CN107203042B - 显示成像系统及方法、带该系统的交通工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种显示成像系统、显示成像方法和抬头显示器。显示成像系统包括：包括透反膜的成像窗；像源，用于发出入射到所述透反膜的s偏振光；其中所述透反膜对于所述s偏振光的平均反射率大于50％；所述成像窗还用于透射环境光。本发明可以降低对像源的亮度需求，还可以消除重影，获得更好的视觉效果，而且降低成本。
Description
技术领域
本发明实施方式涉及光电技术领域，更具体地，涉及显示成像系统和相应的成像方法；还涉及包括该显示成像系统的交通工具。
背景技术
透明显示成像系统通常由像源和成像窗组成。在现有的透明显示成像系统中，具有多种像源和成像窗的选择。成像窗通常由基材和反射面组成，大部分成像窗的结构采用反射面在基材中作为夹层出现。
在现有技术中，具有利用发出p偏振光的源作为像源的技术方案。比如，在中国专利申请CN204143067U和CN104267498A，美国专利申请US6952312B2、US7123418B2和US7355796B2，以及欧洲专利申请EP0836108A2中，均提到了采用p偏振光的成像方式。
然而，这些采用p偏振光的成像方式，普遍具有如下缺陷：若要求比较高的反射率，则透射率会降低，因此降低了对外界环境的观察效果，导致对像源的亮度需求比较高。
比如，当这些方法应用在抬头显示器上时，会在前窗形成一个灰暗的暗斑。若要求比较高的透射率，则反射率会降低，为了达到好的成像效果，像源的亮度需求比较高，因此还提高了像源的功率散热等成本。
在现有技术中，已经出现利用发出s偏振光的源作为像源的技术方案。比如，美国专利US2005012682、日本专利JP平2-141720A中，均提到了采用s偏振光的成像方式。然而，这些采用s偏振光的成像方式具有如下缺陷：
1、容易产生重影；
2、若要求比较高的反射率，则透射率会降低因此降低了对外界环境的观察效果。
中国专利CN2694293Y中公开了一种应用在抬头显示器中的全彩多波段叠像片，其利用介电层的多层膜干涉原理。该技术的缺陷在于对特定波长光线的穿透率并不高，例如，对于红光、绿光、蓝光等波长的低穿透率会大大减弱交通信号灯(红灯、绿灯、黄灯)发出的光线，这就存在非常大的安全隐患；并且，该技术的成像角度有限，成像效果不好；而且该技术需要镀制约七十层薄膜，制造工艺过于复杂。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的技术方案中提供显示成像系统、显示成像方法和带该显示成像系统的交通工具。采用本发明的技术方案，降低了对像源亮度的要求，节省能耗，成像清晰，没有重影，且环境光透过良好，不会降低对外界环境的观察效果。
根据本发明的一个主要方面，提供一种显示成像系统，其包括：
包括透明基材和附着在透明基材的第一表面上的透反膜的成像窗；
像源，向成像窗的透反膜发出偏振光，偏振光包括s偏振光和p偏振光，其中s偏振光的能量大于p偏振光的能量；像源发出的s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数；谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；
透反膜能够相对于法线以第一角度范围反射像源所发出的s偏振光，还能够相对于法线以第二角度范围透射环境光；第一角度范围为30度～89度；而第二角度范围为30度～80度；
透反膜，在第一角度范围内，对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于50％；透反膜，在第一角度范围内，对于像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比透反膜对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于50％的波段的平均反射率低至少5％；
透反膜，在第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％。
优选地，基材具有第一表面和第二表面，透反膜布置在第一表面上；光源射出的光首先经过透反膜，然后到达基材。
优选地，第二表面上布置有增透膜；所述增透膜使成像窗对于可见光的平均透射率提高3％以上。
优选地，n个谱线或谱带至少包括三个谱线或谱带，第一个谱线或谱带的峰值位置位于410nm～480nm区间范围内，第二个谱线或谱带的峰值位置位于500nm～565nm区间范围内，第三个谱线或谱带的峰值位置位于590nm～690nm区间范围内。
优选地，第一角度范围为50度～75度。
优选地，第二角度范围为55度～70度。
优选地，透反膜，在第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围的平均透射率大于80％。
优选地，透反膜对于第一角度范围内像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于70％；所述透反膜对于所述第一角度范围内所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率小于50％。
优选地，像源所在的平面与成像窗之间具有夹角，夹角的范围为20度～70度。
优选地，像源所在的平面与成像窗之间具有夹角，夹角的范围为80度～90度。
优选地，像源是发出虚像或者实像的显示成像设备，或者由这些显示成像设备所形成的虚像或实像。
优选地，像源的光源包括激光、发光二极管、有机发光二极管、受激荧光发光材料、量子点激发光源中的一种或多种。
根据本发明的另一个主要方面，提供一种显示成像系统，其包括：
包括具有第一表面和第二表面的透明基材、附着在透明基材上的第一表面的透反膜和附着在透明基材上的第二表面的增透膜的成像窗；以及
用于向成像窗的透反膜发出偏振光的像源，偏振光包括s偏振光和p偏振光，其中s偏振光的能量大于p偏振光的能量；s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数；谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；
透反膜能够相对于法线以第一角度范围反射像源所发出的s偏振光，还能够相对于法线以第二角度范围透射环境光；第一角度范围为30度～89度；而第二角度范围为30度～80度；
透反膜，在第一角度范围内，对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的半峰宽以内的波段的平均反射率的范围为25％-50％；
透反膜对于s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比透反膜对s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率低至少5％；
透反膜，在第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％。
根据本发明的又一个主要方面，提供一种显示成像系统，其包括：
包括透反膜的成像窗；
像源，用于发出经透反膜入射到成像窗的s偏振光；
其中透反膜对于s偏振光在可见光范围内的平均反射率大于50％；成像窗还用于透射环境光；
透反膜对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于80％。
根据本发明的另一个主要方面，提供一种显示成像系统，其包括：
包括具有第一表面和第二表面的透明基材、附着在透明基材上的第一表面的透反膜和附着在透明基材上的第二表面的增透膜的成像窗；
像源，用于发出经透反膜入射到成像窗的s偏振光；
其中透反膜对于s偏振光的平均反射率大于50％；成像窗还用于透射环境光；
所述增透膜使成像窗对于可见光的平均透射率提高3％以上。
根据本发明的一个主要方面，提供一种抬头显示器，其包括如上所述的显示成像系统。
根据本发明的另一个主要方面，提供一种交通工具，其包括如上所述的显示成像系统。
根据本发明的一个主要方面，提供一种显示成像方法，包括：
(1)提供包括透明基材和附着在透明基材上的透反膜的成像窗；
(2)提供能够发出s偏振光的像源；
(3)使像源相对于法线以第一角度范围向成像窗发出s偏振光，其中偏振光经由透反膜射向成像窗；
(4)利用透反膜反射s偏振光；
其中，s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数；谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；
其中，透反膜，在第一角度范围内，对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于50％；透反膜对于像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比透反膜对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于50％的波段的平均反射率低至少5％；并且
透反膜，在相对于法线的第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％；
其中，第一角度范围为30度～89度；第二角度范围为30度～80度。
根据本发明的另一个主要方面，提供一种显示成像方法，包括：
(1)提供包括透明基材以及分别附着在透明基材两侧的透反膜和增透膜的成像窗；
(2)提供能够发出s偏振光的像源；
(3)使像源相对于法线以第一角度范围向成像窗发出s偏振光，其中偏振光经由透反膜射向成像窗；以及
(4)利用透反膜反射s偏振光；
其中，s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，n为不小于3的正整数；谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；
其中，透反膜，在第一角度范围内，对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的半峰宽以内的波段的平均反射率的范围为25％-50％；
透反膜对于s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比透反膜对s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率低至少5％；并且，
透反膜，在相对于法线的第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％。
其中，第一角度范围为30度～89度；第二角度范围为30度～80度。
根据本发明的又一个主要方面，提供一种显示成像方法，包括：
(1)提供包括透明基材和附着在透明基材上的透反膜的成像窗；
(2)提供能够发出s偏振光的像源；
(3)使像源发出s偏振光，经由透反膜射向成像窗；以及
(4)利用透反膜反射s偏振光，其中透反膜对于s偏振光的平均反射率大于50％；并且透反膜对于p偏振光的平均透射率大于80％。
根据本发明的另一个主要方面，提供一种显示成像方法，包括：
(1)提供包括透明基材以及分别附着在透明基材两侧的透反膜和增透膜的成像窗；
(2)提供能够发出s偏振光的像源；
(3)使像源发出s偏振光，经由透反膜射向成像窗；以及
(4)利用透反膜反射s偏振光，其中透反膜对于s偏振光的平均反射率大于50％；并且
(5)利用增透膜透射环境光，其中所述增透膜使成像窗对于可见光的平均透射率提高3％以上。
从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，不采用发出p偏振光的源作为像源，而是创造性地采用发出包含一个或多个谱线或谱带的s偏振光作为像源，并同时采用具有与包含谱线或谱带的s偏振光的像源相对应的带反特征的成像窗，克服了s偏振光成像系统的缺陷，非常有利于用户在观看像源的显示成像的同时观看外部环境，而且可以降低对像源的亮度需求。
而且，本发明可以在基材内表面的透反膜获得比较高的反射率，而基材外表面上又有增透膜，因此可以很好地抑制重影。
另外，即使环境光的s偏振光谱上有部分被滤过的波段，本发明也可以从p偏振的环境光获取相同的光学信息。本发明几乎不影响观察者感受外界的环境光。还有，由于透反膜和增透膜是通过例如镀膜技术附在基材上，本发明成本比较低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅描述本发明的一部分实施例。这些附图对于本发明来说并不是限制性的，而是起示例性的作用。
图1为根据本发明的一个实施方式的显示成像系统的示范性结构图；
图2根据本发明的一个实施方式的三种谱线或谱带叠加的示范性示意图；
图3为根据本发明的一个实施方式的成像窗的示范性结构图；
图4为根据本发明的一个实施方式的显示成像方法的示范性流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。“第一”、“第二”等仅用于对特征的指代，而并不意图对该特征进行任何限制、例如顺序上的限制。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
图1为根据本发明的一个实施方式的显示成像系统的示范性结构图。
如图1所示，该系统包括像源1和成像窗2。其中成像窗2包括透明的基材和在基材的一侧附着的一层透反膜3，像源1可以发出s偏振光，s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数，谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；其经透反膜3入射到成像窗2上。其中透反膜3对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于50％；而成像窗2还可以透射环境光。在图1所示的实施形式中，成像窗2还包括一层增透膜4(当然，在其他实施形式中，也可以不使用增透膜)，该增透膜4附在基材的另一侧。增透膜4可以增加成像窗2对环境光的透射率。
像源1既可以是显示成像设备，也可以是由这些显示成像设备所形成的虚像或者实像。
例如，显示成像设备可以是液晶屏幕，液晶屏幕的背光光源包括激光、发光二极管、有机发光二极管、受激荧光发光材料、量子点激发光源中的一种或多种；显示成像设备也可以是由LED、OLED、等离子发光点等发光点光源组成的主动发光的点阵屏幕；显示成像设备也可以是基于例如DLP，LCOS，LCD等投影技术，由LED、OLED、激光、荧光等光源或其组合驱动，经DMD，LCOS，LCD等显示面板反射或透射，再经投影镜头投射在投影屏幕上成像的投影成像系统；显示成像设备还可以是激光束在屏幕上扫描成像的投影成像系统。
以上所述的所有显示成像设备，经由一次或多次折射或反射所成的实像或虚像也都可作为像源。
成像窗2的基材除了可以选取透明介质，如PC树脂、PET树脂、PMMA树脂、玻璃、石英等，也可以使其经过特别的处理以具有既透明又可变色的特性。例如，在强光环境下，基材可以变色以降低环境光强度。
透反膜3可以布置成覆满基材的全部内表面，也可以覆盖基材的部分内表面。透反膜3可以不仅是一层膜，还可以是由多层不同折射率的膜层堆叠而成，其中膜层成分选自氧化物，氟化物，氮化物等化合物中的一种或多种，例如五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁，氧化锌，氧化锆，二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅，氟化铝等。
透反膜3在可见光范围内对于s偏振光的平均反射率越高，透反膜3反射到观察者的可见光强就越大。经过测试，发现透反膜3对于所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于一个特定反射率，例如50％；优选地，大于60％、70％、80％或90％；更优选地，甚至可达95％以上；对于像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比透反膜对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于该特定反射率的波段的平均反射率低至少5％，优选地，低10％、15％、甚至20％。另外，透反膜3在可见光范围内对于p偏振光的平均透射率大于60％；优选地，大于70％、80％或90％；更优选地，甚至可达95％以上。
当然，在某些实施形式中，透反膜3对像源1发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的半峰宽以内的波段的平均反射率的范围不是大于50％，而是位于25％-50％之间。在这种情况下，应当使用增透膜4(增透膜4将在下文详细介绍)。
在一个实施方式中，像源入射到透反膜3的s偏振光在可见光波段内具有三个谱线或谱带；透反膜3对于三个谱线或谱带中的半峰宽以内的平均反射率都大于50％。而透反膜3对于像源1发出的s偏振光的三个谱线或谱带的半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比该透反膜对所述像源发出的s偏振光的三个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于50％的波段的平均反射率低至少5％、甚至10％。另外，透反膜对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％。
在另一个的实施形式中，像源入射到透反膜3的s偏振光在可见光波段内也具有三个谱线或谱带；不过透反膜3只对于这三个谱线或谱带中的其中一个或两个的半峰宽以内的平均反射率都大于50％。而透反膜3对于像源1发出的s偏振光的三个谱线或谱带的半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比该透反膜对所述像源发出的s偏振光的三个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于50％的波段的平均反射率低至少5％、甚至10％。
应当理解，在其他的实施形式中，像源入射到透反膜3的s偏振光在可见光波段内具有的谱线或谱带个数可以是是任意不小于1的正整数个(用n表示)。透反膜3对于这n个谱线或谱带中的至少一个的半峰宽以内的平均反射率都大于50％。而透反膜3对于像源1发出的s偏振光的n个谱线或谱带的半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比该透反膜对所述像源发出的s偏振光的三个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于50％的波段的平均反射率低至少5％、甚至10％。
与透反膜3类似，增透膜4可以覆满基材的全部外表面，也可以仅覆盖基材的部分外表面。增透膜使成像窗对于可见光的平均透射率提高3％以上。
如图1所示，s偏振光入射到透反膜3的入射角度为α，其中α范围为30～89度。为了达到更好的反射和透射效果，α的数值应接近角度tan-1(n2/n1)为佳，其中n1为入射介质的折射率，n2为基材介质的折射率。例如，当n1＝1.0，n2＝1.52，此时tan-1(n2/n1)约为56度40分；当n1＝1.0，n2＝1.58，tan-1(n2/n1)约为57度40分；当n1＝1.0，n2＝1.49，tan-1(n2/n1)约为56度08分。因此α的范围在优选情况下为50～75度。
以上示范性描述了α的取值范围和优选角度，本领域技术人员可以意识到，基于基材介质的折射率和入射介质的折射率，α的角度也可以取值在其他范围。
又如图1所示，像源1与成像窗2之间具有夹角θ，所述夹角θ的范围为20度～70度。当然，夹角θ也可以在其他范围取值，例如，在有些实施方式中，夹角θ的范围为80度-90度。
像源1的光谱可以由单色或者若干个单色谱线或谱带分布叠加而成。例如，参见图2中的源像光谱的示范性示意图，为了达到与全光谱源相同的视觉效果，像源1发出的s偏振光可以由谱峰在590nm～690nm(红色)、500nm～565nm(绿色)，410nm～480nm(蓝色)这三个范围的谱线或谱带分布叠加而成。透反膜3对于这三种谱线或谱带半峰宽中的s偏振光的平均反射率大于60％。优选地，透反膜对于s偏振光在这三种谱线或谱带半峰宽之外波段的s偏振光的平均透射率大于60％。
在一个优选的实施形式中，像源的光源是由三色激光组成，三色的谱峰位置分别为445nm(蓝色)、532nm(绿色)，635nm(红色)，每个谱峰的半峰宽只有约1-2nm(参见图2中以实线画出的激光投影光谱)。针对该光源，在特定的角度范围内，例如第一角度在55度～65度时，采取特殊对应的透反膜，该透反膜对于444nm-446nm，531nm-533nm，634nm-636nm这三个谱带的s偏振光有95％的反射率，对于这三个谱带之外的s偏振光有95％的透射率，对于p偏振光的可见光范围也有95％的透射率。经过计算可以得知，在这种优选实施形式中，可以获得对于像源95％的反射率和对于环境可见光94％以上的透射率。
以上示范性以红色、绿色和蓝色为例，阐述了s偏振光的特定波段，本领域技术人员应当意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于对本发明的范围进行限定。
再次参见图1，像源1发出的s偏振光入射到成像窗2的透反膜3上。透反膜3对于s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个的半峰宽以内的平均反射率大于例如60％，由此，像源1的像通过成像窗2再次成像。而且，成像窗2外侧的环境光以比较高的透射率(比如：70％以上)穿透成像窗，入射到观察者眼中，也可以形成清晰自然的影像。因此，观察者可以同时观看像源1以及环境光的显示成像。
图3为根据本发明实施方式成像窗的示范性结构图。参见图3，成像窗2包括基材，基材具有内表面和外表面，透反膜3布置在基材的内表面上；而外表面上进一步布置有增透膜4。
在一个优选的实施形式中，像源1可以采用红绿蓝三种颜色的s偏振光。比如，三种颜色分别在在630nm±10nm(红色)、540nm±10nm(绿色)，450nm±10nm(蓝色)这三个波段。
在本发明的一个实施形式中，镀膜在基材的内表面上的透反膜，具有如下光学特性：
(1)对于p偏振光，全波段可以有95％以上的透射率；
(2)对于s的偏振光，对于与像源相对应的特定的一或多个的光波段，具有70％以上的平均反射率。比如，在630nm±10nm(红色)、540nm±10nm(绿色)，450nm±10nm(蓝色)这三个波段，具有70％以上的平均反射率，其余波段具有70％以上的平均透射率。
首先在没有增透膜的情况下分析重影问题。假定内表面的透反膜对于特定的一或多个谱线或谱带的s偏振光具有70％的平均反射率，其余波段具有70％以上的平均透射率；而且外表面对于自然光具有90％的透射率。那么，该一个或多个光波段的s偏振光入射到透反膜上，经过透反膜的反射后，s偏振光的一次反射光的强度约为入射光强的70％，而且折射进入基材内的s偏振光强度约为入射光强的30％。折射进入基材内的s偏振光，在增透膜上发生二次反射，二次反射后的光强为30％*(1-90％)；二次反射光入射到透反膜上，折射出来后的折射光强度为30％*(1-90％)*(1-70％)＝0.9％。
可见，折射光强度相比一次反射光强度几乎可以忽略不计。因此，本发明不会形成明显的重影，克服了目前现有技术中采用s偏振光普遍遇到的重影难题。
镀膜在基材的外表面上的增透膜，使得成像窗的外表面对于整个自然光光谱，在正常日照条件下达到95％以上的平均透射率。
结合上述的实施形式中的透反膜和增透膜来分析重影问题。假定内表面的透反膜对于特定的一或多个谱线或谱带的s偏振光具有70％的平均反射率，其余波段具有70％以上的平均透射率；而且外表面由于增透膜对于自然光具有95％的透射率。那么，该一个或多个光波段的s偏振光入射到透反膜上，经过透反膜的反射后，s偏振光的一次反射光的强度约为入射光强的70％，而且折射进入基材内的s偏振光强度约为入射光强的30％。折射进入基材内的s偏振光，在增透膜上发生二次反射，二次反射后的光强为30％*(1-95％)；二次反射光入射到透反膜上，折射出来后的折射光强度为30％*(1-95％)*(1-70％)＝0.45％。
由此可见，基于这种基材的内表面布置透反膜，外表面布置增透膜的具体结构，本发明的成像窗进一步显著降低了成像的重影问题。
接下来，按照上述的透反膜的光学特性来分析该实施形式的综合透射率和反射率:
(1)反射率：因为像源采用s偏振光，且镀膜的反射特性与像源有高对应性，因此由镀膜的反射特性可知平均反射率R>70％；
(2)透射率：一般情况下，假定外界自然光含有50％p偏振光以及50％s偏振光；对于p偏振光，其平均透射率在90％以上；对于s偏振光，在可见光波段上(约为400nm～700nm)其平均透射率为{(20+20+20)*0.3+[700-400-(20+20+20)]*0.7}/(700-400)≈62％；因此对于整个自然光的平均透射率为T≈95％*50％+62％*50％＝78.5％。
综上所述，由于采用了具有特性的像源以及与像源的源特性匹配的反射特性的镀膜，可以使本发明的对于可见光的平均透射率和对于像源的特定光源的平均反射率之和为T+R>148.5％，获得高通透率同时高反射率的成像效果。
并且，光源光谱和反射膜反射特征谱的半峰宽越窄，可以在保证反射率的情况下获得的透射率越高。
在一个更优选的实施形式中，如图2所示的一组像源的光源是由三色激光组成，三色的谱峰位置分别为445nm(蓝色)、532nm(绿色)，635nm(红色)，每个谱峰的半峰宽只有约1-2nm(参见图2中以实线画出的激光投影光谱)。针对该光源，在特定的角度范围内，例如第一角度在55度～65度时，采取特殊对应的透反膜，该透反膜对于444nm-446nm，531nm-533nm，634nm-636nm这三个谱带的s偏振光有95％的反射率，对于这三个谱带之外的s偏振光有95％的透射率，对于p偏振光的可见光范围也有95％的透射率。
分析该实施方案的综合透射率和反射率:
(1)反射率：因为像源采用s偏振光，且镀膜的反射特性与像源有高对应性，因此由镀膜的反射特性可知平均反射率R>95％；
(2)透射率：一般情况下，假定外界自然光含有50％p偏振光以及50％s偏振光；对于p偏振光，其平均透射率在90％以上；对于s偏振光，在可见光波段上(约为400nm～700nm)其平均透射率为{(2+2+2)*0.05+[700-400-(2+2+2)]*0.95}/(700-400)≈93.2％；因此对于整个自然光的平均透射率为T≈95％*50％+93.2％*50％＝94.25％。
综上所述，由于采用了具有特性的像源以及与像源的源特性匹配的反射特性的镀膜，可以使本发明的对于可见光的平均透射率和对于像源的特定光源的平均反射率之和为T+R>189％，获得高通透率同时高反射率的成像效果。
图4为根据本发明的一个实施方式的显示成像方法的示范性流程图。
如图所示，该方法包括：
步骤401：提供包括透明基材和附着在透明基材上的透反膜的成像窗；
步骤402：提供能够发出s偏振光的像源；
步骤403：使像源相对于法线以第一角度范围向成像窗发出s偏振光，其中偏振光经由透反膜射向成像窗；
步骤404：利用透反膜反射s偏振光；
其中，s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数，优选地，n大于等于3；谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；其中，透反膜在第一角度范围内，对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于50％；透反膜对于像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比透反膜对像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于50％的波段的平均反射率低至少5％，甚至低10％；并且透反膜在相对于法线的第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％；其中，第一角度范围为30度～89度，优选为50度～75度；第二角度范围为30度～80度，优选为55度～70度。
在另一个实施形式中，s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数，优选地，n大于等于3；谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；其中，透反膜在第一角度范围内，对像源发出的s偏振光的不小于3个谱线或谱带中的半峰宽以内的波段的平均反射率的范围为25％-50％；而对于s偏振光的这以外的可见光波段的平均反射率，比前者地平均反射率低至少5％；并且，透反膜在相对于法线的第二角度范围内对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％。
本发明所提出的显示成像系统和方法可以有多种应用，比如配以底座或基座应用到各种抬头显示器(HUD)中；当然，也可以安装在车辆或飞机等交通工具中。
根据本发明，可以同时将像源的光线和外界的环境光线入射观察者眼中，形成清晰的影像，从而在不影响观察者观察外界环境的同时将像源的图像呈现到观察者眼中。在本发明的实施形式中，使用s偏振的三色光作为投影像源，同时使用s偏振的窄带高反膜的成像窗；由于像源和透反膜和增透膜的光谱带匹配较好，而且s偏振的光不受布儒斯特角的影响，像源光线的反射率与传统技术相比大大提高，投影光的利用率很高，因此整个光学系统可以用较低的功耗实现。另外，由于可以在基材内表面的透反膜获得比较高的反射率，而基材外表面上又有增透膜，可以很好地抑制重影。再有，几乎不影响观察者感受外界的环境光，因为即使环境光的s偏振光谱上有部分被滤过的波段，也可以从p偏振的环境光获取相同的光学信息。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。应当理解，以上实施例中所公开的特征，除了有特别说明的情形外，都可以单独地或者相结合地使用。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本文所公开的本发明并不局限于所公开的具体实施例，而是意在涵盖如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内的修改。
Claims (17)
1.一种显示成像系统，其特征在于，包括：
包括透明基材和附着在透明基材的第一表面上的透反膜的成像窗，所述透反膜由至少两层具有不同折射率的膜层堆叠而成；
像源，发出s偏振光经透反膜射向成像窗；所述像源发出的s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数；所述谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；
所述透反膜能够相对于法线以第一角度范围反射像源所发出的s偏振光，还能够相对于法线以第二角度范围透射环境光；所述第一角度范围为30度～89度；所述第二角度范围为30度～80度；
所述透反膜，在所述第一角度范围内，对所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于50％；所述透反膜，在所述第一角度范围内，对于所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比所述透反膜对所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率大于50％的波段的平均反射率低至少5%；
所述透反膜，在所述第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％。
2.根据权利要求1所述的显示成像系统，其特征在于，所述透明基材的第二表面上布置有增透膜；所述增透膜使成像窗对于可见光的平均透射率提高3%以上；
所述s偏振光在可见光波段内具有三个谱线或谱带；以及
所述透反膜，在所述第一角度范围内，对所述像源发出的s偏振光的三个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率都大于50％。
3.根据权利要求1所述的显示成像系统，其特征在于，所述n个谱线或谱带至少包括三个谱线或谱带，第一个谱线或谱带的峰值位置位于410nm～480nm区间范围内，第二个谱线或谱带的峰值位置位于500nm～565nm区间范围内，第三个谱线或谱带的峰值位置位于590nm～690nm区间范围内；以及
所述透反膜，在所述第一角度范围内，对所述三个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率都大于50％。
4.根据权利要求1所述的显示成像系统，其特征在于，所述第一角度范围为50度～75度，和/或所述第二角度范围为55度～70度。
5.根据权利要求1所述的显示成像系统，其特征在于，所述透反膜，在所述第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于80％。
6.根据权利要求1中所述的显示成像系统，其特征在于，所述透反膜对于所述第一角度范围内所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的至少一个谱线或谱带的半峰宽以内的平均反射率大于70％；所述透反膜对于所述第一角度范围内所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率小于50％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的显示成像系统，其特征在于，所述膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的显示成像系统，其特征在于，所述像源是发出虚像或者实像的显示成像设备，或者由这些显示成像设备所形成的虚像或实像；
所述像源输出的s偏振光的波长波段为620nm～640nm、530nm～550nm、440nm～460nm；以及
所述透反膜被配置为对所述位于620nm～640nm、530nm～550nm，440nm～460nm 波段中的每个波段的s偏振光的平均反射率在70％以上。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的显示成像系统，其特征在于，所述像源的光源包括激光、发光二极管、有机发光二极管、受激荧光发光材料、量子点激发光源中的一种或多种。
10.一种显示成像系统，其特征在于，包括：
包括具有第一表面和第二表面的透明基材、附着在透明基材上的第一表面的透反膜和附着在透明基材上的第二表面的增透膜的成像窗；以及
用于发出经透反膜射向成像窗的s偏振光的像源；所述s偏振光在可见光波段内具有n个谱线或谱带，其中n为不小于1的正整数；所述谱线或谱带的半峰宽小于等于60nm；
所述透反膜能够相对于法线以第一角度范围反射像源所发出的s偏振光，还能够相对于法线以第二角度范围透射环境光；所述第一角度范围为30度～89度；所述第二角度范围为30度～80度；
所述透反膜，在所述第一角度范围内，对所述像源发出的s偏振光的n个谱线或谱带中的半峰宽以内的波段的平均反射率的范围为25%-50％；
所述透反膜对于所述s偏振光的n个谱线或谱带半峰宽以外的可见光波段的平均反射率，比所述透反膜对所述s偏振光的n个谱线或谱带中半峰宽内的平均反射率低至少5%；
所述透反膜，在所述第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于60％；而
所述增透膜使成像窗对于可见光的平均透射率提高3%以上。
11.根据权利要求10所述的显示成像系统，其特征在于，所述n个谱线或谱带至少包括3个谱线或谱带，第一个谱线或谱带的峰值位置位于410nm～480nm区间范围内，第二个谱线或谱带的峰值位置位于500nm～565nm区间范围内，第三个谱线或谱带的峰值位置位于590nm～690nm区间范围内。
12.根据权利要求10所述的显示成像系统，其特征在于，所述第一角度范围为50度～75度，和/或所述第二角度范围为55度～70度。
13.根据权利要求10所述的显示成像系统，其特征在于，所述透反膜，在所述第二角度范围内，对于p偏振光在可见光范围内的平均透射率大于80％。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的显示成像系统，其特征在于，所述透反膜由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成，所述膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝等的一种或多种。
15.根据权利要求10-13中任一项所述的显示成像系统，其特征在于，所述像源是发出虚像或者实像的显示成像设备，或者由这些显像设备所形成的虚像或实像；
所述像源输出的s偏振光的波长波段为620nm～640nm、530nm～550nm、440nm～460nm；以及
所述透反膜被配置为对所述位于620nm～640nm、530nm～550nm，440nm～460nm 波段中的每个波段的s偏振光的平均反射率在70％以上。
16.根据权利要求10-13中任一项所述的显示成像系统，其特征在于，所述像源的光源包括激光、发光二极管、有机发光二极管、受激荧光发光材料、量子点激发光源中的一种或多种。
17.一种交通工具，包括如权利要求1-16中任一项所述的显示成像系统。
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