KR102145455B1 - 헤드-업 디스플레이 디바이스 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 디바이스 및 방법에 관련되며, 상기 헤드-업 디스플레이 디바이스는: 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔을 생성하는 투사 수단 (4); 사용자의 시야에 상기 이미지를 디스플레이하도록 설계된 적어도 하나의 근거리 디스플레이 구역 및 하나의 원거리 디스플레이 구역을 포함하는 부분적 반사 스크린 (7); 그리고 상기 투사 수단 (4)으로부터 광 빔을 수신하고 그리고 그 광 빔을 상기 디스플레이 구역들로 교대로 전송하도록 설계된 능동 소자 (5)를 포함한다.

Description

헤드-업 디스플레이 디바이스 및 방법 {HEAD-UP DISPLAY DEVICE AND METHOD}

본 발명은 헤드-업 디스플레이 디바이스들의 분야에 관련된 것이며, 이 헤드-업 디스플레이 디바이스는 두문자로는 HUD로 더 일반적으로 언급된다.

그런 디바이스들은 비행기, 기차들 또는 심지어는 배의 조종석들에서, 그리고 또한 모터 차량들 (승용차, 트럭 등)에서 구현되는 것이 일반적이다.

현재의 이동성 수단들에는 더 많은 안전 그리고 운전자를 위한 더 큰 안락함을 위해서 전자 운전 보조 시스템들이 점점 더 많이 장착되고 있다.

그런 시스템들은, 예를 들면, 헤드-업 디스플레이 또는 HUD 유형의 정면 디스플레이 디바이스들에 관련된다. 이런 유형의 디바이스는 운전자의 차량에 관련된 정보로의 접근 가능성을 향상시킴으로써, 운전하는 것 그리고 디스플레이된 정보 사이를 번갈아 응시하는 것을 줄여서 더 안전한 운전을 제공한다.

그런 정보는 상이한 유형의 디스플레이들에 의해서 디스플레이될 수 있다는 것이 알려져 있다.

실제로, 종래 기술에서, 예를 들면 이런 디스플레이들은 운전대 위에 위치한 LCD (liquid crystal display) 기술을 사용한 스크린에 관련될 수 있다.

그러나, 차량 내부에서의 그런 배치는 구조적인, 인체 공학적인 그리고 법규 규제 강제들에 관련된 문제점들을 일으킨다.

이런 디스플레이들은 WO2010139889 또는 심지어 FR2914070의 문서들에서 설명된 그런 헤드-업 디바이스들에 또한 관련될 수 있다. 실제로, 이런 디바이스들은 차량의 부분적으로 반사하는 유리판을 경유하여, 심지어는, 라이트 박스 (light box)로부터 광학적으로 투사된 정보를 넘겨주는 것을 확실하게 하기 위해서 특별하게 취급된, 차량의 방풍 유리 (windshield)의 일부 및/또는 특정 영역 상으로 정보를 운반하도록 구성된다

그러나, 그런 디바이스들은 대시보드 아래에 아주 큰 부피를 필요로 하는 특별한 라이트 박스로 구성되기 때문에, 그런 디바이스들은 현저하게 매우 부피가 크다는 주요한 약점을 가진다.

더욱이, 내장된 시스템들과 연관된 경고들 및 운전 보조물들이 늘어나기 때문에, 현재의 디스플레이들 그리고 더 특별하게는 상기 대시보드는 더욱 제한된다: 공간의 부족, 디스플레이된 소자들의 크기의 축소, 정보 가독성의 문제, 소자들의 구별의 문제들 등.

WO2010139889 FR2914070 WO2012000556 US2012013855 FR2914070B1 FR2929016A1 FR2929017A1

본 발명은 종래 기술의 결점들로부터 비롯된 이런 문제점들을 해결하려고 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 헤드-업 디스플레이 디바이스들이 디스플레이할 것 같은 정보의 가독성은 향상시키면서 그 헤드-업 디스플레이 디바이스들의 부피를 줄이는 것에 관련된 문제점을 해결하려고 하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 위해서, 본 발명의 한 모습은 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 디바이스에 관련되며, 상기 헤드-업 디스플레이 디바이스는:

- 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔 (light beam)을 생성하는 투사 수단;

- 사용자의 시야에 상기 이미지를 디스플레이하도록 배치된 적어도 하나의 근거리 (near) 디스플레이 영역 및 하나의 원거리 (far) 디스플레이 영역을 포함하는 부분적 반사 스크린; 그리고

- 상기 투사 수단으로부터 광 빔을 수신하고 그리고 그 광 빔을 상기 디스플레이 영역들로 교대로 전송하도록 배치된 능동 소자를 포함한다.

특별한 실시예들에 따라서:

- 상기 능동 소자는 광 빔 특성들 관리 모듈에 링크되며, 상기 광 빔 특성들 관리 모듈은 상기 능동 소자의 광 전송 특징들의 변이를 상기 특성들의 함수로서 동기화할 수 있다;

- 상기 능동 소자는 PDLC (polymer dispersed liquid crystal) 필름과 같은 능동 광 산란기에 관련된다;

- 상기 근거리 디스플레이 영역은, 상기 광 빔을 흡수한 이후에 가시 범위 내 파장 방사를 발하기에 적합한 발광 입자들을 포함하는 상기 부분적 반사 스크린 (7)에 관련된다;

- 상기 투사 수단은 레이저 피코 (pico) 투사기이다;

- 상기 능동 소자는 투과형 (transmissive type)이며 그리고 상기 투사 수단과 상기 디스플레이 영역들 사이에 배치된다; 그리고

- 상기 능동 소자는 반사형 (reflective type)이며 그리고 거울과 상기 투사 수단 (4) 사이에 배치되며, 상기 거울은 상기 능동 소자로부터 비롯된 상기 광 빔을 상기 디스플레이 영역들로 향하는 광학 경로 상에 반사하기에 적합하다.

본 발명은 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 방법에 관련되며, 상기 헤드-업 디스플레이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔을 적어도 하나의 투사 수단에 의해서 생성하는 단계;

- 부분적 반사 스크린에 배치된 적어도 하나의 근거리 디스플레이 영역 및 하나의 원거리 디스플레이 영역 내에 상기 이미지를 사용자의 시야에 디스플레이하는 단계; 그리고

- 상기 투사 수단에 의해서 방사된 상기 광 빔을 능동 소자에 의해 상기 디스플레이 영역들로 교대로 전송하는 단계.

유리하게도, 상기 방법은 상기 능동 소자의 광 전송 특징들의 변이를, 상기 능동 소자에 링크된 특성들용의 관리 모듈로부터의 광 빔의 특성들의 함수로서 동기화하는 단계를 포함한다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명의 다른 유리함들 및 특징들은, 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명을 표현적이며 비제한적인 예로 주어진 아래의 도면들을 참조하는 것과 함께 읽으면 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 방풍 유리를 표시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방풍 유리의 디스플레이 영역의 발광 입자들의 여기 (excitation)의 원칙을 기술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 방풍 유리의 부분적인 반사 영역 내 가상 이미지 생성의 광학적인 도면을 표시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 산란 상태에서 투과형의 능동 소자를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 상태에서 투과형의 능동 소자를 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 산란 상태에서 반사형의 능동 소자를 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 상태에서 반사형의 능동 소자를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 단일 투사 수단으로부터 두 개의 병렬 이미지들을 구축하는 것을 도시한 광학 도면을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 정보의 흐름으로부터 인터리빙된 이미지를 생성하는 것에 관련된 도면을 나타낸다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 인터리빙의 원칙을 기술한다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 인터리빙된 이미지 모드에서 이미지들의 주소를 지정하는 것을 도시한 도면을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 상이한 치수들의 이미지들을 인터리빙하는 원칙을 기술한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 교번 이미지 모드에서 이미지들을 주소 지정하는 것을 도시한 도면을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 소자를 구비한 투사 수단을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라, 단일의 투사 수단으로부터 여기 (exciting) 소스의 반사 및 가상 이미지 투사를 도시한 광학적 도면을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 영역들의 위치를 나타낸다.

적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 디바이스는 다음을 포함한다.

- 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔 (light beam)을 생성하기 위한 적어도 하나의 투사 수단 (4);

- 사용자의 시야에 상기 이미지를 디스플레이하도록 배치된 적어도 하나의 근거리 (near) 디스플레이 영역 및 하나의 원거리 (far) 디스플레이 영역을 포함하는 부분적 반사 스크린 (7); 그리고

- 상기 광 빔을 상기 디스플레이 영역으로 향하게 하도록 상기 디스플레이 영역들 중 하나의 디스플레이 영역과 상기 투사기 사이의 광학적 경로를 한정하는 광학 시스템.

- 상기 광학적 경로의 거리를 증가시키는 것을 가능하게 하는 비-평면형 거울.

- 광 산란 소자로서, 상기 광학적 경로를 따라 전부가 전송된 초기 이미지가 그 광 산란 소자 상에서 생성된다. 사용하는 기술에 따라서, 이 광 산란 소자는 상기 투사기 (4) 내에 위치할 수 있을 것이다.

상기 투사 수단 (4)은 전통적인 헤드-업 디스플레이 디바이스들에서 일반적으로 사용되는 어떤 투사 수단 (4)에 관련되지만, 그것에만으로 한정되지는 않는다. 예를 들면, 전송 모드에서 능동 액정 백라이트 기반의 디바이스, 반사 모드에서 능동 액정 백라이트 기반의 디바이스 또는 광 소스를 반사하는 마이크-거울들을 통합한 피코 투사기 (pico projector), 또는 심지어는 레이저 피코 투사기.

도 11은 작은 크기의 비디오 투사기에 대응하는 레이저 피코 투사기를 나타낸다.

특히 이 피코 투사기는 비디오 신호 (17)를 위한 입력 모듈, 통합 논리 모듈 (18), 관리 모듈 (8), MEMS (24) (micromechanical systems) 그리고 수평/수직 스캐닝 제어 모듈 (25)을 포함한다.

변형으로, 둘 또는 그 이상의 MEMS가 참조번호 24의 MEMS의 자리에 사용될 수 있다. 각 MEMS는 공간의 주어진 방향을 위해서 사용된다.

이 관리 모듈 (8)은 이 피코 투사기에 포함된 상이한 파장의 광 소스들 (14, 15, 16)에 링크된다. 이 관리 모듈 (8)은 참조번호 26의 링크에 의해서 능동 소자 (5)에 또한 연결된다.

이 관리 모듈 (8)은 상기 능동 소자 (5)는 물론이며 이 세 광 소스들 (14, 15, 16) 각각을 구동하기에 적합하다. 상기 헤드-업 디스플레이 디바이스에서, 이 능동 소자 (5)는 투사 수단 (4)으로부터 광 빔을 수신하고 그리고 그것들 상기 디스플레이 영역들로 번갈아서 전성하도록 구성된다.

이런 동작의 맥락에서, 상기 레이저 피코 투사기는 편향된 레이저 빔을 이용하여 이미지를 포인트마다 재구축하기에 적합하다. 레이저 빔의 편향은, 예를 들면, 마이크로-거울과 같은 미세전자기계 시스템 (microelectromechanical system, MEMS) 기술로 얻어질 수 있다. 피코 투사기들에서 그런 MEMS 기술들을 구현하는 것은 특허문서 WO2012000556 및 US2012013855에서 설명된다.

피코 투사기들과 같은 상기 투사 수단 (4)은 세 가지 레이저 광 소스들을 포함하며, 이 세 가지 레이저 광 소스들은 광학 소자 내에 통합되며, 이 광학 소자에서 상기 레이저 빔들 각각은 파장에 있어서 중심에 있는 거울들, 예를 들면, 다이크로믹 거울 (dichroic mirror)들과 같은 거울들을 이용하여 출력단에서 정렬된다. 이 투사 수단 (4)에 포함된 각 레이저는 이미지들의 색상 연출을 허용하기 위해서 스펙트럼들 범위를 주소 지정할 수 있다:

- 적색에 대해서는 800 nm 내지 620 nm,

- 녹색에 대해서는 560 nm 내지 492, 그리고

- 청색에 대해서는 482 nm 내지 445.

그래서, 상이한 광 파장의 상이한 광 소스들은 단일의 투사 수단 내에서 같이 그룹으로 된다.

이 헤드-업 디스플레이 디바이스에서, 상기 스크린 (7)은, 예를 들면, 특히 차량 외부로부터의 광선들에 관련하여 본질적으로 투명한 차량 방풍유리 (7)에 관련된다. 이 방풍유리 또는 스크린 (7)은 상이한 유형의 광 빔 연출을 위한 디스플레이 영역들을 포함한다. 근거리 (near) 디스플레이 영역은 실질적으로 투명하며, 광 방사를 발하기에 적합한 전기발광 입자들 (32)을 포함한다. 원거리 (far) 디스플레이 영역은, 특히 차량의 인테리어로부터의 광 빔에 관련하여 부분적으로 반사한다. 반사 특성을 포함하는 상이한 광 빔 연출 특성들을 가진 그런 영역들을 구비함으로써, 상기 스크린 (7)은 부분적으로 반사하는 스크린에 대응한다.

실제로, 근거리 디스플레이 영역은 예를 들면, 광 빔 (34)을 흡수한 이후에 가시 범위 내의 파장 방사 (33)를 발하기에 적합한 발광 입자들 (32)을 포함하는 방풍유리 (7)의 투명 영역에 관련된다. 실제로, 상기 방풍유리의 이 영역은 상기 방풍유리 (7)의 광택 있는 표면들 중 하나의 표면 상에 접착된 필름 내에 포함되거나 PVB (polyvinylbutyral) 내에 용해된 발광 입자들 (32)을 사용함으로써 얻어진다. 적층의 방풍유리 (7)의 맥락에서, 상기 방풍유리는 도 1에 도시된 것처럼 PVB의 열가소성 시트 (36)에 의해서 결합된 두 개의 유리 시트들 (35, 37)로 만들어진다.

광발광 분자들은 특허 문서들 FR2914070B1, FR2929016A1, 또는 심지어 FR2929017A1에서 설명된 메커니즘들과 실질적으로 유사한 봉입 메커니즘들을 기반으로 하여 PVB 레이어 (36) 내에 통합된다.

도 2는 특정 파장의 입사 방사 (34)에 의해서 여기된 (excited) 이런 발광 입자들 (32) 그리고 이 첫 번째 파장의 방사를 흡수한 이후에 가시 범위 내에 있는 더 긴 파장인 다른 파장의 방사를 발하는 것을 도시한다.

그래서 발광 입자들을 포함하는 표면에 대해서, 상기 여기 광 (exciting light)이 재-방사되고 가시일 것인 상기 광보다 더 짧은 파장을 가져야만 한다는 것을 이전에 발견했다는 것에 주목한다. 그러므로 그것은 자외선 범위 내에 잠재되며 그러므로 눈에 보이지 않는다. 이 경우에, 상기 이미지는 감광성 입자들의 평면 내에, 즉, 상기 방풍유리 (7)의 평면 내에 재구축된다.

유리하게도, 그런 영역에 디스플레이된 이미지는 시야가 상기 방풍유리 (7)를 커버하는 모든 사람들에게 보인다. 그런 모든 사람들에게 보일 수 있도록 하기 위해서, 상기 방풍유리 (7)의 이 영역은 반사하는 표면을 추가함으로써 또는 심지어는 소자들의 상대적인 위치에 의해서 또한 생성될 수 있으며, 그래서 상기 시스템에 의해서 생성된 이미지는 상기 방풍유리 (7)를 통해서 그런 모든 사람들의 시야 내에 존재한다는 것에 유의한다.

원거리 디스플레이 영역은, 예를 들면, 상기 방풍유리 (7)의 부분적으로 반사하는 영역에 관련될 수 있다. 이 디스플레이 영역은, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 부분적으로 반사하는 스크린 (7)으로부터 적어도 1 m의 거리에 가상 이미지를 위치시키도록 배치된다. 이것을 하기 위해서, 상기 투사 수단은 가시 광을 방사하며, 그리고 그 후 상기 이미지는 이 방풍유리 (7)를 넘어서 집속된다 (focused). 이 이미지는 보통은 운전자에게만 보인다.

상기 투사 수단 (4)에 의해서 방사된 상기 광 빔의 특성들은 상기 디스플레이 영역의 함수로서 변한다.

상기 디스플레이 영역이 발광 입자들을 포함하는 상기 스크린 (7)의 투명 영역에 관련될 때에, 상기 광 빔 또는 이 정확한 경우에서의 여기 빔의 파장은 스크린, 여기에서는 상기 방풍유리에서 방사될 광 빔의 파장보다는 더 낮다. 다른 말로 하면, 상기 스크린, 즉, 상기 방풍유리 상에서 볼 수 있도록 방사하기 위해서, 상기 광 빔 (또는 여기 빔)의 파장은 자외선 범위 내에 잠재적으로 존재하지만, 또한 더 짧은 파장에서는 가시 범위 내에 존재한다.

상기 디스플레이 영역이 상기 부분적으로 반사하는 영역에 대응할 때에, 이 파장들은 400 및 800 nm 사이에 위치한다.

일 실시예에서, 상기 헤드-업 디스플레이 디바이스는 여러 투사 수단 (4)을 포함한다. 각 투사 수단 (4)은 광학 시스템으로부터의 디스플레이 영역과 연관되어, 각 투사 수단 그리고 이 디스플레이 영역 사이의 광학 경로를 한정하여, 이 광 빔이 향할 방향을 정한다.

차량은 두 디스플레이 영역들에 대해서 상기 차량 내에 상이하게 위치한 두 개의 별개의 투사 수단을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.

전통적인 헤드-업 디스플레이 디바이스들에서 보통 사용되는 임의의 투사 수단 (4)과 같은 제1 투사 수단은 상기 부분적으로 반사하는 방풍유리 (7)의 영역 상 원거리 평면에 이미지를 투사하기 위해서 사용될 것이며, 그리고 레이저 피코 투사기와 같은 제2 투사 수단은 상기 방풍유리 (7)의 디스플레이 영역의 발광 입자들을 주소 지정하기 위해서 사용된다.

다른 실시예에서, 이전의 실시예와는 반대로, 상기 헤드-업 디스플레이 디바이스는 적어도 두 개의 디스플레이 영역들 상에 이미지를 디스플레이하기 위해서 단일의 투사 수단만을 포함한다.

이 실시예에서, 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔을 생성하기 위한 투사 수단은 예를 들면 피코 투사기에 관련된다. 이 디바이스는 상기 투사 수단으로부터 광 빔을 수신하고 그리고 그것을 상기 광학 경로를 통해서 상기 디스플레이 영역들로 전송하도록 구성된 능동 소자 (5)를 또한 포함한다. 이 능동 소자 (5)는 광 빔 특성들 관리 모듈에 링크되며 그리고 상기 능동 소자 (5)의 광 전송 특징들의 변이를 상기 특성들의 함수로서 동기화하기에 적합하다. 이 관리 모듈은 상기 투사 수단에 포함되며 그리고 상기 투사 수단에 포함된 상이한 광 소스들 및 상기 능동 소자 (5)를 구동하기에 적합하다.

이 능동 소자 (5)는 예를 들면 PDLC (polymer dispersed liquid crystal) 필름과 같은 능동 광의 능동 산란기 (diffuser)에 관련된다. 이 PLDC 필름은 액정들 및 상기 액정들의 전기적인 분극의 함수로서 변하는 정렬 특징들을 가지는 폴리머들의 혼합물을 포함한다.

이 능동 소자 (5)는 상기 투사 수단의 하향에 위치한다. 전기적인 분극이 상기 관리 모듈에 의해서 생성될 때에, 상기 PDLC 필름은 그러면 투명하다. 역으로, 어떤 전기적인 분극이 존재하지 않는다면, 상기 필름은 상기 투사 수단에 의해서 방사된 광을 산란시킨다 (diffuse). 그래서, 상기 능동 소자 (5)는 두 개의 상태, 투명 또는 분산의 두 상태들 사이에서 교번할 수 있다.

상기 투사 수단 (4)이 레이저 피코 투사기일 때에, 상기 소스 이미지는 그러면 상기 능동 산란기가 산란시키고 있을 때에 상기 능동 산란기의 평면 상에 존재하게 되며 그리고 능동 산란기가 투명할 때에 상기 광선들이 왜곡되지 않고 상기 능동 산란기를 통해서 지나간다.

그래서, 이 능동 소자 (5)를 관리 모듈 (18)에 링크시켜서, 두 개의 디스플레이 영역들을 단일의 투사 수단 (4)으로 구별하는 것이 가능하다.

실제로, 상기 관리 모듈 (18)은 상기 투사 수단 (4)의 전력 소스를 상기 능동 광 산란기의 전기적 극성화의 소스와 동기화하는 것을 가능하게 한다.

예를 들면, 상기 능동 광 산란기의 전기적 분극화의 소스 그리고 여기에서는 발광 입자들을 포함하는 방풍유리 (7)의 영역의 소스 여기 형광물질 (luminophore)들인 상기 투사 수단의 전력 소스를 동기화함으로써, 상기 부분적으로 반사하는 방풍유리 (7)의 상기 영역의 원거리 평면에 집속된 이미지용의 능동 산란기 상에 산란 이미지가 얻어지며 그리고 발광 입자들을 포함하는 상기 방풍유리 (7)의 영역 내에 직접적으로 형성된 상기 방풍유리 (7)의 평면 내 이미지용의 산란기 상에는 어떤 이미지도 얻어지지 않는다.

이 능동 소자 (5)는 투과형 (transmissive type) 또는 반사형 (reflective type)일 수 있다.

상기 능동 소자 (5)가 투과형일 때에, 그것은 도 4a 및 도 4b에 표현된 것처럼 상기 투사 수단 (4) 및 상기 디스플레이 영역들 사이에 배치된다. 주소 지정된 디스플레이 영역에 따라서, 상기 능동 소자 (5)는 투명하거나 또는 광을 산란시키는 것 중 어느 하나로 상태를 변경한다.

상기 디바이스의 투사 어셈블리의 예는 도 12에 표시된다. 이 어셈블리는 투사 수단 (5), 구형 (spherical) 거울 그리고 투과형의 능동 소자 (5)를 포함하며, 이것들은 가상 이미지 (21)의 투사 및 공통 소스로부터의 여기 소스의 반사를 생성하기 위해서 배치된다. 상기 투사 어셈블리의 영역 (30)은 상기 구형 거울에 의한 반사 이후에 스캔을 여기시킴으로써 커버된다. 참조번호 23 및 22의 포인트들은 각각 상기 구형 거울의 곡률의 중심에 그리고 이 거울의 대물 초점 포인트에 대응한다.

도 5a 및 도 5b는 거울 (6) 및 투사 수단 (4) 사이에 배치된 반사형의 능동 소자 (5)를 도시한다. 이 구성에서, 상기 투사 수단 (4) 및 디스플레이 영역은 상기 능동 소자 (5)에 대해 동일한 측면 상에 위치한다.

상기 거울 (6)은 그래서 상기 광학 경로 상에서 상기 능동 소자 (5)로부터 비롯된 광 빔을 상기 디스플레이 영역들로 반사하는 것을 가능하게 한다.

상기 능동 소자 (5)가 산란 상태에 있을 때에, 상기 광을 지나가게 하지 않는다는 것이 분명하게 이해될 것이다. 그래서, 상기 광은 상기 능동 소자 (5)의 상태에 무관하게 상기 디스플레이 영역으로 항상 전송된다.

이 헤드-업 디스플레이 디바이스는 상기 부분적으로 반사하는 방풍거울 (7)의 디스플레이 영역의 원거리 평면들에 평행하게 집속된 이미지들을, 특히 투과형 또는 반사형의 능동 소자 (5)로부터 생성하는 것을 가능하게 한다. 실제로, 도 6에서, 제시된 상기 디바이스의 투사 어셈블리는 투사 수단 (4), 능동 소자들 (5) 그리고 구형 거울을 포함한다. 이 투사 수단은 예를 들면 여기에서는 컬러 레이저 피코 투사기이며, 교번하여 투명한 능동 소자들 (5) 상에 이미지들을 생성하기에 적합하다. 그래서, 상이한 위치들에서 이미지들의 소스들을 생성할 여러 평면들 상에 이미지들이 생성되며, 이 여러 평면들은 렌즈를 통한 통과한 이후에 상이한 투사 평면들 상에 평행한 가상 이미지들 (21)을 생성할 것이다.

본 발명은 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 방법에도 또한 관련된다.

이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 방법으로서, 상기 헤드-업 디스플레이 방법은:

- 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔을 적어도 하나의 투사 수단 (4)에 의해서 생성하는 단계;

- 부분적 반사 스크린 (7)에 배치된 적어도 하나의 미리 결정된 디스플레이 영역 내에 상기 이미지를 사용자의 시야에 디스플레이하는 단계; 그리고

- 상기 투사 수단 (4) 그리고 상기 디스플레이 영역들 중 하나의 디스플레이 영역 사이의 광학 경로의 광학 시스템에 의해 한정하여, 상기 광 빔을 상기 디스플레이 영역 상으로 향하게 하는 단계.

상기 방법이 헤드-업 디스플레이 디바이스에 의해서 구현되며, 이 헤드-업 디스플레이 디바이스가 여러 투사 수단을 포함하며, 이 여러 투사 수단들 각각이 미리 정의된 디스플레이 영역과 연관될 때에, 이 방법은 그러면 상기 투사 수단들을 동기화하는 단계를 포함하여, 상기 투사 수단들 각각을 상기 스크린 (7)의 각 디스플레이 영역과 협응시키며, 이 동기화 단계는 상기 관리 모듈 (18)로부터 수행된다.

상기 헤드-업 디스플레이 디바이스가 단일의 투사 수단 (4)만을 포함하는 경우에, 이 디스플레이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 상기 투사 수단 (4)으로부터 방사된 광 빔을 상기 능동 소자 (5)로부터 상기 디스플레이 영역들로 전송하는 단계, 그리고

- 상기 능동 소자 (5)의 광 전송 특징들의 변이를, 상기 능동 소자 (5)에 링크된 특징들 관리 모듈로부터의 광 빔의 특성들의 함수로서 동기화하는 단계.

도 7은 이 헤드-업 디스플레이 디바이스 내 인터리빙된 이미지 디스플레이 모드에 관련된다. 이 디바이스는 상기 디스플레이 영역들 각각에 디스플레이될 정보 (31)의 흐름을 수신한다. 이 정보의 프로세싱 단계 (9)에서, 상기 디바이스는 상기 디스플레이 영역들 각각에 따라 상기 정보의 분리를 수행한다. 생성 단계들 (10, 11)에서, 상기 디스플레이들 각각에 대해서 예정된 이미지들이 생성된다. 단계 12에서, 이 이미지들은 그 이미지들이 상기 디스플레이 영역들 상에서 주소 지정되도록 하기 위해서 겹쳐진다.

상기 디스플레이 영역들 중 하나의 영역 또는 다른 하나의 영역으로의 광 빔 전송 단계에서, 상기 능동 소자 (5)의 광 전송 특징들의 변이들은 디스플레이될 이미지의 픽셀을 각 디스플레이 영역에 번갈아서 주소 지정하는 것을 가능하게 한다. 상기 능동 소자 (5)의 광 전송 특징들의 이 변이는 24 Hz보다 더 높은 주파수에서 생성된다. 그래서, 인터리빙된 이미지들이 그 후 생성되어 이 디스플레이 영역들에 주소 지정된다.

이런 이미지들 각각의 해상도는 상기 디스플레이 디바이스의 최대 해상도보다 더 낮다. 이미지들 각각에 대해서 축들 각각에서 이용 가능한 픽셀들의 합은 상기 축들 각각 상에서의 픽셀들의 전체 개수와 동일하다. 주소 지정 가능한 픽셀들의 100 %가 사용된다는 것에 유의한다.

도 8b에서 도시된 것처럼, 인터리빙된 이미지들의 디스플레이는 상기 관리 모듈에 의한 능동 소자 (5)의 급속 구동과 연관된다. 디스플레이 영역의 각 변화를 이용하여, 상태의 변화가 능동 소자 (5)에 인가되어야 한다: 투명 또는 산란. 인터리빙된 이미지들의 이 디스플레이는 적색, 녹색 및 청색 (여기) 광 소스들 그리고 각 디스플레이 영역에 대해 픽셀을 교대로 주소 지정하기 위해서 온 (on) 및 오프 (off) 모드 사이에서 교번하는 능동 소자 (5) (산란기)를 구동하는 것으로부터 생성된다.

그런 환경에서, 구동 주파수는 최대이어야 하며, 그러므로 상기 이미지들의 리프레시 레이트 (24 Hz보다 더 높으며, 망막 지속성)에 상기 시스템에 의해서 주소 지정된 픽셀들의 전체 개수를 곱한 것보다 더 커야 한다.

이 디바이스에 의해서 구현된 이 이미지 인터리빙 모드는 도 8a 및 도 9에서 도시되며, 이 경우에 청색 픽셀들 (27)은 상기 방풍유리 (7)의 디스플레이 영역에 포함된 발광 입자들의 여기 소스를 나타내며 그리고 이는 상기 광 빔을 흡수한 이후에 가시 범위 내 파장 방사를 발하기에 적합하다. 녹색 픽셀들 (28) 및 적색 픽셀들(29)은 상기 부분적 반사 디스플레이 영역을 위해서 예정된 것이다. 도 9에서, 도 8과는 다르게, 인터리빙된 이미지들은 상이한 크기들이며 그리고 상이한 개수의 픽셀들로 디스플레이된다.

인터리빙된 이미지 디스플레이 영역을 생성하고 그 영역 상에서의 주소 지정하는 것의 유리함은 이것이 상기 디스플레이 영역들 각각의 구역들 내에서 디스플레이를 동적으로 제한하는 것을 가능하게 한다는 사실과 결부된다. 그래서, 이미지 디스플레이는 정보의 하나의 시리즈에 대해서는 상기 이미지의 제일 위 오른쪽 코너에 있는 디스플레이 영역에 제한될 수 있고 그리고 다른 응용에 대해서는 바닥의 오른쪽 코너에 있는 디스플레이 영역에 제한될 수 있다.

이 경우에, 상기 이미지들 각각에 대해서 그리고 이 디스플레이 영역들의 구역들 각각에서 상기 디스플레이 수단을 이동시키는 것이 최소화될 수 있으며, 이는 각 구역에 제공된 에너지를 상기 투사 수단 (4)의 함수로서 최대화하는 것을 가능하게 한다.

인터리빙된 이미지들을 구비한 디스플레이 모드는 능동 소자들 (5)과 함께 사용될 것이며, 이는 고-주파수 구동을 가능하게 하며 그리고 별개의 디스플레이 영역들에서의 디스플레이들을 가능하게 한다.

대안으로, 디스플레이 영역들로 주소 지정된 이미지들은 비-인터리빙된 이미지들 또는 교번 이미지들일 수 있다. 상기 이미지들의 디스플레이 모드는 그러면 상기 디스플레이 영역들에서 교번하는 이미지 주소지정 모드이다.

도 10에 도시된 것처럼, 이 경우에, 광 빔을 상기 디스플레이 영역들 중 하나 또는 다른 하나로 전송하는 것은 상기 능동 소자 (5)의 광 전송 특징들의 변이에 종속한다.

디스플레이 영역의 각 변화를 이용하여, 상태의 변화는 능동 소자 (5)에게 적용되어야 한다: 투명 또는 산란. 이 비-인터리빙된 이미지들의 이 디스플레이는 적색, 녹색 및 청색 (여기자 (exciter)) 광 소스들, 그리고 능동 소자 (5) (산란기)를 구동하는 것으로부터 생성된다. 이 환경에서, 적색 광 소스, 녹색 광 소스 및 청색 광 소스가, 상기 능동 소자로부터 각 디스플레이 영역에 대해서 이미지의 교번하는 디스플레이와 함께 예시할 때에, 투사 수단 (4)의 주파수는 두 배가 된다.

상기 부분적 반사 디스플레이 영역에 이미지를 주소 지정하기 위해서 상기 적색 광 소스 및 녹색 광 소스가 온 (on)일 때에, 능동 소자 (5) (산란기)는 "산란" 모드에 있으며 그리고 청색 여기 광 소스 (여기자)가 발광 입자들을 포함하는 방풍유리 (7)의 영역에 주소 지정될 이미지의 산란을 위해서 온 일 때에, 능동 소자 (5) (산란기)는 "투명" 모드에 있다.

이 전송은 다음을 이용하여 수행된다:

- 24 Hz보다 더 높은 변이 주파수;

- 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔 생성의 주파수는 상기 변이 주파수의 두 배에 대응함.

그래서, 투사 수단 (4)의 주파수를 2배로 함으로써, 각 디스플레이 영역에 대해서 이미지가 디스플레이된다. 예를 들면, 이미지가 원거리 평면에, 즉, 방풍유리 (7)의 부분적 반사 영역에 대해서 디스플레이될 때에, 능동 소자 (5)는 상기 이미지를 산란시킨다. 그리고, 이미지가 발광 입자들을 포함하는 방풍유리 (7)의 영역 내에 디스플레이될 때에, 능동 소자 (5)는 투명하다.

이 환경에서, 투사 수단 (4)은 망막 지속성 (retinal persistence)을 중화시키기 위해서 단일의 디스플레이 영역에 대해 단일의 이미지만을 디스플레이해야만 하는 경우보다 두 배 많은 이미지들을 생성해야만 한다. 유사하게, 능동 소자 (5)는 상기 망막 지속성과 적어도 같은 동작 주파수, 즉, 상기 투사 수단 (4)의 동작 주파수의 반과 같은 동작 주파수에서 활성화된다. 상기 관리 모듈 (18)은, 발광 입자들을 포함하는 방풍유리 (7)의 영역에 디스플레이되기로 예정된 이미지들이 능동 소자 (5)가 투명 상태에 있을 때에 디스플레이되도록 하는 방식으로, 투사 수단 (4)을 능동 소자 (5)와 동기화시키는 것을 가능하게 한다

비-인터리빙된 이미지의 디스플레이 영역들을 생성하고 그리고 그 영역들 상에서 주소 지정하는 것의 유리함은, 도 10에서 볼 수 있는 것처럼, 상기 능동 소자 (5)가 "낮은 (low)" 주파수들에서만 구동할 것을 필요로 한다는 것이다.

더욱이, 상기 어셈블리 사용에 의존하여, 상기 디스플레이 영역들 각각에서 디스플레이 영역들의 구역들로 동적으로 제한하는 것이 가능하다. 그래서, 상기 디스플레이 영역들 각각에 대한 상기 어셈블리의 최종 발광은 증가된다.

비-인터리빙된 이미지들을 가진 디스플레이 모드는 높은 주파수에서의 구동을 허용하지 않는 능동 소자들 (5)과 함께 사용될 것이지만, 상기 망막 지속성에 관하여 초 당 디스플레이된 이미지들의 개수를 적어도 두 배로 하는 것을 가능하게 하는 투사 수단 (4)과는 함께 사용되지 않을 것이다.

이 헤드-업 디스플레이 디바이스는 정보 디스플레이를 향상시키며 그리고 차량들 내에서의 운전의 안락함을 향상시킨다. 이 디바이스는 예를 들면 내비게이션 및 멀티미디어 정보에 링크된 정보를 위해서 충분한 디스플레이 영역을 제공한다.

이 디바이스는 근거리 디스플레이 영역들 상에, 심지어는 방풍유리 (7)의 영역들에 정보를 디스플레이하는 것을 가능하게 한다.

예를 들면, 상기 근거리 디스플레이 영역은 운전에 관련된 정보인 차량 속도, 레귤레이터/리미터/ACC 속도, 속도 제한을 위해서 적절할 수 있을 것이다. 도 13에 도시된 것처럼, 이 디스플레이 영역은 소위 말하는 "중간" 위치 (19)에, 말하자면, 방풍유리 (7)의 바닥 부분 내 상기 운전자의 시야 내에 위치할 수 있다.이 디스플레이 영역은 발광 입자들을 포함한 방풍유리 (7)의 영역에 대응하지만, 이 영역으로 제한되는 것은 아니다.

방풍유리 (7)의 상기 부분적 반사 영역은 원거리 디스플레이 영역으로 불리며, 안전 및 경고 정보를 위해서 사용될 수 있다: ACC 타겟, 사고 경보 ("충돌 전"), 거리 경보 ("거리 주의"), 궤도 편차 경보 ("차로 이탈 주의"). 도 13에 표시된 것처럼, 이 디스플레이 영역은 소위 말하는 "상단" 위치 (20)에, 말하자면, 상기 근거리 디스플레이 영역 위에 운전자의 시야 내에 위치할 수 있다.

이 영역은, 상기 환경에서 투사되는 "의사 (pseudo)-증강 현실" 모드에 있는 것으로 보이는, 내비게이션 응용을 위해서 또한 적절할 수 있을 것이다.

신규한 치수가 이런 두 개의 디스플레이 영역들과 함께 나타난다. 실제로, 동적 모드에서 소자들을 이용하는 것이 가능하다.

예를 들면, 경보들을 세 개의 위험 레벨들로 분류하면 - 위험 없음; 입증된 위험; 입증된 위난. 그러면 입증된 위험을 상기 원거리 디스플레이 영역에 디스플레이하는 것이 가능하며 그리고 그 입증된 위험이 입증된 위난이 될 때에 상기 근거리 디스플레이 영역에 그 입증된 위험을 디스플레이하는 것이 가능하다. 어떤 위험도 존재하지 않을 때에, 정보를 디스플레이할 필요가 없으며, 이는 운전자의 주의를 흩뜨리지 않게 하기 위해서이다.

그래서, 여러 디스플레이 영역들을 통합하는 것은 운전자에게 전송된 정보를 조직화하고 우선순위를 정하는 것에 있어서 돕는 것을 가능하게 한다. 정보의 계층적인 조직을 위해 새로운 규칙들을 설립하는 것은 운전자가 운전을 하는데 있어서 도움을 주는 것은 물론이며 이 정보를 이해하는데 있어서 도움을 줄 것이며, 운전하기 위해서 유용한 정보 그리고 긴급한 경보들만을 상기 근거리 평면에 디스플레이함으로써 그 운전자의 정신적인 부담을 줄일 것이다.

본 발명에 따른 상기 헤드-업 디스플레이 디바이스는, 예를 들면, 투사된 정보를 가진 전자 장비 또는 상업적인 면들에서의 창유리들과 같이 정보를 디스플레이할 수 있는 모든 유형의 투명한 표면들을 이용하여 구현될 수 있다.

Claims (9)

1. 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 디바이스로서, 상기 헤드-업 디스플레이 디바이스는:
   - 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔 (light beam)을 생성하는 투사 수단 (4);
   - 사용자의 시야에 상기 이미지를 디스플레이하도록 배치된 적어도 하나의 근거리 (near) 디스플레이 영역 및 하나의 원거리 (far) 디스플레이 영역을 포함하는 부분적 반사 스크린 (7); 그리고
   - 상기 투사 수단 (4)으로부터 광 빔을 수신하고 그리고 그 광 빔을 상기 디스플레이 영역들로 교대로 전송하도록 배치된 능동 소자 (5)를 포함하며,
   상기 근거리 디스플레이 영역은, 상기 광 빔을 흡수한 이후에 가시 범위 내 파장 방사를 발하도록 구성된 발광 입자들을 포함하는 상기 부분적 반사 스크린 (7)에 관련된 것이며, 그리고 상기 원거리 디스플레이 영역은 상기 광 빔에 대해 부분적 반사하는 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 능동 소자 (5)는 광 빔 특성들 관리 모듈 (18)에 링크되며, 상기 광 빔 특성들 관리 모듈은 상기 투사 수단 (4)의 전력 소스를 상기 능동 소자 (5)의 전기적 극성화 소스와 동기화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 디바이스.
3. 제1항에 있어서,
   상기 능동 소자 (5)는 PDLC (polymer dispersed liquid crystal) 필름과 같은 능동 광 산란기에 관련된 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 디바이스.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 투사 수단 (4)은 레이저 피코 (pico) 투사기인 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 디바이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 능동 소자 (5)는 투과형 (transmissive type)이며 그리고 상기 투사 수단 (4)과 상기 디스플레이 영역들 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 디바이스.
7. 제1항에 있어서,
   상기 능동 소자 (5)는 반사형 (reflective type)이며 그리고 거울과 상기 투사 수단 (4) 사이에 배치되며,
   상기 거울은 상기 능동 소자로부터 비롯된 상기 광 빔을 상기 디스플레이 영역들로 향하는 광학 경로 상에 반사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 디바이스.
8. 적어도 하나의 이미지를 디스플레이하기 위한 헤드-업 디스플레이 방법으로서, 상기 헤드-업 디스플레이 방법은:
   - 디스플레이될 이미지가 담겨진 광 빔을 적어도 하나의 투사 수단 (4)에 의해서 생성하는 단계;
   - 부분적 반사 스크린 (7)에 배치된 적어도 하나의 근거리 디스플레이 영역 및 하나의 원거리 디스플레이 영역 내에 상기 이미지를 사용자의 시야에 디스플레이하는 단계; 그리고
   - 상기 투사 수단 (4)에 의해서 방사된 상기 광 빔을 능동 소자 (5)에 의해 상기 디스플레이 영역들로 교대로 전송하는 단계를 포함하며,
   상기 근거리 디스플레이 영역은, 상기 광 빔을 흡수한 이후에 가시 범위 내 파장 방사를 발하도록 구성된 발광 입자들을 포함하는 상기 부분적 반사 스크린 (7)에 관련된 것이며. 그리고 상기 원거리 디스플레이 영역은 상기 광 빔에 대해 부분적 반사하는 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 방법은,
   상기 능동 소자 (5)를 광 빔 특성들 관리 모듈 (18)에 링크하며 그리고 상기 투사 수단 (4)의 전력 소스를 상기 능동 소자 (5)의 전기적 극성화 소스와 동기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드-업 디스플레이 방법.

Images