TWI465768B - 抬頭顯示裝置 - Google Patents

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TWI465768B TW100109485A TW100109485A TWI465768B TW I465768 B TWI465768 B TW I465768B TW 100109485 A TW100109485 A TW 100109485A TW 100109485 A TW100109485 A TW 100109485A TW I465768 B TWI465768 B TW I465768B
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Description

抬頭顯示裝置
本發明係關於一種抬頭顯示裝置，尤指一種可將所有光源僅指向駕駛者之抬頭顯示裝置，藉以減少能量之耗費，並可減少光源之配置數量。
近年來，基於行車安全與駕駛環境等考量，可提高汽車可靠性與駕駛視認性的輔助裝置已經逐漸普及。舉例而言，全球定位系統(Global Positioning System,GPS)或是抬頭顯示器(head up display,HUD)均為常見的車用輔助裝置。
抬頭顯示器可將虛擬圖像映射在擋風玻璃上，以提供如儀表板狀態與導航資訊等行車相關訊息。由於駕駛人毋需低頭或轉頭觀看，因此可將視線集中在前方，較不容易分散駕駛人的注意力。
抬頭顯示器的種類繁多，其中一種為利用一非自發光顯示器(例如一液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD))來顯示影像，再利用一背光模組(例如一發光二極體(light-emitting diode,LED)陣列)將影像投射並反射至駕駛人之視線範圍。此種習知之背光模組係將光源發散性的射出，使得駕駛人以外之乘客在各個角度皆可觀看到影像；然而，由於各光源射出的路徑不集中，使得單一光源照射至駕駛人的強度減弱，因此必須增加光源的數量才得以使影像之亮度達到期望值，但如此一來便會增加抬頭顯示器的重量，並且會增加電量的使用與散熱需求上的負荷。
為了減小體積、重量、成本、熱源之製造以及電量之損失，便有發明人提出一種改良之抬頭顯示器。請參照如第一圖所示，係一種習知之抬頭顯示器之剖視圖。該習知之抬頭顯示器A係劃分為複數個網格A1，其中每一網格A1之底部係設有複數個LED A2，而在LED A2上方設有一透鏡陣列A3，並且每一網格A1之間設有柵格反射器A4，而複數個網格A1之表面覆蓋有一擴散屏幕A5以及以及一LCD A6。藉由此裝置可加強光源之聚焦，以提升光源之亮度，相對的便可減少光源數量的設置，以達到前述之輕薄短小之目的。然而，由於抬頭顯示器A之影像僅有駕駛人需要觀看，而其他乘客並無觀看之必要，因此此習知之抬頭顯示器A仍有改良之空間。
有鑑於此，必須提出一種新穎之抬頭顯示裝置，不僅可減輕整體之重量，以達到輕薄短小之效果，更可減少電量之消耗，以節省電能、減輕車輛之負擔。
本發明之主要目的係提供一種抬頭顯示裝置，藉由其結構上之改良，不僅可減輕整體之重量，以達到輕薄短小之效果，更可減少電量之消耗，以節省電能、減輕車輛之負擔。
為達上述目的，本發明係揭露一種抬頭顯示裝置，係至少包含：一成像顯示元件，可用以形成一待顯示影像；複數個光源，係設置於該成像顯示元件之一側，其中每一光源皆可提供一光束並照射於成像顯示元件上，使該待顯示影像得以投射出去；及一組導光構件，係設置於成像顯示元件與該複數個光源之間；其中，每一光源將其光束射入該組導光構件後，所有光束之路徑皆會受到導光構件之調整而偏折並集中指向一駕駛者之一視線範圍中，藉以提高每一光束之光強度，並且成像顯示元件之每一區域僅分別受到部分光源之照射，藉此可減少光源之配置數量，以達到整體輕薄之效果。
為達前述之目的與功效，發明人將習知之抬頭顯示裝置進行結構上之改良，在不斷的修正與調整之下，始得到本發明之一種抬頭顯示裝置。茲分別以本發明之一第一較佳實施例至一第五較佳實施例之一種抬頭顯示裝置，對本發明之系統結構以及技術精神做詳細之介紹。
請參照如第二圖所示，係本發明該第一較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖。該抬頭顯示裝置1係包含一成像顯示元件100、複數個光源110以及一組導光構件，而在第一較佳實施例中，該組導光構件係為一組微光學元件陣列120。
該成像顯示元件100可用以形成一待顯示影像(圖中未顯示)。其中，成像顯示元件100為一種液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)，而在實際應用時，更可以選擇性的替換為任一種需照明光源之影像顯示面板。
該複數個光源110係設置於該成像顯示元件100之一側，其中每一光源110皆可提供一光束並照射於成像顯示元件100上，使該待顯示影像得以投射出去。其中，複數個光源110之種類可以是發光二極體，而在實際應用時，更可以替換為雷射二極體、白熾燈泡及鹵素燈泡。
該組微光學元件陣列120係設置於成像顯示元件100與該複數個光源110之間。其中，微光學元件陣列120更包含：一變週期二維自由曲面透鏡陣列121，其係設置於微光學元件陣列120面向該複數個光源110之一側，該變週期二維自由曲面透鏡陣列121係用以將複數個光源110之該光束收斂為較小之發散角；及一變週期二維自由曲面錐體陣列122，其係設置於微光學元件陣列120面向該成像顯示元件100之一側，該變週期二維自由曲面錐體陣列122係用以將光束偏折並指向一駕駛者之一視線範圍130中。如第二圖所示，此變週期二維自由曲面透鏡陣列121以及變週期二維自由曲面錐體陣列122均為具有高低變化且具有斷線之起伏結構。而微光學元件陣列120之下方散布了LED陣列，並且LED之間的距離不必然為定值，係依據光束之路徑而做LED間距之安排。
其中，如圖中的實線路徑140所示，每一光源110將其光束射入微光學元件陣列120後，所有光束之路徑皆會受到微光學元件陣列120之調整而偏折並集中指向該駕駛者之該視線範圍130中，藉以提高每一光束之光強度，並且成像顯示元件100之每一區域僅分別受到部分光源110之照射，藉此可減少光源110之配置數量，以達到整體輕薄之效果。再者，如虛線路徑150所示，照明成像顯示元件100之每一畫素的光束形成一錐角分布，亦即成像顯示元件100上之每一畫素都只能在駕駛者之視線範圍130中被看到。
接著請參照如第三圖所示，係本發明第一較佳實施例之抬頭顯示裝置安裝於一車輛上之示意圖。如圖所示，抬頭顯示裝置1更設有一影像反射機構160，係用以接收該待顯示影像之光束，並將此待顯示影像之光束反射至駕駛者之視線範圍中。其中，該影像反射機構160係設置於前擋風玻璃170上，而在實際應用時，更可選擇性的設置於後擋風玻璃、照後鏡、後視鏡或者一可被操控其升降或旋轉之具有至少部份鏡面反射性質之板狀表面上。
接著請參照如第四圖所示，係本發明之一第二較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖。由於第二較佳實施例之結構與第一較佳實施例大部份相同，因此相同之處便不再贅述。其差異點在於第一較佳實施例中，微光學元件陣列120與成像顯示元件100之間係為自由空間，而在第二較佳實施例中，微光學元件陣列220與成像顯示元件200之間係設有一導光結構280，藉以提升該光束之照射效果，例如修正或放大待顯示影像，增加觀看品質。
接著請參照如第五圖所示，係本發明之一第三較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖。由於第三較佳實施例之結構與第一較佳實施例大部份相同，因此相同之處便不再贅述。其差異點在於第三較佳實施例中更設有一操作介面380，可供該駕駛者操作而調整該待顯示影像之投射位置。其中，該操作介面380可選擇性的為下列任一種：觸控式螢幕、選擇性按鈕鍵盤、旋鈕、撥桿或上述各種介面之組合者。
接著請參照如第六圖所示，係本發明之一第四較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖。由於第四較佳實施例之結構與第一較佳實施例大部份相同，因此相同之處便不再贅述。其差異點在於第四較佳實施例中更設有一自動控制模組480，可用以自動控制並調整該待顯示影像之投射位置。該自動控制模組480係包含一眼球捕捉元件481及一自動控制迴路482，該眼球捕捉元件481可捕捉該駕駛者之眼球的位置，並藉由該自動控制迴路482調整該待顯示影像之投射角度及位置，進而達到最佳顯示效果。
最後，請參照如第七圖所示，係本發明之一第五較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖。由於第五較佳實施例之結構與第一較佳實施例大部份相同，因此相同之處便不再贅述。其差異點在於，第五較佳實施例之導光構件之種類係為一組導光管陣列520，藉由該組導光管陣列520可直接將複數個光源510之光束引導投射至一特定方向，藉此亦可達到集中光束之效果。
經由上述內容對於本發明進行詳細說明後，可得知本發明具有以下之優點：
(1)　藉由本發明之抬頭顯示裝置，每一光源將其光束射入該組導光構件後，所有光束之路徑皆會受到導光構件之調整而偏折並集中指向一駕駛者之一視線範圍中，藉以提高每一光束之光強度，並提升整體使用效率。
(2)　在本發明中，成像顯示元件之每一區域僅分別受到一個光源之照射，藉此可減少光源之配置數量，以達到整體輕薄之效果。
(3)　由於本發明藉由少量之光源即可達到與習知技術相同光強度之效果，藉此可減少電量之消耗，減輕車輛之負擔。
以上所述之實施例僅係說明本發明之技術思想與特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，若依本發明所揭露之精神作均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
發明人經過不斷的構想與修改，最終得到本發明之設計，並且擁有上述之諸多優點，實為優良之發明，應符合申請發明專利之要件，特提出申請，盼　貴審查委員能早日賜與發明專利，以保障發明人之權益。
A．．．習知之抬頭顯示器
A1．．．網格
A2．．．LED
A3．．．透鏡陣列
A4．．．柵格反射器
A5．．．擴散屏幕
A6．．．LCD
1、2、3、4、5．．．抬頭顯示裝置
100、200、300、400、500．．．成像顯示元件
110、210、310、410、510．．．光源
120、220、320、420．．．微光學元件陣列
121、221、321、421．．．變週期二維自由曲面透鏡陣列
122、222、322、422．．．變週期二維自由曲面錐體陣列
130．．．視線範圍
140．．．實線路徑
150．．．虛線路徑
160．．．影像反射機構
170．．．前擋風玻璃
280．．．導光結構
380．．．操作介面
480．．．自動控制模組
481．．．眼球捕捉元件
482．．．自動控制迴路
520．．．導光管陣列
第一圖　係一種習知之抬頭顯示器之剖視圖；
第二圖　係本發明一第一較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖；
第三圖　係本發明該第一較佳實施例之抬頭顯示裝置安裝於一車輛上之示意圖；
第四圖　係本發明一第二較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖；
第五圖　係本發明一第三較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖；
第六圖　係本發明一第四較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖；及
第七圖　係本發明一第五較佳實施例之一種抬頭顯示裝置之剖視圖。
1．．．抬頭顯示裝置
100．．．成像顯示元件
110．．．光源
120．．．微光學元件陣列
121．．．變週期二維自由曲面透鏡陣列
122．．．變週期二維自由曲面錐體陣列
130．．．視線範圍
140．．．實線路徑
150．．．虛線路徑

Claims (8)

  1. 一種抬頭顯示裝置，係至少包含：一成像顯示元件，可用以形成一待顯示影像；複數個光源，係設置於該成像顯示元件之一側，其中每一光源皆可提供一光束並照射於成像顯示元件上，使該待顯示影像得以投射出去；及一組導光構件，係為一組微光學元件陣列並設置於成像顯示元件與該複數個光源之間，包含有：一變週期二維自由曲面透鏡陣列，其係設置於微光學元件陣列面向該複數個光源之一側，該變週期二維自由曲面透鏡陣列係用以將複數個光源之該光束收斂為較小之發散角；及一變週期二維自由曲面錐體陣列，其係設置於微光學元件陣列面向該成像顯示元件之一側，該變週期二維自由曲面錐體陣列係用以將光束偏折並指向該駕駛者之該視線範圍中；其中，每一光源將其光束射入該組導光構件後，所有光束之路徑皆會受到導光構件之調整而偏折並集中指向一駕駛者之一視線範圍中，藉以提高每一光束之光強度，並且成像顯示元件之每一區域僅分別受到單一光源之照射，藉此可減少光源之配置數量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，該組導光構件與該成像顯示元件之間更可設置至少一導光結構，藉以提升該光束之照射效果。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，該複數個光源之種類可由以下組合中選擇使用：發光二極體、雷射二極體、白熾燈泡及鹵素燈泡。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，該成像顯示元件之種類為液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)或任一種需照明光源之影像顯示面板。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，更包含至少一影像反射機構，係用以接收該待顯示影像之光束，並將此待顯示影像之光束反射至該駕駛者之該視線範圍中。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之抬頭顯示裝置，其中，該影像反射機構可選擇性的設置於下列任一處：前擋風玻璃、後擋風玻璃、照後鏡、後視鏡以及一可被操控其升 降或旋轉之具有至少部份鏡面反射性質之板狀表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，更設有一操作介面，可供該駕駛者操作而調整該待顯示影像之投射位置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示裝置，其中，更設有一自動控制模組，其至少包含一眼球捕捉元件及一自動控制迴路，該眼球捕捉元件可捕捉該駕駛者之眼球的位置，並藉由該自動控制迴路調整該待顯示影像之投射角度及位置，進而達到最佳顯示效果。
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