CN110583015B - 图像显示单元 - Google Patents

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Abstract

为了实现显示图像的位置的设计自由度优异的图像显示单元，图像显示单元(1A)具备拍摄观察对象空间的摄像部(10)、实时在显示区域显示由摄像部(10)拍摄的图像的图像显示装置(11)、投影由图像显示装置(11)显示的图像并使其在无屏的空间成像的成像部。

Description

图像显示单元
技术领域
本发明涉及图像显示单元。
背景技术
已知实时观察包括车辆等的空间外部的环境的图像显示单元。例如专利文献1公开有如下技术：通过摄像部拍摄因车内的支柱部而成为驾驶者的死角的车辆外侧区域的实时图像，通过显示单元在车内的显示面(显示屏)显示该实时图像。
另外，专利文献2所记载的显示装置将由摄像部拍摄的图像通过投影部投影在全息光学元件上，通过全息光学元件使由投影部投影的图像朝向观察者衍射。
另外，专利文献3公开有图像显示装置，通过立体显示器显示利用拍摄车辆的后方或侧方中的至少任一方的摄像单元拍摄的图像。专利文献3记载的技术将显示后方的实时图像的显示装置安装在车内的车室内后视镜的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报“特开2015－71335号公报(2015年4月16日公开)”
专利文献2：日本公开专利公报“特开2011－213184号公报(2011年10月27日公开)”
专利文献2：日本公开专利公报“特开2003－339060号公报(2003年11月28日公开)”
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1～3中所记载的技术中，由于是在固定的显示屏上显示图像的技术，因此，观察者和显示图像的距离被固定。因此，有时根据观察者和显示屏的位置关系，观察者难以观察到显示图像。
本发明的一方式的目的在于，实现显示图像的位置的设计自由度优异的图像显示单元。
为了解决上述课题，本发明的一方式的图像显示单元的特征在于，具备：摄像部，其拍摄观察对象空间；图像显示部，其在显示区域实时显示由所述摄像部拍摄的图像；成像部，其投影由所述图像显示部显示的图像，使其在无屏的空间成像。
发明效果
根据本发明的一方式，可实现显示图像的位置的设计自由度优异的图像显示单元。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的图像显示单元的概要的示意图。
图2是表示本发明的实施方式的图像显示单元的概要的侧视图。
图3是表示图1及图2所示的图像显示单元的变形例的概略结构图。
图4是表示图1及图2所示的图像显示单元的又一变形例的概略结构图。
图5是表示用于车内的驾驶者观察被车内的遮蔽物遮掩的死角对象空间的本发明实施方式的图像显示单元的应用例的示意图。
图6是示意表示将本发明实施方式的图像显示单元配置于车内前方的支柱部、仪表盘部及顶棚部的状态的图。
图7表示摄像部拍摄车辆的侧方空间的结构的一例，(a)是表示成像部的位置的图，(b)是表示(a)的导光板附近的概略结构图。
图8表示摄像部拍摄车辆的后方空间的结构的一例，(a)是表示成像部经由导光板未将实时图像成像的状态的图，(b)是表示成像部经由导光板将实时图像成像的状态的图。
图9是概略表示图8的(a)及(b)所示的结构所具备的图像显示单元的主要部分结构的图。
具体实施方式
(图像显示单元的结构)
参照图1及图2对本实施方式的图像显示单元1A的主要部分结构的一例进行说明。图1是表示图像显示单元1A的概要示意图。图2是表示图像显示单元1A的概要侧视图。
如图1及图2所示，图像显示单元1A具备拍摄观察对象空间的摄像部10、图像显示装置11(图像显示部)、成像透镜12、准直透镜13、导光板14、保护罩15。将图像显示单元1A的由图像显示装置11显示的图像在空间成像的成像部具备成像透镜12、准直透镜13、导光板14、保护罩15。
此外，沿着Y轴方向依次配置有图像显示装置11、成像透镜12、准直透镜13及导光板14。另外，沿着Z轴方向按顺序配置有导光板14及保护罩15。此外，在此，在与导光板14的底面14b平行的面上，将入射面14a的长度方向视为X方向，将入射面14a的法线方向视为Y方向。而且，将位于导光板14的底面14b的相反侧的表面侧的光出射面14c的法线方向视为Z方向。
摄像部10只要是可拍摄观察对象空间的部件，就没有特别的限定。摄像部10例如可列举CCD相机。
图像显示装置11根据从控制装置(未图示)接收的视频信号，在显示区域显示由摄像部10拍摄的二维图像或三维图像。图像显示装置11通过在显示区域显示图像而能够输出图像光，例如是一般的液晶显示器。此外，在图示的例子中，图像显示装置11的显示区域及与该显示区域相对的导光板14的入射面14a均被配置为与XZ平面平行。另外，导光板14的配置有后述的棱镜141的底面14b及与该底面14b相对的对保护罩15射出光的光出射面14c均被配置为与XY平面平行。进而，保护罩15的设置有后述的狭缝151的面也被配置为与XY平面平行。此外，图像显示装置11的显示区域和导光板14的入射面14a可以相对配置，图像显示装置11的显示区域也可以相对于入射面14a倾斜配置。
成像透镜12配置于图像显示装置11和入射面14a之间。成像透镜12使从图像显示装置11的显示区域输出的图像光在与入射面14a的长度方向平行的XY平面收敛之后，将其向准直透镜13射出。成像透镜12只要能够使图像光收敛，则可以是任意的种类。例如，成像透镜12可以是体光学透镜(バルクレンズ)、菲涅尔透镜或衍射透镜等。另外，成像透镜12也可以是沿着Y轴方向配置的多个透镜的组合。
准直透镜13配置于图像显示装置11和入射面14a之间。准直透镜13将由成像透镜12收敛的图像光在与入射面14a的长度方向正交的YZ平面上平行光化。准直透镜13使平行光化的图像光向导光板14的入射面14a出射。准直透镜13与成像透镜12同样，也可以是体光学透镜及菲尔涅透镜。此外，成像透镜12和准直透镜13的配置顺序也可以相反。另外，关于成像透镜12和准直透镜13的功能，既可以通过一个透镜实现，也可以通过多个透镜的组合来实现。即，只要图像显示装置11能够将从显示区域输出的图像光在XY平面收敛并在YZ平面平行光化，成像透镜12及准直透镜13的组合可以是任意的形式。
导光板14由透明的部件构成，在入射面14a接收由准直透镜13平行光化的图像光，并从光出射面14c出射。在图示的例子中，导光板14具备形成为平板状的长方体外形，将与准直透镜13相对的与XZ平面平行的面设为入射面14a。另外，将与XY平面平行且存在于Z轴的负方向侧的面设为底面14b，将XY平面平行且与底面14b相对的面设为光出射面14c。导光板14具备多个棱镜(出射结构部)141。
多个棱镜141反射从导光板14的入射面14a入射的图像光。棱镜141在导光板14的底面14b从底面14b朝向光出射面14c突出设置。例如在图像光的传播方向为Y轴方向时，多个棱镜141是在该Y轴方向以规定的间隔(例如，1mm)配置的在Y轴方向具有规定的宽度(例如，10μm)的大致三角形的槽。棱镜141具备棱镜141所具有的光学面中相对于图像光的导光方向(+Y轴方向)距入射面14a靠近侧的面即反射面(光学面)141a。在图示的例子中，多个棱镜141在底面14b上与X轴平行地设置。由此，在Y轴方向传播的从入射面14a入射的图像光被平行于与Y轴正交的X轴设置的多个棱镜141的反射面141a反射。多个棱镜141各自使从图像显示装置11的显示区域中在与入射面14a的长度方向正交的Z轴方向上的相互不同的位置发出的图像光朝向规定的视点100从导光板14的一面即光出射面14c出射。对于反射面141a，后面将详述。
保护罩15由对于可见光不透明的材料构成，具备多个狭缝151。保护罩15能够利用多个狭缝151仅透射从导光板14的光出射面14c射出的光中朝向平面102上的成像点101的光。
多个狭缝151仅透射从导光板14的光出射面14c射出的光中朝向平面102上的成像点101的光。在图示的例子中，多个狭缝151设置为与X轴平行。另外，各狭缝151与多个棱镜141中任一棱镜141对应。
通过具有以上的结构，图像显示单元1A使显示于图像显示装置11的图像在该图像显示单元1A的外部的假想的平面102上成像投影。具体而言，首先，从图像显示装置11的显示区域射出的图像光通过成像透镜12及准直透镜13之后，入射到导光板14的端面即入射面14a。接着，入射到导光板14的图像光在该导光板14的内部传播，到达设置于导光板14的底面14b的棱镜141。到达了棱镜141的图像光被该棱镜141的反射面141a向Z轴的正方向反射，从配置为与XY平面平行的导光板14的光出射面14c射出。然后，从光出射面14c射出的图像光中通过保护罩15的狭缝151的图像光在平面102上的成像点101成像。即，对于从图像显示装置11的显示区域的各点发出的图像光，在XY平面收敛并在YZ平面平行光化后，可投影在平面102上的成像点101。通过对显示区域的所有的点进行上述处理，图像显示单元1A可以将输出到图像显示装置11的显示区域的图像投影在平面102上。由此，当用户从视点100观察假想的平面102时，能够看到被投影在空中的图像。此外，平面102是将投影的图像成像的假想平面，但为了提高可见性，也可以配置屏等。
此外，在将准直透镜13配置为入射面14a的中心和准直透镜13的光轴在Z轴方向上一致的情况下，投影在平面102上的图像会产生以下的问题。即，在与准直透镜13的光轴正交的XZ平面内，从相对于Z轴方向隔着光轴等距离的2点各自发出并经由入射面14a入射到导光板14内的光，将会与底面14b形成相同的角度。因此，来自这些2点的光由相同的棱镜141反射而朝向平面102。因此，存在从视点100可看到这2点重叠的问题。
因此，图像显示装置11优选在Z轴方向上配置为显示区域整体位于比导光板14更靠正方向侧或负方向侧的位置。在本实施方式中，图像显示装置11的显示区域整体配置于比导光板14靠负方向侧的位置。该情况下，为了增加从图像显示装置11经由准直透镜13入射到导光板14内的光的量，可在图2中的虚线所示的位置配置反射镜20。在Z轴方向上，反射镜20优选隔着准直透镜13的光轴配置于图像显示装置11的相反侧，并且，具有与光出射面14c平行且朝向图像显示装置11的反射面。
另外，如图2所示，与从图像显示装置11的显示区域中处于Z轴的正方向侧的点发出的图像光相比，从处于负方向侧的点发出的图像光将会入射到位于距图像显示装置11更近的位置的棱镜141。然后，在棱镜141被反射，透过与该棱镜141对应的狭缝151。
图3是表示图1及图2所示的图像显示单元1A的变形例的概略结构图。此外，图3中表示概略结构，仅表示摄像部10、图像显示装置11、准直透镜13、导光板14的结构。
如图3所示，图像显示单元1B与图像显示单元1A的区别在于，关于导光板14的光出射面14c，图像显示单元1B通过由棱镜141反射的光在位于观察者的相反侧的平面112上使虚像成像。
如图3所示，图像显示单元1C不具备图1及2所示的成像透镜12。因此，从图像显示装置11的显示区域输出的图像光不在与入射面14a的长度方向平行的XY平面收敛而是发散，入射到导光板14的入射面14a。这样在XY平面发散的图像光在导光板14传播，在棱镜141被反射，从光出射面13c射出。此时，多个棱镜141各自使从图像显示装置11的显示区域中在与入射面14a的长度方向正交的Z轴方向上相互不同的位置发出的图像光朝向规定的视点100从导光板14的一面即光出射面14c射出。
此时，在导光板14传播的图像光是在XY平面发散的光，因此，由多个棱镜141反射的光并非朝向视点100收敛，而是发散。因此，由多个棱镜141反射的光以关于导光板14的光出射面14c从位于观察者的相反侧的平面112的成像点111射出的方式从光出射面14c出射。即，利用由多个棱镜141反射的光，在平面112形成虚像。由此，观察者可以在相对于导光板14在观察者的相反侧的空间看到立体图像。
此外，图3所示的结构不设置成像透镜12，使在XY平面发散的图像光入射到导光板14。但是，图像显示单元1B只要是使在XY平面发散的图像光能够入射到导光板14的结构，就不限于图3所示的结构。例如，也可以是在图像显示装置11和导光板14之间设置有使图像光在XY平面发散射出的凹透镜的结构。
另外，在图1及图2所示的图像显示单元1A中，根据成像透镜12的焦点距离，可调节成像的平面102。因此，即使是具备成像透镜12的图1及图2所示的结构，通过适当设定焦点距离，虚像也可在位于观察者的相反侧的平面112上成像。
图4是表示图1及图2所示的图像显示单元1A的又一变形例的概略结构图。作为该变形例的图像显示单元1C在图1及图2所示的图像显示单元1A中代替准直透镜13使用将来自图像显示装置11的图像光朝向导光板14进行导光的导光部件。
在图像显示单元1C中准直透镜131及导光部件132配置为：从图像显示装置1发出的图像光经由准直透镜131及导光部件132到达导光板14的入射面14a，且该光成为在YZ平面具有与图像显示装置11上的位置对应的角度的平行光，且在XY平面也成为平行光。需要说明的是，准直透镜131及导光部件132是准直部件的另外一例。另外，准直透镜131及导光部件132与导光板14一起构成成像部。
具体而言，导光部件132是形成为长方体状的透明的部件，短边方向的一面作为入射面132a形成。另外，沿着导光部件132的长度方向的一面作为射出从入射面132a入射的光的出射面132c形成，与出射面132c相对的面作为扩散面132b形成。而且，优选导光部件132形成为：导光部件132的长度方向的长度与入射面14a的长度方向的长度大致相等，且YZ平面的导光部件132的厚度比导光板14的YZ平面的厚度厚。由此，导光部件132维持基于图像显示装置11的显示面上的Z方向位置的光的角度，并能够将来自图像显示装置11的光导向导光板14。
另外，导光部件132配置为导光部件132的出射面132c与导光板14的入射面14a相对。另外，图像显示装置11配置为经由准直透镜131与导光部件132的入射面132a相对，且位于准直透镜131的前侧焦点。即，在本例中，图像显示装置11配置为图像显示装置11的显示面与导光板14的入射面14a正交的方向平行。因此，在本变形例中，能够使图像显示装置小型化，并且显示装置整体也小型化。此外，在本变形例中，入射面也可以形成为导光部件的入射面和出射面形成的角成为正交的角度以外的角度，例如锥形。另外，导光部件132和导光板14也可以一体形成。
从图像显示装置11发出的光通过准直透镜131与方向无关地被平行化，从导光部件132的入射面132a入射到导光部件132。即，从图像显示装置11发出的光成为朝向与图像显示装置11上的显示位置对应的方向的平行光。而且，该平行化的光在导光部件132内经历着全反射而传播，通过设置于导光部件132的扩散面132b上的多个棱镜133(光路转换部)朝向出射面132c反射。
各棱镜133沿着X方向(即，导光板14的入射面14a的长度方向)以规定的间距(例如，1mm)配置为栅格状。各棱镜133形成为例如沿着Z方向延伸且在X方向上保持规定的宽度(例如，10μm)的大致三角形状的槽。而且，各棱镜133具有相对于扩散面132b形成规定的角度β且与入射面132a相对的反射面。在此，规定的角度β设定为使来自入射到导光部件132的图像显示装置11的光发生全反射而朝向出射面132c的角度，例如相对于扩散面132b形成37～45°。另外，各棱镜133以角度β越远离入射面132a的棱镜133越大的方式形成，从而使在XY平面上朝向相同方向的光在规定的成像面汇聚成一点。由此，与图像显示单元1A同样，从导光部件132射出的光在导光板14的入射面14a的短边方向(即，厚度方向)上被平行化，另一方面，对于入射面14a的长度方向则发生收敛。因此，与图像显示单元1A同样，图像显示单元1B能够将显示于图像显示装置11的图像进行空间投影。
此外，准直透镜131及导光部件132例如分别通过将对可见光透明的材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚碳酸酯、环烯烃聚合物这类树脂)成型而形成。
此外，在导光部件132的出射面132c和导光板14的入射面14a之间也可以配置关于入射面14a的长度方向具有正屈光力的柱面透镜。该情况下，关于入射面14a的长度方向，通过柱面透镜使来自图像显示装置11的光收敛，因此，导光部件132的各棱镜133的反射面的角度可以彼此相同。
上述的图像显示单元1A～1C可以是具备图像显示装置11、将来自图像显示装置11的图像光平行光化的准直部、导光板14的结构。例如，在图像显示单元1A中，上述准直部相当于成像透镜12及准直透镜13。而且，图像显示单元1A～1C与图像显示装置11和上述准直部为异体。但是，本实施方式的图像显示单元不限于这样的结构，也可以是使来自图像显示装置11的图像光作为平行光入射到导光板14的入射面12a的结构。例如，可以是图像显示装置11和上述准直部成为一体的结构，即，图像显示装置11本身是射出被平行光化的图像光的结构。
如上所述，本实施方式的图像显示单元1A～1C为具备拍摄观察对象空间的摄像部10、图像显示装置11(图像显示部)、使通过图像显示装置11显示的图像在空间成像的成像部的结构。而且，成像部具备成像透镜12、准直透镜13、导光板14、保护罩15。
在现有技术中，由于是在固定的显示屏上显示图像，所以观察者和显示图像之间的距离被固定。因此，根据观察者和显示屏的位置关系，有时观察者难以观察到显示图像。
另一方面，在本实施方式的图像显示单元1A～1C中，由图像显示装置11显示通过摄像部10拍摄到的观察对象空间的实时图像，通过成像部使所显示的图像在无屏的空间成像。即，在本实施方式中，并非是将实时图像在位置固定的显示屏上显示，而是通过成像部使其在空间成像，供观察者确认。而且，在空间通过成像部成像的实时图像和观察者的位置关系(是在靠近观察者的位置配置图像，还是在远处配置等)可通过成像部的结构部件的设计(例如导光板14的棱镜141的结构等)进行设定。因此，根据本实施方式，能够实现显示图像相对于观察者的位置的设计自由度优异的图像显示单元，起到对于观察者可在最适合的位置显示(成像)实时图像的效果。
在本实施方式的图像显示单元1A～1C中，也可以是摄像部10拍摄在观察者的观察方向上由遮蔽物遮挡的死角对象空间，通过成像部使死角对象空间在空间内成像的结构。在这样的结构的情况下，上述成像部(更具体而言，导光板14)设置于上述遮蔽物的朝向上述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。通过这样形成，观察者将视线朝向由遮蔽物遮挡的死角对象空间的情况下，可在视线的前方观察到死角对象空间。因此，观察者能够无违和感地确认死角对象空间。
本实施方式的图像显示单元1A～1C的使用用途没有特别限定，但特别优选用于车辆。即，优选在车辆驾驶中或停止中车内的驾驶者或搭乘者为了从座席确认车外环境及车内环境(发动机及轮胎)，使用本实施方式的图像显示单元1A～1C。
另外，上述成像部优选使上述图像在该成像部的导光板14的与观察者相反侧的空间成像。在该情况下，成像部在相对于导光板14的与观察者相反侧的空间使实时图像成像。观察者可将由成像部成像的实时图像确认为远处的图像，而不是靠近该观察者的图像。例如，为了确认车外空间，在设置了以往的图像显示单元(例如专利文献1中记载的装置)的情况下，摄像部设置于车外，并且显示由摄像部拍摄到的图像的图像显示装置设置于车内。根据摄像部的设置位置和图像显示装置的设置位置的偏差，从观察者观察时，由图像显示装置显示的实时图像处于比实际上从窗户等观察的车外环境的景色更近的位置。因此，观察者产生由图像显示装置显示的实时图像和实际从窗户观察的景色之间的焦点位置的偏差，感觉到实时图像存在违和感。
另一方面，根据本实施方式，观察者将由成像部成像的实时图像确认为远处的图像(进深图像)，而不是距该观察者近的图像。因此，由图像显示装置11显示的实时图像和实际上从窗户观察的景色的焦点的偏差变小，观察者能够缓解实时图像的违和感。
另外，例如，在专利文献2记载的显示装置将通过摄像部拍摄的图像利用投影部投影在全息光学元件上，并通过全息光学元件将由投影部投影的图像朝向观察者进行衍射。在该结构中，由投影部投影的图像光通过全息光学元件朝向观察者衍射。因此，观察由投影部投影的图像的对象者仅为观察者。观察者以外的人(例如驾驶者以外的同乘者)不能观察到由投影部投影的图像。另一方面，根据本实施方式，由于是通过成像部在空间使由图像显示装置11显示的图像成像，因此不仅是观察者，同乘者也能够观察到实时图像。
另外，作为用于从车内确认车外空间的图像显示单元，目前公知的是平视显示器。平视显示器基本上是利用投影机投影由摄像部拍摄的图像并利用反射镜反射该投影光的结构。因此，在根据形成投影机的投影距离、反射镜的反射所需的光学距离等的设定向远离观察者的方向投影图像的情况下，装置将会大型化。另外，难以向远离观察者的方向投影图像。
另一方面，在本实施方式中，通过成像部的结构部件的设计(例如导光板14的棱镜141的结构等)，能够形成向远离观察者的方向投影图像的结构。因此，能够实现轻便且紧凑的图像显示单元。
(本实施方式的图像显示单元的应用例)
以下，对在车辆中应用本实施方式的图像显示单元1A～1C的应用例进行说明。图5是表示车内的驾驶者用于观察由车内的遮蔽物遮挡的死角对象空间的图像显示单元的应用例的示意图。另外，图6是示意表示本实施方式的图像显示单元配置于车内前方的支柱部P、仪表盘部D及顶棚部C的状态的图。
如图5所示，摄像部10可以拍摄由车辆内的支柱部P遮挡的死角对象空间。该情况下，成像部的导光板14设置于支柱部P的驾驶者朝向死角对象空间的观察方向的视线S通过的位置。该情况下，驾驶者在使视线S朝向被支柱部P遮挡的死角对象空间时，可在视线S的前方观察到死角对象空间。因此，如图6所示，驾驶者能够无违和感地确认被支柱部P遮挡的死角对象空间。另外，在该结构中，通过成像部，死角对象空间的图像在位于远离驾驶者的空间位置的平面112成像。因此，通过导光板14成像的摄像部10的实时图像和实际上从窗户观察的景色的偏差变小，驾驶者能够缓解实时图像的违和感。
另外，如图5所示，摄像部10也可以拍摄被车辆内的仪表盘部D遮挡的死角对象空间。该情况下，成像部的导光板14设置于仪表盘部D的驾驶者朝向死角对象空间的观察方向的视线S通过的位置。该情况下，在驾驶者使视线S朝向被仪表盘部D遮挡的死角对象空间时，可在视线S的前方观察到死角对象空间。该情况下，在死角对象空间存在车辆的轮胎T。因此，如图6所示，驾驶者能够确认原来被车内的仪表盘部D遮挡的轮胎T的驾驶中或停止中的状况。另外，在该结构中，通过成像部，死角对象空间的图像在位于远离驾驶者的空间位置的平面112成像。另外，该平面112与轮胎T的位置大致相同。因此，驾驶者能够无违和感地确认被仪表盘部D遮挡的位于死角对象空间的轮胎T。
另外，虽然在图5中未例示，但摄像部10也可以拍摄被车辆内的顶棚部遮挡的死角对象空间。该情况下，成像部的导光板14设置于顶棚部的驾驶者或同乘者朝向死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。因此，如图6所示，驾驶者能够确认被顶棚部C遮挡的死角对象空间。能够使被顶棚部C遮挡的死角对象空间内的对象物(例如信号)经由导光板14投影到与车身和对象物的实际距离匹配的平面内，以便透过车身观察。因此，观察者能够不对焦点地观察对象物。另外，能够追随车辆的移动观察被顶棚部C遮挡的对象物。
另外，摄像部10也可以拍摄被车辆内的门部遮挡的死角对象空间。该情况下，成像部的导光板14设置于门部的驾驶者或同乘者朝向死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。
图7表示摄像部10拍摄车辆的侧方空间的结构的一例，图7(a)是表示成像部的位置的图，图7(b)是表示图7(a)的导光板附近的概略结构图。
如图7(a)及(b)所示，摄像部10也可以拍摄车辆的侧方空间。该情况下，摄像部10拍摄车辆侧方的后方空间。例如，摄像部10拍摄与通常由车辆的侧反射镜映出的空间大致相同的空间。该情况下，成像部的导光板14设置于车辆的门窗上。并且，图像显示装置11配置为与导光板14的侧面相对。导光板14的与图像显示装置11相对的侧面为图像光的入射面。
在图7(a)及(b)所示的结构中，车辆的侧方的后方空间的图像通过成像部在远离驾驶者的空间位置的平面112上成像。另外，该实时图像成像的平面112相对于导光板14倾斜。驾驶者可在朝向前方的状态下无违和感地从门窗观察到由摄像部10拍摄的车辆侧方的后方空间。此外，根据成像部的结构部件的设计(例如导光板14的棱镜141的结构等)，可使实时图像在相对于导光板14倾斜的平面112上成像。
另外，通过调整图像显示装置11相对于导光板14的位置，可设计实时图像的成像位置。
例如，在图像显示单元1A中，为了显示可观察到位于导光板14的背面侧的在图像显示装置11的显示区域所显示的图像的虚像，也可以省略成像透镜12。该情况下，在离导光板14的入射面14a规定距离的位置配置图像显示装置11即可。入射面14a和图像显示装置11的距离相当于：将光从导光板14出射的位置和导光板14的入射面14a之间的距离除以导光板14的折射率和该光在导光板14内传播时的该光和出射面14c形成的角的余弦之积，从虚像和导光板14间的距离减去所得到的该值。此外，如图1及图2所示的结构，在利用狭缝151的情况下，将与入射面14a正交的方向上的各狭缝151的位置根据所显示的虚像的位置确定即可。另外，在根据成像的像位置设定各棱镜141的反射面的角度的情况下，根据所显示的虚像的位置设定各棱镜141的反射面的角度即可。即，越远离入射面14a的棱镜141，该棱镜141的反射面的角度越小。
根据图7(a)及(b)所示的结构，车辆的驾驶者能够无违和感地看到车辆侧方(特别是侧后方)的空间。
此外，在图7(a)及(b)所示的结构中，成像部的导光板14也可以设置于车辆的门窗上。但是，在摄像部10拍摄车辆的侧方空间的情况下，导光板14不限于车辆的门窗，也可配置于驾驶者或搭乘者可视认的部分即可。例如，导光板14可以配置于仪表盘上。
图8表示摄像部10拍摄车辆的后方空间的结构的一例。而且，图8(a)是表示成像部未经由导光板14使实时图像成像的状态的图，图8(b)是表示成像部经由导光板14使实时图像成像的状态的图。图9是概略表示在图8(a)及(b)所示的结构中具备的图像显示单元的主要部分结构的图。
如图8(a)及(b)所示，摄像部10可以拍摄车辆的后方空间。例如，摄像部10拍摄在通常的车辆向后方倒车时与驾驶者回头朝向后方视认的空间大致相同的空间。该情况下，成像部的导光板14设置于比车辆的驾驶席2更靠后方且位于驾驶席2和助手席3之间的位置。例如，如图9所示，在驾驶席2的后方设置有遮蔽物4的情况下，导光板14设置于遮蔽物4的与驾驶席2及助手席3相对的面，从前方观察时设置于驾驶席2和助手席3之间的位置。
在图8(a)所示的成像部未经由导光板14使实时图像成像的状态下，导光板14是可见光透过的透光性部件。因此，当驾驶者从驾驶席2向后方回头时，经由导光板14观察到遮蔽物4。另一方面，在图8(b)所示的成像部经由导光板14使实时图像成像的状态下，当驾驶者从驾驶席2向后方回头时，观察到在导光板14成像的后方的实时图像。这时，根据图8(a)及(b)所示的结构，即使是驾驶者向后方回头时因遮蔽物而不能观察到车身后方空间的情况下，驾驶者也可以经由图像显示单元的导光板14观察到车身后方空间。
如图9所示，在图8(a)及(b)所示的结构所具备的图像显示单元中，由摄像部10拍摄的图像通过图像显示装置11显示于显示面。而且，成像部经由导光板14使通过图像显示装置11显示的图像在空间成像。此时，由摄像部10拍摄的车身后方的实时图像成像于远离驾驶者的空间位置的平面112上。因此，驾驶者能够缓解实时图像的违和感。
此外，导光板14的设置位置不限于图8(a)及(b)所示的位置，只要是驾驶者能够无违和感地视认的位置即可。例如，也可以设置于驾驶者的前方(例如车室内后视镜的设置位置)。即，上述成像部的导光板14也可以设置于比车辆的驾驶席更靠前方且位于驾驶席和助手席之间的位置。在该结构中，将本实施方式的图像显示单元用作车室内后视镜。根据该结构，与在车内的车室内后视镜的位置安装显示后方的实时图像的显示装置的技术(例如在专利文献3记载的技术)相比，实时图像在更远离驾驶者的空间位置成像。因此，驾驶者能够在适当的距离看到成像图像。
本发明不限于上述的各实施方式，在保护范围所示的范围内可进行各种变更，对于适当组合在不同的实施方式分别公开的技术手段而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内。
〔总结〕
本发明的实施方式的图像显示单元，其特征在于，具备：摄像部，其拍摄观察对象空间；图像显示部，其在显示区域实时显示由所述摄像部拍摄的图像；成像部，其投影由所述图像显示部显示的图像，使其在无屏的空间成像。
根据上述的结构，通过所述图像显示部显示由所述摄像部拍摄的观察对象空间的实时图像，通过所述成像部使所显示的图像在无屏的空间成像。即，根据上述的结构，通过所述成像部使实时图像在空间成像，以供观察者确认，而不是使图像显示于位置固定的显示屏上。而且，通过成像部在空间成像的实时图像和观察者的位置关系可根据所述成像部的结构部件的设计设定。因此，根据上述的结构，起到能够实现显示图像相对于观察者的位置的设计自由度优异的图像显示单元的效果。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述摄像部拍摄在观察者的观察方向上被遮蔽物遮挡的死角对象空间的至少一部分，所述成像部设置于所述遮蔽物的朝向所述死角对象空间的所述观察方向的视线通过的位置。
根据上述的结构，所述成像部设置于所述遮蔽物的朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。由此，当观察者使视线朝向被遮蔽物遮挡的死角对象空间的情况下，会在视线的前方观察到死角对象空间。因此，观察者能够无违和感地确认死角对象空间。
在本发明的实施方式的图像显示单元中，所述成像部使所述图像在该成像部的与观察者相反的一侧的空间成像。
根据所述结构，成像部使实时图像在与观察者相反侧的空间成像。因此，观察者可将由成像部成像的实时图像确认为远处的图像，而不是距该观察者近的图像。因此，根据上述的结构，由所述图像显示部显示的实时图像和实际的死角对象空间的焦点偏差变小，观察者能够缓解实时图像的违和感。
本发明的实施方式的图像显示单元优选用于车辆。
本发明的实施方式的图像显示单元可以是，所述摄像部拍摄被车辆内的顶棚部遮挡的死角对象空间，所述成像部设置于所述顶棚部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。
根据上述结构，可以将被所述顶棚部遮挡的死角对象空间内的对象物经由所述成像部投影在与车身和对象物的实际距离匹配的平面内，如同透过车身观察。因此，观察者可以不对焦点地观察对象物。另外，可以追随车辆的移动观察被所述顶棚部遮挡的对象物。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述摄像部拍摄被车辆内的支柱部遮挡的死角对象空间，所述成像部设置于所述支柱部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。
根据上述的结构，车辆的驾驶者能够无违和感地确认被支柱部遮挡的死角对象空间。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述摄像部拍摄被车辆内的仪表盘部遮挡的死角对象空间，所述成像部设置于所述仪表盘部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过位置。
根据上述的结构，车辆的驾驶者能够无违和感地确认被仪表盘部遮挡的死角对象空间。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述摄像部拍摄被车辆内的门部遮挡的死角对象空间，所述成像部设置于所述门部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。
根据上述的结构，车辆的驾驶者能够无违和感地确认被门部遮挡的死角对象空间。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述摄像部拍摄车辆的侧方空间，所述成像部设置于所述车辆的门部的窗上。
根据上述的结构，车辆的驾驶者能够无违和感地确认车辆的侧方(特别是侧后方)的空间。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述摄像部拍摄车辆的后方空间，所述成像部设置于比所述车辆的驾驶席更靠后方且位于驾驶席和助手席之间的位置。
当驾驶者向后方回头时，能够无违和感地视认车辆后方的空间。另外，即使是因遮蔽物而不能观察车身后方的空间的情况下，驾驶者也可以经由所述成像部观察到车身后方的空间。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述摄像部拍摄车辆的后方空间，所述成像部设置于比所述车辆的驾驶席更靠前方且位于驾驶席和助手席之间的位置。
在上述的结构中，将图像显示单元用作车室内后视镜。根据上述的结构，与在车内的车室内后视镜的位置安装显示后方的实时图像的显示装置的技术(例如在专利文献3记载的技术)相比，实时图像在远离驾驶者的空间位置成像。因此，驾驶者能够在适当的距离看到成像图像。
本发明的实施方式的图像显示单元优选具有下述结构：所述成像部具备导光板，该导光板具有供来自所述图像显示部的图像光入射的入射面，且设置有使从该入射面入射的所述图像光反射或折射而使其向出射面出射的多个出射结构部，供在与所述入射面的长度方向正交的方向上平行光化的所述图像光入射，所述多个出射结构部各自使从所述显示区域的在与所述入射面的长度方向正交的方向上相互不同的位置发出的光朝向规定的视点从作为所述导光板的一面的光出射面出射。
根据上述的结构，在规定的视点能够确认从光出射面射出的图像光成像的图像。即，图像显示单元可以在该图像显示单元的外部的无屏的空间鲜明地显示图像显示部所显示的图像。
本发明的实施方式的图像显示单元也可以是，所述成像部具备准直透镜，所述准直透镜配置于所述图像显示部和所述导光板的入射面之间，对所述图像光在与所述入射面的长度方向正交的方向上进行平行光化。
由此，图像显示单元可以在该图像显示单元的外部的无屏的空间鲜明地显示图像显示部所显示的图像。
本发明的实施方式的图像显示单元优选具有下述结构：所述图像显示部配置为所述图像光沿所述入射面的长度方向出射，所述成像部具备设置有多个光路转换部的导光部件，该多个光路转换部使被平行光化的所述图像光在所述入射面的长度方向上传播且使该传播的光反射或折射，从而朝向所述导光板的所述入射面使其出射。
根据上述的结构，所述图像显示部被配置为使所述图像光向所述入射面的长度方向射出，因此能够实现成像部的小型化。
符号说明
1A、1B、1C 图像显示单元
2 驾驶席
3 助手席
4 遮蔽物
10 摄像部
11 图像显示装置(图像显示部)
12 成像透镜(成像部)
13、131 准直透镜(成像部)
13c、14c 光出射面
14 导光板
14a、132a 入射面
14b 底面
132 导光部件
132b 扩散面
132c 出射面
133 棱镜(光路转换部)
141 棱镜(出射结构部)

Claims (13)

1.一种图像显示单元，其特征在于，具备：
摄像部，其拍摄观察对象空间；
图像显示部，其在显示区域实时显示由所述摄像部拍摄的图像；
成像部，其投影由所述图像显示部显示的图像，使其在无屏的空间成像，
所述成像部具备导光板，该导光板具有供来自所述图像显示部的图像光入射的入射面，且设置有使从该入射面入射的所述图像光反射或折射而使其向出射面出射的多个出射结构部，供在与所述入射面的长度方向正交的方向上平行光化的所述图像光入射，
所述多个出射结构部各自使从所述显示区域的在与所述入射面的长度方向正交的方向上相互不同的位置发出的光朝向规定的视点从作为所述导光板的一面的光出射面出射。
2.根据权利要求1所述的图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄在观察者的观察方向上被遮蔽物遮挡的死角对象空间的至少一部分，
所述成像部设置于所述遮蔽物的朝向所述死角对象空间的所述观察方向的视线通过的位置。
3.根据权利要求1或2所述的图像显示单元，其特征在于，
所述成像部使所述图像在该成像部的与观察者相反的一侧的空间成像。
4.根据权利要求1或2所述的图像显示单元，其特征在于，
所述图像显示单元用于车辆。
5.根据权利要求4所述的图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄被车辆内的顶棚部遮挡的死角对象空间，
所述成像部设置于所述顶棚部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。
6.根据权利要求4所述的图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄被车辆内的支柱部遮挡的死角对象空间，
所述成像部设置于所述支柱部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。
7.根据权利要求4所述的图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄被车辆内的仪表盘部遮挡的死角对象空间，
所述成像部设置于所述仪表盘部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过位置。
8.根据权利要求4所述的图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄被车辆内的门部遮挡的死角对象空间，
所述成像部设置于所述门部的观察者朝向所述死角对象空间的观察方向的视线通过的位置。
9.根据权利要求4所述的图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄车辆的侧方空间，
所述成像部设置于所述车辆的门部的窗上。
10.根据权利要求4所述图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄车辆的后方空间，
所述成像部设置于比所述车辆的驾驶席更靠后方且位于驾驶席和助手席之间的位置。
11.根据权利要求4所述的图像显示单元，其特征在于，
所述摄像部拍摄车辆的后方空间，
所述成像部设置于比所述车辆的驾驶席更靠前方且位于驾驶席和助手席之间的位置。
12.根据权利要求1或2所述的图像显示单元，其特征在于，
所述成像部具备准直透镜，所述准直透镜配置于所述图像显示部和所述导光板的入射面之间，对所述图像光在与所述入射面的长度方向正交的方向上进行平行光化。
13.根据权利要求1或2所述的图像显示单元，其特征在于，
所述图像显示部配置为所述图像光沿所述入射面的长度方向出射，
所述成像部具备设置有多个光路转换部的导光部件，该多个光路转换部使被平行光化的所述图像光在所述入射面的长度方向上传播且使该传播的光反射或折射，从而朝向所述导光板的所述入射面使其出射。
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