KR940000333B1 - 자동 헤드-업 디스플레이 시스템 - Google Patents

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제이. 페러 죤
체른 마오-진
지. 헤그 로널드
제이. 반 리오웬 매튜
에이. 스트링펠로우 스티븐
제이. 웨인라이트 윌리엄
제이. 킹 하리
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Abstract

내용 없음.

Description

자동 헤드-업 디스플레이 시스템
제1도는 본 발명에 따른 차량 헤드-업 디스플레이 시스템의 주요 구성부분의 개략도.
제2도는 제1도에 도시한 헤드-업 디스플레이 시스템의 결상조명광원의 개략확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 콤바이너 20 : 결상조명광원
111 : 영상원 113 : 폴드(중계)거울
115 : 편축거울 117 : 투명커버
119 : 광트랩
본 발명은 결상조명광을 생성하는 영상원과, 상기 영상원에 의해 제공되는 결상조명광을 상기 방풍창쪽으로 배향시키는 수단으로서 상기 결상조명광을 반사시키는 비구면 거울을 포함하는 수단과, 상기 방풍창의 일부분을 포함하여 상기 배향된 조명광을 부분적으로 반사시켜 차량운전자가 볼 수 있는 상기 영상원의 허상을 생성하는 콤바이너(combiner)를 포함하는 차량용 헤드-업 디스플레이 시스템(head-up display system)에 관한 것이다.
차량 계기정보는, 통상적으로, 방풍창의 아래쪽에 있는 차량계기판상에 디스플레이되므로, 운전자가, 예로서, 차량 속력이나 경고등의 상태를 점검하기 위해서는 외부상황으로부터 계기판쪽으로 눈길을 돌려야만 한다. 이러한 시선의 변경에는 시야의 이동 및 초점의 재설정이 요구되므로 외부상황의 변화에 대한 부주의한 집중이 야기될 수도 있다.
계기정보를 외부상황을 관찰하는 파이럿트의 시선내에 제공하는 것이 바람직하다는 사실의 인식에서, 헤드-업 디스플레이를 군사용 항공기에 사용하여 계기정보 및 기타 정보를 제공해 왔다. 그러나, 이러한 헤드-업 디스플레이 시스템은 복잡하고도 고가이며, 자동차 또는 유사차량에는 필요치 않은 능력을 갖고 있다.
국제출원공개공보 제 WO89/03059호는 자동차 방풍창을 포함하는 헤드-업 디스플레이 시스템을 개시하고 있는데 이 공보에 있어서, 자동차 방풍창의 내면과 외면은 액정 디스플레이와 같은 정보원으로부터의 광이 내포하고 있는 정보를 반사시킨다. 방풍창의 내면과 정보원 사이에는, 방풍창 표면의 비평면성으로 인해 생기는 광학적 작용을 보상하기 위한 광학적 광배향 특성을 제공하는 투사렌즈 시스템이 설치된다. 이 투사렌즈 시스템은 특정의 비구면 방풍창 형상에 대해 독특한 비구면 렌즈요소와 많은 수의 여러 다른 방풍창 형상들에 대해 흔한 기타 요소들을 갖는다. 이 특허에서는, 정보원의 위치를 변화시킴으로써 허상의 수직위치가 변위되게 한다.
한편, 미국 특허원 제4,806,904호는 허상의 수직방향 변위를 고려한 또다른 헤드-업 디스플레이 시스템을 개시하고 있는데, 이 공지의 헤드-업 디스플레이 시스템은 계기판에 제공된 발광 디스플레이 본체와 발광 디스플레이 본체로부터의 디스플레이 광을 반사부분쪽으로 반사시키는 반사거울을 사용한다. 이 시스템에서는, 발광 디스플레이 본체와 반사거울을 하우징내에 수용하고, 이 하우징을 스티어링 휠(seteering wheel)에 연결부재에 의해 연결하여, 스티어링횔을 위 아래로 기울임으로써, 하우징이 차량의 전진 및 후진방향으로 미끄러져 이동될 수 있게 하고 있다.
또한, 국제출원공개 제WO89/02611호는 또다른 헤드-업 디스플레이 시스템을 개시하고 있는데, 이 시스템은 수차들을 최소화하고 디스플레이 영상의 수직방향 불균형 및 굴곡을 줄이는데 최적한 비구면 거울을 사용한다. 이 시스템에서는, 영상원을 미리 변형시켜 편축구성에 따른 왜곡을 보상한다. 한편, 주변의 반사광을 만곡되고 경사진 유리차폐체 및 흑색 표면 광흡수체를 사용하여 담소시키고 조절한다.
본 발명의 목적은 외부상황으로부터 시선의 변경없이도 차량운전자가 볼 수 있으며 또한 키가 다른 운전자들에 대해 적응할 수 있게 수직방향으로 조절가능한 허상을 생성하는 차량용 헤드-업 디스플레이를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 차량 운전자 헤드의 수직 위치에 대해 적응할 수 있게끔 경사지게 조절가능한 비구면 거울을 사용함으로써 달성된다.
이같은 특정 구성에 따라, 작은 거울을 작은 결상 조명광원 패키지와 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 장점 및 특징은, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부도면을 참조하여 다음의 상세설명을 읽은 것으로부터 쉽게 알 수 있을 것이다.
다음의 상세설명 및 도면에 있어서. 동일한 요소는 동일한 참조부호로 식별한다.
제1도를 참조하면, 헤드-업 차량계기 디스플레이 시스템은 결상조명광원(20)과, 차량 방풍창, 예로서, 자동차 방풍창의 일부분을 포함하는 콤바이너 요소(11)를 포함한다. 결상조명광원(20)은 계기판상에 있거나, 결상조명광의 통과를 위한 적정한 구멍을 가진 계기판내에 있을 수 있다. 콤바이너 요소(11)는 조명광을 운전자쪽으로 일부 반사시켜, 결상조명광원내에 있는 발광영상원의 허상이, 예로서, 차량방풍창의 전방위치에 생성되도록 한다.
본 실시태양은 자동차와 같은 차량에 관련하여 설명되고 있으나, 여기서 차량이란 용어는 방풍창이나 이와 유사한 투명 보호물을 갖고 있는 다른 차량들도 포함한다는 것을 알아야 한다. 차량이란 용어에는 또한 방풍창을 갖고 있지 않는 차량도 포함되는데, 이 경우에는 콤바이너가, 예로서, 투명판을 포함할 수도 있다.
설명예로서, 콤바이너 요소(11)는 방풍창내면의 일부분을 포함하며, 프레스넬(Fresnel) 반사법칙에 따라, 결상조명광원(20)에 의해 제공되는 결상조명광을 부분적으로 반사시킨다. 특정예로서, 결상조명광은 방풍창 내면상에 법선에 대해 약 65°로 입사하며, 입사 조명광은 약 15% 내지 20%가 반사된다.
콤바이너 요소(11)는, 또한, 현재 70%인 연방기준 이하로 투광율을 떨어뜨리지 않는 금속성 피막이나, 또는 다층유전성 반사피막을 포함할 수 있다. 이러한 피막들은 방풍창내면이나 방풍창들간에 도포될 수도 있다. 피막은 방풍창내면에 도포되면 영상의 질이 보다 양호하게 되기만, 피막이 물리적인 손상을 입게될 가능성은 더욱 커지게 될 것이다. 한편, 피막을 방풍창의 층들간에 도포하면 물리적인 손상은 방지되겠지만, 내면으로부터의 반사로 인해 고스트(ghost) 영상이 생기게 될 것이다. 이러한 고스트 영상은 내면상에 반사방지피막을 제공하면 감쇠될 수도 있지만, 반사방지피막은 물리적 손상을 입기 쉽게 될 것이다.
선택적으로, 반사요소(11)는 반사 홀로그램(hologram)일 수도 있다.
제2도를 참조하면, 결상 조명광원(20)이 상세히 도시된다. 결상조명광원(20)은 미합중국 미시간 플라이 마우스에 소재하는 후타바 코포레이션(Futaba Corporation)사로부터 구입할 수 있는 것과 같은, 예로서, 고강도 진공형광 디스플레이(VFD)를 포함하는 영상원(111)을 포함한다. VFD는, 흔히, 발광하는 숫자 및/또는 영문자 심볼이나 표시의 형성을 위해 선택적으로 구동가능한 세그먼트 요소들을 포함한다. 영상원(111)에 대한 입력은 선택된 차량 및/또는 엔진 작동 파라메터 및 상태의 디스플레이를 위해 적정한 변환회로에 의해 제공된다.
하우징(110)내에 고착된 폴드(fold) 거울(113)은 결상조명광을 영상원(111)으로부터 편축거울(115)로 중계하고, 편축거울은 그 결상조명광을 투명커버(117)를 통해 콤바이너 요소(11)에 중계한다. 본 명세서에서 상세히 설명되는 바와 같이, 거울(115)은 하우징내에 고착되거나 또는 횡축 ″A″를 중심으로 경사를 이룰 수도 있다. 본 실시예에서는 중계 거울(113)이 포함되고 있으나. 결상조명광원(20)내에 있어서의 영상원(111)의 위치 및 방풍창에 대한 결상조명광원(20)의 위치에 따라서, 중계거울은 필요치 않을 수도 있다. 폴드거울(113)은 평면형일 수도 있거나, 또는 방풍창 곡률이나 거울(115)의 곡률을 보상하기 위해 원통면과 같은 어떤 광학적인 곡면을 가질 수도 있다.
반사요소가 홀수개(예로서, 3개)인 경우에는 영상원(111)은 의도하는 허상의 거울상인 것이 채택되고, 반사요소가 짝수개(예로서, 2개)인 경우에는 영상원(111)은 의도하는 허상과 동일한 것이 채택됨을 알아야 한다.
거울(115)은 일반적으로 오목거울로서 콤바이너(11)에 중계되는 영상을 확대한다. 거울(115)은 비구면 요소인 것이 바람직하다. 거울(115)의 특정곡률은 거울(115)의 편축형태로 인해 도입되는 왜곡 및 방풍창의 곡률로 인해 도입되는 왜곡을 보상하도록 규정될 수 있다.
광학 요소들은 운전자가 아이박스(eyebox)라 불리우는 공간의 영역에 걸쳐 디스플레이되는 전체허상을 볼 수 있도록 구성되어 있다. 운전자의 정상적인 헤드모션(head motion)을 허용케 하고 또한 키가 크거나 작은 운전자에 따른 헤드위치의 변위를 수용하도록 하기 위해서는 비교적 큰 아이박스가 요망된다. 이같이 비교적 큰 아이박스를 얻기 위해서는, 커다란 거울(115)을 사용할 수 있는데. 이렇게 하면 결상조명광원(20)의 패키지가 크게 될 것이다. 한편, 선택적으로 횡축 ″A″를 중심으로 경사를 이룰 수 있는 작은 거울(115)을 사용하면, 결상조명광원 패키지를 작게 유지하면서 아이박스의 수직위치를 조절할 수 있게 된다.
운전자들은 제각기 아이박스의 중심이 자신의 헤드 위치에 걱정하도록 그러한 소형의 경사가능한 거울(115)을 일정한 경사로 조정할 것이고, 그 일정한 경사에서 거울은 운전자의 정상적인 헤드모션을 허용할 수 있을 정도로 충분히 큰 아이박스를 제공할 것이다. 특정 예로서, 거울(115)은 원격조정식 자동차 측면거울에 이용되는 것과 유사한 장치에 의해 그의 경사가 조절될 수도 있다.
전술한 설명예들에 있어서의 콤바이너는 방풍창 또는 이것에 도포된 피막을 포함하지만, 방풍창을 갖고 있지 않는 차량의 경우에는 콤바이너가 투명판 또는 이것에 도포된 피막을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.
영상원(111)을 진공형광 디스플레이로서 특정하여 개시하였으나, 그 영상원(111)으로서는, 예를들어, 일본의 세이코(seiko)사로부터 구입할 수 있는 세그먼트, 및 매트릭스 어드레서블 액정 디스플레이(LCD)를 비롯한 많은 기타의 영상원들이 사용될 수 있다. 특정 예로서, 적당한 LCD는 외부에서 볼 때 네가티브 그래픽을 나타내는데, 네가티브 그래픽에서는, 디스플레이의 대부분이 어둡게 보이며 소망의 디스플레이 표시를 이루는 세그먼트 또는 픽셀만이 ″온(on)″상태이거나 투명하게 보일 것이다. LCD는 백라이트(backlight) 구조를 가지므로, 광은 온상태에 있는 또다른 투명한 세그먼트만에 의해서만 전송될 것이다.
특히 LCD에 관하여, LCD는 백열전구 및 시준된 조명광을 제공하는 시준요소를 포함한다. 조명요소는, 비구면거울(115)과 조합하여 전구필라멘트의 영상이 아이박스의 중심에 재결상되도록 설계하는 것이 바람직하다(상기 아이박스는 보는 사람의 눈이 허상을 보기위해 위치하는 공간의 영역이다.). 필요한 아이박스의 크기에 따라 LCD는 소량의 산란을 위해 LCD의 영상면상에 산란기, 예로서, 얇은 젖빛 유리층을 포함한다.
액정 디스플레이는 편광을 발하기 때문에, 액정 디스플레이의 조명광출력의 편광을 조절하여 콤바이너(11)로부터의 반사도를 증가시킬 수도 있다.
방풍창의 내면을 포함하고 및 약 65°의 입사각을 갖는 설명 예인 콤바이너 요소의 경우, S 편광에 대한 반사효율이 P 편광에 대한 반사효율보다 훨씬 더 크다. 따라서, 영상원(111)으로서 사용된 LCD는 최대 광효율을 위해 S 편광을 발하도록 구성할 수도 있다. 그렇지만, 편광 선글라스는 흔히 P 편광되므로, 헤드-업 디스플레이 영상은 상당히 흐리게 될 것이라는 것을 알아야 한다.
본 발명의 결상조명광원(20)은 잠재적인 오염 및 손상원으로 작동하는 오물, 먼지 및 물체가 그 결상 조명광원내로 들어가지 못하도록 하는 유익한 밀폐구조를 갖는다. 그러나, 눈을 부시게 하거나 시야를 가리는 투명커버(117)로부터의 반사광이 없어야 한다는 것을 알아야 한다. 어떤 각을 이루고 있는 방풍창을 가진 자동차에 헤드-업 디스플레이 시스템을 설치하는 것에 관한 특정 예로서, 투명커버(117)의 상면은 횡방향으로 연장하는 장축을 가지며 두개의 촛점에 의해 규정된 타원형상 원통체의 오목한 부분일 수 있다. 상기한 두 촛점중의 하나는 (a) 결상조명광원(20)의 상측 전방연부를 따르며 방풍창에 대해 평행하게 위치한 광트랩(trap)(119)의 상연부 뒤쪽 아래에 위치되고, 다른 하나는 (b) 방풍창의 위쪽에서 광트랩에 관련한 촛점의 뒤쪽에 위치되어 촛점이 차량방풍창에 의해 광학적으로 접혀지는 때 아이박스 아래에 놓이게 된다.
다시 말해서, 투명커버(117)의 상면을 포함하는 타원원통체는 전술한 촛점들에 의해 규정될 것이다.
타원원통형의 상면때문에, 관련 태양광 및 대기 산란광의 반사성분은 운전자의 눈으로부터 떨어진 아래쪽 위치에 결상된다. 특히, 광트랩에 관련한 촛점의 위쪽에서 투명커버에 입사하여 그 투명커버에 의해 반사되는 광(즉, 태양광 및 대기산란광)은 방풍창에 의해 아이박스의 아래쪽 위치로 반사될 것이다. 광트랩에 관련한 촛점 아래로부터(즉, 광트랩의 내면으로부터) 투명커버에 입사하여 그 투명커버에 의해 반사되는 광은 방풍창에 의해 아이박스내로, 그리고 아이박스 위쪽으로 반사될 것이다. 따라서, 운전자는 광트랩의 내면만을 보게 된다. 광트랩의 내면은 매트블랙(matte black)으로 하여 그것의 가시영상이 어두운 영역으로 되게 하는 것이 바람직하다.
전술한 것은, 운전자가 외부상황의 관측으로부터 심한 이탈없이도 볼 수 있는 허상을 제공하는 헤드-업 차량 계기 디스플레이 시스템으로서, 이 헤드-업 디스플레이 시스템은 제작 및 자동차와 같은 차량에의 설치가 용이하며, 차량 방풍창의 특별한 처리없이도 구현될 수 있다.
명세서중에서는 본 발명의 특정 실시태양에 관해 설명하고 도시하였지만, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 규정한 본 발명의 범주 및 정신을 이탈하지 않는 범위에서 각종 수정 및 변형을 할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 결상조명광을 생성하는 영상원(111)을 가진 조명수단(20)과 ; 상기 영상원(111)에 의해 제공되는 결상조명광을 상기 방풍창쪽으로 배향시키는 수단으로서 상기 결상조명광을 반사시키는 비구면 거울(115)을 포함하는 상기 수단과 ; 상기 방풍창의 일부분을 포함하여, 상기 배향된 조명광을 부분적으로 반사시켜 차량운전자가 볼 수 있는 상기 영상원(111)의 허상을 생성하는 콤바이너(11)를 포함하는 방풍창을 가진 차량용의 자동 헤드-업 디스플레이 시스템에 있어서, 상기 비구면 거울(115)은 차량운전자 헤드의 수직위치에 대해 적응할 수 있게끔 경사지게 조절가능한 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 콤바이너(11)를 이루는 방풍창부분의 내면과 반대쪽의 표면상에 배치되는 반사방지피막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 콤바이너(11)는 상기 방풍창에 도포된 반사피막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드-업 디스플레이 시스템은 상기 방풍창쪽으로 배향된 상기 결상조명광을 투과시키는 투명커버(117)를 더 포함하며, 상기 투명커버(117)는 그로부터의 태양광 및 대기 산란광 반사성분들이 차량운전자의 눈으로부터 멀어지게 향하도록 하는 형상을 가진 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명수단(20)은 진공형광 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명수단(20)은 액정 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 액정 디스플레이는 방풍창의 내면으로부터의 반사를 증대시키기 위해 편광되는 조명광을 제공하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비구면 거울은 방풍창의 곡률을 보상하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 콤바이너(11)는 투명판을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 콤바이너(11)는 상기 투명판에 도포된 반사피막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
  11. 제4항에 있어서, 상기 투명커버(117)는 타원원통형상의 상면을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 헤드-업 디스플레이 시스템.
KR1019900004718A 1989-04-07 1990-04-06 자동 헤드-업 디스플레이 시스템 KR940000333B1 (ko)

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JP335,174 1989-04-07
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