KR100825276B1 - 차량용 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 조명광을 발생하는 광원; 운전자가 필요로 하는 각종 영상정보 이미지를 수신하여 출력하는 마이크로 디스플레이 패널을 구비하는 영상원; 상기 조명광을 통하여 영상원으로부터 이미지를 출력하는 광학계; 상기 광학계로부터 출력되는 이미지를 운전자 방향으로 반사하고 상기 영상원 및 광학계와 일체화된 구조로 이루어진 폴더형 컴바이너; 및 상기 일체화된 구조 외측 일부에 차량의 썬 바이저에 상기 탈부착 가능한 탈착 수단을 포함한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 썬 바이저 타입 차량용 헤드업 디스플레 장치를 제공하게 되면, 장치의 무게가 훨씬 줄어들게 되어서, 썬 바이저에 탈. 부착이 용이하게 될 뿐만 아니라, 장치의 크기도 훨신 줄어들어 소형화 저가격화에 유리한 장점이 있다.

또한, 전차종에 설치가 가능하고, 휴대용으로 사용이 가능할 뿐만 아니라 운전자와 가까운 거리에서 장착할 수 있게 되어 대화면 구현이 가능하게 되고, 고화질의 화면을 구현할 수 있게 된다.

헤드업 디스플레이 장치, HUD, 마이크로 디스플레이 패널(MD), 광학계, 썬바 이저, 컴바이너

Description

차량용 헤드업 디스플레이 장치{HEAD UP DISPLAY SYSTEM FOR VEHICLE}

도 1a는 종래의 차량용 HUD 광학 시스템의 개략도,

도 1b는 실제 차량의 운전자가 종래의 HUD 시스템을 이용하는 경우의 개략도,

도 1c는 종래의 HUD 시스템의 원리를 나타낸 도면,

도 2는 종래의 차량용 헤드업 디스플레 장치를 이용하여 디스플레이 하는 방식을 예시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치 및 디스플레이 되는 전체 구성도를 예시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 썬 바이저에 장착하는 폴더형 차량용 헤드 업 디스플레이 장치의 개략도와 원리를 나타낸 도면,

도 5는 종래의 대쉬보드 타입 HUD 장치와 본 발명에 따른 썬 바이저 타입 HUD 시스템의 표시원리를 비교하여 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 슬림형 썬 바이저 타입 헤드업 디스플레이 장치의 개략도를 예시한 도면이다.

본 발명은 헤드 업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 썬 바이저에 용이하게 탈 부착이 가능한 포터블 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.

21C 인간의 생활 공간을 살펴보면 크게 집, 일터, 그리고 이동공간, 세가지로 구분할 수 있다. 특히, 대부분의 이동공간을 차지하고 있는 것이 차량이다. 그래서, 차량에 있는 시간이 증가함에 따라 주거 공간에서 이용되는 전자제품들이 차량 안에서도 사용할 수 있도록 개발되고 있다.

예를 들어, 오디오 비디오 시스템 설치, 간이 냉장고 등이 들 수가 있다. 또한, 전자제품들이 발달됨에 따라 운전에 도움을 주는 분야에도 적용되어 편리를 도모 하고 있다. 대표적인 예로, 자동차 네비게이션을 들 수가 있다. 그런데, 운전자는 시야에 있는 사물들을 확인해야 하며 차량이 주행상태도 확인하면서 운전해야 한다.

운전 중 운전자의 안전을 제공하고 차량 주행정보와 주변상황 정보를 효과적으로 운전자에게 전달해주는 매체로 개발중인 여러 시스템이 있는데, 그 중 HUD(Head Up Display)가 주요 관심사가 되고 있다.

HUD란 차량이나 항공기 주행 중 운전자 정면 즉, 운전자의 주 시야선을 벗어나지 않는 범위에서 차량주행정보나 기타 정보를 제공하는 시스템이다. 초창기에 HUD는 항공기 특히 전투기에 부착되어 개발하게 된 것이 차량용 HUD인 것이다.

보통 시속 약 100m/h 운전 중에 시야를 계기판에 두었다가 도로로 시야를 고정시키는 시간(약 2초)에 약 55m 이동하기 때문에 위험은 존재한다. 이러한 위험을 줄이는 방법의 하나로 차량용 HUD를 개발 중인 것이다. 차량용 HUD는 앞 유리창의 운전자의 주시야 선에 계기판의 정보(속력, 주행거리, RPM 등)를 나타나게 하여 운전자가 운전 중에도 쉽게 주행정보를 파약할 수 있도록 한다. 이로써 운전자는 도로로부터 눈을 떼지 않고도 중요한 주행정보를 인지함으로써 안전 운행을 할 수 있는 것이다.

도 1a는 종래의 차량용 HUD 광학 시스템의 개략도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 운전자가 운전석에 착석하면 운전자의 머리 윗부분에 설치되어 있는 초음파 센서(20)와 운전자의 전면 혹은 후방에 설치되어 있는 초음파 센서(22)에 의해 머리와의 거리를 감지하여 ECU(24)에 인가한다.

즉, 운전자의 머리 위부분에 설치되어 있는 초음파 센서(20)는 초음파 센서(20)와 머리의 위부분과의 거리를 감지하여 ECU(24)에 인가하고, 운전자의 전면 혹은 후방에 설치되어 있는 초음파 센서(22)는 초음파 센서(22)로부터 머리의 앞부분 혹은 뒷부분에 이르는 거리를 감지하여 ECU(24)에 인가한다.

두개의 초음파 센서(20,22)에 의해 감지되는 거리 데이터를 인가받은 ECU(24)는 두개의 거리 데이터에 의해 운전자의 시선의 위치를 판단한다. 즉, 운전자의 시선 높이가 어느 지점에 위치하고 있는가와 전후위치가 어디에 위치하고 있는가를 판단하여 프로젝터(14)로부터 반사되는 반사광이 디스플레이 되어야 하는 위치를 판단한다.

운전자의 시선의 위치가 판정되면, ECU(24)는 프로젝터(14)에서 투사되는 반사광이 전술한 과정에 의해 판단된 위치에 디스플레이 되도록 프로젝터(14)의 입사각을 연산한다. 즉, 프로젝터(14)에서 투사되는 반사광이 윈드실드(10)의 컴바이너(12)에 반사되어 운전자의 시선에 정상적으로 전달될 수 있는 프로젝터(14)의 입사각을 연산한다.

프로젝터(14)의 현재 위치를 판단한 후, 프로젝터(14)의 입사각을 연산된 입사각으로 조정할 수 있도록 모터 구동부(18)에 구동신호를 출력하여, 모터(16)를 구동한다. 이를 통해 프로젝터(14)의 입사각이 조정되어 윈드실드(10)의 컴바이너(12)에 디스플레이되는 반사광의 위치를 운전자의 시선에 맞게 조절할 수 있다.

도 1b는 실제 차량의 운전자가 종래의 HUD 시스템을 이용하는 경우의 개략도이고, 도 1c는 종래의 HUD 시스템의 원리를 나타낸 도면이다.

도 1b 및 도 1c에서 나타낸 바와 같이 운전자는 영상원에서 나오는 각종 정보를 포함하는 2차원 이미지를 미러와 윈드실드의 컴바이너를 통해 운전시야의 일정거리 밖에서 볼 수 있는 구조로 되어 있다.

즉, 자동차의 내부 시스템에서 전달되는 주행 정보를 디스플레이가 가능한 데이터로 변환되는 프로세스과정을 거치며 그 데이터는 거울에 반사되고 윈드 실드에 투영되어 운전자의 주시야선 안에서 가상 이미지를 형상하여 운전자에게 주행 정보를 제공하게 된다.

도 2는 종래의 차량용 헤드업 디스플레 장치를 이용하여 디스플레이 하는 방식을 예시한 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, HUD 시스템을 차량에 장착하고자 개발된 방식은 여러 가지가 있다. 이 중에서 현재 개발되어 사용되어 지고 있는 방식은 투사방식이다. 직접반사 방식의 경우 시스템 자체가 벌키(bulky)해져 핸들 앞에 장착하기가 어려운 단점이 있다.

또한 허상 이미지를 운전자의 시야를 통해 디스플레이 시키기 위한 컴바이너와의 거리 조정의 한계로 인해 화면의 크기를 크게 할 수 없게 되고, 그 화질도 떨어지게 되는 단점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 장치의 무게가 줄여, 썬 바이저에 탈. 부착이 용이하게 될 뿐만 아니라, 장치의 크기도 훨신 줄어들어 소형화 저가격화에 유리한 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

또한, 전차종에 설치가 가능하고, 휴대용으로 사용이 가능할 뿐만 아니라 운전자와 가까운 거리에서 장착할 수 있게 되어 대화면 구현이 가능하게 되고, 고화질의 화면을 구현할 수 있도록 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 따른 제1 특징은 조명광을 발생하는 광원; 운전자가 필요로 하는 각종 영상정보 이미지를 수신하여 출력하는 마이크로 디스플레이 패널을 구비하는 영상원; 상기 조명광을 통하여 영상원으로부터 이미지를 출력하는 광학계; 상기 광학계로부터 출력되는 이미지를 운전자 방향으로 반사하고 상기 영상원 및 광학계와 일체화된 구조로 이루어진 폴더형 컴바이너; 및 상기 일체화된 구조 외측 일부에 차량의 썬 바이저에 상기 탈부착 가능한 탈착 수단을 포함한다.

여기서, 상기 탈착 수단은 상기 썬 바이저를 고정할 수 있는 클립 형태인 것이 바람직하고, 상기 일체화된 구조는 육면체로서, 상기 육면체의 내부에서 광이 반사되며 진행되도록 내부면에 미러가 형성되고, 상기 영상원 및 광학계가 상기 육면체의 내부면에 평행하게 형성된 것이 역시 바람직하다.

더하여, 상기 컴바이너의 전면 또는 후면에 썬팅 처리가 된 것이 바람직하고, 상기 영상원에서 출력되는 이미지를 3차원 입체영상 이미지로 전환하는 입체영상 필터를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 광원은 레이저 광원인 것이 역시 바람직하다.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치 및 디스플레이 되는 전체 구성도를 예시한 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 운전자가 운전을 하면서 각종의 정보, 예를 들어 차량 운행정보, 네비게이션을 통한 지리 정보, 차량의 속도 등 각종 계기판 정보등을 운전시야를 벗어나지 않는 범위에서 디스플레이 할 수 있다면, 운전자로서 차량운행을 상당히 안정적으로 할 수 있는 장점이 있다.

이처럼 종래의 차량용 HUD 시스템은 운전자의 시야각을 고려하여 핸들 앞 대쉬보드(dashbord)에 삽입형(In-Dash type) 또는 Portable type으로 장차되어 왔다. 그러나, 운전자는 가상 이미지를 반사율이 있는 실제 미러를 통해서 보기 때문에 눈의 포커스는 미러에 고정된다. 일반적으로 운전자가 눈과 미러 사이에 거리는 최대 80cm 이다. 각 개인별 시력 차에 의해서 가상 이미지가 잘 보일 수도 있고 잘 안보일수도 있다. 이러한 불편함을 없애기 위해 도 2에서 나타낸 바와 같이 본 발명은 Portable HUD 시스템을 자동차의 썬 바이저(Sun visor)에 고정하여 눈과 HUD 미러 사이의 거리를 줄이면, 가독성이 좋아져 화면 이미지가 개선되며 동시에 싸이즈가 커지게 되어 대화면 구현이 가능한 장점이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 썬 바이저에 장착하는 폴더형 차량용 헤드 업 디스플레이 장치의 개략도와 원리를 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 컴바이너(400)가 일체화된 폴더형 컴바이너(400)를 구비하는 시스템이다. 마이크로 디스플레이 패널(200)을 정보 이미지를 컴바이너에 바로 반사시켜 운전자와 일정거리를 두고 허상 이미지로 표시하게 하는 구조이지만, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 차량의 썬 바이저(150)에 용이하게 탈.부착 가능하도록 클립 형태의 탈,부착 수단(500)이 더 포함된 구조로 되어 있다.

즉, 조명광을 발생하는 적색, 녹색 및 청색의 광원(100)에서 광을 발생하고, 이 발생된 광이 실제 운전자가 필요로 하는 각종 정보를 포함하는 영상 이미지를 생성하는 마이크로 디스플레이 패널(200)에 반사 또는 투과하게 되고, 반사 또는 투과한 이미지 정보는 컴바이너(400)를 통해 운전자 시야의 앞쪽 일정거리에서 허상의 3차원 이미지(600) 정보를 표시하게 된다.

그리고, 도 4에 도시된 본 발명의 실시예는, 구체적으로 그 구조 형상을 한정한 것은 아니어서, 각각의 광학소자는 본 발명이 추구하고자 하는 시스템의 소형화에 알맞게 배치될 수 있다.

이처럼, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 디스플레 패널(200)과 미러, 컴바이너(400) 및 탈부착 장(500)치로 구성된 포터블(portable) 헤드업 디스플레이(HUD) 장치로써, 차량의 썬바이저(400)에 용이하게 탈, 부착할 수 있게 되어 운전자가 시야에서 가까운 거리에 허상 이미지(600)를 형성할 수 있게 된다. 이렇게 운전자의 시야 가까운 곳에 헤드업 디스플레이 장치를 구성할 수 있게 되면, 허상 이미지(600)를 크고 가깝게 할 수 있을 뿐 아니라 이미지의 해상도 또한 훨씬 높일 수 있게 된다.

또한, 광원(100)은 조명광원으로서, UHP Lamp, LED 및 레이저 등을 사용할 수 있다. 이는 시스템의 사양, 설계에 따라 적정한 광원으로서 사용가능하며, 그 외에도 HUD 시스템이 특성에 따라 다양하게 광원을 선택할 수 있음은 물론이다.

또한 마이크로 디스플레이 패널(200)은 LCD, LOCS, DMD 등으로 사용될 수 있다. 즉, 이러한 평판형 표시소자를 사용함으로써, 시스템 구성효율을 높이고, 시스템의 소형화 및 슬림화를 용이하게 구현할 수 있을 뿐 아니라, 운전자가 필요로 하는 각종 이미지 정보를 반사 또는 투과하여 표시하는 투사광학계를 구현하기도 용이하게 된다.

또한, 영상원인 마이크로 디스플레이 패널과 광학계 사이에 입체영상 필터를 구비하는 것이 바람직한데, 이는 입체영상 필터를 장착함으로써 운전자에게 디스플레이 되는 이미지 정보를 3차원으로 구현하여 운전자가 필요로 하는 3차원 정보에 알맞는 디스플레이를 할 수 있게 되어 운전자에게 훨신 양질의 정보를 제공할 수 있게 되고, 많은 정보의 2차원 영상으로 인해 운전자의 시야를 가리는 문제를 일정부분 해결할 수 있게 되는 효과가 있다.(도시하지 않음)

더하여, 위의 컴바이너(400) 일면에 썬팅(410) 처리된 것이 바람직한데, 이는 썬바이저를 접고 본 발명에 따른 HUD 장치를 클립형태로 장착하게 되어 태양광 내리쬐는 경우, 운전자의 운전시야를 방해하게 되기 때문에, 썬바이저의 역할을 대신하기 위해 컴바이너(400)의 일면에 썬팅(410) 처리를 함으로써, 태양광으로 부터 눈부심 없이 운전시야를 안전하게 확보할 수 있게 된다.

그리고, 도 4에서 도시된 바와 같이, 일체형 포터블 헤드업 디스플레이 장치를 썬바이저(150)에 클립형태로 쉽게 탈부착 가능한 구조로 되어 있어 운전자의 필요에 따라 HUD 장치를 선택적으로 사용할 수 있게 된다. 또한, 썬바이저에 직접 HUD 시스템을 장착하게 되어 운전자의 시야 즉, 눈 높이에 알맞게 썬바이저를 조정함으로써, 허상이미지를 운전자의 운전시야에서 벗어나지 않게 조정됨으로 안전운행에 큰 도움을 줄 수 있게 된다.

도 5는 종래의 대쉬보드 타입 HUD 장치와 본 발명에 따른 썬 바이저 타입 HUD 시스템의 표시원리를 비교하여 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 허 상 이미지는 반투과 미러 즉, 컴바이너를 통해서 운전자의 눈으로 정보를 전달한다. 동일한 광학계의 특성상 허상이미지의 시야각은 반 투과 미러의 시야 각 보다 작게되며, 실질적인 허상이미지의 화면 사이즈는 반투과 미러에 투영된 이미지 사이즈로 인지하게 된다. 예를 들어 대쉬보드 타입과 같이 3m 거리에 8inch 크기의 허상이미지를 투영할 때와 본 발명에 따른 썬바이저 타입의 1m 거리에 동일한 8inch 크기의 이미지를 비교할 때 동일한 광학계에서 대화면을 구현할 수 있는 장점이 있게 된다.

또한, 공간적인 제약으로 인해 운전석 앞의 대쉬보드(Dash Board)의 경우 반투과 미러 싸이즈가 제한적이나, 본 발명에 따른 썬바이저 타입은 미러 싸이즈의 제한이 없게 된다. 따라서 반투과 미러의 싸이즈를 크게 할 수 있음으로써 허상이미지의 크기를 크게 할 수 있는 장점 또한 가지고 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 슬림형 썬 바이저 타입 헤드업 디스플레이 장치의 개략도를 예시한 도면이다.

도 6에 나타난 도면은 썬바이저와의 탈 부착 수단은 생략하고 슬림형태의 해드업 디스플레이 장치만을 예시한다. 도면을 참조하면, 슬림형 차량용 헤드업 디스플레이 시스템은 광원(100), 영상원(200), 및 미러로 구성된 광학계(300) 및 컴바이너를 포함한다. 이때, 광원(100), 영상원(200), 및 광학계(300)는 육각형의 하우징 내에 설치되고, 폴더형의 컴바이너(400)가 일체형으로 이루어진 구조가 바람직하다. 다만, 도면에는 광학계(300) 내의 각 미러(312)가 서로 대향하는 방향으로 평행하게 설치된 것으로 도시하였지만, 이에 한정된 것은 아니며 각 미러(312)의 위치는 다양하게 변화될 수 있음은 물론이다.

여기서, 영상원(200)은 접속단자(도시하지 않음)를 통하여 외부의 디스플레이 장치(예를 들어, LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micromirror Device) 등)와 연결될 수 있으며, 이 경우 접속단자를 통하여 외부의 디스플레이 장치로부터 영상신호를 수신하여 출력할 수 있을 뿐 아닐, LCD, DMD 등의 디스플레이 장치로 구현되어 직접적으로 영상을 출력하도록 구현될 수도 있다.

광원(100)는 영상원(200)에 의해 출력되는 영상을 반사 또는 투과시키기 위한 광을 출력한다. 광원(100)에 의해 반사 또는 투과된 영상은 하우징 내의 반사 미러 또는 광학계(300)에 의해 컴바이너(400) 방향으로 반사각을 변화시키면서 순차적으로 반사되어 출력하게 되고, 이 출력된 이미지 광은 컴바이너(400)를 통해 허상이미지로 운전자에게 디스플레이 된다.

이렇게 본 발명에 따른 슬림형의 HUD 장치를 제공하게 되면, 장치의 무게가 훨씬 줄어들게 되어서, 썬 바이저에 탈. 부착이 용이하게 될 뿐만 아니라, 장치의 크기도 훨신 줄어들어 소형화 저가격화에 유리한 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

본 발명에 따른 썬 바이저 타입 차량용 헤드업 디스플레 장치를 제공하게 되면, 장치의 무게가 훨씬 줄어들게 되어서, 썬 바이저에 탈. 부착이 용이하게 될 뿐만 아니라, 장치의 크기도 훨신 줄어들어 소형화 저가격화에 유리한 장점이 있다.

또한, 전차종에 설치가 가능하고, 휴대용으로 사용이 가능할 뿐만 아니라 운전자와 가까운 거리에서 장착할 수 있게 되어 대화면 구현이 가능하게 되고, 고화질의 화면을 구현할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 조명광을 발생하는 광원;

   운전자가 필요로 하는 각종 영상정보 이미지를 수신하여 출력하는 마이크로 디스플레이 패널을 구비하는 영상원;

   상기 조명광을 통하여 영상원으로부터 이미지를 출력하는 광학계;

   상기 광학계로부터 출력되는 이미지를 운전자 방향으로 반사하고 상기 영상원 및 광학계와 일체화된 구조로 이루어진 폴더형 컴바이너; 및

   상기 일체화된 구조 외측 일부에 차량의 썬 바이저에 상기 탈부착 가능한 탈착 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 탈착 수단은 상기 썬 바이저를 고정할 수 있는 클립 형태인 것을 특징으로 하는 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 일체화된 구조는 육면체로서, 상기 육면체의 내부에서 광이 반사되며 진행되도록 내부면에 미러가 형성되고, 상기 영상원 및 광학계가 상기 육면체의 내부면에 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 컴바이너의 전면 또는 후면에 썬팅 처리가 된 것을 특징으로 하는 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 영상원에서 출력되는 이미지를 3차원 입체영상 이미지로 전환하는 입체영상 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광원은 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 소형 차량용 헤드업 디스플레이 장치.

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