TW201533473A - 抬頭顯示器 - Google Patents
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Abstract
一種抬頭顯示器，包括一顯示面板、一非機械式調焦鏡頭及一判斷單元。顯示面板用以發出一影像光束，非機械式調焦鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上，並將影像光束形成一影像。判斷單元電性連接至非機械式調焦鏡頭，且用以根據一感測訊號來調整非機械式調焦鏡頭的焦距，以改變影像至一使用者的眼睛的像距。
Description
本發明是有關於一種顯示器，且特別是有關於一種抬頭顯示器。
現今社會，對車輛的要求除了性能外，亦開始著重車輛內裝及安全配備的要求。現今這些科技產品的輔助(如車內語音導航系統、語音碰撞警示系統等)確實改善了駕駛者在長時間疲勞駕駛、注意力不集中等情況下所引起的意外事故發生率。但與此同時，非語音資訊顯示裝置通常是安裝於儀表板上，駕駛者低頭觀看時，容易影響行車安全。
車用抬頭顯示器(head-up display,HUD)將駕駛者所需資訊呈現於駕駛者前方，使駕駛者不用分心低頭或轉頭，而可以有助行車安全。然而，當駕駛者在駕駛汽車時，在不同的車速下眼睛所聚焦的距離是不一樣的。通常，在高速行駛時(例如行駛於高速公路上)，駕駛者的眼睛是聚焦於車前較遠的距離，而在低速行駛時(例如行駛於市區內)，駕駛者的眼睛會注意車前較近的距離內的路況。然而，目前的抬頭顯示器所產生的影像至駕駛者
眼睛的像距是固定的，所以當駕駛者在高速行駛或低速行駛時，若要察看抬頭顯示器所產生的資訊，則需花時間將眼睛對焦於影像所在的像距上，這樣一個眼睛對焦的時間，便拖延了使用者注意車前路況的時間。
美國公告專利6014259揭露一種可變焦透鏡，包括一液體透鏡，藉由改變液體透鏡的形狀可以改變其焦距。美國公告專利7126583揭露一種抬頭顯示器的調整。美國公告專利8031406揭露一種車用抬頭顯示器。
本發明提供一種抬頭顯示器，可調整其所產生的影像至使用者眼睛的像距，進而讓使用者可以更為快速地將眼睛聚焦到抬頭顯示器所顯示的資訊。
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。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種抬頭顯示器，包括一顯示面板、一非機械式調焦鏡頭及一判斷單元。顯示面板用以發出一影像光束，非機械式調焦鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上，並將影像光束形成一影像。判斷單元電性連接至非機械式調焦鏡頭，且用以根據一感測訊號來調整非機械式調焦鏡頭的焦距，以改變影像至一使用者的眼睛的像距。
在本發明的一實施例中，非機械式調焦鏡頭包括電性連接至判斷單元的一焦距可變透鏡，配置於影像光束的傳遞路徑上，其中焦距可變透鏡為一液態透鏡或一液晶透鏡。
在本發明的一實施例中，非機械式調焦鏡頭包括電性連接至判斷單元的一焦距可變透鏡陣列，配置於影像光束的傳遞路徑上，其中焦距可變透鏡陣列為一液態透鏡陣列或一液晶透鏡陣列。
在本發明的一實施例中，非機械式調焦鏡頭更包括至少一固定焦距之光學元件，配置於影像光束的傳遞路徑上。
在本發明的一實施例中，判斷單元用以電性連接至一汽車的一測速計，感測訊號為來自測速計的一汽車速率訊號，判斷單元用以根據來自測速計的汽車速率訊號來調整非機械式調焦鏡頭的焦距。當汽車的速率為一第一速率時，非機械式調焦鏡頭將像距調整至一第一數值。當汽車的速率為一第二速率時，非機械式調焦鏡頭將像距調整至一第二數值，其中第一速率小於第二速率，且第一數值小於第二數值。
在本發明的一實施例中，當汽車的速率從第一速率往第二速率遞增時，像距從第一數值往第二數值遞增。當汽車的速率從第二速率往第一速率遞減時，像距從第二數值往第一數值遞減。
在本發明的一實施例中，抬頭顯示器更包括一眼球追蹤裝置，電性連接至判斷單元，其中感測訊號為來自眼球追蹤裝置的一影像訊號。眼球追蹤裝置用以追蹤使用者的眼球，其中判斷
單元用以根據影像訊號判斷出使用者的眼球轉向。當判斷單元判斷出使用者的眼球往下看時，非機械式調焦鏡頭將像距調整至一第一數值。當判斷單元判斷出使用者的眼球往前看時，非機械式調焦鏡頭將像距調整至一第二數值，其中第一數值小於第二數值。
在本發明的一實施例中，當眼球由下往上轉時，像距逐漸增加，且當眼球由上往下轉時，像距逐漸減少。
在本發明的一實施例中，抬頭顯示器更包括一使用者介面，電性連接至判斷單元，其中感測訊號為來自使用者介面的一操作訊號，且判斷單元用以根據使用者對使用者介面的操作來調整非機械式調焦鏡頭的焦距。
在本發明的一實施例中，抬頭顯示器更包括一合光單元，配置於來自非機械式調焦鏡頭的影像光束的傳遞路徑上，其中合光單元將至少部分影像光束反射至使用者的眼睛。
本發明的實施例可以達到下列優點或功效的至少其中之一。由於本發明之實施例的抬頭顯示器具有非機械式調焦鏡頭，且判斷單元根據感測訊號來調整非機械式調焦鏡頭的焦距，以改變顯示面板的影像至使用者的眼睛的像距，因此可縮短使用者的眼睛聚焦至此影像的時間，進而提升行車安全。另外，由於是採用非機械式調焦鏡頭來調整焦距，因此焦距的調整時間較短，在調焦時不易產生震動與噪音，且汽車在行進時所產生的晃動亦不易影響到調焦的效果，進而提升鏡頭的可靠度與壽命。
為讓本發明的上述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。
50‧‧‧眼睛
60‧‧‧擋風玻璃
61‧‧‧景物
62‧‧‧光
70‧‧‧測速計
100、100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧抬頭顯示器
110‧‧‧顯示面板
112‧‧‧影像光束
114‧‧‧影像
120‧‧‧非機械式調焦鏡頭
122‧‧‧焦距可變透鏡
122c‧‧‧焦距可變透鏡陣列
123‧‧‧焦距可變微透鏡
124‧‧‧固定焦距之光學元件
130‧‧‧判斷單元
140‧‧‧合光單元
150‧‧‧眼球追蹤裝置
160‧‧‧使用者介面
170‧‧‧光學膜片
D‧‧‧像距
D1‧‧‧第一數值
D2‧‧‧第二數值
S、S1、S2‧‧‧感測訊號
圖1A與圖1B為本發明之一實施例之抬頭顯示器在兩種不同的像距下的架構示意圖。
圖2A與圖2B為本發明之另一實施例之抬頭顯示器在兩種不同的像距下的架構示意圖。
圖3A與圖3B為本發明之又一實施例之抬頭顯示器在兩種不同的像距下的架構示意圖。
圖4為本發明之再一實施例之抬頭顯示器的架構示意圖。
圖5為本發明之另一實施例之抬頭顯示器的架構示意圖。
圖6為本發明之又一實施例之抬頭顯示器的架構示意圖。
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一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。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。
圖1A與圖1B為本發明之一實施例之抬頭顯示器在兩種不同的像距下的架構示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例之
抬頭顯示器100包括一顯示面板110、一非機械式調焦鏡頭120及一判斷單元130。顯示面板110用以發出一影像光束112。在本實施例中，顯示面板110例如為一液晶顯示面板、有機發光二極體顯示面板、發光二極體顯示面板、電漿顯示面板或其他適當的顯示面板。非機械式調焦鏡頭120配置於影像光束112的傳遞路徑上，並將影像光束112形成一影像114。
在本實施例中，抬頭顯示器100更包括一合光單元(combiner)140，配置於來自非機械式調焦鏡頭120的影像光束112的傳遞路徑上。合光單元140將至少部分影像光束112反射至位於一汽車的一駕駛座的使用者的眼睛50，且合光單元140允許來自汽車的擋風玻璃60的光62穿透而傳遞至眼睛50。舉例而言，汽車的擋風玻璃60前方的景物61所發出的光62可依序經由擋風玻璃60與合光單元140傳遞至使用者的眼睛50。在本實施例中，合光單元140為一部分穿透部分反射鏡，例如為一半穿透半反射鏡。另外，合光單元140可以具有光學放大能力；但不以此為限。在本實施例中，抬頭顯示器100可以配置於汽車的儀表板與擋風玻璃60之間，或者有至少一部分嵌入於儀表板後方。
判斷單元130電性連接至非機械式調焦鏡頭120，且用以根據一感測訊號S來調整非機械式調焦鏡頭120的焦距，以改變影像114至使用者的眼睛50的像距D。
在一實施例中，非機械式調焦鏡頭120包括電性連接至判斷單元130的一焦距可變透鏡122，配置於影像光束112的傳遞
路徑上，其中焦距可變透鏡122為一液態透鏡或一液晶透鏡，其中液態透鏡，例如為介電式液態透鏡，利用電壓控制液態透鏡的液珠變形，以改變透鏡面曲率達成對焦效果。介電式液態透鏡的結構可為無色透明矽油(二甲積矽氧烷)，而矽油被封裝在不互溶的醇類溶液中；但本發明不以此為限。再者，液晶透鏡材料為向列型液晶(NLC)為例，向列型液晶是由瘦長形或碟形的分子所構成的液體，在通電時，液晶透鏡會受到驅動，可以微調驅動訊號，以便使電場強度產生所需要的折射率梯度，連帶提供所需要的光學折射率，此外調整電力訊號的頻率也可以改變NLC分子的排列，但不以此為限。
在另一實施例中，非機械式調焦鏡頭120更包括一固定焦距之光學元件124(在圖1A中是以一個焦距不可變透鏡124為例)，配置於影像光束112的傳遞路徑上，其中固定焦距之光學元件124可為折射式透鏡或是反射式鏡片。在本實施例中，固定焦距之光學元件124是配置於焦距可變透鏡122與顯示面板110之間。然而，在其他實施例中，亦可以是焦距可變透鏡122配置於固定焦距之光學元件124與顯示面板110之間。
在本實施例中，判斷單元130用以電性連接至一汽車的一測速計70，感測訊號S為來自測速計70的一汽車速率訊號。舉例而言，測速計70例如是用以測量車輪的轉速，然後將轉速換算成汽車行進的時速。判斷單元130用以根據來自測速計70的汽車速率訊號來調整非機械式調焦鏡頭120的焦距。當汽車的速率為
一第一速率時，非機械式調焦鏡頭120將像距D調整至一第一數值D1(如圖1A所繪示)。當汽車的速率為一第二速率時，非機械式調焦鏡頭120將像距D調整至一第二數值D2(如圖1B所繪示)，其中第一速率小於第二速率，且第一數值D1小於第二數值D2。在本實施例中，當汽車的速率從第一速率往第二速率遞增時，像距D從第一數值D1往第二數值D2遞增。當汽車的速率從第二速率D2往第一速率D1遞減時，像距D從第二數值D2往第一數值D1遞減。
在一實施例中，固定焦距之光學元件124的焦距為400毫米，而焦距可變透鏡122的焦距可在無窮大與425毫米之間調整。當焦距可變透鏡122的焦距為無窮大時，焦距可變透鏡122的光學效果相當於一平板玻璃，此時整個非機械式調焦鏡頭120的焦距等於固定焦距之光學元件124的焦距為400毫米，產生的像距D為1.46公尺，此時影像114位於車頭前不遠處。當焦距可變透鏡122的焦距為425毫米時，整個非機械式調焦鏡頭120的焦距例如為208毫米，產生的像距D為10公尺，此時影像114位於車前的遠方。舉例而言，由於焦距可變透鏡122的焦距可在無窮大與425毫米之間調整，因此產生的像距D可在1.46公尺至10公尺之間連續調整，但本實施例只是用於舉例而非限制本發明。
由於本實施例的抬頭顯示器100具有非機械式調焦鏡頭120，且判斷單元130根據感測訊號S來調整非機械式調焦鏡頭120的焦距，以改變顯示面板110的影像114至使用者的眼睛50的像
距D，因此可縮短使用者的眼睛50聚焦至此影像114的時間，進而提升行車安全。另外，由於是採用非機械式調焦鏡頭120來調整焦距，因此焦距的調整時間較短(例如可以小於1秒，其小於利用機構裝置來調焦的速度)，在調焦時不易產生震動與噪音，且汽車在行進時所產生的晃動亦不易影響到調焦的效果，進而提升鏡頭的可靠度及壽命。此外，採用液態透鏡或液晶透鏡的一個好處是調焦的範圍可以是連續的，即像距D是連續可調的，而可以不用將2組以上的不同像距之抬頭顯示器同時置於汽車中。因此，本實施例的抬頭顯示器100的架構較不佔用車內的空間。
圖2A與圖2B為本發明之另一實施例之抬頭顯示器在兩種不同的像距下的架構示意圖。請參照圖2A與圖2B，本實施例之抬頭顯示器100a類似於圖1A與圖1B的抬頭顯示器100，而兩者間的主要差異如下所述。在本實施例中，抬頭顯示器100a更包括一眼球追蹤裝置150，在圖2A與2B中是以一個攝影機150為例，電性連接至判斷單元130，其中感測訊號S1為來自眼球追蹤裝置150的一影像訊號，且眼球追蹤裝置150用以追蹤位於汽車的駕駛座的使用者的眼睛50的眼球。判斷單元130用以根據影像訊號(即感測訊號S1)判斷出使用者的眼球轉向。當判斷單元130判斷出使用者的眼球往下看時，非機械式調焦鏡頭120將像距D調整至第一數值D1。當判斷單元130判斷出使用者的眼球往前看時，非機械式調焦鏡頭120將像距D調整至第二數值D2，其中第一數值D1小於第二數值D2。這樣的設計是基於當使用者的眼球
往下看時，通常是在車速較低要看近距離的路況的時候，因此採用較短的像距D(如具有第一數值D1的像距)。另一方面，當使用者的眼球往前方看時，通常是在車速較高要看遠距離的路況的時候，因此採用較長的像距D(如具有第二數值D2的像距)。此外，在本實施例中，當眼球由下往上轉時，像距D逐漸增加，且當眼球由上往下轉時，像距D逐漸減少。
圖3A與圖3B為本發明之又一實施例之抬頭顯示器在兩種不同的像距下的架構示意圖。請參照圖3A與圖3B，本實施例之抬頭顯示器100b類似於圖1A與圖1B的抬頭顯示器100，而兩者間的主要差異如下所述。在本實施例中，抬頭顯示器100b更包括一使用者介面160，電性連接至判斷單元130，其中感測訊號S2為來自使用者介面160的一操作訊號，且判斷單元130用以根據使用者對使用者介面160的操作來調整非機械式調焦鏡頭120的焦距。換言之，透過對使用者介面160的操作，使用者可以自行決定其所習慣的像距D的數值是第一數值D1、第二數值D2或介於第一數值D1與第二數值D2之間的任一個數值。使用者介面160例如是觸控面板、按鍵、旋鈕或其他適當的可被使用者操作的元件。
圖4為本發明之再一實施例之抬頭顯示器的架構示意圖。請參照圖4，本實施例之抬頭顯示器100c類似於圖1A與圖1B的抬頭顯示器100，而兩者間的主要差異如下所述。在本實施例之抬頭顯示器100c中，是以焦距可變透鏡陣列122c來取代圖
1A中的焦距可變透鏡122。焦距可變透鏡陣列122c配置於影像光束112的傳遞路徑上，其中焦距可變透鏡陣列122c例如為一液態透鏡陣列或一液晶透鏡陣列，其包括多個排列成二維陣列的焦距可變微透鏡123。
圖5為本發明之另一實施例之抬頭顯示器的架構示意圖。請參照圖5，本實施例之抬頭顯示器100d類似於圖1A與圖1B的抬頭顯示器100，而兩者間的主要差異如下所述。本實施例之抬頭顯示器100d不具有如圖1A之與擋風玻璃60分開的合光單元140，而非機械式調焦鏡頭120則是將影像光束112投射於擋風玻璃60上。在本實施例中，擋風玻璃60上貼附有一光學膜片170，光學膜片170將至少部分影像光束112反射至使用者的眼睛50，且讓來自擋風玻璃60的光114通過而傳遞至使用者的眼睛50。在本實施例中，光學膜片170為部分穿透部分反射膜，例如為一半穿透半反射膜。
在另一實施例中，如圖6所示，抬頭顯示器100e亦可以不使用光學膜片170，而非機械式調焦鏡頭120直接將影像光束投射於擋風玻璃60上，且擋風玻璃60將至少部分影像光束112反射至使用者的眼睛50。
綜上所述，本發明的實施例可以達到下列優點或功效的至少其中之一。由於本發明之實施例的抬頭顯示器具有非機械式調焦鏡頭，且判斷單元根據感測訊號來調整非機械式調焦鏡頭的焦距，以改變顯示面板的影像至使用者的眼睛的像距，因此可縮
短使用者的眼睛聚焦至此影像的時間，進而提升行車安全。另外，由於是採用非機械式調焦鏡頭來調整焦距，因此焦距的調整時間較短，在調焦時不易產生震動與噪音，且汽車在行進時所產生的晃動亦不易影響到調焦的效果，進而提升鏡頭的可靠度及壽命。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
50‧‧‧眼睛
60‧‧‧擋風玻璃
61‧‧‧景物
62‧‧‧光
70‧‧‧測速計
100‧‧‧抬頭顯示器
110‧‧‧顯示面板
112‧‧‧影像光束
114‧‧‧影像
120‧‧‧非機械式調焦鏡頭
122‧‧‧焦距可變透鏡
124‧‧‧固定焦距之光學元件
130‧‧‧判斷單元
140‧‧‧合光單元
D‧‧‧像距
D1‧‧‧第一數值
S‧‧‧感測訊號
Claims (10)
- 一種抬頭顯示器，包括：一顯示面板，用以發出一影像光束；一非機械式調焦鏡頭，配置於該影像光束的傳遞路徑上，並將該影像光束形成一影像；以及一判斷單元，電性連接至該非機械式調焦鏡頭，且用以根據一感測訊號來調整該非機械式調焦鏡頭的焦距，以改變該影像至一使用者的眼睛的像距。
- 如申請專利範圍第1項所述的抬頭顯示器，其中該非機械式調焦鏡頭包括電性連接至該判斷單元的一焦距可變透鏡，配置於該影像光束的傳遞路徑上，其中該焦距可變透鏡為一液態透鏡或一液晶透鏡。
- 如申請專利範圍第2項所述的抬頭顯示器，其中該非機械式調焦鏡頭包括電性連接至該判斷單元的一焦距可變透鏡陣列，配置於該影像光束的傳遞路徑上，其中該焦距可變透鏡陣列為一液態透鏡陣列或一液晶透鏡陣列。
- 如申請專利範圍第2項所述的抬頭顯示器，其中該非機械式調焦鏡頭更包括至少一固定焦距之光學元件，配置於該影像光束的傳遞路徑上。
- 如申請專利範圍第1項所述的抬頭顯示器，其中該判斷單元用以電性連接至一汽車的一測速計，該感測訊號為來自該測速計的一汽車速率訊號，該判斷單元用以根據來自該測速計的該 汽車速率訊號來調整該非機械式調焦鏡頭的焦距；當該汽車的速率為一第一速率時，該非機械式調焦鏡頭將該像距調整至一第一數值；當該汽車的速率為一第二速率時，該非機械式調焦鏡頭將該像距調整至一第二數值，其中該第一速率小於該第二速率，且該第一數值小於該第二數值。
- 如申請專利範圍第5項所述的抬頭顯示器，其中當該汽車的速率從該第一速率往該第二速率遞增時，該像距從該第一數值往該第二數值遞增；當該汽車的速率從該第二速率往該第一速率遞減時，該像距從該第二數值往該第一數值遞減。
- 如申請專利範圍第1項所述的抬頭顯示器，更包括一眼球追蹤裝置，電性連接至該判斷單元，其中該感測訊號為來自該眼球追蹤裝置的一影像訊號，該眼球追蹤裝置用以追蹤該使用者的眼球，其中該判斷單元用以根據該影像訊號判斷出該使用者的眼球轉向；當該判斷單元判斷出該使用者的該眼球往下看時，該非機械式調焦鏡頭將該像距調整至一第一數值；當該判斷單元判斷出該使用者的該眼球往前看時，該非機械式調焦鏡頭將該像距調整至一第二數值，其中該第一數值小於該第二數值。
- 如申請專利範圍第7項所述的抬頭顯示器，其中當該眼球由下往上轉時，該像距逐漸增加，且當該眼球由上往下轉時，該像距逐漸減少。
- 如申請專利範圍第1項所述的抬頭顯示器，更包括一使用者介面，電性連接至該判斷單元，其中該感測訊號為來自該使 用者介面的一操作訊號，且該判斷單元用以根據該使用者對該使用者介面的操作來調整該非機械式調焦鏡頭的焦距。
- 如申請專利範圍第1項所述的抬頭顯示器，更包括一合光單元，配置於來自該非機械式調焦鏡頭的該影像光束的傳遞路徑上，其中該合光單元將至少部分該影像光束反射至該使用者的該眼睛。
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