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KR102741985B1 - 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법 - Google Patents

외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법 Download PDF

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KR102741985B1
KR102741985B1 KR1020220031183A KR20220031183A KR102741985B1 KR 102741985 B1 KR102741985 B1 KR 102741985B1 KR 1020220031183 A KR1020220031183 A KR 1020220031183A KR 20220031183 A KR20220031183 A KR 20220031183A KR 102741985 B1 KR102741985 B1 KR 102741985B1
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Abstract

본발명은 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 시스템 및 방법에 관한 것으로, 차량에서 정보를 받아와 영상표시부의 빔프로젝트 모듈(21)로 송출하는 영상제어부(10);
영상제어부로부터 정보를 받아 영상을 표현하는, 빔프로젝터 모듈(21), 스크린(22), 하우징(23)을 포함하는 영상표시부(20);
영상표시부에서 표현된 영상을 홀로그램 영상으로 변환해 주며, 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)를 포함하는 HOE 광학소자부(30);로
구성되는 것으로, 넓은 관측영역(Eyebox) 제공이 가능하며, 큰 면적의 허드영상 제공이 가능하며, 긴 투영거리의 허드영상 제공이 가능하며, 제품 소형화가 가능하며, 고반사율 및 고투과율을 동시 충족 가능하며, 전방주시에 친화적인 제품구조 설계가 가능하며 탈부착 형태의 단순하고 사용에 편리한 제품 구조를 가지는 현저한 효과가 있다.

Description

외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법{Manufacturing method for external holographic head-up display}
본 발명은 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이에 관한 것으로 더욱 상세하게는 차량정보 및 주행정보를 운전자에게 보다 안전하고 편안하게 제공하기 위하여, 자동차 내부의 선바이저(sunvisor)(또는 근처) 프로젝션 모듈을 장착하고, 차량 대시보드에 홀로그래피 기술로 제작되는 홀로그래픽 광학소자를 장착되는 외장형 디스플레이 구조를 가지며, 넓은 관측영역(Eyebox) 제공이 가능하며, 큰 면적의 허드영상 제공이 가능하며, 긴 투영거리의 허드영상 제공이 가능하며, 제품 소형화가 가능하며, 고반사율 및 고투과율을 동시 충족 가능하며, 전방주시에 친화적인 제품구조 설계가 가능하며 탈부착 형태의 단순하고 사용에 편리한 제품 구조를 가지는 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이의 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 현대식 자동차는 소위 헤드업 디스플레이(HUD)를 증가적으로 장착하고 있다. 예를 들어 대시보드의 영역에서 또는 루프 영역에서 프로젝터에 의해, 이미지가 차유리(windshield) 상에 투영되고, 거기서 반사되고, 차유리 뒤에 가상 이미지로서(운전자의 관점으로부터) 운전자에 의해 지각된다. 따라서, 예를 들어, 운전자가 도로로 부터 그의 주의를 전환할 필요 없이 지각할 수 있는 현재 주행 속도, 네비게이션 또는 경고 메시지와 같은 중요 한 데이터가 운전자의 시야 내로 투영될 수 있다. 헤드업 디스플레이는 따라서 교통 안전의 증가에 상당히 기여할 수 있다.
또한 사람의 눈은 원거리에 위치한 전방 물체를 보거나 단거리에 놓인 내비게이터, 스마트폰 등을 볼 때에 초점이 맺히는 거리가 달라진다. 이로 인하여 순간적인 사물 인지 혼선, 어지러움, 피로감 등 생리적인 문제가 발생할 수 있으며, 이것들은 안전 운행에 지장을 줄 수 있다.
속도, RPM 등의 차량정보 및 주행방향, 교통상황 등의 주행정보를 운전자에게 안전하고 편안한 영상을 제공하는 HUD가 차량에 탑재되어, 편안하고 안전한 주행에 큰 도움을 준다.
사람에 따라서 이러한 점이 불편하거나 피로감 증대의 원인이 될 수 있다. 반면에 외장형 HUD의 경우에는 허드영상의 높이가 전방 주시선과 비슷하거나 약간 하향에 놓일 수 있다. 그러므로 운전자에 따라서 이러한 허드영상 위치가 더 편안하고 안전할 수 있다. 특히 고속주행 시에 원거리 전방주시에는 외장형 HUD가 내장형 HUD보다 적합하다고 생각될 수 있다. 종래 특허기술의 일례로서 등록번호 10-1592781호에는 헤드업디스플레이 영상이 표시되는 아이박스 위치 조절을 위한 헤드업디스플레이 제어 방법에 있어서,
센서를 이용해 룸미러의 상하좌우 회전각을 감지하는 단계;
상기 회전각에 대응되는 모터 구동 신호를 생성하는 단계; 및
상기 모터 구동 신호에 따라 헤드업디스플레이 모듈의 모터를 구동해, 상기 모터의 제어를 받는 평면 미러를 상하좌우로 회전시켜서 상기 아이박스의 위치를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드업디스플레이 제어 방법이 공개되어 있다. 또한, 공개번호 10-2021-00884873D호에는 헤드업디스플레이 시스템 및 그의 제어 방법이 공개되어 있다.
그런데 기존의 선바이저형 HUD는 애프터마켓용 제품이 대부분이며, 다음과 같은 특징 및 제약사항들이 존재한다.
곧 반사식 광학소자(오목거울)을 주로 사용하며, 관측영역(Eyebox)이 협소하다. 관측되는 허드영상의 크기가 작은 편이며, 제공되는 영상의 투영거리가 짧은 편이다. 제품 소형화가 쉽지 않고, 반사판이 고반사율 및 고투과율을 동시에 충족할 수 없다. 반사판의 곡률로 인하여 전방 물체가 왜곡되어 보이는 현상이 발생하여 전방 인식을 저해할 수 있다. 제품 설계 시에 반사판의 반사각 조건을 반드시 만족시켜야 한다. 더욱이 허드 영상의 크기를 증가시킬 경우, 제품의 부피가 커지게 되고, 허드영상의 왜곡도 커지게 되는 단점이 있다.
따라서 본발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명은 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이를 제작함에 있어서 차량정보 및 주행정보를 운전자에게 보다 안전하고 편안하게 제공하기 위하여, 자동차 내부의 선바이저(sunvisor)(또는 근처) 프로젝션 모듈을 장착하고, 차량 대시보드에 홀로그래피 기술로 제작되는 홀로그래픽 광학소자를 장착되는 외장형 디스플레이 구조를 가지며, 넓은 관측영역(Eyebox) 제공이 가능하며, 큰 면적의 허드영상 제공이 가능하며, 긴 투영거리의 허드영상 제공이 가능하며, 제품 소형화가 가능하며, 고반사율 및 고투과율을 동시 충족 가능하며, 전방주시에 친화적인 제품구조 설계가 가능하며 탈부착 형태의 단순하고 사용에 편리한 제품 구조를 가지는 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이의 제작 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본발명은 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 시스템은 차량에서 정보를 받아와 영상표시부의 빔프로젝트 모듈(21)로 송출하는 영상제어부(10);
영상제어부로부터 정보를 받아 영상을 표현하는, 빔프로젝터 모듈(21), 스크린(22), 하우징(23)을 포함하는 영상표시부(20);
영상표시부에서 표현된 영상을 홀로그램 영상으로 변환해 주며, 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)를 포함하는 HOE 광학소자부(30);로
구성되는 것을 특징으로 한다.또한, 상기 영상표시부를 거치하는 제1 거치부(40), HOE광학소자부를 거치하는 제2 거치부(50)가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본발명은 빔 프로젝션 모듈(21)에서 투사된 영상이 스크린(22)에 결상되어, 스크린 영상을 형성하는 단계;
스크린 영상에서 발산된 빛이 HOE 광학소자부(30)의 HOE로 표시되는 단계;
렌즈 역할을 하는 HOE(31)에 입사하는 빛은 회절 또는 반사되어 운전자의 눈으로 향하게 되며, HOE(31) 전방에 결상되는 홀로그램 허드영상이 운전자에게 관측되는 단계;를
포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법 및 시스템은 넓은 관측영역(Eyebox) 제공이 가능하며, 큰 면적의 허드영상 제공이 가능하며, 긴 투영거리의 허드영상 제공이 가능하며, 제품 소형화가 가능하며, 고반사율 및 고투과율을 동시 충족 가능하며, 전방주시에 친화적인 제품구조 설계가 가능하며 탈부착 형태의 단순하고 사용에 편리한 제품 구조를 가지는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명 시스템의 활용 개념도.
도 3은 본 발명 시스템의 영상표시부 및 제1 거치부.
도 4는 본 발명 시스템의 HOE 광학소자부 및 제2 거치부.
도 5는 본 발명 시스템의 HOE를 제작하기 위한 HOE 제작장치의 광학적 구성도.
도 6은 도 5의 HOE 제작장치에 의해서 실제로 제작된 여러가지 HOE들. (a)녹색, (b)빨강.
도 7은 본 발명 시스템 동작의 광학적인 원리.
도 8은 본 발명 시스템의 시제품 구동 시연결과 사진.
본발명은 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 시스템에 관한 것으로, 차량에서 정보를 받아와 영상표시부의 빔프로젝트 모듈(21)로 송출하는 영상제어부(10);
영상제어부로부터 정보를 받아 영상을 표현하는, 빔프로젝터 모듈(21), 스크린(22), 하우징(23)을 포함하는 영상표시부(20);
영상표시부에서 표현된 영상을 홀로그램 영상으로 변환해 주며, 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)를 포함하는 HOE 광학소자부(30);로
구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상표시부를 거치하는 제1 거치부(40), HOE광학소자부를 거치하는 제2 거치부(50)가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본발명은 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법에 관한 것으로, 빔 프로젝션 모듈(21)에서 투사된 영상이 스크린(22)에 결상되어, 스크린 영상을 형성하는 단계;
스크린 영상에서 발산된 빛이 HOE 광학소자부(30)의 HOE로 표시되는 단계;
렌즈 역할을 하는 HOE(31)에 입사하는 빛은 회절 또는 반사되어 운전자의 눈으로 향하게 되며, HOE(31) 전방에 결상되는 홀로그램 허드영상이 운전자에게 관측되는 단계;를
포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 시스템의 블록도이다. 본 발명 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 시스템은차량에서 정보를 받아와 빔프로젝트로 송출하는 영상제어부, 영상제어부로부터 정보를 받아 영상을 표현하는, 빔프로젝터 모듈, 스크린, 하우징, 부속물을 포함하는 영상표시부, 영상표시부에 포함된 부속물을 거치하는 제1 거치부, 영상표시부에서 표현된 영상을 홀로그램 영상으로 변환해 주며, 홀로그래픽 광학소자(HOE), 부속물을 포함하는 HOE 광학소자부 HOE광학소자부에 포함된 부속물을 거치하는 제2 거치부로 구성된다.
도 2는 본 발명 시스템의 활용 개념도이다.
외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이는 영상제어부, 영상표시부, 제1 거치부, HOE 광학소자부, 제2 거치부로 구성된다.
영상제어부에서는 차량의 정보를 영상으로 표현하는 시스템이 포함되어 있다.
영상표시부 내부에 레이저 프로젝션 모듈 및 스크린이 포함되어 있다.
제1 거치부에서는 영상표시부 모듈을 선바이저(sunvisor)(또는 근처)에 거치한다.
HOE 광학소자부의 HOE는 홀로그래피 이론을 따르는 광학적인 장치에서 제작되는 반사형 회절광학소자로서, 보통 평면 필름형태로로 제작되며, 오목거울을 대체하여 반사형 렌즈 역할을 수행한다.
제2 거치부에서는 HOE 광학소자부를 대시보드(또는 근처)에 거치한다.
영상표시부에서 쏘아지는 원 영상의 빛은 HOE 광학소자부(HOE)에서 회절되면서 운전자의 눈에 입사(투영)하게 된다.
그 결과, 운전자는 HOE를 통해서 전방에 위치하는, 확대된 홀로그램 영상(허드영상)을 관측하게 된다.
도 3은 본 발명 시스템의 영상표시부와 제1 거치부이다.
HUD 영상표시부에서 초록색 부분이 레이저 프로젝션 모듈이고, 파란색 부분이 스크린이며 스크린은 레이저 프로젝션 모듈 앞의 결상거리에 수직으로 배치된다.
제1 거치부는 영상표시부 상단에 있으며 차량 선바이저(sunvisor)(또는 근처)에 장/탈착이 가능한 구조이다.
도 4는 본 발명 시스템의 HOE 광학소자부와 제2 거치부이다.
HOE 광학소자부는 제2 거치부와 합체되어 있으며, 운전자 시야의 수직 방향으로 거치를 한다.
제2 거치부는 HOE 광학소자부 하단에 있으며 차량 대시보드(또는 근처)에 장/탈착이 가능한 구조이다.
도 5는 본 발명 시스템의 HOE를 제작하기 위한 HOE 제작장치의 광학적 구성도이다.
그림에서 M은 거울, SF는 공간필터, BS는 빔분할기이다.
R, G, B 세 개의 레이저 빔들이 여러 개의 거울을 통해서 하나의 빔으로 합쳐지고, 빔분할기(BS)를 거치면서 기준빔 및 신호빔, 2개의 빔으로 나누어진다.
하나의 레이저 광원에서 2개의 빔 (신호빔과 기준빔)으로 나누어서 특정한 방향으로 HOE 기록 매질로 빔을 구면파 형태로 입사시킨다.
홀로그램 기록매질에 대한 기준빔의 입사각 및 거리는 레이저 프로젝션 모듈의 빛이 스크린에서 HOE로 입사하는 각도 및 HOE 까지 진행한 거리에 맞춘다.
또한 홀로그램 기록매질에 대한 신호빔의 입사각 및 거리는 각각 HOE를 통하여 관측되는 허드 영상의 주 관측각도 및 허드영상의 투영거리에 맞춘다.
HOE에 대한 성능 설계가 바뀌게 되면, 도 5의 광학적 구조를 변경하여 설계를 충족하는 HOE를 제작할 수 있다.
도 6은 도 5의 HOE 제작장치에 의해서 실제로 제작된 여러가지 HOE들을 보여준다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 단색 광원, 즉 각각 G 및 R 레이저로 제작된 HOE를 보여준다.
도 7은 본 발명 시스템 동작의 광학적인 원리를 보여준다.
도 7을 바탕으로 하여, HOE 성능 설계가 이루어지기 때문에, 도 7에서 각 요소의 위치가 명확히 결정되어야 한다.
레이저 프로젝션 모듈에서 투사된 영상이 스크린에 결상되어, 스크린 영상을 형성한다.
스크린 영상에서 발산된 빛은 HOE 광학소자부의 HOE로 표시된다.
렌즈 역할을 하는 HOE에 입사하는 빛은 회절(반사)되어 운전자의 눈으로 향하게 되며, HOE 전방에 결상되는 홀로그램 허드영상이 운전자에게 관측된다.
따라서 운전자는 홀로그램 허드영상을 보다 편안하게 관측할 수 있다.
도 8은 본 발명 시스템의 시제품 구동 시연결과 사진을 나타낸다.
도 8의 시제품은 도 7의 설계를 바탕으로 제작되었다.
운전자는 허드영상의 관측이 용이하도록 시야의 수직으로 영상을 투영한다.
본 발명의 장치는 제품의 부피를 고려하여 제작하였으며 모양은 도 3와 같이 제작된다.
도 8(b)는 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이의 홀로그램 재생 영상이다.
10 : 제어부
20 : 영상표시부 21 : 빔프로젝터 모듈
22 : 스크린 23 : 하우징
30 : HOE 광학소자부
31 : 홀로그래픽 광학소자
40 : 제1거치부 50 : 제2거치부
60 : 홀로그램 후드 영상
1 : 유리 2 : 홀로그램기록매질
3 : 렌즈 4 : 스패이셜(spatial)필터
5 : PBS

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 시스템의 빔 프로젝터 모듈(21)에서 투사된 영상이 스크린(22)에 결상되어, 스크린 영상을 형성하는 단계;
    스크린 영상에서 발산된 빛이 HOE 광학소자부(30)의 HOE로 표시되는 단계;
    렌즈 역할을 하는 HOE(31)에 입사하는 빛은 회절 또는 반사되어 운전자의 눈으로 향하게 되며, HOE(31) 전방에 결상되는 홀로그램 허드영상이 운전자에게 관측되는 단계;를
    포함하여 이루어지는 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법에 있어서,
    상기 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 시스템은 차량에서 정보를 받아와 영상표시부의 빔프로젝터 모듈(21)로 송출하는 영상제어부(10);
    영상제어부로부터 정보를 받아 영상을 표현하는, 빔프로젝터 모듈(21), 스크린(22), 하우징(23)을 포함하는 영상표시부(20);
    영상표시부에서 표현된 영상을 홀로그램 영상으로 변환해 주며, 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)를 포함하는 HOE 광학소자부(30);로
    구성되는 것으로, 상기 영상표시부를 거치하는 제1 거치부(40), HOE광학소자부를 거치하는 제2 거치부(50)가 각각 설치되는 것인 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법에 있어서,
    상기 제1 거치부(40)에서는 영상표시부 모듈을 선바이저(sunvisor)에 거치하며, 제2 거치부(50)에서는 HOE 광학소자부(30)를 대시보드에 거치하며,
    영상표시부에서 쏘아지는 원 영상의 빛은 HOE 광학소자부(30)에서 회절되면서 운전자의 눈에 입사하게 되어, 운전자는 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)를 통해서 전방에 위치하는, 확대된 홀로그램 영상인 허드영상을 관측하게 되는 것이며,
    R, G, B 세 개의 레이저 빔들이 여러 개의 거울을 통해서 하나의 빔으로 합쳐지고, 빔분할기(BS)를 거치면서 기준빔 및 신호빔 2개의 빔으로 나누어지며,
    하나의 레이저 광원에서 신호빔과 기준빔으로 나누어서 특정한 방향으로 홀로그램 기록 매질로 빔을 구면파 형태로 입사시키며,
    홀로그램 기록매질(2)에 대한 기준빔의 입사각 및 거리는 빔 프로젝션 모듈(21)의 빛이 스크린에서 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)로 입사하는 각도 및 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)까지 진행한 거리에 맞추며,
    또한 홀로그램 기록매질(2)에 대한 신호빔의 입사각 및 거리는 각각 홀로그래픽 광학소자(HOE, 31)를 통하여 관측되는 홀로그램 허드 영상(60)의 주 관측각도 및 투영거리에 맞추는 것을 특징으로 하는 외장형 홀로그래픽 헤드업디스플레이 제작 방법
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