抬頭顯示器的製作方法

2023-10-11 18:54:39

本發明涉及一種顯示器，特別涉及一種抬頭顯示器。

背景技術：

抬頭顯示器(Head-Up Display，簡稱HUD)使用於飛行器。近年來，民用汽車上也發現了它的應用。抬頭顯示器的光學部分包括投射器﹙Projector﹚及疊像鏡﹙Combiner﹚。投射器可將汽車信息﹙如汽車行駛速度、油量、燈光控制等等﹚的影像投射至疊像鏡上。疊像鏡可將擋風玻璃外的景物與由投射器投射出來的汽車信息影像重疊在一起，讓駕駛員不須低頭看儀錶板的信息，眼睛也不須重新聚焦，即可看到所需的信息影像。

依照抬頭顯示器的現有技術，可直接利用汽車擋風玻璃作為疊像鏡。此外，抬頭顯示器的疊像鏡亦可獨立製作。獨立製作的疊像鏡在不使用時可收納於抬頭顯示器的殼體內，而在使用時可從殼體內移出。然而，獨立製作的疊像鏡必須穿過開口而從殼體內移出，而開口容易造成陽光直射積熱及灰塵掉入的問題。

與抬頭顯示器相關的專利包含美國公告專利第6930836號。與車用顯示器相關的專利包含美國公告專利第6049288號。與筆電輔助裝置相關的專利包含臺灣公告專利第M468872號。

技術實現要素：

本發明涉及一種抬頭顯示器，用以減少光害及粉塵。

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。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種抬頭顯示器，其包括一殼體、一投影器、一疊像鏡、一防塵蓋及一致動模塊。殼體具有一開口。投影器設置在殼體內，以提供一影像光束。 防塵蓋包括多個硬質元件及一軟質元件。軟質元件具有一表面且構成一外觀面。軟質元件具有相對於外觀面的一背面。背面可撓性地連接任兩相鄰的這些硬質元件。致動模塊設置在殼體內並耦接防塵蓋，以使防塵蓋相對於殼體移動來封閉或不封閉開口。當防塵蓋封閉開口時，疊像鏡設置於殼體內。當防塵蓋不封閉開口時，疊像鏡經由開口移動至殼體外並定位於影像光束的傳遞路徑上。

基於上述，在本發明的上述實施例中，防塵蓋可包括多個硬質元件及軟質元件，軟質元件的背面具有一凹溝，且凹溝凹陷自背面且位於兩相鄰的這些硬質元件之間，藉由致動模塊來移動防塵蓋的硬質元件，以封閉或不封閉殼體的開口。當防塵蓋封閉開口時，可避免抬頭顯示器受到光害及粉塵的影響。當防塵蓋不封閉開口時，通過軟質元件的可撓曲變形的凹溝使這些硬質元件相互傾斜地收納於殼體內。

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，並配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A及圖1B分別是依照本發明的一實施例的一種抬頭顯示器於使用狀態及不使用狀態的剖面示意圖。

圖2A及圖2B分別是圖1A的抬頭顯示器的開口於不封閉狀態及封閉狀態的俯視立體圖。

圖3A及圖3B分別是圖1A的抬頭顯示器的開口於不封閉狀態及封閉狀態的仰視立體圖。

圖4A及圖4B分別是圖1A的抬頭顯示器的開口於不封閉狀態及封閉狀態於另一視角的仰視立體圖。

圖5A及圖5B分別是依照本發明的另一實施例的一種抬頭顯示器於使用狀態及不使用狀態的剖面示意圖。

圖6A是圖5A於使用狀態的抬頭顯示器沿I-I線的剖面示意圖。

圖6B是圖5B於不使用狀態的抬頭顯示器沿II-II線的剖面示意圖。

圖7A及圖7B分別是圖5A的抬頭顯示器的開口於不封閉狀態及封閉狀態的俯視立體圖。

圖8A及圖8B分別是圖5A的抬頭顯示器的開口於不封閉狀態及封閉狀態的仰視立體圖。

圖9A及圖9B分別是圖5A的抬頭顯示器的開口於不封閉狀態及封閉狀態於另一視角的仰視立體圖。

具體實施方式

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

請參考圖1A及1B，本實施例的抬頭顯示器100包括殼體110、投影器120及疊像鏡130。殼體110裝設於汽車儀錶板(未示出)內或配置於汽車儀錶板旁，殼體110亦可為汽車儀錶板的部分結構，本發明不對此加以限制。殼體110具有開口112。投影器120設置在殼體110內。疊像鏡130可設置於殼體110內並能經由開口112移至殼體110外。當開口112被防塵蓋(容後詳述)封閉時，疊像鏡130收納於殼體110內，則抬頭顯示器100此時為不使用狀態。當開口112未被封閉時，投影器120能產生影像光束且疊像鏡130能移動至影像光束的傳遞路徑上，如此影像光束可投射至在殼體110外的疊像鏡130上，則抬頭顯示器100此時為使用狀態。因此，疊像鏡130可使擋風玻璃外的景物與由投影器120在疊像鏡130上所投射出的影像重疊在一起，讓駕駛者觀看。

在本實施例中，投影器120可包含顯示模塊122及多個光學元件124。顯示模塊122例如是發光二極體模塊、雷射二極體模塊、液晶顯示模塊或數字微型反射鏡模塊等以產生影像光束。光學元件124配置於從顯示模塊122所產生的影像光束的傳遞路徑上，且光學元件124可包括反射鏡以改變影像光束的方向，光學元件124也可包括透鏡以調整影像光束的尺寸。

在本實施例中，疊像鏡130可耦接至設置於殼體110內的驅動單元(例如步進馬達等)且被驅動單元所驅動，使疊像鏡130可從殼體110內經由開口112而移動(例如旋轉或平移)至殼體110外，如圖1A所示。此外，疊像鏡130亦可受驅動單元所驅動，而從開口112外移入殼體110內，如 圖1B所示。如此，在不使用抬頭顯示器100的狀態下，殼體110外的疊像鏡130可經由開口112而移入殼體110內。

然而，為了避免外界的光害及灰塵經由開口112進入殼體110內，抬頭顯示器100可進一步包括防塵蓋140，以封閉或不封閉開口112。當防塵蓋140封閉開口112時，疊像鏡130收納於殼體110內。當防塵蓋140不封閉開口112時，疊像鏡130經由開口112移動至殼體110外並定位於影像光束的傳遞路徑上。

在本實施例中，防塵蓋140包括兩個硬質元件141及一軟質元件142，其中硬質元件141的材質可包括塑料，例如：丙烯青丁二烯苯乙烯(Acrylonitrile butadiene styrene，ABS)或ABS結合聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等塑料材質。軟質元件142的材質可包括橡膠，例如：熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane，TPU)或熱塑性橡膠(Thermoplastic rubber，TPR)等橡膠材質，且硬質元件141與軟質元件142可利用雙料射出的方式一體成型。硬質元件141的數目不限於兩個，亦可為三個以上。硬質元件141可為板狀。軟質元件142具有一表面且構成一外觀面142a。當防塵蓋140封閉開口112時，軟質元件142的外觀面142a曝露於殼體110外。軟質元件142具有相對於外觀面142a的一背面142b，且背面142b可撓性地連接這些硬質元件141。各硬質元件141具有一第一面141a及相對於第一面141a的一第二面141b，且軟質元件142的背面142b包覆這些硬質元件141的第一面141a且不包覆這些第二面141b，以暴露出這些第二面141b，這些硬質元件141的第二面141b朝向殼體110內部。軟質元件142的背面142b具有一凹溝142c(例如弧形凹溝或V形凹溝)，且凹溝142c凹陷自背面142b並沿著背面142b的寬度延伸，凹溝142c位於兩相鄰的硬質元件141之間。

如圖1A所示，當開口112暴露且疊像鏡130從殼體110內移出至影像光束的傳遞路徑時，這些硬質元件141通過軟質元件142的可撓曲變形的凹溝142c而相互傾斜地容納在殼體110內，這些硬質元件141之一較靠近開口112，而另一個硬質元件141較遠離開口112。如圖1B所示，當疊像鏡130從開口112外移入殼體110內且移動防塵蓋140來封閉開口112時，硬質元件141支撐軟質元件142而使其可完整地封閉開口112，使防塵蓋 140可防止外界的光害及灰塵進入殼體110內，用以保護容納於殼體110內的投射器120及疊像鏡130。如何移動防塵蓋140將在下文詳細說明。

在圖2A至圖2B、圖3A至圖3B及圖4A至圖4B中的殼體110僅以殼體110的頂部示意，以簡化圖式而便於說明。同時請參考圖1A、圖2A、圖3A及圖4A，抬頭顯示器100還包括致動模塊150。致動模塊150設置在殼體110內並耦接防塵蓋140，以移動防塵蓋140，而使防塵蓋140相對於殼體110移動，使得防塵蓋140不封閉開口112(如圖1A、圖2A、圖3A及圖4A所示)或封閉開口112(如1B、圖2B、圖3B及圖4B所示)。當防塵蓋140不封閉開口112時，防塵蓋140可撓性地收納於殼體110內。

在本實施例中，致動模塊150包括導杆151、驅動機構152、驅動馬達153及兩滑軌154。各滑軌154包括水平段154a及接續自水平段154a的傾斜段154b。導杆151設置在殼體110內並耦接硬質元件141的滑套141c。驅動機構152設置在殼體110內並包括齒輪組152a及螺杆152b(screw rod)。齒輪組152a耦接設置在殼體110內的驅動馬達153，而螺杆152b樞設於殼體110，並耦接齒輪組152a及硬質元件141的螺柱141e，螺柱141e即具有內螺紋的柱體。各滑軌154設置在殼體110內且位於開口112的兩相對側，且各滑軌154耦接另一硬質元件141的滑柱141d。如圖2A、3A及4A所示，以抬頭顯示器100的開口112於不封閉狀態的實施例來看，滑套141c及螺柱141e(連接件)配置於較靠近開口112的硬質元件141的兩相對側，滑柱141d的數量為兩個且分別配置於較遠離開口112的硬質元件141的兩相對側；其中滑套141c、螺柱141e及滑柱141d(連接件)可為硬質元件141的一部分或可為組裝於硬質元件141的連接件。如圖1B、圖2B、圖3B及圖4B所示，當欲使收納於殼體110內的防塵蓋140封閉開口112時，驅動馬達153經由齒輪組152a旋轉螺杆152b，螺杆152b驅動硬質元件141的螺柱141e並帶動滑套141c相對於殼體110沿著導杆151來移動與螺柱141e及滑套141c連接的硬質元件141，並經由軟質元件142而連帶地驅使另一硬質元件141的滑柱141d依續沿著這些滑軌154的傾斜段154b及水平段154a來移動，使得防塵蓋140朝遠離滑軌154的方向相對於殼體110移動，進而使防塵蓋140封閉開口112，即抬頭顯示器100的開口112為封閉狀態(如圖2B、圖3B及圖4B所示)。

相反地，如圖1B、圖2B、圖3B及圖4B所示，若要不封閉開口112，則驅動馬達153能經由齒輪組152a旋轉螺杆152b，螺杆152b驅動硬質元件141的螺柱141e並帶動滑套141c相對於殼體110沿著導杆151移動硬質元件141，並經由軟質元件142而連帶地驅使另一硬質元件141的滑柱141d依續沿著這些滑軌154的水平段154a及傾斜段154b移動，使得防塵蓋140朝接近滑軌154的方向相對於殼體110移動至開口112的一側，通過具有凹溝142c且可撓曲的軟質元件142使兩個硬質元件141相互傾斜，以收納於殼體110內(如圖1A、圖2A、圖3A及圖4A所示)。

在圖1A所繪示的實施例中，採用了平面狀的殼體110及防塵蓋140。在圖5A所繪示的另一實施例的抬頭顯示器100a中，採用了曲面狀的殼體110及防塵蓋140，詳述如下。

在圖5A至圖5B中的殼體110僅以殼體110的頂部示意，以簡化圖式而便於說明。請參考圖5A至圖5B和圖6A至圖6B，在本實施例的抬頭顯示器100a中，有關投影器120及疊像鏡130的運作與圖1A的實施例的抬頭顯示器100相同，故省略之。為了符合汽車內裝在造型上的需求，當殼體110安裝於汽車儀錶板(未繪示)內時，可配合儀錶板外表面的造型設計而使殼體110的外表面110a設計為曲面，防塵蓋140的軟質元件142的外觀面142a也可設計為曲面。因此，如圖5A及圖6A所示，當抬頭顯示器100a於使用狀態時，疊像鏡130則移至殼體110外。如圖5B及圖6B所示，當抬頭顯示器100a於不使用狀態時，防塵蓋140封閉殼體110的開口112，且防塵蓋140的軟質元件142的外觀面142a可與殼體110的外表面110a相齊平而實質上構成單一的平滑曲面。因此，在不使用抬頭顯示器100a時，防塵蓋140並不顯眼。

請參考圖5A至圖5B、圖6A至圖6B、圖7A至圖7B、圖8A至圖8B、圖9A至圖9B，為了讓防塵蓋140填滿開口112而與殼體110的外表面110a齊平，抬頭顯示器100a還包括致動模塊160。致動模塊160設置在殼體110內並耦接防塵蓋140，以移動防塵蓋140，而使防塵蓋140相對於殼體110移動，使得防塵蓋140不封閉開口112(如圖5A、圖6A、圖7A、圖8A及圖9A所示)或封閉開口112(如圖5B、圖6B、圖7B、圖8B及圖9B所示)。當防塵蓋140不封閉開口112時，防塵蓋140可撓性地收納於殼體110 內。

在本實施例中，致動模塊160包括連杆組161、驅動機構162、驅動馬達163及兩滑軌164。連杆組161包括多個相互樞接的連杆161a，並耦接至防塵蓋140的硬質元件141的軸部141f及驅動機構162。驅動機構162例如是齒輪組耦接於驅動馬達163，且驅動機構162及驅動馬達163設置在殼體110內。這些滑軌164呈不同的弧形且位於開口112的一側邊，這些滑軌164分別耦接硬質元件141的滑柱141d。如圖5A、6A、7A、8A及9A所示，以抬頭顯示器100a的開口112於不封閉狀態的實施例來看，軸部141f配置於較靠近開口112的硬質元件141，滑柱141d的數量為兩個，且這些滑柱141d的其一配置於較靠近開口112的硬質元件141，這些滑柱141d的另一配置於較遠離開口112的硬質元件141，則這些滑柱141d可分別於其對應的弧形滑軌164中滑動，軸部141f與這些滑柱141d分別位於防塵蓋140的兩相對側；其中軸部141f及滑柱141d(連接件)可為硬質元件141的一部分或可為組裝於硬質元件141的連接件。當欲使收納於殼體110內的防塵蓋140封閉開口112時，驅動馬達163可經由驅動機構162來轉動連杆組161的這些連杆161a，連杆組161驅動與軸部141f連接的硬質元件141，以使與軸部141f連接的硬質元件141通過其滑柱141d沿著對應的滑軌164來相對於殼體110移動，再經由軟質元件142連帶地驅使另一硬質元件141的滑柱141d沿著另一滑軌164來移動，使得防塵蓋140相對於殼體110移動，進而使防塵蓋140封閉開口112(如圖5B、圖6B、圖7B、圖8B及圖9B所示)。

相反地，如圖圖5B、圖6B、圖7B、圖8B及圖9B所示，若要不封閉開口112，則驅動馬達163經由驅動機構162轉動連杆組161，連杆組161驅動與軸部141f連接的硬質元件141，以使與軸部141f連接的硬質元件141通過其滑柱141d沿著其對應的滑軌164來相對於殼體110移動，再經由軟質元件142連帶地驅使另一硬質元件141的滑柱141d沿著另一滑軌164來移動，使得防塵蓋140相對於殼體110移動至開口112的一側，通過具有凹溝142c且可撓的軟質元件142使兩個硬質元件141相互傾斜，以使防塵蓋140收納於殼體110內(如圖5A、圖6A、圖7A、圖8A及圖9A所示)。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，防塵蓋可包括多個硬質元件及 軟質元件，並藉由致動模塊來移動防塵蓋的硬質元件，以封閉或不封閉殼體的開口。當欲使用抬頭顯示器進行顯像時，可藉由致動模塊移動防塵蓋不封閉開口，並通過軟質元件的可撓曲變形的凹溝，使這些硬質元件相互傾斜地收納於抬頭顯示器的殼體內，進而使得疊像鏡可經由開口從殼體內移出至殼體外，由於通過凹溝使這些硬質元件相互傾斜地收納於殼體內，藉此可節省收納空間，進而縮小抬頭顯示器體積。當抬頭顯示器結束顯像時，可藉由致動模塊移動防塵蓋的硬質元件且通過硬質元件支撐軟質元件來完整地封閉開口，以避免抬頭顯示器受到光害及粉塵的影響。

除此之外，為了符合汽車內裝在造型上的需求，防塵蓋的外觀面可設計為曲面，同時殼體的外表面也可設計為曲面，而防塵蓋的外觀面可設計與殼體的外表面相齊平而實質上構成單一的平滑曲面。因此，在不使用抬頭顯示器時，防塵蓋並不顯眼，並使汽車內裝的造型較為美觀。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，不能以此限定本發明實施的範圍，凡依本發明權利要求及發明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外本發明的任一實施例或權利要求不須達成本發明所揭露的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的權利範圍。另外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」及「第二」等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

符號說明

100、100a：抬頭顯示器

110：殼體

110a：外表面

112：開口

120：投影器

122：顯示模塊

124：光學元件

130：疊像鏡

140：防塵蓋

141：硬質元件

141a：第一面

141b：第二面

141c：滑套

141d：滑柱

141e：螺柱

141f：軸部

142：軟質元件

142a：外觀面

142b：背面

142c：凹溝

150：致動模塊

151：導杆

152：驅動機構

152a：齒輪組

152b：螺杆

153：驅動馬達

154：滑軌

154a：水平段

154b：傾斜段

160：致動模塊

161：連杆組

161a：連杆

162：驅動機構

163：驅動馬達

164：滑軌