KR940008685B1 - 차량용 허상 디스플레이 - Google Patents

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KR940008685B1
KR940008685B1 KR1019910018578A KR910018578A KR940008685B1 KR 940008685 B1 KR940008685 B1 KR 940008685B1 KR 1019910018578 A KR1019910018578 A KR 1019910018578A KR 910018578 A KR910018578 A KR 910018578A KR 940008685 B1 KR940008685 B1 KR 940008685B1
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지. 헤그 로널드
첸 마오-진
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휴우즈 에어크라프트 캄파니
완다 케이. 덴슨-로우
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Abstract

내용 없음.

Description

차량용 허상 디스플레이
제1도는 종래의 2 페이지 차량용 허상 디스플레이를 개략적으로 도시한 정단면도.
제2도는 제1도에 도시된 디스플레이의 영상 소오스들 중 한 영상 소오스에 의해 생성된 디스플레이를 개략적으로 도시한 도면.
제3도는 제1도에 도시된 디스플레이의 다른 영상 소오스에 의해 생성된 디스플레이를 개략적으로 도시한 도면.
제4도는 제1도의 허상 디스플레이를 이해하는데 도움이 되는 단일 렌즈 디스플레이 시스템을 도시한 정면도.
제5도는 제1도의 허상 디스플레이를 전개하여 허상 디스플레이를 이해하는데 도움이 되는 이중 렌즈 디스플레이 시스템을 도시한 정면도.
제6a도 및 제6b도는 제1도의 허상 디스플레이의 역배율 거울의 한 예를 도시한 측면도 및 정면도.
제7a도 및 제7b도는 제1도의 허상 디스플레이의 정배율 거울의 한 예를 도시한 측면도 및 정면도.
제8도는 본 발명의 허상 디스플레이의 축외 구조를 이해하는데 도움을 주는 축외 렌즈 시스템을 도시한 개략도.
제9도는 광학 소자의 축외부를 이용하는 공지된 축외 시스템을 이해하는데 도움을 주는 렌즈의 축외부를 이용하는 축내 렌즈 시스템을 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11,12 : 영상 소오스 13 : 조합기
15,17 : 거울 19 : 만곡형 보호창
CA : 중심축 OA1,OA2 : 광축
P1,P2 : 광축 점
본 발명은 일반적으로 허상 디스플레이에 관한 것으로, 좀 더 상세하게 설명하자면 다수의 상이한 디스플레이를 동일한 위치에 제공하는 차량 계기용 허상 디스플레이에 관한 것이다.
차량 계기는 통상적으로 조작자 정면, 예를 들어 조종 핸들의 정면에 배치된 종래의 계기 클러스터에 위치한 1차 계기를 포함한다. 무선 제어 상태 표시기, 환경 제어 상태 표시기, 트립 컴퓨터 제어 및 표시기, 정비 지시기 및 메시지 표시기를 포함하는 2차 계기는 통상 중앙 장착 판에 배치된다. 디스플레이 기술이 발달함에 따라, 2차 계기의 디스플레이는 진공 형광 디스플레이(VFD) 또는 음극선관(CRT)로 구현된다.
그러나 1차 및 2차 계기가 분리되어 있다는 것을 고러해 보면, 2차 계기를 읽기 위해서는 머리와 눈을 움직일 필요가 있기 때문에 잠재적인 위험성은 없더라도 최소한 성가실 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 차량 조작자 전방의 동일한 위치에 1차 및 2차 계기의 디스플레이를 제공하는 차량 계기 디스플레이를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 운전자 전방의 동일한 위치에 상이한 형태의 정보를 선택적으로 디스플레이할 수 있는 차량 계기 디스플레이를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적들은 제 1영상 조명을 제공하는 제 1영상 소오스, 제 2 영상 조명을 제공하는 제2영상 소오스, 조합기 영상 조명을 제공하기 위해 제1 및 제2영상 조명에 응답하는 조합기, 반사된 영상 조명을 발산시키기 위해 조합기 영상 조명에 응답하는 역배율 비구형 축회(off-axis) 거울, 및 차량 조작자에 의해 관찰가능한 영상 소오스의 허상을 생성하는 수렴 반사된 영상 조명을 제공하기 위해 발산 영상 조명에 응답하는 정배율 비구형 축외 거울을 포함하는 차량용 허상 디스플레이에 의해 달성된다. 예를 들면, 제1 및 제2영상 소오스는 소정의 시간에 1개의 영상 소오스만을 표시하도록 선택적으로 조명될수 있고, 또는 제1영상 소오스가 허상의 소정 성분을 제공하고 제2영상 소오스가 허상의 다른 성분을 제공하도록 선택적으로 조명될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 특징 및 장점에 대해서 상세하게 설명하고자 한다.
제1도를 참조하면, 본 발명에 다른 차량용 허상 디스플레이 시스템이 도시되어 있다. 허상 디스플레이는 예를 들어, 차량 조종열 위에 의치할 수 있고, 예를 들어 일반적으로 계기판이 통상적으로 점유하는 영역내의 조종 핸들의 정면에 위치할 수 있다.
이 디스플레이 시스템은 제1영상 소오스(11)과 제1영상 소오스(11)로부터 발생되는 영상 조명의 적어도 일부분을 반사시키기 위한 평면 조합기(13)을 포함한다. 제2영상 소오스(12)는 제2영상 조명의 적어도 일부분을 전달하는 평면 조합기(13)에 제2영상 조명을 제공한다. 반사된 제1영상 조명과 전달된 제2영상조명은 반사된 조명을 발산시키는 축외 볼록형 역배율 거울에 조사된다. 거울(15)는 직접 비칠 경우에 영상축소 현상이 일어나기 때문에 역배율의 특성이 있고, 거울에 입사된 평행 광선이 반사시에 발산되기 때문에 발사된 조명을 발산시키는 특성이 있다.
역배울 거울(15)로부터의 조명은 반사된 조명을 수렴시키는 축외 오목형 정배율 거울상에 입사된다. 거울(17)는 영상 확대 현상이 일어나기 때문에 정배율의 특성이 있고, 입사된 평행 광선이 반사시에 수렴하기 때문에 반사된 조명을 수립시키는 특성이 있다.
정배율 거울(17)에 의해 반사된 조명은 만곡형 보호창(19)를 통과하여 관찰자(운전자 또는 조작자)에게 전달된다. 디스플레이 시스템의 외부에서 관찰된 바와 같이, 만곡형 보호창(19)는, 좀 더 상세하게 설명하자면 관찰자가 볼수 있는 반사가 보호창 위에 위치한 어두운 광선 트랩의 반사에 제한받도록 구성되는 타원형 실린더의 오목 부분이다.
예를 들면, 제1영상 소오스(11)은 (a) 속도, 엔진 RPM, 오일 온도, 오일 압력 및 연료 레벨을 표시하는 일단의 전자 기계적 게이지 및 (b) 신호 변환, 하이 비임 및 비상 엔진 표시용의 표시기 광선을 포함한다. 제2도에는 제1영상 소오스에 의해 생성될 수 있는 디스플레이의 한 예가 개략적으로 도시되어 있다.
또 다른 예를 들면, 제2영상 소오스는 메시지, 정비 지시 및 환경 상태와 환경 설정 표시와 같은 영자 숫자 정보를 제공하기 위해 예를 들어, VFD 또는 액정 디스플레이(LCD)와 같은 대형 영자 숫자 디스플레이를 포함한다. 제3도에는 제2영상 소오스에 의해 생성될 수 있는 디스플레이의 한 예가 개략적으로 도시되어 있다.
조합기(13)은 예를 들어, 반은도금 거울 또는 유전성 색선별 거울을 포함한다. 특징한 예로서, 색선별 거울은 스펙트럼의 황색/오렌지색/적색 영역의 조명을 반사시키고 청색/녹색 영역의 조명을 전달시키도록 형성된다. 제1영상 소오스의 전자 기계적 게이지는 적당하게 여과된 백열 전구로 조명되고, 표시기 등은 적절한 광선을 색선별 거울에 의해 반사시킬 수 있도록 형성된다. VFD는 자체 발광되고 이의 출력은 색선별 거울에 의해 전달할 수 있는 적절한 스펙트럼 범위내에 있다.
동작시에, 제1 및 제2영상 소오스는 2 페이지 디스플레이를 제공하도록 독립적으로 표시될 수 있는데, 표시된 소오스는 조명되고, 다른 소오스는 조명되지 않는다. 각 디스플레이 부분은 각 영상 소오스로부터의 조명된 부분을 포함하는 허상을 생성하기 위해 선택적으로 조명될 수 있다. 예를 들면, 제1영상 소오스내의 속도계는 오직 조명된 제1영상 소오스 성분일 수 있고, 제2영상 소오스의 선택된 부분은 속도계의 허상 주위에 허상 성분을 생성시키도록 조명된다.
역배율 및 정배율의 거울(15 및 17)은 비구형, 비회전적으로 대칭인 반사면을 갖고 있고, 예를 들어 금속반사 코팅으로 코팅된 필수적인 비구면을 갖고 있는 주입 몰드 또는 캐스트 몰드 플라스틱 기판이다.
비구명 소자(15,17)은 비구면으로 변형되기 전에 각 반사면의 기부 반경에 의해 정해진 광축인 각각의 광축(OA1,OA2)를 포함한다. 광축은 각 표면의 비구면 변형 상태를 정하기 위하여 각 좌표 시스템의 원점으로서 이용되는 광축 점(P1,P2)를 통과한다. 다시 말하면, 광축 점(P1,P2) 및 이곳을 통과하는 축은 고정되어 있고 주위 영역은 비구면으로 변형된다.
역배율 거울(15)의 반사면에 있어서, 광축(OA1)은, 영상 소오스 중심을 영상 중심에 일치시키고 광축점(P1,P2)를 통과하는 광선에 의해 정해지는 중심축(CA)의 입사 부분과 반사 부분을 이등분 한다. 정배율 거울(17)의 반사면에 있어서, 광축(OA2)는 또한 중심축(CA)의 입사 부분과 반사 부분을 이등분 한다.
광축(OA1,OA2)에 관해서는, 중심축(CA)가 광축과 동일 선상에 있지 않기 때문에 비구면 소자는 축외부에 있고, 영상 소오스 및 영상은 소정의 반사층을 포함하는 비구면 소자의 광축상에는 존재하지 않는다.
중심축(CA)는 영상 조명에 의해 이동되는 광학로를 영상 소오스에서 차량 조작자의 눈까지 정하고, 상술한 비와 같이, 광학로는 허상의 유효 관찰 거리(즉, 조작자의 눈이 허상을 보기 의해 촛점이 맞추어지는 거리)보다 더 큰 거리를 포함한다.
종래 시스템이 원뿔형(예를 들면, 포물선형)의 구형 또는 비구형 단면의 축외 부분을 포함하는 거울을 사용하였지만, 이러한 시스템은 거울을 한정하는데 사용된 원뿔형 단면의 광축장에 영상 소오스를 배치시킨다. 이렇게 함으로써 소정의 회전형 대칭이 유지되어 제조가 용이하게 한다. 그러나, 이것은 거울면에 적용되는 구형도를 제한함으로써 이러한 광학 시스템의 성능을 제한한다. 본 발명에 따른 광학 시스템은 영상소오스를 축외부에 배치시켜, 영상 소오스로부터 비구면의 광축을 감결합시킴으로써 상기한 제한 요소를 제거하였다. 본 발명의 비구면 거울이 대칭적으로 회전하지 않아서, 전체 시각 성능을 증진시키는 소정의 형태를 취할 수 있다. 본 발명에 있어서의 이러한 추가된 설계 자유도는 종래 설계의 성능을 능가할 수 있다.
역배율 거울(15)는 소형 거울이고, 대형 정배율 거울(17)에 관련하여 상대적으도 단순한 광학 공식에 따라 배치되므로,[예를 들면, 카세그레인(Cassegrain) 망원경에서와 같이]영상 소오스(11,12)의 크기 또는 허상 범위(즉, 관찰자의 눈이 허상을 보도록 촛점이 맞추어지는 실제 거리)를 변화시키지 않고도 확대된 허상에 대한 적절한 확대 범위가 달성된다. 본 발명에 따르면, 허상 범위는 약 121.92 내지 365.76(cm)(4 내지 12피트) 내에 있는데, 이것은 운전자의 눈과 계기판의 직시 계기 사이의 거리보다 크다.
역배율 거울과 정배율 거울을 사용하면 비교가능한 파라메터를 갖는 단일 정배율 거울 시스템보다 소형인 광학 시스템 길이(즉, 영상 소오스와 정상 눈의 위치에 광학적으로 근접한 거울 사이의 거리)를 유지하면서 적절한 확대율, 허상 범위, 시야 및 광학 성능이 제공된다(즉, 왜곡성 및 불균형성이 감소된다). 다시 말하면, 소정의 확대율, 허상 범위, 시야 및 광학 성능에 있어서, 공지된 이중 거울 시스템은 비교가능한 단일 정배율 거울 시스템보다 전장이 짧은 짧은 시스템을 가지므로 광학 패키지가 작아진다.
이중 거울 시스템의 소형화는 시스템 길이를 상당히 증가시키지 않고서도 작동 촛점 거리를 증가시키는 역배율 및 정배율 거울의 역사진 전송 장치로 구현할 수 있다. 작동 촛점 거리는 널리 공지된 바와 같이, 영상 소오스에서 단일 렌즈 또는 거울이 사실상 동일한 파라메터를 갖는 단일 렌즈 또는 거울의 광학 시스템을 생성하도록 배치될 수 있는 위치에 배치되는 "제1의 주요면"까지의 거리이다. 이중 거울 시스템용의 제1의 주요면은 명목상 눈의 위치와 이에 광학적으로 근접한 거울 사이에 위치하고, 단일 정배율 거울 시스템용의 제1의 주요면은 거울에 위치한다. 다시 말하면, 이중 거울 시스템용의 제1의 주요면은 광학 소자들중 하나의 소자의 물리적 위치에 배치될 필요는 없다.
이중 거울 시스템보다 소형인 시스템 길이를 달성할 수 있는 요인은, 근본적으로 단일 렌즈 시스템 및 이중 거울 시스템을 전개하여 이해를 용이하게 하는 제4도 및 제5도에 각각 도시된 단일 및 이중 렌즈 시스템을 비교함으로써 좀 더 쉽게 이해될 수 있다. 적절한 광학 파라메터는 다음과 같다 :
범위(R) : 명목상 눈의 위치에서 허상까지의 거리.
눈의 부각(L) : 명목상 눈의 위치에서 제1렌즈면까지의 거리.
눈의둘레(Y) : 허상이 어떠한 비네팅(vignetting)이 없이도 관찰될 수 있는 경우에 명목상 눈의 위치 주위의 공간 직경.
시야(FOV) : 명목상 눈의 위치로부터 관찰된 허상의 실제각.
시스템 길이(Z) : 눈에 근접한 렌즈와 영상 소오스 사이의 거리.
후면 촛점(B) : 영상 소오스에서 이에 근접한 렌즈까지의 거리.
작동 촛점 거리(F) : 영상 소오스에서 광학 시스템의 제1주요면까지의 거리.
작동 직경(D) : 제 1 주요면의 직경.
작동 F-번호(F/#) : 작동 촛점 거리와 작동 직경과의 비율(즉. F/D).
영상 소오스의 크기(H) : 영상 소오스의 높이(수직면대에서).
허상의 크기(H') : 허상의 높이(수직면대에서).
각각의 단일 및 이중 렌즈 시스템의 광학 성능은 작동 F/#과 직접 관계된다(즉, 왜곡성 및 불균형성이 감소한다). 특히 작동 F/#이 감소될 때, 성능은 저하된다. 따라서, 소정의 성능 시방서에 있어서, 작동 F/#은 일반적으로 고정되어 있다. 또한, 광학 패키지를 최소화시키기 위해서 시스템 길이(Z)를 실질적으로 짧게하는 것이 바람직하다.
제4도에 도시된 단일 렌즈 시스템에 있어서, 작동 촛점 거리(F), 후면 촛점(B) 및 시스템 길이(Z)는 동일하다. 작동 직경(D)는 렌즈의 직경이다. 소정의 범위(R). 눈의 부각(L), 눈의 둘레 크기(Y) 및 시야(FOV)에 있어서, 작동 직경(D)는 다음과 같다:
D = 2L tan(FOV/2) +Y(1-L/R) (식 1)
또는
D = 2L tan(FOV/2) +Y,(R→∞) (식 2)
요구된 영상 소오스 크기(H)는 허상 크기(H')와 영상 소오스 크기(H)와의 비율이 영상 소오스 거리(렌즈에서 영상 소오스까지의 거리)에 대한 영상 거리(렌즈에서 영상까지의 거리)의 비율과 동일하다는 것을 이해함으로써 결성될 수 있다 :
H = [2R tan(FOV/2)F]/(R-L) (식 3)
또는
H = 2F tan(FOV/2),(R→∞) (식 4)
따라서, 특정한 FOV, 범위, 눈의 둘레 및 눈의 부각의 요건에 의해서, 작동 직경은 (식 1)에 의해 정해진다. 특징한 성능 요건에 대한 작동 F/#가 최소화되어 고정되기 때문에 작동 촛점 거리는 또한 고정되고[F=DF/#이기 때문에), 영상 소오스 크기는 (식 1)에 의해 정해진다·
영상 소오스의 크기가 상기 영상 소오스 크기와 일치하기 위해서 임의적일 경우에 단일 렌즈 시스템은 적절한 성능을 제공한다. 그래픽의 크기가 쉽게 변화되어 충분히 작게 될 수 있는 액정 디스플레이(LCD) 또는 VFD를 영상 소오스가 포함할 경우에 이러한 크기는 얻어질 수 있다. 그러나, 전자 기계적 게이지는 예를 들어, 직경이 약 2.54(cm)(1인치)인 소정 크기보다 더 작게 소형화될 수 없다. 아날로그 영상 소오스에대해 크기가 제한되면, 상기 식은 소정의 영상 소오스 크기로 시작하여 역으로 적용될 필요가 있다.
아날로그 게이지가 식에 의해 지시된 예정 영상 소오스 크기보다 크면, 작동 촛점 거리와 FOV는 일정한 작동 F/#에도 불구하고 증가한다. FOV가 일정하면, 작동 직경도 일정하고, 보다 큰 영상 소오스 크기를 사용하는 유일한 방법은 F/#을 증가시키는 것이다. 이것은 또한 작동 촛점 거리를 증가시킨다(FOV가 증가될 수 있는 경우보다는 좀 더 크다). 아날로그 게이지 영상 소오스가 LCD 또는 VFD 소오스와 같이 작아질 수 없기 때문에, 정확한 결과는 아날로그 게이지가 영상 소오스로서 사용되는 경우에 단일 렌즈 시스템에 대한 시스템) 길이가 증가된다는 것이다. 시스템 길이가 길면 길수록 박스(box)의 길이가 길어야하고, 전체적으로 광학 패키지 크기가 커진다.
이제, 제5도의 이중 렌즈 시스템을 고려해 보면, 이것은 전개된 형태의 종래의 이중 거울 시스템이고, 시스템 길이를 증가시키지 않고서도 작동 촛점 거리를 증가시키는 역 사진 전송 장치로서 기능한다. 요약하면, 범위는 단일 렌즈 시스템과 관련하여 무한대로 설정된다. 2개의 렌즈의 촛점 거리는 f1 및 f2이고, f1은 정배율 촛점 거리이고 f2는 역배율 촛점 거리이다. 2개의 렌즈 사이의 거리는 X이다. 따라서, 이러한 시스템의 작동 촛점 거리는 다음과 같다:
F=(f1)(f2)/(f1+f2-x) (식 5)
제5도에 도시된 바와 같이, 촛점 거리는 실제로 시스템 길이를 초과한다. f1 및 f2를 변화시킴으로써, 촛점 거리는 실질적으로 후면 촛점 및 시스템 길이에 무관하다. 명목상 눈의 위치에서 제1주요면까지의 거리 L1은 다음과 같다 :
L1 = L +X + B - F (식 6)
그리고, 작동 직경은 다음과 같다 :
D = 2L1 tan(FOV/2)+Y (식 7)
영상 소오스 크기(H)를 범위 R을 무한대로 하여 풀면, (식7)은 다음과 같이 줄어든다 :
H = 2F tan(FOV/2) (식 8)
이것은 (식 4)와 동일하다.
작동 F/# 및 시야(FOV)를 일정하게 유지하는 동안, 영상 소오스 크기가 변화되면, 작동 촛점 거리는(식 8)에 의해 설정되고. 작동 직경(D)는 작동 F/#에 의해 설정되며, L1은 (식 7)에 의해 설정된다. 그 다음에, (식 6)은 시스템 길이인 양(X+B)에 대해 풀 수 있다.
단일 렌즈 시스템과 이중 렌즈 시스템 사이의 차이의 한 예로서, 단일 및 이중 렌즈 시스템에 대한 광학파라메터는 다음의 시스템 시방서로 계산될 수 있다.
R → ∞
L = 24"[60.96(cm)]
Y = 2.5"[6.35(cm)]
FOV = 3°
적절한 성능에 있어서, 작동 F/#은 2.0 이상이다.
단일 렌즈 시스템에 대해 (식 2)를 사용하면, 작동 직경은 19.086(cm)(7.514인치)의 촛점 거리를 거리를 요구하는 9.543(cm)(3.757인치)인데(F/#=F/D로부터), 이것은 또한, 단일 렌즈 시스템에 있어서 시스템 길이가 작동 촛점 거리와 같기 때문에 시스템 길이다.(식 4)로부터 영상 소오스 크기는 1.000(cm)(0.394인치)이다.
이제, 영상 소오스 크기는 2.54(cm)(1인치)인 아날로그 게이지 패키지의 사용을 고려해 보자.(식 4)에서 FOV가 3°이면, 촛점 거리는 48.499(cm)(19.094인치)까지 증가한다. 이것은 시스템 길이가 150% 증가한 것이다. F/#이 5.082인 경우, 작동 직경은 9.543(cm)(3.757인치)로 유지된다.
48.499(cm)(19.094인치)의 시스템 길이가 허용되지 않은 경우, FOV는 변경되어 촛점 거리를 감소시킨다. (식 2)에서 촛점 거리(F)를 (D)(F/#)로 치환시키고 (식 2)에서의 D를 표현식으로 치한시킴으로써, 영상 소오스는 작동 F/# 및 FOV와 관련될 수 있다 :
H = [2F/# tan(FOV/2)][2L tan(FOV/2)+Y] (식 9)
상기 2차 방정식에서 FOV에 대해 풀면(그리고, 예에서 작동 F/#을 2.0으로 고정시켜 유지하면), 값 5.803이 제공된다. 이 값을 (식 4)에 대입하면 작동 촛점 거리는 25.057(cm)(9.865인치)이고 작동 직경은 12.682(cm)(4.933인치)로 얻어진다. 시스템 길이가 25.057(cm)(9.865인치)로 감소되더라도 [1.000(cm)(0.394인치)인 더 작은 영상 소오스 크기에 대한 최초 길이 19.086(cm)(7.514인치)보다 훨씬 클지라도, 작동 직경은 9.543(cm)(3.757인치)에서 12.682(cm)(4.933인치)로 증가된다(31% 증가). 따라서, 새로운 FOV를 갖는 경우에도, 시스템의 전체 크기는 증가된다.
이중 렌즈 방법이 이제 2.54(cm)(1인치)의 영상 소오스 크기에 대해 분석될 것이다. (식 8)에서, 작동촛점 거리는 3°의 FOV에 대해 48.499(cm)(19.094인치)이다. 2개의 렌즈들 사이의 거리(X)를 7.62(cm)(3인치)를 설정하고 시스템 길이를 19.086(cm)(7.514인치)로 설정하면 [특징한 눈의 부각(L), 눈의 둘레(Y)및 시야 FOV에 대해 최단 단일 렌즈의 거리를 가능한 가장 짧게 설계하면], 후면 촛점은 11.466(cm)(4.514인치)가 된다. (식 6)에서, L1은 31.547(cm)(12.42인치)이다. 각 렌즈의 촛점 거리는 서로 관련하여 변화하지만, (식 5)로부터의 해는, f1은 19.223(cm)(7.568인치)이고 f2는 -19.223(cm)(-19.223인치)로 된다. f1의 크기가 9.543(cm)(3.757인치)인 단일 렌즈 시스템의 동작 직경과 같기 때문에, f1의 F/#은 2.014 이다.
상술한 비교로부터, 광학적 시방서의 범위(FOV) 등과 함께 특정한 영상 소오스 크기에 대해서, 이중 렌즈 시스템은 더 작은 영상 소오스 크기를 갖는 단일 렌즈 시스템과 비교가능한 시스템 길이를 제공한다는 것을 알 수 있다. 또한, 이중 렌즈 시스템내의 개별 렌즈의 작동 F/#이 빠르지 않기 때문에, 최적화시키기 위한 2개의 렌즈가 있기 때문에 광학 성능이 단일 렌즈 방법보다 양호해진다.
이중 거울 가상 디스플레이 시스템의 구현에 관해서는, 이중 렌즈 시스템의 상기 분석은 제1차 설계를 완성시키기 위해서 사용될 수 있는데, 이것은 제1차 설계의 구형 거울 버전(version)에 광학 설계 컴퓨터 프로그램을 사용함으로써 수행된다. 컴퓨터 프로그램에 있어서, 명목상 구면은 눈의 둘레에서 관찰될 때 왜곡성을 최소화시키는 바람직한 기준에 일치시키기 위해서 변형된다. 눈의 둘레와 허상이 2개의 거울의 개별축과 관련하여 축외부에 있기 때문에, 구면의 방정식은 눈과 허상을 연결시키는 축으로부터 독립적으로 조정될 수 있다. 이것은 설계 공정시에 더 많은 자유성을 제공하고 광학적 수차 및 왜곡성을 교정하여 준다. 이러한 왜곡성은 최종 설계시에 결함이 있는 수직 불균형 및 확대율 변화를 발생시킬 수 있다.
이제, 제6a,6b,7a 및 7b도를 참조하면, 본 발명에 따른 이중 거울 허상 디스플레이에 대한 역배율 및 정배율 거울의 비구형 반사면이 도시되어 있는데, 이 면은 비구형으로 변형되어 왜곡성을 감소시킨다. 이들 도면에서 도시된 거울의 치수는 (cm)로 나타낸다.
예시적인 역배율 거울의 비구면은 제6a도 및 제6b도에 도시된 좌표계와 관련된 다음의 표면식을 만족시킨다 :
여기에서, C1과 F(X,Y)1는 다음과 같다 :
[표 1]
그리고, S(X,Y)는
S(X,Y) = R +(R2- X2-Y2)1/2
이고, R = -30.0307이다.
역배율 거울의 비구면을 따라 분포되어 있는 표본 점에 대한 데이타(cm로 표시)를 나타내는 표는 다음과 같다 :
[표 2]
상기 역배율 거울에 이용되는 정배율 거울의 비구면은 제7a도 및 제7b도에 도시된 좌표계에 관련된 다음의 표면식을 만족시킨다 :
여기에서, C1와 F(X,Y)는 다음과 같다 :
그리고, S(X,Y)는
S(X,Y) = R +(R2- X2-Y2)1/2
이고, R = -35.9847이다.
정배율 거울의 비구면을 따라 분포되어 있는 표본 점에 대한 테이타(cm로 표시)를 나타내는 표는 다음과 같다 :
상기 거울면은 다음의 파라메터를 갖는 디스플레이 시스템에 사용될 수 있다 :
범위(R) : 203.20(cm)
눈의 부각(L) : 60.96(cm)
후면 촛점(B) : 14.48(cm)
시스템 길이(Z) : 22.86(cm)
영상 소오스 크기 : 3.16(Cm) ×5
허상 크기 : 203.20(cm) 범위에서 4°×16°
상술한 비구형 소자의 광축(OA1,OA2)는 비구형 변형의 각 표면을 정하는데 사용된 각 좌표계의 각 Z축을 따라 존재하고, 비구형 소자를 포함하는 디스플레이 시스템의 중심축(CA)는 이 좌표계의 원점을 통과하며, 이 원점은 광축 점(P1,P2)에 대응한다.
제8도를 참조하면, 본 발명과 관련하여 "축외부"를 사용하는 간단한 축외부 렌즈 시스템이 도시되어 있다. 물체의 중심과 영상의 중심을 연결시키는 중심축(CA)는 렌즈의 광축(OA)와 일치하지 않고, 따라서 중심축은 "축외부"이기 때문에 물체와 영상은 축외부이다. 본 발명에 있어서, 축외부 구성은, 상술한 바와같이 왜곡된 비구형 소자의 광축과 관련하여 초기에 설정됨으로써 적절한 비구면을 실현시킨다.
제9도를 참조하면, 광학 소자의 광축과 관련하여 촉외부에 배치된 광학 소자의 일부분을 사용하는 공지된 축내부(on-axis) 시스템을 나타내는 간단한 렌즈 시스템이 도시되어 있고, 이 경우에 있어서 이러한 광축은 광학 소자의 기본 반지름에 의해 정해진다. 광학 소자의 축외부가 사용되는 반면, 물체의 중심과 영상의 중심을 연결시키는 중심축은 광축(OA)와 일치하고, 따라서 "축내부"이기 때문에 물체와 영상은 축내부이다(즉, 물체와 영상은 광축상에 존재한다).
상술한 것으로부터, 전자 기계적 아날로그 게이지에 사용하는 광학 소자 구조의 결과로서, 영자 숫자 디스플레이를 포함하는 제2영상 소오스는 단일 거울 시스템에 사용되는 것보다 더 클 수 있고, 그래픽으로 좀더 상세하게 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 예를 들어 분할된 그래픽 디스플레이를 포함하고 상이한 형태의 영상 소오스가 사용될 수 있고, 2개의 영상 소오스가 동일한 형태일 수 있으며, 예를 들어 2개의 영상 소오스가 전자 기계, 영자 숫자 또는 분할된 그래픽 디스플레이일 수 있다.
상술한 바와 같이, 동일 위치에서 다른 시간에 다른 차량 계기 정보를 효과적으로 표시할 수 있는 소형 허상 디스플레이 시스템은 계기에 필요한 계기판 공간의 면적을 감소시키고, 또한 계기를 관찰하는데 있어서 좀 더 용이하게 한다. 더욱이, 확대가능함으로써 대형 직시 버전보다 덜비산 소형 영자 숫자의 영상 소오스를 관찰할 수 있다.
본 발명이 특징한 실시예를 설명하고 도시하였지만, 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 다양한 변형, 수정이 가능하다.

Claims (10)

  1. 차량용 허상 디스플레이에 있어서, 제1영상 조명을 제공하는 제1영상 소오스, 제2영상 조명을 제공하는 제2영상 소오스, 조합기 영상 조명을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2영상 조명에 응답하는 조합기, 발산 영상 조명을 제공하기 위해 상기 조합기 영상 조명에 응답하는 역배율 비구형 축외부 광학 수단 및 차량 조작자에 의해 관찰가능한 상기 제 1영상 소오스 및 상기 제 2 영상 소오스의 허상을 생성하는 수렴영상 조명을 제공하기 위해 상기 발상 영상 조명에 응답하는 정배율 비구형 축의부 광학 수단을 포함하고, 상기 비구형 광학 수단이 축의부가 되어 상기 영상 소오스 및 상기 허상 비구형 소자의 광축상에 존재하지 않으며, 이들 축외부 구성에 의해 생성된 왜곡을 포함하는 왜곡성을 감소시키기 위해서 비구형으로 변형되는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제 2 영상 소오스 중 한 소오스가 다수의 전자 기계적 차량용 계기 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2영상 소오스 중 다른 소오스가 영자 숫자 디스플레이를 포함하는것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조합기가 상기 제1영상 조명을 반사시키고 상기 제2영상 조명을 전달시키는 부분 반사 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조합기가 상기 제1영상 조명을 반사시키고 상기 제 2 영상 조명을 전달시키는 색선별 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  6. 제 1영상 조명을 제공하는 제 1영상 소오스, 제 2 영상 조명을 제공하는 제 2 영상 소오스, 조합기 영상 조명을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2영상 조명을 조합시키는 조합기, 발산 영상 조명올 제공하기 위해 상기 조합기 영상 조명에 응답하는 역배율 비구형 축외부 거울 및 차량 조작자에 의해 관찰가능한 상기 제1 및 제2영상 소오스의 허상을 생성하는 수립 영상 조명을 제공하기 위해 상기 발산 영상 조명에 응답하는 정배율 비구형 거울을 포함하고, 상기 비구형 거울이 축외부가 되어 상기 영상 소오스 및 상기 허상이 비구형 소자의 광축상에 존재하지 않으며, 이들 축외부 구성에 의해 생성된 왜곡을 포함하는 왜곡성을 감소시키기 위해 비구형으로 변형되는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1영상 소오스가 다수의 전자 기계적 차량용 계기 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2영상 소오스가 영자 숫자 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  9. 제6항에 있어서, 상기 조합기가 상기 제1영상 조명을 반사시키고 상기 제2영상 조명을 전달시키는 부분 반사 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
  10. 제6항에 있어서, 상기 조합기가 상기 제1영상 조명을 반사시키고 상기 제2영상 조명을 전달시키는 색선별 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 디스플레이.
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