CN221007995U - 平视显示装置 - Google Patents

Abstract

一种平视显示装置(100)，其通过向搭载于车辆(200)的挡风玻璃(201)射出显示光(L)来显示虚像(V1、V2)，该平视显示装置具备：显示器(20)，其具有射出显示光(L)的显示面(21)；以及棱镜(40)，其供从显示面(21)射出的显示光(L)透过，棱镜(40)具备：入射面(41i)，其供来自显示面(21)的显示光(L)入射；以及射出面(41o)，其供从入射面(41i)入射到棱镜(40)的显示光(L)射出。本实用新型的平视显示装置能够降低控制部的负荷，并降低所显示的虚像的失真。

Description

平视显示装置

技术领域

本实用新型涉及一种平视显示装置。

背景技术

例如，专利文献1记载的显示装置基于控制部的控制在显示部上显示图像。此时，控制部基于存储在存储装置中的扭曲参数向显示部输出预失真的图像数据，以抵消在投影显示光的光学部件中产生的失真。控制部在对能够进行3D显示的显示部进行控制的情况下，还控制向纵深方向的扭曲。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2022-114602号公报

实用新型内容

实用新型所要解决的课题

在上述专利文献1记载的结构中，控制部每次都会基于扭曲参数生成失真的图像，因此运算所需的资源容易增加。

本实用新型是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够降低控制部的负荷并降低虚像的失真的平视显示装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本实用新型第一技术方案的平视显示装置，

其通过向搭载于车辆的透过反射部件射出显示光来显示虚像，该平视显示装置具备：

显示器，其具有射出所述显示光的显示面；以及

棱镜，其供从所述显示面射出的所述显示光透过，

所述棱镜具备：

入射面，其供来自所述显示面的所述显示光入射；以及

射出面，其供从所述入射面入射到所述棱镜的所述显示光射出，

在所述入射面与所述射出面之间形成有虚拟显示面，该虚拟显示面是因所述射出面处的折射而产生的所述显示面的表观位置，

所述虚拟显示面形成为减少因所述透过反射部件处的反射而产生的所述虚像的纵深方向的失真。

为了实现上述目的，本实用新型第二技术方案的平视显示装置，

其通过向搭载于车辆的透过反射部件射出显示光来显示虚像，该平视显示装置具备：

显示器，其具有射出所述显示光的显示面；以及

棱镜，其供从所述显示面射出的所述显示光透过，

所述棱镜具备：

入射面，其供来自所述显示面的所述显示光入射；以及

射出面，其供从所述入射面入射到所述棱镜的所述显示光射出，

在所述入射面与所述射出面之间形成有虚拟显示面，该虚拟显示面是因所述射出面处的折射而产生的所述显示面的表观位置，

所述射出面在与所述虚像的宽度方向对应的方向上呈对称的凸形状。

实用新型效果

根据本实用新型，在平视显示装置中，能够降低控制部的负荷并降低所显示的虚像的失真。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施方式的平视显示装置的示意图。

图2是示出本实用新型的第一实施方式的与真实场景重叠的虚像的图。

图3是本实用新型的第一实施方式的棱镜和显示器的立体图。

图4是本实用新型的第一实施方式的棱镜和显示器的纵截面图。

图5是本实用新型的第一实施方式的棱镜和显示器的侧视图。

图6是本实用新型的第一实施方式的显示器、棱镜、凹面镜和挡风玻璃的示意图。

图7是比较例的显示器、凹面镜和挡风玻璃的示意图。

具体实施方式

(第一实施方式)

参照附图对本实用新型的第一实施方式的平视显示装置进行说明。

如图1所示，平视显示装置100搭载于车辆200的仪表板的下方等处。平视显示装置100通过将显示光L投射在作为被投射部件(透过反射部件)的一例的挡风玻璃201上，对包括车辆信息的多个虚像V1、V2进行显示。当观察者1的视点EP位于可视区域R内时，观察者1能够视觉辨认虚像V1、V2。虚像V1显示在虚像显示虚拟区域K1内。虚像V2显示在虚像显示虚拟区域K2内。多个虚像显示虚拟区域K1、K2分别由没有实体的面形成，以相互不同的朝向形成。

虚像显示虚拟区域K1沿着高度方向延伸。在此，沿着高度方向是指虚像显示虚拟区域K1相对于高度方向小于±45°。虚像显示虚拟区域K2与虚像显示虚拟区域K1的下方相连且倾斜地存在。例如，虚像显示虚拟区域K2沿着路面。在此，沿着路面是指虚像显示虚拟区域K2相对于水平方向小于±45°。

如图2所示，虚像V2被显示为由观察者1观察时沿着作为真实场景的路面。虚像V1被显示为由观察者1观察时相对于作为真实场景的路面竖立。虚像V2中包含与路面相关联的信息、例如路径引导箭头等符号信息。虚像V1中包含车速等字符信息或标识信息。字符是指数字、字母、平假名、片假名、汉字等。

此外，虚像V1中也可以包含表示建筑物或树木等竖立在地面上的构造物的图标。通过与该图标进行比较，观察者1容易识别出该图标以外的虚像V1的显示也沿着高度方向显示。

接着，对平视显示装置100的结构进行说明。

如图1所示，平视显示装置100具备作为光学中继器的凹面镜12、显示器20、控制部25、外壳30、以及作为虚像朝向调整单元的一例的棱镜40。

外壳30由遮光性树脂或金属形成为箱状。在外壳30内收纳有凹面镜12、显示器20和棱镜40。外壳30具备由透光部件构成的窗部31，该窗部31供在外壳30的内部空间生成的显示光L朝向挡风玻璃201透过。

显示器20具有放射表示图像的显示光L的显示面21。显示器20可以是具有液晶面板和照明装置的类型，也可以是具有DMD(Digital Micro mirror Device)元件等反射型显示元件和投影仪的类型。显示面21朝向车辆200的前方下侧。对显示于显示面21的图像实施对由观察者1视觉辨认的虚像V1、V2在面内方向产生的失真进行校正的失真校正。该失真校正被称为扭曲处理。显示面21相对于显示光L的光轴中心La倾斜。光轴中心La位于显示光L的横截面的中心。

如图4所示，显示面21具备射出与虚像V1对应的显示光L的第一区域20a和射出与虚像V2对应的显示光L的第二区域20b。在第一区域20a显示字符信息，在第二区域20b显示符号信息。在与第一区域20a和第二区域20b分别对应的棱镜40的内部空间内形成有第一虚拟显示面和第二虚拟显示面。

如图1所示，控制部25具有CPU(Central Processing Unit)、GDC(GraphicsDisplay Controller)、ROM(Read Only Memory)和RAM(Random Access Memory)等。控制部25从外部获取与车速和路径引导等信息相关的信息，并基于这些信息生成显示于显示面21的图像。

棱镜40设置于显示面21，供从显示面21射出的显示光L透过。关于棱镜40将在后面详细叙述。

如图1所示，凹面镜12具有沿着车辆的高度方向和宽度方向弯曲成凹状的反射面12a。凹面镜12将透过棱镜140的显示光L朝向挡风玻璃201反射。凹面镜12将来自显示面21的显示光L以放大的方式朝向挡风玻璃201反射。凹面镜12的反射面12a朝向车辆200的后方上侧。凹面镜12具有抑制由挡风玻璃201的反射引起的虚像的失真的功能。

接着，对棱镜40的结构进行说明。

如图3和图4所示，棱镜40由折射率n比空气(n＝1)大的材质、例如玻璃或光学树脂形成。棱镜40形成为覆盖显示面21的大致板状。

棱镜40具备：入射面41i，其与显示面21对置地配置，供来自显示面21的显示光入射；以及射出面41o，其位于入射面41i的相反侧，供入射的显示光L射出。入射面41i形成为矩形平面状。棱镜40的入射面41i可以通过光学接合而固定于显示面21，棱镜40可以由未图示的支承机构支承。

棱镜40和显示器20呈在高度方向上较长的板状。棱镜40具备：入射面41i，其与显示面21对应地配置，供来自显示面21的显示光入射；以及射出面41o，其供经由入射面41i入射到棱镜40的显示光L射出。射出面41o具备：第一顶面42，其呈沿着显示面21延伸的半圆筒状；以及倾斜面43，其相对于第一顶面42倾斜且呈半圆筒状。第一顶面42和倾斜面43在高度方向上连续。第一顶面42位于比倾斜面43更靠上方的位置。倾斜面43以随着朝向下方而接近显示器20的方式倾斜。第一顶面42和倾斜面43的半圆筒状朝向与显示器20相反的方向呈凸状。换言之，第一顶面42和倾斜面43呈向显示光L射出的方向凸出的曲面形状。

在棱镜40上形成有位于棱镜40的厚度方向的中心的第一虚拟显示面48A和第二虚拟显示面48B。棱镜40通过自身的折射率n，使显示面21如同位于第一虚拟显示面48A和第二虚拟显示面48B那样发挥作用。因此，通过棱镜40，能够由一个显示面21发挥与多个显示面相同的作用。第一虚拟显示面48A位于第一顶面42与入射面41i之间，形成为与第一顶面42类似的面状。第二虚拟显示面48B形成于倾斜面43与入射面41i之间。第二虚拟显示面48B以将入射面41i与倾斜面43形成的角度α二等分的方式延伸。第一虚拟显示面48A与虚像显示虚拟区域K1对应。第二虚拟显示面48B与虚像显示虚拟区域K2对应。

显示光L的光轴中心La通过第一虚拟显示面48A和第二虚拟显示面48B的边界部。此外，显示光L的光轴中心La也可以不通过边界部而是通过第一虚拟显示面48A和第二虚拟显示面48B。

第一虚拟显示面48A的延长线(图4的虚线所示的线)相对于光轴中心La的角度θ1是比第二虚拟显示面48B相对于光轴中心La的角度θ2小的角度。角度θ2(参照图4)越大，虚像显示虚拟区域K2相对于高度方向的倾斜角度越大。

如图1和图4所示，第一虚拟显示面48A与沿着高度方向的虚像显示虚拟区域K1对应。第二虚拟显示面48B与相对于虚像显示虚拟区域K1倾斜的虚像显示虚拟区域K2对应。第一虚拟显示面48A的上端与虚像显示虚拟区域K1的下端对应，第二虚拟显示面48B的下端与虚像显示虚拟区域K2的上端对应。即，第一虚拟显示面48A和第二虚拟显示面48B各自的图像在高度方向和车辆前后方向上反转而显示为虚像V1、V2。

如图1和图2所示，虚像显示虚拟区域K2在由观察者1观察时位于比虚像显示虚拟区域K1更靠上方的位置。虚像显示虚拟区域K1的上端与虚像显示虚拟区域K2的下端相接。虚像显示虚拟区域K2以随着远离观察者1而朝向上方的方式倾斜。

(关于顶面形状)

图5是示出从高度方向观察的平面上的棱镜40和显示器20的外观的图。射出面41o具有在该视点下呈曲面形状的第一顶面42。至此，对于虚拟显示面48A、48B，基于从车辆宽度方向观察的平面上的形状进行了描述。但是，实际的虚拟显示面48A、48B在第一顶面42和倾斜面43的形状的作用下，如附图内的虚线那样呈曲面形状。

在此，参照图7对以往的结构进行说明。图7是示意性地示出垂直向下俯视具备显示器20、凹面镜12和挡风玻璃201的平视显示器时的结构的图。该平视显示器不具备棱镜40。

显示光L从具有呈矩形平面的显示面的显示器20射出。显示光L被凹面镜12、挡风玻璃201反射后，到达可视区域。同时，能够从可视区域视觉辨认的虚像Vo在挡风玻璃201的前方成像。

此时，如图7所示，虚像Vo如附图内的虚线那样弯曲成像。具体而言，当被反射面均为凹状的凹面镜12、挡风玻璃201反射时，虚像Vo的两端在比中心位置更接近可视区域的位置成像。这是因为，在对内侧的光路长度与外侧的光路长度进行比较时，在反射面为凹状的凹面镜12与同样反射面为凹状的挡风玻璃201彼此面对地设置的情况下，外侧的光路长度变得极短。

这样，即使显示面为平面，虚像也不一定成像为平面，有时会产生虚像纵深方向的失真。

在现有技术中，虽然存在通过对显示于显示器的图像进行扭曲处理来减轻虚像的面内失真的结构，但除非使用能够进行立体显示的显示器，否则难以减少虚像的纵深方向的失真。

因此，在本实用新型中，如本实施方式那样构成平视显示装置。具体而言，在平视显示装置100中，

棱镜40具备：

入射面41i，其供来自显示面21的显示光L入射；以及

射出面41o，其供从入射面41i入射到棱镜40的显示光L射出，

在入射面41i与射出面41o之间形成有虚拟显示面48A、48B，该虚拟显示面48A、48B是因射出面41o处的折射而产生的显示面21的表观位置，

虚拟显示面48A、48B形成为减少因挡风玻璃201处的反射而产生的虚像V1、V2的纵深方向的失真。

在第一实施方式中，通过棱镜40的作用，虚拟显示面向显示光L的射出方向凸出(即，朝向可视区域R凸出)。通过除了棱镜之外的光学中继器(凹面镜12、挡风玻璃201)的反射，虚像原本应该以朝向可视区域R凹陷的方式失真，因此，在这样的平视显示器中，能够减少虚像V1、V2的纵深方向的失真。

另外，在另一观点中，在平视显示装置100中，

棱镜40具备：

入射面41i，其供来自显示面21的显示光L入射；以及

射出面41o，其供从入射面41i入射到棱镜40的显示光L射出，

在入射面41i与射出面41o之间形成有虚拟显示面48A、48B，该虚拟显示面48A、48是因射出面41o处的折射而产生的显示面21的表观位置，

射出面41o在与虚像V1、V2的宽度方向对应的方向上呈凸形状。

在第一实施方式中，通过棱镜40的作用，虚拟显示面向显示光L的射出方向凸出(即，朝向可视区域R凸出)。通过除了棱镜之外的光学中继器(凹面镜12、挡风玻璃201)的反射，虚像原本应该以朝向可视区域R凹陷的方式失真，因此，在这样的平视显示器中，能够减少虚像V1、V2的纵深方向的失真。此外，该凸形状更优选为在与宽度方向对应的方向上对称的凸形状。根据该结构，无论车辆是右舵车还是左舵车，都能够使用通用的部件，成为制造性优异的平视显示装置。

而且，只要是这样在与虚像V1、V2的宽度方向对应的方向上对称的凸形状，即使车辆200的方向盘位置相对于中央向右侧和左侧偏移，也能够利用通用的棱镜40，因此特别适合作为搭载于车辆的平视显示器。

此外，本实用新型并不限定于以上实施方式和附图。在不变更本实用新型的主旨的范围内，能够适当地加以变更(也包括构成要素的删除)。以下，对变形的一例进行说明。

(变形例)

在上述实施方式中，示出了具备倾斜面43的棱镜40，但并不限定于此，也可以是射出面41o整体由第一顶面42构成。

上述实施方式示出了作为相同曲率的曲面的第一顶面42和倾斜面43，但并不限定于此，曲率也可以部分或全部改变。特别地，一般而言，挡风玻璃的曲率在上侧相对较大。因此，如果射出面41o的曲率也是与该部位对应的部分较高的曲率，则能够更有效地减少失真。

在上述实施方式中，显示光L从显示面21直接照射到凹面镜12上，但并不限定于此，也可以新设置将从显示面21照射的显示光L朝向凹面镜12反射的校正镜、平面镜。该校正镜例如是纵截面为凹状的凹面镜。也可以由该校正镜和凹面镜12构成将显示光L从显示面21引导至挡风玻璃201的光学中继器。

在上述各实施方式中，凹面镜12也可以构成为能够以沿着车宽方向延伸的旋转轴为中心转动。凹面镜12以该旋转轴为中心旋转，从而能够针对观察者1调整显示光L投射的高度。

在上述实施方式中，也可以构成为不从显示面21中的与虚拟显示面48A、48B的边界部分对应的非显示区域21a射出显示光L。由此，在使观察者的视点在可视区域内移动时，能够抑制显示在虚像V1与V2之间往返，降低给观察者带来的不适感。此外，不限于该变形例，也可以构成为使用遮光部件等遮光单元，使显示光L不会到达虚拟显示面48A、48B的边界部分。

上述棱镜40也可以由钠硼解石、即电视石形成。由此，能够在棱镜40的光射出面上形成虚拟显示面。

如图4的单点划线所示，棱镜40A也可以具备从显示面21伸出的伸出部49。伸出部49供显示光L中的从显示面21朝向凹面镜12的上端部的光透过。伸出部49设置于上述实施方式的棱镜40的上侧面，形成为高度随着从显示面21接近射出面41o而变高。由此，能够有效利用凹面镜12的反射面12a的整个区域，能够增大虚像显示虚拟区域K1的尺寸。

另外，也可以在上述棱镜40的顶面与倾斜面之间的边缘部分设置圆角。

上述棱镜40的顶面部分和倾斜面部分也可以单独形成。

在上述各实施方式中，平视显示装置100搭载于车辆，但并不限定于此，也可以搭载于飞机、船等交通工具。另外，被投射部件并不限定于挡风玻璃201，也可以是专用的合成器。

另外，显示光L也可以通过反射镜、透镜的收敛作用而在光路内交叉。即使在该情况下，如果与期望的虚像的形态对应地适当构成棱镜、显示器，则也能够发挥本实用新型的效果。

例如，在显示光L在光路内沿上下方向交叉一次的情况下，与不交叉的情况相比，棱镜、显示器可以上下颠倒地设置。

符号说明

1：观察者；12：凹面镜；20：显示器；21：显示面；21a：非显示区域；25：控制部；30：外壳；31：窗部；40：棱镜；41i：入射面；41o：射出面；42：第一顶面；43：倾斜面；48A、48B：虚拟显示面；49：伸出部；100：平视显示装置；200：车辆；201：挡风玻璃；205：视点检测部；α、θ1、θ2：角度；C：中心线；L：显示光；K1、K2：虚像显示虚拟区域；R：可视区域；V1、V2：虚像；X：横轴；Z：纵轴；EP：视点；La：光轴中心。

Claims (9)

1.一种平视显示装置，其通过向搭载于车辆的透过反射部件射出显示光来显示虚像，其特征在于，

该平视显示装置具备：

显示器，其具有射出所述显示光的显示面；以及

棱镜，其供从所述显示面射出的所述显示光透过，

所述棱镜具备：

入射面，其供来自所述显示面的所述显示光入射；以及

射出面，其供从所述入射面入射到所述棱镜的所述显示光射出，

在所述入射面与所述射出面之间形成有虚拟显示面，该虚拟显示面是因在所述射出面的折射而产生的所述显示面的表观位置，

所述虚拟显示面形成为减少因在所述透过反射部件的反射而产生的所述虚像的纵深方向的失真。

2.根据权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于，

所述射出面具备：

第一顶面，其在沿着所述显示面的方向上延伸；以及

倾斜面，其相对于所述第一顶面倾斜。

3.根据权利要求2所述的平视显示装置，其特征在于，

所述显示面具备：

第一区域，其射出通过所述第一顶面的所述显示光；以及

第二区域，其射出通过所述倾斜面的所述显示光，

在所述第一区域显示字符信息，

在所述第二区域显示符号信息。

4.根据权利要求2所述的平视显示装置，其特征在于，

在所述第一顶面与所述棱镜的所述入射面之间形成有第一虚拟显示面，

在所述倾斜面与所述棱镜的所述入射面之间形成有第二虚拟显示面，

所述显示面具备将与所述第一虚拟显示面和所述第二虚拟显示面的边界部对应的区域设为非显示的非显示区域。

5.一种平视显示装置，其通过向搭载于车辆的透过反射部件射出显示光来显示虚像，其特征在于，

该平视显示装置具备：

显示器，其具有射出所述显示光的显示面；以及

棱镜，其供从所述显示面射出的所述显示光透过，

所述棱镜具备：

入射面，其供来自所述显示面的所述显示光入射；以及

射出面，其供从所述入射面入射到所述棱镜的所述显示光射出，

在所述入射面与所述射出面之间形成有虚拟显示面，该虚拟显示面是因在所述射出面的折射而产生的所述显示面的表观位置，

所述射出面在与所述虚像的宽度方向对应的方向上呈凸形状。

6.根据权利要求5所述的平视显示装置，其特征在于，

所述射出面在与所述虚像的宽度方向对应的方向上呈对称的凸形状。

7.根据权利要求5所述的平视显示装置，其特征在于，

所述射出面具备：

第一顶面，其在沿着所述显示面的方向上延伸；以及

倾斜面，其相对于所述第一顶面倾斜。

8.根据权利要求7所述的平视显示装置，其特征在于，

所述显示面具备：

第一区域，其射出通过所述第一顶面的所述显示光；以及

第二区域，其射出通过所述倾斜面的所述显示光，

在所述第一区域显示字符信息，

在所述第二区域显示符号信息。

9.根据权利要求7所述的平视显示装置，其特征在于，

在所述第一顶面与所述棱镜的所述入射面之间形成有第一虚拟显示面，

在所述倾斜面与所述棱镜的所述入射面之间形成有第二虚拟显示面，

所述显示面具备将与所述第一虚拟显示面和所述第二虚拟显示面的边界部对应的区域设为非显示的非显示区域。