TWI828134B

TWI828134B - 抬頭顯示器與光學反射結構

Info

Publication number: TWI828134B
Application number: TW111116576A
Authority: TW
Inventors: 姜哲文; 劉怡珍
Original assignee: 大陸商業成科技（成都）有限公司; 大陸商業成光電（深圳）有限公司; 大陸商業成光電（無錫）有限公司; 英特盛科技股份有限公司
Priority date: 2022-04-19
Filing date: 2022-05-02
Publication date: 2024-01-01
Also published as: US11586105B1; CN114706225A; TW202343077A; CN114706225B

Abstract

一種抬頭顯示器包括影像生成單元、六邊形光學反射元件、凹面鏡以及顯像板。影像生成單元配置以投射影像光。六邊形光學反射元件設置於影像光的光路上。六邊形光學反射元件包括空心六角柱體。空心六角柱體具有依序相連成一封閉六角柱的第一側壁、第二側壁、第三側壁、第四側壁、第五側壁與第六側壁。第二側壁是透明的，並且第一側壁與相對於第二側壁的第五側壁配置以反射影像光。凹面鏡設置於影像光的光路上且配置以接收從空心六角柱體反射而來的影像光。顯像板配置以接收從凹面鏡反射而來的影像光。

Description

抬頭顯示器與光學反射結構

本揭露有關於抬頭顯示器與光學反射結構。

在航空領域中，可以通過應用抬頭顯示器，將飛行資訊投射至擋風玻璃前，使得飛行員無需低頭檢視面板就可以確認飛行相關資訊，避免注意力分散而影響到飛行安全。在汽車領域中，以可以通過設置抬頭顯示器將例如車速、轉速、剩餘油量與導航等資訊投影擋風玻璃上，使得駕駛員無需轉移視線即可以確認駕駛所需的資訊。

然而，目前的抬頭顯示器，大多僅對應到特定的顯示規格，例如限制了抬頭顯示器之成像與使用者之間距離，或是抬頭顯示器之成像僅有單一的放大倍率。

本揭露的一態樣有關於一種抬頭顯示器。

根據本揭露的一或多個實施方式中，一種抬頭顯示器包括影像生成單元、六邊形光學反射元件、凹面鏡以及顯像板。影像生成單元配置以投射影像光。六邊形光學反射元件設置於影像光的光路上。六邊形光學反射元件包括空心六角柱體。空心六角柱體具有依序相連成一封閉六角柱的第一側壁、第二側壁、第三側壁、第四側壁、第五側壁與第六側壁。第二側壁是透明的，並且第一側壁與相對於第二側壁的第五側壁配置以反射影像光。凹面鏡設置於影像光的光路上且配置以接收從空心六角柱體的第一側壁或第五側壁反射而來的影像光。顯像板配置以接收從凹面鏡反射而來的影像光。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件的空心六角柱體設置在第一位置與第二位置之間轉動。當空心六角柱體位於第一位置，第一側壁對準影像光的光路。當空心六角柱體位於第二位置，第二側壁與五側壁對準影像光的光路。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件進一步包括二分之一波長波片。二分之一波長波片位於第二側壁與第五側壁之間。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件進一步包括四分之一波長波片與反射式偏光片。四分之一波長波片位於第二側壁與第五側壁之間。反射式偏光片形成於第二側壁上。

在本揭露的一或多個實施方式中，第三側壁是透明的，相對第三側壁且相連於第一側壁的第六側壁配置以反射影像光。六邊形光學反射元件的空心六角柱體設置在第一位置、第二位置與第三位置之間轉動。當空心六角柱體位於第一位置，第一側壁對準影像光的光路。當空心六角柱體位於第二位置，第二側壁與五側壁對準影像光的光路。當空心六角柱體位於第三位置，第三側壁與六側壁對準影像光的光路。

在一些實施方式中，六邊形光學反射元件進一步包括二分之一波長波片、四分之一波長波片以及反射式偏光片。二分之一波長波片位於第二側壁與第五側壁之間。四分之一波長波片位於第三側壁與第六側壁之間。反射式偏光片形成於第三側壁上。

在一些實施方式中，二分之一波長波片與第五側壁之間的距離小於二分之一波長波片與第二側壁之間的距離。四分之一波長波片與第三側壁之間的距離小於四分之一波長波片與第六側壁之間的距離。

在本揭露的一或多個實施方式中，影像生成單元包括線偏振光源。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件進一步包括偏振光分光片。偏振光分光片設置於第一側壁與第二側壁中的至少一者上。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件進一步包括反射鏡。反射鏡設置於空心六角柱體的第一側壁上並具有相對第一側壁凸出的反射曲面。

在本揭露的一或多個實施方式中，第一側壁、第二側壁、第三側壁、第四側壁、第五側壁與第六側壁形成一容置空間。六邊形光學反射元件進一步包括反射鏡。反射鏡位於容置空間內且設置於第五側壁上，其中反射鏡具有朝向第二側壁凸出的反射曲面。

在本揭露的一或多個實施方式中，封閉六角柱在垂直於第一側壁、第二側壁、第三側壁、第四側壁、第五側壁與第六側壁的平面上為正六邊形。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件進一步包括電控旋轉機構。電控旋轉機構具有旋轉軸。空心六角柱體固定於電控旋轉機構上。電控旋轉機構的旋轉軸對準空心六角柱體的軸心。

在本揭露的一或多個實施方式中，顯像板是透明的。

本揭露的一態樣有關於一偶數邊型光學反射結構。

根據本揭露的一或多個實施方式中，一種光學反射結構包括複數個側壁。複數個側壁彼此相連以形成封閉空心柱體。側壁的數量為偶數個。這些側壁包括第一側壁、第二側壁、第三側壁、第四側壁與第五側壁。第一側壁具有光學反射面。第二側壁相連於第一側壁並具有第一光學穿透面。第三側壁相連於第二側壁並具有第二光學穿透面。第四側壁平行於第二側壁，其中第四側壁在封閉空心柱體內具有對準第二側壁的第一光學反射面。第五側壁平行於第三側壁，其中第五側壁在封閉空心柱體內具有對準第二側壁的第二光學反射面。

在本揭露的一或多個實施方式中，光學反射結構進一步包括二分之一波長波片、四分之一波長波片以及反射式偏光片。二分之一波長波片位於第二側壁與第四側壁之間。四分之一波長波片位於第三側壁與第五側壁之間。反射式偏光片形成於第三側壁上。

在一些實施方式中，二分之一波長波片與第四側壁之間的距離小於二分之一波長波片與第二側壁之間的距離，四分之一波長波片與第三側壁之間的距離小於四分之一波長波片與第五側壁之間的距離。

在本揭露的一或多個實施方式中，光學反射結構進一步包括偏振光分光片。偏振光分光片設置於複數個側壁中的至少一者上。

在本揭露的一或多個實施方式中，光學反射結構進一步包括電控旋轉機構。電控旋轉機構具有旋轉軸。封閉空心柱體固定於電控旋轉機構上。電控旋轉機構的旋轉軸對準封閉空心柱體的軸心。

在本揭露的一或多個實施方式中，封閉空心柱體在垂直於該些側壁的平面上為封閉正多邊形。

綜上所述，通過設置六邊形或其他偶數邊形的光學反射結構，能夠實現三段或以上的光路變化。使用六邊形或偶數邊形的光學反射結構的抬頭顯示器，能夠通過電控或機械方式，直接轉動六邊形或偶數邊形的光學反射結構，進而達成三種不同光路架構，滿足不同顯示需求。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

下文係舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞，將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

在本文中，「第一」、「第二」等等用語僅是用於區隔具有相同技術術語的元件或操作方法，而非旨在表示順序或限制本揭露。

此外，「包含」、「包括」、「提供」等相似的用語，在本文中都是開放式的限制，意指包含但不限於。

進一步地，在本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則「一」與「該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之「包含」、「包括」、「具有」及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

為了實現於抬頭顯示器中提供多種顯示模式，本揭露提供六邊形或偶數邊的光學反射元件。這些六邊形或偶數邊的光學反射元件設置於抬頭顯示器中。通過電控轉動六邊形或偶數邊的光學反射元件，能夠改變抬頭顯示器內影像光的行進距離，進而提供多種不同放大倍率的顯示模式，便於使用者選擇。

請參照第1圖。第1圖根據本揭露之一實施方式繪示一抬頭顯示器100的示意圖。

如第1圖所示，在本揭露的一或多個實施方式中，抬頭顯示器100包括影像生成單元110、六邊形光學反射元件200、曲面鏡120以及顯像板130。

在第1圖中，影像生成單元110配置以向六邊形光學反射元件200投射影像光。影像光對應到光線L1。影像光可以對應到一個虛擬影像VP，並且虛擬影像VP可以包含一或多個使用者所需的資訊。光線L1為六邊形光學反射元件200接收後，反射為光線L2至曲面鏡120。曲面鏡120具有凹曲面123。曲面鏡120通過凹曲面123接收光線L2後，反射出光線L3至顯像板130上。通過曲面鏡120的凹曲面123反射出光線L3，能夠放大後續成像之虛擬影像VP。隨後，顯像板130接收到光線L3，顯像板反射光線L4至使用者的視野300。於是，在光線L4的延長虛線上，在顯像板130的後方形成與使用者的視野300等高的虛擬影像VP。

在一些實施方式中，使用者的視野300無需向下檢視生成虛擬影像VP的影像生成單元110，而能夠直接於顯像板130上檢視虛擬影像VP來獲得相關資訊。

在一些實施方式中，抬頭顯示器100例如是設置於車輛上，顯像板130對應的車輛的擋風玻璃，使用者例如是車輛的駕駛員。如此，駕駛員的視野300無需向下檢視車輛的面板，而能夠於車輛的顯像板130直接獲取所需資訊。在一些實施方式中，顯像板130是透明的，而可以供使用者獲取顯像板130後方的資訊。

在本實施方式中，曲面鏡120可以是任何合適的非球曲鏡，而可依設計者優化修正虛擬影像VP之像差。

在一些實施方式中，影像生成單元110包括光源以及生成虛擬影像VP的處理裝置。在一些實施方式中，處理裝置包括電腦、遠端連接伺服器的移動裝置或是連接一或多個功能面板的影像處理裝置，但並不以此限制本揭露。

在一些實施方式中，影像生成單元110的光源包括線偏振光源，使得在第1圖中影像光所對應的光線L1為線偏振光。線偏振光有利於影像光的傳遞，避免受到環境光影響。

在本揭露的一或多個實施方式中，通過六邊形光學反射元件200來接收光線L1後，能夠經由六邊形光學反射元件200上的一或多個光學元件對光線L1進行處理，從而反射出光線L2。舉例而言，六邊形光學反射元件200上可以設置一或多個偏振光分光鏡、二分之一波長波片、四分之一波長波片或是反射式偏光片。而通過轉動六邊形光學反射元件200，將能夠使用光線L1經歷不同的光路架構，從而能夠調整虛擬影像VP的放大倍率。

在本實施方式中，六邊形光學反射元件200對應到三組不同的光路架構。當啟用到六邊形光學反射元件200三組不同的光路架構，對應到轉動六邊形光學反射元件200，使得使六邊形光學反射元件200以不同的側面對準光線L1。

在一些實施方式中，影像生成單元110的光源可包括為液晶顯示單元、數位光處理顯示單元、矽基液晶顯示單元或聚合物分散液晶顯示單元。

為進一步說明六邊形光學反射元件200的具體結構，請參照第2圖。第2圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件200的側視視圖。

如第2圖所示，在本實施方式中，六邊形光學反射元件200包括空心六角柱體205。空心六角柱體205具有依序相連的第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5以及第六側壁S6，第六側壁S6與第一側壁S1相連。換言之，第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5與第六側壁S6相連而形成封閉六角柱。空心六角柱體205具有軸心O。

第2圖繪示在垂直第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5與第六側壁S6之一平面上六邊形光學反射元件200的剖面。如第2圖繪示的剖面所示，在本實施方式中，第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5與第六側壁S6相連而形成封閉六角柱，並且封閉六角柱在第2圖繪示的剖面上為一正六邊形。

如此，在本實施方式中，第一側壁S1相對於第四側壁S4，即第一側壁S1平行於第四側壁S4。相似地，第二側壁S2相對且平行於第五側壁S5，第三側壁S3相對且平行於第六側壁S6。

在本實施方式中，第一側壁S1係用以直接反射光線L1。如第2圖所示，在本揭露的一些實施方式中，第一側壁S1上設置有反射鏡210，反射鏡210具有相對第一側壁S1向外凸出的反射曲面213。應留意到，第2圖所繪示的反射曲面213形狀僅為示意，而不應以此限制本揭露。舉例而言，反射曲面213可以是球面的部分或是拋物線鏡面的部分，但並不以此為限，其他合適的曲面形狀設計亦適用於反射曲面213。

如此一來，一旦將六邊形光學反射元件200的第一側壁S1對準影像生成單元110(請參照第1圖)，第一側壁S1上的反射鏡210將能夠直接反射光線L1為光線L2，並且光線L2反射至曲面鏡120。

進一步地，在本實施方式中，第二側壁S2與第三側壁S3係設置供光線L1穿透，並且相對於第二側壁S2的第五側壁S5以及相對於第三側壁S3的第六側壁S6是設置以反射光線L1。如第2圖所示，在本實施方式中，第五側壁S5上設置有反射鏡220，第六側壁S6上設置有反射鏡230。

換言之，一旦將第二側壁S2對準影像生成單元110，當影像生成單元110朝向六邊形光學反射元件200投射光線L1，光線L1將穿透第二側壁S2而抵達第五側壁S5上的反射鏡220，反射鏡220的反射曲面223反射出光線L2，反射出的光線L2將穿過第二側壁S2而朝向曲面鏡120行進。

相似地，一旦將第三側壁S3對準影像生成單元110，當影像生成單元110朝向六邊形光學反射元件200投射光線L1，光線L1將穿透第三側壁S3而抵達第六側壁S6上的反射鏡230，經由反射鏡230的反射曲面233反射，六邊形光學反射元件200將反射出光線L2至曲面鏡120。

如第2圖所示，在本揭露的一或多個實施方式中，第五側壁S5上反射鏡220的反射曲面223為朝向第二側壁S2凸出的凸曲面，第六側壁S6上反射鏡230的反射曲面233為朝向第三側壁S3凸出的凸曲面。在一些實施方式中，反射曲面223與反射曲面233可以是球面的部分。在一些實施方式中，反射曲面223與反射曲面233亦可以設計為非球面，以於後續虛擬影像VP(請參照第1圖)時，視覺上能夠具有不同的遠近效果。

回到第2圖。在本實施方式中，六邊形光學反射元件200的空心六角柱體205是中空的。換言之，空心六角柱體205的第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5與第六側壁S6形成容置空間，並且第五側壁S5上的反射鏡220與第六側壁S6上的反射鏡230是設置在空心六角柱體205內部的容置空間內。

進一步地，如第2圖所示，六邊形光學反射元件200進一步包括二分之一波長波片240。二分之一波長波片240是設置於空心六角柱體205內部，並且二分之一波長波片240是位於第二側壁S2與第五側壁S5之間。如此一來，當光線L1穿過第二側壁S2進入到空心六角柱體205內部，光線L1將經過二分之一波長波片240，隨後才為第五側壁S5上的反射鏡220所接收。反射鏡220所反射出的光線L2也將再經過二分之一波長波片240一次，隨後才穿過第二側壁S2離開空心六角柱體205。

相似地，如第2圖所示，六邊形光學反射元件200進一步包括四分之一波長波片250。四分之一波長波片250是設置於空心六角柱體205內部，並且四分之一波長波片250是位於第三側壁S3與第六側壁S6之間。進一步地，第三側壁S3上進一步設置有反射式偏光片260。當線偏振的光線L1穿過第三側壁S3進入到空心六角柱體205內部，光線L1將經過四分之一波長波片250，才為第六側壁S6上的反射鏡230所接收。然而，為第六側壁S6上的反射鏡230所反射的光線將再經過一次四分之一波長波片250，這使得抵達第三側壁S3的反射光線為P偏振。由於第三側壁S3上設置有反射式偏光片260，P偏振的反射光線將被反射式偏光片260反射回空心六角柱體205內部，直到再經過兩次四分之一波長波片250之後，反射的光線才能出光。

小結而言，在本實施方式中，當影像生成單元110提供的線偏振光線L1(參照第1圖)為六邊形光學反射元件200所接收，依據六邊形光學反射元件200對準影像生成單元110不同的第一側壁S1、第二側壁S2與第三側壁S3，反射出來的光線L2將分別經歷短、中、長三種不同的光路長度，而光路長度越長將使得虛擬影像VP放大越大。此外，通過設計反射曲面213、反射曲面223以及反射曲面233的表面曲率，將能夠進一步調整使用者的視野300與虛擬影像VP之間的虛擬影像距離以及虛擬影像VP相對使用者的視野300的視角，從而調整虛擬影像VP對使用者遠近的視覺效果。

在本實施方式中，如第2圖所示，二分之一波長波片240與第五側壁S5之間的距離，小於二分之一波長波片240與第二側壁S2之間的距離。四分之一波長波片250與第三側壁S3之間的距離，小於四分之一波長波片250與第六側壁S6之間的距離。如此一來，二分之一波長波片240與四分之一波長波片250不會都相鄰於二個實質相連的側壁之間，而能夠確保二分之一波長波片240與四分之一波長波片250在空間上實質分離。

應留意到，第2圖所繪示的六邊形光學反射元件200僅為本揭露的一實施例，而不應以此過度限制本揭露。

舉例而言，如第2圖所示，在本揭露的一或多個實施方式中，空心六角柱體205的第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5以及第六側壁S6可以是透明的，隨後再分別形成反射鏡210、反射鏡220與反射鏡230於第一側壁S1、第五側壁S5與第六側壁S6上，實現第二側壁S2與第三側壁S3供光線L1穿透，並且第一側壁S1、第五側壁S5與第六側壁S6設置以反射光線L1。

在一些實施方式中，空心六角柱體205可以包括一六角柱框架，並且第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5以及第六側壁S6分別設置於六角柱框架上，其中第二側壁S2與第三側壁S3的材料設置以供光線L1穿透，並且第一側壁S1、第五側壁S5與第六側壁S6直接設置為反射鏡。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件200可以進一步包括一或多個偏振光分光片。偏振光分光片可以是設置於第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第五側壁S5與第六側壁S6上元件的鍍膜。舉例而言，在第2圖中，第一側壁S1上之反射鏡210的反射曲面213上可以進一步設置偏振光分光片的鍍膜，以分離環境光與線偏振的光線L1。在一些實施方式中，供光線L1穿透的第二側壁S2與第三側壁S3上可以直接設置偏振光分光片的鍍膜。在一些實施方式中，第五側壁S5上反射鏡220的反射曲面223與第六側壁S6上反射鏡230的反射曲面233可以進一步設置偏振光分光片的鍍膜。

為進一步說明如何啟用六邊形光學反射元件200的不同光路架構，請參照第3圖至第6圖。

應留意到，第3圖至第6圖所繪示之光線L1、光線L11、光線L12以及光線L2的行進方向僅為示意。經六邊形光學反射元件200的反射，反射之光線L2實質朝向曲面鏡120(參照第1圖)行進。

請先參照第3圖。第3圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件200在一第一位置205A(請見後續第8圖)反射來自影像生成單元110之一光線L1的第一光路示意圖。

在本實施方式中，影像生成單元110包括線偏振光源，影像生成單元110投射S偏振的光線L1至六邊形光學反射元件200，其中光線L1對應到影像生成單元110所產生的影像光。換言之，當六邊形光學反射元件200位於第一位置205A，六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205的第一側壁S1對準影像光對應之光線L1的光路。

如第3圖所示，當六邊形光學反射元件200位於第一位置205A，六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205的第一側壁S1對準影像生成單元110。S偏振的光線L1投射至第一側壁S1，並且光線L1為第一側壁S1上的反射鏡210直接反射。當六邊形光學反射元件200位於第一位置205A，光線L1未進入空心六角柱體205內部，第一側壁S1上的反射鏡210接收光線L1並反射光線L2至曲面鏡120(參照第1圖)。

參照第4圖。第4圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件200在一第二位置205B(請見後續第8圖)反射來自影像生成單元110之一光線L2的第二光路示意圖。

在本實施方式中，影像生成單元110包括線偏振光源，影像生成單元110投射S偏振的光線L1至六邊形光學反射元件200，其中光線L1對應到影像生成單元110所產生的影像光。換言之，當六邊形光學反射元件200位於第二位置205B，六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205的第二側壁S2對準影像光對應之光線L1的光路。

如第4圖所示，當六邊形光學反射元件200位於第二位置205B，六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205的第二側壁S2對準影像生成單元110。S偏振的光線L1投射至第二側壁S2。光線L1穿透第二側壁S1，進入到空心六角柱體205內部。S偏振的光線L1穿過二分之一波長波片240，轉變為P偏振。

第五側壁S5上的反射鏡220接收經過二分之一波長波片240而轉變為P偏振的光線L1，反射光線L2。光線L2依序穿過二分之一波長波片240與第二側壁S2後出光，光線L2朝向曲面鏡120(參照第1圖)行進。

請參照第5圖與第6圖。第5圖與第6圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件200在一第三位置205C(請見後續第8圖)反射來自影像生成單元之一光線L1的第三光路示意圖。

應留意到，第5圖與第6圖所繪示之光線L1、光線L11、光線L12以及光線L2的行進方向僅為示意。經六邊形光學反射元件200的反射，反射之光線L2實質朝向曲面鏡120(參照第1圖)行進。

在本實施方式中，影像生成單元110包括線偏振光源，影像生成單元110投射S偏振的光線L1至六邊形光學反射元件200，其中光線L1對應到影像生成單元110所產生的影像光。

如第5圖所示，當六邊形光學反射元件200位於第三位置205C，六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205的第三側壁S3對準影像生成單元110。S偏振的光線L1投射至第三側壁S1。S偏振的光線L1依序穿透位於第三側壁S3上的反射式偏光片260、第三側壁S3以及四分之一波長波片250，轉為左旋偏振，左旋偏振的光線L1抵達第六側壁S6上的反射鏡230。

反射鏡230將左旋偏振的光線L1反射為右旋偏振的光線L11。光線L11穿過四分之一波長波片250，轉變為P偏振。隨後，P偏振的光線L11抵達第三側壁S3。然而，由於反射式偏光片260的設置，光線L11並無法離開空心六角柱體205的內部。

接續第5圖，由於抵達第三側壁S3的光線L11是P偏振，P偏振的光線L11為設置於第三側壁S3的反射式偏光片260反射為光線L12。反射之光線L12經過四分之一波長波片250後，轉為右旋偏振。隨後，右旋偏振的光線L12抵達第六側壁S6上的反射鏡230。

反射鏡230將右旋偏振的光線L12的反射為左旋振的光線L2，左旋振的光線L2穿過四分之一波長波片250後，即能夠穿過第三側壁S3以及位於第三側壁S3之上的反射式偏光片260出光。離開六邊形光學反射元件的光線L2朝向曲面鏡120(參照第1圖)行進。

小結以上第3圖至第6圖，在本實施方式中，當光線L1投射至位於第一位置205A的六邊形光學反射元件200，光線L1不會進入至空心六角柱體205內部，光路長度短；當光線L1投射至位於第二位置205B的六邊形光學反射元件200，光線L1在空心六角柱體205內部反射一次，光路長度中；當光線L1投射至位於第三位置205C的六邊形光學反射元件200，光線L1在空心六角柱體205內部反射兩次，光路長度長。光路長度越長，對應到越大的放大倍率。

在本實施方式中，可以通過相對軸心O旋轉六邊形光學反射元件200，使得六邊形光學反射元件200在第一位置205A、第二位置205B與第三位置205C之間旋轉。舉例而言，當六邊形光學反射元件200位於第一位置205A，通過使六邊形光學反射元件200相對軸心O順時針旋轉60度，能夠將六邊形光學反射元件200轉動至第二位置205B。相似地，當六邊形光學反射元件200位於第二位置205B，通過使六邊形光學反射元件200相對軸心O順時針旋轉60度，能夠將六邊形光學反射元件200轉動至第三位置205C。

為進一步說明六邊形光學反射元件200的轉動方式，請參照第7圖與第8圖。第7圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205的一立體視圖。第8圖六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205旋轉至第一位置205A、第二位置205B以及第三位置205C的示意圖。為了簡單說明的目的，第7圖與第8圖僅繪示六邊形光學反射元件200的空心六角柱體205。

在第7圖中，六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205是通過六個彼此依序相連的第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5以及第六側壁S6。在本實施方式中，第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5與第六側壁S6中的每一者為相同形狀的矩形。

請同時參照第3圖與第8圖，六邊形光學反射元件200位於第一位置205A，六邊形光學反射元件200的第一側壁S1面向影像生成單元110。六邊形光學反射元件200的空心六角柱體205具有軸心O，並且空心六角柱體205係配置沿穿過軸心O平行於第一側壁S1、第二側壁S2、第三側壁S3、第四側壁S4、第五側壁S5與第六側壁S6的一旋轉軸AX轉動。

同時參照第4圖與第8圖。當六邊形光學反射元件200位於第一位置205A，可以通過沿旋轉軸AX順時針旋轉60度，將六邊形光學反射元件200轉動至第二位置205B，六邊形光學反射元件200的第二側壁S2面向影像生成單元110。

同時參照第5圖、第6圖與第8圖。當六邊形光學反射元件200位於第二位置205B，可以通過沿旋轉軸AX順時針旋轉60度，將六邊形光學反射元件200轉動至第三位置205C，六邊形光學反射元件200的第三側壁S3面向影像生成單元110。

如此一來，在不額外佔用空間的情況下，可以通過六邊形光學反射元件200，切換影像生成單元110投射的光線L1所行進的光路，進而控制放大倍率。在一些實施方式中，可以通過電控旋轉結構來旋轉來六邊形光學反射元件200。舉例而言，可以將六邊形光學反射元件200固定於電控旋轉機構上，並且電控旋轉機構具有一旋轉軸，並且電控旋轉機構穿過六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205的軸心O，致使電控旋轉機構具有的旋轉軸實直對齊空心六角柱體205的旋轉軸AX，使得六邊形光學反射元件200之空心六角柱體205沿旋轉軸AX於第一位置205A、第二位置205B以及第三位置205C之間轉動。在一些實施方式中，電控旋轉機構可包括連接電控旋轉機構之旋轉軸的電控馬達與/或卡合電控旋轉機構之旋轉軸的齒輪。

在本揭露的一或多個實施方式中，六邊形光學反射元件200實質為偶數邊型光學反射結構的其中一種。在本實施方式中，六邊形光學反射元件200具有六個邊，而能夠含蓋三種光路設置。

在一些實施方式中，可以使用具有更多個側壁的光學反射結構。舉例而言，光學反射結構包括複數個側壁。複數個側壁彼此相連以形成封閉空心柱體。側壁的數量為偶數個，例如數量大於或等於四。

以側壁的數量大於或等於六為例，這些側壁包括第一側壁、第二側壁、第三側壁、第四側壁與第五側壁。第一側壁具有光學反射面。第二側壁相連於第一側壁並具有第一光學穿透面。第三側壁相連於第二側壁並具有第二光學穿透面。第四側壁平行於第二側壁，其中第四側壁在封閉空心柱體內具有對準第二側壁的第一光學反射面。第五側壁平行於第三側壁，其中第五側壁在封閉空心柱體內具有對準第二側壁的第二光學反射面。如此一來，這樣的光學反射結構可以涵蓋六邊形光學反射元件200之第一位置205A、第二位置205B以及第三位置205C的三種不同光路長度的光路架構，並可以進一步涵蓋其他合適的反射光路設置。

在一些實施方式中，這些偶數邊型的光學反射結構能夠進一步應用至抬頭顯示器中，以在有限空間中提供更多數量的光路架構供使用者選擇。

綜上所述，本揭露提供一種抬頭顯示器以及所使用的偶數邊型光學反射結構，偶數邊型光學反射結構例如為六邊形光學反射元件。通過於抬頭顯示器應用抬頭顯示器，能夠在有限空間中提供光路長度不同的多種的光路架構來呈現投射至顯影板上的影像。使用者可以根據虛擬影像距離以及虛擬影像視角的需求，來轉動六邊形光學反射元件，切換不同的光路架構，對應不同的顯示模式。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100 : 抬頭顯示器 110 : 影像生成單元 120 : 曲面鏡 123 : 凹曲面 130 : 顯像板 200 : 六邊形光學反射元件 205 : 空心六角柱體 205A : 第一位置 205B : 第二位置 205C : 第三位置 210 : 反射鏡 213 : 反射曲面 220 : 反射鏡 223 : 反射曲面 230 : 反射鏡 233 : 反射曲面 240 : 二分之一波長波片 250 : 四分之一波長波片 260 : 反射式偏光片 300 : 視野 AX : 旋轉軸 L1 : 光線 L2 : 光線 L3 : 光線 L4 : 光線 L11 : 光線 L12 : 光線 O : 軸心 S1,S2,S3,S4,S5,S6 : 側壁

本揭露的優點與圖式，應由接下來列舉的實施方式，並參考附圖，以獲得更好的理解。這些圖式的說明僅僅是列舉的實施方式，因此不該認為是限制了個別實施方式，或是限制了發明申請專利範圍的範圍。第1圖根據本揭露之一實施方式繪示一抬頭顯示器的示意圖；第2圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件的側視視圖；第3圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件在一第一位置反射來自影像生成單元之一光線的第一光路示意圖；第4圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件在一第二位置反射來自影像生成單元之一光線的第二光路示意圖；第5圖與第6圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件在一第三位置反射來自影像生成單元之一光線的第三光路示意圖；第7圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件之空心六角柱體的一立體視圖；以及第8圖根據本揭露之一實施方式繪示六邊形光學反射元件之空心六角柱體旋轉至第一位置、第二位置以及第三位置的示意圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100 : 抬頭顯示器 110 : 影像生成單元 120 : 曲面鏡 123 : 凹曲面 130 : 顯像板 200 : 六邊形光學反射元件 300 : 視野 L1 : 光線 L2 : 光線 L3 : 光線 L4 : 光線 VP : 虛擬影像

Claims

一種抬頭顯示器，包括：一影像生成單元，配置以投射一影像光；一六邊形光學反射元件，設置於該影像光的一光路上，其中該六邊形光學反射元件包括：一空心六角柱體，具有依序相連成一封閉六角柱的一第一側壁、一第二側壁、一第三側壁、一第四側壁、一第五側壁與一第六側壁，其中該第二側壁是透明的，並且該第一側壁與相對於該第二側壁的該第五側壁配置以反射該影像光，該空心六角柱體設置在一第一位置與一第二位置之間轉動；當該空心六角柱體位於該第一位置，該第一側壁對準該影像光的該光路；以及當該空心六角柱體位於該第二位置，該第二側壁與該五側壁對準該影像光的該光路；一凹面鏡，設置於該影像光的該光路上，且配置以接收從該空心六角柱體的該第一側壁或該第五側壁反射而來的該影像光；以及一顯像板，配置以接收從該凹面鏡反射而來的該影像光。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該六邊形光學反射元件進一步包括：一二分之一波長波片，位於該第二側壁與該第五側壁之間。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該六邊形光學反射元件進一步包括：一四分之一波長波片，位於該第二側壁與該第五側壁之間；以及一反射式偏光片，形成於該第二側壁上。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中：該第三側壁是透明的，相對該第三側壁且相連於該第一側壁的該第六側壁配置以反射該影像光；該六邊形光學反射元件的該空心六角柱體設置在一第一位置、一第二位置與一第三位置之間轉動；當該空心六角柱體位於該第一位置，該第一側壁對準該影像光的該光路；當該空心六角柱體位於該第二位置，該第二側壁與該五側壁對準該影像光的該光路；以及當該空心六角柱體位於該第三位置，該第三側壁與該六側壁對準該影像光的該光路。
如請求項4所述之抬頭顯示器，其中該六邊形光學反射元件進一步包括：一二分之一波長波片，位於該第二側壁與該第五側壁之間；一四分之一波長波片，位於該第三側壁與該第六側壁之間；以及一反射式偏光片，形成於該第三側壁上。
如請求項5所述之抬頭顯示器，其中該二分之一波長波片與該第五側壁之間的一距離小於該二分之一波長波片與該第二側壁之間的一距離，該四分之一波長波片與該第三側壁之間的一距離小於該四分之一波長波片與該第六側壁之間的一距離。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該影像生成單元包括一線偏振光源。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該六邊形光學反射元件進一步包括：一偏振光分光片，設置於該第一側壁與該第二側壁中的至少一者上。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該六邊形光學反射元件進一步包括：一反射鏡，設置於該空心六角柱體的該第一側壁上並具有相對該第一側壁凸出的一反射曲面。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該第一側壁、該第二側壁、該第三側壁、該第四側壁、該第五側壁與該第六側壁形成一容置空間，該六邊形光學反射元件進一步包括：一反射鏡，位於該容置空間內且設置於該第五側壁上，其中該反射鏡具有朝向該第二側壁凸出的一反射曲面。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該封閉六角柱在垂直於該第一側壁、該第二側壁、該第三側壁、該第四側壁、該第五側壁與該第六側壁的一平面上為一正六邊形。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該六邊形光學反射元件進一步包括：一電控旋轉機構，具有一旋轉軸，其中該空心六角柱體固定於該電控旋轉機構上，該電控旋轉機構的該旋轉軸對準該空心六角柱體的一軸心。
如請求項1所述之抬頭顯示器，其中該顯像板是透明的。
一種光學反射結構，包括：複數個側壁，彼此相連以形成一封閉空心柱體，其中該些側壁的數量為偶數個，該些側壁包括：一第一側壁，具有一光學反射面；一第二側壁，相連於該第一側壁並具有一第一光學穿透面；一第三側壁，相連於該第二側壁並具有一第二光學穿透面；一第四側壁，平行於該第二側壁，其中該第四側壁在該封閉空心柱體內具有對準該第二側壁的一第一光學反射面；以及一第五側壁，平行於該第三側壁，其中該第五側壁在該封閉空心柱體內具有對準該第二側壁的一第二光學反射面；一電控旋轉機構，具有一旋轉軸，其中該封閉空心柱體固定於該電控旋轉機構上，該電控旋轉機構的該旋轉軸對準該封閉空心柱體的一軸心。
如請求項14所述之光學反射結構，進一步包括：一二分之一波長波片，位於該第二側壁與該第四側壁之間；一四分之一波長波片，位於該第三側壁與該第五側壁之間；以及一反射式偏光片，形成於該第三側壁上。
如請求項15所述之光學反射結構，其中該二分之一波長波片與該第四側壁之間的一距離小於該二分之一波長波片與該第二側壁之間的一距離，該四分之一波長波片與該第三側壁之間的一距離小於該四分之一波長波片與該第五側壁之間的一距離。
如請求項14所述之光學反射結構，進一步包括：一偏振光分光片，設置於該些側壁中的至少一者上。
如請求項14所述之光學反射結構，其中封閉空心柱體在垂直於該些側壁的一平面上為一封閉正多邊形。