TW201933475A - 用於形成曲面鏡的真空模具設備、系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種形成用於抬頭顯示器之曲面鏡之方法包括提供鏡子預成形件,該鏡子預成形件包括第一主表面、第二主表面及連接該第一主表面與該第二主表面之次表面。該鏡子預成形件具有中央部分及包圍該中央部分之周邊部分。該方法包括將該鏡子預成形件安置於具有面向該第二主表面之凹表面的模具上及包圍該次表面之至少一部分的外殼內,空間界定於該凹表面與該第二主表面之間,其中該空間之周界由該外殼界限,該模具包含在該周邊部分下的沿著該凹表面之周邊之溝渠型真空線路。該方法亦包括經由該溝渠型真空線路將真空壓力提供至該空間以使該鏡子預成形件與該凹表面保形。

Description

用於形成曲面鏡的真空模具設備、系統及方法
本申請案依據專利法主張2017年11月30日提交的美國臨時申請案第62/592,588號之優先權權益,本案依賴於該申請案之內容且該申請案被以引用方式全文併入本文。本揭示內容係關於用於形成曲面鏡的真空模具設備、系統及方法。
抬頭顯示器(Head-Up Display或Heads-Up Display;HUD)系統將視覺資訊投影至透明表面上,使得使用者可在不將其凝視目光自其主視野移開之情況下看到資訊。HUD系統通常使用鏡子來將影像反射及投影至該透明表面。HUD系統之一個應用為在交通中,諸如,汽車、飛機、海上艦艇及其他載具。舉例而言,HUD系統可用於載具中,使得該載具之一操作者或駕駛者可在維持向前凝視目光之同時且在不必朝向顯示螢幕向下或向旁邊看之情況下看到與載具之操作有關的資訊。因此,據信HUD系統藉由使載具操作者自一安全操作視點向旁邊看之需求最小化來改良安全性。
然而,HUD系統已常常遭受到投影之影像之不良光學品質的問題,此可導致投影之影像的不合需要之美學品質。不良光學品質可甚至降低HUD系統之安全性,因為模糊或不清晰之投影影像可使使用者閱讀或理解投影之資訊更困難,從而導致使用者對資訊之處理時間增加、基於資訊的延遲之使用者反應時間及增加之使用者分散注意力。降低之光學品質可因在HUD系統中使用之次佳鏡子產生,次佳鏡子常因鏡子之不當成形或在鏡子預成形件之彎曲期間引入至鏡子之缺陷而產生。
因此,存在對於以下各者之需求:HUD系統,且特定言之,具有改良之光學品質的用於HUD系統之改良鏡子以及形成此等鏡子之改良系統、設備及方法。
在本揭示內容之一些實施例中,提供一種形成用於抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)之曲面鏡之方法。該方法包含提供鏡子預成形件,該鏡子預成形件包括第一主表面、與該第一主表面相對之第二主表面及連接該第一主表面與該第二主表面之次表面,其中該鏡子預成形件具有中央部分及包圍該中央部分之周邊部分。該方法亦包括將該鏡子預成形件安置於具有面向該第二主表面之凹表面的模具上及包圍該次表面之至少一部分的外殼內,空間界定於該凹表面與該第二主表面之間,其中該空間之周界由該外殼界限,其中該模具包含在該周邊部分下的沿著該凹表面之周邊之溝渠型真空線路。該方法進一步包括經由該溝渠型真空線路將真空壓力提供至該空間以使該鏡子預成形件與該凹表面保形。該鏡子預成形件之該中央部分可包含經配置以反射待由該HUD之使用者檢視之影像的該曲面鏡之有效區域。當該鏡子預成形件在與彎曲表面保形前處於二維狀態中時在該次表面與該外殼之間量測之距離a 可大於0 mm且小於2 mm。此外,該鏡子預成形件當與該彎曲表面保形時,延伸出該溝渠型真空線路達為至少0.5 mm且可為3 mm或更小之距離c
在本揭示內容之額外實施例中,提供一種用於形成抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)之曲面鏡之模製設備。該設備包括:下部模具,其包含具有用於使鏡子預成形件塑形成非球面鏡之非球面形狀的彎曲表面;及溝渠型真空線路,其安置於該彎曲表面之周邊部分中。該溝渠型真空線路經配置以將真空壓力供應至該彎曲表面與該鏡子預成形件之間的區域空間。該設備進一步包括安置於該模具之頂部上以在塑形期間包圍該鏡子預成形件之外殼,該外殼包含實質上垂直表面,當該鏡子預成形件安置於該下部模具上時,該垂直表面自該彎曲表面延伸至該鏡子預成形件之至少一高度,該垂直表面包圍該空間之周邊。該外殼經定大小以當置放於該下部模具上時包圍該鏡子預成形件,及包圍該溝渠型真空線路,該溝渠型真空線路安置於該鏡子預成形件之周邊部分下方。
本揭示內容之另外實施例包括一種形成用於抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)系統之三維鏡子之方法,其中該方法包括提供鏡子預成形件,該鏡子預成形件具有第一主表面、與該第一主表面相對之第二主表面及連接該第一主表面與該第二主表面之次表面。該次表面包括彼此相對之第一及第二縱向側表面,及連接該等縱向側表面之第一及第二橫向側表面。該方法包括在具有凹表面之模具上安置該鏡子預成形件,使得該第二主表面面向該凹表面,其中該模具包括沿著該模具之周邊形成於該彎曲表面中之一或更多個開口,及在該模具上安置外殼使得外殼之實質上垂直壁包圍該鏡子預成形件之該次表面且該外殼在該模具之至少一側上懸掛於該等開口上,使得沿著該等開口之至少一部分在該彎曲表面與該外殼之底部之間存在間隙。該方法進一步包括將真空供應至該等開口以使該鏡子預成形件與該凹表面保形。
在本揭示內容之一些額外實施例中,提供一種用於形成抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)之曲面鏡之模製設備。該模製設備包括:模具,其包含用於使鏡子預成形件塑形成彎曲形狀之凹表面;溝渠型真空線路,其安置於該彎曲表面之周邊部分中,該溝渠型真空線路經配置以將真空壓力供應至該彎曲表面與該鏡子預成形件之間的區域空間;及外殼,其安置於該模具之上以在塑形期間包圍該鏡子預成形件,該外殼包含當該鏡子預成形件安置於該下部模具上時自該彎曲表面延伸至該鏡子預成形件之至少一高度的實質上垂直表面,該垂直表面包圍該空間之周邊。該外殼在該模具之至少一側上懸掛於該溝渠型真空線路上,使得沿著該等開口之至少一部分在該彎曲表面與該外殼之底部之間存在間隙。
所主張之標的之額外特徵及優勢將在接下來之詳細描述中闡述,且部分將易於為熟習此項技術者自彼描述而顯而易見,或藉由實踐如本文中描述之所主張之標的來認識,包括接下來之詳細描述、申請專利範圍以及隨附圖式。
應理解,前述大體描述及以下詳細描述皆提出本揭示內容之實施例,且意欲提供用於理解所主張之標的之本質及特性的綜述或框架。包括隨附圖式以提供對本揭示內容之進一步理解,且其併入本說明書內且構成本說明書之一部分。該等圖式說明各種實施例,且與描述一起用以解釋所主張之標的之原理及操作。
在以下描述中,貫穿在圖中展示之若干視圖,相似參考字元表示相似或對應的部分。亦應理解,除非另有指定,否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」及類似者之術語為方便用詞,且不應被解釋為限制術語。此外,不管何時將群組描述為包含一群組元素中之至少一者及其組合,應理解,該群組可包含以下各者、基本上由以下各者組成或由以下各者組成:敘述之任何數目個彼等元件(個別地或相互組合)。
類似地,不管何時將群組描述為由一群組元素中之至少一者或其組合組成,應理解,該群組可由敘述之任何數目個彼等元素組成(個別地或相互組合)。除非另有指定,否則值範圍在敘述時包括該範圍之上限及下限。如本文中所使用,不定冠詞「一(a及an)」及對應的定冠詞「該(等)(the)」意謂「至少一個」或「一或更多個」,除非另有指定。
將本揭示內容之以下描述提供為其啟發性教示及其最佳的當前已知實施例。熟習此項技術者將認識到,可在仍然獲得本揭示內容之有益結果的同時對本文中描述之實施例進行許多改變。亦將顯而易見的是,可藉由選擇本揭示內容之特徵中之一些而不利用其他特徵來獲得本揭示內容之所要的益處中之一些。因此,本領域中工作之人士將認識到,本揭示內容之許多修改及改編係可能的,且在某些情況中甚至為合乎需要的且為本揭示內容之部分。因此,以下描述提供為說明本揭示內容之原理而非其限制。
熟習此項技術者應瞭解,在不脫離本揭示內容之精神及範疇之情況下,對本文中描述之例示性實施例的許多修改係可能的。因此,該描述並不意欲且不應被解釋為限於給定實例,而是應給予由所附申請專利範圍及其等效內容提供之完全保護範圍。此外,使用本揭示內容之特徵中之一些而無其他特徵之對應使用係可能的。因此,例示性或說明性實施例之以下描述係為了說明本揭示內容之原理之目的而非其限制來提供,且可包括對其之修改及其排列。
HUD系統可用以提供用於使用者之改良安全性及方便性的廣泛多種類型之資訊。在交通中,例如,可將與載具操作(諸如,載具限界或導航)有關之資訊投影至在駕駛者前方之一區域。此可包括關於載具速度、燃料量、氣候控制設定、娛樂設定、逐圈導航指示器、估計之到達時間及與速度、交通或危險條件有關之警報的即時資訊。可將資訊作為文字、符號、圖片、視訊、動畫及一或更多個色彩呈現。此等僅為實例,且本揭示內容之實施例並不意欲限於此等實例。
在本揭示內容之一些實施例中,HUD系統可包括影像產生裝置,及用於將影像自該影像產生裝置引導或投影至易於對使用者可見之區域的一或更多個光學部件。該影像產生裝置可包括陰極射線管(cathode ray tube; CRT)顯示器、發光二極體(light-emitting diode; LED)顯示器、液晶顯示器(liquid crystal display; LCD)組件、雷射投影系統或一般熟習此項技術者已知之其他類型的顯示器。該HUD系統亦可包括電腦或處理器,以用於產生由此等顯示器產生之影像。該等光學部件可包括(例如)透鏡、分光鏡、鏡子及組合器之某一組合。HUD系統之部件之組合可經配置以產生經準直光,可將該經準直光投射至在使用者之視野中之組合器,從而允許該使用者可同時看到該投影之影像及正常的視野。舉例而言,在載具應用中,組合器可為擋風玻璃或建置至載具內之單獨部件,或可安裝於載具中駕駛者或乘客可在組合器之透明表面上看到投影之影像之位置中的攜帶型部件。鏡子可包括在彎曲基板上之反射性塗層。該彎曲基板可為球面、非球面、Fresnel形狀及/或繞射性。在一個較佳實施例中,鏡子具有在凹非球面表面上之反射性表面或塗層。
第1圖圖示根據本揭示內容之一些實施例的HUD系統100之實例。HUD系統100圖示處於汽車中,但實施例可用於各種載具或非載具應用中。圖示駕駛者D手放在載具V之轉向盤W上。該HUD系統100併入至載具V之儀錶盤110內,且包括連接至影像源103的可程式化圖形單元(programmable graphical unit; PGU)102,影像源103經配置以基於來自PGU 102之信號產生影像。PGU 102可包括可操作地連接至含有指令之非暫時性電腦可讀儲存媒體的處理器,該等指令在執行時產生及/或供應資料,用於由影像源103產生待由HUD系統100顯示之影像。彼影像由平面鏡104朝向曲面鏡106反射。自曲面鏡106,將影像朝向擋風玻璃108投影,且至擋風玻璃108之投影區域112上。HUD系統100可經配置使得投影區域112處於駕駛者D在駕駛載具V時之正常視線內。舉例而言,投影區域112可經定位為使得自駕駛者之角度看來,投影之影像疊置於道路上。此情境之實例圖示於第2圖之圖解中。
投影區域112位於第1圖及第2圖中之擋風玻璃108上,而第3圖及第4圖圖示將組合器208用於投影區域212之位置的替代實施例。組合器208可建置於載具之儀錶盤210內,或可為定位於儀錶盤210之頂部上的攜帶型或可分開部件。
本揭示內容之實施例不限於HUD系統之光學部件之一或更多種特定佈置,因為一般熟習此項技術者將理解HUD系統中的部件之基本佈置。本揭示內容主要針對在HUD系統中使用之曲面鏡,及針對用於形成此等鏡子之系統及方法。詳言之,實施例係針對用於自二維(2D)鏡子預成形件形成此等三維(3D)鏡子之系統及方法。第5圖圖示可用以使用本文中論述之系統及方法形成3D鏡子302的2D鏡子預成形件300之實例。
存在習知地用於形成3D鏡子之各種系統及方法。然而,本揭示內容之作者認識到,在形成在HUD系統中使用之曲面鏡之設計及方法中需要改良。為了防止影像品質在影像由曲面鏡反射時之降級,鏡子應具有高度形狀準確度及表面粗糙度。舉例而言,小於50 μm之形狀精確度及小於3 nm之表面粗糙度(Ra)係合乎需要的。在用於HUD系統之鏡子中出現的特定類型之光學失真被稱作邊緣失真,其為在鏡子之邊緣處或附近反射的光之光學失真。在現有HUD系統中,可在鏡子之製造或成形期間將光學撞擊之瑕疵引入至鏡子內。此等瑕疵可包括諸如由在鏡子之製造中的設備或加熱創造之不均勻表面或壓痕的人工產物,或鏡子之彎曲(特定言之,在鏡子之邊緣處或附近之彎曲)中的瑕疵。
用於形成3D形鏡或鏡基板之最常見方法可劃分成兩個種類:按壓方法及真空成形方法。然而,按壓方法及真空成形方法皆可具有劣勢。在按壓方法中,上部模具及下部模具用以藉由實體力按壓基板,諸如玻璃基板。舉例而言,可將上部模具按壓至下部模具內,其中2D玻璃預成形件安置於兩個模具之間,且根據在該等模具中之一或兩者上的表面之形狀形成玻璃預成形件。因此,可使模具印留在形成之玻璃基板之凹及凸兩個表面上,玻璃基板接著需要拋光。此外,歸因於上部及下部模具之輪廓偏差,可能難以精確匹配上部與下部模具之輪廓,且因此難以達成用於形成之玻璃基板的精確形狀。舉例而言,非球面鏡輪廓之規格可小於±25 μm,而模具輪廓偏差在機械加工後通常為30 μm至50 μm。
在真空成形方法中,可使用單一模具(例如,下部模具),其中真空洞形成於該模具之表面中。舉例而言,如在第6圖中所圖示,將平(2D)玻璃片或2D預成形件300安置於模具310之成形表面312上或上方,且該預成形件300由許多導木(guide pine)313與模具310對準。經由貫穿成形表面312分佈之許多真空洞314供應真空壓力以使鏡子預成形件與模具之彎曲(3D)表面保形。成形表面312經成形為3D鏡子之所要的形狀。第7圖圖示自由線A-A展示之角度之視圖,且第8圖圖示自線B-B之角度之視圖。然而,難以避免在形成之玻璃基板之表面上形成真空洞標記。此等真空洞標記或製造人工產物可損害基板或完工鏡子之光學效能,尤其由於真空洞312貫穿成形表面314分佈且因此在完工之鏡子之有效區域中存在人工產物。又,難以在模具310中跨許多真空洞312得到恆定真空壓力,從而導致跨成形表面314之壓力差,且因此導致自完工之3D鏡子之所要的形狀之潛在偏差。此外,與按壓方法比較,典型真空成形方法可需要較高成形溫度。較高成形溫度可影響表面品質,且形成缺陷,諸如,微凹、小坑及印紋。可對鏡子預成形件執行真空成形,鏡子預成形件為在藉由真空成形形成為3D形狀前預切割成所要的大小之基板,或可對過大之玻璃片執行真空成形,該過大之玻璃片在藉由真空成形形成為3D形狀後經切割成所要的大小。基於預成形件及基於過大之玻璃的真空成形具有某些優勢及劣勢。
舉例而言,基於過大之玻璃的成形具有達成良好邊緣品質(歸因於邊緣切割)及良好表面粗糙度(歸因於較低成形溫度)之優勢。然而,基於過大之玻璃的成形需要在成形後切割玻璃之增添步驟;歸因於在成形後之修整玻璃或廢玻璃而具有低玻璃利用率;需要在切割後之邊緣拋光及/或斜切;且需要較大設備,即使最終完工之產品可為與在基於預成形件之成形中形成的大小相同之大小。
另一方面,在基於預成形件之真空成形中,不存在在真空成形後切割鏡基板之需求,此減少了廢玻璃或碎玻璃之產生。此外,基於預成形件之成形可為較簡單製程且較有成本效益。然而,在基於預成形件之真空成形方法中,歸因於在玻璃預成形件之一或更多個邊緣處的真空洩漏(至少部分歸因於在預成形件與模具之間的真空洩漏),已難以或不可能在玻璃片之全部表面上施加相對均勻真空壓力。舉例而言,若成形之玻璃將具有單一彎曲半徑,則預成形件之短側邊緣可維持與模具表面之接觸,直至成形完成,但真空將沿著預成形件之長側邊緣洩漏。在更複雜彎曲或非球面模具表面(及非球面成形之基板)之情況下,玻璃片之僅離散點(諸如,四個角)可貫穿成形接觸模具表面,此導致沿著玻璃基板之所有邊緣的真空洩漏。又,對於形成非球面鏡,鏡子或鏡基板之角碎裂或破壞係可能的,碎裂或破壞僅當鏡基板之角與模具接觸且施加外部力(例如,真空壓力、模具按壓力)因此將壓力集中於基板之四個角時發生。在一些情況中,諸如當成形表面並非非球面而是具有單一彎曲半徑時,預成形件之短側邊緣可維持與成形表面之較好接觸,直至成形完成,但真空洩漏可沿著預成形件之長側邊緣發生。真空壓力中之此等間隙或洩漏使將相對均勻真空壓力提供至鏡子或預成形件之全部表面困難或不可能。因而,較高成形溫度(基板之較低黏度)用以使玻璃與模具表面更完全地保形,及用以減小在角附近之應力以減少碎裂。然而,如上所論述,較高溫度可引起玻璃基板之表面降級及降低之光學效能。甚至在較高溫度之情況下,出現鏡子之邊緣失真。
在本揭示內容背後之調查者已發現改良使用基於真空之成形方法形成的鏡子之系統、設備及方法。在一些較佳實施例中,此等技術可特別良好地適合於基於預成形件之成形方法。然而,一些實施例通常不限於使用基於預成形件之成形方法製造之鏡子,亦甚至不限於基於真空之方法。由本揭示內容之實施例解決的問題中之一些為在成形之鏡子之有效區域中留下的邊緣失真及製造人工產物之問題。如上所提到,當使用真空成形方法時,可能難以達成均勻真空及鏡基板與模具之均勻保形。可能特別難以使鏡基板與在基板之邊緣處或附近的所要的形狀保形,此引起邊緣失真且使由在邊緣附近之鏡子反射的影像之品質降級。此外,用於達成較好保形度之典型策略(例如,在成形期間之較強真空壓力及較高溫度)導致在完工產品中的不當人工產物及瑕疵。因此,本揭示內容之實施例提供具有改良之光學效能的鏡子及/或鏡基板(包括在邊緣及有效區域處),且包括成形設備及形成鏡子之方法。
HUD系統中之鏡子通常具有非球面反射性表面,其可包括形成於鏡基板之非球面表面上的反射性塗層。如上所論述且在第9圖中圖示,3D鏡子400可自2D鏡子預成形件420形成。作為矩形預成形件,鏡子預成形件420具有長側邊緣402及短側邊緣404。在形成3D鏡子過程中,長側邊緣402及短側邊緣404彎曲以與成形模具保形。基於成形模具之形狀,如由所得3D鏡子之所要的形狀確定,相對短側邊緣404之間的線性距離減小,且短側邊緣之間的減小之量值可與長側邊緣之間的減小之量值不同。非球面或非球面形表面具有多個曲率半徑。舉例而言,在如第9圖及第10圖中圖示之四側鏡之情況中,非球面表面沿著四個邊緣中之每一者具有不同曲率半徑。因此,如在第10圖中圖示,鏡子400具有反射性表面408,其為非球面形,具有沿著第一邊緣之曲率半徑Ra 、沿著第二邊緣之曲率半徑Rb 、沿著第三邊緣之曲率半徑Rc 及沿著第四邊緣之曲率半徑Rd 。因為表面408為非球面形,所以Ra ≠ Rb ≠ Rc ≠ Rd 。此外,Rb 及Rd 可小於Ra 及Rc 。歸因於如與短側邊緣相比長側邊緣之曲率的差異,歸因於成形的短側邊緣404之間的距離之改變可大於相對長側邊緣402之間的距離之任何減小,此係歸因於在長側邊緣上之較小曲率半徑Rb 、Rd 及在短側邊緣上之較大曲率半徑Ra 、Rc 。此可使防止沿著短側邊緣的真空壓力之洩漏更困難,如下所論述。第10圖亦圖示在彎曲表面408上之不同點已藉由變化關於連接鏡子400之四個角之二維平面406的量j-n來移位之方式。在一些實施例中,j ≠ k ≠ l ≠m。在一個實例中,位移j-n可等於以下:j = 7.73、k = 6.32、l = 6.52、m = 1.31且n = 1.31,其中該等位移係按無單位相對量值給出,但取決於鏡子及應用之大小,位移a-e之單位可為以毫米計。二維平面406包含在2D預成形件之相對長側邊緣之間的短軸408,及在2D預成形件之相對短側邊緣之間的長軸410。
如在第11圖中圖示,當將2D鏡子預成形件420安置於成形模具430上時,在使預成形件420與成形表面432保形前,僅鏡子預成形件420之角可接觸成形模具430。因而,間隙保留在鏡子預成形件420與成形表面432之間。詳言之,間隙434保留在鏡子預成形件420之短側邊緣422之間,且間隙436保留在鏡子預成形件420之長側邊緣424之間。在間隙434及436在預成形件420與成形表面432之保形期間保持打開之範圍上,自成形表面432中之真空洞的真空抽吸中之一些失去。此可導致鏡子預成形件420與成形表面432之次最佳保形,且因此導致達成3D鏡子之所要的形狀之失敗。
第12圖圖示在使第11圖之2D鏡子預成形件420與成形模具430保形之步驟期間或後的3D鏡子420'之邊緣之橫截面圖。儘管在成形表面432與在一或更多個內部真空洞438附近的3D鏡子420'之內部部分之間可存在良好保形性,但間隙434'可保持在3D鏡子420'之邊緣附近。如在第10圖中所圖示,甚至當真空洞439位於邊緣附近時,間隙434'仍可保持存在,因為由於間隙434',失去了真空抽吸,此係歸因於彎曲之幾何形狀及其他成形因素。結果,在邊緣附近未達成3D鏡子420'之所要的曲率。歸因於在維持對藉由真空成形形成的3D鏡子之形狀之精密控制同時防止其他非吾人所樂見之製造誘發缺陷過程中的以上論述之挑戰,本揭示內容之調查者開發了能夠達成改良之3D鏡子的系統、設備及方法。詳言之,此等系統、設備及方法允許使用2D預成形件之真空成形在3D鏡子之邊緣處或附近的改良之抽吸及成形,而不在完工鏡子之有效區域中創造諸如真空洞壓痕之製造缺陷。
第13A圖及第13B圖圖示根據本揭示內容之一些實施例的改良之成形模具450。模具450包括凹成形表面452,其中溝渠型真空線路454沿著成形表面452之周界形成。為了更好地理解溝渠型真空線路,第14A圖及第14B圖分別圖示由第13A圖及第13B圖中之D圈起來的模具之一個角之詳細俯視圖及仰視圖。溝渠型真空線路454係沿著成形(上部)表面452之全部周邊機械加工。在一些實施例中,在模具450之背側上鑽真空洞455、456,如在第14B圖中圖示。然而,此等洞455、456並未向上穿透模具至成形表面452,而是替代地,在與機械加工至成形表面452內之溝渠型真空線路454會合後,結束於成形表面452下方。因為溝渠型真空線路454僅在成形表面452之周界上且不在成形表面452之將與成形之鏡子之有效區域進行接觸的區域中,所以將不存在引入至完工之鏡子之有效區域內的基於真空洞之製造人工產物。
在一些實施例中,如在第15A圖中所圖示,在使2D預成形件與3D成形表面保形之步驟期間,可使用外殼500。外殼500形成環狀形狀,其中側壁或密封表面經配置以在與真空模具保形之步驟期間定位於鏡子預成形件之一或更多個邊緣處或附近。在第15A圖中,模具500包括短側壁502及長側壁504,其組合形成環狀形狀,在中間具有經定大小及成形以含有預成形件之空間。
定位於成形模具530上之外殼500圖示於第15B圖中。外殼500包圍模具530之成形表面之周邊,且界定置放鏡子預成形件520供成形之空間。外殼500包括相對短側壁502、503,及相對長側壁504、505。外殼500操作以使在鏡子預成形件520之邊緣處的真空洩漏最小化,在該等邊緣處存在溝渠型真空線路534。外殼500未必需要觸碰鏡子預成形件520以改良真空效能。實際上,在一些實施例中,可有利的是,在外殼500與預成形件520之間不存在實體接觸使得預成形件520可在無來自外殼500之摩擦力之情況下移動,摩擦力可負面影響完工之產品。在一些實施例中,外殼500之內部壁之間的間空可為(例如)0.5 mm或更小。然而,可基於基於玻璃之預成形件520及外殼500之熱膨脹係數來調整此間空。
第16A圖及第16B圖分別圖示第15B圖之預成形件520、模具520及外殼500之長側邊緣及短側邊緣之橫截面圖。特定言之,第16A圖圖示自由第15B圖中之線C-C展示之角度的橫截面圖,且第16B圖圖示自由第15B圖中之線D-D展示之角度的橫截面圖。對於第16A圖中之長側邊緣,在成形期間的下垂之方向(由箭頭圖示)實質上垂直,使得長側邊緣不顯著移動遠離外殼500之壁505。因而,存在成形表面552中之真空洞534被暴露或失去真空壓力之低風險。
另一方面,短側邊緣的下垂之方向(由第16B圖中之箭頭圖示)可具有垂直及水平分量。水平移動或收縮將短側邊緣拉動遠離外殼530之壁503,且威脅減小在短側邊緣附近之真空壓力。距離x'為在預成形件520之短側邊緣上的壁503與真空洞534之間的距離。距離x' 應足夠大以確保在成形期間真空洞534未被預成形件520揭開,使得維持邊緣附近之真空壓力。
第17A圖圖示在成形前之預成形件520及在成形後的成形之形狀520。模具530、外殼500及溝渠型真空線路534之位置應經設計成使得成形之形狀520'按距離c 覆疊溝渠型真空線路534。在一些較佳實施例中,距離c 可為至少0.5 mm,或大於0 mm但小於3.0 mm,或自0.5 mm至3 mm。詳言之,如在第17B圖中圖示,模具530、外殼500及溝渠型真空線路534之位置可設計有在外殼500之壁與預成形件520之邊緣之間的距離a ,及在2D預成形件520與成形之形狀520'之邊緣之間的距離b 。距離b 為歸因於成形的玻璃邊緣至邊緣「收縮」之結果,且取決於(例如)玻璃組成及成形條件。因此,第16B圖之距離x' 可由abc 之總和表達,或x =a +b +c
第18A圖及第18B圖為兩個示例鏡子之相片。在第18A圖中,根據傳統真空成形技術來形成鏡子,此導致顯著之邊緣失真。相比之下,第18B圖中之鏡子係根據上述系統及方法形成,且展示顯著的邊緣失真改良。
在一些另外實施例中,可相對於外殼之位置更改溝渠型真空線路之位置及形式。如上所論述,真空洞可導致完工之產品中的製造人工產物或缺陷。通常,在垂直於玻璃之方向上在模具表面之上機械加工真空洞。因此,在成形後,在玻璃之表面上產生洞標記。以上論述之實施例為改良,因為真空洞不形成於成形表面之對應於完工之鏡子之有效區域的區域中。然而,本揭示內容之一些實施例允許進一步減小非吾人所樂見之人工產物之改變,甚至當使用溝渠型真空線路時亦如此。第19A圖及第19B圖圖示一個此類實施例。
第19A圖圖示類似於第15B圖中所圖示的成形之產品620'、外殼600及模具630之部分橫截面圖。然而,儘管模具630在與以上論述之實施例類似之位置中具有沿著短側邊緣之溝渠型真空線路634,但沿著模具630之長側邊緣的溝渠型真空線路635相對於外殼600之內壁移位。詳言之,如在第19B圖中圖示,沿著預成形件620之長側邊緣的外殼600之內部壁懸於溝渠型真空線路635之上,且沿著此長側邊緣的外殼600之內部壁之底部不碰到成形表面652。因此,當施加真空時,氣流或抽吸係在外殼600之懸垂壁下引導,且接著沿著長側邊緣向下經由溝渠型真空線路635。外殼600之內部壁之底部與成形表面652之間的間隙之高度小於預成形件之厚度,使得在使預成形件與成形表面652保形後不失去抽吸。經由此外殼結構,作用於玻璃上的真空流之方向自垂直方向改變至平行方向(亦即,平行於玻璃之表面或成形表面)。因此,可形成彎曲表面,而不要擔心玻璃表面上之真空洞標記。
在較佳實施例中,在第19A圖及第19B圖中圖示的外殼600之懸垂內部壁用於模具630之長側上,但不在短側上。此係因為預成形件更有可能在保形步驟期間移動遠離外殼,如上所論述。因此,若懸垂外殼用於短側邊緣上,則在保形步驟期間可失去抽吸,因為在成形之形狀之短側邊緣與外殼之間的間隙將打開。因此,在第20圖之平面圖中,可看出模具602中之溝渠型真空線路634與外殼608間隔開,但不能沿著長側邊緣看到真空線路,因為外殼608懸於真空線路之上。真空線路634可距外殼(例如)1 mm至2 mm,或在0.5 mm與3 mm之間。然而,由完工之產品上之線路634形成的任何真空人工產物皆不太可能衝撞鏡子之有效區域。
根據本揭示內容之實施例,可達成所需之形狀準確度及良好表面品質,及進行具有與無過大之玻璃成形方法之額外浪費及花費的過大之玻璃成形之效能相同或更好之效能的真空成形。就成形品質而言,當使用根據本揭示內容之實施例的2D預成形件時,可經由真空成形保證所需成形品質,而在有效玻璃區域中無真空洞印痕,此係歸因於在成形表面之對應於有效玻璃區域之區域上不存在真空洞。此外,可獲得類似於甚至使用2D預成形件的過大玻璃真空成形之邊緣品質。此等優勢係可能的,而無在基於過大之成形中遇到之問題,諸如,不必要地增大裝備及模具之大小,或在成形後切割基板,此產生浪費且可帶來新缺陷。
可經由濺鍍、蒸鍍(例如,CVD、PVD)、電鍍或一般熟習此項技術者已知之其他塗佈或供應反射性表面之方法來在成形之產品上形成反射性表面。舉例而言,反射性表面可包括一或更多種金屬、金屬/陶瓷氧化物、金屬/陶瓷合金。該反射性塗層可包括鋁或銀。在使基板成形為彎曲或非球面形狀後,反射性表面形成於3D成形之基板上。然而,實施例不限於此次序,且預料到,3D鏡子可自具有反射性表面之2D預成形件形成。
基於玻璃之基板具有小於或等於3.0 mm、自約0.5 mm至約3.0 mm、自約0.5 mm至約1.0 mm或自約1.0 mm至約3.0 mm之厚度。
用於HUD系統中之鏡子的合適玻璃基板可為非強化玻璃片,或亦可為強化玻璃片。玻璃片(不管是強化或非強化)可包括鹼石灰玻璃、鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽或鹼鋁矽酸鹽玻璃。視情況,玻璃片可經熱強化。在將鹼石灰玻璃用作非強化玻璃片之實施例中,可使用習知裝飾材料及方法(例如,玻璃粉琺瑯及絲網印刷)。
合適玻璃基板可藉由離子交換製程來化學強化。在此製程中,通常藉由將玻璃片浸沒至熔融鹽浴內達預定時間週期,用來自鹽浴之較大金屬離子交換玻璃片之表面處或附近的離子。在一個實施例中,熔融鹽浴之溫度為約430℃,且預定時間週期為約八小時。較大離子至玻璃內之併入藉由在近表面區中創造壓縮應力來強化薄片。在玻璃之中央區內誘發對應的拉伸應力以平衡壓縮應力。
適合於形成玻璃基板之例示性離子可交換玻璃為鹼石灰玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃或鹼鋁硼矽酸鹽玻璃,但預料到其他玻璃組合物。如本文中所使用,「離子可交換」意謂玻璃能夠將位於玻璃之表面處或附近的陽離子與大小較大或較小之相同價的陽離子交換。一種例示性玻璃組合物包含SiO2 、B2 O3 及Na2 O,其中(SiO2 + B2 O3 )≥ 66莫耳%,且Na2 O ≥ 9莫耳%。在一實施例中,玻璃片包括至少6重量%氧化鋁。在再一實施例中,玻璃薄片包括一或更多種鹼土氧化物,使得鹼土氧化物之含量為至少5重量%。在一些實施例中,合適的玻璃組合物進一步包含K2 O、MgO及CaO中之至少一者。在一特定實施例中,玻璃可包含61-75莫耳% SiO2 ;7-15莫耳% Al2 O3 ;0-12莫耳% B2 O3 ;9-21莫耳% Na2 O;0-4莫耳% K2 O;0-7莫耳% MgO;及0-3莫耳% CaO。
適合於形成玻璃基板之再一例示性玻璃組合物包含:60-70莫耳% SiO2 ;6-14莫耳% Al2 O3 ;0-15莫耳% B2 O3 ;0-15莫耳% Li2 O;0-20莫耳% Na2 O;0-10莫耳% K2 O;0-8莫耳% MgO;0-10莫耳% CaO;0-5莫耳% ZrO2 ;0-1莫耳% SnO2 ;0-1莫耳% CeO2 ;少於50 ppm As2 O3 ;及少於50 ppm Sb2 O3 ;其中12莫耳% ≤ (Li2 O + Na2 O + K2 O) ≤ 20莫耳%且0莫耳% ≤ (MgO + CaO) ≤ 10莫耳%。
再一例示性玻璃組合物包含:63.5-66.5莫耳% SiO2 ;8-12莫耳% Al2 O3 ;0-3莫耳% B2 O3 ;0-5莫耳% Li2 O;8-18莫耳% Na2 O;0-5莫耳% K2 O;1-7莫耳% MgO;0-2.5莫耳% CaO;0-3莫耳% ZrO2 ;0.05-0.25莫耳% SnO2 ;0.05-0.5莫耳% CeO2 ;少於50 ppm As2 O3 ;及少於50 ppm Sb2 O3 ;其中14莫耳% ≤ (Li2 O + Na2 O + K2 O) ≤ 18莫耳%且2莫耳% ≤ (MgO + CaO) ≤ 7莫耳%。
在一特定實施例中,鹼鋁矽酸鹽玻璃包含鋁、至少一種鹼金屬,且在一些實施例中,大於50莫耳% SiO2 ,在其他實施例中,至少58莫耳% SiO2 ,且在再其他實施例中,至少60莫耳% SiO2 ,其中比率> 1,其中在該比率中,按莫耳%表達組分且改質劑為鹼金屬氧化物。在特定實施例中,此玻璃包含以下各者、基本上由以下各者組成或由以下各者組成:58-72莫耳% SiO2 ;9-17莫耳% Al2 O3 ;2-12莫耳% B2 O3 ;8-16莫耳% Na2 O;及0-4莫耳% K2 O 其中該比率> 1。
在另一實施例中,鹼鋁矽酸鹽玻璃包含以下各者、基本上由以下各者組成或由以下各者組成:61-75莫耳% SiO2 ;7-15莫耳% Al2 O3 ;0-12莫耳% B2 O3 ;9-21莫耳% Na2 O;0-4莫耳% K2 O;0-7莫耳% MgO;及0-3莫耳% CaO。
在又一實施例中,鹼鋁矽酸鹽玻璃基板包含以下各者、基本上由以下各者組成或由以下各者組成:60-70莫耳% SiO2 ;6-14莫耳% Al2 O3 ;0-15莫耳% B2 O3 ;0-15莫耳% Li2 O;0-20莫耳% Na2 O;0-10莫耳% K2 O;0-8莫耳% MgO;0-10莫耳% CaO;0-5莫耳% ZrO2 ;0-1莫耳% SnO2 ;0-1莫耳% CeO2 ;少於50 ppm As2 O3 ;及少於50 ppm Sb2 O3 ;其中12莫耳% ≤ (Li2 O + Na2 O + K2 O) ≤ 20莫耳%且0莫耳% ≤ (MgO + CaO) ≤ 10莫耳%。
在再一實施例中,鹼鋁矽酸鹽玻璃包含以下各者、基本上由以下各者組成或由以下各者組成:64-68莫耳% SiO2 ;12-16莫耳% Na2 O;8-12莫耳% Al2 O3 ;0-3莫耳% B2 O3 ;2-5莫耳% K2 O;4-6莫耳% MgO;及0-5莫耳% CaO,其中:66莫耳% ≤ SiO2 + B2 O3 + CaO ≤ 69莫耳%;Na2 O + K2 O + B2 O3 + MgO + CaO + SrO > 10莫耳%;5莫耳% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8莫耳%;(Na2 O + B2 O3 ) - Al2 O3 ≤ 2莫耳%;2莫耳% ≤ Na2 O - Al2 O3 ≤ 6莫耳%;及4莫耳% ≤ (Na2 O + K2 O) - Al2 O3 ≤ 10莫耳%。
在一些實施例中,化學強化以及非化學強化玻璃可按0-2莫耳%的選自包括Na2 SO4 、NaCl、NaF、NaBr、K2 SO4 、KCl、KF、KBr及SnO2 之群組的至少一種澄清劑分批。
在一個例示性實施例中,化學強化玻璃中之鈉離子可由來自熔融浴之鉀離子替換,但具有較大原子半徑之其他鹼金屬離子(諸如,銣或銫)可替換玻璃中之較小鹼金屬離子。根據一特定實施例,玻璃中之較小鹼金屬離子可由Ag+ 離子替換。類似地,可在離子交換過程中使用諸如(但不限於)硫酸鹽、鹵化物及類似者之其他鹼金屬鹽。
較小離子由較大離子在一溫度(在該溫度下,玻璃網路可鬆弛)下之替換產生跨玻璃之表面的離子之分佈,其導致應力分佈。傳入之離子之較大體積在表面上產生壓縮應力(CS),且在玻璃之中心產生拉伸(中央拉伸,或CT)。壓縮應力按以下關係與中央拉伸有關:

其中t 為玻璃片之總厚度,且DOL為交換深度,亦被稱作層深度。
根據各種實施例,包含離子交換之玻璃的玻璃基板可擁有一陣列所要的性質,包括低重量、高抗衝擊性及改良之聲音衰減。在一個實施例中,化學強化之玻璃片可具有至少300 MPa(例如,至少400 MPa、450 MPa、500 MPa、550 MPa、600 MPa、650 MPa、700 MPa、750 MPa或800 MPa)之表面壓縮應力、至少約20 μm(例如,至少約20 μm、25 μm、30 μm、35 μm、40 μm、45 μm或50 μm)之層深度及/或大於40 MPa(例如,大於40 MPa、45 MPa或50 MPa)但小於100 MPa(例如,小於100 MPa、95 MPa、90 MPa、85 MPa、80 MPa、75 MPa、70 MPa、65 MPa、60 MPa或55 MPa)之中央拉伸。
化學強化玻璃片之彈性模數可範圍自約60 GPa至85 GPa(例如,60 GPa、65 GPa、70 GPa、75 GPa、80 GPa或85 GPa)。若在具有聚合物中間層之基於玻璃之層壓板中使用,則玻璃片及聚合物中間層之彈性模數可影響所得玻璃層壓板結構之機械性質(例如,偏轉及強度)及聲學效能(例如,傳輸損失)。
合適的玻璃基板可藉由熱回火製程或退火製程來熱強化。熱強化玻璃片之厚度可小於約2 mm或小於約1 mm。
例示性玻璃片成形方法包括熔融拉延及槽拉製程,其各為下拉製程以及浮動製程之實例。此等方法可用以形成強化及非強化玻璃薄片。熔融拉延製程使用拉延箱,其具有用於接受熔融玻璃原材料之通道。該通道具有在通道之兩側上沿著通道之長度在頂部打開之堰。當通道用熔融材料填充時,熔融玻璃溢出堰。歸因於重力,熔融玻璃沿著拉延箱之外側表面流動。此等外側表面向下且向內延伸,使得其在拉延箱下方之邊緣處接合。兩個流動玻璃表面在此邊緣處接合以熔融且形成單一流動片。熔融拉延方法提供以下優勢:因為在通道上流動之兩個玻璃膜熔融在一起,所以所得玻璃片之任一外側表面皆不與裝置之任一部分接觸。因此,熔融拉延玻璃片之表面性質不受此接觸影響。
槽拉方法與熔融拉延方法截然不同。此處,將熔融原材料玻璃提供至拉延箱。拉延箱之底部具有開口槽,該開口槽具有延伸槽之長度的噴嘴。熔融玻璃流過槽/噴嘴,且經向下拉延作為連續片且至退火區內。槽拉製程可提供比熔融拉延製程薄的片,因為僅將單一片穿過槽拉延,而非將兩個片熔融在一起。
熔融拉延製程產生具有均勻厚度之玻璃片,其擁有相對原始之表面。因為玻璃表面之強度受到表面瑕疵之量及大小控制,所以已具有最小接觸之原始表面具有較高初始強度。當此高強度玻璃接著經化學強化時,所得強度可比已經研磨及拋光之表面之強度高。可將下拉玻璃拉延至小於約2 mm之厚度。此外,下拉玻璃具有非常平坦之平滑表面,其可在其最終應用中使用,而無成本高的研磨及拋光。
在浮動玻璃方法中,可由平滑表面及均勻厚度表征之玻璃片係藉由使熔融玻璃浮動於熔融金屬(通常,錫)之床上來製造。在一例示性製程中,饋入至熔融錫床之表面上的熔融玻璃形成浮動帶。隨著玻璃帶沿著錫浴流動,溫度逐漸降低,直至可將固體玻璃片自錫提升至輥上。一旦離開浴,玻璃片可進一步冷卻且經退火以減小內部應力。
在一些實施例中,本文中論述的實施例之例示性玻璃基板可用於具有抬頭顯示器(Head-Up Display或Heads-Up Display;HUD)系統之載具(汽車、飛機及類似者)中。根據一些實施例形成的熔融物之清晰性可優於藉由浮動製程形成之玻璃,以藉此提供更佳之駕駛體驗以及改良安全性,此係由於可更易於讀取資訊且及較少分心。非限制性HUD系統可包括投影儀單元、組合器及視訊產生電腦。例示性HUD中之投影單元可為(但不限於)具有凸透鏡或凹面鏡(在其焦點處具有顯示器(例如,光學波導、掃描雷射、LED、CRT、視訊成像術或類似者))之光學準直器。投影單元可用以產生所要的影像。在一些實施例中,該HUD系統亦可包括組合器或分光鏡以使來自投影單元的投影之影像改向以變化或更改視野及投影之影像。一些組合器可包括特殊塗層以反射投影於其上之單色光,同時允許其他波長之光穿過。在額外實施例中,組合器亦可彎曲以重新聚焦來自投影單元之影像。任一例示性HUD系統亦可包括處理系統以提供在投影單元與可應用載具系統之間的介面,自該介面可接收、操縱、監視及/或顯示資料。一些處理系統亦可用以產生待由投影單元顯示之畫像或符號。
使用此例示性HUD系統,可藉由將來自HUD系統之影像投影至基於玻璃之鏡基板的面向內部之表面上來創造資訊(例如,數字、影像、方向、措詞或其他)之顯示。鏡子可接著將影像改向使得其在駕駛者之視野中。
根據一些實施例的例示性玻璃基板可因此提供用於鏡子之薄原始表面。在一些實施例中,可將熔融拉延之Gorilla玻璃用作玻璃基板。此玻璃不含有藉由浮動製程製造之習知玻璃(例如,鹼石灰玻璃)通常有之任何浮動線。
根據本揭示內容之實施例的HUD可用於利用本文中描述之例示性玻璃基板的汽車載具、飛機、合成視覺系統及/或面具顯示器(例如,頭戴式顯示器,諸如,護目鏡、面具、頭盔及類似者)中。此等HUD系統可經由玻璃層壓結構在駕駛者前方投影關鍵資訊(速度、燃料、溫度、轉彎信號、導航、警告訊息等)。
根據一些實施例,本文中描述之HUD系統可使用用於曲率半徑、折射率及入射角之標稱HUD系統參數(例如,曲率半徑Rc = 8301 mm,至光源之距離:Ri = 1000 mm,折射率n = 1.52,且入射角θ = 62.08°)。
本揭示內容之態樣1係關於一種形成用於一抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)之一曲面鏡之方法,該方法包含:提供一鏡子預成形件,該鏡子預成形件包括一第一主表面、與該第一主表面相對之一第二主表面及連接該第一主表面與該第二主表面之一次表面,該鏡子預成形件具有一中央部分及包圍該中央部分之一周邊部分;將該鏡子預成形件安置於具有面向該第二主表面之一凹表面的一模具上及包圍該次表面之至少一部分的一外殼內,一空間界定於該凹表面與該第二主表面之間,其中該空間之一周界由該外殼界限,該模具包含在該周邊部分下的沿著該凹表面之一周邊之一溝渠型真空線路;經由該溝渠型真空線路將真空壓力提供至該空間以使該鏡子預成形件與該凹表面保形。
本揭示內容之態樣2係關於態樣1之方法,其中將該鏡子預成形件安置於該外殼內包含首先將該鏡子預成形件安置於該模具上,且接著將該外殼定位於該模具上及該鏡子預成形件周圍。
本揭示內容之態樣3係關於態樣1或態樣2之方法,其中該次表面包含第一及第二縱向側表面,以及第一及第二橫向側表面,且其中該外殼包含與該鏡子預成形件之該第一及該第二縱向側表面緊密保形之第一及第二縱向側表面,且亦包含與該鏡子預成形件之該第一及該第二橫向側表面緊密保形之第一及第二橫向側表面。
本揭示內容之態樣4係關於前述態樣中任一項之方法,其中該鏡子預成形件之該中央部分包含經配置以反射待由該HUD之一使用者檢視之一影像的該曲面鏡之一有效區域。
本揭示內容之態樣5係關於前述態樣中任一項之方法,其中該鏡子預成形件之該中央部分包含一反射性表面。
本揭示內容之態樣6係關於前述態樣中任一項之方法,其中該凹表面為一非球形表面。
本揭示內容之態樣7係關於前述態樣中任一項之方法,其中當該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形前處於一二維狀態中時如在該次表面與該外殼之間量測之一距離a大於0 mm且小於2 mm。
本揭示內容之態樣8係關於前述態樣中任一項之方法,其中該次表面之一面在遠離該外殼之一方向上在保形後的與一第二位置保形前自一第一位置移動,該面自該第一位置移動一段距離b至該第二位置。
本揭示內容之態樣9係關於前述態樣中任一項之方法,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達為至少0.5 mm之一段距離c。
本揭示內容之態樣10係關於前述態樣中任一項之方法,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達不大於3 mm之一段距離c。
本揭示內容之態樣22係關於態樣9或態樣10之方法,其中該溝渠型真空線路距該外殼一段距離x,其中x = a + b + c。
本揭示內容之態樣12係關於前述態樣中任一項之方法,其中該溝渠型真空線路之一寬度小於或等於1.0 mm。
本揭示內容之態樣13係關於前述態樣中任一項之方法,其中該溝渠型真空線路之一寬度大於或等於0.3 mm。
本揭示內容之態樣14係關於前述態樣中任一項之方法,其中該溝渠型真空線路之一深度小於或等於在所述彎曲表面處的該模具之厚度之一半。
本揭示內容之態樣15係關於前述態樣中任一項之方法,進一步包含在不在該曲面鏡之該有效區域中留下任何真空抽吸人工產物之情況下形成該曲面鏡。
本揭示內容之態樣16係關於前述態樣中任一項之方法,進一步包含在使該鏡子預成形件保形後,在該第一主表面上提供一反射性表面。
本揭示內容之態樣17係關於一種根據態樣1至16中任一項之方法形成之曲面鏡。
本揭示內容之態樣18係關於一種用於形成一抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)之一曲面鏡之模製設備,包含:一下部模具,其包含具有用於使一鏡子預成形件塑形成一非球面鏡之一非球面形狀的一彎曲表面;及一溝渠型真空線路,其安置於該彎曲表面之一周邊部分中,該溝渠型真空線路經配置以將真空壓力供應至該彎曲表面與該鏡子預成形件之間的區域空間;及一外殼,其安置於該模具之上以在塑形期間包圍該鏡子預成形件,該外殼包含當該鏡子預成形件安置於該下部模具上時自該彎曲表面延伸至該鏡子預成形件之至少一高度的一實質上垂直表面,該垂直表面包圍該空間之一周邊;其中該外殼經定大小以當置放於該下部模具上時包圍該鏡子預成形件,及包圍該溝渠型真空線路,該溝渠型真空線路安置於該鏡子預成形件之一周邊部分下方。
本揭示內容之態樣19係關於態樣18之模製設備,進一步包含經配置以將一真空供應至該溝渠型真空線路之一壓力調節系統。
本揭示內容之態樣20係關於態樣18或態樣19之模製設備,其中當該鏡子預成形件經塑形以與該彎曲表面保形時,自該實質上垂直壁至該溝渠型真空線路之一距離大於自該實質上垂直壁至該鏡子預成形件之一距離。
本揭示內容之態樣21係關於態樣18至20中任一項之模製設備,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達至少0.5 mm之一段距離c。
本揭示內容之態樣22係關於態樣18至21中任一項之模製設備,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達不大於3 mm之一段距離c。
本揭示內容之態樣23係關於態樣18至22中任一項之模製設備,其中該鏡子預成形件之一邊緣與該外殼之間的一距離a為2 mm或更小。
本揭示內容之態樣24係關於態樣18至23中任一項之模製設備,其中該鏡子預成形件之一邊緣與該外殼之間的一距離a大於0 mm且小於2 mm。
本揭示內容之態樣25係關於態樣18至24中任一項之模製設備,其中該溝渠型真空線路之一寬度在約0.3 mm與1.0 mm之間。
本揭示內容之態樣26係關於態樣18至25中任一項之模製設備,其中該溝渠型真空線路之一深度小於該下部模具之厚度之一半。
本揭示內容之態樣27係關於一種形成用於一抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)系統之一三維鏡子之方法,該方法包含:提供一鏡子預成形件,其包含一第一主表面、與該第一主表面相對之一第二主表面及連接該第一主表面與該第二主表面之一次表面,該次表面包含彼此相對之第一及第二縱向側表面及連接該等縱向側表面之第一及第二橫向側表面;在具有一凹表面之一模具上安置該鏡子預成形件,使得該第二主表面面向該凹表面,該模具具有沿著該模具之一周邊形成於該彎曲表面中之一或更多個開口;在該模具上安置一外殼使得一外殼之一實質上垂直壁包圍該鏡子預成形件之該次表面,該外殼在該模具之至少一側上懸掛於該等開口上,使得沿著該等開口之至少一部分在該彎曲表面與該外殼之底部之間存在一間隙;及將一真空供應至該等開口以使該鏡子預成形件與該凹表面保形。
本揭示內容之態樣28係關於態樣27之方法,其中該間隙小於該鏡子預成形件之一厚度。
本揭示內容之態樣29係關於態樣27或態樣28之方法,其中該外殼之該縱向壁防止在處於該第一及該第二縱向側表面與該凹表面之間及處於該第一及該第二橫向側表面與該凹表面之間的一空間之一部分處的該真空之洩漏。
本揭示內容之態樣30係關於態樣27至29中任一項之方法,其中該模具之該凹表面包含用於在該模具之一縱向方向上伸展之一第一曲率的一第一曲率半徑,及用於在該模具之一橫向方向上伸展之一第二曲率的一第二曲率半徑,該第二曲率半徑大於該第一曲率半徑。
本揭示內容之態樣31係關於態樣27至30中任一項之方法,其中該凹表面經塑形使得在保形期間,該鏡子預成形件之該第一與該第二縱向側表面之間的一距離減小小於該鏡子預成形件之該第一與該第二橫向側表面之間的一距離。
本揭示內容之態樣32係關於態樣27至31中任一項之方法,其中該外殼之一橫向壁防止在處於該第一橫向側表面與該凹表面之間及處於該第二橫向側表面與該凹表面之間的該間隙之一部分處的該真空之洩漏。
本揭示內容之態樣33係關於態樣27至32中任一項之方法,其中該外殼與該次表面之間的間空小於約0.5 mm。
本揭示內容之態樣34係關於態樣27至33中任一項之方法,其中該第一及該第二橫向側表面中之至少一者之該彎曲形狀包含一單一彎曲半徑。
本揭示內容之態樣35係關於態樣27至34中任一項之方法,其中該第一及該第二橫向側表面中之至少一者之該彎曲形狀包含一樣條曲線。
本揭示內容之態樣36係關於態樣27至35中任一項之方法,其中在使該第二鏡表面保形後該三維鏡子未切割,使得用於該HUD系統之該三維鏡子具有為凹形之一第一主表面、與該第一主表面相對之一第二主表面及連接該第一與該第二主表面之一次表面,該次表面對應於該玻璃預成形件之該次表面。
本揭示內容之態樣37係關於態樣27至36中任一項之方法,其中該第一主表面之至少一部分為一反射性表面。
本揭示內容之態樣38係關於態樣37之方法,其中該反射性表面包含安置於該第一主表面上之一金屬層。
本揭示內容之態樣39係關於態樣38之方法,其中該金屬層包含鋁。
本揭示內容之態樣40係關於態樣27至39中任一項之方法,其中該使該第二主表面與該模具之該凹表面保形係在低於該鏡子預成形件之玻璃轉化溫度之一溫度下執行。
本揭示內容之態樣41係關於態樣40之方法,其中該溫度比該鏡子預成形件之該玻璃轉化溫度低約5℃至30℃。
本揭示內容之態樣42係關於態樣41之方法,其中該溫度比該鏡子預成形件之該玻璃轉化溫度低約10℃至20℃。
本揭示內容之態樣43係關於態樣27至42中任一項之方法,進一步包含在該使該第二主表面與該凹表面保形後在該第一主表面上形成一反射性表面。
本揭示內容之態樣44係關於一種用於形成一抬頭顯示器(Heads-Up Display; HUD)之一曲面鏡之模製設備,包含:一模具,其包含用於使一鏡子預成形件塑形成一彎曲形狀之一凹表面;及一溝渠型真空線路,其安置於該彎曲表面之一周邊部分中,該溝渠型真空線路經配置以將真空壓力供應至該彎曲表面與該鏡子預成形件之間的區域空間;及一外殼,其安置於該模具之上以在塑形期間包圍該鏡子預成形件,該外殼包含當該鏡子預成形件安置於該下部模具上時自該彎曲表面延伸至該鏡子預成形件之至少一高度的一實質上垂直表面,該垂直表面包圍該空間之一周邊,其中該外殼在該模具之至少一側上懸掛於該溝渠型真空線路上,使得沿著該等開口之至少一部分在該彎曲表面與該外殼之底部之間存在一間隙。
本揭示內容之態樣45係關於態樣44之模製設備,其中該間隙小於該鏡子預成形件之一厚度。
本揭示內容之態樣46係關於態樣44或態樣45之模製設備,其中該外殼之該縱向壁防止在處於該第一及該第二縱向側表面與該凹表面之間及處於該第一及該第二橫向側表面與該凹表面之間的一空間之一部分處的該真空之洩漏。
本揭示內容之態樣47係關於態樣44至46中任一項之模製設備,其中該模具之該凹表面包含用於在該模具之一縱向方向上伸展之一第一曲率的一第一曲率半徑,及用於在該模具之一橫向方向上伸展之一第二曲率的一第二曲率半徑,該第二曲率半徑大於該第一曲率半徑。
本揭示內容之態樣48係關於態樣44至47中任一項之模製設備,其中該外殼與該次表面之間的間空小於約0.5 mm。
儘管此描述可包括許多細節,但不應將此等解釋為對其範疇之限制,而相反地,應解釋為可特別針對特定實施例的特徵之描述。至此已在單獨實施例之上下文中描述的某些特徵亦可組合實施於單一實施例中。相反地,在單一實施例之上下文中描述的各種特徵亦可單獨地或按任何合適子組合實施於多個實施例中。此外,儘管特徵可在以上描述為按某些組合作用且可甚至一開始如此主張,但來自主張之組合的一或更多個特徵在一些情況中可自該組合刪去,且主張之組合可針對子組合或子組合之變化。
類似地,儘管在圖式或圖中按特定次序描繪操作,但不應將此理解為需要按所展示之特定次序或依序執行此等操作或應執行所有說明之操作來達成合乎需要之結果。在某些情況中,多任務及並行處理可為有利的。
本文中可將範圍表達為自「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值。在表達此範圍時,實例包括自該一個特定值及/或至另一特定值。類似地,當將值表達為近似值時,藉由使用先行詞「約」,應理解,該特定值形成另一態樣。應進一步理解,該等範圍中之每一者之端點關於另一端點及獨立於另一端點皆為重要的。
亦注意,本文中之敘述提及本揭示內容之一部件經「配置以」或「調適成」按特定方式發揮功能。在此方面,此部件經「配置以」或「調適成」體現特定性質,或以特定方式發揮功能,其中此等敘述為如與意欲之用途之敘述相對之結構敘述。更特定言之,本文中對部件經「配置以」或「調適成」表示部件之現有實體狀況之方式的參考應被看作該部件之結構特性之明確敘述。
如由圖中說明之各種組態及實施例展示,已描述用於抬頭顯示器的各種基於玻璃之結構。
儘管已描述本揭示內容之較佳實施例,但應理解,描述之實施例僅為說明性,且當符合熟習此項技術者自此處之細讀自然想到之等效內容、許多變化及修改之完全範圍時,本發明之範疇應僅由所附申請專利範圍定義。
102‧‧‧可程式化圖形單元(PGU)
103‧‧‧影像源
104‧‧‧平面鏡
106‧‧‧彎曲鏡
108‧‧‧擋風玻璃
110‧‧‧儀錶盤
112‧‧‧投影區域
208‧‧‧組合器
210‧‧‧儀錶盤
300‧‧‧2D鏡子預成形件
302‧‧‧3D鏡子
310‧‧‧模具
312‧‧‧成形表面
313‧‧‧導木
314‧‧‧真空洞
400‧‧‧3D鏡子
402‧‧‧長側邊緣
404‧‧‧短側邊緣
406‧‧‧二維平面
408‧‧‧反射性表面
410‧‧‧長軸
420‧‧‧鏡子預成形件
420'‧‧‧3D鏡子
422‧‧‧短側邊緣
424‧‧‧長側邊緣
430‧‧‧成形模具
432‧‧‧成形表面
434‧‧‧間隙
434'‧‧‧間隙
436‧‧‧間隙
438‧‧‧內部真空洞
439‧‧‧真空洞
450‧‧‧模具
452‧‧‧成形表面
454‧‧‧溝渠型真空線路
455‧‧‧真空洞
456‧‧‧真空洞
500‧‧‧外殼
502‧‧‧短側壁
503‧‧‧短側壁
504‧‧‧長側壁
505‧‧‧長側壁
520‧‧‧鏡子預成形件
520'‧‧‧成形之形狀
530‧‧‧外殼
534‧‧‧真空洞
552‧‧‧成形表面
600‧‧‧外殼
602‧‧‧模具
620‧‧‧預成形件
620'‧‧‧成形之產品
630‧‧‧模具
634‧‧‧溝渠型真空線路
635‧‧‧溝渠型真空線路
652‧‧‧成形表面
V‧‧‧載具
D‧‧‧駕駛者
W‧‧‧轉向盤
Ra‧‧‧曲率半徑
Rb‧‧‧曲率半徑
Rc‧‧‧曲率半徑
Rd‧‧‧曲率半徑
c‧‧‧距離
x'‧‧‧距離
為了說明之目的,存在目前較佳的在圖式中展示之形式,然而,應理解,本文中揭示及論述之實施例不限於展示之精確佈置及手段。
第1圖為根據本揭示內容之一些實施例的在載具中之HUD系統之圖示。
第2圖為根據一些實施例的當使用第1圖之HUD系統時的汽車駕駛者之視點之圖示。
第3圖為根據本揭示內容之一些實施例的在一些HUD系統中使用之組合器之相片。
第4圖為根據一些實施例的當使用具有類似於第3圖中圖示之組合器的組合器之HUD系統時的汽車駕駛者之視點之圖示。
第5圖為根據一些實施例的2D鏡子預成形件及自該2D鏡子預成形件形成之所得非球面鏡之平面圖。
第6圖為在彎曲模具上的2D鏡子預成形件之等角視圖。
第7圖為自線A-A之角度的第6圖之部分橫截面圖。
第8圖為自線B-B之角度的第6圖之部分橫截面圖。
第9圖為對應於在經歷3D成形步驟前之2D預成形件及在經歷該成形步驟後之3D鏡子的2D參考平面之示意性表示。
第10圖為用於根據一些實施例的HUD系統之非球面鏡之等角示意圖。
第11圖為圖示預成形件之邊緣與模具之間的間隙之在成形模具上的2D鏡子預成形件之等角視圖。
第12圖為在成形期間在成形模具與預成形件之邊緣之間的間隙之橫截面示意圖。
第13A圖及第13B圖分別為根據一些實施例的具有溝渠型真空洞之真空模具之等角視圖及平面圖。
第14A圖及第14B圖分別為第13A圖及第13B圖之真空模具之詳細俯視圖及仰視圖。
第15A圖及第15B圖為根據一些實施例的外殼總成之等角視圖。
第16A圖及第16B圖分別為根據一些實施例的在成形模具上的第15B圖之矩形鏡子預成形件之長側及短側邊緣之橫截面圖。
第17A圖及第17B圖圖示根據一些實施例的在與模具保形前及後之在成形模具上的鏡子預成形件之邊緣之橫截面圖。
第18A圖及第18B圖為示例曲面鏡之相片,具有根據習知技術形成之頂部鏡及所得邊緣失真,及根據本揭示內容之實施例形成之底部鏡且具有改良之邊緣光學器件。
第19A圖為根據本揭示內容之另一實施例的成形之鏡基板、成形模具及外殼之等角部分橫截面圖。
第19B圖為自由線C-C展示之角度的第19A圖之部分橫截面之側視圖。
第20圖為第19A圖及第19B圖之鏡子預成形件、外殼及模具之平面圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)

Claims (30)

  1. 一種形成用於一抬頭顯示器(HUD)之一曲面鏡之方法,該方法包含以下步驟: 提供一鏡子預成形件,該鏡子預成形件包含一第一主表面、與該第一主表面相對之一第二主表面及連接該第一主表面與該第二主表面之一次表面,該鏡子預成形件具有一中央部分及包圍該中央部分之一周邊部分;將該鏡子預成形件安置於具有面向該第二主表面之一凹表面的一模具上及包圍該次表面之至少一部分的一外殼內,一空間界定於該凹表面與該第二主表面之間,其中該空間之一周界由該外殼界限,該模具包含在該周邊部分下的沿著該凹表面之一周邊之一溝渠型真空線路;經由該溝渠型真空線路將真空壓力提供至該空間以使該鏡子預成形件與該凹表面保形。
  2. 如請求項1所述之方法,其中將該鏡子預成形件安置於該外殼內之步驟包含以下步驟:首先將該鏡子預成形件安置於該模具上,且接著將該外殼定位於該模具上及該鏡子預成形件周圍。
  3. 如請求項1所述之方法,其中該次表面包含第一及第二縱向側表面,以及第一及第二橫向側表面, 且其中該外殼包含與該鏡子預成形件之該第一及該第二縱向側表面緊密保形之第一及第二縱向側表面,且亦包含與該鏡子預成形件之該第一及該第二橫向側表面緊密保形之第一及第二橫向側表面。
  4. 如請求項1所述之方法,其中該鏡子預成形件之該中央部分包含經配置以反射待由該HUD之一使用者檢視之一影像的該曲面鏡之一有效區域。
  5. 如請求項1所述之方法,其中該鏡子預成形件之該中央部分包含一反射性表面。
  6. 如請求項1所述之方法,其中該凹表面為一非球形表面。
  7. 如請求項1所述之方法,其中當該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形前處於一二維狀態中時如在該次表面與該外殼之間量測之一距離a 大於0 mm且小於2 mm。
  8. 如請求項1所述之方法,其中該次表面之一面在遠離該外殼之一方向上在保形後的與一第二位置保形前自一第一位置移動,該面自該第一位置移動一段距離b 至該第二位置。
  9. 如請求項1所述之方法,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達為至少0.5 mm之一段距離c
  10. 如請求項1所述之方法,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達不大於3 mm之一段距離c
  11. 如請求項9所述之方法,其中該溝渠型真空線路距該外殼一段距離x ,其中x =a +b +c
  12. 如請求項1所述之方法,其中該溝渠型真空線路之一寬度小於或等於1.0 mm。
  13. 如請求項1所述之方法,其中該溝渠型真空線路之一寬度大於或等於0.3 mm。
  14. 如請求項1所述之方法,其中該溝渠型真空線路之一深度小於或等於在所述彎曲表面處的該模具之厚度之一半。
  15. 如請求項1所述之方法,進一步包含以下步驟:在不在該曲面鏡之該有效區域中留下任何真空抽吸人工產物之情況下形成該曲面鏡。
  16. 如請求項1所述之方法,進一步包含以下步驟:在使該鏡子預成形件保形後,在該第一主表面上提供一反射性表面。
  17. 一種根據請求項1至16中任一項之方法形成之曲面鏡。
  18. 一種形成用於一抬頭顯示器(HUD)之一曲面鏡之模製設備,包含: 一下部模具,其包含具有用於使一鏡子預成形件塑形成一非球面鏡之一非球面形狀的一彎曲表面;一溝渠型真空線路,其安置於該彎曲表面之一周邊部分中,該溝渠型真空線路經配置以將真空壓力供應至該彎曲表面與該鏡子預成形件之間的區域空間;及安置於該模具之上以在塑形期間包圍該鏡子預成形件之一外殼,該外殼包含一實質上垂直表面,當該鏡子預成形件安置於該下部模具上時,該垂直表面自該彎曲表面延伸至該鏡子預成形件之至少一高度,該垂直表面包圍該空間之一周邊;其中該外殼經定大小以當置放於該下部模具上時包圍該鏡子預成形件,及包圍該溝渠型真空線路,該溝渠型真空線路安置於該鏡子預成形件之一周邊部分下方。
  19. 如請求項18所述之模製設備,進一步包含經配置以將一真空供應至該溝渠型真空線路之一壓力調節系統。
  20. 如請求項18所述之模製設備,其中當該鏡子預成形件經塑形以與該彎曲表面保形時,自該實質上垂直壁至該溝渠型真空線路之一距離大於自該實質上垂直壁至該鏡子預成形件之一距離。
  21. 如請求項18所述之模製設備,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達為至少0.5 mm之一段距離c
  22. 如請求項18所述之模製設備,其中該鏡子預成形件在與該彎曲表面保形時延伸出該溝渠型真空線路達不大於3 mm之一段距離c
  23. 如請求項18所述之模製設備,其中該鏡子預成形件之一邊緣與該外殼之間的一距離a 為2 mm或更小。
  24. 如請求項18所述之模製設備,其中該鏡子預成形件之一邊緣與該外殼之間的一距離a 大於0 mm且小於2 mm。
  25. 如請求項18所述之模製設備,其中該溝渠型真空線路之一寬度在約0.3 mm與1.0 mm之間。
  26. 如請求項18所述之模製設備,其中該溝渠型線路之一深度小於該下部模具之厚度之一半。
  27. 一種形成用於一抬頭顯示器(HUD)之一曲面鏡之模製設備,包含: 一模具,其包含用於使一鏡子預成形件塑形成一彎曲形狀之一凹表面;一溝渠型真空線路,其安置於該彎曲表面之一周邊部分中,該溝渠型真空線路經配置以將真空壓力供應至該彎曲表面與該鏡子預成形件之間的區域空間;及安置於該模具之上以在塑形期間包圍該鏡子預成形件之一外殼,該外殼包含一實質上垂直表面,當該鏡子預成形件安置於該下部模具上時,該垂直表面自該彎曲表面延伸至該鏡子預成形件之至少一高度,該垂直表面包圍該空間之一周邊,其中該外殼在該模具之至少一側上懸掛於該溝渠型真空線路上,使得沿著該等開口之至少一部分在該彎曲表面與該外殼之底部之間存在一間隙。
  28. 如請求項27所述之模製設備,其中該間隙小於該鏡子預成形件之一厚度。
  29. 如請求項27所述之模製設備,其中該外殼之該縱向壁防止在處於該第一及該第二縱向側表面與該凹表面之間及處於該第一及該第二橫向側表面與該凹表面之間的一空間之一部分處的該真空之洩漏。
  30. 如請求項27所述之模製設備,其中該模具之該凹表面包含用於在該模具之一縱向方向上伸展之一第一曲率的一第一曲率半徑,及用於在該模具之一橫向方向上伸展之一第二曲率的一第二曲率半徑,該第二曲率半徑大於該第一曲率半徑。
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