TWI443377B - 抬頭顯示裝置 - Google Patents

Description

抬頭顯示裝置

本發明係一種抬頭顯示裝置，尤指一種利用偏極光技術將二遠距與近距影像可同時或二者之一顯示於駕駛者的眼睛之抬頭顯示裝置。

汽車行駛於道路上所遇到的各種狀況是瞬息萬變的。舉例說明，若行駛於鄉間的筆直道路上或是城市中各種車輛充斥的道路上，車子四周所面臨的狀況也是截然不同的。再者，在一天中因著時間的不同，如白天、傍晚與晚上，因為視線的良好與否，也會面臨不同的應付的方式。更具體說明，若是快速行駛於鄉間的筆直道路上，且時間是傍晚時分，可以知道視線不是很好，但車速也應該不會太慢。此時，若前方突然有物體出現，駕駛者一定必須要先感受到前方有物體了，再必須瞭解是何種物體，以進行必要的應變方式。如，若知道是動物，則必須更進一步瞭解是哪一種動物，大型或小型，在確認後就可以進行最適切的措施。然而，這樣的偵測與確認裝置，以增加行車的安全，目前仍沒有發現有相關的產品。

如第四圖所示，係中華民國專利公告號M332601之一種抬頭顯示裝置之代表圖式，用於一車輛，該車輛具有至少一訊號產生裝置2A，用以提供至少一訊號源，該抬頭顯示裝置1A包含：一 人機介面(Human Machine Interface,HMI)19A，電性耦接至該訊號產生裝置2A，用以選定該訊號源；一介面電路11A，用以接收該人機介面19A選定之該訊號源，並將該訊號源轉換為一影像訊號；一成像面17A，實質上形成於該車輛之一擋風玻璃上；以及一投影單元15A，接收該介面電路11A之影像訊號，並將該影像訊號轉換成一畫面，投影至該成像面17A上，其中該投影單元15A更包含至少一透鏡、一數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device；DMD)及一鏡頭(圖中未示)，該影像訊號係經由該至少一透鏡，投射至該數位微鏡裝置，俾該數位微鏡裝置形成該畫面，經由該鏡頭投射至該成像面17A上。由於數位微鏡裝置係接收數位訊號，且以數位光脈衝之方式投影畫面，其解析度高，更有利於投影畫面之呈現，並且具有尺寸較小之優勢。因此，該習知技術之應用方向與著重之功能特徵與本發明明顯不同。

請參閱第五圖，係美國專利公告號US7936518B2之一抬頭顯示設備代表圖式，包括一紅外線發射單元5B，以對一使用者D發射一紅外線；一鏡子元件3B，以朝向一凹面鏡4B反射自一顯示器2B射出之一可見光L，且傳送由該使用者D與該凹面鏡4B所反射的該紅外線；複數個成像單元6B、7B，係面對著凹面鏡4B，以感應紅外線，且每一個影像皆從不同的方向而來；及一影像處理單元8B，係基於該複數個成像單元6B、7B所捕捉到的一影像去計算使用者的眼睛位置。因此，就功能性而言，美國專利公告號US8035879B2係利用紅外線與可見光投射於擋風玻璃板上，再進 一步反射至使用者的眼睛，進而使得影像處理單元得以獲得眼睛的狀況與位置。所以，該習知技術係應用於捕捉眼睛的位置，以防駕駛人在行車當中打瞌睡，而影響行車安全。因此，該習知技術之應用方向與著重之功能特徵與本發明明顯不同。

承上所述，目前市面上沒有發現一種抬頭顯示裝置是可以同時顯示二種影像，以利車子行駛時在各種不同的需求狀態下顯示外部狀況，進而達到可以充份警示駕駛人，以進行隨時的應變措施。因此，如何設計上述之抬頭顯示裝置，將是熟悉該項技藝之人士一項重要的課題。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明之主要目的在於提供一種抬頭顯示裝置，以可同時顯示遠距與近距之二影像顯示模式，以作特殊顯示或警示用途。

本發明之另一目的在於提供一種抬頭顯示裝置，以可依照所需任選一種影像顯示模式，以在駕駛者認為同時監看近距與遠距影像太累時，可以選擇僅開啟遠距或近距之顯示模式。

一種抬頭顯示裝置，係使用於一汽車內，包括：一第一影像源，係設置於該汽車之一擋風玻璃之下方，該第一影像源可發射出具有一第一極性之一第一偏極化影像光線；一合光元件，係設置於第一影像源之前方，以在該第一偏極化影像光線自第一影像 源射出時，會最先來到該合光元件，合光元件只讓該第一偏極化影像光線通過，故當第一偏極化影像光線P通過後，會再前往該擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至一駕駛者的二眼睛中；及一第二影像源，係設置於汽車之內部，該第二影像源可發射出具有一第二極性之一第二偏極化影像光線，且當該第二偏極化影像光線自第二影像源發出後，會直接或是經過至少一次的反射而至合光元件，再經由合光元件的反射而至擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至該駕駛者的該二眼睛中，配合第一偏極化影像光線也進入至駕駛者的二眼睛中，因第二偏極化影像光線經過至少二次反射，第二影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第二光路較第一影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第一光路為長。

一種抬頭顯示裝置，係使用於一汽車內，包括：一第一影像源，係設置於該汽車之一擋風玻璃之下方，該第一影像源可發射出具有一第一極性之一第一偏極化影像光線；一合光元件，係具有一穿透模態與一鏡面模態，且設置於第一影像源之前方，以在該第一偏極化影像光線自第一影像源射出時，會最先來到該合光元件，當合光元件是處於該穿透模態時，合光元件只讓該第一偏極化影像光線通過，故當第一偏極化影像光線通過後，會再前往該擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至一駕駛者的二眼睛中，此時該駕駛者只見到第一影像源在擋風玻璃上之一第一虛像；及一第二影像源，係設置於汽車之內部，該第二影像源 可發射出具有一第二極性之一第二偏極化影像光線，且當該第二偏極化影像光線自第二影像源發出後，會直接或是經過至少一次的反射而至合光元件，當合光元件是處於該鏡面模態時，合光元件會反射第二偏極化影像光線而至擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至該駕駛者的該二眼睛中，因第二偏極化影像光線經過至少二次反射，第二影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第二光路較第一影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第一光路為長，因此，駕駛者見到第一偏極化影像光線之一第一虛像比第二偏極化影像光線之一第二虛像為近。

請參閱第一圖，係本發明之一種抬頭顯示裝置之一第一較佳實施例之示意圖。如圖所示，該抬頭顯示裝置1，係使用於一汽車內，包括：一第一影像源11，係設置於該汽車之一擋風玻璃A之下方，該第一影像源11可發射出具有一第一極性(p極)之一第一偏極化影像光線P；一合光元件12，係設置於第一影像源11之前方，以在該第一偏極化影像光線P自第一影像源11射出時，會最先來到該合光元件12，合光元件12係一反射式偏極板，故只讓該第一偏極化影像光線P通過，故當第一偏極化影像光線P通過後，會再前往該擋風玻璃A，到達擋風玻璃A之一內面A1上之一點A11後，再經由擋風玻璃A的部分反射，會進入至一駕駛者的二眼睛I中；及一第二影像源13，係設置於汽車之內部，本實施例 係設置於擋風玻璃A之最頂部，該第二影像源13可發射出具有一第二極性(s極)之一第二偏極化影像光線S，且當該第二偏極化影像光線S自第二影像源13發出後，會直接(或是經過至少一次的反射)至合光元件12之一外面121上之一點1211，再經由合光元件12的反射而至擋風玻璃A之該內面A1上之該點A11，再經由擋風玻璃A的部分反射，會進入至該駕駛者的該二眼睛I中，如此，加上前述之第一偏極化影像光線P也進入至駕駛者的二眼睛I中，駕駛者看見的是二影像，而在該點A11至眼睛I之間是屬於一合光光路，即第一偏極化影像光線P與第二偏極化影像光線S之重疊部分，然而，因第二偏極化影像光線S經過至少二次反射，第二影像源13至駕駛者的二眼睛I所經過的一第二光路較第一影像源11至駕駛者的二眼睛I所經過的一第一光路為長，因此，駕駛者見到第一偏極化影像光線P之一第一虛像111比第二偏極化影像光線S之一第二虛像131為近，概因擋風玻璃A是透明的，所以在部分反射之狀況下，會有該第一虛像111與該第二虛像131的展現。

請參閱第二圖，係本發明之抬頭顯示裝置之一第二較佳實施例之一第一部份示意圖。如第二圖所示，一種抬頭顯示裝置1’，係使用於一汽車內，包括：一第一影像源11’，係設置於該汽車之一擋風玻璃A’之下方，該第一影像源11’可發射出具有一第一極性(p極)之一第一偏極化影像光線P；一合光元件12’，係具有一穿透模態與一鏡面模態，且設置於第一影像源11’之前方，以在該第 一偏極化影像光線P自第一影像源11’射出時，會最先來到該合光元件12’，當合光元件12’是處於該穿透模態時，合光元件12’只讓該第一偏極化影像光線P通過，故當第一偏極化影像光線P通過後，會再前往該擋風玻璃A’，到達擋風玻璃A’之一內面A1’上之一點A11’後，再經由擋風玻璃A’的部分反射，會進入至一駕駛者的二眼睛I中，此時該駕駛者只見到第一影像源11’在擋風玻璃A’上之一第一虛像111’；及一第二影像源13’，如第三圖所示，係本發明之抬頭顯示裝置之該第二較佳實施例之一第二部份示意圖，係設置於汽車之內部，本實施例係設置於擋風玻璃A’之最頂部，該第二影像源13’可發射出具有一第二極性(s極)之一第二偏極化影像光線S，且當該第二偏極化影像光線S自第二影像源13’發出後，會直接(或是經過至少一次的反射)至合光元件12’之一外面121’上之一點1211’，當合光元件12是處於該鏡面模態時，合光元件12會反射第二偏極化影像光線S而至擋風玻璃A’之該內面A1’上之該點A11’，再經由擋風玻璃A的部分反射，會進入至該駕駛者的該二眼睛I中，此時該駕駛者只見到第二影像源13’在擋風玻璃A’上之一第二虛像131’，因第二偏極化影像光線S經過至少二次反射，第二影像源13’至駕駛者的二眼睛I所經過的一第二光路較第一影像源11’至駕駛者的二眼睛I所經過的一第一光路為長，因此，本第二實施例中，駕駛者每次僅見到的單一之第一偏極化影像光線P之該第一虛像111’比單一之第二偏極化影像光線S之該第二虛像131’為近。

承上所述，該第一較佳實施例所欲說明的是，駕駛者依需要可同時見到車外一遠與一近的影像，故第一影像源11與第二影像源13須同時開啟；該第二較佳實施例所欲說明的是，駕駛者依需要只要見到車外一遠或一近的影像，故第一影像源11與第二影像源13同時間只需開啟任一個即可。

承上所述，可以瞭解本發明所提供之具有以下優點：

1.遠距和近距之模式可合併使用，以作特殊顯示或警示用途，例如在傍晚或是夜間開車，遠距影像顯示有移動物或靜止物出現，但因視線不良，所以無法判斷是何種移動物或是體積大小，這時，同時有近距影像顯示移動物或靜止物的詳細資訊，即可令駕駛者知道要如何進一步處理。若是兔子，則可以變換車道或稍為減速；若是大鹿，則可能必須趕緊進行停車程序。

2.可依駕駛狀況選擇遠距或近距之抬頭顯示模式。例如，汽車行駛於市區，由於其速度不快，可以僅開啟近距之顯示模式；若是在空曠處，且駕駛者認為不需要同時監看近距與遠距影像時，可以選擇僅開啟遠距之顯示模式。如此，在透過遠距之顯示模式一見到有移動物或靜止物在遠方時，當可立即有心理準備進行應變。

於是，本發明專利申請案係利用發明人豐富的經驗，以極富創意的構思，設計出簡單卻能充分解決習知技術的問題。因此，本發明專利申請案的功能，確實符合具有新穎性與進步性的專利要件。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。

2A‧‧‧訊號產生裝置

1A‧‧‧抬頭顯示裝置

19A‧‧‧人機介面

11A‧‧‧介面電路

17A‧‧‧成像面

15A‧‧‧投影單元

5B‧‧‧紅外線發射單元

D‧‧‧使用者

3B‧‧‧鏡子元件

4B‧‧‧凹面鏡

2B‧‧‧顯示器

L‧‧‧可見光

6B、7B‧‧‧成像單元

8B‧‧‧影像處理單元

1‧‧‧抬頭顯示裝置

11‧‧‧第一影像源

A‧‧‧擋風玻璃

P‧‧‧偏極化影像光線

12‧‧‧合光元件

A1‧‧‧內面

A11‧‧‧點

I‧‧‧眼睛

13‧‧‧第二影像源

S‧‧‧第二偏極化影像光線

121‧‧‧外面

1211‧‧‧點

111‧‧‧第一虛像

131‧‧‧第二虛像

1’‧‧‧抬頭顯示裝置

11’‧‧‧第一影像源

A’‧‧‧擋風玻璃

12’‧‧‧合光元件

A1’‧‧‧內面

A11’‧‧‧點

111’‧‧‧第一虛像

13’‧‧‧第二影像源

121’‧‧‧外面

1211’‧‧‧點

131’‧‧‧第二虛像

第一圖係本發明之一種抬頭顯示裝置之一第一較佳實施例之示意圖；第二圖係本發明之抬頭顯示裝置之一第二較佳實施例之一第一部份示意圖；第三圖係本發明之抬頭顯示裝置之該第二較佳實施例之一第二部份示意圖；第四圖係中華民國專利公告號M332601之一種抬頭顯示裝置之代表圖式；及第五圖係美國專利公告號US7936518B2之一抬頭顯示設備代表圖式。

1‧‧‧抬頭顯示裝置

11‧‧‧第一影像源

A‧‧‧擋風玻璃

P‧‧‧偏極化影像光線

12‧‧‧合光元件

A1‧‧‧內面

A11‧‧‧點

I‧‧‧眼睛

13‧‧‧第二影像源

S‧‧‧第二偏極化影像光線

121‧‧‧外面

1211‧‧‧點

111‧‧‧第一虛像

131‧‧‧第二虛像

Claims (8)

1. 一種抬頭顯示裝置，係使用於一汽車內，包括：一第一影像源，係設置於該汽車之一擋風玻璃之下方，該第一影像源可發射出具有一第一極性之一第一偏極化影像光線；一合光元件，係設置於第一影像源之前方，以在該第一偏極化影像光線自第一影像源射出時，會最先來到該合光元件，合光元件只讓該第一偏極化影像光線通過，故當第一偏極化影像光線通過後，會再前往該擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至一駕駛者的二眼睛中；及一第二影像源，係設置於汽車之內部，該第二影像源可發射出具有一第二極性之一第二偏極化影像光線，且當該第二偏極化影像光線自第二影像源發出後，會直接或是經過至少一次的反射而至合光元件，再經由合光元件的反射而至擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至該駕駛者的該二眼睛中，配合第一偏極化影像光線也進入至駕駛者的二眼睛中，因第二偏極化影像光線經過至少二次反射，第二影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第二光路較第一影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第一光路為長。
2. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，該合光元件係一反射式偏極板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，該第一偏極化影像光線之該第一極性係一極。
4. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，該第二偏極化影像光線之該第二極性係一極。
5. 一種抬頭顯示裝置，係使用於一汽車內，包括：一第一影像源，係設置於該汽車之一擋風玻璃之下方，該第一影像源可發射出具有一第一極性之一第一偏極化影像光線；一合光元件，係具有一穿透模態與一鏡面模態，且設置於第一影像源之前方，以在該第一偏極化影像光線自第一影像源射出時，會最先來到該合光元件，當合光元件是處於該穿透模態時，合光元件只讓該第一偏極化影像光線通過，故當第一偏極化影像光線通過後，會再前往該擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至一駕駛者的二眼睛中，此時該駕駛者只見到第一影像源在擋風玻璃上之一第一虛像；及一第二影像源，係設置於汽車之內部，該第二影像源可發射出具有一第二極性之一第二偏極化影像光線，且當該第二偏極化影像光線自第二影像源發出後，會直接或是經過至少一次的反射而至合光元件，當合光元件是處於該鏡面模態時，合光元件會反射第二偏極化影像光線而至擋風玻璃，再經由擋風玻璃的部分反射，會進入至該駕駛者的該二眼睛中，因 第二偏極化影像光線經過至少二次反射，第二影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第二光路較第一影像源至駕駛者的二眼睛所經過的一第一光路為長，因此，駕駛者見到第一偏極化影像光線之一第一虛像比第二偏極化影像光線之一第二虛像為近。
6. 如申請專利範圍第5項所述之抬頭顯示裝置，其中，該合光元件係一可切換鏡面反射元件。
7. 如申請專利範圍第5項所述之抬頭顯示裝置，其中，該第一偏極化影像光線之該第一極性係一極。
8. 如申請專利範圍第5項所述之抬頭顯示裝置，其中，該第二偏極化影像光線之該第二極性係一極。