JP6641088B2 - 高光度ヘッドアップディスプレー装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車運転席の前面に備えられるヘッドアップディスプレー映像装置に関するもので、特にプロジェクターの前面には高光度の明るさを有する反射型スクリーンを備え、前記反射型スクリーンの裏面または車窓に外光を遮断するフィルムを備えることを特徴とする。

従来の韓国特許１０-１３１９５８７号のヘッドアップディスプレー装置のように、プロジェクションユニット２００の映像は曲面から構成されたコンバイナー１００に投射されたり、自動車前面のウインドーに残像を反射させる構造であった。

前記コンバイナー１００の構造は、一部は透過し、一部は反射するハーフミラー構造である。

また、プロジェクションユニット２００をプロジェクターとして使う従来の製品は、映像を前記一般スクリーンに投射し、一般スクリーンに投射された映像は自動車ウインドーに反射する構造である。

かかる前記技術は、自動車ウインドーに反射されたスクリーンの映像が外光に露出されるので、明るさが低下し、昼にはほとんど使用することができない。

韓国出願番号１０-２００７-０１７４５６及び出願番号１０-１９９０-００１３４８０などの公知技術、及び１０-２００８-０００１６８８、１０-１９８９-００１２４０９、１０-２００８-００７００１５、１０-２００６-００４０６２２、１０-２００８-０１０３６９５号などは、主にモニターの映像を単にガラスウインドーに反射してその残像を観測する構造であって、映像自体がはっきりしないため実用化ができていない。

韓国特許出願番号 １０-２００７-０１７４５６ 韓国特許出願番号 １０-１９９０-００１３４８０ 韓国特許出願番号 １０-２００８-０００１６８８ 韓国特許出願番号 １０-１９８９-００１２４０９ 韓国特許出願番号 １０-２００８-００７００１５ 韓国特許出願番号 １０-２００６-００４０６２２ 韓国特許出願番号 １０-２００８-０１０３６９５

前記のように、透明なガラスからなったウインドーに映像を反射させてその残像を見る構造は、昼に運転する時は、日光がウインドーに直接照射されるし、外部が明るい時には映像の明るさが低下されて、事実上使用が不可能となる。

図１のように、プロジェクターの前端に一般スクリーンとハーフミラー構造の球面鏡構造だけでは明るさが十分ではないので、昼には使用することは不可能である。

すなわち、一般反射スクリーンの場合、反射率が高くなると画面の一部だけ明るく見えるホットスポット現象が生じるので、反射率を２％以上上げることができなかった。よって、本発明において、ウインドーの位置に投射される映像が、ウインドーに入射する日光と外光から投射された映像の明るさをいくら明るく増大することができるのかが最も重要な技術的課題となる。

スクリーンの構造を凹形の曲率を有する球面反射スクリーン２の構造にし、その球面曲率をプロジェクターユニット１の投射距離と球面反射スクリーン２の焦点距離が等しく構成され、球面反射スクリーン２の表面が有する反射率は２〜８０％と構成する。
また、内部から外部へ透過し、外光は遮断する遮断フィルムを本発明の適正位置に結合して構成する。
すなわち、プロジェクターユニット１と球面反射スクリーン２と球面半透明鏡３から構成し、球面反射スクリーン２の形態は曲率Ｒ１を有する球面形態と構成し、球面反射スクリーン２の構成位置はプロジェクターユニット１の投射距離Ｄ１と球面反射スクリーン２の曲率Ｒ１が有する焦点距離とが誤差３０％以内で一致する位置に構成する。また、球面反射スクリーン２の表面反射率は２％以上８０％未満の白色反射面からなる。
また、球面反射スクリーン２は、球面半透明鏡３が有する焦点距離の位置に設けられる。球面半透明鏡３は、球面反射スクリーン２の映像を拡大する。

発明の效果

前記反射率の２-８０％の球面反射スクリーンは、従来スクリーンの１％の反射率に比べて２-８０倍の明るさへと増大しながら、プロジェクターユニットの投射距離と球面反射スクリーンの焦点距離が一致してホットスポットがない均一な明るさで映像を具現する。

遮断フィルム４は図６のように傾斜角∠Aで射角を設置する時、設置角度を基準にして外光遮断面Ｘは平行になり、傾斜面は暗色または反射面からなって、外部から入って来る外光cを吸収したり反射するので、内部運転者の視覚dは前記傾斜角∠Aによって平行に通過して外部を観測するようになる。

前記ハーフミラーの裏面に備えられる外光遮断フィルムは外部から入って来る光は遮断し、内部で外部景観は透過するので、従来に比べて４倍以上の映像の明るさを増大する。

よって、本発明は従来の構造に比べて前記球面反射スクリーンで２-８０倍、遮断フィルムで４倍、総８-３２０倍の高光度の明るさを実現する。

本発明を使用する時の説明図。 本発明の作用説明図。 本発明の光学的構成説明図。 球面反射スクリーンの表面反射率。 球面反射スクリーンと球面反射スクリーンの裏面に結合された遮断フィルムについた説明図。 別途備えられた遮断フィルムと遮断フィルムについた説明図。 車両のウインドーに附着された遮断フィルムについた説明図。 車両に備えられた望遠鏡赤外線カメラ及び後方カメラの構成についた説明図。 共心球面系から構成された光学的構成説明図。 共心球面系の説明図。

本発明は、図１及び図２のように自動車７のダッシュボード上面の車両ウインドー８の前面にプロジェクターユニット１を備え、その上端に一部は透過して一部は反射する球面半透明鏡３を備え、前記プロジェクターユニット１の前面には球面反射スクリーン２を備える。

前記のようなプロジェクターユニット１と球面半透明鏡３及び球面反射スクリーン２は、一つのケース５の内部に固定して、下記のように各構成の間隔と位置を光学的に構成する。

すなわち、図３のようにプロジェクターユニット１の投射レンズから球面反射スクリーン２までが有する投射距離Ｄ１(以下、D１という)と球面反射スクリーン２の球面曲率半径R１は(以下、R１という)、R１=２ X D１と構成する。

また、球面半透明鏡３の曲率Ｒ２(以下、R２という)、球面反射スクリーン２と球面半透明鏡３の間隔D２(以下、D２と言う)の構成は、D= R２/２とする。

このような理由は、球面曲率Ｒが有する焦点距離がF=R/２であるので、球面半透明鏡３が有する焦点位置に球面反射スクリーンを備え、球面反射スクリーンとプロジェクターユニット１の投射距離であるD１が一致するように構成する。

プロジェクターユニット１の投射距離D１と球面反射スクリーン２が持つ曲率R１が有する焦点距離が一致し、球面反射スクリーン２と球面半透明鏡３が有する間隔は球面半透明鏡３が有する曲率R２の焦点距離と一致するようにする。

例えば、D１ = ５０mm、R１ = １００mm、D２ = １２０mm、R２ = ２４０mmから構成される。

しかし、前記の指数は、球面反射スクリーン２の反射率が１００％である場合を仮定したもので、球面反射スクリーン２の反射率が２％である時は、プロジェクターユニット１の投射距離D１と球面反射スクリーン２の曲率R１が有する焦点距離が一致する誤差の範囲は、約３０％まで同一な效果がある。

すなわち、反射率が２％の時はホットスポット現象で目に障ることはないが、球面反射スクリーン２の反射率が８０％の時は、それくらい精密でないとホットスポットが生じてしまうので、その誤差範囲が５％以内でなければならない。

よって、本発明では前記プロジェクターユニット１の投射距離D１と球面反射スクリーン２の曲率R１による焦点距離の誤差範囲を限定はしないが、５-３０％までとする。

このような光学的構造は、プロジェクターユニット１から球面反射スクリーン２へ投射される映像は球面反射スクリーン２で２〜８０％の反射率で反射されるが、前記のように高い反射率にもかかわらずホットスポットがなく、画面の明るさが均一で、とても明るい映像を視聴することができる。

また、このような球面反射スクリーン２の映像が球面半透明鏡３が有する焦点距離に位置するので、球面半透明鏡３は焦点距離の位置にある前記球面反射スクリーン２の映像だけを拡大し、焦点距離を脱した位置にある他の外部映像は外部に拡散するので、映像の明るさが増大するようになる。

このような球面半透明鏡３の反射率と透過率は、それぞれ５０％：５０％を基準にし、用途によって８０％：２０％または２０％：８０％まで加減を調整して構成する。

このような性能を得るためには、球面反射スクリーン２の表面反射率の構成がとても重要である。

すなわち、図４のように、スクリーンの材質はアルミニウム、ステンレス、シルバーなど白色系の材質にし、その表面の粒子度Ｍは６０メッシュ〜６、０００メッシュとする。

スクリーンの反射率は表面の硬度によって異なるが、粒子度Ｍ６０〜８００メッシュの反射率は２-１０％で、徐徐に割合が高くなって粒子度Ｍ８００-１５００メッシュの反射率は１０％-４０％、粒子度Ｍ１、５００〜６、０００メッシュは４０％-８０％の反射率を有するように構成することができる。

前記のようなスクリーン表面の粒子度は、映像の解像度に決定的作用をするが、反射率は粒子度だけでなく、表面の反射面、材質硬度によって変わることがあるので、これに鑑みて加減を決定する。

このような表面の構成は、様々な材質から構成することができる。
例えば、アルミニウムホイルの表面をローラーで圧延する時、ローラーによって表面の反射率を調整することができ、ステンレスなどの金属表面を材質とする時は、前記粒子度Ｍによるメッシュで表面を腐食する方法で調整できる。
スチール、銅、合金をスクリーンの表面とする時は、表面の前記粒子度を表面の粒子度Ｍと構成し、その表面にクロム、シルバー、ニッケル及びその他の白色系の金属で表面処理をする。
また、前記球面反射スクリーン２は、金属を押圧して表面の粒子度を適正な反射率で処理した後、その表面を陽極処理、酸化処理、クロム処理、ニッケル表面処理などの化学処理を行ったり、球面形態をプラスチックで射出し、適正な反射率になるように表面処理した後、アルミニウムコーティング処理をして構成することができる。

図５のように球面半透明鏡３の裏面に備えられた遮断フィルム４の構造は、球面半透明鏡３を通じて運転者６の外部視野dは８０％以上透過する。

すなわち、遮断フィルム４表面のプリズムの角度が外部視野dの方向に対して平行な方向へと備えられ、車両の外部ウインドーを通じて球面半透明鏡３へ入射する外光cは、反射面Aが備えられた遮断フィルム４表面のプリズムによって反射されるようになっていて、外光cを遮断するようになる。

［実施例１］
前記のような構成は、図１のように反射率２-８０％の球面反射スクリーン２の構造を構成する時、従来１％の反射率を有するスクリーンに比べて２〜８０倍の明るさに増大される。

［実施例２］
図１の構造に、図５のような遮断フィルム４を球面半透明鏡３の裏面に結合する時、外光cは遮断され、透過光量は８０％であるため、映像の明るさが外光遮断效果によって４倍以上の明るさに増大される。

［実施例３］
図１のように２-８０％の反射率を有する球面反射スクリーン２と、外光は遮断して内部から外部へ５０％以上透過する遮断フィルム４が結合された球面半透明鏡３から構成する時、球面反射スクリーン２で２-８０倍、球面半透明鏡３で最大４-８倍、合わせて最大３２０倍の明るさの増大效果を得られる。

［実施例４］
このような本発明の遮断フィルム４は、図５のように球面半透明鏡３の裏面に附着することができる

また、図６のように遮断フィルム４を別途の角度調整装置によって別に備え、球面反射スクリーン２と、外部から入射する外光対比反射角が合わない場合、別途に遮断フィルム４の遮断角度を調整して使用することができる。

このような本発明は、図５、図６のように遮断フィルム４が必要傾斜角∠Aで射角を設置する時、設置角度を基準にして外光遮断面Ｘは平行になり、この部分は暗色または反射面からなって、自動車の外部に入って来る外光cを吸収したり反射し、内部の運転者の視覚dは、前記傾斜角∠Aによって平行になる運転者の視覚dはそのまま通過して外部を観測できるようになる。

すなわち、遮断フィルム４の外光遮断面Ｘがフィルムの水平対比３０度の角度に形成されたら、遮断フィルム４も３０度角度の射角に設置しなければならない。

このような外光遮断面Ｘを形成する厚さまたは面積は、全体面積の２０％-５０％未満に形成することで、前記傾斜角∠Aによる一定の角度で入射される外光は５０-８０％以上吸収し、内部から外部を見る外部景観の透過率は５０-８０％以上になる。

このような遮断フィルム４は、前記のように固定された傾斜角∠Aから構成されないと、外光遮断面Ｘは吸収されず運転者の視覚dが通過されないので、遮断フィルム４の傾斜角∠Aが重要である。

したがって、図６のように球面半透明鏡３の裏面に本遮断フィルム４を附着すると、球面半透明鏡３の反射角度と遮断フィルムＸの設置角度が相違することがあるので、このような場合を勘案してその裏面に遮断フィルム４を別途回転するようにして遮断フィルム４の設置角度を固定することができる。

［実施例５］
図７のように、自動車ウインドー８はその傾斜角が一定するので、本遮断フィルムを本発明の裏面に当たる自動車ウインドー８に別途に付着して使用することができる。

［実施例６］
図８のように、自動車７内部運転席の上端に望遠レンズまたは赤外線カメラ、 CCTVなどのカメラ１０装置を附着し、必要によって選択して観測することができる。
特に、赤外線カメラ装置は、照明がない夜間運転、霧の中の運転などにとても效率的である。
また、図７のように、自動車７の後方に後方カメラ１を附着し、後進変換する時、自動的に後方の映像が表れるようにすることができる。

［実施例７］
このような本発明は、図９と図１０のように、球面反射スクリーン２と球面半透明鏡３が共心球面から構成される。

共心球面とは、図９のように、プロジェクターユニット１の投射レンズFの位置を基点にして、球面反射スクリーン２の球面曲率R１と球面半透明鏡の曲率R２を前記投射レンズFの同一位置を基軸にして、同一な共心を持つ曲率から構成されるものである。

すなわち、図９のように、F１とR１、F２とR２は同一にするものの、R１、R２の曲率中心はFを基準にして共通の曲率中心を有することを言う。

この場合、図９のように、球面反射スクリーン２の直径Aと球面半透明鏡３の直径A１は、F点で投射されるプロジェクターユニット１の投射角Aによって決まる。

このような実施例は、図１０のように、球面反射スクリーン２の構造を凸状(Convex)にする構成になるので、プロジェクターユニット１で投射されたスクリーン映像の歪み現象がなく、ホットスポットが消えることで、明るい映像の具現が可能になる。

前記のように、本発明は球面反射スクリーン２の使用を特徴とし、球面半透明鏡３と遮断フィルム４を複合構成することを特徴とする。

よって、このような本発明は、車両の高光度ヘッドアップディスプレー構造はもちろん、航空機、船舶用のヘッドアップディスプレーとしても使用することができる。

１ プロジェクターユニット
２ 球面反射スクリーン
３ 球面半透明鏡
４ 遮断フィルム
５ ケース
６ 運転者
７ 車両
８ ウインドー
D１ 投射距離
D２ 焦点距離
R１ 球面反射スクリーンの球面曲率
R２ 球面半透明鏡の曲率
A 反射面
B 散乱面
Ｍ 粒子度
c 外光
D 運転者の外部透視角
e 映像

Claims (1)

1. 高光度ヘッドアップディスプレー装置において、
   プロジェクターユニット（１）と球面反射スクリーン（２）と球面半透明鏡（３）から構成し、
   前記球面反射スクリーン（２）は、
   曲率（Ｒ１）を有する球面形態で構成し、
   前記プロジェクターユニット（１）の投射距離（Ｄ１）と前記球面反射スクリーン（２）の曲率（Ｒ１）が有する焦点距離とが誤差３０％以内で一致する位置に構成し、
   表面の反射率が２％以上８０％未満の白色の反射面から構成し、
   前記球面半透明鏡（３）が有する焦点距離の位置に構成し、
   前記球面半透明鏡（３）は、前記球面反射スクリーン（２）の映像を拡大する
   ことを特徴とする、高光度ヘッドアップディスプレー装置。

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