CN106094213A - 一种能够多区域显示的抬头显示系统 - Google Patents

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曾东
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张鹏辉
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Abstract

本发明涉及抬头显示技术领域，特别是涉及汽车上抬头显示系统，具体地是一种能够多区域显示的抬头显示系统。该抬头显示系统包括夹层玻璃、投影系统和信息处理系统，信息处理系统能够接收待显示信息并将该待显示信息处理为显示信号，信息处理系统将所述显示信号传输至投影系统，所述投影系统能够产生至少两道P偏振光，显示信号通过至少两道P偏振光在所述夹层玻璃上的至少两个空间位置形成分离的显示图像。本发明能够在夹层玻璃上的多个空间位置形成分离的显示图像，实现了夹层玻璃上的多区域甚至大面积无目视重影投影成像；多区域显示效果好，各显示图像亮度均匀、可视性好，输入信息和显示图像的内容更加丰富。

Description

一种能够多区域显示的抬头显示系统
技术领域：
本发明涉及抬头显示技术领域，特别是涉及汽车上抬头显示系统，具体地是一种能够多区域显示的抬头显示系统。
背景技术：
随着人们对驾驶安全的要求越来越高，抬头显示(HUD，Head Up Display)系统被越来越多地在汽车上使用。但随着信息技术的发展，越来越多的信息需要呈现出来，目前抬头显示系统呈现的内容已经不再局限于导航、车速、油耗等信息，还包括倒车视频、图形、GPS数据等诸多信息，人们希望这些信息尽可能地多的呈现在前挡玻璃上，而现有的抬头显示系统只能单区域显示，不能完全满足上述多信息呈现的需求。此外，随着人们对汽车的娱乐性的要求越来越高，副驾驶位置甚至后排的乘客也希望能够在前挡玻璃看到娱乐视频等内容，这当然也是单区域显示的抬头显示系统不能够满足的。
现有技术中，多采用楔形PVB方案来实现抬头显示功能，采用楔形PVB的方案主要做到单区域显示，显示区域有限，即使能够做到多区域显示，也存在种种问题，例如需要采用特殊规格的PVB膜片，其价格是普通PVB膜片的7～10倍，且工艺难度高，使得材料和工艺成本很高；而且对车型光学设计敏感，需针对具体车型的前挡玻璃进行重新设计。为实现多区域抬头显示，还可以采用贴膜式HUD方案，即配件市场上常见的贴膜式HUD投影器，其通过在HUD投影区域预先粘贴半透光的反射薄膜，这种方式严重影响玻璃外观和驾驶员视野，多区域显示效果并不佳。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对以上提及的现有技术存在的缺点，提供一种多区域显示效果好的抬头显示系统。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种能够多区域显示的抬头显示系统，包括夹层玻璃、投影系统和信息处理系统，所述夹层玻璃包括内玻璃板、外玻璃板以及夹在内玻璃板和外玻璃板之间的中间膜片，在内玻璃板最远离中间膜片的表面上还沉积有透明纳米膜，所述透明纳米膜包括至少一个从内玻璃板表面向外依次沉积的高折射率层/低折射率层的叠层结构，所述高折射率层的折射率不低于1.8，所述低折射率层的折射率不高于1.6；其特征在于：信息处理系统能够接收待显示信息并将该待显示信息处理为显示信号，信息处理系统将所述显示信号传输至投影系统，所述投影系统能够产生至少两道P偏振光，每道P偏振光以55～75度的入射角度θ入射至所述夹层玻璃的透明纳米膜上，显示信号通过至少两道P偏振光在所述夹层玻璃上的至少两个空间位置形成分离的显示图像。
优选地，所述透明纳米膜对P偏振光的反射率从入射角度θ为55度时的不低于8％增大至入射角度为75度时的不低于28％。
优选地，所述P偏振光的入射角度θ为68～75度。
更优选地，所述透明纳米膜对P偏振光的反射率R(θ)满足：
(0.0572θ2-6.7571θ+214.69)％≤R(θ)≤(-0.1171θ2+18.298θ-674.72)％。
优选地，所述夹层玻璃对垂直入射的P偏振光的吸收率为0.1％～25％，更优选所述夹层玻璃对垂直入射的P偏振光的吸收率为8％～18％。
优选地，全部显示图像的总面积大于夹层玻璃的可视区域面积的2％，更优选大于5％，进一步优选大于10％。
优选地，单个显示图像相对白色图像的对比度整体差异不超过±20％，多个显示图像相对白色图像的对比度彼此差异不超过±20％。
优选地，所述信息处理系统包括信号输入接口、信息处理控制器和图像输出接口，图像输出接口与投影系统相连接，信号输入接口能够将接收到的待显示信息传输至信息处理控制器，信息处理控制器将该待显示信息处理为显示信号，该显示信号通过图像输出接口被传输至投影系统。
进一步地，所述信息处理系统还包括无线通讯模块，信号输入接口通过无线通讯模块与智能控制设备相连接。
优选地，所述高折射率层选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi、Ba元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
优选地，低折射率层包含Si、Mg、Al的氧化物、碳氧化物、氮氧化物、氟氧化物及其混合物中的至少一种。
优选地，在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，高折射率层或低折射率层还包括多个子层。
进一步地，叠层结构中最高折射率层与最低折射率层的折射率差值≥0.5。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
本发明所述的能够多区域显示的抬头显示系统，能够在夹层玻璃上的多个空间位置形成分离的显示图像，这样无需复杂的楔形结构设计即可实现夹层玻璃上的多区域甚至大面积无目视重影投影成像；同时，多区域显示效果好，各显示图像亮度均匀、可视性好，输入信息和显示图像的内容更加丰富。
附图说明：
图1为本发明所述的抬头显示系统的结构示意图；
图2为本发明所述的夹层玻璃的局部剖视图；
图3为本发明所述的实施例1的显示区域；
图4为本发明所述的实施例1的夜间显示效果图；
图5为本发明所述的实施例2的显示区域；
图6为本发明所述的实施例3的显示区域；
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明所述的一种能够多区域显示的抬头显示系统，包括夹层玻璃1、投影系统2和信息处理系统3，所述夹层玻璃1包括内玻璃板11、外玻璃板13以及夹在内玻璃板11和外玻璃板13之间的中间膜片12，在内玻璃板11最远离中间膜片12的表面上还沉积有透明纳米膜14，所述透明纳米膜14包括至少一个从内玻璃板11表面向外依次沉积的高折射率层/低折射率层的叠层结构，所述高折射率层的折射率不低于1.8，所述低折射率层的折射率不高于1.6；信息处理系统3能够接收待显示信息并将该待显示信息处理为显示信号，其中所述待显示信息包括但不限于行车信息、通讯信息和娱乐信息等，信息处理系统3将所述显示信号传输至投影系统2，所述投影系统2能够产生至少两道P偏振光21、22，每道P偏振光以55～75度的入射角度θ入射至所述夹层玻璃1的透明纳米膜上14，显示信号通过至少两道P偏振光21、22在所述夹层玻璃1上的至少两个空间位置S1、S2形成分离的显示图像S11、S12；这样通过多道P偏振光入射到透明纳米膜上，从而能够在夹层玻璃上的多个空间位置形成分离的显示图像，这样无需复杂的楔形结构设计即可实现夹层玻璃上的多区域投影成像。
其中，优选所述透明纳米膜14对P偏振光的反射率从入射角度θ为55度时的不低于8％增大至入射角度为75度时的不低于28％，这样可以保证多区域显示效果好。
进一步地，更优选P偏振光的入射角度θ为68～75度，这样可以实现多区域显示的同时实现各区域无目视重影显示。当P偏振光的入射角度θ为68～75度时，所述透明纳米膜14对P偏振光的反射率R(θ)满足：
(0.0572θ2-6.7571θ+214.69)％≤R(θ)≤(-0.1171θ2+18.298θ-674.72)％
这样既可以实现各区域无目视重影显示，又能够保证良好的HUD显示效果。
为了减弱副像，同时满足可见光透过率的要求，优选所述夹层玻璃对垂直入射的P偏振光的吸收率为0.1％～25％，更优选为8％～18％。
同时，优选全部显示图像的总面积大于夹层玻璃的可视区域面积的2％，进一步优选大于5％，更优选大于10％，这样以来可以实现大面积无目视重影投影成像。
其中，为了保证各显示图像亮度均匀、可视性好，优选单个显示图像相对白色图像的对比度整体差异不超过±20％，多个显示图像相对白色图像的对比度彼此差异不超过±20％。
其中，所述信息处理系统3包括信号输入接口、信息处理控制器和图像输出接口，图像输出接口与投影系统相连接，信号输入接口能够将接收到的待显示信息传输至信息处理控制器，信息处理控制器将该待显示信息处理为显示信号，该显示信号通过图像输出接口被传输至投影系统2；更优选地，所述信息处理系统3还包括无线通讯模块，信号输入接口通过无线通讯模块与智能控制设备相连接，无线通讯模块包括但不限于蓝牙、wifi、FM、NFC、红外等，智能控制设备不限于智能手机或可穿戴设备等，用户还可通过智能手机界面选择和修改HUD投影显示的参数，使得输入信息和显示图像的内容更加丰富。
在本发明中，所述投影系统2能够将作为文字、字符、图像、视频等待显示信息投影到夹层玻璃1上面的透明纳米膜14上，其包括但不限于激光、LED、LCD、EL、CRT、VFD、准直镜、反射镜和/或偏振镜等元件。至少两道P偏振光可以通过一套投影装置产生，也可以通过两套以上的投影装置产生。
另外，本发明所述的抬头显示系统还可具有增强现实功能，即AR-HUD，其不仅仅局限于于车速、油耗等车内信息，还可实现增强道路视觉AR-HUD、左转安全提示AR-HUD、倒车驻车辅助HUD系统、智能交通HUD等功能。
进一步地，所述高折射率层选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi、Ba元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种，如TiOx、NbOx、HfO2、TaOx、MoOx、ZrOx、CeO2、WO3、BiOx或SiZrNx等。
进一步地，低折射率层包含Si、Mg、Al的氧化物、碳氧化物、氮氧化物、氟氧化物及其混合物中的至少一种，例如SiO2、SiOAlx、MgF2、MgOyFz、SiOxCy、SiOxNy等
优选地，在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，高折射率层或低折射率层还包括多个子层，其高折射率层包括多个子层，具体可以为TiO2/SiN、SiN/TiO2、ZnSnOx/TiO2/SiN或SiN/TiO2/ZnSnOx等，其低折射率层也可以包括多个子层，例如具体可以为SiO2/MgF2、MgF2/SiO2、SiO2/SiAlOx、SiAlOx/SiO2、SiO2/MgOxFz/SiAlOx、MgOxFz/SiAlOx/SiO2或SiAlOx/SiO2/MgOxFz等。更优选地，当高折射率层或低折射率层还包括多个子层时，叠层结构中最高折射率层与最低折射率层的折射率差值≥0.5，进一步优选≥0.7，例如ZnSnOx/TiO2/SiN/MgOxFz/SiAlOx/SiO2的叠层结构中，TiO2的折射率为2.3，SiO2为1.45，最高折射率层与最低折射率层的折射率差值为0.85。
其中，当所述的透明纳米膜包括一个高折射率层/低折射率层的叠层结构时，即从内玻璃表面向外依次沉积高折射率层、低折射率层，高折射率层的物理厚度为30～200nm，低折射率层的物理厚度为60～200nm；当所述透明纳米膜包括两个高折射率层/低折射率层的叠层结构时，即从内玻璃表面向外依次沉积第一高折射率层、第一低折射率层、第二高折射率层和第二低折射率层，第一高折射率层的厚度为5～100nm，第一低折射率层的厚度为5～150nm，第二高折射率层的厚度为10～200nm，第二低折射率层的厚度为60～200nm；当所述透明纳米膜包括三个高折射率层/低折射率层的叠层结构时，即从内玻璃表面向外依次沉积第一高折射率层、第一低折射率层、第二高折射率层、第二低折射率层、第三高折射率层和第三低折射率层；第一高折射率层的厚度为5～50nm，第一低折射率层的厚度为5～50nm，第二高折射率层的厚度为5～70nm，第二低折射率层的厚度为60～230nm，第三高折射率层的厚度为10-100nm，第三低折射率层的厚度为70-200nm；这样通过合理地设计高折射率层和低折射率层的膜层材料和膜层厚度，能够使其具有优秀的机械、化学和热稳定性，保证了优秀的耐久性。当然，本发明还可以依据实际需要，设置更多的高折射率层/低折射率层的叠层结构，并相应地根据夹层产品的P偏振光的反射率和其它光学指标进行优化设置。
为了详细地说明和更具说服力地支撑本发明的发明点，现列举一些实施例进行详细阐述。
实施例1～3
以福耀集团生产的钠钙硅酸盐浮法玻璃为基片，经过切割、磨边、洗涤和烘干等工序后，进入磁控溅射镀膜线进行镀膜沉积，在基片上交替沉积实施例1～3中的膜系结构的透明纳米膜，膜层沉积结束后，以福耀集团生产的钠钙硅酸盐浮法玻璃为配片，按照汽车玻璃高温成型工艺成型，再中间夹上一片0.76毫米厚度的PVB胶片，再在高压釜中高压合片。
实施例1～3构成的抬头显示系统中的投影光源为LED背光的TFT-LCD投影机，能够产生P偏振光，其中还包含多个反射镜，调节投影机位置和出射光的角度入射方向使观察者能够观察到的显示图像达到最清晰。
实施例1：
夹层玻璃：白玻/PVB/solar绿玻，P偏振光吸光率17％
尺寸大小：宝马某车型前挡
膜系结构：在白玻上依次沉积ZnSnOx 13.8nm/SiOxNy 76.1nm/TiO2 74nm/SiAlOz92.1nm
投影装置：1个
投影区域：如图3所示
显示效果：如图4所示，目视清晰，无重影
实施例2：
夹层玻璃：白玻/PVB/solar绿玻，P偏振光吸光率14％
尺寸大小：宝马某车型前挡
膜系结构：在白玻上依次制备ZnSnOx 128nm/TiO2 75nm/SiAlOz 110nm
投影装置：2个
投影区域：如图5所示
显示效果：目视清晰，无重影
实施例3：
夹层玻璃：白玻/PVB/solar绿玻，P偏振光吸光率14％
尺寸大小：宝马某车型前挡
膜系结构：在白玻上依次制备ZnSnOx 128nm/TiO2 75nm/SiAlOz 110nm
投影装置：3个
投影区域：如图6所示
显示效果：目视清晰，无重影
结合实施例1～3和图4可知，本发明所述的投影系统2中既可采用一个投影装置，也可以采用两个、三个甚至更多个投影装置，实现了多区域显示，并且目视清晰、无重影，显示效果良好。
本发明以上所列举的实施例均在描述能够多区域显示的抬头显示系统的结构组成，而如具体的膜层沉积工艺、参数以及夹层玻璃制品的具体制作工艺和参数均未描述，可以理解的是这些未描述的部分皆为本领域普通技术人员所熟知，故未描述的部分不影响本发明所要保护的范围。
以上内容对本发明所述的能够多区域显示的抬头显示系统进行了具体描述，并且列举多个实施例进行说明，但是本发明不受以上描述的具体实施方式内容和相应实施例的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims (16)

1.一种能够多区域显示的抬头显示系统，包括夹层玻璃、投影系统和信息处理系统，所述夹层玻璃包括内玻璃板、外玻璃板以及夹在内玻璃板和外玻璃板之间的中间膜片，在内玻璃板最远离中间膜片的表面上还沉积有透明纳米膜，所述透明纳米膜包括至少一个从内玻璃板表面向外依次沉积的高折射率层/低折射率层的叠层结构，所述高折射率层的折射率不低于1.8，所述低折射率层的折射率不高于1.6；其特征在于：信息处理系统能够接收待显示信息并将该待显示信息处理为显示信号，信息处理系统将所述显示信号传输至投影系统，所述投影系统能够产生至少两道P偏振光，每道P偏振光以55～75度的入射角度θ入射至所述夹层玻璃的透明纳米膜上，显示信号通过至少两道P偏振光在所述夹层玻璃上的至少两个空间位置形成分离的显示图像。
2.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述透明纳米膜对P偏振光的反射率从入射角度θ为55度时的不低于8％增大至入射角度为75度时的不低于28％。
3.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述P偏振光的入射角度θ为68～75度。
4.根据权利要求3所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述透明纳米膜对P偏振光的反射率R(θ)满足：
(0.0572θ2-6.7571θ+214.69)％≤R(θ)≤(-0.1171θ2+18.298θ-674.72)％。
5.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述夹层玻璃对垂直入射的P偏振光的吸收率为0.1％～25％。
6.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述夹层玻璃对垂直入射的P偏振光的吸收率为8％～18％。
7.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：全部显示图像的总面积大于夹层玻璃的可视区域面积的2％。
8.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：全部显示图像的总面积大于夹层玻璃的可视区域面积的5％。
9.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：全部显示图像的总面积大于夹层玻璃的可视区域面积的10％。
10.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：单个显示图像相对白色图像的对比度整体差异不超过±20％，多个显示图像相对白色图像的对比度彼此差异不超过±20％。
11.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述信息处理系统包括信号输入接口、信息处理控制器和图像输出接口，图像输出接口与投影系统相连接，信号输入接口能够将接收到的待显示信息传输至信息处理控制器，信息处理控制器将该待显示信息处理为显示信号，该显示信号通过图像输出接口被传输至投影系统。
12.根据权利要求11所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述信息处理系统还包括无线通讯模块，信号输入接口通过无线通讯模块与智能控制设备相连接。
13.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：所述高折射率层选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi、Ba元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：低折射率层包含Si、Mg、Al的氧化物、碳氧化物、氮氧化物、氟氧化物及其混合物中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：在所述高折射率层/低折射率层的叠层结构中，高折射率层或低折射率层还包括多个子层。
16.根据权利要求15所述的能够多区域显示的抬头显示系统，其特征在于：叠层结构中最高折射率层与最低折射率层的折射率差值≥0.5。
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