KR102144462B1

KR102144462B1 - Head-up display device

Info

Publication number: KR102144462B1
Application number: KR1020170134092A
Authority: KR
Inventors: 배용우; 임국찬; 신동엽; 이학순; 유재황
Original assignee: 에스케이텔레콤 주식회사
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2037-10-16
Also published as: KR20190042318A

Abstract

본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 허상을 형성하기 위한 이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치; 상기 이미지 생성 장치에서 발생된 이미지 광을 반사시키는 거울; 및 차량의 윈드 쉴드에 대향하는 제1 면, 및 상기 제1 면의 반대측에 위치하고 아이 박스에 대향하는 제2 면이 구비되되, 상기 거울에서 반사된 이미지 광이 상기 제1 면으로 입사하여 굴절 투과할 수 있도록 구성되는 컴바이너를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.The present invention relates to a head-up display device. Specifically, according to an embodiment of the present invention, an image generating device for emitting image light for forming a virtual image; A mirror reflecting image light generated by the image generating device; And a first surface facing the windshield of the vehicle, and a second surface located on the opposite side of the first surface and facing the eye box, wherein image light reflected from the mirror enters the first surface and refracts through A head-up display device including a combiner configured to be capable of being provided may be provided.

Description

Head-up display device {HEAD-UP DISPLAY DEVICE}

본 발명은 헤드업 디스플레이 장치에 대한 발명이다. The present invention relates to a head-up display device.

헤드업 디스플레이 장치는 전방 시야와 PGU(Picture Generation Unit)에서 생성된 영상이 합성되는 방법에 따라, 크게 다이렉트 방식(윈드 쉴드에서 합성)과 컴바이너 방식(윈드 쉴드와 별체인 컴바이너에서 합성)의 2가지 종류로 구분될 수 있다. 다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 주로 고급차에 설치되고 있으며, 컴바이너 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 주로 중소형차에 설치되고 있는 실정이다. The head-up display device is largely synthesized by the direct method (combined by the windshield) and the combiner method (combined by the windshield and the separate chain according to the method of synthesizing the front view and the image generated by the PGU (Picture Generation Unit)). ) Can be classified into two types. The direct type head-up display device is mainly installed in luxury cars, and the combiner type head-up display device is mainly installed in small and medium-sized vehicles.

그러나, 다이렉트 방식의 헤드업 디스플레이 장치는 윈드 쉴드에서 발생되는 영상의 왜곡을 헤드업 디스플레이 장치 광학계의 거울에서 보정하여야 한다는 문제가 있다. 또한, 차량의 윈드 쉴드는 차종에 따라 형상이 상이하기 때문에 각각의 차종에 맞게 광학계가 맞춤 설계 및 제작되어야 한다는 번거로움이 있다. 게다가, 다이렉트 방식의 경우 운전자의 아이박스에서 윈드 쉴드를 거쳐 헤드업 디스플레이 장치 미러 사이의 거리는 약 1m 이상으로 상당히 길기 때문에, FOV(Field of view)를 확대하여 시인성을 증가시키기 위해서는 미러 사이즈를 더욱 증가시켜야 함에도 불구하고, 공간 상의 제약이 따른다는 문제가 있다. However, the direct type head-up display device has a problem in that the distortion of the image generated by the windshield must be corrected by the mirror of the optical system of the head-up display device. In addition, since the shape of the windshield of the vehicle is different depending on the vehicle type, there is an inconvenience that an optical system must be custom designed and manufactured for each vehicle type. In addition, in the case of the direct method, the distance between the driver's eyebox and the head-up display device mirror is about 1m or more, which is quite long, so the size of the mirror is further increased to increase visibility by expanding the field of view (FOV). Although it should be done, there is a problem that space restrictions are followed.

한편, 헤드업 디스플레이 장치를 컴바이너 방식으로 구성할 경우, 컴바이너가 차량의 대쉬 보드의 위로 돌출되어야 한다. 이때, 기존의 컴바이너 방식의 컴바이너는 전방시야는 투과하면서도 PGU의 영상을 반사하는 미러 역할을 하여야하기 때문에, 상대적으로 PGU측에 가깝고 운전자에게서 멀리 떨어진 위치에 배치되는 것이 유리하였다. 그러나, 일반적으로 차량의 윈드 쉴드는 수직면 대비 약 60도 정도의 큰 기울기로 기울어져 있기 때문에 컴바이너가 돌출할 수 있는 공간에 제약을 받게 되며, 운전자에게서 멀리 배치될수록 그 제약은 커지게 된다. 따라서, 컴바이너 돌출의 한계로 인해 FOV를 확대하기 어렵다는 문제가 있다. On the other hand, when the head-up display device is configured in a combiner method, the combiner must protrude above the dashboard of the vehicle. At this time, since the combiner of the conventional combiner method must serve as a mirror that reflects the image of the PGU while transmitting the front view, it was advantageous to be disposed at a position relatively close to the PGU side and far from the driver. However, in general, since the windshield of a vehicle is inclined with a large inclination of about 60 degrees relative to the vertical plane, the space in which the combiner can protrude is limited, and the further it is placed away from the driver, the greater the restriction. Therefore, there is a problem in that it is difficult to enlarge the FOV due to the limitation of the combiner protrusion.

본 발명의 실시예들은 상기와 같은 종래의 문제점에 착안하여 발명된 것으로서, 컴바이너가 크게 구성될 수 있고 시야각이 확대되어, 시인성이 비약적으로 향상될 수 있는 헤드업 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention have been invented in view of the above-described problems in the related art, and an object of the present invention is to provide a head-up display device in which a combiner can be configured large, a viewing angle is enlarged, and visibility can be dramatically improved.

본 발명의 일 측면에 따르면, 허상을 형성하기 위한 이미지 광을 방출하는 이미지 생성 장치; 상기 이미지 생성 장치에서 발생된 이미지 광을 반사시키는 거울; 및 차량의 윈드 쉴드에 대향하는 제1 면, 및 상기 제1 면의 반대측에 위치하고 아이 박스에 대향하는 제2 면이 구비되되, 상기 거울에서 반사된 이미지 광이 상기 제1 면으로 입사하여 굴절 투과할 수 있도록 구성되는 컴바이너를 포함하는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, an image generating device for emitting image light for forming a virtual image; A mirror reflecting image light generated by the image generating device; And a first surface facing the windshield of the vehicle, and a second surface located on the opposite side of the first surface and facing the eye box, wherein image light reflected from the mirror enters the first surface and refracts through A head-up display device including a combiner configured to be capable of being provided may be provided.

또한, 상기 컴바이너는, 입사하는 상기 이미지 광이 하방으로 굴절 투과할 수 있도록 구성되고, 상부가 상기 아이 박스를 향하도록 지면에 수직한 법선에 대해 소정의 컴바이너 경사각으로 기울어진 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, the combiner is configured such that the incident image light is refracted and transmitted downward, and the head-up display is inclined at a predetermined combiner inclination angle with respect to a normal perpendicular to the ground so that the upper portion faces the eye box. An apparatus may be provided.

또한, 상기 거울은 입사된 이미지 광을 상하 방향으로 소정 비율 확대하여 반사시키도록 구성되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, the mirror may be provided with a head-up display device configured to reflect the incident image light in a predetermined ratio in the vertical direction.

또한, 상기 거울은 하기의 관계식 1을 만족하는 상하 초점거리를 가지는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, the mirror may be provided with a head-up display device having a vertical focal length that satisfies the following relational expression 1.

[관계식 1] [Relationship 1]

(상기 관계식 1에서, f_cv 는 컴바이너의 상하 초점거리이고, f_mv 는 거울의 상하 초점거리이며, f_mh 는 거울의 좌우 초점거리이며, d 는 거울과 컴바이너 간의 거리이다.) (In the above relational equation 1, f _cv is the vertical focal length of the combiner, f _mv is the vertical focal length of the mirror, f _mh is the left and right focal length of the mirror, and d is the distance between the mirror and the combiner.)

또한, 상기 거울에 먼지가 쌓이는 것을 방지하기 위한 더스트 커버를 더 포함하고, 상기 더스트 커버는 상기 거울과 상기 컴바이너 사이의 상기 이미지 광의 경로에 배치되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, a dust cover for preventing dust from accumulating in the mirror may be further included, and the dust cover may be provided with a head-up display device disposed in a path of the image light between the mirror and the combiner.

또한, 상기 더스트 커버는 플레이트 형태로 구비되며, 상기 더스트 커버는, 상기 더스트 커버를 통과하는 이미지 광과 상기 더스트 커버면에 수직한 법선이 0°이상 30°이하의 각도를 가지도록 배치되고, 상기 더스트 커버는, 상기 더스트 커버를 통과하여 출사하는 이미지 광이 상기 더스트 커버의 법선 보다 상기 아이 박스를 향해 더 기울어지도록 배치되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, the dust cover is provided in the form of a plate, the dust cover is arranged so that the image light passing through the dust cover and a normal line perpendicular to the surface of the dust cover have an angle of 0° or more and 30° or less, and the The dust cover may be provided with a head-up display device in which the image light emitted through the dust cover is inclined toward the eye box more than a normal line of the dust cover.

또한, 상기 더스트 커버는 상기 아이 박스로부터 연장되는 가상의 수평선에 대하여 20°내지 90°로 입사하는 외광이 상기 더스트 커버에서 반사되어 상기 아이 박스로 입사하는 것이 방지되도록 기울어져 배치되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, the dust cover is a head-up display device inclined to prevent external light incident at 20° to 90° with respect to a virtual horizontal line extending from the eye box to be reflected from the dust cover and incident to the eye box. Can be provided.

또한, 상기 이미지 생성 장치는 상기 아이 박스의 반대측을 향하여 이미지 광을 방출하고, 상기 거울은 상기 이미지 생성 장치에서 방출된 이미지 광을 상기 아이 박스를 향해 반사시키며, 상기 아이 박스로부터 상기 윈드 쉴드 측을 향하는 방향을 따라 상기 컴바이너, 상기 이미지 생성 장치, 및 상기 거울이 순차적으로 배치되도록 구성되는 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, the image generating device emits image light toward the opposite side of the eye box, and the mirror reflects the image light emitted from the image generating device toward the eye box, and the windshield side is removed from the eye box. A head-up display device configured such that the combiner, the image generating device, and the mirror are sequentially disposed along a direction may be provided.

또한, 상기 컴바이너를 투과하는 광의 전체 밝기에 대하여, 상기 컴바이너에서 굴절되어 상기 아이 박스로 입사하는 이미지 광의 밝기는 20%이상 50%이하인 헤드업 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.In addition, with respect to the total brightness of light passing through the combiner, a head-up display device may be provided in which the brightness of image light refracted by the combiner and incident to the eye box is 20% or more and 50% or less.

본 발명의 실시예들에 따르면, 헤드업 디스플레이 장치의 컴바이너가 크게 구성되고 시야각이 확대될 수 있으며, 이로 인해 헤드업 디스플레이 장치의 시인성이 비약적으로 향상될 수 있다는 효과가 있다. According to embodiments of the present invention, there is an effect that the combiner of the head-up display device can be configured to be large and the viewing angle can be enlarged, and thus the visibility of the head-up display device can be dramatically improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 헤드업 디스플레이 장치의 이미지 광과 윈드 쉴드 외부의 광이 입사하는 것을 개념적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 이미지 광이 컴바이너에서 굴절되어 아이박스로 입사하는 것을 개념적으로 나타낸 측면도이다. 1 conceptually illustrates a head-up display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view conceptually illustrating that image light of the head-up display device of FIG. 1 and light outside a windshield are incident.
3 is a side view conceptually showing that image light is refracted in a combiner and enters an eyebox according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the spirit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 좌측, 우측 등의 표현은 아이 박스의 위치에서 헤드업 디스플레이 장치를 바라보았을 때를 기준으로 설명한 것이고, 그 중, 상측, 하측 등의 표현은 도 3에서의 상측, 하측과도 동일하다. In addition, in this specification, expressions such as upper, lower, left, and right are described based on the view of the head-up display device from the position of the eye box, and expressions such as upper, lower, and the like in FIG. , The same as the lower side.

또한, 어떤 구성요소에서 다른 구성요소로 광이 진행, 입사함에 있어서, 직접적으로 광이 진행, 입사할 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재하여 광이 진행 과정에서 굴절, 반사, 투과할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when light proceeds or enters from one component to another, it is said that light may proceed or enter directly, but other components exist in the middle so that the light may be refracted, reflected, and transmitted in the process. It should be understood.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)의 구성을 설명한다. 헤드업 디스플레이 장치(10)는 윈드 쉴드(W)와 아이 박스(E) 사이에 구비될 수 있으며, 윈드 쉴드(W)는 자동차 등의 전면부에 설치된 유리창일 수 있다. 여기서, 아이 박스(E)는 사용자의 시점 위치의 허용 범위를 나타내는 영역으로 정의되고, 소정의 범위를 가질 수 있다. 헤드업 디스플레이 장치(10)는 이미지 광을 통하여 허상을 형성하고, 사용자는 헤드업 디스플레이 장치(10)의 허상을 통하여 운전에 필요한 정보를 얻을 수 있다. 이미지 광을 통해 현출되는 허상은 문자, 도형, 기호 등을 포함할 수 있으며, 여러가지 색깔로 구현될 수 있다. 이하에서는 도 3을 더 참조하여 헤드업 디스플레이 장치(10)의 구성을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, a configuration of the head-up display device 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The head-up display device 10 may be provided between the windshield W and the eye box E, and the windshield W may be a glass window installed on a front portion of a vehicle or the like. Here, the eye box E is defined as an area indicating an allowable range of the user's viewpoint position, and may have a predetermined range. The head-up display device 10 forms a virtual image through image light, and a user can obtain information necessary for driving through the virtual image of the head-up display device 10. The virtual image displayed through the image light may include characters, figures, symbols, etc., and may be implemented in various colors. Hereinafter, the configuration of the head-up display device 10 will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 헤드업 디스플레이 장치(10)는 소정 방향으로 이미지 광을 방출시키는 이미지 생성 장치(100); 이미지 광을 굴절 투과시키는 컴바이너(200); 이미지 광이 컴바이너(200)로 입사하도록 이미지 생성 장치(100)에서 발생된 이미지 광을 반사시키는 거울(400); 및 이미지 생성 장치(100), 거울(400) 등의 장치에 먼지 등의 이물질이 쌓이는 것을 방지하기 위한 더스트 커버(500)를 포함할 수 있다. 1 to 3, the head-up display device 10 includes an image generating device 100 for emitting image light in a predetermined direction; A combiner 200 for refracting and transmitting image light; A mirror 400 for reflecting image light generated by the image generating device 100 so that the image light enters the combiner 200; And a dust cover 500 for preventing foreign matter such as dust from accumulating in devices such as the image generating device 100 and the mirror 400.

이미지 생성 장치(100)는 사용자가 볼 수 있는 허상을 형성하기 위하여 소정 방향으로 이미지 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 이미지 생성 장치(100)는 예를 들어 LCD, DLP, LCoS, Scanning 프로젝터 등으로 구현될 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)는 개별적으로 이미지 광을 방출할 수 있는 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. The image generating apparatus 100 may be configured to emit image light in a predetermined direction in order to form a virtual image visible to a user. Such an image generating apparatus 100 may be implemented by, for example, an LCD, DLP, LCoS, and a scanning projector. In addition, the image generating apparatus 100 may include a plurality of regions that can individually emit image light.

이미지 생성 장치(100)는 거울(400)에서 반사되게끔 이미지 광을 발생시킬 수 있다. 이미지 생성 장치(100)는 거울(400)을 향해 직접 이미지 광을 방출할 수 있으며, 이러한 제1 이미지 광이 방출되는 방향은 윈드 쉴드(W)를 향하는 방향일 수 있다. 따라서, 이미지 생성 장치(100)는 윈드 쉴드(W)와 컴바이너(200)의 사이의 공간 중, 공간적인 제약이 상대적으로 심하지 않은 곳에 배치될 수 있다. The image generating device 100 may generate image light to be reflected by the mirror 400. The image generating apparatus 100 may directly emit image light toward the mirror 400, and a direction in which the first image light is emitted may be a direction toward the windshield W. Accordingly, the image generating apparatus 100 may be disposed in a space between the windshield W and the combiner 200 where spatial constraints are not relatively severe.

또한, 이미지 생성 장치(100)는 사용자가 보게 되는 허상의 크기가 왜곡되거나 방향이 변하지 않도록 보상된 이미지 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 거울(400)에 반사되어 이미지가 대칭되는 것을 보상하기 위하여, 사용자에게 전달하고자 하는 이미지를 좌우 대칭시켜 발생시킬 수 있다. 또한, 이미지 생성 장치(100)는 컴바이너(200)에서 굴절된 이미지 광을 보상하기 위하여, 이미지 광을 컴바이너(200)가 이미지 광을 굴절시키는 방향을 따라 확대 또는 축소하여 방출시킬 수도 있다. 그러나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the image generating apparatus 100 may emit compensated image light so that the size of the virtual image viewed by the user is not distorted or the direction is changed. For example, in order to compensate for the image being symmetrical reflected by the mirror 400, the image to be transmitted to the user may be generated by symmetrical left and right. In addition, in order to compensate for the image light refracted by the combiner 200, the image generating device 100 may expand or reduce the image light along the direction in which the combiner 200 refracts the image light and emit it. have. However, the spirit of the present invention is not necessarily limited thereto.

컴바이너(200)는 이미지 생성 장치(100)에서 발생한 이미지 광이 굴절 투과할 수 있도록 구성될 수 있다. 컴바이너(200)는 윈드 쉴드(W)에 대향하는 제1 면(210); 제1 면(210) 반대측에 구비되고 아이 박스(E)에 대향하는 제2 면(220); 및 이미지 광을 굴절시키기 위한 굴절부(미도시)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 컴바이너(200)는 제1 면(210)이 윈드 쉴드(W)에 대향하고 제2 면(220)이 아이 박스(E)에 대향하도록 배치될 수 있다. 굴절부는 제1 면(210) 및 제2 면(220) 중 하나 이상에 제공될 수 있다. 컴바이너(200)는 굴절부에 의해 소정의 굴절율(n) 및 임계각(θ_c)을 가질 수 있다. 한편, 컴바이너(200)는 예를 들어 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate, PMMA) 등으로 형성될 수 있고, 굴절부는 미세 프리즘, 프레넬 렌즈 및 홀로 그래픽 광학 소자(HOE)로 구성될 수 있으나, 이는 예시에 불과하므로, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The combiner 200 may be configured such that image light generated by the image generating device 100 is refracted and transmitted. The combiner 200 includes a first surface 210 facing the windshield W; A second surface 220 provided on the opposite side of the first surface 210 and facing the eye box E; And a refracting part (not shown) for refracting image light. In other words, the combiner 200 may be disposed such that the first surface 210 faces the windshield W and the second surface 220 faces the eye box E. The refracting portion may be provided on one or more of the first surface 210 and the second surface 220. The combiner 200 may have a predetermined refractive index (n) and a critical angle (θ _c ) by the refractive portion. On the other hand, the combiner 200 may be formed of, for example, polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), and the refraction part is a fine prism, a Fresnel lens, and a holographic optics. Although it may be composed of a device (HOE), this is only an example, the spirit of the present invention is not necessarily limited thereto.

컴바이너(200)는 측면에서 보았을 때(도 3) 그 상측이 아이 박스(E)를 향하여 지면에 수직한 법선(Y)에 대해 소정 각도(컴바이너 경사각(θ_S))로 기울어지도록 배치될 수 있다. 또한, 컴바이너(200)는 투과하는 광이 상하 방향에 있어서 굴절되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컴바이너(200)는 아래측으로 기울어진 방향으로 제1 면(210)에 입사하는 이미지 광을 아래측으로 굴절시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 컴바이너(200)에서의 이미지 광의 출사각은 이미지 광의 입사각 보다 작을 수 있다. 여기서 출사각(出射角)은 컴바이너(200)에 의해 굴절되어 이로부터 출사하는 이미지 광과, 이미지 광이 출사하는 컴바이너(200)의 표면에 수직한 법선(P)과 이루는 각도로 정의될 수 있다. 이미지 광은 컴바이너(200)에 입사하기에 앞서 거울(400)에서 반사되므로, 이하에서는 이러한 거울(400)에 대하여 설명한다. When viewed from the side (Fig. 3), the combiner 200 is tilted at a predetermined angle (the combiner inclination angle θ _S ) with respect to the normal (Y) perpendicular to the ground toward the eye box (E). Can be placed. In addition, the combiner 200 may be configured such that the transmitted light is refracted in the vertical direction. For example, the combiner 200 may be configured to refract image light incident on the first surface 210 in a downwardly inclined direction. Accordingly, an emission angle of image light from the combiner 200 may be smaller than an incident angle of image light. Here, the exit angle is an angle formed by the image light refracted by the combiner 200 and emitted therefrom, and a normal P perpendicular to the surface of the combiner 200 from which the image light exits. Can be defined. Since the image light is reflected by the mirror 400 prior to entering the combiner 200, the mirror 400 will be described below.

거울(400)은 이미지 생성 장치(100)에서 발생한 이미지 광을 컴바이너(200)를 향해 반사시킬 수 있다. 거울(400)은 거울(400)에서 반사된 이미지 광을 아이 박스(E)를 향해 보다 효과적으로 집중시키기 위하여, 상하 방향 및 좌우 방향으로 소정의 반사 곡률을 가질 수 있다. 또한, 거울(400)은 반사된 이미지 광이 윈드 쉴드(W)에 투영되지 않도록 구성될 수 있다. 이러한 거울(400)은 이미지 생성 장치(100)보다 아이 박스(E)로부터 더 이격되어 배치될 수 있다. The mirror 400 may reflect image light generated by the image generating device 100 toward the combiner 200. The mirror 400 may have a predetermined reflection curvature in the vertical direction and the left and right directions in order to more effectively concentrate the image light reflected from the mirror 400 toward the eye box E. In addition, the mirror 400 may be configured so that the reflected image light is not projected onto the windshield W. The mirror 400 may be disposed more spaced apart from the eye box E than the image generating apparatus 100.

컴바이너(200)에서의 이미지 광의 굴절로 인해, 컴바이너(200)를 통해 나타나는 허상은, 이미지 생성 장치(100)에서 방출될 때 이미지 광이 나타내는 이미지의 크기보다 상하 방향으로 축소되어 현출될 수 있다. 따라서, 이미지 광에 의한 허상이 컴바이너(200)에서의 굴절에 의해 상하 방향으로 축소되는 것을 보상하기 위하여, 거울(400)은 이미지 광을 반사할 때에 이미지 광이 나타내는 이미지의 크기를 상하 방향으로 소정 비율 확대시킬 수 있다. 거울(400)이 이미지 광을 확대 반사하는 비율은 아래의 관계식 1을 만족하는 거울(400)의 상하 초점거리(f_mv)에 의해 결정될 수 있다. Due to the refraction of the image light in the combiner 200, the virtual image appearing through the combiner 200 is reduced in the vertical direction than the size of the image represented by the image light when it is emitted from the image generating device 100 and appears. Can be. Therefore, in order to compensate for the reduction of the virtual image caused by the image light in the vertical direction due to refraction in the combiner 200, the mirror 400 adjusts the size of the image represented by the image light in the vertical direction when reflecting the image light. It can be enlarged by a predetermined ratio. The ratio at which the mirror 400 enlarges and reflects the image light may be determined by the vertical focal length f _mv of the mirror 400 that satisfies the following relational equation 1.

[관계식 1][Relationship 1]

상기 관계식 1에서, f_cv 는 컴바이너의 상하 초점거리이고, f_mv 는 거울의 상하 초점거리이며, f_mh 는 거울의 좌우 초점거리이며, d 는 거울과 컴바이너 간의 거리이다. 거울(400)이 상기와 같은 거울의 상하 초점거리(f_mv)를 가지게 됨으로써, 이미지 광에 의해 현출되는 허상의 상하 방향 배율이 보다 정교하게 보상될 수 있다. 한편, 거울(400)은 애너모픽 타입(Anamorphic type) 또는 실린더 타입(cylindrical type) 등으로 구성될 수 있으나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In Equation 1, f _cv is the vertical focal length of the combiner, f _mv is the vertical focal length of the mirror, f _mh is the left and right focal length of the mirror, and d is the distance between the mirror and the combiner. Since the mirror 400 has the vertical focal length f _mv of the mirror as described above, the vertical magnification of the virtual image displayed by the image light can be more precisely compensated. Meanwhile, the mirror 400 may be configured in an anamorphic type or a cylindrical type, but the spirit of the present invention is not necessarily limited thereto.

상기의 관계식 1에서 컴바이너의 상하 초점거리(f_cv)는 헤드업 디스플레이 장치(10)의 허상 표시 거리, FOV의 수직방향 각(θ_FOV _{_} _vercical), 시야 중심각(θ_LD) 및 컴바이너(200)의 굴절율(n)에 의해 결정될 수 있다. 또한, 아이 박스(E)에서 바라보았을 때 이미지 생성 장치(100)에 의해 형성된 허상이 차지하는 영역은 FOV로 정의될 수 있고, 상기의 FOV의 수직방향 각(θ_FOV _{_} _vercical)은 아이 박스(E)에서 바라보았을 때 FOV의 상측 끝단과 하측 끝단 사이의 종방향으로의 각도로 정의될 수 있다. 또한, 상기의 시야 중심각(θ_LD)은 아이 박스(E)로부터 수평으로 연장되는 가상의 선(H)과 아이 박스(E)로부터 연장되어 FOV의 중심을 통과하는 가상의 선이 형성하는 각도로 정의될 수 있다.In the above relational equation 1, the vertical focal length (f _cv ) of the combiner is the virtual image display distance of the head-up display device 10, the vertical angle of the _FOV (θ _FOV _{_} _vercical ), the viewing center angle (θ _LD ), and the combiner It may be determined by the refractive index (n) of (200). In addition, the area occupied by the virtual image formed by the image generating apparatus 100 when viewed from the eye box E may be defined as the FOV, and the vertical angle of the _FOV (θ _FOV _{_} _vercical ) is the eye box (E). It can be defined as the angle in the longitudinal direction between the upper and lower ends of the FOV when viewed from ). In addition, the viewing center angle θ _LD is an angle formed by a virtual line H horizontally extending from the eye box E and a virtual line extending from the eye box E and passing through the center of the FOV. Can be defined.

한편, 컴바이너(200)를 투과하는 광의 전체 밝기를 100%라 하였을 때, 전방 시야의 밝기(I₁)는 50% 이상 80%이하일 수 있고, 컴바이너(200)에서 굴절되어 아이 박스(E)로 입사하는 이미지 광의 밝기(I₂)는 20%이상 50%이하일 수 있다. On the other hand, when the total brightness of light passing through the combiner 200 is 100%, the brightness I ₁ of the front field of view may be 50% or more and 80% or less, and is refracted by the combiner 200 to be The brightness (I ₂ ) of image light incident to (E) may be 20% or more and 50% or less.

더스트 커버(500)는 이미지 생성 장치(100) 및 거울(400) 중 하나 이상에 먼지 등의 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 이러한 더스트 커버(500)는 자동차 등의 데쉬보드에 구비될 수 있고, 헤드업 디스플레이 장치(10)가 데쉬보드와 별도로 구비되는 경우 헤드업 디스플레이 장치(10)의 하우징(미도시)에 구비될 수 있다. 이러한 더스트 커버(500)는 폴리카보네이트 등의 투명 플레이트일 수 있고, 이러한 플레이트는 판넬(panel), 필름(film) 등의 형태를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The dust cover 500 may prevent foreign matter such as dust from accumulating in one or more of the image generating apparatus 100 and the mirror 400. The dust cover 500 may be provided on a dashboard such as a vehicle, and when the head-up display device 10 is provided separately from the dashboard, it may be provided in a housing (not shown) of the head-up display device 10. have. The dust cover 500 may be a transparent plate such as polycarbonate, and the plate may have a shape such as a panel or a film. However, the spirit of the present invention is not necessarily limited thereto.

더스트 커버(500)는 거울(400)에서 반사되어 진행하는 이미지 광의 경로 상에 배치될 수 있다. 또한, 더스트 커버(500)는, 더스트 커버(500)를 통과하여 출사하는 이미지 광이, 더스트 커버(500)의 법선(dn) 보다 아이 박스(E)를 향해 더 기울어지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 더스트 커버(500)는 더스트 커버(500)를 통과하는 이미지 광과 더스트 커버(500)의 법선(dn) 간의 각도(θ_d)가 0°이상 30°이하가 되도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 더스트 커버(500)는 아이 박스(E)로부터 연장되는 가상의 수평선에 대하여 20°이상 90°이하로 외부로부터 입사하는 햇빛 등의 외광이 더스트 커버(500)에서 반사되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 이러한 외광의 반사가 이미지 광을 왜곡시키거나 이미지 광과 중첩되는 것이 방지될 수 있다. The dust cover 500 may be disposed on a path of image light reflected by the mirror 400 and proceeding. Further, the dust cover 500 may be disposed so that the image light emitted through the dust cover 500 is inclined toward the eye box E more than the normal dn of the dust cover 500. For example, the dust cover 500 may be disposed such that the angle θ _d between the image light passing through the dust cover 500 and the normal dn of the dust cover 500 is 0° or more and 30° or less. . Through this, the dust cover 500 may block external light such as sunlight incident from the outside from being reflected from the dust cover 500 by 20° or more and 90° or less with respect to the virtual horizontal line extending from the eye box E. . In addition, the reflection of the external light may be prevented from distorting the image light or overlapping with the image light.

한편, 본 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)는 상기와 같은 구성을 가짐으로써 종래의 미러형 컴바이너 방식에 비해 아이 박스(E) 측에 더 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 컴바이너(200)의 크기 및 FOV를 결정함에 있어서 공간 상의 제약으로부터 보다 자유로울 수 있으며, 컴바이너(200) 및 FOV가 더욱 커질 수 있다. 또한, 거울(400)을 윈드 쉴드(W)에 대향하는 자유곡면으로 구성할 필요 없이 상하 방향 또는 좌우 방향의 곡률로 곡면을 구성할 수 있으므로, 제조가 더 용이해진다는 장점이 있다.Meanwhile, the head-up display device 10 according to the present exemplary embodiment has the above configuration, and thus may be disposed closer to the eye box E side than the conventional mirror type combiner method. Accordingly, in determining the size and FOV of the combiner 200, it may be more free from space constraints, and the combiner 200 and the FOV may be further increased. In addition, since the mirror 400 can be formed with a curvature in an up-down direction or a left-right direction without having to configure the mirror 400 as a free curved surface facing the windshield W, there is an advantage that manufacturing becomes easier.

한편, 상기 실시예들에 따른 도면에서는 이미지 생성 장치(100)에서 방출된 이미지 광이 더스트 커버(500)를 통과하여 컴바이너(200)에 직접 입사하는 것으로 나타내었으나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 헤드업 디스플레이 장치(10)는 이미지 생성 장치(100)에서 발생한 이미지 광이 아이 박스(E)까지 진행하는 경로 상에, 적어도 하나 이상의 추가적인 렌즈 및/또는 거울이 구비도록 구성되는 것도 가능하다. Meanwhile, in the drawings according to the above embodiments, it is shown that the image light emitted from the image generating apparatus 100 passes through the dust cover 500 and enters the combiner 200 directly, but the idea of the present invention is necessarily It is not limited thereto. Accordingly, the head-up display device 10 of the present invention is configured such that at least one additional lens and/or mirror is provided on the path through which the image light generated from the image generating device 100 proceeds to the eye box E. It is also possible.

또한, 상기 실시예들에 따른 도면에서는 거울(400)에서 반사된 이미지 광이 컴바이너(200)에 직접 입시하는 것으로 나타내었으나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 헤드업 디스플레이 장치(10)는 거울(400)과 컴바이너(200) 사이에서 이미지 광이 진행하는 경로 상에, 적어도 하나 이상의 추가적인 렌즈 및/또는 거울이 구비될 수 있으며, 거울(400)에서 방출된 이미지 광이 이러한 추가적인 렌즈 및/또는 거울을 거쳐 컴바이너(200)에 입사하도록 구성되는 것도 가능하다. In addition, in the drawings according to the above embodiments, it is shown that the image light reflected from the mirror 400 enters the combiner 200 directly, but the spirit of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the head-up display device 10 of the present invention may include at least one additional lens and/or mirror on a path through which image light travels between the mirror 400 and the combiner 200, It is also possible to configure the image light emitted from the mirror 400 to enter the combiner 200 through such an additional lens and/or mirror.

이상 본 발명의 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(10)를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.The head-up display device 10 according to the embodiment of the present invention has been described above as a specific embodiment, but this is only an example, and the present invention is not limited thereto, and the widest scope according to the basic idea disclosed herein It should be interpreted as having. A person skilled in the art may combine/substitute the disclosed embodiments to implement a pattern of a shape not indicated, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also belong to the scope of the present invention.

W: 윈드 쉴드 E: 아이 박스(E)
10: 헤드업 디스플레이 장치 100: 이미지 생성 장치
200: 컴바이너 400: 거울
500: 더스트 커버 W: Windshield E: Eye box (E)
10: head-up display device 100: image generating device
200: combiner 400: mirror
500: dust cover

Claims

An image generating device emitting image light for forming a virtual image;
A mirror reflecting image light generated by the image generating device; And
A first surface facing the windshield of the vehicle and a second surface located on the opposite side of the first surface and facing the eye box are provided, and the image light reflected from the mirror enters the first surface and is refracted and transmitted. It includes a combiner configured to form a virtual image,
The combiner includes a refraction part arranged on at least one of the first and second surfaces, and the refraction part refracts the image light to form the virtual image, so that the width of the image light in the vertical direction is the image light It is reduced compared to before entering the combiner,
The mirror is a head-up display device having a vertical focal length that satisfies the following relational expression 1.
[Relationship 1]

(In the above relational equation 1, f _cv is the vertical focal length of the combiner, f _mv is the vertical focal length of the mirror, f _mh is the left and right focal length of the mirror, d is between the mirror and the combiner Distance.)

The method of claim 1,
The combiner is configured so that the incident image light is refracted and transmitted downward, and is inclined at a predetermined inclination angle of the combiner with respect to a normal perpendicular to the ground such that an upper portion thereof faces the eye box.

The method of claim 2,
The mirror is a head-up display device configured to reflect the incident image light by extending a predetermined ratio in the vertical direction.

delete

The method of claim 1,
It further includes a dust cover,
The dust cover is disposed in the path of the image light between the mirror and the combiner.

The method of claim 5,
The dust cover is provided in a plate shape,
The dust cover is disposed so that the image light passing through the dust cover and a normal line perpendicular to the dust cover surface have an angle of 0° or more and 30° or less,
The dust cover is a head-up display device that is disposed such that image light emitted through the dust cover is inclined toward the eye box more than a normal line of the dust cover.

The method of claim 5,
The dust cover is a head-up display device inclined to prevent external light incident at 20° to 90° with respect to a virtual horizontal line extending from the eye box to be reflected from the dust cover and incident on the eye box.

The method of claim 1,
The image generating device emits image light toward the opposite side of the eye box,
The mirror reflects the image light emitted from the image generating device toward the eye box,
A head-up display device configured to sequentially arrange the combiner, the image generating device, and the mirror in a direction from the eye box toward the windshield.

The method of claim 1,
With respect to the total brightness of the light passing through the combiner, the brightness of the image light refracted by the combiner and incident on the eye box is 20% or more and 50% or less.