WO2019039619A1 - 헤드업 디스플레이 장치 및 방법 - Google Patents

헤드업 디스플레이 장치 및 방법 Download PDF

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WO2019039619A1
WO2019039619A1 PCT/KR2017/009112 KR2017009112W WO2019039619A1 WO 2019039619 A1 WO2019039619 A1 WO 2019039619A1 KR 2017009112 W KR2017009112 W KR 2017009112W WO 2019039619 A1 WO2019039619 A1 WO 2019039619A1
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WO
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optical system
image
screen
projection optical
distance
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/009112
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English (en)
French (fr)
Inventor
석창준
홍승기
김동근
윤진상
Original Assignee
주식회사 세코닉스
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for providing a head-up display, and more particularly to an apparatus and method for displaying a virtual image on a windshield of a vehicle or the like with an operation information image necessary for operation.
  • the head-up display device for a vehicle can display and present the current state of the vehicle, traffic conditions, guidance, driving speed, and the like, and can also display comprehensive information about the vehicle.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-150947 proposes a head-up display device. And a movable mechanism for varying the position of the screen.
  • a projection optical system for projecting an image onto a screen through which image light is incident; And a moving unit that moves the distance to the reflecting mirror of the projection optical system and the screen while keeping the size of the image unchanged.
  • a head-up display device for moving the projection optical system in accordance with a moving distance and a moving direction of the screen is also disclosed.
  • the projection optical system includes a diaphragm for adjusting an amount of image light; And a plurality of lenses for adjusting the focus and size of the image.
  • a light path changing unit for changing the direction of light incident from the illumination optical system and making the image light enter the projection optical system.
  • a head-up display apparatus including an illumination optical system that filters light emitted from a light source by a dichroic filter and enters the light path changing unit.
  • the projection optical system projects an image onto a screen by inputting image light; And moving the distance to the reflective mirror of the projection optics and the screen while the moving part does not change the size of the image.
  • a head-up display method in which the projection optical system is moved in correspondence with the moving distance and the moving direction of the screen.
  • projecting an image onto the screen comprises the steps of adjusting the amount of image light by the aperture; And adjusting a focus and a size of the image by the plurality of lenses.
  • a head-up display method including the step of changing the direction of light incident from the illumination optical system and causing the image light to enter the projection optical system.
  • a head-up display method including the step of filtering light emitted from a light source of an illumination optical system by a dichroic filter and entering the light path conversion unit.
  • a computer-readable recording medium storing a program for performing the head-up display method is also presented.
  • FIG. 1 illustrates a windshield in which a head-up display according to one embodiment is operating.
  • FIG. 2 illustrates another windshield in which a head-up display is operating in accordance with one embodiment.
  • Figure 3 shows an interior view of a vehicle with a head-up display device according to one embodiment.
  • FIG. 4 illustrates a method of adjusting the distance of an image on a screen without changing the size projected onto a screen according to an embodiment.
  • Fig. 5 shows a partial configuration of a head-up display device according to an embodiment.
  • FIG. 6 shows an overall configuration of a head-up display device according to an embodiment.
  • the head-up display device can display information of the vehicle itself and driving-related information.
  • the information of the vehicle itself may be information on the temperature of the engine, the remaining amount of fuel, the abnormality of the vehicle, and the like.
  • the driving-related information may be, for example, information on the speed of the vehicle, the position of the vehicle in the lane, the driving lane, the expected path, the distance to the direction change, the distance to the preceding vehicle,
  • the image of the head-up display should be close. Because the distance from the front car is close, a virtual image should be formed close to the windshield. Conversely, if the vehicle speed is high, the image of the head-up display must be far away. Because the distance from the front car is far, a virtual image must be formed far from the windshield.
  • FIG. 1 illustrates a windshield in which a head-up display according to one embodiment is operating. More specifically, when the speed of the vehicle is slow, the image is formed close to the vehicle.
  • the head-up display screen 100 shows the position in the lane of the vehicle, the speed of the vehicle, navigation, and the like.
  • FIG. 2 illustrates another windshield in which a head-up display is operating in accordance with one embodiment. More specifically, FIG. 2 shows a situation in which the image is far away from the windshield when the vehicle is fast or slow.
  • the proposed head-up display device always provides a constant size image irrespective of the distance that the image forms from the windshield. That is, even if the image is formed away from the windshield in Fig. 2, the same image as the image size in Fig. 1 is formed.
  • FIG. 3 shows an interior view of a vehicle with a head-up display device according to one embodiment.
  • the head-up display device 310 may include a screen 310 and a reflective mirror 330.
  • the image formed on the screen 310 is reflected by the reflection mirror 330 and is formed on the windshield of the vehicle.
  • the traveling path, the speed of the vehicle, and the like can be displayed on the image 340 formed on the windshield.
  • the head-up display device 310 may be located on a dashboard of the vehicle.
  • the position of the virtual image 340 can be adjusted by adjusting the distance of the screen 320 with respect to the reflection mirror 330.
  • the proposed head-up display device does not change the size of the virtual image 340 formed on the windshield even if the distance between the reflection mirror 330 and the screen 320 is changed. Since the size of the virtual image does not change, there is no change in luminance.
  • the head up display method proposed in the present invention to prevent the size of the virtual image 340 from changing even if the distance between the reflection mirror 330 and the screen 320 is changed will be described with reference to FIG.
  • the size and brightness of the image are different. Specifically, when the distance between the screen and the reflective mirror approaches, the virtual image is formed near the windshield, the size of the image becomes smaller, and the luminance becomes larger. On the contrary, when the distance between the screen and the reflecting mirror is distant, the virtual image is far away from the windshield, the size of the image becomes larger, and the luminance becomes smaller.
  • Another way to adjust the distance on the head-up display device is to move the entire head-up display device. Specifically, if the entire head-up display device is moved in a desired direction, the distance of the virtual image can be adjusted without changing the size of the image projected on the screen. However, it is difficult to move the entire head-up display device and many members are required for movement.
  • FIG. 4 illustrates a method of adjusting the distance of the virtual image of the windshield without changing the size of the image projected onto the screen according to an embodiment.
  • the proposed head-up display device may include a projection optical system 410, a screen 420, and a moving member (not shown).
  • the distances D1 and D2 between the reflection mirror and the screen 420 must be adjusted.
  • D1 the distance between the reflecting mirror and the screen
  • D2 the distance between the windshield and the virtual image plane is close to one another.
  • D2 the distance between the reflection mirror and the screen is long.
  • the size (400) of the screen projected on the screen is kept constant regardless of the distance between the reflection mirror and the screen. Since the size 400 of the screen remains constant, there is no change in luminance. However, as the distance between the reflecting mirror and the screen is changed, a change in the distance that the virtual image is formed on the windshield occurs.
  • a moving unit moves the projection optical system and the screen in the same direction and adjusts the distance between the plurality of lenses constituting the projection optical system so that the size of the image light projected by the projection optical system does not change.
  • the moving unit moves the plurality of lenses 411 and the screen 420 so that the image light transmitted from the optical path changing unit (not shown) is formed in the same size.
  • the moving unit adjusts the position of the plurality of lenses 411 such that the image is focused on the screen 420 and the size of the image formed on the screen is constant.
  • the size 400 of the image projected on the screen is constantly adjusted by adjusting the position of the screen 420 and the projection optical system 410 .
  • Fig. 5 shows a partial configuration for explaining the principle of the head-up display apparatus according to one embodiment.
  • the proposed head-up display device may be composed of a projection optical system 510, a screen 520, and a moving unit (not shown). Depending on the distance (D) between the reflecting mirror and the screen, the distance of the image formed on the windshield varies. The distance of the image formed on the windshield is changed in proportion to the distance (D) between the reflecting mirror and the screen.
  • the moving unit moves the projection optical system 510 and the screen 520 by a specified distance in a designated direction.
  • the moving unit moves the projection optical system 510 in accordance with the moving distance and moving direction of the screen 520.
  • the moving unit can move the projection optical system 510 and the screen 520 in the same direction and move the projection optical system 510 by the moving distance of the screen 530.
  • the positions of the projection optical system 510 and the screen 530 are changed, the positions of a plurality of lenses and diaphragms existing in the projection optical system 510 can be adjusted.
  • the moving unit can adjust the position of the plurality of lenses so that the size of the image that is finally projected onto the screen 530 through the plurality of lenses of the image light incident on the projection optical system does not change.
  • the screen 530 can be adjusted to focus without changing the size of the screen.
  • FIG. 6 shows an overall configuration of a head-up display device according to an embodiment.
  • the suggested head-up display device may include a moving unit (not shown) and a projection optical system 610, and may further include a screen 620 and other members 630 as the case may be.
  • the projection optical system 610 may include a diaphragm and a plurality of lenses 611.
  • the other member 630 may include an illumination optical system including a plurality of LED light sources and a dichroic filter, and a light path conversion unit.
  • the illumination optical system may further include a fly-eye lens and a relay lens, and the optical path changing unit may include a relay lens and a prism.
  • the above-described configuration is merely exemplary, and the present invention is not limited thereto, and may include other configurations or some configurations may not be present.
  • Light from a plurality of LED light sources is incident on a light path conversion unit through a dichroic filter and a plurality of lenses.
  • the light path conversion unit converts the incident light into image light and transmits the light to the projection optical system.
  • a DMD Digital Micromirror Device
  • the image light passes through a diaphragm constituting the projection optical system 610 and a plurality of lenses 611 and is projected onto the screen 620.
  • the size 600 of the screen projected on the screen 620 is kept constant even if the distance D between the screen and the reflective mirror changes and there is no change in brightness since the size of the screen 600 is constant.
  • a moving unit (not shown) appropriately adjusts the distance between the screen 620 and the projection optical system 620,
  • the position of the projection optical system can be adjusted so as to correspond to the moving direction and the moving distance of the screen 620.
  • the plurality of lenses in the projection optical system are adjusted in position by the moving unit so that the image light incident from the optical path changing unit is projected on the screen without changing the size.
  • the apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components.
  • the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software.
  • the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG.
  • the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller.
  • Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded.
  • the software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave.
  • the software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner.
  • the software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
  • the method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination.
  • the program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software.
  • Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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Abstract

헤드업 디스플레이 장치 및 방법에 연관되며, 제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 투사광학계; 및 상기 영상의 크기가 변하지 않도록 하면서, 상기 투사광학계 및 스크린의 반사 미러에 대한 거리를 이동시키는 이동부를 포함한다.

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
일본 공개특허 2009-150947호 (공고일자 2009년07월09일)는 헤드업 디스플레이 장치를 제시한다. 스크린의 위치를 가변으로 하는 가동기구를 갖추고 있는 헤드업 디스플레이에 관한 발명이다.
일실시예에 따르면 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 투사광학계; 및 상기 영상의 크기가 변하지 않도록 하면서, 상기 투사광학계 및 스크린의 반사 미러에 대한 거리를 이동시키는 이동부를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 개시된다.
다른 일실시예에 따르면 상기 이동부는, 상기 투사광학계를 상기 스크린의 이동 거리 및 이동 방향에 대응하여 이동시키는 헤드업 디스플레이 장치도 개시된다.
또 다른 일실시예에 따르면 상기 투사광학계는, 이미지광의 양을 조절하는 조리개; 및 상기 영상의 초점과 크기를 조절하는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
또는 조명광학계로부터 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 상기 투사광학계로 상기 이미지 광을 입사시키는 광경로 변환부를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 장치도 가능하다.
다른 일실시예에 따르면 광원으로부터 나오는 빛을 다이크로익 필터가 필터링하여 상기 광경로 변환부로 입사시키는 조명광학계를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 개시된다.
일측에 따르면 투사광학계가 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 단계; 및 이동부가 상기 영상의 크기가 변하지 않도록 하면서, 상기 투사광학계 및 스크린의 반사 미러에 대한 거리를 이동시키는 단계를 포함하는 헤드업 디스플레이 방법이 개시된다.
다른 일측에 따르면 상기 반사 미러에 대한 거리를 이동시키는 단계는, 상기 투사광학계를 상기 스크린의 이동 거리 및 이동 방향에 대응하여 이동시키는 헤드업 디스플레이 방법도 가능하다.
또 다른 일측에 따르면 상기 스크린에 영상을 투사하는 단계는, 조리개가 이미지광의 양을 조절하는 단계; 및 복수의 렌즈가 상기 영상의 초점과 크기를 조절하는 단계를 더 포함도록 구성될 수 있다.
일측에 따르면 광경로 변환부가 조명광학계로부터 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 상기 투사광학계로 상기 이미지 광을 입사시키는 단계를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법도 가능하다.
또 다른 일측에 따르면 조명광학계가 광원으로부터 나오는 빛을 다이크로익 필터가 필터링하여 상기 광경로 변환부로 입사시키는 단계를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법이 개시된다.
상기 헤드업 디스플레이 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체도 제시된다.
도 1은 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이가 동작중인 윈드실드를 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이가 동작중인 다른 윈드실드를 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치가 부착된 차량 내부 모습을 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 스크린에 투영되는 크기 변화 없이 상의 거리를 조절하는 방법을 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 일부 구성을 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 전체 구성을 도시한다.
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.
헤드업 디스플레이 장치는 차량 자체의 정보와 주행 관련 정보를 표시할 수 있다. 상기 차량 자체의 정보는 엔진의 온도, 연료 잔여량, 차량의 이상 유무 등에 관한 정보일 수 있다. 또한 상기 주행 관련 정보는 예시적으로 차량의 속도, 차선 내 차량의 위치, 주행 중인 차선, 예상 경로, 방향 전환까지의 거리, 앞 차와의 거리, 앞 차의 속도 등에 관한 정보일 수 있다.
차량의 속도가 느린 경우에는 헤드업 디스플레이의 상이 가까이에 맺혀야 한다. 앞 차와의 거리가 가깝기 때문에 윈드실드에 근접하여 허상이 맺혀야 한다. 반대로 차량의 속도가 빠른 경우에는 헤드업 디스플레이의 상이 멀리 맺혀야 한다. 앞 차와의 거리가 멀기 때문에 윈드실드에서 멀리 허상이 맺혀야 한다.
상이 가까이 또는 멀리 맺혀야 하는 이유는 반드시 앞 차와의 거리 때문만은 아니며, 차량의 속도에 따라 운전자가 느끼는 거리감이 상이하기 때문에 그에 맞게 조절하는 것이 필요하다.
도 1은 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이가 동작중인 윈드실드를 도시한다. 보다 구체적으로 차량의 속도가 느린 경우에 상이 가까이에 맺히는 상황을 나타낸다.
헤드업 디스플레이 화면(100)은 차량의 차선 내 위치, 차량의 속도, 네비게이션 등을 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이가 동작중인 다른 윈드실드를 도시한다. 구체적으로 도 2는 차량의 빠른가 느린 경우에 상이 윈드실드에서 멀리 맺히는 상황을 나타낸다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 상이 윈드실드로부터 허상이 맺히는 거리에 무관하게 항상 일정한 크기의 상을 제공한다. 즉, 도 2에서 상이 윈드실드에서 멀리 맺히더라도, 도 1에서의 상의 크기와 동일한 상이 맺히게 된다.
도 3은 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치가 부착된 차량 내부 모습을 도시한다. 헤드업 디스플레이 장치(310)는 스크린(310)과 반사 미러(330)를 포함할 수 있다. 상기 스크린(310)에 맺히는 상이 상기 반사 미러(330)에서 반사되어 차량의 윈드실드에 맺힌다. 윈드실드에 맺힌 상(340)에는 주행 경로, 차량의 속도 등이 표시될 수 있다.
보다 구체적으로 헤드업 디스플레이 장치(310)는 차량의 대시보드(Dashboard)위에 위치할 수 있다. 상기 반사 미러(330)에 대한 상기 스크린(320)의 거리를 조절하여 허상(340)이 맺히는 위치를 조절할 수 있다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 상기 반사 미러(330)와 상기 스크린(320)사이의 거리를 변경하더라도 윈드실드에 맺히는 허상(340)의 크기가 변하지 않도록 한다. 허상의 크기가 변하지 않기 때문에 휘도(Luminance)의 변화도 없다.
상기 반사 미러(330)와 상기 스크린(320)사이의 거리를 변경하더라도 허상(340)의 크기가 변하지 않도록 제안되는 헤드업 디스플레이 방법은 도 4에서 설명하도록 한다.
일반적으로 윈드실드에 맺히는 상의 거리를 조절하기 위해 스크린과 반사 미러 사이의 거리만을 조정하는 경우에는 상의 크기와 휘도가 달라지게 된다. 구체적으로 스크린과 반사 미러 사이의 거리가 가까워 지는 경우에 허상은 윈드실드 가까이에 맺히고 상의 크기는 작아지며 휘도는 커진다. 이와 반대로 스크린과 반사 미러 사이의 거리가 멀어 지는 경우에 허상은 윈드실드에서 멀리 맺히고 상의 크기는 커지며 휘도는 작아진다.
상의 거리를 조절하기 위한 다른 방법으로는 헤드업 디스플레이 장치 전체를 이동하는 방법이 존재한다. 구체적으로 헤드업 디스플레이 장치 전체를 원하는 방향으로 이동시키면 스크린에 투영되는 상의 크기 변화 없이 허상의 거리 조절이 가능하다. 다만 헤드업 디스플레이 장치 전체를 이동하기 어렵고 이동을 위해 많은 부재가 필요하다.
도 4는 일실시예에 따른 상이 스크린에 투영되는 크기 변화 없이 윈드실드의 허상의 거리를 조절하는 방법을 도시한다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 투사광학계(410), 스크린(420) 및 이동부재(미도시)를 포함할 수 있다. 윈드실드에 맺히는 허상의 거리를 조절하기 위해서는 반사 미러와 스크린(420) 사이의 거리(D1, D2)를 조절해야 한다. 상기 반사 미러와 스크린 사이의 거리가 가까운 경우(D1)에는 윈드실드와 허상의 거리가 가깝다. 반면에 상기 반사 미러와 스크린 사이의 거리가 먼 경우(D2)에는 윈드실드와 허상의 거리가 멀다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 반사 미러와 스크린 사이의 거리에 무관하게 스크린에 투영되는 화면의 크기(400)가 일정하게 유지된다. 화면의 크기(400)가 일정하게 유지되기 때문에 휘도의 변화도 없다. 다만 반사 미러와 스크린 사이의 거리가 달리짐에 따라 윈드실드에 허상이 맺히는 거리의 변화는 발생한다.
투사광학계와 스크린을 동일한 방향으로 동일 거리만큼 이동시킴으로써 스크린에 맺히는 상의 크기는 일정하게 유지하면서 반사 미러와 스크린 사이의 거리를 조절한다. 투사광학계가 스크린에 투사하는 이미지 광의 크기가 변하지 않도록 하기 위해 이동부(미도시)는 상기 투사광학계와 스크린을 동일한 방향으로 이동시키고 상기 투사광학계를 구성하는 복수의 렌즈간 거리를 조정한다.
상기 이동부는 광경로 변환부(미도시)로부터 전달받는 이미지 광을 동일한 크기로 맺히도록 복수의 렌즈(411) 및 스크린(420)을 이동시킨다. 상기 이동부는 상기 복수의 렌즈(411)가 스크린(420)에 초점이 맺히고 스크린에 맺히는 상의 크기가 일정하도록 위치를 조절한다.
결과적으로 반사 미러와 스크린 사이의 거리(D1, D2)가 변하더라도, 상기 스크린(420)과 상기 투사광학계(410)의 위치를 이동부가 조절함으로써 스크린에 투사되는 이미지의 크기(400)는 일정하게 유지할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 원리를 설명하기 위한 일부 구성을 도시한다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 투사광학계(510), 스크린(520) 및 이동부(미도시)로 구성될 수 있다. 반사 미러와 스크린 사이의 거리(D)에 따라 윈드실드에 맺히는 상의 거리가 달라진다. 상기 윈드실드에 맺히는 상의 거리는 상기 반사 미러와 스크린 사이의 거리(D)에 비례하여 변한다.
이동부는 상기 투사광학계(510)와 상기 스크린(520)을 지정되는 방향으로 지정되는 거리만큼 이동시킨다. 상기 이동부는 상기 투사광학계(510)를 상기 스크린(520)의 이동 거리 및 이동 방향에 대응하여 이동시킨다. 예시적으로 이동부는 상기 투사광학계(510)와 상기 스크린(520)을 동일한 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 투사광학계(510)를 상기 스크린(530)의 이동 거리만큼 이동시킬 수 있다.
상기 투사광학계(510) 및 상기 스크린(530)의 위치가 변화함에 따라 상기 투사광학계(510) 내부에 존재하는 복수의 렌즈 및 조리개의 위치도 조정될 수 있다. 이동부는, 투사광학계로 입사되는 이미지 광이 복수의 렌즈를 통해 최종적으로 스크린(530)에 투사되는 화면의 크기가 변화하지 않도록 상기 복수의 렌즈의 위치를 조절할 수 있다. 또한 화면의 크기가 변화하지 않으면서 스크린(530)에 초점이 맺히도록 조절할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 전체 구성을 도시한다.
제안되는 헤드업 디스플레이 장치는 이동부(미도시)와 투사광학계(610)로 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 스크린(620), 및 기타부재(630)를 더 포함할 수 있다.
상기 투사광학계(610)는 조리개와 복수의 렌즈(611)로 구성될 수 있다. 또한 기타부재(630)에는 복수의 LED 광원 및 다이크로익 필터를 포함하는 조명광학계와 광경로 변환부로 구성될 수 있다. 구체적으로 상기 조명광학계는 플라이아이렌즈 및 릴레이렌즈를 더 포함할 수 있고, 상기 광경로 변환부는 릴레이렌즈와 프리즘으로 구성될 수 있다. 위 제시되는 구성은 예시적일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 구성을 더 포함하거나, 일부 구성이 없는 경우도 가능하다.
복수의 LED 광원에서 나오는 빛이 다이크로익 필터와 복수의 렌즈를 통해 광경로 변환부로 입사되고, 광경로 변환부는 입사되는 빛을 이미지 광으로 만들어 투사광학계로 전달한다. 이 때 DMD(Digital Micromirror Device) 소자가 더 포함될 수 있다.
이미지 광은 투사광학계(610)를 구성하는 조리개 및 복수의 렌즈(611)를 통과하여 스크린(620)에 투사된다. 상기 스크린(620)에 투사되는 화면의 크기(600)는 스크린과 반사미러 사이의 거리(D)가 변화하더라도 일정하게 유지되며, 화면의 크기(600)가 일정하기 때문에 휘도의 변화도 없다.
화면의 크기(600)가 일정하도록 유지하면서 반사미러와 스크린 사이의 거리(D)를 변경하기 위해서는 이동부(미도시)가 상기 스크린(620) 및 투사광학계(620)의 거리를 적절히 조절하며, 스크린(620)의 이동 방향 및 이동 거리에 대응하도록 투사광학계를 위치를 조절할 수 있다. 또한 상기 투사광학계 내부의 복수의 렌즈들은 광경로 변환부로부터 입사되는 이미지 광을 크기 변화 없이 스크린에 투영되도록 이동부에 의해 위치가 조절된다.
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. 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 투사광학계; 및
    상기 영상의 크기가 변하지 않도록 하면서, 윈드실드에 맺히는 허상의 깊이에 대응하여 상기 투사광학계 및 스크린의 반사 미러에 대한 거리를 이동시키는 이동부
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는, 상기 투사광학계를 상기 스크린의 이동 거리 및 이동 방향에 대응하여 이동시키는 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투사광학계는,
    이미지광의 양을 조절하는 조리개; 및
    상기 영상의 초점과 크기를 조절하는 복수의 렌즈
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    조명광학계로부터 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 상기 투사광학계로 상기 이미지 광을 입사시키는 광경로 변환부
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    광원으로부터 나오는 빛을 다이크로익 필터가 필터링하여 상기 광경로 변환부로 입사시키는 조명광학계
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 투사광학계가 이미지 광이 입사되어 스크린에 영상을 투사하는 단계; 및
    이동부가 상기 영상의 크기가 변하지 않도록 하면서, 윈드실드에 맺히는 허상의 깊이에 대응하여 상기 투사광학계 및 스크린의 반사 미러에 대한 거리를 이동시키는 단계
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반사 미러에 대한 거리를 이동시키는 단계는,
    상기 투사광학계를 상기 스크린의 이동 거리 및 이동 방향에 대응하여 이동시키는 헤드업 디스플레이 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스크린에 영상을 투사하는 단계는,
    조리개가 이미지광의 양을 조절하는 단계; 및
    복수의 렌즈가 상기 영상의 초점과 크기를 조절하는 단계
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    광경로 변환부가 조명광학계로부터 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 상기 투사광학계로 상기 이미지 광을 입사시키는 단계
    를 더 포함하는 헤드업 디스플레이 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    조명광학계가 광원으로부터 나오는 빛을 다이크로익 필터가 필터링하여 상기 광경로 변환부로 입사시키는 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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