전거, 전동휠체어, 헬기, 비행기, 선박, 건설장비, 이동로봇 등 여러가지 형태 중 하나가 될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법은 운전자가 고개를 든 채 각종 정보를 인지할 수 있는 장치로서, 여러가지 형태의 차량에 적용 가능하다. 다만, 설명의 편의상 자동차를 예시하여, 이하 본 발명의 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이에서 구현되는 영상을 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면에 도시된 것과 같이, 본 발명에서는 운전자의 시선에서 인식되는 허상으로서, 차량의 윈드실드(windshield, 20)에 여러가지 시각적인 정보(30)가 출력된 경우를 예시한다. 윈드실드(20)를 통하여 시각적인 정보(30)가 출력되는 경우, 차량(10)의 운전석에 있는 운전자는, 차량(10)의 전방에 허상이 있는 것으로 인식될 수 있다. 따라서, 운전자는, 차량(10)의 전방에서 시각적인 정보(30)에 해당하는 허상을 통하여, 차량(10)의 주행 중에 다양한 정보를 제공받을 수 있다.

한편, 본 예시에서는 윈드실드(20)를 이용하여 상기 시각적인 정보를 출력하였으나, 본 발명은 시각적인 정보가 출력되는 방식에 제한이 없으며, 컴바이너와 같은 디스플레이 장치를 이용한 방식에도 적용 가능하다.

먼저 도 1을 참조하면, 상기 윈드실드(20)에는 상기 시각적인 정보(30)가 출력되는 가상의 디스플레이 영역(40)이 형성될 수 있다. 상기 디스플레이 영역(40)은 상기 시각적인 정보(30)가 출력 가능한 범위로서 정의될 수 있다. 이 경우에, 컴바이너 방식에서는 상기 디스플레이 영역(40)이 컴바이너의 사이즈에 해당할 수 있다. 이에, 이하에서는, 컴바이너 또는 윈드실드 방식의 디스플레이 장치를 엄격하게 구분하지 않고, “헤드업 디스플레이” 또는 “디스플레이부”라고 통일하여 명명하도록 한다.

한편, 차량(10)이 위치한 주변 공간은 2차원 공간과 3차원 공간으로 정의될 수 있다. 여기에서, 2차원 공간은 차량(10)이 주행하는 주행면이 될 수 있고, 3차원 공간은 차량(10)이 주행하는 입체 공간이 될 수 있다. 이때, 상기 주행면은 지면(11)으로 지칭될 수 있으며, 차량(10)의 바퀴가 맞닿는 면으로 이해되어 질 수 있다. 본 발명에서, 시각적인 정보는, 2차원 공간 및 3차원 공간 중 적어도 하나에 대해 허상이 형성되도록 출력될 수 있으며, 이에 대한 특별한 한정을 두지 않는다.

한편, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 헤드업 디스플레이에서 출력되는 “정보”와 이에 근거하여 차량의 전방에 맺히는 “허상”을 구분하지 않고, “정보” 또는 “허상”으로 혼용하여 사용한다.

또한, 본 발명에서는, 정보 전달을 위하여 운전자가 시각적으로 인지하도록 상기 디스플레이 영역(40) 내에서 그래픽으로 표현한 것을 시각적인 정보(30)로 명명한다. 다만, 본 발명에서는 상기 시각적인 정보를 운전자만이 인지하는 것에 한정되는 것은 아니며, 상기 시각적인 정보는 운전자 뿐만 아니라 다른 사용자가 인지하는 것도 가능하다. 다만, 설명의 편의상 이하, 운전자로 통일하여 설명한다.

상기 시각적인 정보(30)는 차량과 관련된 이벤트와 관련하여 설정될 수 있다.

여기에서, 이벤트는, 차량을 운행하는데 있어 운전자가 인지해야 할 상황 또는 사건을 의미할 수 있다.

예를 들어, i) 차량의 주행 속도가 제한 속도를 초과한 경우, ii) 차량이 전방 차량과의 안전 거리를 지키기 못한 경우, iii) 차량이 신호를 위반한 경우, iv) 전방 차량이 급정차를 한 경우, v) 도로에 주행의 방해가 되는 물체(또는, 오브젝트 장애물)이 위치한 경우, vi) 도로 주변에 사람이 위치한 경우, vii) 차선을 변경해야 하는 경우, viii) 전방에 사고가 발생한 경우와 같은 상황을 “이벤트”라고 명명할 수 있다. 본 발명에서는, 위에서 열거한 다양한 상황이 발생한 경우, “이벤트가 발생했다” 또는 “차량과 관련된 이벤트가 발생했다”고 표현할 수 있다.

한편, 차량과 관련하여 발생할 수 있는 이벤트의 종류는 위에서 열거한 예들 외에도 매우 다양하며, 본 발명은 위에서 열거된 예에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 차량과 관련하여 발생할 수 있는 다양한 종류의 이벤트에 대해 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1을 참조하면, 차량의 센싱부 또는 차량에 정보를 전달하는 서버 등은 차량(10)이 주행하는 차선 주변에 위치한 사람(또는 보행자)를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱부는, 차량(10)이 주행하는 차선을 향하여 이동하는 보행자(60)를 오브젝트로서 센싱할 수 있다.

헤드업 디스플레이의 제어부는 센싱된 정보에 기반하여, 상기 보행자(60)가 위치한 지점의 절대 좌표를 특정할 수 있다. 그리고, 제어부는, 상기 보행자(60)가 위치한 지점의 절대 좌표를 이용하여, 상기 보행자(60)가 위치한 지점이나 인접한 영역을 시각적 정보가 출력될 위치로서 특정할 수 있다. 상기 제어부는 특정될 위치에 상기 시각적 정보를 출력하도록 헤드업 디스플레이의 디스플레이 소자를 제어하여 그래픽 객체를 생성한다.

다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 그래픽 객체의 생성은 서버나 컴퓨터 등 별개의 장치에서 구현될 수 있다. 이 경우에, 통신을 통하여 생성된 그래픽 객체가 차량이나 헤드업 디스플레이로 전송될 수 있다.

본 발명에서는, 정보의 전달을 위하여, 영상내에 그래픽(또는 이미지)로 표현한 것을 그래픽 객체로 명명하기로 한다. 이 경우에, 독립하여 구분될 수 있는 물체 단위로 개별 그래픽 객체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 3차원 물체인 “표지판”에 해당하는 그래픽 객체와, 2차원 물체인 “차선”에 해당하는 그래픽 객체가 각각 존재할 수 있다.

한편, 상기 그래픽 객체는 상기 2차원 공간인 지면(11)에 증강현실의 정보가 허상으로 출력되거나, 상기 지면(11)에 대하여 세워진 이미지로서 출력될 수 있다. 상기 이미지는 정적 이미지와 동적 이미지(또는 영상) 중 적어도 하나가 될 수 있다. 이하, 본 발명에서는 정적 이미지와 동적 이미지를 특별히 구별하지 않고, 이미지로 지칭하여 설명한다.

예를 들어, 지면에 출력되는 그래픽 객체는 상기 지면(11)에 위치한 가상의 스크린에서 2차원으로 표시되므로, 지면 상에 누워진 이미지가 될 수 있다.

상기 지면 상에 누워진 이미지는, 주행 중인 도로 상의 회전 정보, 차선 정보, 앞차와의 거리 정보, 주행방향표시(또는 내비게이션 정보), 제한속도 표시, 차선이탈 경보 등의 정보 중 적어도 하나에 해당할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이가 가상의 스크린을 지면에 대응시킴에 따라, 운전자는 다양한 운전 환경에서 눈의 초점을 다른 곳으로 이동할 필요 없이 직관적으로 정보를 인지할 수 있게 된다.

상기 지면(11)에 대하여 세워진 이미지는 상기 지면 상에서 정립되거나 3차원 공간에 출력되는 이미지가 될 수 있다.

상기 지면(11)에 대하여 세워진 이미지는 관심지점(POI, Point of Interest), 주변 시설물(예를 들어 주유소, 충전소, 건물 등), 안내문구, 도착지, 주변차량 중 적어도 하나와 관련된 정보가 될 수 있다.

본 예시에서는, 예를 들어, 상기 운전자가 주시하고 있는 시점의 실제 도로면 상에 상기 그래픽 객체(111, 112)가 표시되는 것을 예시한다.

예를 들어. 제어부는 도시와 같이, 보행자(60)와 인접한 차선 또는 차량(10)이 주행하는 차선에, 그래픽 객체(111, 112)를 위치시킬 수 있다. 운전자는, 차선 폭 방향 전체에 걸쳐 표시된 그래픽 객체(111, 112)가 위치한 차선을 주행하는 경우, 보다 경각심을 가지고 보행자에 대한 주의를 기울일 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 주의사항에 대한 정보를 나타내는 아이콘(111)과 장애물이 존재함을 알리는 주행가이드(112)가 상기 지면(11) 상에 출력된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이는 전달하고자 하는 정보를 운전자가 운전 중 실제로 주시하는 전방에 증강 현실로 구현한다. 이 경우에, 이러한 정보는 전술한 디스플레이 영역(40)에 출력되므로, 상기 디스플레이 영역(40)을 벗어난 지점에는 정보를 표시할 수 없게 되며, 특히 일 방향을 따라 연속되는 정보를 전달하는 것이 어렵게 된다. 본 발명에서는, 특히, 가로 방향(또는 수평 방향)을 따라 시야각을 확장하여 이러한 문제들을 해결한다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 확장된 디스플레이 영역(50)을 이용하여 가로 방향의 시야각이 확장된 헤드업 디스플레이가 제시된다.

먼저, 도 2a를 참조하면, 가로 방향으로 시야각이 확장된 디스플레이 영역(50)에 의하여, 차량을 기준으로 일측, 예를 들어 좌측으로 중앙선을 넘어오는 보행자(60)에 대한 증강현실의 정보가 상기 보행자(60)의 위치를 기준으로 출력될 수 있다. 구체적으로, 차량의 센싱부 또는 차량에 정보를 전달하는 서버 등은 차량(10)이 주행하는 차선 주변의 반대측에서 보행하는 상기 보행자(60)를 센싱하며, 헤드업 디스플레이는 도 1에서 예시한 그래픽 객체(111, 112)를 차량이 주행하는 차선에 출력할 수 있다. 이 때에, 상기 보행자(60)를 나타내는 그래픽 객체(113)가 별도로 상기 보행자(60)의 위치에 출력될 수 있다.

이러한 정보 전달에 의하여 운전자는 보다 넓은 범위에서 주의를 기울어야 될 이벤트를 인지할 수 있다. 다음으로, 도 2b를 참조하면, 차량이 주행하는 차선에 상기 보행자(60)가 도달하고, 도 2a에서 출력한 그래픽 객체(111, 112, 113) 중에서 상기 보행자의 위치에 출력되는 그래픽 객체(113)는 상기 보행자(60)의 움직임에 따라 이동하여 상기 차량이 주행하는 차선에 출력될 수 있다. 이 때에, 차량이 주행하는 차선에 출력된 그래픽 객체(111, 112)의 출력 위치는 도 2a에 출력한 위치를 기준으로 할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 그래픽 객체(111, 112)는 전후방 방향을 따라 차량과의 거리가 점차적으로 가까워지도록 이동하는 것도 가능하다.

이후에, 상기 보행자(60)가 상기 차랑이 주행하는 차선을 벗어나 우측으로 보행하면, 도 2c와 같이 상기 보행자(60)에 대한 증강현실의 정보도 우측으로 이동하게 된다. 예를 들어, 보행자의 위치에 출력되는 그래픽 객체(113)는 보행자의 이동을 따라 함께 이동하고, 차량이 주행하는 차선에 출력된 그래픽 객체(111, 112)는 도 2b에서 출력한 위치에 계속하여 고정될 수 있다.

다른 예로서, 차량이 주행하는 차선에 출력된 그래픽 객체(111, 112)는 전후방 방향을 따라 차량과 보다 가까워지도록 이동하거나, 사라지는 것도 가능하다. 그래픽 객체(111, 112)가 사라지는 경우에, 상기 그래픽 객체(111, 112, 113) 중 일부만이 출력되어, 상기 보행자(60)의 위치에 출력되는 그래픽 객체(113)만이 표시될 수 있다.

상기에서 설명한 일 방향으로 연속되는 정보를 전달하거나, 차량을 기준으로 가로 방향으로 보다 먼 위치에 정보를 출력하면, 운전자에게 보다 유용한 증강현실이 구현될 수 있다.

하지만, 이와 같이 가로 방향으로 시야각을 크게 하면, 헤드업 디스플레이의 광학 부품들이 커져야 하며, 특히 윈드실드(20)에 가장 인접한 미러나, 컴바이너 방식에서는 컴바이너 자체가 커져야 한다. 이 경우에, 대형 면 전체에서 성능 최적화의 어려움으로 설계가 어렵고, 고가의 대형 가공기 혹은 성형기가 필요하는 등 제작이 어려운 문제가 있다. 나아가, 면이 커질수록 중심 대비 가장자리 성능이 낮아져서 광학적 수차(오차)가 증가하며, 크기 및 무게로 인한 설치 및 조립 어려움도 발생하게 된다.

이에, 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법은, 큰 광학계(특히 큰 미러) 하나를 사용하는 것이 아니라, 소형 광학계(특히, 소형 미러)를 여러 개 사용하여 시야각을 확장하는 방법에 대하여 개시한다. 특히, 본 발명에서는 소형 광학계들의 사이에서 중첩되는 출력영역을 설정하여 가로 시야각을 확장함에 따라, n번 광학계와 n+1번 광학계 사이 시야각의 영상을 끊김 없이 연속적으로 보여주는 메커니즘을 제시한다.

이하에서는 이러한 새로운 메커니즘에 대하여 도 3 내지 도 5c를 참조하여 보다 자세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이의 구조를 나타내는 사시도 및 평면도이고, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 제1이미지, 제2이미지 및 중간이미지를 구현하는 개념을 나타내는 동작도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이는 복수의 광학계를 구비할 수 있다.

이러한 예로서, 상기 헤드업 디스플레이는, 제1광학계(120) 및 제2광학계(130)를 포함할 수 있다. 시야각 확장을 위하여, 상기 헤드업 디스플레이는 n개의 광학계를 구비할 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 본 실시예에서는 좌우 한 쌍의 광학계(120, 130)를 예시한다.

본 발명에 따른 헤드업 디스플레이는 일반적인 프로젝터와 같은 스크린에 직접 투사하여 실상을 생성하는 방식이 아닌, 헤드업 디스플레이의 광학계를 통해 반사시켜 눈으로 볼 수 있는 허상을 생성하는 방식이다.

디스플레이 소자(121, 131)가 광을 출력하고, 상기 광에 의해 형성되는 영상이 전술한 윈드실드(20)의 확장된 디스플레이 영역(50)을 향하여 출력되도록, 상기 광학계(120, 130)의 렌즈군은 상기 광의 경로를 굴절이나 반사 등을 통하여 제어한다.

상기 디스플레이 소자(121, 131)는 디스플레이 패널, 디스플레이 소스 등으로 지칭될 수 있으며, LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), DLP(Digital Light Projector), OLED(Organic Light Emitting Diodes), LD(Laser Diode), LBS(Laser Beam Scanning) 디스플레이 중 어느 하나가 될 수 있다. 한편, 상기 디스플레이 소자(121, 131)는 빛을 출력하는 광원을 포함하거나, 자체 발광하는 광원이 될 수 있다.

상기 광학계(120, 130)는 상기 디스플레이 소자(121, 131)의 영상을 결상하는 결상 광학계가 될 수 있으며, 상기 결상 광학계는 광이 상기 디스플레이 영역을 지나면서 퍼져서, 차량의 전방에 허상을 출력하도록 이루어진다.

상기 헤드업 디스플레이는 디스플레이 소자(121, 131)의 빛을 렌즈군과 윈드실드(20)를 거쳐 차량의 전방에 투사(projection)시키는 구조를 포함함으로써 가상의 영상을 운전자의 전방에 위치시킬 수 있다.

상기 디스플레이 소자(121, 131)에서 이미지가 생성되면, 상기 렌즈군이 상기 생성된 이미지를 상기 헤드업 디스플레이의 전방에 허상으로 출력한다. 도시에 의하면, 상기 광학계(120, 130)의 렌즈군은 디스플레이 소자(121, 131)에서 출력되는 광의 경로를 반사하도록 적어도 하나의 미러(122, 132)를 구비할 수 있다.

상기 미러(122, 132)는 상기 디스플레이 소자(121, 131)의 광을 윈드실드(20)로 반사시켜 가상의 영상(허상)을 운전자의 전방에 포커싱하는 기능을 한다. 이 때에, 윈드실드(20)는 미러(122, 132)에 의해 반사된 광원의 빛을 아이박스(Eye-box, I)를 향해 반사함과 동시에 외부(전방) 빛을 투과하는 역할을 할 수 있다. 상기 아이박스(I)는 사용자가 이미지를 인지할 수 있는 공간 볼륨으로서, 운전자의 눈의 위치를 의미한다.

도시에 의하면 상기 제1광학계(120)는 제1이미지를 생성하는 제1디스플레이 소자(121)를 구비할 수 있으며, 허상을 이용하여 상기 제1이미지를 차량의 전방에 출력하도록 이루어진다.

상기 제1디스플레이 소자(121)는 제1렌즈군(123)을 향하여 광을 출력하도록 배치되고, 상기 제1렌즈군(123)은 상기 제1디스플레이 소자(121)에서 출력된 광을 굴절이나 반사 등을 통하여 제어하여, 제1미러(122)로 전달한다. 상기 광은 제1미러(122)에서 윈드실드(20)로 반사되며, 상기 윈드실드(20)에서는 일부의 광이 투과되고, 일부의 광은 아이박스(I)로 반사되며, 운전자는 상기 아이박스(I)에서 차량의 전방에 나타나는 허상을 인식하게 된다.

상기 제2광학계(130)는 상기 제1디스플레이 소자(121)와 인접하게 배치되어 상기 제2이미지를 생성하는 제2디스플레이 소자(131)를 구비하고, 상기 제2이미지를 상기 제1이미지와 이격된 위치에 출력한다.

이 경우에, 상기 제2광학계(130)는 제2렌즈군(133)을 향하여 광을 출력하도록 배치되고, 상기 제2렌즈군(133)은 상기 제2디스플레이 소자(131)에서 출력된 광을 굴절이나 반사 등을 통하여 제어하여, 제2미러(132)로 전달한다.

상기 광은 상기 제2미러(132)에서 윈드실드(20)로 반사되며, 상기 윈드실드(20)에서는 일부의 광이 투과되고, 일부의 광은 상기 제1광학계(120)와 동일한 아이박스(I)로 반사되며, 운전자는 상기 아이박스(I)에서 차량의 전방에 나타나는 허상을 인식하게 된다.

이와 같이, 복수의 광학계는 동일한 아이박스(I)를 가지며, 따라서 운전자는 단일의 아이박스(I)에서 제1광학계(120)에서 출력되는 제1이미지와 제2광학계(130)에서 출력되는 제2이미지를 각각 인지할 수 있게 된다.

상기 제1및 제2이미지가 생성되도록 제어부는 상기 제1 및 제2디스플레이 소자(121, 131)를 각각 제어하며, 이 때에, 상기 제1디스플레이 소자(121)와 제2디스플레이 소자(131)는 일방향을 따라 연속적으로 배치된다. 이러한 구조를 통하여, 상기 차량의 좌우를 따라 배치되는 제1시야영역(141)과 제2시야영역(142)에 각각 상기 제1이미지와 제2이미지가 출력된다.

보다 구체적으로, 상기 제1광학계(120)는 사용자가 바라보는 제1시야영역(141)에 상기 제1이미지를 출력하며, 상기 제2광학계(130)는 상기 제1시야영역(141)과 일방향을 따라 이격되는 제2시야영역(142)에 상기 제2이미지를 출력할 수 있다.

또한, n개의 광학계(n≥3)를 가지는 헤드업 디스플레이에서는, 상기 제1시야영역(141)과 제2시야영역(142)이 서로 인접한 한 쌍의 광학계(120, 130)를 기준으로 상대적으로 좌측 및 우측에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다. 이에 반해, 한 쌍의 광학계를 가지는 헤드업 디스플레이에서는, 상기 제1시야영역(141)은 상기 아이박스(I)를 기준으로 좌측에 위치하고, 상기 제2시야영역(142)은 상기 아이박스(I)를 기준으로 우측에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.

이 경우에, 도 5a를 참조하면, 상대적으로 좌측에 배치된 제1광학계(120)는 좌측의 제1시야영역(141)으로 제1이미지를 출력하도록 이루어진다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 차량이 주행하는 차선을 기준으로 좌측에 표시되는 그래픽 객체(111, 112, 113)는 상기 제1이미지로서 상기 제1시야영역(141)에 출력된다.

다음으로, 도 5b를 참조하면, 상대적으로 우측에 배치된 제2광학계(130)는 우측의 제2시야영역(142)으로 제2이미지를 출력하도록 이루어진다. 예를 들어, 도 2c에 도시된 차량이 주행하는 차선을 기준으로 우측에 표시되는 그래픽 객체(113)는 상기 제2이미지로서 상기 제2시야영역(142)에 출력된다.

한편, 본 발명에서는 n번 광학계와 n+1번 광학계 사이에서 이미지를 끊김 없이 연속적으로 보여주기 위한 새로운 제어방법을 제시한다. 이러한 제어방법을 위하여, 상기 제어부는 상기 제1디스플레이 소자(121)의 일영역과 제2디스플레이 소자(122)의 일영역에 중간이미지를 공통으로 생성하여 상기 제1이미지 및 제2이미지의 사이에서 상기 중간이미지를 출력할 수 있다.

예를 들어, 도 5c를 참조하면, 상기 제1시야 영역(141)과 제2시야 영역(142)의 사이에는 중간시야 영역(143)이 위치하며, 상기 제1광학계(120)와 제2광학계(130)는 상기 중간시야 영역(143)에 공통으로 이미지를 출력하도록 이루어진다. 이 때에, 공통으로 출력되는 이미지가 상기 중간이미지로 정의된다.

여기서 상기 제1시야 영역(141)은 상기 제1광학계(120)에서 출력되는 이미지만이 표시될 수 있는 영역으로 정의되고, 상기 제2시야 영역(142)은 상기 제2광학계(130)에서 출력되는 이미지만이 표시될 수 있는 영역으로 정의될 수 있다. 이에 반해, 상기 중간시야 영역(143)은 상기 제1시야영역(141)과 제2시야영역(142)의 사이에 형성되며, 상기 제1광학계(120) 및 제2광학계(130)에서 출력되는 이미지들이 공통으로 표시되는 영역으로 정의될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 중간시야 영역(143)에 상기 중간이미지가 출력되도록, 상기 제1광학계(120)는 상기 차량의 헤드업 디스플레이의 아이박스의 좌안(IL)을 기준으로 상기 중간이미지를 출력하고, 상기 제2광학계(130)는 상기 아이박스의 우안(IR)을 기준으로 상기 중간이미지를 출력할 수 있다.

이 경우에, 상기 중간이미지는 동일한 이미지가 될 수 있으나, 다만 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 광학계의 특성에 적합하도록 보정된 이미지, 또는 렌더링 과정에서 입체감을 주기 위하여 양안시차를 반영한 이미지가 될 수 있다. 다만, 본 예시에서는 설명의 편의상 제1광학계(120)에서 출력하는 중간이미지와, 제2광학계(130)에서 출력하는 중간이미지를 동일한 이미지가 될 수 있으며, 이하 중간이미지로 혼용하여 사용한다.

여기서 중간이미지는, 도 2b에 도시된 것과 같이 상기 차량이 주행하는 차선에 출력되는 이미지를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 중간이미지는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1이미지와 제2이미지의 사이에 출력되며, 제1광학계(120)가 좌안을 담당하고, 제2광학계(130)가 우안을 담당하여 출력된 이미지로서 정의될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 중간이미지는 상기 제1디스플레이 소자(121)의 일영역과 제2디스플레이 소자(131)의 일영역에 공통으로 생성되며, 이를 위하여 상기 디스플레이 소자는 영역을 구획하여 영상을 출력하도록 제어될 수 있다.

이 경우에, 상기 제1디스플레이 소자(121)의 일영역은 상기 제1 디스플레이 소자(121)의 좌측 및 우측 중 어느 하나에 형성되고, 상기 제2디스플레이 소자(131)의 일영역은 상기 제2 디스플레이 소자(131)의 좌측 및 우측 중 다른 하나에 형성된다. 이러한 예로서, 상기 제1디스플레이 소자(121)의 일영역과 제2디스플레이 소자(131)의 일영역은 서로 인접한 영역이며, 상기 중간이미지는 상기 제1디스플레이 소자(121)의 일영역과 제2디스플레이 소자(131)의 일영역에 동시에 출력될 수 있다.

상기 제1이미지, 중간이미지 및 제2이미지를 구현하기 위하여, 상기 디스플레이 소자들(121, 131)은 각각 복수의 영역으로 구획될 수 있다. 이 경우에, 또한, 상기 제1디스플레이 소자(121)의 일영역과 제2디스플레이 소자(131)의 일영역은 폭이 동일하게 설정될 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 도 5a와 도 5c를 참조하면, 상기 제1디스플레이 소자(121)에는 좌측에서 우측으로 메인영역(121a)과 중첩영역(121b)이 순차적으로 형성될 수 있으며, 상기 메인영역(121a)에는 상기 제1이미지가 생성되고, 상기 중첩영역(121b)에는 상기 중간이미지가 출력될 수 있다. 또한, 상기 중첩영역(121b)은 윈드실드(20)에서 상기 아이박스의 좌안(IL)으로 영상을 반사하는 광 경로상에 위치한 영역이 될 수 있다.

또한, 도 5b와 도 5c를 참조하면, 상기 제2디스플레이 소자(131)에는 우측에서 좌측으로 메인영역(131a)과 중첩영역(131b)이 순차적으로 형성될 수 있으며, 상기 메인영역(131a)에는 상기 제2이미지가 생성되고, 상기 중첩영역(131b)에는 상기 중간이미지가 출력될 수 있다. 또한, 상기 중첩영역(131b)은 상기 윈드실드(20)에서 상기 아이박스의 우안(IR)으로 영상을 반사하는 광 경로상에 위치한 영역이 될 수 있다.

이 경우에, 상기 메인영역(121a, 131a)은 다른 광학계에 대하여 독립적인 단독 이미지를 출력하도록 제어되는 제1제어영역이 되고, 상기 중첩영역(121b, 131b)은 상기 다른 광학계와 공통인 공동 이미지를 출력하도록 제어되는 제2제어영역이 될 수 있다. 상기 제2제어영역은 상기 제1제어영역보다 상기 다른 광학계와 인접한 위치에 형성되며, 상기 단독 이미지와 상기 공동 이미지는 상기 차량의 전방에서 일방향을 따라 순차적으로 출력될 수 있다. 이를 통하여, 차량과 관련된 이벤트의 발생에 응답하여 연속적인 정보를 제공하는 것이 가능하게 된다.

한편, 도 5c와 같이 중간시야 영역(143)에 중간이미지(또는 공동 이미지)를 출력하기 위하여, 제1광학계(120)와 제2광학계(130)가 동시에 사용되는 경우에, 아이박스(I)가 좌측 및 우측 광학계(120, 130)로부터 분리되어 이미지가 전달된다. 또한 이 경우에, 아이박스(I)는 좌안이 위치하는 제1박스(I1)와 우안이 위치하는 제2박스(I2)로 구획되며, 상기 제1박스(I1)와 제2박스(I2)는 서로 오버랩됨이 없이 연속적으로 배치될 수 있다. 구체적으로 상기 제1박스(I1)와 제2박스(I2)는 하나의 경계에 서로 접하는 영역이 될 수 있으며, 이를 통하여 최대한 밀접하되 서로 분리되며, 이를 통하여 영상이 보이지 않는 현상을 방지할 수 있다.

헤드업 디스플레이의 제어부는, 도 2a 내지 도 2c에서 예시한 것과 같이, 차량과 관련된 이벤트의 발생에 응답하여, 상기 차량의 전방에서 좌우방향을 따라 상기 제1이미지, 중간이미지, 제2이미지가 순차적으로 출력되도록 상기 제1디스플레이 소자(121) 및 제2디스플레이 소자(131)를 제어할 수 있다.

상기 제1이미지는 도 2a의 그래픽 객체(111, 112, 113)로서 좌측의 중앙선을 넘어오는 보행자의 위치에 출력될 수 있고, 상기 중간이미지가 도 2b의 그래픽 객체(111, 112, 113)로서 차량이 주행하는 차선에 있는 보행자의 위치에 출력될 수 있다. 마지막으로, 상기 제2이미지가 도 2c의 그래픽 객체(113)로서, 차량의 우측에서 보행자의 위치에 출력될 수 있다.

이와 같은 방법으로, 가로 시야각을 확장함에 따라, 본 발명의 헤드업 디스플레이는 증강현실과 관련된 다양한 정보를 보다 폭넓은 공간에서 구현할 수 있다.

이러한 제어를 구현하기 위하여, 광학계 사이의 중간 시야각(중간 시야영역의 시야각)은 왼쪽 광학계가 왼쪽 눈의 영상을, 오른쪽 광학계가 오른쪽 눈의 영상을 담당하며, 이를 통하여 n번 광학계와 n+1번 광학계 사이에서 이미지를 끊김 없이 연속적으로 보여주는 것이 가능하게 된다.

상기에서 설명한 헤드업 디스플레이를 구현하기 위하여, 본 발명에서는 중첩영역의 크기가 적절하게 도출되어야 한다. 이하에서는, 상기 중첩영역의 크기를 도출하는 방법에 대하여 설명한다.

도 6a는 시야각과 아이박스의 관계를 나타내는 개념도이고, 도 6b는 시야각과 디스플레이 소자의 관계를 나타내는 개념도이며, 도 7은 사용자의 아이박스의 크기를 나타내는 개념도이다.

본 발명에서는 n번 광학계와 n+1번 광학계 사이 시야각의 영상을 끊김 없이 연속적으로 보여주기 위하여, 좌안을 담당하는 광학계의 이미지와 우안을 담당하는 광학계의 이미지가 중첩되어야 한다.

이를 위해서는 n번 광학계의 디스플레이 소자와, n+1번 광학계의 디스플레이 소자의 이미지 생성면에 중첩(또는 오버랩)된 구간이 설정되며, 이하에서는 중첩영역의 크기에 대한 관계식을 도출한다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 먼저 좌측 광학계의 아이박스의 폭은 EBWl(the width of the eye-box of the left optical system)로 정의하고, 우측 광학계의 아이박스의 폭은 EBWr(the width of the eye-box of the right optical system)로 정의되며, 운전자의 아이박스의 폭은 EBW(the width of the driver’s eye-box)로 정의한다.

도 6a의 (a)와 (c)에서 도시된 바와 같이, 아이박스의 좌측 최대 시야 각도(l)에서는 EBWl은 EBW와 동일하고, 우측 최대 시야 각도(r)에서는 EBWr 이 EBW와 동일하게 설정될 수 있다. 도 6a의 (b)를 참조하면, 좌측 최대 시야 각도(l)와 우측 최대 시야 각도(r)의 사이의 특정 각도(α)에서는 출력되는 이미지가 중첩되어야 하며, EBWl와 EBWr 의 중첩되는 부분의 합이 EBW와 동일하게 설정되어야 한다. 여기서, 상기 특정 각도(α)는 아이박스의 중심점을 기준으로 한 중심각도(0)에 대한 상대각도를 의미한다.

이를 고려하면, 운전자의 아이박스의 위치에 대한 광학계의 아이박스의 위치의 비(EB)는 다음 식 (1)으로 정의될 수 있다.

다음으로, 도 6b를 참조하면, 디스플레이 소자에서 폭의 관계가 설정될 수 있다.

먼저, 좌측 광학계의 디스플레이 소자의 폭은 DPWl(the width of the display source of the left optical system)로 정의하고, 우측 광학계의 디스플레이 소자의 폭은 DPWr(the width of the display source of the right optical system)로 정의한다. 또한, 중첩영역에 대한 폭은 DPOL(the width of the overlapped area of the display sources)로 정의하고, 상기 특정 각도(α)에서 상대적인 픽셀의 위치를 PX(the position of pixel relative to the current angle)로 정의하면, 다음 식 (2)와 같은 관계가 성립하게 된다.

식 (1)과 식 (2)를 조합하면, 아이박스와 디스플레이 소자의 상관관계가 다음 식 (3)으로 도출될 수 있다.

다음으로, 디스플레이 소자의 중첩영역의 크기를 정의하기 위해 운전자의 아이박스에서 단일 디스플레이 소자가 담당하는 아이박스의 크기를 정의한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 광학계로부터 형성된 driver’s eye-box에서 단일 광원이 담당하는 eye-box 크기를 EBWs로 정의하면, 해당 영역의 시작 위치인 EB는 다음의 식 (4)와 같이 정의될 수 있다.

또한, 디스플레이 소자의 중첩영역의 폭은 식 (3)과 식 (4)의 조합으로부터 하기의 도 (5)와 같이 도출될 수 있다.

이 경우에, DPWl = DPWr = DPW 이면, DPOL은 다음 식 (6)과 같이 정리될 수 있다.

이상에서는 중첩영역의 폭(DPOL)을 도출하는 방법에 대하여 설명하였다. 예를 들어, 한 쌍의 광학계를 가지는 헤드업 디스플레이의 경우에 EBWs는 동공간 거리(IPD, interpupillary distance)로 정해질 수 있으며, 이 때에 중첩영역의 폭(DPOL)은 다음의 식 (7)로부터 도출될 수 있다.

이상에서는 중첩영역의 폭을 설정하는 방법에 대하여 설명하였으며, 이러한 방법에 의하여 중간 시야영역에 중간이미지를 출력하기 위한 중첩영역의 설정이 가능하게 된다.

한편, 본 예시의 중첩영역은 한 쌍의 광학계 뿐만 아니라, N개의 광학계를 가진 헤드업 디스플레이에도 적용이 가능하다.

도 8은, N개의 광학계가 순차적으로 배치되는 헤드업 디스플레이의 경우에, m번째 광학계를 기준으로 m-1번 광학계, m번 광학계 및 m+1번 광학계의 배치를 예시한다.

여기서, m 번째 광학계는 도 3내지 도 7을 참조하여 설명한 헤드업 디스플레이의 제1광학계(120)가 될 수 있고, m-1번 광학계 및 m+1번 광학계 중 어느 하나는 제2광학계(130)가 될 수 있다. 이하에서는 본 예시의 설명을 위하여, m-1번 광학계 및 m+1번 광학계 중 다른 하나를 제3 광학계(150)로 지칭한다.

또한, 각 광학계의 구조나 제어 방법은, 도 3내지 도 7을 참조하여 설명한 광학계와 동일하거나 유사하여, 이에 대한 설명은 도 3내지 도 7을 참조한 설명으로 갈음한다.

본 도면을 참조하면, 헤드업 디스플레이는 상기 제2광학계(130)를 기준으로 상기 제1광학계(120)의 반대측에 배치되어 제3이미지를 출력하는 제3광학계(150)를 포함할 수 있다. 이 때에, 상기 제2광학계(130)의 제2디스플레이 소자는 단일 영역(131a), 좌측 영역(131c) 및 우측 영역(131d)을 구비할 수 있다.

상기 단일 영역(131a)은 전술한 제2 이미지를 출력하는 영역으로서, 단독의 시야 영역에 제2이미지를 출력하는 광 경로상에 배치될 수 있다. 도시에 의하면, 좌측 영역(131c) 및 우측 영역(131d)은 상기 단일 영역(131a)의 양측에 각각 형성되며, 각각 제1이미지 및 제3이미지를 출력하는 영역이 될 수 있다.

3개의 광학계에서 가운데 있는 제2광학계(130)는, 디스플레이 소자의 좌우측에 각각 중첩영역이 형성되며, 이를 좌측 영역(131c) 및 우측 영역(131d)으로 정의한다. 이 경우에, 상기 좌측 영역(131c)은 상기 제2광학계(130)의 좌측에 있는, 예를 들어 제1광학계(120)의 중첩영역(121b)과 동일한 중간이미지를 출력하는 영역이 될 수 있다. 또한, 상기 우측 영역(131d)은 상기 제2광학계(130)의 우측에 있는, 예를 들어 제3광학계(150)의 중첩영역(151b)과 동일한 중간이미지를 출력하는 영역이 될 수 있다.

상기에서 설명한 구조에 의하면, N개의 광학계를 가진 헤드업 디스플레이에서, 1번 미러는 가장 왼쪽의 시야각을 담당하고, 2번 미러는 그 다음 왼쪽의 시야각을 담당하며, 이러한 방식으로 배열되어 N번 미러는 가장 오른쪽의 시야각을 담당하며, 두개의 미러를 걸치는 시야각에서는 왼쪽 미러가 좌안의 이미지를 오른쪽 미러가 우안의 이미지를 담당하는 구조가 구현될 수 있다.

상기에서는 한 쌍의 광학계에서 확장하여 N개의 광학계에서 광학계들의 사이에서 이미지를 끊김 없이 연속적으로 보여주는 방법에 대하여 설명하였으며, 이를 통하여 광학계가 컴팩트하면서도 시야각의 확장이 용이한 헤드업 디스플레이가 구현될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 중첩영역의 크기를 시야각 형태로 정의하여 도 1 내지 도 8에서 설명한 헤드업 디스플레이를 구현할 수 있다. 이하에서는, 상기 중첩영역의 크기를 광학계 분리점을 이용하여 시야각 형태로 정의하는 방법에 대하여 설명한다.

도 9a 및 도 9b는 광학계 분리점을 이용하여 중첩구간을 설정하는 개념을 나타내는 개념도이다.

본 도면들을 참조하면, 헤드업 디스플레이에서, 제1광학계와 제2광학계는 각각, 광학계 분리점을 구비할 수 있다. 나아가, N개의 광학계를 구비하는 헤드업 디스플레이에서 각각의 광학계는 상기 광학계 분리점을 구비할 수 있다.

이 경우에, 상기 광학계 분리점은 디스플레이 소자의 일영역에서 아이박스로 향하는 광 경로에서 아이박스의 좌안 및 우안 중 어느 하나의 광 경로를 차단하도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 물리적으로 광 경로를 차단하는 광학계 설계에 의하여 중첩영역이 구현될 수 있다. 즉, 광학계의 적어도 하나의 부품의 형상에 의하여 디스플레이 소자의 중첩영역에서 발광하는 빛이 아이박스의 좌안 및 우안 중 어느 하나를 향하여 더 이상 진행하지 못하게 될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 광학계 분리점과 함께 아이박스 및 윈드실드의 광학적 파워(optical power)를 이용하여 중간 시야영역의 시야각의 크기가 도출될 수 있다.

이를 위하여, 상기 제1광학계 및 제2광학계는 각각 복수의 미러를 구비하고, 상기 광학계 분리점은 상기 제1광학계의 미러와 상기 제2광학계의 미러의 서로 마주보는 모서리에 위치할 수 있다.

상기 미러는 디스플레이 소자의 빛이 도달하는 순서 상, 윈드실드의 바로 직전에 위치한 커브드 미러가 될 수 있다.

이 경우에, 아이박스의 좌우 모서리와 광학계 분리점을 연결하는 시야가 이루는 각도가 해당 분리점을 공유하는 광학계들이 가져야 하는 중첩 시야각이 될 수 있다. 이를 이용하여, 도 9a에 도시된 것과 같이 상기 커브드 미러의 모서리의 위치가 설정되며, 도 9b에 도시된 것과 같이, 디스플레이 소자의 중첩영역의 크기가 설정될 수 있다.

이러한 방법에 의하면, 상하 방향으로 시야각을 확장하는 광학계를 사용하거나 또는 단일 방향으로 복수의 광학계를 사용할 경우에도 중간 시야각과 중첩영역을 확인할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법은, 큰 광학계(특히 큰 미러) 하나를 사용하는 것이 아니라, 소형 광학계(특히, 소형 미러)를 여러 개 사용하여 시야각을 확장함에 따라, 광학계가 컴팩트하면서도 시야각의 확장이 용이하게 된다.

이를 통하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 시야각이 좁은 디스플레이 영역(40)에서 표시할 수 없었던 여러가지 증강현실 정보들이 확장된 디스플레이 영역(50)을 이용하여 표시할 수 있게 된다.

이러한 예로서, 도시된 바와 같이, 운전자의 시야에서 인지 가능한 차량들에 대하여 가이드가 각각 출력될 수 있다. 나아가, 중앙선을 기준으로 반대측 차선에 있는 차량에 대한 가이드까지 출력될 수 있어, 운전자는 보다 많은 정보를 인지할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이는 복수의 광학계를 가로방향으로 배열하고, 광학계들의 사이에서 중첩되는 출력영역을 설정하여 가로 시야각을 확장한다. 나아가, 아이박스는 분리하고, 영상을 전달하는 각각의 광학계는 적어도 일부에서 공통의 영상을 출력하여, 두 광학계를 걸치는 시야각을 구현하며, 이를 통하여 증강현실과 관련된 다양한 정보를 보다 폭넓은 공간에서 제공하는 것이 가능하게 된다.

상기와 같이 설명된 헤드업 디스플레이 및 그 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (17)

1. 차량의 헤드업 디스플레이에 있어서,
   제1이미지를 생성하는 제1디스플레이 소자를 구비하고, 허상을 이용하여 상기 제1이미지를 차량의 전방에 출력하도록 이루어지는 제1광학계;
   상기 제1디스플레이 소자와 인접하게 배치되어 상기 제2이미지를 생성하는 제2디스플레이 소자를 구비하고, 상기 제2이미지를 상기 제1이미지와 이격된 위치에 출력하는 제2광학계; 및
   상기 제1및 제2이미지가 생성되도록 상기 제1 및 제2디스플레이 소자를 각각 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역에 중간이미지를 공통으로 생성하여 상기 제1이미지 및 제2이미지의 사이에 상기 중간이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1광학계는 사용자가 바라보는 제1시야 영역에 상기 제1이미지를 출력하도록 이루어지고,
   상기 제2광학계는 상기 제1시야 영역과 일방향을 따라 이격되는 제2시야 영역에 상기 제2이미지를 출력하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1시야 영역과 상기 제2시야 영역은 상기 차량의 좌우를 따라 배치되는 영역인 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1시야 영역과 제2시야 영역의 사이에는 중간시야 영역이 위치하며,
   상기 중간시야 영역에 상기 중간이미지가 출력되도록, 상기 제1광학계는 상기 차량의 헤드업 디스플레이의 아이박스의 좌안을 기준으로 상기 중간이미지를 출력하고, 상기 제2광학계는 상기 아이박스의 우안을 기준으로 상기 중간이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2광학계를 기준으로 상기 제1광학계의 반대측에 배치되어 제3이미지를 출력하는 제3광학계를 더 포함하고,
   상기 제2광학계의 제2디스플레이 소자는,
   제2 이미지를 출력하는 단일 영역; 및
   상기 단일 영역의 양측에 각각 형성되며, 각각 제1이미지 및 제3이미지를 출력하는 좌측 영역 및 우측 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1시야 영역은 상기 아이박스를 기준으로 좌측에 위치하고, 상기 제2시야 영역은 상기 아이박스를 기준으로 우측에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1디스플레이 소자의 일영역은 상기 제1 디스플레이 소자의 좌측 및 우측 중 어느 하나에 형성되고,
   상기 제2디스플레이 소자의 일영역은 상기 제2 디스플레이 소자의 좌측 및 우측 중 다른 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역은 서로 인접한 영역이며,
   상기 제3이미지는 상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역에 동시에 출력되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역은 폭이 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1광학계 및 제2광학계는 각각, 광학계 분리점을 구비하며,
    상기 광학계 분리점은 상기 일영역에서 상기 아이박스로 향하는 광 경로에서 아이박스의 좌안 및 우안 중 어느 하나의 광 경로를 차단하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1광학계 및 제2광학계는 각각 복수의 미러를 구비하고,
    상기 광학계 분리점은 상기 제1광학계의 미러와 상기 제2광학계의 미러의 서로 마주보는 모서리에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량과 관련된 이벤트의 발생에 응답하여, 상기 차량의 전방에서 좌우방향을 따라 상기 제1이미지, 중간이미지, 제2이미지가 순차적으로 출력되도록 상기 제1디스플레이 소자 및 제2디스플레이 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
13. 제1이미지, 중간이미지 및 제2이미지를 선택적으로 출력하는 헤드업 디스플레이에 있어서,
    상기 제1이미지를 생성하는 제1디스플레이 소자를 구비하고, 상기 제1이미지의 허상을 차량의 전방 일 측에 출력하는 제1광학계;
    상기 제1디스플레이 소자와 인접하게 배치되어 상기 제2이미지를 생성하는 제2디스플레이 소자를 구비하고, 상기 제2이미지의 허상을 상기 차량의 전방 타 측에 출력하는 제2광학계; 및
    상기 제1및 제2이미지가 생성되도록 상기 제1 및 제2디스플레이 소자를 각각 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1디스플레이 소자의 일영역과 제2디스플레이 소자의 일영역에 상기 중간이미지를 공통으로 생성하여 상기 차량의 전방 일 측과 타 측의 사이에서 상기 중간이미지의 허상을 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1광학계는 상기 헤드업 디스플레이의 아이박스를 기준으로 좌측에 위치하는 좌측 시야 영역으로 상기 제1이미지를 출력하도록 이루어지고,
    상기 제2광학계는 상기 아이박스를 기준으로 우측에 위치하는 우측 시야 영역으로 상기 제2이미지를 출력하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
15. 복수의 광학계를 구비하는 헤드업 디스플레이에 있어서,
    상기 복수의 광학계 중 적어도 하나는,
    이미지를 생성하는 디스플레이 소자; 및
    상기 생성된 이미지를 상기 헤드업 디스플레이의 전방에 허상으로 출력하는 렌즈군을 구비하고,
    상기 디스플레이 소자는,
    다른 광학계에 대하여 독립적인 단독 이미지를 출력하도록 제어되는 제1제어영역; 및
    상기 다른 광학계와 공통인 공동 이미지를 출력하도록 제어되는 제2제어영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2제어영역은 상기 제1제어영역보다 상기 다른 광학계와 인접한 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.
17. 제16항에 있어서,
    상기 차량과 관련된 이벤트의 발생에 응답하여 연속적인 정보를 제공하도록, 상기 단독 이미지와 상기 공동 이미지는 상기 차량의 전방에서 일방향을 따라 순차적으로 출력되는 것을 특징으로 하는 차량의 헤드업 디스플레이.

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