CN101697036B - 汽车玻璃信息显示系统及其成像的方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车玻璃信息显示系统包括贴在汽车玻璃上的偏振光散射成像薄膜、光学投影系统以及信息采集系统，所述光学投影系统包括将信息转换为电信号的信号转换模块，根据电信号发出光束的光学引擎，将光束极化为偏振光的光学转换模块以及将偏振光投射到偏振光散射成像薄膜上的投影装置，所述光学转换模块采用基于LCOS芯片的液晶反射装置。本发明没有开口率的因素影响从而大大提高了光源的利用率，本发明利用偏振光散射成像薄膜的偏振光散射原理使在其上成像，这样没有观看视角的局限、重影、光晕、也不受汽车内部或外部的光线干扰，同时前方的路况视线半透明的观看到。本发明技术可在各类用途的车辆、船舶和航天等领域得到广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及汽车附属设备，特别涉及用于显示汽车信息的视频成像方法及设备。
背景技术
已有技术主要分为几类：第一类是利用汽车前挡玻璃面作为反射面，将平面显示装置的平面图文信息反射到驾驶员眼中的显示设备装置；第二类是在汽车前挡玻璃上安装一种光学反射元件，再利用由透射型的光学元件形成的图文信息加上光学聚焦元件投射到安装好的汽车前挡玻璃上的光学反射元件上，直致反射到驾驶员的眼中的显示装置。第三类是在生产汽车前挡玻璃时，由两层玻璃组成，在夹层中敷设液晶材料构成的液晶显示器，从而显示相关的图文信息。
第一类技术原理是将平面显示装置(如LCD面板、LED字段或特殊图案、OLED灯组等)安装在汽车前挡玻璃下方的汽车仪表台上，并且调节到一定的角度对准前挡玻璃反射面，让显示信息镜像反射到驾驶员眼中；
第二类技术原理是在汽车前挡玻璃上安装一种光学反射元件(如反射膜，反射分光镜)，再利用由透射型的光学元件(如LCD液晶面板)或者发光型的光学元件(如CRT各OLED面板)形成的图文信息加上光学聚焦元件投射到安装好的汽车前挡玻璃上的光学反射元件上，直致反射到驾驶员的眼中；
第三类技术原理在生产汽车前挡玻璃夹层中敷设液晶材料构成的液晶显示器，通过汽车前方的光线透过玻璃形成的影像。
以上已有技术存在以下缺陷：第一类技术原理是将平面显示装置(如LCD面板、LED字段或特殊图案、OLED灯组等)安装在汽车前挡玻璃下方的汽车仪表台上，并且调节到一定的角度对准前挡玻璃反射面，让显示信息镜像反射到驾驶员眼中；因为汽车前挡玻璃是有两个面，那么就会形成两个反射面，驾驶员眼中看到的是有重影的显示图像，影响显示质量，增加视觉疲劳给驾驶带来安全隐患，这种技术目前只有用于汽车简单的数字字符图案信息的显示应用，没有意义用来显示复杂的图文。
第二类技术原理是在汽车前挡玻璃上安装一种光学反射元件(如反射膜，反射分光镜)，再利用由透射型的光学元件(如LCD液晶面板)或者发光型的光学元件(如CRT各OLED面板)形成的图文信息加上光学聚焦元件投射到安装好的汽车前挡玻璃上的光学反射元件上，直致反射到驾驶员的眼中；这种投射装置也是利用反射原理反射得到的图像，这种反射方法加入了反射膜或其它反射材料比利用汽车前挡玻璃直接反射效果会好，有比较明亮的图像，但是也会有重影的现象，只不过对比起来比主图像暗一些；并且这种装置要达到实用的图像亮度的话，要加大光源亮度(因为LCD显示面板的开口率只有60-75％左右)或发光面的面积从而增加整个装置的体积，给汽车狭窄的空间的安装带来困难；这种反射显示可观看到图像的角度很有限，并在使用时要求跟据驾驶员的高矮、坐姿和驾驶习惯来调节投射角度来保证看到完整的图像，并且这种投射装置在观看图像时会看到光线对自己眼睛射来，图像的中间有很强的光晕(如图1)，倒致驾驶员视看前方路况的视野被干扰(就象前方有远光灯照射)，严重影响视觉效果和驾驶安全。
第三类技术原理在生产汽车前挡玻璃夹层中敷设液晶材料构成的液晶显示器，这种生产工艺极为复杂和困难，并且造价非常高，真正投产没有经济价值。
发明内容
本发明提供一种汽车玻璃信息显示系统及其成像的方法，采用偏振光成像薄膜，贴在汽车玻璃上，不但能够使驾驶员及时了解信息，而且，还不会遮挡驾驶员视线或分散驾驶员的注意力，保证驾驶安全，解决现有技术信息显示系统存在的驾驶员观察不方便或者造价比较高的技术问题。
本发明为解决上述技术问题而提供的汽车玻璃信息显示系统包括贴在汽车玻璃上的偏振光散射成像薄膜、汽车车体上安装的光学投影系统以及信息采集系统，所述光学投影系统包括将信息转换为电信号的信号转换模块，根据电信号发出光束的光学引擎，将光束极化为偏振光的光学转换模块以及将偏振光投射到偏振光散射成像薄膜上的投影装置。
本发明的进一步改进在于：所述信号转换模块包括有A/D模拟数字三基色信号转换电路以及视频解码电路，所述光学引擎中的发光源为大功率高亮度LED灯。
本发明的再进一步改进在于：所述光学转换模块包括将发光源的点光源转换为平行光束的聚光透镜，将上述平行光束极化为偏振光的偏极化分光镜。
本发明的更进一步改进在于：所述光学转换模块还包括基于LCOS芯片的单片式反射投影装置、极化偏光片及时序控制和驱动芯片，该反射投影装置面板由红绿蓝液晶子矩阵、反射涂层、透明电极层、控制电路衬底硅基片组成，所述时序控制和驱动芯片根据信号转换模块的信号控制红绿蓝液晶矩阵单元电路的通断。
本发明的更进一步改进在于：所述光学转换模块还包括位于聚光透镜光路后的复眼透镜。
本发明的更进一步改进在于：所述投影装置中的镜头为短距离成像的广角镜头。
本发明的更进一步改进在于：所述信息采集系统包括设置于汽车前部的前视远红外热成像夜视仪、设置于驾驶室内前方向的前视近红外夜视仪、设置于汽车后部或侧面的光学摄像头、汽车行车电脑、车载GPS导航系统或车载多媒体娱乐系统；所述偏振光散射成像薄膜贴在汽车的前风挡玻璃、侧窗玻璃或者后窗玻璃上。
这种在汽车玻璃上成像的方法包括以下步骤：
A.首先构成成像系统，该系统包括在汽车玻璃上固定偏振光散射成像薄膜，在汽车车体上安装一套光学投影系统，该光学投影系统投射的光束投射在该成像薄膜上；
B.将需要显示的信息在光学投影系统中转化为电信号，控制光学投影系统中的发光源发出特定的光束；所述将显示信息转换为电信号时转换为三基色数字信号；
C.光学投影系统中的光学系统将上述特定光束极化为符合偏振光散射成像薄膜成像要求的偏振光，投射到偏振光散射成像薄膜上成像。
步骤C中所述光束极化过程可进一步分解为以下分步骤：
C1.将发光源发出点光源通过聚光透镜转化为平行光束；
C2.再通过偏极化分光镜将平行光极化成偏振光；
C3.将平行极化偏振光束通过液晶矩阵单元分化为两种不同角度的光；所述液晶矩阵单元包括有红、绿、蓝液晶子矩阵，所述液晶矩阵单元为基于反射模式的矩阵液晶显示模块，平行极化偏振光束通过红、绿、蓝液晶子矩阵转换成红、绿、蓝三色极化偏振光，其分化光束的过程包括液晶矩阵单元将接收到的数字信号转换为与信息视频图像像素相对应的控制时序电平信号，控制通过该矩阵的光束产生角度旋转。
C4.再透过极化偏光片滤掉其中一个角度的光，控制液晶矩阵单元，使其根据信息图形分化光束；
C5.将透过的光束通过成像镜头投射到偏振光散射成像薄膜上成像。
已有的汽车显示技术一般将显示器安装在仪表台、仪表板上、后视镜上、挡阳板上或者车顶上，这给它的一些应用带来了很多不方便或安全隐患，因为在行车时驾驶员频繁偏离前方行车视线去观看显示装置，驾驶员会错过行车时前方突发的路况从而引起行车事故，造成安全隐患。而现有的汽车前挡玻璃抬头显示系统是利用光源穿透透射型液晶显示材料产生的光源信息，但由于液晶材料开口率的影响会导致光源利用率减少，才需要增加整机的体积，给实际应用带来困难；现有技术的成像原理是在汽车的前挡玻璃上加入或不加入反射光学元件，因为是反射方式成像所以给驾驶员的观看效果带来很多缺陷，如图像有光晕、重影或视角局限；而本发明是采用全反射方式产生的光源信息，没有开口率的因素影响从而大大提高了光源的利用率，并采用短离距成像广角镜头，可以很方便的安装或改装到汽车前挡玻璃下方的仪表台上或镶嵌仪表台中，本发明成像的原理与传统的反射成像原理完全不同，传统的反射成像元件只是成像系统的一个中间环节不能在此元件上成像，本发明是利用偏振光散射成像薄膜的偏振光散射原理使在其上成像，这样没有观看视角的局限、重影、光晕、也不受汽车内部或外部的光线干扰，同时前方的路况视线半透明的观看到。本发明技术可在各类用途的车辆、船舶和航天等领域得到广泛的应用。
附图说明
图1a-b是现有技术驾驶员观察信息的示意图。
图2是本发明多媒体采集系统的方框图。
图3是微型光学投影系统电路方框图。
图4是偏振光散射成像薄膜的工作原理图。
图5是LCOS光学引擎光学原理图。
图6a-b是本发明驾驶员观察信息的示意图。
具体实施方式
结合上述附图说明本发明的具体实施例。
由图2至图6b中可知，一种汽车玻璃信息显示系统包括贴在汽车玻璃上的偏振光散射成像薄膜、汽车车体上安装的光学投影系统以及信息采集系统，所述光学投影系统包括将信息转换为电信号的信号转换模块，根据电信号发出光束的光学引擎，将光束极化为偏振光的光学转换模块以及将偏振光投射到偏振光散射成像薄膜上的投影装置。本发明采用的是偏振光散射成像薄膜，这种薄膜只反射特定方向的极化偏振光，其它的自然光不会被反射而是直接透过，这就使投影装置投射出来的能量全部在偏振光散射成像薄膜上成像了，从而提高了投影光能的利用效率，而且由于有汽车前挡玻璃上直接成像，观看图像的视角没有限制；并且不受汽车内的其它光线影响成像效果，而从汽车前方的光线可以直接透射，驾驶员在观看投影图像的同时也可以看到前方的路况视野，不影响驾驶安全。
由图2至图5中可知，所述信号转换模块包括有A/D模拟数字三基色信号转换电路以及视频解码电路，所述光学引擎中的发光源为大功率高亮度LED灯。所述光学转换模块包括将发光源的点光源转换为平行光束的聚光透镜，将上述平行光束极化为偏振光的偏极化分光镜。所述光学转换模块还包括基于LCOS芯片的单片式反射投影装置(LCOS)、极化偏光片及时序控制和驱动芯片，该反射投影装置面板由红绿蓝液晶子矩阵、反射涂层、透明电极层、控制电路衬底硅基片组成，所述时序控制和驱动芯片根据信号转换模块的信号控制红绿蓝液晶矩阵单元电路的通断。由汽车多媒体采集系统提供各种汽车上的视频设备接口，然后进行相应的通道切换将视频信号送给视频处理系统，经过A/D模拟数字信号转换变成数字信号送给视频解码电路解码成三基色数字信号，再将三基色数字信号送给LCOS时序控制和驱动芯片来实现给LCOS面板的红绿蓝液晶分子矩阵单元按照视频图像像素输出相应的控制时序电平信号；LCOS的光学引擎中的大功率LED光源21通过聚光透镜22将白色点光源变成白色平形光束，再通过偏极化分光镜24将自然的白色平行光极化成白色偏振光，通过偏极化分光镜中间的光学镀膜层反照射到LCOS的面板23上，LCOS面板主要由红绿蓝液晶子矩阵、反射涂层、透明电极层、控制电路衬底硅基片组成，照射到LOCS面板上的白色极化偏振光通过红绿蓝液晶分子矩阵时，变成红绿蓝三种极化偏振光，红绿蓝液晶矩阵单元的通不通电状态使红绿蓝三种颜色的极化偏振光旋转或不旋转90°照到反射涂层上时，直接反射出LCOS面板和极化分光镜后到另一块极化偏光片26上，此时旋转或不旋转90度角的红绿蓝三种极化偏振光就会通过或不能通过极化偏光片而形成有实际图案的平行极化偏振光射入成像镜头组27，通过镜头组后实际图案的极化偏振光变成一定角度投射光束直致投射到成像面上；而偏振光散射成像薄膜只对一定方向的极化偏振光进行散射，此时实际图像就在偏振光散射成像薄膜上成像，这样所成的像从任意角度都可以观看到。
由图5中可知，所述光学转换模块还包括位于聚光透镜光路后的复眼透镜，通过复眼透镜可将平行光变成光度均匀的白色平行光。
所述投影装置中的镜头为短距离成像的广角镜头，光学镜头是采用短距离成像的广角镜头，体积和成本比传统的投影设备有很大的优势，便于汽车的安装改装和大规模生产。
由图3中可知，所述信息采集系统包括设置于汽车前部的前视远红外热成像夜视仪、设置于驾驶室内前方向的前视近红外夜视仪、设置于汽车后部或侧面的光学摄像头、汽车行车电脑、车载GPS导航系统或车载多媒体娱乐系统；所述偏振光散射成像薄膜贴在汽车的前风挡玻璃、侧窗玻璃或者后窗玻璃上。当前视远红外热成像夜视仪安装在汽车前方引擎盖前时，红外热成像夜视仪可以将物体发出的微弱热能转化成图像信息，夜晚驾驶车辆时前挡玻璃的成像区域就可以看到如同白天时的景物，并且可以看到近处或远处一千米的生命体和发热物体，观看显示画面时驾驶员不用偏离行车视线，既可以注视前方路况又可以看到前视远红外热成像夜视仪所采集的图像，成为夜晚行车很安全的解决方案；当前视近红外夜视仪安装在驾驶室内前方向时，远红外夜视仪通过辅助810nm近红外激光光源的照射前方物体，通过高灵敏度近红外摄相机将反射回来的近红外光放大转化成图像信息，并且可以看到近处或远处100-300米路况物体，观看显示画面时驾驶员不用偏离行车视线，成为夜晚行车很安全的解决方案；当汽车背面或者汽车的侧面装上摄像头时，摄像头将各个方向采集的景物转化成图像信息，驾驶员在倒车或行车时在前挡玻璃的成像区域可以看到各个方向的景物显示图像；当汽车数据接口连接到汽车CAN-BUS数据线上时，中央处理器可以将汽车的运行的信息转换成图像和文字图案显示在前挡玻璃的成像区域，实时了解汽车的发动机转速、时速、温度、胎压等行车信息；当连接到GPS车载导航系统时，车辆的导航地图信息就可以用图文方式显示在前挡玻璃的成像区域，使驾驶员不用偏离行车视线了解行车路线；当扩展车载多媒体娱乐系统时(如各种制式数字电视，模拟电视接收机，DVD播放机，各种视频格式媒体播放器，车载电脑等)，娱乐的图像信息就可以显示在前挡玻璃的成像区域，驾驶员在停车时方便的观赏到各种娱乐资讯了。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种在汽车玻璃上成像的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： A.首先构成成像系统，该系统包括在汽车玻璃上固定偏振光散射成像薄膜，在汽车车体上安装一套光学投影系统，该光学投影系统投射的光束投射在该成像薄膜上； B.将需要显示的信息在光学投影系统中转化为电信号，控制光学投影系统中的发光源发出特定的光束； C.光学投影系统中的光学系统将上述特定光束极化为符合偏振光散射成像薄膜成像要求的偏振光，投射到偏振光散射成像薄膜上成像。
2.根据权利要求1所述在汽车玻璃上成像的方法，其特征在于：步骤C中所述光束极化过程可分解为以下分步骤： C1.将发光源发出点光源通过聚光透镜转化为平行光束； C2.再通过偏极化分光镜将平行光极化成偏振光； C3.将平行极化偏振光束通过液晶矩阵单元分化为两种不同角度的光； C4.再透过极化偏光片滤掉其中一个角度的光，控制液晶矩阵单元，使其根据信息图形分化光束； C5.将透过的光束通过成像镜头投射到偏振光散射成像薄膜上成像。
3.根据权利要求2所述在汽车玻璃上成像的方法，其特征在于：步骤B中所述将显示信息转换为电信号时转换为三基色数字信号，步骤C3中所述液晶矩阵单元包括有红、绿、蓝液晶子矩阵，所述液晶矩阵单元为基于反射模式的矩阵液晶显示模块，平行极化偏振光束通过红、绿、蓝液晶子矩阵转换成红、绿、蓝三色极化偏振光，其分化光束的过程包括液晶矩阵单元将接收到的数字信号转换为与信息视频图像像素相对应的控制时序电平信号，控制通过该液晶矩阵单元的光束产生角度旋转。
4.一种汽车玻璃信息显示系统，其特征在于：该显示系统包括贴在汽车玻璃上的偏振光散射成像薄膜、汽车车体上安装的光学投影系统以及信息采集系统，所述光学投影系统包括将信息转换为电信号的信号转换模块，根据电信号发出光束的光学引擎，将光束极化为偏振光的光学转换模块以及将偏振光投射到偏振光散射成像薄膜上的投影装置；所述信号转换模块包括有A/D模拟数字三基色信号转换电路以及视频解码电路，所述光学引擎中的发光源为大功率高亮度LED灯。
5.根据权利要求4所述的汽车玻璃信息显示系统，其特征在于：所述光学转换模块包括将发光源的点光源转换为平行光束的聚光透镜，将上述平行光束极化为偏振光的偏极化分光镜。
6.根据权利要求4或5所述的汽车玻璃信息显示系统，其特征在于：所述光学转换模块还包括基于LCOS芯片的单片式反射投影装置、极化偏光片及时序控制和驱动芯片，该反射投影装置面板由红绿蓝液晶子矩阵、反射涂层、透明电极层、控制电路衬底硅基片组成，所述时序控制和驱动芯片根据信号转换模块的信号控制红绿蓝液晶矩阵单元电路的通断。
7.根据权利要求5所述的汽车玻璃信息显示系统，其特征在于：所述光学转换模块还包括位于聚光透镜光路后的复眼透镜。
8.根据权利要求4或5所述的汽车玻璃信息显示系统，其特征在于：所述投影装置中的镜头为短距离成像的广角镜头。
9.根据权利要求4或5所述的汽车玻璃信息显示系统，其特征在于：所述信息采集系统包括设置于汽车前部的前视远红外热成像夜视仪、设置于驾驶室内前方向的前视近红外夜视仪、 设置于汽车后部或侧面的光学摄像头、汽车行车电脑、车载GPS导航系统或车载多媒体娱乐系统；所述偏振光散射成像薄膜贴在汽车的前风挡玻璃、侧窗玻璃或者后窗玻璃上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20100421 Assignee: SHENZHEN LTIME IN-VEHICLE ENTERTAINMENT SYSTEM COMPANY LIMITED Assignor: Shenzhen Boshichuang Electronics Co., Ltd. Contract record no.: 2015440020298 Denomination of invention: Information display system of automobile glass and imaging method thereof Granted publication date: 20120530 License type: Exclusive License Record date: 20150814 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |