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CN109425977B - 抬头显示器的光学反射模组 - Google Patents

抬头显示器的光学反射模组 Download PDF

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Abstract

一种抬头显示器的光学反射模组，用以将一影像产生器所产生的一影像光线反射至一成像部，以成像于该成像部上，包含有：一多次反射镜、一曲面反射镜，以及一后端反射镜；其中，该多次反射镜反射该影像光线至该曲面反射镜，然后该曲面反射镜反射该影像光线至该多次反射镜，然后该多次反射镜反射该影像光线至该后端反射镜。

Description

抬头显示器的光学反射模组
技术领域
本发明与抬头显示器有关，特别是关于一种抬头显示器的光学反射模组。
背景技术
抬头显示器(Head Up Display,HUD)最早出现在军用飞机上，其目的在于让飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。
随着科技的进步，近年来，愈来愈多的车辆也开始配备抬头显示器。抬头显示器利用光学反射的原理，将一些重要的资讯投射在位于飞行员或是驾驶员前方的一片玻璃上，以降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识的掌握。
一般抬头显示器包括影像处理系统与影像显示系统两个主要的架构。影像处理系统是将所需显示的资料转换为所需显示的图形或文字，并产生一影像讯号。而影像显示系统则是将该影像讯号投射在前述的玻璃上。一般的影像显示系统包含有复数个反射镜，藉以将该影像讯号反射至该玻璃片上。
近年来，相较于影像处理系统，影像显示系统具有较大的体积，而影像显示系统中的反射镜又是格外占据体积的元件。为了缩减抬头显示器的体积，使其能够安装于一狭小空间中。对于影像显示系统的改良是非常重要的。
发明内容
本发明的主要发明目的在于提供一种抬头显示器的光学反射模组，其具有较小的体积与重量，使抬头显示器可安装于狭小的空间中。
为达成前述的发明目的，本发明所提供的抬头显示器的光学反射模组，用以将一影像产生器所产生的一影像光线反射至一成像部，以成像于该成像部上该光学反射模组具有一多次反射镜，该影像光线被该多次反射镜反射至少两次。
更进一步地，该光学反射模组的该反射镜更具有一曲面反射镜；在该影像光线被该多次反射镜第一次反射后与被该多次反射镜第二次反射前，该影像光线被该曲面反射镜反射。
更进一步地，该曲面反射镜为一凹面镜，其曲率半径为-1405.57781mm至-376.973185mm之间。
更进一步地，该多次反射镜为一凹面镜，该曲面反射镜为一凹面镜。
更进一步地，该多次反射镜为一平面镜，该曲面反射镜为一凹面镜。
更进一步地，该光学反射模组的该反射镜更具有一前端反射镜；该影像光线被该前端反射镜反射后，再被该多次反射镜第一次反射。
更进一步地，该前端反射镜为一凹面镜。
更进一步地，该多次反射镜第一次反射该影像光线的中心入射角为39.4度至50度之间。
优选地，该多次反射镜第二次反射该影像光线的中心入射角为19.4度至31度之间。
更进一步地，该曲面反射镜反射该影像光线的中心入射角为8.9度至10.2度之间。
更进一步地，该前端反射镜反射该影像光线的中心入射角为8.1度至12.8度之间。
本发明更提供一种抬头显示器的光学反射模组包含有：一多次反射镜、一曲面反射镜，以及一前端反射镜；其中，该多次反射镜反射该影像光线至该曲面反射镜，然后该曲面反射镜反射该影像光线至该多次反射镜，然后该多次反射镜反射该影像光线至该后端反射镜。
本发明所提供的抬头显示器的光学反射模组可利用较少数量的反射镜，达到相同的光学效果，并具有体积小、重量轻、成本低等优点。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例的示意图。
图2为本发明第二较佳实施例的示意图。
图3为本发明第三较佳实施例的示意图。
图4为本发明第四较佳实施例的示意图。
图5为本发明第五较佳实施例的示意图。
附图标记
10：影像产生器；20：成像部；FM：前端反射镜；MM：多次反射镜；CM：曲面反射镜；RM：后端反射镜。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明第一较佳实施例所提供的抬头显示器的光学反射模组，具有一物侧与一像侧，在该物侧具有一影像产生器10，藉以产生一影像光线，在该像侧具有一成像部20，该影像光线将成像于此。该光学反射模组更具有一前端反射镜FM、一多次反射镜MM、一曲面反射镜CM，以及一后端反射镜RM。其中，该前端反射镜FM、该多次反射镜MM与该后端反射镜RM均为平面镜；该曲面反射镜CM为一凹面镜，其曲率半径为-668.000000mm。
该影像光线由该影像产生器10发出后，首先由该前端反射镜FM所反射，中心入射角为18.1度、接着依序由该多次反射镜MM进行第一次反射，中心入射角为23.9度、该曲面反射镜CM进行反射，中心入射角为10.2度、该多次反射镜MM进行第二次反射，中心入射角为41度，最后由该后端反射镜RM进行反射，而将该影像光线反射至该成像部20。
第一较佳实施例的各该反射镜的光学特形如表一所列：
表一
反射面 反射面类型 曲率半径(mm) 中心入射角(度)
Object 球面 Infinity -
Stop 球面 Infinity -
FM 球面 Infinity 18.1
MM 球面 Infinity 23.9
CM 非球面 -668.000000 10.2
MM 球面 Infinity 41
RM 球面 Infinity -
Image 球面 Infinity -
由以上的叙述可得知，该影像光线在由该影像产生器10传递至该成像部20期间，为该多次反射镜MM反射了两次，使部分该影像光线的路径在在该多次反射镜MM与该曲面反射镜CM产生重迭的现象。如此，不但可以减少该光学反射模组所需要的反射镜的数量，更因此而减少了该光学反射模组的体积，使本发明的光学反射模组具有较小的体积、较轻的重量，以及较低的成本等特点。
请参阅图2所示，本发明第二较佳实施例所提供的抬头显示器的光学反射模组，具有一物侧与一像侧，在该物侧具有一影像产生器10，藉以产生一影像光线，在该像侧具有一成像部20，该影像光线将成像于此。该光学反射模组更具有一多次反射镜MM、一曲面反射镜CM，以及一后端反射镜RM。其中，该后端反射镜RM与该多次反射镜MM为平面镜；该曲面反射镜CM为一凹面镜，其曲率半径为-1405.57781mm。
该影像光线由该影像产生器10发出后，依序由该多次反射镜MM进行第一次反射，中心入射角为23.9度、该曲面反射镜CM进行反射，中心入射角为9.2度，该多次反射镜MM进行第二次反射，中心入射角为42.3度，最后由该后端反射镜RM将该影像光线反射至该成像部20。
第二较佳实施例的各该反射镜的光学特形如表二所列：
表二
反射面 反射面类型 曲率半径(mm) 中心入射角(度)
Object 球面 Infinity -
Stop 球面 Infinity -
MM 球面 Infinity 23.9
CM 球面 -1405.57781 9.2
MM 球面 Infinity 42.3
RM 球面 Infinity -
Image 球面 Infinity -
第二较佳实施例的光学反射模组具有与第一较佳实施例相同的光学效果与特点，在此容不赘述。
请参阅图3所示，本发明第三较佳实施例所提供的抬头显示器的光学反射模组，具有一物侧与一像侧，在该物侧具有一影像产生器10，藉以产生一影像光线，在该像侧具有一成像部20，该影像光线将成像于此。该光学反射模组更具有一多次反射镜MM、一曲面反射镜CM，以及一后端反射镜RM。其中，该后端反射镜RM为平面镜；该多次反射镜MM为一凹面镜，其曲率半径为78920.46726mm；该曲面反射镜CM为一凹面镜，其曲率半径为-376.973185mm。
该影像光线由该影像产生器10发出后，依序由该多次反射镜MM进行第一次反射，中心入射角为24.3度、该曲面反射镜CM进行反射，中心入射角为8.9度，该多次反射镜MM进行第二次反射，中心入射角为42.6度，最后由该后端反射镜RM将该影像光线反射至该成像部20。
第三较佳实施例的各该反射镜的光学特性如表三所列：
表三
Figure BDA0001387560410000041
Figure BDA0001387560410000051
在第三较佳实施例中，各曲面镜的凹陷度(sag)是由以下公式所计算出：
Figure BDA0001387560410000052
其中：
z为平行于z轴的镜面的凹陷度；
c为顶点曲率(vertex curvature,CUY)；
k为圆锥常数(conic constant)；以及
Cj为xmyn的常数。
第三较佳实施例的曲面镜，该多次反射镜MM与该曲面反射镜CM，的各项参数如下表四所列：
表四
Figure BDA0001387560410000053
第三较佳实施例的光学反射模组具有与前述的较佳实施例相同的光学效果与特点，在此容不赘述。
请参阅图4所示，本发明第四较佳实施例所提供的抬头显示器的光学反射模组，具有一物侧与一像侧，在该物侧具有一影像产生器10，藉以产生一影像光线，在该像侧具有一成像部20，该影像光线将成像于此。该光学反射模组更具有一多次反射镜MM、一曲面反射镜CM，以及一后端反射镜RM。其中，该后端反射镜RM与该多次反射镜MM为平面镜；该曲面反射镜CM为凹面镜，其曲率半径分别为-520.000000mm。
该影像光线由该影像产生器10发出后，依序由该多次反射镜MM进行第一次反射，中心入射角为31度、该曲面反射镜CM进行反射，中心入射角为9.5度，该多次反射镜MM进行第二次反射，中心入射角为50度，最后由该后端反射镜RM将该影像光线反射至该成像部20。
第四较佳实施例的各该反射镜的光学特性如表五所列：
表五
反射面 反射面类型 曲率半径(mm) 中心入射角(度)
Object 球面 Infinity -
Stop 球面 Infinity -
MM 球面 Infinity 31
CM 球面 -520.000000 9.5
MM 球面 Infinity 50
RM 球面 Infinity -
Image 球面 Infinity -
第四较佳实施例的光学反射模组具有与前述的较佳实施例相同的光学效果与特点，在此容不赘述。
请参阅图5所示，本发明第五较佳实施例所提供的抬头显示器的光学反射模组，具有一物侧与一像侧，在该物侧具有一影像产生器10，藉以产生一影像光线，在该像侧具有一成像部20，该影像光线将成像于此。该光学反射模组更具有一前端反射镜FM、一多次反射镜MM、一曲面反射镜CM，以及一后端反射镜RM。其中，该后端反射镜RM与该多次反射镜MM与均为平面镜；该曲面反射镜CM为一凹面镜，其曲率半径为-1405.577881mm；该前端反射镜FM亦为一凹面镜，其曲率半径为-884.664951mm。
该影像光线由该影像产生器10发出后，首先由该前端反射镜FM所反射，中心入射角为12.8度、接着依序由该多次反射镜MM进行第一次反射，中心入射角为19.4度、该曲面反射镜CM进行反射，中心入射角为10度、该多次反射镜MM进行第二次反射，中心入射角为39.4度，最后由该后端反射镜RM进行反射，而将该影像光线反射至该成像部20。
第五较佳实施例的各该反射镜的光学特性如表六所列：
表六
反射面 反射面类型 曲率半径(mm) 中心入射角(度)
Object 球面 Infinity -
Stop 球面 Infinity -
FM 球面 -884.664951 12.8
MM 球面 Infinity 19.4
CM 球面 -1405.57781 10
MM 球面 Infinity 39.4
RM 球面 Infinity -
Image 球面 Infinity -
第五较佳实施例的光学反射模组具有与前述的较佳实施例相同的光学效果与特点，在此容不赘述。
本发明利用该多次反射镜MM反射该影像光线两次。如此，不但可以减少该光学反射模组所需要的反射镜的数量，更因此而减少了该光学反射模组的体积，使本发明的光学反射模组具有较小的体积、较轻的重量，以及较低的成本等特点。
上述实施例仅为例示性说明本发明的技术及其功效，而非用于限制本发明。任何熟于此项技术人士均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化，因此本发明的权利保护范围应如所述的权利要求书所列。

Claims (9)

1.一种抬头显示器，包含有：
一影像产生器，产生一影像光线；
一光学反射模组，具有复数个反射镜，用以反射该影像光线；以及
一成像部，经该光学反射模组的该反射镜反射后的该影像光线成像于此；
其特征在于：
该光学反射模组具有一多次反射镜、一曲面反射镜以及一前端反射镜；
该影像光线被投射到该前端反射镜反射至该多次反射镜，接著被该多次反射镜第一次反射至该曲面反射镜，接著该曲面反射镜再次将 该影像光线投射至该多次反射镜产生第二次反射；
其中，
该前端反射镜反射该影像光线的中心入射角为8.1度至12.8度之间，
该多次反射镜第一次反射该影像光线的中心入射角为19.4度至31度之间，
该曲面反射镜反射该影像光线的中心入射角为8.9度至10.2度之间，
该多次反射镜第二次反射该影像光线的中心入射角为39.4度至50度之间。
2.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，该曲面反射镜为一凹面镜，其曲率半径为-1405.57781mm至-376.973185mm之间。
3.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，该多次反射镜为一凹面镜，该曲面反射镜为一凹面镜。
4.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，该多次反射镜为一平面镜，该曲面反射镜为一凹面镜。
5.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，该前端反射镜为一凹面镜。
6.一种抬头显示器的光学反射模组，用以将一影像产生器所产生的一影像光线反射至一成像部，以成像于该成像部上，其特征在于，包含有：一多次反射镜、一前端反射镜以及一曲面反射镜；其中，该影像光线被该前端反射镜反射后，被该多次反射镜第一次反射，接著该影像光线被投射到该曲面反射镜，再次投射至该多次反射镜产生第二次反射；
其中，
该前端反射镜反射该影像光线的中心入射角为8.1度至12.8度之间，
该多次反射镜第一次反射该影像光线的中心入射角为19.4度至31度之间，
该曲面反射镜反射该影像光线的中心入射角为8.9度至10.2度之间，
该多次反射镜第二次反射该影像光线的中心入射角为39.4度至50度之间。
7.如权利要求6所述的抬头显示器的光学反射模组，其特征在于，该曲面反射镜为一凹面镜，其曲率半径为-1405.57781mm至-376.973185mm之间。
8.如权利要求6所述的抬头显示器的光学反射模组，其特征在于，该多次反射镜为一凹面镜，该曲面反射镜为一凹面镜。
9.如权利要求6所述的抬头显示器的光学反射模组，其特征在于，该多次反射镜为一平面镜，该曲面反射镜为一凹面镜。
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