ES2932450T3 - Mejoras en y relacionadas con visores - Google Patents
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Abstract
Se divulga una visera de deslumbramiento (13) para reducir la intensidad de la luz ambiental presentada a un usuario que mira una pantalla de visualización frontal que emplea luz de visualización que incluye una o varias longitudes de onda de luz dadas. La visera antideslumbrante incluye un cuerpo de visera que comprende un material ópticamente transparente que absorbe parcialmente la luz de longitudes de onda ópticas visibles para reducir así la intensidad de la luz ambiental transmitida a través del mismo al usuario. La visera antideslumbrante también comprende un primer revestimiento óptico transparente (12) formado sobre una superficie del cuerpo de la visera destinada a mirar hacia afuera del usuario en uso que es parcialmente transmisora de dicha luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente transmisora de luz de un primer subrango de longitudes de onda para incluir en él longitudes de onda dadas de luz de pantalla para permitir así una mejora del contraste entre la luz de pantalla con respecto a la luz ambiental; y un segundo revestimiento óptico (10) formado sobre una superficie del cuerpo de la visera, destinado a mirar hacia el usuario en uso, que es sustancialmente transmisora de dicha luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente reflectante de una segunda subgama de longitudes de onda de luz para proporcionar así una superficie de visualización de proyección con respecto a la segunda subgama de luz. El primer subrango de longitudes de onda incluye o se superpone al segundo subrango. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Mejoras en y relacionadas con visores
Campo de la invención
La invención se refiere a visores. En particular, aunque no de forma exclusiva, la invención es adecuada para su uso con una pantalla de visualización frontal (HUD) o similar, como las que se usan comúnmente en aviones y otros vehículos, y puede ser adecuada adicionalmente para su uso con/en un casco (como un casco de aviador) junto con un HUD y una Pantalla Montada en el Casco (HMD).
Antecedentes
Tanto las Pantallas Montadas en el Casco (HMD) como las Pantallas Frontales (HUD) suelen usar luz verde para mostrar imágenes. Un casco de tripulación aérea puede tener dos visores; un visor de pantalla HMD que es un visor transparente sobre el que el aparato de proyección HMD proyecta una imagen; y un visor antideslumbrante para proporcionar una reducción en el brillo ambiental. Este último se despliega cuando el mundo exterior es demasiado brillante para una visualización cómoda.
Cuando los dos visores se usan juntos, el visor de pantalla HMD suprime el brillo de la luz de la pantalla HUD según lo percibe el portador del casco. Esto ocurre porque los visores de pantalla de HMD reflejan selectivamente la luz de pantalla HMD (por ejemplo, luz verde) para hacer que una imagen HMD proyectada brille contra la visión del mundo exterior de fondo. Pero, si el visor de pantalla HMD se usa con un aparato HUD, que normalmente generaría imágenes proyectadas también en luz verde, las propiedades ópticas del visor de pantalla HMD atenuarán el brillo de la luz de pantalla HUD visto por el portador del casco.
Si este conflicto ocurre cuando la vista del mundo exterior del ambiente tiene un brillo bajo o medio, entonces el problema puede resolverse aumentando el brillo de la imagen HUD. Sin embargo, esto tiene el costo de un mayor consumo de energía del HUD y una reducción de la vida útil del equipo. Además, el brillo tanto de la imagen HUD como de la imagen HMD está limitado por muchos factores, de modo que lograr suficiente brillo adicional en la imagen HUD percibida, cuando las imágenes HUD y HMD se van a ver juntas, contra un mundo exterior brillante, es muy difícil.
La solicitud de patente británica GB 2149140 divulga un sistema de pantalla de visualización frontal y la patente de EE. UU. de número US 5646784 da a conocer un sistema de pantalla de casco.
El documento US4755023A se refiere a un visor para montar en un casco adaptado para ser usado por un individuo. El casco incluye un visor sustancialmente transparente que tiene una superficie interior cóncava.
La invención tiene como objetivo proporcionar un visor antideslumbrante mejorado que puede ayudar a mejorar el contraste de la imagen HUD cuando se usa de forma aislada.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1A muestra esquemáticamente un visor de pantalla HMD, que no forma parte de la invención reivindicada, en combinación con un combinador de pantalla HUD, y la Figura 1B muestra la disposición de la Figura 1A con un visor antideslumbrante desplegado además;
la Figura 2A muestra esquemáticamente un visor de pantalla HMD en combinación con un combinador de pantalla HUD, y la Figura 2B muestra la disposición de la Figura 2A con un visor antideslumbrante desplegado además;
la Figura 3 muestra esquemáticamente con más detalle el visor de pantalla HMD en combinación con el visor de pantalla HMD de la Figura 2B;
la Figura 4 muestra gráficamente un espectro de transmisión de un recubrimiento óptico multicapa descrito en la Tabla 1;
la Figura 5 muestra esquemáticamente un visor de pantalla HMD en combinación con un combinador de pantalla HUD y un visor antideslumbrante desplegado entre ellos de acuerdo con un ejemplo de la invención;
la Figura 6A muestra esquemáticamente un aparato de pantalla HMD en combinación con un combinador de pantalla HUD y un visor antideslumbrante en el que el cuerpo del visor antideslumbrante lleva un recubrimiento reflectante para reflejar la luz de la pantalla HMD, de acuerdo con la invención;
la Figura 6B muestra esquemáticamente un combinador de pantalla HUD y un visor antideslumbrante en el que el cuerpo del visor antideslumbrante lleva un recubrimiento óptico distribuido en partes de recubrimiento separadas sobre dos superficies del visor respectivas opuestas;
la Figura 7A muestra esquemáticamente un visor de pantalla HMD de un casco (no se muestra) que lleva un proyector HMD (no se muestra), y la Figura 7B muestra el mapa angular del brillo de la luz ambiental transmitida desde el mundo exterior visto a través del visor de pantalla;
la Figura 8A muestra esquemáticamente el casco de la Figura 7A junto con un visor antideslumbrante en estado desplegado, y la Figura 8B muestra el mapa angular del brillo de la luz ambiental transmitida desde el mundo exterior visto a través del visor de pantalla y el visor antideslumbrante en combinación;
la Figura 9 muestra esquemáticamente un casco que comprende un HMD que incluye un visor de pantalla HMD y un visor antideslumbrante, en uso con un HUD;
la Figura 10 muestra esquemáticamente un casco que comprende un HMD que incluye una pantalla de guía de ondas y un visor antideslumbrante, en uso con un HUD;
la Figura 11 muestra gráficamente los espectros de transmisión de un visor de pantalla HMD (caso 1); la combinación del visor de pantalla HMD y un combinador HUD (caso 2); la combinación del combinador HUD, el visor antideslumbrante y el visor de pantalla HMD (caso 3); y la combinación del visor antideslumbrante y el visor de pantalla HMD sin el combinador HUD (caso 4);
la Figura 12 muestra gráficamente el espectro de luz de pantalla HUD transmitida desde una pantalla HUD que emplea un fósforo de tipo "P43" para generar la luz de pantalla HUD (longitud de onda de 543 nm), tanto antes como después del despliegue del visor antideslumbrante;
la Figura 13 muestra el espectro de reflexión de dos trayectorias de luz. Caso 5: el espectro de reflexión de la luz de la pantalla HMD de un visor HMD; Caso 8: el espectro de reflexión de la luz que pasa desde un proyector HMD a través del visor HMD, y se refleja en el recubrimiento del visor antideslumbrante, y luego se transmite por segunda vez a través del visor HMD;
la Figura 14 muestra gráficamente un espectro LED típico junto con el espectro de reflexión (caso 8) de la Figura 13, para mostrar cómo se minimiza la reflexión fantasma sobre el espectro Led;
la Figura 15 muestra gráficamente los espectros de transmisión normalizados del visor de pantalla HMD de la Figura 7A y el visor antideslumbrante de la Figura 8A como se describe en la tabla 2.
Descripción detallada
En su forma más general, la invención proporciona un recubrimiento óptico sobre un visor antideslumbrante para suprimir la imagen HUD en menor medida que la supresión de la luz ambiental del mundo exterior, aumentando así el contraste de la imagen HUD con el mundo exterior. Algunos ejemplos pueden incluir la adición de un recubrimiento de color selectivo al visor antideslumbrante para aumentar relativamente de forma selectiva el brillo del HUD frente al brillo del mundo exterior. La invención puede aplicarse al uso concurrente de visores de pantalla HMD y el recubrimiento puede adaptarse para trabajar con ángulos oblicuos de incidencia de luz, por ejemplo, entre 10 y 50 grados en el aire, para optimizarse para trabajar con HMD que iluminan oblicuamente un visor de pantalla HMD.
En algunos ejemplos, puede proporcionarse un visor antideslumbrante para reducir la intensidad de la luz ambiental recibida que se presenta a un portador que mira una pantalla montada en el casco (HMD) y una pantalla externa, siendo la luz ambiental de longitudes de onda ópticas visibles, donde el visor antideslumbrante comprende un cuerpo del visor antideslumbrante de material ópticamente transparente que absorbe parcialmente la luz de longitudes de onda ópticas visibles para reducir así la intensidad de la luz ambiental transmitida a través del mismo al portador, el cuerpo del visor antideslumbrante tiene una superficie orientada hacia el portador y una superficie orientada hacia el exterior, en donde se coloca el visor antideslumbrante, en uso, para: recibir, en la superficie orientada hacia el exterior, la luz externa de la pantalla destinada a pasar a través del visor antideslumbrante para que el portador la vea, la luz externa de la pantalla incluye una o varias longitudes de onda de luz dadas; y recibir, en la superficie orientada hacia el portador, luz de pantalla HMD que, si se refleja en el visor antideslumbrante, es visible para el portador, teniendo el cuerpo del visor un recubrimiento óptico transparente formado sobre la superficie orientada hacia el exterior del cuerpo del visor, el recubrimiento es parcialmente transmisivo a dicha luz de longitudes de onda ópticas visibles y preferentemente transmisivo a la luz de un subrango de dichas longitudes de onda ópticas visibles que incluye la(s) longitud(es) de onda dada(s), de modo que cualquier luz de la pantalla HMD que se reciba en la superficie orientada hacia el portador debe pasar a través del material parcialmente absorbente del cuerpo del visor antes de alcanzar el recubrimiento óptico transparente y, si se refleja en el recubrimiento, será dirigido para pasar de nuevo a través del material parcialmente absorbente del cuerpo del visor hacia el portador, obteniendo así el visor antideslumbrante un aumento en el contraste entre la luz de la pantalla externa que incluye las longitudes de onda dadas y se recibe en la superficie que mira hacia afuera, en relación con el ambiente y la supresión de las imágenes fantasma formadas por la reflexión en el recubrimiento de la luz de la pantalla HMD que se recibe en la superficie que mira al portador.
De esta forma, el visor antideslumbrante puede reducir la intensidad de la luz ambiental percibida (por ejemplo, el deslumbramiento) cuando ésta es incómodamente alta, sin reducir la intensidad percibida de la luz de la pantalla en la misma medida. La transmisión selectiva y preferencial de la luz de la pantalla en relación con la luz ambiental tiene el efecto de un aumento neto en el brillo relativo, o contraste, de la luz de la pantalla en comparación con la luz ambiental del mundo en general percibida por el portador. En consecuencia, el uso del visor antideslumbrante no tiene por qué ser perjudicial para la visualización cómoda de la pantalla y, de hecho, puede mejorar esa experiencia de visualización.
La pantalla puede ser un HUD. Un ejemplo de un HUD es una pantalla que emplea un combinador transparente (por ejemplo, una pantalla transparente) o un parabrisas de vehículo o capota de avión, desde el cual la luz de la pantalla
se refleja hacia un espectador. El resultado es que el espectador puede ver el mundo en general a través del combinador mientras ve simultáneamente la luz/imagen reflejada de la pantalla superpuesta a la vista del mundo por el combinador/parabrisas/capota. En este contexto, es importante un grado suficiente de contraste entre la luz de la pantalla y la luz ambiental vista a través del combinador/parabrisas/capota.
El recubrimiento óptico puede aplicarse a una o varias superficies separadas del cuerpo del visor antideslumbrante. El recubrimiento óptico comprende dos partes de recubrimiento separadas, incluida una primera parte de recubrimiento óptico formada en una primera superficie del cuerpo del visor y parcialmente transmisiva a la luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente transmisiva a la luz de una primera subrango de longitudes de onda; y una segunda parte de recubrimiento óptico formada en una segunda superficie del cuerpo del visor y parcialmente transmisiva a la luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente transmisiva a la luz de un segundo subrango de longitudes de onda que se superpone parcialmente espectralmente al primer subrango en conjunto para definir el subrango de longitudes de onda de luz a las que el recubrimiento óptico es preferentemente transmisivo. De esta forma, dos partes separadas del recubrimiento pueden tener diferentes espectros de transmisión, individualmente, pero pueden actuar colectivamente y en sinergia para lograr el subrango espectral deseado de transmisión óptica preferencial. La primera parte de recubrimiento puede residir en la parte orientada hacia el exterior ("frente") del visor antideslumbrante, mientras que la segunda parte de recubrimiento puede residir en la parte orientada hacia el portador ("parte posterior") del visor antideslumbrante. La luz que pasa a través del visor antideslumbrante hacia el portador pasa deseablemente a través de ambas superficies/partes de recubrimiento. Las características del filtro de cualquiera/cada una de las dos partes del recubrimiento pueden ser las llamadas características de filtro de "borde" o "escalón", siendo generalmente uniformemente más altas/más bajas en la transmisión en lados opuestos de una cierta longitud de onda o pueden comprender una característica espectral de banda de paso.
Por supuesto, debe entenderse que el subrango de longitudes de onda se selecciona deseablemente para abarcar longitudes de onda de luz de pantalla asociadas con una pantalla deseada y que las longitudes de onda de luz de pantalla pueden diferir entre pantallas.
Por ejemplo, el recubrimiento óptico transparente puede transmitir preferentemente luz de longitudes de onda superiores a 500 nm e inferiores a 600 nm. De esta forma, la luz de la pantalla de longitudes de onda ópticas dentro de este subrango puede ser transmitida preferentemente por el visor antideslumbrante con respecto a la transmisión de luz ambiental de otras longitudes de onda visibles. Por ejemplo, el recubrimiento óptico transparente puede transmitir preferentemente luz de longitudes de onda superiores a aproximadamente 525 nm, o más preferentemente superiores a 535 nm, o aún más preferentemente superiores a aproximadamente 540 nm. Por ejemplo, el recubrimiento óptico transparente puede transmitir preferentemente luz de longitudes de onda inferiores a 565 nm, o más preferentemente inferiores a 555 nm, o aún más preferentemente inferiores a 550 nm.
Las longitudes de onda de la luz típicamente empleadas en una pantalla, como una pantalla de visualización frontal u otra pantalla vehicular, son a menudo de color verde (por ejemplo, alrededor de 543 nm). El recubrimiento óptico puede ser preferentemente transmisivo a la luz generalmente verde.
El recubrimiento óptico transparente puede ser al menos un 20% más transmisivo a la luz dentro del subrango de longitudes de onda que fuera, siendo así preferentemente transmisivo a la misma. De esta manera, puede lograrse una mejora selectiva significativa del contraste de la luz de la pantalla en relación con la luz ambiental de otras longitudes de onda que no están dentro del rango secundario. Incluso una pequeña mejora en el contraste puede conducir a ampliaciones significativas en la vida útil de un aparato de pantalla HUD (por ejemplo, tubo de rayos catódicos). El recubrimiento óptico transparente puede ser al menos un 30 % más transmisivo, o preferentemente al menos un 40 % más transmisivo, o aun preferentemente al menos un 50 % más transmisivo, o incluso más preferentemente al menos un 60 % más transmisivo, o más preferentemente al menos un 70 % más transmisivo, o aún más preferentemente al menos un 80 % más transmisivo, o incluso más preferentemente al menos un 90 % más transmisivo a la luz (por ejemplo, hasta aproximadamente un 100 %) dentro del subrango de longitudes de onda que fuera. La capa óptica puede ser sustancialmente puramente dieléctrica, aunque si se desea pueden emplearse capas metálicas. La capa óptica puede ser sustancialmente no absorbente al menos para longitudes de onda dentro del subrango de longitudes de onda, de manera que la reflectividad correspondiente del recubrimiento óptico puede estar dada por:
Reflectividad = 1 - Transmisividad
El recubrimiento óptico transparente comprende preferentemente un recubrimiento parcialmente reflectante multicapa. Este puede comprender capas alternas sucesivas de dos o más materiales de recubrimiento óptico diferentes (por ejemplo, Sílice, SO2; Óxido de Titanio, TO 2; Óxido de Tantalio, Ta2Os). Los materiales de recubrimiento óptico pueden ser materiales dieléctricos o pueden comprender una combinación de materiales/capas dieléctricos y materiales/capas metálicos. El recubrimiento multicapa puede comprender al menos 10 capas de material de recubrimiento óptico (por ejemplo, entre 13 y 18 capas, así como 15 o 16 capas).
Los espesores de las capas sucesivas de los materiales de recubrimiento óptico pueden diferir para lograr la característica espectral de transmisión/reflexión óptica deseada en el recubrimiento óptico. Por ejemplo, el recubrimiento óptico puede incluir una o más capas individuales que tengan un espesor de menos de 10 nm y una o más capas individuales que tengan un espesor de más de 200 nm. Otras capas individuales pueden tener un espesor entre 10 nm y 200 nm según se desee.
La disposición, el espesor y el material específicos de las capas de recubrimiento óptico individuales pueden seleccionarse según se desee para lograr la característica de transmisión/reflexión espectral requerida en el recubrimiento óptico multicapa de acuerdo con las técnicas de diseño estándar en este campo. Sin embargo, se ha encontrado que esta gama de materiales y espesores proporciona resultados particularmente adecuados en los que el recubrimiento proporciona un subrango/banda de transmisión preferencial suficientemente estrecho (pero no demasiado estrecho) (en longitudes de onda), y una característica transmisión menor para las longitudes de onda ópticas fuera del subrango que es suficientemente estable/plano.
El recubrimiento óptico puede tener un espesor de entre aproximadamente 500 nm y aproximadamente 5000 nm, por ejemplo, entre 1000 nm y 2000 nm de espesor. El subrango (por ejemplo, banda de paso espectral) del recubrimiento óptico puede estar sustancialmente centrado espectralmente en la longitud de onda de la luz de la pantalla (por ejemplo, 543 nm), y puede tener un ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) de entre aproximadamente 20 nm y aproximadamente 30 nm, por ejemplo, alrededor de 25 nm.
El visor antideslumbrante puede lograr la atenuación de la luz mediante una combinación de transmisión de luz parcial controlada a través del recubrimiento óptico y la absorción de luz por parte del cuerpo del visor. La combinación equilibrada de estos dos mecanismos logra el resultado deseado.
Junto con esta propiedad, tanto la transmisión como la reflectividad del visor antideslumbrante mejoran deseablemente otros aspectos del rendimiento del sistema, por ejemplo, el contraste de una imagen HUD cuando se ve contra el mundo exterior.
La característica de filtrado del cuerpo del visor puede ser sustancialmente un filtro de densidad neutra. Es decir, el cuerpo del visor puede atenuar la luz transmitida a través de él de forma sustancialmente uniforme a lo largo de las longitudes de onda ópticas. Alternativamente, la característica de filtrado puede ser tal que produzca un visor coloreado (por ejemplo, teñido). Puede incorporarse pigmento coloreado al cuerpo del visor para este propósito. El recubrimiento óptico del visor antideslumbrante puede disponerse para acomodar la transmisión de color por el cuerpo del visor.
El cuerpo del visor preferiblemente puede comprender un material plástico, acrílico o policarbonato que contiene un pigmento o tinte absorbente de luz. El tipo y/o la cantidad de pigmento o tinte pueden seleccionarse para lograr el grado deseado de atenuación de la luz a lo largo de las longitudes de onda ópticas. Pueden usarse pigmentos o tintes tales como los que están fácilmente disponibles para el experto en la materia para este propósito. Preferiblemente, el cuerpo del visor puede ser al menos un 20% (por ejemplo, un 23%) transmisivo a longitudes de onda ópticas, o puede ser más transmisivo, como entre aproximadamente un 30% y un 60% de transmisión, o entre aproximadamente un 40% y un 50% de transmisión, como aproximadamente 48% de transmisión. Dichos niveles más altos de transmisividad son preferibles, o ventajosos, en ciertos ejemplos o usos del visor, como se describirá en detalle a continuación, para lograr un nivel deseado de atenuación de la luz que puede atravesar no solo el cuerpo del visor antideslumbrante sino también a través de un visor de pantalla HMD antes de llegar al espectador. Además, el nivel apropiado de esta transmisividad más alta (alta, pero no demasiado alta) tiene el beneficio adicional, en ciertas aplicaciones, de suprimir los reflejos "fantasmas" no deseados de la luz de la pantalla HMD que ha entrado en el lado del visor que mira hacia el portador, como podría ocurrir cuando el visor se usa junto con un HMD, como se discutirá en detalle a continuación.
El visor antideslumbrante incluye un recubrimiento óptico transparente adicional formado sobre una superficie del mismo que es sustancialmente transmisora de dicha luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente reflectante de un subrango adicional de longitudes de onda de luz para proporcionar así una superficie de pantalla de proyección con respecto a el subrango adicional de longitudes de onda de la luz; en donde dicho subrango de longitudes de onda incluye o se superpone a dicho subrango adicional. Esto significa que el visor antideslumbrante también sirve como pantalla HMD. El subrango adicional preferiblemente abarca o se superpone con el espectro de luz emitida por un proyector de pantalla HMD para usar con el visor. El recubrimiento óptico y el recubrimiento óptico adicional pueden formarse en lados/superficies opuestos del cuerpo del visor antideslumbrante. El visor antideslumbrante puede estar hecho de un material teñido y/o coloreado que puede proporcionar una transmisión global de luz ambiental (del mundo exterior) que generalmente es de densidad neutra, excepto dentro de una banda seleccionada de longitudes de onda, por ejemplo, que corresponde a, o le da efecto, a la coloración o el tinte.
El cuerpo del visor antideslumbrante puede comprender un material del visor activo operable/controlable para variar sus características/espectro de transmisión de luz de acuerdo con una señal o influencia externa. Un ejemplo es el
material fotocromático que se oscurece en presencia de luz ultravioleta. Otro ejemplo es un material electroóptico que se oscurece o se aclara en respuesta a una señal eléctrica aplicada al material (por ejemplo, un material de cristal líquido, etc.).
En algunos ejemplos, puede proporcionarse un casco que comprende un visor antideslumbrante como se describe anteriormente. El casco puede incluir un sistema óptico de pantalla montada en el casco (HMD). En particular, puede proporcionarse un casco que comprende un HMD que incluye un proyector de pantalla montado en el casco para proyectar la luz de la pantalla HMD que transmite una imagen para mostrar y un visor de pantalla para reflejar la luz de la pantalla HMD proyectada para mostrarla a un portador del casco, en donde el visor de la pantalla tiene una superficie orientada hacia el portador y una superficie orientada hacia el exterior y un recubrimiento óptico transparente formado sobre la superficie orientada hacia el portador que es sustancialmente transmisora de luz de longitudes de onda ópticas visibles y preferentemente reflectante de dicha luz de pantalla HMD, comprendiendo el casco además un visor antideslumbrante de acuerdo con el primer aspecto anterior, desplegable a una posición adyacente a la superficie que mira hacia el exterior del visor de pantalla.
El visor de pantalla se coloca preferiblemente, o puede desplegarse en una posición, entre el cuerpo del casco y el visor antideslumbrante. El recubrimiento óptico puede formarse sobre la superficie del visor antideslumbrante de espaldas al cuerpo del casco. En consecuencia, la luz del HMD que se ha transmitido a través del visor de la pantalla puede reflejarse posteriormente desde el recubrimiento óptico formado en el visor antideslumbrante en dirección hacia el portador del casco. Esto puede resultar en la formación de una segunda imagen perceptible, o imagen "fantasma", de la luz de la pantalla HMD proyectada que está desalineada con la imagen HMD primaria reflejada por el visor de pantalla (más cerca del portador). La desalineación es una consecuencia del posicionamiento típicamente desplazado de un proyector de pantalla HMD que requiere un reflejo oblicuo de la luz HMD en los ojos del portador a través del visor de pantalla. La reflexión secundaria de una superficie detrás del visor de pantalla (es decir, el visor antideslumbrante) da como resultado un desplazamiento lateral en la imagen secundaria en relación con la imagen HMD primaria. Sin embargo, al colocar el recubrimiento óptico en la superficie del visor antideslumbrante más alejada del visor de pantalla, la luz HMD secundaria reflejada se atenúa doblemente mediante un doble paso a través del material del visor antideslumbrante, lo que reduce el brillo de la imagen secundaria y mejora la claridad de la pantalla proyectada HMD.
El material ópticamente transparente del cuerpo del visor antideslumbrante es preferiblemente al menos un 30% transmisivo a la luz de longitudes de onda ópticas visibles, y más preferiblemente es al menos un 40 % transmisivo, o más preferiblemente aproximadamente un 50 % transmisivo a la luz de longitudes de onda ópticas visibles. Por ejemplo, el cuerpo del visor antideslumbrante puede ser aproximadamente un 48 % transmisivo a la luz de longitudes de onda ópticas visibles con el resultado de que la luz de una imagen HMD secundaria se atenúa a aproximadamente (48 %) x (48 %) = 23 % de su valor original. El % de atenuación del material del cuerpo del visor antideslumbrante puede seleccionarse para que sea sustancialmente igual a la raíz cuadrada del % de atenuación deseado que se va a aplicar a la luz de imagen HMD secundaria. La reflectividad del recubrimiento óptico formado en el visor antideslumbrante puede seleccionarse para trabajar junto con el % de atenuación del material del cuerpo del visor antideslumbrante para lograr el nivel de atenuación global deseado por el visor antideslumbrante. Por lo tanto, el diseño del visor antideslumbrante puede tener en cuenta no solo la luz ambiental y la luz de pantalla externa, sino también la luz de pantalla proyectada por HMD para lograr un visor antideslumbrante utilizable con un HMD y una pantalla externa (por ejemplo, un HUD) que mejora el contraste de la luz de la imagen en relación con la luz ambiental externa.
El visor antideslumbrante puede desplegarse selectivamente desde una posición retraída hasta una posición desplegada en la que tanto el visor antideslumbrante como el visor de pantalla se sitúan frente a los ojos del portador, cuando lleva puesto el casco.
En algún ejemplo, puede proporcionarse un vehículo o avión, que incluye un sistema de pantalla que comprende una pantalla montada en el casco (HMD) para usar en combinación con una pantalla de visualización frontal (HUD), en donde la HMD se ajusta a un casco de acuerdo con el primer aspecto de la invención y está dispuesto para generar luz de pantalla HMD en el segundo rango de longitudes de onda y en donde el HUD está instalado en el vehículo o avión y está dispuesto para generar luz de pantalla en el primer rango de longitudes de onda.
En los dibujos, los símbolos de referencia similares se refieren a elementos similares.
La Figura 1A muestra esquemáticamente un visor de pantalla HMD 1 de un casco de aviador que contiene/lleva un proyector de pantalla montado en el casco (HMD) 4 (no se muestra el casco, para mayor claridad) en relación con los ojos 2 del usuario, en combinación con un combinador de pantalla de visualización frontal (HUD) 3 de una unidad de pantalla HUD 5. La Figura 1B muestra la disposición de la Figura 1A con la adición de un visor antideslumbrante 9 desplegado sobre el visor de la pantalla HMD para reducir el deslumbramiento percibido de la luz ambiental a niveles cómodos.
El visor de pantalla HMD tiene un recubrimiento de visor 10 en su superficie orientada hacia el portador que comprende un recubrimiento óptico (por ejemplo, multicapa) diseñado para ser preferentemente reflectante en una
banda estrecha de longitudes de onda ópticas centradas en la longitud de onda de la luz proyectada 6 (por ejemplo, 530 nm) producido por el proyector HMD para las imágenes proyectadas por HMD. La superficie que mira hacia afuera del visor 1 de la pantalla HMD y cada superficie del visor antideslumbrante 9 (Figura 1B) lleva un recubrimiento óptico 11 antirreflectante ("A/R") (por ejemplo, multicapa) dispuesto para suprimir los reflejos de luz ambiental 8 de esas superficies. El proyector de pantalla HUD está dispuesto para proyectar imágenes de pantalla HUD en el combinador HUD 3 de modo que se refleje en la dirección del espectador 2. El combinador es una hoja ópticamente transparente (o puede ser un parabrisas o una capota de cabina) a través del cual un espectador puede ver una escena del mundo real (luz ambiental, 8) superpuesta por las imágenes reflejadas de HUD 7. El visor HMD está dispuesto para transmitir la luz HUD 7 y la luz ambiental 8 de modo que ambas se vean con imágenes HMD superpuestas también.
El visor antideslumbrante está formado por un material transmisivo, tal como un material plástico o similar, que es transmisivo en un 23 % a las longitudes de onda ópticas visibles de la luz de manera sustancialmente uniforme en todo el espectro visible. Por lo tanto, las intensidades de la luz ambiental percibidas por el portador 2 se atenúan mediante el despliegue del visor antideslumbrante como se muestra en la Figura 1B. Sin embargo, la atenuación lograda por el visor antideslumbrante reduce negativamente el brillo de las imágenes del HUD y puede dificultar la visión clara.
La Figura 2A muestra esquemáticamente un visor de pantalla HMD en combinación con un combinador de pantalla HUD, como se describe con referencia a la Figura 1A. La Figura 2B muestra la disposición de la Figura 2A con un visor antideslumbrante en la posición desplegada. El proyector HMD y el proyector HUD no se muestran en las Figuras 2A y 2B para mayor claridad, aunque se apreciará que estarán presentes como se muestra en la Figura 1A en uso.
El visor antideslumbrante está formado por un material transmisivo, como un material de policarbonato o similar (por ejemplo, material acrílico o plástico), que contiene tintes o pigmentos que absorben la luz en la cantidad necesaria para que sea aproximadamente un 48 % transmisivo a las longitudes de onda ópticas visibles de la luz sustancialmente uniforme en todo el espectro visible. Junto con este material del visor, la superficie que mira hacia el exterior del visor antideslumbrante está recubierta con un recubrimiento óptico dieléctrico de varias capas que está diseñado para ser parcialmente transmisivo (por ejemplo, alrededor del 48 % de transmisión) a longitudes de onda ópticas en todo el espectro óptico, pero para tener una banda de paso espectral (subrango) de longitudes de onda ópticas dentro de este espectro óptico para el cual es preferentemente transmisivo, siendo más del 50 % transmisivo y hasta aproximadamente el 100 % (o casi) transmisivo en su pico de transmisión en una longitud de onda óptica correspondiente a la longitud de onda de la luz usada para producir las imágenes HUD proyectadas. La Figura 4 ilustra gráficamente el espectro de transmisión de un recubrimiento óptico ejemplar, a lo largo del espectro óptico, junto con el espectro de reflectividad correspondiente (Reflectividad = 1-Transmisión). El eje X de este gráfico muestra la longitud de onda de la luz en unidades de micrómetros. La banda de paso espectral comienza alrededor de los 520 nm y termina alrededor de los 570 nm, aumentando al 100 % de transmisión (reflectividad cero) alrededor de los 543 nm. La estructura del recubrimiento óptico multicapa se muestra en la Tabla 1.
Se observará que cuando la transmisión es alta, la reflectividad del recubrimiento es correspondientemente baja. La banda de paso espectral del recubrimiento óptico se centra espectralmente sustancialmente en la longitud de onda de la luz (543 nm) usada para proyectar las imágenes HUD 7, y tiene un ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) de entre aproximadamente 20 nm y aproximadamente 30 nm, por ejemplo alrededor de 25 nm.
Tabla 1
Los valores de espesor de capa calculados en la Tabla 1 están optimizados con respecto a la luz con una incidencia normal en la multicapa. El espesor óptico total de la capa múltiple es 4,3651 (referido a 600 nm) y el espesor físico es 1537,68 nm. La capa núm. 15 se forma sobre el cuerpo del visor antideslumbrante.
La capa óptica consta de 15 capas alternadas de sílice (SO2) y óxido de tantalio (Ta2Os) dispuestas en sucesión alterna sobre el sustrato del cuerpo del visor (por ejemplo, acrílico, policarbonato, etc.) con la capa núm. 1 (sílice) siendo la más exterior (orientada hacia el aire) y la capa núm. 15 (sílice) se forma directamente sobre el sustrato del visor. El sustrato es preferiblemente acrílico, policarbonato u otro material plástico. Se ha descubierto que la elección de estos materiales (índices de refracción) y la disposición y el espesor variable de las capas sucesivas producen un recubrimiento óptico con las características espectrales deseadas, como se muestra en la Figura 4. Por lo tanto, las intensidades de la luz ambiental percibidas por el portador 2 se atenúan mediante el despliegue del visor antideslumbrante como se muestra en la Figura 2B. Sin embargo, la mayor transmisión (48%) del visor antideslumbrante 13 reduce negativamente el brillo de las imágenes HUD en menor medida que en el caso que se muestra en la Figura 1B, y la banda de paso espectral del recubrimiento óptico 12 permite que la luz del HUD pase a través del recubrimiento sustancialmente sin atenuarse. Por lo tanto, la atenuación de la luz de las imágenes de HUD generalmente se realiza mediante la característica de transmisión (densidad neutra) del material del visor antideslumbrante 13. Por el contrario, la luz ambiental en longitudes de onda fuera de la banda de paso es atenuada no solo por el material del visor antideslumbrante (48 % de transmisión), sino también por la reflexión parcial del recubrimiento óptico (por ejemplo, alrededor del 50 % de transmisión), con el resultado de que la intensidad de la luz ambiental en longitudes de onda fuera de la banda de paso se reduce a alrededor del 23 %.
En detalle, el recubrimiento óptico 12 es casi 100% transmisivo a la luz verde/verdosa (incluida la luz de la pantalla HUD) pero aproximadamente 48% transmisivo (52 % reflectante) a la luz azul/azulada y roja/rojiza (que cubren el espectro visible). El cuerpo del visor antideslumbrante es aproximadamente 48 % transmisivo (52 % reflectante) a la luz de cada uno de estos "colores" rojo, verde y azul. Así, alrededor del 48 % de la luz verdosa pasa a través del visor antideslumbrante (100 % x 48 %) mientras que alrededor del 23 % (48 % x 48 %) de la luz rojiza y azulada pasa a través. El resultado es una mejora de aproximadamente 2:1 en el contraste relativo de la luz verde del HUD frente a la luz ambiental rojiza/azulada.
En el visor de pantalla HMD, el recubrimiento del visor de pantalla es preferentemente reflectante a la luz verdosa (correspondiente al color de la luz HMD), pero generalmente alrededor del 100 % transmisivo a la luz azulada y rojiza. Como resultado, el 23 % de la luz rojiza/azulada pasa a través del visor de pantalla HMD, mientras que
aproximadamente el 42 % de la luz verdosa incidente se transmite, dejando aproximadamente el 20 % (48 % x 42%) de la luz verdosa para que la vea el portador. El resultado es una mejora de aproximadamente 2:1 en el contraste relativo de la luz verde del HUD frente a la luz ambiental rojiza/azulada.
Con referencia a la Figura 3, se muestra esquemáticamente la generación de una imagen fantasma secundaria 15 de una imagen principal 16 proyectada por HMD debido al reflejo de la luz 6 de la imagen HMD proyectada oblicuamente que ha pasado a través del visor 1 de la pantalla h Md y ha alcanzado el visor antideslumbrante 12 (por ejemplo, en un ángulo de incidencia oblicuo). Al colocar el recubrimiento óptico 12 en la superficie exterior del visor antideslumbrante, la luz de la imagen HMD transmitida a través del visor de pantalla HMD debe atravesar el cuerpo del visor antideslumbrante antes de llegar al recubrimiento óptico, por lo que puede transmitirse preferentemente a través del recubrimiento óptico 12 (siendo una longitud de onda de luz dentro de la banda de paso del recubrimiento). Sin embargo, cualquier porción 15 de la luz de la pantalla HMD que sea reflejada por el recubrimiento óptico 12 será dirigida para pasar de regreso a través del cuerpo del visor antideslumbrante hacia el portador 2. Este paso doble de luz de imagen HMD reflejada no deseada significa que el material (por ejemplo, acrílico o policarbonato, etc.) del visor puede tener una transmisión relativamente alta (por ejemplo, 48%) y aun así proporcionar una atenuación baja deseada (hasta una transmisión del 23%) de la luz secundaria de la imagen fantasma. Esto permite que la transmisividad del material (por ejemplo, acrílico o policarbonato, etc.) del visor permanezca deseablemente alta con el fin de pasar la luz HUD 7 a través de ella, pero que sea eficaz para atenuar los reflejos HMD secundarios no deseados. Por lo tanto, la transmisión preferencial de la luz de la pantalla HMD en el recubrimiento óptico 12 del visor antideslumbrante, las propiedades ópticas del material del visor antideslumbrante y el posicionamiento del recubrimiento óptico en el visor antideslumbrante actúan en sinergia para suprimir los reflejos secundarios de la imagen fantasma de las imágenes HMD cuando se despliega el visor antideslumbrante.
La Figura 5 muestra esquemáticamente una variante de la disposición de la Figura 2B en la que el recubrimiento óptico 12 del visor antideslumbrante 13 se forma sobre la superficie del visor antideslumbrante destinado a orientarse al portador durante el uso. Cuando se combina con un visor de pantalla HMD como se muestra en la Figura 5, esto significa que el recubrimiento óptico 12 del visor 13 antideslumbrante está ubicado entre el cuerpo del visor antideslumbrante y el visor de pantalla HMD.
La Figura 6A muestra la invención reivindicada, en la que el visor antideslumbrante solo sirve como visor antideslumbrante y como visor de pantalla HMD. En particular, el cuerpo 13 del visor antideslumbrante lleva el recubrimiento óptico 12 del visor antideslumbrante sobre la superficie del visor antideslumbrante destinado a alejarse del portador durante su uso, que está adaptada para transmitir preferentemente la luz de la pantalla HUD, mientras que sobre la superficie del visor antideslumbrante destinado a orientarse hacia el portador, en uso, se forma un recubrimiento de visor de pantalla HMD 10 adaptado para reflejar preferentemente la luz de pantalla HMD. El recubrimiento del visor de pantalla HMD es un recubrimiento óptico transparente que es sustancialmente transmisor de luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente reflectante de un subrango particular de longitudes de onda de luz que abarca la luz de la pantalla HMD para proporcionar una superficie de pantalla de proyección con respecto a la luz de la pantalla HMD. Dicho subrango de longitudes de onda a las que el recubrimiento óptico 12 es preferentemente transmisivo incluye o se superpone al subrango particular de longitudes de onda de luz que abarca la luz de la pantalla HMD. En un ejemplo alternativo, los dos recubrimientos ópticos (12A, 12B) formados en el visor antideslumbrante, como se muestra en la Figura 6B, pueden ser dos partes separadas de un recubrimiento óptico, sin recubrimiento de visor de pantalla HMD presente en el visor antideslumbrante. En particular, el recubrimiento óptico comprende dos partes de recubrimiento separadas (12A, 12B), que incluyen una primera parte de recubrimiento óptico 12A formada en una primera superficie del cuerpo del visor que mira hacia afuera y parcialmente transmisiva a la luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente transmisiva a la luz de un primer subrango de longitudes de onda. Esta primera parte de recubrimiento puede tener, por ejemplo, la característica denominada "filtro de borde" como se muestra en la Figura 6B, siendo preferentemente transmisiva a longitudes de onda ópticas por encima de una primera longitud de onda.
La segunda parte de recubrimiento óptico 12B formada en una segunda superficie del cuerpo del visor que mira hacia adentro y parcialmente transmisiva a dicha luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente transmisiva a la luz de un segundo subrango de longitudes de onda que se superpone parcialmente espectralmente al primer subrango. Esta segunda parte de recubrimiento puede tener, por ejemplo, la característica denominada "filtro de borde" como se muestra en la Figura 6B, siendo preferentemente transmisiva a longitudes de onda ópticas por debajo de una segunda longitud de onda. El efecto neto de las dos partes de recubrimiento, sobre la luz que pasa a través del visor antideslumbrante, es que definen colectivamente el subrango general de longitudes de onda de luz a las que el recubrimiento óptico general es preferentemente transmisivo. Ese subrango general comienza en la primera longitud de onda (A1) y termina en la segunda longitud de onda (A2). Esto se muestra en el gráfico esquemático de la Figura 6B, que muestra las características del filtro espectral de la primera y la segunda parte del recubrimiento por separado, y muestra el efecto colectivo de las partes que trabajan en sinergia para proporcionar el subrango de transmisión preferencial (A1 a A2) del recubrimiento óptico en general, el visor antideslumbrante puede usarse con o sin un visor de pantalla HMD separado, según se requiera.
La Figura 7A muestra esquemáticamente un visor de pantalla HMD de un casco (no se muestra) que lleva un HMD (no se muestra), y la Figura 7B muestra un mapa angular del brillo de la luz ambiental transmitida desde una fuente
de luz blanca "D65" como se ve a través del visor de la pantalla. La transmisión a través de la pantalla de visualización HMD de la luz ambiental (mundo exterior) se modeló en términos de una fuente de luz blanca "D65" en un 78,01% aproximadamente. La transmisión a través de la pantalla HMD, de la luz de la pantalla HUD desde un fósforo CRT "P43" fue de alrededor del 76,8 %. Se encontró que la relación de contraste entre la luz ambiental y la luz típica de la pantalla HUD era D65:P43 = 1:0,984. Todos los valores están ponderados fotópicamente.
La Figura 8A muestra esquemáticamente el casco de la Figura 7A junto con el visor antideslumbrante 13 en el estado desplegado, y la Figura 8B muestra un mapa angular del brillo de la luz ambiental transmitida desde una fuente de luz blanca "D65" como se ve a través del visor de pantalla y visor antideslumbrante en combinación. La transmisión a través de la pantalla HMD y a través del visor antideslumbrante de la luz ambiental (mundo exterior) modelada en términos de una fuente de luz blanca "D65" fue de alrededor del 22,65 %. La transmisión a través de una pantalla HMD y a través del visor antideslumbrante de la luz de la pantalla HUD de un fósforo CRT "P43" fue de alrededor del 35,76%. Se encontró que la relación de contraste entre la luz ambiental y la luz de la pantalla HUD era D65:P43 = 1:1,579. Este es un aumento del 60,3% en el contraste solo con respecto al visor de pantalla. Todos los valores están ponderados fotópicamente.
El brillo relativo de las imágenes secundarias debido al reflejo de la luz de la pantalla HMD en el recubrimiento óptico 12 del visor antideslumbrante (que se muestra como una línea de puntos) hacia el portador del casco, en comparación con la luz de la imagen HMD principal (línea continua) reflejada en el portador del casco del recubrimiento del visor HMD, se encontró que era 2,18 %. Todos los valores están ponderados fotópicamente. El término D65 se refiere a un espectro estándar de la industria que define una fuente de luz blanca, como sería bien conocido por los expertos. El término P43 se refiere a un fósforo de tubo de rayos catódicos (CRT) estándar que se usa en los HUD existentes y tiene un pico de emisión espectral verde central bien conocido con bandas laterales rojas y azules. Un cálculo de cómo responde el ojo humano a la luz convierte las unidades de energía (vatios) en unidades de brillo (lúmenes). Este cálculo multiplica la energía de la luz medida en Watts con una curva espectral, llamada curva fotópica. El término "ponderado fotópicamente" es un término estándar de la industria para describir este cálculo, como lo entendería fácilmente el experto en la materia.
Como resultado de la mejora del contraste de las imágenes del HUD cuando se despliega un visor antideslumbrante, ya no es necesario aumentar el brillo de la luz de la pantalla del HUD para lograr niveles de contraste adecuados. Por lo tanto, se requiere menos consumo de energía en el aparato de proyección HUD (por ejemplo, un tubo de rayos catódicos, c Rt ) lo que permite una mayor vida útil operativa del CRT y los fósforos usados dentro de ellos para generar la luz proyectada.
Cabe señalar que, aunque los ejemplos descritos anteriormente se refieren a pantallas HUD para generar imágenes de visualización, la invención en cualquier aspecto u otro ejemplo puede usarse, o adaptarse para su uso, con otros mecanismos para generar luz/imágenes de visualización, como pantallas de consola de tablero/cabina donde un mayor contraste es beneficioso. Esto puede ser con respecto a los colores de la pantalla (longitudes de onda de la luz) distintos de la luz verde descrita anteriormente. Además, se apreciará que el visor antideslumbrante puede emplearse de forma aislada y sin el uso/presencia de un visor de pantalla HMD al mismo tiempo.
La Figura 9 muestra un casco 30 usado por un usuario 31, en combinación con un HUD. El usuario puede ser un piloto de un avión, por ejemplo. El casco lleva un HMD que comprende un proyector de pantalla HMD 4 y un visor de pantalla HMD 1, junto con el visor antideslumbrante 12 que se muestra en el estado desplegado. El visor antideslumbrante puede unirse al casco para que pueda deslizarse en las direcciones que se muestran por la flecha 32, entre un estado retraído y un estado desplegado.
La Figura 10 muestra una variante del casco 30 que incluye el visor antideslumbrante 12, pero en la que el HMD comprende una fuente de luz de pantalla HMD 4 y un elemento de pantalla de guía de ondas HMD 41, como una guía de ondas de losa, dispuesto para recibir la luz de pantalla HMD 42 desde la fuente de luz de pantalla HMD en una parte/extremo de la guía de ondas (por ejemplo, por difracción) y, mediante un proceso de reflexión interna total, guiar la luz de la pantalla HMD a otra parte/extremo de la guía de ondas donde se emite al ojo del portador desde la guía de ondas (por ejemplo, por difracción) como luz de pantalla HMD 42. En este sentido, el elemento de visualización de guía de ondas de pantalla HMD 41 puede colocarse para ocluir solo un ojo del portador.
La Figura 11 muestra gráficamente el espectro de transmisión, sobre longitudes de onda ópticas (0,4 micras a 0,7 micras) de: el visor 1 de pantalla HMD solo (caso 1); de la combinación del visor HMD y el combinador HUD 3 (caso 2); del combinador HUD 3 y el visor antideslumbrante 12 y el visor de pantalla HMD en combinación (caso 3); y del visor antideslumbrante 12 y el visor de pantalla HMD 1 en combinación (caso 4). Cada espectro es la multiplicación de las curvas espectrales de transmisión o reflexión de los componentes en cuestión. La luz ambiental que transmite una escena del mundo real se denomina "o/mundo". Una banda central de luz generalmente verde es reflejada preferentemente por el visor HMD (caso 1) y esto corresponde al reflejo preferencial de la luz verde de la pantalla HMD por el recubrimiento óptico 10 del visor HMD. El efecto espectral mínimo de ver el mundo exterior a través del combinador HUD, además del visor de pantalla HMD, se muestra en el caso 2. Aquí, el combinador HUD puede disponerse para suprimir la transmisión a través del mismo de longitudes de onda ópticas correspondientes a la
longitud de onda de las imágenes HUD proyectadas para ser reflejadas por el combinador HUD. Por lo tanto, un recubrimiento óptico reflectante que refleja preferentemente la luz proyectada por el HUD (normalmente longitudes de onda correspondientes a la luz verde) suele estar presente en la superficie del combinador del HUD más cercano al espectador, desde el cual la luz 7 de la imagen proyectada por el h Ud se refleja hacia el espectador. Esto tiene el efecto de reducir la transmisión de luz ambiental de la misma longitud de onda a través del combinador HUD desde el mundo exterior, como puede verse en el caso 2.
También se muestran los efectos de ver el mundo exterior a través del visor de pantalla HMD y el visor antideslumbrante 12, tanto con (caso 3) como sin (caso 4) el combinador HUD presente. Puede verse que el efecto del material del visor antideslumbrante en combinación con el recubrimiento óptico 12 es suprimir los niveles de intensidad en todo el espectro, incluidas las longitudes de onda asociadas con la luz de la pantalla HUD, actuando así en combinación con el filtro de pantalla HMD para proporcionar un efecto de filtro efectivo sin suprimir relativamente la intensidad de la luz de la pantalla HUD más que otras longitudes de onda de luz para mejorar así el contraste de la luz de la pantalla HUD aunque esté presente un visor HMD.
La Figura 12 muestra gráficamente el espectro de la luz de pantalla HUD transmitida desde una pantalla HUD que emplea un fósforo tipo "P43" en un tubo de rayos catódicos para generar la luz de pantalla HUD (longitud de onda de 543 nm), tanto antes como después del despliegue del visor antideslumbrante 13. La relación entre el brillo de la pantalla HUD antes (caso 6) y después (caso 7) del despliegue del visor antideslumbrante 13 es de aproximadamente el 50 %. Esto se compara con el 23 % si se usa un visor antideslumbrante convencional. Por lo tanto, las imágenes de HUD suelen ser 2 veces más brillantes en comparación con el mundo exterior cuando se despliega el visor antideslumbrante del presente ejemplo en comparación con el visor antideslumbrante convencional. Se aumenta el contraste de las imágenes de la pantalla HUD con el mundo exterior.
la Figura 13 muestra el espectro de reflexión de dos trayectorias de luz. Caso 5: el espectro de reflexión de la luz de la pantalla HMD de un visor HMD. Caso 8: el espectro de reflexión de la luz que pasa desde un proyector HMD a través del visor HMD, y se refleja en el recubrimiento antideslumbrante del visor, y luego se transmite por segunda vez a través del visor HMD. El espectro de reflexión de un visor de pantalla HMD (caso 5) y la intensidad espectral del reflejo fantasma en relación con una imagen de pantalla HMD (caso 8) cuando se despliega el visor antideslumbrante, se muestran en el mismo gráfico para comparar. El espectro de la imagen verde de la pantalla HMD coincide con la forma de la reflectividad del visor de pantalla HMD. La imagen fantasma secundaria 15 está iluminada por esta estrecha banda espectral verde, y la transmisión correspondientemente alta en esta región, y el efecto del recubrimiento óptico 12 es reflejar la luz verde de banda estrecha en la trayectoria de la imagen fantasma secundaria. Al hacer que el recubrimiento óptico 12 tenga una baja reflectividad en esta estrecha banda verde, la intensidad de la imagen fantasma se reduce a niveles aceptables (caso 8).
La Figura 14 muestra gráficamente un espectro LED típico usado para generar imágenes HMD, junto con el espectro de reflexión (caso 8) de la Figura 13. Esto muestra cómo se minimiza el reflejo fantasma sobre el espectro Led. El espectro LED y fantasma "integrado" es el producto del espectro LED y la reflectividad de la imagen fantasma secundaria en todo el rango espectral visible que se muestra.
La estructura de un recubrimiento óptico multicapa alternativo se muestra en la Tabla 2. Esta capa óptica está compuesta por 16 capas alternas de sílice (SO2) y Óxido de Titanio (TO2) dispuestas en sucesión alterna sobre el sustrato del cuerpo del visor antideslumbrante (policarbonato). El material del visor de policarbonato tiene un espesor de 1 mm y tiene una transmisión del 48% a las longitudes de onda ópticas visibles. La capa de recubrimiento óptico núm. 1 (sílice) es la más externa (mirada hacia el aire) y la capa núm. 16 (óxido de titanio) formándose directamente sobre el sustrato del visor. Se ha descubierto que la elección de estos materiales (índices de refracción) y la disposición y el espesor variable de las capas sucesivas dentro del recubrimiento óptico producen un recubrimiento óptico con las características espectrales deseadas, como se muestra en la Figura 15 con respecto a un ángulo de incidencia de luz de 28 grados. Este ángulo corresponde al ángulo típico de incidencia de la luz de la pantalla HMD sobre un visor de pantalla HMD 1, como se muestra esquemáticamente en la Figura 3 en una ampliación de la Figura 2B.
Tabla 2
Los espesores de cada capa de la multicapa se muestran en la Tabla 2 en la columna de la derecha en unidades de nm. Esta estructura de capas es óptima para usar con luz de pantalla HMD que incide sobre ella oblicuamente con una incidencia de 28 grados. Los ejemplos descritos anteriormente están destinados a proporcionar ejemplos ilustrativos de la invención para facilitar la comprensión y se apreciará que las modificaciones, los equivalentes y las variantes de estos ejemplos, tales como serían fácilmente evidentes para el experto en la materia, están comprendidos dentro del alcance de la invención, por ejemplo, tal como se define en las reivindicaciones.
Para resumir, las siguientes características y ventajas pueden proporcionarse mediante ejemplos de la presente invención.
A modo de contexto, la presente invención puede aplicarse en un HMD que tenga un visor antideslumbrante desplegable dentro de la cabina de un avión en el que también se proporciona un HUD. Por lo tanto, la presente invención ofrece las siguientes características destacadas:
1) Hay una interacción entre tres imágenes: del mundo exterior; del HUD; y del HMD.
2) La presente invención ofrece un sistema de configuración dual con o sin un visor antideslumbrante mejorado en su lugar, de modo que el sistema puede adaptarse a un mundo exterior brillante mediante el despliegue de un visor antideslumbrante revestido que proporciona un rendimiento mejorado en presencia de una imagen HMD. Estas características inducen un problema simple con el sistema óptico resultante: la luz del HMD pasa a través del visor interno del HMD hacia el recubrimiento exterior del visor mejorado que refleja una imagen fantasma de regreso al observador. Esto es inherente a dicha configuración y debe suprimirse para que el sistema sea utilizable. El visor antideslumbrante debe ser el componente exterior para poder moverse.
La presente invención permite suprimir suficientemente una imagen fantasma generada por estos medios mientras se obtiene una ventaja sustancial en el contraste de la imagen HUD cuando se ve contra el mundo exterior a través de los visores del casco. Al establecer el nivel de transmisión del recubrimiento mejorado en aproximadamente un 50% fuera de la banda de paso; retener material absorbente dentro del visor antideslumbrante; y colocar el recubrimiento mejorado en el exterior del visor antideslumbrante, los ejemplos de la presente invención obtienen la ventaja de la trayectoria de la luz de la imagen HMD fantasma, después de la reflexión del recubrimiento del visor antideslumbrante mejorado, haciendo un doble paso a través del material absorbente. Esto se logra con una mejora de aproximadamente 2:1 en el contraste de la imagen HUD con el mundo exterior.
Los ejemplos de la presente invención usan el recubrimiento del visor antideslumbrante exterior para actuar de dos maneras: transmitir selectivamente una imagen HUD verde y actuar selectivamente como un recubrimiento antirreflectante para no reflejar la imagen HMD verde que se ha filtrado a través del recubrimiento del visor HMD.
Por lo tanto, los ejemplos de la presente invención pueden suprimir las imágenes fantasma de HMD que se reflejan desde el recubrimiento mejorado del visor antideslumbrante colocando ese recubrimiento en el exterior de un visor parcialmente absorbente, al mismo tiempo que se obtiene un aumento en el contraste de una imagen HUD frente a una escena del mundo exterior.
Claims (11)
1. Un visor antideslumbrante (13) para reducir la intensidad de la luz ambiental presentada a un portador que ve una pantalla de visualización frontal que emplea luz de pantalla que incluye una longitud de onda de luz dada, el visor incluye:
un cuerpo del visor que comprende un material ópticamente transparente que absorbe parcialmente la luz de longitudes de onda ópticas visibles para reducir así la intensidad de la luz ambiental transmitida a través del mismo al portador;
un primer recubrimiento óptico transparente (12) formado sobre una superficie del cuerpo del visor destinada a que esté opuesta al portador durante su uso, que es parcialmente transmisora de dicha luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente transmisora de luz de un primer subrango de longitudes de onda para incluir longitudes de onda dadas de luz de visualización para permitir así una mejora del contraste entre la luz de visualización en relación con la luz ambiental; y
un segundo recubrimiento óptico transparente (10) formado sobre una superficie del cuerpo del visor, destinado a orientarse hacia el portador durante su uso, que es sustancialmente transmisor de dicha luz de longitudes de onda ópticas visibles entre las cuales es preferentemente reflectante de un segundo subrango de longitudes de onda de luz que abarcan la luz de visualización montada en la cabeza para proporcionar así una superficie de visualización de proyección con respecto al segundo subrango de luz;
en donde el primer subrango de longitudes de onda incluye o se superpone al segundo subrango.
2. Un visor antideslumbrante (13) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer recubrimiento óptico transparente (12) transmite preferentemente luz de longitudes de onda superiores a 500 nm e inferiores a 600 nm.
3. Un visor antideslumbrante (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer recubrimiento óptico transparente (12) es al menos un 20 % más transmisivo a la luz dentro de dicho subrango de longitudes de onda que fuera, siendo así preferentemente transmisivo al mismo.
4. Un visor antideslumbrante (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la característica de filtrado del cuerpo del visor es sustancialmente un filtro de densidad neutra.
5. Un visor antideslumbrante (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo del visor comprende un policarbonato o un material plástico que contiene un pigmento o tinte que absorbe la luz.
6. Un visor antideslumbrante (13) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el cuerpo del visor está teñido de color.
7. Un visor antideslumbrante (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer recubrimiento óptico transparente (12) y/o el segundo recubrimiento óptico (10) comprende un recubrimiento multicapa.
8. Un casco que comprende un visor antideslumbrante (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
9. Un casco de acuerdo con la reivindicación 8 que comprende una pantalla "HMD" montada en el casco que incluye un proyector de pantalla montado en el casco para proyectar luz de pantalla HMD que transmite una imagen para mostrar proporcionando la pantalla de proyección en el visor antideslumbrante;
en donde el primer subrango de longitudes de onda incluye una(s) longitud(es)
de onda de dicha luz de pantalla HMD.
10. Un casco de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el visor antideslumbrante (13) puede desplegarse selectivamente desde una posición retraída hasta una posición desplegada en el que el visor antideslumbrante se coloca frente a los ojos de dicho portador, cuando está en uso.
11. Un vehículo o aeronave que incluye una pantalla de visualización frontal y que comprende además un visor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7 o un casco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, el visor o el casco adaptados para su uso con la luz de visualización de dicha pantalla de visualización frontal de dicho vehículo o aeronave.
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