KR101642747B1 - 헤드 업 디스플레이 장치 및 방법 - Google Patents

헤드 업 디스플레이 장치 및 방법 Download PDF

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박범진
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Abstract

본 발명에 따른 허드 장치는 수평기준 70도 이상 각도의 전면 윈도우를 갖는 대형 차량의 허드 장치에 관한 것으로, 조명광을 발생하는 백라이트부와, 상기 조명광을 광원으로 하여, 주행정보를 출력하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 전방에 위치하여, 상기 출력된 주행정보의 영상을 90°좌향으로 반사시키는 제1반사경과, 상기 제1반사경에 의해 반사된 주행정보 영상이 제2광학렌즈와 제3광학렌즈와 제4광학렌즈를 통과하는 과정에서 영상의 왜곡과 이중상의 문제없이 선명하게 확대되도록, 상기 반사된 주행정보 영상의 광 밀도를 조밀하게 모아 출력하는 제1광학렌즈와, 상기 제1반사경의 좌측에 위치하여, 상기 크기 조절된 영상을 90°좌향으로 반사시키는 제2반사경과, 상기 제2반사경에 의해 반사된 주행정보 영상의 배율을 100% 혹은 그 이상 변화시켜 출력하는 제2광학렌즈와, 상기 제2광학렌즈에서 출력된 주행정보 영상을 전면 윈도우의 유리 곡률상태에 따라 미리 변형하여 출력하는 제3광학렌즈와, 상기 제3광학렌즈의 출력 영상을 평활화하고 영상의 왜곡을 제거하는 제4광학렌즈를 포함하여 구성된다.
본 발명은 70도 이상의 각도로 세워져 있는 차량(예: 버스와 같은 대형 차량)은 물론, 어떤 각도의 전면 윈도우(예: 5°~ 90°)를 갖는 차량에도 주행정보를 표출하는 기술을 구현하였다.

Description

헤드 업 디스플레이 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR HEAD UP DISPLAY}
본 발명은 차량의 영상 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 전면 윈도우에 구비되는 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
차량 운행 중에 운전자에게 주행 정보를 보다 효과적으로 전달하기 위해, 헤드업 디스플레이 장치(HUD: Head Up Display, 이하, '허드(HUD) 장치'라 한다)로 불리는 차세대 디스플레이 장치의 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로, 허드(HUD)장치는 주행 속도, 주행 거리 및 엔진 회전수(RPM) 등과 같은 주행 정보와 연료량 등과 같은 차량 정보를 전방에 위치하는 윈드 실드(wind shield)와 같은 전면 윈도우를 통해 표시하여, 운전 중 운전자의 시선이 전방에서 계기판 등이 장착된 대시 보드(dash board) 등으로 이동하는 시선 이동을 최소화하면서 주행에 필요한 정보를 제공하는 장치이다.
HUD는 조종사에게 조종석 내부의 계기를 들여다 보면서 외부의 참조물을 동시에 봐야 하는 부담을 줄이기 위해 개발되었다. 통상, 일반 시계비행 중에는 외부와 내부계기의 참조비율을 8:2정도로 유지한다. 하지만 편대 비행같은 경우에는 거의 99%이상을 외부를 볼 수 밖에 없다. 그래서, 조종사의 시야에 각종 필요한 정보를 투사시켜 참조하게 하였다.
따라서 헤드 업 디스플레이 장치를 이용할 경우, 운전 중에도 운전자는 전방으로부터 시선을 분산시키지 않고도 주행에 필요한 정보를 확인할 수 있으므로, 사고의 위험이 크게 줄어든다.
최근, 들어 미래형 자동차 개발과 함께 운전자에게 전달할 정보가 많아지면서 자동차에도 HUD가 적용되기 시작하였다. 특히, 네이게이션을 포함한 각종의 차량 디스플레이는 화면의 위치가 운전자 시야의 정면에 있지 않아 사용이 불편할 뿐만 아니라 사고를 유발할 가능성도 있기 때문에, 이를 대체 또는 보완하는 수단으로서 연구되고 있다.
도1은 종래 LCD방식의 허드(HUD) 장치를 나타낸 예시도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 종래 LCD방식의 허드(HUD) 장치는 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20)을 구비한다.
상기 액정패널(10)은 운전석 전방의 인스트루먼트 패널(Instrument Panel) 내측에 설치되며, 입력되는 "주행정보 이미지"를 표시한다.
상기 백라이트 유닛(20)은 상기 액정패널(10)의 후방 일측에 설치되며, 액정패널(10)의 후면을 조명하여 광원을 제공한다.
종래 LCD방식의 허드(HUD) 장치는 상기 액정패널(10)의 전방 일측에 설치되는 광학계(30)와, 광학계(30)의 전방에 소정의 각도로 설치되는 다수의 반사경을 구비한다.
상기 광학계(30)는 액정패널(10)에 나타난 "주행정보 이미지"를 적절한 크기로 확대하거나 축소하고 초점을 조절해주는 역할을 한다.
상기 반사경(40)은 광학계(30)에 의해 조절된 "주행정보 이미지"를 차량의 전면 윈도우(50)로 반사시킨다. 따라서, 차량의 전면 윈도우(50)에 "주행정보 이미지"가 표시될 수 있게 한다.
이러한, 허드(HUD) 장치는, 각종 주행정보를 상기 전면 윈도우(50) 상에 표시하므로, 운전자가 인스트루먼트 패널에 설치된 계기판을 직접 보지 않고서도 차량의 주행정보를 확인할 수 있게 한다. 그리고, 운전자의 불필요한 시선 이동을 방지하고, 운전자로 하여금 주행에 필요한 곳만 주시하면서 안전운행할 수 있도록 유도한다.
이러한, 종래 LCD방식의 허드(HUD) 장치는 구체적으로 한국공개특허 10-2012-0092954(이하, 선행문헌))에 개시되어 있다.
상기 선행문헌에 따른 헤드 업 디스플레이 장치의 경우, 디스플레이 패널(120)로부터 출력되는 영상은 2장의 반사경을 통하여 렌즈부에 도달하고, 렌즈부를 형성하는 2개의 광학렌즈는 상기 도달된 영상의 왜곡을 보정하여 허드(HUD)영상을 표출하였다.
이러한 종래 헤드 업 디스플레이 장치는 그러나, 2장의 반사경을 사용하는 것으로 인해 영상의 반사율이 떨어지는 문제점을 노출하였고, 2개의 광학렌즈를 이용하여 영상을 표출하는 점은 영상 표출 시야각의 한계를 갖게 되는 문제점을 가지고 있었다.
한국공개특허 10-2012-0092954 (발명의 명칭: 헤드 업 디스플레이 장치 및 방법)
본 발명의 목적은, 70°이상의 수직각을 이루는 차량의 전면 윈도우에 주행정보 이미지가 윈도우 유리면을 넘은 허공의 일정 지점에 상(image)을 형성하도록 하는 허드(HUD) 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이중 유리구조의 전면 윈도우에 단일 영상이 맺히게 하며, 영상의 깊이감을 조절하여 표시하는 허드(HUD) 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 부가적인 특성 및 이점들은 아래의 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 상기 설명에 의해 명백해지거나 본 발명의 실행을 통해 숙지될 것이다. 본 발명의 목표 및 다른 이점들은 특히 아래 기재된 설명 및 부가된 도면뿐만 아니라 청구항에서 지적한 구조에 의해 구현될 것이다.
이상 기술된 바와 같이, 본 발명은 70도 이상의 각도로 세워져 있는 차량(예: 버스와 같은 대형 차량)은 물론, 어떤 각도의 전면 윈도우(예: 5°~ 90°)를 갖는 차량에도 주행정보를 표출하는 기술을 구현하였다.
또한, 본 발명에 따른 허드(HUD)장치는 이중 유리구조의 전면 윈도우에 주행정보 이미지의 투영 시 2개의 영상이 맺혀지는 것을 제거하여 단일 영상으로 표출되도록 구성하고, 전면 윈도우의 유리 너머로 주행정보 영상이 맺혀지는 거리(예: 5cm ~ 20m)를 조절함으로써 영상의 확대/축소가 가능하고, 시야각 조절이 가능하며, 원근감 있는 영상이 표출되도록 하였다.
또한, 본 발명은 2개의 반사경 사이에 제1광학렌즈(140)를 추가함으로써, 종래 반사경의 구성(2개의 반사경만으로 구성)에 기인하던 영상 왜곡의 문제점을 개선하고, 4인치 내지 6인치 정도 축소(예: 5인치) 조절된 HUD 영상이 전면 윈도우에 표출되도록 하였다.
도1은 종래 LCD방식의 허드(HUD) 장치를 나타낸 예시도.
도2는 대형 차량의 운전석과 전면 윈도우를 나타낸 도면.
도3은 본 발명에 따른 허드장치의 블록 구성도.
도4는 본 발명에 따른 제1광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면.
도5는 본 발명에 따른 제2광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면.
도6은 본 발명에 따른 제3광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면.
도7은 본 발명에 따른 제4광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면.
도8은 본 발명에 따른 허드 장치의 동작방법을 나타낸 흐름도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 허드 장치는 수평기준 70도 이상 각도의 전면 윈도우를 갖는 대형 차량의 허드 장치에 관한 것으로, 조명광을 발생하는 백라이트부와, 상기 조명광을 광원으로 하여, 주행정보를 출력하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 전방에 위치하여, 상기 출력된 주행정보의 영상을 90°좌향으로 반사시키는 제1반사경과, 상기 제1반사경에 의해 반사된 주행정보 영상이 제2광학렌즈와 제3광학렌즈와 제4광학렌즈를 통과하는 과정에서 영상의 왜곡과 이중상의 문제없이 선명하게 확대되도록, 상기 반사된 주행정보 영상의 광 밀도를 조밀하게 모아 출력하는 제1광학렌즈와, 상기 제1반사경의 좌측에 위치하여, 상기 크기 조절된 영상을 90°좌향으로 반사시키는 제2반사경과, 상기 제2반사경에 의해 반사된 주행정보 영상의 배율을 100% 혹은 그 이상 변화시켜 출력하는 제2광학렌즈와, 상기 제2광학렌즈에서 출력된 주행정보 영상을 전면 윈도우의 유리 곡률상태에 따라 미리 변형하여 출력하는 제3광학렌즈와, 상기 제3광학렌즈의 출력 영상을 평활화하고 영상의 왜곡을 제거하는 제4광학렌즈(180)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 허드 장치의 주행정보 표시방법은 수평기준 70도 이상 각도의 전면 윈도우를 갖는 대형 차량의 허드 장치의 주행정보 표시방법에 관한 것으로,
디스플레이 패널이 주행정보 영상을 출력하는 과정과, 제1반사경이 상기 출력된 주행정보 영상을 90°좌향으로 반사시키는 과정과, 상기 제1반사경에 의해 반사된 주행정보 영상이 제2광학렌즈와 제3광학렌즈와 제4광학렌즈를 통과하는 과정에서 영상의 왜곡과 이중상의 문제없이 선명하게 확대되도록, 제1광학렌즈(140)가 상기 반사된 주행정보 영상의 광 밀도를 조밀하게 모아 출력시키는 과정과, 상기 제1반사경의 좌측에 위치한 제2반사경이 상기 크기 조절된 영상을 90°좌향으로 반사시키는 과정과, 제2광학렌즈가 상기 제2반사경이 반사한 주행정보 영상의 배율을 100% 혹은 그 이상 변화시켜 출력하는 과정과, R1370mm의 외경(外徑)을 갖는 제3광학렌즈가 상기 제2광학렌즈로부터 출력된 주행정보 영상을 전면 윈도우의 유리 곡률상태에 따라 미리 변형하여 투사하는 과정과, R650mm의 내경(內徑)과 R110mm의 외경(外徑), 그리고 15.00mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖는 제4광학렌즈가 상기 제3광학렌즈의 출력 영상을 평활화하고 영상의 왜곡을 제거하여 투사하는 과정을 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 차량의 주행정보를 차량의 전면 윈도우에 표출하는 기술로, 버스와 같은 대형 차량의 전면 윈도우에 적용된다. 도2에 도시된 바와 같이, 대형 차량의 전면 윈도우는 대개, 수평 기준 70도 이상 각도를 가지고 있으며, 2중 구조의 투명한 유리이다. 본 발명에 따른 허드(HUD)장치로부터 투영된 주행정보의 영상은 투명한 대형 차량의 전면 윈도우에 맺혀 선명하게 보이고, 2중구조의 유리에 투영 시 2개의 상이 맺혀지는 것을 제거하고 단일 영상으로 표출되도록 구성된다. 도2는 대형 차량의 운전석과 전면 윈도우를 나타낸 도면으로서, 도2의 a)는 운전석의 평면도이고, 도2의 b)는 운전석의 측면도이다.
또한, 본 발명은 전면 윈도우에 표출될 때 발생되는 영상의 깊이감을 조절할 수 있다. 즉, 상이 전면 윈도우 너머로 맺혀지는 거리를 조절하므로서 표출되는 영상의 확대/축소가 가능하고, 시야각 조절이 가능하며, 원근감 있는 영상의 표출이 가능하고, 영상이 맺혀지는 차량의 전면 윈도우가 수평기준 5도-90도 각도로 세워져 있어도 영상이 맺혀진다.
도3은 본 발명에 따른 허드장치의 블록 구성도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 허드장치(100)는, 백라이트부(110), 디스플레이 패널(120), 제1반사경(130), 제1광학렌즈 (140), 제2반사경(150), 제2광학렌즈(160), 제3광학렌즈(170), 제4광학 렌즈(180)를 포함하여 구성된다.
상기 백라이트 유닛(110)은 상기 디스플레이 패널(120)의 후방 일측에 설치되며, 디스플레이 패널(120)의 후면을 조명하여 광원을 제공한다. 백라이트 유닛(110)은 조명광으로서 UHP(Ultra High Pressure)램프나 LED(Light Emitting Diode) 또는 레이저(Laser) 등을 이용할 수 있다.
상기 디스플레이 패널(120)은 상기 차량의 주행정보 및 각종 운행정보를 표시할 수 있다. 즉, 차량의 주행정보(속도, 엔진RPM, 수온계, 주유계 등)를 디지털 방식의 그래프 또는 숫자 문자 등으로 표시할 수 있다. 디스플레이 패널(120)은 백라이트 유닛(110)의 조명광을 광원으로 하여, 차량의 주행정보를 출력한다.
디스플레이 패널(120)은 화면 출력장치로서, 인가전압에 따른 액정의 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각 정보로 변화시켜 전달하는 LCD, 기존의 투과형 액정패널이 아닌 반사형 액정패널을 사용하는 프로젝터의 한 방식인 LCOS(Liquid Crystal on Sillicon), 기판상에 제작된 미소의 금속 전극들을 움직여 반사 각도를 조절하는 DMD(Digital Micro-mirror Display), 능동 매트릭스형 액정의 하나로 LCD의 화소를 박막 트랜지스터로 제어하는 TFT(Thin Film Transistor), 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계발광형상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기 EL액정 디스플레이 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 제1반사경(130)은 상기 디스플레이 패널(120)의 전방 일 지점에 위치하여, 상기 디스플레이 패널(120)로부터 출력된 주행정보의 영상을 일 측방으로 반사시킨다. 제1반사경(130)은 상기 디스플레이 패널(120)로부터 출력된 주행정보의 영상을 제1반사경(130)의 수평기준 약 45도 좌향으로 기울여서 제1광학렌즈(140)에 도달하도록 반사시킨다.
상기 제1광학렌즈(140)는 오목렌즈로서, 도4에 도시된 바와 같이 외경 R62.00mm, 두께 7.74mm(오차 ±0.2)로 가공되며, 상기 제1반사경(130)로부터 반사되어 도달한 영상의 크기를 조절하고 초점거리를 변경시켜 출력한다. 이때, 제1광학렌즈(140)는 상기 영상의 크기를 대략 4인치 내지 6인치 정도 축소(예: 5인치) 조절하여 출력시킨다. 만일, 상기 제1광학렌즈(140)가 없다면, 8인치 내지 12인치 정도의 영상(예: 10인치)이 표출될 것이다. 도4는 본 발명에 따른 제1광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면이다.
본 발명은 2개의 반사경 사이에 제1광학렌즈(140)를 추가함으로써, 종래 반사경의 구성(2개의 반사경만으로 구성)에 기인하던 영상 왜곡의 문제점을 개선하고, 4인치 내지 6인치 정도 축소(예: 5인치) 조절된 HUD 영상이 전면 윈도우에 표출되도록 하였다.
제1광학렌즈(140)는 2개의 반사경(130, 150)사이에서, 제1반사경(130)가 반사한 영상화면의 광 밀도를 조밀하게 모으는 역할을 한다. 제2광학렌즈(160)와 제3광학렌즈(170)와 제4광학렌즈(180)를 통해 영상화면의 크기를 선명하게 확대하기 위해서는 오목렌즈(예: 제1광학렌즈 (140))로 영상화면을 축소시켜 화면의 선명도를 높이는 절차가 매우 중요하다. 또한, 오목렌즈(예: 제1광학렌즈 (140))로 영상화면을 축소시켜 화면의 선명도를 높이는 절차없이, 화면을 확대하는 경우 영상의 왜곡과 이중상의 문제점이 발생하게 된다.
전면 윈도우에 상이 맺히는 거리 조절을 위해, 본 발명은 제1반사경(130)과 제2반사경(150)간 제1광학렌즈(140)의 위치를 조절한다. 즉, 제1반사경(130)과 제2반사경(150) 사이에서, 제1광학렌즈(140)의 위치를 조절하는 것으로, 허드(HUD)의 초점거리를 수 m(미터)에서 수 Cm(센티미터)까지 조절할 수 있다. 그리고 그에 따라 영상이 전면 윈도우 너머 5cm~2m 떨어진 지점에 상이 맺히도록 할 수 있다.
상기 제2반사경(150)은 제1광학렌즈(140)를 사이에 두고 상기 제1반사경(130)의 좌측에 위치하여, 제1광학렌즈(140)의 출력 영상을 제2광학렌즈(160)에 도달하도록 90°좌향으로 반사시킨다.
상기 제2광학렌즈(160)는, 도4에 도시된 바와 같이 외경 R96.50mm, 두께 18.00mm(오차 ±0.2)로 가공되며, 상기 제2반사경(150)로부터 반사되어 도달한 영상의 영상배율을 변화시키며 전방의 제3광학렌즈(170)로 집중시킨다. 도5는 본 발명에 따른 제2광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면이다.
제2광학렌즈(160)는 영상배율을 90%~110%(예: 100%)정도 변화시키는 것으로서, 디스플레이 패널(120)의 영상이 제2반사경(150)을 통하여 렌즈부(160~180)에 도달하면서 발생되는 영상의 왜곡을 개선하고, 시야각을 넓혀주는 역할을 한다. 상기 90%~110%의 수치는 렌즈배율을 의미한다.
상기 제3광학렌즈(170)는 도6에 도시된 바와 같이 외경 R1370mm, 두께 5.00mm(오차 ±0.2)로 가공되며, 표출면 유리의 곡률 상태에 따라 상기 제2광학렌즈(160)로부터 전달된 영상을 미리 변형하여 전방의 제4광학렌즈(180)로 집중시킨다. 도6은 본 발명에 따른 제3광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면이다.
차량 전면 유리는 좌우/상하가 각기 다른 곡률을 가지고 있으며, 곡률에 따라 상의 일그러짐 영상이 발생된다. 따라서 이런 곡률에 따라 상을 미리 변형 시켜 주도록 제3광학렌즈(170)가 설계되어야 한다.
상기 제4광학렌즈(180)는 전면 윈도우(50)에 단일 영상이 표출되도록 즉, 이중 상(Image)이 형성되지 않도록, 상기 제3광학렌즈(170)로부터 전달된 영상을 평활화하고 영상의 왜곡이 제거되도록 조절하며, 도7에 도시된 바와 같이 렌즈의 내경(內徑)은 R650mm, 외경(外徑)은 R110mm로 가공된다. 도7은 본 발명에 따른 제4광학렌즈의 형상과 치수를 나타낸 도면이다.
본 발명은 제3광학렌즈(170)와 제4광학렌즈(180)를 매뉴얼 렌즈로 설계하여, 육안으로 영상을 보면서 수동으로 이들 렌즈(170, 180)를 좌우 조절하여 상의 일그러짐 및 이중영상을 조정할 수 있다. 그리고, 제3 및 제4광학렌즈(170, 180)를 좌우 조절하기 위해, 별도의 구동원(예: 모터, 기어)와 연결하는 구성을 갖는다.
일반적으로, 차량의 전면 윈도우는 이중구조로 이루어져 있다. 따라서, 전면 윈도우(50)에 영상을 표출할 때 유리표면에 단일 영상이 맺히지 않고 이중 상(Image)이 형성되는 문제가 발생한다. 종래의 허드장치는 이를 해결하기 위해, 이중구조로 이루어진 전면 윈도우의 유리들 사이에 투명도가 높은 필름지를 삽입하여, 그 필름지에 상이 맺히도록 하였다. 따라서, 종래 허드장치를 구비한 차량들은 유리들 사이에 투명도가 높은 필름지가 삽입된 전면 윈도우를 별도로 장착해야 하는 부담을 가지고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 제4광학렌즈(180)와 제3광학렌즈(170)는 전달된 영상을 조절하여 전면 윈도우(50) 너머의 5cm ~ 20m 떨어진 지점에 상이 맺히도록 하였다.
윈도우(50) 너머의 5cm ~ 20m 떨어진 지점에 상이 맺히도록 하기 위해, 제3광학렌즈(170)와 제4광학렌즈(180)는 일정한 거리유지와 렌즈설계 곡률을 가지고 있다. 본 발명은 이들 렌즈(170, 180)를 수동으로 조절하면서 상의 일그러짐 및 이중영상을 제거한다.
도8은 본 발명에 따른 허드 장치의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.
도8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 허드 장치(100)는 우선, 상기 백라이트 부(110)에 전원을 인가하여 높은 휘도의 조명광을 발생시킨다. 그리고 디스플레이 패널(120)을 기동시켜 차량의 주행정보(속도, 엔진RPM, 수온계, 주유계 등)를 표시하도록 한다. 이때, 상기 디스플레이 패널(120)이 표시하는 차량의 주행정보는 백라이트 부(110)의 조명광을 광원으로 하여, 제1반사경(130) 측으로 투사된다. (S10)
그러면, 상기 제1반사경(130)은 상기 투사된 주행정보의 영상을 대략 90°좌향(반사경 기준)으로 반사시킨다. (S20)
이후, 상기 제1반사경(130)에 의해 반사된 주행정보 영상은 제1광학렌즈(140)로 전달되고, 제1광학렌즈(140)는 상기 전달받은 주행정보 영상의 크기를 4인치 내지 6인치 정도 축소(예: 5인치) 조절하여 제2반사경(150) 측으로 출력한다. (S30)
그리고, 제2반사경(150)을 거치며 도90°좌향으로 반사된 상기 제1광학 렌즈(140)의 출력 영상은 제2광학렌즈(160)에 도달한다.
이후, 제2광학렌즈(160)는 상기 제2반사경(150)으로부터 전달받은 주행정보 영상의 영상배율을 90%~110%(예: 100%)정도 변화시키며 전방의 제3광학 렌즈(170)로 집중시킨다. (S40)
그리고, 제3광학렌즈(170)는 상기 제2광학렌즈(160)로부터 전달된 주행정보 영상을 전면 윈도우의 유리 곡률상태에 따라 미리 변형하여 출력한다. (S50) 제3광학렌즈(170)는 상기 제2광학렌즈(160)로부터 전달된 영상을 전면 윈도우의 유리 곡률상태에 맞도록 미리 변형시켜 전방의 제4광학 렌즈(180)로 집중시킨다.
그리고, 제4광학렌즈(180)는 전면 윈도우(50)에 단일 영상이 표출되도록 상기 제3광학렌즈(170)로부터 투사된 영상을 평활화하고 영상 왜곡을 제거한다. 제4광학렌즈(180)에서 출력된 영상은 전면 윈도우(50) 너머의 5cm ~ 20m 떨어진 지점에 상이 맺히도록 투사된다. (S60) 사용자는 상기 윈도우(50) 너머에 투사된 영상을 육안으로 보면서 제3 및 제4광학렌즈(170, 180)를 수동으로 좌우 조절하여 상의 일그러짐 및 이중영상을 조정한다.
본 발명은 제3광학렌즈(170)로부터 전달된 영상을 전면 윈도우(50) 너머의 일 지점(5cm ~ 20m 떨어진 지점)에 상이 맺히도록 투사함으로써, 허드장치를 위한 별도의 전면 윈도우(예: 유리 사이에 필름지가 삽입된 전면 윈도우)를 장착하지 않아도 된다.
본 발명은 제3광학렌즈(170)와 제4광학렌즈(180)를 통해, 주행정보 영상이 유리 너머로 맺혀지는 거리(예: 5cm ~ 20m)를 조절함으로써 영상의 확대/축소가 가능하고, 시야각 조절이 가능하며, 원근감 있는 영상을 표출한다. 또한, 본 발명에 따른 허드 장치는 어떤 각도의 전면 윈도우(예: 5°~ 90°)를 갖는 차량에도 적용 가능하다.
일반적으로, 대중교통을 운행하는 기사는 주행시 혹은 정차시 다양한 단말기(예: 카드 단말기, 버스정보 운전자 단말기 등)를 확인함과 동시에 승객의 탑승 및 착석유무 등을 동시에 파악해야 하므로, 항상 사고 위험성이 내재되어 있다. 본 발명은 허드장치(100)를 이용하여 10인치의 대형 화면을 분할하여 다양한 정보를 전면 윈도우에 표출함으로써, 대중교통의 안전성 향상에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명은 수직면 유리에 영상을 표출하는 장치를 개발하는데 그 목적이 있으므로, 버스뿐만 아니라 전철 및 기차에도 적용이 가능하고, 승객들의 좌석 유리창에도, 정류장 정보 등의 부가 정보를 제공할 수 있다.
또한, 수직면에 영상을 표출하는 본 발명의 허드장치를 응용하면 향후 투명 디스플레이 시장 즉, 광고나 홍보, 엔터테인먼트 시장에 직접적인 적용이 가능할 것으로 기대한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상 기술된 바와 같이, 본 발명은 70도 이상의 각도로 세워져 있는 차량(예: 버스와 같은 대형 차량)은 물론, 어떤 각도의 전면 윈도우(예: 5°~ 90°)를 갖는 차량에도 주행정보를 표출하는 기술을 구현하였다.
또한, 본 발명에 따른 허드(HUD)장치는 이중 유리구조의 전면 윈도우에 주행정보 이미지의 투영 시 2개의 영상이 맺혀지는 것을 제거하여 단일 영상으로 표출되도록 구성하고, 전면 윈도우의 유리 너머로 주행정보 영상이 맺혀지는 거리(예: 5cm ~ 20m)를 조절함으로써 영상의 확대/축소가 가능하고, 시야각 조절이 가능하며, 원근감 있는 영상이 표출되도록 하였다.
또한, 본 발명은 2개의 반사경 사이에 제1광학렌즈(140)를 추가함으로써, 종래 반사경의 구성(2개의 반사경만으로 구성)에 기인하던 영상 왜곡의 문제점을 개선하고, 4인치 내지 6인치 정도 축소(예: 5인치) 조절된 HUD 영상이 전면 윈도우에 표출되도록 하였다.
10, 120 : 디스플레이 패널 20 : 백라이트 유닛
30 : 광학계 40 : 반사경
50 : 전면 윈도우
100 : 허드장치 110 : 백라이트부
130 : 제1반사경 140 : 제1광학렌즈
150 : 제2반사경 160 : 제2광학렌즈
170 : 제3광학렌즈 180 : 제4광학렌즈

Claims (10)

  1. 수평기준 70도 이상 각도의 전면 윈도우를 갖는 대형 차량의 허드 장치에 있어서,
    조명광을 발생하는 백라이트부(110)와,
    상기 조명광을 광원으로 하여, 주행정보를 출력하는 디스플레이 패널(120),
    상기 디스플레이 패널의 전방에 위치하여, 상기 출력된 주행정보의 영상을 90°좌향으로 반사시키는 제1반사경(130)과,
    상기 제1반사경에 의해 반사된 주행정보 영상이 제2광학렌즈(160)와 제3광학렌즈(170)와 제4광학렌즈(180)를 통과하는 과정에서 영상의 왜곡과 이중상의 문제없이 선명하게 확대되도록, 상기 반사된 주행정보 영상의 광 밀도를 조밀하게 모아 출력하는 제1광학렌즈(140)와,
    상기 제1반사경의 좌측에 위치하여, 상기 크기 조절된 영상을 90°좌향으로 반사시키는 제2반사경(150)과,
    상기 제2반사경에 의해 반사된 주행정보 영상의 배율을 100% 혹은 그 이상 변화시켜 출력하는 제2광학렌즈(160)와,
    상기 제2광학렌즈에서 출력된 주행정보 영상을 전면 윈도우의 유리 곡률상태에 따라 미리 변형하여 출력하는 제3광학렌즈(170)와,
    상기 제3광학렌즈의 출력 영상을 평활화하고 영상의 왜곡을 제거하는 제4광학렌즈(180)를 포함하되,
    상기 제1광학렌즈(140)는
    R62.00mm의 외경(外徑)과 7.74mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖는 오목렌즈이고,
    상기 제2광학렌즈(160)는
    R96.50mm의 외경(外徑)과 18.00mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖고,
    상기 제3광학렌즈(170)는
    R1370mm의 외경(外徑)과 5.00mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖고,
    상기 제4광학렌즈(180)는
    R650mm의 내경(內徑)과 R110mm의 외경(外徑), 그리고 15.00mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 허드 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1광학렌즈(140)는
    상기 제1반사경(130)과 제2반사경(150)간의 놓여진 위치에 따라 상기 제1반사경에 의해 반사된 주행정보 영상의 크기를 4인치 내지 6인치 정도 축소 조절하여 출력하는 것을 특징으로 하는 허드 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 수평기준 70도 이상 각도의 전면 윈도우를 갖는 대형 차량의 허드 장치의 주행정보 표시방법에 있어서,
    디스플레이 패널이 주행정보 영상을 출력하는 과정과,
    제1반사경(130)이 상기 출력된 주행정보 영상을 90°좌향으로 반사시키는 과정과,
    상기 제1반사경에 의해 반사된 주행정보 영상이 제2광학렌즈(160)와 제3광학렌즈(170)와 제4광학렌즈(180)를 통과하는 과정에서 영상의 왜곡과 이중상의 문제없이 선명하게 확대되도록, 제1광학렌즈(140)가 상기 반사된 주행정보 영상의 광 밀도를 조밀하게 모아 출력시키는 과정과,
    상기 제1반사경의 좌측에 위치한 제2반사경(150)이 상기 크기 조절된 영상을 90°좌향으로 반사시키는 과정과,
    제2광학렌즈(160)가 상기 제2반사경이 반사한 주행정보 영상의 배율을 100% 혹은 그 이상 변화시켜 출력하는 과정과,
    R1370mm의 외경(外徑)을 갖는 제3광학렌즈(170)가 상기 제2광학렌즈 로부터 출력된 주행정보 영상을 전면 윈도우의 유리 곡률상태에 따라 미리 변형하여 투사하는 과정과,
    R650mm의 내경(內徑)과 R110mm의 외경(外徑), 그리고 15.00mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖는 제4광학렌즈(180)가 상기 제3광학렌즈의 출력 영상을 평활화하고 영상의 왜곡을 제거하여 투사하는 과정을 포함하되,
    상기 제1광학렌즈(140)는
    R62.00mm의 외경(外徑)과 7.74mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖는 오목렌즈이고,
    상기 제2광학렌즈(160)는
    R96.50mm의 외경(外徑)과 18.00mm(오차 ±0.2)의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 허드 장치의 주행정보 표시방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1광학렌즈(140)는
    상기 제1반사경(130)과 제2반사경(150)간의 놓여진 위치에 따라 상기 제1반사경에 의해 반사된 주행정보 영상의 크기를 4인치 내지 6인치 정도 축소 조절하여 출력하는 것을 특징으로 하는 허드 장치의 주행정보 표시방법.
  10. 삭제
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