TWI621875B - Head up display system - Google Patents

Abstract

本發明提供一個抬頭顯示系統，包括可攜式裝置發出可見光至曲面光學元件，曲面光學元件再將可見光反射至駕駛人的雙眼，使其成像在駕駛人雙眼的視網膜上，進而使駕駛人感覺在前方遠處有一放大虛擬影像，而放大虛擬影像內容即為可攜式裝置所顯示的資訊。使得駕駛人不用低頭即可得知可攜式裝置所顯示的資訊，增加車輛行進間的安全性。

Description

抬頭顯示系統

本發明是關於一種抬頭顯示系統及裝置，特別是有關於一種可包括可攜式裝置的抬頭顯示系統及裝置。

抬頭顯示(head-up display,HUD)器使用於飛行器，尤其是軍事用途的飛航駕駛已經有多年的歷史。近年來也應用在越來越多的民用汽車上。雖然抬頭顯示器在車輛的使用，讓駕駛人不用低頭即可在車輛的前方看到所顯示的資訊，增加車輛行進間的安全性。但是目前抬頭顯示器價格高昂，普及性低。另外，有些抬頭顯示器固定在車輛內部後，難於拆卸，容易引起宵小的覬覦，進而打破車窗，下手偷竊，使得車主損失慘重。因此，需要一方案，來解決前述的問題。

依據本發明一實施例所提供一觀點，在於提供一種抬頭顯示系統，可直接使用可攜式裝置，取代傳統的影像處理主機，降低抬頭顯示系統價格。

依據本發明一實施例所提供另一觀點，在於提供一抬頭顯示系統，可容易拆解，便於收納及減少收納所需空間。

依據本發明一實施例所提供又一觀點，在於提供一抬頭顯示系統的基座，其可為折疊式，能輕易、快速組裝。讓使用者在置入可攜式裝置及調整曲面光學元件位置後，即可使用。

依據本發明一實施例所提供的抬頭顯示系統，可攜式裝置發出可見光可直接或間接至曲面光學元件，曲面光學元件再將可見光反射至駕駛人的雙眼，使其成像在駕駛人雙眼的視網膜上，進而使駕駛人可在車外察覺一虛擬影像。

依據本發明另一實施例所提供的抬頭顯示系統，可攜式裝置發出可見光，透過曲面光學元件，將可見光成像在車輛的擋風玻璃上，進而使駕駛人能在車輛的擋風玻璃上看見所顯示的資訊。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10、100、200、300、400‧‧‧抬頭顯示系統

12‧‧‧影像產生裝置

14‧‧‧擴散單元

16‧‧‧成像單元

18‧‧‧車輛

19‧‧‧後視鏡

20‧‧‧實體影像

22‧‧‧虛擬影像

102、202、302、402‧‧‧可攜式裝置

104、204、304、404‧‧‧可見光

106‧‧‧曲面光學元件

206a、206b、206c‧‧‧數個光學元件

306a、306b、306c‧‧‧數個光學元件

406a、406b、406c‧‧‧數個光學元件

207、307‧‧‧擋風玻璃

108、208、308、408‧‧‧雙眼

110、210、410‧‧‧虛擬影像

112、212‧‧‧折疊式基座

112a、212a‧‧‧側臂

114、214‧‧‧容納部

114a、214a‧‧‧底面

116、216a,216b,216c‧‧‧支撐部

118‧‧‧連接部

120‧‧‧觀測位置

圖1為一種抬頭顯示系統之工作原理示意圖。

圖2為本發明一實施例之抬頭顯示系統的工作原理示意圖。

圖2A為本發明一實施例之抬頭顯示系統之折疊式基座立體示意圖。

圖2B為本發明一實施例之折疊式基座之另一方向立體示意圖。

圖2C為本發明一實施例之折疊式基座之展開示意圖。

圖2D為本發明一實施例之可攜式裝置位置、觀測位置與虛像位置之 關係圖。

圖2E為本發明一實施例之可攜式裝置位置與虛像高度之關係圖。

圖3為本發明另一實施例之抬頭顯示系統的工作原理示意圖。

圖3A為本發明另一實施例之抬頭顯示系統折疊式基座之立體示意圖。

圖3B為本發明另一實施例之折疊式基座之側視示意圖。

圖3C為本發明另一實施例之折疊式基座之收納示意圖。

圖4為本發明第三實施例之抬頭顯示系統的工作原理示意圖。

圖5為本發明第四實施例之抬頭顯示系統的工作原理示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第1圖繪示一種抬頭顯示系統之工作原理示意圖。抬頭顯示系統10主要包括影像產生裝置12、擴散單元14以及成像單元16。影像產生裝置12係裝設於車輛18的後視鏡19。影像產生裝置12發出可見光，以產生實體影像20。擴散單元14耦合於該影像產生裝置12，接收來自該影像產生裝置12的可見光，以於該擴散單元14形成該實體影像20。擴散單元14例如是具有增益功能的擴散薄膜，以將可見光設定於一特定範圍的視角之內，並且用以控制實體影像20成像的亮度。成像單元16耦合於該擴散單 元14，以接收來自該擴散單元14的可見光，藉由控制該可見光，以於該成像單元16形成實體影像20，並且形成對應於該實體影像20之一虛擬影像22，其中該實體影像20與該虛擬影像22分別位於該成像單元16的相異兩側。

圖2為本發明之一實施例，在本實施例中，抬頭顯示系統100內，包括一可攜式裝置102，其可為平板電腦、手機、衛星定位器、多媒體播放器‧‧等具有一顯示器的裝置，或是微型投影機，不限於廠牌、型號與大小，可獨立運作者。在本實施例中，是為一手機。此可攜式裝置102發出可見光104，可直接或間接將光傳遞至一曲面光學元件106，在本實施例中，可見光104係為直接傳遞至該曲面光學元件106。經由曲面光學元件106，再將可見光104傳遞至駕駛人的眼睛108，使其成像在駕駛人雙眼的視網膜上，進而使駕駛人感覺在前方有一虛擬影像110，而此虛擬影像110內容，一般即為可攜式裝置102所顯示的資訊的放大影像。使得駕駛人不用低頭，即可觀察可攜式裝置102所顯示的資訊，增加車輛行進間的安全性。

圖2A為本實施例之抬頭顯示系統100之基座112立體示意圖。基座112包括一容納部114、一連接部118及一支撐部116，且此基座112，較佳為折疊式。抬頭顯示系統100除了包含折疊式基座112、還包括可發出可見光104的可攜式裝置102與反射可見光104的曲面光學元件106。折疊式基座112所設有的容納部114，其界定出一空間，可為凸出或是凹下的形式，用以固定可攜式裝置102，在本實施例中為一低下的凹格，用來置入可攜式裝置102，曲面光學元件106則置於該支撐部116之中，該支撐部116至少設有一邊緣(圖中未標示)，用以支撐該曲面光學元件106於該基座112 上。在本實施例中，支撐部116包括四個邊緣，可框住曲面光學元件106，藉以固定曲面光學元件106的位置。由可攜式裝置102產生的可見光104，入射至曲面光學元件106的入射角，可透過調整容納部114的底面114a來改變，或是藉由調整支撐部116兩側的側臂112a，改變曲面光學元件106傾斜度。容納部114與支撐部116藉由連接部118以實體式的連接。折疊式基座112上並可設有數個固定部(圖中未顯示)，用以將本實施例之抬頭顯示系統100固定在車輛內。

圖2B為本實施例之折疊式基座112另一方向的立體示意圖。圖2C為本實施例之折疊式基座112之展開示意圖。折疊式基座112展開時為一平面。如圖2C所示，容納部114、支撐部116以及連接部118展開時為一平面。並且，如圖2A及圖2B所示，折疊式基座112折疊後設有可固定可攜式裝置的容納部114，使得可攜式裝置可容納於其中。

一般而言，可攜式裝置102位置距曲面光學元件106的距離(OBJ dis)不超過20公分，在人眼108到曲面光學元件106的觀測位置120及觀測視野(FOV)不變時，透過曲面光學元件106，則可攜式裝置102距離曲面光學元件106的距離(OBJ dis)會影響虛像的大小(V1 height)及位置(V1 dis)，其關係如圖2D所示。當觀測位置120及虛像距離(VI dis)不變時，則可攜式裝置102距離曲面光學元件106的距離(OBJ dis)會影響虛像的大小(VI height)，其關係如圖2E所示。

圖3為本發明之另一實施例，，在本實施例中，抬頭顯示系統200內的可攜式裝置202發出可見光204經由數個光學元件206a,206b,206c傳遞，將可見光204傳遞至至車輛的擋風玻璃207，再經由擋風玻璃207傳遞 至駕駛人的眼睛208，成像在駕駛人視網膜上，進而使駕駛人可察覺在前方有一放大虛擬影像210，而放大虛擬影像210內容即為可攜式裝置202所顯示的資訊。如此一來，駕駛人不用低頭即可得知可攜式裝置202所顯示的資訊，增加車輛行進間的安全性。而光學元件206a,206b,206c，視其安置之位置，可為鏡子、透鏡、擴散片、反射元件或一般常用各種的光學元件，在本實施例中，係為鏡子。

圖3A為本實施例之抬頭顯示系統200之折疊式基座212立體示意圖，抬頭顯示系統200包含折疊式基座212、發出可見光204的可攜式裝置202與反射可見光204的數個光學元件206a,206b,206c。折疊式基座212設一容納部214，在本實施例為一空格，用來置入可攜式裝置202，數個光學元件206a,206b,206c則置於數個支撐部216a,216b,216c之中，另可見光204入射至數個光學元件206a,206b,206c的入射角，可透過調整支撐部214的底面214a來改變。反射可見光204的數個光學元件206a,206b,206c傾斜度的改變，則可藉由調整側臂212a來達成。圖3B為折疊式基座212之側視示意圖。圖3C為折疊式基座212之收納示意圖。

圖4為本發明之又一實施例，在本實施例中，抬頭顯示系統300內的可攜式裝置302發出可見光304，透過光學元件306a,306b,306c，將可見光304成像在車輛的擋風玻璃307上，進而使駕駛人能在車輛的擋風玻一璃307上看見顯示的資訊。如此一來，駕駛人不用低頭即可得知可攜式裝置302所顯示的資訊，增加車輛行進間的安全性。

圖5為本發明之再一實施例，在本實施例中，抬頭顯示系統400內的可攜式裝置402發出可見光404，透過光學元件406a,406b,406c，數個 光學元件406a,406b,406c將可見光404入射至駕駛人的雙眼408，使其成像在駕駛人雙眼的視網膜上，進而使駕駛人感覺在前方有一放大虛擬影像410，而放大虛擬影像410內容即為可攜式裝置402所顯示的資訊。本實施例中的可攜式裝置402為一微型可攜式投影機，而光學元件406a,406b,406c則由擴散片、凸面鏡與凹面鏡所組成。

雖然，本發明藉由上述各種實施例作說明，但本發明之內容，並不限於上述實施例。例如在上述實施例中，折疊式基座，其材質可為紙、塑膠等具有可折疊性的任意材料。但是，也可使用非折疊式基座，而材料也就不限於紙或塑膠，只要可以達到固定功能即可。當折疊式基座不使用時，易於拆解、重合，便於收納及減少收納所需空間。而當駕駛人要使用折疊式基座時，又能輕易、快速組裝，只要置入可攜式裝置於折疊式基座的空格、調整曲面光學元件位置，駕駛人不用低頭即可能在車輛的擋風玻璃上或是擋風玻璃前方看到可攜式裝置所顯示的資訊，增加車輛行進間的安全性。另藉由調整折疊式基座的容納部的前後左右四面來固定大小不同的可發出可見光的可攜式裝置，如不同廠牌、型號的平板、手機等具有一顯示器或是微型投影機的可攜式裝置，增加使用的便利性。

另外，基座也可以直接使用3D印表機(3D printer)印製形成，其材質可為光固化樹脂、熱塑固化樹脂‧‧‧等3D印表機所使用的材料，基座包括可攜式裝置置入該基座的容納部，曲面光學元件置入基座的支撐部，及具有一定距離的連接兩者的連接部。容納部例如是具有一定高度的空格，底部並具有斜面來調整可攜式裝置發出可見光的角度，而容納部的周圍前後左右四面可調整來固定大小不同的可攜式裝置。支撐部例如是具 有兩個對應的孔洞，當曲面光學元件置於支撐部中間時，利用部分的曲面光學元件與部分的支撐部重疊，而將兩者結合，如此一來，可見光即可經由支撐部的前孔洞進入曲面光學元件，再由支撐部的後孔洞離開。連接容納部與支撐部兩者的連接部，例如是圖2A中從最靠近支撐部116的容納部114邊緣至支撐部116最下緣的長方形部位，藉由其寬度做為決定可攜式裝置到曲面光學元件直線距離的主要因素，本發明實施例中，此距離應小於20公分。

再者，雖然上述實施例僅可針對駕駛人，但也可在車輛內的任意適當位置實施，或在其他室內環境實施。使用者組裝本發明實施例之折疊式基座，置入可攜式裝置於折疊式基座的適當位置(包括但不限於空格)、調整曲面光學元件位置，使用者即可在前方看到可攜式裝置所顯示資訊的放大虛像，而不需低頭注視可攜式裝置的螢幕，增加使用舒適度外，也可降低使用者因長時間低頭而產生的身體病變發生率。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，本發明的保護範圍，並不以上述實施例為限，仍應依申請專利範圍所載為準。對於習於此項技術之人士而言，可依據上述發明說明內容作之簡單的改變或修飾，例如，本發明實施例之曲面光學元件的材質可以是玻璃或塑膠，型式可以是單一反射鏡、或是數個穿透鏡、反射鏡或擴散片等組合。而在可攜式裝置與曲面光學元件的光傳遞路線上，更可包括一個或多個反射鏡、穿透鏡或擴散片的組合。另外，基座的各部位，未必是以直接連接者，也可是間接連接者，例如在容納部與連接部間，或是連接部與支撐部間，加入不同元件，但不影響個別元件之功能。而且，支撐部也未必是連續邊緣方式固定， 也可改為分段方式固定，或是分開由兩側邊固定。此外，因應在可攜式裝置與曲面光學元件的光傳遞路線上，設置一個或多個反射鏡、穿透鏡或擴散片的組合，在基座上，亦相對應設置這些光學元件的對應支撐部。再者，也可以用鍍膜方式在隔熱紙上形成光學元件薄膜，或是在單獨的透明材料上形成光學元件薄膜，由於其厚度小於1公釐，故可輕易貼覆於車輛的擋風玻璃或是折疊式基座的適當位置上。再者，將曲面光學元件薄膜形成在隔熱紙或透明材料時，在特別設計下，可增加顯示影像對比，使影像更清晰。惟前述此等改變，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。此外，本發明的任一實施例或申請專利範圍，並不必達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。

Claims (12)

1. 一種可使用可攜式裝置的抬頭顯示系統，包含：一折疊式基座，該折疊式基座展開時為一平面，且該折疊式基座折疊後設有一容納部，可固定一可攜式裝置；及一曲面光學元件，可將該置入該容納部之一可攜式裝置發出的可見光，再傳遞至使用者眼睛，使該使用者察覺在前方有一虛擬影像，且該虛擬影像即為該可見光所顯示的內容。
2. 一種可使用發出一可見光之一可攜式裝置的抬頭顯示系統，包含：一折疊式基座，該可攜式裝置可固定於其中；以及一曲面光學元件，可將該可見光投射至一擋風玻璃。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之抬頭顯示系統，其中該折疊式基座更包含一容納部，該可攜式裝置可置於其中。
4. 如申請專利範圍第3項之抬頭顯示系統，其中該容納部的大小可根據該可攜式裝置的大小來調整。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之抬頭顯示系統，其中該折疊式基座的材質係選自一可折疊材料。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項之抬頭顯示系統，其中該曲面光學元件係由一或多個反射鏡或穿透鏡所組成。
7. 如申請專利範圍第6項之抬頭顯示系統，其中該一或多個反射鏡或穿透鏡的位置係可調整。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項之抬頭顯示系統，其中該折疊式基座可用以3D印表機製成的一基座取代。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項，之抬頭顯示系統，其中，在該可攜式裝置與曲面光學元件的光傳遞路線上，更包括一個反射鏡及一擴散片。
10. 一種可用於一抬頭顯示系統的基座，包含：一容納部，界定一空間，可固定一發出可見光的可攜式裝置；一支撐部，至少設有一邊緣，可支持一曲面光學元件；以及一連接部，以實體式連接該容納部和該支撐部，其中該容納部、該支撐部以及該連接部展開時為一平面。
11. 如申請專利範圍第10的基座，其中支撐部為第一支撐部，且更包括一第二支撐部及一第三支撐部；該第二支撐部，至少設有一邊緣，可用以支撐一光學擴散片；而該第三支撐部，至少設有一邊緣，可用以支撐一反射鏡。
12. 如申請專利範圍第10的基座，其中該基座，係由光固化樹脂或熱塑固化樹脂所構成。