CN103748513A - 在复合玻璃板上生成显示图像的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在复合玻璃板上生成显示图像的装置，其包含：具有经由含有至少一种发光颜料(8)的中间层(2)互相连接的第一板(3)和第二板(4)的复合玻璃板(1)；激光投影仪(5)，其含有至少一个激光器(9)和用于使激光器(9)的辐射(11)转向的光学系统(10)，其中辐射(11)在复合玻璃板(1)的一个区域(7)内导向复合玻璃板(1)；光检测器(6)，其检测发光颜料(8)的发光辐射(12)，和控制单元(13)，其电子连接光检测器(6)和激光投影仪(5)。可以检测激光投影仪(5)与复合玻璃板(1)之间的障碍物，因为在这种情况中，光检测器(6)没有检测到发光辐射(12)。因此可以有利地降低激光器(9)的辐射(11)对人造成的危害。

Description

在复合玻璃板上生成显示图像的装置
本发明涉及在复合玻璃板上生成显示图像的装置及其用途。本发明还涉及在复合玻璃板上生成显示图像的方法。
平视显示器是航空中普遍的。安装在飞行员的直接视野中的系统显示关于他们自己的飞机和其它飞机的最重要数据。在军事部门中确立并大量使用的这些系统也具有用于民事部门，特别是汽车部门的许多可能性。由此，关于速度、与前车的距离的数据或来自导航设备的方向数据可直接显示在驾驶员的视平线上。这些能力明显改进车辆的交通安全，因为驾驶员在注视设备时无法观察交通位置和状况。如果机动车的速度提高，例如在高速路上，车辆“盲驶”的距离相当大并会造成提高的事故风险。
US 7,230,767 B2公开了机动车的平视显示器。该布置包含含有发光化合物的复合玻璃板。用光源，例如激光照射该发光化合物，并出现在汽车驾驶员的视野中。为了激发发光化合物，需要例如100 mW的高激光功率，这会对人眼或皮肤造成损伤。激光辐射因此对车辆乘客构成危害，特别是如果反射物，例如手镜位于激光投影仪与车窗玻璃之间。激光束会被例如该反射物导入车辆乘客的眼中。
国际标准IEC 60825-1 Edition 2.0规定了最大允许照射量（MPE）。MPE是在激光束射向人眼时不会造成眼损伤的激光器最大功率密度。考虑到暴露面积和辐射功率，MPE给出最大允许照射期。照射人眼的时间长于最大允许照射期的激光辐射产生眼损伤。
通常通过一个或多个可调镜使激光辐射移动以生成图像。当例如机械损伤造成镜子运动故障时，激光辐射对车辆乘客的危害特别大。激光辐射随后被导向固定的点。如果激光辐射进入车辆乘客的眼睛，则很容易超过最大允许照射期。
从EP 2 233 962 A2中获知借助激光辐射在挡风玻璃上生成的显示图像，其中以规则的时间间隔将激光辐射导向反射元件。该反射元件布置在挡风玻璃上并使激光辐射转向传感器。如果传感器没有检测到激光辐射，这表明故障并停止激光辐射。这种解决方案实际上确实明显改进车辆乘客的安全性，但具有许多缺点。不是连续检查激光投影仪与挡风玻璃之间的障碍物的存在，而是仅在将激光辐射导向反射元件的期间检查。此外，只能检测位于激光投影仪与反射元件之间的那些障碍物。没有检测在挡风玻璃的其它区域前方的障碍物。此外，反射元件的安装和精确校正是复杂的并且会不利地影响挡风玻璃的外观。
从通过激光辐射的漫反射和/或散射在合适的表面，例如屏幕上生成显示图像的投影系统中获知，可以通过漫反射和/或散射辐射的检测降低对人的危害。这样的解决方案例如从US 2006/0065735 A1、US 2001/0005262 A1和US 2006/0244925 A1中获知。在这样的投影系统中，可通过检测到的辐射强度的降低确定障碍物或其它破坏，如屏幕破损。但是，这种解决方案无法用于玻璃板上的平视显示器，因为光滑的玻璃表面具有太低的漫反射辐射比例。此外，常常采取措施进一步降低（本质上不合意的）反射。
从JP 2009-145846 A中获知一种平视显示器，其中通过附加光束检测障碍物。但是，除生成显示图像的辐射源外的另一辐射源的安装在技术上非常复杂。
本发明的目的是提供用于在复合玻璃板上生成显示图像的改进的装置，其中避免激光辐射对车辆乘客的危害。本发明的目的还在于提供在复合玻璃板上生成显示图像的方法。
根据本发明通过根据独立权利要求1的在复合玻璃板上生成显示图像的装置实现本发明的目的。从从属权利要求中看出优选实施方案。
本发明的在复合玻璃板上生成显示图像的装置包含下列特征：
- 具有经由含有至少一种发光颜料的中间层互相连接的第一板和第二板的复合玻璃板，
- 激光投影仪，其含有至少一个激光器和用于使所述激光器的辐射转向的光学系统，其中所述辐射在所述复合玻璃板的一个区域内导向所述复合玻璃板，
- 光检测器，其检测所述发光颜料的发光辐射，和
- 控制单元，其电子连接光检测器和激光投影仪。
将离开激光投影仪的激光束导向复合玻璃板。该激光束经第一板渗入中间层。在穿过中间层的过程中至少一部分激光辐射被发光颜料吸收。优选光学激发该发光颜料并以电磁辐射形式释放至少一部分激发能量。该发光颜料发出发光辐射。发光包括荧光和/或磷光过程。该发光辐射优选具有与激光辐射不同的波长，特别优选更大波长。该发光辐射根据本发明具有在可见光范围中的波长。
优选地，在穿过中间层的过程中大部分激光辐射被发光颜料吸收。因此，可以有利地避免透过玻璃板的激光辐射对人造成的危害。
发光颜料发出的发光辐射统计分布在所有空间方向中。一部分发光辐射导向观看者眼睛并因此作为玻璃板上的像素被观看者感知。
可以借助激光投影仪的光学系统改变激光束的方向。激光束可由此至少在复合玻璃板的一个区域上移动。借助激光束在复合玻璃板上的移动，生成图像，例如象形图、数字和/或字符。在其内根据本发明生成图像并且在其内激光束可在复合玻璃板上移动的复合玻璃板区域被称作激光辐射可达的复合玻璃板区域。激光辐射可达的复合玻璃板区域可包括就激光而言没有被激光投影仪与复合玻璃板之间的物体，例如复合玻璃板的固定元件遮蔽的复合玻璃板的整个区域。
光检测器至少对来自发光颜料的发光辐射的至少一部分波长范围的电磁辐射敏感。安置并校准光检测器以便可检测到至少来自激光辐射可达的复合玻璃板的整个区域的发光辐射。特别地，绝没有电磁辐射障碍物位于光检测器与激光辐射可达的复合玻璃板区域之间。
如果激光辐射离开激光投影仪并且同时光检测器没有检测到发光辐射，在复合玻璃板前方一定存在障碍物。该障碍物可以在激光投影仪与玻璃板之间并阻碍发光颜料的激发。或者，该障碍物可以位于光检测器与复合玻璃板之间并阻碍发光辐射的检测。这种障碍物是例如人的头部或可使激光辐射转向到人眼中的反射物，例如手镜。为避免对观看者的危害，在复合玻璃板前方存在障碍物的情况下必须中断激光辐射。在光检测器没有检测到发光辐射时，控制单元中断来自激光投影仪的激光辐射发射。
激光投影仪和光检测器经由控制单元互相电子连接。该控制单元可以接收和处理来自激光投影仪和来自光检测器的信号。该控制单元优选包括集成电路，例如微控制器、信号处理器或FPGA（现场可编程门阵列）。该控制单元特别优选包括专用标准产品（ASSP）或专用集成电路（ASIC）。这从信号处理速度的角度看特别有利。
在激光辐射离开激光投影仪时，激光投影仪向控制单元发送ON信号，例如1V的电压信号。在没有激光辐射离开激光投影仪时，激光投影仪向控制单元发送OFF信号，例如0V的电压信号。光检测器在检测到发光辐射时向控制单元发送ON信号并在没有检测到发光辐射时发送OFF信号。控制单元比较来自激光投影仪和光检测器的信号。如果接收到激光投影仪的ON信号并同时没有光检测器的ON信号，一定有障碍物位于复合玻璃板前方。在这种情况中，控制单元中断来自激光投影仪的激光辐射发射。本发明的在复合玻璃板上生成显示图像的装置有利地防止激光辐射对人的危害。
术语“ON信号”和“OFF信号”旨在阐明本发明的理念并且在本发明中必须广义解释。它们必须被理解为不仅是指两种不同的离散信号。ON信号和OFF信号的传送还可包括向控制单元传送原始数据，例如光检测器的计数率，其仅由控制单元使用合适的极限值解释为ON信号或OFF信号。一般而言，ON信号和OFF信号被理解为是指能使控制单元识别光检测器是否检测到发光辐射或激光辐射是否离开激光投影仪的任何信号。
通过光检测器检测到的发光颜料的发光辐射明显强于激光辐射的漫反射和/或散射比例。此外，发光辐射的强度主要取决于激光辐射在复合玻璃板上的位置。因此，本发明的装置与例如通过检测漫反射和/或散射的激光辐射相比可以明显更有效地识别障碍物。通过引入光检测器的合适阈值，可以例如避开例如由漫反射和/或散射的激光辐射或其它辐射源造成的强度比发光辐射弱的不想要的背景辐射。
来自激光投影仪的激光辐射发射的中断可以例如通过中断激光器的电压供应实现。或者，可以将光束阻断器引入光束路径中。光束阻断器可布置在激光器与光学系统之间，布置在光学系统内或布置在光学系统后的激光辐射方向上。来自激光投影仪的激光辐射发射的中断还可通过电光或声光组件实现。
在本发明的一个有利的实施方案中，光检测器包括具有二维图像传感器，例如CCD传感器的照相机。光检测器优选包括具有有源像素传感器（APS传感器，CMOS传感器）的照相机。特定优点在于APS传感器的高读数速度和低功率要求。
通过激光投影仪的光学系统确定激光辐射在复合玻璃板上的位置。激光辐射在复合玻璃板上的位置决定检测到的发光辐射在照相机的二维图像传感器上的位置。在本发明的一个特别优选的实施方案中，控制单元向该照相机传送关于激光辐射在玻璃板上的预期位置的信息。因此，不需要读取整个APS传感器，而是仅读取包括发光辐射在APS传感器上的位置的传感器子区域。这从读数速度的角度看特别有利。
接连辐射至照相机的二维图像传感器的像素或像素组的序列可通过控制单元与要生成的图像的形状相比较。这能有利地检查在复合玻璃板上生成显示图像的装置的根据本发明的功能性。
在本发明的另一有利的实施方案中，光检测器包括至少一个单像素光传感器，例如光敏电阻、光电晶体管或二次电子倍增管，优选光电二极管。该光电二极管是通过内部光电效应将p-n-跃迁或pin-跃迁上的可见光转化成电流的半导体二极管。适合在可见光谱范围内检测的半导体材料包括例如硅或III-V-化合物半导体，如镓、铝和/或铟的砷化物、磷化物或氮化物。光电二极管的特定优点在于其短反应时间。
在本发明的一个优选实施方案中，例如通过消波器周期性地中断离开激光投影仪的激光束。可以从激发玻璃板中的发光颜料的阶段中检出的辐射中减去在激光辐射中断的阶段中光检测器检出的辐射。因此有利地降低外部光源，例如日光或消防队或警察的示警灯（“蓝光“）的干扰作用。借助锁定放大器可以改进信噪比。
在本发明的另一优选实施方案中，用最佳滤波器法（匹配滤波器）改进光检测器的信噪比。在这种情况中，以特有的周期性重复的脉冲序列从激光投影仪中发出激光辐射。可以例如通过消波器或通过中断激光器的电压供应生成脉冲序列。离开复合玻璃板的发光辐射随后以相同的特有脉冲序列存在。分析光检测器的信号的特有脉冲序列的存在。因此，可以有利地将发光辐射区别于背景辐射。
光检测器可检测的波长范围优选适应于发光颜料的发光辐射的波长范围。这可例如通过在光检测器的活性表面前方的合适的光谱过滤器实现。因此有利地降低其它光源的干扰影响。如果反射或散射一部分激光辐射，一种这样的其它光源例如甚至可以是激光器。
光检测器还可包括透镜和/或其它光学、电子或机械组件。
激光投影仪包括至少一个激光器作为辐射源，和规定激光辐射的方向并因此规定在复合玻璃板上的照射位置的光学系统。
激光投影仪的光学系统包括至少一个镜子，其连接到可活动组件上。该可活动组件可包括例如至少一个压电元件。该可活动组件优选包括基于微型系统原理的组件（微电机械系统，MEMS）。镜子与可活动MEMS组件形成所谓的微镜装置（Mikrospiegelaktor），更确切地，所谓的微型扫描仪。特定优点在于小尺寸、轻重量、小功率消耗和抗环境影响的稳固性。
借助可活动组件，该镜子可以以两个方向，优选两个互相垂直的方向，特别优选水平和垂直倾斜。该光学系统甚至可含有多个分别与一个可活动组件相连的镜子。例如，该光学系统可包括两个镜子，一个镜子能够水平倾斜，另一个镜子能够垂直倾斜。该光学系统还可包括其它机械、电子和/或光学组件，例如透镜。
镜子的排列确定激光辐射在复合玻璃板上的目标位置。如果激光辐射离开激光投影仪，该激光辐射照亮该激光辐射在复合玻璃板上的目标位置。
激光辐射在复合玻璃板上的目标位置在激光辐射可达的复合玻璃板区域内移动以生成图像。当激光辐射在复合玻璃板上的目标位置位于要生成图像的区域内时，激光辐射离开激光投影仪并到达复合玻璃板。当激光辐射在复合玻璃板上的目标位置不在要生成图像的区域内时，没有激光辐射离开激光投影仪。
在本发明的一个优选实施方案中，通过光栅扫描法生成复合玻璃板上的图像。激光辐射在复合玻璃板上的目标位置在激光辐射可达的至少一部分复合玻璃板区域上周期性地逐行移动。两个邻行之间的距离可以与激光束在复合玻璃板上的宽度相同。或者，两个邻行之间的距离可以小于或大于激光束在复合玻璃板上的宽度。光栅扫描法的特定优点在于激光辐射在要生成图像的区域中的均匀分布。因此，实现图像的均匀亮度。
在本发明的另一优选实施方案中，通过向量扫描法生成复合玻璃板上的图像。通过激光辐射在复合玻璃板上的目标位置的移动再现要生成的图像的形状。当图像具有单个相连区域（例如数字“0”）时，在激光辐射在要生成图像的区域内移动的全程中目标位置都定域在复合玻璃板上。因此，在激光辐射移动的全程中，激光辐射都离开激光投影仪。这有利地提供发光颜料的高激发速率和图像的高亮度。在具有互相分隔的多个区域（例如数字“10”）的图像的生成过程中，激光束在复合玻璃上的预期位置在激光移动的大部分期间局限于要生成图像的区域内。
也可以通过向量扫描法与光栅扫描法的组合生成图像。
该激光器优选是二极管激光器。该激光器优选发射波长为360纳米至420纳米的电磁辐射。合适的市售二极管激光器是例如具有约405纳米的发射波长的二极管激光器。
在本发明的一个特别有利的实施方案中，该激光器发射波长为375纳米至400纳米，例如395纳米的电磁辐射。这从发射波长在可见光谱范围内的发光颜料的激发角度看是有利的。激光辐射的波长在这种情况中在电磁谱的UV-A范围中。特定优点在于在UV-A范围（315纳米至400纳米）中比在可见光范围（400纳米至780纳米）中更高的最大允许照射量。该较高的最大允许照射量来自辐射在眼中的不同作用机制。UV-A辐射作用于眼球晶状体；可见光辐射作用于视网膜。较高的最大允许照射量使得在相同照射强度下在UV-A范围中的最大允许照射期比在可见光范围中更长。例如，在可见光范围中在1 x 106 W/m2照射强度下的最大允许照射期小于1 x 10-8 s；在UV-A范围中大于1 x 10-3 s。因此，有利地延长所需反应时间——在检测到激光投影仪与复合玻璃板之间的障碍物后必须在该时间内中断激光辐射。
激光投影仪还可包括多个激光器。各种激光器可具有相同的发射波长或不同的发射波长。
激光投影仪发出的激光辐射的功率优选为5 mW至1000 mW，特别优选50 mW至600 mW。这从生成足够明亮图像的角度看特别有利。
激光器发出的电磁辐射通常为线性偏振。借助线性偏振，电场的振荡方向恒定。电场的绝对值和符号周期性改变。优选振荡方向被称作偏振方向。线性偏振光可分解成具有相同频率和相同传播方向的两个组分，它们彼此垂直地以相等的振幅和同相振荡。这两个组分的强度比被称作偏振比。偏振比根据本发明优选为至少50:1，特别优选至少90:1。
在本发明的一个有利的实施方案中，该激光辐射相对于复合玻璃板的表面平行（p-）偏振或主要p-偏振。P-偏振是指激光辐射到达复合玻璃板时的偏振方向在入射面中。入射向量和激光辐射到达复合玻璃板的位置处该复合玻璃板的表面法线跨越入射面。P-偏振的激光辐射在复合玻璃板的表面处高度折射而非反射。这对减轻激光辐射在复合玻璃板上的反射而言特别有利，这种反射会使观看者分心或甚至遭受危险。此外，较大比例的激光辐射到达含有发光颜料的复合玻璃板中间层。这有利地提高发光颜料的激发速率。可通过激光器围绕由发射方向确定的轴旋转来调节偏振方向。或者，可以例如通过λ/2波片调节偏振方向。
为了实现高偏振比，激光投影仪还可包括一个或多个起偏振器，例如偏振滤光器。
线性偏振的激光辐射的反射度取决于激光辐射在复合玻璃板表面上的入射角。反射度是反射的辐射功率与入射的辐射功率的比率。入射角是入射向量与激光辐射到达复合玻璃板表面的位置处该复合玻璃板的表面法线之间的角度。当入射角等于所谓的布儒斯特角时，线性偏振的激光辐射的反射的降低特别显著。对于以布儒斯特角的光入射，对p-偏振辐射的反射度为0。优选根据本发明的在空气/玻璃界面上的布儒斯特角大致为57.2°。
在本发明的一个特别有利的实施方案中，在激光辐射可达的复合玻璃板的整个区域中，激光辐射到达复合玻璃板表面的入射角在20°至70°之间。反射度通常小于或等于0.04。入射角非常特别优选在38°至66°之间。反射度通常小于或等于0.02。这对避免复合玻璃板表面上的干扰反射特别有利。
在本发明的另一有利的实施方案中，在复合玻璃板的第一板的面向激光投影仪的表面上布置减反射涂层。因此，有利地减轻激光辐射在复合玻璃板上的反射并有利地提高发光颜料的激发速率。该减反射涂层优选包括含有二氧化硅的多孔层。特定优点在于减反射性质不依赖于激光辐射在复合玻璃板上的入射角。该多孔层可例如通过蚀刻法制造并例如公开在DE822714B中。或者，可以在溶胶-凝胶法中由胶态分散溶液施加该多孔层。例如在DE19918811A1和GB2424382A中公开了合适的方法。特别优选根据所用激光器的发射波长优化减反射性质，这可通过减反射涂层的层厚度的选择实现。当减反射涂层的层厚度为激光器的发射波长的1/4或激光器的发射波长的1/4的奇数倍数时，减反射性质最优。
在本发明的一个有利的实施方案中，在复合玻璃板上生成显示图像的装置进一步包括至少一个在中红外波长范围内敏感的光检测器，优选光电晶体管或光电二极管。该红外光检测器优选在4微米至10微米的波长范围内敏感。在这种波长范围中，该复合玻璃板优选具有极低或没有透射。适用于光电二极管的半导体材料是例如CdTe或GeAu化合物。安置和校准该红外光检测器以便检测优选至少从激光辐射可达的复合玻璃板区域离开复合玻璃板的红外辐射。特别优选地，检测仅来自激光辐射可达的复合玻璃板区域的红外辐射。为此，可通过结构元件，例如光圈影响该红外光检测器的方向性。
该红外光检测器优选检测离开复合玻璃板的热辐射。就结构可行性而言，优选在与来自激光投影仪的激光辐射发射位置尽可能最小的距离处安置该红外光检测器。
该红外光检测器优选与控制单元相连。在复合玻璃板前方移动的障碍物造成该红外光检测器检测到的红外辐射的突然变化。在检测到红外辐射突然变化的情况中，通过控制单元中断来自激光投影仪的激光辐射发射。特定优点在于进一步降低激光辐射对人类观看者的危害。特别地，在启动激光辐射前已可以检测到复合玻璃板前方的障碍物。
在本发明的另一优选实施方案中，该红外光检测器检测红外辐射源或发光二极管或者与合适的光谱过滤器结合的白炽灯在玻璃板上反射的辐射。在这种情况中，优选地，通过该红外光检测器检测漫反射辐射比例。红外辐射源优选发射在4微米至10微米波长范围内的红外辐射。红外辐射可包括4微米至10微米的整个波长范围。或者，红外辐射可包括4微米至10微米的波长范围的子范围，例如半宽为0.05微米的大约5微米的发射谱线。红外辐射源发射的整个波长范围甚至可超出4微米至10微米的波长范围。优选地，红外辐射源至少照射激光辐射可达的复合玻璃板的整个区域。就结构可行性而言，优选在与来自激光投影仪的激光辐射发射位置尽可能最小的距离处安置红外辐射源。该红外辐射源甚至可以安置在激光投影仪内。红外光检测器检测到的辐射突然变化甚至在这一实施方案中也表明复合玻璃板的障碍物。在这种情况中，有利地通过控制单元中断来自激光投影仪的激光辐射发射。
借助红外光检测器和任选红外辐射源检测复合玻璃板前方的障碍物的能力不依赖于对发光颜料的发光辐射敏感的光检测器。因此原则上可以通过红外光检测器本身和任选红外辐射源降低激光辐射对观看者的危害。
在本发明的另一有利的实施方案中，在复合玻璃板上生成显示图像的装置进一步包括至少一个超声源和一个超声检测器。超声源和超声检测器优选与控制单元相连。超声检测器以规则的时间间隔发射超声信号。超声信号的重复间隔优选为0.5毫秒至10毫秒。超声信号在复合玻璃板上反射后到达超声检测器。超声信号的发射与检测之间的时间间隔取决于超声信号从超声源到复合玻璃板和从复合玻璃板到超声检测器经过的距离。控制单元监测超声信号的发射与检测之间的时间间隔。当障碍物位于复合玻璃板前方时，超声信号在该障碍物上反射并在较短时间后到达超声检测器。在这种情况中，通过控制单元中断来自激光投影仪的激光辐射发射。特定优点在于进一步降低激光辐射对人类观看者的危害。特别地，在启动激光辐射前已可以检测到复合玻璃板前方的障碍物。
借助超声检测器和超声源检测复合玻璃板前方的障碍物的能力不依赖于对发光颜料的发光辐射敏感的光检测器。因此原则上可以仅通过超声检测器和超声源降低激光辐射对观看者的危害。
本发明的复合玻璃板包括至少一个第一板和一个第二板，它们经由中间层互相连接。
该板优选含有平板玻璃（浮法玻璃）、石英玻璃、硼硅玻璃或钠钙玻璃。该板优选具有大于80%，优选大于90%的平均光透射率（除非另行规定，其是指对于380纳米至780纳米波长的光，根据DIN 5033对A型光和2°-标准观察者的光透射率）。该板优选在360纳米至420纳米的波长范围中具有> 70%，特别优选75%的光透射率。
第一板和/或第二板优选具有1毫米至4毫米，特别优选1.4毫米至2.5毫米的厚度。第一板和第二板可具有不同厚度。
第一板和/或第二板优选具有着色和/或涂层。该着色和/或涂层可增强投影图像的对比度并防止发光颜料老化。背对激光投影仪的第二板优选含有着色和/或涂层，面对激光投影仪的第一板优选不含着色和/或涂层。
中间层优选包括至少一种热塑性聚合物，特别优选至少聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。该中间层还可含有聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）和/或聚乙基乙酸乙烯酯（EVA）。该中间层还可包括不同聚合物的混合物或共聚物。
该中间层优选具有0.30毫米至0.9毫米，优选0.50毫米至0.80毫米的厚度。在这种层厚度范围中获得良好结果。
该中间层优选在390纳米至410纳米的波长范围内具有> 70%，优选> 80%的光透射率。可以通过膜厚度、聚合物组成、聚合程度、聚合分布、紫外线屏蔽剂或增塑剂调节中间层的光透射率。本发明的中间层只会使激发和发射的电磁辐射轻微变弱并由此实现平视显示器的高发光度。
该中间层还可包括多个单层。
该中间层可包括一个或多个防止发光颜料扩散的阻隔层。阻隔层优选含有聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚氯乙烯（PVC）、聚氟乙烯（PVF）、无增塑剂的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和/或它们的共聚物，特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
该中间层可包括其它功能层，例如可加热层、具有天线功能的涂层和/或低发射率涂层。
本发明的中间层含有至少一种发光颜料。发光颜料在本发明中含有有机和/或无机发色或发光化合物、离子、聚集体和/或分子。
当该中间层包括多个单层时，该发光颜料可包含在一个或多个所述单层中。甚至可以在该中间层的不同单层中含有不同的发光颜料。
该发光颜料优选具有350纳米至450纳米，特别优选390纳米至420纳米的局部激发最大值。在这一范围中获得良好结果。
该发光颜料优选具有400纳米至800纳米，特别优选430纳米至500纳米的局部发射最大值。在这一范围中获得良好结果。
该发光颜料优选包括式：R1-COO-Ph(OH)x-COO-R2的对苯二甲酸羟烷基酯，其中R1、R2是具有1至10个C原子的烷基或烯丙基，Ph是苯基环，OH是键合到苯基环上的羟基，且x是0至4的整数。通用结构式是：
Figure 919781DEST_PATH_IMAGE001
。
该发光颜料优选包括2,5-二羟基对苯二甲酸二乙酯。该结构式是：
Figure 836921DEST_PATH_IMAGE002
。
该发光颜料还可含有苯并吡喃、萘并吡喃、2H-萘并吡喃、3H-萘并吡喃、2H-菲并吡喃、3H-菲并吡喃、光致变色树脂、香豆素、黄嘌呤、萘二甲酸衍生物、噁唑、均二苯乙烯、苯乙烯基、苝、萘二甲酰亚胺、萘亚甲基、苯基、呫吨、镧系元素，优选Y2O3:Eu、YVO4:Tm、Y2O2S:Pr、Gd2O2S:Tb和/或其混合物。
为了制造复合玻璃板，发光颜料优选与溶剂一起施加到中间层或中间层的单层中，例如通过喷涂、丝网印刷、胶版印刷、喷墨印刷和/或柔版印刷。该溶剂优选含有醇、酮、酯、胺、酰胺和/或它们的混合物。该溶剂特别优选含有乙醇、四氢呋喃和/或苄醇。在施加发光颜料后大部分溶剂通过蒸发损失。在第一与第二板之间层压中间层的过程中，发光颜料优选均匀分布在整个中间层中或中间层的一个或多个单层中。该层压优选在120℃至170℃的温度、10巴至15巴的压力下进行30分钟至240分钟。
该中间层优选含有0.1克/平方米至15克/平方米的发光颜料。该量的示值基于大致0.76毫米的中间层厚度。在这一范围中获得良好结果。
通过在复合玻璃板上生成显示图像的方法进一步实现本发明的目的，其中
- 激光辐射经由激光投影仪的光学系统导向含有至少一种发光颜料的复合玻璃板并在激光辐射离开激光投影仪时通过激光投影仪向控制单元发送ON信号，
- 当检测到来自激光辐射可达的复合玻璃板区域的发光颜料的发光辐射时，通过光检测器向控制单元发送ON信号，且
- 当接收到激光投影仪的ON信号并且同时控制单元没有接收到光检测器的ON信号时，控制单元中断来自激光投影仪的激光辐射发射。
在镜子的移动受阻和因此激光束不动时，激光辐射对观看者的危害特别大。在本发明的一个有利的实施方案中，以规则的时间间隔检查激光投影仪的光学系统的可调镜的可移动性。为此，激光投影仪发出规则的信号，其需要镜子的可移动性才能生成该信号。例如，激光投影仪规则照射复合玻璃板上的预定位置，优选在激光辐射可达的复合玻璃板区域的边缘区域中。照射复合玻璃板上的预定位置的频率优选为30 Hz至50 Hz。这从在镜子缺乏可移动性时的快速反应能力以及避免破坏连向镜子的可活动组件的角度看特别有利。通过作为光检测器的照相机分析规则信号在二维图像传感器上的适当位置的到达情况。在不存在规则信号的情况中，有利地中断来自激光投影仪的激光辐射发射。
在本发明的另一有利的实施方案中，将激光束规则射向激光投影仪内的预定位置。在激光投影仪内的预定位置安置连向控制单元的附加光检测器，例如光电二极管、光敏电阻或光电晶体管。特定优点在于可通过规则信号监测该可调镜的可移动性，而在生成该规则信号时激光辐射离开激光投影仪和例如在复合玻璃板上生成干扰性发光点。在激光投影仪内的光检测器上不存在该规则信号表明该可调镜受损。在这种情况中，有利地中断来自激光投影仪的激光辐射发射。
在复合玻璃板上生成显示图像的装置优选用作透明显示器，特别优选用作建筑物、机动车、飞机、直升机和/或水运工具中的平视显示器。
参照附图和示例性实施方案详细解释本发明。附图是示意图并且不是完全按比例的。附图无论如何不限制本发明。它们描绘了：
图1     在复合玻璃板上生成显示图像的本发明的装置的示意图，
图2     沿A-A’穿过根据图1的装置的横截面，
图3     沿A-A’穿过本发明的装置的另一实施方案的横截面，
图4     在各种波长范围中的最大允许照射量的图，
图5     反射度 vs 入射角的图，
图6     激光辐射在复合玻璃板上的反射的示意图，和
图7     本发明的方法的详细流程图。
图1和图2各自描绘在复合玻璃板上生成显示图像的本发明的装置的细节。复合玻璃板1具有150厘米的宽度和90厘米的高度。复合玻璃板1包括厚度为2.1毫米的第一板3和第二板4。复合玻璃板1进一步包括厚度为0.76毫米的中间层2。中间层2包括PVB。中间层2进一步包括2,5-二羟基对苯二甲酸二乙酯作为发光颜料8。在制造复合玻璃板1时将2,5-二羟基对苯二甲酸二乙酯以大约3克/平方米的浓度施加到中间层2的表面上。
激光投影仪5包括激光器9和用于使激光辐射11转向的光学系统10。激光器9是具有395纳米发射波长的二极管激光器。激光器9的输出功率为200 mW。由于被发光颜料8吸收，在所用激光器9的发射波长下，透过复合玻璃板1的光透射率小于0.1%。因此，有利地防止复合玻璃板1透射的激光辐射对人的危害。
光学系统10包括MEMS微型扫描仪。可以通过MEMS微型扫描仪使激光辐射11在复合玻璃板1上移动。激光辐射11的移动可能在复合玻璃板1的区域7内。通过激光辐射11光学激发发光颜料8。发光颜料8随后发出在可见光波长范围内的发光辐射12。一部分发光辐射12到达观看者14的眼睛并作为复合玻璃板1上的像素被感知。通过激光辐射11在复合玻璃板1上的移动生成图像，例如象形图、数字和/或字符。
光检测器6包括具有有源像素传感器的照相机。通过使用合适的光谱过滤器，该照相机可以检测在430纳米至480纳米波长范围内的光。该照相机可以检测来自激光辐射11可达的复合玻璃板1的整个区域7的发光颜料8的发光辐射12。
光检测器6和激光投影仪5连向控制单元13。控制单元13包括专用集成电路（ASIC）。在激光辐射11离开激光投影仪5时，激光投影仪5向控制单元13发送ON信号。在检测到发光辐射12时，光检测器6向控制单元13发送ON信号。在激光辐射11离开激光投影仪5但同时没有检测到发光辐射12时，一定有障碍物位于激光投影仪5与复合玻璃板1之间或位于光检测器6与复合玻璃板1之间。在这种情况中，控制单元13中断激光器9的电压供应。例如在该障碍物上反射的激光辐射11不再能危害观看者14。
图3描绘在复合玻璃板上生成显示图像的本发明的装置的另一实施方案的横截面A-A’。红外辐射源15照射激光辐射11可达的复合玻璃板1的整个区域7。红外辐射源15安置在激光投影仪5的辐射发射附近。红外辐射源15包括具有合适的光谱过滤器的白炽灯并发射波长为大约5微米的红外辐射15a。红外辐射15a在复合玻璃板1的表面上反射。红外光检测器16优选检测来自激光辐射11可达的复合玻璃板1的区域7的红外辐射的漫反射部分16a。红外光检测器16连向控制单元13。在检测到红外辐射16a的强度发生突然变化（例如由于在复合玻璃板1前方突然引入障碍物）时，控制单元13中断来自激光投影仪5的激光辐射11的发射。为此，控制单元13中断例如激光器9的电压供应。
在本发明的另一实施方案中，红外光检测器16检测离开复合玻璃板1的热辐射。检测到的热辐射的突然变化表明在复合玻璃板1前方有障碍物。在这种情况中，控制单元13有利地中断来自激光投影仪5的激光辐射11的发射。红外辐射源15不是必需的。
光电二极管作为光检测器20安置在激光投影仪5内。激光辐射11以30 Hz的频率规则导向光检测器20。光检测器20连向控制单元13。在光检测器20上不存在该规则辐射信号表明光学系统10，特别是可调镜受损。在这种情况中，控制单元13有利地中断来自激光投影仪5的激光辐射11的发射。
图4显示在各种波长范围下的最大允许照射量 vs 照射持续时间的图。在例如1 x 106 W/m2的照射强度下，在大约5 x 10-9秒后超过在>400纳米至700纳米的可见光波长范围中的最大允许照射量。在315纳米至400纳米的UV-A波长范围中，直到大约1 x 10-3秒才超过在相同照射强度下的最大允许照射量。所述点在该图中用圆形标示。该曲线图表明发射波长在UV-A范围中的激光器9与发射波长在可见光范围中的激光器9相比的优势。该图来自http://www2.physik.uni-Greifswald.de/sensoren/skripten/LASER11.pdf。
图5显示p-和s-偏振的激光辐射11在空气/玻璃界面处的反射度 vs 入射角θ的图。对于p-偏振的激光辐射11，电场向量位于入射面中；对于s-偏振的激光辐射11，电场向量垂直于入射面。s-偏振光比p-偏振光更强反射。对于在20°至70°范围中的入射角θ，p-偏振光的反射度小于或等于0.04。对于在38°至67°范围中的入射角θ，p-偏振光的反射度小于或等于0.02。用玻璃的典型折光指数1.55在589纳米的标准波长下计算反射度的值。反射度的值可根据玻璃板的所用材料和所用激光波长略微偏离在此给出的值。
图6显示激光辐射11在复合玻璃板1上反射时的几何参数。由入射向量17描述到达复合玻璃板1的激光辐射11的传播方向。入射向量17和复合玻璃板1在激光辐射11到达复合玻璃板1表面上的位置处的表面法线18围起入射角θ。入射向量17和表面法线18跨越入射面。激光辐射11被描绘为周期性曲线，这表明在电场向量19的方向中的电场偏转。对于p-偏振的激光辐射11，电场向量19位于入射面中。
图7举例描绘在复合玻璃板上生成显示图像的本发明的方法。
测试根据图1的在复合玻璃板上生成显示图像的装置。证实可以防止障碍物反射的激光辐射11对观看者14眼睛的损伤。这一结果对本领域技术人员而言是出乎意料和令人惊讶的。
标号列表
(1)      复合玻璃板
(2)      复合玻璃板1的中间层
(3)      复合玻璃板1的第一板
(4)    复合玻璃板1的第二板
(5)    激光投影仪
(6)    光检测器
(7)    复合玻璃板1的区域
(8)    发光颜料
(9)    激光器
(10)     用于使激光辐射11转向的光学系统
(11)    激光辐射
(12)     发光辐射
(13)     控制单元
(14)     观看者
(15)     红外辐射源
(15a)    红外辐射
(16)     红外光检测器
(16a)    部分反射的红外辐射
(17)     激光辐射11在反射表面上的入射向量
(18)     反射表面的表面法线
(19)     线性偏振辐射的电场向量
(20)     激光投影仪5内的光检测器
θ    激光辐射11在反射表面上的入射角
A-A’   剖面线

Claims (20)

1. 在复合玻璃板上生成显示图像的装置，其包含：
- 具有经由含有至少一种发光颜料(8)的中间层(2)互相连接的第一板(3)和第二板(4)的复合玻璃板(1)，
- 激光投影仪(5)，其含有至少一个激光器(9)和用于使激光器(9)的辐射(11)转向的光学系统(10)，其中辐射(11)在复合玻璃板(1)的一个区域(7)内导向复合玻璃板(1)，
- 光检测器(6)，其检测发光颜料(8)的发光辐射(12)，和
- 控制单元(13)，其电子连接光检测器(6)和激光投影仪(5)，
其中
- 当光检测器(6)没有检测到发光辐射(12)时，控制单元(13)中断来自激光投影仪(5)的辐射(11)的发射。
2. 根据权利要求1的装置，其中光检测器(6)包括至少一个具有二维图像传感器，优选有源像素传感器（APS）的照相机。
3. 根据权利要求1的装置，其中光检测器(6)包括至少一个单像素光传感器，优选光电二极管。
4. 根据权利要求1至3之一的装置，其中控制单元(13)比较激光投影仪(5)和光检测器(6)发送的信号。
5. 根据权利要求1至4之一的装置，其中激光投影仪(5)包括二极管激光器，所述二极管激光器优选发射波长为360纳米至420纳米，特别优选375纳米至400纳米的辐射(11)。
6. 根据权利要求1至5之一的装置，其中用于使辐射(11)转向的光学系统(10)包括至少一个MEMS微型扫描仪。
7. 根据权利要求1至6之一的装置，其中辐射(11)以至少50:1，优选至少90:1的偏振比线性偏振并以p-偏振到达复合玻璃板(1) 。
8. 根据权利要求7的装置，其中辐射(11)在到达复合玻璃板(1)时的入射角θ为20°至70°，优选38°至66°。
9. 根据权利要求1至8之一的装置，其中激光投影仪(5)以周期性重复的脉冲序列发出辐射(11)。
10. 根据权利要求1至9之一的装置，其另外包括在4微米至10微米的波长范围内敏感的红外光检测器(16)。
11. 根据权利要求10的装置，其包括发射在4微米至10微米波长范围内的红外辐射(15a)的红外辐射源(15)。
12. 根据权利要求1至11之一的装置，其包括超声源和超声检测器。
13. 根据权利要求1至12之一的装置，其中控制单元(13)包括至少一个集成电路，优选专用集成电路（ASIC）。
14. 根据权利要求1至13之一的装置，其中发光颜料(8)包括至少一种具有化学式R1-COO-Ph(OH)x-COO-R2的对苯二甲酸羟烷基酯，其中
R1、R2是具有1至10个C原子的烷基或烯丙基，
Ph是苯基环，
OH是键合到苯基环上的羟基，且
x是0至4的整数，
其优选为2,5-二羟基对苯二甲酸二乙酯。
15. 根据权利要求1至14之一的装置，其在激光投影仪(5)内包括光检测器(20)，优选光电二极管。
16. 根据权利要求1至15之一的装置，其中在第一板(3)的面向激光投影仪(5)的表面上布置减反射涂层，所述涂层优选包含含有多孔二氧化硅的层。
17. 在复合玻璃板上生成显示图像的方法，其中
- 激光器(9)的辐射(11)经由激光投影仪(5)的光学系统(10)导向含有至少一种发光颜料(8)的复合玻璃板(1)并在激光辐射(11)离开激光投影仪(5)时通过激光投影仪(5)向控制单元(13)发送ON信号，
- 当检测到来自激光器(9)的辐射(11)可达的复合玻璃板(1)的区域(7)的发光颜料(8)的发光辐射(12)时，通过光检测器(6)向控制单元(13)发送ON信号，且
- 当接收到激光投影仪(5)的ON信号并且同时控制单元(13)没有接收到光检测器(6)的ON信号时，控制单元(13)中断来自激光投影仪(5)的激光辐射(11)的发射。
18. 根据权利要求17的方法，其中
- 辐射(11)以规则的时间间隔导向优选在辐射(11)可达的区域(7)的边缘区域中的预定位置，
- 借助具有二维图像传感器，优选有源像素传感器的照相机作为光检测器(6)，监测来自复合板(1)上的预定位置的规则发光信号的存在，且
- 当在复合玻璃板(1)上没有检测到来自所述预定位置的规则发光信号时，控制单元(13)中断来自激光投影仪(5)的激光辐射(11)的发射。
19. 根据权利要求17的方法，其中
- 辐射(11)以规则的时间间隔导向激光投影仪(5)内的预定位置，
- 借助激光投影仪(5)内的光检测器(20)，监测规则辐射信号的存在，且
- 当光检测器(20)没有检测到所述规则辐射信号时，控制单元(13)中断来自激光投影仪(5)的激光辐射(11)的发射。
20. 根据权利要求1至16之一的在复合玻璃板上生成显示图像的装置作为透明显示器，优选作为建筑物、机动车、飞机、直升机和/或水运工具中的平视显示器的用途。
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