TW201833622A - 全時抬頭顯示系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種全時抬頭顯示系統，包括一顯像裝置、一擋風玻璃、一楔型板及一半波片，其中該顯像裝置投射出的S偏振光與P偏振光，利用該半波片使S偏振光與P偏振光在該擋風玻璃、該楔型板及該半波片間，產生S、P偏振光的來回互換，藉以提供全天候無視覺障礙之全時抬頭顯示畫面，有效提升行車安全者。

Description

全時抬頭顯示系統

本發明係有關於一種全時抬頭顯示系統，此尤指一種可達到全天候無視覺障礙之全時抬頭顯示系統，藉以解決抬頭顯示無法配戴偏光太陽眼鏡閱讀影像的缺失，以及克服下雨天影像扭曲的問題，進而提供駕駛者全時皆有最佳化視覺效果之顯示影像畫面，有效提升行車安全者。

按車輛的抬頭顯示器，通常是設置於擋風玻璃下側的儀表台下方，影像光往上投射到擋風玻璃，再透過擋風玻璃的反射來到駕駛者的眼睛，一般車輛尤其是乘用車擋風玻璃的角度，大多約與水平成25~35度角，加上安全的考量，抬頭顯示器的視角通常設計在駕駛者水平視線下約5度的角度，如此既容易讓駕駛者閱讀，又不至於擋到重要視線，這樣的角度換算抬頭顯示器的影像光對擋風玻璃的入射角約在60~70度之間。

如第一圖所示，為根據菲涅耳方程式(Fresnel Equations)所作的S偏振光(S polarized light)、P偏振光(P polarized light)及反射率的曲線示意，從圖中可以看出在入射角度範圍中，S偏振光的反射率遠大於P偏振光的反射率，當入射角接近60度時，P偏振光的反射率甚至接近於零，因此車輛在強烈的陽光下，抬頭顯示器的畫面需要很強才能被駕駛者清晰閱讀，為了增加抬頭顯示器的投射效率，一般抬頭顯示器的顯像螢幕會選用S偏振光當光源，或者在輸出時透過適合的波板(wave plate)，將顯像螢幕的輸出影 像光轉化成S偏振光，再投射到擋風玻璃，以獲取比較大的反射光量。

如第二圖所示，其中利用一半波片(half-wave plate)1搭配S偏振光(圖中以S表示)，可以解決布魯斯特角(Brewster's angle)低反射與偏光太陽眼鏡看不見的問題，現以入射角約為22度的例子來作說明，當S偏振光分別經一擋風玻璃G的最內層G1與最外層G2時，該S偏振光在該擋風玻璃G最內層G1的外層反射，其中P偏振光(圖中以P表示)與S偏振光的反射率(請參考第一圖)，S偏振光獲得26%的反射光量與74%的穿透光量，該穿透光經過夾在該擋風玻璃最內層G1與最外層G2之間的該半波片(half-wave plate)1時，會產生P偏振光與S偏振光的互換，並在該擋風玻璃G最外層G2外層產生反射，而獲得P偏振光(74% x 3.5%)=2.6%的反射光量，而再次穿過該半波片1，再次進行P偏振光與S偏振光的互換，形成S偏振光2.6%的比例穿透該擋風玻璃G最內層G1外層，並獲得S偏振光(2.6% x 74%)=1.9%，而產生S偏振光26%與1.9%的疊影。

在陽光斜射的時候開車，許多駕駛者會選擇配戴太陽眼鏡，市面上有種較高端的太陽眼鏡採用偏光鏡製成，其目的是要過濾環境中的S偏振光，因為大自然的物體與空氣接觸的表層很容易直接反射光源，這種反射光通常不帶物體本身的顏色，類似鏡子直接反射光源的顏色，這種情況會對駕駛者的視線構成障礙，同樣根據菲涅耳方程式(Fresnel Equations)，這種表層的反射光大部分是S偏振光的成分，太陽眼鏡所過濾掉的S偏振光，可以過濾掉物體大部分的表層反射光，讓物體顏色更鮮豔，更容易辨認。

然而抬頭顯示器投射的影像光以S偏振光為主，配戴了這種 偏光太陽眼鏡，就無法閱讀抬頭顯示器上的資訊，使得抬頭顯示器的效用大打折扣，導致抬頭顯示器雖然對駕駛者的安全有很大幫助，卻因此遲遲無法普及而廣被採用，直到目前為止，市面上所有的擋風玻璃顯示的抬頭顯示器，都無法配戴偏光太陽眼鏡來閱讀。

如第三圖所示，係利用該半波片(half-wave plate)1搭配P偏振光影像，可以解決布魯斯特角(Brewster's angle)低反射，以及偏光太陽眼鏡看不見的問題，現以入射角約為22度的例子來做說明，當P偏振光分別經該擋風玻璃G最內層G1與最外層G2時，該P偏振光在該擋風玻璃G最內層G1外層反射，其中P偏振光與S偏振光的反射率(請參考第一圖)，P偏振光獲得3.5%的反射光量與96.5%的穿透光量，該穿透光經過夾在該擋風玻璃G最內層G1與最外層G2之間的該半波片(half-wave plate)1時，會產生P偏振光與S偏振光的互換，並在該擋風玻璃G最外層G2外層產生反射，獲得S偏振光(96.5% x 26%)=25.1%的反射光量，再次穿過該半波片(half-wave plate)1，再次進行P偏振光與S偏振光的互換，形成P偏振光25.1%的比例穿透該擋風玻璃最內層G1外層，獲得P偏振光(25.1% x 96.5%)=24.2%，並產生P偏振光3.5%與24.2%的疊影，使得偏光太陽眼鏡看得到，但反射層主要在該擋風玻璃G的最外層G2；又如第四圖所示，當雨天雨滴附著在該擋風玻璃G時，此時反射面就不再是個平滑規則的平面，所以會受到雨滴的影響，即在下雨時，HUD的影像因為經過雨滴表面的反射，會產生不規則扭曲變形，導致影像扭曲，這問題也會讓抬頭顯示器的效用大打折扣。

為了解決以上所存在問題，業界不斷提出各種解決技術方案，相關的技術可參酌JP特開平2-141720、US 5510913、TW公告編號 171642、393582、TW公開編號201017214、201022722、201621399、201626045、TW專利證號I422860、I46449、I545375、I554785等專利前案。

在前述的專利前案中，大多已能提升目前抬頭顯示裝置的使用功能，但是仍存在著一些不易克服的瓶頸，例如有些專利前案雖然已解決抬頭顯示器在擋風玻璃顯像，無法配戴偏光太陽眼鏡來閱讀的問題，但對於雨天雨滴附著在該擋風玻璃G時，所導致影像扭曲，迄今仍無良好的解決技術方案，使得抬頭顯示器的使用，無法達到全時使用的要求，也是駕駛者時常詬病的問題。

有鑑於以上習式的缺失，本案發明人歷經無數次研究改良後，終於完成本發明之全時抬頭顯示系統，即本案之發明目的係在提供一種全天候無視覺障礙之全時抬頭顯示系統，藉以解決抬頭顯示無法配戴偏光太陽眼鏡閱讀影像的缺失，以及克服下雨天影像扭曲的問題，進而提供駕駛者全天候都有最佳化視覺效果之顯示影像，有效提升行車安全者。

為達上述本案之發明目的，本發明之全時抬頭顯示系統，包含：一顯像裝置，為一同時具有S偏振光與P偏振光的顯像裝置；一擋風玻璃，包含一第一玻璃與一第二玻璃，該顯像裝置投射出的S偏振光與P偏振光在該第一玻璃的外層與該第二玻璃的外層反射；一楔型板，設置於該第一玻璃與該第二玻璃之間；一半波片，設置於該第一玻璃與該第二玻璃之間。

上述之顯像裝置，包含一投影裝置與一顯像屏幕，該顯像屏 幕為一用45度線性偏振或圓形偏振或橢圓偏振的等比例的S偏振光與P偏振光的顯像屏幕。

上述之顯像裝置，包含一投影裝置與一S偏振光的線性偏振顯像屏幕，該顯像屏幕上方覆蓋一層波片，使之預先轉換成S偏振光與P偏振光光約略各半的輸出影像光。

上述之顯像裝置，包含一投影裝置與一P偏振光的線性偏振顯像屏幕，該顯像屏幕上方覆蓋一層波片，使之預先轉換成偏振影像光與偏振影像光約略各半的輸出影像光。

上述之半波片頂面貼附於該第二玻璃的顯示區位置，該楔型板底面貼附於該第一玻璃的上方，再蓋上該第二玻璃。

本發明之全時抬頭顯示系統，更包含一透明塑膠板，該半波片設於該透明塑膠板與該楔型板之間。

上述之半波片底面貼附於該第一玻璃的顯示區位置，該楔型板底面貼附於該第一玻璃與該半波片的上方，再蓋上該第二玻璃。

上述之全時抬頭顯示系統，其中該顯像裝置包含一投影裝置與一顯像屏幕。

上述之半波片，為一透明塑膠材質之片體。

上述之楔型板，為一透明PVB材質之板體。

1‧‧‧半波片

G‧‧‧擋風玻璃

G1‧‧‧最內層

G2‧‧‧最外層

P‧‧‧P偏振光

S‧‧‧S偏振光

2‧‧‧顯像裝置

21‧‧‧投影裝置

22‧‧‧顯像屏幕

221‧‧‧波片

3‧‧‧擋風玻璃

31‧‧‧第一玻璃

311‧‧‧外層

32‧‧‧第二玻璃

321‧‧‧外層

4‧‧‧楔型板

5‧‧‧半波片

6‧‧‧透明塑膠板

E‧‧‧眼睛

L1‧‧‧第一光路

L2‧‧‧第二光路

θ‧‧‧夾角

第一圖，為習知S偏振光、P偏振光及反射率的曲線示意圖。

第二圖，為習知S偏振光通過半波片的光路示意圖。

第三圖，為習知P偏振光通過半波片的光路示意圖。

第四圖，為習知擋風玻璃表面附著雨滴的反射光路示意圖。

第五圖，為本發明的第一實施例示意圖。

第六圖，為本發明的第一實施例光路示意圖。

第七圖，為本發明的第二實施例示意圖。

第八圖，為本發明的第三實施例示意圖。

第九圖，為本發明的第三實施例另一示意圖。

請參閱第五、六圖所示者，為本發明之全時抬頭顯示系統的第一實施例，本發明之全時抬頭顯示系統，包含：一顯像裝置2，包含一投影裝置21與一顯像屏幕22；一擋風玻璃3，包含一第一玻璃31與一第二玻璃32；一楔型板4，設置於該第一玻璃31與該第二玻璃32之間，該楔型板4為一透明PVB材質之板體；一半波片5，設置於該第一玻璃31與該第二玻璃32之間，該半波片5為一透明塑膠材質之片體。

本發明之全時抬頭顯示系統，其中該半波片5底面貼附於該第一玻璃31的顯示區位置，該楔型板4底面貼附於該第一玻璃31與該半波片5上方，再蓋上該第二玻璃32，進行脫泡膠合。

如第六圖所示，其中該顯像裝置2投出約等量的S偏振光(圖中以S表示)與P偏振光(圖中以P表示)，該S偏振光以反射量遠大於P偏振光在該第一玻璃31的外層311反射，其餘的S偏振光與P偏振光透射經過該半波片5後，各偏振影像光會產生P偏振光、S偏振光的互換，藉由該第二玻璃32的 外層321，把原本透射的P偏振光轉換來的S偏振光，以反射量遠大於原先透射的S偏振光轉換來的P偏振光在該第二玻璃32的外層321反射，而所反射的該S偏振光再經由該半波片5轉回P偏振光，並由該第一玻璃31的外層311折射出來。

上述之顯像裝置2，包含該投影裝置21與一顯像屏幕22，該顯像屏幕22為一用45度線性偏振或圓形偏振或橢圓偏振的等比例的S偏振光與P偏振光的顯像屏幕。

上述之顯像裝置2，包含該投影裝置21與一S偏振光的線性偏振顯像屏幕，上方覆蓋一層波片221，使之預先轉換成S偏振光與P偏振光約略各半的輸出影像光。

上述之顯像裝置2，包含該投影裝置21與一P偏振光的線性偏振顯像屏幕，上方覆蓋一層波片221，使之預先轉換成S偏振光與P偏振光約略各半的輸出影像光。

現以一入射角約為22度的例子來做說明，該擋風玻璃3的第一玻璃31的外層311與第二玻璃32的外層321都會反射影像光，因此，本發明之全時抬頭顯示系統的影像會產生疊影現象，透過精密計算該楔型板4的夾角θ為0.005~1度之間，使該楔型板4可以將該第一玻璃31外層311的反射影像光與該第二玻璃32外層321的反射影像光相互重疊，以消除疊影現象。

本發明之顯像裝置2以P偏振光與S偏振光各50%的影像光投射，並以一第一光路L1與一第二光路L2分別經該第一玻璃31與該第二玻璃32的外層321反射，其反射路徑與比例如第六圖所示，該第一光路L1在該第一玻璃31的外層311反射，其中P偏振光與S偏振光的反射率請參考第一圖， S偏振光可以獲得(50% x 26%)=13%的反射光量，而P偏振光僅獲得(50%x3.5%)=1.7%的反射光量，而該第二光路L2在該第一玻璃31的外層311分別獲得P偏振光(50%-1.7%)=48.3%與S偏振光(50%-13%)=37%的穿透光量，該穿透光經過夾在該第一玻璃31與該第二玻璃32中間的該半波片5，會產生P偏振光與S偏振光的互換，形成P偏振光37%與S偏振光48.3%的比例，並在該第二玻璃32的外層321產生反射，分別獲得P偏振光(37% x 3.5%)=1.3%與S偏振光(48.3% x 26%)=12.6%的反射光量，再次穿過該半波片5，再次進行P偏振光與S偏振光的互換，形成P偏振光12.6%與S偏振光1.3%的比例穿透該第一玻璃31的外層311，並獲得P偏振光(12.6% x 96.5%)=12.2%與S偏振光(1.3% x 74%)=1%的比例光量，藉由上述的過程，以及該楔型板4的設計，該第一光路L1與該第二光路L2會合，並獲得P偏振光(12.2%+1.7%)=13.9%與S偏振光(13%+1%)=14%的比例光量，射向駕駛者的眼睛E，讓駕駛者獲得P偏振光與S偏振光約各半的全時抬頭顯示系統的畫面。

如第七圖所示為本發明之第二實施例示意圖，本發明之全時抬頭顯示系統，包含：一顯像裝置2，包含一投影裝置21與一顯像屏幕22(請參考第六圖所示之顯像裝置2)；一擋風玻璃3，包含一第一玻璃31與一第二玻璃32；一楔型板4，設置於該第一玻璃31與該第二玻璃32之間，該楔型板4為一透明PVB材質之板體，該楔型板4底面貼附於該第一玻璃31；一半波片5，設置於該第一玻璃該31與該第二玻璃32之間，該半波片5為一透明塑膠材質之片體，該半波片5頂面貼附於該第二玻璃32。

本發明之全時抬頭顯示系統，其中該半波片5頂面貼附於該第二玻璃35的顯示區位置，該楔型板4底面貼附於該第一玻璃31的上方，再蓋上該第二玻璃32，進行脫泡膠合。

如第八圖所示為本發明之第三實施例示意圖，本發明之全時抬頭顯示系統，包含：一顯像裝置2，包含一投影裝置21與一顯像屏幕22(請參考第六圖所示之顯像裝置2)；一擋風玻璃3，包含一第一玻璃31與一第二玻璃32；一楔型板4，設置於該第一玻璃31與該第二玻璃32之間，該楔型板4為一透明PVB材質之板體；一半波片5，設置於該第一玻璃31與該第二玻璃32之間，該半波片5為一透明塑膠材質之片體；一透明塑膠板6，設置於該第一玻璃31與該第二玻璃32之間，該透明塑膠板6為一等厚透明PVB材質之板體。

本發明之全時抬頭顯示系統，其中該半波片5設於該透明塑膠板6與該楔型板4之間，該透明塑膠板6底面貼附於該第一玻璃31的上方，再蓋上該第二玻璃32，進行脫泡膠合。

如第九圖所示為本發明之第三實施例另一實施示意圖，其與第八圖實施例之差異，為結構可改為該楔型板4底面貼附於該第一玻璃31的上方，再蓋上該第二玻璃32，進行脫泡膠合。

本發明的第二實施例與第三實施例的實施方式，其中該顯像裝置2投射之第一光路L1與該第二光路L2之結果與第一實施例相同(故圖中 中未揭示)，當駕駛者配戴偏光太陽眼鏡時，本發明之全時抬頭顯示系統的光量減半，而環境的光量也同時減半，駕駛者可以獲得P偏振光與S偏振光約各半的全時抬頭顯示系統的畫面，駕駛者觀看全時抬頭顯示系統的亮度不需因為配戴太陽眼鏡而看不見，也不會覺得太暗或太亮。

本發明之全時抬頭顯示系統，包括一顯像裝置2、一擋風玻璃3、一楔型板4及一半波片5，該顯像裝置2產生約略等量的S偏振光與P偏振光，該擋風玻璃3具有一第一玻璃31與一第二玻璃32，該半波片5夾於該擋風玻璃3中間，其中S偏振光以反射量遠大於P偏振光在該第一玻璃32外層321反射，其餘的影像光透射經過該半波片5後，各影像光的S偏振光與P偏振光產生互換，藉由該第二玻璃32外層321把原本透射的P偏振光轉換來的S偏振光，以反射量遠大於原先透射的S偏振光轉換來的P偏振光在該第二玻璃32外層321反射，該反射影像光再經由該半波片5轉回P偏振光，而由該第一玻璃31外層321折射出來，故而在下雨時，即使該擋風玻璃3外層321附著有雨滴，卻因HUD的影像光路並未經過雨滴表面的反射，所以不會有影像扭曲的問題，因此本發明之全時抬頭顯示系統的特點，可以提供駕駛者全天候都有最佳化視覺效果之顯示影像，進而提升行車安全者。

綜上所述，本發明之全時抬頭顯示系統，可以解決現有所存顯示影像的視覺問題，且其所用之技術手段，又為先前技術所無，故而本發明特具專利之新穎性及進步性要件。

在本發明內容中所提出之具體實施例，僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，凡在不超出本發明之精神與下述之申請專利範圍的情況下，所作的種種變化實施，仍屬於 本發明之範圍。

Claims (10)

1. 一種全時抬頭顯示系統，包含：一顯像裝置，為一同時具有S偏振光與P偏振光的顯像裝置；一擋風玻璃，包含一第一玻璃與一第二玻璃，該顯像裝置投射出的S偏振光與P偏振光在該第一玻璃的外層與該第二玻璃的外層反射；一楔型板，設置於該第一玻璃與該第二玻璃之間；一半波片，設置於該第一玻璃與該第二玻璃之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該顯像裝置包含一投影裝置與一顯像屏幕，該顯像屏幕為一用45度線性偏振或圓形偏振或橢圓偏振的等比例的S偏振光與P偏振光的顯像屏幕。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該顯像裝置包含一投影裝置與一S偏振光的線性偏振顯像屏幕，該顯像屏幕上方覆蓋一層波片，使之預先轉換成S偏振光與P偏振光光約略各半的輸出影像光。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該顯像裝置包含一投影裝置與一P偏振光的線性偏振顯像屏幕，該顯像屏幕上方覆蓋一層波片，使之預先轉換成偏振影像光與偏振影像光約略各半的輸出影像光。
5. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該半波片頂面貼附於該第二玻璃的顯示區位置，該楔型板底面貼附於該第一玻璃的上方，再蓋上該第二玻璃。
6. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，更包含一透明塑膠板，該半波片設於該透明塑膠板與該楔型板之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該半波片底面貼 附於該第一玻璃的顯示區位置，該楔型板底面貼附於該第一玻璃與該半波片的上方，再蓋上該第二玻璃。
8. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該顯像裝置包含一投影裝置與一顯像屏幕。
9. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該半波片為一透明塑膠材質之片體。
10. 如申請專利範圍第1項所述之全時抬頭顯示系統，其中該楔型板為一透明PVB材質之板體。