TWI622504B - Multiple display head up display device - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種多重顯示抬頭顯示裝置，其包含一主體、一第一光路模組及一第二光路模組，其中該第一光路模組係將影像投射在駕駛者眼睛前方較近距離的位置，該第二光路模組接收外來的影像光源，以獲得比較長的光路，並可將影像投射出較遠的距離，藉以降低駕駛者視覺上的昏眩感，使獲得一個最佳視覺效果，進而提升行車安全。

Description

多重顯示抬頭顯示裝置

本發明係有關於一種多重顯示抬頭顯示裝置，此尤指一種可降低駕駛者視覺上昏眩感之抬頭顯示裝置，其係利用一第一光路模組將影像投射在駕駛者眼睛前方較近距離的位置，以及利用一第二光路模組接收外來的影像光源，以獲得比較長的光路，並可將影像投射出較遠的距離，藉以降低駕駛者視覺上的昏眩感，使獲得一個最佳視覺效果，進而提升行車安全。

現今汽車上使用的抬頭顯示器技術，沒有飛機上的抬頭顯示器複雜；它是一種光學系統，一般由一投射器和一疊像鏡二個主要裝置所組成，該投射器是由一訊號光源、一投影鏡與其他光學元件所組成，該投射器的訊號光源，由一LCD液晶顯示器或一CRT陰極射線管等裝置所構成，從訊號光源發出光線，然后透過該投影器投射到玻璃上的疊像鏡(或特製的透明螢幕上)，再由疊像鏡顯示出文字或圖像。

如第一圖所示，為引證案US7936518之抬頭顯示器代表圖式，該抬頭顯示器包括一紅外線發射單元5A，以對一使用者DA發射一紅外線；一鏡子元件3A，以朝向一凹面鏡4A反射自一顯示器2A射出之一可見光LA，且傳送由該使用者DA與該凹面鏡4A所反射的該紅外線；複數個成像單元6A、7A，係面對著該凹面鏡4A，以感應紅外線，且每一個影像皆從不 同的方向而來；以及一影像處理單元8A，該凹面鏡4A係將可見光LA投射於一擋風玻璃板WA上，再進一步虛擬成像VA反射至使用者DA的眼睛。

基於凹面鏡前的物距光路乘上該凹面鏡放大倍率就是虛像成像的距離，然虛像成像距離要遠就需要：(1)使凹面鏡放大倍率提高，但由於凹面鏡的工藝限制，無法達成理想的鏡片，使兩眼所接受到的虛像完全一樣，因此放大倍率越高，成像的誤差就越大，以致於兩眼接受到影像所產生誤差，將會引起觀看者發生頭暈的現象，為了觀賞的舒適度，所以放大倍率通常控制在七倍以內；(2)就是要拉長物距光路，但由於抬頭顯示器通常設置在駕駛前方儀表台內部，其空間有限，雖然為了拉長物距光路，光機與凹面鏡之間會額外設計反射鏡，使光路可以來回反射加長物距，然因長度的限制，一般抬頭顯示器的虛像距離，只能做到距離駕駛眼睛2.5公尺的距離。

按車用導航的功能，主要是在指引駕駛者切換到正確的車道或警示前車距，為了發揮導航的功能，駕駛者時常把注意力從道路上轉移到抬頭顯示器上，這顯然不是一種好的操作方式，倒不如直接把導航的指引符號，直接貼在道路上或貼在欲警示的前車尾上，這樣駕駛者就不需要移轉注意力，可說是對駕駛者投放資訊最理想的方式，而問題的關鍵，在於如何把抬頭顯示器顯示距離拉長，並直接貼在路面上道路上或貼在欲警示的前車尾上，卻是一個有待突破的重要課題。

為了解決以上所述的技術瓶頸，業界不斷提出各種解決的技術方案，相關的技術可參酌TW I443377、TW I506299、TW 201624101、CN 201610134321、TW 201410829066、CN201510649759、CN201520418145、 TW I446001等專利前案。

以上各專利前案雖然已揭露相關抬頭顯示器的運用技術，但是在使用上普遍存有一些缺失：

1、參酌上述的專利前案中，有些是利用單一投影裝置投出直向切割畫面，但是其缺點就是投出的標準距離影像太短，駕駛者觀看時容易產生視覺上的暈眩感，而影響到行車的安全性。

2、雖然有些專利前案是可以透過兩個或更多的投影裝置，或以更多的切割畫面，來投出標準距離影像與較長距離影像，但多個投影裝置其設置的位置，大多位在同一個位置，而所提供的影像，也大多是在同一水平面上的橫切割畫面，而少了直向切割畫面，所以不易精準地將導航指引符號，直接貼在道路上或貼在欲警示的前車尾上，使得導航指引效果大打折扣。

有鑑於以上習式的缺失，本案發明人歷經無數次研究改良後，終於完成本發明之多重顯示抬頭顯示裝置，即本案之發明目的係在提供一種可降低駕駛者視覺上昏眩感之抬頭顯示裝置，其係利用一第一光路模組將影像投射在駕駛者眼睛前方較近距離的位置，以及利用一第二光路模組接收外來的影像光源，以獲得比較長的光路，並可將影像投射出較遠的距離，藉以降低駕駛者視覺的昏眩感，使獲得一個最佳視覺效果，進而提升行車安全。

為達上述本案之發明目的，本發明之多重顯示抬頭顯示裝置，包含： 一主體，其內部設有一容置空間與一開口；一第一光路模組，其設置於該容置空間，該第一光路模組包括一第一光機與一第一凹面鏡，該第一凹面鏡反射並放大該第一光機的畫面，並經由該開口向上投射在一擋風玻璃上；一第二光路模組，其設置於該容置空間，該第二光路模組包括一第二凹面鏡，該第二凹面鏡反射並放大來自外部的影像光源，並經由該開口向上投射在該擋風玻璃上；藉由上述的結構組成，該第一光路模組將影像投射在駕駛眼睛前方較近距離的位置，該第二光路模組係接收一外部影像光源，該外部影像光源的光路長度，決定於該第二凹面鏡與外部的影像光源的距離，因不受限於該主體尺寸，故可獲得比較長的光路，而能將影像投射較遠的距離為其特徵者。

上述之第一光路模組，更包含一第一反射鏡，該第一反射鏡設於該容置空間，以反射該第一光機投射出的影像。

上述之第一光路模組，更包含一第一旋轉軸，該第一凹面鏡固定於該第一旋轉軸，透過該第一旋轉軸的轉動調整投射在該擋風玻璃上影像的位置。

上述之第二光路模組，更包含一第二旋轉軸，該第二凹面鏡固定於該第二旋轉軸，透過該第二旋轉軸的轉動調整投射在該擋風玻璃上影像的位置。

上述之第二光路模組，更包含一第二光機，該第二光機為外來的影像光源。

上述之第二光機，更包含一第二反射鏡，該第二反射鏡設於該第二光機前方，以反射該第二光機投射出的影像。

上述之第二光機，其設置於一車輛的頂棚與該擋風玻璃的交界處。

上述之第二光機，其設置於一車輛的頂棚。

本發明之多重顯示抬頭顯示裝置，更包含一反射膜，該反射膜設置於該擋風玻璃。

上述之主體，係設置於一車輛的儀表台。

本發明之多重顯示抬頭顯示裝置，主要利用該第一光路模組2所形成一第一光路，將影像投射在駕駛者眼睛前方較近距離的位置，形成一第一虛像；以及該第二光路模組接收外來的影像光源，形成一第二光路，使不受限於該主體的尺寸，以獲得比較長的光路，並可將影像投射出較遠距離的一第二虛像。

上述之第一虛像與該第二虛像，係分別顯示不同的資訊，該第一虛像長時間顯示必要的文字、圖像，而該第二虛像則以水平的顯示角度，短暫(閃爍)顯示轉彎或危險警示符號並與實境貼合，由於該第二虛像的成像是以閃爍方式顯示，故可降低成像的時間，藉此以降低駕駛者視覺上的昏眩感，並獲得一個最佳視覺環境，進而提升行車安全。

〔習知〕

2A‧‧‧顯示器

3A‧‧‧鏡子元件

4A‧‧‧凹面鏡

5A‧‧‧紅外線發射單元

6A、7A‧‧‧成像單元

8A‧‧‧影像處理單元

DA‧‧‧使用者

LA‧‧‧可見光

VA‧‧‧虛擬成像

WA‧‧‧擋風玻璃板

〔本發明〕

1‧‧‧主體

11‧‧‧容置空間

12‧‧‧開口

2‧‧‧第一光路模組

21‧‧‧第一光機

22‧‧‧第一凹面鏡

23‧‧‧第一反射鏡

24‧‧‧第一旋轉軸

3‧‧‧第二光路模組

31‧‧‧第二凹面鏡

32‧‧‧第二旋轉軸

33‧‧‧第二光機

34‧‧‧第二反射鏡

4‧‧‧反射膜

B‧‧‧儀表台

C‧‧‧頂棚

D1‧‧‧第一虛像

D2‧‧‧第二虛像

E‧‧‧眼睛

L1‧‧‧第一光路

L2‧‧‧第二光路

W‧‧‧擋風玻璃

第一圖，為習知抬頭顯示裝置示意圖。

第二圖，為本發明之第一實施例示意圖。

第三圖，為本發明之第二實施示意圖。

第四圖，為本發明之擋風玻璃設置反射膜的另一實施示意圖。

請參閱第二圖所示，係為本發明之多重顯示抬頭顯示裝置其第一實施例，包含：一主體1，其內部設有一容置空間11與一開口12；一第一光路模組2，其設置於該容置空間11，該第一光路模組2包括一第一光機21與一第一凹面鏡22，該第一光機21將畫面投射出一第一光路L1，該第一凹面鏡22反射該第一光路L1並放大該第一光機21的畫面，該第一光路L1經由該開口12向上投射在一擋風玻璃W上；一第二光路模組3，其設置於該容置空間11，該第二光路模組3包括一第二凹面鏡31，該第二凹面鏡31反射並放大來自外部影像光源的一第二光路L2，該第二光路L2經由該開口12向上投射在該擋風玻璃W上；藉由上述的結構之組成，虛像成像的原理是透過凹面鏡的成像，所以凹面鏡成像公式：1/p+1/q=1/f，f：焦距，q：物距，p：像距，一般放大倍率可以讓虛像放大，也可以同比率讓虛像距離變遠，利用該第一凹面鏡22放大原理，適當的放大倍率N，可以使在該第一光路L1上的成像距離，係自該第一光機21到該第一凹面鏡22的距離放大N倍，影像的尺寸也放大N倍，由於過大的放大倍率會讓駕駛者視覺上感到暈眩，因此放大倍率通常設定在七倍以下，以五倍最適當，成像距離約只有2.2公尺，該第一光路模組2將影像投射在駕駛者眼睛E前方較近距離的位置，形成一第一虛像D1；該第二光路模組3係接收一外部影像光源，形成一第二光路，該外部 影像光源的光路長度，決定於該第二凹面鏡31與外部影像光源的距離，因此不受限於該主體1的尺寸，故可獲得比較長的光路，搭配該第二凹面鏡31較高的放大倍率(12~15倍)，故能達到所需的距離(七米以上)，再利用成像閃爍的設定可降低成像的時間，以降低駕駛者視覺上的昏眩感，並可將影像投射出較遠距離的一第二虛像D2為其特徵者。

由於該第一虛像D1與該第二虛像D2係分別顯示不同的資訊，該第一虛像D1長時間顯示必要的文字、圖像，而該第二虛像D2則以水平的顯示角度，短暫(閃爍)顯示轉彎或危險警示符號並與實境貼合，由於該第二虛像D2的成像是以閃爍方式顯示，故可降低成像的時間，藉此以降低駕駛者視覺上的昏眩感。

上述之第一光路模組2，更包含一第一反射鏡23，該第一反射鏡23設於該容置空間11，藉以加長該第一光路L1的距離與反射該第一光機21投射出的影像。

上述之第一光路模組2，更包含一第一旋轉軸24，該第一凹面鏡22固定於該第一旋轉軸24，透過該第一旋轉軸24的轉動，可以調整投射在該擋風玻璃W上影像的位置。

上述之第二光路模組3，更包含一第二旋轉軸32，該第二凹面鏡31固定於該第二旋轉軸32，透過該第二旋轉軸32的轉動，可以調整投射在該擋風玻璃W上影像的位置。

上述之第二光路模組3，更包含一第二光機33，該第二光機33設置於一車輛的頂棚C與該擋風玻璃W的交界處，該第二光機33為外來的影像光源。

如第三圖所示，係為本發明之多重顯示抬頭顯示裝置其第二實施例，其中該第二光機33設置於該車輛的頂棚C，該第二光機33更包含一第二反射鏡34，該第二反射鏡34設於該第二光機33前方，以反射該第二光機33投射出的影像，如此可以降低該第二光機33安裝的總高度，使該第二光機33平貼接近於該車輛的頂棚C。

本發明之多重顯示抬頭顯示裝置1，更包含一反射膜4(如第二圖所示)，該反射膜4設置於該擋風玻璃W，該反射膜4可設置於該擋風玻璃W內側(如第二圖所示)或該擋風玻璃W中(如第四圖所示)，如此可提高該第一虛像D1與該第二虛像D2的反射率。

上述之主體1，係設置於一車輛的儀表台B，主體1可設置於該車輛的儀表台B(未圖示)或埋入該車輛的儀表台B中。

本發明之第一光路模組2的功用與習知的抬頭顯示器功用相當，將影像投射在駕駛者眼睛前方較近距離的位置，該第二光路模組3係接收外來的影像光源，其光路長度決定於該第二凹面鏡31與外來影像光源的距離，因不受限於該主體1的尺寸，可以獲得比較長的光路，並可將影像投射出較遠的距離，為本發明其特徵所在。

綜上所述，本發明之多重顯示抬頭顯示裝置，利用該第一光路模組2所形成的第一光路，將影像投射在駕駛者眼睛前方較近距離的位置，以及該第二光路模組所形成的第二光路，接收外來的影像光源，使不受限於該主體的尺寸，以獲得比較長的光路，並可將影像投射出較遠的距離，以降低駕駛者視覺上的昏眩感，並獲得一個最佳視覺環境，進而提升行車安全，藉以有效解決現有抬頭顯示器所存缺失，且本發明所用之技術 手段，又為先前技術所無，故而本發明具有專利之新穎性及進步性要件者。

在本發明內容中所提出之具體實施例，僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，凡在不超出本發明之精神與下述之申請專利範圍的情況下，所作的種種變化實施，仍屬於本發明之範圍。

Claims (10)

1. 一種多重顯示抬頭顯示裝置，包含：一主體，其內部設有一容置空間與一開口；一第一光路模組，其設置於該容置空間，該第一光路模組包括一第一光機與一第一凹面鏡，該第一凹面鏡反射並放大該第一光機的畫面，並經由該開口向上投射在一擋風玻璃上；一第二光路模組，其設置於該容置空間，該第二光路模組包括一第二凹面鏡，該第二凹面鏡反射並放大來自外部的影像光源，並經由該開口向上投射在該擋風玻璃上；藉由上述的結構組成，該第一光路模組將影像投射在駕駛眼睛前方較近距離的位置，該第二光路模組係接收一外部影像光源，該外部影像光源的光路長度決定於該第二凹面鏡與外部的影像光源的距離，因不受限於該主體尺寸，以獲得比較長的光路，並將影像投射較遠的距離，為其特徵者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該第一光路模組更包含一第一反射鏡，該第一反射鏡設於該容置空間，以反射該第一光機投射出的影像。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該第一光路模組更包含一第一旋轉軸，該第一凹面鏡固定於該第一旋轉軸，透過該第一旋轉軸的轉動調整投射在該擋風玻璃上影像的位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該第二光路模組更包含一第二旋轉軸，該第二凹面鏡固定於該第二旋轉軸，透過該 第二旋轉軸的轉動調整投射在該擋風玻璃上影像的位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該第二光路模組更包含一第二光機，該第二光機為外來的影像光源。
6. 如申請專利範圍第5項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該第二光機更包含一第二反射鏡，該第二反射鏡設於該第二光機前方，以反射該第二光機投射出的影像。
7. 如申請專利範圍第5項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該第二光機設置於一車輛的頂棚與該擋風玻璃的交界處。
8. 如申請專利範圍第5項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該第二光機設置於一車輛的頂棚。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，更包含一反射膜，該反射膜設置於該擋風玻璃。
10. 如申請專利範圍第1項所述之多重顯示抬頭顯示裝置，其中該主體設置於一車輛的儀表台。