CN108535867A - 全时抬头显示*** - Google Patents
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Abstract
本发明有关于一种全时抬头显示***,包括一显像装置、一挡风玻璃、一楔型板及一半波片,其中该显像装置投射出的S偏振光与P偏振光,利用该半波片使S偏振光与P偏振光在该挡风玻璃、该楔型板及该半波片间,产生S、P偏振光的来回互换,藉以提供全天候无视觉障碍的全时抬头显示画面,有效提升行车安全。
Description
技术领域
本发明有关于一种全时抬头显示***,此尤指一种可达到全天候无视觉障碍的全时抬头显示***,藉以解决抬头显示无法配戴偏光太阳眼镜阅读影像的缺失,以及克服下雨天影像扭曲的问题,进而提供驾驶者全时皆有优化视觉效果的显示影像画面,有效提升行车安全。
背景技术
车辆的抬头显示器,通常是设置于挡风玻璃下侧的仪表台下方,影像光往上投射到挡风玻璃,再透过挡风玻璃的反射来到驾驶者的眼睛,一般车辆尤其是乘用车挡风玻璃的角度,大多约与水平成25-35度角,加上安全的考虑,抬头显示器的视角通常设计在驾驶者水平视线下约5度的角度,如此既容易让驾驶者阅读,又不至于挡到重要视线,这样的角度换算抬头显示器的影像光对挡风玻璃的入射角约在60-70度之间。
如图1所示,为根据菲涅耳方程式(Fresnel Equations)所作的S偏振光(Spolarized light)、P偏振光(P polarized light)及反射率的曲线示意,从图中可以看出在入射角度范围中,S偏振光的反射率远大于P偏振光的反射率,当入射角接近60度时,P偏振光的反射率甚至接近于零,因此车辆在强烈的阳光下,抬头显示器的画面需要很强才能被驾驶者清晰阅读,为了增加抬头显示器的投射效率,一般抬头显示器的显像屏幕会选用S偏振光当光源,或者在输出时透过适合的波板(wave plate),将显像屏幕的输出影像光转化成S偏振光,再投射到挡风玻璃,以获取比较大的反射光量。
如图2所示,其中利用一半波片(half-wave plate)1搭配S偏振光(图中以S表示),可以解决布鲁斯特角(Brewster's angle)低反射与偏光太阳眼镜看不见的问题,现以入射角约为22度的例子来作说明,当S偏振光分别经一挡风玻璃G的最内层G1与最外层G2时,该S偏振光在该挡风玻璃G最内层G1的外层反射,其中P偏振光(图中以P表示)与S偏振光的反射率(请参考图1),S偏振光获得26%的反射光量与74%的穿透光量,该穿透光经过夹在该挡风玻璃最内层G1与最外层G2之间的该半波片(half-wave plate)1时,会产生P偏振光与S偏振光的互换,并在该挡风玻璃G最外层G2外层产生反射,而获得P偏振光(74%x 3.5%)=2.6%的反射光量,而再次穿过该半波片1,再次进行P偏振光与S偏振光的互换,形成S偏振光2.6%的比例穿透该挡风玻璃G最内层G1外层,并获得S偏振光(2.6%x 74%)=1.9%,而产生S偏振光26%与1.9%的迭影。
在阳光斜射的时候开车,许多驾驶者会选择配戴太阳眼镜,市面上有种较高端的太阳眼镜采用偏光镜制成,其目的是要过滤环境中的S偏振光,因为大自然的物体与空气接触的表层很容易直接反射光源,这种反射光通常不带物体本身的颜色,类似镜子直接反射光源的颜色,这种情况会对驾驶者的视线构成障碍,同样根据菲涅耳方程式(FresnelEquations),这种表层的反射光大部分是S偏振光的成分,太阳眼镜所过滤掉的S偏振光,可以过滤掉物体大部分的表层反射光,让物体颜色更鲜艳,更容易辨认。
然而抬头显示器投射的影像光以S偏振光为主,配戴了这种偏光太阳眼镜,就无法阅读抬头显示器上的信息,使得抬头显示器的效用大打折扣,导致抬头显示器虽然对驾驶者的安全有很大帮助,却因此迟迟无法普及而广被采用,直到目前为止,市面上所有的挡风玻璃显示的抬头显示器,都无法配戴偏光太阳眼镜来阅读。
如图3所示,是利用该半波片(half-wave plate)1搭配P偏振光影像,可以解决布鲁斯特角(Brewster's angle)低反射,以及偏光太阳眼镜看不见的问题,现以入射角约为22度的例子来做说明,当P偏振光分别经该挡风玻璃G最内层G1与最外层G2时,该P偏振光在该挡风玻璃G最内层G1外层反射,其中P偏振光与S偏振光的反射率(请参考图1),P偏振光获得3.5%的反射光量与96.5%的穿透光量,该穿透光经过夹在该挡风玻璃G最内层G1与最外层G2之间的该半波片(half-wave plate)1时,会产生P偏振光与S偏振光的互换,并在该挡风玻璃G最外层G2外层产生反射,获得S偏振光(96.5%x 26%)=25.1%的反射光量,再次穿过该半波片(half-wave plate)1,再次进行P偏振光与S偏振光的互换,形成P偏振光25.1%的比例穿透该挡风玻璃最内层G1外层,获得P偏振光(25.1%x 96.5%)=24.2%,并产生P偏振光3.5%与24.2%的迭影,使得偏光太阳眼镜看得到,但反射层主要在该挡风玻璃G的最外层G2;又如图4所示,当雨天雨滴附着在该挡风玻璃G时,此时反射面就不再是个平滑规则的平面,所以会受到雨滴的影响,即在下雨时,HUD的影像因为经过雨滴表面的反射,会产生不规则扭曲变形,导致影像扭曲,这问题也会让抬头显示器的效用大打折扣。
为了解决以上所存在问题,业界不断提出各种解决技术方案,相关的技术可参酌JP特开平2-141720、US 5510913、TW公告编号171642、393582、TW公开编号201017214、201022722、201621399、201626045、TW专利证号I422860、I46449、I545375、I554785等专利前案。
在前述的专利前案中,大多已能提升目前抬头显示设备的使用功能,但是仍存在着一些不易克服的瓶颈,例如有些专利前案虽然已解决抬头显示器在挡风玻璃显像,无法配戴偏光太阳眼镜来阅读的问题,但对于雨天雨滴附着在该挡风玻璃G时,所导致影像扭曲,迄今仍无良好的解决技术方案,使得抬头显示器的使用,无法达到全时使用的要求,也是驾驶者时常诟病的问题。
发明内容
有鉴于以上现有技术的缺失,本案发明人历经无数次研究改良后,终于完成本发明的全时抬头显示***,即本案的发明目的在于提供一种全天候无视觉障碍的全时抬头显示***,藉以解决抬头显示无法配戴偏光太阳眼镜阅读影像的缺失,以及克服下雨天影像扭曲的问题,进而提供驾驶者全天候都有优化视觉效果的显示影像,有效提升行车安全。
为达上述本案的发明目的,本发明的全时抬头显示***,包含:
一显像装置,为一同时具有S偏振光与P偏振光的显像装置;
一挡风玻璃,包含一第一玻璃与一第二玻璃,该显像装置投射出的S偏振光与P偏振光在该第一玻璃的外层与该第二玻璃的外层反射;
一楔型板,设置于该第一玻璃与该第二玻璃之间;
一半波片,设置于该第一玻璃与该第二玻璃之间。
上述的显像装置,包含一投影装置与一显像屏幕,该显像屏幕为一用45度线性偏振或圆形偏振或椭圆偏振的等比例的S偏振光与P偏振光的显像屏幕。
上述的显像装置,包含一投影装置与一S偏振光的线性偏振显像屏幕,该显像屏幕上方覆盖一层波片,使之预先转换成S偏振光与P偏振光光约略各半的输出影像光。
上述的显像装置,包含一投影装置与一P偏振光的线性偏振显像屏幕,该显像屏幕上方覆盖一层波片,使之预先转换成偏振影像光与偏振影像光约略各半的输出影像光。
上述的半波片顶面贴附于该第二玻璃的显示区位置,该楔型板底面贴附于该第一玻璃的上方,再盖上该第二玻璃。
本发明的全时抬头显示***,更包含一透明塑料板,该半波片设于该透明塑料板与该楔型板之间。
上述的半波片底面贴附于该第一玻璃的显示区位置,该楔型板底面贴附于该第一玻璃与该半波片的上方,再盖上该第二玻璃。
上述的全时抬头显示***,其中该显像装置包含一投影装置与一显像屏幕。
上述的半波片,为一透明塑料材质的片体。
上述的楔型板,为一透明PVB材质的板体。
附图说明
图1为现有S偏振光、P偏振光及反射率的曲线示意图。
图2为现有S偏振光通过半波片的光路示意图。
图3为现有P偏振光通过半波片的光路示意图。
图4为现有挡风玻璃表面附着雨滴的反射光路示意图。
图5为本发明的第一实施例示意图。
图6为本发明的第一实施例光路示意图。
图7为本发明的第二实施例示意图。
图8为本发明的第三实施例示意图。
图9为本发明的第三实施例另一示意图。
附图标记说明:
现有技术:1-半波片;G-挡风玻璃;G1-最内层;G2-最外层;P-P偏振光;S-S偏振光;
本发明:2-显像装置;21-投影装置;22-显像屏幕;221-波片;3-挡风玻璃;31-第一玻璃;311-外层;32-第二玻璃;321-外层;4-楔型板;5-半波片;6-透明塑料板;E-眼睛;L1-第一光路;L2-第二光路;S-S偏振光;P-P偏振光;θ-夹角。
具体实施方式
请参阅图5、图6所示,为本发明的全时抬头显示***的第一实施例,本发明的全时抬头显示***,包含:
一显像装置2,包含一投影装置21与一显像屏幕22;
一挡风玻璃3,包含一第一玻璃31与一第二玻璃32;
一楔型板4,设置于该第一玻璃31与该第二玻璃32之间,该楔型板4为一透明PVB材质的板体;
一半波片5,设置于该第一玻璃31与该第二玻璃32之间,该半波片5为一透明塑料材质的片体。
本发明的全时抬头显示***,其中该半波片5底面贴附于该第一玻璃31的显示区位置,该楔型板4底面贴附于该第一玻璃31与该半波片5上方,再盖上该第二玻璃32,进行脱泡胶合。
如图6所示,其中该显像装置2投出约等量的S偏振光(图中以S表示)与P偏振光(图中以P表示),该S偏振光以反射量远大于P偏振光在该第一玻璃31的外层311反射,其余的S偏振光与P偏振光透射经过该半波片5后,各偏振影像光会产生P偏振光、S偏振光的互换,藉由该第二玻璃32的外层321,把原本透射的P偏振光转换来的S偏振光,以反射量远大于原先透射的S偏振光转换来的P偏振光在该第二玻璃32的外层321反射,而所反射的该S偏振光再经由该半波片5转回P偏振光,并由该第一玻璃31的外层311折射出来。
上述的显像装置2,包含该投影装置21与一显像屏幕22,该显像屏幕22为一用45度线性偏振或圆形偏振或椭圆偏振的等比例的S偏振光与P偏振光的显像屏幕。
上述的显像装置2,包含该投影装置21与一S偏振光的线性偏振显像屏幕,上方覆盖一层波片221,使之预先转换成S偏振光与P偏振光约略各半的输出影像光。
上述的显像装置2,包含该投影装置21与一P偏振光的线性偏振显像屏幕,上方覆盖一层波片221,使之预先转换成S偏振光与P偏振光约略各半的输出影像光。
现以一入射角约为22度的例子来做说明,该挡风玻璃3的第一玻璃31的外层311与第二玻璃32的外层321都会反射影像光,因此,本发明的全时抬头显示***的影像会产生迭影现象,透过精密计算该楔型板4的夹角Θ为0.005-1度之间,使该楔型板4可以将该第一玻璃31外层311的反射影像光与该第二玻璃32外层321的反射影像光相互重迭,以消除迭影现象。
本发明的显像装置2以P偏振光与S偏振光各50%的影像光投射,并以一第一光路L1与一第二光路L2分别经该第一玻璃31与该第二玻璃32的外层321反射,其反射路径与比例如图6所示,该第一光路L1在该第一玻璃31的外层311反射,其中P偏振光与S偏振光的反射率请参考图1,S偏振光可以获得(50%x 26%)=13%的反射光量,而P偏振光仅获得(50%x3.5%)=1.7%的反射光量,而该第二光路L2在该第一玻璃31的外层311分别获得P偏振光(50%-1.7%)=48.3%与S偏振光(50%-13%)=37%的穿透光量,该穿透光经过夹在该第一玻璃31与该第二玻璃32中间的该半波片5,会产生P偏振光与S偏振光的互换,形成P偏振光37%与S偏振光48.3%的比例,并在该第二玻璃32的外层321产生反射,分别获得P偏振光(37%x 3.5%)=1.3%与S偏振光(48.3%x 26%)=12.6%的反射光量,再次穿过该半波片5,再次进行P偏振光与S偏振光的互换,形成P偏振光12.6%与S偏振光1.3%的比例穿透该第一玻璃31的外层311,并获得P偏振光(12.6%x 96.5%)=12.2%与S偏振光(1.3%x 74%)=1%的比例光量,藉由上述的过程,以及该楔型板4的设计,该第一光路L1与该第二光路L2会合,并获得P偏振光(12.2%+1.7%)=13.9%与S偏振光(13%+1%)=14%的比例光量,射向驾驶者的眼睛E,让驾驶者获得P偏振光与S偏振光约各半的全时抬头显示***的画面。
如图7所示为本发明的第二实施例示意图,本发明的全时抬头显示***,包含:
一显像装置2,包含一投影装置21与一显像屏幕22(请参考图6所示的显像装置2);
一挡风玻璃3,包含一第一玻璃31与一第二玻璃32;
一楔型板4,设置于该第一玻璃31与该第二玻璃32之间,该楔型板4为一透明PVB材质的板体,该楔型板4底面贴附于该第一玻璃31;
一半波片5,设置于该第一玻璃该31与该第二玻璃32之间,该半波片5为一透明塑料材质的片体,该半波片5顶面贴附于该第二玻璃32。
本发明的全时抬头显示***,其中该半波片5顶面贴附于该第二玻璃35的显示区位置,该楔型板4底面贴附于该第一玻璃31的上方,再盖上该第二玻璃32,进行脱泡胶合。
如图8所示为本发明的第三实施例示意图,本发明的全时抬头显示***,包含:
一显像装置2,包含一投影装置21与一显像屏幕22(请参考图6所示的显像装置2);
一挡风玻璃3,包含一第一玻璃31与一第二玻璃32;
一楔型板4,设置于该第一玻璃31与该第二玻璃32之间,该楔型板4为一透明PVB材质的板体;
一半波片5,设置于该第一玻璃31与该第二玻璃32之间,该半波片5为一透明塑料材质的片体;
一透明塑料板6,设置于该第一玻璃31与该第二玻璃32之间,该透明塑料板6为一等厚透明PVB材质的板体。
本发明的全时抬头显示***,其中该半波片5设于该透明塑料板6与该楔型板4之间,该透明塑料板6底面贴附于该第一玻璃31的上方,再盖上该第二玻璃32,进行脱泡胶合。
如图9所示为本发明的第三实施例另一实施示意图,其与图8实施例的差异,为结构可改为该楔型板4底面贴附于该第一玻璃31的上方,再盖上该第二玻璃32,进行脱泡胶合。
本发明的第二实施例与第三实施例的实施方式,其中该显像装置2投射的第一光路L1与该第二光路L2的结果与第一实施例相同(故图中中未揭示),当驾驶者配戴偏光太阳眼镜时,本发明的全时抬头显示***的光量减半,而环境的光量也同时减半,驾驶者可以获得P偏振光与S偏振光约各半的全时抬头显示***的画面,驾驶者观看全时抬头显示***的亮度不需因为配戴太阳眼镜而看不见,也不会觉得太暗或太亮。
本发明的全时抬头显示***,包括一显像装置2、一挡风玻璃3、一楔型板4及一半波片5,该显像装置2产生约略等量的S偏振光与P偏振光,该挡风玻璃3具有一第一玻璃31与一第二玻璃32,该半波片5夹于该挡风玻璃3中间,其中S偏振光以反射量远大于P偏振光在该第一玻璃32外层321反射,其余的影像光透射经过该半波片5后,各影像光的S偏振光与P偏振光产生互换,藉由该第二玻璃32外层321把原本透射的P偏振光转换来的S偏振光,以反射量远大于原先透射的S偏振光转换来的P偏振光在该第二玻璃32外层321反射,该反射影像光再经由该半波片5转回P偏振光,而由该第一玻璃31外层321折射出来,故而在下雨时,即使该挡风玻璃3外层321附着有雨滴,却因HUD的影像光路并未经过雨滴表面的反射,所以不会有影像扭曲的问题,因此本发明的全时抬头显示***的特点,可以提供驾驶者全天候都有优化视觉效果的显示影像,进而提升行车安全者。
以上说明对本发明而言只是说明性的,而非限制性的,本领域普通技术人员理解,在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下,可做出许多修改,变化,或等效,但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种全时抬头显示***,其特征在于,包含:
一显像装置,为一同时具有S偏振光与P偏振光的显像装置;
一挡风玻璃,包含一第一玻璃与一第二玻璃,该显像装置投射出的S偏振光与P偏振光在该第一玻璃的外层与该第二玻璃的外层反射;
一楔型板,设置于该第一玻璃与该第二玻璃之间;
一半波片,设置于该第一玻璃与该第二玻璃之间。
2.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该显像装置包含一投影装置与一显像屏幕,该显像屏幕为一用45度线性偏振或圆形偏振或椭圆偏振的等比例的S偏振光与P偏振光的显像屏幕。
3.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该显像装置包含一投影装置与一S偏振光的线性偏振显像屏幕,该显像屏幕上方覆盖一层波片,使之预先转换成S偏振光与P偏振光光约略各半的输出影像光。
4.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该显像装置包含一投影装置与一P偏振光的线性偏振显像屏幕,该显像屏幕上方覆盖一层波片,使之预先转换成偏振影像光与偏振影像光约略各半的输出影像光。
5.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该半波片顶面贴附于该第二玻璃的显示区位置,该楔型板底面贴附于该第一玻璃的上方,再盖上该第二玻璃。
6.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,更包含一透明塑料板,该半波片设于该透明塑料板与该楔型板之间。
7.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该半波片底面贴附于该第一玻璃的显示区位置,该楔型板底面贴附于该第一玻璃与该半波片的上方,再盖上该第二玻璃。
8.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该显像装置包含一投影装置与一显像屏幕。
9.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该半波片为一透明塑料材质的片体。
10.根据权利要求1所述的全时抬头显示***,其特征在于,该楔型板为一透明PVB材质的板体。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180914 |