CN106004443A - 用于车辆行驶方向提示的全息投影系统及投影方法 - Google Patents
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Abstract
本专利申请公开了一种车载显示技术，更确切地说是涉及用于车辆行驶方向提示的全息投影系统及投影方法。用于车辆行驶方向提示的投影方法，包括如下步骤：输入导航数据，根据导航数据在全息投影膜上生成全息图像，其中全息投影膜贴合在挡风玻璃上，投影镜面上由投影光线所照射到的区域为投影区域；使投影仪沿车体长度方向上移动，直至所述投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持0～15度的夹角。本专利克服了现有技术中存在需要切换视角来分别观察全息图像与道路实况的技术缺陷，提供了一种能够让驾驶员保持单一观察视角就能分别观察到全息图像与道路实况的用于车辆行驶方向提示的全息投影系统及投影方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种车载显示技术，更确切地说是涉及用于车辆行驶方向提示的全息投影系统及投影方法。
背景技术
全息投影技术是近些年来流行的一种高科技技术，全息立体投影是通过光的偏振原理来实现的。HoloPro是全息影象投影显示屏的缩写，HoloPro全息投影术是德国家级实验室研制的世界顶级高科技投影成像系统，能在透明屏上投影产生高保真影像且不受其它方向环境光干扰，彩色影像即使在强烈的日光照射下也能投射在HoloProTM透明屏幕上清晰成像。屏幕的透明特性使屏幕与周围环境高度协调，不会影响现有的环境布置。这种全新的互动展示技术将装饰性和实用性融为一体，在没有图像时完全透明，给使用者以全新的互动感受，成为科技发展潮流。
伴随着交通快速发展应运而生的导航技术也发展迅速，驾驶员对导航系统的依赖性也逐步增加。现有的导航系统大多是利用显示屏来显示二维导航地图，不仅占用空间较大，而且受制于放置位置的关系，有可能影响驾驶者视线进而构成安全隐患。近些年立体导航系统也有所发展，一般是在现有液晶显示屏下安装光栅来实现立体显示的效果，但受制于显示屏幕过小而导致显示屏上可供显示的立体地图信息量过小，进而导致驾驶者不能准确的作出判断。
为了解决上述技术问题，中国专利CN202994167U公开了一种基于全息投影技术的车载导航系统，包括：根据用户输入的控制指令产生相应的导航数据的导航仪；接收所述导航数据并计算出所述导航数据对应的立体投影数据的控制中心，连接所述导航仪和接收所述立体投影数据并将所述立体投影数据进行投影的全息投影仪，连接所述控制中心。该专利方案利用车载导航系统将投影数据立体地显示在车辆的仪表台上方，更加生动形象且不影响驾驶员视野。
然而上述中国专利CN202994167U中的技术方案仅能实现全息投影，无法调节控制驾驶员的观察视角。为了解决此问题，现有技术（详见中国专利CN105501123A）又公开了一种车载平视增强显示系统，如图2所示，该车载平视增强显示系统将智能手机作为图像影像源，将影像信号通过无线WiFi信号传输到反射式显示模组。显示模组在挡风玻璃下方放置在安装框架上，安装框架的位置在仪表台上可沿车宽方向在一定范围内水平移动，并且也可以调节俯仰角以便驾驶员能够直接平视观察。光学功能膜粘贴在挡风玻璃车内侧。反射式显示模组显示的是倒立实像，经光学功能膜镜面反射后，驾驶员看到的是正立虚像。
然而上述车载平视增强显示系统，还存在如下技术缺陷：驾驶员仅能以平视（以水平视线）角度来观察全息图像（如图2所示），但是多数挡风玻璃是相对于水平面45度的夹角进行倾斜安装的，这就意味着当驾驶员“平视”全息图像时，无法“直视”（垂直于挡风玻璃的视线）挡风玻璃外的道路实况，即驾驶员需要过抬头或低头来切换观察视角，才能作到全息图像与道路实况的分别浏览，造成了一定的安全隐患。
发明内容
本发明意在提供一种用于车辆行驶方向提示的全息投影系统及投影方法，能够让驾驶员保持单一观察视角就能分别观察到全息图像与道路实况。
本方案中的用于车辆行驶方向提示的全息投影系统，包括
导航仪，用于输入导航所需的导航数据；
控制中心，根据导航数据选择转换生成对应的立体投影数据；
全息投影仪，根据立体投影数据生成相应的投影光线并照射到全息投影膜上，生成全息图像，其中全息投影膜贴合在挡风玻璃上，投影光线与投影镜面的法线呈45度夹角，投影镜面与水平面呈45度夹角，投影镜面上由投影光线所照射到的区域为投影区域；
视角调节装置，使投影仪沿车体长度方向上移动，直至所述投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持0～15度的夹角。
用于车辆行驶方向提示的投影方法，包括如下步骤：
输入导航所需的导航数据；
根据导航数据选择转换生成对应的立体投影数据；
根据立体投影数据生成相应的投影光线并照射到全息投影膜上，生成全息图像，其中全息投影膜贴合在挡风玻璃上，投影光线与投影镜面的法线呈45度夹角，投影镜面与水平面呈45度夹角，投影镜面上由投影光线所照射到的区域为投影区域；
使投影仪沿车体长度方向上移动，直至所述投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持0～15度的夹角。
采用本发明的技术方案，具有如下技术效果:
1、驾驶员可以直接观注所述投影区域，人眼通过投影光线在所述投影区域所产生的漫反射就能观察到全息图像；而且人眼观注所述投影区域时的视线能够基本垂直（允许0～15度的偏差）于投影镜面，即可以直视挡风玻璃外的道路实况。这样的设计能够让驾驶人员在保持单一视角的前提下，同时观察全息图像与道路实况。
2、如果让投影仪沿车体宽度方向上移动，虽然投影镜面上的投影区域也会在投影镜面上发生位置变化，可是车上保持坐姿的驾驶员其两眼的连线方向与车体的宽度方向是一致的，投影区域的位置偏差容易造成驾驶员的斜视，为此限定投影仪沿车体长度方向上移动。
作为“用于车辆行驶方向提示的全息投影系统”的进一步改进，所述视角调节装置，包括固定于仪表台上的导轨以及与全息投影仪固定连接的滑块，其中导轨与滑块滑动连接的导引部以及与仪表台连接的固定部；所述导引部及固定部之间还设置有连接部，所述连接部的宽度小于导引部及固定部；导轨顶面与连接部之间设有向两侧突出的突起部，所述突起部通过圆弧形过渡面分别与导轨顶面及连接部连接。
突起部与导轨顶面及连接部之间分别通过圆弧形过渡面连接，该圆弧形便于切屑工具的加工制造，且圆弧形过渡面不会产生应力集中，延长导轨的使用寿命。
进一步，投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持5～10度的夹角。
附图说明
图1为现有技术中的基于全息投影技术的车载导航系统的电路模块框图。
图2为现有技术中车载平视增强显示系统的结构示意图。
图3为本发明用于车辆行驶方向提示的全息投影系统的电路结构示意图。
图4为本发明用于车辆行驶方向提示的全息投影系统的使用状态示意图。
图5为本发明中视角调节装置的立体示意图。
图6为本发明中视角调节装置的的主视图。
图7为视角调节装置中导轨的主视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
如图3～4所示，本发明用于车辆行驶方向提示的全息投影系统，包括导航仪（采用现有的车载GPS导航仪）、控制中心（可以是远程控制平台也可以是车载嵌入式DSP处理单元）与全息投影仪。
全息投影的操作步骤为：
用户通过导航仪的输入界面输入控制指令，如起点、终点等，导航仪根据命令得出最佳路线，并根据GPS获取汽车位置、速度和方向等信息，然后产生相应的导航数据显示在导航屏幕上。控制中心根据导航数据和投影参数（例如预定的投影光线亮度、投射广角），选择转换生成对应的立体投影数据，包括方向、距离等信息。
控制中心再将这些立体投影数据发送到全息投影仪。全息投影仪将这些立体数据投射到投影镜面上，最终全息成像。
投影镜面是采用粘贴在玻璃上的全息膜。在开始工作的时候，全息膜会配合投影的影像内容来展示影像资料，内容画面通过屏幕光学处理，显的细腻柔和。镜面全息拥有180度的绝对可视角和双面显示性能，并且具有在视觉上所有产品清晰显像、耐光亮等特点。
投影镜面放在挡风玻璃前，与水平面角度大约45度。
全息投影仪安装在仪表板上，利用全息技术将导航信息根据光的衍射原理投射到投影镜面上立体成像，人眼观察角度（视角）与水平面呈大约37度夹角（投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持8度夹角），距离挡风玻璃大约1米左右，观察效果更立体。其原理是：平视状态下，所观察到物体角度较为单一，往往只能观察到物体的某一侧面，这样所观察到道路实况更像是一个平面图像；直视状态下，外界自然光（尤其是阳光）会直接进入眼部，会对眼睛产生伤害，经过综合考虑以及实验尝试，最终确定37度（投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持8度夹角）是观察效果最好的观察角度。
如图5～7所示，本发明用于车辆行驶方向提示的投影系统还包括视角调节装置，所述视角调节装置包括固定于仪表台上的导轨11以及与全息投影仪固定连接的滑块12。所述滑块12可沿导轨11滑动，滑块12大致成凹字形，套设于导轨11，其内侧的形状与导轨11的截面形状相吻合，可以稳定的在导轨11上滑动。所述导轨11截面大致成工字型，左右对称设置，包括上部的导引部112及下部的固定部115，所述导引部112及固定部115之间还设置有连接部114，所述连接部114的宽度小于导引部112及固定部115，滑块12与导轨11配合后会卡持于导轨11的连接部114，所述导引部112收容于滑块12。所述导引部112包括向两侧突出的突起部111，所述突起部111与导轨11顶面及连接部114之间通过圆弧形过渡面113连接。导轨11的截面形状对称便于制造，且工字型外形更为稳固，滑块12设置于导轨11上不会绕导轨11旋转，进而确保滑块12沿导轨11稳定的滑动。突起部111与导轨11顶面及连接部114之间分别通过圆弧形过渡面113连接，该圆弧形便于切屑工具的加工制造，且圆弧形过渡面113不会产生应力集中，延长导轨11的使用寿命。
滑块12相对于导轨11的滑动方向与车体的长度方向一致，所述驾驶员可以手动调节所述滑块12来调节视角；也可以在滑块12上设置驱动电机，所述驱动电机与控制中心、导航仪或者驾驶员的手机无线通信，从而实现自动调节或手动调节的效果。实现自动调节的，需要预先在控制中心、导航仪中录入驾驶员的身高数据，这样才能准确判定滑块需要停靠的位置，进而实现上述37度视角的效果。实现手动调节的，则由驾驶员通过手机或导航仪手动输入“关于滑块移动距离”的信息，通过人为判断慢慢将视角调到驾驶员可以接受的范围内（投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持0～15度的夹角）。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (7)
1.用于车辆行驶方向提示的全息投影系统，包括
导航仪，用于输入导航所需的导航数据；
控制中心，根据导航数据选择转换生成对应的立体投影数据；
全息投影仪，根据立体投影数据生成相应的投影光线并照射到全息投影膜上，生成全息图像，其中全息投影膜贴合在挡风玻璃上，投影光线与投影镜面的法线呈45度夹角，投影镜面与水平面呈45度夹角，投影镜面上由投影光线所照射到的区域为投影区域；
视角调节装置，使投影仪沿车体长度方向上移动，直至所述投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持0～15度的夹角。
2.根据权利要求1所述的用于车辆行驶方向提示的全息投影系统，其特征在于：所述视角调节装置，包括固定于仪表台上的导轨以及与全息投影仪固定连接的滑块，其中导轨与滑块滑动连接的导引部以及与仪表台连接的固定部；所述导引部及固定部之间还设置有连接部，所述连接部的宽度小于导引部及固定部；导轨顶面与连接部之间设有向两侧突出的突起部，所述突起部通过圆弧形过渡面分别与导轨顶面及连接部连接。
3.根据权利要求1或2所述的用于车辆行驶方向提示的全息投影系统，其特征在于：投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持5～10度的夹角。
4.根据权利要求1或2所述的用于车辆行驶方向提示的全息投影系统，其特征在于：投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持8度的夹角。
5.用于车辆行驶方向提示的投影方法，其特征在于：包括如下步骤，
输入导航所需的导航数据；
根据导航数据选择转换生成对应的立体投影数据；
根据立体投影数据生成相应的投影光线并照射到全息投影膜上，生成全息图像，其中全息投影膜贴合在挡风玻璃上，投影光线与投影镜面的法线呈45度夹角，投影镜面与水平面呈45度夹角，投影镜面上由投影光线所照射到的区域为投影区域；
使投影仪沿车体长度方向上移动，直至所述投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持0～15度的夹角。
6.根据权利要求1或2所述的用于车辆行驶方向提示的投影方法，其特征在于：投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持5～10度的夹角。
7.根据权利要求1或2所述的用于车辆行驶方向提示的投影方法，其特征在于：投影区域与人眼之间的连线与投影镜面的法线保持8度的夹角。
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