WO2018105835A1 - 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법 및 표시 장치 - Google Patents

차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법 및 표시 장치 Download PDF

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WO2018105835A1
WO2018105835A1 PCT/KR2017/006121 KR2017006121W WO2018105835A1 WO 2018105835 A1 WO2018105835 A1 WO 2018105835A1 KR 2017006121 W KR2017006121 W KR 2017006121W WO 2018105835 A1 WO2018105835 A1 WO 2018105835A1
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WO
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vehicle
distance
image
screen
range
Prior art date
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PCT/KR2017/006121
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English (en)
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최현락
권혁렬
권성택
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주식회사 크레모텍
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Definitions

  • the present invention relates to a head-up display (HUD), and more particularly, the head-up display display method for a vehicle that can display the head-up display that is optimal for the situation by varying the position of the virtual image according to the driving situation of the vehicle and It relates to a display device.
  • HUD head-up display
  • HUD head up display
  • the head-up display is a front display device designed to display driving information of the vehicle on the windshield of the vehicle.
  • the head-up display virtually displays the windshield glass in front of the windshield glass so that the driver can recognize various kinds of information such as speed, fuel level, temperature, and warning direction displayed on the cluster of the vehicle.
  • a device that provides a virtual image ie displays a virtual image.
  • the position at which a virtual image is displayed is fixed at a constant level in order to display a distortion-free HUD image, and the display position is manufactured so that the virtual image is displayed on the bonnet in front of the vehicle, that is, about 2 m from the driver's position. It was common to be.
  • the HUD image is located on the vehicle bonnet as described above, the HUD image is displayed at a position out of the driver's main focus field, and thus, the driver needs to change the focus in order to check the HUD image while driving. There was a disadvantage that user convenience is reduced.
  • the distance between the vehicles is often narrowed, and in particular, when the front vehicle or the obstacle is located within 7 meters, the front vehicle or the obstacle may overlap at the position where the virtual image is displayed.
  • the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to change the position of the HUD image, that is, the virtual image on the basis of the vehicle or obstacle situation located in front of the driver to the phenomenon that the virtual image overlaps the front vehicle or obstacle. It is to provide a vehicle head-up display display method and a display device that can be prevented.
  • a 'vehicle distance' a distance between two vehicles
  • the second step may be configured to change a distance between the windshield of the first vehicle and the screen (hereinafter, referred to as a “variable distance”) by moving the position of the screen.
  • the HUD image is obstructed by changing the variable distance (s) in accordance with the distance between the vehicle, thereby changing the position where the HUD image (that is, the virtual image) is formed. Overlap phenomenon can be prevented. Accordingly, the driver can recognize the driving information displayed on the HUD image at all times accurately and quickly in various driving situations.
  • the position of the virtual image according to the driving situation can be changed by using the speed detecting means installed in the vehicle, and the virtual image position according to the driving situation can be reduced while reducing the HUD installation cost. It is effective to implement variable functions.
  • FIG. 1 is a block diagram of a vehicle head-up display display device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a vehicle head-up display display device according to the present invention.
  • 3 is a view showing the relationship between the distance between the virtual distance and the object when the virtual image is formed in the concave lens.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a screen moving and virtual image position varying method according to a preferred embodiment of the present invention.
  • control unit 40 control unit
  • on or above means to be located above or below the target portion, and does not necessarily mean to be located above the gravity direction.
  • a portion such as an area, a plate, etc. is said “on or on top of” another part, it is not only in contact with or spaced apart from another part, but also in the middle of another part. It also includes cases where there is.
  • one component when one component is referred to as “connected” or “connected” with another component, the one component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular It is to be understood that, unless there is an opposite substrate, it may be connected or connected via another component in the middle.
  • the head-up display device for a vehicle according to the present invention includes a distance sensing means (not shown), an image output unit 10, a screen 20, a first mirror 30, a second mirror 35, and a controller 40. Include.
  • the distance detecting means is configured to recognize a distance between the driver vehicle on which the image output unit 10 is mounted and the front vehicle located in front of the driver vehicle (hereinafter, referred to as “vehicle distance”).
  • vehicle distance a distance between the driver vehicle on which the image output unit 10 is mounted and the front vehicle located in front of the driver vehicle.
  • vehicle distance a distance between the driver vehicle on which the image output unit 10 is mounted and the front vehicle located in front of the driver vehicle.
  • vehicle distance a distance between the driver vehicle on which the image output unit 10 is mounted and the front vehicle located in front of the driver vehicle
  • the distance sensing means may be configured as a distance sensor capable of measuring the distance between the vehicle, the distance sensor may be implemented using a range finder using a laser, image recognition using a camera or both. have.
  • the head-up display display device of the present invention may be configured to continuously measure the inter-vehicle distance in real time, or may be configured to measure every unit time (eg, several seconds) of a predetermined interval.
  • the distance sensor must continuously measure the distance between the bars so that the position of the virtual image intended by the present invention can be changed. In this case, the life of the distance sensor can be shortened quickly.
  • the present invention provides a distance sensing means using speed information of a vehicle as another embodiment.
  • the distance detecting means using the speed information of the vehicle may include means for detecting and recording the vehicle speed and the driving distance in real time when the vehicle is driven (hereinafter, referred to as a speed detector).
  • the controller 40 is configured to recognize the distance between vehicles using the vehicle speed grasped by the speed detector, and to change the position of the virtual image based on the vehicle distance.
  • a situation in which the speed of the vehicle is reduced to about 50 km / h or less may be a city driving situation in which traffic is congested, and in this case, the distance between the vehicles is reduced to about 3 m or less.
  • the distance between the vehicles increases and increases by more than 10 meters.
  • the controller 40 is configured to switch the position of the virtual image within the first distance to the second distance range based on the set reference speed.
  • the reference speed may be 50 km / h or less, which is a speed at which the inter-vehicle distance is reduced to about 3 m or less, and the range of the first distance to the second distance may be 7 m to 2.5 m.
  • controller 40 of the present invention is configured such that the position of the virtual image 60 is changed to any one of 7m, 3,5m and 2,5m according to the speed of the vehicle (that is, the distance between the vehicles).
  • the image output unit 10 of the present invention includes an image source (not shown) and a projection lens, and is an apparatus for projecting an image generated from the image source using a projection lens.
  • the image source includes a light source and an image generator. LED or laser can be used as the light source.
  • the image generator is a device for forming a HUD image formed on the windshield by using light emitted from a light source. Examples of the image generating unit include a liquid crystal (LCD) or a digital micro-mirror device (DMD).
  • the image output unit 10 implemented by using a liquid crystal is commonly referred to as a liquid crystal projector, and the image output unit 10 implemented using a digital micro-mirror device (DMD) is commonly referred to as a DLP projector.
  • a separate light source is not required. Examples of the image source using the self-luminous element include OLEDs and micro LEDs.
  • the projection lens 15 is an optical system for enlarging and projecting the HUD image generated by the image source onto the screen 20.
  • the screen 20 includes a transmissive film as a configuration in which the HUD image projected from the projection lens 15 is formed.
  • the first mirror 30 and the second mirror 35 of the present invention include a plane mirror and / or an aspherical mirror, the image output from the image output unit 10 is a first mirror After the path is changed by 30, the second mirror 35 is reflected again to form an image on the windshield so that the driver can view the HUD image. You don't have to use two mirrors. You can use as many mirrors as you need.
  • the control unit 40 of the present invention is configured to vary the position of the virtual image based on the distance between the vehicles perceived by the distance sensing means, and the change of the virtual image position is made by moving the position of the screen 20.
  • the image output unit 10 when the image output unit 10 is moved, the image is unstable, so the screen 20 is designed to move back and forth on the optical path in a state where the image output unit 10 is fixed. Therefore, in the present invention, a mechanism for changing the position of the screen 20 back and forth on the optical path of the image projected by the projection lens is required, and since such apparatus can be implemented in various structures including an LM guide method, a description thereof will be omitted. Shall be.
  • a method of adjusting the distance between the screen 20 and the first mirror 30 while fixing the distance between the image output unit 10 and the screen 20 may be applied. In the latter case, there is an advantage that the focused image is always imaged on the screen.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a vehicle head-up display display device according to the present invention.
  • an image generated by the image output unit 10 is formed on the screen 20, and the image formed on the screen 20 is the first mirror 30 and the second mirror 35.
  • the driver After being reflected from the windshield (reflected to the windshield (50), 50) enters the driver's eyes, the driver recognizes the virtual image 60, the image is floating at a certain distance beyond the windshield (50).
  • the wind shield 50 serves as a kind of concave mirror.
  • 3 is a view showing a relationship between the distance between the virtual image and the object when the virtual image 60 is formed in the concave lens. 3, the distance and the focus between the windshield 50, the virtual image 60, and the screen 20 follow the following equation (1).
  • s distance from the screen 20 to the windshield 50
  • s ' distance from the windshield 50 to the virtual image 60
  • f' head-up display display focus
  • Equation 1 since the focus f 'is fixed, it can be seen that as s increases (decreases), s' also increases (decreases). In other words, as the screen 20 moves away from the windshield 50, the position of the virtual image 60 moves away from the wind shield 50, and the screen 20 moves closer to the windshield 50, and the virtual image 60 moves closer to the windshield 50. ) Position is also close to the windshield (50).
  • the controller 40 is configured to control the position of the screen 20 according to the variation of the distance between vehicles.
  • the controller 40 controls the inter-vehicle. It is configured to change the distance between the windshield 50 of the first vehicle and the screen 20 (hereinafter referred to as 'variable distance s') by moving the position of the screen 20 based on the distance.
  • the controller 40 controls the variable distance s to correspond to the first variable distance when the recognized inter-vehicle distance is within the first range, and when the detected distance is within the second range smaller than the first range, the screen ( 20) is moved to the windshield 50 to control the variable distance s to correspond to the second variable distance smaller than the first variable distance.
  • the controller 40 further moves the screen 20 toward the windshield 50 so that the variable distance is smaller than the second variable distance. 3 Control to correspond to variable distance.
  • the inter-vehicle distance may be recognized using the speed information of the first vehicle, and in this case, the first range, the second range, and the third range may be speed ranges.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a screen moving and virtual image position varying method according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the head-up display display method is configured such that the screen 20 moves to at least three positions, such that the HUD image (ie, the virtual image 60) is at least three in front of the windshield 50.
  • the position is configured to be variable in intervals.
  • the screen 20 is spaced apart from the windshield 50 by a first variable distance from a first variable distance, by a second variable distance apart by a second variable distance, and by a third variable distance. It is controlled to be in any one of the third moving states.
  • the virtual image distance s ' is formed at the 7.5 m position, and when the screen 20 is in the second moving state, the virtual image distance s' is formed at the 3.5 m position. In the third moving state, the virtual image distance s' is formed at a position of about 2.5 m.
  • Table 1 below shows the screen distance, panning range, and screen size according to the virtual distance.
  • the focal length is 0.357mm
  • the screen distance means the distance from the projection lens 15 to the screen 20
  • the focal length is the distance from the projection lens 15 to the screen 20. Therefore, when the barrel of the projection lens 15 is moved to focus, the screen size is the size of an image formed on the screen 20 as the distance from the projection lens 15 to the screen 20 changes. Means to change.
  • variable distance s screen distance of Table 1
  • the position that is, the virtual image distance
  • the HUD image that is, the virtual image
  • the aforementioned head-up display display method may be implemented by the following time series method.
  • vehicle distance The distance between the first vehicle on which the head-up display display device including the image output unit, the screen, and the mirror is mounted, and the second vehicle located in front of the first vehicle (hereinafter, referred to as “vehicle distance”) is recognized.
  • the position of the screen is shifted based on the inter-vehicle distance in step 1 to change the distance between the windshield of the first vehicle and the screen (hereinafter referred to as 'variable distance').
  • step 2 can be embodied as follows. That is, when the difference between distances recognized through the first step is within the first range, the variable distance is controlled to correspond to the first variable distance.
  • variable distance recognized through step 1 is within a second range smaller than the first range, the variable distance corresponds to a second variable distance smaller than the first variable distance.
  • variable distance recognized through step 1 is within a third range smaller than the second range, the variable distance is controlled to correspond to a third variable distance smaller than the second variable distance.
  • the second range smaller than the first range is, for example, the first range is a 6 to 8 m distance range
  • the second range may be a range of 3 to 5.9 m smaller than the distance range of 6 to 8 m, for example.
  • the third range smaller than the second range is, for example, the second range is a distance range of 3 to 5.9 m
  • the third range may be, for example, a distance range of 1 to 2.9 m.
  • the inter-vehicle distance in step 1 may be recognized using speed information of the first vehicle, and the first range, the second range, and the third range may be configured as speed ranges.
  • the vehicle head-up display display device is characterized in that it is composed of a projector-type image output unit having a projection lens with an LED or a laser as a light source.
  • a conventional head-up display device for a vehicle generates an image using a liquid crystal display and generates the HUD image by displaying it on the windshield as it is.
  • the size of the HUD image displayed on the windshield was limited to the size of the LCD panel (about 5 inches).
  • the present invention can display a large HUD image of 20 inches or more by using a laser or LED as a light source and a projector output image output unit having a projection lens, by using the vehicle on the terrain appearing in front of the driver It is possible to provide display by matching driving information.
  • the direction indicator arrow indicating the right turn overlaps with the position on the actual road in front of the driver so that the driver can recognize the driving information more intuitively and quickly.

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Abstract

본 발명은 운전자 전방에 위치하는 차량 내지 장애물 상황에 근거하여 HUD 영상 즉, 허상의 위치를 가변함으로써, 허상이 앞차 내지 장애물에 겹치게 되는 현상을 방지할 수 있는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법 및 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법은, 영상출력부, 스크린 및 미러를 포함하는 헤드업 디스플레이 표시 장치가 탑재된 제1 차량과 상기 제1 차량의 전방에 위치하는 제2 차량 간의 거리(이하, '차간 거리'라 칭함)를 인식하는 제1 단계와, 상기 차간 거리에 근거하여 상기 스크린의 위치를 이동시키는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법 및 표시 장치
본 발명은 헤드업 디스플레이(HUD)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 주행 상황에 따라 허상의 위치를 가변하여 해당 상황에 최적인 헤드업 디스플레이를 표시 제공할 수 있는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법 및 표시 장치에 관한 것이다.
최근 전기전자장치의 발달과 더불어 차량 운전자에게 주행정보와 주변상황정보 등을 효율적으로 전달해주는 다양한 장치 내지 시스템들이 개발되고 있는데, 대표적인 예로 헤드업 디스플레이(Head Up Display;HUD)가 있다.
헤드업 디스플레이(HUD)는 차량의 운행 정보가 차량의 전면 유리에 표시되도록 설계된 전방 표시 장치이다. 즉, 헤드업 디스플레이는 자동차의 클러스터 (cluster)에 표시되던 속도, 연료량, 온도 및 경고방향과 같은 다양한 종류의 정보를 운전자가 윈드실드 글라스(windshield glass)에서 인식할 수 있도록 이 윈드실드 전방에 가상의 이미지(virtual image) 즉, 허상을 표시 제공하는 장치이다.
종래 헤드업 디스플레이 시스템은 왜곡없는 HUD 영상을 표시하기 위해 허상이 표시되는 위치가 일정하게 고정되어 있고, 그 표시 위치는 차량 전방의 본네트 상에 즉, 운전자 위치로부터 약 2m 전방에 허상이 표시되도록 제작되는 것이 일반적이었다.
그런데, 이와 같이 HUD 영상이 차량 본네트 상에 위치하게 되면, 운전자의 주된 초점시야에서 벗어난 위치에 HUD 영상이 표시되는 바, 운전자가 운전 중 HUD 영상을 확인하기 위해서는 초점 변경이 수반되어야 하고, 이로 인해 사용자 편의성이 저감되는 단점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 운전자의 시선이 머무는 지점에 HUD 영상을 표시해주는 기술(선행특허 1 참조)이 제안되었다. 이 기술은 운전자의 시선을 추적하여 운전자의 시선이 머무는 영역을 검출한 후, 이 검출 영역에 HUD 영상을 표시하도록 제어한다.
그런데, 차량이 고속도로가 아니라 시내 주행일 경우 차간 거리가 매우 좁게되는 경우가 빈번하고 특히 앞차 내지 장애물이 7m 이내에 위치하게 되면 허상이 표시되는 위치에 앞차 내지 장애물이 겹치는 현상이 발생할 수 있다.
결국, 운전자의 시선을 추적하는 방식에 따를 경우, 운전자의 초점시야 내에 HUD 영상을 표시하여 편의성을 향상시킬 수는 있으나, 운전자 전방에 표시되는 허상이 앞차 내지 장애물과 겹치게 되면, 운전자는 허상이 표시하는 운행 정보를 정확하고 신속하게 인지하기 어렵게 되는 또 다른 문제가 발생하게 된다.
[선행기술문헌] 한국공개특허 제10-2015-0094381호 (공개일: 2015.08.19)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 운전자 전방에 위치하는 차량 내지 장애물 상황에 근거하여 HUD 영상 즉, 허상의 위치를 가변함으로써 허상이 앞차 내지 장애물에 겹치게 되는 현상을 방지할 수 있는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법 및 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법은, 영상출력부, 스크린 및 미러를 포함하는 헤드업 디스플레이 표시 장치가 탑재된 제1 차량과 상기 제1 차량의 전방에 위치하는 제2 차량 간의 거리(이하, '차간 거리'라 칭함)를 인식하는 제1 단계와, 상기 차간 거리에 근거하여 상기 스크린의 위치를 이동시키는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 단계는, 상기 스크린의 위치를 이동시켜 제1 차량의 윈드실드와 스크린 간의 거리(이하, '가변 거리'라 칭함)를 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법 및 표시 장치에 의하면, 차간 거리에 따라 가변 거리(s)를 변화시키고, 이에 의해 HUD 영상(즉, 허상)이 형성되는 위치를 가변함으로써, HUD 영상이 장애물에 겹치는 현상을 방지할 수 있게 되었다. 이에 따라 운전자는 다양한 주행 상황에서 항시 HUD 영상이 표시하는 운행 정보를 정확하고 신속하게 인지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 별도의 거리 측정 센서를 추가로 설치하지 않고, 차량에 기탑재되어 있는 속도 검출 수단을 이용하여 주행 상황에 따른 허상 위치의 가변이 가능한 바, HUD 설치 비용을 절감하면서 주행 상황에 따른 허상 위치 가변 기능을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치의 개략도.
도 3은 오목렌즈에서 허상이 맺혀질 때 허상거리와 물체와의 거리에 대한 관계를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크린 이동 및 허상 위치 가변 방법을 나타낸 도면.
[부호의 설명]
10: 영상출력부
15: 투사렌즈
20: 스크린
30: 제1 미러
35: 제2 미러
40: 제어부
50: 윈드실드
60: 허상
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 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 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.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치의 블록 구성도이다. 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치는 거리감지 수단(미 도시), 영상출력부(10), 스크린(20), 제1 미러(30), 제2 미러(35) 및 제어부(40)를 포함한다.
거리감지 수단은 영상출력부(10)가 탑재된 운전자 차량과 상기 운전자 차량의 전방에 위치하는 앞차 간의 거리(이하, '차간 거리'라 칭함)를 인식하기 위한 구성이다. 참고로, 운전자 차량 전방에 위치하는 대상으로서 차량을 언급하였으나, 상기 차량은 구조물 내지 시설물 등의 장애물을 포함하는 의미로 정의될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
일 실시예에 따르면, 거리감지 수단은 차간 거리를 측정할 수 있는 거리 센서로 구성할 수 있고, 상기 거리 센서는 레이저를 이용한 거리 측정기 또는 카메라를 이용한 영상 인식을 이용하거나 양자를 모두 이용하여 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 헤드업 디스플레이 표시 장치는 차간 거리를 실시간으로 연속 측정하도록 구성되거나, 또는 소정 간격의 단위 시간(예컨대, 수 초 단위)마다 측정하도록 구성될 수 있다.
그런데, 어느 경우를 따르더라도, 거리 센서는 지속적으로 차간 거리를 측정해야 본 발명이 의도하는 허상 위치의 가변이 가능한 바, 상기 경우 거리 센서의 수명은 빠르게 단축될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또 다른 실시예로서 차량의 속도 정보를 이용한 거리감지 수단을 제시한다. 구체적으로, 차량의 속도 정보를 이용한 거리감지 수단은 차량의 주행시 실시간으로 차량속도 및 주행거리를 검출 및 기록하는 수단(이하, '속도 검출부'라 칭함)을 포함할 수 있다.
그리고, 제어부(40)는 이와 같은 속도 검출부에 의해 파악되는 차량 속도를 이용하여 차간 거리를 인지한 후, 이 차건 거리에 근거하여 허상의 위치를 가변하도록 구성된다.
예컨대, 차량의 속도가 약 50km/h 이하로 줄어들게 되는 상황은 교통이 혼잡한 시내 주행 상황일 수 있으며, 상기 경우 차간거리가 약 3m 이하로 줄어드는 상황이다. 마찬가지로 차량의 속도가 증가할수록 차간 거리는 증가하여서 10m 이상 늘어나게 된다.
따라서, 제어부(40)는 설정된 기준 속도에 근거하여 허상의 위치를 제1 거리 ~ 제2 거리 범위 내에서 전환하도록 구성된다. 예컨대, 기준 속도는 차간거리가 약 3m 이하로 줄어드는 속도인 50km/h 이하일 수 있고, 제1 거리 ~ 제2 거리의 범위는 7m ~ 2.5m 일 수 있다.
참고로, 본 발명의 제어부(40)는 차량의 속도(즉, 차간 거리)에 따라 허상(60)의 위치가 7m, 3,5m 및 2,5m 중 어느 하나로 가변되도록 구성하였다.
본 발명의 영상출력부(10)는 영상원(미도시) 및 투사렌즈를 포함하며 영상원에서 생성된 영상을 투사렌즈를 이용하여 프로젝션하는 장치이다. 영상원은 광원과 이미지 생성부로 구성된다. 광원으로는 LED 또는 레이저를 사용할 수 있다. 이미지 생성부는 광원으로부터 조사되는 광을 이용하여 윈드실드에 맺히는 HUD 영상을 형성하는 소자이다. 이미지 생성부로는 액정(LCD) 또는 DMD(Digital Micro-mirror Device) 등을 예로 들 수 있다. 액정을 이용하여 구현되는 영상출력부(10)는 통상 액정 프로젝터라 불리어지며, DMD(Digital Micro-mirror Device)를 이용하여 구현되는 영상출력부(10)는 통상 DLP 프로젝터라 불리어진다. 자발광 소자를 이용하여 영상원을 구현할 경우에는 별도 광원이 필요하지 않게 된다. 자발광 소자를 이용한 영상원으로는 OLED 및 마이크로 LED 등을 들 수 있다.
투사렌즈(15)는 영상원에 의해 생성된 HUD 영상을 확대하여 스크린(20)에 투사하기 위한 광학계이다.
스크린(20)은 투사렌즈(15)로부터 투사되는 HUD 영상이 결상되는 구성으로서 투과형 막을 포함한다.
본 발명의 제1 미러(30)와 제2 미러(35)는 평면 거울(Plane Mirror) 및/또는 비구면 거울(Aspherical Mirror)을 포함하고, 영상출력부(10)에서 출사되는 영상은 제1 미러(30)에 의해 경로가 변경된 후, 제2 미러(35)에 의해 다시 반사되어 윈드실드에 영상을 맺히게 하여 운전자가 HUD 영상을 볼 수 있도록 기능한다. 미러는 반드시 두 개를 사용할 필요가 없으며 필요에 따라 선택된 갯수로 구성하여 사용하면 된다.
본 발명의 제어부(40)는 거리감지 수단에 의해 인지되는 차간 거리에 근거하여 허상의 위치를 가변하도록 구성되고, 허상 위치의 가변은 스크린(20)의 위치를 이동시킴으로써 이루어지도록 구성된다. 실제 구현시에는 영상출력부(10)를 움직일 경우, 영상이 불안정하게 되므로 영상출력부(10)를 고정한 상태에서 스크린(20)을 광경로상에서 전후로 움직이게 설계하였다. 따라서 본 발명에서는 스크린(20)의 위치를 투사렌즈에서 투사되는 영상의 광경로상에서 전후로 변경시키기 위한 기구물을 필요로 하며, 이러한 기구물은 LM 가이드 방식 등을 포함한 다양한 구조로 구현 가능하므로 설명을 생략하기로 한다. 또는 영상출력부(10)와 스크린(20) 사이의 거리를 고정시킨 상태에서 스크린(20)과 제1미러(30) 사이의 거리를 조절하는 방식을 적용할 수도 있다. 후자의 경우에는 스크린에는 항상 포커싱된 이미지가 결상되는 이점이 있다.
이하에서는 제어부(40)에 의한 헤드업 디스플레이 표시 방법 즉, 허상 위치 가변 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치의 개략도이다. 도 2를 참조하면, HUD 영상은 영상출력부(10)에서 만들어지는 영상이 스크린(20)에 결상되고, 스크린(20)에 결상된 이미지가 제1 미러(30)와 제2 미러(35)에서 반사된 후 윈드실드(Windshild,50)에 반사되어서 운전자의 눈에 들어가게 되면 운전자는 윈드실드(50) 너머의 일정거리에 이미지가 떠 있는 허상(60)을 인식하게 된다.
즉, 윈드실드(50)는 일종의 오목거울로서 역할을 하게 된다. 도 3은 오목렌즈에서 허상(60)이 맺혀질 때 허상거리와 물체와의 거리에 대한 관계를 보여주는 도면이다. 도 3에 의해 윈드실드(50), 허상(60), 스크린(20) 간의 각 거리와 초점은 다음의 수학식 1을 따르게 된다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017006121-appb-I000001
수학식 1에서
s: 스크린(20)에서 윈드실드(50)까지의 거리, s': 윈드실드(50)에서 허상(60)까지의 거리, f': 헤드업 디스플레이 표시 장치 초점
을 표시한다.
수학식 1에 의하면, 초점(f')은 고정되어 있으므로 s가 증가(감소)하면 s'도 증가(감소)함을 알 수 있다. 환언하면, 스크린(20)이 윈드실드(50)에서 멀어질수록 허상(60)의 위치도 윈드실드(50)에서 멀어지고, 스크린(20)이 윈드실드(50)에 가까워질수록 허상(60)의 위치도 윈드실드(50)에 가까워지게 된다.
도 3과 수학식 1에 근거하여, 제어부(40)는 차간 거리의 변동에 따라 스크린(20)의 위치를 제어하도록 구성된다.
즉, 거리감지 수단을 통해, 헤드업 디스플레이 표시 장치가 탑재된 제1 차량과 제1 차량의 전방에 위치하는 제2 차량 간의 거리(즉, 차간 거리)가 인식되면, 제어부(40)는 이 차간 거리에 근거하여 스크린(20)의 위치를 이동시킴으로써 제1 차량의 윈드실드(50)와 스크린(20) 간의 거리(이하, '가변 거리(s)'라 칭함)를 변경하도록 구성된다.
그리고, 제어부(40)는 인식된 차간 거리가 제1 범위 내에 있을 경우, 상기 가변 거리(s)가 제1 가변거리에 해당하도록 제어하고, 제1 범위보다 작은 제2 범위 내에 있을 경우, 스크린(20)을 상기 윈드실드(50) 측으로 이동시켜 가변 거리(s)가 제1 가변거리보다 작은 제2 가변 거리에 해당하도록 제어한다.
그리고, 제어부(40)는 인식된 차간 거리가 상기 제2 범위보다 작은 제3 범위 내에 있을 경우, 스크린(20)을 윈드실드(50) 측으로 더 이동시켜 가변 거리가 상기 제2 가변거리보다 작은 제3 가변거리에 해당하도록 제어한다.
한편, 차간 거리는 상기 제1 차량의 속도 정보를 이용하여 인식될 수 있고, 상기 경우 제1 범위, 제2 범위 및 제3 범위는 속도 범위일 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크린 이동 및 허상 위치 가변 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 표시 방법은 스크린(20)이 적어도 3개의 위치로 이동하도록 구성되어, HUD 영상(즉, 허상(60))은 윈드실드(50) 전방에서 적어도 3개의 구간으로 그 위치가 가변되도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 스크린(20)은 윈드실드(50)로부터 제1 가변거리만큼 떨어져 있는 제1 이동상태와, 제2 가변거리만큼 떨어져 있는 제2 이동상태와, 제3 가변거리만큼 떨어져 있는 제3 이동상태 중 어느 하나의 이동상태에 있도록 제어된다. (여기서, 제1 가변거리 ＞ 제2 가변거리 ＞ 제3 가변거리)
그리고, 스크린(20)이 제1 이동상태에 있게 되면 7.5m 위치에 허상 거리(s')를 형성하게 되고, 제2 이동상태에 있게 되면 3.5m 위치에 허상 거리(s')를 형성하게 되며, 제3 이동상태에 있게 되면, 약 2.5m 위치에 허상 거리(s')를 형성하게 된다.
아래의 표 1은 허상 거리에 따른 스크린 거리, 초점이동구간, 스크린 사이즈를 타나낸 것이다.
허상 거리 스크린 거리 초점이동구간 스크린 사이즈
2.5m 10mm 5.410mm 2.26"
3.5m 88.506mm 5.570mm 2.28"
7.5m 77.163mm 5.767mm 1.96"
표 1에서, 초점이동거리는 0.357mm이고, 스크린 거리는 투사렌즈(15)에서 스크린(20)까지의 거리를 의미하고, 초점이동구간은 투사렌즈(15)에서 스크린(20)까지의 거리가 변함에 따라서 초점을 맞추기 위해서 투사렌즈(15)의 경통이 움직이는 양을 의미하면, 스크린 사이즈는 투사렌즈(15)에서 스크린(20)까지 도달하는 거리가 변함에 따라서 스크린(20)에 결상되는 영상의 사이즈가 변하는 것을 의미한다.
이와 같이, 차간 거리에 따라 가변 거리(s)(표 1의 스크린 거리)를 변화시키면, 이에 의해 HUD 영상(즉, 허상)이 형성되는 위치(즉, 허상 거리)가 가변되고, 이로써 주행 상황에 따라 HUD 영상이 장애물에 겹치는 현상을 방지할 수 있게 된다.
전술한 헤드업 디스플레이 표시 방법은 다음과 같은 시계열 방법에 의해 구현될 수 있다.
<단계 1>
영상출력부, 스크린 및 미러를 포함하는 헤드업 디스플레이 표시 장치가 탑재된 제1 차량과 상기 제1 차량의 전방에 위치하는 제2 차량 간의 거리(이하, '차간 거리'라 칭함)를 인식한다.
<단계 2>
단계 1의 차간 거리에 근거하여 스크린의 위치를 이동시켜 제1 차량의 윈드실드와 스크린 간의 거리(이하, '가변 거리'라 칭함)를 변경하도록 구성된다.
바람직한 실시예에 따르면 단계 2는 다음과 같이 구체화될 수 있다. 즉, 제1 단계를 통해 인식된 차간 거리가 제1 범위 내에 있을 경우, 상기 가변 거리가 제1 가변 거리에 해당하도록 제어한다.
만약, 단계 1을 통해 인식된 차간 거리가 상기 제1 범위보다 작은 제2 범위 내에 있을 경우, 상기 가변 거리가 상기 제1 가변 거리보다 작은 제2 가변 거리에 해당하도록 제어한다.
만약, 단계 1을 통해 인식된 차간 거리가 상기 제2 범위보다 작은 제3 범위 내에 있을 경우, 상기 가변 거리가 상기 제2 가변 거리보다 작은 제3 가변 거리에 해당하도록 제어한다.
참고로, 제1 범위보다 작은 제2 범위란 예컨대 제1 범위가 6 ~ 8m 거리 범위라면, 제2 범위는 예컨대 6 ~ 8m의 거리 범위보다 작은 3 ~ 5.9m의 거리 범위일 수 있다. 마찬가지로, 제2 범위보다 작은 제3 범위란 예컨대 제2 범위가 3 ~ 5.9m의 거리 범위라면, 제3 범위는 예컨대 1 ~ 2.9m의 거리 범위일 수 있다.
한편, 단계 1의 차간 거리는 제1 차량의 속도 정보를 이용하여 인식될 수 있고, 상기 제1 범위, 제2 범위 및 제3 범위는 속도 범위로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치는 LED 또는 레이저를 광원으로 갖고 투사렌즈를 구비하는 프로젝터 방식의 영상출력부로 구성되는 것을 특징으로 한다. 참고로, 종래 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치는 액정표시장치를 사용하여 영상을 생성한 후 이를 윈드실드에 그대로 표시 방식으로 HUD 영상을 생성하고 있다. 이로 인해 윈드실드에 표시되는 HUD 영상의 크기는 액정표시패널 사이즈(5인치 내외)로 제한되어 있었다.
반면, 본 발명의 경우 광원으로서 레이저 또는 LED를 사용하고 투사렌즈를 구비하는 프로젝터 방식의 영상출력부로 구성함으로써 20인치 이상의 대형 HUD 영상을 표시할 수 있으며, 이를 이용하여 운전자 전방에 나타나는 지형 상에 차량 주행 정보를 매칭시켜 표시 제공할 수 있게 된다.
예컨대, 내비게이션에 의해 안내되는 다음 주행 방향이 우회전일 경우, 운전자 전방의 실제 도로 상의 위치에 우회전을 알리는 방향표시 화살표 등이 오버랩되게 표시함으로써 운전자는 보다 직관적이고 신속하게 주행 정보를 인지할 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 영상출력부, 스크린 및 미러를 포함하는 헤드업 디스플레이 표시 장치가 탑재된 제1 차량과 상기 제1 차량의 전방에 위치하는 제2 차량 간의 거리(이하, '차간 거리'라 칭함)를 인식하는 제1 단계; 및
    상기 차간 거리에 근거하여 상기 스크린의 위치를 이동시키는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 상기 스크린의 위치를 이동시켜 상기 제1 차량의 윈드실드와 상기 스크린 간의 거리(이하, '가변 거리'라 칭함)를 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 단계를 통해 인식된 차간 거리가,
    제1 범위 내에 있을 경우, 상기 가변 거리가 제1 가변 거리에 해당하도록 제어하고,
    상기 제1 범위보다 작은 제2 범위 내에 있을 경우, 상기 가변 거리가 상기 제1 가변 거리보다 작은 제2 가변 거리에 해당하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 단계를 통해 인식된 차간 거리가,
    상기 제2 범위보다 작은 제3 범위 내에 있을 경우, 상기 가변 거리가 상기 제2 가변 거리보다 작은 제3 가변 거리에 해당하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단계의 차간 거리는, 상기 제1 차량의 속도 정보를 이용하여 인식되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 단계의 차간 거리는, 상기 제1 차량의 속도 정보를 이용하여 인식되고, 상기 제1 범위, 제2 범위 및 제3 범위는 속도 범위인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 차량은 차량 또는 장애물인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상출력부는 광원 및 이미지 생성부를 포함하는 영상원과 투사렌즈를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 광원은 LED 또는 레이저이며, 상기 이미지 생성부는 LCD 또는 DMD(Digital Micro-mirror Device)인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 방법.
  9. 영상원 및 투사렌즈를 포함하는 영상출력부;
    영상출력부로부터 출사되는 이미지가 결상되는 스크린;
    상기 스크린에 결상된 이미지를 윈드실드 측으로 반사하는 미러;
    운전자 차량(이하, '제1 차량'이라 함)과 상기 제1 차량의 전방에 위치하는 차량(이하, '제2 차량'이라 함) 간의 거리(이하, '차간 거리'라 칭함)를 인식하는 거리감지 수단; 및
    상기 차간 거리에 근거하여 상기 스크린의 위치를 이동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 스크린의 위치를 이동시켜 상기 윈드실드와 상기 스크린 간의 거리(이하, '가변 거리'라 칭함)를 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 스크린은 적어도 3개의 단계로 이동하도록 구성되어, 상기 이미지의 허상은 상기 윈드실드 전방에서 적어도 3개의 위치로 가변되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치.
  12. 제9 항 내지 제11 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상출력부는 광원 및 이미지 생성부를 포함하는 영상원과 투사렌즈를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 광원은 LED 또는 레이저이며, 상기 이미지 생성부는 LCD 또는 DMD(Digital Micro-mirror Device)인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 표시 장치.
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