KR20240071178A - 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이 - Google Patents

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KR20240071178A
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augmented reality
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한준구
김범수
허대락
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일실시예는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이에 있어서, 전면 이미지를 제공하는 전면 이미지 생성 유닛(PGU)과, 상기 전면 PGU에 대해 제1 경사각을 이루도록 배치되며 하면 이미지를 제공하는 하면 PGU와, 상기 전면 PGU에 대해 제2 경사각을 이루도록 배치되며 상면 이미지를 제공하는 상면 PGU를 포함하는 다중 PGU; 및 상기 전면 이미지, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 반사 및 굴절시켜 운전자의 전방의 앞유리창에 투사시켜 전면 결상면, 하면 결상면 및 상면 결상면을 형성시키는 투사광학계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이를 제공한다.

Description

다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이{Multi-layer Augmented Reality Head-up Display}
본 발명은 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전면, 상면, 하면 3개의 PGU를 이용해 다중 허상 이미지를 결상하는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이에 관한 것이다.
자동차의 증강현실 헤드업 디스플레이(AR HUD) 기술은 앞유리 앞에서 다양한 정보를 시각화해 자동차의 필수 장치로 자리매김하고 있다. AR HUD는 운전에 필요한 정보를 제공하여 운전자의 눈 움직임을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 최근 도로정보의 복잡성이 증가함에 따라 AR HUD가 다양한 깊이를 표현할 수 있는지 여부가 중요한 요소가 되고 있다.
헤드업 디스플레이(HUD: Head-Up Display)는 자동차 운전자의 안전 운전을 위해 개발된 주행정보 표시장치이다. 주행정보는 화상형성장치(PGU: Picture Generation Unit)에서 이미지의 형태로 형성되어 광학계를 거친 후 차량 전면 유리 또는 차량 내부에 배치되는 투광성 반사 스크린(Translucent Reflective Screen)에 투영되어 운전자 에게 제공된다.
기존의 헤드업 디스플레이는 하나의 PGU(Picture Generation Unit)와 투사광학계로 이루어져 있으며, PGU의 허상 이미지를 특정 거리에 결상한다. 사용자는 특정거리에 위치한 허상 이미지 평면에 표시되는 정보를 인식할 수 있다. 그러나, 이미지 평면이 하나이기 때문에 아래쪽 시야에 보이는 도로 상황에 대한 정보나 위쪽 시야에 보이는 풍경에 대한 정보를 제공하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 PGU(picture generation unit)가 전면, 상면, 하면 총 3개 레이어 구성으로 자동차 주행에 필요한 정보를 디스플레이 하는 헤드업 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이에 있어서, 전면 이미지를 제공하는 전면 이미지 생성 유닛(PGU)과, 상기 전면 PGU에 대해 제1 경사각을 이루도록 배치되며 하면 이미지를 제공하는 하면 PGU와, 상기 전면 PGU에 대해 제2 경사각을 이루도록 배치되며 상면 이미지를 제공하는 상면 PGU를 포함하는 다중 PGU; 및 상기 전면 이미지, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 반사 및 굴절시켜 운전자의 전방의 앞유리창에 투사시켜 전면 결상면, 하면 결상면 및 상면 결상면을 형성시키는 투사광학계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 통과시키도록 상기 전면 PGU는 투명 디스플레이를 포함하고, 상기 하면 PGU 및 상기 상면 PGU는 상기 투사광학계의 광축에 대해 상하로 대칭으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 투사광학계는, 상기 전면 이미지, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 반사하는 미러; 및 상기 미러에서 반사된 상기 전면 이미지, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 굴절시켜 상기 앞유리창으로 투사시키는 렌즈;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 미러는 오목거울일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전면 PGU의 평면, 상기 렌즈의 평면 및 상기 전면 결상면은 제1 샤임플러그 교차점에서 교차하고, 상기 하면 PGU의 평면, 상기 렌즈의 평면 및 상기 하면 결상면은 제2 샤임플러그 교차점에서 교차하고, 상기 하면 PGU의 평면, 상기 렌즈의 평면 및 상기 하면 결상면은 제3 샤임플러그 교차점에서 교차하며, 상기 전면 결상면은 지면과 수직을 이루고, 상기 하면 결상면 및 상기 상면 결상면은 지면과 평행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전면, 상면, 하면 PGU 결상면을 이용하여 운전자 시야 전체를 이용하여 편리하게 정보를 제공할 수 있는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 제시된 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이의 광학 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1및 도 2에서 설명된 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이가 운전자에게 작용하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이에 의해 실제 운전자에게 보여지는 이미지의 일 예를 나타낸다.
도 5는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이의 광학메커니즘을 샤임플러그(Scheimpflug) 원리로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이의 결상 과정을 테스트하는 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 수직 결상면을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 전면 이미지(Image1)가 결상되는 전면 결상면, 하면 이미지(Image2)가 결상되는 하면 결상면 및 상면 이미지(Image3)가 결상되는 상면 결상면을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6의 테스트 장치가 제공하는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 6의 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 SLM3과 SLM2가 제공하는 이미지를 보여주는 도면이다.
도 12는 SLM1이 제공하는 전면 이미지를 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)를 설명하기 위한 도면이다.
다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)는 다중 이미지 생성 유닛 (Picture Generation Unit:PGU) (110) 및 투사광학계(120)를 포함한다.
다중 이미지 생성 유닛(110)(이하, 다중 PGU(110))은 복수의 PGU를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 다중 PGU(110)는 전면 PGU(111), 하면 PGU(112) 및 상면 PGU(113)를 포함할 수 있다. 투사광학계(120)는 다중 PGU(110)로부터 생성된 이미지를 특정거리에 허상 이미지로 결상시킬 수 있다.
하면 PGU(112)는 전면 PGU(111)에 대해 제1 경사각을 이루도록 배치되며 하면 이미지를 제공할 수 있다. 상면 PGU(113)는 전면 PGU(111)에 대해 제2 경사각을 이루도록 배치되며 상면 이미지를 제공할 수 있다. 일 예로, PGU는 이미지를 형성하는 LCD와 이미지를 HUD 내부의 투사광학계(120)로 투사하기 위해 LCD 후방에 배치되는 BLU(Back Light Unit)을 포함할 수 있다. LCD에서 형성된 이미지는 투사광학계(120)를 거쳐 이미지의 크기가 확대된 후 차량 전면유리(앞유리창) 또는 투광성 반사 스크린에 투영될 수 있다.
전면 PGU(111)는 투명 소형 디스플레이 소자를 포함할 수 있다. 투사광학계(120)는 전면 PGU(111)가 생성하는 전면 이미지를 특정거리에 전면 허상 이미지로 결상시킬 수 있다. 전면 PGU(111)가 생성하는 전면 이미지는 주행과 관련된 정보를 표시할 수 있다. 또한, 전면 PGU(111)는 투명하기 때문에 전면 PGU(111)를 통하여 하면 PGU(112) 및 상면 PGU(113)이 생성한 하면 이미지 및 상면 이미지를 사용자가 볼 수 있다.
하면 PGU(112)는 투사광학계(120)의 광축과 기울어져 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 하면 PGU(112)의 후단이 전면 PGU(111)의 대략 중앙의 후방에 위치되고, 하면 PGU(112)의 전단이 전면 PGU(111)의 상측에 위치되어 광축에 대해 기울어지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 하면 PGU(112)에 의해 생성된 하면 이미지는 투명한 전면 PGU(111)를 통과하고, 투사광학계(120)를 통해 샤임플러그(Scheimpflug) 원리에 따라 도로, 즉 지면과 평행한 평면에 결상될 수 있다.
상면 PGU(113)는 투사광학계(120)의 광축과 기울어져 있으며 하면 PGU(112)와 광축을 기준으로 거울 대칭으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상면 PGU(113)의 후단이 전면 PGU(111)의 대략 중앙의 후방에 위치되고, 상면 PGU(113)의 전단이 전면 PGU(111)의 하측에 위치되어 광축에 대해 기울어지게 배치될 수 있다. 마찬가지로 상면 PGU(113)에 의해 생성된 상면 이미지는 투명한 전면 PGU(111)를 통과하고, 샤임플러그 원리에 따라 상면 PGU(113)의 결상면도 도로, 즉 지면과 평행한 평면일 수 있다. 다만, 상면 PGU(113)는 하면 PGU(112)와는 광축에 대칭이기 때문에 상면 PGU(113)에 의한 결상면은 사용자 기준으로 위쪽 시야에 위치할 수 있다.
투사광학계(120)는 전면 PGU(111), 하면 PGU(112) 및 상면 PGU(113)로부터 각각의 결상면까지 이미지를 투사하는 역할을 한다. 투사광학계(120)는 전면 이미지, 하면 이미지 및 상면 이미지를 반사 및 굴절시켜 운전자의 전방의 앞유리창(130)에 투사시켜 전면 결상면, 하면 결상면 및 상면 결상면을 형성시킬 수 있다. 투사광학계(120)는 반사 또는 굴절광학계를 포함할 수 있다. 일 예로, 반사 또는 굴절광학계는 미러(121) 및 렌즈(122)를 포함할 수 있다. 전면 PGU(111), 하면 PGU(112) 및 상면 PGU(113)로부터의 전면 이미지, 하면 이미지 및 상면 이미지가 미러(121)에 의해 반사되고 렌즈(122)에 의해 굴절된 후 자동차 앞유리창(130)에 투사될 수 있다. 이러한 미러(121)와 렌즈(122)에 의한 광학계로 인해 상면 PGU(113)가 하면 PGU(112)보다 하측에 위치되지만, 전술한 바와 같이 상면 PGU(113)에 의한 결상면은 사용자 기준으로(또는 전면 결상면 기준으로) 위쪽 시야에 위치하고, 하면 PGU(112)에 의한 결상면은 사용자 기준으로(또는 전면 결상면 기준으로) 아래 시야에 위치할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)는 다중 레이어를 위한 AR-HUD 광학 시뮬레이션(simulation)을 실현하는 데에 적용될 수 있다. 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)에 의해 AR-HUD를 설계했을 때, 빛의 경로를 시뮬레이션으로 추적한 결과가 도 1 및 도 9에 예시되어 있다. 전면 PGU(111), 하면 PGU(112) 및 상면 PGU(113)에 의해 만들어진 이미지들이 투사광학계(120)를 통해 운전자의 전방의 앞유리창(130)에 투영될 수 있다. 예를 들어, 미러(121)는 지면으로부터 60도의 경사를 가지도록 배치되고, 렌즈(122)는 지면으로부터 30도의 경사를 가지도록 배치될 수 있다. 윈드쉴드(Windshield), 즉 앞유리창(130)은 지면으로부터 30도의 경사를 가지도록 배치될 수 있다. 물론 앞유리창(130)의 경사나 사용자의 눈높이 등 사용 환경에 따라 미러(121) 및 렌즈(122)의 경사각도가 변경될 수 있다. 이를 위해, 사용자가 차량의 입력부를 통해 이미지들의 위치를 조절하는 입력을 수행하고, 이러한 입력을 받아 이를 수행하기 위한 연산을 위한 회로부를 포함시키고, 회로부로부터 제어신호에 의해 미러(121) 및 렌즈(122)의 경사각도를 전기 및 기계적으로 변경시키는 미세조정 엑츄에이터 내지 멤스소자가 미러와 렌즈의 안착부에 설치될 수도 있을 것이다.
도 2는 도 1에 제시된 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 광학 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 제시된 예에서는 도 1과 다르게 미러가 생략되어 있다. 따라서, 상면 PGU(113)가 하면 PGU(112)에 대해 상측에 위치하는 경우, 상면 PGU(113)에 의한 상면 이미지(image3)의 결상면이 하면 PGU(112)에 의한 하면 이미지(image2)보다 사용자를 기준으로 위쪽 시야에 형성된다.
도 1을 다시 참조하면, 전술된 바와 같이, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)에 의해 AR-HUD를 설계했을 때, 상면 PGU(113), 하면 PGU(112), 전면 PGU(111) 각각에서 나온 빛이 미러(121)에 의해 렌즈(122) 방향으로 반사된다. 이때, 전면 PGU(111)의 물리적 위치는 상면 PGU(113), 하면 PGU(112)의 광경로 상에 위치하게 되므로 전면 PGU(111)는 투명디스플레이(transparent display)를 포함할 수 있다. 미러(121)에 의해 반사된 각각의 빛은 렌즈(122) 방향으로 진행한다. 렌즈(122)를 거친 빛은 앞유리창(130)에서 반사되어 허상을 만들 수 있다. 차량 앞에 맺힌 허상이 운전자의 눈으로 결상되어 전면, 하면 및 상면의 3가지의 이미지가 동시에 보이게 된다.
도 3은 도 1및 도 2에서 설명된 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)가 운전자에게 작용하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도면 3을 참조하면, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)에 의해 운전자에게 보여지는 이미지를 측면에서 바라본 모식도가 도시되어 있다. 운전자를 기준으로 천장, 지면, 지면에 수직한 방향으로 각 이미지가 결상될 수 있다. 천장에 결상되는 이미지(Image3)는 상면 PGU(113)에 의해 만들어지고, 지면에 결상되는 이미지(Image2)는 하면 PGU(112)에 의해 만들어진다. 또한 지면에 수직한 방향으로 결상되는 이미지(Image1)는 전면 PGU(111)에 의해 결상된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)에 의해 실제 운전자에게 보여지는 이미지의 일 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 샤임플러그(Scheimpflug) 원리에 따라 운전자는 전방에 결상되는 각각의 결상면들을 보게 된다. 청색, 적색, 녹색은 순서대로 각각 상면 PGU 결상면(Image3의 결상면), 하면 PGU 결상면(Image2의 결상면), 전면 PGU 결상면(Image1의 결상면)이다. 상면 PGU 결상면과 하면 PGU 결상면은 이미지가 무한대에 존재하게 된다. 물론 색상은 구분의 편의상 정한 것이며, 운전자에게 편리하게 전면 이미지, 하면 이미지 및 상면 이미지가 구분되도록 색상이나 이미지 형태를 변경할 수 있다.
도 5는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 광학메커니즘을 샤임플러그(Scheimpflug) 원리로 설명하기 위한 도면이다.
다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 광학메커니즘은 이미지 평면, 렌즈 평면 및 물체 평면이 교차하는 공통점을 가진다는 샤임플러그 원리에 기반한다. 도 5에는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 광학메커니즘에 적용되는 샤임플러그 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.
도 5에서 SLM은 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)을 의미하며, 두개의 SLM10, SLM20가 서로 다른 각도로 원천 이미지를 제공하고 있다. 즉 복수의 공간 광 변조기 SLM10, SLM20는 서로 다른 각도로 배치되고, SLM10, SLM20로부터의 광이 렌즈(122)를 통해 이미지 평면1에 가상 이미지1과 이미지 평면2에 가상 이미지2가 각각 결상된다. 여기서, 이미지 평면1, 렌즈(122) 평면 및 SLM10평면이 샤임플러그 교차점1에서 교차한다. 또한, 이미지 평면2, 렌즈(122) 평면 및 SLM20평면이 샤임플러그 교차점2에서 교차한다. 따라서, 가상이미지가 형성되는 이미지 평면1, 이미지 평면2의 경사각은 SLM10, SLM20, 렌즈(122) 평면의 경사각을 변경함으로써 변경될 수 있다. 도 5에서 가상 이미지1은 지면에 평행하게 형성되고, 가상 이미지2는 SLM20의 경사각을 조정하여 지면에 수직으로 형성된 예가 나타나 있다. 이와 같이, 복수의 이미지 평면을 서로 다른 각도로 결상시켜서 필요한 정보를 제공함으로써, 운전자가 다양한 정보를 편리하게 얻을 수 있도록 도와줄 수 있다.
도 1에 제시된 본 실시예에 따른 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)를 도 5에 대비하여 검토하면, 도 5의 복수의 공간 광 변조기 SLM10, SLM20는 도 1의 다중 PGU(110)에 대응될 수 있다. 또한, 도 5의 렌즈는 도 1의 투사광학계(120)에 대응될 수 있다. 도 5의 이미지 평면들은 도 1의 전면, 하면, 및 상면 PGU의 결상면들에 대응시켜서 그 메커니즘을 이해할 수 있다.
도 1에서 설명된 투사광학계(120)는 전술한 바와 같이, 미러(121)와 렌즈(122)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 미러(121)는 오목거울일 수 있다. 다중 PGU(110)와 렌즈(122) 사이의 광경로에 오목거울을 배치함으로써, 전면 PGU(111), 하면 PGU(112), 상면 PGU(113)로부터의 광이 오목거울에서 반사되고 렌즈(122)를 통해 윈드쉴드(앞유리창(130))으로 투사될 수 있다. 즉 하나의 오목거울은 전면 PGU(111), 하면 PGU(112), 상면 PGU(113)에 대해 각각 서로 다른 각도로 거울평면들을 형성할 수 있다. 이러한 거울평면들과 윈드쉴드 평면이 만나는 교차점이 각각 샤임플러그 교차점들을 형성하고, 각각의 전면 결상면, 하면 결상면 및 상면 결상면이 형성될 수 있다. 구체적으로, 전면 PGU(111)의 평면, 렌즈(122)의 평면 및 전면 결상면은 제1 샤임플러그 교차점에서 교차하고, 하면 PGU(112)의 평면, 렌즈(122)의 평면 및 하면 결상면은 제2 샤임플러그 교차점에서 교차하고, 하면 PGU(112)의 평면, 렌즈(122)의 평면 및 하면 결상면은 제3 샤임플러그 교차점에서 교차하며, 전면 결상면은 지면과 수직을 이루고, 하면 결상면 및 상면 결상면은 지면과 평행할 수 있다.
이와 같이, 복수의 허상들이 윈드쉴드를 통해 결상될 수 있고, 운전자가 전면, 하면 및 상면의 이미지에 제공된 정보를 통해 보다 편리하게 속도, 연료량, 일부 경고, 네비게이션 정보, 하측 시야 정보 및 상측 시야에 관한 정보 등을 획득할 수 있다. 지면에 수직인 전면 PGU(111)에 대해 하면 PGU(112) 및 상면 PGU(113)의 각도를 변경시키거나, 오목거울의 각도, 렌즈(122)의 각도를 변경시킴으로써, 윈드쉴드에 결상되는 이미지들의 높이와 깊이 또는 거리를 변경시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 결상 과정을 테스트하는 장치를 나타내는 도면이다. 도 7 내지 도 9는 도 6의 장치에 의해 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 결상 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 테스트 장치에서 SLM2은 도 1의 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 상면 PGU(113) 에 대응하고, SLM3는 도 1의 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 하면 PGU(112) 에 대응하고, SLM1은 도 1의 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 전면 PGU(111)에 대응할 수 있다. 마찬가지로 도 6에 도시된 미러(121) 및 윈드쉴드는 도 1에 제시된 렌즈(122) 및 윈드쉴드에 대응될 수 있다.
도 7은 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 수직 결상면을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에서 지면에 수직인 평면을 각각 p1, p2 및 p3이라고 하고, 운전자의 눈에서 각 평면까지의 직선을 각각 d1, d2, d3이라고 할 수 있다. 일 예로, d1, d2 및 d3은 각각 16m, 13m 및 10m 였다. 즉, 지면에 수직인 이미지(전면 결상면)은 운전자로부터 10m에서 16m까지 구현될 수 있다. 물론 이러한 수치는 전술한 바와 같이 다중 PGU(110)와 투사광학계(120)의 구성요소들의 각도를 변경함으로써 변경될 수 있을 것이다.
도 8은 전면 이미지(Image1)가 결상되는 전면 결상면, 하면 이미지(Image2)가 결상되는 하면 결상면 및 상면 이미지(Image3)가 결상되는 상면 결상면을 설명하기 위한 도면이다. 테스트에서 SLM1, SLM2, SLM3에 의해 생성되는 각 이미지의 크기에 있어서, Image3은 6m, Image2는 6m, Image1은 1.25m 였다. 즉, 천장(상면 이미지)과 지면(하면 이미지)에 나타나는 이미지는 각각 6m이고, 운전자로부터 10m 떨어진 전면 이미지 크기는 1.25m로 측정되었다.
도 9는 도 6의 테스트 장치가 제공하는 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서, SLM3의 크기는 42.5mm이고 SLM2의 크기는 97.1mm이고, FOV(Field of View)도 22도의 크기를 가졌다.
도 10 내지 도 12는 도 6및 도 7에서 설명된 테스트 장치에 의한 테스트 결과를 보여주는 사진이다.
도 10은 도 6의 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
도 10에는 전방에 실물이 보이면서 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이(100)의 증강현실 이미지들, 즉 전면 이미지(Image1), 하면 이미지(Image2) 및 상면 이미지(Image3)가 투사되는 실제 결과가 나타나 있다.
도 11은 SLM3과 SLM2가 제공하는 이미지를 보여주는 도면이다.
도 11에는 SLM3과 SLM2가 제공하는 상면 이미지 및 하면 이미지로서 데스크탑 모니터를 사용하여 제공되는 이미지가 나타나 있다. 도 10에는 이러한 모니터에 의해 제공되는 SLM2의 이미지는 바닥에 보이고, SLM3의 이미지는 천장에 떠 있는 것을 확인할 수 있다.
도 12에는 SLM1이 제공하는 전면 이미지가 나타나 있다. SLM1으로는 투명 디스플레이를 사용하였고, 지면에 수직으로 장착하여 차량 정보를 효과적으로 표시하는 것을 확인하였다. 한편, 초점거리가 800mm인 렌즈(122)를 사용했다.
전술된 실시예에 의하면, 본 실시예의 특수한 다중 PGU(110)에 의해 제공되는 다중 이미지를 본 실시예의 특수한 투사광학계(120)에 의해 투사함으로써, 전면, 하면, 및 상면의 시야를 모두 사용하여 운전자에게 편리하고 효과적으로 정보를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이
110 : 다중 PGU
111 : 전면 PGU
112 : 하면 PGU
113 : 상면 PGU
120 : 투사광학계
121 : 미러
122 : 렌즈
130 : 앞유리창

Claims (5)

  1. 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이에 있어서,
    전면 이미지를 제공하는 전면 이미지 생성 유닛(PGU)과, 상기 전면 PGU에 대해 제1 경사각을 이루도록 배치되며 하면 이미지를 제공하는 하면 PGU와, 상기 전면 PGU에 대해 제2 경사각을 이루도록 배치되며 상면 이미지를 제공하는 상면 PGU를 포함하는 다중 PGU; 및
    상기 전면 이미지, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 반사 및 굴절시켜 운전자의 전방의 앞유리창에 투사시켜 전면 결상면, 하면 결상면 및 상면 결상면을 형성시키는 투사광학계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 통과시키도록 상기 전면 PGU는 투명 디스플레이를 포함하고,
    상기 하면 PGU 및 상기 상면 PGU는 상기 투사광학계의 광축에 대해 상하로 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 투사광학계는,
    상기 전면 이미지, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 반사하는 미러; 및
    상기 미러에서 반사된 상기 전면 이미지, 상기 하면 이미지 및 상기 상면 이미지를 굴절시켜 상기 앞유리창으로 투사시키는 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 미러는 오목거울인 것을 특징으로 하는, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전면 PGU의 평면, 상기 렌즈의 평면 및 상기 전면 결상면은 제1 샤임플러그 교차점에서 교차하고,
    상기 하면 PGU의 평면, 상기 렌즈의 평면 및 상기 하면 결상면은 제2 샤임플러그 교차점에서 교차하고,
    상기 하면 PGU의 평면, 상기 렌즈의 평면 및 상기 하면 결상면은 제3 샤임플러그 교차점에서 교차하며,
    상기 전면 결상면은 지면과 수직을 이루고, 상기 하면 결상면 및 상기 상면 결상면은 지면과 평행한 것을 특징으로 하는, 다중 레이어 증강현실 헤드업 디스플레이.
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