[实用新型]窄角扩散片抬头显示设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种窄角扩散片抬头显示设备，此尤指一种可优化视觉效果的抬头显示设备，其利用微型凹面镜的阵列构成一接近理想的窄角扩散片，以克服HUD抬头显示设备的使用限制及亮度问题，以优化视觉效果，进而提升行车安全。

背景技术

目前，汽车上使用的抬头显示器技术是一种光学系统，通常是由一投射器和一迭像镜组成，其中该投射器是由一信号光源、一投影镜与其他光学元件组成；该投射器的信号光源由一LCD液晶显示器，或一投影机与一显像屏幕或一扩散片等装置构成，从信号光源发出光线，然后通过该投射器投射到仪表台或挡风玻璃上的该迭像镜combiner(特制的半透明凹面镜)，再由该迭像镜显示出文字或图像与眼前的实景重迭，这种组合的抬头显示器称为CHUD(combiner type HUD)；另一形式的HUD，从信号光源发出光线，然后通过该投射器投射到仪表台下方的凹面镜，再将影像放大以及反射到挡风玻璃，再由挡风玻璃显示出文字或图像与眼前的实景重迭，这种组合的抬头显示器称为WHUD(windshield type HUD)

传统的WHUD(windshield type HUD)受到空间限制，一般虚像成像距离通常不超过距离驾驶者眼睛2.5米的位置，但实际需求是不太够的，所以业界与车厂才会设立7米的目标；传统WHUD所占用的体积已经非常大，不是所有车辆仪表台下方都有足够的空间，所以目前只适用于大型车辆，而小型车辆所加装的HUD都采用CHUD(combiner type HUD)，其虚像成像距离甚至更短。

然而，要达到远距离虚像成像，理论上是将凹面镜放大倍数加大就可以实现，但实际上会导致观看者晕眩，因此要避免晕眩的产生，如果将凹面镜与实像屏幕(投影机的扩散片或TFT)构成的物距拉长，也是一个解决方法，但是传统一体式的HUD因受限于仪表台下方的空间，使得拉长物距在实施上存在困难，而且同样尺寸的实像屏幕，当其拉长与凹面镜的距离后，虚像距离会变远，但虚像尺寸则没有变大，相对视觉辨识度就会与距离成等比例下降。

为此，将实像屏幕(投影机扩散片或TFT)置于汽车顶棚与挡风玻璃的交界处，将反射凹面镜置于仪表台下方，这样是可以获得接近传统一体式 WHUD的3倍左右物距距离(将原来18cm变成为50～70cm)，且仪表台下方所占用的体积比传统HUD还小，从而可以适用更多车型，但是要维持原来的视觉辨识度，最少需要等比例放大实像屏幕，然而，放大TFT是件很困难的事，碍于高亮度背光的需求，TFT背后需要有一个光杯，才能提供足够的亮度，这样若把TFT从1.8寸放大到5.4寸，整体TFT体积将会在驾驶前方顶棚产生一个超大型的TFT怪物，而且在成本与美观上都将不被接受。

如图1所示，投影机1(包括DLP投影机或雷射投影机)都需要使用到一显像布幕或一扩散片作为成像平面来成像，而采用背投式投影的投影机则是摆在一扩散片的背面，会使用到半透明穿透式扩散片；投影机1的原理是将一个画面利用扫描的方式，对被投射平面的每一个点投射出不同的颜色与亮度光点，这些光点组成一个画面；假设成像平面不是布幕或扩散片，而是一镜面反射镜2的反射平面21，由于反射镜入射角等于反射角，所以该投影机1投射到该镜面反射镜2的反射平面21的画面只有一点的光会反射到特定观赏者的眼睛E里，所以观看者无论在哪个角度只能看到一个点光源，却看不到一个完整的画面。

如图2所示，为了能看到一个完整的画面，所以该投影机1使用时所投射的反射平面，不能是镜面反射平面，必须为一雾面平面22，如此投射到该雾面平面22才会把反射的光线打散掉，让反射光分散到各个反射角度，这个雾面平面22就叫做扩散片，光线打到一个平面，有部分光线会被吸收，剩下的光线才反射出来，若再加上反射光线扩散到每一个角度，每个角度都可以观赏到整个画面，但单一个角度所取得的光量就会变得很小，以致该投影机1播放时，通常要在比较昏暗的环境，比较好的投影幕布会含有增加反射的粉末，可减少光线的吸收，提高反射光的强度，但成本会增加许多，效果却很有限，这种方式其实只是减少光线被吸收的比例，但对分散到各角度所产生的损失，则是无法补救的。

为了解决以上所存在的问题，业界不断提出各种解决技术方案，相关的技术可参酌中国台湾公开编号201636680、中国台湾公开编号 201624101、中国台湾专利证号I367405、中国台湾专利证号I449950、中国台湾专利证号I506299、中国台湾专利证号I479236、中国台湾专利证号I485432、中国台湾专利证号M455182、中国台湾专利证号 M328014等专利前案。