CN112444999A - 车辆用显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够提高显示像的视觉识别性的车辆用显示装置。车辆用显示装置(1)包括：反射型的全息图(2)，其配置在车辆的挡风玻璃(101)的内部；以及投射装置(3)，其具有输出显示光的图像显示装置和限制显示光的扩散角度的限制部，并且投射装置将经过限制部后的显示光向全息图投射，全息图将从投射装置投射后的显示光输出为朝向车辆的眼范围(ER)的衍射光，限制部构成为将显示光的扩散角度限制在上限角度(γ1)以下，以使得在挡风玻璃处被反射的显示光(10u)朝向与眼范围不同的方向。

Description

车辆用显示装置
技术领域
本发明涉及车辆用显示装置。
背景技术
以往，存在使用全息图的显示装置。在专利文献1中公开了一种车辆用全息显示装置，其具备：信息显示源，其将应显示的信息生成为光；以及合成器，其具有全息图，该全息图配置于在车辆的防风玻璃的周缘部设置的暗色阴影部分，并将光朝向观察者衍射而显示为虚像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平11-91401号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
在全息图配置于挡风玻璃的内部的情况下，需要考虑由挡风玻璃的表面引起的显示光的反射。若能够使反射光朝向与眼范围不同的方向，则能够提高显示像的视觉识别性。
本发明的目的是提供能够提高显示像的视觉识别性的车辆用显示装置。
用于解决问题的技术手段
本发明的车辆用显示装置的特征在于，包括：反射型的全息图，所述全息图被配置在车辆的挡风玻璃的内部；以及投射装置，所述投射装置具有输出显示光的图像显示装置和限制所述显示光的扩散角度的限制部，并且所述投射装置将经过所述限制部后的所述显示光向所述全息图投射，所述全息图将从所述投射装置投射后的所述显示光作为朝向所述车辆的眼范围的衍射光来输出，所述限制部被构成为：将所述显示光的扩散角度限制在上限角度以下，以使得在所述挡风玻璃处被反射的所述显示光朝向与所述眼范围不同的方向。
发明效果
在本发明所涉及的车辆用显示装置中，限制部构成为将显示光的扩散角度限制为上限角度以下，以使得在挡风玻璃处被反射的显示光朝向与眼范围不同的方向。根据本发明所涉及的车辆用显示装置，使反射光朝向与眼范围不同的方向，起到能够提高显示像的视觉识别性这样的效果。
附图说明
图1是实施方式涉及的车辆用显示装置的概略结构图。
图2是说明实施方式涉及的由全息图引起的光的衍射的图。
图3是说明挡风玻璃引起的反射光的图。
图4是示出实施涉及的投射装置的结构的图。
图5是对实施方式的利用限制部来限制扩散角度进行说明的图。
图6是在挡风玻璃的上部被反射的反射光的说明图。
图7是在全息图的上部被衍射的衍射光的说明图。
图8是在挡风玻璃的下部被反射的反射光的说明图。
图9是在全息图的下部被衍射的衍射光的说明图。
图10是示出使反射光在车宽方向偏离的结构的图。
符号说明
1 车辆用显示装置
2 全息图
3 投射装置
4 图像显示装置
4i 虚拟显示面
5 限制部
6 反射镜
7 框体
8 盖
9 场透镜
10、10a、10b、10d、10u、10L 显示光
11 内侧玻璃
11a 车室侧的面
12 外侧玻璃
13 中间膜
21 第一表面
22 第二表面
30、30a、30b、30c、30d 衍射光
31 显示像
40 反射光
40a、40b、40c、40d 反射光
41：光源；42：反射镜
51 透镜
51d、51L、51m、51u 透镜
100 车辆
101 挡风玻璃
101a、101c：下侧的点；101b、101d：上侧的点
ER 眼范围
H 高度方向
L 车辆前后方向
W 车宽方向
X 图像横向
Y 图像纵向
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的车辆用显示装置进行详细说明。需要说明的是，本发明并不被该实施方式限定。另外，在下述的实施方式中的构成要素中，包含本领域技术人员能够容易想到的要素或实质上相同的要素。
[实施方式]
参照图1至图10对实施方式进行说明。本实施方式涉及车辆用显示装置。图1是实施方式涉及的车辆用显示装置的概略结构图，图2是说明实施方式涉及的由全息图引起的光的衍射的图，图3是说明由挡风玻璃引起的反射光的图，图4是示出实施涉及的投射装置的结构的图，图5是对实施方式的利用限制部来限制扩散角度进行说明的图，图6是在挡风玻璃的上部被反射的反射光的说明图，图7是在全息图的上部被衍射的衍射光的说明图，图8是在挡风玻璃的下部被反射的反射光的说明图，图9是在全息图的下部被衍射的衍射光的说明图，图10是示出使反射光在车宽方向偏离的结构的图。
如图1所示，本实施方式的车辆用显示装置1搭载于汽车等车辆100。车辆用显示装置1具有全息图2和投射装置3。全息图2配置在车辆100的挡风玻璃101的内部。挡风玻璃101是夹层玻璃，具有内侧玻璃11、外侧玻璃12以及中间膜13。中间膜13及全息图2被密封在内侧玻璃11与外侧玻璃12之间。中间膜13由聚合物等合成树脂形成。全息图2例如可以与中间膜13一体形成，也可以插入中间膜13。
全息图2是被加工成具有所希望的衍射特性的透明的膜。本实施方式的全息图2是反射型的全息图。全息图2包括第一表面21和第二表面22。全息图2使入射到第一表面21的光衍射，并从第一表面21射出衍射光。
如图2所示，当光以第一角度θ1入射到第一表面21时，全息图2从第一表面21输出衍射光30。全息图2被制作成衍射光30的出射角成为第二角度θ2。第二角度θ2被设定为使衍射光30朝向眼范围ER。本实施方式的全息图2中，第二角度θ2比第一角度θ1小。由此，使衍射光30的出射角度θ2与后述的反射光40的出射角度偏离，能够容易使反射光40从眼范围ER偏离。眼范围ER是假定为车辆100中的驾驶员的眼睛的位置的区域。在本实施方式的全息图2中，第一角度θ1和第二角度θ2根据沿着高度方向H的位置而不同。如后所述，全息图2形成为使衍射光30朝向眼范围ER会聚。
全息图2在光相对于第一表面21的入射角与第一角度θ1不同的情况下，使该光透射。即，全息图2选择性地使以第一角度θ1入射的光朝向眼范围ER反射。另外，全息图2使入射到第二表面22的光朝向眼范围ER侧透射。
如图1所示，投射装置3具有框体7、图像显示装置4、限制部5、反射镜6以及盖8。框体7例如配置于车辆100的仪表板的内部。框体7具有开口部7a，以将开口部7a朝向上方的方式固定于车辆100。在仪表板上设置有与框体7的开口部7a对应的开口。图像显示装置4、限制部5以及反射镜6被容纳在框体7的内部。盖8将框体7的开口部7a封闭。盖8是透明的部件，使显示光10透射。
图像显示装置4是输出显示光的装置。本实施方式的图像显示装置4是激光扫描仪。限制部5是限制显示光10的扩散角度的光学系的部件。反射镜6是将从图像显示装置4经由限制部5而输出的显示光10朝向全息图2反射的反射装置。本实施方式的反射镜6是放大反射镜。反射镜6的反射面的形状是自由曲面，将显示光10放大并向全息图2反射。即，投射装置3将扩散角度被限制后的显示光10朝向全息图2的第一表面21投射。
如图1所示，全息图2将从反射镜6入射的显示光10输出为朝向眼范围ER的衍射光30。当用户从眼范围ER观察全息图2时，利用衍射光30而视觉辨认显示像31。显示像31是用户通过衍射光30而视觉辨认的虚像。在从用户处观察时，显示像31在比全息图2靠车辆前后方向L的前方成像。
本实施方式的全息图2具有使衍射光30会聚于眼范围ER的衍射特性。例如，朝向眼范围ER的衍射光30的宽度WL随着从全息图2朝向眼范围ER而变窄。宽度WL是衍射光30在高度方向H上的宽度。另外，全息图2也可以构成为：衍射光30在车宽方向上的宽度也随着朝向眼范围ER而变窄。本实施方式的全息图2能够使显示像31放大而使用户视觉辨认。
在此，如图3所示，显示光10的一部分被挡风玻璃101反射。图3示出了衍射光30和反射光40。当显示光10入射到内侧玻璃11的车室侧的面11a时，显示光10的大部分透射内侧玻璃11。透射光被全息图2衍射，作为衍射光30向眼范围ER输出。另一方面，显示光10的一部分被车室侧的面11a反射而成为反射光40。如果显示光10被朝向眼范围ER反射，则由反射光40生成重影，使显示像31的视觉识别性降低。
如以下说明的那样，本实施方式的车辆用显示装置1能够抑制由反射光40引起的重影的产生，提高显示像31的视觉识别性。具体而言，限制部5限制显示光10的扩散角度从而不产生朝向眼范围ER的反射光40。
如图4所示，从图像显示装置4输出的光经由场透镜9入射到限制部5。图像显示装置4具有射出激光的光源41和反射激光的可动式的反射镜42。图像显示装置4通过使反射镜42振动，从而使激光在图像纵向Y和图像横向X上扫描。图像横向X是从眼范围ER观察显示像31时的横向，图像纵向Y是从眼范围ER观察显示像31时的纵向。图4中的图像横向X是与纸面正交的方向。从图像显示装置4输出的显示光10a入射到场透镜9。
场透镜9是使光的行进方向一致的透镜。场透镜9将从图像显示装置4入射后的显示光10a统一为实质上的平行光并向限制部5输出。如图5所示，本实施方式的限制部5是具有多个透镜51的微透镜阵列。多个透镜51使从场透镜9入射的显示光10b扩散。被限制部5扩散后的显示光10被反射镜6朝向全息图2反射。本实施方式的限制部5是屏幕(screen)，以能够从眼范围ER内的任意位置视觉辨认显示像31的方式使显示光10扩散。
多个透镜51沿着图像纵向Y排列。与光轴正交的截面中的透镜51的截面形状例如为大致圆形。该形状的透镜51沿着图像纵向Y以及图像横向X排列。多个透镜51例如排列成格子状。多个透镜51中的透镜51u是与显示像31的上部对应的透镜。被透镜51u扩散后的显示光10u朝向全息图2的上部投射。另外，透镜51d是与显示像31的下部对应的透镜。被透镜51d扩散后的显示光10d朝向全息图2的下部投射。另外，透镜51m是与显示像31的上部和下部之间的中间部对应的透镜。
各个透镜51使从场透镜9入射的显示光10b折射并扩散。各透镜51形成为将输出的显示光10的扩散角度限制为上限角度以下的形状。在本实施方式的限制部5中，透镜51u的上限角度γ1的值与透镜51d的上限角度γ2的值不同。透镜51m的上限角度γm的值例如为上限角度γ1与上限角度γ2之间的值。各透镜51以具有所希望的扩散特性的方式确定曲率等。
如以下说明的那样，上限角度γ1、γ2、γm被确定为在挡风玻璃101处被反射的显示光10朝向与眼范围ER不同的方向。参照图6，对朝向全息图2的上部投射的显示光10u进行说明。图6示出了虚拟滤光器5i。虚拟滤光器5i是虚拟的图像显示面。虚拟滤光器5i例如是在从上方直视反射镜6的情况下被视觉辨认的图像的位置。图6所示的显示光10u是被透镜51u扩散后的显示光10。显示光10u以上限角度γ1以下的扩散角度扩散。
显示光10u在从下侧的点101a到上侧的点101b的范围内入射到挡风玻璃101。入射到挡风玻璃101的下侧的点101a的显示光10u的一部分被挡风玻璃101反射而成为反射光40a。另外，入射到挡风玻璃101的上侧的点101b的显示光10u的一部分被挡风玻璃101反射而成为反射光40b。本实施方式的上限角度γ1被设定为：入射到从下侧的点101a到上侧的点101b的范围的显示光10u被朝向比眼范围ER靠上方的方向反射。由此，在显示光10u被挡风玻璃101反射的情况下，显示光10u向与眼范围ER不同的方向反射。换言之，限制部5将显示光10u的扩散角度限制为上限角度γ1以下，以使被挡风玻璃101反射的显示光10u朝向与眼范围ER不同的方向。
另外，如参照图7所说明的那样，上限角度γ1被设定为能够从眼范围ER的全部位置视觉辨认显示像31。如图7所示，入射到挡风玻璃101的下侧的点101a的显示光10u的一部分透过挡风玻璃101，被全息图2衍射而成为衍射光30a。衍射光30a朝向眼范围ER的下端输出。另一方面，入射到挡风玻璃101的上侧的点101b的显示光10u的一部分透过挡风玻璃101，被全息图2衍射而成为衍射光30b。衍射光30b朝向眼范围ER的上端输出。即，上限角度γ1被设定为能够从眼范围ER的上端到下端的整个范围视觉辨认基于显示光10u的衍射光30。
参照图8，对朝向全息图2的下部投射的显示光10d进行说明。图8所示的显示光10d是被透镜51d扩散后的显示光10。显示光10d以上限角度γ2以下的扩散角度扩散。
显示光10d在从下侧的点101c到上侧的点101d的范围内入射到挡风玻璃101。入射到挡风玻璃101的下侧的点101c的显示光10d的一部分被挡风玻璃101反射而成为反射光40c。另外，入射到挡风玻璃101的上侧的点101d的显示光10d的一部分被挡风玻璃101反射而成为反射光40d。本实施方式的上限角度γ2被设定为：入射到从下侧的点101c到上侧的点101d的范围的显示光10d被朝向比眼范围ER靠上方的方向反射。由此，在显示光10d被挡风玻璃101反射的情况下，显示光10d向与眼范围ER不同的方向反射。换言之，限制部5将显示光10d的扩散角度限制为上限角度γ2以下，以使被挡风玻璃101反射的显示光10d朝向与眼范围ER不同的方向。
另外，如参照图9进行说明的那样，上限角度γ2被设定为能够从眼范围ER的全部位置视觉辨认显示像31。如图9所示，入射到挡风玻璃101的下侧的点101c的显示光10d的一部分透射挡风玻璃101，被全息图2衍射而成为衍射光30c。衍射光30c朝向眼范围ER的下端输出。另一方面，入射到挡风玻璃101的上侧的点101d的显示光10d的一部分透过挡风玻璃101，被全息图2衍射而成为衍射光30d。衍射光30d朝向眼范围ER的上端输出。
如图5所示，从场透镜9入射的显示光10b被透镜51m扩散而成为显示光10m。关于透镜51m的上限角度γm，也被设定为：使被挡风玻璃101反射的显示光10m朝向与眼范围ER不同的方向。另外，上限角度γm被设定为：能够从眼范围ER的全部位置视觉辨认显示像31。
根据如上述那样构成的车辆用显示装置1，对反射光40朝向眼范围ER进行限制，显示像31的视觉识别性提高。另外，车辆用显示装置1也可以构成为：使反射光40向比眼范围ER靠下方的位置偏离。或者，如参照图10说明的那样，车辆用显示装置1也可以在车宽方向W上使反射光40相对于眼范围ER偏离。在图10中示出从上方观察车辆100时的俯视图。
透镜51L是配置于车宽方向W的一端的透镜51，例如配置于左端。透镜51L将显示光10L的扩散角度限制为上限角度γ3以下。显示光10L在从左侧的点101e到右侧的点101f的范围内入射到挡风玻璃101。入射到左侧的点101e的显示光10L的一部分被挡风玻璃101反射而成为反射光40e。另外，入射到右侧的点101f的显示光10L的一部分被挡风玻璃101反射而成为反射光40f。
上限角度γ3被设定为：入射到从左侧的点101e到右侧的点101f的范围的显示光10L被朝向比眼范围ER靠右侧的方向反射。对于沿着车宽方向W排列的其他透镜51，也限制显示光10的扩散角度以使得显示光10朝向比眼范围ER靠右侧的方向反射。限制部5也可以构成为：上限角度根据图像横向X的位置而不同。例如，透镜51L的上限角度γ3与配置于右端的透镜51的上限角度γ4可以不同。另外，全息图2构成为将显示光10输出为朝向眼范围ER的衍射光30。
如以上说明的那样，本实施方式的车辆用显示装置1具有配置于车辆100的挡风玻璃101的内部的反射型的全息图2和投射装置3。投影装置3具有输出显示光10的图像显示装置4和限制显示光10的扩散角度的限制部5。投射装置3将经由限制部5后的显示光10朝向全息图2投射。
全息图2将从投射装置3投射后的显示光10输出为朝向车辆100的眼范围ER的衍射光30。限制部5构成为将显示光10的扩散角度限制为上限角度以下，以使得在挡风玻璃101处被反射的显示光10朝向与眼范围ER不同的方向。根据本实施方式的车辆用显示装置1，能够对反射光40朝向眼范围ER进行限制，能够提高显示像31的视觉识别性。
本实施方式的限制部5构成为上限角度γ根据限制部5的在图像纵向Y的位置或图像横向X的位置而不同。例如，透镜51u的上限角度γ1、透镜51m的上限角度γm、透镜51d的上限角度γ2可以不同。从能够从各种位置视觉辨认显示像31的观点出发，显示光10的上限角度γ优选为较大的值。另一方面，为了使反射光40不朝向眼范围ER，优选减小上限角度γ。通过使限制部5各自的位置的上限角度的值不同，能够至少从眼范围ER的任意位置视觉辨认显示像31，并且能够抑制重影引起的视觉识别性的降低。
本实施方式的限制部5是具有多个透镜51的透镜阵列。多个透镜51具有以上限角度γ以下的扩散角度使显示光10扩散的形状。通过使用透镜阵列，能够根据图像纵向Y的位置或图像横向X的位置来单独地控制上限角度γ的值。例如，多个透镜51构成为包含上限角度γ的值彼此不同的透镜51。
本实施方式的投射装置3配置为：显示光10在挡风玻璃101中朝向比眼范围ER靠上方的方向反射。多个透镜51沿着图像纵向Y排列。上限角度γ的值根据透镜51在图像纵向Y上的位置而不同。在使反射光40比眼范围ER向上方偏离的情况下，通过根据在图像纵向Y的位置而使上限角度γ不同，能够实现最佳的上限角度γ的分布。
在本实施方式的多个透镜51中，与图像上部对应的透镜51u的上限角度γ1的值小于与图像下部对应的透镜51d的上限角度γ2的值。朝向全息图2的上部投射的显示光10u与朝向全息图2的下部投射的显示光10d相比，相对于挡风玻璃101的入射角容易成为较小的角度。对此，通过将上限角度γ1设为比上限角度γ2小的值，能够抑制重影的产生。
另外，在本实施方式的车辆用显示装置1中，也可以省略场透镜9。也可以利用与场透镜9不同的光学系统使入射到限制部5的显示光10b的方向一致。限制部5不限于微透镜阵列。作为限制部5，也可以使用将扩散角度限制为上限角度γ以下的其他光学系统来代替微透镜阵列。
[实施方式的变形例]
作为图像显示装置4，也可以使用与激光扫描仪不同的装置。例如，作为图像显示装置4，也可以使用TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display：薄膜晶体管液晶显示器)、有机EL显示器、LED阵列显示器等。在该情况下，在图像显示装置4的前表面设置有用于限制扩散角度的限制部5。作为被用作限制部5的光学元件，可列举出透镜阵列、百叶窗、格子滤波器(条纹)等。
上述的实施方式以及变形例所公开的内容可以适当组合来执行。

Claims (6)

1.一种车辆用显示装置，其特征在于，包括：
反射型的全息图，所述全息图被配置在车辆的挡风玻璃的内部；以及
投射装置，所述投射装置具有输出显示光的图像显示装置和限制所述显示光的扩散角度的限制部，并且所述投射装置将经过所述限制部后的所述显示光向所述全息图投射，
所述全息图将从所述投射装置投射后的所述显示光作为朝向所述车辆的眼范围的衍射光来输出，
所述限制部被构成为：将所述显示光的扩散角度限制在上限角度以下，以使得在所述挡风玻璃处被反射的所述显示光朝向与所述眼范围不同的方向。
2.如权利要求1所述的车辆用显示装置，其中，
所述限制部被构成为根据所述限制部的在图像纵向的位置或图像横向的位置而使所述上限角度不同。
3.如权利要求1或2所述的车辆用显示装置，其中，
所述限制部是具有多个透镜的透镜阵列，
所述多个透镜具有使所述显示光以所述上限角度以下的扩散角度扩散的形状。
4.如权利要求3所述的车辆用显示装置，其中，
所述多个透镜包含所述上限角度的值彼此不同的透镜。
5.如权利要求3或4所述的车辆用显示装置，其中，
所述投射装置被配置为所述显示光在所述挡风玻璃处被向比所述眼范围更靠上方的方向反射，
所述多个透镜沿图像纵向排列，
所述上限角度的值根据透镜在图像纵向的位置而不同。
6.如权利要求5所述的车辆用显示装置，其特征在于，
在所述多个透镜中，与图像上部对应的透镜的所述上限角度的值比与图像下部对应的透镜的所述上限角度的值小。
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