本發(fā)明涉及一種顯示裝置，特別是涉及一種抬頭顯示裝置。

背景技術(shù)：

將抬頭顯示裝置(headupdisplay，hud)應(yīng)用于汽車中，能讓駕駛員無需低頭便可看到儀表板的重要資訊，從而使駕駛員在開車注視路況的同時，便能觀察得知儀表板上的重要資訊。

抬頭顯示裝置通常是由一能產(chǎn)生影像的圖像產(chǎn)生單元(picturegeneratingunit，pgu)，及多個用于補(bǔ)償像差及放大影像的凹凸面鏡所共同構(gòu)成，目前可將抬頭顯示裝置分為擋風(fēng)玻璃式抬頭顯示裝置(windshieldtypehud)及疊像式抬頭顯示裝置(combinertypehud)兩種。

以擋風(fēng)玻璃式抬頭顯示裝置而言，主要是通過該圖像產(chǎn)生單元產(chǎn)生影像而依序傳至所述凹凸面鏡，從而將影像投影至汽車擋風(fēng)玻璃上。為了能將影像放大且清楚地呈現(xiàn)于擋風(fēng)玻璃上，所述凹凸面鏡必須針對每一臺汽車的擋風(fēng)玻璃的曲率進(jìn)行校正。然而，擋風(fēng)玻璃的組裝公差非常大，就算是同一廠牌型號的汽車，仍須針對個別的擋風(fēng)玻璃的曲率重新校正所述凹凸面鏡，導(dǎo)致消耗了額外的成本與工時。再者，為了能讓影像投影至擋風(fēng)玻璃的足夠遠(yuǎn)處以使駕駛員便于觀看，其影像的等效物距也必須隨著增加，從而造成抬頭顯示裝置的體積無法有效縮小。

另外，以疊像式抬頭顯示裝置而言，其是以一額外的外裝顯示屏幕取代汽車的擋風(fēng)玻璃，從而將圖像產(chǎn)生單元產(chǎn)生的影像投影至該外裝顯示屏幕上。此種抬頭顯示裝置主要是將該外裝顯示屏幕制作成具有曲率的凹面鏡，以使抬頭顯示裝置減少凹凸面鏡的使用，從而有效減少抬頭顯示裝置的體積。然而，將該外裝顯示屏幕制作成具有曲率的凹面鏡的成本昂貴且加工不易，當(dāng)該外裝顯示屏幕的曲率加工不精準(zhǔn)時，會導(dǎo)致投影于其上的影像變形。此外，該外裝顯示屏幕通常會再鍍上一層薄膜，用于使投影于其上的影像更為清晰，但該層薄膜則 會因日曬或高溫環(huán)境而產(chǎn)生脫落，進(jìn)而影響影像質(zhì)量。

由此可知，前述兩種抬頭顯示裝置各自具有待改善的缺點(diǎn)，此外，由于擋風(fēng)玻璃與駕駛員的水平視角的夾角通常介于25°～35°之間，而該外裝顯示屏幕與駕駛員的水平視角的夾角則介于60°～70°之間，因此，前述的兩種抬頭顯示裝置必須針對此角度差異而分別設(shè)計(jì)，當(dāng)然也就無法相互交換使用。因此，如何有效降低抬頭顯示裝置的體積，并減少其生產(chǎn)成本及讓同一臺抬頭顯示器產(chǎn)生的影像不僅能投影于擋風(fēng)玻璃，也能投影于外裝顯示屏幕的多重應(yīng)用，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所待解決的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能同時應(yīng)用于一車輛的一擋風(fēng)玻璃及一外裝顯示屏幕的抬頭顯示裝置。

本發(fā)明抬頭顯示裝置，適用于反射在一車輛的一擋風(fēng)玻璃及一外裝平面屏幕的其中一者，并供一使用者觀看，該抬頭顯示裝置包含：一圖像產(chǎn)生單元、一曲面鏡，及一凹面鏡。

該圖像產(chǎn)生單元能產(chǎn)生一沿一第一光路行進(jìn)的影像光線。

該曲面鏡位于該第一光路上，用于反射該圖像單元產(chǎn)生的該影像光線，而形成一第一反射影像光線，該第一反射影像光線沿一與該第一光路成角度的第二光路行進(jìn)。

該凹面鏡位于該第二光路上，該凹面鏡用于反射該第一反射影像光線，而形成一第二反射影像光線，該第二反射影像光線沿一與該第二光路成角度且與該第一光路交錯的第三光路行進(jìn)，而反射于該擋風(fēng)玻璃及該外裝平面屏幕的其中一者。

本發(fā)明的抬頭顯示裝置，定義一由該使用者觀看的水平視角線，該圖像產(chǎn)生單元與該曲面鏡至該水平視角線的垂直距離小于該凹面鏡至該水平視角線的垂直距離，該凹面鏡設(shè)置于該圖像產(chǎn)生單元的兩相反側(cè)的其中一者，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該擋風(fēng)玻璃時，該曲面鏡相較該圖像產(chǎn)生單元與該凹面鏡是最鄰近于該使用者設(shè)置，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該外裝平面屏幕時，該曲面鏡相較該圖像產(chǎn)生單元與該凹面鏡是最遠(yuǎn)離該使用者設(shè)置。

本發(fā)明的抬頭顯示裝置，該凹面鏡設(shè)置于該圖像產(chǎn)生單元與該曲 面鏡之間。

本發(fā)明的抬頭顯示裝置，該第二光路具有一與該曲面鏡的一法線成角度的第一夾角θ1，及一與該凹面鏡的一法線成角度的第二夾角θ2，且該第一夾角θ1與第二夾角θ2的比值介于0.43～1.25。

本發(fā)明的抬頭顯示裝置，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該擋風(fēng)玻璃時，該凹面鏡位于該圖像產(chǎn)生單元與該使用者之間，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該外裝平面屏幕時，該圖像產(chǎn)生單元位于該凹面鏡與該使用者之間。

本發(fā)明的抬頭顯示裝置，該圖像產(chǎn)生單元、該曲面鏡，及該凹面鏡三者的相對位置固定，定義一垂直該第一光路而位于該圖像產(chǎn)生單元與該曲面鏡之間的第一假想線，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該擋風(fēng)玻璃相較于該第二反射影像光線反射于該外裝平面屏幕時，該圖像產(chǎn)生單元、該曲面鏡，及該凹面鏡分別以該第一假想線呈鏡像設(shè)置。

本發(fā)明的抬頭顯示裝置，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該擋風(fēng)玻璃時，該凹面鏡可依該使用者的視角轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的抬頭顯示裝置，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該外裝平面屏幕時，該凹面鏡或該外裝平面屏幕可依使用者的視角轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的有益效果在于：通過讓該第二反射影像光線沿與該第二光路成角度且與該第一光路交錯的該第三光路行進(jìn)，進(jìn)而縮小整體體積，且僅需利用改變該圖像產(chǎn)生單元、該曲面鏡，及該凹面鏡三者與該使用者的相對關(guān)系，便能反射于該擋風(fēng)玻璃或該外裝平面屏幕。

附圖說明

圖1是一示意圖，說明本發(fā)明抬頭顯示裝置的一實(shí)施例反射于一車輛的一擋風(fēng)玻璃的一態(tài)樣；

圖2是一示意圖，說明本發(fā)明該實(shí)施例反射于一外裝平面屏幕的一態(tài)樣；

圖3是一局部示意圖，輔助說明圖1的該實(shí)施例反射于該車輛的該擋風(fēng)玻璃的另一態(tài)樣；

圖4是一局部示意圖，輔助說明圖2的該實(shí)施例反射于一外裝平面屏幕的另一態(tài)樣；

圖5是一示意圖，說明本發(fā)明抬頭顯示裝置，反射于該擋風(fēng)玻璃 或該外裝平面屏幕的一第一光路、一第二光路，及一第三光路三者的關(guān)系；

圖6是一示意圖，說明本發(fā)明抬頭顯示裝置反射于該擋風(fēng)玻璃時，可調(diào)整一凹面鏡角度來改變使用者視角；

圖7是一示意圖，說明本發(fā)明抬頭顯示裝置反射于該外裝平面屏幕時，可調(diào)整該外裝平面屏幕或該凹面鏡角度來改變使用者視角。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參閱圖1與圖2，本發(fā)明抬頭顯示裝置2的一實(shí)施例是安裝于一車輛的一儀表板平臺101下，并包含一圖像產(chǎn)生單元21、一曲面鏡22，及一凹面鏡23。

該圖像產(chǎn)生單元21能產(chǎn)生一沿一第一光路op1行進(jìn)的影像光線。該曲面鏡22位于該第一光路op1上，用于反射該圖像單元21產(chǎn)生的該影像光線，而形成一第一反射影像光線，該第一反射影像光線會沿一與該第一光路op1成角度的第二光路op2行進(jìn)。該凹面鏡23位于該第二光路op2上，用于反射該第一反射影像光線，而形成一第二反射影像光線，該第二反射影像光線沿一與該第二光路op2成角度且與該第一光路op1交錯的第三光路op3行進(jìn)，而往遠(yuǎn)離該抬頭顯示裝置2方向射出。該第一光路op1為鄰近該儀表板平臺101行進(jìn)至該曲面鏡22，該第二光路op2則是朝遠(yuǎn)離該儀表板平臺101方向行進(jìn)并與該曲面鏡22成一夾角至該凹面鏡23。

具體地說，該圖像產(chǎn)生單元21與該曲面鏡22分別鄰近該儀表板平臺101地設(shè)置，而該凹面鏡23遠(yuǎn)離該儀表板平臺101設(shè)置，并位于圖像產(chǎn)生單元21與該曲面鏡22之間。詳細(xì)地說，可定義一由一使用者u觀看的水平視角線，該圖像產(chǎn)生單元21與該曲面鏡22至該水平視角線的垂直距離小于該凹面鏡23至該水平視角線的垂直距離。再者，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該擋風(fēng)玻璃100時，該曲面鏡相較該圖像產(chǎn)生單元21與該凹面鏡23是最鄰近于該使用者u設(shè)置，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該外裝平面屏幕200時，該曲面鏡22相較該圖像產(chǎn)生單元21與該凹面鏡23是最遠(yuǎn)離該使用者u設(shè)置。

要說明的是，配合參閱圖3與圖4，該凹面鏡23的位置設(shè)置并不 限如圖1與圖2所示，也可設(shè)置于該圖像產(chǎn)生單元21的另一相反側(cè)，而呈現(xiàn)如圖3與圖4所示的該凹面鏡23相對于該圖像產(chǎn)生單元21的位置。將凹面鏡23改變成如圖3與圖4的設(shè)置位置時，其他元件的設(shè)置條件依據(jù)前述圖1與圖2方式進(jìn)行相同的設(shè)置。此外，該圖像產(chǎn)生單元21、該曲面鏡22，及該凹面鏡23可共同設(shè)置于一罩殼(圖未示)內(nèi)而安裝于該儀表板平臺101下，由于將該些光學(xué)元件設(shè)置于該罩殼的方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，于此不加以贅述。

另外要說明的是，本發(fā)明該抬頭顯示裝置2主要是通過該凹面鏡23將該第一反射影像光線放大而產(chǎn)生沿該第三光路op3行進(jìn)的該第二反射影像光線。然而，若僅使用該凹面鏡23放大該影像光線時，會造成經(jīng)放大的影像光線產(chǎn)生扭曲失真(distortion)并具有像差(aberration)問題。因此，為了補(bǔ)償影像扭曲失真與像差問題，本發(fā)明通過該曲面鏡22，先將該影像光線轉(zhuǎn)換成該第一反射影像光線，從而使其經(jīng)該凹面鏡23放大產(chǎn)生的第二反射影像光線能清晰地成像。該曲面鏡22可以選自凸面鏡及凹面鏡的其中一者，只要能與該凹面鏡23做像差補(bǔ)償便可，較佳地，本實(shí)施例的該曲面鏡22是選用凹面鏡為例作說明。更佳地，還可依成像質(zhì)量而相對應(yīng)地調(diào)整該曲面鏡22與該凹面鏡23的曲率半徑，由于此調(diào)整的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，于此不加以贅述。

此外，改善該抬頭顯示裝置2的成像質(zhì)量的方式除了調(diào)整該曲面鏡22及該凹面鏡23之外，還可通過先調(diào)整該圖像產(chǎn)生單元21產(chǎn)生的該影像光線，從而達(dá)成像差補(bǔ)償?shù)男Ч?，由于此方式的調(diào)整也為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，于此不加以贅述。

本發(fā)明該抬頭顯示裝置2不但通過讓該第三光路op3與該第一光路op1彼此交錯，而有效減小該抬頭顯示裝置2的體積，而且，本發(fā)明該抬頭顯示裝置2還適用于反射在一車輛的一擋風(fēng)玻璃100或一外裝平面屏幕200，而供該使用者u觀看。

一般來說，該擋風(fēng)玻璃100與使用者u的水平視角的夾角(25°～35°)通常是小于該外裝平面屏幕200與使用者u的水平視角的夾角(60°～70°)，因此，現(xiàn)有的抬頭顯示裝置必須針對此視角差異而設(shè)計(jì)不同的抬頭顯示裝置。

然而，本發(fā)明該抬頭顯示裝置2可克服此一缺點(diǎn)，而能在不改變該抬頭顯示裝置2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而將該抬頭顯示裝置2應(yīng)用于反射在該擋風(fēng)玻璃100或該外裝平面屏幕200，無需針對兩種態(tài)樣而重新設(shè)計(jì)該抬頭顯示裝置2。也就是說，當(dāng)本發(fā)明該抬頭顯示裝置2要分別反射在該擋風(fēng)玻璃100及該外裝平面屏幕200時，只要將該抬頭顯示裝置2相對該使用者u前后翻轉(zhuǎn)180度，并根據(jù)反射位置微調(diào)該抬頭顯示裝置2的整體傾斜角度便可。

具體地說，若要讓本發(fā)明該抬頭顯示裝置2反射于該擋風(fēng)玻璃100上時，則如圖1所示，將該抬頭顯示裝置2安裝于該車輛的一儀表板平臺101下，并讓該圖像產(chǎn)生單元21遠(yuǎn)離該使用者u，令該凹面鏡23位于該圖像產(chǎn)生單元21與該使用者u之間，從而讓第二反射影像光線由第三光路op3行進(jìn)而反射于該擋風(fēng)玻璃100。

相反地，若要讓本發(fā)明該抬頭顯示裝置2反射于該外裝平面屏幕200上時，僅須將該抬頭顯示裝置2前后翻轉(zhuǎn)180度，使該圖像產(chǎn)生單元21鄰近該使用者u而位于該凹面鏡23與該使用者u之間，如此便能讓該第二反射影像光線沿該第三光路op3行進(jìn)而反射于位在該擋風(fēng)玻璃100與該儀表板平臺101之間的該外裝平面屏幕200。也就是說，本發(fā)明該抬頭顯示裝置2通過簡單地方向翻轉(zhuǎn)，便能克服視角差異而能達(dá)成反射于該擋風(fēng)玻璃100與該外裝平面屏幕200的雙應(yīng)用。以上說明是以圖1與圖2來例示，本發(fā)明并不限制于此例。

更詳細(xì)地說，參閱圖5，為了更清楚的說明該曲面鏡22與該凹面鏡23兩者之間的關(guān)系，圖5為該抬頭顯示裝置2可同時應(yīng)用于反射在該擋風(fēng)玻璃100與該外裝平面屏幕200的示意圖。定義一垂直該第一光路op1而位于該圖像產(chǎn)生單元21與該曲面鏡22之間的第一假想線l1，且該圖像產(chǎn)生單元21、該曲面鏡22，及該凹面鏡23三者的相對位置是固定，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該擋風(fēng)玻璃100相較于該第二反射影像光線反射于該外裝平面屏幕200時，該圖像產(chǎn)生單元21、該曲面鏡22，及該凹面鏡23分別以該第一假想線l1呈鏡像設(shè)置便可。

此處要說明的是，由于本發(fā)明該抬頭顯示裝置2已通過該圖像產(chǎn)生單元21、該曲面鏡22，及該凹面鏡23相互配合調(diào)整，而補(bǔ)償該第 二反射影像光線的像差，因此，該第二反射影像光線直接反射于該擋風(fēng)玻璃100或該外裝平面屏幕200上時，其成像的扭曲失真百分比已小于該使用者u的眼睛所能分辨的臨界值(2.5％)。也就是說，該抬頭顯示裝置2不僅能反射于具有曲率的擋風(fēng)玻璃100，也可直接反射于平面的屏幕上(也就是該外裝平面屏幕200)，進(jìn)而降低現(xiàn)有曲面屏幕的制作成本。值得一提的是，該外裝平面屏幕200為具有部分反射與部分穿透的半反射平面鏡片，相較于現(xiàn)有的曲面屏幕，本發(fā)明直接反射在外裝平面屏幕200的優(yōu)點(diǎn)在于，此半反射平面鏡的外裝平面屏幕200的成本低，且后續(xù)維修也更為方便。

此外，當(dāng)使用者u在觀看該抬頭顯示裝置2于該擋風(fēng)玻璃100(或該外裝平面屏幕200)后的成像時，為了讓其眼睛的水晶體調(diào)節(jié)不會感到疲勞，則可進(jìn)一步地限定使用者u的眼睛與該擋風(fēng)玻璃100(或該外裝平面屏幕200)后面的虛像i距離大于1.5公尺。

再次參閱圖5，當(dāng)該第二光路op2由該曲面鏡22往該凹面鏡23行進(jìn)時，具有一與該曲面鏡22的一法線成角度的第一夾角θ1，及一與該凹面鏡23的一法線成角度的第二夾角θ2。為了使該抬頭顯示裝置2具有最小的高度，可通過調(diào)整該第一夾角θ1與該第二夾角θ2的比值關(guān)系，從而縮小該抬頭顯示裝置2的體積，且調(diào)整該第一夾角θ1與該第二夾角θ2的比值關(guān)系的同時，還能使其成像具有最小化的影像像差。較佳地，本發(fā)明該抬頭顯示裝置2的該第一夾角θ1與第二夾角θ2的比值介于0.43～1.25。

此外，當(dāng)該抬頭顯示裝置2欲將影像反射于該擋風(fēng)玻璃100，該圖像產(chǎn)生單元21的影像(以第一圖案a表示)需先以倒立方式呈現(xiàn)(如圖5所示)，而經(jīng)由該第三光路(圖5以op32代表反射于該擋風(fēng)玻璃100的光路徑)反射于該擋風(fēng)玻璃100，于該擋風(fēng)玻璃100后產(chǎn)生的虛像才會呈現(xiàn)正立的第一圖案a；而當(dāng)該抬頭顯示裝置欲將影像反射于該外裝平面屏幕200，該圖像產(chǎn)生單元21的影像(以第二圖案a’表示)則以正立方式呈現(xiàn)(如圖5所示)，而經(jīng)由該第三光路(圖5以op31代表反射于該外裝平面屏幕200的光路徑)反射于該外裝平面屏幕200，于該外裝平面屏幕200后產(chǎn)生的虛像便會呈現(xiàn)正立的第二圖案a’。

為了更清楚說明，將同一個該抬頭顯示裝置2以僅需旋轉(zhuǎn)180度 的方式便可將影像反射于該擋風(fēng)玻璃100或反射于該外裝平面屏幕200時的一較佳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別整理于下表1與表2中。

表1：抬頭顯示裝置2影像反射于該擋風(fēng)玻璃100的光學(xué)路徑參數(shù)

表2：抬頭顯示裝置2影像反射于外裝平面屏幕200的光學(xué)路徑參數(shù)

由表1與表2的光學(xué)路徑參數(shù)來看，其距離(mm)分別代表該抬頭顯示裝置2中的各元件、該使用者u與虛像i的相對距離關(guān)系，正負(fù)值為方向的差異。在本實(shí)施例中，該圖像產(chǎn)生單元21至該曲面鏡22的距離為120mm(見表1第3欄與表2第3欄所示)，該曲面鏡22至該凹面鏡23的距離則為80mm(見表1第3欄與表2第3欄所示)。

此外，表1與表2所載的傾斜角度表示該第二光路op2，及該第三光路op3分別與該曲面鏡22的法線夾角、與該凹面鏡23的法線夾角，及與該擋風(fēng)玻璃100或該外裝平面屏幕200的法線夾角。具體地說，該第二光路op2與該曲面鏡22的法線的夾角為10.5°(該第一夾角θ1)，該第二光路op2與該凹面鏡22的法線的夾角為19°(該第二夾角θ2)，而該第三光路op3與該擋風(fēng)玻璃100及該外裝平面屏幕200 的法線的夾角則分別為66°與30°，由此可知，本實(shí)施例該第一夾角θ1與第二夾角θ2的比值為0.552。

參閱圖6，此處值得一提的是，當(dāng)該抬頭顯示裝置2反射在該擋風(fēng)玻璃100上時，該凹面鏡23可依不同使用者u的視角轉(zhuǎn)動，以改變該第三光路op3的方向，使其反射于該擋風(fēng)玻璃100的不同位置，而可更適用于不同的使用者。

參閱圖7，相同地，當(dāng)該抬頭顯示裝置2反射在該外裝平面屏幕200上時，也可通過轉(zhuǎn)動該凹面鏡23，改變該第三光路op3的方向，而反射于該外裝平面屏幕200的不同位置。此外，由于該外裝平面屏幕200除了可固定地安裝于該儀表板平臺101上之外，也可轉(zhuǎn)動且可移動地設(shè)置于該儀表板平臺101上。因此，當(dāng)該外裝平面屏幕200為可轉(zhuǎn)動地設(shè)置于該儀表板平臺101上時，則可僅須依該使用者u的視角而轉(zhuǎn)動該外裝平面屏幕200，不需轉(zhuǎn)動該凹面鏡23便可達(dá)成調(diào)整成像位置的功效。

綜上所述，本發(fā)明抬頭顯示裝置2，通過讓該圖像產(chǎn)生單元21與該曲面鏡22至該水平視角線的垂直距離小于該凹面鏡23至該水平視角線的垂直距離，并且當(dāng)該第二反射影像光線反射于該擋風(fēng)玻璃100時，該曲面鏡相較該圖像產(chǎn)生單元21與該凹面鏡23是最鄰近于該使用者u設(shè)置，當(dāng)該第二反射影像光線反射于該外裝平面屏幕200時，該曲面鏡22相較該圖像產(chǎn)生單元21與該凹面鏡23是最遠(yuǎn)離該使用者u設(shè)置，并可讓該凹面鏡23設(shè)置于該圖像產(chǎn)生單元21的兩相反側(cè)的其中一者，從而讓該第二反射影像光線沿與該第二光路op2成角度且與該第一光路op1交錯的該第三光路op3行進(jìn)，且能在讓該圖像產(chǎn)生單元21、該曲面鏡22，及該凹面鏡23三者的相對位置固定的情形下，將抬頭顯示器裝置2旋轉(zhuǎn)180度，便能達(dá)成不需改變該抬頭顯示裝置2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而可同時運(yùn)用在該擋風(fēng)玻璃100及該外裝平面屏幕200的其中一者上，并且進(jìn)一步地再搭配調(diào)整該第一夾角θ1與該第二夾角θ2的比值關(guān)系，可從而縮小該抬頭顯示裝置2的整體體積，所以確實(shí)能達(dá)成本發(fā)明的目的。