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一种抬头显示系统，其包括抬头显示器以及影像检测单元。抬头显示器包括第一控制单元、影像源以及光学系统。第一控制单元用以校正影像信号。影像源耦接至第一控制单元，且用以根据经校正的影像信号输出影像光束。光学系统配置在影像光束的传递路径。影像检测单元配置在抬头显示器的一侧，用以检测使用者相对于抬头显示器的偏离角度，第一控制单元依据使用者相对于抬头显示器的偏离角度以及光学系统所产生的像差来预先校正影像信号。

权利要求书
1.  一种抬头显示系统，包括：
抬头显示器，包括：
第一控制单元，用于校正影像信号；
影像源，耦接至所述第一控制单元，且用于接收所述影像信号并根据经校正的所述影像信号输出影像光束；以及
光学系统，配置在所述影像光束的传递路径；以及
影像检测单元，配置在所述抬头显示器的一侧，用于检测使用者相对于所述抬头显示器的偏离角度，所述第一控制单元依据所述使用者相对于所述抬头显示器的所述偏离角度以及所述光学系统所产生的像差来预先校正所述影像信号。

2.  如权利要求1所述的抬头显示系统，所述影像源包括照明模块以及光阀，所述照明模块用于发出照明光束，所述光阀配置在所述照明光束的传递路径上且与所述第一控制单元耦接，以将所述照明光束转换成所述影像光束。

3.  如权利要求2所述的抬头显示系统，还包括光检测单元以及第二控制单元，所述光检测单元配置在所述影像源的周围，以检测所述照明光束或所述影像光束的光强度值，并依据所述照明光束或所述影像光束的光强度值输出检测值，所述第二控制单元耦接于所述光检测单元以及所述照明模块，用以接收来自所述光检测单元的所述检测值，并依据所述检测值调变所述照明模块所输出的所述照明光束的光强度。

4.  如权利要求3所述的抬头显示系统，所述第二控制单元通过控制信号控制所述照明模块所输出的所述照明光束的光强度，当所述检测值超过预设范围时，所述第二控制单元对应调整所述照明模块所输出的所述照明光束的光强度。

5.  如权利要求1所述的抬头显示系统，所述影像检测单元检测所述使用者的眼睛位置相对于所述抬头显示器的所述偏离角度。

6.  如权利要求1所述的抬头显示系统，所述光学系统包括多个反射镜以及透镜，从影像源输出的所述影像光束先传递至所述些反射镜再传递至所述透镜。

7.  如权利要求6所述的抬头显示系统，所述些反射镜包括第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜，且所述影像源、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述透镜的至少一者相对所述第一反射镜倾斜。

8.  如权利要求7所述的抬头显示系统，来自所述影像源的所述影像光束依序地被所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第一反射镜及所述第三反射镜反射，之后再穿透所述透镜。

9.  如权利要求8所述的抬头显示系统，所述第一反射镜以及所述第二反射镜为平面镜，所述第三反射镜为凹面镜，所述透镜为凸透镜，以所述影像光束的传递路径为基准，所述第二反射镜及所述第三反射镜配置于所述影像光束的传递路径的一侧，且所述第一反射镜配置于所述影像光束的传递路径的另一侧，所述影像源与所述透镜位于所述影像光束的传递路径所述的相对两端，所述影像源位在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间，所述透镜位在所述第一反射镜与所述第三反射镜之间。

10.  如权利要求9所述的抬头显示系统，所述第三反射镜为柱状凹面镜，且所述透镜为柱状凸透镜。

11.  如权利要求10所述的抬头显示系统，所述第三反射镜的反射面在第一方向上弯曲，且在第二方向上不弯曲，所述透镜的至少一折射面在第三方向上弯曲，且在所述第一方向上不弯曲，所述第一方向平行于所述影像源的影像画面的水平方向，所述第二方向及所述第三方向分别垂直于所 述第一方向，且所述第二方向相对所述第三方向夹一角度。

说明书抬头显示系统
技术领域
本发明关于一种显示系统，且特别是关于一种车用抬头显示系统。
背景技术
随着用于交通工具的电子零件需求的逐年攀高，各种用于交通工具上的显示装置已相继被研发出来。传统的显示装置通常装设于仪表板上。然而，当使用者低头观看装设于仪表板上的显示装置时，因无法同时察觉前方的交通状况，容易产生安全的疑虑。因此，可将影像光束投射于挡风玻璃上的显示装置，例如抬头显示器(Head-Up Display)，已被广泛地使用。
抬头显示器目前普遍运用在航空器上作为飞行辅助仪器。此外，部分汽车亦配备有抬头显示器，用于将车速或车辆状态等信息投射在挡风玻璃上供使用者观看。以车用抬头显示器为例，如图1所示，抬头显示器10将影像光束L投射于车子20的挡风玻璃22上，让使用者U能够在与行车视线相同或相近的方向上看见对应的影像画面I。由于抬头显示器10可以减少使用者U的视线离开前方道路的次数及时间，故可使行车安全获得进一步的保障。
为了显示较多的行车信息，能够显示大影像画面的抬头显示器已相继被研发出来，但此类型的抬头显示器的体积通常相对庞大。另一方面，若要在能够显示大影像画面的前提下缩减抬头显示器的尺寸，由于内部光学组件的配置关系，此类型的抬头显示器所显示的影像画面通常容易产生畸变(distortion)。如图2所示，若原始输入的影像画面P1为矩形的影像画面，则在影像画面P1通过抬头显示器10的光学系统后会因产生畸变且使得人眼所看到的影像画面I变形成为一扇形的影像画面。
此外，根据使用者在车辆中座位的位置或使用者在车辆行驶中所产生的晃动，则会导致使用者相对于抬头显示器的偏离角度会有所不同，使用者观看到的影像画面亦会有不同的形变量。如图3所示，假设使用者U在 相对于抬头显示器10的偏离角度θ为0的位置X1所看到的影像画面I1为矩形的影像画面。则当使用者U相对于抬头显示器10的位置改变时，且使得使用者U相对于抬头显示器10的偏离角度θ不为0时，使用者U在位置X2、X3所分别看到的抬头显示器10所投射出的影像画面I2、I3皆会有不同的形变量，使得原为矩形的影像画面变成倾斜状的梯形的影像画面。再者，如图4所示，在影像画面P1通过抬头显示器10的光学系统而产生畸变并且使用者U相对于抬头显示器10的偏离角度θ不为0时，使用者所观看到的形变的影像画面I可能为上述变形的结合，且造成信息判读的不易。承上述，如何使抬头显示器薄型化并改善影像画面变形的问题，实为目前此领域技术人员努力的目标之一。
美国专利第7854523号揭露了一种抬头显示器，其利用楔型组件来校正从显示组件输出的影像。美国专利公开第2010/0157430号揭露了一种车辆显示系统。中华人民共和国专利第102745084号揭露一种车用抬头显示装置，其利用图像修正透镜来修正像差。
发明内容
本发明提供一种抬头显示系统，其可改善影像画面变形的问题。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述的一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提供一种抬头显示系统，其包括抬头显示器以及影像检测单元。抬头显示器包括第一控制单元、影像源以及光学系统。第一控制单元用以校正影像信号。影像源耦接至第一控制单元，用以接收影像信号并根据经校正的影像信号输出影像光束。光学系统配置在影像光束的传递路径。影像检测单元配置在抬头显示器的一侧，用以检测使用者相对于抬头显示器的偏离角度，第一控制单元依据使用者相对于抬头显示器的偏离角度以及光学系统所产生的像差来预先校正影像信号。
在本发明的一实施例中，上述的影像源包括照明模块以及光阀。照明模块用于发出照明光束。光阀配置在照明光束的传递路径上且与第一控制单元耦接，以将照明光束转换成影像光束。
在本发明的一实施例中，上述的抬头显示系统还包括光检测单元以及第二控制单元，光检测单元配置在影像源的周围，以检测照明光束或影像光束的光强度值，并依据照明光束或影像光束的光强度值输出检测值。第二控制单元耦接于光检测单元以及照明模块，用以接收来自光检测单元的检测值并依据检测值调变自照明模块所输出的照明光束的光强度。
在本发明的一实施例中，上述的第二控制单元通过控制信号控制照明模块所输出的照明光束的光强度，当检测值超过预设范围时，第二控制单元对应调整照明模块所输出的照明光束的光强度。
在本发明的一实施例中，上述影像检测单元可检测使用者的眼睛位置相对于抬头显示器的偏离角度。
在本发明的一实施例中，上述的光学系统包括多个反射镜以及透镜。影像光束先传递至这些反射镜再传递至透镜。
在本发明的一实施例中，上述的这些反射镜包括第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜，且影像源、第二反射镜、第三反射镜以及透镜的至少一者相对第一反射镜倾斜。
在本发明的一实施例中，上述来自影像源的影像光束依序地被第一反射镜、第二反射镜、第一反射镜及第三反射镜反射，之后再穿透过透镜。
在本发明的一实施例中，上述的第一反射镜以及第二反射镜为平面镜，第三反射镜为凹面镜，透镜为凸透镜。第二反射镜与第三反射镜配置于第一反射镜的同一侧，且第二反射镜及第三反射镜与第一反射镜分别位于影像源的相对侧。影像源与透镜位于第一反射镜的相对侧，影像源位在第一反射镜与第二反射镜之间，且凸透镜位在第一反射镜与第三反射镜之间，第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜皆设置于影像源与透镜之间。
在本发明的一实施例中，以影像光束的传递路径为基准，第二反射镜及第三反射镜配置于影像光束的传递路径的一侧，且第一反射镜配置于影像光束的传递路径的另一侧，影像源与透镜位于影像光束的传递路径的相对两端，影像源位在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间，且透镜位在第一反射镜与第三反射镜之间。
在本发明的一实施例中，上述的第三反射镜为柱状凹面镜，且透镜为柱状凸透镜。
在本发明的一实施例中，上述的第三反射镜的一反射面在第一方向上弯曲，且在第二方向上不弯曲，透镜的至少一折射面在第三方向上弯曲，且在第一方向上不弯曲。第一方向平行于影像源的影像画面的水平方向，第二方向及第三方向分别垂直于第一方向，且第二方向相对第三方向夹一角度。
在本发明的一实施例中，上述的光学系统所产生的像差包括畸变。
本发明的实施例可以实现下列优点或功效的至少一种。在本发明的实施例中，抬头显示系统包括影像检测单元以及第一控制单元。由于影像检测单元可用以检测使用者相对于抬头显示器的偏离角度，且第一控制单元可自动地依据使用者相对于抬头显示器的偏离角度以及光学系统所产生的像差校正影像信号，因此通过预先校正影像信号，使影像源根据经校正的影像信号输出影像光束，本发明的实施例的抬头显示系统具有薄型化的光学架构且可改善影像画面变形的问题。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是车用抬头显示器应用于交通工具的情形。
图2是影像画面畸变前后的示意图。
图3是影像画面变形量与使用者相对于抬头显示器的偏离角度的关系的示意图。
图4是影像画面形变前后的示意图。
图5A及图5B是依照本发明的一实施例的一种抬头显示系统的示意图。
图6A及图6B分别是图5A中第三反射镜与透镜的剖面示意图。
图7是影像画面经由图5A的抬头显示系统的前后的示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的多个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向 用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
图5A及图5B是依照本发明的一实施例的一种抬头显示系统的示意图。图6A及图6B分别是图5A中第三反射镜与透镜的剖面示意图。请参照图5A、图5B、图6A及图6B，本实施例的抬头显示系统S包括抬头显示器30以及影像检测单元40。抬头显示器30包括第一控制单元32、影像源34以及光学系统36。
第一控制单元32用以校正来自影像信号源(未示出)的影像信号。以车用抬头显示器为例，影像信号源可以是测速器、车门关闭传感器、温度传感器、油量检测器等检测器的至少一者所提供的信息，但本发明不限于此。
影像源34耦接至第一控制单元32，且用以接收来自第一控制单元32的影像信号并根据已经校正的影像信号输出影像光束B。在本实施例中，影像源34包括照明模块34a以及光阀34b。照明模块34a用于发出照明光束BB。光阀34b配置在照明光束BB的传递路径上且与第一控制单元32耦接，以将照明光束BB转换成影像光束B。举例而言，光阀34b可以是穿透式液晶面板(transmissive liquid crystal panel)、数字微镜组件(Digital Micro-mirror Devices,DMD)或硅基液晶面板(Liquid-Crystal-On-Silicon panel,LCOS panel)。
光学系统36配置在影像光束B的传递路径上。详言之，光学系统36例如包括多个反射镜以及透镜36d，且影像光束B先传递至这些反射镜再传递至透镜36d。在本实施例中，这些反射镜包括第一反射镜36a、第二反射镜36b以及第三反射镜36c。并且，来自影像源34的影像光束B依序地被第一反射镜36a、第二反射镜36b、第一反射镜36a及第三反射镜36c反射，之后再穿透透镜36d，而形成自抬头显示系统S输出的影像光束L，本实施例中，从抬头显示系统S输出的影像光束L可投射于车子的挡风玻璃22上。
具体地，第二反射镜36b与第三反射镜36c配置于第一反射镜36a的同一侧，且第二反射镜36b及第三反射镜36c与第一反射镜36a分别位于影像源34的相对侧。影像源34与透镜36d位于第一反射镜36a的相对侧， 影像源34位在第一反射镜36a与第二反射镜36b之间，且透镜36d位在第一反射镜36a与第三反射镜36c之间。也就是说，以影像光束B的传递路径为基准，第二反射镜36b及第三反射镜36c配置于影像光束B的传递路径的一侧，且第一反射镜36a配置于影像光束B的传递路径的另一侧，影像源34与透镜36d位于影像光束B的传递路径的相对两端。此外，影像源34、第二反射镜36b、第三反射镜36c以及透镜36d的至少一者相对第一反射镜36a倾斜。在本实施例中，影像源34及透镜36d例如朝同一侧倾斜。在上述的架构下，可有效地缩减光学系统36的总体面积，从而能够实现抬头显示系统S的薄型化。须说明的是，本发明不限定影像源34与透镜36d必须平行。
再者，本实施例的第一反射镜36a以及第二反射镜36b例如为平面镜，第三反射镜36c例如为凹面镜，透镜36d为凸透镜。在本实施例中，第三反射镜36c为柱状凹面镜，且透镜36d为柱状凸透镜。如图5A、图6A及图6B所示，第三反射镜36c的一反射面S1在第一方向D1上弯曲，且在第二方向D2上不弯曲，柱状凸透镜36d的至少一折射面S2在第三方向D3上弯曲，且在第一方向D1上不弯曲。第一方向D1平行于影像源34的影像画面的水平方向，第二方向D2及第三方向D3分别垂直于第一方向D1，且第二方向D2相对第三方向D3夹一角度。在本实施例中，柱状凸透镜36d的折射面S2为朝向挡风玻璃22的表面。
影像检测单元40配置在抬头显示器30的一侧，用以检测使用者U相对于抬头显示器30的偏离角度θ(参见图3)。举例而言，影像检测单元40可以是电荷耦合组件(Charge Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)感测组件。
在本实施例中，影像检测单元40配置于抬头显示器30上，但影像检测单元40与抬头显示器30的相对配置关系不限于上述。具体地，影像检测单元40只要配置在能够检测使用者U相对于抬头显示器30的偏离角度θ的位置即可。在其它实施例中，影像检测单元40也可配置于抬头显示器30的侧面或底面。此外，影像检测单元40可以检测使用者U的眼睛位置，详细来说，影像侦侧单元40可通过人眼辨识或人脸辨识来检测使用者U相对于抬头显示器30的偏离角度θ。在人眼辨识的架构下，影像检测单元40 还可辅助判断使用者U是否打瞌睡，并通过警示器的提醒，可使行车安全获得进一步的保障。
图7是影像画面经由图5A的抬头显示系统的前后的示意图。请参照图3、图4、图5A、图5B及图7，本实施例的第一控制单元32是依据使用者U相对于抬头显示器30的偏离角度θ(参见图3)以及影像光束L经过抬头显示器30的光学系统36所产生的像差来做预先的影像信号校正，且所述像差包括畸变。具体地，在图4的架构下可知原始输入的影像画面P1在通过抬头显示器10的光学系统后会因光学系统内光学组件的设计及配置关系而产生畸变，使得人眼所看到的影像画面I变形成一扇形的影像画面，并且，当使用者U相对于抬头显示器10的偏离角度θ不为0时，人眼所看到的影像画面亦会产生一形变量(类似倾斜状的梯形的影像画面)。在上述两种情况同时存在下，自抬头显示器输出的影像画面I例如像是上述扇型及梯形的结合。
有鉴于此，本实施例通过预先校正输入至影像源34的影像信号，使影像源34接收到已经校正过的影像信号并对应地输出影像光束B，且预先校正的部分同时包含影像光束L经过抬头显示器30的光学系统36所产生的像差及使用者U相对于抬头显示器30的偏离角度θ所产生的形变量。藉此，所述影像光束B实际投射出来的图形与图4中的影像画面I相互补偿，亦即为图4的影像画面I的反转图形(即上下颠倒且左右颠倒的图形)。如此一来，自抬头显示系统S输出的影像光束L投射于车子的挡风玻璃22上后，使用者U所观看到的影像画面I(如图7所示出)相同于原始输入的影像画面P1。因此，本实施例的抬头显示系统S可同时具有薄型化的光学架构及改善已知影像画面I变形的问题。
另外，如图5A所示，本实施例的抬头显示系统S可进一步包括光检测单元50以及第二控制单元60，以定期校正影像源34所输出的影像光束B的光强度值，确保影像源34在使用寿命期限内所提供的影像光束B的光强度值维持在一定的光强度范围内。
详言之，光检测单元50配置在影像源34的周围，用以检测照明光束BB或影像光束B的光强度值。在本实施例中，光检测单元50邻近配置于光阀34b用以显示影像画面的成像面的一侧，但本发明不限于此。在其它 实施例中，光检测单元50也可配置在照明模块34a与光阀34b之间，以检测照明光束BB的光强度值。
光检测单元50依据检测到的照明光束BB或影像光束B的光强度值输出检测值，光检测单元50可以是连续检测照明光束BB或影像光束B的光强度值。或者，光检测单元50也可以设定为检测开机时的白画面的光强度值。再者，光检测单元50也可以透过设定去定期检测照明光束BB或影像光束B的光强度值。
第二控制单元60耦接于光检测单元50以及照明模块34a，以接收来自光检测单元50的检测值，并依据检测值调变照明模块34a所输出的照明光束B的光强度。在本实施例中，第二控制单元60例如通过控制信号控制照明模块34a中的驱动芯片IC，以调变照明模块34a所输出的照明光束B的光强度。当检测值低于一预设范围时，第二控制单元60提高照明模块34a所输出的照明光束B的光强度，使衰减的光强度值获得补偿，当检测值高于预设范围时，第二控制单元则60降低照明模块34a所输出的照明光束B的光强度，使光强度值可维持在预设范围内，则影像源34的使用寿命较长。上述控制信号可以是脉宽调变信号(Pulse Width Modulation Signal)或电压准位信号(Voltage Level Signal)，第二控制单元60可以是微控制器(Microcontroller，MCU)或其它合适的控制器或内建有合适的控制器的电子装置。
须说明的是，本实施例虽示出第二控制单元60与照明模块34a经由实体线路而电连接，但本发明不限于此。在其它实施例中，第二控制单元60也可透过无线传输的方式控制照明模块34a中的驱动芯片。
在本实施例中，第一控制单元32与第二控制单元60是以硬件的方式来实现，例如第一控制单元32可采用数字逻辑电路来实现。然而，在其它实施例中，第一控制单元32与第二控制单元60亦可以采用软件的方式来实现。举例而言，第一控制单元32可包括一处理器、一与处理器电连接的随机存取内存(RAM)及一与随机存取内存电连接的非挥发内存(如只读存储器(ROM)或闪存(flash memory))，第一控制单元32运作时，非挥发内存中所储存的程序指令先被加载至随机存取内存，然后再被加载至处理器。如此，处理器便能够执行上述第一控制单元32的功能。换言之，第 一控制单元32与第二控制单元60例如为韧体。
综上所述，本发明的抬头显示系统包括影像检测单元及第一控制单元。由于影像检测单元可用于检测使用者相对于抬头显示器的偏离角度，且第一控制单元可自动地依据使用者相对于抬头显示器的偏离角度以及光学系统所产生的像差来校正影像信号，因此通过预先校正影像信号，使影像源根据已经校正的影像信号输出影像光束，本发明的抬头显示系统可在薄型化的光学架构下改善影像画面变形的问题。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利覆盖的范围。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须实现本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。本说明书中提及的“第一..”、“第二..”仅用以表示组件名称，并非用来限制组件数量上的上限或下限。
【符号说明】
10、30：抬头显示器
20：车子
22：挡风玻璃
32：第一控制单元
34：影像源
34a：照明模块
34b：光阀
36：光学系统
36a：第一反射镜
36b：第二反射镜
36c：第三反射镜
36d：透镜
40：影像检测单元
50：光检测单元
60：第二控制单元
U：使用者
B、L：影像光束
BB：照明光束
D1：第一方向
D2：第二方向
D3：第三方向
IC：驱动芯片
P1、I、I1、I2、I3：影像画面
S：抬头显示系统
S1：反射面
S2：折射面
X1、X2、X3：位置
θ：偏离角度