本發(fā)明涉及一種平視顯示系統(tǒng)和裝置。

背景技術(shù)：

平視顯示器或HUD為透明顯示器，其將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給裝置(比如車輛或部件)的操作者，而無需操作者將目光從給定視野移開。例如，當(dāng)駕駛員通過機(jī)動(dòng)車的擋風(fēng)玻璃筆直朝前看時(shí)，用于機(jī)動(dòng)車的HUD可以將速度計(jì)數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)據(jù)、燃料液位數(shù)據(jù)、和/或?qū)Ш綌?shù)據(jù)呈現(xiàn)給駕駛員。類似地，當(dāng)飛行員通過飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃或遮篷筆直朝前看時(shí)，用于飛機(jī)的HUD可以將高度、空速、航向和/或地平線呈現(xiàn)給飛行員。同樣地，用于頭盔、遮護(hù)件、護(hù)目鏡或眼鏡的HUD可以通過頭盔、遮護(hù)件、護(hù)目鏡或眼鏡的透鏡將圖像和/或文本呈現(xiàn)給佩戴者。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種平視顯示系統(tǒng)包括投影儀和透鏡，投影儀被配置用于發(fā)射具有第一強(qiáng)度的第一光線，透鏡具有面向投影儀的第一表面和與第一表面分隔開的第二表面。該透鏡被配置用于折射第一光線，以從第二表面發(fā)射第二光線和第三光線，第二光線具有小于第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度，第三光線平行于第二光線并且具有小于第二強(qiáng)度的第三強(qiáng)度。該平視顯示系統(tǒng)還包括固化膜，固化膜被設(shè)置在第一表面上并且由抗反射涂層組合物形成，其中固化膜被配置用于使第三強(qiáng)度最小化。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一光線和第一表面之間具有從0°至60°的入射角。進(jìn)一步地，第一強(qiáng)度為100任意單位，第二強(qiáng)度為至少93任意單位，第三強(qiáng)度為小于0.1任意單位。此外，第二光線形成具有第一照度的主圖像，第三光線形成相對(duì)于第二表面偏離該主圖像的重影圖像。該重影圖像具有小于第一照度的第二照度。第一照度與第二照度的比率為小于1∶0.02。

一種裝置包括擋風(fēng)玻璃和與擋風(fēng)玻璃隔開的操作者人眼窗口。該裝置還包括平視顯示系統(tǒng)，平視顯示系統(tǒng)被配置用于當(dāng)從操作者人眼窗口觀看時(shí)在擋風(fēng)玻璃處產(chǎn)生可見的主圖像。該平視顯示系統(tǒng)包括投影儀，投影儀被配置用于發(fā)射具有第一強(qiáng)度的第一光線。該平視顯示系統(tǒng)還包括透鏡，透鏡設(shè)置在擋風(fēng)玻璃和操作者人眼窗口之間并與擋風(fēng)玻璃和操作者人眼窗口隔開。該透鏡被配置用于折射第一光線，以從第二表面發(fā)射第二光線和第三光線，第二光線具有小于第一強(qiáng)度的第二強(qiáng)度，第三光線平行于第二光線并且具有小于第二強(qiáng)度的第三強(qiáng)度。該平視顯示系統(tǒng)還包括固化膜，固化膜被設(shè)置在第一表面上并且由抗反射涂層組合物形成，其中固化膜被配置用于使第三強(qiáng)度最小化。

當(dāng)將用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和最佳模式的下列詳細(xì)描述與附圖和所附權(quán)利要求書結(jié)合起來時(shí)，本發(fā)明的上述特征與優(yōu)點(diǎn)及其它特征與優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是包括平視顯示系統(tǒng)的裝置的側(cè)視圖的示意圖；

圖2是圖1的平視顯示系統(tǒng)的投影儀和透鏡的透視圖的示意圖；

圖3是沿剖面線3-3截取的圖2的透鏡的剖視圖的示意圖，其中固化膜設(shè)置在透鏡上；

圖4是圖3的固化膜的一個(gè)實(shí)施例的一部分的透視局部放大圖的示意圖；和

圖5是圖3的固化膜的另一個(gè)實(shí)施例的透視剖視圖的示意圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件，圖1和2中大致示出了用于裝置12的平視顯示系統(tǒng)10。平視顯示系統(tǒng)10可用于將數(shù)據(jù)(比如主圖像14)呈現(xiàn)給裝置12的操作者16，而無需操作者16將目光從給定視野移開。例如，裝置12可以為車輛，比如機(jī)動(dòng)車或飛機(jī)，或者可以為部件，比如頭盔或眼鏡。平視顯示系統(tǒng)10可通過透明元件比如擋風(fēng)玻璃18(圖1)、座艙蓋(未示出)、頭盔的遮護(hù)件(未示出)或者眼鏡的透鏡(未示出)將主圖像14投影。平視顯示系統(tǒng)10可呈現(xiàn)亮的、鮮明的以及清晰的圖像14(其基本不含可見重影)。即，如參照?qǐng)D3進(jìn)行描述，重影通常發(fā)生在重影圖像20(即，與主圖像14類似地成形并偏離或稍微離開主圖像14的次級(jí)圖像)對(duì)操作者16可見時(shí)。例如，重影圖像20通常出現(xiàn)在稍高于主圖像14。然而，本平視顯示系統(tǒng)10的任何重影圖像20難以覺察或者受抑制使得該平視顯示系統(tǒng)10呈現(xiàn)清晰的主圖像14。

如本文所使用，為了澄清，重影圖像20與擋風(fēng)玻璃重影圖像(未示出)不同。即，由于主圖像14反射離開擋風(fēng)玻璃18的外表面，故擋風(fēng)玻璃重影圖像可能出現(xiàn)，且可以通過例如層壓內(nèi)外擋風(fēng)玻璃層之間的楔形元件來糾正。本文所討論的重影圖像20來源于平視顯示系統(tǒng)10的透鏡46，正如下面更詳細(xì)描述的。

再次參照?qǐng)D1，在一個(gè)實(shí)施例中，裝置12可以為機(jī)動(dòng)車，比如客車或卡車?？蛇x地，裝置12可以為另一種車輛類型，比如但不限于工業(yè)車輛、娛樂非道路車輛、摩托車等等。裝置12包括擋風(fēng)玻璃18，其可被配置用于當(dāng)裝置12處于運(yùn)動(dòng)或使用中時(shí)保護(hù)操作者16免受碎片和/或濕氣影響。擋風(fēng)玻璃18可以由層壓在一起的多層(未示出)形成，且擋風(fēng)玻璃18可以將裝置12的內(nèi)客艙22與裝置12在其中運(yùn)作的外部環(huán)境24分開?？蛇x地，對(duì)于非汽車應(yīng)用，擋風(fēng)玻璃18可以為頭盔的遮護(hù)件、眼鏡或護(hù)目鏡的透鏡等等。無論如何，裝置12可具有最低表面26，擋風(fēng)玻璃18可與最低表面26隔開。

繼續(xù)參照?qǐng)D1進(jìn)行描述，裝置12還包括與擋風(fēng)玻璃18隔開的操作者人眼窗口28。當(dāng)操作者16通過擋風(fēng)玻璃18向前凝視時(shí)，操作者人眼窗口28可大致對(duì)應(yīng)于操作者16的頭部30在其中移動(dòng)的區(qū)域。即，操作者人眼窗口28可對(duì)應(yīng)于直接安裝在操作者16的前面的窗口，通過其操作者16可以觀看由平視顯示系統(tǒng)10呈現(xiàn)的主圖像14，而無需向上、向下、向左和/或向右傾斜和/或旋轉(zhuǎn)該頭部大于約20°。操作者人眼窗口28具有頂部32和設(shè)置在頂部32和裝置12的最低表面26之間的底部34。

再次參照?qǐng)D1，裝置12進(jìn)一步包括平視顯示系統(tǒng)10。平視顯示系統(tǒng)10被配置用于當(dāng)從操作者人眼窗口28觀看時(shí)在擋風(fēng)玻璃28處產(chǎn)生可見的主圖像14。

更具體地，如參照?qǐng)D3進(jìn)行的描述，平視顯示系統(tǒng)10包括投影儀36，其配置用于發(fā)射具有第一強(qiáng)度40的第一光線38。第一光線38可以為偏振光。特別地，第一光線38可具有s-偏振狀態(tài)或p-偏振狀態(tài)。

投影儀36可以是設(shè)置用于發(fā)射第一光線38的任何適當(dāng)?shù)墓庠?。例如，投影儀36可以包括光學(xué)器件，以聚焦、放大、折射和/或反射光線，且可以限定出一個(gè)或多個(gè)孔(未示出)。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，投影儀36可以從發(fā)光二極管發(fā)射第一光線38。第一光線38的第一強(qiáng)度40可以是例如100任意單位。如本文所用，術(shù)語任意單位是指相對(duì)的測(cè)量單位，其描述強(qiáng)度(比如第一強(qiáng)度40)與預(yù)定基準(zhǔn)測(cè)量值之間的比率。任意單位與給定環(huán)境中使用給定程序進(jìn)行的多個(gè)測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，并描述兩個(gè)數(shù)量之間的關(guān)系，比如第一強(qiáng)度40和第二強(qiáng)度42之間的關(guān)系，或者第一強(qiáng)度40和第三強(qiáng)度44之間的關(guān)系。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2和3，平視顯示系統(tǒng)10還包括透鏡46，其具有面向投影儀36的第一表面48和與第一表面48間隔開的第二表面50。也就是說，第一表面48可以設(shè)置成更靠近投影儀36，而第二表面50可以設(shè)置成更靠近操作者16。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡46可以具有組合器的特征，且可以設(shè)置在操作者16和擋風(fēng)玻璃18之間。透鏡46可以改變或折射從投影儀36投影的第一光線38，以使得操作者16可以同時(shí)看到通過擋風(fēng)玻璃18的視野以及主圖像14。

透鏡46可以由透明介質(zhì)材料形成，且可以具有根據(jù)平視顯示系統(tǒng)10的預(yù)期應(yīng)用的適當(dāng)厚度。更具體地，透明介質(zhì)材料在波長(zhǎng)為588nm時(shí)可以具有從1.45到1.6的折射率。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，透鏡46可以由聚甲基丙烯酸甲酯形成，且可以具有1.493的折射率。在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，透鏡46可以由聚碳酸脂形成，且可以具有1.589的折射率。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，透鏡46配置成用于折射第一光線38，以從第二表面50發(fā)射第二光線52以及與第二光線52平行的第三光線54。第一光線38可以由投影儀36投影在第一表面48處，以限定出入射角56。重要的是，由于透鏡46可以彎曲，因此第一光線38可以與第一表面48相交，并在其間限定出相對(duì)較高的入射角56。在一個(gè)實(shí)施例中，第一光線38和第一表面48可以限定出從0°到90°的入射角56，例如從0°到60°或從0°到55°或從0°到50°或從0°到45°或從0°到40°或從0°到35°或從0°到30°或從0°到25°或從0°到20°或從0°到15°或從0°到10°或從0°到5°。平視顯示系統(tǒng)10和透鏡46適合于相對(duì)較高的入射角56，其中第一光線38并不正對(duì)或垂直于第一表面48而透射通過第一表面48。

第二光線52具有小于第一強(qiáng)度40的第二強(qiáng)度42，且第三光線54具有小于第二強(qiáng)度42的第三強(qiáng)度44。也就是說，在第一光線38穿過第一表面48并進(jìn)入透鏡46時(shí)，透鏡46可以折射第一光線38，使得第二光線52從第二表面50射出，并具有較小的強(qiáng)度(即第二強(qiáng)度42)。例如，隨著第一光線38穿過第一表面48，第一光線38可以分成第一部分58和第二部分60。第一部分58可以從第一表面48透射通過透鏡46到第二表面50，第二部分60可以反射離開第一表面48。

進(jìn)一步，隨著第一部分58接觸第二表面50，第一光線38的第三部分62可以朝向第一表面48反射離開第二表面50。然后，第三部分62可以在第一表面48處分開，使得第一光線38的第四部分64從第一表面48發(fā)射，第五部分66朝向第二表面50反射離開第一表面48。隨著第五部分66接觸第二表面50，第五部分66可以分開，使得第三光線54從第二表面50發(fā)射，而第一光線38的第六部分68從第二表面50反射到第一表面48。

因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，第一表面48不僅折射第一光線38以形成第一部分58，而且將第一光線38反射離開第一表面48以形成第二部分60。進(jìn)一步，第二表面50透射第一部分58，使得透鏡46發(fā)射第二光線52，且第二表面50朝向第一表面48反射第三部分62。然后，第一表面48折射并發(fā)射第二部分60，并朝向第二表面50反射第五部分66。在第二表面50處，第三部分62從透鏡46發(fā)射，而第六部分68朝向第一表面48反射離開第二表面50。

隨著第一光線38傳輸通過透鏡46，第一強(qiáng)度40可能減弱。因此，第二光線52的第二強(qiáng)度42可以小于第一強(qiáng)度40，第三光線54的第三強(qiáng)度44可以小于第二強(qiáng)度42。作為非限制性實(shí)例，第二強(qiáng)度42可以是至少93任意單位或至少95任意單位，第三強(qiáng)度44可以小于0.1任意單位或小于0.05任意單位或小于0.04任意單位。當(dāng)?shù)诙?qiáng)度42小于93任意單位和/或第三強(qiáng)度44大于或等于0.1任意單位時(shí)，平視顯示系統(tǒng)10呈現(xiàn)的主圖像14可能模糊、失真、不清楚、和/或包括重影圖像20，如下文詳細(xì)的描述。

也就是說，如繼續(xù)參照?qǐng)D3所述，平視顯示系統(tǒng)10還包括設(shè)置在第一表面48上的固化膜70。固化膜70由抗反射涂層組合物形成，且配置成用于使第三光線54的第三強(qiáng)度44最小化。也就是說，固化膜70使重影圖像20最小化，使得平視顯示器呈現(xiàn)的主圖像14為清晰、明確、明亮的單個(gè)圖像。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，固化膜70可以設(shè)置在第一表面48和第二表面50上。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，固化膜70可以僅僅設(shè)置在第一表面48上而不會(huì)設(shè)置在第二表面50上。

固化膜70可以按任何適當(dāng)?shù)姆绞皆O(shè)置在第一表面48上。例如，可以將抗反射涂層組合物噴涂或滾涂在第一表面48上，然后烘烤，以形成固化膜70。固化膜70可以具有從35μm到65μm的厚度72(圖3)，例如從40μm到55μm或50μm。

在參照?qǐng)D4的一個(gè)所述非限制性實(shí)施例中，固化膜70可以具有蛾眼結(jié)構(gòu)74，其包括多個(gè)波峰76以及限定在多個(gè)波峰76的相鄰波峰之間的多個(gè)波谷78。也就是說，蛾眼結(jié)構(gòu)74可以模仿蛾眼的結(jié)構(gòu)，并可以干擾并使第一光線38的第二部分60(圖3)的反射最小化。蛾眼結(jié)構(gòu)74可以由卷對(duì)卷壓紋處理形成，使得固化膜70可復(fù)制且穩(wěn)定。例如，蛾眼結(jié)構(gòu)74可以使用標(biāo)準(zhǔn)工具壓紋處理成光聚合物，比如蛾眼結(jié)構(gòu)74的制造過程可以比諸如濺射涂覆、物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積等工藝相對(duì)更加穩(wěn)定。

抗反射涂層組合物可以特征在于1％的抗反射涂層組合物，使得固化膜70僅將1％的第一光線38反射離開第一表面48。相反，固化膜70可以確保第一部分58是第一光線38的99％，使得基于100任意單位的第一強(qiáng)度40，第二光線52具有的第二強(qiáng)度42至少為93任意單位。適當(dāng)?shù)目馆椛渫繉咏M合物的非限制性實(shí)例可以從日本東京的迪睿合公司購得。

重要的是，固化膜70還可以將第三光線54的第三強(qiáng)度44最小化。即，因?yàn)楣袒?0最小化第二部分60從第一表面48的反射，所以相對(duì)較多的光可以從第二表面50中發(fā)出作為第二光線52使得相對(duì)較少的光從第二表面50朝第一表面48反射，由此還最小化第三光線54的第三強(qiáng)度44。換言之，固化膜70可以被配置用于最小化第一光線38從第一表面48的反射，最大化第二強(qiáng)度42且最小化第三強(qiáng)度44。

因而，固化膜70可以最小化或抑制重影圖像20。更具體地說，如上文所述且參考圖3所述，第二光線52可以形成具有第一照度80的主圖像14。第三光線54可以形成相對(duì)于第二表面50偏離主圖像14的重影圖像20。重影圖像20可以具有小于第一照度80的第二照度82。

然而，因?yàn)槠揭曪@示系統(tǒng)10包括被設(shè)置在透鏡46上的固化膜70，所以第一照度80與第二照度82的比率可以小于1∶0.02。例如，比率可以小于1∶0.015。因此，固化膜70最小化第二照度82使得重影圖像20在從操作者人眼窗口28觀察時(shí)無法透過擋風(fēng)玻璃18而對(duì)操作者16可見。即，固化膜70可以顯著地降低第三強(qiáng)度44和第二照度82使得操作者16無法感知到重影圖像20。因而，主圖像14通過擋風(fēng)玻璃18而呈現(xiàn)為清楚的、單個(gè)明亮圖像。有利的是，當(dāng)從操作者人眼窗口28的頂部32觀察時(shí)重影圖像20在擋風(fēng)玻璃18處是不可見的。因此，即使對(duì)于相對(duì)較高的操作者16，平視顯示系統(tǒng)10也呈現(xiàn)清楚的、單個(gè)明亮主圖像14。

現(xiàn)在參考圖5，在另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，固化膜70可以具有包括第一多個(gè)層86的堆疊結(jié)構(gòu)84，這些層86各自被設(shè)置成鄰近于并且接觸第二多個(gè)層88中的相應(yīng)層。即，第二多個(gè)層88中的每一個(gè)可以夾在第一多個(gè)層86中的兩個(gè)層之間以形成堆疊結(jié)構(gòu)84的交替圖案。第一多個(gè)層86中的每一個(gè)可以由二氧化硅形成，且第二多個(gè)層88中的每一個(gè)可以由氧化鉭形成。堆疊結(jié)構(gòu)84可以包括例如總共九層86、88。用于形成具有堆疊結(jié)構(gòu)84的固化膜70的合適抗反射涂層組合物的非限制性實(shí)例可以從佛羅里達(dá)州木星島的業(yè)納光學(xué)系統(tǒng)(Jenoptik Optical Systems)有限責(zé)任公司商購，其商品名為

因此，平視顯示系統(tǒng)10在操作期間呈現(xiàn)清楚而又清晰的主圖像14。特定地說，被設(shè)置在第一表面48上的固化膜70通過將第一光線38透射通過透鏡46和通過最小化第一光線38的第二部分60從第一表面48的反射而最小化并且基本上消除重影圖像20?？狗瓷渫繉咏M合物的再生是經(jīng)濟(jì)而又簡(jiǎn)單的，且抗反射涂層組合物形成能夠抑制重影圖像20的固化膜70，即使對(duì)于以下情況也是如此：通常發(fā)生相對(duì)較高水平的反射的相對(duì)較高入射角56；具有s偏振狀態(tài)的光；和/或從操作者人眼窗口28的頂部32觀察主圖像14的相對(duì)較高操作者16。

雖然已詳細(xì)地描述了用于實(shí)行本公開的最佳模式，但是熟悉本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到用于實(shí)踐隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的本公開的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例。