抬头显示装置的制作方法

1.本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种抬头显示装置。


背景技术：

2.在车用的扩增实境抬头显示装置中，一般被设计为可以显示两种不同内容的影像。一种影像是可呈现固定的行车信息，如车速、油量、里程数、速限等。另一种影像则是呈现配合路况的行车信息，如左右转符号、地标信息、警示符号等等。具有第一种行车信息的影像期望是显示在深度较近的位置，例如2公尺处，而具有第二种行车信息的影像则是显示在深度较远的位置，例如8公尺。
3.在目前的扩增实境抬头显示装置的架构中，通常使用摆放在不同位置的两个图像产生单元(picture generation unit,pgu)，以产生具有不同深度的像距的影像。然而，因设置了两个图像产生单元的关系，故整体架构产生体积较大、功耗较大、成本较大等缺点。
[0004]“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
[0005]
本发明提供一种抬头显示装置，其能缩减系统体积、减少功耗，并进一步降低成本。
[0006]
本发明的一实施例提供一种用于投影第一影像光束以及第二影像光束至目标元件上的抬头显示装置。抬头显示装置包括显示单元、偏振分光模块以及光学模块。显示单元用于提供具有第一偏振方向的第一影像光束及具有第二偏振方向的第二影像光束。偏振分光模块接收来自显示单元的第一影像光束及第二影像光束，并将第一影像光束及第二影像光束传递至光学模块。偏振光分模块包括偏振分光层、第一反射单元及第二反射单元。偏振分光层用以导引第二影像光束离开偏振分光模块并导引第一影像光束至第一反射单元及第二反射单元。第一反射单元以及第二反射单元不位于第二影像光束的光路径上。光学模块包括自由曲面反射镜。自由曲面反射镜用以接收来自偏振分光模块的第一影像光束及第二影像光束。第一影像光束及第二影像光束分别被光学模块反射至抬头显示装置外，再被传递至目标元件，以形成第一虚像及第二虚像。经由偏振分光模块，第一影像光束从显示单元至其所形成的第一虚像的位置的光程大于第二影像光束从显示单元至其所形成的第二虚像的位置的光程。
[0007]
基于上述，在本发明的一实施例中，抬头显示装置设计为使单一显示单元产生第一影像光束及第二影像光束。因此，抬头显示装置的整体架构具有体积较小、功耗较少、成本较少等优点。
[0008]
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，并配合所附视图
作详细说明如下。
附图说明
[0009]
图1a是根据本发明的第一实施例的抬头显示装置的示意图。
[0010]
图1b是根据本发明的第一实施例的抬头显示装置所形成的两个虚像的示意图。
[0011]
图2是根据本发明的第二实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块的示意图。
[0012]
图3a是根据本发明的第三实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第一时序的光路示意图。
[0013]
图3b是根据本发明的第三实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第二时序的光路示意图。
[0014]
图4a是根据本发明的第四实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第一时序的光路示意图。
[0015]
图4b是根据本发明的第四实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第二时序的光路示意图。
具体实施方式
[0016]
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考视图的一优选实施例作出的详细说明中，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、左、右、前或后等)仅是参考附加视图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0017]
图1a是根据本发明的第一实施例的抬头显示装置的示意图。图1b是根据本发明的第一实施例的抬头显示装置所形成的两个虚像的示意图。请参考图1a及图1b，本发明的一实施例提供一种用于投影第一影像光束b1以及第二影像光束b1至目标元件t上的抬头显示装置100。抬头显示装置100例如使用在汽车等交通工具上。目标元件t例如是汽车的挡风玻璃。第一影像光束b1及第二影像光束b2借由目标元件t反射至观看者(例如是交通工具的驾驶)的眼睛e，使观看者于目标元件t前方观看到具有不同距离及不同行车信息的第一虚像vm1及第二虚像vm2。
[0018]
在本实施例中，抬头显示装置100包括显示单元110、偏振分光模块120以及光学模块130。显示单元110用于提供具有第一偏振方向的第一影像光束b1及具有第二偏振方向的第二影像光束b2，其中第一偏振方向及第二偏振方向互相垂直。例如，第一偏振方向可为p偏振及第二偏振方向可为s偏振，或第一偏振方向可为s偏振及第二偏振方向可为p偏振，但本发明不局限于此。
[0019]
详细来说，在本实施例中，显示单元110具有相邻配置的第一有效成像区e1及第二有效成像区e2。第一有效成像区e1及第二有效成像区e2用以分别产生第一影像光束b1以及第二影像光束b2，且于抬头显示器100外所形成的第一虚像vm1及第二虚像vm2呈现不同的影像内容。偏振分光模块120接收来自显示单元110的第一影像光束b1及第二影像光束b2，并将第一影像光束b1及第二影像光束b2传递至光学模块130。在本实施例中，显示单元110的第一有效成像区e1及第二有效成像区e2例如分别配置有偏振选择膜(未绘示)，其中，第一有效成像区e1的光出射面被配置为可使第一影像光束b1具有第一偏振方向的偏振选择
膜，第二有效成像区e2的光出射面被配置为可使第二影像光束b2具有第二偏振方向的偏振选择膜。
[0020]
在本实施例中，偏振分光模块120包括第一区r1以及第二区r2。第一区r1配置于使来自显示单元110的第一影像光束b1及第二影像光束b2入射以及使第一影像光束b1及第二影像光束b2出射。第二区r2与第一区r1相邻，并配置为使第一影像光束b1入射并多次反射后再出射至第一区r1。
[0021]
在本实施例中，偏振光分模块120还包括偏振分光层121、第一反射单元122及第二反射单元123。偏振分光层121设置在第一区r1与第二区r2之间，并用以使具有第一偏振方向的第一影像光束b1穿透，且使具有第二偏振方向的第二影像光束b2反射。即，偏振分光层121用以导引第二影像光束b2离开偏振分光模块120并导引第一影像光束b1至第一反射单元122及第二反射单元123。偏振分光层121例如使p偏振光穿透且使s偏振光反射，或使s偏振光穿透且使p偏振光反射，但本发明并不局限于此。
[0022]
在本实施例中，第一反射单元122包括第一反射镜122-1以及第一四分之一波片122-2。第二反射单元123包括第二反射镜123-1以及第二四分之一波片123-2。第一反射单元122及第二反射单元123配置于第二区r2旁。第一四分之一波片122-2配置于第一反射镜122-1与偏振分光层121之间。第二四分之一波片123-2配置于第二反射镜123-1与偏振分光层121之间。第一反射镜122-1及第二反射镜123-1互相垂直。第一反射单元122、第二反射单元123与偏振分光层121之间定义为第二区。
[0023]
在本实施例中，来自显示单元110的具有第一偏振方向的第一影像光束b1依序穿透第一区r1与偏振分光层121后进入第二区r2。第一影像光束b1再依序借由穿透第一四分之一波片122-2、被第一反射镜122-1反射、穿透第一四分之一波片122-2、被偏振分光层121反射、穿透第二四分之一波片123-2、被第二反射镜123-1反射、穿透第二四分之一波片123-2及穿透偏振分光层121后，再穿透第一区r1而传递至光学模块130，其中，当具有第一偏振方向的第一影像光束b1依序穿透第一四分之一波片122-2、被第一反射镜122-1反射、穿透第一四分之一波片122-2后，第一影像光束b1的偏振方向转换成第二偏振方向，进而具有第二偏振方向的第一影像光束b1被偏振分光层121反射，继而具有第二偏振方向的第一影像光束b1依序穿透第二四分之一波片123-2、被第二反射镜123-1反射、穿透第二四分之一波片123-2后，第一影像光束b1的偏振方向转换成第一偏振方向，则再穿透偏振分光层121。来自显示单元110的具有第二偏振方向的第二影像光束b2进入第一区r1后，被偏振分光层121反射而传递至光学模块130。也就是说，第一反射单元122以及第二反射单元123不位于第二影像光束b2的光路径上。
[0024]
在本实施例中，第一反射镜122-1在显示单元110的正投影的范围与显示单元110的第二有效成像区e2不互相重叠。
[0025]
在本实施例中，第一区r1包括第一透光体124，且第二区r2还包括第二透光体125，偏振分光层121配置于第一透光体124与第二透光体125之间，其中，透光体的材质例如是玻璃。偏振分光层121例如配置于第二透光体125的朝向第一透光体124的表面，则第一透光体124与偏振分光层121的接触面积小于偏振分光层121的总面积。
[0026]
在本实施例中，光学模块130包括自由曲面反射镜(free-formmirror)132。自由曲面反射镜132用以接收来自偏振分光模块120的第一影像光束b1及第二影像光束b2。第一影
像光束b1及第二影像光束b2分别被光学模块130反射至抬头显示装置100外，再被传递至目标元件t，以形成第一虚像vm1及第二虚像vm2。经由偏振分光模块120，第一影像光束b1从显示单元110至其所形成的第一虚像vm1的位置的光程大于第二影像光束b2从显示单元110至其所形成的第二虚像vm2的位置的光程。
[0027]
在本实施例中，抬头显示装置100还包括感测器140以及控制器150。感测器150用以感测眼睛e的位置。控制器150例如是包括微控制器单元(microcontroller unit，mcu)、中央处理单元(central processing unit，cpu)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、可编程控制器、可编程逻辑装置(programmable logic device，pld)或其他类似装置或这些装置的组合，本发明并不限制于此。此外，在一实施例中，控制器150的各功能可被实现为多个程序代码。这些程序代码会被储存在一个存储器中，由控制器150来执行这些程序代码。或者，在一实施例中，控制器150的各功能可被实现为一个或多个电路。本发明并不限制用软件或硬件的方式来实现控制器150的各功能。
[0028]
在本实施例中，控制器150与感测器140电连接，并与光学模块130耦接。光学模块130包括电连接自由曲面反射镜132的驱动器(未绘示)，用以驱动自由曲面反射镜132的偏摆，控制器150接收来自感测器140的信号，并对应使用者(驾驶)的眼睛e的位置变化来控制驱动器调整自由曲面反射镜132的偏摆角度，以使第一虚像vm1及第二虚像vm2被清楚呈现。
[0029]
基于上述，在本发明的一实施例中，抬头显示装置100被设计为使显示单元110同时产生具有第一偏振方向的第一影像光束b1及具有第二偏振方向的第二影像光束b2。抬头显示装置100的光路被设计为：第一影像光束b1在偏振分光模块120反射三次，且第二影像光束b2在偏振分光模块120反射一次，使得第一影像光束b1从显示单元110至第一虚像vm1的位置的光程大于第二影像光束b2从显示单元110至第二虚像vm2的位置的光程。因此，抬头显示装置100的整体架构具有体积较小、功耗较少、成本较少等优点。
[0030]
图2是根据本发明的第二实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块的示意图。请参考图2，图2的偏振分光模块120a与图1a的偏振分光模块120相似，其主要差异如下。在本实施例中，第一反射镜122-2在显示单元110的正投影的范围与显示单元110的第二有效成像区e2互相重叠。
[0031]
在本实施例中，第一区r1包括第一透光体124a，且第二区r2还包括第二透光体125。偏振分光层121配置于第二透光体125的朝向第一透光体124a的表面或第一透光体124a的朝向第二透光体125的表面，且位于第一透光体124a与第二透光体125之间，第一透光体124a与偏振分光层121的接触面积等于偏振分光层121的总面积。而本发明的第二实施例的抬头显示装置的优点相似于图1a的抬头显示装置100，在此不再赘述。
[0032]
图3a是根据本发明的第三实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第一时序的光路示意图。图3b是根据本发明的第三实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第二时序的光路示意图。请参考图3a与图3b，图3a或图3b的偏振分光模块120b与图1a的偏振分光模块120相似，而图3a或图3b的偏振分光模块120b所形成的虚像相对位置也与图1b相似，其主要差异如下。在本实施例中，显示单元110包括有效成像区e3。有效成像区e3用以于不同时序产生第一影像光束b1以及第二影像光束b2，且于抬头显示器外所形成的第一虚像vm1及第二虚像vm2呈现不同的影像内容(如图1b所示)。
[0033]
在本实施例中，抬头显示装置还包括偏振切换装置112。偏振切换装置112配置于
显示单元110与偏振分光模块120b之间。偏振切换装置112例如是液晶面板等极化旋转器(polarization rotator)。于第一时序时，显示单元110所发出的第一影像光束b1透过偏振切换装置112而具有第一偏振方向。于第二时序时，显示单元110所发出的第二影像光束b2透过偏振切换装置112而具有第二偏振方向。
[0034]
在本实施例中，第一区r1包括第一透光体124a，且第二区r2还包括第二透光体125。偏振分光层121配置于第二透光体125与第一透光体124a之间，且第一透光体124a与偏振分光层121的接触面积等于偏振分光层121的总面积。而本发明的第三实施例的抬头显示装置的优点相似于图1a的抬头显示装置100，在此不再赘述。
[0035]
图4a是根据本发明的第四实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第一时序的光路示意图。图4b是根据本发明的第四实施例的抬头显示装置中的偏振分光模块于第二时序的光路示意图。请参考图4a与图4b，图4a或图4b的偏振分光模块120c与图1a的偏振分光模块120相似，而图4a或图4b的偏振分光模块120c所形成的虚像相对位置也与图1b相似，其主要差异如下。在本实施例中，抬头显示装置的光路被设计为：第一影像光束b1在偏振分光模块120c反射三次，但第二影像光束b2直接穿透偏振分光模块120c。
[0036]
详细来说，在本实施例中，偏振分光模块120c包括第一区r1及第二区r2。第一区r1配置在显示单元110与第二区r2之间。偏振分光层121设置在第一区r1与第二区r2之间，并用以使具有第一偏振方向的第一影像光束b1反射，且使具有第二偏振方向的第二影像光束b2穿透。
[0037]
在本实施例中，第一反射单元122c及第二反射单元123c分别配置于第一区r1旁以及第二区r2旁，且第一反射单元122c及第二反射单元123c分别位于偏振分光模块120c的相对两侧。第一反射镜122-1’与第二反射镜123-1’互相平行。来自显示单元110的第一影像光束b1进入第一区r1且被偏振分光层121反射。第一影像光束b1依序穿透第一四分之一波片122-2’、被第一反射镜122-1’反射、穿透第一四分之一波片122-2’、穿透偏振分光层121、进入第二区r2、穿透第二四分之一波片123-2’、被第二反射镜123-1’反射、穿透第二四分之一波片123-2’及被偏振分光层121反射后，再穿透第二区r2而传递至光学模块130。其中当具有第一偏振方向的第一影像光束b1依序穿透第一四分之一波片122-2’、被第一反射镜122-1’反射、穿透第一四分之一波片122-2’后，第一影像光束b1的偏振方向转换成第二偏振方向，进而具有第二偏振方向的第一影像光束b1穿透偏振分光层121，继而具有第二偏振方向的第一影像光束b1依序穿透第二四分之一波片123-2’、被第二反射镜123-1’反射、穿透第二四分之一波片123-2’后，第一影像光束b1的偏振方向转换成第一偏振方向，则再被偏振分光层121反射。如图4b所示，来自显示单元110的第二影像光束b2进入第一区r1后，依序穿透偏振分光层121及第二区r2而传递至光学模块130。
[0038]
此外，本发明的第四实施例的抬头显示装置的优点相似于图1a的抬头显示装置100，在此不再赘述。
[0039]
综上所述，在本发明的一实施例中，抬头显示装置被设计为使显示单元产生第一影像光束及第二影像光束，并借由偏振分光模块的设计使第一影像光束从显示单元至第一虚像的位置的光程大于第二影像光束从显示单元至第二虚像的位置的光程。因此，抬头显示装置的整体架构具有体积较小、功耗较少、成本较少等优点。
[0040]
以上所述仅为本发明的优选实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡是
依照本发明权利要求书及发明说明书所作的简单的等效变化与修饰皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求书不须实现本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和发明名称仅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。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
[0041]
附图标记列表
[0042]
100:抬头显示装置
[0043]
110:显示单元
[0044]
112:偏振切换装置
[0045]
120、120a、120b、120c:偏振分光模块
[0046]
121:偏振分光层
[0047]
122、122c:第一反射单元
[0048]
122-1、122-1’:第一反射镜
[0049]
122-2、122-2’:第一四分之一波片
[0050]
123、123c:第二反射单元
[0051]
123-1、123-1’:第二反射镜
[0052]
123-2、123-2’:第二四分之一波片
[0053]
123:第三反射面
[0054]
124、124a、120b:第一透光体
[0055]
125:第二透光体
[0056]
130:光学模块
[0057]
132:自由曲面反射镜
[0058]
140:感测器
[0059]
150:控制器
[0060]
b1:第一影像光束
[0061]
b2:第二影像光束
[0062]
e:眼睛
[0063]
e1:第一有效成像区
[0064]
e2:第二有效成像区
[0065]
e3:有效成像区
[0066]
r1:第一区
[0067]
r2:第二区
[0068]
t:目标元件
[0069]
vm1:第一虚像
[0070]
vm2:第二虚像。