SISTEMA DE VISUALIZACIÓN FRONTAL CON SUPRESIÓN DE IMAGEN FANTASMA.

Sistema de visualización frontal con supresión de imagen fantasma.

Sistema de visualización frontal que comprende un sistema generador de imágenes difusas (10), una ventana al menos parcialmente transparente (30) y un sistema (20) para aumentar la profundidad de la imagen virtual. Los índices de refracción de los interfaces externo e interno de la ventana son tales que el cociente entre dichos índices es superior o igual a 4 o bien inferior o igual a 0,25. De esta manera se eliminan o minimizan las reflexiones espúreas o fantasmas.

Sistema de visualización frontal con supresión de imagen fantasma.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de proyección, en particular a un sistema de visualización frontal. El sistema óptico propuesto se basa en crear una imagen virtual de una imagen difusa procedente de una fuente, por ejemplo un proyector mediante un elemento difusor que funciona en reflexión o transmisión.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los sistemas de visualización frontal (HUD por sus siglas en inglés) generan una imagen virtual de información de vehículo tal como velocidad de tránsito, direcciones de navegación o cualquier otro indicador que deba controlar el operario de un vehículo. La expresión “frontal” indica que no es necesario que el operario desvíe la mirada hacia un tablero de mandos para ver la información, es decir, el operario mantiene la “vista en el itinerario”. Por tanto, el sistema es una comodidad añadida que también aumenta el nivel de seguridad con el que el usuario puede operar el vehículo.

En la actualidad, diversos problemas afectan a los sistemas de visualización frontal (HUD) disponibles. En la mayor parte de sistemas HUD, el espacio de visualización del usuario del vehículo está limitado a un área estrecha de operación, aproximadamente del tamaño de la cara del usuario. En estas condiciones, el usuario no puede moverse libremente dentro del vehículo mientras ve la información que se le proporciona.

Por ejemplo, Microvision Inc. propuso un sistema usando un escáner láser como fuente de imágenes y un sistema óptico bastante complejo para procesar la imagen que iba a proyectarse en los ojos del usuario (documento US 2007/0103747) . Tal sistema da como resultado una imagen virtual que parece flotar delante del usuario, de modo que no es necesario volver a enfocar los ojos. Sin embargo, la visualización se representa directamente en la retina del observador, y esto puede provocar molestias además de necesitar un posicionamiento exacto de la cabeza del usuario.

Algunos sistemas también requieren luz polarizada, lo que también aumenta el coste de todo el sistema y reduce su eficacia. Por ejemplo, la patente US 7, 203, 005 B2 de Jiang et al. describe un sistema HUD que incluye un dispositivo de proyección de imágenes polarizadas, un difusor de transmisión de conservación de la polarización y un elemento reflector de polarización como espejo sin bloqueo (o combinador) . El difusor de transmisión de conservación de la polarización se usa como pantalla de retroproyección de imágenes reales a nivel del tablero de mandos. Como éste es un sistema de retroproyección, la flexibilidad de montaje está limitada a una posición. Además, la necesidad de una luz polarizada aumenta el coste de todo el sistema, puesto que los elementos ópticos requieren tratamientos especiales para aumentar la eficacia de transmisión y reflexión. La imagen real en el plano del tablero de mandos se refleja hacia el usuario por medio de un reflector polarizado selectivo de longitud de onda (o combinador) colocado en el parabrisas. El dispositivo de proyección de imágenes polarizadas es un escáner láser con luz de banda estrecha y altamente polarizada. Debido a la selectividad de la longitud de onda y la propiedad de polarización del reflector, también se transmite el 50% de la luz ambiente (una componente de polarización) más toda la luz de la polarización opuesta que está fuera de las bandas de reflexión, pero sin ser transparente y uniforme como el resto del parabrisas.

Otros sistemas que incluyen un tratamiento del parabrisas son los HUD basados en hologramas. Tolstik et al. han desarrollado un HUD basado en polimetilmetacrilato con fenantrenoquinona, o dicho de otro modo, hologramas de red de volumen (Tolstik et al., “PMMA-PQ Photopolymers for Head-Up-Displays” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 21, n, º. 12, 15 de junio, 2009) . En su sistema, la red holográfica, que funciona como combinador, está ubicada entre las placas de vidrio de parabrisas y debe ser estable hasta temperaturas de 140º definidas por el proceso de fabricación de los parabrisas. Tales sistemas proporcionan una reflexión muy alta a la longitud de onda específica de la fuente y todas las demás longitudes de onda tendrán una transmisión máxima a través del vidrio (Chao et al., “Diffraction properties of windshield laminated photopolymer holograms”, J Opt 29 (1998) 95-103) . Así, el mundo exterior se verá a través del combinador con una transmitancia de normalmente el 70%, aunque la eliminación de la banda de visualización específica puede provocar un ligero cambio del color, por ejemplo, si se elimina un intervalo verde entonces puede aparecer un ligero tono rosa. Además, en tales sistemas, la imagen se genera en el parabrisas, siendo una imagen real, y se requiere volver a enfocar los ojos del usuario. En resumen, tales sistemas requieren un tratamiento del parabrisas que aumenta el coste de todo el sistema y afecta a su transparencia.

Recientemente ha aparecido una nueva tecnología que se basa en recubrimientos del parabrisas. General Motors ha desarrollado un parabrisas recubierto con fósforos transparentes, que escaneados por un láser UV emiten en el espectro visible, convirtiéndose así en la base de un sistema de visualización frontal de parabrisas completo. De manera similar, Superimaging Inc. ha creado MediaGlass©, una película recubierta con fósforo transparente que puede adherirse a grandes extensiones de vidrio. Un tipo de MediaGlass© es una película de dos colores que brilla con un color azul bajo luz de 405 nm y rojo bajo luz de 365 a 375 nm; otro tipo emite luz blanca cuando se excita con luz de 405 nm. En ambos casos, la imagen se crea en el parabrisas, de modo que el usuario ve una imagen real en el parabrisas y se requiere volver a enfocar los ojos, un efecto que puede resultar incómodo y peligroso para la conducción.

Un sistema de HUD preferido por su simplicidad en el diseño es el descrito en el documento US 7990620, de Hung et al. Éste incluye un dispositivo para la proyección de imágenes, una unidad difusora, ambos instalados sobre el salpicadero del vehículo, y un medio de demostración transparente, que se trata del parabrisas. El dispositivo generador de imágenes, que puede estar basado en una fuente láser, proyecta una imagen real sobre la unidad difusora y éste a su vez refleja la imagen hacia el medio de demostración. El usuario visualiza de esta manera una imagen virtual a una distancia que coincide con la separación entre el parabrisas (o medio de demostración) y la unidad difusora.

Este sistema presenta el inconveniente de la formación de una doble imagen o imagen “fantasma” en el parabrisas. Debe conseguirse la supresión de imágenes fantasma con el fin de obtener una buena calidad de la imagen para aplicaciones HUD.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema que soluciona los problemas anteriores, proporcionando mayor contraste y brillo y para el cual el usuario no tiene que reenfocar la vista y además consigue suprimir o minimizar la imagen fantasma. Para ello, la invención consiste en un sistema de visualización frontal que comprende un sistema generador de imágenes difusas, una ventana al menos parcialmente reflectante y un sistema óptico para alejar el plano focal de la imagen virtual. Para mejorar el brillo (lo que a su vez mejora el contraste) y suprimir imágenes residuales no deseadas, la ventana al menos parcialmente reflectante se trata con un recubrimiento en cualquiera de sus interfaces donde el conciente entre los índices de refracción del interfaz interno y el externo de la ventana Rint/Rext es superior o igual a 4 o bien inferior o igual a 0, 25. Dicho sistema generador de imágenes comprende un elemento difusor colocado entre el sistema óptico para distanciar la imagen virtual y la fuente de luz en una posición tal que la luz incidente puede difundirse por dicho elemento difusor hacia el sistema óptico y a continuación reflejarse en la ventana al menos parcialmente reflectante hacia un observador. El elemento difusor está configurado para funcionar como transmisor o bien como reflector. Cuando este elemento adopta la última configuración, éste puede comprender un material reflectante con una capa de superficie rugosa del mismo material, por ejemplo, una capa de vidrio de un espesor entre 1 micrómetro y 10 milímetros y una capa de superficie rugosa con una rugosidad desde 0.01 hasta 100 micrómetros. Un grosor excesivo de la capa transparente puede comportar la aparición de imágenes dobles previamente a la reflexión sobre la ventana al menos parcialmente reflectante, mientras que una excesiva rugosidad...

1. Sistema de visualización frontal que comprende un sistema generador de imágenes difusas (10) , una ventana al menos parcialmente reflectante (30) con un interfaz externo y otro interno destinado a situarse hacia un observador, caracterizado porque además comprende un sistema óptico (20) emplazado entre el sistema generador de imágenes difusas (10) y la ventana (30) adaptado para aumentar la profundidad de la imagen virtual (40) percibida por el usuario, y porque el cociente entre los índices de refracción del interfaz interno y el externo de la ventana (30) Rint/Rext es superior

o igual a 4 o bien inferior o igual a 0, 25.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema generador de imágenes difusas (10) comprende un elemento difusor (12a, 12b) colocado ante la ventana (30) en una posición tal que la luz incidente desde el sistema generador de imágenes (10) pueda difundirse por el difusor hacia la ventana (30) y a continuación reflejarse en ésta hacia un observador.

3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento difusor funciona en reflexión (12b) y además comprende una capa de material transparente con dos superficies, una superficie de un material reflectante

(122) y otra superficie rugosa (121) .

4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque el sistema generador de imágenes difusas (10) está provisto de una fuente de luz (11) basada en un LED o un grupo de LEDs o un láser.

5. Sistema según las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque la capa de material transparente es de un espesor de entre 1 micrómetro y 10 milímetros y la rugosidad de la superficie rugosa (121) es de entre 0.1 hasta 100 micrómetros.

6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque el reflector difusor está compuesto de una lámina reflectante especular con grosor entre 50 y 100 micrómetros y una lámina de plástico difusora con una rugosidad desde

0.1 hasta 100 micrómetros y un grosor entre 10 y 100 micrómetros, adherida sobre la anterior.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4-6, caracterizado porque comprende elementos de nueva conformación del haz (13) en cualquier punto del camino óptico entre la fuente de luz (11) del sistema generador de imágenes difusas (10) y la ventana (30) .

8. Sistema según la reivindicación 7 caracterizado porque los elementos de nueva conformación del haz están situados entre la fuente de luz (11) y el elemento difusor (12) .

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque al menos uno de los interfaces de la ventana (30) está al menos parcialmente cubierto con un recubrimiento al menos en parte reflectante.

10. Sistema según la reivindicación 9, caracterizado porque el recubrimiento comprende una capa ultra fina y altamente reflectante de metal depositada por pulverización catódica.

11. Sistema según la reivindicación 10 donde la capa ultra fina está depositada sobre una película flexible adherente aplicada sobre la ventana (30) .

12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-8 caracterizado porque al menos uno de los interfaces de la ventana (30) está al menos parcialmente cubierto con un recubrimiento al menos en parte antirreflectante.

13. Sistema según la reivindicación 12, en la que el recubrimiento comprende una lámina multicapa al menos en parte antirreflectante adherida a la ventana (30) .

14. Sistema según la reivindicación 12, caracterizado porque el recubrimiento comprende una lámina con nanopartículas adherida a la ventana (30) .

15. Sistema según la reivindicación 12, caracterizado porque el recubrimiento comprende una capa nanoestructurada con poros de aire aplicada directamente o adherida a la ventana (30) .

16. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además medios informáticos y de programa para comparar una imagen original emitida por el sistema generador de imágenes difusas

(10) con una imagen reflejada y una fantasma en la ventana transparente (30) , y conformar nuevamente la imagen original que va a visualizarse para eliminar la imagen fantasma.

17. Sistema según la reivindicación 16, en la que la nueva conformación de la imagen original se realiza usando funciones gaussianas.