CN206557482U - 全时抬头显示系统 - Google Patents

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    • B32B17/10568—Shape of the cross-section varying in thickness

Abstract

本实用新型有关于一种全时抬头显示系统，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

全时抬头显示系统
技术领域
本实用新型有关于一种全时抬头显示系统，此尤指一种可达到全天候无视觉障碍的全时抬头显示系统，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θ1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％x3.5％)＝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，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θ1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，终于完成本实用新型的全时抬头显示系统，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系统，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，本实用新型的全时抬头显示系统，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S偏振光与P偏振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。
本实用新型的全时抬头显示系统，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系统，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为本实用新型的第一实施例示意图。
图6为本实用新型的第一实施例光路示意图。
图7为本实用新型的第二实施例示意图。
图8为本实用新型的第三实施例示意图。
图9为本实用新型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；
本实用新型：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；θ1-入射角。
具体实施方式
请参阅图5、图6所示，为本实用新型的全时抬头显示系统的第一实施例，本实用新型的全时抬头显示系统，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。
本实用新型的全时抬头显示系统，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偏振光与P偏振光，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θ1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，本实用新型的全时抬头显示系统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。
本实用新型的显像装置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系统的画面。
如图7所示为本实用新型的第二实施例示意图，本实用新型的全时抬头显示系统，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。
本实用新型的全时抬头显示系统，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所示为本实用新型的第三实施例示意图，本实用新型的全时抬头显示系统，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。
本实用新型的全时抬头显示系统，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所示为本实用新型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。
本实用新型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，本实用新型的全时抬头显示系统的光量减半，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系统的画面，驾驶者观看全时抬头显示系统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。
本实用新型的全时抬头显示系统，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311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，因此本实用新型的全时抬头显示系统的特点，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。
以上说明对本实用新型而言只是说明性的，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，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全时抬头显示系统，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系统，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系统，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系统，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S偏振光与P偏振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系统，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系统，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系统，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系统，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系统，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系统，其特征在于，该楔型板为一透明PVB材质的板体。
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