CN104246844A - 定向主动投射 - Google Patents

Abstract

本发明描述了定向主动投射设备，其包括提供信息图案的平面显示器。该平面显示器包括光透明区域和用于阻挡光透射的区域。该定向主动投射设备还包括靠近平面显示器布置的透镜，以及在透镜焦平面上布置成阵列的光源集合。还描述了控制定向主动投射设备的方法。

Description

定向主动投射

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年2月6日提交的美国临时申请No.61/595,261的权益，该临时申请通过引用全本被并入本文。

技术领域

本主题涉及标识，且更具体地涉及能够在移动观察者处投射动态信息的主动标识(active sign)。

背景技术

高速路和地面街道上充满了提供各种信息的标识。这类信息可包括街道/出口名称、至目的地的距离/指示、交通状况提示、交通安全规则(包括车速限制、车道变换等)、以及可能的广告或其他信息。

一些交通标识使用主动显示标识，例如，在高速路上警示前方交通堵塞、建筑施工以及事故，然而显示的信息可主动地变化和/或更新。显示的信息可以被预先编程和显示，而没有任何关于路上车辆的司机是否看到信息并从该信息受益的反馈。这可导致不必要的电力消耗。而且，这些标识常常以朗伯或其它大立体角照明模式投射讯息，这包括不必要地投射到路边或垂直地投射，这些地方是不需要的，因为在这些方向上没有从这些信息受益的观察司机或乘客。额外的电力可以被在这类无区别的光投射中浪费掉。

因此，需要主动标识，其能够只有当感测到靠近的车辆时才针对靠近的车辆投射动态地可变化的信息。

发明内容

在如下的设备和方法中，解决与之前已知系统相关的困难和弊端。

公开了主动标识，其包括用于探测一辆或多辆靠近的车辆的位置的装置，用于基于靠近的车辆显示固定的或可变化的图案的平面装置，以及用于基于探测的位置基本上在车辆的方向主动地导向显示的图案的装置。

在一方面，本主题提供了定向主动投射设备，其包括用于显示信息图案的平面显示装置，其中该平面装置包括透明区域。该投射设备还包括靠近平面显示装置布置的聚焦装置。并且，该投射设备包括在聚焦装置的焦平面上布置成阵列的多个光源装置。

在另一个方面，本主题提供了控制定向主动光投射设备的方法。该方法包括初始化位于透镜的焦平面上处于关闭状态的多个光源。该方法还包括使用与每个光源相关联的传感器检测光的入射水平。该方法另外地包括使用耦联每个光源与相应的相关联传感器的电路确定入射光水平是否超过阀值水平。该方法进一步包括如果通过相关联的传感器检测到的入射光水平超过阀值水平，则打开光源来照明透镜。并且，该方法包括如果通过相关联的传感器检测到的入射光水平没有超过阀值水平，则关闭光源。

在又另一方面，本主题提供了定向主动投射设备，其包括提供信息图案的平面显示器。该平面显示器包括光透明区域和用于阻挡光透射的区域。该设备还包括靠近平面显示器布置的透镜。并且，该设备另外地包括在透镜的焦平面上布置成阵列的多个光源。

如将认识到的，本文描述的主题能够是其它的和不同的实施方式，并且它的若干细节能够在各种方面改变，所有都没有背离要求的主题。因此，附图和说明书被视为说明性的而非限制性的。

附图简述

图1是根据公开内容适合向移动的车辆投射信息的标识的可能实施方式的共同的一般方面的表示。

图2显示根据公开内容的装置的第一方面，用于在标识的轴上定向投射信息。

图3显示根据公开内容的装置的第二方面，用于在标识的离轴位置上定向投射信息。

图4显示根据公开内容的装置的第三方面，用于在标识的离轴位置上定向投射信息。

图5显示根据公开内容从标识定向投射信息到一辆或多辆车辆的方法方面。

图6显示根据公开内容的可编程标识亮度作为来自一辆或多辆靠近的车辆的入射光强度的函数的例子。

具体实施方式

结合所附的附图在下面阐述的详细描述拟为各种结构的描述，而不是意图表示可以实践本文描述概念的仅有结构。为了提供各种概念的全面理解的目的，详细描述包括具体细节。然而，可在没有这些具体细节的情况下实践这些概念对于本技术领域的技术人员也将是显而易见的。

本主题提供了定向主动投射设备，其包括用于显示信息或信息图案的平面显示器，与平面显示器相邻或靠近的一个或多个聚焦部件或透镜，和一个或多个光源。在某些形式中，在聚焦元件(一个或多个)的焦平面上光源布置成阵列。

通常地，平面显示器包括透明区域且具体地为光透射区域和用于阻挡光透射的区域。该平面显示器可包括静态显示器、可变空间光调制器或者其组合。该空间光调制器可包括液晶显示器，并且在具体的形式，包括液晶显示器光阀。

可以以各种形式提供聚焦部件或透镜，例如平面菲涅耳透镜、平凸透镜(或平凸薄透镜)以及其组合。

光源(一个或多个)可包括一个或多个发光设备。

投射设备也可包括附加部件，例如但不限于一个或多个光传感器或光探测器、一个或多个扩散器以及在本文描述的具体的电路或功能性部件。

光传感器或探测器通常根据光源(一个或多个)布置。在某些形式中，光传感器或探测器与一个或多个光源电耦联或电通信。在具体的形式中，在聚焦部件或透镜的焦平面外或间隔开指定量，放置光传感器或探测器。在本主题的仍其他形式中，在同一或共用部件中，彼此联合或整体地提供光源(一个或多个)和光传感器(一个或多个)或探测器(一个或多个)，因此在本文被称为“同一”。可配置光传感器或探测器来检测透射通过聚焦部件或透镜的光水平。在具体实施方式中，光传感器(一个或多个)或探测器(一个或多个)与电路耦联，所述电路被配置为确定探测到的光水平是否超过阀值水平。更具体地，可配置电路为如果检测到的光水平超过阈值水平，则根据对光传感器(一个或多个)/探测器(一个或多个)的指定响应，通电光源(一个或多个)至打开状态，从而照明平面显示器和聚焦部件或透镜。也可配置电路为如果检测到的光水平没有超过阈值水平，则根据对光传感器(一个或多个)/探测器(一个或多个)的指定响应，熄灭光源(一个或多个)至关闭或低强度状态。

可以将一个或多个光扩散器——如果使用——与平面显示器、聚焦部件(一个或多个)或透镜、和/或光源(一个或多个)的集合一起布置。

本主题也提供了控制定向主动光投射设备的方法。这些方法包括初始化大体上位于透镜的焦平面上处于关闭状态的一个或多个光源。该方法还包括使用与每个光源相关联的传感器检测光的入射水平。该方法另外包括使用耦联每个光源与相应的相关联传感器的电路确定入射光水平是否超过阀值水平。该方法也包括如果相关联的传感器检测到的入射光水平超过阀值水平，则打开光源来照明透镜，以及如果相关联的传感器检测到的入射光水平没有超过阀值水平，则关闭光源。

如下进一步描述这些和其他方面。

关于图1，描述了公开的设备的一般特征。车辆140可以正在靠近路标100。通过照明道路的车辆前照灯142或，可选地，发射一些形式电磁辐射的信标144，可以使得知道车辆的存在，所述电磁辐射为红外线、射频、雷达、微波、可见光的形式或任何适合形式的电磁辐射。在下面描述的各种方面中，传感器系统作为标识100的物理上不同的且可分离的部件，可以探测车辆140的位置和距离。可选地，传感器系统可嵌入路标100内，如在下面描述的。

在如图2中说明的公开内容的方面中，路标100包括掩膜110。掩膜110可以是被动膜透明物，包括，例如，方向、距离信息和图像。像许多路标一样典型的，该透明物可以提供均匀的背景颜色和对比照明的信息。如果例如背景光是白色的，膜透明物可以包括具有白色字母的暗色背景。膜透明物可以包括彩色区域，以致当由白光从背后照亮时，字母可以以各种颜色呈现。可选地，该膜透明物背景可以是透明的，提供白色背景，并且字母可以是暗色的和/或彩色的。

可选地，掩膜110可以是主动的空间光调制器，例如液晶显示器(LCD)屏。在该情况中，标识可以动态地变化来提供变化的信息，例如交通状况和灾害信息。如果背景光是白色的，掩膜110可以提供彩色透明和暗色和/或明亮对比的背景。

邻近掩膜110可以包括透镜105。透镜105可以优选地是菲涅耳型透镜，其是在本领域公知的薄片形式的透镜。可选地，透镜105可以是薄透镜，优选地是平凸透镜。提到菲涅耳型透镜，可以十分接近地邻近掩膜110放置透镜105。在公开内容的一方面中，透镜105和掩膜可以利用例如光胶粘合在一起，使得在透镜105的一个表面上凸显(emboss)的折射性质不受影响，并且可以优选地布置在透镜不接触掩膜的表面上。在平凸透镜的情况中，掩膜可以优选地与平凸透镜的平面边粘合。透镜105具有垂直于透镜105的平面并且穿过透镜105的中心的光轴106。透镜以焦距107为特征，并且穿过透镜105平行于透镜轴106的光平行射线将会聚于焦点109处，所述焦点109位于距透镜105的面焦距107的距离的焦平面104中。相反地，在透镜轴106上的焦点109处，起源为点光源的光，将作为准直的平行于光轴106的射线从透镜105的远测出射。

光源120可以是单元件光发射器，例如高亮度发光二级管(LED)或等效的光发射器。在这类情况中，作为近似的点光源，投射准直射线。可选地，光源可以是一簇光发射器，在该情况中，投射的射线将仅仅近似于准直的，并且将具有通过熟知的光学规则确定的发散角。

通过或者在透镜105和轴上光源(on axis light source)120之间放置掩膜110，或者在掩膜110和轴上光源120之间放置透镜105，将获得与发射一束通过掩膜110的图案过滤的基本平行的光线基本上相同的效果。

如图3所说明的，路标100可以进一步具有一个或多个布置在焦平面104中从光轴偏移的光源120’。如果当轴上光源120关闭时，光源120’照明掩膜110和透镜105，那么一束光线将以对光轴106的一个角度定向从透镜105和掩膜110的另一边出射，现在平行于投射束方向106’。因此，通过掩膜110过滤的投射束作为基本准直的束可以被转向并定向，这取决于光源120、120’的哪一个打开来照明掩膜110和透镜105。然后呈现由位于投射光的准直束内的观察者照亮的路标100。

可容易地理解，通过打开多个光源120、120'，可以形成许多光束从而在多个方向同时投射掩膜110的图像，因此，许多观察者——其中每一个观察者位于投射掩膜的多个准直束的一束内，可以利用最佳照明选择性地观看路标。通过在路标100的焦平面104上以阵列布置多个光源120、120'，根据打开光源120、120'的哪一个来照明掩膜110和透镜105，可以在多个方向投射掩膜110上的图像。

在公开内容的进一步方面，图4显示了来自接近路标100的车辆140(如图1所描绘的)的信标144或前照灯142的光束被与光源120’邻近的一个或多个传感器130检测到。来自信标或前照灯的光强度可以是恒定的或按时间调制的以传送来自车辆的信息至标识。例如，为了车辆的乘员可以就是否在特定的出口处停车的问题做出决定，可以传送关于设施的信息例如加油站、餐厅、酒店、旅游景点等给汽车。另外，传送的信息可以包含关于路况、天气警告、施工封锁或提供代替路线建议以避免前方堵塞的详细信息。传送到车辆的信息还可以用于推销特定的产品或服务，或是关于车辆，例如它的维护，或是由那些产品或服务的推销商赞助的特定的广告活动。还可以提供选项给车辆的乘员来选择包含在传送信息里的信息，然后根据选择的信息的特定部分，可以给乘员提供更具体的信息或使乘员再接入可以通过车辆的车载导航或娱乐系统进行访问的网站。

在距路标足够的距离处，来自信标144或前照灯142的光可以被视为准直或窄发散的光束。因此，靠近路标100的光线是近似平行的。因此，来自车辆140的光将聚焦在焦平面中可能偏离透镜105的光轴106的一些位置上。在焦平面104中可以邻近每个各自光源120、120’放置传感器130。此外，可以电耦联每个各自传感器130和光源120、120’对，以便仅在传感器检测光强度的量高于触发阀值水平时，打开光源120、120’。那样，当光源120、120’相应的传感器130检测到来自具有信标144和前照灯142的靠近的车辆的信号时，仅那些光源120、120’将打开并照明掩膜110。随着每个车辆移动，不同组的光源/传感器对可以启动并且投射的掩膜图像跟随车辆140。因此，由高度分配的和简单水平的处理管理控制路标图像方向投射到多个车辆。即，由相关联的传感器130检测到的光输入控制每个光源120、120’的光输出。自动跟踪和照明多辆车辆。

这可以理解，路标100可以是暗色的并且除了操作打开光源120、120’所需的传感器电路所需要的能量外，不消耗任何能量。此外，光有效地指向具有信标144或前照灯142的车辆，降低了用于照明的总能量需求。

利用嵌入路标100的或与路标100相关联的传感器检测信标140。路标100可以进一步包括光源，其照明所包括的光透射掩膜和透镜。光源可以包括一个或多个发光装置，其可以单独地或共同地打开来照明光透射掩膜和透镜。从这些装置发出的光可以是恒定的，或按时间调制的，以传送来自标识的信息至车辆。传送的信息可以被转换成为可听信号，以便车辆的驾驶员或乘员使包含在标志上的标记读给他们或宣布给他们。当进行选择如果呈现一个时，车辆乘员可以得到额外的可听细节，因此允许用户收听就在附近什么选择或娱乐是可用的。经由智能设备，例如智能手机、平板电脑或类似品，也可以获取包含在光源里的信息。

透镜可以是单个透镜或透镜阵列，其中相对于透镜或每个透镜的中心限定光轴。每个透镜的光轴可优选地平行于所有其他透镜。透镜可以是菲涅耳型透镜，作为菲涅耳透镜的单线或者阵列。在使用透镜阵列的情况中，可以使用相应的源阵列或具有其相关联的电子设备的源阵列。为了给显示器提供可以包括单词和/或图形的信息，掩膜可以是具有各种颜色的光透射区域和不透明区域的被动光透射掩膜。掩膜可以是主动的空间光调制器，例如液晶显示器，在这个情况中，可以在图像显示器控制器的控制下改变在掩膜上显示的图像。在某些实施方式中，空间光调制器包括一个或多个液晶光阀。掩膜也可以是静态显示器的形式。

在操作中，如图5所说明的方法500以光源120设置为关闭开始，即没有电力来提供照明(程序块510)，或具有被认为适于没有车辆信标或前照灯的电力的黯淡背景水平。在程序块520中，传感器130可以接收从车辆信标144或前照灯152来的光能。在程序块530中，耦联光源120和传感器130的电路测试相对于触发光源打开状态所需的预定阀值的信标强度。在判定块540中，如果检测到的强度不大于阀值，判定为否，并且该方法在程序块510处继续。如果信标强度超过阀值，在程序块550中设置光源打开，照明透镜105和掩膜110，并且该方法在程序块530处继续，在那里测试信标144的信号强度相对于阀值的变化。

在公开内容的另一方面，代替如上所描述的实施简单的二元函数，可以实施更复杂的照明响应函数，其将来自靠近的车辆的入射光的量与发出的标识照明光的量相联系。例如，可以实现在图6所示的功能，以作为从靠近的车辆来的光强度的函数，改变标识亮度。出于不同的目的，可以设想其他这类函数。例如，随着车辆靠近，可以使发出亮度交替地更暗淡和更明亮(以及因此入射光更亮)。可以使用以这种方式调制照明，例如，以发信号通知前方潜在的危险情况。

在公开内容的另一个方面，为了标识呈现均匀地照明，来自每个LED的光可优选地均匀照明菲涅耳透镜/掩膜。例如，这可以利用在每个LED的前端合适的透镜或在LED阵列前连续的透镜阵列片来实现。

在公开内容的进一布方面，标识照明可以优选地随着信标源移动平滑地变化。此外，如果照明所有的LED，可以优选地拥有从标志出射的光的平滑角度分布，没有空隙。有效地，在该情况中，在传感器平面会聚入射平行光至等于或大于传感器间距(或LED间距)的光斑尺寸是优选的。这可通过组合菲涅耳透镜特点、图形膜(掩膜)的特点，略微在焦平面外布置LED阵列，以及在光程中某处可能插入扩散膜来实现。

在公开内容的另一方面，光源的一个或更多LED也可以起到光传感器的功能，这使用电路来转换偏压LED的电压——正向偏压用于发光，逆向偏压用于感光。根据在逆向偏压感测模式中感测的光，可以利用如脉冲宽度调制(PWM)的技术，但不局限于此，来设置照明水平。

许多其他益处在该技术的未来应用和发展中将毫无疑义地变得显而易见。

应当理解，在本公开的方法中的步骤的具体顺序或层次是示例性过程的说明。基于设计偏好，应当理解，在本方法中的步骤的具体顺序或层次可被重新排列。伴随的方法权利要求以实例顺序呈现各种步骤的要素，但是不意味着局限于所显示的具体顺序或层析，除非那里具体地陈述。

提供先前的描述以使得本领域任何技术人员能够实践本文所描述的各种方面。对于本领域技术人员对这些方面的各种改变将是显而易见的，并且在本文中所限定的一般原理可应用于先前或其他方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文所示出的方面，而是应符合与权利要求的语言相一致的全部范围，其中除非特别说明，以单数形式提到的要素并非旨在表示“一个和仅有一个”，而是“一个或多个”。除非特别另外声明，术语“一些”指的是一个或多个。涉及项目列举的“至少一个”的短语指那些项目的任何组合，包括单一成员。例如，“a、b或c中至少一个”旨在覆盖a；b；c；a和b；a和c；b和c；以及a、b和c。本领域普通技术人员当前已知或今后将知的遍及本公开内容描述的各种方面的要素的所有结构上和功能上的等效物通过引用被明确地并入本文，并且旨在被权利要求所包括。此外，本文公开内容中没有内容旨在贡献给公众，无论这样的公开内容是否在权利要求书中明确地叙述。没有权利要求要素在35U.S.C.§112第六款的规定下来解释，除非该要素使用短语“用于······的装置”来明确地叙述或者在方法权利要求的情况中，该要素使用措辞“用于······的步骤”来叙述。

Claims (32)

1.定向主动投射设备，其包括：

平面显示装置，其用于显示信息图案，其中所述平面装置包括透明区域；

聚焦装置，其邻近所述平面显示装置布置；和

多个光源装置，其在所述聚焦装置的焦平面中布置成阵列。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述聚焦装置包括平面菲涅耳透镜和平凸透镜中的至少一种。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的设备，其中所述平面显示装置包括平面透明物，其包括光透射区域和用于阻挡光透射的区域。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述平面显示装置包括静态显示装置。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述平面显示装置包括可变空间光调制器。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述空间光调制器包括液晶显示器。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其中所述多个光源装置的每个包括一个或多个发光设备。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的设备，进一步包括扩散装置，其与所述平面显示装置、所述聚焦装置和所述多个光源装置一起布置。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的设备，进一步包括感光装置，其与每个光源装置一起布置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述感光装置与所述光源装置的至少一个电耦联。

11.根据权利要求9至10中的任一项所述的设备，其中所述感光装置与所述聚焦装置的焦平面相距指定量放置。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的设备，其中所述光源和所述感光装置是同一的。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的设备，其中所述感光装置适合于探测透射通过所述聚焦装置的光水平。

14.根据权利要求9至13中的任一项所述的设备，其中所述感光装置与电路耦联，所述电路配置为确定探测到的光水平是否超过阀值水平。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述电路配置为如果所述探测到的光水平超过所述阀值水平，则根据对所述感光装置的指定响应，通电所述光源装置至打开状态，从而照明所述平面显示装置和所述聚焦装置。

16.根据权利要求14所述的设备，其中所述电路配置为如果所述探测到的光水平没有超过所述阀值水平，则根据对所述感光装置的指定响应，熄灭所述光源装置至关闭或低强度状态。

17.控制定向主动光投射设备的方法，包括：

初始化位于透镜的焦平面中处于关闭状态的多个光源；

使用与每个光源相关联的传感器检测光的入射水平；

使用耦联每个光源与相应的相关联传感器的电路确定所述入射光水平是否超过阀值水平；

如果所述相关联的传感器检测到的所述入射光水平超过阀值水平，则打开所述光源来照明所述透镜；和

如果所述相关联的传感器检测到的所述入射光水平没有超过阀值水平，则关闭所述光源。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述光源和所述传感器为同一的。

19.定向主动投射设备，其包括：

平面显示器，其提供信息图案，其中所述平面显示器包括光透明区域和用于阻挡光透射的区域；

透镜，其邻近所述平面显示器布置；和

多个光源，其在所述透镜的焦平面中布置成阵列。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述透镜包括平面菲涅耳透镜和平凸薄透镜中的至少一种。

21.根据权利要求19至20中的任一项所述的设备，其中所述平面显示器包括静态显示器。

22.根据权利要求19至20中的任一项所述的设备，其中所述平面显示器包括可变空间光调制器。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述空间光调制器包括液晶显示器光阀。

24.根据权利要求19至23的任一项所述设备，其中所述光源的每个包括一个或多个发光设备。

25.根据权利要求19至24的任一项所述设备，进一步包括光扩散器，其与所述平面显示器、所述透镜和所述多个光源一起布置。

26.根据权利要求19至25的任一项所述设备，进一步包括光探测器，其与每个各自的光源一起布置且与每个各自的光源电耦联。

27.根据权利要求26所述的设备，其中所述光探测器与所述透镜的焦平面相距指定的量放置。

28.根据权利要求26至27中的任一项所述的设备，其中所述光源和所述光探测器为同一的。

29.根据权利要求26至28中的任一项所述的设备，其中所述光探测器适合于探测透射通过所述透镜的光水平。

30.根据权利要求26至29中的任一项所述的设备，其中所述光探测器与电路耦联，所述电路配置为确定所述探测到的光水平是否超过阀值水平。

31.根据权利要求30所述的设备，其中所述电路配置为如果所述探测到的光水平超过所述阀值水平，则根据对所述光探测器的指定响应，通电所述光源至打开状态，从而照明所述平面显示器和所述透镜。

32.根据权利要求30所述的设备，其中所述电路配置为如果所述探测到的光水平没有超过所述阀值水平，则根据对所述光探测器的指定响应，配置所述电路熄灭所述光源至关闭或低强度状态。