CN112558299A - 用于扩充实境的抬头显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于扩充实境的抬头显示装置，包括反射镜组、第一光机模块及反射镜调整机构。反射镜组包括至少一可动的反射镜。第一光机模块用以投射一第一影像至至少一可动的反射镜，并通过反射镜组以将第一影像投射至一目标位置。反射镜调整机构用以调整至少一可动的反射镜的位置，以改变目标位置的高度。

Description

用于扩充实境的抬头显示装置
技术领域
本发明是有关于一种抬头显示装置，且特别是有关于一种用于扩充实境(Augmented Reality，AR)的抬头显示装置。
背景技术
为了提高驾驶的安全性，业界开发出抬头显示器，可使车辆驾驶员注视前方时，无须移动视线，即可在挡风玻璃上看到显示的相关行车信息或仪表信息或电子地图。此外，抬头显示器还可根据实际的路况将路标信息、导航信息或前方车辆警示及检测信息显示在挡风玻璃上，以提供驾驶员更安全的行车信息。
再者，通过抬头显示器将影像信息投射至挡风玻璃上的位置，并搭配视觉虚像特性，进而可将影像信息与实境景象结合，达到扩充实境(Augmented Reality，AR)的效果。然而，不同身高的驾驶员看到的影像的角度差异很大，以致于身高过高或过矮的人看到的影像信息位置将有所偏差，导致无法将影像信息与实境景象结合以实现扩充实境。
发明内容
根据本发明的一实施例，提出一种用于扩充实境的抬头显示装置，包括反射镜组、第一光机模块及反射镜调整机构。反射镜组包括至少一可动的反射镜。第一光机模块用以投射一第一影像至至少一可动的反射镜，并通过该反射镜组以将第一影像投射至一目标位置。反射镜调整机构用以调整至少一可动的反射镜的位置，以改变目标位置的高度。
根据本发明的一实施例，提出一种用于扩充实境的抬头显示装置，包括反射镜组、第一光机模块、第二光机模块及反射镜调整机构。反射镜组包括第一反射镜及第二反射镜，第一反射镜与第二反射镜彼此相对，且该第一反射镜可动，该第二反射镜不可动。第一光机模块用以投射一第一影像至第一反射镜，再由第一反射镜反射至第二反射镜，以将第一影像投射至一第一目标位置。第二光机模块用以投射一第二影像至第二反射镜，以将第二影像投射至一第二目标位置。反射镜调整机构用以调整第一反射镜的位置，以改变第一目标位置的高度。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为依照本发明实施例的一种用于扩充实境的抬头显示装置的示意图。
图2A为投射于正常目标位置的影像对应于不同人眼位置的高度的光路示意图。
图2B为依照本发明实施例的抬头显示装置的影像对应不同人眼位置所投射的对应目标位置及其光路示意图。
图3A及图3B分别为图2的抬头显示装置的的第一反射镜位于不同位置时的影像的光路示意图。
图4为依照本发明另一实施例的抬头显示装置的影像的光路示意图。
图5A及图5B分别为依照本发明实施例的第一影像及第二影像的示意图。
图5C为依照本发明实施例的第一影像及第二影像投射于挡风玻璃并结合实境景象的示意图。
图5D为第二影像的图像信息在第二影像的显示范围中的不同位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考所附图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
依照本发明的一实施例，提出一种用于扩充实境的抬头显示装置，可根据人眼位置调整影像投影至实境的位置，以达到影像与实境景象结合的效果。
请参照图5A及图5B，图5A及图5B分别为依照本发明实施例的第一影像MG1及第二影像MG2的示意图。第一影像MG1的图像信息包含导航信息M1及前方车辆警示M2，第二影像MG2的图像信息包含行车信息M3、仪表信息M4。在本发明实施例中，第一影像MG1用以与实境景象结合，第一影像MG1中的图像信息M1、M2可包含路标信息、导航信息、前方车辆警示及检测信息等；第二影像MG2用以显示其他信息，第二影像MG2中的图像信息M3、M4可包含行车信息、仪表信息、电子地图等。
请参照图5C，图5C为依照本发明实施例的第一影像MG1及第二影像MG2投射于挡风玻璃10并结合实境景象的示意图。如图5C所示，第一影像MG1经投射至挡风玻璃10上的一目标位置时，第一影像MG1的图像信息(例如导航信息M1及前方车辆警示M2等)可与实境景象(例如车辆、行人、红绿灯、道路分隔线等)相结合，以实现扩充实境。而第二影像MG2可投射至挡风玻璃10上不影响行车视线的另一目标位置，例如靠近挡风玻璃10四周的位置。
请参照图1，其所示为依照本发明实施例的一种用于扩充实境的抬头显示装置100的示意图。抬头显示装置100包括反射镜组110、光机模块120以及反射镜调整机构130。
光机模块120用以投射第一影像MG1至反射镜组110。光机模块120例如具有至少一光源，此光源输出的光线可为白光或红、绿、蓝的三原色光，且光线可经由色轮、分光滤镜、合光棱镜等光学元件分光或合光，再经由投影透镜成像，并将生成的影像，例如第一影像MG1，投射至反射镜组110。光机模块120例如是数字光处理器(DLP)模块或3片式液晶显示器(3LCD)模块。此外，光机模块120亦可为一图像产生器(picture generation unit,PGU)或其他显示模块。
反射镜组110可将第一影像MG1反射至挡风玻璃10上的一目标位置。接着，第一影像MG1通过挡风玻璃10反射至驾驶者20的人眼以产生第一影像MG1的虚像。请参照图1，目标位置例如为第一目标位置12、正常目标位置14或第二目标位置16。正常目标位置14位于第一目标位置12与第二目标位置16之间，其对应于正常的人眼位置24的高度，也就是一般身高的驾驶者20的人眼位置的高度。此外，第一目标位置12于挡风玻璃10上的高度大于正常目标位置14的高度，且第一目标位置12对应于较高的人眼位置22的高度，也就是身高较高的驾驶者20的人眼位置的高度。另外，第二目标位置16于挡风玻璃10上的高度小于正常目标位置14的高度，且第二目标位置16对应于较低的人眼位置26的高度，也就是身高较低的驾驶者20的人眼位置的高度。
在本发明实施例中，第一影像MG1投射于挡风玻璃10上的目标位置与驾驶者20的人眼位置的高度有关。本实施例的抬头显示器100可藉由调整反射镜组110来将第一影像MG1投射于不同的目标位置，以对应不同身高的驾驶者20的人眼位置的高度。
一般而言，若通过挡风玻璃10反射至驾驶者20的人眼所产生的第一影像MG1的虚像可投影于设定的实境结合区域GD，则第一影像MG1可与实境景象相结合，达到影像与实境景象结合的效果。请参照图2A，其所示投射于正常目标位置14的影像对应于不同人眼位置的高度的光路示意图。当以正常的人眼位置24观看投射于正常目标位置14上的第一影像MG1时，第一影像MG1的虚像可投影至地面G的正常地面区域GD0。此正常地面区域GD0会落入实境结合区域GD，即其投影位置可与实境景象相配合。然而，当以较高的人眼位置22观看投射于正常目标位置14上的第一影像MG1时，第一影像MG1将投影至位置相对位于靠近驾驶者20前方的第一地面区域GD1，而当以较低的人眼位置26观看投射于正常目标位置14上的第一影像MG1时，第一影像MG1将投影至位置相对位于远离驾驶者20前方的第二地面区域GD2，甚至有可能会投影至地表水平线以上的位置。当第一影像MG1通过人眼视线而投影至实境景象的虚像位置无法落于设定的实境结合区域GD中时，将导致第一影像MG1无法正确地与实境景象相结合，而无法实现扩充实境的效果。
为了确保无论驾驶者20的人眼位置高低，其观看到的影像皆可投影至可与实境景象相结合的实境结合区域GD中，以实现扩充实境的效果，在本实施例中，反射镜调整机构130用以调整反射镜组110，以调整第一影像MG1投射的目标位置(例如正常目标位置14、第一目标位置12或第二目标位置16)，以符合不同身高的驾驶者20的人眼高度的需求，使其观看到的第一影像MG1皆可投影至实境结合区域GD中。
请参照图2B，其所示依照本发明实施例的抬头显示装置的影像对应不同人眼位置所投射的对应目标位置及其光路示意图。如图2B所示，反射镜组110可包括一第一反射镜111与一第二反射镜112。第一反射镜111与第二反射镜112彼此相对，且第一反射镜111及第二反射镜112中的至少其中一反射镜为可动。第一影像MG1可由光机模块120投射至第一反射镜111，再由第一反射镜111反射至第二反射镜112，接着，第二反射镜112将第一影像MG1投射至挡风玻璃10上。
在一实施例中，第一反射镜111与第二反射镜112可为曲面镜或非球面镜。如图2B所示，第一反射镜111例如为凸面镜，第二反射镜112例如为凹面镜。第一反射镜111可动，而第二反射镜112不可动。反射镜调整机构130例如为旋钮或拉杆，用以旋转或平移第一反射镜111，以改变第一反射镜111将影像反射至第二反射镜112的位置，进而改变第二反射镜112将影像投射至挡风玻璃10上的目标位置的高度。在一实施例中，反射镜调整机构130用以平移第一反射镜111。反射镜调整机构130可带动第一反射镜111沿着一平面平移，使第一反射镜111可往靠近及远离挡风玻璃10的方向平移。
如图2B中所示，当第一反射镜111在第一位置时，即远离挡风玻璃10的位置时，由光机模块120投射的第一影像MG1是沿着光路路径L1投射至挡风玻璃10上的第一目标位置12。而当移动至第一反射镜111’的第二位置时，即靠近挡风玻璃10的位置时，由光机模块120投射的第一影像MG1是沿着光路路径L1’投射至挡风玻璃10上的第二目标位置16。第二目标位置16于挡风玻璃10上的高度小于第一目标位置12于挡风玻璃10上的高度。
请参照图3A至图3B，其分别为图2的抬头显示装置100的第一反射镜111位于不同位置时的影像的光路示意图。在图3A中，当第一反射镜111往远离挡风玻璃10的方向A平移时，第一影像MG1的光路L1经由反射镜组110反射之后到达较高的第一目标位置12，以符合身高较高的驾驶者20的人眼高度的需求。在图3B中，当第一反射镜111’往靠近挡风玻璃10的方向B平移时，第一影像MG1的光路L1’经由反射镜组110反射之后到达第二目标位置16，以符合较低身高的驾驶者20的人眼高度的需求。
在另一实施例中，在第一反射镜111及第二反射镜112中，第一反射镜111为不可动，而第二反射镜为112可动。如此，第一影像MG1由光机模块120投射至不可动的第一反射镜111，再由不可动的第一反射镜111反射至可动的第二反射镜112。接着，第二反射镜112将第一影像MG1投射至挡风玻璃10上。在此实施例中，通过可动的第二反射镜112的旋转或平移调整，进而改变第一影像MG1投射至挡风玻璃10上的目标位置。
在又一实施例中，第一反射镜111与第二反射镜112皆可动，也就是说，反射镜调整结构130可同时调整或各别调整第一反射镜111与第二反射镜112，使第一反射镜111与第二反射镜112旋转或平移。当第一反射镜111与第二反射镜112皆可动时，第一反射镜111与第二反射镜112可设置为同向平移、同向旋转、反向平移或反向旋转，本发明对此不加以限制。本实施例采用平移的方式移动第一反射镜111和/或第二反射镜112，可对第一影像MG1的目标位置的高度进行微调，相对于旋转的方式，可避免目标位置的移动范围过大。
在本实施例中，反射镜组110的旋转角度或平移距离与使用者观看第一影像MG1时的人眼高度有关，使用者可根据实际的人眼高度调整反射镜组110，以得到较佳的实境景象与虚拟影像的结合效果。
请参照图4，其所示为依照本发明另一实施例的具有双光机模块的抬头显示装置101的影像的光路示意图。本实施例的抬头显示装置101与上述实施例的抬头显示装置100大致上相同，其差异处在于：本实施例的抬头显示装置101包括一第一光机模块121与一第二光机模块122，第一光机模块121的功能如上述的光机模块120，第二光机模块121用以投射一第二影像MG2至第二反射镜112，以使第二影像MG2直接通过第二反射镜112投射至挡方玻璃10上的一第三目标位置18，其中第三目标位置18的高度小于第二目标位置16的高度。如图5C所示，第二影像MG2于挡风玻璃10上的水平高度小于第一影像MG1于挡风玻璃10上的水平高度，且第一影像MG1与第二影像MG2以不同的二光路L1、L2形成，即第二影像MG2未投射于第一反射镜111上。此外，在此实施例中，第一反射镜111为可动，而第二反射镜为112不可动。
在本实施例中，由于第二影像MG2直接投射在不可动的第二反射镜112上，因此第二影像MG2投射于挡风玻璃10上的目标位置的高度不会改变。然而，在此实施例中，第二光机模块122可通过调整第二影像MG2的图像信息在第二影像MG2的显示范围中的位置来对应不同人眼位置的高度。
如图5D所示，图5D所示为第二影像MG2的图像信息M3、M4在第二影像MG2的显示范围W中的不同位置示意图。当图像信息M3、M4位于显示范围W中的较高位置32时，其位置对应于身高较高的人眼位置22的高度；当图像信息M3、M4位于显示范围W中的正常位置34时，其位置对应于身高正常的人眼位置24的高度；当图像信息M3、M4位于显示范围W中的较低位置36时，其位置对应于身高较低的人眼位置26的高度。因此，经调整后的第二影像MG2可符合不同身高的驾驶者20的人眼位置的高度。
然而，在另一实施例中，当第二反射镜112为可动时，第二影像MG2的目标位置的高度则可通过调整第二反射镜112而改变。
第一光机模块121与第二光机模块122例如是数字光处理器(DLP)模块、3片式液晶显示器(3LCD)模块、图像产生器或其他显示模块，如上述实施例所述，在此不再赘述。
本实施例采用双光机模块可产生不同解析度的第一影像MG1与第二影像MG2。如图5C所示，第一影像MG1主要是显示路标信息、导航信息或前方车辆警示及检测信息，以较大的图像表示，因而所需要的解析度较低。第二影像MG2主要是显示行车信息、仪表信息或电子地图，以文字或较精细的图像表示，因而所需要的解析度较高。因此，本实施例的抬头显示装置101采用双光机模块可解决传统光路系统无法产生不同解析度的双影像的问题。此外，双光机模块更可对应不同的投影距离以产生不同的用途，例如，第一影像MG1可投影于较远的距离，以便与实境景象相结合，以实现扩充实境。而第二影像MG2可投影于较近的距离以取代仪表信息。
另外，本实施例采用双光机模块可依显示的信息选择不同的放大倍率。此外，第一影像MG1与第二影像MG2显示的信息、放大倍率与使用者观看的一实境景象的信息有关。如图5C所示，第一影像MG1例如是大视角且光程距离较长的宽画面影像，位于挡风玻璃10上方，主要显示路标等较大的图像，因此可放大第一影像MG1的倍率，使第一影像MG1的画面宽度更大且适于显示较大范围的行车信息，以方便使用者识别。第二影像MG2例如是小视角且光程距离较短的窄画面影像，位于挡风玻璃10下方，主要显示较小且精细的图像，因此可缩小放大倍率，使第二影像MG2的画面宽度较小且影像更清晰。因此，本实施例的抬头显示装置101采用双光机模块可解决传统光路系统无法产生不同放大倍率的双影像的问题。
由上述说明可知，本发明上述实施例的抬头显示装置采用单光路系统以显示第一影像MG1，并可根据使用者的身高或人眼高度位置调整第一影像MG1的目标位置，使第一影像MG1中的相关信息经投影至一目标位置时可与实境景象相结合，以实现扩充实境。此外，抬头显示装置亦可采用双光路系统以显示第一影像MG1及第二影像MG2，并可根据不同的光路系统得到不同解析度或不同放大倍率的第一影像MG1及第二影像MG2，以解决传统光路系统无法产生不同解析度或不同放大倍率的双影像的问题。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于扩充实境的抬头显示装置，其特征在于，包括：
反射镜组，包括至少一可动的反射镜；
第一光机模块，用以投射一第一影像至该至少一可动的反射镜，并通过该反射镜组将该第一影像投射至一目标位置；及
反射镜调整机构，用以调整该至少一可动的反射镜的位置，以改变该目标位置的高度。
2.如权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，该反射镜组包括一第一反射镜以及一第二反射镜，其中该第一反射镜可动，该第二反射镜不可动，且该第一影像先投射至该第一反射镜后，再反射至该第二反射镜。
3.如权利要求2所述的抬头显示装置，其特征在于，该反射镜调整机构用以平移该第一反射镜。
4.如权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，该第一反射镜在第一位置时，该第一影像沿着一光路路径投射至第一目标位置，而当该第一反射镜移动至第二位置时，该第一影像沿着另一光路路径投射至第二目标位置。
5.如权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，该反射镜组包括一第一反射镜以及一第二反射镜，其中该第一反射镜与该第二反射镜皆可动。
6.如权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，该反射镜调整结构用以旋转或平移该至少一可动的反射镜。
7.如权利要求6所述的抬头显示装置，其特征在于，该至少一可动的反射镜的旋转角度或平移距离与一使用者观看该第一影像时的人眼高度有关。
8.一种用于扩充实境的抬头显示装置，其特征在于，包括：
反射镜组，包括第一反射镜及第二反射镜，该第一反射镜与该第二反射镜彼此相对，且该第一反射镜可动，该第二反射镜不可动；
第一光机模块，用以投射一第一影像至该第一反射镜，再由该第一反射镜反射至该第二反射镜，以将该第一影像投射至一第一目标位置；
第二光机模块，用以投射一第二影像至该第二反射镜，以将该第二影像投射至一第二目标位置；及
反射镜调整机构，用以调整该第一反射镜的位置，以改变该第一目标位置的高度。
9.如权利要求8所述的抬头显示装置，其特征在于，该第二影像的解析度高于该第一影像的解析度。
10.如权利要求8所述的抬头显示装置，其特征在于，该第一影像的放大倍率大于该第二影像的放大倍率。
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