專利名稱：用于擋風玻璃的虛像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及擋風玻璃，具體涉及用于機動車的擋風玻璃，
更具體地涉及虛像系統，該虛像系統允許照亮的圖像在擋風玻璃處反射 從而在其上可見，并且使駕駛員不會看到重像。
背景技術：
作為示例，如圖l所示，機動車擋風玻璃IO是層壓件，包 括外玻璃板12、內玻璃板14和熱結合在外玻璃板12與內玻璃板14之 間的塑性層16。玻璃板12、 14由安全玻璃材料(即，鋼化玻璃)制成， 光學透明并且可選擇性地著色。傳統上，擋風玻璃表面"1" 布置在外 玻璃板12的外表面12a處(即，面向外部環境)，擋風玻璃表面"2"布 置在外玻璃板12抵靠塑性層16的內表面12b處，擋風玻璃表面"3"布 置在內玻璃板14抵靠塑性層16且與外玻璃板相對的外表面14a處，并 且擋風玻璃表面"4"布置在內玻璃板14的內表面14b (面向客艙的內 部)處。 塑性層16通常由公知為聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的聚合物 樹脂材料構成，但也可以由其它材料構成。塑性層16光學透明，但也 可染色(即，藍色遮光劑色彩)。塑性層16在玻璃破裂或破碎的不幸事 故情況下提供了將結合到塑性層上的玻璃板保持住的安全特征。釉料18 通常設置在擋風玻璃10的周邊，以提供隱藏粘性密封劑的黑色不透明 區域。釉料18是基于黑色普通陶瓷粉末的材料，例如，由基于鉛和鉻 酸鹽的陶資墨水或者水基陶瓷墨水構成，在擋風玻璃表面4(即，內玻 璃板14的內表面14b)處將其絲印到擋風玻璃上，并在爐中加熱以使其 蝕刻(或霜化)到玻璃中。雖然當從客艙內部向擋風玻璃表面4處直接 看去時，釉料18具有粗糙、無光澤的黑色表面光潔度，但在透過擋風 玻璃看擋風玻璃表面l時，該釉料即使是無光澤的，看上去也顯得有光 澤。
在抬頭顯示(HUD)工程學中，在像源(未示出，但通常位于例如擋風玻璃附近的儀表板中的隱藏凹穴內)處生成圖像，來自像 源的光線被反射離開擋風玻璃，從而使駕駛員能清楚看見一虛像。然而，
在這方面需要解決的問題是消除初次虛像的重虛像。圖1A和圖1B示出 了如何產生重像的示例。來自像源的圖像的真實光線22在擋風玻璃表 面4處被反射，從而為駕駛員提供了被看成初次虛像26的初次虛像光 線24。然而，在圖1A處，作為示例，如果在擋風玻璃表面1處布置了 黑色光澤表面28,或者如果在擋風玻璃表面2或3處布置了黑色光澤表 面28'(如圖所示)，那么折射的光線20從該處被反射并作為"重"(即， 二次)虛像光線20a離開擋風玻璃，該"重"虛像光線20a被駕駛員看 成重虛像30。駕駛員將看見初次虛像26和重虛像30,其中重虛像將相 對于初次虛像橫向偏移。這個結果是很不令人滿意的。現有技術中避免 重虛像的一個解決方案是，利用適應性塑性層16'來定向外玻璃板12， 使其不平行于內玻璃板14，其中將銳角選擇成使得反射光線24和折射 光線20的出射方向重合，這使得駕駛員只看見一個虛像32,如圖1C 處作為示意性示例所示。 因此，現有技術仍需要一種用于擋風玻璃的虛像系統，其 允許像源反射離開擋風玻璃，使得駕駛員僅能看見初次虛像(沒有重虛 像)，而且不用使內外玻璃板相對于彼此成銳角。
發明內容
本發明是一種用于層壓擋風玻璃的虛像系統，其允許由像 源產生的圖像反射離開擋風玻璃，使得駕駛員僅能看見其單個虛像，其 中將外玻璃板和內玻璃板彼此平行布置。
為了在層壓擋風玻璃上提供高的低頭(head down)虛像， 而不用使外玻璃板和內玻璃板成銳角，并且不會出現重(即，二次)虛 像，其中單個虛像為在像源(例如，位于儀表盤的儀表板中的隱藏凹穴
內)處產生的實際圖像的輪廓鮮明的忠實再現，向位于擋風玻璃表面1、 2或3的任意一個處的擋風玻璃的玻璃板施加無光澤黑色材料，或者另 外在擋風玻璃表面4處布置黑色光澤片，其中針對產生圖像的任意像源 (即，LED、 LCD、 VF、 OLED等)提供單個虛像，其中圖像可以是(但 不限于)一個或多個指示器圖像。
根據本發明的虛像系統為駕駛員提供了高對比的虛像，該圖像看上去穿過擋風玻璃，其不會被太陽光沖失，并允許駕駛員以一定 距離看見該圖像，由此僅需要最小的低頭運動，從而具有無圖像沖失的
HUD優點，并且其中為期望遵從可能的規章，虛像位于擋風玻璃上非常 低的地方(即，大致在擋風玻璃基部(底部)附近)，從而不會影響駕 駛員對路面的總體視野。 因此，本發明的一個目的在于提供一種用于擋風玻璃的虛 像系統，其允許來自像源的圖像反射離開擋風玻璃，使得駕駛員僅能看 見單個虛像，且不存在與HUD相關的缺點。 從以下對優選實施例的說明將更加清楚本發明的這個目的 以及其它目的、特征和優點。
圖1是具有周邊釉料的常規層壓擋風玻璃的側剖視圖。
圖1A是常規層壓擋風玻璃的側剖視圖，其中表面1上的
光澤片提供了產生初次虛像和重虛像的反射表面。
圖1B是常規層壓擋風玻璃的側剖視圖，其中表面3上的光
澤片提供了產生初次虛像和重虛像的反射表面。
圖1C是用于HUD的常規層壓擋風玻璃的側剖視圖。
圖2是根據本發明第一方面的虛像系統的操作環境的側剖視圖。
圖2A是本發明的第一方面在圖2的圓2A處的詳細視圖。
圖3是根據本發明第二方面的虛像系統的操作環境的側剖 視圖。
圖3A是本發明的第二方面在圖3的圓3A處的詳細視圖。
圖4是根據本發明笫三方面的虛像系統的操作環境的側剖 視圖。 圖4A是本發明第三方面的第一應用在圖4的圓4A-4B處 的詳細^L圖。 圖4B也是本發明第三方面的笫一應用在圖4的圓4A-4B 處的詳細—見圖。圖5是根據本發明的虛像系統的側視圖，示出了在操作中 提供了當從駕駛員的觀察位置(即，有利位置)看去時指示器相對于擋風玻璃的虛像。
具體實施例方式
現在參照附圖，圖2至圖5示出了用于層壓擋風玻璃的虛 像系統100的示例的各個方面，該虛像系統允許來自像源的圖像反射離 開擋風玻璃，使得駕駛員僅能看見其單個虛像，其中擋風玻璃的外玻璃 板和內玻璃板可彼此平行布置。如下參照圖2至圖5所述，總體上，相 同的部件具有相同的附圖標記，修改后的相似部件具有帶符號"'"的 相似附圖標記，不同的部件具有不同的附圖標記。關于本發明實踐的考慮有重像的消除(如上所述)、駕駛 員關于虛像觀察的視角、最小化或消除陽光沖失、以及虛像相對于擋風 玻璃基部(即，下周邊)的位置。在這方面，正如關于圖2、圖3和圖 4中的每一個那樣，虛像的定位一般包括以下考慮視線SLn其代表 從所選的駕駛員觀察位置向下4度角，其中在該視線上方優選提供對前 方道路清楚而無遮擋的視野；以及視線SL2和SL3，其中視線SL2代表 從所選的駕駛員觀察位置向下5度角，而視線SL3代表從所選的駕駛員 觀察位置的最低可見視線，其中期望虛像大致位于視線SL2與SL3之間 的中央。
首先參照圖2和圖2A,示出了虛像系統100的笫一方面
100'。 層壓擋風玻璃102包括外玻璃板104、內玻璃板106、位于 外玻璃板104與內玻璃板106之間的塑性層108、以及周邊釉料110， 其中擋風玻璃具有表面1、 2、 3和4,如以上參照圖1大致描述的那樣。 像源112被封裝并被如此安裝在儀表盤的儀表板114中(適當考慮除霜 口 116),使得駕駛員或客艙中的乘客都不直接看到像源，作為非限定示 例，像源可以是LED、 LCD、 VF、 OLED等。像源112產生實像光線118， 其在擋風玻璃102處反射，使得駕駛員能沿著虛像光線122看到像源的 虛像120,而不會看到重像(虛像或實像)。
為了在層壓擋風玻璃102上提供高的低頭虛像120,而不 用使外玻璃板和內玻璃板成銳角，并且不會出現重(即，二次)虛像， 其中單個虛像為像源112產生的實際圖像的輪廓清晰的忠實再現，在視 線SU和SL3之間的區域中，在擋風玻璃基部102b附近的擋風玻璃表面
94處布置黑色光澤片130。黑色光澤片130的優選材料(也可使用其它材料)是自粘 性聚酯薄膜貼，其依靠壓敏粘性背襯132而粘附到擋風玻璃釉料110, 其中(以非限定示例的形式)光澤片的尺寸可以是250 mm寬、80 mm 高，厚度足以使得當駕駛員觀察時在其表面不會顯現出粗糙/不規則的遮 光釉料表面，并且可進一步厚至足以使得不能看見其后的小氣泡，其中 光澤度可以是80%光澤度(GLW),具有"光滑，，的紋理，和"墨黑色" 的顏色。 為了使黑色光澤片130對于從擋風玻璃表面1向擋風玻璃 里面看的旁觀者而言將具有"A，，級外觀，釉料110優選至少與黑色光 澤片130共同延伸。這樣使得可采取獨立于黑色光澤片的設置而已經位 于該處的釉料IIO的形式，或者在特別考慮了黑色光澤片130的存在而 將釉料放置在一高度處。 操作中，來自像源的實像光線118照射到黑色光澤片130 上，于是根據公知的"反射定律"(入射角等于反射角)，發生反射，使 得虛像光線122進入駕駛員的眼睛，并被駕駛員看成虛像120,且駕駛 員不會看見重像(虛像或實像)。 下面參照圖3和圖3A，描述了虛像系統100的第二方面 100"。 類似于參照圖2和圖2A所述，層壓擋風玻璃102包括外 玻璃板104、內玻璃板106、在外玻璃板104與內玻璃板106之間的塑 性層108、以及周邊的釉料IIO，其中擋風玻璃具有表面1、 2、 3和4， 如以上參照圖1大致描述的那樣。像源112被封裝并被如此安裝在儀表 盤的儀表板114中(適當考慮除霜口 116),使得駕駛員或客艙中的乘客 都不會直接看到像源，作為非限定示例，像源可以是LED、 LCD、 VF、 OLED等。像源112產生在擋風玻璃102處反射的實像光線118,使得 駕駛員能沿著虛像光線122看到像源的虛像120,而不會看到重像(虛 像或實像)。
為了在層壓擋風玻璃102上提供高的低頭虛像120，而不 用使外玻璃板和內玻璃板成銳角，并且不會出現重(即，二次)虛像， 其中單個虛像為像源112產生的實際圖像的輪廓清晰的忠實再現，在外 玻璃板104上擋風玻璃表面1處的一個區域(在該區域中根據Snell定律折射的有效光線142 (virtual ray)穿過擋風玻璃朝向擋風玻璃表面1 ) 中施加無光澤黑色材料140,其中實像光線118相對于擋風玻璃表面4 的入射被布置于視線SL2和SL3之間。 無光澤黑色材料140的優選材料是釉料材料，作為非限定 性示例，可以是基于黑色陶瓷粉末的材料，例如，由基于鉛和鉻酸鹽的 陶瓷墨水或者水基陶瓷墨水構成，在擋風玻璃表面l處將其絲印到擋風 玻璃上，然后在爐中加熱以使其蝕刻(或霜化)到玻璃中。 在操作中，來自像源的實像光線118照射到擋風玻璃表面 4上，此時根據公知的反射定律(入射角等于反射角)，發生反射，使得 虛像光線122進入駕駛員的眼睛，并被駕駛員看成虛像120。根據Snell 定律折射的折射有效光線142照射到無光澤黑色材料140上并被吸收， 無害地散射或者以其它方式消散，使得不存在重像光線，因此駕駛員不 會看見重像(虛像或實像)。 現在參照圖4至圖4B,在圖4A中具體示出了虛像系統100 的第三方面100"'的第一應用100a，和在圖4B中具體示出了虛像系統100 的第三方面100"'的第二應用100b。
〖0037] 層壓擋風玻璃102a、 102b包括外玻璃板104a、 104b、內玻 璃板106a、106b、在外玻璃板104a與內玻璃板106a之間的塑性層108a、 在外玻璃板104b與內玻璃板106b之間的塑性層108b、以及周邊釉料 110,其中擋風玻璃具有表面1、 2、 3和4,如以上參照圖1大致描述的 那樣。像源112被封裝并被如此安裝在儀表盤的儀表板114中(適當考 慮除霜口 116),使得駕駛員或客艙中的乘客都不直接看到像源，作為非 限定示例，像源可以是LED、 LCD、 VF、 OLED等。像源112產生在擋 風玻璃102a、 102b處反射的實像光線118，使得駕駛員能沿著虛像光線 122看到像源的虛像120，而不會看到重像(虛像或實像)。 首先具體參照圖4和圖4A,為了在層壓擋風玻璃102a上 提供高的低頭虛像120,而不用使外玻璃板和內玻璃板成銳角，并且不 會出現重(即，二次)虛像，其中單個虛像為像源112產生的實際圖像 的輪廓清晰的忠實再現，在外玻璃板104a上擋風玻璃表面2處的一個 區域(在該區域中根據Snell定律折射的有效光線142穿過擋風玻璃朝 向擋風玻璃表面2)中施加無光澤黑色材料150，其中實像光線118相 對于擋風玻璃表面4的入射被布置于視線SU和SL3之間。
其次具體參照圖4和圖4B，為了在層壓擋風玻璃102b上 提供高的低頭虛像120,而不用使外玻璃板和內玻璃板成銳角，并且不 會出現重(即，二次)虛像，其中單個虛像為像源112產生的實際圖像 的輪廓清晰的忠實再現，在內玻璃板106b上擋風玻璃表面3處的一個 區域(在該區域中根據公知的Snell定律折射的有效光線142穿過擋風 玻璃朝向表面3)中施加無光澤黑色材料150'，其中實像光線118相對 于擋風玻璃表面4的入射被布置于視線SL2和SL3之間。無光澤黑色材料150、 150'的優選材料是釉料材料，作為非 限定性示例，可以是基于黑色陶瓷粉末的材料，例如，由基于鉛和鉻酸 鹽的陶瓷墨水或者水基陶瓷墨水構成，在擋風玻璃表面2或3處將其絲 印到擋風玻璃上，然后在爐中加熱以使其分別蝕刻(或霜化)到玻璃中。
在關于第一應用100a的操作中，來自像源的實像光線118 照射到擋風玻璃表面4上，此時根據反射定律(入射角等于反射角)， 在擋風玻璃表面4上發生反射，使得虛像光線122進入駕駛員的眼睛， 并被駕駛員看成虛像120。根據Snell定律折射的折射有效光線142照射 到無光澤黑色材料150上并被吸收，無害地散射或者以其它方式消散， 從而不存在重像光線，因此駕駛員不會看見重像(虛像或實像)。
在關于第二應用100b的操作中，來自像源的實像光線118 照射到擋風玻璃表面4上，此時根據反射定律(入射角等于反射角)， 在擋風玻璃表面4上發生反射，使得虛像光線122進入駕駛員的眼睛， 并被駕駛員看成虛像120。根據Snell定律折射的折射有效光線142照射 到無光澤黑色材料150'上并被吸收，無害地散射或者以其它方式消散， 從而不存在重像光線，因此駕駛員不會看見重像(虛像或實像)。 另外參照圖5可以理解，根據本發明的虛像系統100提供 了在擋風玻璃102'的基部附近靠近儀表盤的儀表板114的虛像120,作 為疊加在黑色背景162上的高對比圖像，黑色背景162可以是光澤黑色 材料130或者無光澤黑色材料140、 150、 150'，該虛像容易被駕駛員看 到，其中以非限定示例的形式，虛像呈橫向布置的多個并排指示器160 的形式，每個指示器向駕駛員傳送與機動車的相應所選條件相關的信 息。圖像在駕駛員看來位于透過擋風玻璃的位置，沒有被陽光沖失并允 許駕駛員以一定的距離看見該圖像，由此所需的低頭運動最小，從而具 有無圖像沖失的HUD優點，并且其中為期望遵守可能的規章，虛像在擋風玻璃上非常低，從而不會影響駕駛員對路面的總體視野。 對于本發明所屬領域的技術人員，上述優選實施例可進行 修改或變型。這類修改或變型可在不脫離本發明范圍的情況下進行，本 發明范圍旨在僅由所附權利要求的范圍限定。
權利要求
1.一種虛像系統，包括層壓擋風玻璃，其包括外玻璃板，該外玻璃板具有擋風玻璃表面(1)和相對的擋風玻璃表面(2)；內玻璃板，該內玻璃板具有擋風玻璃表面(3)和相對的擋風玻璃表面(4)；以及布置在所述外玻璃板與內玻璃板之間的塑性層，其中所述擋風玻璃表面(2和3)抵靠所述塑性層；無光澤黑色材料，該無光澤黑色材料布置在所述擋風玻璃表面(1、2和3)中的至少一個上；以及像源，該像源提供入射在所述擋風玻璃表面(4)處的實像光線；其中所述實像光線在所述擋風玻璃表面(4)處反射，從而提供虛像光線，所述虛像光線提供虛像；其中所述實像光線的透射至所述擋風玻璃中的折射光線照射到所述無光澤黑色材料上，從而防止產生重像光線；并且其中所述虛像沒有重像。
2. 根據權利要求1所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料布置在所述擋風玻璃表面(1)處。
3. 根據權利要求2所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料為釉料材料。
4. 根據權利要求3所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預定的上視線與預定 的最低視線之間。
5. 根據權利要求1所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料布置在所述擋風玻璃表面(2)處。
6. 根據權利要求5所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料為釉料材料。
7. 根據權利要求6所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預定的上視線與預定 的最低視線之間。
8. 根據權利要求1所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料布置在所述擋風玻璃表面(3)處。
9. 根據權利要求8所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料為釉料材料。
10. 根據權利要求9所述的虛像系統，其特征在于，所述無光澤黑 色材料大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預定的上視線與預定 的最低視線之間。
11. 一種虛像系統，包括 層壓擋風玻璃，其包括外玻璃板，該外玻璃板具有擋風玻璃表面(1 )和相對的擋風 玻璃表面(2);內玻璃板，該內玻璃板具有擋風玻璃表面(3)和相對的擋風 玻璃表面(4);以及布置在所述外玻璃板和內玻璃板之間的塑性層，其中所述擋風 玻璃表面(2和3 )抵靠所述塑性層；黑色光澤片，該黑色光澤片布置在所述擋風玻璃表面(4)處；以及像源，該像源提供入射在所述黑色光澤片處的實像光線； 其中所述實像光線在所述黑色光澤片處反射，從而提供虛像光線， 所述虛像光線提供虛像；并且 其中所述虛像沒有重像。
12. 根據權利要求11所述的虛像系統，其特征在于， 所述層壓擋風玻璃還包括位于所述擋風玻璃表面(4)上的周邊釉料；并且其中所述黑色光澤片粘附于所述釉料，其中所述釉料至少與所述黑色光 澤片共同延伸。
13. 根據權利要求12所述的虛像系統，其特征在于，所述黑色光 澤片是自粘性聚酯薄膜貼。
14. 根據權利要求13所述的虛像系統，其特征在于，所述黑色光 澤片大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預定的上視線與預定的 最低視線之間。
15. —種層壓擋風玻璃，包括外玻璃板，該外玻璃板具有擋風玻璃表面(1 )和相對的擋風玻璃表面(2);內玻璃板，該內玻璃板具有擋風玻璃表面(3)和相對的擋風玻璃 表面(4);以及布置在所述外玻璃板和內玻璃板之間的塑性層，其中所述擋風玻璃 表面(2和3)抵靠所迷塑性層；以及無光澤黑色材料，該無光澤黑色材料布置在所述擋風玻璃表面(1、 2和3)中的至少一個上。
16. 根據權利要求15所述的層壓擋風玻璃，其特征在于 所述無光澤黑色材料布置在所述擋風玻璃表面(1)處； 所述無光澤黑色材料為釉料材料；并且所述無光澤黑色材料大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預 定的上視線與預定的最低視線之間。
17. 根據權利要求15所述的層壓擋風玻璃，其特征在于 所述無光澤黑色材料布置在所迷擋風玻璃表面(2)處； 所述無光澤黑色材料為釉料材料；并且所述無光澤黑色材料大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預 定的上視線與預定的最低視線之間。
18. 根據權利要求15所述的層壓擋風玻璃，其特征在于 所述無光澤黑色材料布置在所述擋風玻璃表面(3)處； 所述無光澤黑色材料為釉料材料；并且所述無光澤黑色料大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預定 的上視線與預定的最低視線之間。
19. 一種層壓擋風玻璃，其包括外玻璃板，該外玻璃板具有擋風玻璃表面(1)和相對的擋風玻璃 表面(2);內玻璃板，該內玻璃板具有擋風玻璃表面(3)和相對的擋風玻璃 表面(4);布置在所述外玻璃板和內玻璃板之間的塑性層，其中所述擋風玻璃 表面(2和3 )抵靠所迷塑性層；位于所述擋風玻璃表面(4)上的周邊釉料；以及黑色光澤片，該黑色光澤片布置在所述擋風玻璃表面(4)的釉料
20.根據權利要求19所述的層壓擋風玻璃，其特征在于 所述黑色光澤片是自粘性聚酯薄膜貼；并且所述黑色光澤片大致布置在所述擋風玻璃的基部附近，位于預定的 上視線與預定的最低視線之間。
全文摘要
本發明涉及一種用于擋風玻璃的虛像系統。該虛像系統允許像源反射離開擋風玻璃，使得駕駛員看到沒有重像的虛像。在外玻璃板的擋風玻璃表面(1或2)的任意一個處，或者在內玻璃板擋風玻璃表面(3)處，將無光澤黑色材料施加至擋風玻璃的玻璃板，或者另外在擋風玻璃表面(4)處將黑色光澤片布置在擋風玻璃釉料上，從而為具有入射在擋風玻璃表面(4)處的實像光線的任意像源提供虛像。
文檔編號B60J1/00GK101592780SQ20091014182
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月26日 優先權日2008年5月27日
發明者D·西爾韋斯特里, P·R·凱明斯基, S·A·斯特林費羅, S·利文斯頓 申請人:通用汽車環球科技運作公司