TWM491842U - 抬頭顯示器 - Google Patents

Description

抬頭顯示器

本創作是有關於一種抬頭顯示器。

抬頭顯示器(Head Up Display，HUD)為一種將儀表相關資訊投影於擋風玻璃上的裝置。相較於傳統儀表板，駕駛員不需要低頭便可以看到所需要的重要資訊，於是可以在觀看路況的同時看到儀表相關資訊。

由於駕駛員在觀看路況時，肉眼焦距通常位於無窮遠處，為了避免駕駛員在觀看儀表相關資訊時需要切換肉眼焦距，抬頭顯示器亦會將影像投影成像於相對於擋風玻璃的極遠處，為了達成此目的，通常會使用凹面鏡來反射投影裝置所產生的影像，以產生長距離的成像像距。

另外，抬頭顯示器通常會再設置另一反射鏡於凹面鏡與影像產生裝置之間以反射影像產生裝置所產生之影像，因而在有限空間中增加影像對於凹面鏡的等效物距，使影像得以投影成像於相對於擋風玻璃的極遠處。為了避免投影後之影像變得扭曲，此反射鏡通常為凸面鏡，以補償凹面鏡所造成的影像扭曲。然而，凸面鏡會減少影像對於凹面鏡的等效物距，為了使影像能投影至相對於擋風玻 璃足夠遠的距離，影像的等效物距必須夠大，因而使抬頭顯示器的整體體積無法有效縮小。

本創作之一技術態樣是在提供一種抬頭顯示器，以有效減小抬頭顯示器的整體體積。

根據本創作一實施方式，一種抬頭顯示器，用以於汽車之擋風玻璃形成畫面。抬頭顯示器包含影像產生裝置、第一凹面鏡以及第二凹面鏡。影像產生裝置出射影像，影像具有第一平均光軸。第一凹面鏡用以反射影像並形成第一反射影像，第一反射影像具有第二平均光軸，其中第一凹面鏡具有第一反射主軸，第一平均光軸與第一反射主軸之間具有第一夾角。第二凹面鏡用以反射第一反射影像並形成第二反射影像，第二反射影像具有第三平均光軸，其中第二凹面鏡具有第二反射主軸，第二平均光軸不與第二反射主軸平行，且第二反射影像投射於擋風玻璃形成畫面，其中第一反射主軸與第二反射主軸之間具有第二夾角。

在本創作一或多個實施方式中，影像產生裝置朝斜下方投影，使第一平均光軸與水平面夾有夾角。影像產生裝置包含顯示模組、背光模組以及散熱模組。顯示模組具有顯示面以及背像顯示面之背面。背光模組設置於顯示模組之背面。散熱模組設置於背光模組相對於顯示模組之另一面，並且熱接觸背光模組，其中散熱模組的最高點高於背光模組的最高點。

在本創作一或多個實施方式中，影像包含第一子影像與第二子影像，第一子影像之中心從影像產生裝置行進至第一凹面鏡的距離定義為第一光路距離，第二子影像之中心從影像產生裝置行進至第一凹面鏡的距離定義為第二光路距離，第一光路距離小於第二光路距離，且第一反射影像包含第一反射子影像與第二反射子影像，第一反射子影像之中心從第一凹面鏡行進至第二凹面鏡的距離定義為第三光路距離，第二反射子影像之中心從第一凹面鏡行進至第二凹面鏡的距離定義為第四光路距離，第三光路距離大於第四光路距離。

在本創作一或多個實施方式中，影像包含第一子影像與第二子影像，第一子影像與第二子影像分別具有第一子影像之中心與第二子影像之中心，其中第一子影像之中心與第二凹面鏡的等效物距以及第二子影像之中心與第二凹面鏡的等效物距實質上相等。

在本創作一或多個實施方式中，第一平均光軸與第一反射主軸間之第一夾角為15~20度。

在本創作一或多個實施方式中，第一反射主軸與第二反射主軸間之第二夾角為35~45度。

在本創作一或多個實施方式中，第三平均光軸與擋風玻璃之法線夾一夾角，夾角大於或等於擋風玻璃之法線與水平面的夾角。

本創作上述實施方式搭配第一凹面鏡與第二凹面鏡，藉由特殊的光路設計，因而不會產生影像扭曲。於是， 對於第二凹面鏡而言，影像的等效物距得以有效增加。另外，整體光路為交錯設置。上述二因素使抬頭顯示器的整體體積得以有效減少。

100、400、500‧‧‧抬頭顯示器

110‧‧‧影像產生裝置

111‧‧‧背光模組

112‧‧‧散熱模組

113‧‧‧顯示模組

115‧‧‧殼體

116‧‧‧影像

116a‧‧‧影像的中心

116b、118b、119b‧‧‧第一子影像的中心

116c、118c、119c‧‧‧第二子影像的中心

116R1‧‧‧第一反射影像

116R2‧‧‧第二反射影像

116u‧‧‧影像之上半部

116u1‧‧‧第一反射子影像

116d‧‧‧影像之下半部

116d1‧‧‧第二反射子影像

117‧‧‧內部空間

118‧‧‧影像

118e‧‧‧影像之左半部

118r‧‧‧影像之右半部

119‧‧‧影像

119de‧‧‧影像之左下部份

119ur‧‧‧影像之右上部份

120‧‧‧第一凹面鏡

121‧‧‧第一反射主軸

130‧‧‧第二凹面鏡

131‧‧‧第二反射主軸

201‧‧‧第一平均光軸

202‧‧‧第二平均光軸

203‧‧‧第三平均光軸

300‧‧‧擋風玻璃

301‧‧‧擋風玻璃之法線

900‧‧‧畫面

H‧‧‧水平面

I_b 、I_c ‧‧‧虛像

OD1‧‧‧第一光路距離

OD2‧‧‧第二光路距離

OD3‧‧‧第三光路距離

OD4‧‧‧第四光路距離

OD5‧‧‧第五光路距離

OD6‧‧‧第六光路距離

θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ ‧‧‧夾角

第1圖繪示依照本創作一實施方式之抬頭顯示器與擋風玻璃的側視示意圖。

第2圖繪示第1圖之影像產生裝置所射出之影像的示意圖。

第3圖繪示第1圖之抬頭顯示器、擋風玻璃以及形成於擋風玻璃的畫面的立體示意圖。

第4圖繪示第1圖之抬頭顯示器的光路示意圖。

第5圖繪示第1圖之抬頭顯示器的另一光路示意圖。

第6圖繪示依照本創作另一實施方式之抬頭顯示器與擋風玻璃的上視示意圖。

第7圖繪示第6圖之影像產生裝置所射出之影像的示意圖。

第8圖繪示第6圖之抬頭顯示器、擋風玻璃以及形成於擋風玻璃的畫面的立體示意圖。

第9圖繪示依照本創作又一實施方式之抬頭顯示器的立體示意圖。

第10圖繪示第9圖之影像產生裝置所射出之影像的示意圖。

第11圖繪示第9圖之抬頭顯示器、擋風玻璃以及形成於擋風玻璃的畫面的立體示意圖。

以下將以圖式揭露本創作之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本創作。也就是說，在本創作部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示依照本創作一實施方式之抬頭顯示器100與擋風玻璃300的側視示意圖。第2圖繪示第1圖之影像產生裝置110所射出之影像116的示意圖。第3圖繪示第1圖之抬頭顯示器100、擋風玻璃300以及形成於擋風玻璃300的畫面900的立體示意圖。如第1圖、第2圖以及第3圖所繪示，本實施方式之抬頭顯示器100(Head Up Display，HUD)通常設置於汽車中，產生具有儀表相關資訊的影像116並將影像116向上投影至汽車之擋風玻璃300而形成具有儀表相關資訊的畫面900於擋風玻璃300上，以方便駕駛員觀看。

抬頭顯示器100包含影像產生裝置110、第一凹面鏡120以及第二凹面鏡130。影像產生裝置110出射影像116，影像116具有第一平均光軸201，亦即影像中心116a入射第一凹面鏡120之光軸。影像產生裝置110可被視為 由複數個子光源組成，為方便推估影像位置，在此將實際上並非完全平行的每一子光源所射出之光線的行進方向平均後視為以平行方向行進，並且因而形成影像116，影像116具有中心116a。

第一凹面鏡120用以反射影像116並形成第一反射影像116R1。第一凹面鏡120具有第一反射主軸121(Principal Axis)。第一反射主軸121為通過第一凹面鏡120之中心並且垂直於第一凹面鏡120的軸線，亦即第一凹面鏡120的反射光軸，第一凹面鏡120的焦點位於第一反射主軸121上。第一平均光軸201不與第一反射主軸121平行。

第二凹面鏡130用以反射第一反射影像116R1並形成第二反射影像116R2。第二凹面鏡130具有第二反射主軸131，為通過第二凹面鏡130之中心並且垂直於第二凹面鏡130的軸線，亦即第二凹面鏡130的反射光軸。第一反射影像具有第二平均光軸202，亦即第一反射影像116R1之中心入射第二凹面鏡130之光軸。第二平均光軸202不與第二反射主軸131平行。第二反射影像116R2將被投射於擋風玻璃300並形成畫面，第二反射影像116R2具有第三平均光軸203，亦即第二反射影像116R2之中心入射擋風玻璃300之光軸。

第4圖繪示第1圖之抬頭顯示器100的光路示意圖。如第2圖與第4圖所繪示，具體而言，影像116可包含第一子影像116u與第二子影像116d。第一子影像116u 可為影像之上半部，第二子影像116d可為影像之下半部。第一子影像具有中心116b，第二子影像具有中心116c。第一子影像之中心116b從影像產生裝置110行進至第一凹面鏡120的距離定義為第一光路距離OD1，第二子影像之中心116c從影像產生裝置110行進至第一凹面鏡120的距離定義為第二光路距離OD2，第一光路距離OD1小於第二光路距離OD2。第一反射影像116R1可包含第一反射子影像116u1與第二反射子影像116d1，第一反射子影像可為第一反射影像之上半部，第二反射子影像可為第一反射影像之下半部。第一反射子影像116u1之中心從第一凹面鏡120行進至第二凹面鏡130的距離定義為第三光路距離OD3，第二反射子影像116d1之中心從第一凹面鏡120行進至第二凹面鏡130的距離定義為第四光路距離OD4，第三光路距離OD3大於第四光路距離OD4。

第5圖繪示第1圖之抬頭顯示器100的另一光路示意圖。如第2圖與第5圖所繪示，抬頭顯示器100的第一子影像116u與第二子影像116d將於第一凹面鏡120中形成相對應之虛像I_b 、I_c 。在考量光學系統的成像時，若是以第二凹面鏡130為基準，可以把虛像I_b 、I_c 視為實際存在的發光源，並且將第一凹面鏡120視為不存在。此時，虛像I_b 所射出之光線形成為第一子影像之中心116b，虛像I_c 所射出之光線形成為第二子影像之中心116c。第一子影像之中心116b從虛像I_b 行進至第二凹面鏡130的距離定義為第五光路距離OD5，第二子影像之中心116c從虛像I_c 行進 至第二凹面鏡130的距離定義為第六光路距離OD6，第五光路距離OD5實質上相等於第六光路距離OD6。換句話說，對於第二凹面鏡130而言，第一子影像116u的等效物距與第二子影像116d的等效物距實質上相等。

如第5圖所繪示，由於第一子影像116u對於第二凹面鏡130的等效物距與第二子影像116d對於第二凹面鏡130的等效物距實質上相等，亦即第五光路距離OD5實質上相等於第六光路距離OD6，因此第二凹面鏡130所形成之第二反射影像116R2將不會扭曲，且第二反射影像投射於擋風玻璃300而形成的畫面亦不會扭曲，因而畫面中的儀表相關資訊將不會因為畫面扭曲而變得難以辨識。

在傳統抬頭顯示器中，是將凸面鏡置於影像產生裝置110與第二凹面鏡130之間以反射影像，使第一子影像116u對於第二凹面鏡130的等效物距與第二子影像116d對於第二凹面鏡130的等效物距實質上相等，因而投射於擋風玻璃300而形成的畫面不會扭曲。然而，凸面鏡會縮小影像，所以第一子影像116u對於第二凹面鏡130的等效物距與第二子影像116d對於第二凹面鏡130的等效物距亦會縮短，為了使投射於擋風玻璃300的畫面可以成像於足夠遠的距離，於是傳統抬頭顯示器的整體體積便無法有效縮小。相較於此，在本實施方式之抬頭顯示器100中，是將第一凹面鏡120置於影像產生裝置110與第二凹面鏡130之間以反射影像，因為第一凹面鏡120可以放大影像，所以第一子影像116u對於第二凹面鏡130的等效物距與第二 子影像116d對於第二凹面鏡130的等效物距亦會變大，於是抬頭顯示器100的整體體積可以在投射於擋風玻璃300的畫面成像於足夠遠距離的同時有效地縮小。

另外，如第1圖所繪示，相較於傳統抬頭顯示器，抬頭顯示器100的整體光路(亦即第一平均光軸201、第二平均光軸202以及第三平均光軸203)為更緊密地交錯，因此抬頭顯示器100的整體體積得以有效減少。

如第1圖與第5圖所繪示，第一平均光軸201與第一反射主軸121之夾角θ₁ 可為15~20度，第一反射主軸121與第二反射主軸131夾角θ₂ 可為35~45度。藉由如此的角度設置，第一子影像116u對於第二凹面鏡130的等效物距將與第二子影像116d對於第二凹面鏡130的等效物距實質上相等，於是第二反射影像投射於擋風玻璃300而形成的畫面將不會扭曲。

如第1圖所繪示，影像產生裝置110朝斜下方投影，使第一平均光軸201與水平面(或是水平方向)夾有夾角(第一平均光軸201大致上平行於投影方向，但不在此限)。影像產生裝置110包含顯示模組113、背光模組111以及散熱模組112。顯示模組113具有顯示面以及背像顯示面之背面。背光模組111設置於顯示模組113之背面。散熱模組112設置於背光模組111相對於顯示模組113之另一面，並且熱接觸背光模組111，其中散熱模組112的最高點高於背光模組111的最高點。

具體而言，影像產生裝置110更具有殼體115，殼 體115具有內部空間117。背光模組111接觸內部空間117之上方部份。顯示模組113接觸內部空間117之下方部份。

由於內部空間117中必然具有空氣，內部空間117中的空氣會以熱對流的方式將背光模組111運作時所產生的熱能傳遞至顯示模組113。若是顯示模組113接收到過多的熱能，可能會溫度過高而產生液晶液化(Liquefaction)的情況。不過，由於背光模組111接觸內部空間117之上方部份，顯示模組113接觸內部空間117之下方部份，所以內部空間117中的空氣的熱對流將不會很旺盛，背光模組111所產生的熱能也就不易傳遞至顯示模組113。相反地，由於散熱模組112的最高點高於背光模組111的最高點，因此背光模組111所產生的熱能將能高效率地傳遞至散熱模組112。

藉由影像產生裝置110朝斜下方投影的擺設方式，背光模組111所產生的熱能能高效率地傳遞至散熱模組112，且不易傳遞至顯示模組113，因此背光模組111與顯示模組113的溫度將不至於過高，因而得以避免如顯示模組113的液晶液化等不良情況。

如第1圖所繪示，第三平均光軸203之方向與擋風玻璃300相對於駕駛員觀看的水平面的角度具有一配合關係，使形成於擋風玻璃300的畫面可以成像於方便駕駛員觀看的位置，因而使駕駛員方便觀看儀表相關資訊。換句話說，抬頭顯示器100的整體設置角度可以依照擋風玻璃300相對於水平面的角度做相對應的調整。具體而言，第三 平均光軸203與擋風玻璃300之法線301夾一夾角θ₃ ，此夾角大於或等於擋風玻璃300之法線301與水平面H的夾角θ₄ 。於是，第二反射影像於擋風玻璃300反射成像後，擋風玻璃300上的畫面會形成於駕駛員水平正視方向或者下視方向。另外，亦可透過調整第二凹面鏡130的設置角度控制形成於擋風玻璃300的畫面的成像角度。

第6圖繪示依照本創作另一實施方式之抬頭顯示器400與擋風玻璃300的上視示意圖。第7圖繪示第6圖之影像產生裝置110所射出之影像118的示意圖。第8圖繪示第6圖之抬頭顯示器400、擋風玻璃300以及形成於擋風玻璃300的畫面900的立體示意圖。如第6圖、第7圖以及第8圖所繪示，影像118可包含第一子影像118r與第二子影像118e，第一子影像可為影像之右半部，第二子影像可為影像之左半部，第一子影像118r具有中心118b，第二子影像118e具有中心118c。本實施方式之抬頭顯示器400的光路設置特性與前述實施方式相同，即第一子影像118r對於第二凹面鏡130的等效物距與第二子影像118e對於第二凹面鏡130的等效物距實質上相等，而主要差異為前述實施方式之影像產生裝置110為朝斜下方投影，而本實施方式之影像產生裝置110為朝右投影，且其他元件作相對應地調整配置。於是，抬頭顯示器400將影像118向左投影至汽車之擋風玻璃300而形成具有儀表相關資訊的畫面900於擋風玻璃300上。類似地，第一子影像亦可為影像之左半部，第二子影像亦可為影像之右半部，於是影 像產生裝置110朝左投影，且其他元件作相對應地調整配置，抬頭顯示器400將影像118向右投影至擋風玻璃300而形成畫面900於擋風玻璃300上。

第9圖繪示依照本創作又一實施方式之抬頭顯示器500的立體示意圖。第10圖繪示第9圖之影像產生裝置110所射出之影像119的示意圖。第11圖繪示第9圖之抬頭顯示器500、擋風玻璃300以及形成於擋風玻璃300的畫面900的立體示意圖。如第9圖、第10圖以及第11圖所繪示，影像119可包含第一子影像與第二子影像。第一子影像可為影像之右上部份119ur，第二子影像可為影像之左下部份119de。第一子影像119ur具有中心119b，第二子影像119de具有中心119c。本實施方式之抬頭顯示器500的光路設置特性與前述實施方式相同，而本實施方式之影像產生裝置110為朝右下方投影，且其他元件作相對應地調整配置。於是，抬頭顯示器500將影像119向左上投影至汽車之擋風玻璃300而形成具有儀表相關資訊的畫面900於擋風玻璃300上。類似地，第一子影像亦可為影像之左上半部，第二子影像亦可為影像之右下半部，於是影像產生裝置110朝左上方投影，且其他元件作相對應地調整配置，抬頭顯示器500將影像119向右下投影至擋風玻璃300而形成畫面900於擋風玻璃300上。

如第9圖所繪示，由於抬頭顯示器500的光路分佈為斜向配置，因此抬頭顯示器500可以設置於更小體積的長方體中，因而可以更進一步地減少抬頭顯示器500的整 體體積。

本創作上述實施方式搭配第一凹面鏡120與第二凹面鏡130，藉由特殊的光路設計，因而不會產生影像扭曲。於是，對於第二凹面鏡130而言，影像的等效物距得以有效增加。另外，整體光路為交錯設置。上述二因素使抬頭顯示器的整體體積得以有效減少。

雖然本創作已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧抬頭顯示器

110‧‧‧影像產生裝置

111‧‧‧背光模組

112‧‧‧散熱模組

113‧‧‧顯示模組

115‧‧‧殼體

116a‧‧‧影像的中心

116R1‧‧‧第一反射影像

116R2‧‧‧第二反射影像

117‧‧‧內部空間

120‧‧‧第一凹面鏡

121‧‧‧第一反射主軸

130‧‧‧第二凹面鏡

131‧‧‧第二反射主軸

201‧‧‧第一平均光軸

202‧‧‧第二平均光軸

203‧‧‧第三平均光軸

300‧‧‧擋風玻璃

301‧‧‧擋風玻璃之法線

H‧‧‧水平面

θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ ‧‧‧夾角

Claims (7)

1. 一種抬頭顯示器，用以於一汽車之一擋風玻璃形成一畫面，該抬頭顯示器包含：一影像產生裝置，出射一影像，該影像具有一第一平均光軸；一第一凹面鏡，用以反射該影像並形成一第一反射影像，該第一反射影像具有一第二平均光軸，其中該第一凹面鏡具有一第一反射主軸，該第一平均光軸與該第一反射主軸之間具有一第一夾角；以及一第二凹面鏡，用以反射該第一反射影像並形成一第二反射影像，該第二反射影像具有一第三平均光軸，其中該第二凹面鏡具有一第二反射主軸，該第二平均光軸不與該第二反射主軸平行，且該第二反射影像投射於該擋風玻璃形成該畫面，其中該第一反射主軸與該第二反射主軸之間具有一第二夾角。
2. 如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該影像產生裝置朝斜下方投影，使該第一平均光軸與水平面夾有一夾角，該影像產生裝置包含：一顯示模組，具有一顯示面以及背像該顯示面之一背面；一背光模組，設置於該顯示模組之該背面；以及一散熱模組，設置於該背光模組相對於該顯示模組之 另一面，並且熱接觸該背光模組，其中，該散熱模組的最高點高於該背光模組的最高點。
3. 如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該影像包含一第一子影像與一第二子影像，該第一子影像之中心從該影像產生裝置行進至該第一凹面鏡的距離定義為一第一光路距離，該第二子影像之中心從該影像產生裝置行進至該第一凹面鏡的距離定義為一第二光路距離，該第一光路距離小於該第二光路距離，且該第一反射影像包含一第一反射子影像與一第二反射子影像，該第一反射子影像之中心從該第一凹面鏡行進至該第二凹面鏡的距離定義為一第三光路距離，該第二反射子影像之中心從該第一凹面鏡行進至該第二凹面鏡的距離定義為一第四光路距離，該第三光路距離大於該第四光路距離。
4. 如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該影像包含一第一子影像與一第二子影像，該第一子影像與該第二子影像分別具有一第一子影像之中心與一第二子影像之中心，其中該第一子影像之中心與該第二凹面鏡的等效物距以及該第二子影像之中心與該第二凹面鏡的等效物距實質上相等。
5. 如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該第一平均光軸與該第一反射主軸間之該第一夾角為15~20度。
6. 如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該第一反射主軸與該第二反射主軸間之該第二夾角為35~45度。
7. 如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該第三平均光軸與該擋風玻璃之法線夾一夾角，該夾角大於或等於該擋風玻璃之法線與水平面的夾角。