WO2019039618A1 - 헤드업 디스플레이 장치 및 방법 - Google Patents

헤드업 디스플레이 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

헤드업 디스플레이 장치에 연관되며, 보다 구체적으로 조명부로부터 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 투사부; 및 운전자의 시야 높이에 대응하여 상의 위치를 조절하기 위해 상기 투사부의 위치를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

Description

헤드업 디스플레이 장치 및 방법
헤드업 디스플레이를 제공하는 장치 및 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 운전에 필요한 운전 정보 영상을 차량 등의 윈드실드에 허상을 표시하는 장치 및 방법에 연관된다.
항공기로부터 시작된 헤드업 디스플레이 장치를 차량에 적용하는 연구가 수년 전부터 활발하게 진행되고 있다. 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 차량의 현재 상태, 교통 상황, 길 안내, 주행 속도 등을 표시하여 제공할 수 있고, 나아가서는 차량에 관한 종합적인 정보를 표시하는 것도 가능하다.
근래에는 윈드실드를 통해 보여지는 실제 사물과 헤드업 디스플레이 장치를 이용한 허상의 융합을 통해 증강현실(Augmented Reality)을 구현하는 연구도 진행중이다. 그에 따라 차량 내에서 운전자에게 다양한 정보를 제시할 때, 차량이 진행하고 있는 속도 따라 상이 멀리 혹은 가까이 맺히도록 하는 조절이나, 운전자의 눈높이에 따른 허상의 높이 조절도 필요하다.
선행기술문헌
한국 공개특허 10-2017-0067923호 (공고일자 2017년06월19일)는 헤드업 디스플레이의 영상 위치 조절 방법을 제시한다. 반사 거울 등의 각도를 조절하여 영상 위치를 조절하는 내용에 관한 발명이다.
일실시예에 따르면 조명부로부터 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 투사부; 및 운전자의 시야 높이에 대응하여 상기 투사부의 위치를 이동해서 상의 위치를 조절하는 구동부를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 개시된다.
다른 일실시예에 따르면 상기 구동부는 상기 투사부를 상하 또는 좌우 방향으로 이동시키는 헤드업 디스플레이 장치도 개시된다.
또 다른 일실시예에 따르면 상기 운전자의 눈 위치를 감지하여 상기 시야 높이를 결정하는 센서부를 포함할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면 광원으로부터 빛이 입사되어 상기 투사부로 이미지 광을 전달하는 조명부를 더 포함하는 것도 가능하고, 각도가 고정되고 스크린에 투사되는 영상을 윈드실드로 반사시키는 비구면 반사 미러를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 장치도 가능하다.
일측에 따르면 투사부가 조명부로부터 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 단계; 및 구동부가 운전자의 시야 높이에 대응하여 상기 투사부의 위치를 이동해서 상의 위치를 조절하는 단계를 포함하는 헤드업 디스플레이 방법이 개시된다.
다른 일측에 따르면 상기 투사부의 위치를 이동시키는 단계는, 상기 투사부를 상하 또는 좌우 방향으로 이동시키는 헤드업 디스플레이 방법도 개시된다.
또 다른 일측에 따르면 센서부가 상기 운전자의 눈 위치를 감지하여 상기 시야 높이를 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 조명부가 광원으로부터 빛이 입사되어 상기 투사부로 이미지 광을 전달하는 단계를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법도 가능하다.
다른 일측에 따르면 비구면 반사 미러가 각도가 고정되고 스크린에 투사되는 영상을 윈드실드로 반사시키는 단계를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법이 개시된다.
일실시예에 따르면 상기 헤드업 디스플레이 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체도 가능하다.
도 1은 일실시예에 따른 제1 눈높이에 대응하는 높이에 영상을 전시하는 헤드업 디스플레이 장치를 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른 제2 눈높이에 대응하는 높이에 영상을 전시하는 헤드업 디스플레이 장치를 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 반사 미러의 각도 조절 없이 영상의 높이 조절이 가능한 헤드업 디스플레이 장치를 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 PGU(Picture Generation Unit) 및 구동부를 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른 PGU의 3차원 입체도이다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 제1 눈높이에 대응하는 높이에 영상을 전시하는 헤드업 디스플레이 장치를 도시한다.
헤드업 디스플레이 장치는 PGU(Picture Generation Unit, 110), 스크린(120) 및 비구면 반사 미러(130)로 구성될 수 있다. 헤드업 디스플레이가 구현되는 윈드실드(140)와 운전자가 보는 허상(150) 및 상기 운전자의 눈(160)이 도시된다.
PGU(110)에서 투사되는 이미지 광은 스크린(120)에 맺힌다. 보다 구체적으로 상기 PGA(110)는 조명부와 투사부로 구성될 수 있다. 광원에서 출광되는 빛을 받아 조명부가 이미지광을 투사부로 전달하고, 상기 투사부는 이미지 광을 스크린(120)으로 투사한다.
상기 스크린(120)에 맺힌 상은 비구면 반사 미러(130)에 의해 반사되어 윈드실드(140)로 입사되고, 운전자의 눈(160)과 반대 방향에 허상(150)이 맺힌다.
도 1에서 도시되는 높이(제1 눈높이)에 운전자의 눈이 있는 경우에는 헤드업 디스플레이가 만드는 허상이 적절한 위치에 생성된다. 그러나 경우에 따라서는 운전자마다 앉은키가 달라 눈의 높이가 상이할 수 있기 때문에 조절이 필요할 수 있다.
따라서 운전자의 눈 높이가 낮은 경우(제2 눈높이)에 상을 150 위치 보다 낮은 위치에 생성되도록 하는 방법이 도 2에서 도시된다.
도 2는 일실시예에 따른 제2 눈높이에 대응하는 높이에 영상을 전시하는 헤드업 디스플레이 장치를 도시한다.
제2 눈높이에 대응하는 높이에 영상을 전시하는 경우에도 제1 눈높이에 영상을 전시하는 경우와 마찬가지로 PGU(Picture Generation Unit, 210), 스크린(220) 및 비구면 반사 미러(230)로 구성될 수 있다. 헤드업 디스플레이가 구현되는 윈드실드(240)와 운전자가 보는 허상(250) 및 상기 운전자의 눈(260)이 도시된다.
운전자의 눈(260)이 제1 눈높이보다 낮게 위치하기 때문에 운전자가 바라보는 허상(250)의 높이도 도 1의 경우보다 낮게 위치한다.
상기 허상(250)의 위치를 조절하기 위해 일반적으로는 비구면 반사 미러(230)의 각도를 조절한다. 도 1의 비구면 반사 미러(130)보다 반사각을 크게 하는 경우에 더 낮은 위치에 허상(250)이 맺히도록 할 수 있다. 즉, 비구면 반사 미러(230)에 연결되는 구동모터(미도시)를 이용하여 상기 비구면 반사 미러(230)의 각도를 조절한다. 구동모터가 반사각을 크게하는 방향으로 상기 비구면 반사 미러(230)의 각도를 눕히면 스크린(220)에 맺히는 영상이 윈드실드(240)의 낮은 곳에 입사되고 허상(250)도 낮은 위치에 형성된다.
결과적으로 동일한 PGU(110, 210)를 사용하는 헤드업 디스플레이 장치에 있어서 PGU와 스크린(220)의 위치는 고정되어 있고 비구면 반사 미러(230)의 각도를 조절하여 상기 허상(250)의 높이를 조절할 수 있다.
다만 비구면 반사 미러(250)를 이용하여 허상의 높이를 조절하는 경우에, 차량의 윈드실드(240)도 비구면 형상이기 때문에 영상의 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서 영상의 왜곡이 없는 허상(250)의 높이 조절 방법을 도 3에서 설명한다.
도 3은 일실시예에 따른 반사 미러의 각도 조절 없이 영상의 높이 조절이 가능한 헤드업 디스플레이 장치를 도시한다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 이동 가능한 투사부를 포함한다. 즉, 헤드업 디스플레이 장치는, 이동 가능한 투사부를 포함하는 PGU(310), 스크린(320) 및 비구면 반사 미러(330)를 포함할 수 있다.
투사부에서 투사되는 이미지 광은 상기 스크린(320)에 맺히고, 비구면 반사 미러(330)에서 반사되어 윈드실드(340)에 입사된다. 운전자의 눈(360) 높이에 맞게 이동 가능한 허상(350)이 도시된다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 투사부의 위치를 상하로 이동하여 허상(350)의 위치를 상하로 조절한다. 투사부가 위쪽으로 이동하는 경우에 허상(350)도 위쪽으로 이동하고, 상기 투사부가 아래쪽으로 이동하는 경우에 상기 허상(350)도 아래쪽으로 이동한다. 이는 하나의 예시이며 상하뿐만 아니라 좌우로 이동하는 것도 가능하고, 상하 좌우 모두 이동하는 것도 가능하다.
도 3에서는 투사부의 위치에 따라 허상이 맺히는 두가지 경우를 도시한다. 운전자의 눈(360) 높이에 따라 눈 위치가 높은 경우(실선)와 낮은 경우(점선)을 도시한다. 눈 높이가 높은 경우에는 투사부가 위쪽에서 이미지 광을 스크린(320)에 투사하고, 상기 스크린의 높은 위치에 맺힌 영상은 상기 비구면 반사 미러(330)에서도 높은 위치에서 반사되며, 최종적으로 윈드실드(340)의 높은 위치로 입사되어 허상(350)도 높은 위치에 형성된다. 반면에 눈 높이가 낮은 경우에는 투사부가 아래쪽에서 이미지 광을 스크린에 투사하고, 상기 스크린의 낮은 위치에 맺힌 형상은 상기 비구면 반사 미러(330)에서도 낮은 위치에서 반사되며, 최종적으로 윈드실드(340)의 낮은 위치로 입사되어 허상(350)도 낮은 위치에 형성된다.
각 구간에서 빛의 진행은 눈의 위치에 따라 높이만 달라질 뿐 모두 평행하게 진행한다.
도 4는 일실시예에 따른 PGU(Picture Generation Unit) 및 구동부를 도시한다. 도 4에서는 제안되는 헤드업 디스플레이 장치를 구체적으로 설명한다. 상기 헤드업 디스플레이 장치는 PGU(410) 및 구동부(420)를 포함하며, 상기 PGU(410)는 조명부(411)와 투사부(412)로 구성될 수 있다.
조명부(411)는 광원으로부터 출광되는 빛을 전달받아 이미지 광을 투사부로 입사시킨다. 상기 투사부(412)는 위치가 가변적이며 구동부(420)에 의해 위치가 제어된다. 투사부(412)는 기본적으로 입사되는 이미지 광을 스크린에 투사한다. 스크린의 위치는 고정되어 있고, 구동부(420)가 상기 투사부(412)의 위치를 상하 또는 좌우로 이동하는 경우에 상기 스크린에 맺히는 상의 위치도 대응하여 변경된다.
구동부(420)는 운전자의 눈 높이에 대응하도록 투사부(412)의 위치를 조절한다. 상기 구동부(420)는 상기 운전자의 눈 높이에 대응하는 허상의 높이를 계산하는 센서부를 더 포함할 수 있다. 상기 구동부(420)는 운전자의 명령에 의해 투사부(412)의 위치를 조절하는 것도 가능하며, 상기 센서부에 의해 운전자의 눈 높이를 직접 센싱하고 자동으로 투사부(412)의 위치를 조절하는 방법도 가능하다.
투사부(412)의 위치를 조절함으로써 허상이 맺히는 높이를 조절하기 때문에, 비구면 반사 미러 및 스크린은 위치와 각도가 고정되어 있다. 따라서 윈드실드의 비구면 형상으로 인한 헤드업 디스플레이 영상의 왜곡도 발생하지 않는다.
도 5는 일실시예에 따른 PGU의 3차원 입체도이다.
도 5에서는 PGU(510) 입체도를 도시하여 투사부(512)의 이동을 보다 잘 표현하였다. 상기 PGU(510)는 앞서 설명한 대로 조명부(511)와 투사부(512)를 포함할 수 있다.
투사부(512)는 예시적으로 상하로 이동할 수 있으나, 이는 예시적일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 좌우 이동 및 대각선 이동도 가능하다. 도 5에서는 상기 투사부(512)가 대각선 방향으로 이동하는 경우를 도시한다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 투사부(512)의 위치를 이동함으로써 운전자의 눈에 들어오는 허상의 위치를 변경하기 때문에, 스크린에 투사되는 이미지 광의 넓이보다 스크린의 넓이가 더 넓을 수 있고, 일반적인 비구면 반사 미러의 각도를 이용하여 상의 위치를 이동시키는 경우보다 더 넓은 범위를 이동할 수 있다. 또한 투사부가 광경로 방향으로 이동하는 것은 아니기 때문에 상의 초점은 항상 일정하게 맺히게 된다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 조명부로부터 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 투사부; 및
    운전자의 시야 높이에 대응하여 상기 투사부의 위치를 이동해서 상의 위치를 조절하는 구동부
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 투사부를 상하 또는 좌우 방향으로 이동시키는 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 운전자의 눈 위치를 감지하여 상기 시야 높이를 결정하는 센서부
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    광원으로부터 빛이 입사되어 상기 투사부로 이미지 광을 전달하는 조명부
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    각도가 고정되고 스크린에 투사되는 영상을 윈드실드로 반사시키는 비구면 반사 미러
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 투사부가 조명부로부터 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 단계; 및
    구동부가 운전자의 시야 높이에 대응하여 상기 투사부의 위치를 이동해서 상의 위치를 조절하는 단계
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 투사부의 위치를 이동시키는 단계는,
    상기 투사부를 상하 또는 좌우 방향으로 이동시키는 헤드업 디스플레이 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    센서부가 상기 운전자의 눈 위치를 감지하여 상기 시야 높이를 결정하는 단계
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    조명부가 광원으로부터 빛이 입사되어 상기 투사부로 이미지 광을 전달하는 단계
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    비구면 반사 미러가 각도가 고정되고 스크린에 투사되는 영상을 윈드실드로 반사시키는 단계
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의
    헤드업 디스플레이 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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