[发明专利]用于杂散光伪影减轻的系统和方法

说明书

本发明公开了用于查看信息的显示系统，其包括玻璃窗；一个或多个全息光学元件，其反射三个或更多个离散波长范围内的光；以及一种或多种窄带吸收剂，其选择性地吸收与全息光学元件反射的波长相同的光。还公开了防止或减少由一个或多个全息光学元件的反射或透射引起的杂散光伪影的方法。

技术领域

本发明总体上涉及减轻平视显示系统中的杂散光伪影。

背景技术

在其最常见的形式中，平视显示器(HUD)汽车系统可以包括计算机化信号发生器、投影仪和用作投影图像的反射屏的夹层玻璃挡风玻璃系统。信号发生器生成的图像被馈送到投影仪，投影仪生成光图案，通过一系列镜子扩展和准直光图像，并以特别选择的角度将图像投影到挡风玻璃，旨在最大化地提高对驾驶员的反射强度。

当投影图像投射到挡风玻璃的内表面，即空气-玻璃界面时，它遇到折射率的显着变化，在驾驶员眼动范围的方向引起部分图像强度(光)从表面反射。该图像称为主图像，以视觉信息的形式传送到驾驶员的瞳孔。未在内玻璃表面反射的图像部分继续穿过PVB和玻璃，由于玻璃和聚合物夹层之间折射率的微小变化，折射角只有微小变化。一旦透射光到达外玻璃表面，它会在空气界面处遇到较大的折射率变化，并且一部分光会被反射回来。该反射图像通过层压材料返回，并且很大一部分从层压材料中出现并传播到驾驶员视线之外的点(因此看不见)。

然而，存在第二系列光线以从投影仪稍微不同的角度射出，其以相似的路径行进进出层压材料，该层压材料以一定角度反射，使得外玻璃表面的反射被驾驶员感知。这通常称为二次图像。当层压材料中的前后玻璃片基本上彼此平行时，感知到的主图像和二次图像会略微偏移，二次图像看起来是主图像的较低强度“重影”图像。

在大多数商业应用中，OEM使用楔形PVB夹层，其在内玻璃片和外玻璃片之间形成非平行角，以便使二次图像与第一图像对齐。这种技术非常有效，但在成本、层压复杂性和在当前车辆限制条件下驾驶员眼动范围受到的尺寸限制方面存在固有缺陷。因此，汽车行业一直在积极致力于开发无需楔形夹层即可创建清晰、无重影的HUD图像的方法。

熟悉全息技术的人已经提出使用包含嵌入挡风玻璃中的全息光学元件(HOE)的层来反射来自安装在仪表板上的投影仪的光。这种角度选择性反射元件仅反射从一组非常紧凑的角度进入的光，同时允许来自大多数其它角度的光通过。这种方案的结果将是一个挡风玻璃系统，该系统将反射来自仪表板投影仪系统的入射光，同时提供来自大多数其它角度的光不受阻碍地通过HOE。这将使驾驶员能够同时看到车外发生的事情，以及感知从投影仪投影的信息图像。

该领域的早期创新者已成功设计和生产原型HOE膜，该膜能够展示反射角度定向投影光的能力，同时保持以其它角度透射的能力。然而，在将他们的膜结合到成品挡风玻璃中时，他们都面临着保持所需光学特性的重大挑战。阻碍挡风玻璃集成基于HOE的HUD解决方案商业化的关键问题之一是不需要的二次杂散光伪影问题。这些伪影可以被视为：1)从车外的某些角度，从外部看是照明反射，通常是彩色的，以及(2)在内部是对车舱内感知到的外部透射光的变形。这样的伪影是不想要的，因为它们会产生不想要的美感并且会在车辆操作期间分散驾驶员的注意力。

为了理解光伪影的来源，必须首先理解用于投影光反射的HOE的全息产生的相位光栅是由光学透明材料产生的(尽管具有不同的折射率)。这些光栅可以产生具有全局或局部光修改特性，通常充当简单的镜子，但有时更类似于更复杂的透镜。它们旨在将入射角的窄宽度内的定制光谱重定向到驾驶员眼动范围中的第二组窄光角度，所有这些都发生在车辆内部(投影仪到挡风玻璃再到驾驶员)。定制光谱之外和反射角之外的光预计会通过光栅，几乎没有明显的修改，到达驾驶员。