마이크로 디스플레이를 이용한 소형 헤드업 디스플레이 광학계 설계

Abstract

HUD는 투시형 정보 전시장치로서 최근에 마이크로 디스플레이와 LED 기술의 발달로 소형화가 이루어져 점차 응용분야를 넓혀가고 있다. 본 논문에서는 마이크로 디스플레이 장치인 DLP를 이용하여 영상 전시영역 5인치 급의 양안 관측용 소형 헤드업 디스플레이(HUD) 광학계를 설계하였다. 소형 경량화된 HUD를 설계하기 위하여 광학계의 각 설계요소를 분석하였고 DLP, 프로젝젼 광학계 및 오목렌즈형 영상결합기의 특성들과 설계방식을 살펴보았다. 각 광학계의 연결구조 분석을 통하여 세부 설계사양을 설정하고 광학계를 상세 설계하였다. 프로젝션 광학계와 오목렌즈형 영상결합기 사이에 백색 확산 반사체를 넣어 접은 형태로 구성하여 광학계를 각각 독립적으로 설계하였다. 투사 영상의 전시거리는 약 2m ~ 무한대 까지 조정이 가능하고 관측거리는 1m로 설정하였다. 해상도는 HD(<TEX>$1,280{\times}720$</TEX> 화소) 급으로 1 ~ 2화소 까지 인식이 가능하여 각종 문자, 기호를 판독할 수 있다. 또한, 컬러영상 구현이 가능하여 네비게이션 지도, 주간카메라 영상 및 열상카메라 영상 등을 전시할 수 있다. The HUD has recently been downsized due to the development of micro display and LED technology as a see through information display device, gradually expands the application areas. In this paper, using a DLP micro display device designed a compact head-up display(HUD) optical system for biocular observation of the image exhibition area 5 inches. It was analyzed for each design element of the optical system in order to design a compacted HUD. DLP, projection optical system and concave image combiner were discussed the design approach and the characteristics. Through a connection structure analysis of each optical system, detailed design specifications were set up and designed the optical system in detail. Put a folded configuration in the form of a white diffuse reflector between the projection lens and concave image combiner was designed to be independent, respectively. Distance of the projected image is adjustable up to approximately 2m ~ infinity and observation distance is 1m. Resolution could be recognized by 1 ~ 2pixels in HD(<TEX>$1,280{\times}720pi</TEX><TEX>xels$</TEX>) class, various characters and symbols could be read. In addition, color navigation map, daytime video camera and thermal imaging cameras can be displayed.