TWI495902B - 抬頭顯示器 - Google Patents

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TWI495902B
TWI495902B TW103104494A TW103104494A TWI495902B TW I495902 B TWI495902 B TW I495902B TW 103104494 A TW103104494 A TW 103104494A TW 103104494 A TW103104494 A TW 103104494A TW I495902 B TWI495902 B TW I495902B
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Jinn Chou Yoo
Chun Min Chen
Cheng Shun Liao
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Shinyoptics Corp
Shinwa Technology Ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
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Description

抬頭顯示器
本發明是有關於一種抬頭顯示器，特別是有關於一種微型化之抬頭顯示器。
近年來，隨著高科技產品的發展，目前社會大眾對於車輛的需求已逐漸地由車輛的性能轉變成對車輛安全設備的要求。因此，為確保駕駛者在複雜的交通環境中能夠不需將視線移至儀表板來獲取行車資訊，抬頭顯示器(Head Up Display，HUD)之設置可使行車資訊呈現於駕駛者之視線前方，以避免駕駛者忽略外界路況而影響行車安全。
請參閱第1圖，第1圖為習知抬頭顯示器之示意圖。習知抬頭顯示器係包含顯示單元100、平面反射鏡200、凹面反射鏡300及擋風玻璃400。顯示單元100係提供影像光線110，以藉由平面反射鏡200將光線110反射至凹面反射鏡300。接著凹面反射鏡300將光線110反射至擋風玻璃400，以藉由擋風玻璃400進一步將光線110反射至駕駛者之眼睛500，使得駕駛者可在不影響行車安全之情況下來接收各類行車資訊。
然而，由於經由平面反射鏡200反射之光線110係以一角度投射至凹面反射鏡300(即經由平面反射鏡200反射之光線110之傳遞路徑 與凹面反射鏡300之光軸310具有一夾角θ)，因此造成光線110之傳遞路徑增加，而使得習知抬頭顯示器之尺寸難以微型化。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種微型化之抬頭顯示器。
本發明之抬頭顯示器至少包含顯示單元、分光鏡、反射鏡及合光鏡。其中，顯示單元係用以提供第一光線；分光鏡係配置於第一光線之傳遞路徑上，用以反射第一光線；反射鏡係接收經由分光鏡反射之第一光線，以投射第二光線穿透分光鏡；以及合光鏡係配置於第二光線之傳遞路徑上，以反射穿透分光鏡之第二光線至使用者之眼睛。
此外，本發明之抬頭顯示器更可包含配置於分光鏡及反射鏡之間之波板，其中波板可例如為四分之一波板(Quarter Wavelength Plate)。
前述之分光鏡可例如為偏振分光鏡或非偏振分光鏡。
前述之第一光線及第二光線可例如為偏振光或非偏振光。若第一光線及第二光線為偏振光，則第一光線之偏振方向可例如與第二光線之偏振方向正交。
前述之反射鏡可例如為凹面反射鏡。
前述之反射鏡之光軸係實質上平行於經由分光鏡反射之第一光線之傳遞路徑。
前述之顯示單元可例如為液晶(Liquid Crystal，LC)顯示單元、 矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)顯示單元或微機電系統(MEMS)顯示單元。
承上所述，依本發明之抬頭顯示器，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明之抬頭顯示器藉由分光鏡之配置，以及將反射鏡之光軸配置成實質上平行於經由分光鏡反射之光線之傳遞路徑(即實質上為無偏軸)，以有效縮短光線之傳遞路徑而達成抬頭顯示器微型化之目的。
(2)本發明之抬頭顯示器藉由波板之配置、偏振分光鏡之配置及經極化之第一光線及第二光線，以提高未經極化時之光線強度。
(3)本發明之抬頭顯示器更可將第二光線之偏振方向調整為S偏振，以減少經合光鏡反射之第二光線受太陽光影響而造成之漏光，並且可提高使用者所觀看到之虛像之對比度。
茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。
10‧‧‧顯示單元
11‧‧‧第一光線
12‧‧‧第一光線
20‧‧‧分光鏡
21‧‧‧偏振分光鏡
30‧‧‧反射鏡
31‧‧‧光軸
32‧‧‧第二光線
33‧‧‧第二光線
40‧‧‧合光鏡
50‧‧‧使用者之眼睛
60‧‧‧波板
100‧‧‧顯示單元
110‧‧‧光線
200‧‧‧平面反射鏡
300‧‧‧凹面反射鏡
310‧‧‧光軸
400‧‧‧擋風玻璃
500‧‧‧使用者之眼睛
第1圖為習知抬頭顯示器之示意圖。
第2圖為本發明之抬頭顯示器之第一實施例示意圖。
第3圖為本發明之抬頭顯示器之第二實施例示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之抬頭顯示器之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說 明。
請參閱第2圖，第2圖為本發明之抬頭顯示器之第一實施例示意圖。本發明之抬頭顯示器係至少包含顯示單元10、分光鏡20、反射鏡30及合光鏡40。
顯示單元10係用以提供第一光線11，以投射至配置於第一光線11之傳遞路徑上之分光鏡20。其中，第一光線11可例如為未經極化之非偏振光；分光鏡20可例如為非偏振分光鏡，且可例如為方塊式非偏振分光鏡或平板式非偏振分光鏡；以及顯示單元10可例如為液晶(Liquid Crystal，LC)顯示單元、矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)顯示單元或微機電系統(MEMS)顯示單元，惟本發明不限於此。
接著，分光鏡20係反射第一光線11至反射鏡30。其中反射鏡30可例如為凹面反射鏡，且反射鏡30之光軸31係實質上平行於經由分光鏡20反射之第一光線11之傳遞路徑(即實質上為無偏軸)。
接著，反射鏡30便接收第一光線11，以投射第二光線32穿透分光鏡20，使得配置於第二光線32之傳遞路徑上之合光鏡40便接著反射第二光線32至使用者之眼睛50。其中，第二光線32可例如為未經極化之非偏振光，且合光鏡40可例如為車輛之擋風玻璃、擋風玻璃之一部份或任何可反射第二光線32之反射鏡或元件。值得一提的是，凹面之反射鏡30係可例如用以補償合光鏡40之形狀所造成之光線反射影響，並且可放大使用者之眼睛50所觀看到之虛像畫面。
如此一來，本發明之抬頭顯示器可藉由分光鏡20之配置，以及將 反射鏡30之光軸31配置成實質上平行於經由分光鏡20反射之第一光線11之傳遞路徑，以有效縮短第一光線11及第二光線32之傳遞路徑而達成抬頭顯示器微型化之目的。
雖然第一實施例之非偏振分光鏡可能造成使用者之眼睛50所觀看到之第二光線32之強度為顯示單元10所投射之第一光線11之強度之四分之一，然而這並不影響使用者之眼睛50所觀看到之虛像畫面。本發明之抬頭顯示器亦可藉由設置增亮膜或增加顯示單元10之亮度等方式來提高使用者之眼睛50所觀看到之虛像畫面之亮度。
請參閱第3圖，第3圖為本發明之抬頭顯示器之第二實施例示意圖。第二實施例與第一實施例之差異在於，本發明之抬頭顯示器更可藉由波板60之配置、偏振分光鏡21之配置及經極化之第一光線12及第二光線33，以提升使用者之眼睛50所觀看到之第二光線33之強度。
第二實施例之抬頭顯示器係至少包含顯示單元10、偏振分光鏡21、反射鏡30、合光鏡40及波板60。
顯示單元10係用以提供第一光線12，以投射至配置於第一光線12之傳遞路徑上之偏振分光鏡21。其中，第一光線12可例如為經極化之偏振光，且第一光線12可例如為S偏振方向之偏振光或P偏振方向之偏振光，在此實施例中較佳為P偏振方向之偏振光；偏振分光鏡21可例如為方塊式偏振分光鏡或平板式偏振分光鏡；以及顯示單元10可例如為液晶(Liquid Crystal，LC)顯示單元、矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)顯示單元或微機電系 統(MEMS)顯示單元，惟本發明不限於此。
接著，偏振分光鏡21係反射第一光線12以穿透配置於第一光線12之傳遞路徑上之波板60。其中，波板60可例如為四分之一波板(Quarter Wavelength Plate)，而穿透波板60後之第一光線12可例如為圓偏振光(Circularly Polarized Light)。
接著，反射鏡30反射穿透波板60後之第一光線12，而反射後之第二光線33便再次穿透波板60，使得再次穿透波板60後之第二光線33之偏振方向相較於顯示單元10所投射之第一光線12之偏振方向旋轉了90度。其中，再次穿透波板60後之第二光線33可例如為P偏振方向之偏振光或S偏振方向之偏振光，在此實施例中較佳為S偏振方向之偏振光，且其中第一光線12之偏振方向可例如與第二光線33之偏振方向正交。
前述之反射鏡30可例如為凹面反射鏡，且反射鏡30之光軸31係實質上平行於經由偏振分光鏡21反射之第一光線12之傳遞路徑(即實質上為無偏軸)。
接著，再次穿透波板60後之第二光線33係穿透偏振分光鏡21，使得配置於第二光線33之傳遞路徑上之合光鏡40接著反射第二光線33至使用者之眼睛50，藉以令使用者之眼睛50觀看到放大之虛像畫面。其中，合光鏡40可例如為車輛之擋風玻璃、擋風玻璃之一部份或任何可反射第二光線33之反射鏡或元件。
如此一來，本發明之抬頭顯示器不僅可有效縮短第一光線12及第二光線33之傳遞路徑而使得抬頭顯示器微型化，更可利用波板60之配置、偏振分光鏡21之配置及經極化之第一光線12及第二光線 33來提升使用者之眼睛50所觀看到之第二光線33之強度。
值得一提的是，本發明之抬頭顯示器更可將第二光線33之偏振方向調整為S偏振，以減少經合光鏡40反射之第二光線33受太陽光影響而造成之漏光，並且可提高使用者之眼睛50所觀看到之虛像之對比度。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10‧‧‧顯示單元
11‧‧‧第一光線
20‧‧‧分光鏡
30‧‧‧反射鏡
31‧‧‧光軸
32‧‧‧第二光線
40‧‧‧合光鏡
50‧‧‧使用者之眼睛

Claims (4)

  1. 一種抬頭顯示器，包含：一顯示單元，用以提供一第一光線；一偏振分光鏡，係配置於該第一光線之傳遞路徑上，用以反射該第一光線；一反射鏡，係接收經由該偏振分光鏡反射之該第一光線，以投射一第二光線穿透該偏振分光鏡；一合光鏡，係配置於該第二光線之傳遞路徑上，以反射穿透該偏振分光鏡之該第二光線至一使用者之眼睛；以及一波板，配置於該偏振分光鏡及該反射鏡之間；其中該反射鏡之光軸係實質上平行於經由該偏振分光鏡反射之該第一光線之傳遞路徑；其中該第一光線及該第二光線為經極化之偏振光，且該第一光線為P偏振方向之偏振光，該第二光線為S偏振方向之偏振光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示器，其中該波板為四分之一波板(Quarter Wavelength Plate)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示器，其中該反射鏡為凹面反射鏡。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之抬頭顯示器，其中該顯示單元為液晶(Liquid Crystal，LC)顯示單元、矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)顯示單元或微機電系統(MEMS)顯示單元。
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