CN106233184A - 透过汽车挡风玻璃显示信息的方法及其实施装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为车辆和汽车的驾驶者提供的显示系统。发明的原理基于以下事实：提出了组合图像显示的两个光学系统——虚像显示系统和实像显示系统。为了提供最多的显示信息并且为了确保安全驾驶，提出了根据速度来控制为车辆驾驶者显示的数据的细节级别和内容，以及选择数据显示的光学系统以最小化事故风险。通过两个系统的组合与对所显示的数据的细节级别的控制，所提出的发明解决了涉及图像质量和安全驾驶的问题。所要求保护的发明的技术成果为：通过根据车辆的速度对多个系统的组合使用，确保了安全驾驶和显示高质量数据，以及在最小事故风险的情况下向驾驶者提供尽可能最多的信息。

Description

透过汽车挡风玻璃显示信息的方法及其实施装置

技术领域

本发明涉及用于车辆和汽车的驾驶者的指示系统。

背景技术

现有技术公开了2011年10月20日公布的俄罗斯联邦专利RU2424541，该专利描述了用于在车辆的挡风玻璃上视觉数据显示的装置，该装置包括图像源、从图像源接收光的反射镜、将光导向挡风玻璃并且不同于接收光的反射镜的凹非球面反射镜，该图像源是采用LED背光的液晶矩阵，该凹非球面反射镜具有非球面的中凸设计。同时，图像源提供关于以下内容的信息：汽车速度、燃料储备、发动机及车载设备的状态、包括倒车后视相机及夜视相机的车载摄像机的读数、导航数据(GPS)以及电信数据(移动电话服务)。全部数据从车载计算机流向图像源。技术成果——失真校正、要在宽视场中形成的图像的弯曲矫正和散光矫正的改善。

现有技术公开了2013年5月7日公布的美国专利US8436952 B2。该文献描述了车辆挡风玻璃上的混合显示装置。此外，提出了在背光系统中使用专门的元件，该元件将来自外部环境的光和来自内部电源的源的光混合，并为显示系统提供均衡的光。技术成果——在明亮环境光的条件下图片具有高亮度。

现有技术还公开了2012年9月18日公布的美国专利US8269652 B2，该专利揭示了图形数据显示的方法及装置。该数据显示装置的特征在于在部分挡风玻璃上的几乎透明的屏幕具有形成发光显示的一种或多种发光粒子或微观结构。这意味着数据直接显示在挡风玻璃上。该系统还包括计算机，该计算机对关于交通状态的数据进行分析并及时将它们示出在屏幕上。

现有技术公开了2006年4月18日公布的美国专利US7031067，该专利描述了经由车辆挡风玻璃显示数据的装置，其为最接近的类似技术，且包含位于光轴上的互相连接的元件：形成图像的、用于可见光谱范围的光调制矩阵；用于对来自矩阵的光进行转换的透镜组；提供必要的图像放大及生成虚像的全息元件。技术成果——缩减了装置的成本和尺寸。

技术问题

所列举的解决方案有一个重大的缺点，即这些系统起初被设计来只作用于虚像或者只作用于实像。因此，尽管在车辆中使用平视系统时，驾驶者可能会更少地由于从道路重新聚焦到挡风玻璃而分神，但是虚像质量显著差于将实像投射到挡风玻璃上的光学系统。反之亦然，投射到挡风玻璃上的图像具有优秀的质量，但是要求视觉的重新适应。所提出的技术解决方案能够解决这一问题——通过两种光学系统的组合使用来确保驾驶安全性和高图像质量，该组合使用取决于车辆的速度。

另一个被解决的问题是基于装置的位置的驾驶者的相关数据支持。

解决方案

为解决所指定的问题，开发了以下一组发明。

一种通过至少两个光学系统、控制器、速度传感器来向驾驶者传送视觉数据的方法，包括以下阶段：

a.从车辆的速度传感器获得速度值，并将速度数据传送至控制器；

b.使用控制器将所获得的速度值与临界值进行比较；

c.如果所测得的速度高于临界值，则开启光学系统中的至少一个并关闭所有其他的光学系统；

该方法可以被实施，使得速度临界值处于0-40km/h范围内。

该方法可以被实施，使得一个光学系统在挡风玻璃的表面上形成实像，而第二个光学系统在挡风玻璃上生成(超前于汽车的)虚像。

该方法可以被实施，使得如果车辆速度低于临界值，则使用控制器开启将实像显示到车辆的挡风玻璃上的光学系统，并关闭将(超前于汽车的)虚像显示在挡风玻璃后的光学系统；并且如果车辆的速度高于和/或等于临界值，则使用控制器开启在车辆的挡风玻璃后显示虚像的光学系统，并关闭在车辆的挡风玻璃上显示实像的光学系统。

该方法可以被实施，使得方位传感器和数据库被用来采取以下步骤：

a.读取使用方位传感器的车辆方位检测器的读数；

b.从数据库获得对应于方位检测器数据的参考数据；

c.使用光学系统中的至少一个向驾驶者传送来自数据库的参考数据。

该方法可以被实施，使得GPS接收机和/或GLONASS接收机被用作方位检测器。

该方法可以被实施，使得关于位于附近的文化、休闲、娱乐、体育、艺术设施的信息可以被用作参考信息。

该方法可以被实施，使得数据库可以位于远程服务器上并被在线访问或通过软件下载，该数据库可以被周期地更新。

该方法可以被实施，使得控制器基于车辆的速度选择要经由适当的图像显示系统显示的数据以及要被拦截的数据。

一种数据显示装置，包括以下元件：

a.控制器；

b.速度传感器；

c.虚像显示系统，其包括相干光源、照明光学部件、矩阵和生成虚像的光学部件，该生成虚像的光学部件包括一组光学元件及车辆挡风玻璃上的薄膜，该薄膜是被记录来工作于特定波长处而对可见光谱的其余部分透明的全息图像或光致光栅，或者是反射特定波长处的光而对可见光谱的其余部分透明的滤色器；

d.实像显示系统，其包括可见光源，照明光学部件、矩阵和生成实像的光学部件，该生成实像的光学部件依次包括一组光学元件及车辆挡风玻璃上部分透明的薄膜，该薄膜只漫反射可见光的光谱中预先选择的部分；

e.小型机身，容纳控制器、除车辆挡风玻璃上的薄膜以外的虚像显示系统和实像显示系统的元件部分。

装置可以被设计，使得它开启被用作方位检测器的GPS接收机和/或GLONASS接收机。

装置可以被设计，使得它将激光或激光二极管用作虚像显示系统的相干光源。

装置可以被设计，使得它将DLP矩阵、LCD矩阵或LCoS矩阵用作虚像显示系统或实像显示系统的矩阵。

装置可以被设计，使得它将透镜和/或反射镜和/或全息图像用作虚像显示系统或实像显示系统的光学元件。

装置可以被设计，使得它使用激光和/或激光二极管和/或LED和/或用于光转换的荧光体作为所述实像显示系统的可见光源。

装置可以被设计，使得实像显示系统的部分透明的薄膜的对可见光谱的透光因子在70％以上。

装置可以被设计，使得虚像显示系统的薄膜层压在实像显示系统的薄膜之上。

附图说明

图1示出了装置的流程图，其包括所提出的装置1、虚像显示系统2(无挡风玻璃薄膜)、实像显示系统3(无挡风玻璃薄膜)、车辆挡风玻璃4和用于投射虚像的薄膜6。

图2示出了虚数据显示的流程图，其包括所提出的装置1，该装置装在鱼雷型车辆7上，通过车辆挡风玻璃4上的(全息)薄膜10将虚像9投射到驾驶者的眼睛8。

图3示出了实数据显示的流程图，其包括所提出的装置1，该装置装在鱼雷型车辆7上，将虚像投射在车辆挡风玻璃4的(全息)薄膜11上。

图4示出了装置的原型，其包括虚像显示系统2(无挡风玻璃薄膜)，实像显示系统3(无挡风玻璃薄膜)。

具体实施方式

在本文中全息图像指是具有记录了特定相位结构的薄膜，使得在第一种情况下，薄膜基于所记录的结构，在窄光谱范围中替代诸如平面镜、有固定弧度的反射镜或透镜的光学元件的工作，而在第二种情况下，它在宽光谱范围中作为入射光部分的漫反射盒工作。

数据显示装置包含以下元件：控制器、速度传感器、虚像显示系统2和6、实像显示系统3和5、小型机身。同时，虚像显示系统2和6包括相干光源(激光或激光二极管)、照明光学部件、矩阵(DLP或LCD或LCoS)和生成虚像9的光学部件，其中包括一组光学元件1(透镜和/或反射镜和/或全息元件)和车辆挡风玻璃4上的薄膜10，薄膜10起到诸如在设计的波长处的球面反射镜的光学元件的作用，薄膜10是被记录成工作于特定波长处并且对可见光谱的其余部分透明的全息图像或光致光栅，或者反射特定波长处的光而对可见光谱的其余部分透明的滤色器。实像显示系统3和5包括可见光源(激光或激光二极管和/或LED和/或用于光转换的荧光体)、照明光学部件、矩阵和生成实像的光学部件，其依次包括一组光学元件1和在车辆挡风玻璃4上的部分透明的薄膜11(具有对可见光谱的在70％以上的透光因子)，薄膜11只漫反射可见光的光谱中预先选择的部分；小型机身1容纳控制器、虚像显示系统和实像显示系统的除车辆挡风玻璃4上的薄膜5和6以外的元件的一部分。装置可以被设计，使得虚像显示系统的薄膜6粘贴在实像显示系统的薄膜5上。

装置以以下方式工作。在矩阵上生成要为驾驶者显示的信息(图像)，在虚像显示系统的情况下该矩阵由相干源照亮，或者在实像显示系统的情况下该矩阵由可见光源照亮。同时，用于两个系统的矩阵可能是不同的。接着，虚像显示系统的光学部件生成虚像9，或者实像显示系统的光学部件在挡风玻璃4的薄膜11上生成图像。Dupont公司的漫反射薄膜可以被用作实像显示系统的光学部件的薄膜，其在整个可见光范围内是透明的，只有部分光(在15％至30％的范围内)漫反射回来。

以下示例更清晰地示出了装置的工作。控制器从速度传感器获得车辆的速度值，并将其与临界值(可在0-40km/h范围内)进行比较，然后开启虚像显示系统2、6，并关闭实像显示系统3、5以确保驾驶的安全性。同时，控制器根据车辆速度选择要显示的数据和要拦截的数据。例如，在速度高于120km/h时，只开启虚像显示系统，并且只传送关于当前车辆速度和当前路段的速度限制以及前方可能的障碍的数据。当速度处于20km/h到120km/h时，控制器也可以允许通过虚像显示系统显示关于接下来的操作的数据。当速度低于20km/h时，开启实像显示系统，并显示关于位于车辆附近的文化、休闲、娱乐、体育、艺术设施的数据及广告。

装置可包括方位检测器(比如，GPS接收机和/或GLONASS接收机)和位置数据库。

在此情况下，装置按照以下方式工作。控制器从车辆方位检测器接收数据(如方位坐标)，随后在数据库中寻找适当的数据(如关于位于附近的文化、休闲、娱乐、体育、艺术设施的数据)并通过图像显示系统中的一个来显示它们。所述方法允许驾驶者在驾驶车辆的同时经由无线连接安全地获取交互信息。控制可以通过声音、或者方向盘上的按钮或者通过车载计算机来执行。同时，数据库可以位于远程服务器上并被在线访问或者被上载到装置中，数据库可以被周期地更新。

所要求保护的发明的技术成果为：在根据车辆的速度组合使用两种显示系统的帮助下，确保了安全驾驶及显示图高质量图像，并且在最小事故风险的情况下向驾驶者提供尽可能最多的数据。

Claims (17)

1.一种经由至少两个光学系统、控制器、速度传感器来向驾驶者传送视觉数据的方法，包括以下阶段：

a.从车辆的所述速度传感器获得速度值，并将速度数据传送至所述控制器；

b.使用所述控制器将所获得的速度值与临界值进行比较；

c.如果所测得的速度高于所述临界值，则开启所述光学系统中的至少一个并关闭所有其他的光学系统。

2.如权利要求1的所述方法，其特征在于，速度临界值处于0-40km/h范围内。

3.如权利要求2的所述方法，其特征在于，一个光学系统在挡风玻璃上形成实像，而第二个光学系统在所述挡风玻璃外生成(超前于汽车的)虚像。

4.如权利要求3的所述方法，其特征在于，如果所述车辆的速度低于临界值，则使用所述控制器开启将实像显示在所述车辆的所述挡风玻璃上的所述光学系统，并关闭将(超前于汽车的)虚像显示在所述车辆的所述挡风玻璃后的所述光学系统；并且如果所述车辆的速度高于和/或等于所述临界值，则使用所述控制器开启将虚像显示在所述车辆的所述挡风玻璃后的所述光学系统，并关闭将实像显示在所述车辆的所述挡风玻璃上的光学系统。

5.如权利要求4的所述方法，其特征在于使用方位检测器与数据库来执行以下步骤：

a.使用控制器读取车辆方位检测器的读数；

b.从所述数据库获得对应于所述方位检测器的数据的参考数据；

c.使用所述光学系统中的至少一个向所述驾驶者传送来自所述数据库的参考数据。

6.如权利要求5的所述方法，其特征在于GPS接收机和/或GLONASS接收机被用作方位检测器。

7.如权利要求6的所述方法，其特征在于关于附近的文化、休闲、娱乐、体育、艺术设施的信息可以被用作参考数据。

8.如权利要求7的所述方法，其特征在于所述数据库可以位于远程服务器上并被在线访问或被上传到装置中，所述数据库能够被周期地更新。

9.如权利要求1-8中任一的所述方法，其特征在于所述控制器基于所述车辆的速度选择要经由适当的图像显示系统显示的数据以及要被拦截的数据。

10.一种数据显示装置，包括以下元件：

a.控制器；

b.速度传感器；

c.虚像显示系统，其包括相干光源、照明光学部件、矩阵和生成虚像的光学部件，所述生成虚像的光学部件依次包括一组光学元件及车辆挡风玻璃上的薄膜，所述薄膜是被记录来工作于特定波长处而对可见光谱的其余部分透明的全息图像或光致光栅，或者是反射特定波长处的光而对可见光谱的其余部分透明的滤色器；

d.实像显示系统，其包括可见光源、照明光学部件、矩阵和生成实像的光学部件，所述生成实像的光学部件依次包括一组光学元件及所述车辆挡风玻璃上部分透明的薄膜，所述薄膜只漫反射可见光谱中预先选择的部分；

e.小型机身，容纳控制器、所述虚像显示系统和所述实像显示系统的除所述车辆挡风玻璃上的所述薄膜以外的所述元件的一部分。

11.如权利要求10的所述装置，其特征在于，所述装置还开启方位检测器，所述方位检测器是GPS接收机和/或GLONASS接收机。

12.如权利要求11的所述装置，其特征在于，所述装置将激光或激光二极管用作所述虚像显示系统的相干光源。

13.如权利要求12的所述装置，其特征在于，所述装置将DLP矩阵、LCD矩阵或LCoS矩阵用作所述虚像显示系统和/或实像显示系统的矩阵。

14.如权利要求13的所述装置，其特征在于，所述装置将透镜和/或反射镜和/或全息图像用作所述虚像显示系统或所述实像显示系统的光学元件。

15.如权利要求14的所述装置，其特征在于，所述装置使用激光和/或激光二极管和/或LED和/或用于光转换的荧光体作为所述实像显示系统的可见光源。

16.如权利要求15的所述装置，其特征在于，所述实像显示系统的所述部分透明的薄膜的对可见光谱的透光因子在70％以上。

17.如权利要求16的所述装置，其特征在于，所述虚像显示系统的所述薄膜层压在所述实像显示系统的所述薄膜之上。