KR20170068116A - 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20170068116A KR1020150174952A KR20150174952A KR20170068116A KR 20170068116 A KR20170068116 A KR 20170068116A KR 1020150174952 A KR1020150174952 A KR 1020150174952A KR 20150174952 A KR20150174952 A KR 20150174952A KR 20170068116 A KR20170068116 A KR 20170068116A
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Abstract

레이저 광원을 기반으로 시분할 다중 디스플레이 기법을 적용함으로써 사이즈를 축소시키면서도 다수의 이미지를 표시할 수 있으며 시인성이 우수한 헤드업 디스플레이 장치가 개시된다. 상기 헤드업 디스플레이 장치는 레이저 광원부를 포함하며, 상기 레이저 광원부의 광출력 주기를 표시하고자 하는 이미지의 개수에 따라 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 복수의 이미지를 변경하여 표시한다.

Description

헤드업 디스플레이 장치{HEAD UP DISPLAY DEVICE}
본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 광원을 기반으로 시분할 다중 디스플레이 기법을 적용함으로써 사이즈를 축소시키면서도 다수의 이미지를 표시할 수 있으며 시인성이 우수한 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 출시되는 차량에는 차량의 상품성을 향상시킬 수 있으며 운전자에게 다양한 편의성 기능을 제공할 수 있는 다양한 전장품이 설치되어 있고 있는 추세이다. 이러한 전장품 중에는 차량의 운전석 전면 유리창에, 다양한 차량 정보를 가상 이미지로 표시하여, 운전자가 차량 운전 중 전방을 계속 주시하면서 동시에, 상기 차량 정보를 확인할 수 있도록 하기 위한 헤드 업 디스플레이(Head Up Display: HUD) 장치가 개발되어 차량에 탑재되고 있다.
종래의 헤드 업 디스플레이 장치는 LCD 또는 DLP와 같은 평면 디스플레이 장치에서 표시되는 영상을 미러를 통해 운전석 전면 유리창에 투영하여 운전자가 이미지를 인식하게 하는 방식을 사용하였다.
그러나, 종래의 헤드업 디스플레이 장치는 차량 전면 유리창에 이미지를 투영할 때 유리가 갖는 두께로 인해 고스트 이미지가 발생하여 운전자가 선명한 이미지를 인식하기 어려운 시인성 문제를 갖는다.
또한, 종래의 헤드업 디스플레이는 사이즈가 큰 평면 디스플레이 장치와 디스플레이 장치에 출사되는 광을 적절한 위치로 투영하기 위한 다양한 광학계를 필요로 함으로써 헤드업 디스플레이 장치의 사이즈가 증가하게 되며 제작 단가가 상승하는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0130802 A KR 10-2010-0009227 A
이에 본 발명은, 레이저 광원을 기반으로 시분할 다중 디스플레이 기법을 적용함으로써 사이즈를 축소시키면서도 다수의 이미지를 표시할 수 있으며 시인성이 우수한 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
레이저 광원부를 포함하며,
상기 레이저 광원부의 광출력 주기를 표시하고자 하는 이미지의 개수에 따라 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 복수의 이미지를 변경하여 표시하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 분할된 주기마다 상기 레이저 광원부에서 출력되는 광경로를 변경하여 상기 이미지의 결상 위치를 변경하는 3차원 도광 구조물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이미지의 결상 위치에는 상기 이미지에 대응되는 홀로그래픽 패턴이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 레이저 광원부에서 출사되는 광의 진행 경로에 배치되어 상기 레이저 광원부에서 출력되는 빛을 투사시켜 그 파장을 변경하는 투사 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 레이저 광원부에서 출사되는 광의 진행 경로에 배치되며, 상기 레이저 광원부의 광출력 주기를 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 상기 복수의 이미지를 변경하여 투사시키는 투사 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 투사 광학계는 상기 복수의 이미지에 대응되는 복수의 홀로그래픽 패턴을 포함하며, 상기 레이저 광원부의 광출력 주기를 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 상기 복수의 홀로그래픽 패턴을 각각 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 투사 광학계를 통과한 광의 진행경로를 변경하여 상기 투사 광학계에서 투사된 이미지의 결상 위치를 변경하는 3차원 도광 구조물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 3차원 도광 구조물은 상기 투사 광학계에서 이미지가 변경되는 시점과 동기화하여 구동될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
사전 설정된 디스플레이 영역에 배치된 홀로그래픽 패턴; 및
상기 홀로그래픽 패턴이 갖는 패턴의 이미지를 시각적으로 인식할 수 있도록 상기 홀로그래픽 패턴에 빛을 조사하는 레이저 광원부;
를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치를 제공한다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 헤드업 디스플레이 장치에 따르면, 홀로그래픽 패턴을 이용하여 이미지를 결상하여 표시함으로써 표시되는 이미지의 고스트 현상 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 헤드업 디스플레이 장치에 따르면, 레이저 광원을 적용함으로써 LCD, DLP 등과 같이 평면 디스플레이 장치를 사용하는 종래의 헤드업 디스플레이 장치에 비해 태양광이나 조명 등 주변광의 영향을 거의 받지 않는다.
이에 따라, 상기 헤드업 디스플레이는 고스트 현상 제거 및 주변 광에 의한 악영향을 제거하여 이미지의 시인성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 사이즈가 비교적 큰 평면 디스플레이 장치를 제거함으로써 헤드업 디스플레이의 소형화를 가능하게 하고 제작 단가를 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 헤드업 디스플레이 장치에 따르면, 광원인 레이저 광원의 광출력 주기를 분할하는 시분할 다중화 방식을 채택하여 간단한 구조를 통해 복수의 이미지를 표시할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 헤드업 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 여러 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치 적용되는 시분할 다중화 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치는, 레이저 광원부(11)를 포함한다.
레이저 광원부(11)는 외부에서 에너지를 매질에 가해주면 유도현상으로 인해 광원이 발생되고, 광원을 적용 디바이스에 해당하는 출력으로 증폭시켜서 방출하는 광원 장치로서, 통상 빛을 생성하는 광소자를 포함하여 구성될 수 있다. 레이저 광원부(11)는 단일 파장의 빛을 생성하는 하나의 광소자 또는 서로 다른 파장의 빛을 각각 생성하는 복수의 광소자를 포함할 수 있으며, 복수의 광소자가 적용되는 경우 레이저 광원부(11)는 각 광소자에서 생성된 빛을 혼합하여 출사할 수도 있다.
또한, 레이저 광원부(11)는 광소자와 함께 빛을 집광하는 콜리메이터 렌즈를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 레이저 광원부(11)에서 출력되는 빛은 차량의 전면 윈드실드 글라스(20)에 사전 배치된 홀로그래픽 패턴(21)에 조사되고 홀로그래픽 패턴(21)은 레이저 광원부(11)에서 출사되는 빛을 수광하여 사전 설정된 이미지의 패턴을 표시할 수 있으며, 홀로그래픽 패턴(21)에 의해 표시되는 이미지는 운전자의 눈(30)을 통해 인식될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 사전 설정된 디스플레이 영역에 미리 홀로그래픽 패턴(21)을 배치하고, 운전자가 인식할 필요가 있는 경우 레이저 광원부(11)에서 출사되는 빛을 홀로 그래픽 패턴(21)에 조사함으로써 이미지를 표시할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시형태는 홀로그래픽 패턴을 다양한 위치에 배치하여 이미지를 표시할 수 있으므로, 헤드업 디스플레이의 디스플레이 영역이 윈드실드 글라스에 한정되지 않는다. 예를 들면, 차량의 A-필라, 인스트루먼트 패널, 차량 후드 등 홀로그래픽 패턴을 배치할 수 있고 레이저 광원부(11)를 통해 빛을 조사할 수 있는 어디든 이미지를 표시되게 할 수 있다.
또한, 윈드실드 글라스에 반사된 빛을 운전자가 인식하는 것이 아니므로, 윈드실드 글라스에 의해 발생할 수 있는 고스트 현상을 제거할 수 있어 시인성이 우수한 이미지를 운전자에게 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치는, 레이저 광원부(11)에 더하여 3차원 도광 구조물(13)과 투사 광학계(15)를 더 포함할 수 있다. 특정 실시형태에 따라 투사 광학계(15)가 생략될 수도 있으며, 이미지를 표시하고자 하는 대상(예를 들어, 윈드실드 글라스(20))의 특정 위치에 배치되는 홀로그래픽 패턴이 생략될 수 있다.
3차원 도광 구조물(13)은 레이저 광원부(11)에서 조사되는 광의 진행 경로인 광경로를 변환하기 위한 구조물로서 광도파로 격자 결합기 방식의 지향성 크리스탈 구조로 제작될 수 있다. 또한 그 표면에는 광의 효율적 출력을 위한 격자 패턴이 형성될 수도 있다.
3차원 도광 구조물(13)은 표시하고자 하는 이미지의 홀로그래픽 패턴이 배치된 위치로 레이저 광원부(11)에서 방출되는 광의 광경로를 변경할 수 있다. 특히, 본 발명은 레이저 광원부(11)의 광출력 주기를 표시하고자 하는 이미지의 개수에 따라 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 복수의 이미지를 변경하여 표시하고자 한 것이다. 이에 따라, 3차원 도광 구조물(13)은 광원부(11)의 광출력 주기를 표시하고자 하는 이미지의 개수에 따라 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 광경로를 변경하여 각각 분할된 주기마다 서로 다른 이미지를 갖는 홀로그래픽 패턴으로 광이 조사되게 할 수 있다. 이러한 3차원 도광 구조물(13)의 구동은 구동 제어 회로(17)에 의해 수행될 수 있다. 구동 제어 회로(17)는 3차원 도광 구조물(13)을 물리적으로 이동시키기 위한 모터나 액추에이터와 같은 구동장치와 이 구동장치에 전원을 제공하는 전원 회로 및 일정한 연산을 통해 전술한 것과 같은 분할 주기마다 광경로를 변경하도록 구동장치와 전원회로를 제어하는 컨트롤러 등을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 광원부(11)의 광출력 주기, 즉 광출력 시간을 이미지의 수에 따라 적절하게 분할하고 분할된 시간 영역에서 각각의 이미지를 교대로 출력하는 것으로, 일종의 시분할 다중화(Time Division Multiplexing) 기법을 적용한 것이다.
이미지를 표시하고자 하는 대상(예를 들어, 윈드실드 글라스(20))의 특정 위치에 배치되는 홀로그래픽 패턴이 형성된 실시형태에서는 선택적으로 레이저 광원부(11)에서 출사되는 광의 파장을 변환하기 위한 투사 광학계(15)가 적용될 수 있다. 이 때, 투사 광학계(15)는 복수의 파장 변환 투사 영역을 포함할 수 있으며, 전술한 3차원 도광 구조물(13)의 구동에 동기 되어 구동됨으로써 특정 위치에 배치된 홀로그래픽 패턴에 대해 원하는 색상의 빛을 조사하여 원하는 색상의 이미지(I)가 격상되게 할 수 있다.
한편, 이미지를 표시하고자 하는 대상(예를 들어, 윈드실드 글라스(20))의 특정 위치에 홀로그래픽 패턴을 배치하지 않는 실시형태에서는, 투사 광학계(15) 자체에 홀로그래픽 패턴이 형성된 투사 영역이 형성될 수 있다. 즉, 레이저 광학계(11)에서 출사되는 광이 투사 광학계(15) 자체의 홀로그래픽 패턴에 투사됨으로써 홀로그래픽 패턴에 대응되는 이미지를 갖는 광이 생성될 수 있다.
이 실시형태에서도 투사 광학계(15)는 전술한 3차원 도광 구조물(13)의 구동에 동기 되어 구동됨으로써 특정 위치에 투사 광학계(15)에 의해 생성된 이미지가 결상 되게 할 수 있다. 이 실시형태에서는 결상하고자 하는 위치에 반사 필름 등을 구비하여 운전자가 더욱 선명하게 이미지를 인식하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 여러 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치 적용되는 시분할 다중화 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 3 개의 이미지를 표시하기 위해서 레이저 광원부(11)의 광출력 주기는 3 개의 시간 영역(T1, T2, T3)로 분할 될 수 있다. 첫 번째 시간 영역(T1)에서 제1 이미지가 디스플레이 되도록 3차원 도광 구조물(13)이 구동 제어 회로(17)에 의해 구동될 수 있다. 실시형태에 따라 투사 광학계(15)도 함께 구동 제어 회로(17)에 의해 구동될 수 있다. 그에 따라, 제1 영역에 배치된 홀로그래픽 패턴에 레이저 광원부(11)의 빛이 조사되어 표시되거나, 투사 광학계(15)에 포함된 홀로그래픽 패턴에 의해 투사된 제1 이미지가 제1 영역에 결상 될 수 있다.
이어, 두 번째 시간 영역(T2)이 되면 제1 이미지와는 다른 제2 이미지를 제1 영역과는 다른 제2 영역에 디스플레이 하기 위해, 3차원 도광 구조물(13)이 구동 제어 회로(17)에 의해 구동될 수 있다. 실시형태에 따라 투사 광학계(15)도 함께 3차원 도광 구조물의 구동과 동기 되어 구동 제어 회로(17)에 의해 구동될 수 있다. 그에 따라, 제2 영역에 배치된 홀로그래픽 패턴에 레이저 광원부(11)의 빛이 조사되어 표시되거나, 투사 광학계(15)에 포함된 홀로그래픽 패턴에 의해 투사된 제2 이미지가 제2 영역에 결상 될 수 있다.
다음으로, 세 번째 시간 영역(T3)이 되면 제1 이미지 및 제2 이미지와는 다른 제3 이미지를 제1 영역 및 제2 영역과는 다른 제3 영역에 디스플레이 하기 위해, 3차원 도광 구조물(13)이 구동 제어 회로(17)에 의해 구동될 수 있다. 실시형태에 따라 투사 광학계(15)도 함께 3차원 도광 구조물의 구동과 동기 되어 구동 제어 회로(17)에 의해 구동될 수 있다. 그에 따라, 제3 영역에 배치된 홀로그래픽 패턴에 레이저 광원부(11)의 빛이 조사되어 표시되거나, 투사 광학계(15)에 포함된 홀로그래픽 패턴에 의해 투사된 제3 이미지가 제3 영역에 결상 될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치는 홀로그래픽 패턴을 이용하여 이미지를 결상하여 표시함으로써 표시되는 이미지의 고스트 현상 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태는 레이저 광원을 적용함으로써 LCD, DLP 등과 같이 평면 디스플레이 장치를 사용하는 종래의 헤드업 디스플레이 장치에 비해 태양광이나 조명 등 주변광의 영향을 거의 받지 않는다. 이러한 고스트 현상 제거 및 주변 광에 의한 악영향을 제거하여 이미지의 시인성이 현저하게 향상된다. 또한, 사이즈가 비교적 큰 평면 디스플레이 장치를 제거함으로써 헤드업 디스플레이의 소형화가 가능하며 제작 단가를 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치는 광원인 레이저 광원의 광출력 주기를 분할하는 시분할 다중화 방식을 채택하여 간단한 구조를 통해 복수의 이미지를 표시할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
11: 레이저 광원부 13: 3차원 도광 구조물
15: 투사 광학계 17: 구동 제어 회로
20: 윈드실드 글라스 21: 홀로그래픽 패턴

Claims (9)

  1. 레이저 광원부를 포함하며,
    상기 레이저 광원부의 광출력 주기를 표시하고자 하는 이미지의 개수에 따라 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 복수의 이미지를 변경하여 표시하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분할된 주기마다 상기 레이저 광원부에서 출력되는 광경로를 변경하여 상기 이미지의 결상 위치를 변경하는 3차원 도광 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이미지의 결상 위치에는 상기 이미지에 대응되는 홀로그래픽 패턴이 배치된 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 광원부에서 출사되는 광의 진행 경로에 배치되어 상기 레이저 광원부에서 출력되는 빛을 투사시켜 그 파장을 변경하는 투사 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광원부에서 출사되는 광의 진행 경로에 배치되며, 상기 레이저 광원부의 광출력 주기를 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 상기 복수의 이미지를 변경하여 투사시키는 투사 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 투사 광학계는 상기 복수의 이미지에 대응되는 복수의 홀로그래픽 패턴을 포함하며, 상기 레이저 광원부의 광출력 주기를 일정하게 분할하여 분할된 주기마다 상기 복수의 홀로그래픽 패턴을 각각 변경하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 투사 광학계를 통과한 광의 진행경로를 변경하여 상기 투사 광학계에서 투사된 이미지의 결상 위치를 변경하는 3차원 도광 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 3차원 도광 구조물은 상기 투사 광학계에서 이미지가 변경되는 시점과 동기화하여 구동되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 장치.
  9. 사전 설정된 디스플레이 영역에 배치된 홀로그래픽 패턴; 및
    상기 홀로그래픽 패턴이 갖는 패턴의 이미지를 시각적으로 인식할 수 있도록 상기 홀로그래픽 패턴에 빛을 조사하는 레이저 광원부;
    를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치.
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