TW202248715A - 可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，係提供多組雷射光源模組、一偏振轉換器、一偏振分光稜鏡、單一微機電掃描模組及一主控制器；其中該主控制器控制該些雷射光源模組發射多個影像雷射光束，並透過該偏振轉換器的控制及該偏振分光稜鏡，以不同入射角度將該些影像雷射光束入射至該單一微機電掃描模組，再以不同投射角度將該些影像雷射光束對外投射出該多個全投影屏幕；或將其中一影像雷射光束與其它影像雷射光束結合，提升其它影像雷射光束投射出該投影屏幕的亮度。

Description

可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置

本發明係關於一種車用抬頭顯示裝置，尤指一種可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置。

目前車用抬頭顯示裝置已有多投影屏幕的需求；以雙投影屏幕為例，其中一投影屏幕主要用以顯示車輛資訊，而另一投影屏幕則是用以顯示疊加在前方實景道路的駕駛資訊，藉由輔助駕駛以提高行車安全性。

中國公告第CN209640603U號實用新型提出的單背光源雙圖像的AR_HUD系統50，即可產生雙圖像；如圖6所示，該AR_HUD系統係50包含：單光源51、反射鏡組52、擴束鏡組53、MEMS圖像控制器54、雲光片55及補償鏡組56；再如圖7所示，該MEMS圖像控制器54將經過該反射鏡組52與該擴束鏡組53的雷射光束形成兩組圖像源L1、L2後，此兩組圖像源L1、L2再分別投射至該雲光片55，並在該雲光片55上分別形成雙圖像，再由該補償鏡組56投射至擋風玻璃60，以同時提供駕駛D雙圖像F _a、F _b。

上述中國實用新型專利所提出的AR_HUD系統雖然可以同時對擋風玻璃投射出雙圖像，但因該AR_HUD系統採用單光源來提供雙圖像的不同顯示資訊，代表單光源的全屏幕尺寸必須被切割成二個半屏幕尺寸，以1280*720全屏幕為例，各圖像將尺寸縮小至1280*360；換言之，該AR_HUD系統投射出的各圖像並非全屏幕尺寸；因此，採用此一AR_HUD系統必須預先規劃如何在半屏幕尺寸範圍內顯示完整的車輛資訊或駕駛資訊，應用上相對受限；再者，AR_HUD系統的投影屏幕亮度無法調整，在白天日照充足的環境中，對於屏幕顯像清晰度是一大考驗，均有必要進一步改良之。

有鑑於上述單背光源雙圖像的AR_HUD系統的技術缺陷，本發明主要發明目的係提供一種可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該車用抬頭顯示裝置包含有： 單一微機電掃描模組，係具有一入射區及一投射區； 一第一雷射光源模組，係發射一第一影像雷射光束，沿著一第一光路入射至該單一微機電掃描模組之入射區； 一第二雷射光源模組，係發射一第二影像雷射光束，沿著一第二光路入射至該單一微機電掃描模組之入射區； 一偏振轉換器，係設置在該第一光路上，供該第一影像雷射光束通過，以選擇性地改變該第一影像雷射光束的偏振角度為一第一偏振角度或第二偏振角度；其中該第一偏振角度不同於該第二偏振角度； 一偏振分光稜鏡，係設置在該第一光路上，將該具第二偏振角度的該第一雷射光束維持在該第一光路上，將具第一偏振角度的該第一雷射光束導引至該第二光路；以及 一主控制器，係電連接該第一雷射光源模組、該第二雷射光源模組及該偏振轉換器，並包含一多投影屏幕模式及一高亮度模式；其中： 於該多投影屏幕模式下，該主控制器透過該偏振轉換器，將該第一影像雷射光束的偏振角度調整為該第二偏振角度，並以一描掃頻率驅動該單一微機電掃描模組作動，將該第一影像雷射光束及該第二雷射光射束以不同投射角度自該投射區分別對外同時投射出一第一全投影屏幕及一第二全投影屏幕；以及 於該高亮度模式下，該主控制器透過該偏振轉換器，將該第一影像雷射光束的偏振角度調整為該第一偏振角度，使其通過該偏振分光稜鏡後與該第二影像雷射光束重合，並以一描掃頻率驅動該單一微機電掃描模組作動，將重合的該第一及第二雷射光射束對外投射出一高亮度的第二全投影屏幕。

由上述說明可知，本發明車用抬頭顯示裝置係主要提供多組雷射光源模組、控制該偏振轉換器與配合使用該偏振分光稜鏡，令多個影像雷射光束以不同入射角度入射至該單一微機電掃描模組，再以不同投射角度將該些影像雷射光束對外投射出該多個全投影屏幕；或將其中一影像雷射光束與其它影像雷射光束結合，提升其它影像雷射光束投射出該投影屏幕的亮度；因此，本發明的車用抬頭顯示裝置除了不必額外增加另一組或多組微機電掃描模組提供二個或多個投影全屏幕外，更因應外在環境造成顯像亮度不夠時，將多個投影屏幕整合，提升投影屏幕的亮度。

本發明係針對車用抬頭顯示裝置進行改良，以下以實施例配合圖式說明本案詳細技術。

首先請參閱圖1A所示，本發明的車用抬頭顯示裝置1係包含有單一微機電掃描模組10、一第一雷射光源模組20、一第二雷射光源模組21、一偏振轉換器30、一偏振分光稜鏡31及一主控制器40；其中該主控制器40係電連接該單一微機電掃描模組10、該第一雷射光源模組20、該第二雷射光源模組21及該偏振轉換器30。該主控制器40控制該第一雷射光源模組20發射第一第一影像雷射光束，並沿著一第一光路PH1入射至該單一微機電掃描模組10之入射區，並控制該第二雷射光源模組21發射第一第二影像雷射光束，並沿著一第二光路PH2入射至該單一微機電掃描模組10之入射區；至於該偏振轉換器30及該偏振分光稜鏡31則依序設置在該第一光路PH1上。

請參閱圖1A及圖5A所示，上述單一微機電掃描模組10係包含有一入射區A1及一投射區A2，且該單一微機電掃描模組10包含有一微機電驅動器11及一微鏡面元件12；其中該微機電驅動器11係電連接該主控制器40，由該主控制器40透過該微機電驅動器11驅動該微鏡面元件12作動；其中該微鏡面元件12可為一單顆二維微機電鏡面晶片，或如圖5B所示，該微鏡面元件12’可由二顆一維微機電鏡面晶片構成(以下稱第一及第二一維微機電鏡面晶片121、122)，該第一一維微機電鏡面晶片121的鏡面係沿著水平軸(H-axis)轉動，而該第二一維微機電鏡面晶片122的鏡面係沿著垂直軸(V-axis)轉動。

於本實施例，如圖5B所示，該微鏡面元件12’為一包含有該第一及第二一維微機電鏡面晶片121、122的封裝結構，即進一步包含有一基板123、一上蓋124及一反射層127；其中該第一及第二一維微機電鏡面晶片121、122係設置在該基板123上；該上蓋124設置在該基板123上，以蓋合該基板123上的該第一及第二一維微機電鏡面晶片121、122，該第一及第二一維微機電鏡面晶片121、122的鏡面係朝向該上蓋124的內頂面，其中該上蓋124對應該第一一維微機電鏡面晶片121形成有一第一視窗125，而對應該第二一維微機電鏡面晶片122則形成有一第二視窗126；該反射層127係形成在該外蓋124的內頂面並位在第一及第二視窗125、126之間。當光束穿過該第一視窗125入射至該第一一維微機電鏡面晶片121，該第一一維微機電鏡面晶片121會受該微機電驅動器11驅動，將入射的光束反射至該上蓋124的反射層127，由該反射層127將光束再反射至該第二一維微機電鏡面晶片122，再經由被該微機電驅動器11驅動的該第二軸一維微機電鏡面晶片122反射後經第二視窗126向外投射。於本實施例，如圖5A所示，較佳的入射角度範圍為該入射區A1平面及其法線之間的10度至45度。

如圖1及圖5B所示，上述第一雷射光源模組20係由該主控制器40驅動後發射一第一影像雷射光束，並沿著一第一光路PH1以一第一入射角入射至該單一微機電掃描模組10的入射區A1；於本實施例，該第一雷射光源模組20係包含一第一雷射光驅動器201及一第一雷射光組件202，該第一雷射光驅動器201係電連接該主控制器40，由該主控制器40透過該第一雷射光驅動器201驅動該第一雷射光組件202發射該第一影像雷射光束。該第一影像雷射光束可由紅光、綠光、藍光色雷射二極體發出其中之一發出，或由其中二或全部一同發出。於本實施例，該第一影像雷射光束係為S偏振光，即具有S偏振角度的雷射光束。

如圖1及圖5B上述第二雷射光源模組21係由該主控制器40驅動後發射一第二影像雷射光束，並沿著一第二光路PH2以一第二入射角入射至該單一微機電掃描模組10的入射區A1；於本實施例，該第二雷射光源模組21係包含一第二雷射光驅動器211及一第二雷射光組件212，該第二雷射光驅動器211係電連接該主控制器40，由該主控制器40透過該第二雷射光驅動器211驅動該第二雷射光組件212發射該第二影像雷射光束。於另一實施例，可依照該車用抬頭顯示裝置1內部機構的配置空間，可於第二光路PH2上設置光學元件，將該第二雷射光源模組21導引至該該單一微機電掃描模組10的入射區A1。於本實施例，該第二影像雷射光束係為S偏振光，即具有S偏振角度的雷射光束。

上述偏振轉換器30係設置在該第一光路PH1上，供該第一影像雷射光束通過，由該主控制器40控制而選擇性地改變該第一影像雷射光束的偏振角度為一第一偏振角度或第二偏振角度；其中該第一偏振角度不同於該第二偏振角度。於本實施例，該偏振轉換器30係為液晶偏振轉換器(LC retarder)，其可由主控制器40輸出不同電壓，控制該液晶偏振轉換器30內的液晶301轉向，如圖2所示，將具S偏振角度的第一影像雷射光束為具P偏振角度的第一影像雷射光束；或如圖4所示，維持該第一影像雷射光束的偏振角度為的S偏振角度。

上述偏振分光稜鏡31係設置在該第一光路PH1上，即該偏振轉換器30位在該第一雷射光源模組20與該偏振光分光稜鏡31之間。該偏振光分光稜鏡31係將具第一偏振角度的該第一雷射光束維持在該第一光路PH1上，將具第二偏振角度的該第二雷射光束導引至該第二光路PH2。於本實施例，如圖1所示，由於經過該偏振轉換器30的第一影像雷射光束的偏振角度已由S偏振角度改變為P偏振角度，故經該偏振分光稜鏡31後，該第一影像雷射光束係仍維持往第一光路PH1行進，最終以一第一入射角度入射至該單一微機電掃描模組10的入射區A1；再如圖3所示，若該偏振轉換器30不改變該第一影像雷射光束的偏振角度，即仍維持S偏振角度，當經該偏振分光稜鏡31後，該第一影像雷射光束會改變行進方向，並沿著該第二光路PH2行進，最終與該第二影像雷射光束入射至該單一微機電掃描模組10的入射區A1。

此外，為配合該車用抬頭顯示裝置1內部機構的配置空間，於本實施例進一步包含多個光學元件32，當該第一雷射光源模組20發出該第一影像雷射光束，又經該偏振轉換器30將其偏振角度調整成P偏振角度後，該偏振分光稜鏡31可進一步透過該些光學元件32，維持該第一影像雷射光束在該第一光路PH1上，以對準並入射至該單一微機電掃描模組10的入射區A1。

上述主控制器40係包含一多投影屏幕模式及一高亮度模式，該主控制器40可依設定或外部指示，切換此二種模式。當該主控制器40執行多投影屏幕模式時，該主控制器40控制該第一雷射光源模組20及該第二雷射光源模組21發射包含不同影像資料的第一影像雷射光束及第二影像雷射光束，並控制該偏振轉換器30改變該第一影像雷射光束的S偏振角度為P偏振角度，以經該偏振分光稜鏡31後由該些光學元件32維持其沿著第一光路PH1行進，並以第一入射角入射至該單一微機電掃描模組10，同時，該第二影像雷射光束則沿著第二光路PH2行進，並以第二入射角入射至該單一微機電掃描模組10。該主控制器40係以一描掃頻率驅動該單一微機電掃描模組10的微機電驅動器11，即透過該微機電驅動器11驅動該微鏡面元件12的鏡面進行水平軸及垂直軸的轉動，將該第一影像雷射光束及該第二影像雷射光束精準確地投射出清楚的第一全投影屏幕F1及第二全投影屏幕F2。於本實施例，基於本發明使用二組雷射光源模組投射出二個全投影屏幕，故該主控制器40的描掃頻率會調高至二倍單全投影屏之基礎描掃頻率；具體而言，若單全投影屏之基礎描掃頻率為60Hz，該主控制器40的掃描頻率則拉高至120Hz。以此類推，若本發明使用N組雷射光源模組，則主控制器40的掃描頻率即為N倍的單全投影屏之基礎描掃頻率；其中N＞2。

當該主控制器40執行高亮度模式時，該主控制器40控制該第一雷射光源模組20及該第二雷射光源模組21發射包含相同影像資料的第一影像雷射光束及第二影像雷射光束，並控制該偏振轉換器30維持該第一影像雷射光束的S偏振角度，使其經該偏振分光稜鏡31後可沿著該第二光路PH1與該第二影像雷射光束重合；該主控制器40以一描掃頻率驅動該單一微機電掃描模組10的微機電驅動器11，即透過該微機電驅動器11驅動該微鏡面元件12的鏡面進行水平軸及垂直軸的轉動，將重合的該第一影像雷射光束及該第二影像雷射光束S’精準確地投射出清楚的第二全投影屏幕F2；由於此模式為提升投影屏幕亮度，該主控制器40可只控制該第一雷射光源模組20的第一影像雷射光束為單色或多色，以節省電力。

綜上所述，本發明車用抬頭顯示裝置係主要提供多組雷射光源模組、控制該偏振轉換器與配合使用該偏振分光稜鏡，令多個影像雷射光束以不同入射角度入射至該單一微機電掃描模組，再以不同投射角度將該些影像雷射光束對外投射出該多個全投影屏幕；或將其中一影像雷射光束與其它影像雷射光束結合，提升其它影像雷射光束投射出該投影屏幕的亮度；因此，本發明的車用抬頭顯示裝置除了不必額外增加另一組或多組微機電掃描模組提供二個或多個投影全屏幕外，更因應外在環境造成顯像亮度不夠時，將多個投影屏幕整合，提升投影屏幕的亮度。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

1:車用抬頭顯示裝置 10:單一微機電掃描模組 11:微機電驅動器 12、12’:微鏡面元件 121:第一一維微機電鏡面晶片 122:第二一維微機電鏡面晶片 123:基板 124:上蓋 125:第一視窗 126:第二視窗 127:反射層 20:第一雷射光源模組 201:第一雷射光驅動器 202:第一雷射光組件 21:第二雷射光源模組 211:第一雷射光驅動器 212:第一雷射光組件 30:偏振轉換器 301:液晶 31:偏振分光稜鏡 32:光學元件 40:主控制器 50:AR_HUD系統 51:單光源 52:反射鏡組 53:擴束鏡組 54:MEMS圖像控制器 55:雲光片 56:補償鏡組 60:擋風玻璃

圖1：本發明車用抬頭顯示裝置的一結構示意圖。 圖2：圖1之偏振轉換器的一動作示意圖。 圖3：本發明車用抬頭顯示裝置的另一結構示意圖。 圖4：圖3之偏振轉換器的一動作示意圖。 圖5A：本發明車用抬頭顯示裝置之單一微機電掃描模組的入射角度範圍示意圖。 圖5B：本發明車用抬頭顯示裝置的單一微機電掃描模組的一結構示意圖。 圖6：中國公告第CN209640603U號實用新型的圖2。 圖7：中國公告第CN209640603U號實用新型的圖1。

1:車用抬頭顯示裝置

10:單一微機電掃描模組

11:微機電驅動器

12:微鏡面元件

20:第一雷射光源模組

201:第一雷射光驅動器

202:第一雷射光組件

21:第二雷射光源模組

211:第二雷射光驅動器

212:第二雷射光組件

30:偏振轉換器

31:偏振分光稜鏡

32:光學元件

40:主控制器

Claims (10)

1. 一種可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，包括： 單一微機電掃描模組，係具有一入射區及一投射區； 一第一雷射光源模組，係發射一第一影像雷射光束，沿著一第一光路入射至該單一微機電掃描模組之入射區； 一第二雷射光源模組，係發射一第二影像雷射光束，沿著一第二光路入射至該單一微機電掃描模組之入射區； 一偏振轉換器，係設置在該第一光路上，供該第一影像雷射光束通過，以選擇性地改變該第一影像雷射光束的偏振角度為一第一偏振角度或第二偏振角度；其中該第一偏振角度不同於該第二偏振角度； 一偏振分光稜鏡，係設置在該第一光路上，將該具第二偏振角度的該第一雷射光束維持在該第一光路上，將具第一偏振角度的該第一雷射光束導引至該第二光路；以及 一主控制器，係電連接該第一雷射光源模組、該第二雷射光源模組及該偏振轉換器，並包含一多投影屏幕模式及一高亮度模式；其中： 於該多投影屏幕模式下，該主控制器透過該偏振轉換器，將該第一影像雷射光束的偏振角度調整為該第二偏振角度，並以一描掃頻率驅動該單一微機電掃描模組作動，將該第一影像雷射光束及該第二雷射光射束以不同投射角度自該投射區分別對外同時投射出一第一全投影屏幕及一第二全投影屏幕；以及 於該高亮度模式下，該主控制器透過該偏振轉換器，將該第一影像雷射光束的偏振角度調整為該第一偏振角度，使其通過該偏振分光稜鏡後與該第二影像雷射光束重合，並以一描掃頻率驅動該單一微機電掃描模組作動，將重合的該第一及第二雷射光射束對外投射出一高亮度的第二全投影屏幕。
2. 如請求項1所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中： 該第一雷射光源模組係發射一具S偏振角度的該第一影像雷射光束，且該偏振轉換器為一液晶偏振轉換器；其中第一偏振角度為S偏振角度，而該第二偏振角度為P偏振角度； 該主控制器輸出電壓控制該偏振轉換器改變該第一影像雷射光束的S偏振角度為P偏振角度，或不輸出電壓維持該第一影像雷射光束的S偏振角度；以及 該偏振分光稜鏡維持該具P偏振角度的第一雷射光束朝該第一光路行進，或將具S偏振角度的該第一影像雷射光束朝該第二光路行進，以與該第二影像雷射光重合。
3. 如請求項2所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中該第一偏振角度為S偏振角度，該第二偏振角度為P偏振角度；其中該偏振分光稜鏡係進一步透過多個光學元件維持該具P偏振角度的第一雷射光束朝該第一光路行進。
4. 如請求項1至3中任一項所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中該單一微機電掃描模組係包含： 一微機電驅動器，係電連接至該主控制器；以及 一微鏡面元件，係電連接至該微機電驅動器，由該主控制器透過該微機電驅動器驅動該微鏡面元件。
5. 如請求項4所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中該微鏡面元件係為一二維微機電掃描晶片或雙一維微機電掃描晶片。
6. 如請求項4所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中該微鏡面元件係包含： 一基板； 一第一一維微機電掃描晶片，係設置在該基板上，其鏡面朝向遠離該基板的方向； 一第二一維微機電掃描晶片，係設置在該基板上，其鏡面朝向遠離該基板的方向； 一上蓋，係設置在該基板上，以蓋合該第一一維微機電掃描晶片及該第二一維晶片，該上蓋對應該第一一維微機電掃描晶片的鏡面形成有一第一視窗，對應該第二一維微機電掃描晶片的鏡面形成一第二視窗；以及 一反射層，係形成在該上蓋的內頂面，並位在該第一視窗及該第二視窗之間。
7. 如請求項4所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中： 該第一雷射光源模組係包含： 一第一雷射光驅動器，係電連接至該主控制器；以及 一第一雷射光源組件，係電連接至該第一雷射光驅動器；其中該主控制器係透過該第一雷射光驅動器驅動該第一雷射光源組件，以發射該第一影像雷射光束；以及 該第二雷射光源模組係包含： 一第二雷射光驅動器，係電連接至該主控制器；以及 一第二雷射光源組件，係電連接至該第二雷射光驅動器；其中該主控制器係透過該第二雷射光驅動器驅動該第二雷射光源組件，以發射該第二影像雷射光束。
8. 如請求項7所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中該描掃頻率為單全投影屏之基礎描掃頻率的N倍；其中N＞2。
9. 如請求項8所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中該基礎描掃頻率為60Hz。
10. 如請求項7所述之可切換多全投影屏幕之車用抬頭顯示裝置，其中該第一入射角度與該第二入射角度落在該入射區平面及其法線之間的10度至45度之間。

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