CN109690389A - 空中显示装置 - Google Patents

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Abstract

空中显示装置100安装于车辆A，向坐在车辆的驾驶席的驾驶员D显示信息。空中显示装置100具备显示面板30和反射器阵列50。显示面板30以将图像发光显示的显示面31朝向驾驶席侧的姿势被设置，且具有空中显示区域33以及画面显示区域32。空中显示区域33以所设置的姿势位于显示面31的上边缘部分。画面显示区域32在显示面31中位于空中显示区域33的下侧。反射器阵列50将从空中显示区域33射出的光在空中显示区域33的上方的空间中作为空中显示图像60成像。

Description

空中显示装置
相关申请的交叉引用
本申请主张于2016年9月14日提出的日本专利申请2016-179790的优先权，并在此引用其公开内容。
技术领域
本发明涉及安装于车辆的空中显示装置。
背景技术
以往，作为安装于车辆的显示装置的一种，例如专利文献1公开有使用2面角反射器等空中成像元件将从液晶显示器的显示面射出的光在空间中成像的结构。这样的使用空中成像元件的显示装置不需要设置如妨碍驾驶员的前方视野的屏幕等。因而，能够在良好地维持着驾驶员的前方视野的同时进行使用漂浮在空中的实镜像的信息提示。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-190960号公报
那么，专利文献1所公开的这样的空中显示图像成为整个显示物漂浮在空中的显示方式。因此，对于仅是空中显示图像的显示方式，驾驶员容易感觉不适感。
发明内容
希望提供能够进行减轻了对于驾驶员的显示的不适感的信息提示的空中显示装置。
所公开的一个方面是安装于车辆且向坐在车辆的驾驶席的驾驶员显示信息的空中显示装置，其具备：显示面板，以发光显示图像的显示面朝向驾驶席侧的姿势设置，在显示面具有画面显示区域以及位于画面显示区域的侧方的空中显示区域；以及空中成像元件，使从空中显示区域射出的光作为空中显示图像在空中显示区域的侧方的空间中成像。
在这样的方面中，在驾驶员的前方同时显示有画面显示区域上的图像显示和通过空中显示区域以及空中成像元件在空间中成像的空中显示图像。这样，不仅是空中显示图像，图像显示也被驾驶员视觉确认，从而与仅空中显示图像的显示相比，能够减少显示的不适感。
附图说明
图1是示出空中显示装置的各显示的主视图。
图2是示出空中显示装置的机械结构的剖视图。
图3是放大地示出在反射器阵列形成的多个单位光学元件的示意图。
图4是示意性地示出由一个单位光学元件进行的光的反射的情况的图。
图5是表示空中显示装置的电气结构的框图。
具体实施方式
如图1以及图2所示，本发明的一实施方式所提供的空中显示装置100在车辆A中安装于驾驶席的前方，且作为仪表组而发挥作用。空中显示装置100通过绘制在画面显示区域32上的画面显示图像63、设置于画面显示区域32的两侧的指针显示区域20上的指针显示、以及在画面显示区域32的上方成像的空中显示图像60，将与车辆A相关的信息提示给驾驶员D。
作为一个例子，在空中显示装置100显示有车辆A的前进速度、燃料余量、以及路径引导等信息。另外，在安装有自动驾驶功能的车辆A的情况下，在自动驾驶功能工作的期间，空中显示装置100能够向实际上不实施驾驶操作的驾驶员D显示娱乐系统的信息。
方向盘SW位于空中显示装置100与驾驶席之间。适当地坐在驾驶席的驾驶员D通过方向盘SW向方向盘SW的里侧视觉确认空中显示装置100的显示。在驾驶员D的前方视野，画面显示区域32以及指针显示区域20位于方向盘SW的轮缘部分RM的内周侧。另一方面，空中显示图像60位于轮缘部分RM的外周侧且轮缘部分RM的上方。此外，根据预先假定的体格的驾驶员D坐在驾驶席的状态设定驾驶员D的双眼能够在的视点位置的范围(参照图1中的双点划线)。
空中显示装置100由显示面板30、反射镜40、反射器阵列50、壳体80、罩部件90、以及显示控制电路70等构成。
显示面板30是整体形成为矩形的平板状的液晶显示器。显示面板30具有形成显示面31的液晶显示器37和从背面侧透过照射液晶显示器37的背照光38(参照图5)。显示面板30通过被壳体80保持而以显示面31朝向驾驶席侧的姿势被设置。在以下的说明中，将显示面31面向的方向，且沿基本上与显示面31正交的虚拟轴线的方向设为正面方向FD。另外，将显示面板30的短边方向作为上下方向，将显示面板30的长边方向作为宽度方向WD。
在显示面31中多个像素被排列为二维状。在各像素设置有红色、绿色以及蓝色的子像素。显示面板30通过控制子像素的光的透过率，从而能够在显示面31上对各种图像进行彩色显示。显示面板30在显示面31具有画面显示区域32以及空中显示区域33。
画面显示区域32是以设置于车辆A的姿势在显示面31中位于空中显示区域33的下侧的区域。如图1所示，画面显示区域32被划分为长条的矩形状。画面显示区域32从壳体80露出，能够被驾驶员D视觉确认。画面显示区域32的面积大于空中显示区域33的面积。在画面显示区域32发光显示有成为画面显示图像63的设计。例如，在图1中是指针和数字速度显示。
空中显示区域33位于画面显示区域32的侧方。本实施方式的空中显示区域33以设置于车辆A的姿势被规定在画面显示区域32的上下左右侧方中的画面显示区域32的上方，位于显示面31的上边缘部分。空中显示区域33被划分为长条的矩形状。沿着上下方向的空中显示区域33的尺寸比画面显示区域32短。空中显示区域33配置于壳体80内，不从壳体80露出。空中显示区域33使作为空中显示图像60成像的图像的光朝向正面方向FD射出。
反射镜40是使铝或者镍等金属蒸镀到玻璃等基材而成的平板状的镜部件。在反射镜40的两面中的一方形成有反射面41。反射面41被形成为长条的矩形状。反射镜40以使反射面41的长边方向沿着宽度方向WD的姿势配置于空中显示区域33的正面方向FD。反射面41的长边方向上的尺寸被设定为空中显示区域33的宽度方向WD的尺寸以上。反射镜40位于反射器阵列50的下方，以将与空中显示区域33相向的反射面41相对于显示面31向上方倾斜约45度的姿势固定于壳体80。通过这样的姿势，反射镜40将从空中显示区域33射出的图像的光朝向上方的反射器阵列50反射。
反射器阵列50整体形成为矩形的板状。反射器阵列50与反射镜40同样地以使长边方向沿着宽度方向的姿势位于反射镜40的上方且空中显示区域33的正面方向FD。反射器阵列50以随着朝向正面方向FD而向下方倾斜的姿势固定于壳体80。如图2～图4所示，反射器阵列50是使从空中显示区域33射出并被反射面41反射的光在空间中成像的空中成像元件。通过反射器阵列50成像的空中显示图像60隔着反射器阵列50的基准平面RP位于作为光源的空中显示区域33的相反的一侧。
反射器阵列50是通过离散配置的多个单位光学元件51细致地分割光，并将分割后的光以几何光学的方式集中在指定的成像位置的二面角反射器阵列(Dihedral CornerReflector Array)。各个单位光学元件51沿着反射器阵列50的平面方向以规定的间距排列成二维状。
此外，为了对结构进行说明，图3以及图4所图示的各单位光学元件51被放大大于实际。另外，将通过板厚方向上的反射器阵列50的方向的中心，并且与反射器阵列50的平面方向平行的假想面作为反射器阵列50的基准平面RP。图3中的基准平面RP示意性地由点划线表示。
在各个单位光学元件51至少形成有以相互垂直的姿势相邻的二个镜面52、53。各镜面52、53形成为与基准平面RP垂直的姿势的平面状。为了形成这样的镜面52、53，作为一个例子，反射器阵列50被设为在作为基材的玻璃或者透光性的树脂材料上设置了多个微小的贯通孔54而成的结构。
各贯通孔54是被四个侧壁面划分出的四角孔。各贯通孔54能够使光沿反射器阵列50的板厚方向透过。各侧壁面中的至少相邻的二个面通过铝或者镍的蒸镀形成镜面52、53。各侧壁面中的其他的二个面可以为镜面状，或者也可以为不能反射的面。
一个单位光学元件51的一边例如为50μm～1000μm，优选为100μm左右。反射器阵列50的基材的厚度为50μm～1000μm，优选为100μm左右。通过这样的尺寸的设定，设本实施方式的各镜面52、53为正方形。
基于以上的结构的反射器阵列50使隔着基准平面RP从一侧入射的光通过各单位光学元件51射出到另一侧。入射到反射器阵列50的光在通过各单位光学元件51时，被二个镜面52、53一次次地按顺序反射。通过各单位光学元件51的光集中在相对于基准平面RP呈光学面对称的位置，成像为实镜映像(空中显示图像60)。根据上述的反射镜40以及反射器阵列50的对于空中显示区域33的配置以及姿势，空中显示图像60在空中显示区域33的上方并且对反射器阵列50在正面方向FD成像。通过反射器阵列50形成的空中显示图像60在驾驶员D通过双眼视觉确认了的情况下为左右有视差的立体映像。另外，驾驶员D在比光学的成像位置(参照图2)更靠里侧察觉空中显示图像60。
图1以及图2所示的壳体80由遮光性的树脂材料形成。壳体80收容显示面板30、反射镜40、以及反射器阵列50，并保持这些要素。在壳体80形成有折边部81以及收容空间82。折边部81沿着划分画面显示区域32和空中显示区域33的边界延伸成板状。收容空间82是画面显示区域32的上方并且被空中显示区域33的正面方向FD划分出的空间，收容空间82收容反射镜40以及反射器阵列50。
罩部件90被通过透光性的树脂材料形成为弯曲的板状。罩部件90整体为黑色或者较浓的灰等暗色。罩部件90与壳体80一起划分收容空间82，从上方覆盖反射器阵列50的射出面侧。在罩部件90中与反射器阵列50的射出面对置的范围设置有透过部91。对于透过部91的内侧面实施磨砂等透光性的涂层。通过这样的涂层，透过部91使从反射器阵列50射出的光透过，另一方面，成为隐藏反射器阵列50的暗色的区域。通过被透过部91覆盖，反射器阵列50难以从驾驶员D视觉确认。对罩部件90中除了透过部91以外的范围实施遮光性的涂层。通过这样的涂层，罩部件90的外表面的质感与仪表面板的外表面的质感相配合。
图2以及图5所示的显示控制电路70是将具有处理器、RAM、以及存储介质等的微型机71构成为主体的电子电路。显示控制电路70以能够通信的方式与安装于车辆A的通信总线73连接。另外，显示控制电路70与驱动显示面板30以及各指针21(参照图1)的二个步进电机78、79电连接。显示控制电路70根据从通信总线73获取到的车辆A的信息，控制绘制在画面显示区域32以及空中显示区域33上的各显示和各步进电机78、79的驱动。
到目前为止所说明的空中显示装置100在驾驶员D的前方同时显示画面显示区域32的画面显示图像63和在空间中成像的空中显示图像60。这样，不仅是空中显示图像60，画面显示图像63也被驾驶员D视觉确认，从而与仅是空中显示图像的显示相比，能够减少显示的不适感。
另外，如图1以及图2所示，空中显示装置100的显示面板30被设置为从驾驶员D角度观察画面显示区域32位于轮缘部分RM的内周侧。其结果，空中显示区域33位于从驾驶员D角度观察被轮缘部分RM隐藏的范围。从这样的空中显示区域33射出的光在被反射镜40反射后，通过反射器阵列50，在比空中显示区域33靠上方的空间中成像为空中显示图像60。通过以上所述，空中显示图像60不被轮缘部分RM隐藏，与显示于画面显示区域32的画面显示图像63相同地，能够被驾驶员D视觉确认。
另外，若是使用反射器阵列50使空中显示图像60在空间中成像的结构，则在从驾驶员D看到的轮缘部分RM的外周上侧不设置妨碍驾驶员D的前方视野这样的遮挡物。因此，能够在良好地维持驾驶员D的前方视野的同时进行有效地利用显示面板30的显示面31向驾驶员D的信息提示。
另外，在本实施方式中，反射从空中显示区域33射出的光的反射镜40设置于空中显示区域33与反射器阵列50之间。若是这样的结构，则能够将从空中显示区域33射出的光适当地成像在不与轮缘部分RM重叠的位置。
另外，若是如本实施方式那样，通过反射镜40使光向上方反射的结构，则能够使反射器阵列50的设置姿势接近为水平。根据以上所述，能够在上下方向上减小收容空间82，收容空间82向上方突出的情况能够被避免。因此，即使具备用于显示空中显示图像60的光学系统，驾驶员D的前方视野也被良好地维持。
并且，在本实施方式中，空中显示图像60的成像位置被设定在反射器阵列50的正面方向FD。其结果，成为暗色的罩部件90的外表面为从驾驶员D看到的空中显示图像60的背景。根据以上所述，空中显示图像60与背景的对比度能够被可靠地确保，所以驾驶员D能够视觉确认鲜明的空中显示图像60。
另外，本实施方式中的反射器阵列50通过被暗色的罩部件90覆盖，而从驾驶员D角度观察被隐藏。若是这样的结构，则即使在不显示空中显示图像60的显示的关闭状态中，空中显示装置100的上方也难以成为不自然的设计。
另外，由于方向盘SW的形状，而隐藏在轮缘部分RM的显示面31的范围容易长条。因此，本实施方式的空中显示区域33被长条地规定在显示面31的上边缘部分。根据这样的空中显示区域33的形状，容易被轮缘部分RM隐藏的显示面31的范围作为用于显示空中显示图像60的区域被可靠地有效利用。
此外，在本实施方式中，反射器阵列50相当于“空中成像元件”，罩部件90相当于“透过部件”。
(其他的实施方式)
以上，对本发明所提供的一个实施方式进行了说明，但本发明并不被解释为限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内应用于各种实施方式以及组合。
在上述实施方式中，使空中显示区域位于显示面的上边缘部分，使画面显示区域位于空中显示区域的下侧，从而使空中显示图像在比空中显示区域靠上方的空间中成像。但是，空中显示图像的成像位置并不局限于上述这样的空中显示装置的上方的空间。作为一个例子，使空中显示区域位于画面显示区域的左右的侧方，例如位于画面显示区域的左侧方以使画面显示区域相互相邻。而且，通过以与空中显示区域对置的方式设置反射器阵列的结构，空中显示图像也可以在画面显示区域的左侧方的空间中(副驾驶席侧的空间中)成像。并且，空中显示区域也可以被规定在画面显示区域的右斜上的侧方或者下方等。另外，多个空中显示区域也可以与画面显示区域相邻地设置。
另外，空中显示图像也可以不总是与画面显示区域同时显示。空中显示图像也可以不与在画面显示区域显示的一般显示，例如速度计、旋转计、燃料计、温度计等驾驶中的这些一般显示同时显示，而在对于驾驶员来说必要的时机显示。例如，也可以在车辆驾驶时，将接近本车辆的后方、侧方的其他车辆的位置信息作为空中显示图像显示。并且，空中显示图像的显示内容也可以包括与安心、安全有关的内容。
在上述实施方式中，在空中显示区域与反射器阵列之间设置有一个反射镜。但是，设置于空中显示区域与反射器阵列之间的光学系统的结构能够适当地变更。例如，空中显示装置也可以是将从空中显示区域射出的光直接地入射到反射器阵列的一方的入射面的结构。并且，多个(例如三个)反射镜设置于从空中显示区域到反射器阵列的光路。
具体而言，第一反射镜将从空中显示区域向正面方向FD射出的光向上方反射。第二反射镜将被第一反射镜向上方反射的光朝向里侧(车辆前方)反射。第三反射镜将被第二反射镜反射的光再次朝向上方的反射器阵列反射。若是以上的结构，则能够使空中显示图像的成像位置远离驾驶员D，所以减少了使视线从前景向空中显示图像移动时使焦距变化的驾驶员D的负荷。
上述实施方式的反射器阵列是在各贯通孔中的二个侧壁面形成有镜面的结构。但是，反射器阵列的结构只要能够形成具有二个垂直的镜面的多个单位光学元件，则可以适当地变更。例如，反射器阵列也可以是将透明的四棱柱状的突起部作为单位光学元件，并将多个突起部排列成二维状的结构。在这样的结构中，突起部的四个侧壁面中的相邻的二个为镜面状。并且，在各单位光学元件形成的二个镜面也可以为在板厚方向上错开的配置。另外，形成二个镜面的贯通孔只要能够使光透过，则也可以不物理贯通。
上述实施方式的空中显示图像在反射器阵列的正面方向FD成像。但是，空中显示图像的成像位置可以通过反射镜以及反射器阵列等光学系统的相对于空中显示区域的相对位置以及姿势的变更适当地调整。
在上述实施方式中，设置有覆盖反射器阵列的罩部件。但是，也可以通过省略与罩部件相当的结构，从而成为反射器阵列的射出侧的面露出为能够从驾驶员D视觉确认。另外，罩部件也可以是例如构成仪表面板的部件或者仪表面板的一部分，不包含于空中显示装置的结构。
上述实施方式的空中显示区域形成为将宽度方向WD作为长边方向的长条。但是，空中显示区域的形状也可以适当地变更。并且，也可以在显示面的上边缘部分规定多个空中显示区域。例如，也可以在容易被轮缘部分RM隐藏的上边缘部分的左右的角部各形成有一个空中显示区域。并且，画面显示区域以及空中显示区域也可以不是矩形状。例如，画面显示区域的上缘也可以与轮缘部分RM的内周侧的形状匹配，而中央朝向上方弯曲成凸状。
并且，显示面板的结构以及形状能够适当地变更。例如显示面板也可以是使用不是矩形状的异型的液晶显示器的结构。并且，形成显示面的结构并不局限于液晶显示器。例如显示面板也可以是有机EL(Electro luminescence：电致发光)显示器。另外，显示面也可以不是平面状。显示面也可以是随着朝向宽度方向WD的两侧，弯曲为远离驾驶员D或者接近驾驶员D的形状。根据这样的显示面的弯曲，空中显示图像也为立体感的显示方式。

Claims (7)

1.一种空中显示装置，其安装于车辆(A)且向坐在车辆的驾驶席的驾驶员(D)显示信息，其特征在于，具备：
显示面板(30)，以使图像发光的显示面(31)朝向驾驶席侧的姿势配置，在所述显示面具有画面显示区域(32)以及位于画面显示区域的侧方的空中显示区域(33)；以及
空中成像元件(50)，将从所述空中显示区域射出的光作为空中显示图像(60)在所述空中显示区域的侧方的空间中成像。
2.根据权利要求1所述的空中显示装置，其特征在于，
所述空中显示区域以被设置的姿势位于所述显示面的上边缘部分，
所述画面显示区域位于所述空中显示区域的下侧，
所述空中成像元件被配置为使所述空中显示图像在比所述空中显示区域靠上方的空间中成像。
3.根据权利要求1所述的空中显示装置，其特征在于，
所述显示装置还具备反射镜(40)，该反射镜(40)使从所述空中显示区域射出的光向所述空中成像元件反射。
4.根据权利要求3所述的空中显示装置，其特征在于，
所述反射镜将从所述空中显示区域射出的光向上方反射，
所述空中成像元件位于所述反射镜的上方，使所述空中显示图像相对于所述空中成像元件在面向所述显示面的正面方向(FD)成像。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的空中显示装置，其特征在于，
所述空中显示装置还具备暗色的透过部件(90)，该透过部件(90)通过覆盖所述空中成像元件而从所述驾驶席侧隐藏所述空中成像元件，并使从所述空中成像元件射出的光透过。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的空中显示装置，其特征在于，
所述空中显示区域被长条地规定在所述显示面的上边缘部分，
所述空中成像元件通过使从所述空中显示区域射出的光成像而使长条的所述空中显示图像成像。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的空中显示装置，其特征在于，
所述空中显示区域被规定为包括所述显示面中从所述驾驶员角度观察被所述车辆的方向盘隐藏的范围。
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