TWI476445B - 顯示模組 - Google Patents

Description

顯示模組

本創作係有關於一種顯示模組，尤指一種配置於安全帽體之顯示模組。

於機車行進過程中，若欲知道行車資訊，如：瞬時速度，則駕駛者勢必藉由低頭觀看儀表板上所提供的行車資訊，然而，此舉係使得駕駛者無法同時兼顧前方路況而衍生行車危險。目前市面上市場中，僅有部分廠商於安全帽後方設置發光元件，如：發光二極體，該發光元件係與機車的方向燈同步動作，以更提升行車安全性。

為更提升騎乘機車時的行車安全，有部分廠商係將裝配於汽車之顯示模組嵌設於安全帽體內，但由於安全帽的空間小且呈圓弧狀，不僅設置難度極高且整體顯示效果不佳。

而欲在安全帽內建顯示模組，在設計上有諸多限制，無法達到實用化的方向。這些限制主要來自三個方向：

1.照度：因駕駛時外在環境的照度，在太陽下頗強，故所顯示的行車資訊照度(illuminance)應有一定的水準。這會限制發光單元出光的角度必須小，以使能量集中。而欲使出光角度小，就會造成光路太長，以及入眼光瞳較小的雙重影響。在實作上衍伸的 問題是，結構體過大，不適合放入安全帽，以及光瞳過小，造成不同頭型眼睛位置的駕駛者，可能無法清楚的看見資訊。

2.入眼角度：人眼習慣的影像光線入射角度有所限制，一般常人習慣的入射角度大約為6~8度，若入射角度過大，眼睛必須轉向光線的入射方，造成分神、疲勞以及安全上的顧慮。而欲將角度壓小，常用的方式為將發光單元轉角或安全帽護目鏡的角度改變。此舉會造成光路過長，以及結構過大且怪異，不適合放入安全帽的空間結構內。

3.安全帽空間有限所造成的光學結構大小限制。這會與前兩項的限制互相牽扯影響，是造成無法實用化的主要因素。

是以，針對上述之問題點，如何開發一種更具理想實用性之創新結構，實使用消費者所殷切企盼，亦係相關業者須努力研發突破之目標及方向。

鑒於先前技術所述，本創作在於提供一種顯示模組，該顯示模組設置於一安全帽體內部並朝向一護目鏡投射影像。

為達上述目的，本創作提供一種顯示模組，該顯示模組用於供一安全帽使用，該顯示模組包含一顯示單元、一發光單元、一護目鏡及一光傳導單元，該發光單元設置於該顯示單元之一側並朝向該顯示單元發出光線，該護目鏡連接於該安全帽，該發光單元發出的光線經該光傳導單元至少二次反射後傳遞至該護目鏡。

本創作之顯示模組可設置於該安全帽內，並朝向該護目鏡發出光線，如此一來，使用者可於平視狀態下直接地觀察顯示於該護目 鏡之行車資訊，不僅增加了使用上的便利性並大幅的提升行車安全。

10、10a、20、20b、20c、30、40‧‧‧顯示模組

110、110a‧‧‧發光單元

112、112a‧‧‧發光二極體

114‧‧‧反射杯

116a‧‧‧分光元件

118a‧‧‧透鏡陣列

120‧‧‧顯示單元

130‧‧‧護目鏡

140、140a、240、340、440‧‧‧光傳導單元

142、442‧‧‧第一反射件

1420、2420、3422、4420‧‧‧第一反射面

144、444‧‧‧第二反射件

1440、2442、3424、4440‧‧‧第二反射面

146‧‧‧第三反射件

1460、2444、3426‧‧‧第三反射面

150、350‧‧‧聚光元件

160‧‧‧感光單元

242‧‧‧反射件

244、244b、244c、342‧‧‧稜鏡

2440、3420‧‧‧入光面

2446、2446b、2446c‧‧‧出光面

3428‧‧‧出光區域

50‧‧‧安全帽

θ‧‧‧視角

α、β‧‧‧夾角

第一圖為本創作之顯示模組之配置示意圖。

第二圖為本創作第一實施例之顯示模組之架構圖及光行進路線示意圖。

第三圖為本創作第一實施例之發光單元之架構圖。

第四圖為本創作第二實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。

第五圖為本創作第二實施例之發光單元之架構圖。

第六圖為本創作第三實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。

第七圖為本創作第四實施例之顯示模組之架構圖及光行徑示意圖。

第八圖為本創作第五實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。

第九圖(a)~(c)為傳導至護目鏡之行車資訊之模擬示意圖。

第十圖為本創作第六實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。

第十一圖為本創作第七實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。

第十二圖為本創作第八實施例之顯示裝置之架構圖及光行進路線示意圖。

配參閱隨附圖示，本創作之目的、特徵及優點將透過本創作之較佳實施例之以下闡釋性及非限制性詳述描述與以更好地理解，在隨附圖示中，相同參考數字係用於同一元件或類似元件。

配合參閱第一圖，為本創作之顯示模組之配置示意圖。該顯示模組10設置於一安全帽50內部，用以顯示一行車資訊，該行車資訊可以為速度資訊或導航資訊；於本創作中，該顯示模組10的設置高度係高於使用者的眼部，且該顯示模組10所顯示之影像必須位於使用者之眼部平視狀態的視角θ內，該視角θ大約為6~8度。實際實施時，該顯示模組10的設置高度可以大致平行於使用者的眼部(即眼部側邊)且該顯示模組10顯示之行車資訊須位於該視角θ內，或者該顯示模組10也可以低於該使用者的眼部(即眼部下方)且該顯示模組10顯示之行車資訊須位於該視角θ內。

同時配合參閱第二圖，為本創作第一實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。該顯示模組10包含一發光單元110、一顯示單元120、一護目鏡130及一光傳導單元140。該發光單元110位於該顯示單元120的一側並朝向該顯示單元120發出光線；該發光單元110包含一發光元件112及一反射杯114，如第三圖所示，該發光元件112可以為發光二極體、小型燈泡或其他具有較大出光角度之發光元件，於本實施例中，該發光元件112以發光二極體為例說明，該反射杯114用以侷限該發光元件112發出的光線，藉以提升光線的使用效率並使光線可以朝向該顯示單元120的方向 發射。

復參閱第二圖，該顯示單元120可通過有線或無線傳輸方式以電連接於一載具(如：機車)之儀表單元(圖未視)或行車導航裝置(圖未視)以接收該行車資訊並顯示該行車資訊。於本實施例中，該顯示單元120為穿透式顯示器，可供光線通過並將顯示之行車資訊通過該光傳導單元140而傳導於該護目鏡130，其中該護目鏡130設置於該安全帽50。

該光傳導單元140係至少二次反射由該發光單110元發出的光線並將光線傳導至該護目鏡130。該光傳導單元140包含一第一反射件142、一第二反射件144及一第三反射件146，該第一反射件142包含一第一反射面1420，該第一反射面1420用以反射通過該顯示單元120之光線。該第二反射件144包含一第二反射面1440，該第二反射面1440至少接收該第一反射面1420反射之光線並將光線朝向該第三反射件146反射。該第三反射件146包含一第三反射面1460，該第三反射面1460接收該第二反射面1440反射之光線並將光線朝向該護目鏡130反射，於本實施例中，該第三反射件1460大致平行於該第二反射件1440。

一般成年人頭頂至眼部的距離約為11公分，意即發光單元110發出的光線傳遞至眼部的距離至少為11公分。以光線於該第二反射面1440及該第三反射面1446之間反射一次為例，為使光線能準確地傳導至使用者之視角θ內，並遵循反射定律，則該第二反射面1440及該第三反射面1460之間的距離約為11公分。為避免增加安全帽整體的厚度，以及避免使用者在觀察資訊時需調近將睛的焦距，則從顯示單元120到眼睛的光所走的路徑(光程)，越長越好 。但在有限空間內，加大光程，則勢必要增加光線於該第二反射面1440及第三反射面1460之間傳遞的距離。以光線於該第二反射面1440及該第三反射面1446之間反射二次為例，為使光線能準確地傳導至使用者之視角θ內，並遵循反射定律，該二反射面1440及該第三反射面1446之間的距離為4公分。

再者，該顯示裝置10更包含一聚光元件150及一感光單元160。該聚光元件150設置於該第一反射件142及該第二反射件144之間，且該顯示單元120必須位於該聚光元件150的焦距內；該聚光元件150係放大通過該顯示單元120之行車資訊，使投射至使用者眼部之行車資訊為經放大後之虛像。其中該聚光元件150可以為凸透鏡或菲涅爾透鏡。

該感光單元160電連接於該發光元件112，主要用以感測環境光強度並依據環境光強度調整該發光元件112的操作功率；如此一來，可以有效地避免使用者因環境光線的光強度過強或過弱而無法有效地讀取傳導至該護目鏡130之行車資訊。其中，當環境光線的光強度愈強，該感光單元160係愈提高該發光元件112的操作功率，使提升該發光元件112的發光強度；而當環境光線的光強度愈弱，該感光單元160則愈降低該發光元件112的操作功率，使減低該發光元件112的發光強度。於本實施例中，該感光單元160包含一光敏電阻。

配合參閱第四圖，為本創作第二實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。本實施例之顯示模組10a大致於上述第一實施例相似，其不同之處在於該第二反射件144之該第二反射面1440及該第三反射件146之該第三反射面1460之間具有一夾角α；如 此一來，當光線於該第二反射面1440及該第三反射面1460之間反射兩次為例，則可以有效地縮小光線進入使用者眼部的角度(入眼角度)達到4 α度，藉此使用者可輕易地看到被傳導至該護目鏡130之行車資訊。於本實施例中，以該第二反射面1440朝向該第三反射件146的方向傾斜該夾角α為例，實際實施則不以此限。

再者，該顯示模組10a之該發光單元110a包含一發光元件112a、一擴光元件116a及一透鏡陣列118a，如第五圖所示，該發光元件112a主要用以產生一準直光線，於本實施例中，該發光元件112a以為雷射二極體為例，實際實施時則不以此限。該擴光單元116a設置於該發光元件112a及該顯示單元120之間，用以擴大該準直光線的發光角度；該透鏡陣列118a設置於該擴光單元116a及該顯示單元120之間，用以改變通過該擴光單元116a之光線的發光角度，並可有效地降低光線的發光強度。

配合參閱第六圖，為本創作第三實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。該顯示模組20設置於一安全帽50內部，用以顯示一行車資訊。該顯示模組20包含一發光單元110、一顯示單元120、一護目鏡130及一光傳導單元240。

該發光單元110位於該顯示單元120之一側並朝向該顯示單元120發出光線。該顯示單元120可通過有線傳輸或無線傳輸以電連接於一載具之儀表單元或行車導航裝置以接收該行車資訊並顯示該行車資訊。該顯示單元120可供光線通過並將顯示之行車資訊通過該光傳導單元240而傳導於該護目鏡130，其中該護目鏡130設置於該安全帽50。

該光傳導單元240包含一反射件242及一稜鏡244，該反射件242包含一第一反射面2420，該稜鏡244包含一入光面2440、一第二反射面2442、一第三反射面2444及一出光面2446，該第二反射面2442鄰接於該入光面2440，該第三反射面2444大致平行於該第二反射面2442，該出光面2446鄰接於該第三反射面2444並大致平行於該入光面2440。該反射件242用以反射通過該顯示單元120之光線，使光線以全內反射(total internal reflection,TIR)條件地通過該入光面2440並傳導致該第二反射面2442，意即傳遞至該第二反射面2442之光線的入射角等於或大於全內反射的臨界角(critical angle)。該第二反射面2442反射上述光線並使光線依循全內反射條件地傳導至該第三反射面2444，該第三反射面2444接收該第二反射面2442傳導之光線同時以遵循全內反射條件地將光線通過該出光面2446傳導至該護目鏡130。

於本實施例中，光線係以遵循全內反射地於該稜鏡244內部傳導，如此一來，可以有效地改善上述第一實施例之反射件之反射率大小造成光線被吸收的問題產生。

再者，該顯示模組20更可以包含一聚光元件及一感光單元，其詳細說明相同於第一實施例之聚光元件150及感光單元160，在此則不予贅述。

配合參閱第七圖，為本創作第四實施例之顯示模組之架構圖及光行徑路徑示意圖。該顯示模組20b大致與上述第三實施例相似，其不同之處在於其稜鏡244b，該稜鏡244b之出光面2446b與入光面2440具有一夾角β；如此一來，可以有效地縮小光線的入眼角度，藉此使用者可輕易地看到被引導至該護目鏡130上之行車資 訊。於本實施例中，該出光面2446b係朝向相反於該入光面2440的方向傾斜該夾角β。

配合參閱第八圖，為本創作第五實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。該顯示模組20c大致與上述第四實施例相似，其不同之處為其稜鏡244c，該稜鏡244c之出光面2446c係為一曲面(如：非球面、自由曲面)並與該入光面2440具有一夾角β；如此一來，不但可以降低光線的入眼角度，更可以修正該護目鏡130彎曲所造成的橫向像差(transverse aberration)。其中顯示於該顯示單元120之行車資訊可例如第九圖(a)所示，當該行車資訊通過該光傳導單元240b而傳導至該護目鏡130時，由於該護目鏡130呈弧面狀，因此傳導至該護目鏡130之行車資訊的縱向放大率及橫向放大率不一而產生橫向像差，如第九圖(b)所示；如此一來，係增加使用者辨識該行車資訊的困難度，其中第九圖(b)為假設該護目鏡130的曲率半徑為150釐米時的模擬結果。呈曲面狀之該出光面2446c可以有效地修正橫向像差，使傳導至該護目鏡130的影像如第九圖(c)所示，藉此以降低使用者辨識該行車資訊的困難度。

配合參閱第十圖，為本創作第六實施例之顯示模組之架構圖及光行進路徑示意圖。該顯示模組30設置於一安全帽50內部，用以顯示一行車資訊。該顯示模組30包含一發光單元110、一顯示單元120、一護目鏡130及一光傳導單元340。

該發光單元110位於該顯示單元120之一側並朝向該顯示單元120發出光線。該顯示單元120可通過有線傳輸或無線傳輸以電連接於一載具之儀表單元或行車導航裝置以接收該行車資訊並顯示該 行車資訊。該顯示單元120可供光線通過並將顯示之行車資訊通過該光傳導單元340而傳導於該護目鏡130，其中該護目鏡130設置於該安全帽50。

該光傳導單元340包含一稜鏡342，該稜鏡342包含一入光面3420、一第一反射面3422、一第二反射面3424及一第三反射面3426。該入光面3420係接收通過該顯示單元120的光線，使光線進入該稜鏡342，該入光面3420大致平行於該顯示單元120。該第一反射面3422反射通過該入光面3420進入該稜鏡342的光線，使光線傳導至該第二反射面3424，其中該第一反射面3422為該稜鏡342之一表面，或者該第一反射面3422可以為一貼合於該稜鏡342之反射件的一表面。

該第二反射面3424至少反射由該第一反射面3422傳導之光線並使光線傳導至該第三反射面3426，該第三反射面3426反射由該第二反射面3424傳導之光線並使光線至該護目鏡130。該第三反射面3426可較佳具有一呈錐狀之凸出部3427，該凸出部3427之一出光區域3428較佳地為一自由曲面；如此一來，可以有效地修正被傳導至該護目鏡130之行車資訊的橫向像差。

再者，該顯示模組30更包含一聚光元件350，該聚光元件350設置於該顯示單元120及該稜鏡342之間，且該顯示單元120係位於該聚光元件342的焦距內，用以放大經過該顯示單元120之光線，使投射至使用者眼部之行車資訊為經放大後之虛像，其中該聚光元件350可以為具有凸透鏡或菲涅爾透鏡。此外，該聚光元件350也可以直接地貼合於該稜鏡342之該入光面3420，如第十一圖所示。

又，該顯示模組30更可以包含一感光單元，其詳細說明相同於第一實施例之感光單元160，在此則不予贅述。

配合參閱第十二圖，為本創作第八實施例之顯示裝置之架構圖及光行進路線示意圖。該顯示裝置40設置於一安全帽50內部，用以顯示一行車資訊。該顯示模組40包含一發光單元110、一顯示單元120、一護目鏡130及一光傳導單元440。該發光單元110位於該顯示單元120之一側並朝向該顯示單元120發出光線。該顯示單元120可通過有線傳輸或無線傳輸以電連接於一載具之儀表單元或行車導航裝置以接收該行車資訊並顯示該行車資訊。該顯示單元120可供光線通過並將顯示之行車資訊通過該光傳導單元440而傳導於該護目鏡130，其中該護目鏡130設置於該安全帽50。

該光傳導單元440包含一第一反射件442及一第二反射件444，該第一反射件442及該第二反射件444較佳地可以為反射鏡，該第一反射件442具有一第一反射面4420，該第二反射件444具有一第二反射面4440。該第一反射面4420用以反射通過該顯示單元120之光線，該第二反射面4440接收該第一反射面4420反射之光線並將光線朝向該護目鏡130反射。於本實施例中。該第一反射件442及該第二反射件較佳地可以為反射鏡。

再者，該顯示模組40包含一擴光元件150，設置於該顯示單元120及該第一反射件441之間，且該顯示單元120係設置於該擴光元件150之焦距內，用以放大經過該顯示單元120之光線，使投射至使用者眼部之行車資訊為經放大後之虛像。

又，該顯示模組40更可以包含一感光單元，其詳細說明相同於第 一實施例之感光單元160，在此則不予贅述。

綜合以上所述，本創作之顯示模組係設置於該安全帽內，並朝向該護目鏡發出光線，如此一來，使用者可於平視狀態下直接地觀察顯示於該護目鏡之行車資訊，不僅增加了使用上的便利性並大幅的提升行車安全。

然以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

10‧‧‧顯示模組

110‧‧‧發光單元

120‧‧‧顯示單元

130‧‧‧護目鏡

140‧‧‧光傳導單元

142‧‧‧第一反射件

144‧‧‧第二反射件

146‧‧‧第三反射件

150‧‧‧聚光元件

160‧‧‧感光單元

50‧‧‧安全帽

θ‧‧‧視角

Claims (17)

1. 一種顯示模組，用於供一安全帽使用，該顯示模組包含：一穿透式顯示器，用以顯示行車資訊；一發光單元，包含一發光元件，該發光元件設置於該穿透式顯示器之一側並朝向該穿透式顯示器發出光線；一護目鏡，位於該穿透式顯示器相對設置有發光元件之一側並連接於該安全帽；一光傳導單元，位於該穿透式顯示器相對設置有該發光元件之一側並位於該穿透式顯示器及該護目鏡之間，該發光單元發出的光線經該光傳導單元至少二次反射後傳遞至該護目鏡；以及一感光單元，設置於該安全帽上並電連接於該發光單元，該感光單元用以感測環境光線並依據環境光強度調整該發光元件的操作功率，其中，該穿透式顯示器係供發光元件發出的光線通過，並將顯示之行車資訊通過該光傳導單元傳導至該護目鏡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示模組，其中該光傳導單元包含：一第一反射面，反射該發光單元發出的光線；以及一第二反射面，接收該第一反射面反射的光線並經反射後傳遞至該護目鏡。
3. 如申請專利範圍第2項所述之顯示模組，其中該光傳導單元包含一第一反射件及一第二反射件，該第一反射面位於該第一反射件，該第二反射面位於該第二反射件。
4. 如申請專利範圍第2項所述之顯示模組，更包含一聚光元件，設置於該顯示單元及該第一反射面之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示模組，其中該光傳導單元包含：一第一反射面，反射該發光單元發出的光線；一第二反射面，接收經第一反射面反射的光線並反射該光線；一第三反射面，接收經第二反射面反射的光線並經反射後傳遞至該護目鏡。
6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示模組，其中該光傳導單元包含一第一反射件、一第二反射件及一第三反射件，該第一反射面位於該第一反射件，該第二反射面位於該第二反射件，該第三反射面位於該第三反射件。
7. 如申請專利範圍第5項所述之顯示模組，其中該光傳導單元包含一反射件及一稜鏡，該第一反射面位於該反射件，該第二反射面及該第三反射面分別位於該稜鏡。
8. 如申請專利範圍第7項所述之顯示模組，其中該稜鏡更包含一入光面及一出光面，該入光面鄰接於該第二反射面，該出光面鄰接於該第三出光面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之顯示模組，其中該出光面平行於該入光面。
10. 如申請專利範圍第8項所述之顯示模組，其中該出光面係朝著相反於該入光面之方向傾斜並與該入光面具有一夾角。
11. 如申請專利範圍第8項所述之顯示模組，其中該出光面為一曲面並朝著相反於該入光面之方向傾斜並與該入光面具有一夾角。
12. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之顯示模組，更包含一聚光元件，設置於該第一反射面及該第二反射面之間。
13. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之顯示模組，其中該第二反射面大致平行於該第三反射面。
14. 如申請專利範圍第6項所述之顯示模組，其中該第二反射面與該第三反射面具有一夾角，該夾角介於2度至3度之間。
15. 如申請專利範圍第5項所述之顯示模組，其中該光傳導單元包含一稜鏡，該第一反射面、該第二反射面及該第三反射面分別位於該稜鏡。
16. 如申請專利範圍第15項所述之顯示模組，其中該第三反射面包含一凸出部，該凸出部具有一供光線出設置該護目鏡之出光區域，該出光區為一自由曲面。
17. 如申請專利範圍第15項所述之顯示模組，更包含一聚光元件，設置於該顯示單元及該第一反射面之間。