CN111630008B - 用于形成曲面镜的真空模具设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成用于抬头显示器的曲面镜的方法包括提供镜子预成形件，所述镜子预成形件包括第一主表面、第二主表面和连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面。所述镜子预成形件具有中央部分和包围所述中央部分的周边部分。所述方法包括将所述镜子预成形件安置于具有面向所述第二主表面的凹表面的模具上和包围所述次表面的至少一部分的外壳内，空间界定于所述凹表面与所述第二主表面之间，其中所述空间的周界由所述外壳界限，所述模具包含在所述周边部分下的沿着所述凹表面的周边的沟渠型真空线路。所述方法还包括通过所述沟渠型真空线路将真空压力提供至所述空间以使所述镜子预成形件与所述凹表面保形。

Description

用于形成曲面镜的真空模具设备、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请案依据35 U.S.C.§119要求2017年11月30日提交的美国临时申请案号62/592,588的优先权权益，本案依赖于所述申请案的内容且所述申请案被以引用方式全文并入本文。
技术领域
本公开涉及用于形成曲面镜的真空模具设备、系统和方法。
背景技术
抬头显示器(Head-Up Display或Heads-Up Display；HUD)系统将视觉信息投影至透明表面上，使得用户可在不将其凝视目光自其主视野移开的情况下看到信息。HUD系统通常使用镜子来将影像反射和投影至所述透明表面。HUD系统的一个应用为在交通中，诸如，汽车、飞机、海上舰艇和其他载具。举例而言，HUD系统可用于载具中，使得所述载具的操作者或驾驶者可在维持向前凝视目光的同时且在不必朝向显示萤幕向下或向旁边看的情况下看到与载具的操作有关的信息。因此，据信HUD系统通过使载具操作者自安全操作视点向旁边看的需求最小化来改良安全性。
然而，HUD系统已常常遭受到投影的影像的不良光学品质的问题，此可导致投影的影像的不合需要的美学品质。不良光学品质可甚至降低HUD系统的安全性，因为模糊或不清晰的投影影像可使用户阅读或理解投影的信息更困难，从而导致用户对信息的处理时间增加、基于信息的延迟的用户反应时间和增加的用户分散注意力。降低的光学品质可因在HUD系统中使用的次佳镜子产生，次佳镜子常因镜子的不当成形或在镜子预成形件的弯曲期间引入至镜子的缺陷而产生。
因此，存在对于以下各者的需求：HUD系统，且具体地，具有改良的光学品质的用于HUD系统的改良镜子以及形成这些镜子的改良系统、设备和方法。
发明内容
在本公开的一些实施方式中，提供一种形成用于抬头显示器(Heads-UpDisplay；HUD)的曲面镜的方法。所述方法包含提供镜子预成形件，所述镜子预成形件包括第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面和连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面，其中所述镜子预成形件具有中央部分和包围所述中央部分的周边部分。所述方法还包括将所述镜子预成形件安置于具有面向所述第二主表面的凹表面的模具上和包围所述次表面的至少一部分的外壳内，空间界定于所述凹表面与所述第二主表面之间，其中所述空间的周界由所述外壳界限，其中所述模具包含在所述周边部分下的沿着所述凹表面的周边的沟渠型真空线路。所述方法进一步包括通过所述沟渠型真空线路将真空压力提供至所述空间以使所述镜子预成形件与所述凹表面保形。所述镜子预成形件的所述中央部分可包含经配置以反射待由所述HUD的用户检视的影像的所述曲面镜的有效区域。当所述镜子预成形件在与弯曲表面保形前处于二维状态中时在所述次表面与所述外壳之间测量的距离a可大于0mm且小于2mm。此外，所述镜子预成形件当与所述弯曲表面保形时，延伸出所述沟渠型真空线路达为至少0.5mm且可为3mm或更小的距离c。
在本公开的附加实施方式中，提供一种用于形成抬头显示器(Heads-UpDisplay；HUD)的曲面镜的模制设备。所述设备包括：下部模具，其包含具有用于使镜子预成形件塑形成非球面镜的非球面形状的弯曲表面；和沟渠型真空线路，其安置于所述弯曲表面的周边部分中。所述沟渠型真空线路经配置以将真空压力供应至所述弯曲表面与所述镜子预成形件之间的区域空间。所述设备进一步包括外壳，其安置于所述模具的顶部上以在塑形期间包围所述镜子预成形件的，所述外壳包含实质上垂直表面，当所述镜子预成形件安置于所述下部模具上时，所述实质上垂直表面自所述弯曲表面延伸至所述镜子预成形件的至少一高度，所述垂直表面包围所述空间的周边。所述外壳经定大小以当置放于所述下部模具上时包围所述镜子预成形件，并包围所述沟渠型真空线路，所述沟渠型真空线路安置于所述镜子预成形件的周边部分下方。
本公开的另外实施方式包括一种形成用于抬头显示器(Heads-Up Display；HUD)系统的三维镜子的方法，其中所述方法包括提供镜子预成形件，所述镜子预成形件具有第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面和连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面。所述次表面包括彼此相对的第一和第二纵向侧表面，和连接所述纵向侧表面的第一和第二横向侧表面。所述方法包括在具有凹表面的模具上安置所述镜子预成形件，使得所述第二主表面面向所述凹表面，其中所述模具包括沿着所述模具的周边形成于所述弯曲表面中的一个或多个开口，和在所述模具上安置外壳使得外壳的实质上垂直壁包围所述镜子预成形件的所述次表面且所述外壳在所述模具的至少一侧上悬挂于所述开口上，使得沿着所述开口的至少一部分在所述弯曲表面与所述外壳的底部之间存在间隙。所述方法进一步包括将真空供应至所述开口以使所述镜子预成形件与所述凹表面保形。
在本公开的一些附加实施方式中，提供一种用于形成抬头显示器(Heads-UpDisplay；HUD)的曲面镜的模制设备。所述模制设备包括：模具，其包含用于使镜子预成形件塑形成弯曲形状的凹表面；沟渠型真空线路，其安置于所述弯曲表面的周边部分中，所述沟渠型真空线路经配置以将真空压力供应至所述弯曲表面与所述镜子预成形件之间的区域空间；和外壳，其安置于所述模具之上以在塑形期间包围所述镜子预成形件，所述外壳包含当所述镜子预成形件安置于所述下部模具上时自所述弯曲表面延伸至所述镜子预成形件的至少一高度的实质上垂直表面，所述垂直表面包围所述空间的周边。所述外壳在所述模具的至少一侧上悬挂于所述沟渠型真空线路上，使得沿着所述开口的至少一部分在所述弯曲表面与所述外壳的底部之间存在间隙。
所要求保护的主题的附加特征和优势将在接下来的详细描述中阐述，且部分将易于为本领域技术人员自该描述而显而易见，或通过实践如本文中描述的所要求保护的主题来认识，包括接下来的详细描述、权利要求书以及随附图式。
应理解，前述大体描述和以下详细描述皆提出本公开的实施方式，且意欲提供用于理解所要求保护的主题的本质和特性的综述或框架。包括随附图式以提供对本公开的进一步理解，且其并入本说明书内且构成本说明书的一部分。所述图式说明各种实施方式，且与描述一起用以解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
为了说明的目的，存在目前优选的在图式中展示的形式，然而，应理解，本文中揭示和讨论的实施方式不限于展示的精确布置和手段。
图1为根据本公开的一些实施方式的在载具中的HUD系统的示出。
图2为根据一些实施方式的当使用图1的HUD系统时的汽车驾驶者的视点的示出。
图3为根据本公开的一些实施方式的在一些HUD系统中使用的组合器的相片。
图4为根据一些实施方式的当使用具有类似于图3中示出的组合器的组合器的HUD系统时的汽车驾驶者的视点的示出。
图5为根据一些实施方式的2D镜子预成形件和自所述2D镜子预成形件形成的所得非球面镜的平面图。
图6为在弯曲模具上的2D镜子预成形件的等角视图。
图7为自线A-A的角度的图6的部分横截面图。
图8为自线B-B的角度的图6的部分横截面图。
图9为对应于在经历3D成形步骤前的2D预成形件和在经历所述成形步骤后的3D镜子的2D参考平面的示意性表示。
图10为用于根据一些实施方式的HUD系统的非球面镜的等角示意图。
图11为示出预成形件的边缘与模具之间的间隙的在成形模具上的2D镜子预成形件的等角视图。
图12为在成形期间在成形模具与预成形件的边缘之间的间隙的横截面示意图。
图13A和图13B分别为根据一些实施方式的具有沟渠型真空洞的真空模具的等角视图和平面图。
图14A和图14B分别为图13A和图13B的真空模具的详细俯视图和仰视图。
图15A和图15B为根据一些实施方式的外壳总成的等角视图。
图16A和图16B分别为根据一些实施方式的在成形模具上的图15B的矩形镜子预成形件的长侧和短侧边缘的横截面图。
图17A和图17B示出根据一些实施方式的在与模具保形前和后的在成形模具上的镜子预成形件的边缘的横截面图。
图18A和图18B为示例曲面镜的相片，具有根据习知技术形成的顶部镜和所得边缘失真，和根据本公开的实施方式形成的底部镜且具有改良的边缘光学器件。
图19A为根据本公开的另一实施方式的成形的镜基板、成形模具和外壳的等角部分横截面图。
图19B为自由线C-C展示的角度的图19A的部分横截面的侧视图。
图20为图19A和图19B的镜子预成形件、外壳和模具的平面图。
具体实施方式
在以下描述中，贯穿在图中展示的若干视图，相似参考字元表示相似或对应的部分。还应理解，除非另有指定，否则诸如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”和类似者的术语为方便用词，且不应被解释为限制术语。此外，不管何时将组描述为包含一组元素中的至少一者和其组合，应理解，所述组可包含以下各者、基本上由以下各者组成或由以下各者组成：叙述的任何数目个那些元件(个别地或相互组合)。
类似地，不管何时将组描述为由一组元素中的至少一者或其组合组成，应理解，所述组可由叙述的任何数目个那些元素组成(个别地或相互组合)。除非另有指定，否则值范围在叙述时包括所述范围的上限和下限。如本文中所使用，不定冠词“一(a和an)”和对应的定冠词“所述(the)”意谓“至少一个”或“一个或多个”，除非另有指定。
将本公开的以下描述提供为其启发性教导和其最佳的当前已知实施方式。本领域技术人员将认识到，可在仍然获得本公开的有益结果的同时对本文中描述的实施方式进行许多改变。还将显而易见的是，可通过选择本公开的特征中的一些而不利用其他特征来获得本公开的所要的益处中的一些。因此，本领域中工作的人士将认识到，本公开的许多修改和改编是可能的，且在某些情况中甚至为合乎需要的且为本公开的部分。因此，以下描述提供为说明本公开的原理而非其限制。
本领域技术人员应了解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，对本文中描述的例示性实施方式的许多修改是可能的。因此，所述描述并不意欲且不应被解释为限于给定示例，而是应给予由所附权利要求书和其等效内容提供的完全保护范围。此外，使用本公开的特征中的一些而无其他特征的对应使用是可能的。因此，例示性或说明性实施方式的以下描述是为了说明本公开的原理的目的而非其限制来提供，且可包括对其的修改和其排列。
HUD系统可用以提供用于用户的改良安全性和方便性的广泛多种类型的信息。在交通中，例如，可将与载具操作(诸如，载具限界或导航)有关的信息投影至在驾驶者前方的一区域。此可包括关于载具速度、燃料量、气候控制设定、娱乐设定、逐圈导航指示器、估计的到达时间和与速度、交通或危险条件有关的警报的实时信息。可将信息作为文字、符号、图片、视频、动画和一个或多个色彩呈现。这些仅为示例，且本公开的实施方式并不意欲限于这些示例。
在本公开的一些实施方式中，HUD系统可包括影像产生装置，和用于将影像自所述影像产生装置引导或投影至易于对用户可见的区域的一个或多个光学部件。所述影像产生装置可包括阴极射线管(cathode ray tube；CRT)显示器、发光二极管(light-emittingdiode；LED)显示器、液晶显示器(liquid crystal display；LCD)组件、激光投影系统或本领域的一般技术人员已知的其他类型的显示器。所述HUD系统还可包括计算器或处理器，以用于产生由这些显示器产生的影像。所述光学部件可包括(例如)透镜、分光镜、镜子和组合器的某一组合。HUD系统的部件的组合可经配置以产生经准直光，可将所述经准直光投射至在用户的视野中的组合器，从而允许所述用户可同时看到所述投影的影像和正常的视野。举例而言，在载具应用中，组合器可为挡风玻璃或建置至载具内的单独部件，或可安装于载具中驾驶者或乘客可在组合器的透明表面上看到投影的影像的位置中的携带型部件。镜子可包括在弯曲基板上的反射性涂层。所述弯曲基板可为球面、非球面、Fresnel形状和/或绕射性。在一个优选实施方式中，镜子具有在凹非球面表面上的反射性表面或涂层。
图1示出根据本公开的一些实施方式的HUD系统100的示例。HUD系统100示出处于汽车中，但实施方式可用于各种载具或非载具应用中。示出驾驶者D手放在载具V的转向盘W上。所述HUD系统100并入至载具V的仪表盘110内，且包括连接至影像源103的可程式化图形单元(programmable graphical unit；PGU)102，影像源103经配置以基于来自PGU 102的信号产生影像。PGU 102可包括可操作地连接至含有指令的非暂时性计算器可读存储介质的处理器，所述指令在执行时产生和/或供应数据，用于由影像源103产生待由HUD系统100显示的影像。该影像由平面镜104朝向曲面镜106反射。自曲面镜106，将影像朝向挡风玻璃108投影，且至挡风玻璃108的投影区域112上。HUD系统100可经配置使得投影区域112处于驾驶者D在驾驶载具V时的正常视线内。举例而言，投影区域112可经定位为使得自驾驶者的角度看来，投影的影像迭置于道路上。此情境的示例示出于图2的图解中。
投影区域112位于图1和图2中的挡风玻璃108上，而图3和图4示出将组合器208用于投影区域212的位置的替代实施方式。组合器208可建置于载具的仪表盘210内，或可为定位于仪表盘210的顶部上的携带型或可分开部件。
本公开的实施方式不限于HUD系统的光学部件的一或多种特定布置，因为本领域的一般技术人员将理解HUD系统中的部件的基本布置。本公开主要针对在HUD系统中使用的曲面镜，和针对用于形成这些镜子的系统和方法。具体地，实施方式是针对用于自二维(2D)镜子预成形件形成这些三维(3D)镜子的系统和方法。图5示出可用以使用本文中讨论的系统和方法形成3D镜子302的2D镜子预成形件300的示例。
存在传统上用于形成3D镜子的各种系统和方法。然而，本公开的作者认识到，在形成在HUD系统中使用的曲面镜的设计和方法中需要改良。为了防止影像品质在影像由曲面镜反射时的降级，镜子应具有高度形状准确度和表面粗糙度。举例而言，小于50μm的形状精确度和小于3nm的表面粗糙度(Ra)是合乎需要的。在用于HUD系统的镜子中出现的特定类型的光学失真被称作边缘失真，其为在镜子的边缘处或附近反射的光的光学失真。在现有HUD系统中，可在镜子的制造或成形期间将光学撞击的瑕疵引入至镜子内。这些瑕疵可包括诸如由在镜子的制造中的设备或加热创造的不均匀表面或压痕的人工产物，或镜子的弯曲(具体地，在镜子的边缘处或附近的弯曲)中的瑕疵。
用于形成3D形镜或镜基板的最常见方法可划分成两个种类：按压方法和真空成形方法。然而，按压方法和真空成形方法皆可具有劣势。在按压方法中，上部模具和下部模具用以通过实体力按压基板，诸如玻璃基板。举例而言，可将上部模具按压至下部模具内，其中2D玻璃预成形件安置于两个模具之间，且根据在所述模具中的一或两者上的表面的形状形成玻璃预成形件。因此，可使模具印留在形成的玻璃基板的凹和凸两个表面上，玻璃基板接着需要抛光。此外，归因于上部和下部模具的轮廓偏差，可能难以精确匹配上部与下部模具的轮廓，且因此难以达成用于形成的玻璃基板的精确形状。举例而言，非球面镜轮廓的规格可小于±25μm，而模具轮廓偏差在机械加工后通常为30μm至50μm。
在真空成形方法中，可使用单一模具(例如，下部模具)，其中真空洞形成于所述模具的表面中。举例而言，如在图6中所示出，将平(2D)玻璃片或2D预成形件300安置于模具310的成形表面312上或上方，且所述预成形件300由许多导木(guide pine)313与模具310对准。通过贯穿成形表面312分布的许多真空洞314供应真空压力以使镜子预成形件与模具的弯曲(3D)表面保形。成形表面312经成形为3D镜子的所要的形状。图7示出自由线A-A展示的角度的视图，且图8示出自线B-B的角度的视图。然而，难以避免在形成的玻璃基板的表面上形成真空洞标记。这些真空洞标记或制造人工产物可损害基板或完工镜子的光学性能，尤其由于真空洞312贯穿成形表面314分布且因此在完工的镜子的有效区域中存在人工产物。又，难以在模具310中跨许多真空洞312得到恒定真空压力，从而导致跨成形表面314的压力差，且因此导致自完工的3D镜子的所要的形状的潜在偏差。此外，与按压方法比较，典型真空成形方法可需要较高成形温度。较高成形温度可影响表面品质，且形成缺陷，诸如，微凹、小坑和印纹。可对镜子预成形件执行真空成形，镜子预成形件为在通过真空成形形成为3D形状前预切割成所要的大小的基板，或可对过大的玻璃片执行真空成形，所述过大的玻璃片在通过真空成形形成为3D形状后经切割成所要的大小。基于预成形件和基于过大的玻璃的真空成形具有某些优势和劣势。
举例而言，基于过大的玻璃的成形具有达成良好边缘品质(归因于边缘切割)和良好表面粗糙度(归因于较低成形温度)的优势。然而，基于过大的玻璃的成形需要在成形后切割玻璃的增添步骤；归因于在成形后的修整玻璃或废玻璃而具有低玻璃利用率；需要在切割后的边缘抛光和/或斜切；且需要较大设备，即使最终完工的产品可为与在基于预成形件的成形中形成的大小相同的大小。
另一方面，在基于预成形件的真空成形中，不存在在真空成形后切割镜基板的需求，此减少了废玻璃或碎玻璃的产生。此外，基于预成形件的成形可为较简单工艺且较有成本效益。然而，在基于预成形件的真空成形方法中，归因于在玻璃预成形件的一个或多个边缘处的真空泄漏(至少部分归因于在预成形件与模具之间的真空泄漏)，已难以或不可能在玻璃片的全部表面上施加相对均匀真空压力。举例而言，若成形的玻璃将具有单一弯曲半径，则预成形件的短侧边缘可维持与模具表面的接触，直至成形完成，但真空将沿着预成形件的长侧边缘泄漏。在更复杂弯曲或非球面模具表面(和非球面成形的基板)的情况下，玻璃片的仅离散点(诸如，四个角)可贯穿成形接触模具表面，此导致沿着玻璃基板的所有边缘的真空泄漏。又，对于形成非球面镜，镜子或镜基板的角碎裂或破坏是可能的，碎裂或破坏仅当镜基板的角与模具接触且施加外部力(例如，真空压力、模具按压力)因此将压力集中于基板的四个角时发生。在一些情况中，诸如当成形表面并非非球面而是具有单一弯曲半径时，预成形件的短侧边缘可维持与成形表面的较好接触，直至成形完成，但真空泄漏可沿着预成形件的长侧边缘发生。真空压力中的这些间隙或泄漏使将相对均匀真空压力提供至镜子或预成形件的全部表面困难或不可能。因而，较高成形温度(基板的较低黏度)用以使玻璃与模具表面更完全地保形，和用以减小在角附近的应力以减少碎裂。然而，如上所讨论，较高温度可引起玻璃基板的表面降级和降低的光学性能。甚至在较高温度的情况下，出现镜子的边缘失真。
在本公开背后的调查者已发现改良使用基于真空的成形方法形成的镜子的系统、设备和方法。在一些优选实施方式中，这些技术可特别良好地适合于基于预成形件的成形方法。然而，一些实施方式通常不限于使用基于预成形件的成形方法制造的镜子，还甚至不限于基于真空的方法。由本公开的实施方式解决的问题中的一些为在成形的镜子的有效区域中留下的边缘失真和制造人工产物的问题。如上所提到，当使用真空成形方法时，可能难以达成均匀真空和镜基板与模具的均匀保形。可能特别难以使镜基板与在基板的边缘处或附近的所要的形状保形，这引起边缘失真且使由在边缘附近的镜子反射的影像的品质降级。此外，用于达成较好保形度的典型策略(例如，在成形期间的较强真空压力和较高温度)导致在完工产品中的不当人工产物和瑕疵。因此，本公开的实施方式提供具有改良的光学性能的镜子和/或镜基板(包括在边缘和有效区域处)，且包括成形设备和形成镜子的方法。
HUD系统中的镜子通常具有非球面反射性表面，其可包括形成于镜基板的非球面表面上的反射性涂层。如上所讨论且在图9中示出，3D镜子400可自2D镜子预成形件420形成。作为矩形预成形件，镜子预成形件420具有长侧边缘402和短侧边缘404。在形成3D镜子过程中，长侧边缘402和短侧边缘404弯曲以与成形模具保形。基于成形模具的形状，如由所得3D镜子的所要的形状确定，相对短侧边缘404之间的线性距离减小，且短侧边缘之间的减小的量值可与长侧边缘之间的减小的量值不同。非球面或非球面形表面具有多个曲率半径。举例而言，在如图9和图10中示出的四侧镜的情况中，非球面表面沿着四个边缘中的每一者具有不同曲率半径。因此，如在图10中示出，镜子400具有反射性表面408，其为非球面形，具有沿着第一边缘的曲率半径Ra、沿着第二边缘的曲率半径Rb、沿着第三边缘的曲率半径Rc和沿着第四边缘的曲率半径Rd。因为表面408为非球面形，所以Ra≠Rb≠Rc≠Rd。此外，Rb和Rd可小于Ra和Rc。归因于如与短侧边缘相比长侧边缘的曲率的差异，归因于成形的短侧边缘404之间的距离的改变可大于相对长侧边缘402之间的距离的任何减小，此系归因于在长侧边缘上的较小曲率半径Rb、Rd和在短侧边缘上的较大曲率半径Ra、Rc。此可使防止沿着短侧边缘的真空压力的泄漏更困难，如下所讨论。图10还示出在弯曲表面408上的不同点已通过变化关于连接镜子400的四个角的二维平面406的量j-n来移位的方式。在一些实施方式中，j≠k≠l≠m。在一个示例中，位移j-n可等于以下：j＝7.73、k＝6.32、l＝6.52、m＝1.31且n＝1.31，其中所述位移是按无单位相对量值给出，但取决于镜子和应用的大小，位移a-e的单位可为以毫米计。二维平面406包含在2D预成形件的相对长侧边缘之间的短轴408，和在2D预成形件的相对短侧边缘之间的长轴410。
如在图11中示出，当将2D镜子预成形件420安置于成形模具430上时，在使预成形件420与成形表面432保形前，仅镜子预成形件420的角可接触成形模具430。因而，间隙保留在镜子预成形件420与成形表面432之间。具体地，间隙434保留在镜子预成形件420的短侧边缘422之间，且间隙436保留在镜子预成形件420的长侧边缘424之间。在间隙434和436在预成形件420与成形表面432的保形期间保持打开的范围上，自成形表面432中的真空洞的真空抽吸中的一些失去。此可导致镜子预成形件420与成形表面432的次最佳保形，且因此导致达成3D镜子的所要的形状的失败。
图12示出在使图11的2D镜子预成形件420与成形模具430保形的步骤期间或后的3D镜子420'的边缘的横截面图。尽管在成形表面432与在一个或多个内部真空洞438附近的3D镜子420'的内部部分之间可存在良好保形性，但间隙434'可保持在3D镜子420'的边缘附近。如在图10中所示出，甚至当真空洞439位于边缘附近时，间隙434'仍可保持存在，因为由于间隙434'，失去了真空抽吸，此是归因于弯曲的几何形状和其他成形因素。结果，在边缘附近未达成3D镜子420'的所要的曲率。归因于在维持对通过真空成形形成的3D镜子的形状的精密控制同时防止其他非希望的制造诱发缺陷过程中的以上讨论的挑战，本公开的调查者开发了能够达成改良的3D镜子的系统、设备和方法。详言的，这些系统、设备和方法允许使用2D预成形件的真空成形在3D镜子的边缘处或附近的改良的抽吸和成形，而不在完工镜子的有效区域中创造诸如真空洞压痕的制造缺陷。
图13A和图13B示出根据本公开的一些实施方式的改良的成形模具450。模具450包括凹成形表面452，其中沟渠型真空线路454沿着成形表面452的周界形成。为了更好地理解沟渠型真空线路，图14A和图14B分别示出由图13A和图13B中的D圈起来的模具的一个角的详细俯视图和仰视图。沟渠型真空线路454是沿着成形(上部)表面452的全部周边机械加工。在一些实施方式中，在模具450的背侧上钻真空洞455、456，如在图14B中示出。然而，这些洞455、456并未向上穿透模具至成形表面452，而是替代地，在与机械加工至成形表面452内的沟渠型真空线路454会合后，结束于成形表面452下方。因为沟渠型真空线路454仅在成形表面452的周界上且不在成形表面452的将与成形的镜子的有效区域进行接触的区域中，所以将不存在引入至完工的镜子的有效区域内的基于真空洞的制造人工产物。
在一些实施方式中，如在图15A中所示出，在使2D预成形件与3D成形表面保形的步骤期间，可使用外壳500。外壳500形成环状形状，其中侧壁或密封表面经配置以在与真空模具保形的步骤期间定位于镜子预成形件的一个或多个边缘处或附近。在图15A中，模具500包括短侧壁502和长侧壁504，其组合形成环状形状，在中间具有经定大小和成形以含有预成形件的空间。
定位于成形模具530上的外壳500示出于图15B中。外壳500包围模具530的成形表面的周边，且界定置放镜子预成形件520供成形的空间。外壳500包括相对短侧壁502、503，和相对长侧壁504、505。外壳500操作以使在镜子预成形件520的边缘处的真空泄漏最小化，在所述边缘处存在沟渠型真空线路534。外壳500未必需要触碰镜子预成形件520以改良真空性能。实际上，在一些实施方式中，可有利的是，在外壳500与预成形件520之间不存在实体接触使得预成形件520可在无来自外壳500的摩擦力的情况下移动，摩擦力可负面影响完工的产品。在一些实施方式中，外壳500的内部壁之间的间空可为(例如)0.5mm或更小。然而，可基于基于玻璃的预成形件520和外壳500的热膨胀系数来调整此间空。
图16A和图16B分别示出图15B的预成形件520、模具520和外壳500的长侧边缘和短侧边缘的横截面图。特定言的，图16A示出自由图15B中的线C-C展示的角度的横截面图，且图16B示出自由图15B中的线D-D展示的角度的横截面图。对于图16A中的长侧边缘，在成形期间的下垂的方向(由箭头示出)实质上垂直，使得长侧边缘不显著移动远离外壳500的壁505。因而，存在成形表面552中的真空洞534被暴露或失去真空压力的低风险。
另一方面，短侧边缘的下垂的方向(由图16B中的箭头示出)可具有垂直和水平分量。水平移动或收缩将短侧边缘拉动远离外壳530的壁503，且威胁减小在短侧边缘附近的真空压力。距离x'为在预成形件520的短侧边缘上的壁503与真空洞534之间的距离。距离x'应足够大以确保在成形期间真空洞534未被预成形件520揭开，使得维持边缘附近的真空压力。
图17A示出在成形前的预成形件520和在成形后的成形的形状520。模具530、外壳500和沟渠型真空线路534的位置应经设计成使得成形的形状520'按距离c覆迭沟渠型真空线路534。在一些优选实施方式中，距离c可为至少0.5mm，或大于0mm但小于3.0mm，或自0.5mm至3mm。具体地，如在图17B中示出，模具530、外壳500和沟渠型真空线路534的位置可设计有在外壳500的壁与预成形件520的边缘之间的距离a，和在2D预成形件520与成形的形状520'的边缘之间的距离b。距离b为归因于成形的玻璃边缘至边缘“收缩”的结果，且取决于(例如)玻璃组成和成形条件。因此，图16B的距离x'可由a、b与c的总和表达，或x＝a+b+c。
图18A和图18B为两个示例镜子的相片。在图18A中，根据传统真空成形技术来形成镜子，此导致显著的边缘失真。相比之下，图18B中的镜子系根据上述系统和方法形成，且展示显著的边缘失真改良。
在一些另外实施方式中，可相对于外壳的位置更改沟渠型真空线路的位置和形式。如上所讨论，真空洞可导致完工的产品中的制造人工产物或缺陷。通常，在垂直于玻璃的方向上在模具表面之上机械加工真空洞。因此，在成形后，在玻璃的表面上产生洞标记。以上讨论的实施方式为改良，因为真空洞不形成于成形表面的对应于完工的镜子的有效区域的区域中。然而，本公开的一些实施方式允许进一步减小非希望的人工产物的改变，甚至当使用沟渠型真空线路时还如此。图19A和图19B示出一个此类实施方式。
图19A示出类似于图15B中所示出的成形的产品620'、外壳600和模具630的部分横截面图。然而，尽管模具630在与以上讨论的实施方式类似的位置中具有沿着短侧边缘的沟渠型真空线路634，但沿着模具630的长侧边缘的沟渠型真空线路635相对于外壳600的内壁移位。具体地，如在图19B中示出，沿着预成形件620的长侧边缘的外壳600的内部壁悬于沟渠型真空线路635之上，且沿着此长侧边缘的外壳600的内部壁的底部不碰到成形表面652。因此，当施加真空时，气流或抽吸是在外壳600的悬垂壁下引导，且接着沿着长侧边缘向下通过沟渠型真空线路635。外壳600的内部壁的底部与成形表面652之间的间隙的高度小于预成形件的厚度，使得在使预成形件与成形表面652保形后不失去抽吸。通过此外壳结构，作用于玻璃上的真空流的方向自垂直方向改变至平行方向(即，平行于玻璃的表面或成形表面)。因此，可形成弯曲表面，而不要担心玻璃表面上的真空洞标记。
在优选实施方式中，在图19A和图19B中示出的外壳600的悬垂内部壁用于模具630的长侧上，但不在短侧上。此是因为预成形件更有可能在保形步骤期间移动远离外壳，如上所讨论。因此，如果悬垂外壳用于短侧边缘上，则在保形步骤期间可失去抽吸，因为在成形的形状的短侧边缘与外壳之间的间隙将打开。因此，在图20的平面图中，可看出模具602中的沟渠型真空线路634与外壳608间隔开，但不能沿着长侧边缘看到真空线路，因为外壳608悬于真空线路之上。真空线路634可距外壳(例如)1mm至2mm，或在0.5mm与3mm之间。然而，由完工的产品上的线路634形成的任何真空人工产物皆不太可能冲撞镜子的有效区域。
根据本公开的实施方式，可达成所需的形状准确度和良好表面品质，和进行具有与无过大的玻璃成形方法的附加浪费和花费的过大的玻璃成形的性能相同或更好的性能的真空成形。就成形品质而言，当使用根据本公开的实施方式的2D预成形件时，可通过真空成形保证所需成形品质，而在有效玻璃区域中无真空洞印痕，此是归因于在成形表面的对应于有效玻璃区域的区域上不存在真空洞。此外，可获得类似于甚至使用2D预成形件的过大玻璃真空成形的边缘品质。这些优势是可能的，而无在基于过大的成形中遇到的问题，诸如，不必要地增大装备和模具的大小，或在成形后切割基板，此产生浪费且可带来新缺陷。
可通过溅镀、蒸镀(例如，CVD、PVD)、电镀或本领域的一般技术人员已知的其他涂布或供应反射性表面的方法来在成形的产品上形成反射性表面。举例而言，反射性表面可包括一或多种金属、金属/陶瓷氧化物、金属/陶瓷合金。所述反射性涂层可包括铝或银。在使基板成形为弯曲或非球面形状后，反射性表面形成于3D成形的基板上。然而，实施方式不限于此次序，且预料到，3D镜子可自具有反射性表面的2D预成形件形成。
基于玻璃的基板具有小于或等于3.0mm、自约0.5mm至约3.0mm、自约0.5mm至约1.0mm或自约1.0mm至约3.0mm的厚度。
用于HUD系统中的镜子的合适玻璃基板可为非强化玻璃片，或还可为强化玻璃片。玻璃片(不管是强化或非强化)可包括碱石灰玻璃、铝硅酸盐、硼硅酸盐或碱铝硅酸盐玻璃。视情况，玻璃片可经热强化。在将碱石灰玻璃用作非强化玻璃片的实施方式中，可使用传统装饰材料和方法(例如，玻璃粉珐琅和丝网印刷)。
合适玻璃基板可通过离子交换工艺来化学强化。在此工艺中，通常通过将玻璃片浸没至熔融盐浴内达预定时间周期，用来自盐浴的较大金属离子交换玻璃片的表面处或附近的离子。在一个实施方式中，熔融盐浴的温度为约430℃，且预定时间周期为约八小时。较大离子至玻璃内的并入通过在近表面区中创造压缩应力来强化薄片。在玻璃的中央区内诱发对应的拉伸应力以平衡压缩应力。
适合于形成玻璃基板的例示性离子可交换玻璃为碱石灰玻璃、碱铝硅酸盐玻璃或碱铝硼硅酸盐玻璃，但预料到其他玻璃组合物。如本文中所使用，“离子可交换”意谓玻璃能够将位于玻璃的表面处或附近的阳离子与大小较大或较小的相同价的阳离子交换。一种例示性玻璃组合物包含SiO2、B2O3和Na2O，其中(SiO2+B2O3)≥66摩尔％，且Na2O≥9摩尔％。在一实施方式中，玻璃片包括至少6重量％氧化铝。在再一实施方式中，玻璃片包括一或多种碱土氧化物，使得碱土氧化物的含量为至少5重量％。在一些实施方式中，合适的玻璃组合物进一步包含K2O、MgO和CaO中的至少一者。在一特定实施方式中，玻璃可包含61-75摩尔％SiO2；7-15摩尔％Al2O3；0-12摩尔％B2O3；9-21摩尔％Na2O；0-4摩尔％K2O；0-7摩尔％MgO；和0-3摩尔％CaO。
适合于形成玻璃基板的再一例示性玻璃组合物包含：60-70摩尔％SiO2；6-14摩尔％Al2O3；0-15摩尔％B2O3；0-15摩尔％Li2O；0-20摩尔％Na2O；0-10摩尔％K2O；0-8摩尔％MgO；0-10摩尔％CaO；0-5摩尔％ZrO2；0-1摩尔％SnO2；0-1摩尔％CeO2；少于50ppm As2O3；和少于50ppm Sb2O3；其中12摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤20摩尔％且0摩尔％≤(MgO+CaO)≤10摩尔％。
再一例示性玻璃组合物包含：63.5-66.5摩尔％SiO2；8-12摩尔％Al2O3；0-3摩尔％B2O3；0-5摩尔％Li2O；8-18摩尔％Na2O；0-5摩尔％K2O；1-7摩尔％MgO；0-2.5摩尔％CaO；0-3摩尔％ZrO2；0.05-0.25摩尔％SnO2；0.05-0.5摩尔％CeO2；少于50ppm As2O3；和少于50ppmSb2O3；其中14摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤18摩尔％且2摩尔％≤(MgO+CaO)≤7摩尔％。
在一特定实施方式中，碱铝硅酸盐玻璃包含铝、至少一种碱金属，且在一些实施方式中，大于50摩尔％SiO2，在其他实施方式中，至少58摩尔％SiO2，且在再其他实施方式中，至少60摩尔％SiO2，其中比率
Figure BDA0002571657190000151
其中在所述比率中，按摩尔％表达组分且改质剂为碱金属氧化物。在特定实施方式中，此玻璃包含以下各者、基本上由以下各者组成或由以下各者组成：58-72摩尔％SiO2；9-17摩尔％Al2O3；2-12摩尔％B2O3；8-16摩尔％Na2O；和0-4摩尔％K2O，其中所述比率
Figure BDA0002571657190000152
在另一实施方式中，碱铝硅酸盐玻璃包含以下各者、基本上由以下各者组成或由以下各者组成：61-75摩尔％SiO2；7-15摩尔％Al2O3；0-12摩尔％B2O3；9-21摩尔％Na2O；0-4摩尔％K2O；0-7摩尔％MgO；和0-3摩尔％CaO。
在又一实施方式中，碱铝硅酸盐玻璃基板包含以下各者、基本上由以下各者组成或由以下各者组成：60-70摩尔％SiO2；6-14摩尔％Al2O3；0-15摩尔％B2O3；0-15摩尔％Li2O；0-20摩尔％Na2O；0-10摩尔％K2O；0-8摩尔％MgO；0-10摩尔％CaO；0-5摩尔％ZrO2；0-1摩尔％SnO2；0-1摩尔％CeO2；少于50ppm As2O3；和少于50ppm Sb2O3；其中12摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤20摩尔％且0摩尔％≤(MgO+CaO)≤10摩尔％。
在再一实施方式中，碱铝硅酸盐玻璃包含以下各者、基本上由以下各者组成或由以下各者组成：64-68摩尔％SiO2；12-16摩尔％Na2O；8-12摩尔％Al2O3；0-3摩尔％B2O3；2-5摩尔％K2O；4-6摩尔％MgO；和0-5摩尔％CaO，其中：66摩尔％≤SiO2+B2O3+CaO≤69摩尔％；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10摩尔％；5摩尔％≤MgO+CaO+SrO≤8摩尔％；(Na2O+B2O3)-Al2O3≤2摩尔％；2摩尔％≤Na2O-Al2O3≤6摩尔％；和4摩尔％≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔％。
在一些实施方式中，化学强化以及非化学强化玻璃可按0-2摩尔％的选自包括Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr和SnO2的组的至少一种澄清剂分批。
在一个例示性实施方式中，化学强化玻璃中的钠离子可由来自熔融浴的钾离子替换，但具有较大原子半径的其他碱金属离子(诸如，铷或铯)可替换玻璃中的较小碱金属离子。根据一特定实施方式，玻璃中的较小碱金属离子可由Ag+离子替换。类似地，可在离子交换过程中使用诸如(但不限于)硫酸盐、卤化物和类似者的其他碱金属盐。
较小离子由较大离子在一温度(在所述温度下，玻璃网路可松弛)下的替换产生跨玻璃的表面的离子的分布，其导致应力分布。传入的离子的较大体积在表面上产生压缩应力(CS)，且在玻璃的中心产生拉伸(中央拉伸，或CT)。压缩应力按以下关系与中央拉伸有关：
Figure BDA0002571657190000161
其中t为玻璃片的总厚度，且DOL为交换深度，还被称作层深度。
根据各种实施方式，包含离子交换的玻璃的玻璃基板可拥有一阵列所要的性质，包括低重量、高抗冲击性和改良的声音衰减。在一个实施方式中，化学强化的玻璃片可具有至少300MPa(例如，至少400MPa、450MPa、500MPa、550MPa、600MPa、650MPa、700MPa、750MPa或800MPa)的表面压缩应力、至少约20μm(例如，至少约20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm)的层深度和/或大于40MPa(例如，大于40MPa、45MPa或50MPa)但小于100MPa(例如，小于100MPa、95MPa、90MPa、85MPa、80MPa、75MPa、70MPa、65MPa、60MPa或55MPa)的中央拉伸。
化学强化玻璃片的弹性模数可范围自约60GPa至85GPa(例如，60GPa、65GPa、70GPa、75GPa、80GPa或85GPa)。如果在具有聚合物中间层的基于玻璃的层压板中使用，则玻璃片和聚合物中间层的弹性模数可影响所得玻璃层压板结构的机械性质(例如，偏转和强度)和声学性能(例如，传输损失)。
合适的玻璃基板可通过热回火工艺或退火工艺来热强化。热强化玻璃片的厚度可小于约2mm或小于约1mm。
例示性玻璃片成形方法包括熔融拉延和槽拉工艺，其各为下拉工艺以及浮动工艺的示例。这些方法可用以形成强化和非强化玻璃片。熔融拉延工艺使用拉延箱，其具有用于接受熔融玻璃原材料的通道。所述通道具有在通道的两侧上沿着通道的长度在顶部打开的堰。当通道用熔融材料填充时，熔融玻璃溢出堰。归因于重力，熔融玻璃沿着拉延箱的外侧表面流动。这些外侧表面向下且向内延伸，使得其在拉延箱下方的边缘处接合。两个流动玻璃表面在此边缘处接合以熔融且形成单一流动片。熔融拉延方法提供以下优势：因为在通道上流动的两个玻璃膜熔融在一起，所以所得玻璃片的任一外侧表面皆不与装置的任一部分接触。因此，熔融拉延玻璃片的表面性质不受此接触影响。
槽拉方法与熔融拉延方法截然不同。此处，将熔融原材料玻璃提供至拉延箱。拉延箱的底部具有开口槽，所述开口槽具有延伸槽的长度的喷嘴。熔融玻璃流过槽/喷嘴，且经向下拉延作为连续片且至退火区内。槽拉工艺可提供比熔融拉延工艺薄的片，因为仅将单一片穿过槽拉延，而非将两个片熔融在一起。
熔融拉延工艺产生具有均匀厚度的玻璃片，其拥有相对原始的表面。因为玻璃表面的强度受到表面瑕疵的量和大小控制，所以已具有最小接触的原始表面具有较高初始强度。当此高强度玻璃接着经化学强化时，所得强度可比已经研磨和抛光的表面的强度高。可将下拉玻璃拉延至小于约2mm的厚度。此外，下拉玻璃具有非常平坦的平滑表面，其可在其最终应用中使用，而无成本高的研磨和抛光。
在浮动玻璃方法中，可由平滑表面和均匀厚度表征的玻璃片是通过使熔融玻璃浮动于熔融金属(通常，锡)的床上来制造。在例示性工艺中，馈入至熔融锡床的表面上的熔融玻璃形成浮动带。随着玻璃带沿着锡浴流动，温度逐渐降低，直至可将固体玻璃片自锡提升至辊上。一旦离开浴，玻璃片可进一步冷却且经退火以减小内部应力。
在一些实施方式中，本文中讨论的实施方式的例示性玻璃基板可用于具有抬头显示器(Head-Up Display或Heads-Up Display；HUD)系统的载具(汽车、飞机和类似者)中。根据一些实施方式形成的熔融物的清晰性可优于通过浮动工艺形成的玻璃，以藉此提供更佳的驾驶体验以及改良安全性，此是由于可更易于读取信息且和较少分心。非限制性HUD系统可包括投影仪单元、组合器和视频产生计算器。例示性HUD中的投影单元可为(但不限于)具有凸透镜或凹面镜(在其焦点处具有显示器(例如，光学波导、扫描激光、LED、CRT、视频成像术或类似者))的光学准直器。投影单元可用以产生所要的影像。在一些实施方式中，所述HUD系统还可包括组合器或分光镜以使来自投影单元的投影的影像改向以变化或更改视野和投影的影像。一些组合器可包括特殊涂层以反射投影于其上的单色光，同时允许其他波长的光穿过。在附加实施方式中，组合器还可弯曲以重新聚焦来自投影单元的影像。任一例示性HUD系统还可包括处理系统以提供在投影单元与可应用载具系统之间的接口，自所述接口可接收、操纵、监视和/或显示数据。一些处理系统还可用以产生待由投影单元显示的画像或符号。
使用此例示性HUD系统，可通过将来自HUD系统的影像投影至基于玻璃的镜基板的面向内部的表面上来创造信息(例如，数字、影像、方向、措词或其他)的显示。镜子可接着将影像改向使得其在驾驶者的视野中。
根据一些实施方式的例示性玻璃基板可因此提供用于镜子的薄原始表面。在一些实施方式中，可将熔融拉延的Gorilla玻璃用作玻璃基板。此玻璃不含有通过浮动工艺制造的传统玻璃(例如，碱石灰玻璃)通常有的任何浮动线。
根据本公开的实施方式的HUD可用于利用本文中描述的例示性玻璃基板的汽车载具、飞机、合成视觉系统和/或面具显示器(例如，头戴式显示器，诸如，护目镜、面具、头盔和类似者)中。这些HUD系统可通过玻璃层压结构在驾驶者前方投影关键信息(速度、燃料、温度、转弯信号、导航、警告讯息等)。
根据一些实施方式，本文中描述的HUD系统可使用用于曲率半径、折射率和入射角的标称HUD系统参数(例如，曲率半径Rc＝8301mm，至光源的距离：Ri＝1000mm，折射率n＝1.52，且入射角θ＝62.08°)。
本公开的方面1涉及一种形成用于抬头显示器(Heads-Up Display；HUD)的曲面镜的方法，所述方法包含：提供镜子预成形件，所述镜子预成形件包括第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面和连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面，所述镜子预成形件具有中央部分和包围所述中央部分的周边部分；将所述镜子预成形件安置于具有面向所述第二主表面的凹表面的模具上和包围所述次表面的至少一部分的外壳内，空间界定于所述凹表面与所述第二主表面之间，其中所述空间的周界由所述外壳界限，所述模具包含在所述周边部分下的沿着所述凹表面的周边的沟渠型真空线路；通过所述沟渠型真空线路将真空压力提供至所述空间以使所述镜子预成形件与所述凹表面保形。
本公开的方面2涉及方面1的方法，其中将所述镜子预成形件安置于所述外壳内包含首先将所述镜子预成形件安置于所述模具上，且接着将所述外壳定位于所述模具上和所述镜子预成形件周围。
本公开的方面3涉及方面1或方面2所述的方法，其中所述次表面包含第一和第二纵向侧表面，以及第一和第二横向侧表面，且其中所述外壳包含与所述镜子预成形件的所述第一和第二纵向侧表面紧密保形的第一和第二纵向侧表面，且还包含与所述镜子预成形件的所述第一和第二横向侧表面紧密保形的第一和第二横向侧表面。
本公开的方面4涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述镜子预成形件的所述中央部分包含经配置以反射待由所述HUD的用户检视的影像的所述曲面镜的有效区域。
本公开的方面5涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述镜子预成形件的所述中央部分包含反射性表面。
本公开的方面6涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述凹表面为非球形表面。
本公开的方面7涉及前述方面中任一项所述的方法，其中当所述镜子预成形件在与所述弯曲表面保形前处于二维状态中时如在所述次表面与所述外壳之间测量的距离a大于0mm且小于2mm。
本公开的方面8涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述次表面的一面在远离所述外壳的方向上从保形前的第一位置移动至保形后的第二位置，所述面自所述第一位置移动距离b至所述第二位置。
本公开的方面9涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述镜子预成形件在与所述弯曲表面保形时延伸出所述沟渠型真空线路达为至少0.5mm的距离c。
本公开的方面10涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述镜子预成形件在与所述弯曲表面保形时延伸出所述沟渠型真空线路达不大于3mm的距离c。
本公开的方面22涉及方面9或方面10所述的方法，其中所述沟渠型真空线路距所述外壳距离x，其中x＝a+b+c。
本公开的方面12涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述沟渠型真空线路的宽度小于或等于1.0mm。
本公开的方面13涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述沟渠型真空线路的宽度大于或等于0.3mm。
本公开的方面14涉及前述方面中任一项所述的方法，其中所述沟渠型真空线路的深度小于或等于在所述弯曲表面处的所述模具的厚度的一半。
本公开的方面15涉及前述方面中任一项所述的方法，进一步包含在不在所述曲面镜的所述有效区域中留下任何真空抽吸人工产物的情况下形成所述曲面镜。
本公开的方面16涉及前述方面中任一项所述的方法，进一步包含在使所述镜子预成形件保形后，在所述第一主表面上提供反射性表面。
本公开的方面17涉及一种根据方面1至16中任一项所述的方法形成的曲面镜。
本公开的方面18涉及一种用于形成抬头显示器(Heads-Up Display；HUD)的曲面镜的模制设备，包含：下部模具，其包含具有用于使镜子预成形件塑形成非球面镜的非球面形状的弯曲表面；和沟渠型真空线路，其安置于所述弯曲表面的周边部分中，所述沟渠型真空线路经配置以将真空压力供应至所述弯曲表面与所述镜子预成形件之间的区域空间；和外壳，其安置于所述模具之上以在塑形期间包围所述镜子预成形件，所述外壳包含当所述镜子预成形件安置于所述下部模具上时自所述弯曲表面延伸至所述镜子预成形件的至少一高度的实质上垂直表面，所述垂直表面包围所述空间的周边；其中所述外壳经定大小以当置放于所述下部模具上时包围所述镜子预成形件，并包围所述沟渠型真空线路，所述沟渠型真空线路安置于所述镜子预成形件的周边部分下方。
本公开的方面19涉及方面18所述的模制设备，进一步包含压力调节系统，所述压力调节系统经配置以将真空供应至所述沟渠型真空线路。
本公开的方面20涉及方面18或方面19所述的模制设备，其中当所述镜子预成形件经塑形以与所述弯曲表面保形时，自所述实质上垂直壁至所述沟渠型真空线路的距离大于自所述实质上垂直壁至所述镜子预成形件的距离。
本公开的方面21涉及方面18至20中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件在与所述弯曲表面保形时延伸出所述沟渠型真空线路达至少0.5mm的距离c。
本公开的方面22涉及方面18至21中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件在与所述弯曲表面保形时延伸出所述沟渠型真空线路达不大于3mm的距离c。
本公开的方面23涉及方面18至22中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件的边缘与所述外壳之间的距离a为2mm或更小。
本公开的方面24涉及方面18至23中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件的边缘与所述外壳之间的距离a大于0mm且小于2mm。
本公开的方面25涉及方面18至24中任一项所述的模制设备，其中所述沟渠型真空线路的宽度在约0.3mm与1.0mm之间。
本公开的方面26涉及方面18至25中任一项所述的模制设备，其中所述沟渠型真空线路的深度小于所述下部模具的厚度的一半。
本公开的方面27涉及一种形成用于抬头显示器(Heads-Up Display；HUD)系统的三维镜子的方法，所述方法包含：提供镜子预成形件，其包含第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面和连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面，所述次表面包含彼此相对的第一和第二纵向侧表面和连接所述纵向侧表面的第一和第二横向侧表面；在具有凹表面的模具上安置所述镜子预成形件，使得所述第二主表面面向所述凹表面，所述模具具有沿着所述模具的周边形成于所述弯曲表面中的一个或多个开口；在所述模具上安置外壳使得外壳的实质上垂直壁包围所述镜子预成形件的所述次表面，所述外壳在所述模具的至少一侧上悬挂于所述开口上，使得沿着所述开口的至少一部分在所述弯曲表面与所述外壳的底部之间存在间隙；和将真空供应至所述开口以使所述镜子预成形件与所述凹表面保形。
本公开的方面28涉及方面27所述的方法，其中所述间隙小于所述镜子预成形件的厚度。
本公开的方面29涉及方面27或方面28所述的方法，其中所述外壳的所述纵向壁防止在处于所述第一和第二纵向侧表面与所述凹表面之间和处于所述第一和第二横向侧表面与所述凹表面之间的空间的一部分处的所述真空的泄漏。
本公开的方面30涉及方面27至29中任一项所述的方法，其中所述模具的所述凹表面包含用于在所述模具的纵向方向上伸展的第一曲率的第一曲率半径，和用于在所述模具的横向方向上伸展的第二曲率的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径。
本公开的方面31涉及方面27至30中任一项所述的方法，其中所述凹表面经塑形使得在保形期间，所述镜子预成形件的所述第一与第二纵向侧表面之间的距离减小小于所述镜子预成形件的所述第一与第二横向侧表面之间的距离。
本公开的方面32涉及方面27至31中任一项所述的方法，其中所述外壳的横向壁防止在处于所述第一横向侧表面与所述凹表面之间和处于所述第二横向侧表面与所述凹表面之间的所述间隙的一部分处的所述真空的泄漏。
本公开的方面33涉及方面27至32中任一项所述的方法，其中所述外壳与所述次表面之间的间空小于约0.5mm。
本公开的方面34涉及方面27至33中任一项所述的方法，其中所述第一和第二横向侧表面中的至少一者的所述弯曲形状包含单一弯曲半径。
本公开的方面35涉及方面27至34中任一项所述的方法，其中所述第一和第二横向侧表面中的至少一者的所述弯曲形状包含样条曲线。
本公开的方面36涉及方面27至35中任一项所述的方法，其中在使所述第二镜表面保形后所述三维镜子未切割，使得用于所述HUD系统的所述三维镜子具有为凹形的第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面和连接所述第一与所述第二主表面的次表面，所述次表面对应于所述玻璃预成形件的所述次表面。
本公开的方面37涉及方面27至36中任一项所述的方法，其中所述第一主表面的至少一部分为反射性表面。
本公开的方面38涉及方面37所述的方法，其中所述反射性表面包含安置于所述第一主表面上的金属层。
本公开的方面39涉及方面38所述的方法，其中所述金属层包含铝。
本公开的方面40涉及方面27至39中任一项所述的方法，其中所述使所述第二主表面与所述模具的所述凹表面保形是在低于所述镜子预成形件的玻璃转化温度的温度下执行。
本公开的方面41涉及方面40所述的方法，其中所述温度比所述镜子预成形件的所述玻璃转化温度低约5℃至30℃。
本公开的方面42涉及方面41所述的方法，其中所述温度比所述镜子预成形件的所述玻璃转化温度低约10℃至20℃。
本公开的方面43涉及方面27至42中任一项所述的方法，进一步包含在所述使所述第二主表面与所述凹表面保形后在所述第一主表面上形成反射性表面。
本公开的方面44涉及一种用于形成抬头显示器(Heads-Up Display；HUD)的曲面镜的模制设备，包含：模具，其包含用于使镜子预成形件塑形成弯曲形状的凹表面；和沟渠型真空线路，其安置于所述弯曲表面的周边部分中，所述沟渠型真空线路经配置以将真空压力供应至所述弯曲表面与所述镜子预成形件之间的区域空间；和外壳，其安置于所述模具之上以在塑形期间包围所述镜子预成形件，所述外壳包含当所述镜子预成形件安置于所述下部模具上时自所述弯曲表面延伸至所述镜子预成形件的至少一高度的实质上垂直表面，所述垂直表面包围所述空间的周边，其中所述外壳在所述模具的至少一侧上悬挂于所述沟渠型真空线路上，使得沿着所述开口的至少一部分在所述弯曲表面与所述外壳的底部之间存在间隙。
本公开的方面45涉及方面44所述的模制设备，其中所述间隙小于所述镜子预成形件的厚度。
本公开的方面46涉及方面44或方面45所述的模制设备，其中所述外壳的所述纵向壁防止在处于所述第一和第二纵向侧表面与所述凹表面之间和处于所述第一和第二横向侧表面与所述凹表面之间的空间的一部分处的所述真空的泄漏。
本公开的方面47涉及方面44至46中任一项所述的模制设备，其中所述模具的所述凹表面包含用于在所述模具的纵向方向上伸展的第一曲率的第一曲率半径，和用于在所述模具的横向方向上伸展的第二曲率的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径。
本公开的方面48涉及方面44至47中任一项所述的模制设备，其中所述外壳与所述次表面之间的间空小于约0.5mm。
尽管此描述可包括许多细节，但不应将这些解释为对其范围的限制，而相反地，应解释为可特别针对特定实施方式的特征的描述。至此已在单独实施方式之上下文中描述的某些特征还可组合实施于单一实施方式中。相反地，在单一实施方式之上下文中描述的各种特征还可单独地或按任何合适子组合实施于多个实施方式中。此外，尽管特征可在以上描述为按某些组合作用且可甚至一开始如此要求保护，但来自要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况中可自所述组合删去，且要求保护的组合可针对子组合或子组合的变化。
类似地，尽管在图式或图中按特定次序描绘操作，但不应将此理解为需要按所展示的特定次序或依序执行这些操作或应执行所有说明的操作来达成合乎需要的结果。在某些情况中，多任务和并行处理可为有利的。
本文中可将范围表达为自“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。在表达此范围时，示例包括自所述一个特定值和/或至另一特定值。类似地，当将值表达为近似值时，通过使用先行词“约”，应理解，所述特定值形成另一方面。应进一步理解，所述范围中的每一者的端点关于另一端点和独立于另一端点皆为重要的。
还注意，本文中的叙述提和本公开的一部件经“配置以”或“调适成”按特定方式发挥功能。在此方面，此部件经“配置以”或“调适成”体现特定性质，或以特定方式发挥功能，其中这些叙述为如与意欲的用途的叙述相对的结构叙述。更特定言的，本文中对部件经“配置以”或“调适成”表示部件的现有实体状况的方式的参考应被看作所述部件的结构特性的明确叙述。
如由图中说明的各种配置和实施方式展示，已描述用于抬头显示器的各种基于玻璃的结构。
尽管已描述本公开的优选实施方式，但应理解，描述的实施方式仅为说明性，且当符合本领域技术人员自此处的细读自然想到的等效内容、许多变化和修改的完全范围时，本发明的范围应仅由所附权利要求书定义。

Claims (47)

1.一种形成用于抬头显示器(HUD)的曲面镜的方法，所述方法包含以下步骤：
提供镜子预成形件，所述镜子预成形件包含第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面和连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面，所述镜子预成形件具有中央部分和包围所述中央部分的周边部分；
将所述镜子预成形件安置于具有面向所述第二主表面的凹表面的模具上和包围所述次表面的至少一部分的外壳内，空间界定于所述凹表面与所述第二主表面之间，其中所述空间的周界由所述外壳界限，所述模具包含在所述周边部分下形成在所述凹表面的周边中的沟渠型真空线路；
通过所述沟渠型真空线路将真空压力提供至所述空间以使所述镜子预成形件与所述凹表面保形。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述镜子预成形件安置于所述外壳内的步骤包含以下步骤：首先将所述镜子预成形件安置于所述模具上，且接着将所述外壳定位于所述模具上和所述镜子预成形件周围。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述次表面包含第一和第二纵向侧表面，以及第一和第二横向侧表面，
且其中所述外壳包含与所述镜子预成形件的所述第一和第二纵向侧表面紧密保形的第一和第二纵向侧表面，且还包含与所述镜子预成形件的所述第一和第二横向侧表面紧密保形的第一和第二横向侧表面。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述镜子预成形件的所述中央部分包含所述曲面镜的有效区域，所述有效区域经配置以反射待由所述HUD的用户检视的影像。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述镜子预成形件的所述中央部分包含反射性表面。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述凹表面为非球形表面。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中当所述镜子预成形件在与所述凹表面保形前处于二维状态中时在所述次表面与所述外壳之间测量的距离a大于0mm且小于2mm。
8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述次表面的一面在远离所述外壳的方向上从保形前的第一位置移动至保形后的第二位置，所述次表面的所述一面自所述第一位置移动距离b至所述第二位置。
9.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述镜子预成形件在与所述凹表面保形时延伸出所述沟渠型真空线路达为至少0.5mm并且不大于3mm的距离c。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述沟渠型真空线路距所述外壳距离x，其中x＝a+b+c。
11.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述沟渠型真空线路的宽度小于或等于1.0mm。
12.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述沟渠型真空线路的宽度大于或等于0.3mm。
13.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述沟渠型真空线路的深度小于或等于在所述凹表面处的所述模具的厚度的一半。
14.如权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法进一步包含以下步骤：在不在所述曲面镜的有效区域中留下任何真空抽吸人工产物的情况下形成所述曲面镜。
15.如权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法进一步包含以下步骤：在使所述镜子预成形件保形后，在所述第一主表面上提供反射性表面。
16.一种根据权利要求1至6中任一项所述的方法形成的曲面镜。
17.一种形成用于抬头显示器(HUD)的曲面镜的模制设备，所述模制设备包含：
下部模具，其包含凹表面，所述凹表面具有用于使镜子预成形件塑形成非球面镜的非球面形状；
沟渠型真空线路，其安置于所述凹表面的周边部分中，所述沟渠型真空线路经配置以将真空压力供应至所述凹表面与所述镜子预成形件之间的区域空间；和
外壳，其安置于所述模具之上以在塑形期间包围所述镜子预成形件，所述外壳包含实质上垂直表面，当所述镜子预成形件安置于所述下部模具上时，所述实质上垂直表面自所述凹表面延伸至所述镜子预成形件的至少一高度，所述垂直表面包围所述空间的周边；
其中所述外壳经定大小以当置放于所述下部模具上时包围所述镜子预成形件，并包围所述沟渠型真空线路，所述沟渠型真空线路安置于所述镜子预成形件的周边部分下方。
18.如权利要求17所述的模制设备，所述模制设备进一步包含压力调节系统，所述压力调节系统经配置以将真空供应至所述沟渠型真空线路。
19.如权利要求17所述的模制设备，其中当所述镜子预成形件经塑形以与所述凹表面保形时，自所述实质上垂直壁至所述沟渠型真空线路的距离大于自所述实质上垂直壁至所述镜子预成形件的距离。
20.如权利要求17至19中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件在与所述凹表面保形时延伸出所述沟渠型真空线路达为至少0.5mm的距离c。
21.如权利要求17至19中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件在与所述凹表面保形时延伸出所述沟渠型真空线路达不大于3mm的距离c。
22.如权利要求17至19中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件的边缘与所述外壳之间的距离a为2mm或更小。
23.如权利要求17至19中任一项所述的模制设备，其中所述镜子预成形件的边缘与所述外壳之间的距离a大于0mm且小于2mm。
24.如权利要求17至19中任一项所述的模制设备，其中所述沟渠型真空线路的宽度在0.3mm与1.0mm之间。
25.如权利要求17至19中任一项所述的模制设备，其中所述沟渠型真空 线路的深度小于所述下部模具的厚度的一半。
26.一种形成用于抬头显示器(HUD)系统的三维镜子的方法，所述方法包含以下步骤：
提供镜子预成形件，所述镜子预成形件包含第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面和连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面，所述次表面包含彼此相对的第一和第二纵向侧表面和连接所述纵向侧表面的第一和第二横向侧表面；
在具有凹表面的模具上安置所述镜子预成形件，使得所述第二主表面面向所述凹表面，所述模具具有沿着所述模具的周边形成于所述凹表面中的一个或多个开口；
在所述模具上安置外壳，使得外壳的实质上垂直壁包围所述镜子预成形件的所述次表面，所述外壳在所述模具的至少一侧上悬挂于所述开口上，使得沿着所述开口的至少一部分在所述凹表面与所述外壳的底部之间存在间隙；以及
将真空供应至所述开口以使所述镜子预成形件与所述凹表面保形，
其中所述外壳不接触所述镜子预成形件的所述第二主表面，并且所述外壳被配置成使得在所述镜子预成形件的边缘处的真空泄漏最小化，在所述边缘处存在所述开口。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述间隙小于所述镜子预成形件的厚度。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述外壳的纵向壁防止在处于所述第一和第二纵向侧表面与所述凹表面之间和处于所述第一和第二横向侧表面与所述凹表面之间的空间的一部分处的所述真空的泄漏。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述模具的所述凹表面包含用于在所述模具的纵向方向上伸展的第一曲率的第一曲率半径，和用于在所述模具的横向方向上伸展的第二曲率的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径。
30.如权利要求26所述的方法，其中所述凹表面经塑形使得在保形期间，所述镜子预成形件的所述第一与第二纵向侧表面之间的距离减小小于所述镜子预成形件的所述第一与第二横向侧表面之间的距离。
31.如权利要求26所述的方法，其中所述外壳的横向壁防止在处于所述第一横向侧表面与所述凹表面之间和处于所述第二横向侧表面与所述凹表面之间的所述间隙的一部分处的所述真空的泄漏。
32.如权利要求26所述的方法，其中所述外壳与所述次表面之间的间空小于0.5mm。
33.如权利要求26所述的方法，其中所述第一和第二横向侧表面中的至少一者的弯曲形状包含单一弯曲半径。
34.如权利要求26所述的方法，其中所述第一和第二横向侧表面中的至少一者的弯曲形状包含样条曲线。
35.如权利要求26至34中任一项所述的方法，其中在使所述第二主表面保形后所述三维镜子未切割，使得用于所述HUD系统的所述三维镜子具有为凹形的第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面，以及连接所述第一主表面与所述第二主表面的次表面，所述次表面对应于所述镜子预成形件的所述次表面。
36.如权利要求26至34中任一项所述的方法，其中所述第一主表面的至少一部分为反射性表面。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述反射性表面包含安置于所述第一主表面上的金属层。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述金属层包含铝。
39.如权利要求26至34中任一项所述的方法，其中所述使所述第二主表面与所述模具的所述凹表面保形是在低于所述镜子预成形件的玻璃转化温度的温度下执行。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述温度比所述镜子预成形件的所述玻璃转化温度低5℃至30℃。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述温度比所述镜子预成形件的所述玻璃转化温度低10℃至20℃。
42.如权利要求26至34中任一项所述的方法，所述方法进一步包含在所述使所述第二主表面与所述凹表面保形后在所述第一主表面上形成反射性表面。
43.一种形成用于抬头显示器(HUD)的曲面镜的模制设备，所述模制设备包含：
模具，其包含用于使镜子预成形件塑形成弯曲形状的凹表面，所述模具具有沿着所述模具的周边形成于所述凹表面中的一个或多个开口；
沟渠型真空线路，其安置于所述凹表面的周边部分中，所述沟渠型真空线路经配置以将真空压力供应至所述凹表面与所述镜子预成形件之间的区域空间；和
外壳，其安置于所述模具之上以在塑形期间包围所述镜子预成形件，所述外壳包含实质上垂直表面，当所述镜子预成形件安置于所述模具上时，所述实质上垂直表面自所述凹表面延伸至所述镜子预成形件的至少一高度，所述垂直表面包围所述空间的周边，
其中所述外壳在所述模具的至少一侧上悬挂于所述沟渠型真空线路上，使得沿着所述开口的至少一部分在所述凹表面与所述外壳的底部之间存在间隙。
44.如权利要求43所述的模制设备，其中所述间隙小于所述镜子预成形件的厚度。
45.如权利要求43所述的模制设备，其中所述外壳的纵向壁防止在处于所述镜子预成形件的第一和第二纵向侧表面与所述凹表面之间和处于所述镜子预成形件的第一和第二横向侧表面与所述凹表面之间的空间的一部分处的所述真空的泄漏。
46.如权利要求44所述的模制设备，其中所述模具的所述凹表面包含用于在所述模具的纵向方向上伸展的第一曲率的第一曲率半径，和用于在所述模具的横向方向上伸展的第二曲率的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径。
47.如权利要求44所述的模制设备，其中所述外壳与所述镜子预成形件的次表面之间的间空小于0.5mm。
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