CN106444022A - 平视显示系统和装置 - Google Patents

Abstract

一种平视显示系统包括投影仪和透镜，投影仪被配置用于发射具有第一强度的第一光线，透镜具有面向投影仪的第一表面和与第一表面分隔开的第二表面。透镜被配置用于折射第一光线，以从第二表面发射第二光线和第三光线，第二光线具有小于第一强度的第二强度，第三光线平行于第二光线且具有小于第二强度的第三强度。所述系统还包括固化膜，固化膜被设置在第一表面上并且由抗反射涂层组合物形成，其中固化膜被配置用于最小化第三强度。一种装置包括挡风玻璃、与挡风玻璃分隔开的操作者人眼窗口以及平视显示系统。

Description

平视显示系统和装置

技术领域

本发明涉及一种平视显示系统和装置。

背景技术

平视显示器或HUD为透明显示器，其将数据呈现给装置(比如车辆或部件)的操作者，而无需操作者将目光从给定视野移开。例如，当驾驶员通过机动车的挡风玻璃笔直朝前看时，用于机动车的HUD可以将速度计数据、转速计数据、燃料液位数据、和/或导航数据呈现给驾驶员。类似地，当飞行员通过飞机的挡风玻璃或遮篷笔直朝前看时，用于飞机的HUD可以将高度、空速、航向和/或地平线呈现给飞行员。同样地，用于头盔、遮护件、护目镜或眼镜的HUD可以通过头盔、遮护件、护目镜或眼镜的透镜将图像和/或文本呈现给佩戴者。

发明内容

一种平视显示系统包括投影仪和透镜，投影仪被配置用于发射具有第一强度的第一光线，透镜具有面向投影仪的第一表面和与第一表面分隔开的第二表面。该透镜被配置用于折射第一光线，以从第二表面发射第二光线和第三光线，第二光线具有小于第一强度的第二强度，第三光线平行于第二光线并且具有小于第二强度的第三强度。该平视显示系统还包括固化膜，固化膜被设置在第一表面上并且由抗反射涂层组合物形成，其中固化膜被配置用于使第三强度最小化。

在一个实施例中，第一光线和第一表面之间具有从0°至60°的入射角。进一步地，第一强度为100任意单位，第二强度为至少93任意单位，第三强度为小于0.1任意单位。此外，第二光线形成具有第一照度的主图像，第三光线形成相对于第二表面偏离该主图像的重影图像。该重影图像具有小于第一照度的第二照度。第一照度与第二照度的比率为小于1∶0.02。

一种装置包括挡风玻璃和与挡风玻璃隔开的操作者人眼窗口。该装置还包括平视显示系统，平视显示系统被配置用于当从操作者人眼窗口观看时在挡风玻璃处产生可见的主图像。该平视显示系统包括投影仪，投影仪被配置用于发射具有第一强度的第一光线。该平视显示系统还包括透镜，透镜设置在挡风玻璃和操作者人眼窗口之间并与挡风玻璃和操作者人眼窗口隔开。该透镜被配置用于折射第一光线，以从第二表面发射第二光线和第三光线，第二光线具有小于第一强度的第二强度，第三光线平行于第二光线并且具有小于第二强度的第三强度。该平视显示系统还包括固化膜，固化膜被设置在第一表面上并且由抗反射涂层组合物形成，其中固化膜被配置用于使第三强度最小化。

当将用于实施本发明的优选实施例和最佳模式的下列详细描述与附图和所附权利要求书结合起来时，本发明的上述特征与优点及其它特征与优点将变得显而易见。

附图说明

图1是包括平视显示系统的装置的侧视图的示意图；

图2是图1的平视显示系统的投影仪和透镜的透视图的示意图；

图3是沿剖面线3-3截取的图2的透镜的剖视图的示意图，其中固化膜设置在透镜上；

图4是图3的固化膜的一个实施例的一部分的透视局部放大图的示意图；和

图5是图3的固化膜的另一个实施例的透视剖视图的示意图。

具体实施方式

参照附图，其中相同的附图标记指代相同的元件，图1和2中大致示出了用于装置12的平视显示系统10。平视显示系统10可用于将数据(比如主图像14)呈现给装置12的操作者16，而无需操作者16将目光从给定视野移开。例如，装置12可以为车辆，比如机动车或飞机，或者可以为部件，比如头盔或眼镜。平视显示系统10可通过透明元件比如挡风玻璃18(图1)、座舱盖(未示出)、头盔的遮护件(未示出)或者眼镜的透镜(未示出)将主图像14投影。平视显示系统10可呈现亮的、鲜明的以及清晰的图像14(其基本不含可见重影)。即，如参照图3进行描述，重影通常发生在重影图像20(即，与主图像14类似地成形并偏离或稍微离开主图像14的次级图像)对操作者16可见时。例如，重影图像20通常出现在稍高于主图像14。然而，本平视显示系统10的任何重影图像20难以觉察或者受抑制使得该平视显示系统10呈现清晰的主图像14。

如本文所使用，为了澄清，重影图像20与挡风玻璃重影图像(未示出)不同。即，由于主图像14反射离开挡风玻璃18的外表面，故挡风玻璃重影图像可能出现，且可以通过例如层压内外挡风玻璃层之间的楔形元件来纠正。本文所讨论的重影图像20来源于平视显示系统10的透镜46，正如下面更详细描述的。

再次参照图1，在一个实施例中，装置12可以为机动车，比如客车或卡车。可选地，装置12可以为另一种车辆类型，比如但不限于工业车辆、娱乐非道路车辆、摩托车等等。装置12包括挡风玻璃18，其可被配置用于当装置12处于运动或使用中时保护操作者16免受碎片和/或湿气影响。挡风玻璃18可以由层压在一起的多层(未示出)形成，且挡风玻璃18可以将装置12的内客舱22与装置12在其中运作的外部环境24分开。可选地，对于非汽车应用，挡风玻璃18可以为头盔的遮护件、眼镜或护目镜的透镜等等。无论如何，装置12可具有最低表面26，挡风玻璃18可与最低表面26隔开。

继续参照图1进行描述，装置12还包括与挡风玻璃18隔开的操作者人眼窗口28。当操作者16通过挡风玻璃18向前凝视时，操作者人眼窗口28可大致对应于操作者16的头部30在其中移动的区域。即，操作者人眼窗口28可对应于直接安装在操作者16的前面的窗口，通过其操作者16可以观看由平视显示系统10呈现的主图像14，而无需向上、向下、向左和/或向右倾斜和/或旋转该头部大于约20°。操作者人眼窗口28具有顶部32和设置在顶部32和装置12的最低表面26之间的底部34。

再次参照图1，装置12进一步包括平视显示系统10。平视显示系统10被配置用于当从操作者人眼窗口28观看时在挡风玻璃28处产生可见的主图像14。

更具体地，如参照图3进行的描述，平视显示系统10包括投影仪36，其配置用于发射具有第一强度40的第一光线38。第一光线38可以为偏振光。特别地，第一光线38可具有s-偏振状态或p-偏振状态。

投影仪36可以是设置用于发射第一光线38的任何适当的光源。例如，投影仪36可以包括光学器件，以聚焦、放大、折射和/或反射光线，且可以限定出一个或多个孔(未示出)。在一个非限制性实例中，投影仪36可以从发光二极管发射第一光线38。第一光线38的第一强度40可以是例如100任意单位。如本文所用，术语任意单位是指相对的测量单位，其描述强度(比如第一强度40)与预定基准测量值之间的比率。任意单位与给定环境中使用给定程序进行的多个测量值进行对比，并描述两个数量之间的关系，比如第一强度40和第二强度42之间的关系，或者第一强度40和第三强度44之间的关系。

现在参照图2和3，平视显示系统10还包括透镜46，其具有面向投影仪36的第一表面48和与第一表面48间隔开的第二表面50。也就是说，第一表面48可以设置成更靠近投影仪36，而第二表面50可以设置成更靠近操作者16。在一个实施例中，透镜46可以具有组合器的特征，且可以设置在操作者16和挡风玻璃18之间。透镜46可以改变或折射从投影仪36投影的第一光线38，以使得操作者16可以同时看到通过挡风玻璃18的视野以及主图像14。

透镜46可以由透明介质材料形成，且可以具有根据平视显示系统10的预期应用的适当厚度。更具体地，透明介质材料在波长为588nm时可以具有从1.45到1.6的折射率。在一个非限制性实施例中，透镜46可以由聚甲基丙烯酸甲酯形成，且可以具有1.493的折射率。在另一个非限制性实施例中，透镜46可以由聚碳酸脂形成，且可以具有1.589的折射率。

现在参照图3，透镜46配置成用于折射第一光线38，以从第二表面50发射第二光线52以及与第二光线52平行的第三光线54。第一光线38可以由投影仪36投影在第一表面48处，以限定出入射角56。重要的是，由于透镜46可以弯曲，因此第一光线38可以与第一表面48相交，并在其间限定出相对较高的入射角56。在一个实施例中，第一光线38和第一表面48可以限定出从0°到90°的入射角56，例如从0°到60°或从0°到55°或从0°到50°或从0°到45°或从0°到40°或从0°到35°或从0°到30°或从0°到25°或从0°到20°或从0°到15°或从0°到10°或从0°到5°。平视显示系统10和透镜46适合于相对较高的入射角56，其中第一光线38并不正对或垂直于第一表面48而透射通过第一表面48。

第二光线52具有小于第一强度40的第二强度42，且第三光线54具有小于第二强度42的第三强度44。也就是说，在第一光线38穿过第一表面48并进入透镜46时，透镜46可以折射第一光线38，使得第二光线52从第二表面50射出，并具有较小的强度(即第二强度42)。例如，随着第一光线38穿过第一表面48，第一光线38可以分成第一部分58和第二部分60。第一部分58可以从第一表面48透射通过透镜46到第二表面50，第二部分60可以反射离开第一表面48。

进一步，随着第一部分58接触第二表面50，第一光线38的第三部分62可以朝向第一表面48反射离开第二表面50。然后，第三部分62可以在第一表面48处分开，使得第一光线38的第四部分64从第一表面48发射，第五部分66朝向第二表面50反射离开第一表面48。随着第五部分66接触第二表面50，第五部分66可以分开，使得第三光线54从第二表面50发射，而第一光线38的第六部分68从第二表面50反射到第一表面48。

因此，应当认识到，第一表面48不仅折射第一光线38以形成第一部分58，而且将第一光线38反射离开第一表面48以形成第二部分60。进一步，第二表面50透射第一部分58，使得透镜46发射第二光线52，且第二表面50朝向第一表面48反射第三部分62。然后，第一表面48折射并发射第二部分60，并朝向第二表面50反射第五部分66。在第二表面50处，第三部分62从透镜46发射，而第六部分68朝向第一表面48反射离开第二表面50。

随着第一光线38传输通过透镜46，第一强度40可能减弱。因此，第二光线52的第二强度42可以小于第一强度40，第三光线54的第三强度44可以小于第二强度42。作为非限制性实例，第二强度42可以是至少93任意单位或至少95任意单位，第三强度44可以小于0.1任意单位或小于0.05任意单位或小于0.04任意单位。当第二强度42小于93任意单位和/或第三强度44大于或等于0.1任意单位时，平视显示系统10呈现的主图像14可能模糊、失真、不清楚、和/或包括重影图像20，如下文详细的描述。

也就是说，如继续参照图3所述，平视显示系统10还包括设置在第一表面48上的固化膜70。固化膜70由抗反射涂层组合物形成，且配置成用于使第三光线54的第三强度44最小化。也就是说，固化膜70使重影图像20最小化，使得平视显示器呈现的主图像14为清晰、明确、明亮的单个图像。在一个非限制性实施例中，固化膜70可以设置在第一表面48和第二表面50上。在一个非限制性实施例中，固化膜70可以仅仅设置在第一表面48上而不会设置在第二表面50上。

固化膜70可以按任何适当的方式设置在第一表面48上。例如，可以将抗反射涂层组合物喷涂或滚涂在第一表面48上，然后烘烤，以形成固化膜70。固化膜70可以具有从35μm到65μm的厚度72(图3)，例如从40μm到55μm或50μm。

在参照图4的一个所述非限制性实施例中，固化膜70可以具有蛾眼结构74，其包括多个波峰76以及限定在多个波峰76的相邻波峰之间的多个波谷78。也就是说，蛾眼结构74可以模仿蛾眼的结构，并可以干扰并使第一光线38的第二部分60(图3)的反射最小化。蛾眼结构74可以由卷对卷压纹处理形成，使得固化膜70可复制且稳定。例如，蛾眼结构74可以使用标准工具压纹处理成光聚合物，比如蛾眼结构74的制造过程可以比诸如溅射涂覆、物理气相沉积和化学气相沉积等工艺相对更加稳定。

抗反射涂层组合物可以特征在于1％的抗反射涂层组合物，使得固化膜70仅将1％的第一光线38反射离开第一表面48。相反，固化膜70可以确保第一部分58是第一光线38的99％，使得基于100任意单位的第一强度40，第二光线52具有的第二强度42至少为93任意单位。适当的抗辐射涂层组合物的非限制性实例可以从日本东京的迪睿合公司购得。

重要的是，固化膜70还可以将第三光线54的第三强度44最小化。即，因为固化膜70最小化第二部分60从第一表面48的反射，所以相对较多的光可以从第二表面50中发出作为第二光线52使得相对较少的光从第二表面50朝第一表面48反射，由此还最小化第三光线54的第三强度44。换言之，固化膜70可以被配置用于最小化第一光线38从第一表面48的反射，最大化第二强度42且最小化第三强度44。

因而，固化膜70可以最小化或抑制重影图像20。更具体地说，如上文所述且参考图3所述，第二光线52可以形成具有第一照度80的主图像14。第三光线54可以形成相对于第二表面50偏离主图像14的重影图像20。重影图像20可以具有小于第一照度80的第二照度82。

然而，因为平视显示系统10包括被设置在透镜46上的固化膜70，所以第一照度80与第二照度82的比率可以小于1∶0.02。例如，比率可以小于1∶0.015。因此，固化膜70最小化第二照度82使得重影图像20在从操作者人眼窗口28观察时无法透过挡风玻璃18而对操作者16可见。即，固化膜70可以显著地降低第三强度44和第二照度82使得操作者16无法感知到重影图像20。因而，主图像14通过挡风玻璃18而呈现为清楚的、单个明亮图像。有利的是，当从操作者人眼窗口28的顶部32观察时重影图像20在挡风玻璃18处是不可见的。因此，即使对于相对较高的操作者16，平视显示系统10也呈现清楚的、单个明亮主图像14。

现在参考图5，在另一个非限制性实施例中，固化膜70可以具有包括第一多个层86的堆叠结构84，这些层86各自被设置成邻近于并且接触第二多个层88中的相应层。即，第二多个层88中的每一个可以夹在第一多个层86中的两个层之间以形成堆叠结构84的交替图案。第一多个层86中的每一个可以由二氧化硅形成，且第二多个层88中的每一个可以由氧化钽形成。堆叠结构84可以包括例如总共九层86、88。用于形成具有堆叠结构84的固化膜70的合适抗反射涂层组合物的非限制性实例可以从佛罗里达州木星岛的业纳光学系统(Jenoptik Optical Systems)有限责任公司商购，其商品名为

因此，平视显示系统10在操作期间呈现清楚而又清晰的主图像14。特定地说，被设置在第一表面48上的固化膜70通过将第一光线38透射通过透镜46和通过最小化第一光线38的第二部分60从第一表面48的反射而最小化并且基本上消除重影图像20。抗反射涂层组合物的再生是经济而又简单的，且抗反射涂层组合物形成能够抑制重影图像20的固化膜70，即使对于以下情况也是如此：通常发生相对较高水平的反射的相对较高入射角56；具有s偏振状态的光；和/或从操作者人眼窗口28的顶部32观察主图像14的相对较高操作者16。

虽然已详细地描述了用于实行本公开的最佳模式，但是熟悉本发明所涉及的领域的技术人员将认识到用于实践随附权利要求书的范围内的本公开的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种平视显示系统，所述平视显示系统包括：

投影仪，其被配置用于发射具有第一强度的第一光线；

透镜，其具有面向所述投影仪的第一表面和与所述第一表面分隔开的第二表面；

其中所述透镜被配置用于折射所述第一光线以从所述第二表面发射：

第二光线，其具有小于所述第一强度的第二强度；以及

第三光线，其平行于所述第二光线并且具有小于所述第二强度的第三强度；以及

固化膜，其被设置在所述第一表面上并且由抗反射涂层组合物形成，其中所述固化膜被配置用于最小化所述第三强度。

2.根据权利要求1所述的平视显示系统，其中所述第二光线形成具有第一照度的主图像，并且所述第三光线形成重影图像，所述重影图像相对于所述第二表面偏离所述主图像并且具有小于所述第一照度的第二照度。

3.根据权利要求2所述的平视显示系统，其中所述第一照度与所述第二照度的比率小于1∶0.02。

4.根据权利要求1所述的平视显示系统，其中所述第一强度是100个任意单位且所述第二强度是至少93个任意单位。

5.根据权利要求1所述的平视显示系统，其中所述第三强度小于0.1个任意单位。

6.根据权利要求1所述的平视显示系统，其中所述第一光线和所述第一表面之间具有从0°至90°的入射角。

7.根据权利要求6所述的平视显示系统，其中所述第一光线具有s偏振状态。

8.根据权利要求1所述的平视显示系统，其中所述透镜是由透明介质材料形成。

9.根据权利要求8所述的平视显示系统，其中所述透明介质材料在588nm的波长处具有从1.45至1.6的折射率。

10.根据权利要求1所述的平视显示系统，其中所述固化膜仅被设置在所述第一表面上且并未被设置在所述第二表面上。