TWI826508B - 投影模組及包括該投影模組的交通工具 - Google Patents
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Abstract
一交通工具，包括一設有一透光區的飾板、至少一投影模組以及
一透明板。透明板可為一車窗，其包括一透明的螢光粉層，螢光粉層可受光源所輸出的激發光束激發並於成像面呈現一可見光影像，投影模組的整體設於透光區的一側且不露出飾板，投影模組的出光方向與成像面的法向量方向的夾角大於等於10度。藉此，除可讓車內、外使用者均可清晰地觀看投影影像外，由於投影模組之整體是埋設在交通工具內部飾板下方且不突出飾板，提高了安全性。
Description
本發明是有關於一種投影模組及應用該投影模組的交通工具，且特別是有關於一種可投影激發光以於透明板成像的投影模組及交通工具。
現有技術中，為了在例如擋風玻璃或車窗上形成影像，有一種方式是對擋風玻璃或車窗投影一影像光，將於擋風玻璃或車窗外形成一虛像，藉此，駕駛可在駕駛時得知行程相關的信息。然而，前述的系統僅能對特定方向的使用者顯示資訊，而無法對車外的使用者顯示資訊，而且其使用方式非常有限。
本發明提供一種投影模組及應用該投影模組的交通工具，其投影模組的整體是埋設在交通工具內部的飾板下方的，前述的投影模組可對擋風玻璃或是車窗投影一激發光，以激發擋風玻璃或是車窗上的螢光粉以為成像，除可讓車內、外使用者均可清晰地觀看該影像外，由於投影模組之整體是埋設在交通工具內部飾板下方且不突出飾板，提高了安全性。
本發明的一實施例為一投影模組，可依光路依序包括可輸出一激發光束的光源；可用於將激發光束轉換為包括影像資料的投影光束的光束轉換元件；投影鏡頭以及反射鏡。而投影模組經由反射鏡之投影光束，
可在一成像面的螢光粉層形成一投影影像，且投影光束與成像面的法向量方向夾角，大於等於10度；同時，整個投影影像，位於投影模組的高度以上。
本發明的另一實施例為一交通工具，包括一設有一透光區的飾板以及至少一枚前述的投影模組以及一透明板狀車窗。車窗包括一透明的螢光粉層，該螢光粉層可受光源所輸出的激發光束激發並於成像面呈現一可見光影像，投影模組的整體設於透光區的一側且不露出飾板，投影模組的出光方向與成像面的法向量方向的夾角大於等於10度。藉此，除可讓車內、外使用者均可清晰地觀看投影影像外，由於投影模組之整體是埋設在交通工具內部飾板下方且不突出飾板，提高了安全性。
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。
1:交通工具
10:投影模組
11:外殼
111:透光部
12:光源
13:透鏡組
14:光束轉換元件
15:投影鏡頭
16:反射鏡
20:飾板
20A:頂表面
20B:透光區
30:透光板
32:螢光粉層
34:濾光材料層
36:基板
IL:照明光束
IP:成像面
PL:投影光束
PM:可見光影像
L:長度方向
LM:圖案
T:法向量方向
圖1繪示了本發明第一實施例的交通工具的部份示意圖。
圖2繪示了本發明的一實施例中，投影模組的示意圖。
圖3繪示了本發明的一實施例中，透光板上的成像面上的影像的示意圖。
圖4繪示了本發明的一實施例中，光束轉換元件上的圖像的示意圖。
圖1繪示了本發明第一實施例的交通工具的部份示意圖。請參照圖1。在本實施例中，交通工具1有一投影模組10、一飾板20以及一透明板30。
於本例中，交通工具1為一汽車；惟其不以汽車為限，交通工具1亦可為，例如包括有擋風玻璃或車窗的機車、腳踏車或是飛機等。
請參酌圖2，圖2繪示了本發明的一投影模組的示意圖。由圖可見，投影模組10包括一外殼11、一光源12、一透鏡組13、一光束轉換元件14、一投影鏡頭15以及一反射鏡16。
外殼11可由金屬或塑料所形成，其組合時可於內部形成一容置空間。於本例中，外殼11為一外輪廓為一矩型柱體且由塑料所製成。外殼11包括有一透光部111。透光部111可以是一開孔或是一透光材料層；只要可讓至少部份光線通過的結構，均可視為透光部111，例如是開孔或是包括蓋有透光板的開孔等。於本例中，透光部111為一開孔。於另一例中，透光部111為一開孔及設於開孔上，且UV穿透率為80%以上，由玻璃或是塑膠所製成的平板基材。而外殼11沿長度方向L的長度在20、15及10公分以下時，其效益為佳、更佳及最佳。於本例中，外殼沿長度方向L的長度約為8公分。
光源12可提供不包括影像資料的照明光束IL(可為第一激發光束)。光源12可以是由單顆或是多顆輸出波長一致或相異的發光二極體封裝體、亦可以是由單顆或是多顆輸出波長一致或相異的雷射二極體封裝體，或是其他適用於提供照明光的元件。而前述的各封裝體中可包括一枚或是多枚可輸出相同或相異波長的晶粒(DIE)。光源12所消耗的能量在10、5及2瓦特以下時，其散熱效果為佳、更佳及最佳。於本例中，光源12中僅包括一枚消耗功率為2瓦特以下的紫外線發光二極體(下稱UV LED)封裝體，其中僅包括單一枚晶粒。UV LED可輸出一紫外線以作為照明光束，前述照明光束的光譜中的峰值波長為405奈米。而光源所輸出的光束不以前述的
405奈米為限，需要時，亦可以峰值波長例如為300奈米以上的紫外線和490奈米以下的藍光之間的任一者對應的光源替代亦可。
透鏡組13，包括一枚或是多枚的透鏡，用於調整光源12所輸出的照明光束IL的光型、準直或是勻光之用。
光束轉換元件14，可用以將照明光束IL(可為激發光束或第一激發光束)轉換成帶有影像資料的投影光束PL(可為第二激發光束)，而前述的投影光束PL仍可作為激發光使用來激發螢光粉層可在一成像面的螢光粉層上形成一投影影像。光束轉換元件14例如是投影片等於表面形成有濾光圖案層的透明膜，投影片上的圖案是固定且不可變換的，同時，投影片係藉由其表面的材料層來選擇性的讓特定區域允許特定波長的光線通過以定義其所能形成的圖案。另外，光束轉換元件14亦可以例如是液晶覆矽板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、數字微鏡元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，電光調變器(Electro-Optical Modulator)、磁光調變器(Magneto-Optic modulator)、聲光調變器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等空間光調變器。本發明對光束轉換元件14的型態及其種類並不加以限制。光束轉換元件14將照明光束轉換為具有影像資訊的投影光束PL的方法，其詳細步驟及實施方式可以由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。於本例中，光束轉換元件14為前述的投影片。
投影鏡頭15用以調整投影光束PL的光學特性(如形狀、光路等)並將投影光束PL投射至成像表面。投影鏡頭15例如包括具有屈光度的一或多個透鏡的組合，透鏡例如包括雙凹透鏡、雙凸透鏡、透鏡二光學表面形狀分別為凹凸、平凸或是平凹的透鏡等，非平面鏡片。於本例中，投影鏡
頭15包括一光圈及一設於光圈和光源之間的一枚具屈光度的透鏡。而於另一例中，光圈的兩側均包括一枚或是多枚透鏡。於另一例中，投影鏡頭15亦可包括1枚以上，3枚、5枚、10枚或以下具屈光度的透鏡。另外，由於黏膠在受紫外線照射後易變質、毁損，投影鏡頭15可選擇性的不包括膠合鏡頭，亦即投影鏡頭15中的所有具有屈光度的透鏡均為單鏡片或是獨立的透鏡。
再者，除透鏡及光圈等元件外，投影鏡頭15中的各透鏡之間亦可選擇性的增設平板玻璃、平面反射鏡或曲面反射鏡等元件或是其他的光學元件來調整投影鏡頭的光路。
反射鏡16用以反射影像光線PL並調整光線的行進路徑。反射鏡16可以是平面板射鏡、曲面反射鏡或是設有全反射面的稜鏡(例如是TIR稜鏡)。於本例中，反射鏡16為一平面鏡。
在本實施例中，光源12、透鏡組13、光束轉換元件14、投影鏡頭15以及反射鏡16是全數包裏設於外殼11中的。於本例中，光源12輸出一波長峰值為405奈米且不具影像資料的照明光束IL，而照明光束IL經過透鏡組13準直後，經由光束轉換元件14的透鏡片轉換成波長實質相同但具有影像資料的投影光束PL，並經由反射鏡16反射並經由透光部111出射投影模組10以到達透明板30的螢光粉層。
請參閱圖1，飾板20係指交通工具中對應透明板30下方的材料塊。於本例中，飾板20係指車門內側的裝飾板，由圖可見透明板30(車窗)可相對於飾板(door trim/window trim)20上升或下降。於本例中，飾板20相對於車窗部份處有一相對平坦的頂表面20A，頂表面20A上有多個透光區20B。透光區20B可以是通孔、設有透光材料的穿孔或是其他可讓光線通過的結構。於本例中，各個透光區20B分別為一通孔。
於本例中，由車輛的透明板30，由車輛外部往內部依序包括有一基板36、一濾光材料層34以及一螢光粉層32。
於本例中，基板36為一車窗，其實質可由玻璃所製成。而車窗的表面可設有各種塗層，本發明不對其多加限制。螢光粉層32可接受前述的投影光束PL(激發光)，並被激發出一預設波長的光線。於本例中，螢光粉層32為包括一實質對可見光透明的螢光粉，可接受紫外線波長的光線激發並輸出例如是綠色。惟螢光粉層32輸出的光線顏色和螢光粉層32的成份有關，可按需求自由調整。濾光材料層34可用於減弱或完全阻擋短波長光線，短波長光線例如是波長介於300至450奈米之間的紫外線或藍光。於本例中，濾光材料層34為一貼附型紫外線過濾膜，其對405奈米波長的透光率小於50%。
請參酌圖2，由圖可見，投影模組10的整體是設於飾板的下方側且不露出飾板的，藉此，可避免使用者意外撞擊投影模組10而受傷。
投影模組10會沿一出光方向(或稱第一方向)輸出一投影光束PL，投影光束PL可作為一激發光使用。投影光束PL具有圖像資料。於本例中，投影光束PL實質為一紫外線，投影光束PL其經透光部111沿一光路到達透明板30上的螢光粉層32。於本例中，投影模組10和透明板30之間不包括其他的反射鏡，惟不以此為限，若經反射，投影光束PL的光路及光軸會隨之調整或偏折。投影光束PL作為激發光激發螢光粉層32以在成像面IP上形成並輸出一對應光束轉換元件14上的圖案LM的可見光影像PM(或稱投影影像)。而於成像面IP上的整個投影影像，均位於投影模組10的高度以上。舉例來說，若於投影模組10的最高點畫一水平線(例如是垂直於重力方向)，則成像面IP的整個投影影像都在前述的水平線以上。而有部份投影光束PL未能被螢光粉層32吸收並穿透螢光粉層32到達濾光材料層34，濾光材
料層34會減弱或完全阻擋投影光束PL中對應短波長部份的波長，以防止其穿透。藉此，可防止使用者在車外向車內觀看時眼睛受短波長光線照射而受傷。
透明板30的成像面IP的法向量方向T與投影模組10的投影光束PL的入射角之間有一最小夾角
。於本例中，最小夾角
約為30度，而在最小夾角
在大於等於10度、20度、30度及40度並分別小於80度時，投影模組10和透明板30之間的距離可以依序被進一步減縮，可減少飾板的厚度需求，增加使用時的彈性。而於另一例中，透明板30可往投影模組10傾斜，則其最小夾角
則被減少至約12~15度之間。
再者，於本例中，透明板30為車窗，而飾板20是車門的一部份，車門的厚度有限，故投影模組10的光源12至投影鏡頭15的長度方向L，延伸方向建議為實質垂直於飾板20的透光區20B設置，藉此可減少對飾板厚度的要求。
請參酌圖3及圖4，圖3繪示了本實施例中，光束轉換元件14上的濾光圖案層的圖案的示意圖；而圖4則繪示了本實施例中在成像面上所形成的可見光影像PM。由於投影模組10在對透明板30投影時，光線到達透明板30較低處的光程遠小於透明板30輸高處的光程，故此，影像會形成梯型變形。而為了克服前述的梯型變形的問題，本實施例中，會對光束轉換元件14上的圖案進行預變形處理。更明確的說，當投影模組10對透明板30的距離及角度為已知時，則可事先計算出可見光影像PM的梯型變形量，即可針對該變形量為相對應的預變形處理，以抵銷梯型變形量。而變形量會隨投影模組10與透明板30之斜傾角和距離有關。於本實施例中，正確的可見光影像PM為正方形，而為確保可見光影像PM為正確，則光束轉換元件14上的圖案會被設計為梯型如圖4所示。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1:交通工具
10:投影模組
11:外殼
111:透光區
12:光源
13:透鏡組
14:光束轉換元件
15:投影鏡頭
16:反射鏡
20:飾板
20A:頂表面
20B:透光區
30:透明板
IL:照明光束
PL:投影光束
L:長度方向
T:法向量方向
Claims (10)
- 一投影模組，包括: 一光源，可輸出一激發光束； 一光束轉換元件，設於該光源的光路下游，可用於將該激發光束轉換為包括影像資料的一投影光束； 一鏡頭，設於該光束轉換元件的光路下游； 一反射鏡，設於該鏡頭的光路下游； 其中，該投影模組經由該反射鏡之該投影光束，可在一成像面的螢光粉層形成一投影影像，且該投影光束與該成像面的法向量方向夾角，大於等於10度；同時，該整個投影影像，位於該投影模組的高度以上。
- 如請求項1所述的投影模組，其中，該光源及該光束轉換元件的光路之間包括一具屈光度的透鏡。
- 如請求項2所述的投影模組，其中，該投影光束與該成像面的法向量方向夾角介於30度和80度之間。
- 如請求項3所述的投影模組，該投影模組進一步包括一外殼，該外殼包括一透光部，該外殼中收納有該光源、該透鏡、該光束轉換元件、該鏡頭以及該反射鏡，該反射鏡設於該透光部以及該鏡頭的光路之間，該激發光束的峰值波長小於等於405奈米，該外殼的長度方向的長度小於20公分。
- 一交通工具，包括: 一飾板，包括一透光區； 一投影模組，包括: 一光源，可輸出一第一激發光束； 一光束轉換元件，設於該光源的光路下游，可將該第一激發光束轉為一第二激發光束，該第二激發光束包括一影像資料；以及 一鏡頭，設於該光束轉換元件的光路下游； 一透明板，包括一透明的螢光粉層，該螢光粉層可受該第二激發光束激發並於成像面上形成一可見光影像； 其中，且該投影模組輸出的該第二激發光束與該成像面的法向量方向的最小夾角，大於等於10度，同時，該整個可見光影像，位於該投影模組的高度以上。
- 如請求項5所述的交通工具，其中，包括複數個該投影模組，該飾板包括多個獨立的透光區域，每一該投影模組分別對應該飾板上的該透光區域。
- 如請求項5所述的交通工具，其中，該透明板包括一基板、一螢光粉層以及一濾光材料層，該濾光材料層設於該基板及該螢光粉層之間，該透明板對可見光為實質透明，該濾光材料層為一紫外線過濾膜，該濾光材料層及該螢光粉層均設於該基板相對於該投影模組的一側。
- 如請求項7所述的交通工具，其中，該光束轉換元件為一投影片，該投影片上的圖案經預變形處理。
- 如請求項8所述的交通工具，其中，該投影模組進一步包括一外殼，該外殼包括一透光部，該外殼中收納有該光源、該光束轉換元件、該鏡頭以及一反射鏡，該反射鏡設於該透光部以及該鏡頭的光路之間，該外殼往的長度方向的長度小於20公分。
- 如請求項9所述的交通工具，其中，該交通工具為一車輛，該光源包括一紫外線光源；該光束轉換元件為一投影片，該鏡頭中包括屈光度的透鏡數量大於等於二；該透明板為一車窗且為實質透明於可見光；該光源及該光束轉換元件之間包括一枚具屈光度的透鏡，該投影光束與該螢光粉層的法向量方向夾角介於30度至80度之間。
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