TWM573704U - Intrusive head-up display device - Google Patents

Abstract

本創作係有關於一種崁入式抬頭顯示裝置，包含一機體、一影像投影模組、一凸面鏡、一平面鏡及一凹面鏡，其善用車內的有限空間，將該機體埋入於車輛的儀表台，透過該凹面鏡與該凸面鏡及該平面鏡使一顯示畫面放大而不會彎曲變形，藉以加長光路取得較遠虛像距離，讓駕駛有最佳視覺觀看效果，進而提升行車安全。

Description

崁入式抬頭顯示裝置

本創作係有關於一種崁入式抬頭顯示裝置，此尤指一種可加長光路取得較遠虛像距離之崁入式抬頭顯示裝置，其善用車內的有限空間，將本創作之機體埋入於車輛的儀表台，藉以在不增加抬頭顯示裝置的機體體積下，而能獲得較遠虛像距離，讓駕駛有最佳視覺觀看效果，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與眼前的實景重疊，相關的技術可參酌US 7936518、TW M491842、TW M541404、TW M543368、TW I494603、TW I444657、TW I608249、TW公告編號436662、TW公開編號200722788、TW公開編號201516475、TW公開編號201245764等專利前案。

如第一圖所示，為一典型的習知抬頭顯示裝置A之結構與光路示意圖，其中該抬頭顯示裝置A包含一機體AO，該機體AO內部設有一影 像投影器1A、一凸面鏡片2A及一凹面鏡片3A，該影像投影器1A的顯示畫面，先投射經過該影像投影器1A與該凸面鏡片2A之間的一第一光路MA1後，形成一第一虛像EA1，該第一虛像EA1大小會與一第一成像距離PA1為同比例之縮小；接著該第一虛像EA1投射經過該凸面鏡片2A與該凹面鏡片3A之間的一第二光路MA2後，形成一第二虛像EA2，該第二虛像EA2大小會與一第二成像距離PA2為同比例之放大，最後該凹面鏡片3A再將該顯示畫面投射於一擋風玻璃WA上，再進一步虛擬成像反射至使用者的眼睛。

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，但由於習知抬頭顯示裝置通常設置在駕駛前方儀表台，其空間有限，一般抬頭顯示裝置的虛像距離，只能做到距離駕駛眼睛2.5公尺的距離，如果想要獲得較佳的虛像距離(大約5倍的虛像距離)，通常的做法就是要加大抬頭顯示裝置的體積，但因車內的空間有限，需要安置的各項配備實在太多，想要再增加該抬頭顯示裝置的體積，將是一件不容易克服的事。

有鑑於此，本案創作人歷經無數次研究改良後，終於完成本創作之崁入式抬頭顯示裝置，即本案之創作目的係在提供一種可加長光路取得較遠虛像距離之崁入式抬頭顯示裝置，其善用車內的有限空間，將本 創作之機體埋入於車輛的儀表台，透過該凹面鏡與該凸面鏡及該平面鏡使該顯示畫面不會彎曲變形，藉以在不增加抬頭顯示裝置的機體體積下，而能獲得較遠的虛像距離，讓駕駛有最佳視覺觀看效果，進而提升行車安全。

為達到上述本案之創作目的，本創作之崁入式抬頭顯示裝置，包含：一機體，內部設有一容置空間與一開口，並設有一電路板；一影像投影模組，設置於該機體，並電性連接該電路板，接收該電路板輸出的一顯示畫面，將該顯示畫面投射出；一凸面鏡，設置於該機體，該凸面鏡反射該顯示畫面；一平面鏡，設置於該機體，該平面鏡反射該凸面鏡反射後的顯示畫面；一凹面鏡，設置於該機體，該凹面鏡反射該平面鏡反射後的顯示畫面；藉由上述的構造，使該凸面鏡與該平面鏡及該凹面鏡的距離，在不浪費空間的情況下，該凸面鏡先縮小該顯示畫面，再由該平面鏡增加光路距離，該凹面鏡放大該顯示畫面，該顯示畫面可以維持相同的放大倍率，藉以在不增加抬頭顯示裝置的機體體積下，而能獲得較遠的光路距離，進而達到較遠的虛像距離。

上述之機體更包含一遮光罩，該凸面鏡與該平面鏡設置於該遮光罩，並藉該遮光罩解決該凸面鏡與該平面鏡及該凹面鏡交互反射的雜散光。

上述之機體埋入一車輛的儀表台，該開口以一透明防塵蓋覆 蓋。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一反射膜，該反射膜貼附於一擋風玻璃。

上述之凹面鏡的底部設一馬達齒輪組，透過該馬達齒輪組的轉動，以調整該凹面鏡的反射角度。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一按鍵組，該按鍵組電性連接該電路板，以作為該崁入式抬頭顯示裝置之功能操作。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一光感測模組，該光感測模組電性連接該電路板，以調整該影像投影模組之亮度。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一揚聲模組，該揚聲模組電性連接該電路板，將聲音訊息透過該揚聲模組告知駕駛者。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一無線模組，該無線模組電性連接該電路板，以接收一電子裝置無線傳輸的訊號資料。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一連接模組，該連接模組電性連接該電路板，以接收一電子裝置有線傳輸的訊號資料。

本創作之特點，可提供一種可加長光路取得較遠虛像距離之崁入式抬頭顯示裝置，其善用車內的有限空間，透過該凹面鏡與該凸面鏡及該平面鏡使該顯示畫面不會彎曲變形，藉以在不增加抬頭顯示裝置的機體體積下，而能獲得較遠虛像距離，讓駕駛有最佳視覺觀看效果，進而提升行車安全。

〔習式〕

A‧‧‧抬頭顯示裝置

AO‧‧‧機體

1A‧‧‧影像投影器

2A‧‧‧凸面鏡片

3A‧‧‧凹面鏡片

MA1‧‧‧第一光路

MA2‧‧‧第二光路

EA1‧‧‧第一虛像

EA2‧‧‧第二虛像

PA1‧‧‧第一成像距離

PA2‧‧‧第二成像距離

WA‧‧‧擋風玻璃

〔本創作〕

1‧‧‧機體

11‧‧‧容置空間

12‧‧‧電路板

120‧‧‧處理器

13‧‧‧開口

14‧‧‧透明防塵蓋

15‧‧‧遮光罩

2‧‧‧影像投影模組

3‧‧‧凸面鏡

4‧‧‧平面鏡

5‧‧‧凹面鏡

6‧‧‧反射膜

7‧‧‧馬達齒輪組

81‧‧‧無線模組

82‧‧‧光感測模組

83‧‧‧按鍵組

831‧‧‧電源鍵

832‧‧‧開啟鍵

833‧‧‧操作切換鍵

834‧‧‧停止鍵

835‧‧‧旋鈕

84‧‧‧連接模組

85‧‧‧揚聲模組

9‧‧‧電子裝置

C‧‧‧車輛

C1‧‧‧儀表台

D‧‧‧方向盤

E‧‧‧眼睛

E1‧‧‧第一虛像

E2‧‧‧第二虛像

E3‧‧‧第三虛像

M1‧‧‧第一實際光路

M2‧‧‧第二實際光路

M3‧‧‧第三實際光路

M4‧‧‧第四實際光路

P1‧‧‧第一成像距離

P2‧‧‧第二成像距離

P3‧‧‧第三成像距離

W‧‧‧擋風玻璃

第一圖，為習知抬頭顯示裝置之結構與光路示意圖。

第二圖，為本創作之組合結構示意圖。

第三圖，為本創作之分解結構示意圖。

第四圖，為本創作之電路方塊圖。

第五圖，為本創作之實施例示意圖。

第六圖，本創作之光路分解說明示意圖。

如第二至六圖所示，本創作之崁入式抬頭顯示裝置，包含：一機體1，內部設有一容置空間11與一開口13，該機體1並設有一電路板12，該電路板12包含一處理器120，該處理器120負責控制資料處理與做相關訊息處理並輸出畫面資訊，該機體1埋入一車輛C的儀表台C1，該開口13以一透明防塵蓋14覆蓋；一影像投影模組2，係電性連接該電路板12，該影像投影模組2設置於該機體1，用以接收該電路板12輸出的一顯示畫面，並將該顯示畫面投射出為一第一實際光路M1(如第六圖所示)，該影像投影模組2設置的位置，係位於該儀表台C1接近方向盤D的位置，或者接近該儀表台C1前方的位置(如第五圖所示)；一凸面鏡3，設置於該機體1內，該凸面鏡3位於該影像投影模組2投射的相對位置並反射該顯示畫面為一第二實際光路M2；一平面鏡4，設置於該機體1，該平面鏡4反射該凸面鏡3反射後的顯示畫面為一第三實際光路M3；一凹面鏡5，設置於該機體1，該凹面鏡5反射該平面鏡4反射後的顯示畫面為一第四實際光路M4，藉由該凸面鏡3與該凹面鏡5互補性， 保持虛像面視場中心與視場邊緣的放大倍率一致性，以得到修正虛像面畸變效果，絕對畸變公式之定義為δu=U'-u'，其中U'為平面物體任一點的主光線像點高度，u'為平面物體任一軸外點的理想像點高度，此技術手段為本領域技術者所熟知內容，因此不加以贅述。

本創作之技術特徵，在於透過該凹面鏡與該凸面鏡及該平面鏡使該顯示畫面不會彎曲變形，藉以在不增加抬頭顯示裝置的機體體積下，以獲得較遠的光路距離，如第六圖所示，該凸面鏡片4的成像公式為1/p1=1/q1+1/f1=1/m1+1/f1，其中f1是凸面鏡3的焦距，m1為物距(在此指該第一實際光路M1)，p1為像距(在此指該第一成像距離P1)，該影像投影模組2的顯示畫面，先投射經過該影像投影模組3與該凸面鏡4之間的一第一實際光路M1後，形成一第一虛像E1，該第一虛像E1大小會與一第一成像距離P1為同倍率之縮小；接著該第一虛像E1投射經過該凸面鏡3與該平面鏡4之間的一第二實際光路M2後，該平面鏡片4的成像公式為1/p2=1/q2=1/m2，m2為物距(在此指該第二實際光路M2)，p2為像距(在此指該第二成像距離P2)，形成一第二虛像E2，透過該平面鏡4的投射後，虛像光路卻比實際光路拉長許多，這就是本創作用來延長投射距離的方法；最後該第二虛像E2投射經過該平面鏡4與該凹面鏡5之間的一第三實際光路M3後，該凹面鏡片5的成像公式為1/p3=1/q3-1/f3=1/(p2+m3)-1/f3，其中f3是凹面鏡的焦距，m3為物距(在此指該第三實際光路M3)，p3為像距(在此指該第二成像距離P3)，形成一第三虛像E3，該第三虛像E2大小會與一第三成像距離P3為同倍率之放大，透過該凹面鏡5的投射後，該凹面鏡5在相同的總放大倍率下具有較大的放大倍率來拉長虛像距離，卻可獲得更長的光路距離；相較之下，傳統的抬 頭顯示器要維持相同的光路距離，只有加大機體體積一途，這點是本創作在不增加抬頭顯示裝置的機體體積下，而能獲得較遠虛像距離之進步性所在。

如第三圖所示，該機體1更包含一遮光罩15，該凸面鏡3與該平面鏡4設置於該遮光罩15，並藉該遮光罩15解決該凸面鏡3與該平面鏡4及該凹面鏡5交互反射的雜散光。

如第五圖所示，本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一反射膜6，該反射膜6貼附於一擋風玻璃W，該凹面鏡5反射該平面鏡4反射後的第四實際光路M4將該顯示影像放大並投射到該反射膜6，藉由該反射膜6的反射而到達駕駛的眼睛E。

上述之凹面鏡5，其底部設有一馬達齒輪組7，該馬達齒輪組7電性連接於該電路板12，透過該馬達齒輪組7的轉動，以調整該凹面鏡5的反射角度。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一無線模組81，該無線模組81接收一電子裝置9無線傳輸的訊號資料；該無線模組81為一藍芽或一WiFi，該電子裝置9為一車用裝置、一車載主機、一車用音響裝置、一吸頂式多媒體播放裝置、一頭枕式多媒體播放裝置、一免持聽筒裝置、一導航裝置、一胎壓偵測裝置、一智慧手機或一平板電腦等；該無線模組81與車輛的電子裝置9作無線連結時得以顯示車速，畫面資訊可為車輛電池電量、車門關閉與否、後箱蓋關閉與否、行車速度、道路限速、導航方向指示等訊息；該電子裝置9如為胎壓偵測裝置，則該畫面資訊顯示一車輛胎壓狀態；該電子裝置9如為手機連結時，除了顯示車速外，更可以顯示手機APP 傳送過來之各項資訊，如手機音樂播放無線傳送到該無線模組81。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一光感測模組82，該光感測模組82電性連接該電路板12，用以調整該影像投影模組2所投射的顯示畫面亮度，並可依照測到的日光強度，調整該顯示畫面的亮度，讓駕駛者能清楚看到顯示畫面的訊息。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一按鍵組83，該按鍵組83設於該方向盤D或車輛C的儀表台C1或中控台，並電性連接該電路板12，以作為該崁入式抬頭顯示裝置的功能操作；該按鍵組83包含一電源鍵831、一開啟鍵832、一操作切換鍵833、一停止鍵834及一旋鈕835；該電源鍵831可啟動或關閉該崁入式抬頭顯示裝置；該開啟鍵832可啟動該馬達齒輪組7；該操作切換鍵833可切換操作該馬達齒輪組7的轉動方向；該停止鍵834可停止該馬達齒輪組7的作動；該旋鈕835可為手動調整該顯示畫面的亮度，該旋鈕835向右旋轉為亮度增加，讓該顯示畫面更亮，該旋鈕835向左旋轉為亮度減小，讓該顯示畫面變暗，使駕駛者能清楚看到該顯示畫面的訊息。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一連接模組84，該連接模組84電性連接該電路板12，係接收該電子裝置9有線傳輸的訊號資料，該電子裝置9為一車用裝置、一車載主機、一車用音響裝置、一吸頂式多媒體播放裝置、一頭枕式多媒體播放裝置、一免持聽筒裝置、一導航裝置、一智慧手機或一平板電腦等。

上述之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一揚聲模組85，該揚聲模組85電性連接於該電路板12，將聲音訊息透過該揚聲模組85告知駕駛者，可以播放從該電子裝置9傳來之語音檔或做為警示聲之使用。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，其光路提供該凸面鏡與該凹面鏡及該平面鏡在不浪費空間的情況下，獲得較遠的光路距離，因而在同樣的凹面鏡5放大倍率下，可以獲得較遠的投影距離。

本創作之崁入式抬頭顯示裝置，提供一種可加長光路取得較遠虛像距離，其善用車內有限空間，利用該凹面鏡與凸面鏡使兩者互相補償，讓該顯示畫面不會彎曲變形，藉以在不增加抬頭顯示裝置的機體體積下，而能獲得較遠虛像距離，讓駕駛有最佳視覺觀看效果，進而提升行車安全，有效解決習式所存缺失，且本創作所用之技術手段，又為先前技術所無，故而本創作特具專利之新穎性及進步性要件。

本創作內容中所提出之具體實施例，僅用以方便說明本創作之技術內容，而非將本創作狹義地限制於上述實施例，凡在不超出本創作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，仍屬於本創作之範圍。

Claims (10)

1. 一種崁入式抬頭顯示裝置，包含：一機體，內部設有一容置空間與一開口，並設有一電路板；一影像投影模組，設置於該機體，並電性連接該電路板，接收該電路板輸出的一顯示畫面，將該顯示畫面投射出；一凸面鏡，設置於該機體，該凸面鏡反射該顯示畫面；一平面鏡，設置於該機體，該平面鏡反射該凸面鏡反射後的顯示畫面；一凹面鏡，設置於該機體，該凹面鏡反射該平面鏡反射後的顯示畫面；藉由上述的構造，使該凸面鏡與該平面鏡及該凹面鏡的距離，在不浪費空間的情況下，該凸面鏡先縮小該顯示畫面，再由該平面鏡增加光路距離，該凹面鏡放大該顯示畫面，使該顯示畫面能維持相同的放大倍率下，獲得較遠的光路距離，進而達到較遠的虛像距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，其中該機體更包含一遮光罩，該凸面鏡與該平面鏡設置於該遮光罩，並藉該遮光罩解決該凸面鏡與該平面鏡及該凹面鏡交互反射的雜散光。
3. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，其中該開口以一透明防塵蓋覆蓋，該機體埋入一車輛的儀表台。
4. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一反射膜，該反射膜貼附於一擋風玻璃。
5. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，其中該凹面鏡的底部 設一馬達齒輪組，透過該馬達齒輪組的轉動，以調整該凹面鏡的反射角度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一按鍵組，該按鍵組電性連接該電路板，以作為該崁入式抬頭顯示裝置之功能操作。
7. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一光感測模組，該光感測模組電性連接該電路板，以調整該影像投影模組之亮度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一揚聲模組，該揚聲模組電性連接該電路板，並將聲音訊息透過該揚聲模組告知駕駛者。
9. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一無線模組，該無線模組電性連接該電路板，以接收一電子裝置無線傳輸的訊號資料。
10. 如申請專利範圍第1項所述之崁入式抬頭顯示裝置，更包含一連接模組，該連接模組電性連接該電路板，以接收一電子裝置有線傳輸的訊號資料。