CN111742256A - 光学成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够抑制影像并且提高空中悬浮像的可视性的光学成像装置。本发明所涉及的光学成像装置(1)具备：显示装置(11)，其照射光来显示信息；空中成像元件(13)，其使来自显示装置(11)的光进行多次反射来显示虚像；以及光方向限制构件(12)，其配置于从显示装置(11)到空中成像元件(13)的光路上，用于限制从显示装置(11)照射出的光的方向。

Description

光学成像装置

技术领域

本公开涉及一种显示虚像的光学成像装置。

背景技术

日本特开2015-166845号公报公开了一种平板状的光学成像元件。光学成像元件具有构成光入射面的一个主面和构成光出射面的另一个主面。该光学成像元件具备多个四棱柱状的透光构件。光学成像元件是通过多个透光构件沿第一方向和第二方向的各方向配置为矩阵状而形成的。

在各透光构件的朝向第一方向的两个侧面中的一方以及各透光构件的朝向第二方向的两个侧面中的一方设置有反射膜。将各透光构件的上述的各侧面的算数平均粗糙度设为0.1nm以下。作为反射膜，使用由铝或银等金属构成的金属膜，或者使用具有相对高的折射率的高折射率膜和具有相对低的折射率的低折射率膜交替地层叠而成的多层膜等。

在光学成像元件中，各透光构件被反射面包围。因此，光不易射入至反射面的光出射面侧的部分，大部分入射光在光入射面侧的部分被反射面反射。因而，通过使一次反射光不易从光出射面射出，能够抑制由于一次反射光引起的高亮度的影像。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-166845号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，如图7所示，已知一种空中成像元件100，其通过使从显示器等显示装置101射出的光L20进行多次反射来显示空中悬浮像(虚像)。空中成像元件100具备多个光控制面板102，各光控制面板102具有多个反射面102a。该空中成像元件100显示空中悬浮像，由此该空中悬浮像以浮现在相对于空中成像元件100面对称的位置的方式被显示。

在前述的空中成像元件100中，通过各光控制面板102的反射面102a被进行两次反射后的光L22向空中成像元件100的与显示装置101相反的一侧照射，有助于空中悬浮像的形成。然而，通过多个光控制面板102中的一个光控制面板102的反射面102a被进行一次反射后的光L21沿光控制面板102的面内方向在左右方向上前进。通过该在左右方向前进的光L21，有时在空中悬浮像的两侧出现影像。其结果是，可能产生难以看到空中悬浮像这个问题。

本公开的目的在于提供一种能够抑制影像并且提高空中悬浮像的可视性的光学成像装置。

用于解决问题的方案

本公开所涉及的光学成像装置具备：显示装置，其照射光来显示信息；空中成像元件，其使来自显示装置的光进行多次反射来显示虚像；以及光方向限制构件，其配置于从显示装置到空中成像元件的光路上，用于限制从显示装置照射出的光的方向。

该光学成像装置具备使从显示信息的显示装置照射出的光进行多次反射来显示虚像的空中成像元件。因而，通过在比显示装置靠近前侧的位置显示虚像，能够将该虚像显示为浮现在近前侧的空中悬浮像。其结果是，将由空中成像元件形成的虚像显示为空中悬浮像，由此能够提高显示的信息的效果。并且，光学成像装置在显示装置与空中成像元件之间的光路上具备光方向限制构件，光方向限制构件限制从显示装置照射出的光的方向。因而，通过光方向限制构件限制从显示装置照射出的光的方向，能够限制向空中成像元件射入的光的行进方向。因而，能够使来自显示装置的光不沿空中成像元件的面内方向在左右方向上前进。其结果是，能够抑制在空中悬浮像的两侧出现的影像，因此能够提高空中悬浮像的可视性。

光方向限制构件可以具有遮断从显示装置照射出的光的一部分的多个壁部。在该情况下，通过光方向限制构件的多个壁部遮断来自显示装置的光的一部分。因而，能够更可靠地限制向空中成像元件射入的光的行进方向。

光学成像装置可以具备设置于空中成像元件的与显示装置相反的一侧的防反射构件。在该情况下，从用户观看来在空中成像元件的近前侧设置防反射构件。因而，通过设置防反射构件，能够抑制空中成像元件的近前侧的光的反射，因此能够提高空中悬浮像的可视性。

光学成像装置可以具备设置于空中成像元件的与显示装置相反的一侧的防眩构件。在该情况下，从用户观看来在空中成像元件的近前侧设置防眩构件。因而，通过设置防眩构件，能够抑制映在空中成像元件的近前侧的泛白、眩光或影像以提高防眩性。因而，能够进一步提高空中悬浮像的可视性。

发明的效果

根据本公开，能够抑制影像并且提高空中悬浮像的可视性。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的光学成像装置的概要结构图。

图2是表示图1的光学成像装置的光方向限制构件和显示装置的截面图。

图3的(a)表示具备图2的光方向限制构件的光学成像装置的影像的模拟结果的图。图3的(b)是表示比较例中的不具有光方向限制构件的光学成像装置的影像的模拟结果的图。

图4是表示第二实施方式所涉及的光学成像装置的概要结构图。

图5是表示第三实施方式所涉及的光学成像装置的光方向限制构件和显示装置的截面图。

图6的(a)是示意性地表示第四实施方式所涉及的光学成像装置的显示装置的俯视图。图6的(b)是示意性地表示图6的(a)的显示装置的准直透镜的侧视图。

图7是示意性地表示以往的光学成像装置的空中成像元件的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本公开所涉及的光学成像装置的实施方式。在附图的说明中，对相同或相当的要素标注相同的标记，适当省略重复的说明。为了容易理解，将附图的一部分简略或者夸张地描绘出，并且附图的尺寸比等并不限定于附图中的记载。

(第一实施方式)

图1表示第一实施方式所涉及的光学成像装置1。例如，光学成像装置1搭载于乘用车等车辆。作为一例，光学成像装置1显示速度信息等与车辆有关的车辆信息、去向目的地的路径的信息等路径信息以及包括有无靠近车辆的步行者等的危险度信息，也可以还显示其它信息。光学成像装置1通过以更方便用户的形式向用户U提供充实的信息，能够使用户U容易地掌握信息。

光学成像装置1具备监视器等显示装置11、限制来自显示装置11的光L1的方向的光方向限制构件12、接受来自光方向限制构件12的光L2来显示虚像K的空中成像元件13、设置于从空中成像元件13射出的光L3的光路的下游侧的防反射构件14以及贴附防反射构件14的玻璃板15。

显示装置11例如为能够显示前述的各信息的液晶面板。显示装置11可以为PC(个人计算机)、平板电脑终端或移动电话等移动终端的显示器。空中成像元件13将显示装置11的图像在比空中成像元件13和显示装置11靠近前侧(即靠用户U侧)的位置显示为虚像K。

空中成像元件13具备两个光控制面板13a。从光方向限制构件12例如向上方射出后射入至空中成像元件13的光L2在空中成像元件13中进行两次反射。空中成像元件13通过使光L2进行两次反射来在位于用户U侧的空间中成像出虚像K。各光控制面板13a的厚度例如为1.5mm左右，因此空中成像元件13的厚度为3.0mm左右。如上述的那样，虚像K的成像位置位于比显示装置11和空中成像元件13更靠近用户U的位置，因此能够容易地目视确认虚像K。空中成像元件13例如为使像在空中成像的AI(Aerial imaging：空中成像)板(注册商标)，AI板是使用日本专利第4865088号所记载的技术而制成的。

防反射构件14例如为被实施了AR(Anti Reflection：抗反射)涂覆的膜构件。防反射构件14例如为贴附于玻璃板15的靠用户U侧的防反射膜。防反射构件14例如通过是在形成有硬涂层的基底膜上涂覆电介质多层膜而制成的。设置防反射构件14是为了防止来自与空中成像元件13相反一侧(即用户U侧)的光的反射。通过该防反射构件14，能够抑制反射光射向用户U。

如图1和图2所示，光方向限制构件12例如通过粘结剂17贴附于显示装置11的朝向空中成像元件13侧的面11a。粘结剂17例如可以为光学透明粘接剂(OCA：Optical ClearAdhesive)或光学透明粘接树脂(OCR：Optical Clear Adhesive Resin)。粘结剂17的光的折射率例如与玻璃的折射率相同。

光方向限制构件12可以贴附于面11a的整个区域，也可以贴附于面11a的一部分，例如外缘等。光方向限制构件12例如可以通过粘结剂17以外的其它方式进行贴附，如双面胶带等。光方向限制构件12可以不贴附于面11a，例如可以通过固定构件被固定于面11a之上。能够像这样适当变更光方向限制构件12的配置方式。

在以后的说明中，将针对显示装置11设置光方向限制构件12的方向设为Z方向、将沿着与Z方向正交的平面的方向设为X方向、将与Z方向及X方向这两方正交的方向设为Y方向来进行说明。但是，这些方向是为了方便说明而设定的，并不限定本公开的范围。

来自显示装置11的光L1从朝向Z方向的面11a作为发散光射出后射入至光方向限制构件12。光方向限制构件12呈沿X方向和Y方向延伸的板状。作为一例，光方向限制构件12的厚度(例如Z方向上的长度)为0.1mm以上且0.8mm以下，优选为0.2mm以上且0.6mm以下，更优选为0.4mm。通过使光方向限制构件12的厚度为0.1mm以上，能够可靠地限制光的方向，通过使光方向限制构件12的厚度为0.8mm以下，能够抑制光L2的光量的下降(即虚像K的亮度的下降)。

光方向限制构件12具备吸收来自显示装置11的光L1的一部分的多个壁部12a以及分别设置于多个壁部12a的Z方向的主面部12b。主面部12b设为沿着X方向和Y方向的平面状。作为一例，光方向限制构件12为百叶膜。多个壁部12a例如以沿X方向排列的方式配置。各壁部12a具有沿Z方向延伸的光吸收面12c。各壁部12a沿Y方向直线状地延伸。一对主面部12b中的一个主面部12b与面11a相向，另一个主面部12b在空中成像元件13侧露出。

来自显示装置11的发散光即光L1中的、相对于Z方向的角度比规定值大的光L11被多个壁部12a(具体地说为光吸收面12c)的各壁部遮断，相对于Z方向的角度为该规定值以下的光L2从光方向限制构件12射出。像这样，多个壁部12a的各壁部将光L11遮断，并且仅射出光L2，由此能够射出对角度进行限制后的光L2。光吸收面12c可以不将全部的光L11吸收，也可以将光L11的一部分进行反射。

另外，假定在显示装置的发散光直接射入空中成像元件的情况下，所有方向的光射入空中成像元件。当所有方向的光射入空中成像元件时，可能会产生本来应该在空中成像元件中使光进行两次反射但只进行了一次反射的光(参照图7的光L21)。在空中成像元件中只进行了一次反射的光沿光控制面板的面内方向在左右方向上前进，可能会成为产生影像的原因。

具体地说，如图3的(b)的模拟结果所示，在空中成像元件中只进行一次反射的光沿光控制面板的面内方向在左右方向上行进，由于该在左右方向上行进的光，有时在作为空中悬浮像的虚像M的两侧出现影像N。像这样，由于出现影像N，可能会产生难以看到虚像M这个问题。与此相对地，在本实施方式所涉及的光学成像装置1中解决了上述的问题，具体地说起到以下的作用效果。

下面，对本实施方式所涉及的光学成像装置1的作用效果进行说明。如图1和图2所示，光学成像装置1具备空中成像元件13，该空中成像元件13使从显示信息的显示装置11经由光方向限制构件12照射的光L2进行多次反射来显示虚像K。因而，通过在与空中成像元件13面对称的位置处且更靠近用户U的一侧显示虚像K，能够将虚像K显示为浮现在近前侧的空中悬浮像。其结果是，通过将由空中成像元件13形成的虚像K显示为空中悬浮像，能够提高显示的信息的效果。

并且，光学成像装置1在显示装置11与空中成像元件13之间的光路上具备光方向限制构件12，光方向限制构件12限制从显示装置11照射出的光L1的方向。因而，通过光方向限制构件12限制从显示装置11照射出的光L1的方向，能够限制向空中成像元件13射入的光L2的行进方向。因而，能够使来自显示装置11的光不沿空中成像元件13的面内方向在左右方向上前进。其结果是，如图3的(a)所示，能够抑制在作为空中悬浮像的虚像K的两侧的出现影像，因此能够提高空中悬浮像的可视性。

图3的(a)表示配置了一个光方向限制构件12时的模拟的结果。即使配置两个以上的光方向限制构件12也能够得到与图3的(a)相同的效果。具体地说，在将两个光方向限制构件12以多个壁部12a的延伸方向彼此相同的方式重叠地配置的情况下、将两个光方向限制构件12以多个壁部12a的延伸方向彼此正交的方式重叠地配置的情况下、以及将两个光方向限制构件12以多个壁部12a的延伸方向彼此错开45°的方式重叠地配置的情况下，也能够得到同样的效果。

然而，在将两个光方向限制构件12重叠地配置的情况下，显示的虚像K稍薄一些。与此相对地，在配置了一个光方向限制构件12的情况下，能够抑制虚像K的两侧的影像，并且能够提高亮度以清晰地显现虚像K。其结果是，能够可靠地维持虚像K的可视性，因此最终能够进一步提高可视性。

光方向限制构件12具有将从显示装置11照射出的光L1的一部分遮断的多个壁部12a。因而，来自显示装置11的光L1的一部分被光方向限制构件12的多个壁部12a遮断。因而，能够更可靠地限制向空中成像元件13射入的光L2的行进方向。

光学成像装置1具备设置于空中成像元件13的与显示装置11相反一侧的防反射构件14。即，从用户U看来在空中成像元件13的近前侧设置防反射构件14。因而，通过设置防反射构件14，能够抑制空中成像元件13的近前侧的光的反射，因此能够进一步提高空中悬浮像的可视性。

(第二实施方式)

接着，参照图4来说明第二实施方式所涉及的光学成像装置。第二实施方式所涉及的光学成像装置31可以具备防眩构件34，以取代防反射构件14。防眩构件34例如与防反射构件14同样地贴附于玻璃板15。在之后的说明中，适当省略与第一实施方式重复的说明。

防眩构件34例如为由被实施了AG(Anti Glare：抗眩光)处理的材料构成的膜构件。防眩构件34可以在表面具有凹凸，在该情况下，能够通过凹凸使光扩散来抑制眩光和影像。像这样，防眩构件34通过使射入的光扩散，能够抑制图像的眩光来提高图像的清晰度。

在以上，第二实施方式所涉及的光学成像装置31具备设置于空中成像元件13的与显示装置11相反一侧的防眩构件34。从用户U看来在空中成像元件13的近前侧设置防眩构件34。因而，通过设置防眩构件34，能够抑制映在空中成像元件13的近前侧的泛白、眩光或影像以提高防眩性。因而，能够进一步提高空中悬浮像的可视性。还能够一并使用防眩构件34和第一实施方式的防反射构件14。

(第三实施方式)

接着，参照图5来说明第三实施方式所涉及的光学成像装置。在第三实施方式所涉及的光学成像装置中，光方向限制构件42的壁部42a的结构与第一实施方式不同。光方向限制构件42具备沿X方向排列的多个壁部42a和前述的主面部12b。各壁部42a具有相对于Z方向倾斜的光反射面42c。例如，光反射面42c向随着去向Z方向而壁部42a变细的方向倾斜，光反射面42c相对于Z方向的倾斜角度θ比0°大且为15°以下。光反射面42c将来自显示装置11的光L1的一部分的光L2进行反射，并且吸收光L1的其余部分的光L11。

在以上，第三实施方式所涉及的光学成像装置的光方向限制构件42具有多个壁部42a，壁部42a具备将从显示装置11照射出的光L1的一部分光进行反射的反射面42c，各光反射面42c相对于光方向限制构件42的厚度方向(Z方向)倾斜。因而，能够限制光L2的行进方向并且能够将反射后的光L2射出，因此通过增加光L2的光量来提高亮度，能够更清晰地映现出虚像K。因而，能够进一步提高虚像K的可视性。

(第四实施方式)

接着，参照图6的(a)和图6的(b)来说明第四实施方式所涉及的光学成像装置。在第四实施方式所涉及的光学成像装置中，显示装置51的结构与前述的各实施方式不同。显示装置51为亮度比前述的显示装置11的亮度更高的显示器。如图6的(a)和图6的(b)所示，显示装置51为液晶显示器，具备多个微型透镜51a。多个微型透镜51a例如针对显示装置51的每个像素设置，并且排列为格子状。即，针对显示装置51的每一个液晶配置微型透镜51a。各微型透镜51a将呈发散光的光L1转换为平行光，并且将被转换为平行光后的光L1射出至光方向限制构件。

在以上，在第四实施方式所涉及的光学成像装置中，显示装置51具备多个微型透镜51a，各微型透镜51a将光L1作为平行光射出至光方向限制构件。因而，能够在光L1射入光方向限制构件之前限制光L1的方向，因此能够增加从光方向限制构件朝向空中成像元件射出的光L2的光量。因而，能够更清晰地映现出虚像K，因此能够进一步提高虚像K的可视性。

以上对本公开所涉及的光学成像装置的各实施方式进行了说明。然而，本公开并不限定于前述的各实施方式，在不变更权利要求所记载的主旨的范围内能够进行变形，或者应用于其它结构。即，光学成像装置的各部的结构在不变更各权利要求的主旨的范围内能够适当进行变更。

例如，在前述的实施方式中，如图1和图4所示，说明了具备防反射构件14的光学成像装置1和具备防眩构件34的光学成像装置31。然而，在光学成像装置中，可以将防止指纹污染的防指纹构件(Anti Finger：抗指纹)贴附于玻璃板15，以取代防反射构件14和防眩构件34。防指纹构件可以具有使指纹不易明显且容易擦拭掉指纹的功能，也可以为将附着的指纹去除的消指纹构件。

防指纹构件可以是在膜状的基材的表面涂布耐指纹涂层添加剂(或防指纹附着剂)而得到的。可以将包括前述的防反射构件14、防眩构件34以及防指纹构件的功能膜中的多个任意的构件贴附于玻璃板15。并且，可以将防反射构件14、防眩构件34以及防指纹构件中的至少任意一方贴附于空中成像元件13而不贴附于玻璃板15。在该情况下，能够省略玻璃板15。

在前述的实施方式中，说明了光方向限制构件12为百叶膜的例子。然而，光方向限制构件也可以为百叶膜以外的其它构件。例如，光方向限制构件可以为具有多个孔并且将各孔的内表面的一部分设为光吸收面且将其余部分设为光反射面的构件，能够适当变更光方向限制构件的结构。

在前述的实施方式中，说明了空中成像元件13为使像在空中成像的AI板的例子。然而，空中成像元件例如也可以为从用户U看来在近前侧成像出立体的虚像的立体成像元件，还可以为AI板以外的其它元件。

在前述的实施方式中，说明了具备显示装置11、光方向限制构件12、空中成像元件13、防反射构件14以及玻璃板15的光学成像装置1。然而，显示装置、光方向限制构件、空中成像元件、防反射构件以及玻璃板的种类、形状、大小、数量、材料即配置方式能够适当变更。并且，在前述的实施方式中，说明了搭载于汽车等车辆的光学成像装置1。然而，光学成像装置也能够应用于车辆以外的其它各种设备。

附图标记说明

1、31：光学成像装置；11、51：显示装置；12、42：光方向限制构件；12a、42a：壁部；13：空中成像元件；14：防反射构件；34：防眩构件；K：虚像；L1、L2、L3、L11：光。

Claims (4)

1.一种光学成像装置，具备：

显示装置，其照射光以显示信息；

空中成像元件，其使来自所述显示装置的光进行多次反射来显示虚像；以及

光方向限制构件，其配置于从所述显示装置到所述空中成像元件的光路上，用于限制从所述显示装置照射出的光的方向。

2.根据权利要求1所述的光学成像装置，其中，

所述光方向限制构件具有遮断从所述显示装置照射出的光的一部分的多个壁部。

3.根据权利要求1或2所述的光学成像装置，其中，

还具备防反射构件，所述防反射构件设置于所述空中成像元件的与所述显示装置相反的一侧。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光学成像装置，其中，

还具备防眩构件，所述防眩构件设置于所述空中成像元件的与所述显示装置相反的一侧。

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