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KR20190119093A - 스플릿 사출 동공 헤드업 디스플레이 시스템 및 방법 - Google Patents

스플릿 사출 동공 헤드업 디스플레이 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20190119093A
KR20190119093A KR1020197026913A KR20197026913A KR20190119093A KR 20190119093 A KR20190119093 A KR 20190119093A KR 1020197026913 A KR1020197026913 A KR 1020197026913A KR 20197026913 A KR20197026913 A KR 20197026913A KR 20190119093 A KR20190119093 A KR 20190119093A
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KR
South Korea
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pixels
hud
eye
box
image
Prior art date
Application number
KR1020197026913A
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English (en)
Inventor
후세인 에스 엘-고로우리
징보 카이
치-리 츄앙
마티 메이어스
Original Assignee
오스텐도 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/449,679 external-priority patent/US10539791B2/en
Application filed by 오스텐도 테크놀로지스 인코포레이티드 filed Critical 오스텐도 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

스플릿 사출 동공(또는 스플릿 아이-박스) 헤드-업 디스플레이(HUD) 시스템 및 방법이 설명된다. 설명된 HUD 시스템 방법은 모듈러 HUD 시스템을 인에이블하고, HUD 시스템 뷰잉 아이-박스 크기가 맞춤화될 수 있게 하면서 전체 HUD 용적 측면을 감소시키는 스플릿 사출 동공 고안 방법을 이용한다. HUD 모듈은 하나 또는 다수의 주어진 뷰잉 아이-박스 세그먼트 크기들을 가진 하나 이상의 HUD 가상 이미지들을 생성하도록 고 휘도 및 소형의 마이크로-픽셀 결상기를 이용한다. 동일한 이미지를 디스플레이하는 다수의 그러한 HUD 모듈들은, HUD 시스템내에 함께 집적화될 경우, 그러한 집적화된 HUD 시스템이 HUD 모듈의 아이-박스 크기보다 실질적으로 더 큰 아이-박스 크기를 갖게 할 수 있다. 결과하는 집적화된 HUD 시스템의 용적은 단일한 대형 결상기를 이용하는 HUD 시스템보다 용적 측면에서 실질적으로 더 작다. 또한, 집적화된 HUD 시스템은 의도된 애플리케이션에 매칭시키면서 주어진 원하는 전체 HUD 시스템 밝기를 유지하도록 아이-박스 크기를 스케일링하기 위하여 다수의 HUD 모듈들로 구성될 수 있다.

Description

스플릿 사출 동공 헤드업 디스플레이 시스템 및 방법
본 발명은 일반적으로 헤드업 디스플레이(Heads-Up Display: HUS)들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 하나 이상의 가상 이미지들을 생성하는 HUD 시스템에 관한 것이다.
인용 문헌들:
[1] U.S. Patent No. 7,623,560, El-Ghoroury et al, Quantum Photonic Imager and Methods of Fabrication Thereof, Nov. 24, 2009.
[2] U.S. Patent No. 7,767,479, El-Ghoroury et al, Quantum Photonic Imager and Methods of Fabrication Thereof,
[3] U.S. Patent No. 7,829,902, El-Ghoroury et al, Quantum Photonic Imager and Methods of Fabrication Thereof,
[4] U.S. Patent No. 8,049,231, El-Ghoroury et al, Quantum Photonic Imager and Methods of Fabrication Thereof,
[5] U.S. Patent No. 8,098,265, El-Ghoroury et al, Quantum Photonic Imager and Methods of Fabrication Thereof,
[6] U.S. Patent Application Publication No. 2010/0066921, El-Ghoroury et al, Quantum Photonic Imager and Methods of Fabrication Thereof,
[7] U.S. Patent Application Publication No. 2012/0033113, El-Ghoroury et al, Quantum Photonic Imager and Methods of Fabrication Thereof,
[8] U.S. Patent No. 4,218,111, Withrington eta al, Holographic Heads-up Displays, Aug. 19, 1980,
[9] U.S. Patent No. 6,813,086, Bignolles et al, Head Up Display Adaptable to Given Type of Equipment, Nov. 2, 2004,
[10] U.S. Patent No. 7,391,574, Fredriksson, Heads-up Display, June 24, 2008,
[11] U.S. Patent No. 7,982,959, Lvovskiy et al, Heads-up Display, Jul. 19, 2011,
[12] U.S. Patent No. 4,613,200, Hartman, Heads-Up Display System with Holographic Dispersion Correcting, Sep. 23, 1986,
[13] U.S. Patent No. 5,729,366, Yang, Heads-Up Display for Vehicle Using Holographic Optical Elements, Mar. 17, 1998,
[14] U.S. Patent No. 8,553,334, Lambert et al, Heads-Up Display System Utilizing Controlled Reflection from Dashboard Surface, Oct. 8, 2013,
[15] U.S. Patent No. 8,629,903, Seder et al, Enhanced Vision System Full-Windshield HUD, Jan. 14, 2014,
[16] B. H. Walker, Optical Design of Visual Systems, Tutorial tests in optical engineering, published by The international Society of Optical Engineering (SPIE), pp. 139-150, ISBN 0-8194-3886-3, 2000,
[17] C. Guilloux et al, Varilux S Series Braking the Limits
[18] M. Born, Principles of Optics, 7th Edition, Cambridge University Press 1999, Section 5.3, pp. 236-244.
헤드업 디스플레이는 자동자 운전자들이 도로에서 그들의 시야 및 주의를 돌리지 않고 자동차 대시보드(dashboard) 정보를 보다 시각적으로 인지하고 정보 제공받게 함에 의해 자동차 안전에 기여하는 시각적 보조 기술로서 수요가 많아지고 있는 중이다. 그러나, 현재 이용 가능한 헤드럽 디스플레이는 용적이 크고 너무 비싸서 대부분의 자동차에서 이용하기 위한 실행 가능한 선택일 뿐이다. 비용 요소에 있어서 비록 정도는 덜하지만, 항공기 및 헬리콥터에 있어서의 헤드업 디스플레이를 위한 애플리케이션에 동일한 이와 동일한 장애들이 직면한다. 헤드-업 디스플레이 자동차 애플리케이션의 경우에, 광범위한 운송 수단 크기, 유형 및 비용 요건들에 의해 용적 및 비용적 제약이 추가로 가중된다. 그러므로, 자동차, 소형 비행기 및 헬리콥터와 같은 소형 운송 수단에 이용하기에 적합한 저가의 용적이 작은 헤드-업 디스플레이가 필요하다.
종래 기술의 HUD 시스템은 일반적으로 2가지 유형, 즉, 동공 결상(pupil imaging) HUD 및 비-동공 결상(non-pupil imaging) HUD로 그룹화될 수 있다. 동공 결상 HUD는, 전형적으로, 중간 이미지 전달 및 동공 형성을 담당하는 릴레이 모듈과, 뷰어(viewer)의 눈 위치에서의 이미지 시준 및 동공 결상을 담당하는 시준 모듈로 구성된다(본 명세서에서는 아이-박스(eye-box)라 지칭함). 동공 결상 HUD의 시준 모듈은 경사진 곡선형 또는 평탄형 반사기 또는 HOE(Holographic Optical Element)로서 실현되고, 릴레이 모듈은, 전형적으로, 광 경로를 굴곡지게 하고 광학 수차를 보상하도록 경사진다. 비-동공 결상 HUD는 확산에 의한 디스플레이 또는 중간 이미지 위치에서의 광 원뿔각에 의해 시스템 개구(system aperture)를 정의한다. 중간 이미지 HUD 시스템의 경우, 릴레이 모듈이 필요하지만, HUD 개구는 시준 광학(collimation optics) 단독에 의해 결정된다. 시준 광학은 통상적으로 요구된 용적 제약 조건을 충족시키기 위해 축 대칭이되 폴딩 미러들(folding mirrors)을 가진다. 이것은, 수차 보정 필요성 및 시스템 용적에 의해 결정된다.
참고 문헌 [8]에 설명되고 도 1a에 도시된 종래 기술은 시준 광학을 최소화하고 HUD 시스템 용적을 줄이기 위해 조합기 및 시준기로서 오목형 HOE 반사기(도 1a의 11)를 이용한다. 결과하는 HUD 시스템은 수차를 보상하고 중간 이미지를 전달하기 위해 복잡한 경사형 릴레이 광학(도 1a의 10)을 필요로 한다. 또한, 이러한 HUD 시스템은 좁은 스펙트럼에 대해서만 작동한다.
참고 문헌 [9]에서 설명되고 도 1b에 도시된 종래 기술은 수렴 조합기(convergent combiner: CMB) 미러(도 1b의 CMB)의 초점면에서 중간 이미지를 전달하기 위해 릴레이 광학(REL) 모듈을 이용하고 시스템 동공을 정의한다. CMB 미러는 중간 이미지를 시준하고, 뷰어의 눈 상으로 시스템 동공을 결상시켜 뷰잉(viewing)을 도모한다. 이러한 동공 결상 HUD 방식은, 필수적으로, 패키징(packaging) 및 수차 보상을 위한 복잡한 REL 모듈을 수반한다.
참고 문헌 [10]에 설명되고 도 1c에 도시된 종래 기술은 이미지 소스(image source)로서 확산 표면(diffusive surface)(도 1c의 51)과 반 투과성 시준 미러(도 1c의 7)상에 중간 이미지를 프로젝트(project)하기 위해 프로젝션 렌즈(3)를 이용한다. 시준 미러는 무한 이미지(image at infinity)를 형성하고, 시준 광학의 개구는 확산기의 각도 폭에 의해 정의된다.
참고 문헌 [11]에 설명되고 도 1d에 도시된 종래 기술은 시준 광학 모듈(도 1d의 1)의 초점면에 배치된 확산 스크린(도 1d의 5)상에 중간 이미지를 형성하기 위해 2개의 액정 디스플레이(LCD) 패널(도 1d의 23)로 구성된 이미지 형성 소오스를 이용한다. 이미지 형성 소오스에 있어서의 2개의 LCE 패널들의 주요 목적은 형성된 이미지의 뷰 기능(viewability)을 위한 충분한 휘도를 달성하기 위한 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 이미지 형성 소오스에 있어서의 2개의 LCD 패널들은 확산 스크린에 2개의 인접하게 나란한 이미지들(contiguous side by side images)을 형성하도록 구성되거나, 2개의 이미지들은 확산 스크린에 하프 픽셀(half pixel)만큼 서로 수평 또는 수직으로 오버랩되고 시프트된다.
참고 문헌 [12]에 설명된 종래 기술은 홀로그래픽 분산 보정(holographic dispersion correction)을 달성하고 관측자의 시계(field of view)내에 광역 디스플레이 소오스의 가상 이미지를 프로젝트하기 위해 한쌍의 반사형 홀로그래픽 광학 소자들(HOE)을 이용한다. 참고 문헌 [13]에 설명된 종래 기술은, 또한, 한쌍의 홀로그래픽 광학 소자들(HOE), 즉, 투과형 소자와, 차량의 방풍창(windshield)상에 이미지를 프로젝트하기 위한 반사형 소자를 이용한다.
참고 문헌 [14]에 설명되고 도 1e에 도시된 종래 기술은 패시트 반사 표면(faceted reflective surface)(도 1e의 18)을 갖춘 차량 대시보드(vehicle dashboard)상에 이미지를 프로젝트하도록 구성된 차량 방풍창의 최상부측상에 실장된 이미지 프로젝터를 이용하는데, 패시트 반사 표면은 차량의 방풍창상에 이미지 프로젝터로부터의 이미지를 반사하도록 구성된다. 차량 방풍창 표면은 대시보드 패시트 반사 표면으로부터의 이미지를 뷰어에게 반사하도록 배향된다.
간략하게 설명된 종래 기술의 HUD 시스템과 인용된 종래 기술에 설명된 많은 다른 것들간의 공통점은 시스템의 높은 원가 및 커다란 용적 크기이다. 또한, 발견된 종래 기술의 HUD 시스템 중, 자동차들 및 다른 차량들의 광범위한 크기들 및 원가 범위와 그 크기 및 원가가 매칭되도록 조정될 수 있는 시스템은 없다. 그러므로, 본 발명의 목적은, 단일 이미지 형성 소오스를 이용하는 HUD 시스템보다 용적이 상당히 작은 HUD 시스템을 실현하기 위해 다수의 방출 마이크로-스케일 픽셀 어레이 결상기(imager)들을 이용하는 헤드-업 디스플레이 방법을 도입하는데 있다. 본 발명의 추가적인 목적은, 광범위한 자동차 및 소형 차량 크기들과 가격 범주와 용적 및 비용이 매칭되도록 조정될 수 있는 모듈러(modular) HUD 시스템의 실현이 가능하도록 다수의 방출 마이크로-스케일 화소 어레이 결상기를 이용하는 신규한 스플릿 사출 동공 HUD 시스템을 도입하는데 있다. 본 발명의 추가적인 목적 및 장점은 첨부된 도면을 참조한, 바람직한 실시 예의 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
이하의 설명에 있어서, 유사한 도면 참조 부호는 다른 도면일지라도 유사한 소자에 이용된다. 상세한 구조 및 고안 소자들과 같은 상세한 설명에 정의된 것들은 예시적인 실시 예들의 포괄적인 이해를 보조하기 위해 제공된다. 그러나, 본 발명은 이들 특정하게 정의된 것들 없이도 실시될 수 있다. 또한, 잘 알려진 기능 또는 구조는 상세하게 설명하지 않을 것인데, 그 이유는 불필요한 세부 설명으로 인해 그들이 본 발명을 모호하게 할 수 있기 때문이다. 본 발명을 이해하고 실제 실시될 수 있는 방법을 알기 위해, 일부 실시 예들은, 첨부된 도면을 참조하여 단지 비 제한적 예시에 의해 설명될 것이다.
도 1a는, HUD 시스템 용적을 줄이고 시준 광학을 최소화하기 위해 조합기 및 시준기로서 오목형 HOE 반사기를 이용하는 종래 기술의 헤드-업 디스플레이(HUD) 시스템을 도시한 도면이다.
도 1b는 수렴 조합기(convergent combiner: CMB) 미러의 초점면에서 중간 이미지를 전달하기 위해 릴레이 광학(REL) 모듈을 이용하고 시스템 동공을 정의하는 종래 기술의 헤드-업 디스플레이(HUD) 시스템을 도시한 도면이다.
도 1c는 이미지 소스(image source)로서의 확산 표면(diffusive surface)과 반 투과성 시준 미러상에 중간 이미지를 프로젝트(project)하기 위해 프로젝션 렌즈(3)를 이용하는 종래 기술의 헤드-업 디스플레이(HUD) 시스템을 도시한 도면이다.
도 1d는 시준 광학 모듈의 초점면에 배치된 확산 스크린상에 중간 이미지를 형성하기 위해 2개의 액정 디스플레이(LCD) 패널로 구성된 이미지 형성 소오스를 이용하는 종래 기술의 헤드-업 디스플레이(HUD) 시스템을 도시한 도면이다.
도 1e는 패시트 반사 표면(faceted reflective surface)을 갖춘 차량 대시보드(vehicle dashboard)상에 이미지를 프로젝트하도록 구성된 차량 방풍창의 최상부측상에 실장된 이미지 프로젝터를 이용하되, 패시트 반사 표면은 차량의 방풍창상에 이미지 프로젝터로부터의 이미지를 반사하도록 구성되는 종래 기술의 헤드-업 디스플레이(HUD) 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 모듈러 HUD(MHUD)를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 MHUD의 고안 파라메타들과 제약들간의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 실시 예의 MHUD 어셈블리를 구비한 HUD 모듈의 광학적 고안 및 레이 트레이스도(ray trace dragram)를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 실시 예의 MHUD 어셈블리를 구비한 HUD 모듈의 광학 성능을 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 실시 예의 MHUD 시스템의 MHUD 어셈블리 고안 예시의 다중 뷰 투시도(multi view perspective)를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 실시 예의 MHUD 시스템의 인터페이스 및 제어 전자 고안 소자(보드)의 기능 블럭도이다.
도 8은 도 2의 실시 예의 MHUD 시스템(200)의 신규한 스플릿 아이-박스 고안 방법을 도시한 도면이다.
도 9는 소형 자동차(sub-compact automobile)의 대시보드에 설치된 도 6에 도시된 MHUD 어셈블리 고안 예시의 실제 용적을 도시한 도면이다.
도 10은 태양광 부하(sunlight loading)를 포함하는 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 레이 경로(ray path)를 도시한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는, 각각, 본 발명의 멀티-이미지 HUD 시스템 실시 예에 있어서의 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(즉, 디스플레이 소자)의 정면도 및 측면도로서, 결상기의 표면으로부터 외부를 향해 전반적으로 프로젝트되는 제 1 이미지를 생성할 출력을 가진 홀수열의 픽셀들을 나타내고, 제 1 이미지에 대해 어느정도 아래쪽을 향해 전반적으로 프로젝트되는 제 2 이미지를 생성할 출력을 가진 짝수열의 픽셀들을 나타내는 도면이다.
도 11c 및 도 11d는, 각각, 본 발명의 멀티-이미지 HUD 시스템 실시 예에 있어서의 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 정면도 및 측면도로서, 상술한 제 2 이미지를 생성할 출력을 가진 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(즉, 디스플레이 소자)의 상부 영역에 있는 픽셀들을 나타내고, 상술한 제 1 이미지를 생성할 출력을 가진 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 하부 영역에 있는 픽셀들을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 멀티-이미지 HUD 시스템 실시 예의 다수의 레이 경로들을 도시한 도면이다.
도 13은 소형 자동차의 대시보드에 설치된 본 발명의 멀티-이미지 HUD 시스템 실시 예에 있어서의 작은 용적의 패키지내의 근접장 가상 이미지와 원격장 가상 이미지의 공칭 위치들을 도시한 도면이다.
도 14는 다수의 비-텔레센트릭 굴절 마이크로 광학 소자들(non-telecentric refractive micro optical elements)을 구비한 본 발명의 디스플레이 소자의 측면도이다.
도 15는 다수의 경사형 굴절 마이크로 광학 소자들(tilted refractive micro optical elements)을 구비한 본 발명의 디스플레이 소자들의 측면도이다.
본 발명의 이하의 상세한 설명에서 "일 실시 예" 또는 "실시 예"에 대한 언급은, 실시 예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함됨을 의미한다. 이 상세한 설명에서의 여러 곳에 나타난 문구 "일 실시 예에 있어서"는 그 모두가 반드시 동일한 실시 예를 지칭하는 것은 아니다.
새로운 클래스의 방출 마이크로-스케일 픽셀 어레이 결상기가 최근에 도입되었다. 이 디바이스들은 모든 필요한 이미지 프로세싱 드라이브 회로(image processing drive circuitry)를 포함하는 매우 소형의 단일 디바이스 크기로 높은 휘도, 매우 고속의 멀티-컬러 광 세기 및 공간 변조 기능을 특징으로 한다. 하나의 그러한 디바이스의 SSL(Solid State Light) 방출 픽셀들은, 결상기의 마이크로-스케일 픽셀 어레이가 상부에 접착된 CMOS 칩(또는 디바이스)내에 포함된 드라이브 회로에 의해 온-오프 상태가 제어되는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)일 수 있다. 그러한 결상기 디바이스들의 방출 어레이를 구비한 픽셀들의 크기는, 전형적으로, 대략 5-20 미크론 범주내이며, 디바이스의 전형적인 방출 표면 면적은 대략 15-150 평방 밀리미터 범주내이다. 방출 마이크로-스케일 픽셀 어레이 디바이스에 있어서의 픽셀들은 전형적으로 그의 CMOS 칩의 드라이브 회로를 통해 공간적으로, 채색적으로 및 시간적으로 개별적인 어드레싱이 가능하다. 그러한 결상기 디바이스에 의해 생성된 광의 휘도는 상당히 낮은 전력 소모로 수십만(multiple 100,000)cd/m2에 도달할 수 있다. 그러한 디바이스들의 한가지 예시로는 QPI® 결상기들(참고 문헌 [1-7] 참조)이 있는데, 이것은 이하에서 설명할 예시적인 실시 예에 언급된다. 그러나, 그 QPI® 결상기는 단지 본 발명에서 이용될 수 있는 여러 유형의 디바이스들의 예시일 뿐임을 알아야 한다("QPI"는 Ostendo Technologies, Inc의 등록 상표이다). 따라서, 이하의 설명에서 QPI 결상기에 대한 언급은 이용될 수 있는 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(이하에서는 간단히, "결상기"라고 함)의 한가지 특정 예시로서 개시된 실시 예들에 있어서의 특정을 위한 것일 뿐, 본 발명의 임의 제한을 위한 것은 아님을 알아야 한다.
본 발명은 신규한 스플링 사출 동공 HUD 시스템 아키텍처와, 그러한 결상기의 방출 마이크로 픽셀 어레이 디바이스의 고유 기능을 조합함으로써, 예를 들어 자동차용 HUD와 같이, 비용 및 용적 제약이 가장 중요한 애플리케이션들에 쉽게 이용될 수 있는 저가의 소형 모듈러 HUD(MHUD) 시스템을 실현한다. QPI 결상기와 같은 방출 고 휘도 마이크로 에미터 픽셀 어레이(emissive high brightness micro emitter pixel array)와 본 발명의 스플릿 사출 동공 HUD 아키텍처의 조합에 의해, 높은 휘도의 주변 태양광에서 효과적으로 작동하면서, 광범위한 크기 및 유형들의 차량의 대시보드 또는 계기판 뒤에 설치하기에 충분히 작은 용적의 HUD 시스템이 가능하게 된다(본 명세서에서 이용된 단어 "차량"은 가장 일반적으로 이용되며, 누군가를 지상, 수상, 수중 및 공중을 통해 이동시키는 것을 포함하되, 그에 국한되는 것은 아닌, 누군가를 이동시키는 임의 수단을 포함한다). 그러한 결상기에 의해 가능하게 된 스플릿 사출 동공 HUD 아키텍처의 낮은 원가 및 모듈성으로 인해, 차량들의 광범위한 용적 제약에 맞도록 맞춤화될 수 있는 모듈러 HUD 시스템이 가능하게 된다. 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 장점은 이하에서 설명한 실시 예의 문맥내에서 본 명세서에서 제공한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 2에는 본 발명의 일 실시 예의 모듈러 HUD(MHUD) 시스템(200)의 고안 개념이 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시 예에 있어서, 본 발명의 MHUD 시스템(200)은 MHUD 어셈블리(210)로 구성되고, MHUD 어셈블리(210)는 MHUD(210)를 형성하기 위해 함께 어셈블링된 다수의 모듈들(215)로 구성되며, 각 모듈(215)은 연관된 광학(220)과 및 오목형 미러(230)를 가진 단일 결상기로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연관된 광학(220)을 가진 각 단일 결상기로부터 방출된 이미지는 그의 연관된 오목형 미러(230)에 의해 시준되고 확대되고 반사되며, 부분적으로 차량 방풍창(240) 위에 반사되어, 차량 운전자(조작자)의 공칭 헤드 위치에 배치된 아이-박스 세그먼트(eye-box segment, 255)내에서 볼 수 있는 가상 이미지(260)를 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, MHUD 어셈블리(210)의 각 모듈들(215)은 차량 방풍창(240)으로부터 동일한 위치이되, 각각이 그의 대응하는 아이-박스 세그먼트(255)에 및 임의 한 시점에 동일한 가상 이미지(260)를 형성하도록 배치되며, 그에 따라 MHUD 어셈블리(210)의 다수의 모듈들(215)은 MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)를 집단으로 형성하게 된다. 즉, 가상 이미지(260)는 아이-박스 세그먼트(255)들의 각각으로부터는 부분적으로 볼 수 있지만, 집합 아이-박스(250)에서는 그 전체를 볼 수 있다. 따라서, MHUD 시스템(200)의 아이-박스 세그먼트(255)들의 전체 크기는 MHUD 어셈블리(210)를 구비한 모듈들(215)의 적당한 개수를 선택함에 의해 맞춤화될 수 있는데, 아이-박스 세그먼트들과 모듈들의 개수는 사용 정의 가능하다. MHUD 어셈블리(210)의 모듈들(215)의 각각은 임의 시점에 동일한 가상 이미지를 형성하도록 배치되지만, 이들 이미지들은 당연히 시간에 따라 변경될 것이며, 예를 들어, 연료 계기 이미지는 느리게 변경되나, 예를 들어, GPS 네비게이션 시스템 디스플레이 이미지의 디스플레이에서는 보다 빠르게 변경될 것인데, 이것은, 전형적인 비디오 레이트(video rate)의 이미지 데이터를 이용할 수 있다면, 본 발명의 MHUD 시스템(200)이 적어도 그러한 비디오 레이트까지의 주파수로 동작하더라도 그러하다.
MHUD 시스템(200)의 바람직한 실시 예에 있어서, MHUD 어셈블리(210)의 모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트(255)들은 그들의 대응하는 오목형 미러(230)에 의해 반사된 광선 번들(light ray bundle)의 사출 동공에 각각 배치된다. MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)는, 사실상, MHUD 어셈블리(210)의 모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트들(255)의 오버랩(overlap)에 의해 형성된 스플릿 사출 동공 아이-박스이다. 본 발명의 이러한 스플릿 동공 사출 고안 방법은 이하에서 보다 상세하게 추가 설명될 것이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 MHUD 어셈블리(210)는 MHUD 어셈블리(210)를 형성하기 위해 함께 어셈블링된 다수의 모듈들(215)로 구성되며, 각각의 모듈(215)은 연관된 광학(220)과 오목형 미러(230)를 가진 QPI® 결상기와 같은 결상기 또는 OLED 디바이스와 같은 다른 적당한 발광 구조로 구성된다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예의 MHUD 시스템(200)의 MHUD 어셈블리(210)의 고안 방법과 그의 각각의 모듈들(215)은 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 관련 장점 및 관련된 고안 파라메타 트레이드오프(tradeoff)의 설명에 이어서 보다 상세하게 설명될 것이다.
MHUD 시스템(200) 광학 고안 파라메타 트레이드오프
본 발명의 MHUD 시스템(200)의 장점을 인식하기 위하여, 전형적인 HUD 시스템들의 기초 고안 트레이드오프(underlying design tradeoff)들 및 그의 관련 고안 파라메타들간의 관계를 설명하는 것이 중요하다고 여겨진다. HUD 시스템에 의해 생성된 가상 이미지는, 예를 들어, 운전자 시야 및 주의가 차량의 외부 주변 또는 도로로부터 멀리 벗어나지 않게 하면서, 예를 들어, 네비게이션 정보와 같은 중요한 정보를 제공하고, 또한 차량을 조작하는 뷰어가 차량 동작 파라메타들을 시각적으로 인지할 수 있도록 자연 장면상에 중첩된다. HUD 시스템의 고안에서 고려할 중요한 파라메타들은, 집합 아이-박스의 목표 크기, 원하는 FOV(Field of View), 형성된 가상 이미지 크기, 가상 이미지 해상도 및 시스템 용적 제약을 포함한다. 이들 고안 파라메타들과 제약들간의 관계가 도 3에 도시된다.
본 발명의 모듈러 HUD(MHUD)가 용적 감소를 실현하는 방법
도 3을 참조하면, MHUD 시스템(200)의 결상기(200)의 크기의 감소는, 시스템의 특성 광학 트랙 길이(characteristic optical track length)인 보다 작은 유효 초점 길이(Effective Focal Length: EFL)로 결과하며, 전반적으로 시스템 용적의 감소에 기여한다. 그러나, 아이-박스 크기가 유지되면, 결상기 개수의 감소가 광학적 복잡성의 증가로 인해 수반되는 보다 낮은 시스템(F/#)으로 결과한다. 이것은 전반적으로 보다 큰 시스템 용적으로 결과한다. 도 2에 도시된 MHUD 시스템(200) 고안 개념을 참조하면, 광학적 복잡성의 증가를 피하기 위하여, 각 모듈(215)의 아이-박스 세그먼트(255)의 크기가 결상기(220) 크기에 따라 조정된다. 이에 따라, 결상기(220) 크기에 따른 모듈들(215)의 각각의 용적 비율의 조정이 이루어진다. 다수의 모듈들(215)은 조합되어, 임의 크기의 집합 아이-박스(250)를 제공할 수 있는 MHUD 어셈블리(210)를 형성한다. 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 이러한 신규한 멀티 세그먼트형 아이-박스 고안 개념은 뷰어의 아이-박스에 형성된 시스템의 사출 동공을 다수의 세그먼트들로 분할함에 의해 실현되는데, 각 세그먼트는 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)를 구비한 아이-박스 세그먼트(255)들 중 하나에 대응한다. 따라서 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 이러한 스플릿 사출 동공 고안 방법은, 동일한 크기의 아이-박스를 제공하는 종래 기술의 HUD 시스템보다 전체적인 용적에 있어서 보다 작은 용적을 달성한다. 이에 따라, 전체적인 HUD 용적, 복잡성 및 원가가 바람직하게 감소하게 된다. 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 개시된 스플릿 사출 동공 고안 방법의 다른 장점은 이하에서 설명될 것이다. 물론, 각 모듈은 임의 시점에 동일 이미지를 방출하고 있는 중이며, 따라서, 차량 조작자는 조작자가 어느 아이-박스 세그먼트(255) 또는 아이-박스 세그먼트들(255)을 보는지와 무관하게, 동일 위치에서 동일 가상 이미지를 볼 것이다.
참고 문헌 [8 -10]에서 미러 반사기를 이용하는 종래 기술의 HUD 시스템의 용적에 대한 주요 기여자는 오목형 미러로서 식별되었다. 미러 그 자체의 대형 크기 이외에, 확산 스크린상에 프로젝트되는 대형 크기의 중간 이미지를 형성하거나 또는 LCD 패널과 같이, 프로젝터 결상기 및 그와 연관된 프로젝션 광학을 합체한 훨씬 더 큰 용적을 추가하는 대형 크기의 결상기의 이용을 결정하는 이미지 소오스의 크기 또한 그에 비례하여 커진다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 MHUD 시스템(200)은 크기가 훨씬 작고 광학 트랙 길이가 훨씬 작은 MHUD 어셈블리(210)의 전체 반사기(235)를 형성하도록, 함께 어셈블링된 보다 작은 크기의 오목형 미러(230)를 각각으로 이용하는 다수의 모듈들로 구성된 MHUD 어셈블리(210)를 이용함에 의해, 주 반사기로서 단일 오목형 미러를 이용하는 종래 기술의 HUD 시스템보다 용적 측면에 있어서 실질적으로 작은 용적을 달성한다. 보다 작은 개구 크기의 결상기(220)를 이용하는 MHUD 어셈블리(210)는, 본 발명의 실질적으로 보다 작은 용적을 가지며 용적에 있어서 효율적인 MHUD 시스템(200)으로 결과하는, 보다 작은 광학 트랙 길이를 가진 보다 작은 개구 크기의 오목형 미러들(230)의 이용을 가능하게 한다.
본 발명의 MHUD 시스템(200)의 고안은 전형적으로 단일의 대형 미러(single large mirror)에 의해 생성된 대형 시준 빔을, 예시적인 실시 예로서, 3개의 균일한 크기의 시준 서브-빔들(three equally sized collimated sub-beams)로 분할함에 의해 이루어진다. 각 서브-빔은 모듈(215)의 광학 서브-시스템에 의해 생성된다. 결과적으로, F/#의 광학적 복잡성 및 초점 길이(EFL)(또는 광학 트랙 길이)가 줄어들고, 그 결과 시스템의 물리적인 용적 엔벨로프(physical volumetric envelope)가 감소된다. 도 4에는 MHUD 어셈블리(210)를 구비한 모듈(215)의 광학적 고안 및 레이 트레이스도가 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시 예의 모듈(215)은 하나의 결상기 및 그와 연관된 광학(220)과 오목형 미러(230)로 구성된다. 도 4에 도시된 실시 예에 있어서 결상기(410)와 연관된 광학(420)이 개별적인 렌즈 광학 소자로서 도시되었지만, 본 발명의 대안적인 실시 예에서는 결상기 연관 광학(420)이 결상기(410)의 방출 표면의 최상부 바로 위에 부착되어, 집적화된 결상기 어셈블리(220)를 형성할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 모듈(215)에 있어서, 반사 오목형 미러(230)는 그의 대응하는 결상기(또는 다른 결상기)(220)에 의해 생성된 이미지를 확대 및 시준하여, 집합 아이-박스(250)의 하나의 아이-박스 세그먼트(255)를 형성하는 반면, 도 4의 결상기(410)와 연관된 광학 소자(420)는 반사 오목형 미러(230)로부터 발생하는 경사 수차(tilting aberration)와 축외 왜곡(off-axis distortion)간의 균형을 유지시킨다.
도 5에는 MHUD 어셈블리(210)의 모듈(215)의 광학적 성능이 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 결상기(410)와 연관된 광학 소자(420)의 역할은 MTF(Modulation Transfer Function)를 충분히 높은 레벨로 유지시키면서 이미지 스위밍 효과(image swimming effect)를 최소화하도록, 반사 오목형 미러(230)로부터 발생한 경사 수차(tilting aberration)와 축외 왜곡(off-axis distortion)간의 균형을 유지시키는 것이다. 완성도를 위해, 전형적으로, 미러 수차에 의해 유발된 광학적 왜곡으로 인해 뷰어의 동공으로 입사되는 광의 방향에 있어서의 변동에 의해 이미지 스위밍 효과가 유발되며, 뷰어의 헤드가 HUD 시스템 아이-박스에서 이리 저리 움직임(또는 응시)에 따라 가상 이미지의 인지 오류 움직임(perceived false motion)으로 결과한다("스위밍 효과"로서 알려짐)(참고 문헌 [6]). HUD와 같은 양안 광학 시스템에 있어서 스위밍 효과를 최소화하는 것은 매우 중요한데, 그 이유는 극단적인 경우에 가상 이미지에 있어서의 과도한 스위밍 효과가, 인간 시각 및 인지 시스템의 전정(vestibular) 측면과 안구 운동(oculo-motor) 측면간의 상충에 의해 유발되는 멀미, 현기증 또는 구역질을 일으킬 수 있기 때문이다(참고 문헌 [16, 17]).
본 발명의 MHUD 시스템(200)의 스플릿 사출 동공 방법의 다른 장점은, 보다 큰 광학 개구를 가진 단일 미러를 이용하는 종래 기술의 HUD 시스템에 비해, 스위밍 효과가 실질적으로 감소된다는 것이다. 반사 오목형 미러(230)의 보다 작은 광학 개구의 수차는, 종래 기술의 단일 미러 HUD 시스템에서 이용된 상대적으로 큰 광학 개구 반사 미러의 수차보다 훨씬 작다. 스위밍 효과가 HUD 반사 미러로부터 발생된 수차에 의해 유발된 광학적 왜곡(또는 레이 방향 편차)의 크기에 정비례하기 때문에, 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 다수의 보다 작은 광학 개구의 오목형 미러(230)들은, 종래 기술의 HUD 시스템에 비해, 상당히 작은 스위밍 효과를 달성한다. 또한, (도 8의 설명에서 상세하게 설명한 바와 같이) MHUD 모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트들(255)간의 각도 오버랩으로 인해, 가상 이미지(260)에 있어서의 임의 포인트의 인지는 다수의 MHUD 모듈들(215)로부터의 광학적 기여(optical contribution)들을 포함하게 된다. 그 결과, 다수의 MHUD 모듈들(215)의 개별적인 오목형 미러들(230)의 수차들에 의해 유발된 광학적 왜곡(또는 레이 방향 편차)은 가상 이미지(260)의 임의 포인트에서 평균화되기 쉬우며, 그에 따라, MHUD 시스템(200)의 뷰어에 의해 인지되는 전체 스위밍 효과를 감소시킨다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서, MHUD 어셈블리(210)의 결상기(220)는 HVS(Human Visual System)가 해상할 수 있는 것보다 높은 해상도를 가지며, 추가된 해상도는 오목형 미러들(230)로부터 발생한 수차에 의해 유발되는 잔차 광학적 왜곡(residual optical distortion)의 디지털 이미지 뒤틀림 사전 보상(digital image warping pre-compensation)에 이용된다. 전형적인 HUD 뷰잉 경험에 있어서, 가상 이미지는 대략 2.5m의 거리에 형성된다. HVS의 측방향 명료도(lateral acuity)는 대략 200 마이크로 라디언(micro radian)이다. 그러한 거리에서, HUV는 대략 2500×0.002 = 0.5mm 픽셀을 해상할 수 있는데, 이것은 10" 대각선을 가진 가상 이미지(260)에 대한 대략 450×250 픽셀 해상도와 등가이다. 예시적인 MHUD 어셈블리(210)에 이용된 결상기들(220)은, 동일한 크기의 광학 개구로, 예를 들어 640×360 해상도 또는 1280×720 해상도와 같이, 이 제한보다 훨씬 높은 해상도를 제공할 수 있다. 동일한 크기의 광학 개구로 고 해상도를 제공하는 결상기들(220)은 동일한 크기의 광학 개구를 가진 오목형 미러들(230)을 사용할 수 있게 하며, 그에 따라 MHUD 어셈블리(200)의 용적에 있어서의 장점을 유지시킨다. 결상기들(220)의 추가된 해상도는 동일한 체적에 있어서의 장점 및 가상 이미지(260)에서의 최대 달성 가능 해상도를 유지하면서, 오목형 미러(230)들의 수차로부터 발생하는 광학적 왜곡 및 그 결과로 발생하는 스위밍 효과를 사실상 제거하는 디지털 이미지 뒤틀림 사전 보상을 이용할 수 있게 한다.
반사 오목형 미러들(230)의 각각은, 오목형 미러(230)의 광학 수차를 최소화시키고 필요할 경우 방풍창의 곡률을 최소화하도록 오목형 미러(230)의 비구면 또는 자유 형식 요소가 선택되는, 비구면(aspheric)이거나 자유 형식(free-form)일 수 있다. 결상기들(220)의 각각의 위치는, 오목형 미러들(230) 중 임의의 2개의 미러들의 인접 에지들에서 최적으로 균형잡힌(어느정도 동일한) 수차를 보장하도록, 바람직하게, 그들의 연관된 오목형 미러(230)에 대해 축방향으로 대칭임을 알아야 한다. 이것은, 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 중요한 고안 측면인데, 그 이유는, 그것이 MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)의 다수의 아이-박스 세그먼트들(255)간의 가상 이미지(260)의 균일한 뷰잉 전이(viewing transition)를 보장하기 때문이다.
도 6에는 MHUD 어셈블리(210)의 다중 뷰 투시도가 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, MHUD 어셈블리(210)는 인클로저(enclosure, 600)내에 함께 어셈블링된 3개의 반사 오목형 미러들(230)로 구성된다. 3개의 오목형 미러들(230)은 개별적으로 제조된 후 인클로저(600)내에 함께 설치되거나, 단일 부분으로서 제조된 후 인클로저(600)내에 설치될 수 있다. 3개의 오목형 미러들(230)은, 개별적으로 어셈블링되든 단일 광학 부분으로서 어셈블링되든지 간에, 엠보싱 폴리카보네이트 플라스틱(embossed polycarbonate plastic)을 이용하여 제조될 수 있으며, 그 다음, 광학 표면은 스퍼터 기술(sputter technique)을 이용하여, 은 또는 알루미늄과 같은 얇은 층의 반사 금속으로 코팅될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 인클로저의 후방 측벽은 3개의 개별적인 섹션(section, 610)들로 구성되며, 그 각각은 광학 윈도우(615)를 포함하고, 그 광학 윈도우는, 후방 측벽 섹션들(610)이 그들 각자의 오목형 미러(230)와 함께 어셈블링될 때, 그들 각자의 오목형 미러(230)의 광학 축과 정렬된다. 도 6의 측면 투시도에 도시된 바와 같이, 후방 측벽 섹션들(610)의 각각의 상부 에지(617)는 오목형 미러(230)를 향해 경사지며, 그에 따라 후방 측벽 섹션들(610)의 경사진 에지 표면(617)상에 실장된 결상기(220)들은 그들 각자의 오목형 미러(230)의 광학 축과 정렬될 수 있게 된다.
도 6의 배면 투시도(rear side view perspective)에 도시된 바와 같이, 후방 측벽 섹션들(610)은 후방 평판(back plate, 630)의 일측상에서 함께 어셈블리되며, 후방 평판(630)의 반대측상에는 MHUD 어셈블리(210)의 제어 및 인터페이스 전자 부품(인쇄 회로 기판, 620)이 실장된다. 추가로, 후방 평판(630)은 MHUD 어셈블리(210)의 인터페이스 전자 부품 소자(620)와 결상기(220)에 의해 생성된 열을 소산시키기 위해 열적 냉각핀들을 포함한다. 도 6의 배면 투시도에 도시된 바와 같이, 결상기들(220)의 각각은, 전형적으로, 결상기(220)를 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)에 접속시키는 가요성 전기 보드(618)상에 실장된다.
도 6의 배면 투시에 도시된 바와 같이, 후방 측벽 섹션들(610)과 오목형 미러들(230)의 각 페어(pair)의 인터페이스 에지들의 중심들은 광 검출기들(Photo Detector: PD)(640), 전형적으로는 포토-다이오드들을 포함하는데, 그들 각각은 결상기(220)들로부터 그들 각자의 오목형 미러(230)로 방출되는 광을 검출하도록 배치되고 배향된다. 전형적으로, 각 모듈에는, 방출되는 광의 각 컬러마다 하나씩, 3개의 포토-다이오드가 이용된다. 포토 다이오드(PD, 640)의 출력은 MHUD 어셈블리(210)의 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)에 접속되며, 인터페이스 전자 부품 소자(620)의 하드웨어 및 소프트웨어 고안 소자들내에 구현된 균일성 제어 루프(uniformity control loop, 이하에서 설명할 것임)에 대한 입력으로서 이용된다. 전형적으로, 대부분의 차량들의 대시보드 휘도 제어의 필수 부분인, 주변광 검출기 센서(660)의 출력은 MHUD 어셈블리(210)의 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)에 입력으로서 제공된다.
MHUD 어셈블리(210)의 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)은, MHUD 인터페이스 기능부(710), 제어 기능부(720) 및 균일성 루프 기능부(730)를 포함하는, 도 7의 블럭도에 도시된 하드웨어 및 소프트웨어 고안 기능 소자들을 포함한다. 전형적으로, 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현되는, MHUD 어셈블리(210)의 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)의 MHUD 인터페이스 기능부(710)는 차량의 DAS(Driver Assistance System)로부터 이미지 입력(715)를 수신하여, 그 이미지내에 제어 기능부(720)에 의해 제공된 컬러 및 휘도 보정(735)를 합체시키며, 그 다음 MHUD 어셈블리(210)의 결상기(220)에 이미지 입력(744,745 및 746)을 제공한다. MHUD 어셈블리(210)의 3개의 결상기들(220)들에 동일한 입력 이미지(715) 데이터가 제공된다 할지라도, MHUD 인터페이스 기능부(710)는, 제어 기능부(720)로부터 수신한 컬러 및 휘도 보정(735)에 기반하여, 그들 각자의 이미지 입력들(744,745,746)내에, 각각의 결상기(220)에 특정된 컬러 및 휘도 보정을 합체시킨다.
집합 아이-박스(250)의 다수의 세그먼트들(255)에 걸쳐 컬러 및 휘도 균일성을 보장하기 위해, 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)의 균일성 루프 기능부(730)는 MHUD 어셈블리(210)의 각 모듈들(215)의 광 검출기(PD, 640)들로부터 입력 신호들(754,755,756)을 수신하고, MHUD 어셈블리(210)의 각 모듈들(215)과 연관된 컬러 및 휘도를 계산하며, 컬러 및 휘도가 집합 아이-박스(250)의 다수의 세그먼트들(255)에 걸쳐 보다 균일하게 되도록 하는데 필요한 컬러 및 휘도 보정들을 계산한다. 이것은, MHUD 어셈블리(210)가 처음에 조립될 때 실행된 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)의 메모리에 저장되는 초기 교정 룩-업 테이블(calibration look-up table)의 도움으로 달성된다. 균일성 루프 기능부(730)에 의해 계산된 컬러 및 휘도 보정들은 제어 기능부(720)에 제공되며, 제어 기능부(720)는, 주변광 센서(650)와 외부 컬러 및 휘도 조정 입력 명령(725)으로부터 수신한 입력을 이들 보정들과 조합하여, 컬러 및 휘도 보정들(735)을 생성하며, 이 보정들은 MHUD 인터페이스 기능부(710)에 의해 이미지 데이터와 합체되고, 이후 보정된 이미지 데이터는 이미지 입력들(744,745,746)로서 결상기들(220)에 제공된다. 주변광 센서(650)으로부터 수신한 입력을 컬러 및 휘도 보정에 합체시키는데 있어서, 제어 기능부(720)는 차량 외부광 휘도에 비례하여 또는 그와 관련하여 헤드-업 디스플레이의 가상 이미지의 휘도를 조정한다. 본 명세서에서 이용된 이미지 데이터는, 헤드-업 디스플레이에 입력으로 수신되건, 결상기에 제공되건 또는 임의 다른 형태이건 간에, 임의 형태의 이미지 정보를 의미한다.
이전에 설명한 바와 같이, MHUD 시스템(200)의 일 실시 예는 가상 이미지(260)에서의 최대 HVS 해상 가능한 해상도보다 높은 해상도를 가진 결상기(220)를 이용하며, 결상기(220)에 대한 이미지 입력을 디지털적으로 뒤틀리게 함에 의해 유발되는 광학적 왜곡 및 스위밍 효과를 제거하거나 실질적으로 감소시키기 위한 수단을 포함한다. 그 실시 예의 MHUD 시스템(200)의 MHUD 어셈블리(210)의 MHUD 인터페이스 기능부(710)는 다수의 룩 업 테이블들을 포함하며, 각 룩업 테이블들은 각 오목형 미러들(230)의 잔차 광학적 왜곡을 사전 보상하는데 요구되는 디지털 이미지 뒤틀림 파라메타들을 식별하는 데이터를 포함한다. 이들 파라메타들은 MHUD 인터페이스 기능부(710)에 의해 이용되어, 결상기(220)들의 각각으로의 이미지 데이터 입력이 그들의 대응하는 오목형 미러(230)의 잔차 왜곡을 사전 보상하는 방식으로, 결상기들(220)의 각각의 디지털 이미지 입력을 뒤틀리게 한다. MHUD 인터페이스 기능부(710)의 룩 업 테이블내에 포함된 디지털 이미지 뒤틀림 파라메타들은 MHUD 어셈블리(210)의 광학적 고안 시뮬레이션으로부터 예비적으로 생성되며, 각 모듈(215)의 잔차 광학적 왜곡의 측정치에 기초한 광학 테스트 데이터에 의해 강화되는데, 이것은 MHUD 인터페이스 기능부(710)에 의해 디지털 이미지 뒤틀림 사전 보상이 적용된 이후에 이루어진다. 그에 따라 디지털적으로 뒤틀린 이미지 데이터는 제어 기능부(720)에 의해 제공된 컬러 및 휘도 보정(735)과 조합되며, 그 다음 컬러 및 휘도 보정되고 왜곡 사전 보상된 이미지 데이터는 MHUD 어셈블리(210)의 결상기들(220)에 이미지 입력들(744,745,746)로서 제공된다. MHUD 시스템(200)의 이러한 고안 방법으로, 오목형 미러(230)에 의해 유발된 잔차 광학적 왜곡 및 그에 따른 스위밍 효과는 실질적으로 함께 감소되거나 제거되어, 왜곡없는 MHUD 시스템(200)을 실현할 수 있게 된다.
도 6의 투시도에 도시된 바와 같이, MHUD 어셈블리(210)의 상부측에는, 차량 대시보드의 상부 표면에서 MHUD 어셈블리(210)의 광학 인터페이스 윈도우로서 기능하고, 결상기(220)에서의 태양광 열적 부하를 방지하기 위해 태양광 적외선 방출을 감쇄시키는 필터로서 기능하는 유리 커버(430)가 있다. 이용되는 유리는 관심광의파장에 실질적으로 투과성이도록 선택되어야 한다.
MHUD 어셈블리(210)의 고안 방법은 MHUD 어셈블리(210)의 고안 구현 및 어셈블리 공차를 단순화하기 위해 HVS의 특성을 활용한다. 먼저, 가상 이미지를 보는데 있어서 대략 5mm의 직경으로 된 아이 동공(eye pupil) 및 그에 결과하는 측방향 명료도는 MHUD 어셈블리(210)의 오목형 미러들(230)간에 분간하기 어려울 정도의 폭 1mm 정도에 이를 수 있는 작은 갭을 허용한다. 두번째, 대략 0.5도의 눈의 각도차 수용 한도(eye angular difference accommodation limit)는, MHUD 어셈블리(210)의 오목형 미러들(230)간에 대략 0.15도에 이를 수 있는 작은 각 경사(angular tilt)를 허용한다. 이들 경사 및 갭의 허용은 MHUD 어셈블리(210)의 오목형 미러(230)에 대한 현저하게 완화된 기계적 정렬 공차 요건을 설명하며, 그러므로, MHUD 어셈블리(210)에 대한 매우 비용 효율적인 제조 및 어셈블리 방식을 가능하게 한다. 임의의 추가적인 경사 및/또는 정렬 요건은 통상적으로 소프트웨어로 쉽게 조절될 수 있다.
도 8에는 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 신규한 스플릿 아이-박스 고안 방법이 도시된다. 도 8의 도면은 MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)와 가상 이미지(260)간의 관계를 보여주기 위한 것이다. 또한, 도 8에는 MHUD 시스템(200)에 의해 디스플레이되는, 가상 이미지(26)상에 화살표로 도시된 예시적인 객체(810)가 도시된다. MHUD 시스템(200)의 고안에 있어서, 아이-박스 세그먼트들(255)의 각각은, 전형적으로, 그의 각각의 모듈(215)의 사출 동공에 배치된다. 그 결과, 각 아이-박스 세그먼트(255)내에서 뷰어의 눈에 상영되는 이미지 정보는 그 각도 공간에 존재할 것이다. 따라서, 전형적으로, 각 아이-박스 세그먼트(255)의 중앙 영역내에 뷰어의 헤드가 배치될 때에는, 각 아이-박스 세그먼트(255)내에서 뷰어에게 개별적으로 상영되는 가상 이미지(260)의 화살표 객체(810)를 뷰어가 완전히 볼 수 있게 되지만, 가상 이미지(260)의 화살표 객체(810)의 팁(tip) 또는 맨 끝은, 뷰어의 헤드가 아이-박스 세그먼트(255)의 우측 또는 좌측으로 각각 이동할 때, 점차적으로 비네트(vignette)된다(또는 사라진다(fade out)). MHUD 시스템(200)의 고안에 있어서, 도 6의 투시도에 도시된 MHUD 어셈블리(210)내로 모듈들(215)이 함께 집적화되면, 모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트(255)들은 도 8에 도시된 바와 같이 겹쳐지게 되어, MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)를 생성한다. 따라서, MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)는 다수의 모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트들(255)를 형성하는 사출 동공 영역들의 오버랩에 의해 형성되며, 그에 따라, 집합 아이-박스(250)내의 뷰어의 눈에 상영된 이미지 정보는 MHUD 모듈들(215)의 조합된 각도 FOV(Field Of View)에 걸쳐 연장되는 가상 이미지(260)의 각도 다중화 뷰(angularly multiplexed view)로 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가상 이미지(260)의 화살표 객체(810)는 MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)를 정의하는 아이-박스 세그먼트들(255)의 오버랩 영역내에서 완전히 볼 수 있게 되며, 가상 이미지(260)의 화살표 객체(810)는, 뷰어의 헤드가 각각 집합 아이-박스(250)의 주변 영역들의 우측 또는 좌측으로 이동될 때, 점차적으로 비네트된다.
모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트들(255)들간의 오버랩의 크기는 도 8에서 그들의 각도 비네팅 프로파일(angular vignetting profile)(820)들에 의해 좌우되며, MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)의 궁극적 크기를 결정한다. 후자는 집합 아이-박스(250) 영역 경계들 또는 치수들로서 정의되며, 그 내에서는 원하는 휘도 균일성으로 가상 이미지(260)를 완전하게 볼 수 있게 된다. 도 8에는 모듈들(215)의 오버랩 아이-박스 세그먼트들(255)의 전체 영역에 걸쳐서의 MHUD 어셈블리(210)의 결과하는 각도 비네팅 프로파일 실드(shield)가 도시된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 뷰어가 인지하는 가상 이미지(260)의 휘도는 각각의 모듈들(215)로부터의 ΛR, ΛC 및 ΛL(좌측, 중앙 및 우측)의 휘도 기여를 포함한다. 집합 아이-박스(250)의 경계들을 정의하는 기준은 아이-박스 세그먼트들(255)의 오버랩 영역(A)이며, 그 내에서는 가상 이미지(260)의 휘도가 선택 영역에 걸쳐 주어진 임계치 λ(예를 들어, 25% 미만)내에서 균일하다. 즉, VarA(ΛR + ΛC + ΛL )≤ λ(원하는 균일성 임계치)이다. 도 8에 도시된 모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트들(255)의 오버랩과 집합 아이-박스(250)의 경계들을 정의하는 이 기준에 따라, 가상 이미지(260)에 걸쳐서의 인지된 밝기는, 모듈들(215) 중 하나로부터 적어도 50%의 기여를 포함한다. 이것은, 상술한 기준에 의해 정의된 집합 아이-박스(250)의 경계들내의 어디에서라도, 각 모듈들(215)이 가상 이미지(260)의 인지된 휘도의 적어도 50%를 기여하고 있음을 의미한다. MHUD 시스템(200)의 이러한 고안 방식으로 인해, 가상 이미지(260)의 원하는 휘도 균일성이 집합 아이-박스(250)의 크기를 정의하는 기준으로 된다. 이러한 고안 기준은 120mm 너비의 집합 아이-박스(250)를 생성하기 위해 균일성 임계치 λ = 25%를 이용하는 도 8의 고안 예시에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 균일성 임계치 λ = 37.5%가 이용되면, 대략 150mm 치수의 대략 25% 더 넓어진 집합 아이-박스(250)가 정의된다.
도 8에 도시된 바와 같이, MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)의 우측 및 좌측을 벗어나 연장된 아이-박스 세그먼트 영역에서는, 뷰어의 헤드가 이 영역내로 이동함에 따라, 가상 이미지의 화살표 객체(810)가 점차적으로 비네트(vignette)되거나 사라지게 된다. MHUD 시스템(200)의 고안 방식에 의해, 도 6에 도시된, MHUD 어셈블리(210)의 우측 또는 좌측으로의 모듈(215)의 추가는, 이전에 정의된 고안 기준에 의해 정의된 바와 같이 MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)의 측방향 너비를 우측 또는 좌측으로 연장시키며, 거기에서는 가상 이미지(260)의 화살표 객체(810)를 원하는 휘도 균일성으로 완전하게 볼 수 있다. MHUD 어셈블리(210)에 모듈들(215)의 또 다른 로우(row)가 추가되면 집합 아이-박스(250)의 높이를 연장시키는 유사한 효과가 수직 방향으로 발생한다. 따라서, 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 이러한 모듈러 고안 방법에 의해, 보다 많은 모듈들(215)을 MHUD 어셈블리(210)에 추가함으로써, 임의 고안 선택적인 너비 및 높이 치수를 가진 임의 크기의 집합 아이-박스(250)가 실현될 수 있다.
본질적으로, 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 스플릿 사출 동공 모듈러 고안 방식은 각각이 상대적으로 작은 개구를 가지며 짧은 광학 트랙 길이를 달성하는 다수의 오목형 미러들(230) 및 결상기들(220)을 이용할 수 있게 하며, 그에 따라 종래 기술의 HUD 시스템에 이용된 보다, 훨씬 더 긴 광학 길이의 큰 이미지 소오스 및 단일 미러를 대신한다. 따라서, MHUD 모듈들(215)의 소형 개구 결상기들(220) 및 오목형 미러들(230)은, 총괄적으로, 동일한 크기의 아이-박스를 달성하기 위해, 대형 단일 이미지 소오스 및 단일 미러를 이용하는 종래 기술의 HUD 시스템에 의해 달성될 수 있는 것보다, 실질적으로 작은 용적을 이룰 수 있게 된다. 또한, MHUD 시스템(200)의 달성된 집합 아이-박스(250)의 크기는, 적당한 개수의 모듈들(215)을 기본 고안 소자로서 이용함에 의해, 조정될 수 있다. 역으로, MHUD 시스템(200)의 용적은, 동일한 이용 가능 용적에 맞도록 할 수 있는 종래 기술의 HUD 시스템에 의해 달성될 수 있는 것 보다 더 큰 크기의 집합 아이-박스(250)를 달성하면서, 차량 대시보드 영역에서 이용할 수 있는 용적과 매칭되게 할 수 있다.
본 발명의 MHUD 시스템(200)의 용적에 있어서의 장점을 설명하기 위해, 도 6의 투시도에는, λ = 25%의 휘도 균일성 임계치에 기초하여, 120×60mm 집합 아이-박스(250)를 달성하도록, 각각 6.4×3.6mm의 광학 개구 크기를 가진 3개의 결상기(220)와, 각각 60×100mm의 광학 개구 크기를 가진 2개의 오목형 미러들을 이용하는 MHUD 어셈블리(210)의 고안 치수가 도시된다. 도 6에 도시된 고안 치수들에 기초하면, MHUD 어셈블리(210)의 전체 용량은 대략 1350 cc(1.35리터)일 수 있다. 비교하자면, 동일 아이-박스 크기를 달성하기 위해 단일의 대형 개구의 미러 및 단일의 대형 이미지 소오스를 이용하는 종래 기술의 HUD 시스템의 전체 용량은 최대 5000cc(5리터)일 수 있다. 따라서, 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 고안 방법은 종래 기술의 HUD 시스템보다 3.7배 이상의 용적 효율(또는 보다 작은)을 가진 HUD 시스템을 이룰 수 있게 한다. 이러한 용적에 있어서의 장점을 알 수 있도록, 도 9에는 소형 자동차의 대시보드에 설치된 도 6에 도시된 MHUD 어셈블리(210) 고안 예시의 용적이 도시된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 용적에 있어서 효율적인 고안은, 종래 기술의 HUD 시스템이 간단하게 조정하지 못하는 매우 제약된 대시보드 용적을 가진 자동차에 있어서 HUD 기능의 추가가 이루어질 수 있게 한다.
도 10에는 MHUD 시스템(200)의 레이 경로가 도시된다. 도 10에 도시되고, 이전에 설명되었으며, 도 2에 도시된 바와 같이, MHUD 어셈블리(210)를 구비한 3개의 결상기들(220)은, 각각 동일한 해상도(에를 들어, 640×360 픽셀들)로 동일한 이미지를 생성하며, 3개의 이미지들이 3개의 그들 각자의 오목형 미러들(230)에 의해 반사된 후에는, 상술한 고안 예시의 전체 120×60mm 집합 아이-박스(250)를 각도적으로 어드레스(regularly address)하고, 상술한 고안 예시의 125×225mm 가상 이미지(260)에 걸쳐 전체적으로 640×360 공간 해상도를 제공한다. 도 10에는, 가상 이미지(260)에 10,000cd/m2의 휘도를 생성하기 위한 고안 요건이 도시된다. 대략 20%의 전형적인 방풍창 반사도 및 상술한 집합 아이-박스(250)들의 경계 정의 기준에 의해, 3개의 결상기(200)의 각각은 대략 25,000cd/m2의 휘도를 생성한다. 적게 잡아도, MHUD 어셈블리(210)의 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)과 3개의 결상기들(22)의 모두는 25,000cd/m2의 휘도를 생성하기 위해 총 대략 2W를 소모하는데, 이는 종래 기술의 HUD 시스템의 전력 소모의 대략 25%이다.
도 5에 도시된 MHUD 시스템(200) 성능을 참조하면, 도 5의 엔서클드 에너지 도표(encircled energy plot)는 180 미크론 크기의 오목형 미러(230)의 광학 개구로부터의 시준 광 빔의 기하학적 블러 반경(geometrical blur radius)을 나타낸다. 72mm의 유효 초점 길이를 가진 도 6에 도시된 모듈들(215) 각각의 고안 예시에 따라, 도 5의 엔서클드 에너지 도표에 표시된 180 미크론 블러 크기는, 각 모듈들(215)에게, 결상기(220)의 픽셀에서 기원하여 그의 대응하는 오목형 미러(230)에 의해 시준되는 광 빔에 대해 0.143도의 각도 확산을 제공한다. 픽셀 전체 해상도(pixel whole resolution)로부터 전체 빔 폭에 걸쳐서의 0.143도의 각도 확산과 연관된 스위밍 효과(MTF)는 동공 크기에 의해 샘플링된 유효 빔 폭에 의해 결정된다. 도 5의 MTF 도표는 4mm 직경의 전형적인 아이 동공 개구에 대해 계산된 모듈들(215)의 각각의 MTF를 보여준다. 이러한 각도 확산각이 작으면 가상 이미지(260)에서의 스위밍 반경이 작아진다. MHUD 시스템(200)의 집합 아이-박스(250)으로부터 2.5m에서 보여지는 가상 이미지(260)의 경우, MHUD 시스템(200) 고안 예시에 대한 대응하는 스위밍 반경은 6.2mm일 것이다. MHUD 어셈블리(210)의 전체 개구 크기와 동일한 광학 개구 크기를 가진 단일 미러를 이용하는 종래 기술의 HUD 시스템은 모듈(215)의 광학 개구보다 대략 2.4배 더 큰 광학 개구를 가진다. 수차 블러 크기가 개구 크기의 3제곱에 정비례하기 때문에(참고 문헌 [18]), 고안에 의해 의도적으로 달성될 수 없는, 5차 수차(5th order aberration)가 보다 큰 3차 수차(3th order aberration)를 보상하는 일이 발생되면, MHUD 어셈블리(210) 고안 예시의 전체 개구 크기와 동일한 광학 개구 크기를 가진 종래 기술의 단일 미러 HUD 시스템은 대략 14.3mm의 대응하는 스위밍 반경을 가질 수 있지만, 그렇지 않으면, 종래 기술의 단일 미러 HUD 시스템은, 전형적으로, MHUD 시스템(200)의 고안 예시에 의해 달성되는 스위칭 반경보다 6.2배 더 큰, 대략 39.7mm의 대응하는 스위밍 반경을 가질 것이다. 또한 상술한 수차 사전 보상 방법에 의해, MHUD 시스템(200)의 스위밍 반경은 이 고안 예시의 상술한 값 아래로 크게 감소되거나 심지어 완전히 제거될 수 있음을 알아야 한다.
도 10에는 태양광 부하가 포함된 MHUD 시스템(200)의 레이 경로가 도시된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 차량의 방풍창에 부딪치는 태양광의 역방향 광학 경로(reverse optical path)는 집합 아이-박스 영역에 도달하여, 가상 이미지(260)에 있어서 눈부심을 유발할 수 있다. 본 발명의 MHUD 시스템(200)의 고안에 있어서, 집합 아이-박스(250)에 도달할 수 있는 태양광 레이의 량은 종래 기술의 HUD 시스템에 비해 훨씬 작다. 먼저, 방풍창(240)의 광학 전송이 80%라고 가정하면, 태양으로부터의 광선은 그의 휘도의 최대 80%까지 방풍창(240)에 의해 감쇄된다. 두번째, 방풍창(240)을 통해 전송되고 오목형 미러들(230) 중 하나에 의해 그의 대응하는 결상기(220)를 향해 반사되는 태양광 레이는, 오목형 미러(230)들의 어셈블리를 향해 되반사되기 전에, 결상기(220)의 광학 개구상의 반사 방지(anti-reflective: AR) 코팅에 의해 그의 휘도의 최대 5%까지 추가로 감쇄된다. 세번째, 이러한 역방향 경로 태양광은, 방풍창(240)에 의해 집합 아이-박스(250)를 향해 반사될 때, 그의 휘도의 최대 20%만큼 추가로 감쇄된다. 상술한 바와 같이, 각 모듈들(215)의 결상기(220) 및 오목형 미러(230)가 가상 이미지(260)의 휘도에 대해 최대 50%만큼 기여하기 때문에, 태양광에 의해 부딪치는 모듈들(215)로부터 반사된 태양광 눈부심은 가상 이미지(260)에서 50%만큼 추가로 감쇄될 것이다. 그러므로, 이러한 경로 감쇄 분석에 기초하면 집합 아이-박스(250)에 도달하는 태양광은 그의 휘도의 (1% 보다 훨씬 작은) 최대 0.4%까지 감쇄된다. MHUD 시스템(200)이 가상 이미지(260)에서 0.4%의 태양광 눈부심 및 10,000cd/m2 초과의 휘도를 생성할 수 있음에 따라, MHUD 시스템(200)은 대략 28dB의 UGR(Unified Glare Rating)(또는 이미지 세기에 대한 눈부심 비율)과 등가인 250,000cd/m2 초과의 태양광 휘도를 허용할 수 있다. 글래스 커버(430)는 적외선 흡수용이지만, 본 발명의 헤드-업 디스플레이에 이용된 파장들의 광에 대해 투과성이어서, 태양 부하 열(sun loading heat)이 오목형 미러(230) 어셈블리에 의해 결상기(220) 뒤에 집중되지 못하게 함을 알아야 한다.
상술한 실시 예에서는, 아이-박스 세그먼트들(255) 그 자체보다 넓은 집합 아이-박스(250)를 제공하기 위해 오버랩 아이-박스 세그먼트들을 제공하도록 다수의 모듈들이 나란히 배치되었다. 그러나, 필요할 경우, 그 대신에 또는 추가적으로, 모듈들(215)의 아이-박스 세그먼트들이 또한 적층되어 장신형(taller) 집합 아이-박스(250)를 제공하고, 모든 모듈들이 차량 전면의 동일 위치에 동일한 가상 이미지를 디스플레이하도록, 그 모듈들이 배치될 수 있다. 장신형 집합 아이-박스(250)를 제공하기 위한 적층은 일반적으로 모듈들의 적층이 아니며, 그보다는 전형적인 방풍창의 경사 때문에, 아이-박스 세그먼트의 적층은 추가적인 모듈들을 위한 대시보드의 보다 크고 실질적으로 수평인 영역을 이용하여 간단히 달성될 수 있음을 알아야 한다. 또한, "도 2에 도시된 바와 같이, 연관된 광학(220)을 가진 각 단일 결상기로부터 방출된 이미지는 그의 연관된 오목형 미러(230)에 의해 시준되고 확대되고 반사되며, 부분적으로 차량 방풍창(240) 위에 반사되어, 차량 운전자(조작자)의 공칭 헤드 위치에 배치된 아이-박스 세그먼트(eye-box segment, 255)내에서 볼 수 있는 가상 이미지(260)를 형성한다"고 이전에 설명하였지만, 임의 실시 예에 있어서, 오목형 미러에 의해 달성되는 시준 정도는 필연적으로 완벽하지 못할 것이며, 가상 이미지의 차량 앞으로 얼마나 멀리 형성될지를 제한하도록 의도적으로 설정될 것이다. 일부 예시에 있어서, 오목형 미러들은, 사실상, 가장 명백한 예시인, 방풍창의 곡률, 임의 뒤따르는 수차의 소오스들을 오프셋하기 위해 시준을 왜곡하도록 의도적으로 고안될 수 있다.
도 2(또는 도 6 참조)의 MHUD 어셈블리(210)의 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)에서 축외 왜곡, 경사 수차 및 컬러와 휘도 보정이 이뤄질 수 있음을 이전에 설명하였다. 물론, 이중 이미지들 또는 이중 이미지 부분들이 디스플레이되지 않도록, 제어 및 인터페이스 전자 부품(620)에서 (또는 기계적으로) 각 모듈(215)로부터의 이미지 세그먼트 또는 각 이미지의 측방향 위치 보정이 이루질 수 있다. 또한, "휘도 보정"은 적어도 2가지 주요 측면을 가지고 있음을 알아야 한다. 첫번째 가장 확실한 것은, 다른 모듈들로부터의 이미지 휘도(및 컬러)가 서로 다르지 않게 되도록 모듈간 휘도 변동을 보정하는 것이다. 그러나, 그와 관련된 것은, 뒤틀림에 기인한 픽셀 간격의 변경이 시각적 휘도 수차를 일으킬 수 있다는 점에서, 이미지 뒤틀림 및 다른 요소들이 개별적인 모듈내에서 이미지 부분들의 휘도에 있어서의 변동을 유발할 수 있다는 사실이다. 이것에 직면하면, 각 모듈에 있어서의 각각의 개별적인 픽셀들의 휘도가 개별적으로 제어 가능하게 되므로, 필요한 경우, 픽셀 휘도는 픽셀 간격이 증가되는 영역에서 국소적으로 증가되고, 픽셀 간격이 감소되는 영역에서 국소적으로 감소될 수 있다. 최종적으로, 전형적인 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기는 정사각형 결상기가 아니며, 전형적으로 불균일한 치수들의 직사각형이다. 결과적으로, 결상기 배향의 선택은 본 발명의 헤드-업 디스플레이의 고안에 유용할 수 있는 추가적인 변수를 제공할 수 있다.
아래의 표 1은 단일의 대형 미러와 단일의 대형 이미지 소오스를 이용하는, 종래 기술의 HUD 시스템에 비해 그들의 성능 장점을 나타내는 본 발명의 특정 실시 예의 QPI 시스템 기반 MHUD 시스템(200)의 핵심적인 성능 특성을 나타낸다. 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 스플릿 사출 동공 MHUD 시스템은 각각의 성능 카테고리내의 다수의 요소들에 의해 종래 기술의 HUD 시스템을 능가한다. 또한, 상술한 바와 같이 그의 완화된 제조 공차 및 소형 크기 미러 때문에, 본 발명의 MHUD 시스템(200)은 필적할만한 아이-박스 크기를 가진 종래 기술보다 훨씬 비용 효율적일 것으로 기대된다.
성능 비교
파라메타 종래 기술의 HUD* QPI 결상기 기반 MHUD
컬러 재생
(NTSC의 비율)		 80% 140%
프로그램 가능
가상 이미지 세기 6,000cd/m2 >10,000cd/m2
대조 비율 400:1 >100,000:1
전력 소모
(결상기 + 드라이브 전자 부품)		 >8W <2W
상대적 크기
(HUD 어셈블리)		 100% <25%
수차 유도 스위밍 효과 100% <16%
*고 휘도 LCD 패널을 이미지 소오스로서 이용한 것에 기초한 종래 기술의 HUD
근접장 및 원격장 가상 이미지드를 가진 멀티-이미지 헤드업 디스플레이 시스템
많은 HUD 시스템 애플리케이션들에 있어서, HUD 시스템은 바람직하게 뷰어(viewer)의 바로 앞에 다수의 가상 이미지들을 디스플레이함으로써, 뷰어의 주의가 운전으로부터 벗어나지 않도록 하면서 그와 동시에 추가적인 정보의 안전한 뷰기능(safe viewability)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이 문맥에 있어서, 다수의 가상 이미지들은 HUD 시스템에 의해 디스플레이될 수 있는 데, 거기에서는, 예를 들어, 원거리에 제 1 가상 이미지가 디스플레이되고 (이것은 통상적인 HUD 시스템에서 전형적으로 채택되고 있음), 근거리에 제 2 가상 이미지가 디스플레이된다. 바람직하게, HUD 시스템 뷰어는, 그 또는 그녀의 머리를 도로로부터 돌릴 필요없이 및 운전자가 운전 상황을 계속적으로 주목하면서 그 둘의 가상 이미지들을 볼 수 있게 된다.
본 개시의 발명의 대안적인 바람직한 실시 예에 있어서, 이전에 설명한 스플릿 사출 동공 고안 아키텍처는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 디스플레이 소자들(220)(즉, 결상기 및 관련 광학(220))과 함께 이용될 수 있는데, 각 디스플레이 소자(220)는 서로 다른 각도로 다수의 이미지들을 변조하도록 구성된다.
본 발명의 멀티-이미지 헤드업 디스플레이 시스템의 일 측면에 있어서, 그 시스템은 다수의 모듈들(215)을 구비할 수 있으며, 그 모듈들의 각각은, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(즉, 디스플레이 소자)(220)와, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)에 의해 생성된 제 1 및 제 2 가상 이미지들을 차량 방풍창을 향해 시준하고 확대하고 반사시켜서 아이-박스 세그먼트내에서 볼 수 있는 제 1 및 제 2 가상 이미지들을 형성하도록 구성된 오목형 미러(230)를 가진다. 다수의 모듈들은, 아이-박스 세그먼트들(255)이 각 모듈(215)의 아이-박스 세그먼트(255)보다 큰 집합 아이-박스(collective eye-box, 250)을 가진 헤드업 디스플레이를 제공하도록 조합되고, 집합 아이-박스(250)가 차량 운전자의 공칭 헤드 위치에 위치하도록, 배치된다. 본 발명의 멀티-이미지 헤드업 디스플레이 시스템 실시 예의 제 1 측면에 있어서, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)는 개별적인 제 1 세트의 마이크로 광학 소자들과 연관된 제 1 세트의 픽셀들과, 개별적인 제 2 세트의 마이크로 광학 소자들과 연관된 제 2 세트의 픽셀들을 구비한다. 제 1 세트의 마이크로 광학 소자들은 개별적인 제 1 세트의 픽셀들로부터의 출력을 지향시켜 상술한 제 1 이미지를 생성하도록 구성되며, 그에 의해 집합 아이-박스(250)로부터의 제 1 거리에서 볼 수 있는 제 1 가상 이미지가 생성된다. 제 2 세트의 마이크로 광학 소자들은, 개별적인 제 2 세트의 픽셀들로부터의 출력을 지향시켜 상술한 제 2 이미지를 생성하도록 구성되며, 그에 의해 집합 아이-박스(250)로부터의 제 2 거리에서 볼 수 있는 제 2 가상 이미지가 생성된다. 마이크로 광학 소자는, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 표면에 대해 전반적으로 경사진 픽셀 출력이 가능하도록 구성된 비-텔레센트릭 렌즈들 또는 비-텔레센트릭 광학 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 멀티-이미지 헤드업 디스플레이 시스템 실시 예의 제 1 측면에 있어서, 제 1 거리는 원거리일 수 있고, 제 2 거리는 근거리일 수 있다. 제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 사용자 정의된 제 1 세트의 픽셀들일 수 있고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 사용자 정의된 제 2 세트의 픽셀들일 수 있다. 제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 홀수 번호열의 픽셀들일 수 있고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 짝수 번호열의 픽셀들일 수 있다. 제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 짝수 번호열의 픽셀들일 수 있고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 홀수 번호열의 픽셀들일 수 있다. 제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 픽셀 면적의 적어도 50%를 구비한 픽셀들일 수 있고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 잔여 픽셀 면적의 나머지(balance)일 수 있다. 제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 상부 영역 또는 상부 부분일 수 있고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(220)의 하부 영역 또는 하부 부분일 수 있다.
도 11a 및 11b와 도 11c 및 11d에는, 그러한 다수의 이미지 광 변조 디스플레이 소자들(220)들의 비제한적 예시들이 도시되는데, 그것들은 디스플레이 소자(220)상의 픽셀들의 2D 어레이에 있어서, 사전 결정된 세트의 픽셀 열들(pixel rows) 또는 픽셀 횡들(pixel columns)과 같은, 사전 결정된 세트의 개별적인 픽셀들의 각각이, 각 픽셀들로부터 방출된 광을 사전 결정된 고유 방향으로 지향시키거나 방향 변조(directional modulation)하는 마이크로 광학 소자를 포함하도록 구성된다.
도 11a 및 11b와 도 11c 및 11d에는, 멀티-이미지 디스플레이 소자(220)가 2개의 이미지들을 동시에 변조하도록 고안되는 예시들이 도시되는데, 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 각각은 디스플레이 소자(220) 표면으로부터 서로 다른 방향으로 방출된다. 그러한 디스플레이 소자(220)가 도 2의 스플릿 사출 동공 HUD 고안 아키텍쳐의 컨텍스트내에서 이용될 경우, 변조되는 (상술한) 제 1 이미지는 HUD 시스템 아이-박스(250)로부터 원거리(예를 들어, 대략 2.5m)에서 볼 수 있는 제 1 가상 이미지를 생성하는 반면, 변조되는 제 2 이미지는 근거리(예를 들어, 대략 0.5m)에서 볼 수 있는 제 2 가상 이미지를 생성한다. 이러한 2개의 보기 가능한 가상 이미지들은 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템에 의해 동시에 변조될 수 있으며, HUD 시스템 뷰어는, 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 다수의 디스플레이 소자들(220)에 의해 변조된 2개의 가상 이미지들의 변조 방향의 각도 기울기(또는 이격(separation))와 비례하는 각도만큼, 수직축의 평면에 있어서 그/그녀의 시선을 재지향시킴으로써 제 1 또는 제 2 가상 이미지들을 간단히 선택적으로 볼 수 있다.
도 11a 및 11b에는, 예를 들어, 홀수 번호열의 디스플레이 픽셀들과 짝수 번호열의 디스플레이 픽셀들과 같은, 2 그룹의 디스플레이 픽셀들로 그들의 광학적 개구가 분할되도록 함으로써, 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 다수의 디스플레이 소자들(220)이 제 1 및 제 2 이미지들을 변조하도록 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 있어서의 디스플레이 소자(220)의 상면도 및 측면도가 도시되는데, 여기에서, 한 그룹의 픽셀들, 즉, 홀수 번호열의 픽셀들은 제 1 이미지를 변조시키는 반면, 제 2 그룹의 픽셀들, 즉, 짝수 번호열의 픽셀들은 제 2 이미지를 변조시킨다. HUD 시스템 디스플레이 소자들(220)의 그러한 방향 변조 기능은, 그들의 연관 픽셀들로부터 방출되는 광을 사전 결정된 이미지 방향으로 방향 변조하도록, 이미지 변조 픽셀 그룹들의 각각과 연관되는 마이크로 광학 소자들 또는 마이크로 렌즈 소자들을 고안함에 의해 실현될 수 있다. 예를 들어, 도 11a 및 11b에 도시된 경우에 있어서, 홀수 번호열의 픽셀들과 연관된 마이크로 광학 소자들은, 제 1 이미지를 형성하도록, 연관된 그룹의 픽셀들로부터 방출된 광을 지향시키는 반면, 짝수 번호열의 픽셀들과 연관된 마이크로 광학 소자들은, 제 2 이미지를 형성하도록, 그 그룹의 픽셀들로부터 방출된 광을 지향시킨다. 도 11a 내지 11d에는 각 이미지에 대해 광선들이 병렬인 것으로 도시되었지만, 사실상 그들은, 필요에 따라 이미지 크기가 확장되거나 확대되도록 결상기(220)로부터 전반적으로 펼쳐질 것임을 알아야 한다. 픽셀 방출 각도들은, 이하에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 비-텔레센트릭 QPI® 결상기 형태의 비-텔레센트릭 마이크로 광학 렌즈 소자들의 이용에 의해 인에이블될 수 있다.
이전에 설명한 단일 이미지 스플릿 사출 동공 HUD 고안 아키텍처를 이용하는데 있어서, 다수의 결상기들(220)은 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 집합 아이-박스(250)내에 2개의 가상 이미지가 존재하도록 하기 위해 동일한 2개의 이미지들을 각각 다른 방향으로 변조함을 알아야 하며, 이때, 변조된 2개의 결과하는 가상 이미지들의 각각은 집합 아이-박스(250)를 가로질러 서로 다른 수직 (또는 아지뮤즈) 방향에서 볼 수 있게 된다.
도 11c 및 11d에 도시된 추가적인 멀티-이미지 HUD 시스템의 바람직한 실시 예에 있어서, 스플릿 사출 동공 멀티-이미지 HUD 시스템의 다수의 디스플레이 소자들(220)은, 각각, 픽셀들의 2개의 영역들 또는 구역들, 즉, 도시된 예에 있어서 픽셀들의 상부 영역 및 픽셀들의 하부 영역으로 분할된 광학적 개구를 가진다. 이 실시 예에 있어서, 서로 다른 방향으로 변조되는 2개의 이미지들은, 각각, 단일의 전용 픽셀 영역에 의해 변조된다. 예를 들어, 도 11c 및 11d에 도시된 바와 같이, 디스플레이 소자(220)의 광학 개구의 픽셀들의 상부 영역(결상기 픽셀 세트의 임의 사용자 정의된 부분일 수 있음)은, 상기에서 정의한 제 1 이미지를 형성하기 위해, 픽셀들의 상부 영역을 구비한 디스플레이 소자(220)의 픽셀들의 각각으로부터 방출된 광을 지향시키도록 고안된 그들의 마이크로 광학 소자들을 가지는 반면, 디스플레이 소자(220)의 광학 개구의 픽셀들의 하부 영역은, 상기에서 정의한 제 2 이미지를 형성하기 위해, 픽셀들의 하부 영역을 구비한 디스플레이 소자(220)의 픽셀들의 각각으로부터 방출된 광을 지향시키도록 고안된 그들의 마이크로 광학 소자를 가진다. 픽셀 방출 각도들은, 이하에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 비-텔레센트릭 결상기(220) 형태의 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들의 이용에 의해 제공될 수 있다.
도 12에는 본 발명의 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 바람직한 실시 예가 도시된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 다수의 디스플레이 소자들(결상기들)(220)은 각각 2개의 가상 이미지들을 변조하는데, 제 1 이미지는 상부 방향으로 변조되고, 제 2 이미지는 하부 방향으로 변조된다.
다수의 디스플레이 소자들(220)은, 도 8에 도시된 바와 같이 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 아이-박스(250)를 각도적으로 채우기 위해 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 동시에 변조한다. 다수의 디스플레이 소자들(220)에 의해 변조된(생성된) 제 1 및 제 2 이미지들을 구비한 시준된 광선 번들(collimated light buldle)들은, 오목 미러들(230)에 의해 시준되고, 방풍창에 의해 아이-박스(250)상으로 반사된 후, 아이-박스(250)내에서 2개의 서로 다른 경사 각도로 볼 수 있게 되며, 그에 따라, 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템 뷰어는, 원격장(260-1)에서 볼 수 있는 제 1 가상 이미지와 근접장(260-2)에서 볼 수 있는 제 2 가상 이미지를 가진 2개의 독립적이고 동시 변조된 가상 이미지들에 집중할 수 있게 되며, 2개의 가상 이미지들은, 다수의 디스플레이 소자들(220)에 의해 변조된 2개의 이미지들간의 방향성 이격 각도(directional separation angle, 220-4)에 비례한 각도(220-3)만큼, 수직(아지뮤즈) 방향으로 각도 이격된다.
2개의 가상 이미지들은 서로 다른 제 1 가상 거리 및 제 2 가상 거리에 있는데, 이는 그들의 광선 번들이 다른 레벨(다른 정도)로 시준되기 때문이다. 오목 미러(230) 시준은 아이-박스(250)로부터 원격장 가상 이미지 거리를 달성하도록 고안된다. 특정 실시 예의 특정 예시로서 이하에서 설명할 비-텔레센트릭 QPI® 결상기의 마이크로-광학 소자들은 비-텔레센트릭 QPI® 소자들과 연관된 각 픽셀들로부터 방출된 광의 추가적인 시준을 도입하도록 고안된다. 비-텔레센트릭 마이크로-광학 소자들과 오목 거울(230)의 협동에 의해 달성되는 조합된 시준은 아이-박스(250)로부터 원격장 가상 이미지 거리(far-field virtual image distance) 및 근접장 가상 이미지 거리(near-field virtual image distance)를 달성함으로써, 멀티-이미지 HUD가 원격장 및 근접장 가상 이미지를 동시에 디스플레이할 수 있게 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템 뷰어는, 각도(220-3)만큼 수직(아지뮤즈) 방향으로 그/그녀의 시선을 단지 재지향시킴에 의해 HUD 시스템 의해 변조된 제 1 및 제 2 가상 이미지들 중 하나를 볼 수(집중할 수) 있다. 2개의 가상 이미지들이 디스플레이 소자들(결상기, 220)을 구비한 2개의 개별적인 그룹의 픽셀들에 의해 독립적이고 개별적으로 변조되기 때문에, 뷰어에게 디스플레이되는 제 1 및 제 2 이미지들의 각각은 뷰어에게 흥미로울 수 있는 서로 다른 정보를 포함할 수 있다.
도 13은, 비제한적 예시에 있어서 원격장 가상 이미지가 대략 2.5m 거리(대략 자동차 전면 후드의 끝)에서 뷰어의 초점에 맞추어지고, 근접장 가상 이미지가 대략 0.5m 거리(대략 자동차의 방풍창의 바깥쪽 하부 에지)에서 뷰어의 초점에 맞추어지는, 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템에 의해 변조된 제 1 및 제 2 이미지들의 공칭 위치를 도시한다.
설명한 HUD 멀티-이미지 기능들은, 도 6에서 개략적으로 보여준 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 용적 측면에 있어서의 증가로 결과하지 않는 것이 바람직함을 알아야 한다. 디스플레이 소자들(결상기)(220)의 인터페이스(710), 제어 기능부(720) 및 균일성 루프(730)는 도 7에 도시된 바와 같이 변경되지 않는 채 유지된다.
설명한 단일 이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템과, 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 구현 및 고안 방법간의 대비에 있어서의, 주요한 차이는 다음과 같다.
1. 다수의 디스플레이 소자들(결상기들)(220)은 이전의 실시 예에서 설명한 바와 같이 서로 다른 방향으로 다수의 이미지들을 변조하는 기능을 가진다.
2. 멀티-이미지 스플릿 사출 동공 HUD 시스템의 수직 FOV(Field of View)는 2개의 방향성 영역들로 각도 분할됨으로써, 2개의 각도 이격된 이미지들의 동시 변조가 가능하게 된다.
3. 다수의 디스플레이 소자들(결상기들)(220)로의 이미지 입력(715)은, 각각이 이전 실시 예에서 설명한 대응하는 픽셀 그룹으로 (디지털적으로) 어드레싱되는 2개의 이미지들로 구성된다.
도 14에는, 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-1)이 굴절 광학 소자들(Refractive Optical Element: ROE)로서 실현되고 디스플레이 소자(220)의 표면에 대해 전반적으로 경사진 각도로 선택된 픽셀 광 출력들을 지향시켜 근접장 가상 이미지를 제공하는데 이용될 수 있는, 상술한 비-텔레센트릭 QP 결상기의 예시가 도시된다.
도 14의 실시 예에 있어서, 픽셀 레벨 굴절 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-1)의 방향 변조 측면은, 서로 다른 굴절율들을 가진 연속하는 유전 물질 층들(1310 및 1320)에 의해 형성되는 비공축 마이크로 렌즈(decentered micro lens)(1250-1)를 이용하여 실현될 수 있다. 도 14는 다수의 비-텔레센트릭 굴절 마이크로 광학 소자들(1250-1)을 구비한 디스플레이 소자(220)의 개략적인 단면도이다. 이 실시 예에 있어서, 픽셀 레벨 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-1)의 어레이는, 반도체 리소그래피(semiconductor lithography), 에칭(etching) 및 증착(deposition) 기술을 이용하여, 예를 들어, 낮은 굴절율 층(low index layer, 1310)에 대해서는 실리콘 산화물 및 높은 굴절율 층(high index layer, 1320)에 대해서는 실리콘 질화물과 같은, 반도체 유전체 물질로 된 다수의 층들로서, 웨이퍼 레벨로 모놀리식으로 제조될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 그 어레이의 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(1250-1)은 다수의 층들을 이용하여 실현되는데, 서로 다른 굴절율을 가진 유전 물질들(1310,1320)은 원하는 비-텔레센트릭 특성들과 이미지 프로젝션 방향들을 획득하기 위해 요구된 대로 마이크로-렌즈 어레이를 가로질러 굴절 마이크로-렌즈 소자 중심 위치가 점진적으로 가변되는, 픽셀 레벨 마이크로 광학 소자들(1250-1)의 굴절 표면을 형성하도록 연속적(순차적)으로 증착된다.
도 15에는, 상술한 비-텔레센트릭 QPI® 결상기의 대안적인 예시가 도시되는데, 거기에서는, 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-2)이, 원하는 비-텔레센트릭 특성 및 이미지 프로젝션 방향을 획득하기 위해 요구된대로 마이크로-렌즈 어레이를 가로질러 다시 점진적으로 가변하는 경사진 굴절 광학 소자들(Refractive Optical Element: ROE)로서 실현되고, 결상기(220)의 표면에 대해 전반적으로 경사진 각도로 선택된 픽셀 광 출력들을 지향시켜 근접장 또는 제 2 이미지를 제공하는데 이용될 수 있다. 이 실시 예에 있어서, 픽셀 레벨 굴절 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-2)의 방향성 변조 측면들은 서로 다른 굴절율을 가진 연속하는 유전 물질층(1410,1420)들에 의해 형성된 경사진 마이크로 렌즈(1250-2)를 이용하여 실현된다.
도 15는, 다수의 경사진 굴절 마이크로 광학 소자들(1250-2)을 구비한 디스플레이 소자(220)의 측면도이다. 이 실시 예에 있어서, 픽셀 레벨 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-2)의 어레이는 반도체 리소그래피(semiconductor lithography), 에칭(etching) 및 증착(deposition) 기술을 이용하여, 예를 들어, 낮은 굴절율 층(1410)에 대해서는 실리콘 산화물 및 높은 굴절율 층(1420)에 대해서는 실리콘 질화물과 같은, 반도체 유전체 물질로 된 다수의 층들로서, 웨이퍼 레벨로 모놀리식으로 제조될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 픽셀 레벨 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-2)의 어레이는, 픽셀 레벨 비-텔레센트릭 마이크로 광학 소자들(1250-2)의 굴절 표면을 형성하도록 연속적(순차적)으로 증착되는, 서로 다른 굴절율을 가진 다수의 유전 물질층(1410,1420)을 이용하여 실현된다.
따라서, 본 발명은 다수의 측면을 가지며, 각 측면들은, 필요에 따라, 단독으로, 또는 여러 조합들로 또는 서브-조합들로 실시될 수 있다. 제한을 위한 것이 아니라 예시를 위하여, 본 명세서에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시 예가 개시되고 설명되었지만, 당업자라면, 이하의 모든 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고도, 본 명세서에서 형태 및 세부 사항에 있어서 여러 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다.

Claims (9)

  1. 차량용 헤드-업 디스플레이(head-up display)로서,
    다수의 모듈들을 구비하고,
    각 모듈은
    고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기(solid state emissive pixel array imager); 및
    고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기에 의해 생성된 제 1 및 제 2 이미지를, 차량 방풍창을 향해 시준하고, 확대하고 반사하도록 배치되어, 아이-박스 세그먼트내에서 볼 수 있는 제 1 및 제 2 가상 이미지를 형성하는 오목형 미러(concave mirror)를 구비하며,
    다수의 모듈들은, 아이-박스 세그먼트들이 조합되어 각 모듈의 아이-박스 세그먼트보다 큰 집합 아이-박스를 가진 헤드-업 디스플레이를 제공하도록 배치되고, 집합 아이-박스는 차량 운전자의 공칭 헤드 위치(nominal head position)에 배치되며,
    고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기는, 개별적인 제 1 세트의 마이크로 광학 소자들과 연관된 제 1 세트의 픽셀들과, 개별적인 제 2 세트의 마이크로 광학 소자들과 연관된 제 2 세트의 픽셀들을 구비하고,
    제 1 세트의 마이크로 광학 소자들은, 개별적인 제 1 세트의 픽셀들로부터의 이미지를, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 표면으로부터 바깥 방향으로 프로젝트(project)하도록 구성되며, 그에 의해 집합 아이-박스로부터의 제 1 거리에서 볼 수 있는 제 1 가상 이미지가 생성되고,
    제 2 세트의 마이크로 광학 소자들은, 개별적인 제 2 세트의 픽셀들로부터의 이미지를 제 1 이미지에 대해 아래 방향으로 경사진 방향으로 프로젝트하도록 구성되며, 그에 의해 집합 아이-박스로부터의 제 2 거리에서 볼 수 있는 제 2 가상 이미지가 생성되는
    헤드-업 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 거리는 원거리이고, 제 2 거리는 근거리인
    헤드-업 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 사용자 정의된 제 1 세트의 픽셀들로 구성되고, 제 2 세트의 픽셀들은, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 사용자 정의된 제 2 세트의 픽셀들로 구성되는,
    헤드-업 디스플레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 세트의 픽셀들은, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 홀수 번호열의 픽셀들로 구성되고, 제 2 세트의 픽셀들은, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 짝수 번호열의 픽셀들로 구성되는
    헤드-업 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 짝수 번호열의 픽셀들로 구성되고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 홀수 번호열의 픽셀들로 구성되는
    헤드-업 디스플레이.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 픽셀 면적의 적어도 50%를 구비한 픽셀들로 구성되고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 잔여 픽셀 영역으로 구성되는
    헤드-업 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 상부 영역으로 구성되고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 하부 영역으로 구성되는
    헤드-업 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    아이-박스 세그먼트들과 모듈들의 개수는, 아이-박스 세그먼트들과 모듈들의 사용자 정의된 개수인
    헤드-업 디스플레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 세트의 픽셀들은, 고체 상태 방출 픽셀 어레이 결상기의 사용자 정의된 제 1 세트의 픽셀들로 구성되고, 제 2 세트의 픽셀들은 고체 상태 픽셀 어레이 결상기의 사용자 정의된 제 2 세트의 픽셀들로 구성되며, 아이-박스 세그먼트들과 모듈들의 개수는, 아이-박스 세그먼트들과 모듈들의 사용자 정의된 개수인
    헤드-업 디스플레이.
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