TW201514540A - 可攜式抬頭顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一可攜式抬頭顯示裝置包含一影像源、一光路導引模組及一可調式顯示板。光路導引模組包含一光擴散版及一光學鏡頭模組。影像源提供一影像至光路導引模組。光擴散板與影像源相距一預設距離，並包含可切換之一高穿透率部及一低穿透率部。光擴散板藉由高穿透率部或低穿透率部接收影像，並隨外部環境背景光之亮度變化而調整影像之亮度及對比。光學鏡頭模組與光擴散板相距一預設距離，用以接收透過光擴散板之影像，並將影像由一實像狀態轉化為一虛像狀態。可調式顯示板用以接收透過光學鏡頭模組之影像，並依控制前後傾斜或左右轉動將影像呈現。

Description

可攜式抬頭顯示裝置

一種顯示裝置，尤其是指一種小型模組化且安裝簡易之可攜式抬頭顯示裝置。

在一駕駛環境中，駕駛者需要隨時接收車速、水溫、引擎轉速、檔位及油量等各種訊息，例如在汽車的駕駛艙中，係以儀表板顯示前述訊息，而儀表板通常配合車體之設計，設置於擋風玻璃下方。

駕駛者在駕駛過程中，需透過擋風玻璃掌握周遭環境路況的變化。然而，人類肉眼的視野有限，因此，在透過擋風玻璃觀察周遭路況的同時，仍需移轉視線至設置於擋風玻璃下方之儀表板觀看車速等訊息，此視線的移轉往往造成駕駛者瞬間的分心，導致駕駛危安事故的發生。

為了解決上述問題，乃有抬頭顯示裝置(Head-Up Display Device，HUD)的出現。顧名思義，抬頭顯示裝置的功能在於讓駕駛者在不需低頭觀看儀表板的情況下，亦能得知車速、油量等訊息。

習知抬頭顯示裝置有多種不同形式，其一為在擋風 玻璃下方設置一LED顯示盒，再透過設置於擋風玻璃上的反射膜反射LED顯示盒之訊息至駕駛者。然而，此種形式的抬頭顯示裝置，其影像未經放大，使得影像過小，且影像聚焦點距離擋風玻璃過近，使駕駛者仍然需作視野轉移的動作方能得到所需訊息，也因此無法完全發揮抬頭顯示裝置的效果。

另外一種形式的抬頭顯示裝置，在LED或LCD等顯示器之前設置一放大鏡組，再將放大後的影像透過光學系統反射至駕駛者。然而，此種形式的抬頭顯示裝置需設置複雜的光學系統以解決色像差及影像歪曲等問題，造成整個抬頭顯示裝置體積過於龐大，並且其光學系統需與車廠搭配在造車時即需設置，導致建置成本過大。再者，在周遭環境光太強的狀況下，此種抬頭顯示裝置所呈現的影像容易有對比或亮度不足而致辯識不清的問題。

為解決上述問題，本發明之一目的在提供一種可攜式抬頭顯示裝置。可攜式抬頭顯示裝置採用模組化設計，可簡易地設置於一汽車內，減少建置複雜度。可攜式抬頭顯示裝置使用微投影機為影像來源，並在微投影機投影出影像後先經過一光路導引模組。光路導引模組內包含一光擴散板或一毛玻璃，藉此可增加影像之亮度及對比，以免受外界強光影響。影像經由光學鏡頭模組由實像狀態轉化為虛像狀態後，透過一可調式顯示板呈現至駕駛者。可調 式顯示板可隨不同擋風玻璃的傾斜角度及不同駕駛者的駕駛姿勢而變化，以達到最佳視角。

本發明之一態樣在提供一種可攜式抬頭顯示裝置，包含一影像源、一用以接收影像的光路導引模組以及一可調式顯示板。光路導引模組包含一光擴散板及一光學鏡頭模組。影像源用以提供一影像。光擴散板與影像源相距一預設距離，並包含可切換之一高穿透率部及一低穿透率部。光擴散板藉由高穿透率部或低穿透率部接收影像，並隨一外部環境背景光之一亮度變化而調整影像之一亮度及對比。光學鏡頭模組與光擴散板相距一預設距離，其係用以接收透過光擴散板之影像，並將影像由一實像狀態轉化為一虛像狀態。可調式顯示板設置用以接收透過光學鏡頭模組之影像，並依控制前後傾斜或左右轉動將影像呈現。

一實施例中，光擴散板與影像源之距離介於1至5公分，光學鏡頭模組與光擴散板之該距離介於9至13公分。

另一實施例中，上述的可攜式抬頭顯示裝置更可包含一反射裝置，用以反射透過光擴散板之影像。影像源可為一數位光學處理(Digital Light Processing，DLP)微投影機、一矽基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)微投影機、一液晶微投影機或一掃描式雷射(Scanned Laser)投影機。此外，光擴散板之至少一表面形成規則或不規則凹凸形狀，且包含至少一微鏡陣列。另外，光學鏡頭模組包含一鏡片或二鏡片以上之組合。

本發明之另一態樣在提供一種可攜式抬頭顯示裝 置，包含一微投影機、一用以接收影像的光路導引模組以及一可調式顯示板。光路導引模組包含一毛玻璃、一反射裝置及一光學鏡頭模組。微投影機用以投射出一影像。毛玻璃與微投影機相距一預設距離，並包含可切換之一高穿透率部及一低穿透率部。毛玻璃藉由高穿透率部或低穿透率部接收影像，並隨一外部環境背景光亮度變化而調整影像之一亮度及對比。反射裝置與毛玻璃相距一預設距離，其係用以反射透過毛玻璃之影像。光學鏡頭模組與反射裝置相距一預設距離，其係用以接收透過反射裝置反射之影像，並將影像由一實像狀態轉化為一虛像狀態。可調式顯示板用以接收透過光學鏡頭模組之影像，並依控制前後傾斜或左右轉動將影像呈現。

一實施例中，毛玻璃與微投影機之距離介於1至5公分，反射裝置與毛玻璃之距離介於3至7公分，而光學鏡頭模組與反射裝置之距離介於3至7公分。

另一實施例中，微投影機可為一數位光學處理微投影機、一矽基液晶微投影機、一液晶微投影機或一掃描式雷射投影機。微投影機並可包含一有線接收模組或無線接收模組，用以接收一訊息，並將訊息投影而出。

又一實施例中，毛玻璃、反射裝置、光學鏡頭模組可為玻璃或塑膠材質。此外，反射裝置可為一反射鏡、一分光片、一偏振分光片、一菱鏡或一全像光學件。另外，光學鏡頭模組可包含一鏡片或二鏡片以上之組合，鏡片可選自一雙凸透鏡、一雙凹透鏡、一平凸透鏡、一平凹透鏡、 一全像光學件，一平面鏡、一繞射光學件或一菲涅爾透鏡之中任一者或任二者以上之任意組合。

再一實施例中，可調式顯示板為一透明塑膠平板或一透明玻璃平板，且厚度小於等於1毫米。此外，上述之可攜式抬頭顯示裝置更包含一分光片及另一可調式顯示器，分光片用以將透過光學鏡頭模組之影像一分為二，其中一虛像透過一可調式顯示器呈現，另一影像透過另一可調式顯示器呈現。

100‧‧‧可攜式抬頭顯示裝置

101‧‧‧微投影機

101a‧‧‧接收模組

102‧‧‧光擴散板

102a‧‧‧凹凸形狀

102b‧‧‧高穿透率部

102c‧‧‧低穿透率部

103‧‧‧反射裝置

S‧‧‧虛像

104‧‧‧光學鏡頭模組

105‧‧‧可調式顯示板

106‧‧‧光路導引模組

107‧‧‧轉軸

108‧‧‧光反射片

109‧‧‧分光片

110‧‧‧可調式顯示板

200‧‧‧擋風玻璃

第1圖繪示依據本發明一實施例之可攜式抬頭顯示裝置使用狀態示意圖。

第2圖繪示依據本發明一實施例之可攜式抬頭顯示裝置成像原理示意圖。

第3圖繪示依據本發明一實施例之可攜式抬頭顯示裝置外觀示意圖。

第4圖繪示依據第3圖中光路導引模組內之光學元件設置圖。

第5圖繪示本發明光擴散板之一實施例示意圖。

第6圖繪示可攜式抬頭顯示裝置之一組合方式示意圖。

第7圖繪示可攜式抬頭顯示裝置之另一組合方式示意圖。

第8圖繪示本發明之可攜式抬頭顯示裝置之另一應用方式示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例的運作方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖，第1圖繪示依據本發明一實施例之可攜式抬頭顯示裝置100使用狀態示意圖。可攜式抬頭顯示裝置100具有小型、可攜及易於安裝的特性。在第1圖的汽車駕駛環境中，可攜式抬頭顯示裝置100以模組化易拆方式裝設於擋風玻璃200與駕駛者之間。可攜式抬頭顯示裝置100可因應駕駛者之使用習慣、身形大小以及車內設備的位置等的不同，改變設置位置以得到最佳觀視角度。並且，可攜式抬頭顯示裝置100更包含一可調式顯示板105。可調式顯示板105不僅可前後傾斜以配合不同車型之擋風玻璃200之不同傾斜角度，更可左右轉動以配合不同駕駛者的駕駛姿勢。

請參照第2圖，第2圖繪示依據本發明一實施例之可攜式抬頭顯示裝置100成像原理示意圖。可攜式抬頭顯示裝置100中，影像源使用一微投影機101，微投影機101所投射之影像為一實像，在透過一設置於一光路導引模組106內的光學元件後，實像將轉化為一虛像S。光路導引模 組106上裝設有可自由轉動之可調式顯示板105，讓虛像S藉由可調式顯示板105呈現至駕駛者。此時，駕駛者視線透過可調式顯示板105，在擋風玻璃200外看到一虛像S。

請參照第3圖及第4圖，第3圖繪示依據本發明一實施例之可攜式抬頭顯示裝置100外觀示意圖；第4圖繪示依據第3圖中，光路導引模組106內之光學元件設置圖。可攜式抬頭顯示裝置100由外觀視之，包含一微投影機101、一光路導引模組106以及一可調式顯示板105。

微投影機101係作為一影像源。微投影機101可為一數位光學處理微投影機、一矽基液晶微投影機、一液晶微投影機或一掃描式雷射投影機。微投影機101內包含接收模組101a，可接收訊息，並將訊息投影而出。接收模組101a可為一有線接收模組或無線接收模組。透過接收模組101a，微投影機101更可與智慧型手機、GPS導航裝置、可攜式電腦等作連結，將各式訊息投影而出。

光路導引模組106接收微投影機101投射過來的影像，其內設置有若干光學元件，使影像透過光路導引模組106投影而出。光路導引模組106內設置有一光擴散板102、一反射裝置103以及一光學鏡頭模組104。光路導引模組106之設計，主要為形成模組化，將除微投影機101及可調式顯示板105外的光學元件收納集合，以達到小型可攜的效果。為達到小型可攜效果，光擴散板102與微投影機101之距離介於1至5公分，反射裝置103與光擴散板102之距離介於3至7公分，而光學鏡頭模組104與反 射裝置103之距離介於3至7公分。藉由光路的最佳化設計，使光路導引模組106能達到小型化而不減損光學效果。另一方面，影像的色像差或歪曲等誤差，藉由光學鏡頭模組104即可消除，之後的可調式顯示板105可使用塑膠或玻璃材質的透明平板，不必如習知為消除色像差而使用具弧度之顯示板，易導致疊影或影像形狀失真等狀況發生。

光擴散板102的設置，使由微投影機101投影而出的影像經過光擴散板102後的亮度分佈更為均勻，具有增加對比及亮度的效果。光擴散板102並具有可切換的一高穿透率部102b及一低穿透率部102c，藉此可依需求切換不同的穿透率，可令最終的影像亮度隨不同外在環境背景亮度得到適當的調整。光擴散板102至少一表面可形成規則或不規則之凹凸形狀102a。在一實施例中，凹凸形狀102a由一微鏡陣列組成。微投影機101投影而出的影像的光線，在透過光擴散板102後，為凹凸形狀102a打散並重分配，使亮度分佈更為均勻；並且透過凹凸形狀102a形成光學折射及反射等效應，使重分配後之光線更為集中，因此可增加影像的亮度及對比，降低周遭環境強光的影響。

反射裝置103改變光路徑，使影像能投射至光學鏡頭模組104。反射裝置103可使用任何可改變光路徑的光學元件，例如反射鏡、分光片、偏振分光片、菱鏡或全像光學件等。

光學鏡頭模組104包含至少一片鏡片。目的在接收透過反射裝置103反射而來的影像(此時為實像)，將其轉化 為虛像S並且放大。光學鏡頭模組104可使用二片以上的鏡片，鏡片可為一雙凸透鏡、一雙凹透鏡、一平凸透鏡、一平凹透鏡、一全像光學件，一平面鏡、一繞射光學件或一菲涅爾透鏡的任意組合，而透過不同鏡片的組合，能對影像之色像差或歪曲作一校正，使影像能清楚正確地呈現。

可調式顯示板105接受光路導引模組106傳送之影像，其目的為改變光路徑，將透過光路導引模組106中的光學鏡頭模組104所呈現的虛像S投射至駕駛者。可調式顯示板105可具有多種設置方式，本實施例中以轉軸107裝設於光路導引模組106上，並可具有前後傾斜及左右轉動的功能。可調式顯示板105亦可獨立地裝設於光路導引模組106外，藉此可具有多種靈活的配置方式以應不同需求。可調式顯示板105可為一透明塑膠平板或一透明玻璃平板，其厚度小於等於1毫米，因此可避免疊影及影像失真狀況的產生。駕駛者透過可調式顯示板105，可看到由光學鏡頭模組104而來的虛像S，此虛像S係呈現於擋風玻璃200外；因此，駕駛者可於透過擋風玻璃200觀察周遭環境的同時，看到虛像S所呈現的車速、檔位等重要訊息，以便對駕駛狀況有全面的掌握。並且，由於可調式顯示板105可前後傾斜或左右轉動，相較於習知僅可前後傾斜的設置，可調式顯示板105應用上的自由度更高，更能配合不同駕駛者的不同駕駛姿勢，達到更好的觀視角度。

上述的光路導引模組106內的光學元件，如光擴散板102、反射裝置103、光學鏡頭模組104以及可調式顯示 板105，皆可使用玻璃或塑膠材質，使用塑膠材質能節省成本，並對小型輕量化有所助益，可達到更好的可攜性。

請參照第5圖，第5圖繪示本發明光擴散板102之一實施例示意圖。本發明之光擴散板102，其中之一實施例係選用一毛玻璃。微投影機101投影出之影像光線通過毛玻璃之不規則表面時，原有影像會被打散，並因不規則表面之起伏產生的光線折射及反射等效應，形成一較原始影像亮度分佈更均勻，且亮度及對比更高的影像。如此一來，當駕駛者在周遭環境光很強的狀況下，仍然可很清楚地看到一個清晰的影像。毛玻璃並包含可切換的一高穿透率部102b及一低穿透率部102c，可依外在環境背景光的亮度變化而切換不同穿透率，使最終影像的亮度得到合適的調整。

請參照第6圖及第7圖，第6圖繪示可攜式抬頭顯示裝置100之一組合方式示意圖，第7圖繪示可攜式抬頭顯示裝置100另一組合方式示意圖。第6圖中，光路導引模組106為一直立長形的設計，因此其內設置之光擴散板102、反射裝置103、光學鏡頭模組104等光學元件的排列較為緊湊且往垂直方向延伸。

第7圖中，為因應不同車型中的空間配置，光路導引模組106改以橫躺方式設置，亦即光路導引模組106高度較為窄縮，因此在光路徑中，必須額外增設另一光反射片108，將光路徑導引至正確位置。

請參照第8圖，第8圖繪示本發明之可攜式抬頭顯示裝置100另一應用方式示意圖。第8圖中，由光學鏡頭模組104投射出的影像先經過分光片109的分光，再分別 投射至可調式顯示板105及另一可調式顯示板110。藉此，除駕駛者可看到訊息外，車上其他乘客亦可看到相同訊息，因此可協助駕駛者注意周遭環境及車況，確保乘車安全。

綜合以上，本發明提供了一種可攜式抬頭顯示裝置100。可攜式抬頭顯示裝置100具有小型化體積及模組化的設計，可以各種形式於車內安裝，具有安裝上之便利性。可攜式抬頭顯示裝置100的光擴散板102使用毛玻璃，可使影像亮度分佈更均勻、亮度對比更好，免於受周遭環境強光的影響。再者，可調式顯示板105可前後傾斜或左右轉動，可因應不同的擋風玻璃200傾斜角度及駕駛者的姿勢，達到最佳的觀視角度。

100‧‧‧可攜式抬頭顯示裝置

101‧‧‧微投影機

102‧‧‧光擴散板

102a‧‧‧凹凸形狀

102b‧‧‧高穿透率部

102c‧‧‧低穿透率部

103‧‧‧反射裝置

104‧‧‧光學鏡頭模組

105‧‧‧可調式顯示板

106‧‧‧光路導引模組

200‧‧‧擋風玻璃

S‧‧‧虛像

Claims (19)

1. 一種可攜式抬頭顯示裝置，包含：一影像源，用以提供一影像；一用以接收該影像的光路導引模組，其包含：一光擴散板，其與該影像源相距一預設距離，並包含可切換之一高穿透率部及一低穿透率部，該光擴散板藉由該高穿透率部或該低穿透率部接收該影像，並隨一外部環境背景光之一亮度變化而調整該影像之一亮度及對比；及一光學鏡頭模組，其與該光擴散板相距一預設距離，該光學鏡頭模組用以接收透過該光擴散板之該影像，並將該影像由一實像狀態轉化為一虛像狀態；以及一可調式顯示板，其用以接收透過該光學鏡頭模組之該影像，並依控制前後傾斜或左右轉動將該影像呈現。
2. 如請求項1之可攜式抬頭顯示裝置，其中該光擴散板與該影像源之該距離介於1至5公分，該光學鏡頭模組與該光擴散板之該距離介於9至13公分。
3. 如請求項1之可攜式抬頭顯示裝置，其中該影像源為一數位光學處理(Digital Light Processing，DLP)微投影機、一矽基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)微投影機、一液晶微投影機或一掃描式雷射(Scanned Laser)投影機。
4. 如請求項1之可攜式抬頭顯示裝置，更包含一反射裝置，用以反射透過該光擴散板之該影像。
5. 如請求項1之可攜式抬頭顯示裝置，該光擴散板包含至少一微鏡陣列。
6. 如請求項1之可攜式抬頭顯示裝置，該光擴散板之至少一表面形成規則或不規則凹凸形狀。
7. 如請求項1之可攜式抬頭顯示裝置，該光學鏡頭模組包含一鏡片或二鏡片以上之組合。
8. 一種可攜式抬頭顯示裝置，包含：一微投影機，用以投射出一影像；一用以接收該影像的光路導引模組，其包含：一毛玻璃，其與該微投影機相距一預設距離並包含可切換之一高穿透率部及一低穿透率部，該毛玻璃藉由該高穿透率部或該低穿透率部接收該影像，並隨一外部環境背景光之一亮度變化而調整該影像之一亮度及對比；一反射裝置，其與該毛玻璃相距一預設距離，該反射裝置反射透過該毛玻璃之該影像；及一光學鏡頭模組，其與該反射裝置相距一預設距離，該光學鏡頭模組用以接收透過該反射裝置反射之該影像，並將該影像由一實像狀態轉化為一虛像狀態；以及 一可調式顯示板，其用以接收透過該光學鏡頭模組之該影像，並依控制前後傾斜或左右轉動將該影像呈現。
9. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該毛玻璃與該微投影機之該距離介於1至5公分，該反射裝置與該毛玻璃之該距離介於3至7公分，該光學鏡頭模組與該反射裝置之該距離介於3至7公分。
10. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該微投影機為一數位光學處理微投影機、一矽基液晶微投影機、一液晶微投影機或一掃描式雷射投影機。
11. 如請求項10之可攜式抬頭顯示裝置，其中該微投影機包含一接收模組，用以接收一訊息，並將該訊息投影而出。
12. 如請求項11之可攜式抬頭顯示裝置，其中該接收模組為一有線接收模組或一無線接收模組。
13. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該毛玻璃、該反射裝置、該光學鏡頭模組為玻璃或塑膠材質。
14. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該反射裝置為一反射鏡、一分光片、一偏振分光片、一菱鏡或一全像 光學件。
15. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該光學鏡頭模組包含一鏡片，該鏡片為一雙凸透鏡、一雙凹透鏡、一平凸透鏡或一平凹透鏡。
16. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該光學鏡頭模組包含至少二鏡片，該至少二鏡片係選自於一雙凸透鏡、一雙凹透鏡、一平凸透鏡、一平凹透鏡、一全像光學件，一平面鏡、一繞射光學件或一菲涅爾透鏡之任意組合。
17. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，更包含一分光片及另一可調式顯示器，該分光片用以將透過該光學鏡頭模組之該影像一分為二，其中一該影像透過一該可調式顯示器呈現，另一該影像透過另一該可調式顯示器呈現。
18. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該可調式顯示板為一透明塑膠平板或一透明玻璃平板。
19. 如請求項8之可攜式抬頭顯示裝置，其中該可調式顯示板之厚度小於等於1毫米。