CN109581658A - 抬头显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抬头显示器包括第一图像源、第一反射元件、第二图像源及合光元件。第一图像源用以提供第一图像光束。第一反射元件位于第一图像源旁。第二图像源位于第一反射元件上且用以提供第二图像光束。第二图像源位于合光元件与第一反射元件之间。第一图像光束被依序被第一反射元件反射,穿过第二图像源,且被合光元件反射,以传递至位于合光元件后方的使用者眼睛,在合光元件的前方形成第一虚像。第二图像光束被合光元件反射,以传递至位于合光元件后方的使用者眼睛,在合光元件的前方形成第二虚像。第一虚像与第二虚像的成像位置不同。通过第一虚像与第二虚像的组合,抬头显示器能显示具有立体感的画面。
Description
技术领域
本发明涉及一种抬头显示器。
背景技术
抬头显示器(Head Up Display),是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。抬头的意思是指使用者不需要低头就能够看到他需要的重要信息。抬头显示器最早出现在军用飞机上,降低飞行员需要低头查看仪表的频率,避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness)的掌握。因为抬头显示器方便性以及能够提高飞行安全,民航机也纷纷跟进安装。近年来,部分汽车也装设置有抬头显示器,以提高产品附加价值。然而,现行的抬头显示器仅能显示二维的平面画面,应用范围有限。
发明内容
本发明是针对一种抬头显示器,显示效果佳。
根据本发明的实施例,抬头显示器包括第一图像源、第一反射元件、第二图像源及合光元件。第一图像源用以提供第一图像光束。第一反射元件位于第一图像源旁。第二图像源位于第一反射元件上且用以提供第二图像光束。第二图像源位于合光元件与第一反射元件之间。第一图像光束被依序被第一反射元件反射,穿过第二图像源,且被合光元件反射,以传递至使用者的眼睛。第二图像光束被合光元件反射,以传递至使用者的眼睛。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,第一图像源包括光源及第一显示面板。光源用以发出光束。第一显示面板位于光源与第一反射元件之间,光束穿过第一显示面板,以形成第一图像光束。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,第二图像源包括第二显示面板。第二显示面板位于合光元件与第一反射元件之间。光束穿过第二显示面板,以形成第二图像光束。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,第一反射元件的反射面相对于第一显示面板的显示面及第二显示面板的显示面倾斜。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,第一显示面板的显示面与第二显示面板的显示面互相垂直。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,合光元件包括交通工具的前挡风玻璃。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,抬头显示器还包括多个第二反射元件。多个第二反射元件分别位于第一图像源的相对两侧。第一图像光束被多个第二反射元件反射至第一反射元件。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,第一图像源包括光源及第一显示面板。光源用以发出光束。第一显示面板位于光源与第一反射元件之间,光束穿过第一显示面板,以形成第一图像光束。光束依序被多个第二反射元件反射、被第一反射元件反射,且穿过第二图像源,以形成第二图像光束。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,多个第二反射元件位于第一显示面板与第一反射元件之间且与第一反射元件相隔一段距离。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,多个第二反射元件的多个反射面彼此相对,且多个第二反射元件的多个反射面分别与第一显示面板的显示面夹有多个角度。
在根据本发明的实施例的抬头显示器中,所述多个角度大于或等于90°。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明,且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例,并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例的抬头显示器的侧视示意图;
图2为图1的抬头显示器的投影单元的立体示意图;
图3示出照相机于图1的合光元件后方拍摄到的第一图像光束及第二图像光束所分别形成的第一图像及第二图像;
图4为本发明另一实施例的抬头显示器的侧视示意图;
图5为图4的抬头显示器的投影单元的立体示意图;
图6为图4的抬头显示器的俯视示意图;
图7示出以30°的视角观看图1的抬头显示器所显示的第一虚像及第二虚像;
图8示出以30°的视角观看图4的抬头显示器所显示的第一虚像及第二虚像。
附图标号说明
10:使用者眼睛;
100、100A:投影单元;
110:第一图像源;
112:光源;
114:第一显示面板;
114a、132a:显示面;
120:第一反射元件;
120a、150a:反射面;
130:第二图像源;
132:第二显示面板;
140:壳体;
150:第二反射元件;
200:合光元件;
1000、1000A:抬头显示器;
d:距离;
L:光束;
L1:第一图像光束;
L2:第二图像光束;
M1:第一虚像;
m1:第一图像;
M2:第二虚像;
m2:第二图像;
x、y、z:方向;
α、β、γ、:角度。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例,示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能,相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1为本发明一实施例的抬头显示器的侧视示意图。图2为图1的抬头显示器的投影单元的立体示意图。为清楚表达起见,附图中标有xyz直角坐标系,其中方向x、方向y及方向z互相垂直。
请参照图1及图2,抬头显示器1000包括投影单元100及合光(light combing)元件200。投影单元100包括第一图像源110、第一反射元件120及第二图像源130。在本实施例中,第一图像源110、第一反射元件120及第二图像源130可装设于壳体140,但本发明不以此为限。第一图像源110用以提供第一图像光束L1。举例而言,第一图像源110可包括光源112及第一显示面板114。第一显示面板114位于光源112与第一反射元件120之间。光源112用以发出光束L。光束L穿过所第一显示面板114,以形成携带有第一图像信息的第一图像光束L1。在本实施例中,光源112例如是能提供均匀面光源的背光模组,所述背光模组可以是直下式、侧入式或其它适当型式,但本发明不以此为限。在本实施例中,第一显示面板114可以是非自发光的显示面板,例如:各种模式的液晶显示面板,包括扭转向列(TN)、超级扭转向列(Super Twisted Nematic,STN)、垂直排列(Vertical Alignment,VA)、面内切换(in-planeswitching,IPS)、边缘场切换(fringe field switching,FFS)或其它适当模式。需说明的是,本发明并不限制第一图像源110一定要包括光源112及第一显示面板114。在其它实施例中,第一图像源110也可以是其它适当形式的图像源。举例而言,在另一实施例中,第一图像源110也可以是自发光的显示面板(例如:有机电致发光、微型发光二极体或其它适当形式的显示面板)而不需包括光源112;在又一实施例中,第一图像源110也可以是微型投影机。
第一反射元件120位于第一图像源110旁。在本实施例中,第一反射元件120的反射面120a相对于第一显示面板114的显示面114a倾斜,以将来自于显示面114a的第一图像光束L1反射向合光元件200。在本实施例中,第一反射元件120的反射面120a与第一显示面板114的显示面114a夹有角度α,其中0°<α<90°。角度α的大小可视实际的机构及光学设计而调整的。在本实施例中,第一反射元件120例如是反射镜,但本发明不以此为限。
第二图像源130位于第一反射元件120上且用以提供第二图像光束L2。在本实施例中,第二图像源130可包括第二显示面板132,第二显示面板132位于合光元件200与第一反射元件120之间。在本实施例中,第二显示面板132可以选择性地是非自发光的显示面板,例如:各种模式的液晶显示面板,包括扭转向列(TN)、超级扭转向列(Super TwistedNematic,STN)、垂直排列(Vertical Alignment,VA)、面内切换(in-plane switching,IPS)、边缘场切换(fringe field switching,FFS)或其它适当模式。光源112所发出的光束L被第一反射元件120反射后可穿过第二显示面板132,以形成携带有第二图像信息的第二图像光束L2。然而,本发明不限于此,在其它实施例中,第二显示面板132也可以是自发光的显示面板(例如:有机电致发光、微型发光二极体或其它适当形式的显示面板)而不需借用光源112所发出的光束L。
在本实施例中,第一反射元件120的反射面120a可相对于第二显示面板132的显示面132a倾斜。第一反射元件120的反射面120a与第二显示面板132的显示面132a夹有角度β,其中0°<β<90°。角度β的大小可视实际的机构及光学设计而调整之。在本实施例中,第一显示面板114的显示面114a与第二显示面板132的显示面132a例如是互相垂直,但本发明不限于此,在其它实施例中,第一显示面板114的显示面114a与第二显示面板132的显示面132a也可夹其它适当角度。
第二图像源130位于合光元件200与第一反射元件120之间。第一图像光束L1被依序被第一反射元件120反射,穿过第二图像源130,且被合光元件200反射,以传递至位于合光元件200后方的使用者眼睛10,于合光元件200的前方形成第一虚像M1。第二图像光束L2被合光元件200反射,以传递至位于合光元件200后方的使用者眼睛10,于合光元件200的前方形成第二虚像M2。第一虚像M1的成像位置距离合光元件200较远,第二虚像M2的成像位置距离合光元件200较近。也就是说,眼睛10所看到的第一虚像M1相当于前景画面,眼睛10所看到的第二虚像M2相当于后景画面。
图3示出照相机于图1的合光元件200后方拍摄到的第一图像光束L1及第二图像光束L2所分别形成的第一图像m1及第二图像m2。请参照图1及图3,第一图像m1对应眼睛10所看到的第一虚像M1,第二图像m2对应眼睛10所看到的第二虚像M2。如图3所示,第一图像m1(或者说,第一虚像M1)是前景画面,第二图像m2(或者说,第二虚像M2)是后景画面。通过第一图像m1(或者说,第一虚像M1)与第二图像m2(或者说,第二虚像M2)的组合,抬头显示器1000能显示具有立体感的画面。更进一步地说,在本实施例中,第一图像m1(或者说,第一虚像M1)及第二图像m2(或者说,第二虚像M2)还可与现实场景(例如:图3的行车场景)进行结合与互动,以使抬头显示器1000具有扩增实境(Augmented-Reality;AR)的功能,但本发明不以此为限。
在本实施例中,合光元件200例如是交通工具(例如:汽车、飞机等)的前挡风玻璃。也就是说,本实施例的抬头显示器1000可以应用在交通工具上。然而,本发明不限于此,在其它实施例中,抬头显示器1000也可应用在穿戴式装置(例如:具有扩增实境功能的智慧型眼镜)上;合光元件200也可以是装设在眼镜架上的棱镜(prism)。
图4为本发明另一实施例的抬头显示器的侧视示意图。图5为图4的抬头显示器的投影单元的立体示意图。图6为图4的抬头显示器的俯视示意图。请参照图4至图6,抬头显示器1000A与抬头显示器1000类似,抬头显示器1000A与抬头显示器1000的差异在于,抬头显示器1000A多了第二反射元件150,以下主要说明此差异。
抬头显示器1000A包括投影单元100A及合光元件200。投影单元100A包括第一图像源110、第一反射元件120及第二图像源130。第一图像源110用以提供第一图像光束L1。第一反射元件120位于第一图像源110旁。第二图像源130位于第一反射元件120上且用以提供第二图像光束L2。第二图像源130位于合光元件200与第一反射元件120之间。第一图像光束L1被依序被第一反射元件120反射,穿过第二图像源130,且被合光元件200反射,以传递至位于合光元件200后方的使用者眼睛10,于合光元件200的前方形成第一虚像M1。第二图像光束L2被合光元件200反射,以传递至位于合光元件200后方的使用者眼睛10,于合光元件200的前方形成第二虚像M2。
与抬头显示器1000不同的是,抬头显示器1000A的投影单元100A还包括多个第二反射元件150。多个第二反射元件150分别位于第一图像源110的相对两侧。在本实施例中,多个第二反射元件150大致上位于第一显示面板114与第一反射元件120之间且与第一反射元件120相隔一段距离d。多个第二反射元件150的多个反射面150a彼此相对,且多个第二反射元件150的多个反射面150a分别与第一显示面板114的显示面114a夹有多个角度γ。各角度γ大于或等于90°。
第一图像光束L1依序被多个第二反射元件150的多个反射面150a反射,被第一反射元件120反射,穿过第二图像源130,且被合光元件200反射,以传递至位于合光元件200后方的使用者眼睛10,在合光元件200的前方形成第一虚像M1。类似地,光源112所发出的光束L依序被多个第二反射元件150的多个反射面150a反射、被第一反射元件120反射,穿过第二显示面板132,且被合光元件200反射,以传递至位于合光元件200后方的使用者眼睛10,于合光元件200的前方形成第二虚像M2。
如图6所示,通过多个第二反射元件150的反射作用,第一图像光束L1及第二图像光束L2可扩散至较大的范围。藉此,加装有第二反射元件150的抬头显示器1000A的可视范围能由抬头显示器1000的可视范围R1增加至较大的可视范围R2。举例而言,在本实施例中,抬头显示器1000A的视角可由抬头显示器1000的0°增加至左右两侧各30°。以下配合图7及图8,举例说明抬头显示器1000A及抬头显示器1000的显示效果的差异。
图7示出以30°的视角观看图1的抬头显示器1000所显示的第一虚像M1及第二虚像M2。图8示出以30°的视角观看图4的抬头显示器1000A所显示的第一虚像M1及第二虚像M2。请参照图7及图8,若均以30°的视角观看抬头显示器1000及抬头显示器1000A,加装有第二反射元件150的抬头显示器1000A所显示的第一虚像M1(即图8的第一虚像M1),不易出现抬头显示器1000所显示的第一虚像M1(即图7的第一虚像M1)的淡化的问题。也就是说,加装第二反射元件150后,抬头显示器1000A的显示效果能提升。
综上所述,本发明一实施例的抬头显示器包括第一图像源、第一反射元件、第二图像源及合光元件。第一图像源用以提供第一图像光束。第一反射元件位于第一图像源旁。第二图像源位于第一反射元件上且用以提供第二图像光束。第二图像源位于合光元件与第一反射元件之间。第一图像光束被依序被第一反射元件反射,穿过第二图像源,且被合光元件反射,以传递至位于合光元件后方的使用者眼睛,于合光元件的前方形成第一虚像。第二图像光束被合光元件反射,以传递至位于合光元件后方的使用者眼睛,且于合光元件的前方形成第二虚像。第一虚像与第二虚像的成像位置不同。通过第一虚像与第二虚像的组合,抬头显示器能显示具有立体感的画面。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种抬头显示器,其特征在于,包括:
第一图像源,用以提供第一图像光束;
第一反射元件,位于所述第一图像源旁;
第二图像源,位于所述第一反射元件上且用以提供第二图像光束;以及
合光元件,其中所述第二图像源位于所述合光元件与所述第一反射元件之间,所述第一图像光束被依序被所述第一反射元件反射,穿过所述第二图像源,且被所述合光元件反射,以传递至使用者的眼睛;所述第二图像光束被所述合光元件反射,以传递至所述使用者的所述眼睛。
2.根据权利要求1所述的抬头显示器,其特征在于,所述第一图像源包括:
光源,用以发出光束;以及
第一显示面板,其中所述第一显示面板位于所述光源与所述第一反射元件之间,所述光束穿过所述第一显示面板,以形成所述第一图像光束。
3.根据权利要求2所述的抬头显示器,其特征在于,所述第二图像源包括:
第二显示面板,位于所述合光元件与所述第一反射元件之间,其中所述光束穿过所述第二显示面板,以形成所述第二图像光束。
4.根据权利要求3所述的抬头显示器,其特征在于,所述第一反射元件的反射面相对于所述第一显示面板的显示面及所述第二显示面板的显示面倾斜。
5.根据权利要求3所述的抬头显示器,其特征在于,所述第一显示面板的显示面与所述第二显示面板的显示面互相垂直。
6.根据权利要求1所述的抬头显示器,其特征在于,所述合光元件包括交通工具的前挡风玻璃。
7.根据权利要求1所述的抬头显示器,其特征在于,还包括:
多个第二反射元件,分别位于所述第一图像源的相对两侧,其中所述第一图像光束被所述多个第二反射元件反射至所述第一反射元件。
8.根据权利要求7所述的抬头显示器,其特征在于,所述第一图像源包括:
光源,用以发出光束;以及
第一显示面板,其中所述第一显示面板位于所述光源与所述第一反射元件之间,所述光束穿过所述第一显示面板,以形成所述第一图像光束;
所述光束依序被所述多个第二反射元件反射、被所述第一反射元件反射,且穿过所述第二图像源,以形成所述第二图像光束。
9.根据权利要求8所述的抬头显示器,其特征在于,所述多个第二反射元件位于所述第一显示面板与所述第一反射元件之间且与所述第一反射元件相隔一段距离。
10.根据权利要求8所述的抬头显示器,其特征在于,所述多个第二反射元件的多个反射面彼此相对,且所述多个第二反射元件的所述多个反射面分别与所述第一显示面板的显示面夹有多个角度。
11.根据权利要求10所述的抬头显示器,其特征在于,所述多个角度大于或等于90°。
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