CN113383307A - 具有投影透明屏幕的玻璃车辆侧车窗和分隔车窗 - Google Patents

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CN113383307A CN202080005646.2A CN202080005646A CN113383307A CN 113383307 A CN113383307 A CN 113383307A CN 202080005646 A CN202080005646 A CN 202080005646A CN 113383307 A CN113383307 A CN 113383307A
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M·卡普奇利
J·沃尔夫
T·安加雷罗
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Saint Gobain Glass France SAS
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Abstract

本发明涉及一种车辆玻璃窗和显示***（1），其包括：车辆复合玻璃窗单元（10；10’；10’’），其包括从车辆复合玻璃窗单元（10；10’；10’’）的第一侧漫反射被引导到玻璃窗单元的入射光的层或表面（12a；12b；14），并具有在0.1至0.8的范围内、优选地在0.3和0.6之间的最大增益以及用于在玻璃窗平面内生成的实像元素的固有视角α，该固有视角α在反射几何形状中沿第一方向大于60°并且沿垂直于第一方向的第二方向大于30°；以及投影仪（4），其用于将图像投影到车辆玻璃窗单元以在玻璃窗单元的平面中生成实像，并且其中，车辆复合玻璃窗单元（10；10’；10’’）是侧车窗或分隔车窗（3）。

Description

具有投影透明屏幕的玻璃车辆侧车窗和分隔车窗
技术领域
本发明属于在车辆的玻璃窗（glazing）元件上显示信息的领域。更具体地，本发明属于汽车领域，但不限于这一领域，而是可以在公共汽车、铁道车辆、船只、飞机或其他交通工具中实施。更具体地，本发明涉及一种车辆玻璃窗和显示***，其包括车辆复合玻璃窗单元和用于将图像投影到玻璃窗单元的投影仪。
背景技术
在这一技术领域中，有许多专利或专利申请，它们在一定程度上是本发明的背景技术。
US 7 157 133公开了采用嵌入式漫射表面进行漫反射的基本概念。
EP 2 185 966公开了一种具有漫射表面的元件，在该漫射表面上沉积反射层，整体在与漫射元件相同折射指数的包封物（envelope）中。该组件被指定为反射工作的数值孔径扩张器（numerical aperture expander），其在功能上看似接近漫射器和在透射中的透明元件。在这一专利中，提到了这种元件在用于生成虚像的平视显示器（HUD）投影***中的集成。
属于Saint-Gobain的US 8 519 362 B2描述了一种组装到轿车（car）中的HUD***。它基于层压挡风玻璃，其中HUD功能来自发光体材料层。US 7 230 767 B2描述了一种在轿车玻璃窗格（pane）中的显示***，该显示***使用将图像投影到驾驶员的光发射材料。图像是距驾驶员的眼睛和距挡风玻璃数米聚焦的虚像。
在Saint-Gobain拥有的专利EP 2 883 693中描述了被集成到层压玻璃窗格中的HUD***的制备过程。
关于具有一定漫反射程度的透明玻璃窗单元的一般概念，有几个Saint-Gobain的专利公开案，例如EP 2 670 594、EP 2 856 256、EP 2 856 533、EP 2 872 328、EP 3 063002、WO 2012 104 547、WO 2018 015 702和FR 3 054 17。在这些专利文献中，尤其公开了这种漫反射玻璃窗可以包含粗糙的内表面和提供在其上的涂层，并且这种玻璃窗可以用于OLED显示解决方案或用于基于投影的显示解决方案。
EP 3 395 908 A1公开了一种透射型屏幕作为用于汽车应用的平视显示器，其中该屏幕是基于粒子的。
在EP 3 151 062 A1中，呈现了一种用于集成到汽车车窗中的视频投影结构，其中，该车窗包含施加在具有随机不平整的表面上的反射膜。
JP 2016 9271 A公开了一种视频显示***，其配备有检测器件以检测观测者的移动，其中，可以通过观测者的移动来操作显示***。
DE 10 2004 051 607 A1公开了用于将数字图像显示到几何和光度非平凡表面上的装置和方法。特别地，该文献公开为利用一个或多个投影仪将图像投影到非平面表面上。特别地，投影方法包括利用连接到控制***的相机进行的校准，该控制***适于控制所述一个或多个投影仪以用于针对图像的每个显示的像素来调节图像的投影。
在US 2015 358574 A1中，一种显示器用于模拟环境。该显示器可以被定位在壁开口的后面，以提供车窗效果。显示器将其活动图像（active image）区域终止于从中可以观察到显示内容的区域之外，以创建看似无限的模拟环境。
WO 2019 225749 A1公开了一种具有多个倾斜表面的图像投影结构。应获得图像可见度和同时某种透明度。
在US 2016 282522 A1中，描述了一种透明的分层元件，其中，该分层元件包括两个外层，这两个外层各自具有光滑的外主表面并且由具有基本上相同的折射指数的介电材料构成。分层元件还包括被***在外层之间的中心层。中心层要么由由金属材料制成的一个或多个层形成，要么由具有与外层的折射指数不同的折射指数的介电材料制成。分层元件的两个相邻层之间的所有接触表面均是纹理化的并且彼此平行。
US 2015 138627 A1公开了一种包括透明分层元件的投影或反投影（back-projection）布置，其中，该透明分层元件的两个相邻层之间的每个接触表面是纹理化的并且平行于两个相邻层之间的其他纹理化的接触表面。这些相邻层可以是透明的且具有折射指数，或者是金属的。
JP 2016 012117 A公开了一种用于车辆的视频投影车窗，该视频投影车窗包括被夹在第一透明基材和第二透明基材之间的视频投影膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆玻璃窗和显示***以及对应的车辆复合玻璃窗单元，它们适合于未来移动解决方案中的广泛应用范围。更具体地，目的是提供一种***，其使得有可能向使用车辆的基本所有人或至少向靠近相应的玻璃窗单元而坐的所有那些人显示丰富的内容。此外，需要一种可以在很大程度上基于可用技术实施并且安全、可靠和有成本效益的解决方案。
通过根据权利要求1的车辆玻璃窗和显示***来解决这些和另外的目的。本发明的优选实施例是相应的从属权利要求的主题。
根据本发明的车辆玻璃窗和显示***包括：车辆复合玻璃窗单元，其包括从车辆复合玻璃窗单元的第一侧漫反射被引导到玻璃窗单元的入射光的层或表面；以及投影仪，其用于将图像投影到车辆玻璃窗单元以在玻璃窗单元的平面中生成实像。车辆玻璃窗单元是车辆内部的车窗（分隔车窗）或车辆的侧车窗或后车窗。车辆玻璃窗和显示***适合于反射几何形状，这意味着投影仪和观察敏锐的人（即，乘员）位于车辆玻璃窗单元的同一侧处。具有显示***的车辆玻璃窗表现出在0.1至0.8的范围内、优选地在0.3和0.6之间的最大增益（也称为峰值增益）。在玻璃窗的平面内生成的实像元素的固有视角α沿第一方向大于40°、优选地大于60°且更优选地大于70°或更大，并且沿垂直于第一方向的第二方向大于20°、优选地大于30°。当在实际应用内在标准环境条件下使用这些固有视角时，可以实现沿第一方向大于60°、优选地大于90°且更优选地大于120°或更大、以及沿垂直于第一方向的第二方向大于30°、优选地大于45°的实际视角。实际视角取决于发光环境和所用投影仪两者。尽管如此，实际视角是屏幕规格的常用特征，并且可以针对与特定用例相关的所选环境条件确定。对于标准环境条件和投影仪规格，可使用下列值：
外部照度2200 Lux（轿车外部）；内部照度100 Lux（轿车内部）；来自投影仪的通量3500流明；投影表面：16:9屏幕，9‘‘对角线（20 cm宽）；然后，可以经由数学公式从增益曲线提取实际视角。
基于屏幕的对比度研究实际视角。屏幕的对比度通常被定义为白色和黑色图片之间的亮度比率，其中，4.5:1的最小比率（白色图片:黑色图片）被认为对信息读取是必要的。基于此，实际视角可以被导出为在至少实现4.5:1的最小对比度的位置内的观测角θ。
在增益最大值附近的峰的半峰全宽（FWHM）处测量投影屏幕的固有视角α，而与在峰中心处的观测角θ的值无关。用于增益曲线测量的θ =0°参考对应于镜面反射方向。因此，固有视角α是屏幕的一种性质并且不取决于环境亮度和投影仪规格。因此，由于增益曲线的最大值常常出现在θ=0°，因此固有视角在这种情况下也可以被定义为在实现增益曲线的半峰宽（half maximum width）的增益曲线位置处的观测角θ的两倍。
视角（固有和实际）应被最大化，因为大视角是确保车辆的所有乘客可以同时清楚看见投影的内容（与个人所占的座位无关）所必需的。然而，在给定的屏幕总反射率下，必须找到高峰值增益和大视角之间的折衷。根据本发明的车辆玻璃窗提供了峰值增益和视角之间的如此好的折衷。
在本发明的优选实施例中，车辆玻璃窗的透明屏幕具有在0.1和0.8之间的最大增益、以及沿一个方向超过60°和沿另一方向大于30°的实际视角。通常，导出在水平平面中在120°至150°之间和在竖直平面中在30和180°之间的实际视角值。在固有角度定义内，导出在水平平面中超过40°、更优选地超过60°、甚至更优选地在70°和150°之间、以及在竖直平面中在20°和180°之间、优选地在30°和180°之间的固有视角。竖直平面和水平平面是在车辆玻璃窗在轿车车身内的组装情形内定义的。
由于所提到的实际和固有视角，车辆中的所有乘员都可以在投影仪打开时看见显示内容。根据本发明的另外的方面，显示的图像是实像。实像就焦平面而言不同于虚像。对于虚像，焦平面距投影屏幕有一定距离，例如1米或多达几米。与此相比，对于实像，焦平面靠近于屏幕。有段地，根据本发明的实像的焦平面距投影屏幕有30 cm的最大距离。
当投影仪关闭时，玻璃窗在光学上类似于传统玻璃窗，从而保持具有略高浊度值的透明度。根据标准ASTM D 1003测得的这种玻璃窗的典型浊度值在1%和6%之间，优选地在2.5%和4.5%之间。浊度测量以大于2.5°的角度偏离直线路径的透射光的分数。高浊度值对应于被投影在屏幕上的图像的对比度损失。在低浊度值的给定范围内，获得屏幕的良好透明度。
根据另外的优选方面，玻璃窗单元内的反射层或表面具有高于60%、优选地为70%或更大（例如，80%或更大）的可见光透射率。这些透射率值（也称为全域发光透射率TL）量化反射层或表面透射波长在400 nm至800 nm之间的光的能力，这是人眼可见的光谱范围。对于那些测量，不必在漫射光和非漫射光之间进行区分。尽管如此，根据本发明的技术也适用于需要较低透光性的玻璃窗。
为了测量增益和确定透明屏幕的合适视角，必须在投影仪以正入射（0°）照亮屏幕的情况下随观测角测量屏幕的亮度。在相同条件下测量理想屏幕的亮度（被称为Spectralon的朗伯参考）。理想屏幕被定义为其亮度不取决于投影或观测角并且其反射率为100%的屏幕。朗伯参考屏幕是完美遵守朗伯余弦定律的表面，朗伯余弦定律声称：从理想的漫反射表面观测到的发光强度与在入射光的方向和表面法线之间的角度的余弦成正比。人眼只能辨识亮度，亮度是沿给定方向行进的光的每单位面积的发光强度的量度，并描述从特定面积反射的光的量。因此，具有理想漫反射的朗伯表面被人眼看作表现出相同的亮度和明亮度（brightness），而与观察其的观测角无关。在实验上可通过由烧结聚四氟乙烯（PTFE）制成的被称为“Spectralon”的市售参考材料获得理想的朗伯漫射器。为了检索在每个观测角下的屏幕增益，计算在屏幕亮度和理想屏幕亮度之间的比率。屏幕的峰值增益是屏幕可达到的最大增益值。最大增益（也称为峰值增益）常常在0°下测量，但一些专门设计的屏幕可在其他观测角下具有它们的最大增益。要注意，对于透明屏幕，由于热点（投影仪的光在外部平坦玻璃窗表面上的镜面反射），在0°下的值可能无法测量，且因此从在小角度下的增益外推。
优选的固有视角根据增益被定义为在增益曲线的半峰全宽内（见图2）。这一定义是固有定义。增益表示相对于理想屏幕（其是完美朗伯漫射器）的亮度而言的投影屏幕的亮度。
视角的替代性、更实用的定义将是把实际视角定义为其中对比度低于4.5:1的观测角，但这种定义取决于观测和照明条件和投影仪。因此，在增益曲线的半峰全宽内的视角的固有定义是优选的。增益曲线可以如已经描述的那样来确定，并具有例如高斯曲线的形状。
本发明人检测到，不只是低于固有视角（即，在增益曲线的半峰全宽内）的一半的观测角适合于透明屏幕的实际应用。在低于在水平平面内120°至180°、优选地在水平平面内120°至150°、以及在竖直平面内30°至180°的范围内的实际视角的一半的观测角下，可以实现足够的观测结果。
为了实现足够的对比度，投影仪应具有高于1000流明、更好地高于3000、理想地在2000和10’000之间的输出通量。必须取决于环境条件来选择最佳投影仪通量值。
投影屏幕尺寸可以是大的，取决于投影仪明亮度；位置和屏幕增益以及视角。在***的操作中，典型的图像尺寸大于10’’（25 cm），通常在10”（25 cm）和60”（152 cm）之间，其中优选地在30”（76 cm）和50”（127 cm）之间。测量图像尺寸作为以英寸为单位的对角线尺寸，这在屏幕技术的领域内是常见的。利用本技术，具有1.8 m、优选地2 m的对角线尺寸的玻璃窗单元是可能的。
由于沿与玻璃表面正交的方向投影仪和玻璃窗之间的可得距离（投影距离）通常在2 cm和60 cm之间，优选地在7 cm和40 cm之间，因此优先选项是使用短投（short-throw）投影仪。对于短投投影仪，投射比率（图像的尺寸/投影仪和屏幕之间的距离）通常较大。在短投投影仪中，常常存在折叠光学器件（folding optics），使得投影仪图像可以显示在垂直于输出透镜的平面中。投影仪可以是具有作为照明器件的常规灯、LED或LASER的投影仪。
在目前情况下，投影仪优选地布置在适合作为车辆复合玻璃窗单元的侧车窗或分隔车窗的上方、下方或侧向处，优选地在车辆的框架元件中，更优选地在框架元件中且布置在适合作为车辆复合玻璃窗单元的侧车窗或分隔车窗的上方、下方或侧向处。优选地，投影仪布置在车辆的框架元件中或框架元件处且在车窗上方，特别是在车辆的车顶处。可存在并排和/或彼此相对布置的两个或更多个投影仪。在几个投影仪投影在同一个车辆复合玻璃窗单元上的情况下，可校准这些投影仪以投影出共同的单一图像。取决于车辆复合玻璃窗单元的尺寸和几何形状来选择投影仪的数量。代替侧车窗的是，特别是在自主车辆或公共交通的情况下，可使用后车窗。侧车窗、后车窗或分隔车窗可竖直地延伸，或者可从竖直方向倾斜例如5至20°的小角度。
如果选择在侧车窗、分隔车窗或后车窗上方的位置，则轿车内部的乘员或者乘客将不太可能够到投影仪并受到伤害或损坏投影仪。该位置还降低了乘客由于阻挡了投影光束的一部分而干扰投影图像的风险。
如果车辆复合玻璃窗单元不是平坦的，则上文提到的校准同样是必要的。为了进行校准，将（一个或多个）投影仪连接到投影仪复合单元，该投影仪复合单元可选地包括相机。
通过分别对玻璃窗单元和特别地漫反射片材涂层或表面的各自（第一侧和第二侧）表面的合适布置，可以在一定程度上抑制在玻璃窗单元中的热点的以上引用的生成。在优选实施例中，热点至少被引导到车辆的地面，在地面处，该热点不会给车辆的乘员添麻烦。作为用于抑制热点的附加手段，可以在合适地预定义的位置中将至少一个局部掩饰物布置成接近投影仪的输出透镜。
被投影在透明屏幕上的图像是由于漫反射所致。玻璃窗的反射被定义为当玻璃窗上的具有给定入射角的入射辐射沿多个方向反射时的漫反射。当玻璃窗上的具有给定入射角的入射辐射以等于入射角的反射角反射时，发生镜面反射。同样地，当具有给定入射角的入射辐射以等于入射角的透射角透射时，透射被定义为镜面。然而，为了保持整个玻璃窗上的透明度，玻璃窗的第一侧面和第二侧面是平坦的，且因此引发来自投影仪光束的镜面反射。对于车辆的侧车窗或后车窗，将第一侧限定为指向车辆的内部的内侧，且外部是第二侧。对于分隔车窗，第一侧是面向投影仪的一侧。为了实现该体验，到达车辆乘客的眼睛的光应由投影图像在玻璃上的“漫反射”提供。应避免在玻璃窗的第一侧面和第二侧面上的镜面反射。镜面反射也被称为“热点”，其在被引导到观测者时向观察者发出刺眼的光。热点的方向可经由反射定律获得，反射定律声称：反射角等于入射角。为了避免通过热点向观察者发出刺眼的光，热点和车辆所有乘客的观测方向优选地表现出至少5°、更优选地至少10°、最优选地至少20°的角度距离。
关于车辆复合玻璃窗单元的构型，根据本发明的第一方面，玻璃窗单元包括第一侧玻璃或塑料窗格、第二侧玻璃或塑料窗格、以及被层压在第一侧玻璃或塑料窗格和第二侧玻璃或塑料窗格之间的漫反射塑料片材。
在这一方面的实施例中，漫反射片材是粘合片材或被嵌入在两个粘合膜或层之间，以用于将第一侧玻璃或塑料窗格结合到第二侧玻璃或塑料窗格。
根据本发明的另一个方面，玻璃窗单元包括第一侧玻璃或塑料窗格、第二侧玻璃或塑料窗格、以及用于将第一侧玻璃或塑料窗格结合到第二侧玻璃或塑料窗格的粘合膜或层。本文中，第一侧或第二侧玻璃或塑料窗格的接触粘合膜或层的第一侧表面分别包括漫反射涂层或经过处理以使该表面为漫反射器，例如通过使用纹理化玻璃。因此，根据这一方面，没有将单独的漫反射片材层压到复合玻璃窗单元中，而是在玻璃窗单元的基础部件中的一者上（即，在玻璃（或塑料）窗格中的一者上）施加漫反射性。
在根据两个方面的实施例中，漫反射塑料片材或涂覆的玻璃或塑料窗格的漫反射涂层包括透明基底内的纳米粒子或微米粒子。更具体地，纳米粒子或微米粒子是二氧化硅或聚合物或液晶粒子。也可以使用金属或金属氧化物粒子。更具体地，纳米粒子或微米粒子可以具有球形形状和/或为透明或半透明的。
具有包括氧化钛TiOx粒子或银粒子的漫反射涂层的塑料片材以及具有包括胆甾型液晶的有机漫反射涂层的塑料片材已证实尤其适合于根据本发明的屏幕应用。最优选地，漫反射塑料片材包含在基质内定向的液晶粒子。
在另一个实施例中，漫反射塑料片材的一个表面包括随机纳米结构或微米结构，且特别地，另一表面是抛光的。
优选地，漫反射塑料片材包括聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、三乙酰纤维素（TAC）或聚碳酸酯片材。这种片材基本是市售的，或者可以应车辆复合玻璃窗单元的制造商的要求制造，其经定制以满足根据本发明的特定光学要求。
从制造观点看，需要的材料更少，因为用于挡风玻璃层压的夹层对透明度负责并且不需要受反膜（counter-film）保护的特定平面化层。
此外，对于一些纹理化技术（例如，压花），可以选择随机纹理使得视角足够大。透明屏幕的随机纹理甚至具有一些统计参数（根据标准ISO 4287），其中，这些参数（特别是纹理化层的均方根斜率）的良好选择使得能够调整固有视角。
与粒子嵌入在透明基质中的解决方案相比，具有纹理化层的粗糙塑料膜的使用产生了一方面清晰度和浊度和另一方面增益的良好值。对于粒子嵌入解决方案，在那些解决方案之间的折衷始终是必要的。就片材的折射指数的指数匹配而言，必须将未涂覆的塑料片材考虑在内。如在WO 2012/104547中所描述的，涂覆在纹理化表面上的薄层需要具有不同的折射指数以实现反射性质，但只要第二侧层（在此是塑料片材和夹层）具有相同的折射指数并且所有纹理化界面都平行，就获得透明度。
漫反射塑料片材的优点在于：它们可以仅在屏幕位置处***，且因此更容易调整。
在替代性实施例中，可以使用粗糙玻璃片材来代替粗糙塑料膜。这样做的优点在于：玻璃片材可以在标准层压过程中被集成。
至少在实施例中，本发明的***带来显著的优点，这开拓了在未来移动概念中的广泛应用，包括驾驶员驾驶的或自主轿车、公共汽车、火车或地铁车辆、船只、飞机和直升机。
在这种概念的框架中，用户将要求以方便且灵活的方式向他们全部（不仅是驾驶员）显示广泛范围的信息，并且借助于本发明实施的大尺寸显示器在这方面非常有吸引力。另一方面，用于显示信息的玻璃窗仍然完全透明，并且可以将到车辆外部的光的投影–这可能干扰外部的人员或甚至是危险的–引导到其他道路用户的预期眼动范围之外。
本发明的主要应用是在车辆（也是自主车辆、公共汽车、出租车、火车、拖拉机、飞机）中的玻璃上显示内容。这可以用于在内部为驾驶员和车辆乘客提供信息。我们也可以想到被集成到玻璃中以使得能够用于混合现实环境的信息娱乐***：这意味着，乘员的眼睛将看见与被投影在玻璃窗上的图像组合的外部环境的图像。这是某种“增强现实”。
以相同方式，可以在玻璃窗格上示出安全信息、旅游信息、娱乐、类视频（likevideo）和广告。这会导致使用车辆的玻璃窗表面作为广告表面，同时保持透明度。
可以通过这一技术引入一些安全特征：图像令人惊讶地从车辆内部和外部可见，可以向内部或外部用户显示一些信息，具体取决于需要。要注意，从车辆外部可见的这种图像对应于漫射光，且因此不向其他道路用户发出刺眼的光并因此不与本发明人的要求矛盾。
同样地，外部用户也因此可以从所呈现的***中受益。例如，通过在侧车窗上显示安全支持特征（闪烁的灯等），可以增强外部交通参与者的意识。这可以为其他道路用户或为乘员增加对自主车辆的信心。
在公共交通的背景下，我们可以想到在公共汽车、火车等的车窗上的关于路线、运输目的、下一站、最终目的地的信息。
同样地，广告业对客户定位和背景增强（context enhancement）将有巨大的兴趣。
本发明可以与其他技术（如例如HUD、任何特定涂层、Smart-WS等）组合。有可能将这一技术（在玻璃窗中的透明显示）包括在其他更复杂的***中，例如将相机集成以用于与车辆乘员互动（例如，被投影在玻璃上的与通话方的skype通话）。
在下文中，描述了本发明的一些优选实施例。
车辆玻璃窗和显示***包括：车辆复合玻璃窗单元，其包括从车辆复合玻璃窗单元（10、10’、10’’）的车辆第一侧漫反射被引导到玻璃窗单元的入射光的层或表面，并具有在0.1至0.8的范围内、优选地在0.3和0.6之间的最大增益以及用于在玻璃窗平面内生成的实像元素的视角，该视角在反射几何形状中沿第一方向大于60°、优选地大于90°、且更优选地为120°或更大并且沿垂直于第一方向的第二方向大于30°、优选地大于45°；以及投影仪，其用于将图像投影到车辆玻璃窗单元以在玻璃窗单元的平面中生成实像。
优选地，车辆复合玻璃窗单元（10、10’、10’’）的第一侧是在车辆的内部处。
优选地，车辆玻璃窗和显示***进一步包括投影仪控制单元，该投影仪控制单元连接到投影仪并且适于校准图像在像素基（pixel base）上的投影。该投影仪控制单元可包括相机。
优选地，玻璃窗单元具有在1%至6%的范围内、优选地在2.5%和4.5%之间的典型浊度值，和/或玻璃窗单元内的反射层或表面具有高于70%、优选地为80%或更大的可见光透射率。
优选地，车辆玻璃窗和显示***适合作为轿车、船只或飞机/直升机中的侧车窗或分隔车窗。
优选地，车辆玻璃窗和显示单元适合于从第一侧观察。
优选地，投影仪适于布置在车辆的车辆框架部分中，特别是在侧车窗或分隔车窗上方的车顶处。
优选地，车辆玻璃窗和显示***包括适于布置在投影仪旁边或布置成与投影仪相对的至少第二投影仪。该至少第二投影仪优选地连接到投影仪控制单元并且适于由投影仪控制单元进行校准。
优选地，至少一个局部掩饰物布置成接近投影仪的输出透镜，使得避免在玻璃窗单元的玻璃窗平面中生成热点。
优选地，投影仪适于提供至少1,000流明、优选地为3000流明或更大的输出通量。
优选地，车辆玻璃窗和显示***适于在其组装状态下生成具有至少25 cm、优选地在40 cm和200 cm之间、优选地在50 cm和150 cm之间的水平延伸量的在玻璃窗平面中的实像。
优选地，玻璃窗单元包括第一侧玻璃或塑料窗格、第二侧玻璃或塑料窗格、以及被层压在第一侧玻璃或塑料窗格和第二侧玻璃或塑料窗格之间的漫反射塑料片材。
优选地，漫反射片材是粘合片材或被嵌入在两个粘合膜或层之间，以用于将第一侧玻璃或塑料窗格结合到第二侧玻璃或塑料窗格。
优选地，玻璃窗单元包括第一侧玻璃或塑料窗格、第二侧玻璃或塑料窗格、以及用于将第一侧玻璃或塑料窗格结合到第二侧玻璃或塑料窗格的粘合膜或层，其中，第一侧或第二侧玻璃或塑料窗格的接触粘合膜或层的第一侧表面分别包括漫反射涂层或经过处理以使该表面为漫反射器。
优选地，漫反射塑料片材或涂覆的玻璃或塑料窗格的漫反射涂层包括透明基底内的纳米粒子或微米粒子。
优选地，纳米粒子或微米粒子是二氧化硅或聚合物或液晶粒子。
优选地，纳米粒子或微米粒子具有球形形状和/或为透明或半透明的。
优选地，漫反射塑料片材的一个表面包括随机纳米结构或微米结构，且特别地，另一表面是抛光的。
优选地，漫反射塑料片材包括PE、PET、TAC、PVB、PMMA或聚碳酸酯片材。
附图说明
在附图中图示了本发明的实施例和方面。在附图中示出：
图1是根据本发明的实施例的车辆玻璃窗和显示***的第一实施例的第一示意图，
图2是根据本发明的实施例的车辆玻璃窗和显示***的第二示意图，
图3是用于解释在本发明的背景下术语“增益”的定义的图示，
图4A和图4B是根据本发明的实施例的车辆玻璃窗和显示***的第二实施例的示意图，以及
图5A-5E是车辆复合玻璃窗单元的实施例的示意性横截面图示。
具体实施方式
图1和图2示出了在公共汽车2内的车辆玻璃窗和显示***1的一种示例性布置，该车辆玻璃窗和显示***用于借助于布置在公共汽车的车顶5处的投影仪4将图像投影到公共汽车的侧车窗3上。特别地，投影仪4布置在框架7中且在车顶5处。因此，所呈现的构型是在侧车窗3上方的布置。示出了由投影仪在玻璃窗平面中生成的图像，并用数字6来指定该图像。
在示例性几何构型中，投影仪可以是市售短投灯投影仪，其具有3500流明的明亮度和13'000:1的对比度比率并在内部布置在车窗上方约20 cm的车顶处并且正交于车窗的距离为约8 cm。
侧车窗3的示例性结构是：2.1 mm透明玻璃（clear glass）、薄PVB（0.38 mm）、透明漫反射屏幕箔（0.045 mm）、极薄的PVB（0.05 mm）、2.1 mm绿色玻璃。侧车窗可具有以下参数：
透明度：高于70% TL-A
浊度计测量：透光性81.3%；浊度3.4%（根据标准ISO 14782测量）；清晰度99.7%（用来自Byk-Gardner的浊度计HazeGuard Plus测量）
屏幕性质：固有视角为70°，且最大增益为0.27。在实践中，可以在水平平面中观测到ca 170°的“可用”实际视角（见增益和视角的先前定义）。在本实施例中，屏幕具有150 cm的宽度和100 cm的高度。
在本实施例中，同样有可能从就座位置以及从站立位置观测投影图像。
投影仪同样可位于扶手下方。
也有可能使用直接控制来自来源（投影仪）的光或改变投影仪特征的光学元件来将屏幕仅投影在玻璃窗格的一部分上。本发明可以包括使用更深色的夹层箔或任何更深色的元件，从而将通过降低透射率同时保持透明度来帮助增加对比度。
所需的明亮度和待由投影仪发送的光的通量发生变化，具体取决于投影方向。
如果***必须被集成在现有公共汽车中，则由于包装和空间限制所致，有时不可能避免热点，且因此需要求助于其他方法以避免对乘客而言的热点。
由于热点由投影仪投影并到达乘员眼睛的光的镜面反射造成，因此消除热点的一种方式是干扰来自投影仪的一些光线，例如放置不透明的非反射障碍，其部分地减小或俘获玻璃上的投影表面。也可以通过减小图像尺寸来避免热点，使得可以减小观测者可以遇到（hit）镜面反射的角区域。
在实施例中，通过识别所有乘员的热点位置、且然后将非反射光学表面（一张深色纸或一块深色材料）放置在投影仪和车窗的出现热点的部分之间，来执行热点的消除。
然而，在投影仪的当前位置中，不可能向驾驶员或任何坐着或站着的乘客发出刺眼的光，因为投影仪主要朝向地面投影。
被投影在透明屏幕上的图像是由于漫反射所致。然而，为了保持整个玻璃窗上的透明度，玻璃窗的第一侧面（面IV）和地二侧面（面II）是光滑的，且因此引发来自投影仪光束的镜面反射。在这一背景下，光滑表面是没有3维结构化的表面。当然，第二侧窗格和第一侧窗格表现出3维弯曲。为了实现该体验，到达车辆乘客的眼睛的光应由投影图像在玻璃上的“漫反射”给出，并且应避免（在玻璃窗的第一侧（面IV）和第二侧（面I）面上）的镜面反射。取决于透明屏幕的实施例，玻璃窗的第一侧面（面II和面III）可以是纹理化的或光滑的，其中，光滑表面引发镜面反射，并且结构化表面导致漫反射（见图5A-5E的实施例）。
图3示出了用于解释关于屏幕（例如，图1中的车窗3）的重要参数“增益”的图，其参考进一步在上文所作的解释。使用亮度计和视频投影仪来实施增益测量。对于投影光的给定入射角，在各种观测角下测量亮度。将投影角设定为尽可能接近0°（与屏幕正交）。当投影角保持固定时，增益仅取决于观测角θ。因此，调节亮度计位置，使得当将观测角在水平平面中设定为0°时，亮度计与镜面反射对准；因为镜面方向被视作观测角测量的参考，观测角因此确实等于0°。在与除视频投影仪以外的任何光源隔离的未点亮环境中每五度从5°至75°实施亮度测量（在水平平面中测量）。使用在相同条件下测量的Spectralon以使亮度测量标准化并从中提取增益。固有视角α可以从这些测量中导出作为增益曲线的半峰全宽并描绘使增益超过峰值增益的一半的角宽度。
图4A和图4B示出了与图1和图3中所示的实施例相比的投影仪的替代性布置。此处，两个投影仪4并排布置在车窗3上方。投影仪4布置成使得投影在中心区域中重叠。以这种方式控制和校准这些投影仪，以将图像呈现为由两个投影仪投影的单个图像。
图5A-5E示出了根据本发明的车辆复合玻璃窗单元（或：层压玻璃窗单元）的示例性实施例。
图5A示出了基本具有常规结构的玻璃窗单元10，即，由借助于热塑性夹层13、优选地薄PVB片材结合在一起的第一侧玻璃窗格11和第二侧玻璃窗格12组成。第二侧玻璃窗格12包括第二侧表面（也表示为面I）和第一侧表面（也表示为面II）。第二侧玻璃可以是透明玻璃或有色玻璃，以及第一侧玻璃可以是透明玻璃或有色玻璃。第一侧玻璃窗格11还包括第一侧表面（面III）和第二侧表面（面IV）。第二侧玻璃窗格12的第一侧表面（面II）和第一侧玻璃窗格11的第一侧表面（面III）通过热塑性夹层束缚到彼此。第二侧玻璃窗格12的第一侧表面12a（面II）分别包括随机纳米结构或微米结构，其适于提供根据本发明的说明书的视角和足够漫反射，同时保持足够高的透射率。结构化第一侧表面12a设置有薄反射涂层（未示出）。为了实现玻璃窗的高透明度，玻璃和夹层之间的折射指数的指数匹配是必要的。这两种介电材料应具有基本上相同的折射指数，或它们的折射指数应基本上相等，这被定义为它们在550 nm下的折射指数之间的差的绝对值小于或等于0.15。优选地，这两个层的组成材料之间在550 nm下的折射指数之差的绝对值小于0.05，更优选地小于0.015。这不仅适用于以PVB作为夹层和以结构化玻璃表面作为漫射层的图4a的特定实施例，而且还适用于与此类似的其他实施例。
图5B示出了玻璃窗单元10’，其对应于常规的层压玻璃窗单元，其包括第一侧玻璃窗格11和第二侧玻璃窗格12、以及将玻璃窗格11、12结合在一起的中间层。然而，不同于图5A的布置，中间层13是包括以下各者的多层：第一热塑性夹层13.1（优选地，PVB片材）和第二热塑性夹层13.2（优选地，PVB片材）、以及嵌入在这两个热塑性夹层（PVB片材）之间的例如PET或PMMA的漫反射片材14。
片材14的反射率是由于随机分布在片材的材料中的透明或半透明纳米粒子或微米粒子所致。这些可以例如是二氧化硅或玻璃珠或聚合物或液晶粒子。在改良的实施例中，片材14可以是透明片材，但其一个表面设置有纳米结构或微米结构，类似于图4A中的第二侧玻璃窗格12的表面12a，并且也如针对表面12a提到的而涂覆有薄反射涂层。
图5C示出了另外的示例性层压玻璃窗单元10’’，其包括借助于薄PVB片材作为热塑性夹层13而彼此层压的第一侧玻璃窗格11和第二侧玻璃12。在这一示例中，第二侧玻璃窗格12的第一侧表面12a具有漫反射涂层12b。这种涂层可以包含透明基质中的如上文关于图5B提到的纳米粒子或微米粒子。
图5D示出了另外的示例性层压玻璃窗单元10’’’，其包括借助于热塑性夹层13（优选地，薄PVB片材）结合在一起的第一侧玻璃窗格11和第二侧玻璃12。与5a相比较，第一侧表面12a处的薄反射涂层被描绘为层15。层15可能是金属涂层。
图5E示出了另外的示例性玻璃窗单元10iv，其对应于常规的层压玻璃窗单元，其包括第一侧玻璃窗格11和第二侧玻璃窗格12、以及将玻璃窗格11、12结合在一起的中间层。第一侧玻璃窗格11和第二侧玻璃窗格12可以是透明玻璃或有色玻璃。和在图5B中一样，中间层13是包括以下各者的多层：第一热塑性夹层13.1（优选地，PVB片材）和第二热塑性夹层13.2（优选地，PVB片材）、以及嵌入在这两个热塑性夹层（PVB片材）之间的例如PET或PMMA的漫反射片材14。漫反射片材14具有结构化外表面，该结构化外表面涂覆有薄反射涂层15。第二热塑性夹层13.2具有粘附到反射涂层15的结构化第一侧表面。
附图标记
1 车辆玻璃窗和显示***
2 车辆
3 车窗
4 投影仪
5 车顶
6 玻璃窗单元上的图像
7 框架
10；10’；10’’ 车辆复合玻璃窗单元
11 第一侧玻璃窗格
12 第二侧玻璃窗格
12a 第二侧玻璃窗格的第一侧表面
12b 第二侧玻璃窗格上的涂层
13；13.1、13.2 热塑性夹层（优选地，PVB片材）
14 漫反射片材
15 反射涂层
20 乘员。

Claims (15)

1.一种车辆玻璃窗和显示***（1），其包括：车辆复合玻璃窗单元（10；10’；10’’），其包括从所述车辆复合玻璃窗单元（10；10’；10’’）的第一侧漫反射被引导到所述玻璃窗单元的入射光的层或表面（12a；12b；14），并具有在0.1至0.8的范围内、优选地在0.3和0.6之间的最大增益以及用于在玻璃窗平面内生成的实像元素的固有视角α，所述固有视角α在反射几何形状中沿第一方向大于60°并且沿垂直于所述第一方向的第二方向大于30°；以及投影仪（4），其用于将图像投影到所述车辆玻璃窗单元以在所述玻璃窗单元的平面中生成实像，并且其中，所述车辆复合玻璃窗单元（10；10’；10’’）是侧车窗或分隔车窗（3）。
2.根据权利要求1所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述玻璃窗单元（10；10’；10’’）具有在1%至6%的范围内、优选地在2.5%和4.5%之间的典型浊度值，和/或所述玻璃窗单元内的所述反射层或表面（12a；12b；14）具有高于70%、优选地为80%或更大的可见光透射率。
3.根据权利要求1或2所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述投影仪（4）适于布置在所述车辆的车辆框架（7）部分中，特别是在所述侧车窗或分隔车窗（3）上方的车顶（5）处。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，如与玻璃表面正交的方向给出的投影距离在2 cm和60 cm之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述车辆玻璃窗和显示***（1）包括适于布置在所述投影仪（4）旁边或布置成与所述投影仪（4）相对的至少第二投影仪。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述投影仪（4）适于提供至少1,000流明、优选地为3000流明或更大的输出通量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其适于在其组装状态下生成具有至少25 cm、优选地在40 cm和200 cm之间、优选地在50 cm和150 cm之间的水平延伸量的在所述玻璃窗平面中的实像。
8.根据前述权利要求中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），所述车辆复合玻璃窗单元（10；10’；10’’）包括第一侧玻璃或塑料窗格（11）、第二侧玻璃或塑料窗格（12）、以及被层压在所述第一侧玻璃或塑料窗格和第二侧玻璃或塑料窗格之间的漫反射塑料片材（14）。
9.根据权利要求8所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述漫反射片材（14）是粘合片材或被嵌入在两个粘合膜（13.1、13.2）或层之间，以用于将所述第一侧玻璃或塑料窗格（11）结合到所述第二侧玻璃或塑料窗格（12）。
10.根据前述权利要求中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），所述玻璃窗单元包括第一侧玻璃或塑料窗格（11）、第二侧玻璃或塑料窗格（12）、以及用于将所述第一侧玻璃或塑料窗格结合到所述第二侧玻璃或塑料窗格的粘合膜（13）或层，其中，所述第一侧或第二侧玻璃或塑料窗格的接触所述粘合膜或层的第一表面（12a）分别包括漫反射涂层（12b）或经过处理以使所述表面为漫反射器。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述漫反射塑料片材（14）或涂覆的玻璃或塑料窗格（12）的漫反射涂层（12b）包括透明基底内的纳米粒子或微米粒子。
12.根据权利要求11所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述纳米粒子或微米粒子是二氧化硅或聚合物或液晶粒子。
13.根据权利要求12所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述纳米粒子或微米粒子具有球形形状和/或为透明或半透明的。
14.根据权利要求8至10中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述漫反射塑料片材（14）的一个表面包括随机纳米结构或微米结构，且特别地，另一表面是抛光的。
15.根据权利要求8、9或10至14中任一项所述的车辆玻璃窗和显示***（1），其中，所述漫反射塑料片材（14）包括PE、PET、TAC、PVB、PMMA或聚碳酸酯片材。
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