CN220314725U - 中控显示装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种中控显示装置，包括：空中成像模组，包括：显示模组，用于发出图像光；以及成像组件，设置于所述显示模组的出光侧，用于接收所述图像光，并将所述图像光聚焦后出射，使得出射后的所述图像光在所述成像组件远离所述显示模组的一侧呈实像；感测模组，用于感测穿过所述实像的交互动作，并生成交互信号；以及控制模组，与所述空中成像模组和所述感测模组电连接，用于接收所述交互信号，并根据所述交互信号调整所述显示模组的显示内容。本申请还提供一种应用上述中控显示装置的车辆。

Description

中控显示装置及车辆

技术领域

本申请涉及显示领域，尤其涉及一种中控显示装置以及一种应用该中控显示装置的车辆。

背景技术

现有的车辆，其中控台通常包括实体的触控显示屏或者实体的按键以供驾驶员对车辆进行操作。然而，现有的中控台需要驾驶员接触到实体的屏幕或按键才能进行操作，并且通常需要驾驶员低头来操作，在行驶过程中既不方便也不安全。

实用新型内容

本申请一方面提供一种中控显示装置，包括：

空中成像模组，包括：

显示模组，用于发出图像光；以及

成像组件，设置于所述显示模组的出光侧，用于接收所述图像光，并将所述图像光聚焦后出射，使得出射后的所述图像光在所述成像组件远离所述显示模组的一侧呈实像；

感测模组，用于感测穿过所述实像的交互动作，并生成交互信号；以及

控制模组，与所述空中成像模组和所述感测模组电连接，用于接收所述交互信号，并根据所述交互信号调整所述显示模组的显示内容。

本申请实施例提供的中控显示装置，通过设置显示模组和成像组件，可以将实像投射在空中，从而将实像投射在驾驶员的眼球包络范围内，便于驾驶员观察。通过设置感测模组，可以感测驾驶员触碰实像的动作，从而使驾驶员不需要接触实体的按键即可对中控显示装置进行操作，有利于降低操作难度。

在一实施例中，所述成像组件包括平板透镜，所述实像与所述显示模组关于所述平板透镜对称。

在一实施例中，所述平板透镜包括第一光波导阵列和第二光波导阵列，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列的排列方向相互垂直。

在一实施例中，所述显示模组包括显示屏，所述显示屏与所述平板透镜之间的夹角为45°±5°。

在一实施例中，所述显示模组还包括显示屏主板，所述显示屏主板与所述显示屏连接，用于驱动所述显示屏出射所述图像光。

在一实施例中，所述感测模组包括远近红外传感器、超声波传感器、激光干涉传感器、光栅传感器、编码器、光纤式传感器或电荷耦合器件传感器的其中一种或多种组合，用于探测所述交互动作作用在所述实像上的位置。

在一实施例中，所述中控显示装置还包括外壳，所述成像组件、所述感测模组以及所述显示模组嵌设于所述外壳上。

在一实施例中，所述中控显示装置还包括盖板，所述盖板覆盖在所述外壳上，以用于覆盖所述成像组件以及所述感测模组。

本申请另一方面提供一种车辆，包括：

前排座位以及中央扶手，所述中央扶手设置于所述前排座位的中间位置；以及

上述任一实施例的中控显示装置，所述中控显示装置嵌设于所述中央扶手上。

在一实施例中，所述车辆还包括：

驱动电机，用于驱动所述中控显示装置，以改变所述实像相对于所述前排座位的位置和方向。

附图说明

图1为本申请一实施例中中控显示装置的爆炸结构示意图。

图2为本申请一实施例中中控显示装置的工作原理示意图。

图3为本申请一实施例中平板透镜的结构示意图。

图4为本申请一实施例中平板透镜的部分爆炸结构示意图。

图5为本申请一实施例中平板透镜的正视图。

图6为本申请一实施例中光波导阵列的部分结构示意图。

图7为本申请一实施例中平板透镜的成像原理图。

图8为本申请一实施例中车辆的部分结构的爆炸示意图。

图9为图8所示的车辆的部分结构的组装示意图。

主要元件符号说明

中控显示装置 100

空中成像模组 10

显示模组 11

显示屏 111

显示屏主板 113

成像组件 13

平板透镜 130

第一透明基板 131

第一光波导阵列 133

第二光波导阵列 135

第二透明基板 137

反射单元 1301

反射膜 1302

粘合胶 1303

感测模组 30

控制模组 50

外壳 70

卡位 71、73、75

固定板 77

盖板 90

车辆 200

前排座位 210

中央扶手 230

凹槽 231

驱动电机 250

实像 A

光源 A’

眼睛 E

夹角 θ、ω

入射角 α1、α2、α3、γ1、γ2、γ3

反射角 β1、β2、β3、δ1、δ2、δ3

距离 L

第一方向 X

第二方向 Y

第三方向 Z

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

为能进一步阐述本申请达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施方式，对本申请作出如下详细说明。

请参阅图1，本申请实施例提供一种中控显示装置100，其包括空中成像模组10、感测模组30、控制模组50、外壳70以及盖板90。其中，空中成像模组10包括显示模组11和成像组件13，显示模组11用于发出图像光，成像组件13设置于显示模组11的出光侧，用于接收图像光，并将图像光聚焦后出射，使得出射后的图像光在成像组件13远离显示模组11的一侧呈实像A。感测模组30用于感测穿过实像A的交互动作，并生成交互信号。控制模组50与空中成像模组10和感测模组30电连接，用于接收交互信号，并根据交互信号调整显示模组的显示内容。

中控显示装置100通过显示实像A，可以显示车辆的信息，例如导航地图、驾驶路况、车辆时速、空调面板、灯光、车窗、音响面板等；还可以根据使用者触碰实像A的交互动作产生交互信号，从而实现对中控显示装置100的控制。

显示模组11包括显示屏111和显示屏主板113，显示屏主板113与显示屏111电连接，用于驱动显示屏111出射图像光。具体来说，显示屏111可以为一LCD(Liquid CrystalDisplay，液晶显示器)或者主动发光型显示面板，例如RGB(红色、绿色、蓝色)发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅)器件、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)阵列、投影、激光、激光二极管或任何其他合适的显示器或立体显示器，对此不作限制。显示屏111用于出射图像光，显示屏主板113包括用于向显示屏111供电的驱动电路以及驱动芯片(图未示)，通过控制显示屏111上每一像素的亮度及颜色，从而控制显示屏111显示的图像。

请参阅图2，成像组件13包括平板透镜130，实像A与显示模组11关于平板透镜130对称。具体来说，实像A与显示屏111关于平板透镜130对称，平板透镜130为一等效负折射率透镜，用于将显示屏111上出射的发散的图像光重新汇聚，从而形成实像A，从平板透镜130出射的图像光与投射到平板透镜130上的图像光关于平板透镜130对称，因此图像光汇聚形成的实像A也与显示屏111关于平板透镜130对称。

请一并参阅图3及图4，平板透镜130包括依次层叠设置的第一透明基板131、第一光波导阵列133、第二光波导阵列135以及第二透明基板137。其中，第一光波导阵列133以及第二光波导阵列135的排列方向互相垂直。具体来说，第一透明基板131、第一光波导阵列133、第二光波导阵列135以及第二透明基板137在第三方向Z上依次排列，第一光波导阵列133中波导的排列方向平行于第一方向X，第二光波导阵列135中波导的排列方向平行于第二方向Y。第一光波导阵列133和第二光波导阵列135的沿第三方向Z的厚度相同，便于设计和生产。

第一透明基板131以及第二透明基板137均具有两个光学面，第一透明基板131以及第二透明基板137对波长在390nm至760nm之间的光线具有90％—100％的透射率。第一透明基板131以及第二透明基板137的材料可以为玻璃、塑料、聚合物和丙烯酸树脂中的至少一个，用于保护光波导阵列及滤去多余光线。需要说明的是，如果第一光波导阵列133和第二光波导阵列135紧密正交贴合后的强度足够，或安装的环境有厚度限制，则也可以只配置一个透明基板或完全不配置透明基板。

具体来说，第一光波导阵列133和第二光波导阵列135由多个横截面为矩形的反射单元1301组成，各反射单元1301的长度由光波导阵列外围尺寸限制从而长短不一。第一光波导阵列133中反射单元1301沿第一方向X延伸，第二光波导阵列135的反射单元1301沿第二方向Y延伸。第一光波导阵列133和第二光波导阵列135中反射单元1301的延伸方向(光波导阵列方向)相互垂直，即从第三方向Z(厚度方向)看，第一光波导阵列133和第二光波导阵列135之间正交布置，从而使处于正交方向的两个光束会聚于一点，且保证物像面(光源侧和成像侧)相对于平板透镜对称，产生等效负折射现象，实现空中成像。

请参阅图5，第一光波导阵列133或第二光波导阵列135由以用户视角偏转45°斜向布置的多个平行排布的反射单元1301组成。具体来说，第一光波导阵列133可由夹角ω为45°并排且横截面为矩形的反射单元1301组成，第二光波导阵列135可由垂直于夹角ω并排且横截面为矩形的反射单元1301组成，两组光波导阵列中反射单元1301的排列方向可以互换。例如，第一光波导阵列133中反射单元1301沿第二方向Y延伸，第二光波导阵列135的反射单元1301的沿第一方向X延伸，从第三方向Z(厚度方向)看，第一光波导阵列133和第二光波导阵列135之间正交布置，使处于正交方向的两个光束会聚于一点，且保证物像面(光源侧和成像侧)相对于平板透镜对称，产生等效负折射现象，实现空中成像。其中，光波导材料具有光学折射率n1，在一些实施例中，n1>1.4，例如n1取值为1.5、1.8、2.0等。

请参阅图6，对于第一光波导阵列133和第二光波导阵列135，各反射单元1301与其相邻的反射单元1301之间存在两个交接面，各交接面之间由透光性较好的粘合胶1303接合。粘合胶1303可以选择光敏胶或热固胶，粘合胶1303的厚度大于0.001mm，例如0.002mm或者0.003mm或者0.0015mm，具体厚度可以依据具体需要设置。平板透镜130中相邻的光波导阵列之间以及光波导阵列与透明基板之间均可以设置有粘合胶1303(图未示)，以增加牢固性。

反射单元1301的横截面可以为矩形，且沿反射单元1301的排布方向的一侧或两侧面设置有反射膜1302。具体来说，在光波导阵列的排布方向上，各反射单元1301两侧均镀有反射膜1302，反射膜1302的材料可以为实现全反射的铝、银等金属材料或其他非金属化合物材料。反射膜1302的作用是防止光线因没有全反射而进入相邻光波导阵列中形成杂光影响成像。或者，各反射单元1301也可以在反射膜1302上添加介质膜以提高光反射率。

单个反射单元1301的横截面宽为0.1mm-5mm，横截面长为0.1mm-5mm。为了获得更好的成像效果，横截面宽还可以为0.1mm-2mm，横截面长还可以为0.1mm-2mm。例如，横截面宽为0.2mm，横截面长为0.2mm，或者横截面宽为0.5mm，横截面长为0.5mm。在大屏幕显示时可以通过拼接多块光波导阵列来实现大尺寸需求。光波导阵列的整体形状根据应用场景需要设置，本实施例中，两组光波导阵列整体呈矩形结构，两对角的反射单元1301为三角形，中间的反射单元1301为梯形结构。单个反射单元1301的长度不等，位于矩形对角线的反射单元1301长度最长，两端的反射单元1301长度最短。此外，平板透镜130还可以包括增透部件和视角控制部件(图未示)，增透部件可以提高平板透镜的整体透过率，提高实像A的清晰度和明亮度。视角控制部件可以用于消除实像A的残像，降低观察者的眩晕感，同时防止观察者从其他角度窥视到装置内部，提升装置整体的美观度。其中，增透部件和视角控制部件可以组合，或者也可以分别独立设置在透明基板与波导阵列的之间、两层波导阵列之间或透明基板的外层。

下面解释空中成像原理。在微米尺度上，使用相互正交的双层波导阵列结构，来对任意光信号进行正交分解。原始信号投射在第一光波导阵列133，以原始信号投射点作为原点、垂直于第一光波导阵列133为x轴建立直角坐标系，在该直角坐标系内原始信号被分解为位于x轴的信号X和位于y轴的信号Y两路相互正交信号。其中，信号X在经过第一光波导阵列133时，按照与入射角相同的反射角在反射膜1302表面进行全反射；此时，信号Y保持平行于第一光波导阵列133，穿过第一光波导阵列133后，在第二光波导阵列135表面按照与入射角相同的反射角在反射膜1302表面进行全反射，反射后的信号Y与信号X组成的反射后的光信号便与原始光信号成镜面对称。因此任意方向的光线经过此平板透镜130均可实现镜面对称，任意光源的发散光经过此平板透镜130便会在对称位置重新汇聚成实像，实像A的成像距离与平板透镜130到像源即显示屏111的距离相同，为等距离成像，且实像A的位置在空中，不需要具体载体，而是直接在空气中呈现实像。因此，使用者所看到的空间中的影像即是显示屏111发出的图像光会聚形成。

在本实施例中，显示屏111出射的图像光在穿过平板透镜130时，在平板透镜130上发生上述过程。具体来说，请参阅图7，图像光在第一光波导阵列133上的入射角分别为α1、α2和α3，图像光在第一光波导阵列133上的反射角为β1、β2和β3，其中α1＝β1，α2＝β2，α3＝β3，经过第一光波导阵列133反射后，在第二光波导阵列135上的入射角分别为γ1、γ2和γ3，在第二光波导阵列135上的反射角分别为δ1、δ2和δ3，其中，γ1＝δ1，γ2＝δ2，γ3＝δ3。

进一步地，汇聚成像后的入射角分别为α1，α2，α3…αn，光源A’与平板透镜130的距离为L，则实像A的成像位置与平板透镜130的距离也为L，且该实像A的可视角度为2倍max(α)。

可以理解的是，若光波导阵列的尺寸较小，则仅在距离光波导阵列成像侧的一定距离才可看到影像；而若光波导阵列的尺寸变大，即可实现更大的成像距离，从而增大视野率。

请继续参阅图2，在本实施例中，显示屏111与平板透镜130之间的夹角θ为45°±5°，具体来说，通过设置显示屏111与平板透镜130之间的夹角θ为45°±5°，可以有效利用平板透镜130的尺寸，从而提高成像质量，并降低残像的影像。在其他实施例中，如果对成像位置有其他需求，则也可以在牺牲部分成像质量的情况下选择其他角度，平板透镜130的大小设置为可以显示整个显示屏111所呈现的实像A的画面。但如果实际使用时仅需要看到显示屏111的部分画面，则平板透镜130的尺寸也可以根据实际显示画面自由调整大小和位置，本申请对此不作限制。

在其他实施例中，平板透镜130还可以为其他结构，例如平板透镜130仅包括一层光波导阵列，将四周面均设为附有反射膜的多个立方柱状反射单元在一层光波导阵列结构中沿第一方向X和第二方向Y呈阵列排布，也即，将两层光波导阵列合并成一层，其成像原理与双层光波导阵列结构的成像原理相同。

第一光波导阵列133与第二光波导阵列135的厚度相同，从而可以简化第一光波导阵列133与第二光波导阵列135结构的复杂度，降低第一光波导阵列133与第二光波导阵列135的制造难度，提升第一光波导阵列133与第二光波导阵列135的生产效率，减少第一光波导阵列133与第二光波导阵列135的生产成本。需要注意的是，此处的厚度相同为一个相对的范围，并非是绝对相同，即以提高生产效率为目的，在不影响空中成像质量的前提下，光波导阵列之间可以存在一定的厚度差。

请继续参阅图1，感测模组30可以为远近红外传感器、超声波传感器、激光干涉传感器、光栅传感器、编码器、光纤式传感器或CCD(电荷耦合器件)传感器的其中一种或多种组合。也就是说，感测模组30的感应形式包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或CCD等。感测模组30的感应区域与实像A位于同一平面且包含实像A所处三维空间，可以根据安装空间、观看角度和使用环境选择最佳的感应形式，方便用户以最佳的姿态对实像A进行操作，提高用户操作的灵敏度和便捷性。

控制模组50可以为一驱动主板，用于与显示模组11以及感测模组30电连接，用于接收感测模组30生成的交互信号，并根据交互信号调整显示模组11显示的内容。控制模组50还用于连接中控显示装置100可以控制的其他器件，例如音响、车窗、空调系统等等。显示模组11可以显示其中一个或多个器件的控制面板，使用者通过触碰实像A，可以生成交互信号，控制模组50根据交互信号，可以向对应的器件发出控制信号，从而实现中控操作。

成像组件13、感测模组30以及显示模组11嵌设于外壳70内，具体来说，外壳70上设置有卡位71、卡位73和卡位75，卡位71用于与一固定板77搭配来固定显示屏111，显示屏主板113设置在固定板77上。卡位73为一凹槽，用于容纳感测模组30。卡位75为一通孔，用于容纳成像组件13。其中，固定板77可以通过螺栓的方式固定在卡位71的周边，从而将显示屏111固定在外壳70上，显示屏主板113可以通过螺栓的方式固定在固定板77上。感测模组30可以通过卡扣固定在卡位73上，也可以通过粘合胶固定。成像组件13通过粘合胶固定在卡位75上。外壳70还可以用于固定控制模组50，控制模组50可以与显示模组11设置于成像组件13的同侧。

盖板90覆盖在外壳70上，以用于覆盖成像组件13以及感测模组30。具体来说，盖板90可以为钢化玻璃等透明材料，设置于成像组件13远离显示模组11的一侧，用于保护成像组件13。盖板90可以通过粘合胶固定在外壳70上。

本申请实施例提供的中控显示装置100，通过设置空中成像模组10，可以投射浮空的实像A，从而使实像A的位置脱离实体的装置，以投射在使用者眼球的包络范围内，避免使用者在驾驶时低头操作，提高了驾驶的安全性。通过设置感测模组30来感测使用者触碰实像A的交互动作，可以避免触碰实体按键，提高了使用的便捷性，具有较强的科技感。

请一并参阅图8和图9，本申请实施例还提供一种车辆200，其包括：前排座位210、中央扶手230以及上述的中控显示装置100。本实施例中，中央扶手230设置于前排座位210的中间位置，中控显示装置100嵌设于中央扶手230上，中央扶手230上开设有凹槽231，以用于容纳中控显示装置100。于其他实施例中，中控显示装置100也可以固定在车辆的中控台的任何便于驾驶员观看的位置，不限于嵌设于中央扶手230内。

车辆200还可以包括驱动电机250，驱动电机250用于驱动中控显示装置100，以改变实像A相对于前排座位210的位置和方向。具体来说，驱动电机250同样设置于凹槽231中，用于驱动中控显示装置100进行位移或者旋转，从而使实像A进行位移或旋转，从而调整实像A相对于前排座位210的位置，进而调整实像A相对于使用者的眼睛E的位置。驱动电机250可以与控制模组50电连接，也可以独立设置语音接收装置，从而根据使用者的语音直接调节中控显示装置100的位置。本申请对此不做限制。

车辆200还可以包括车窗电机、空调、音响等其他车用电器，上述电器与中控显示装置100电连接，用于接收中控显示装置100的控制信号。

本申请实施例提供的车辆200，通过设置中控显示装置100，有利于在眼睛E的包络范围内投射实像A，避免在驾驶过程中低头注视，有利于提高驾驶的安全性，且可以通过触碰实像A进行中控操作，避免了寻找实体按键，提高了使用的便捷性，具有较强的科技感。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种中控显示装置，其特征在于，包括：

空中成像模组，包括：

显示模组，用于发出图像光；以及

成像组件，设置于所述显示模组的出光侧，用于接收所述图像光，并将所述图像光聚焦后出射，使得出射后的所述图像光在所述成像组件远离所述显示模组的一侧呈实像；

感测模组，用于感测穿过所述实像的交互动作，并生成交互信号；以及

控制模组，与所述空中成像模组和所述感测模组电连接，用于接收所述交互信号，并根据所述交互信号调整所述显示模组的显示内容。

2.如权利要求1所述的中控显示装置，其特征在于，所述成像组件包括平板透镜，所述实像与所述显示模组关于所述平板透镜对称。

3.如权利要求2所述的中控显示装置，其特征在于，所述平板透镜包括第一光波导阵列和第二光波导阵列，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列的排列方向相互垂直。

4.如权利要求2所述的中控显示装置，其特征在于，所述显示模组包括显示屏，所述显示屏与所述平板透镜之间的夹角为45°±5°。

5.如权利要求4所述的中控显示装置，其特征在于，所述显示模组还包括显示屏主板，所述显示屏主板与所述显示屏连接，用于驱动所述显示屏出射所述图像光。

6.如权利要求1所述的中控显示装置，其特征在于，所述感测模组包括远近红外传感器、超声波传感器、激光干涉传感器、光栅传感器、编码器、光纤式传感器或电荷耦合器件传感器的其中一种或多种组合，用于探测所述交互动作作用在所述实像上的位置。

7.如权利要求1所述的中控显示装置，其特征在于，还包括外壳，所述成像组件、所述感测模组以及所述显示模组嵌设于所述外壳上。

8.如权利要求7所述的中控显示装置，其特征在于，还包括盖板，所述盖板覆盖在所述外壳上，以用于覆盖所述成像组件以及所述感测模组。

9.一种车辆，其特征在于，包括：

前排座位以及中央扶手，所述中央扶手设置于所述前排座位的中间位置；以及

如权利要求1至8中任意一项所述的中控显示装置，所述中控显示装置嵌设于所述中央扶手上。

10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，还包括：

驱动电机，用于驱动所述中控显示装置，以改变所述实像相对于所述前排座位的位置和方向。