CN101334530B - 抬头显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种抬头显示系统，包括影像产生装置、扩散单元以及成像单元。影像产生装置投射出可见光形式的影像讯息。可见光照射至扩散单元形成实体影像，成像单元反射来自扩散单元的实体影像至驾驶者眼中，形成对应于该实体影像的虚拟影像。其中实体影像距离该成像单元的长度等于该虚拟影像距离该成像单元的长度。本发明也可将可见光投射至成像单元并反射至扩散单元，然后再由扩散单元反射至成像单元形成虚拟影像。

Description

抬头显示系统 

技术领域

本发明是关于一种显示装置，特别是有关于一种抬头显示系统。 

背景技术

抬头显示(head-up display，HUD)器使用于飞行器，尤其是军事用途的飞航驾驶已经有多年的历史。近年来越来越多的民用汽车上也可以发现它的应用。为了降低成本并整合入空间有限的驾驶舱或仪表板内，抬头显示器必须更进一步简化零组件及机构，以减少整个系统的体积。基于此一概念，不需对焦镜头组的激光光源开始使用于抬头显示系统中。抬头显示系统接收汽车传送的讯号，并且将该讯号转换成激光光源的控制讯号，然后投射出激光，以形成影像供驾驶者观看。基本上，如果激光光源一直亮着，整个影像画面均为光点。若能控制激光的亮暗状态，则可以扫描方式形成影像，该影像包括图像以及文字。 

现有技术中，抬头显示(HUD)使用全像组件(holographic element)来产生虚拟影像，然而需要将全像组件嵌入汽车的挡风玻璃，故此种方式较为复杂，而且全像组件的成本较高。此外，在全像组件一侧的虚拟影像的焦距为变动焦距，当驾驶者的位置调整之后，驾驶者眼睛离挡风玻璃的距离也随着改变，此焦距的改变将造成虚拟影像模糊不清。因此需要发展一种新颖的抬头显示系统，以解决上述的问题。 

发明内容

本发明的一目的是提供一种抬头显示系统，通过一成像单元改善投射影像的景深视角，以清楚地显示该影像的内容。 

本发明另一目的是提供一种抬头显示系统，通过激光投影方式的影像产生装置使驾驶者可依需求调整控制影像大小。 

本发明又一目的是提供一种抬头显示系统，通过该成像单元，以结合影像以及外界景物，使驾驶者清楚并安全地观看该影像的内容。 

根据上述目的，本发明提出一种抬头显示系统，主要包括影像产生装置、扩散单元以及成像单元。在一实施例中，影像产生装置用以发出可见光，以产生实体影像。扩散单元例如扩散薄膜接收来自该影像产生装置的可见光并于该扩散单元形成该实体影像。本发明的扩散单元具有增益的功能，可将可见光设定于一特定范围的视角之内，并且控制实体影像成像的亮度。成像单元接收来自该扩散单元的可见光，并且形成对应于该实体影像的一虚拟影像。其中该扩散单元的实体影像距离该成像单元的长度等于该虚拟影像距离该成像单元的长度，且该实体影像与该虚拟影像分别位于该成像单元的相异两侧。本发明的抬头显示系统适用于汽车，并且可结合全球定位系统或是手机而应用于各种型式的车辆。 

在另一实施例中，影像产生装置系装设于车辆的任何位置。影像产生装置用以发出可见光，以产生实体影像。成像单元耦合于该影像产生装置，以接收来自该影像产生装置的可见光，并且反射该可见光。扩散单元耦合于该成像单元，以接收来自该成像单元反射的可见光，并于该扩散单元形成该实体影像。该成像单元控制返回的可见光，并且形成对应于该实体影像的一虚拟影像。 

根据上述较佳实施例，其中该扩散单元的实体影像距离该成像单元的长度等于该虚拟影像距离该成像单元的长度，与现有使用的全像组件相比，当使用本发明的抬头显示系统，驾驶者的位置调整之后，驾驶者眼睛离挡风玻璃的距离也随着改变，但是焦距改变不会造成虚拟影像模糊不清，而且本发明的成像单元的成本较低。 

本发明通过一成像单元，以改善投射影像的景深视角，以清楚地显示该影像的内容。例如利用波段选择薄膜来选择特定波长范围的可见光并且显示该波长范围的虚拟影像，或者是利用偏极化薄膜来选择特定极化方向 的可见光并且显示该特定极化方向的虚拟影像，上述两种方式结合虚拟影像以及外界景物，使驾驶者清楚地观看对应于该虚拟影像的文字及图像内容。应注意的是，本发明将可见光线投射至扩散单元，然后反射至成像单元，接着将来自扩散单元的可见光特定波段的光线挡下来或是选择一极化方向的可见光，外界景物的可见光仍然看得到，故驾驶者仍可透过成像单元看到外面，以安全驾驶车辆。 

附图说明

图1A是依据本发明第一实施例的抬头显示系统的示意图。 

图1B是依据本发明第二实施例的抬头显示系统的示意图。 

图1C是依据本发明第三实施例的抬头显示系统的示意图。 

图2是依据本发明第四实施例的抬头显示系统的示意图。 

具体实施方式

图1A是依据本发明第一实施例的抬头显示系统的示意图。抬头显示系统100a主要包括影像产生装置102、扩散单元104以及成像单元106。影像产生装置102是装设于车辆108的仪表板110a上方。影像产生装置102发出可见光，以产生实体影像112。扩散单元104耦合于该影像产生装置102，接收来自该影像产生装置102的可见光，以在该扩散单元104形成该实体影像112。本发明的扩散单元104例如是具有增益功能的扩散薄膜，以将可见光设定于一特定范围的视角之内，并且用以控制实体影像112成像的亮度。成像单元106耦合于该扩散单元104，以接收来自该扩散单元104的可见光，通过控制该可见光，以于该成像单元106形成实体影像112，并且形成对应于该实体影像112的一虚拟影像114，其中该扩散单元104的实体影像112距离该成像单元106的长度Dp等于该虚拟影像114距离该成像单元106的长度Dv，且该实体影像112与该虚拟影像114分别位于该成像单元106的相异两侧。本发明的抬头显示系统100a适用于汽车，并且可结合全球定位系统(global positioning system，GPS)或是手机而应用于各种型式的车辆。 

上述的可见光例如是激光，由于激光为一准直平行的光线，故可通过调整投影的距离来缩小或放大投射的影像，并不会因为焦距改变而导致影像模糊不清。相对地，传统的投影设备需要利用透镜组来调整影像的焦距。因此，本发明不需要外加透镜组，节省抬头显示系统100a的成本。本发明的较佳实施例中，激光的波长介于400纳米至700纳米之间，或者是介于较高或较低的波长范围。 

抬头显示系统100a的影像产生装置102使用单一微振镜为反射镜面，此微振镜具有X轴向及Y轴向转动的功能。另一实施例中，影像产生装置102使用一组(两个)微振镜为反射镜面，其中每个微振镜具有单一轴向的转动功能。两个微振镜的转轴互相垂直。可见光经第一个微振镜反射至第二个微振镜，再反射至扩散单元104成像，故微振镜组也同时具有X轴向及Y轴向扫描的功能。由于微振镜的体积很小，与传统的抬头显示装置(HUD)相比，影像产生装置102的体积大幅缩小，结构单纯，仅需以电路控制微振镜的运动以及激光的开/关(ON/OFF)，而不需要外加复杂的透镜组。 

在一实施例中，该成像单元106为一对特定波长范围具高反射率的光学薄膜，当该特定波长范围与上述激光的波长范围相同或是可涵盖激光波段的任意波长范围，则投射至扩散单元104的实体影像112，将会反射至驾驶者眼睛，形成一虚拟影像114。较佳实施例中，该光学薄膜可贴附于驾驶者前方视线可看到的挡风玻璃上或是直接于挡风玻璃上以例如镀膜、涂布等方式形成光学薄膜。驾驶者可透过此光学薄膜读取位于挡风玻璃前方的图像或文字虚拟影像，同时观察车辆前方的交通状况。 

图1B是依据本发明第二实施例的抬头显示系统的示意图，图1B类似于图1A。抬头显示系统100b主要包括影像产生装置102、扩散单元104以及成像单元106。影像产生装置102是装设于车辆108的后视镜110b。影像产生装置102用以发出可见光，以产生实体影像112。扩散单元104接收来自该影像产生装置102b的可见光，以于该扩散单元104形成该实体影像112，并且投射该实体影像112。成像单元106接收来自该扩散膜的可见光，并控制该可见光反射至驾驶者眼睛，形成对应于该实体影像112的一虚拟影像 114。其中该扩散单元104的实体影像112距离该成像单元106的长度Dp等于该虚拟影像114距离该成像单元106的长度Dv。详细的说明如图1A，在此不予赘述。 

图1C是依据本发明第三实施例的抬头显示系统的示意图。图1C类似于图1A以及图1B。抬头显示系统100c主要包括影像产生装置102、扩散单元104以及成像单元106。影像产生装置102是装设于车辆的A柱110c。影像产生装置102用以发出可见光，以产生实体影像112。扩散单元104接收来自该影像产生装置102的可见光形成该实体影像112，并且投射该实体影像112。成像单元106接收来自该扩散单元104的可见光，通过控制该可见光反射至驾驶者眼睛，形成对应于该实体影像112的一虚拟影像114。其中该扩散单元104的实体影像112距离该成像单元106的长度Dp等于该虚拟影像114距离该成像单元106的长度Dv。详细的说明如图1A，在此不予赘述。 

根据上述，较佳实施例中，其中该扩散单元104的实体影像112距离该成像单元106的长度Dp等于该虚拟影像114距离该成像单元106的长度Dv，与现有使用的全像组件(holographic element)相比，当使用本发明的抬头显示系统(100a、100b、100c)，驾驶者的位置调整之后，驾驶者眼睛离挡风玻璃的距离亦随着改变，但是焦距改变不会造成虚拟影像模糊不清，而且本发明的成像单元106可为对可见光具高反射率的薄膜、对特定波长光线具高反射率的薄膜或偏光片等，较全像组件的成本低。 

本发明通过一成像单元106，以改善投射影像的景深视角，并清楚地显示该影像的内容。例如利用特定波段光学薄膜来选择特定波长范围的可见光并且显示该波长范围的虚拟影像114，或者是利用偏极化薄膜来选择特定极化方向的可见光并且显示该特定极化方向的虚拟影像114，使驾驶者清楚地观看该虚拟影像的文字及图像内容。应注意的是，本发明将可见光线投射至扩散单元104，然后反射至成像单元106，接着将来自扩散单元104的可见光特定波段的光线挡下来或是选择一极化方向的可见光，外界景物的可见光仍然可穿透成像单元106，故驾驶者仍可透过该成像单元106看到外界景像，以安全驾驶车辆。 

图2是依据本发明第四实施例的抬头显示系统的示意图。抬头显示系统100d主要包括影像产生装置102、成像单元106以及扩散单元104。影像产生装置102是装设于车辆108的任何位置，例如仪表板110a上方。影像产生装置102用以发出可见光，以产生实体影像112。成像单元106耦合于该影像产生装置102，以接收来自该影像产生装置102的可见光，并且反射该可见光。扩散单元104耦合于该成像单元106，以接收来自该成像单元106反射的可见光，以于该扩散单元104形成该实体影像112，并且投射该可见光返回至该成像单元106。其中该成像单元106控制返回的可见光，以形成对应于该实体影像112的一虚拟影像114。上述的可见光例如是激光，本发明的较佳实施例中，激光的波长介于400纳米至700纳米之间，或者是介于较高或较低的波长范围。上述的第四实施例的抬头显示系统其安装弹性比较大，因为此实施例的抬头显示系统可任意安装在可投射至成像单元106的不同位置，使用者甚至可以自行调整影像产生装置102与成像单元106间距离与投射角度等，而改变虚拟影像的尺寸与高低以符合不同驾驶坐姿的需要。 

在一实施例中，该成像单元106为一特定波段阻隔的光学薄膜。该特定波段若与上述的激光的波长范围相同或是可涵盖激光波段的任意波长范围，则投射至该成像单元106上的激光会被完全反射至扩散单元104以形成实体影像或反射至驾驶者的眼睛以形成虚拟影像。较佳实施例中，该光学薄膜可贴附于驾驶者前方视线可看到的挡风玻璃上或是直接镀在挡风玻璃上。驾驶者可透过此光学薄膜读取位于挡风玻璃前方的图像或文字虚拟影像，同时观察车辆前方的交通状况。 

在一实施例中，上述的激光具有特定极化方向，同时该成像单元106为偏极化薄膜(polarizer)。当激光与薄膜的极化方向形成一特定角度时，大部份的激光能量将会被完全反射至扩散单元或是驾驶者眼睛。其它的光源则可穿透该成像单元106。在较佳实施例中，该偏极化薄膜可贴附于驾驶者前方视线可看到的挡风玻璃上或是直接以例如镀膜、涂布等不同方式于挡风玻璃上形成光学薄膜。驾驶者可透过此偏极化薄膜读取位于挡风玻璃前方的图像或文字虚拟影像，同时观察车辆前方的交通状况。 

Claims (8)

1.一种抬头显示系统，其特征在于：其至少包含一影像产生装置，用以发出可见光，以产生实体影像；一成像单元，耦合于该影像产生装置，接收来自该影像产生装置的该可见光，并且反射该可见光；以及一扩散单元，耦合于该成像单元，接收来自该成像单元反射的该可见光，以于该扩散单元形成该实体影像，并且投射该可见光返回至该成像单元；其中该成像单元控制返回的该可见光，以于该成像单元形成该实体影像，并且形成对应于该实体影像的一虚拟影像。

2.如权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：该扩散单元为扩散薄膜，以使该实体影像形成于该扩散薄膜上。

3.如权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：该可见光为激光。

4.如权利要求3所述的抬头显示系统，其特征在于：该成像单元为一特定波段阻隔的光学薄膜；该特定波段若与上述的激光的波长范围相同或是可涵盖激光波段的任意波长范围，则投影至该成像单元上的激光会被完全反射至扩散单元形成实体影像。

5.如权利要求4所述的抬头显示系统，其特征在于：该特定波段的波长介于400纳米至700纳米之间。

6.如权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：该可见光具有特定极化方向。

7.如权利要求6所述的抬头显示系统，其特征在于：该成像单元系为偏极化薄膜，用以控制该可见光的反射比例。

8.如权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：该实体影像与该虚拟影像分别位于该成像单元的相异两侧。

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