KR102311183B1 - 차량용 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

차량용 헤드업 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 광을 생성하는 광원부와, 광원부에서 조사되는 광을 집광하는 렌즈부와, 렌즈부를 통과한 광의 가로방향과 세로방향 산란 각도를 다르게 하여 조명 균일도를 확보하는 필름부와, 필름부를 통과한 광을 이용하여 영상정보를 구현하는 화상생성부;를 포함하여, 원가를 절감하고 영상품질을 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 헤드업 디스플레이 장치{HEAD UP DISPLAY DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영상 밝기와 균일도를 향상시켜 영상 품질을 높이고 원가를 절감하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 헤드업 디스플레이 장치는 차량이나 항공기 주행 중 운전자 정면 즉, 운전자의 주 시야선을 벗어나지 않는 범위에서 차량주행정보나 기타 정보를 제공하는 시스템이다.
보통 시속 약 100km/h 운전 중에 시야를 계기판에 두었다가 도로로 시야를 고정시키는 시간(약 2초)에 약 55m 이동하기 때문에 위험은 존재한다. 이러한 위험을 줄이는 방법 중 하나로 헤드업 디스플레이 장치가 선택될 수 있다.
차량용 헤드업 디스플레이 장치는 전면유리창의 운전자 주시야선에 계기판의 정보(속력, 주행거리, RPM 등)를 나타나게 하여 운전자가 운전 중에도 쉽게 주행정보를 파약할 수 있도록 한다.
종래에는 앞 유리창에 영상 정보를 구현하기 위해 기능을 달리하는 복수개의 렌즈들이 사용되어 제작비용이 증가하였다. 그리고, 직사광선이 조사되면 낮은 영상 밝기로 인해 운전자가 영상정보를 안정적으로 인식하기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0813492호(2008.03.07. 등록, 발명의 명칭 : 차량용 헤드업 디스플레이 장치)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 영상 밝기와 균일도를 향상시켜 영상 품질을 높이고 원가를 절감하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는: 광을 생성하는 광원부; 상기 광원부에서 조사되는 광을 집광하는 렌즈부; 상기 렌즈부를 통과한 광의 가로방향과 세로방향 산란 각도를 다르게 하여 조명 균일도를 확보하는 필름부; 및 상기 필름부를 통과한 광을 이용하여 영상정보를 구현하는 화상생성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부는 엘이디인 것을 특징으로 한다.
상기 렌즈부는 광에 직진성을 부여하는 콜리메이터인 것을 특징으로 한다.
상기 렌즈부는 광에 직진성을 부여하는 프레넬렌즈인 것을 특징으로 한다.
상기 필름부는 마이크로 렌즈 어레이 시트인 것을 특징으로 한다.
상기 필름부는 시트부; 및 상기 시트부의 일측에 형성되고, 바둑판 모양으로 배치되는 복수개의 입사마이크로렌즈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 입사마이크로렌즈부의 가로곡률과 세로곡률은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 입사마이크로렌즈부의 가로간격과 세로간격은 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 필름부는 상기 시트부의 타측에 형성되고, 바둑판 모양으로 배치되는 복수개의 출사마이크로렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는: 상기 렌즈부와 상기 필름부 중 어느 하나 이상에 코팅되어 광반사를 방지하는 반사방지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 광원부와, 렌즈부와, 필름부와, 화상생성부를 통해 영상정보를 구현하므로, 전장 길이를 축소하고 원가를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 필름부가 광의 가로방향과 세로방향 산란 각도를 다르게 하여 조명 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 반사방지부가 렌즈부와 필름부에 코팅되어 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 필름부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 필름부에 의한 산란 에너지 분포도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 필름부에 출사마이크로렌즈부가 추가된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 반사방지부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치(1)는 광원부(10)와, 렌즈부(20)와, 필름부(30)와, 화상생성부(40)를 포함한다.
광원부(10)는 광을 생성하고, 렌즈부(20)는 광원부(10)에서 조사되는 광을 집광한다. 필름부(30)는 렌즈부(20)를 통과한 광의 가로방향과 세로방향 산란 각도를 다르게 하여 조명 균일도를 확보한다. 그리고, 화상생성부(40)는 필름부(30)를 통과한 광을 이용하여 영상정보를 구현한다. 일 예로, 화상생성부(40)로는 엘시디(LCD) 패널이 사용될 수 있다.
한편, 광원부(10)로는 엘이디(LED)가 사용된다. 그 외, 광원부(10)로 레이저광이 사용될 수 있으며, 그 외 광을 발생하는 다양한 광소자가 채택될 수 있다.
렌즈부(20)는 광에 직진성을 부여하는 콜리메이터(collimator)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 렌즈부(20)로는 집광렌즈의 일종으로 두께를 줄이기 위해 여러 개의 일정한 두께를 갖도록 형성되며, 광에 직진성을 부여하는 프레넬렌즈가 사용될 수 있다.
이때 광원부(10)와 렌즈부(20)는 1:1로 대응되도록 배치될 수 있다. 그리고, 광원부(10)와 렌즈부(20)는 화상생성부(40)의 조명 영역에 맞게 가로와 세로로 배열될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 필름부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A 단면도이며, 도 5는 도 3의 B-B 단면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 필름부에 의한 산란 에너지 분포도를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름부(30)는 가로방향 및 세로방향으로 산란 각도를 달리하는 마이크로 렌즈 어레이 시트(Micro Lens Array Sheet)가 될 수 있다.
즉, 필름부(30)를 통과한 광은 미러 광학계를 통해 가상이미지를 구현하는데, 필름부(30)의 가로방향 및 세로방향 산란 각도는 미러 광학계의 가로방향 및 세로방향의 치프레이(chief ray) 각도를 보상하여 가상이미지의 영상 균일도와 밝기를 향상시킬 수 있다.
필름부(30)는 가로방향 및 세로방향으로 이방성 산란을 하는 동시에, 산란 에너지 분포가 중심을 기준으로 대칭이며, 일정 범위 각도에서 산란 에너지 분포가 균일한 탑햇(top-hat) 분포를 나타내어(도 6 참조), 운전자가 인지하는 구간에서 균일한 조명 균일도를 확보할 수 있다. 그리고, 필름부(30)의 가로방향 및 세로방향으로 산란된 광은 직사각형 형태로 방사되어 조명 효율을 극대화한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필름부(30)는 시트부(31)와 입사마이크로렌즈부(32)를 포함한다. 시트부(31)는 광원부(10)와 렌즈부(20)가 내장되는 하우징에 장착될 수 있다. 입사마이크로렌즈부(32)는 시트부(31)의 일측면에 형성되고, 복수개가 바둑판 모양으로 배치된다.
일 예로, 입사마이크로렌즈부(32)는 렌즈부(20) 방향으로 돌출되어 광을 안내할 수 있다. 이러한 입사마이크로렌즈부(32)는 바둑판 배열 외에, 육각 형태로 배열될 수 있으며, 가로방향과 세로방향의 산란 각도가 상이한 이방성 산란이 가능하도록 다양한 형태로 배열될 수 있으며, 사이즈는 20 내지 40마이크로미터가 될 수 있다.
한편, 도 4와 도 5를 참조하면, 입사마이크로렌즈부(32)의 가로곡률(r1)과 세로곡률(r2)은 서로 상이하며, 입사마이크로렌즈부(32)의 가로간격(p1)과 세로간격(p2)은 서로 동일하거나 상이하다.
보다 구체적으로, 가로방향으로 복수개의 입사마이크로렌즈부(32)가 배치되고, 세로방향으로 복수개의 입사마이크로렌즈부(32)가 배치된다. 이때, 어느 하나의 입사마이크로렌즈부(32)에서 가로곡률(r1)과 세로곡률(r2)은 서로 상이하며, 가로간격(p1)과 세로간격(p2)은 서로 동일하거나 상이하다.
즉, 가로방향과 세로방향의 산란 각도가 상이하도록, 가로방향 및 세로방향의 높이와, 곡률과, 간격이 조절될 수 있다.
그 외, 바둑판으로 배열되는 복수개의 입사마이크로렌즈부(32) 중에서 홀수행과 짝수행에 배열되는 입사마이크로렌즈부(32)의 가로높이(h1)와, 가로곡률(r1)과, 가로간격(p1)이 서로 상이할 수 있다.
마찬가지로, 바둑판으로 배열되는 복수개의 입사마이크로렌즈부(32) 중에서 홀수열과 짝수열에 배열되는 입사마이크로렌즈부(32)의 세로높이(h2)와, 세로곡률(r2)과, 세로간격(p2)이 서로 상이할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 필름부에 출사마이크로렌즈부가 추가된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 필름부(30)는 출사마이크로렌즈부(33)를 더 포함할 수 있다.
출사마이크로렌즈부(33)는 시트부(31)의 타측면에 형성되고, 복수개가 바둑판 모양으로 배치된다. 일 예로, 출사마이크로렌즈부(33)는 화상생성부(40) 방향으로 돌출되어 광을 안내할 수 있다. 이러한 출사마이크로렌즈부(33)는 바둑판 배열 외에, 육각 형태로 배열될 수 있으며, 가로방향과 세로방향의 산란 각도가 상이한 이방성 산란이 가능하도록 다양한 형태로 배열될 수 있다. 출사마이크로렌즈부(33)는 도 4와 도 5의 입사마이크로렌즈부(32)와 동일한 방식으로 설계될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치에서 반사방지부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치(1)는 반사방지부(50)를 더 포함할 수 있다. 반사방지부(50)는 반사방지물질이 렌즈부(20)와 필름부(30) 중 어느 하나 이상에 코팅되어 광반사를 방지할 수 있다. 한편, 렌즈부(20)와 필름부(30)는 합성수지 또는 유리재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
전원이 인가되면 광원부(10)에서 생성된 광은 렌즈부(20)와 필름부(30)를 순차로 통과하여 화상생성부(40)에 도달한다.
이때, 렌즈부(20)는 광을 집광하여 광의 직진성을 부여하고, 필름부(30)는 통과하는 광의 가로방향 및 세로방향 산란 각도를 다르게 하여 조명 균일도를 확보한다.
그리고, 화상생성부(40)는 조사되는 광을 선택적으로 통과시켜 영상정보를 구현한다. 화상생성부(40)를 통해 구현된 영상정보는 미러 광학계를 통해 전면유리창에 도달하여 운전자가 인식한다.
한편, 필름부(30)는 하우징에 장착되는 시트부(31)의 일측에 복수개의 입사마이크로렌즈부(32)가 바둑판 모양으로 배치되어 광을 산란시킨다. 이때, 시트부(31)의 타측에 복수개의 출사마이크로렌즈부(33)가 바둑판 모양으로 배치되어 출사광의 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치(1)는 광원부(10)와, 렌즈부(20)와, 필름부(30)와, 화상생성부(40)를 통해 영상정보를 구현하므로, 전장 길이를 축소하고 원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치(1)는 필름부(30)가 광의 가로방향과 세로방향 산란 각도를 다르게 하여 조명 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 헤드업 디스플레이 장치(1)는 반사방지부(50)가 렌즈부(20)와 필름부(30)에 코팅되어 광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 광원부 20 : 렌즈부
30 : 필름부 31 : 시트부
32 : 입사마이크로렌즈부 33 : 출사마이크로렌즈부
40 : 화상생성부 50 : 반사방지부

Claims (10)

  1. 광을 생성하는 광원부;
    상기 광원부에서 조사되는 광을 집광하는 렌즈부;
    상기 렌즈부를 통과한 광의 가로방향과 세로방향 산란 각도를 다르게 하여 조명 균일도를 확보하는 필름부; 및
    상기 필름부를 통과한 광을 이용하여 영상정보를 구현하는 화상생성부;를 포함하고,
    상기 필름부는
    시트부; 및
    상기 시트부의 일측에 형성되고, 바둑판 모양으로 배치되는 복수개의 입사마이크로렌즈부;를 포함하며,
    상기 입사마이크로렌즈부의 가로곡률과 세로곡률은 서로 상이하고,
    홀수행과 짝수행에 배열되는 상기 입사마이크로렌즈부의 가로높이, 가로곡률, 가로간격이 서로 상이하며,
    홀수열과 짝수열에 배열되는 상기 입사마이크로렌즈부의 세로높이, 세로곡률, 세로간격이 서로 상이하고,
    상기 필름부를 통과한 광은 미러 광학계를 통해 가상이미지를 구현하되, 상기 필름부의 가로방향 및 세로방향 산란 각도는 미러 광학계의 가로방향 및 세로방향의 치프레이(chief ray) 각도를 보상하여 가상이미지의 영상 균일도와 밝기를 향상시키며,
    상기 필름부는 가로방향 및 세로방향으로 이방성 산란을 하는 동시에, 산란 에너지 분포가 중심을 기준으로 대칭이며, 일정 범위 각도에서 산란 에너지 분포가 균일한 탑햇(top-hat) 분포를 나타내어, 운전자가 인지하는 구간에서 균일한 조명 균일도를 확보할 수 있고, 상기 필름부의 가로방향 및 세로방향으로 산란된 광은 직사각형 형태로 방사되어 조명 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부는 엘이디인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 광에 직진성을 부여하는 콜리메이터인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 광에 직진성을 부여하는 프레넬렌즈인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 필름부는 마이크로 렌즈 어레이 시트인 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 필름부는
    상기 시트부의 타측에 형성되고, 바둑판 모양으로 배치되는 복수개의 출사마이크로렌즈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈부와 상기 필름부 중 어느 하나 이상에 코팅되어 광반사를 방지하는 반사방지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드업 디스플레이 장치.
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