УСТРОЙСТВО ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ ПРОЗРАЧНЫХ СТЕКОЛ
DISPLAY DEVICE FOR TRANSPARENT GLASS

Настоящее изобретение относится к области систем визуализации изображений, проецируемых на прозрачные экраны, в частности на автомобильные лобовые стекла или на стекла для зданий.
В частности, но не ограничительно, изобретение относится к области систем визуализации изображений, например систем визуализации на лобовом стекле, называемых в технике HUD, или Head Up Display. Такие системы визуализации изображений находят применение, в частности, для кабин экипажа самолета, в поездах, а также в настоящее время в гражданских автотранспортных средствах (легковые автомобили, грузовики и т.д.), а также для отображения информации на прозрачных панелях (торговые витрины, фасады…). В частности, изобретение касается устройств отображения на подложке с функцией стекла, характеризующихся получением реального изображения при помощи лазерного проектора.
В таких системах, как правило, стекло имеет многослойную структуру, в наиболее простом выполнении включающую в себя два листа прочного материала, таких как стеклянные листы. Листы прочного материала соединены между собой при помощи термоплавкого вставного листа, чаще всего выполненного из поливинилбутираля (ПВБ).
В настоящее время уже известны системы визуализации на лобовом стекле проецируемых изображений, которые отражаются в сторону водителя или наблюдателя. Эти системы позволяют, в частности, водителю получать информацию, не вынуждая его отводить взгляд от поля обзора перед транспортным средством, что позволяет значительно повысить безопасность вождения.
Раньше такое изображение получали посредством проецирования на лобовое стекло, имеющее многослойную структуру, то есть состоящее из двух стеклянных листов и вставки из пластического материала. Водитель воспринимает виртуальное изображение, которое находится на некотором расстоянии сзади лобового стекла. Однако в этом случае водитель видит два изображения: первое изображение, отраженное от поверхности лобового стекла, обращенной внутрь кабины, и второе изображение, отраженное от наружной поверхности лобового стекла, при этом оба изображения слегка смещены относительно друг друга. Это смещение может помешать просмотру информации. Чтобы решить эту проблему, было предложено решение в патенте US 5013134, описывающем систему визуализации на лобовом стекле с использованием многослойного лобового стекла, состоящего из двух стеклянных листов и вставки из поливинилбутираля (ПВБ), в котором две наружные стороны не являются параллельными, а образуют угол таким образом, чтобы изображение, проецируемое источником индикации и отраженное от стороны лобового стекла, обращенной в кабину, практически накладывалось на это же изображение, исходящее от того же источника и отраженное обращенной наружу стороной лобового стекла. Чтобы устранить двойное изображение, обычно многослойное стекло выполняют в виде угла, используя вставной лист, толщина которого уменьшается от верхнего края стекла к нижнему краю. Однако, необходимо, чтобы профиль ПВБ был очень равномерным и не имел перепадов толщины, так как они передаются во время соединения на лобовом стекле и приводят к локальным изменениям угла. При помощи такого способа пытаются максимизировать световое отражение на поверхности стекла, чтобы получить максимальную интенсивность сигнала, проецируемого на поверхность стекла. В патентной заявке ЕР 2131227, чтобы устранить явление двойного изображения на таком стекле, было предложено наносить на одну из сторон стеклянной подложки стекла антиотражающее покрытие, чтобы исключить отражение на одной из сторон и, следовательно, явление двойного изображения.
В альтернативном варианте в патенте US 6979499 В2 было предложено направлять падающий пучок соответствующей длины волны на люминофоры, встроенные непосредственно в стекло, выполненные с возможностью испускания светового излучения в области видимого света в ответ на возбуждение. Таким образом, на лобовом стекле получают реальное, а не виртуальное изображение. Кроме того, такое изображение могут наблюдать все пассажиры транспортного средства. В частности, в патенте US 6979499 В2 описано многослойное стекло с вставным листом типа поливинилбутираля (ПВБ), в котором обе наружные стороны являются параллельными и в которое включен дополнительный слой люминофоров. Выбор люминофоров зависит от длины волны падающего излучения возбуждения. Эта длина волны может находиться в ультрафиолетовой области или в инфракрасной области. Под действием этого падающего излучения люминофоры, в свою очередь, испускают излучение в области видимого света. При этом говорят о преобразовании с понижением, если падающее излучение является ультрафиолетовым, и о преобразовании с повышением, если падающее излучение является инфракрасным. Согласно этому документу такая конструкция позволяет напрямую воспроизводить на лобовом стекле изображение любого объекта. Согласно этому решению люминофорные материалы наносят на всю главную поверхность одного из листов (ПВБ или стекло), образующих многослойное стекло, в виде сплошного слоя, содержащего люминофоры разных типов. Необходимое изображение получают за счет селективного возбуждения определенной площади люминофорного слоя. Локализацию изображения и его форму получают при помощи источника возбуждения, управляемого и модулируемого внешними средствами.
Испытания, проведенные заявителем, показали, что такие устройства HUD, содержащие люминофоры в собранном стекле, отличаются слишком слабой яркостью при использовании обычного УФ-источника возбуждения. Для получения достаточной яркости и, следовательно, видимости сигнала, проецируемого на лобовое стекло, в частности, в условиях сильной инсоляции, необходимо использовать специальные световые источники, то есть генерирующие концентрированные пучки лучей, типа лазера или электролюминесцентного диода.
-2
-2
-2
-2
-2
В частности, можно использовать возбуждающие источники, генерирующие концентрированный и направленный УФ-свет, исходящий из более специфических источников типа лазерного диода. Под «концентрированным» в рамках настоящего описания следует, что на уровне стекла удельная поверхностная мощность пучка, исходящего из генерирующего источника, превышает 120 мВт⋅см и предпочтительно составляет от 200 мВт⋅см до 20 000 мВт⋅см и даже составляет от 500 мВт⋅см до 10 000 мВт⋅см.
В заявке WO2010/139889 описано использование люминофорного материала типа гидрокситерефталата, характеризующегося сильной яркостью, обеспечиваемой хорошим квантовым выходом под падающим УФ-возбуждением, и показывающего хорошую стойкость во время тестов на старение при лазерном УФ-возбуждении. В заявке WO2009/122094 описано применение слоя материала, известного как антиотражающий, для используемого возбуждающего излучения с целью улучшения визуального контраста пиктограммы, предварительно напечатанной в стекле, в условиях сильного внешнего освещения.
Однако использование таких источников можно предусматривать только при мощностях, остающихся ограниченными определенным потолком, чтобы избегать проблем, связанных с опасностью пучка, в первую очередь снаружи транспортного средства. В частности, при работе с длиной волны, близкой к 400 нм, можно избегать прохождения основной части лазерного излучения наружу, так как на этих длинах волны поливинилбутираль в значительной степени поглощает УФ-излучение.
Однако, как оказалось, падающее лазерное световое излучение является также очень опасным для пассажиров, находящихся в кабине, в частности для водителя транспортного средства, по причине отражения от стеклянных поверхностей лобового стекла. Такое отражение может привести к травме глаза и к ожогам находящихся в транспортном средстве людей. Это отражение, в частности, зеркальное отражение может быть относительно большим (порядка нескольких процентов), если учитывать, в частности, кривизну и наклон лобового стекла. Эта опасность является значительной, поскольку световой источник должен излучать очень мощное первоначальное излучение, чтобы водитель мог воспринимать информацию, достаточно контрастную для ее быстрого считывания.
Настоящее изобретение относится к устройству, позволяющему обеспечивать безопасность пассажиров, в частности, в рамках нормы IEC 60825-1 (касающейся безопасности установок, оборудованных лазером) и позволяющему в конечном итоге уменьшать интенсивность света падающего излучения, отражаемого подложкой с функцией стекла, в частности, в 10 и более раз.
В частности, заявитель установил, что такую безопасность системы можно обеспечить за счет специального выбора антиотражающего покрытия, в частности, за счет соответствующего выбора его материалов и их расположения.
Учет этих параметров в соответствии с заявленным способом позволяет существенно ограничить проблемы безопасности, связанные с использованием лазерного источника для визуализации изображения на стекле, в частности, на лобовом стекле или на витрине.
В связи с этим объектом настоящего изобретения является устройство визуализации реального изображения на стекле, которым оборудована кабина или фасад, при этом упомянутое устройство содержит:
- источник лазерного поляризованного поперечного магнитного монохроматического излучения с длиной волны от 380 до 410 нм, в частности от 395 до 410 нм, в частности близкой к 405 нм,
- упомянутое стекло, по меньшей мере один участок которого содержит люминофор, поглощающий упомянутое излучение, для повторного излучения света в области видимого спектра и для визуализации изображения,
при этом упомянутый источник излучения (то есть падающий пучок хроматического излучения) направлен к упомянутому участку упомянутого стекла и освещает его под средним углом θ относительно нормали к упомянутому стеклу.
Согласно изобретению, на своей стороне, обращенной к упомянутому источнику, стекло имеет антиотражающее покрытие, образованное набором из двух слоев, а именно:
x
y
x
y
1
- первого слоя, показатель оптического преломления которого при падающем монохроматическом излучении составляет примерно от 1,9 до 2,1 и предпочтительно от 1,95 до 2,10, в частности, выполненного из материала на основе оксида цинка, оксида олова, нитрида кремния, смешанного оксида цинка и олова (SnZnO), смешанного оксида кремния и циркония (SiZrO), причем этот первый слой имеет толщину Ер,
2
- второго слоя, показатель оптического преломления которого при падающем монохроматическом излучении составляет примерно от 1,5 до 1,6, в частности, по существу равен 1,54, в частности, выполненного из материала на основе оксида кремния, в случае необходимости дополнительно содержащего углерод и/или азот, и/или алюминий, причем этот второй слой имеет толщину Ер.
1
2
Соответствующие геометрические толщины Ер и Ер упомянутых слоев по существу равны:
- для первого слоя:
1
2
Ер=26+0,07(θ)-0,007(θ) (1)
- для второго слоя:
2
2
Ер=83-0,1(θ)+0,01(θ) (2).
В вышеуказанных формулах (1) и (2) θ выражается в градусах (°).
В идеале на своей стороне, обращенной к падающему излучению, стекло в соответствии с изобретением имеет показатель преломления, составляющий от 1,5 до 1,6, в частности, по существу равный 1,54, при упомянутом монохроматическом излучении.
В рамках настоящего изобретения под «стеклом» следует понимать разделительный элемент, содержащий по меньшей мере один стеклянный лист или стеклянную панель, а также любую прозрачную подложку, которую можно использовать вместо таких стеклянных панелей для обеспечения такой же функции, в частности, пластиковые листы, в частности, типа поликарбоната. Стекло в соответствии с изобретением, в частности, для применения в системе HUD, может представлять собой многослойное стекло, состоящее из двух подложек или стеклянных листов, соединенных при помощи пластиковой вставки, например, типа ПВБ.
В рамках настоящего изобретения под средним углом θ следует понимать среднее значение углов, образованных падающим пучком, излучаемым источником, на всей зоне сканирования, охватываемой лазерным излучением на упомянутом стекле, по отношению к нормали в каждой точке падения с учетом его кривизны и его наклона.
В рамках настоящего изобретения выражение «по существу равны» означает, что толщины упомянутых слоев равны или близки к точным значениям, полученным при применении двух предыдущих формул, то есть находятся в интервале между плюс или минус 5 нанометров и предпочтительно между плюс или минус 4 нанометра и даже в интервале между плюс или минус 3 нанометра вокруг упомянутого точного значения.
В рамках настоящего изобретения под выражениями «материал на основе» или «на основе чего-то» следует понимать, что слой в основном состоит из упомянутого материала, то есть, что он в основном содержит упомянутый материал (то есть, например, содержит не менее 80 мас.% упомянутого материала и даже не менее 90 мас.% упомянутого материала), однако все же может содержать другие материалы или соединения, но в количестве, ограниченном таким образом, чтобы их присутствие существенно не влияло на его показатель преломления или чтобы в любом случае этот показатель оставался в вышеупомянутых интервалах. Например, слои из нитрида или оксида кремния в соответствии с изобретением могут содержать значительную часть из алюминия, известным образом включенного в кремниевую мишень и первоначально используемого для получения упомянутого слоя при помощи технологий катодного напыления (при этом мишень, как правило, содержит примерно 8 мас.% алюминия).
Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления настоящего способа которые в случае необходимости можно комбинировать между собой:
- источник генерирует лазерное излучение, равное 405 нм.
- источник содержит по меньшей мере один лазерный диод.
- упомянутое стекло является многослойным стеклом типа автомобильного лобового стекла или стекла для здания, содержащим сборку по меньшей мере из двух прозрачных листов из неорганического стекла или из прочного органического материала, соединенных между собой при помощи вставки из термодеформируемого материала или при помощи многослойных листов, включающих в себя такую вставку, при этом упомянутый люминофорный материал включен в упомянутую вставку и обеспечивает упомянутую визуализацию.
- упомянутый источник излучения направлен в сторону упомянутого стекла под средним углом θ, составляющим от 0 до 50°, например от 0 до 40°, по отношению к нормали к упомянутому стеклу в точке падения.
- термодеформируемый материал упомянутой вставки выбирают из группы, в которую входят ПВБ, пластифицированные ПВХ, полиуретан ПУ или этиленвинилацетат ЭВА.
- первый слой выполнен на основе нитрида кремния.
- первый слой выполнен на основе смешанного оксида олова и цинка, в частности, в котором соотношение Sn/Zn составляет от 50/50 до 85/15, предпочтительно от 55/45 до 75/25.
x
- упомянутым люминофором является гидроксиалкилтерефталат R-OOC-Ф(OH)-COOR развернутой формулы:
,
в которой Ф обозначает бензольное кольцо, замещенное по меньшей мере одной гидроксигруппой (ОН), R является углеводородной цепью, содержащей от 1 до 10 атомов, и х равно 1 или 2, в частности, диэтил-2,5-дигидрокситерефталат.
Объектом настоящего изобретения является также кабина автотранспортного средства, содержащая описанное выше устройство визуализации, в частности, так называемое устройство визуализации на лобовом стекле (HUD), содержащее многослойное стекло и источник, излучающий пучок концентрированного и направленного излучения типа лазерного излучения, направляемый на участок упомянутого стекла, содержащий упомянутый люминофор.
Наконец, объектом настоящего изобретения является способ применения устройства визуализации реального изображения на стекле, которым оборудованы кабина или фасад, содержащего источник лазерного поляризованного поперечного магнитного монохроматического излучения с длиной волны от 380 до 410 нм, в частности от 395 до 410 нм, направленный к упомянутому или упомянутым участкам, и упомянутое стекло, по меньшей мере один участок которого содержит люминофор, поглощающий упомянутое излучение, для повторного излучения света в области видимого спектра и для визуализации изображения, при этом упомянутый источник излучения направлен к упомянутому стеклу и освещает его под средним углом θ относительно нормали к упомянутому стеклу, в котором на сторону стекла, обращенную к упомянутому источнику, наносят антиотражающее покрытие, образованное набором из двух слоев, а именно, начиная от подложки с функцией стекла, в частности, с показателем оптического преломления от 1,5 до 1,6, в частности по существу равным 1,54 при монохроматическом излучении:
1
- первого слоя, выполненного из материала на основе оксида цинка, оксида олова, нитрида кремния, оксида цинка и олова, оксида кремния и циркония, показатель оптического преломления которого при падающем монохроматическом излучении составляет примерно от 1,9 до 2,1 и предпочтительно от 1,95 до 2,10, причем этот первый слой имеет толщину Ер,
2
- второго слоя, выполненного из материала на основе оксида кремния, в случае необходимости, дополнительно содержащего углерод и/или азот, и/или алюминий, показатель оптического преломления которого при падающем монохроматическом излучении составляет примерно от 1,5 до 1,6, в частности, по существу равен 1,54, причем этот второй слой имеет толщину Ер.
1
2
Согласно этому способу соответствующие геометрические толщины Ер и Ер упомянутых слоев по существу равны:
- для первого слоя:
1
2
Ер=26+0,07(θ)-0,007(θ) (1)
- для второго слоя:
2
2
Ер=83-0,1(θ)+0,01(θ) (2).
Изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемую фиг. 1.
На этой фиг. 1 схематично показаны лобовое стекло и устройство, расположенное в кабине автотранспортного средства (не показано):
Лобовое стекло 1 состоит из двух листов 2 и 9, как правило, стеклянных листов, но может также состоять из листов прочного пластического материала типа поликарбоната. Между двумя листами находится вставной лист 3 из пластического материала, такого как ПВБ (поливинилбутираль), пластифицированный ПВХ, ПУ или ЭВА, или многослойный термопластический лист содержащий, например, ПЭТ (полиэтилентерефталат), в котором слои располагаются, например, в последовательности ПВБ/ПЭТ/ПВБ.
По меньшей мере на часть внутренней стороны вставного термопластического листа 3 до сборки различных листов нанесены частицы органического люминофора типа терефталата в соответствии с изобретением.
Частицы люминофора имеют размеры преимущественно в пределах от 1 до 100 микрон. Под «преимущественно» подразумевается, что более 90% частиц, составляющих выпускаемый в продажу порошок, имеют диаметр от 1 до 100 микрон. Предпочтительно частицы люминофора типа терефталата подвергают предварительной обработке, способствующей их внедрению в термопластический лист ПВБ. В частности, частицы предварительно пропитывают связующим на основе ПВБ.
Лазерный источник 4, излучающий световое излучение возбуждения, используют для направления падающего поляризованного поперечного магнитного концентрированного излучения 7 с длиной волны 405 нм на участок 10 лобового стекла, на котором необходимо получить реальное изображение. Источник или лазерный проектор содержит, например, поляризатор, позволяющий поляризовать падающий пучок таким образом, чтобы его электромагнитное поле было поперечным магнитным. В рамках настоящего изобретения под «поперечным магнитным» следует понимать соотношение поляризаций ТМ:ТЕ не менее 100:10, предпочтительно не менее 100:1 (ТМ: поперечное магнитное; ТЕ: поперечное электрическое).
По меньшей мере этот участок 10 стекла содержит соответствующий люминофор. Предпочтительно люминофор представляет собой гидротерефталат, описанный в заявке WO2010/139889, например, растворенный в молекулярной форме во вставном термопластическом листе 3. Люминофор имеет большой коэффициент поглощения падающего излучения. Затем он повторно излучает излучение в области видимого спектра, то есть излучение, близкое к 450 нм, с выходом, превышающим 80%.
Видимое излучение, излучаемое люминофором, может затем непосредственно восприниматься глазом 5 водителя, который наблюдает таким образом объект на лобовом стекле, не отводя глаз от дороги. Таким образом, изображение можно напрямую воспроизводить на многослойном лобовом стекле без какой-либо адаптации его структуры, например толщины вставного листа, что обеспечивает экономичное изготовление систем HUD.
Согласно изобретению источником, используемым для генерирования концентрированного излучения, предпочтительно является лазерный УФ-источник. Например, но не ограничительно он является твердотельным лазером, диодным полупроводниковым лазером, газовым лазером, лазером на красителях, эксимерным лазером. В целом, в качестве источника возбуждения в соответствии с изобретением можно использовать любой известный источник, генерирующий концентрированный и направленный поток УФ-излучения. В альтернативном варианте можно также использовать источники некогерентного света, такие как электролюминесцентные диоды, предпочтительно большой мощности и в области, близкой к УФ.
Согласно возможному варианту выполнения, можно использовать DLP-проектор для модуляции возбуждающей волны согласно варианту, описанному в заявке US 2005/231652, параграф [0021]. Согласно изобретению, в качестве источника УФ-возбуждения можно также использовать устройство, описанное со ссылками на фиг. 3 в заявке US2004/0232826.
Использование таких систем позволяет освещать лазерным излучением специфические участки стекла для воспроизведения на них любой информации, необходимой для водителя при вождении, в частности, для его безопасности или для обеспечения управления.
Разумеется, описанный выше вариант выполнения настоящего изобретения с его описанными признаками не является ограничительным.
Согласно изобретению освещение рассматриваемой зоны можно осуществлять при помощи устройства, работающего на принципе быстрого сканирования упомянутой зоны источником или посредством одновременной активации пикселей в упомянутой зоне при помощи множества зеркал, освещаемых упомянутым источником.
В частности, согласно первому варианту используют проектор на базе микрозеркала MEMS с лазерным источником. Согласно другому варианту используют проекторы на базе матриц DLP, LCD LCOS с лазерным источником или с диодом LED. В альтернативном варианте согласно изобретению можно использовать проектор на базе зеркал, установленных на гальванометрах, отражающих лазерный источник.
При обеспечении безопасности в кабине во время работы устройства основная проблема возникает в отраженной части излучения на поверхности лобового стекла, которая при первом приближении может быть относительно большой и направленной в глаза пассажиров, если учитывать, в частности, наклон и кривизну многослойного лобового стекла в зоне, освещаемой падающим пучком.
Согласно изобретению, на внутреннюю поверхность многослойного стекла, то есть на сторону стекла, обращенную внутрь кабины транспортного средства, наносят специальное антиотражающее покрытие 8 типа описанного выше покрытия. Антиотражающее покрытие наносят по меньшей мере на зону стекла напротив участка 10 лобового стекла, содержащего люминофорный материал.
Нижеследующие примеры, основанные на описанных выше вариантах выполнения, для различных типов антиотражающих покрытий показывают преимущества, получаемые благодаря настоящему изобретению, чтобы минимизировать вышеупомянутые риски для пассажиров транспортного средства за счет существенного уменьшения отражения пучка, излучаемого источником, от поверхности лобового стекла, в частности, под углом падения от 0 до 50°.
Примеры:
В нижеследующих примерах рассматривается описанный выше со ссылками на фиг. 1 вариант, в котором многослойное лобовое стекло 1, содержащее люминофор, освещают при помощи проектора или источника 4 лазерного поляризованного поперечного магнитного излучения с длиной волны 405 нм, которое освещает участок 10 стекла.
Используемым стеклом является лобовое стекло, содержащее:
- первый наружный лист, выполненный из тонированного стекла, видимый цвет которого является зеленоватым,
- второй внутренний лист, выполненный из светлого стекла, выпускаемого компанией заявителя под товарным знаком Planilux,
- вставку из поливинилбутираля, расплавленную между двумя листами и обеспечивающую соединение между двумя стеклянными листами.
-4
2
Перед сборкой многослойной структуры на вставку из ПВБ предварительно наносят люминофорный материал типа гидрокситерефталата (диэтил-2,5-дигидрокситерефталат) при помощи способа, описанного в заявке WO 2010/139889. Люминофор осаждают в соответствующую вставку на прямоугольный участок стекла размерами 20×10 см с концентрацией порядка 5,10 г/см.
На часть стекла, обращенную внутрь кабины, наносят различные антиотражающие покрытия, указанные ниже в тексте описания. Стекло, не имеющее никакого антиотражающего слоя на внутренней поверхности, используют в качестве контрольного для измерения эффективности защиты.
Контрольный пример:
В этом контрольном примере не наносят никакого антиотражающего покрытия на описанное выше стекло, содержащее два стеклянных листа с соответствующей вставкой. Лазерное излучение 405 нм направляют на участок стекла, содержащий люминофоры для поглощения и преобразования основной части лазерного излучение 405 нм.
Сторона стекла, освещаемая этим лазерным излучением, выполнена из стекла, показатель преломления которого равен 1,54 при длине волны 405 нм. Коэффициент отражения составляет около 4,5 при 405 нм.
Нижеследующие примеры отличаются от контрольного примера тем, что на внутреннюю сторону листа светлого стекла Planilux нанесли различные типы антиотражающих покрытий. Как указано выше, уровень риска R определяют в зависимости от первоначальной мощности, подаваемой на лазерный источник.
Пример 1:
В этом первом примере стекла в соответствии с изобретением нанесенное антиотражающее покрытие содержит два слоя, а именно:
- первый слой, нанесенный непосредственно на внутреннюю поверхность стекла и содержащий нитрид кремния (SiN) с небольшим количеством алюминия, с показателем преломления около 2,0 при падающем излучении с длиной волны 405 нм. Толщина этого слоя приблизительно равна 24 нм.
- второй слой, нанесенный на слой нитрида кремния и содержащий оксид кремния (SiO) с небольшим количеством алюминия, с показателем около 1,5 при 405 нм. Толщина слоя равна 87 нм.
Оба слоя наносят перед сборкой многослойного стекла на соответствующую сторону стеклянного листа Planilux при помощи хорошо известных технологий магнетронного нанесения посредством катодного напыления двух слоев соответственно при помощи:
- кремниевой мишени, содержащей 8 мас.% алюминия, в атмосфере азота для слоя нитрида кремния, и
- кремниевой мишени, содержащей 8 мас.% алюминия, в содержащей кислород атмосфере для слоя оксида кремния.
Пример 2:
В этом втором стекле в соответствии с изобретением нанесенное антиотражающее покрытие содержит два слоя, выполненные из тех же материалов и нанесенные при помощи такого же способа, но с другими значениями толщины, в частности:
- первый слой, нанесенный непосредственно на внутреннюю поверхность стекла и содержащий нитрид кремния с небольшим количество алюминия. Толщина этого слоя равна 12 нм.
- второй слой, нанесенный на слой нитрида кремния и содержащий оксид кремния с небольшим количеством алюминия. Толщина этого слоя равна 99 нм.
Пример 3:
В этом третьем стекле в соответствии с изобретением нанесенное антиотражающее покрытие содержит два слоя, выполненные из тех же материалов и нанесенные при помощи такого же способа, но с другими значениями толщины, в частности:
- первый слой, нанесенный непосредственно на внутреннюю поверхность стекла и содержащий нитрид кремния с небольшим количество алюминия. Толщина этого слоя равна 28 нм.
- второй слой, нанесенный на слой нитрида кремния и содержащий оксид кремния с небольшим количеством алюминия. Толщина этого слоя равна 83 нм.
Затем стекла полученные согласно предыдущим примерам осветили лазерным облучением, направленным на зону, содержащую люминофор.
Проектор, используемый для освещения стекла, представляет собой лазерный диод, излучающий концентрированный монохроматический поляризованный поперечный магнитный пучок с длиной волны 405 нм. Угловой раскрыв источника составляет около 5°. Диод получает питание, регулируемое таким образом, чтобы мощность генерируемого пучка можно было модулировать.
Пучок направляют в сторону содержащего люминофор прямоугольного участка стекла таким образом, чтобы он встретил антиотражающее покрытие, прежде чем пройти через светлое стекло первого листа.
1
В первом примере средний угол падения θ пучка на лобовое стекло является фиксированным и равен 25° с учетом кривизны и наклона этого стекла.
2
Во втором примере средний угол падения θ пучка на лобовое стекло является фиксированным и равен 45°.
3
В третьем примере средний угол падения θ пучка на лобовое стекло является фиксированным и равен 0°, то есть падающий пучок совпадает с нормалью к стеклу в точке своего падения.
Опасность установки HUD по параметру фактора риска R определяют следующим образом:
2
Интенсивность источника увеличивают до получения яркости реального изображения на лобовом стекле сверх 3000 кд/м (яркость, изначально считающаяся достаточной для получения изображения, видимого для водителя в любых условиях солнечного освещения). Затем определяют опасность пучка, отражаемого поверхностью, в соответствии с принципами, описанными в норме IEC 60825-1, касающейся безопасности установок, оборудованных лазером. Фактор риска R определяют в соответствии с соотношением R=E/EMP, где Е является лазерным облучением, воспринимаемым субъектом, и ЕМР является максимальным облучением, допустимым в особых условиях использования данного лазерного устройства.
Согласно норме значение R, равное 1, является допустимым пределом опасности установки. Разумеется, изобретение ставит своей задачей получение максимально низких значений R, в частности, предпочтительно менее 0,1, для обеспечения оптимальной защиты в настоящее время и даже с учетом ужесточения упомянутой нормы в будущем в связи с опасностью таких световых источников.
2
-4
2
Например, лазерный проектор, работающий в векторном режиме со скоростью сканирования 900 рад/с, оснащенный лазерным диодом с оптической мощностью 500 мВт при 405 нм, генерирующий пятно диаметром 1 мм, установленный на расстоянии 1 м от лобового стекла, описывающий контур длиной 25 см, позволяет добиться яркости 3225 кд/см. В этих условиях максимальное допустимое облучение по норме IEC 60825-1 составляет ЕМР=3,63.10 Дж/м.
-3
2
При измеренном облучении, равном Е=3,57.10 Дж/м в контрольном примере, расчетный фактор лазерного риска равен R=9,8.
2
Для доведения фактора лазерного риска до значения R менее 1 в контрольном примере необходимо уменьшить мощность лазерного источника до 50 мВт, что приведет к соответствующему уменьшению яркости до неприемлемого значения 323 кд/м.
2
Полученные результаты при всех испытанных конфигурациях приведены в нижеследующей таблице 1 для получения яркости порядка 3000 кд/м:
Таблица 1
Пример стекла
Набор слоев на стекле (начиная от поверхности)
Угол падения падающего излучения
Толщина, вычисленная по формулам (1) и (2)
Фактор риска
контрольный
нет
0
-
9,8
25
-
9,8
45
-
9,8
1
24 нм SiN87 нм SiO
0
2683
0,4
25
23,7586,75
<0,1
45
14,97598,75
1
2
12 нм SiN99 нм SiO
0
2883
3,3
25
24,2586,75
1,5
45
12,2598,75
<0,1
3
28 нм SiN83 нм SiO
0
2883
<0,1
25
24,2586,75
0,3
45
12,2598,75
1,6
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что проецирование падающего лазерного излучения на стекла согласно примерам 1-3 характеризуется допустимым фактором риска, если значения толщины двух слоев, образующих антиотражающее покрытие, при данном излучении выбирают и калибруют в соответствии с изобретением в зависимости от угла падения упомянутого излучения и с использованием вышеупомянутых формул (1) и (2). В частности, результаты, представленные в таблице 1, показывают, что соответствующую толщину двух слоев следует предусматривать в
зависимости от угла падения падающего пучка на лобовое стекло для ограничения фактора риска R, то есть для обеспечения защиты пассажиров от отражения падающего излучения на стеклянной поверхности.
1
2
Для этого стекло согласно примеру 1 адаптируют к среднему углу падения θ пучка на лобовое стекло порядка 25°, тогда как стекло согласно примеру 2 адаптируют к среднему углу падения θ пучка на лобовое стекло порядка 45°. Стекло согласно примеру 3 адаптируют к нулевому среднему углу падения пучка на лобовое стекло (то есть нормаль к стеклу в точке падения совпадает с направлением падающего пучка).
2
В частности, из результатов, представленных в вышеуказанной таблице, видно, что очень низкий фактор риска, в частности ниже 0,1, можно получить путем применения настоящего изобретения при яркости сигнала порядка 3000 кд/м. В некоторых случаях очень сильного освещения лобового стекла можно значительно увеличить яркость сигнала, чтобы сделать информацию более отчетливой для водителя или пользователя, не превышая при этом фактора риска R=1, предусмотренного нормой IEC 60825-1.
Такие характеристики позволяют обезопасить очень концентрированные источники излучения типа лазера в применении типа HUD для транспортного средства (автомобиль, самолет, поезд…) или для визуализации информации на витрине.