CN112731667A - 投影装置及投影方法 - Google Patents
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Abstract
一种投影装置包括显示器、复数个光学组件及半透明介质。显示器具有出光凸弧面,且显示器产生画面并经由出光凸弧面投射对应于画面的第一光线。复数个光学组件用于依序反射第一光线进而产生第二光线。第二光线被投射至半透明介质以产生对应于画面的成像。藉此,投影装置能根据显示器的画面投射出畸变量小且品质优越的投影成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种投影装置和投影方法,特别是一种用于抬头式显示(head-updisplay)***的投影装置和投影方法。
背景技术
扩增实境对应虚拟实境(Virtual Reality,VR)一词的翻译称为实拟虚境或扩张现实,是指透过摄影机影像的位置及角度精算并加上图像分析技术,让荧幕上的虚拟世界能够与现实世界场景进行结合与互动的技术。这种技术于1990年提出。随着随身电子产品运算能力的提升,扩增实境的用途也越来越广。
扩增实境与硬体、软体、以及应用层面息息相关。在硬体方面,结合处理器、显示器、传感器以及输入装置的载具,方能适合成为扩增实境平台。在软体方面,扩增实境***的主要关键是如何将扩增的物件与现实世界结合。在应用层面,最早用于军事,而后扩及日常生活。
然而在实际应用时,图像投影可能会受到现实世界的空间所限制。此外,图像也可能受到投影的位置和背投影物,使得图像产生不必要的变形,进而导致图像难以识别。
因此,为数众多的民营企业或相关学研单位已经投注大量资金、人力和时间对投影装置进行研究,并亟欲改善目前投影装置仍待解决的相关问题。
发明内容
有鉴于此,本发明之一目的在于提出一种可有解决上述问题的投影装置包括显示器、复数个光学组件及半透明介质。显示器具有出光凸弧面,且显示器产生画面并经由出光凸弧面投射对应于画面的第一光线。复数个光学组件用于依序反射第一光线进而产生第二光线。第二光线被投射至半透明介质以产生对应于画面的成像。
在本发明的一个或多个实施方式中,显示器包括凸透镜,出光凸弧面系凸透镜的凸面。
在本发明的一个或多个实施方式中,显示器为曲面显示器,出光凸弧面系曲面显示器的出光面。
在本发明的一个或多个实施方式中,出光凸弧面具有介于1500R至4000R之间的曲率。
在本发明的一个或多个实施方式中,复数个光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,第一光学组件包括反射凸面,第二光学组件包括反射凹面,第一光线被投射至反射凸面再被反射至反射凹面。
在本发明的一个或多个实施方式中,复数个光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,第一光学组件包括反射凹面,第二光学组件包括反射凸面,第一光线被投射至反射凹面再被反射至反射凸面。
在本发明的一个或多个实施方式中,第二光线系经由第一光学组件及第二光学组件的二次反射所产生。
本发明的另一个面向在于提供解决上述问题的投影方法,其包括:使显示器产生画面并经由显示器的出光凸弧面投射对应于画面的第一光线;使复数个光学组件依序反射第一光线进而产生第二光线;以及使第二光线被投射至半透明介质,进而产生对应于画面的成像。
在本发明的一个或多个实施方式中,其中显示器包括凸透镜,出光凸弧面系凸透镜的凸面。
在本发明的一个或多个实施方式中,其中显示器为曲面显示器,出光凸弧面系曲面显示器的出光面。
在本发明的一个或多个实施方式中,其中出光凸弧面具有介于1500R至4000R之间的曲率。
在本发明的一个或多个实施方式中,复数个光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,第一光学组件包括反射凸面,第二光学组件包括反射凹面,第一光线被投射至反射凸面并被反射至反射凹面。
在本发明的一个或多个实施方式中,复数个光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,第一光学组件包括反射凹面,第二光学组件包括反射凸面,第一光线被投射至反射凹面并被反射至反射凸面。
在本发明的一个或多个实施方式中,第二光线系经由凸面镜及凹面镜的二次反射所产生。
综上所述,本发明的投影装置利用出光凸弧面的设计让半透明介质产生品质优异的虚拟成像,其中虚拟成像的畸变量会小于或等于4.2%,由此可知本案的投影装置具有优异的投影功能。除此之外,本发明的投影装置包括用于反射第一光线的反射凹面及反射凸面,且反射凹面及反射凸面经由二次反射来产生成像,由于反射次数低,所需要的光学反射元件少,投影装置的体积小并适合放置在狭小的空间(例如是汽车的驾驶座区域内)。
以上所述仅系用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等,本发明之具体细节将在下文的实施方式及相关图式中详细介绍。
附图说明
为达成上述的优点和特征,将参考实施方式对上述简要描述的原理进行更具体的阐释,而具体实施方式被展现在附图中。这些附图仅例示性地描述本发明,因此不限制发明的范围。通过附图,将清楚解释本发明的原理,且附加的特征和细节将被完整描述,其中:
图1根据本发明一个或多个实施方式绘示投影装置的示意图;
图2根据本发明一个或多个实施方式绘示投影装置的侧视示意图;
图3根据本发明一个或多个实施方式绘示投影装置的侧视示意图;
图4显示本发明一个或多个实施方式中投影装置所产生虚拟成像的视域图;以及
图5根据本发明一个或多个实施方式绘示投影方法的方法步骤流程图。
附图标记:
100:投影装置 110:显示器
111:凸透镜 112:出光凸弧面
120:光学组件 120a:第一光学组件
120b:第二光学组件 130:半透明介质
200:投影方法 210,230,250:步骤
I:画面 L1:第一光线
L2:第二光线 M:虚拟成像
P:使用者
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明之复数个实施方式,为明确说明起见,许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而,应了解到,这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说,在本发明部分实施方式中,这些实务上的细节是非必要的。除此之外,为简化图式起见,一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。
虚拟实境抬头显示(AR-HUD)***可用来提供用于提供AR-HUD使用者安全性及便利性的各种资讯。在运输过程中,可例如将与交通工具(例如为燃油汽车或电动汽车)操作有关的资讯诸如交通工具表计或导航影像投影虚像至驾驶员前方挡风玻璃的目视区域。据信,随着交通工具的功能变得更加复杂,此等AR-HUD***的使用及相关应用必然将逐年增加。
请参考图1。图1绘示为投影装置100的示意图。投影装置100包括显示器110、复数个光学组件120及半透明介质130。显示器110具有出光凸弧面112,且显示器110产生画面I并经由出光凸弧面112投射发散的第一光线L1,其中第一光线L1是对应于画面I所产生。接着,复数个光学组件120用于依序反射第一光线L1并产生第二光线L2,第二光线L2被投射至半透明介质130,进而产生虚拟成像M。其中,第一光线L1是由显示器110显示画面I 所产生的显示光,而第一光线L1经数次反射产生第二光线L2的反射光。投影装置100利用出光凸弧面112的设计能让半透明介质130产生畸变量小且真实度高的虚拟成像M,以便于使用者P查看与周遭环境融合度高的虚拟成像M。
具体而言,本发明的投影装置100可以是一种虚拟实境抬头显示装置,其中投影装置100 可以被装配于使用者P所驾驶的交通工具(例如为燃油汽车或电动汽车)中,半透明介质130 例如是装配在交通工具上的挡风玻璃,藉此使用者P可以在半透明介质130上查看所产生的虚拟成像M。在本发明的一些实施方式中,半透明介质130包括两层强化玻璃及塑胶夹层,其中塑胶夹层是夹设于两层强化玻璃之间,可以依照实际使用需求在强化玻璃表面贴上薄膜,因此半透明介质130的反射率高并适合产生虚拟成像M。此外,虚拟成像M可包括图像资讯或文字资讯,例如为载具速度资讯、燃料资讯、气候资讯、娱乐新闻资讯、转弯导航指示资讯、时间资讯、交通资讯或警报资讯。虚拟成像M可被呈现为文字、符号、图像、影像,且虚拟成像M可以是由一或多个颜色所呈现,本发明并不以此为限。
此外,显示器110可包括阴极射线管(cathode ray tube,CTR)显示器、发光二极体(light-emitting diode,LED)显示器、有机发光二极体(organic light-emitting diode,OLED)显示器、液晶显示器(liquid crystal display,LCD)、雷射投影***或熟习此项技术者已知的其他类型的显示器,本发明并不以此为限。
在本发明的一个或多个实施方式中,显示器110包括凸透镜111,出光凸弧面112系凸透镜111的凸面。具体而言,凸透镜111为单面凸透镜并具有对应的凸面及平坦面的,凸透镜 111的平坦面设置于显示器110的出光面上。例如,凸透镜111的平坦面是被固定在显示器 110的显示面板的出光面上,而凸透镜111的凸面相较于凸透镜111的平坦面较远离显示器 110的出光面。藉此,凸透镜111能影响从显示器110发射出来的第一光线L1,使得第一光线L1具有较为发散的行进路径,藉此有效地减低虚拟成像M的畸变量,进而得到品质优良的虚拟成像M,但本发明并不以此为限。
在本发明的一个或多个实施方式中,显示器110为曲面显示器,出光凸弧面112系曲面显示器的出光面,藉此显示器110所产生的第一光线L1具有较为发散的行进路径,藉此改善虚拟成像M的畸变量。具体而言,显示器110的出光凸弧面112具有介于1500R至4000R之间的曲率。在本发明的一些实施方式中,出光凸弧面112的曲率是介于1800R至3000R之间,例如出光凸弧面112的曲率是1800R或3000R,但本发明并不以此为限。
在本发明的一个或多个实施方式中,显示器110的复数个光学组件120包括第一光学组件120a及第二光学组件120b,第一光学组件120a及第二光学组件120b可以包括反射凸面、反射凹面或反射平面,因此第一光学组件120a及第二光学组件120b可以是凸面镜、凹面镜或平面镜,但本发明并不以此为限。例如,第一光学组件120a及第二光学组件120b可以包括凸面结构、凹面结构或平面结构,其表面上有反射率高的金属膜或合金膜。图1中所绘示的第一光学组件120a及第二光学组件120b仅用以例示性地介绍,图1并不用以限制第一光学组件120a及第二光学组件120b的形式、种类或两者之间的相对关系。
请同时参考图1及图2,图2绘示投影装置100的侧视示意图。在本发明的一个或多个实施方式中,投影装置100的第一光学组件120a包括反射凸面,而投影装置100的第二光学组件120b包括反射凹面,由显示器110所产生的第一光线L1被投射至第一光学组件120a而被反射至第二光学组件120b,进而产生第二光线L2的反射光。在本实施方式中,第一光线L1先被投射至反射凸面并反射至反射凹面,接着再由反射凹面反射产生第二光线L2,藉此第二光线L2被投射至半透明介质130并产生畸变量小且成像品质优异的虚拟成像M供使用者P操作交通工具时查看。
请同时参考图1及图3,图3绘示投影装置100的侧视示意图。在本发明的一个或多个实施方式中,投影装置100的第一光学组件120a包括反射凹面,而投影装置100的第二光学组件120b包括反射凸面,显示器110的画面I所对应产生的第一光线L1被投射至第一光学组件120a并被反射至第二光学组件120b,进而产生第二光线L2的反射光。在本实施方式中,第一光线L1是先被投射至反射凹面后再被反射至反射凸面,接着再由反射凸面反射产生第二光线L2,藉此第二光线L2被投射至半透明介质130并产生畸变量小且成像品质优良的虚拟成像M供使用者P操作交通工具时查看。
在本发明的一个或多个实施方式中,第二光线L2系经由第一光学组件120a及第二光学组件120b的二次反射所产生。换言之,在复数个光学组件120依序反射的第一光线L1并产生第二光线L2的过程中,除了第一光学组件120a及第二光学组件120b以外并没有搭配其他的光学反射元件来调整第一光线L1的行进路径及反射方向,因此仅需要第一光学组件120a 及第二光学组件120b便能产生虚拟成像M,故投影装置100所需占用的体积小而能被装设在空间狭小的交通工具驾驶座中。
请参考图4,图4显示本发明一个或多个实施方式中投影装置100所产生的虚拟成像M 的视域(field of view,FOV)图。其中,图4的水平轴代表为水平视域(horizontalfield of view, horizontal FOV),图4的垂直轴代表为垂直视域(vertical field ofview,vertical FOV)。由图4可知,虚拟成像M的畸变量相当小,其中虚拟成像M的畸变量小于或等于4.2%。在较佳状况下,虚拟成像M的畸变量大于或等于0小于或等于4.12%。由此可知,投影装置100可以产生品质优良的虚拟成像M供使用者P查看。
请参考图5,图5绘示为本发明一个或多个实施方式中投影方法200的方法步骤流程图。投影方法200是起始于步骤210,步骤210包括使显示器产生画面并经由显示器的出光凸弧面投射对应于画面的第一光线。接着,投影方法200进行到步骤230,步骤230包括使复数个光学组件依序反射第一光线并产生第二光线。接着,投影方法200进行到步骤250,步骤250包括使第二光线被投射至半透明介质,进而产生对应于画面的成像。具体而言,投影方法200可以协同投影装置100来实施,因此有关于投影装置100及投影方法200相通的某些细节已经揭露于本发明的先前段落,而本领域中具有通常技艺者自当能根据本发明所揭露的内容进行修饰或替换,故在此不再赘述关于投影装置100的重复内容。
请同时参考图1及图5,在步骤210中,使显示器110产生画面I并经由显示器110的出光凸弧面112投射对应于画面I的第一光线L1,其中显示器110包括凸透镜111,而出光凸弧面112则系凸透镜111的凸弧面。经由凸透镜111的设置,显示器110可以利用出光凸弧面112产生发散的第一光线L1,但本发明并不以此为限。
在本发明的另外一些实施方式中,显示器110为曲面显示器,出光凸弧面112则系曲面显示器的出光面,以产生发散的第一光线L1。具体而言,曲面显示器的出光凸弧面112具有介于1500R至4000R之间的曲率。出光凸弧面112的曲率也可以是介于1800R至3000R之间,例如出光凸弧面112的曲率是1800R或3000R,本发明并不以此为限。
在步骤230中,使复数个光学组件120依序反射第一光线L1并产生第二光线L2,其中复数个光学组件120包括第一光学组件120a及第二光学组件120b,第一光学组件120a包括反射凸面,而第二光学组件120b包括凹面。因此,第一光线L1被投射至反射凸面并被反射至反射凹面,再经由反射凹面反射产生第二光线L2,但本发明并不以此为限。
在本发明的另一些实施方式中,第一光学组件120a包括反射凹面,第二光学组件120b 包括反射凸面。因此,第一光线L1被投射至反射凹面,并经由反射凹面反射至反射凸面,接着经由反射凸面进一步产生第二光线L2,但本发明并不以此为限。
在本发明的另一些实施方式中,第二光线L2是由二次反射所产生,因此第二光线L2系经由第一光学组件120a及第二光学组件120b依序反射所产生,亦即第二光线L2仅经由第一光学组件120a及第二光学组件120b产生,而没有进一步搭配其他的光学反射组件。由此可知,利用投影装置100实施投影方法200并搭配二次反射来产生反射光所需占用的空间小,因此投影方法200能被实施在空间狭小的驾驶座。
在步骤250中,第二光线L2被投射至半透明介质130,进而产生对应于画面I的虚拟成像M供使用者P查看。在本发明的一个或多个实施方式中,虚拟成像M的畸变量小于或等于4.2%。在较佳状况下,虚拟成像M的畸变量大于或等于0且小于或等于4.12%。除此之外,半透明介质130可以为挡风玻璃,其包括两层强化玻璃及塑胶夹层,其中塑胶夹层是夹设于两层强化玻璃之间,并且依照实际使用需求在强化玻璃表面贴上薄膜,因此半透明介质130的反射率高并适合产生成像品质优异的虚拟成像M。
综上所述,本发明的投影装置利用出光凸弧面的设计让半透明介质产生品质优异的虚拟成像,其中虚拟成像的畸变量会小于或等于4.2%,由此可知本案的投影装置具有优异的投影功能。除此之外,本发明的投影装置包括用于反射第一光线的反射凹面及反射凸面,且反射凹面及反射凸面经由二次反射来产生成像,由于反射次数低,所需要的光学反射元件少,投影装置的体积小并适合放置在狭小的空间(例如是汽车的驾驶座区域内)。
本发明不同实施方式已描述如上,应可理解的是不同实施方式仅作为实例来呈现,而不作为限定。在不脱离本发明的精神和范围下,可根据本文的揭露对本揭露的实施方式做许多更动。因此,本发明的广度和范围不应受上述描述的实施例所限制。
Claims (14)
1.一种投影装置,其特征在于,包括:
显示器,具有出光凸弧面,所述显示器产生画面并经由所述出光凸弧面投射对应于所述画面的第一光线;
复数个光学组件,用于依序反射所述第一光线进而产生第二光线;以及
半透明介质,所述第二光线被投射至所述半透明介质以产生对应于所述画面的成像。
2.如权利要求1所述之投影装置,其特征在于,所述显示器包括凸透镜,所述出光凸弧面系所述凸透镜的凸面。
3.如权利要求1所述之投影装置,其特征在于,所述显示器系曲面显示器,所述出光凸弧面系所述曲面显示器的出光面。
4.如权利要求3所述之投影装置,其特征在于,所述出光凸弧面具有介于1500R至4000R之间的曲率。
5.如权利要求1所述之投影装置,其特征在于,所述光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,所述第一光学组件包括反射凸面,所述第二光学组件包括反射凹面,所述第一光线被投射至所述反射凸面再被反射至所述反射凹面。
6.如权利要求1所述之投影装置,其特征在于,所述光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,所述第一光学组件包括反射凹面,所述第二光学组件包括反射凸面,所述第一光线被投射至所述反射凹面再被反射至所述反射凸面。
7.如权利要求5或6所述之投影装置,其特征在于,所述第二光线系经由所述第一光学组件及所述第二光学组件的二次反射所产生。
8.一种投影方法,其特征在于,包括:
使显示器产生画面并经由所述显示器的出光凸弧面投射对应于所述画面的第一光线;
使复数个光学组件依序反射所述第一光线进而产生第二光线;以及
使所述第二光线被投射至半透明介质,进而产生对应于所述画面的成像。
9.如权利要求8所述之投影方法,其特征在于,所述显示器包括凸透镜,所述出光凸弧面系所述凸透镜的凸面。
10.如权利要求8所述之投影方法,其特征在于,所述显示器为曲面显示器,所述出光凸弧面系所述曲面显示器的出光面。
11.如权利要求10所述之投影方法,其特征在于,所述出光凸弧面具有介于1500R至4000R之间的曲率。
12.如权利要求8所述之投影方法,其特征在于,所述光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,所述第一光学组件包括反射凸面,所述第二光学组件包括反射凹面,所述第一光线被投射至所述反射凸面并被反射至所述反射凹面。
13.如权利要求8所述之投影方法,其特征在于,所述光学组件包括第一光学组件及第二光学组件,所述第一光学组件包括反射凹面,所述第二光学组件包括反射凸面镜,所述第一光线被投射至所述反射凹面并被反射至所述反射凸面。
14.如权利要求13或14所述之投影方法,其特征在于,所述第二光线系经由所述第一光学组件及所述第二光学组件的二次反射所产生。
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