CN109823263B - 一种汽车激光显示装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车激光显示装置及方法，通过激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元的相互协作，形成车外的图像显示；控制单元通过第一驱动单元建立与激光光源单元的电信号连接；控制单元通过第二驱动单元建立与扫描成像单元的电信号连接；控制单元通过建立统一的同步信号实现与第一驱动单元及第二驱动单元之间的电信号连接；激光光源单元按时序输出调制式光信号，扫描成像单元按目标转动角度形成基于当前周期的扫描式转动，调制式光信号与扫描式转动形成协同作业，于车外环境中投射出当前目标图像。本发明的一种汽车激光显示装置及方法可使得车内驾驶员在驾驶过程中无需将目光从远处聚焦到近处即可掌握当前行驶相关信息，且可实现与车外车辆、人员的基于图像显示的互动。

Description

一种汽车激光显示装置及其方法

技术领域

本发明涉及车载式信息显示领域，具体涉及一种汽车激光显示装置及其方法。

背景技术

激光显示技术为第四代显示技术，激光扫描MEMS投影系统现已被广泛应用于汽车抬头显示(HUD)及手机微型投影等领域。

在汽车行驶过程中，为保证驾驶安全，须随时观察汽车行驶速度及行驶过程中出现的警告信号、指示标志、横道线及车道线等车辆行驶的提示、警示等信息。例如，在汽车行驶过程中，驾驶员需要经常低头看仪表盘，在汽车行驶过程中需要驾驶员把眼睛的注意力随时从远处路面拉回到近处的仪表盘，这样，存在一个驾驶员视线在视觉上变焦的过程。同时，研究表明，驾驶员视线离开路面超过两秒钟，事故的发生率就会提高两倍。

为能够真正做到帮助驾驶员将注意力集中于前方道路上，而无需低头看仪表盘，即避免驾驶员把眼睛的注意力随时从远处路面拉回到近处的仪表盘，有人开发了HUD,即汽车抬头显示(HUD)系统装置，将各种信息显示到挡风玻璃上,缩短或避免了驾驶员因低头看仪表盘所需视线在视觉上变焦的过程及离开路面的时间，在一定程度上提高了驾驶安全性。然而，驾驶员把眼睛的注意力随时从远处路面拉回到近处的挡风玻璃仍存在视线在视觉上变焦的过程及时间。

申请号为201680040193.0的发明申请，公开了一种“用于机动车的投影光学系统和投影单元”，用于向机动车的环境中、尤其向机动车前的车道上投射激光束，以显示光标志，包括-用于产生激光束的激光器单元、带有至少一个谐振轴线的MEMS镜子，其中，激光束被围绕所述谐振轴线振动的MEMS镜子在垂直于谐振轴线的平面中偏转到转向区域汇总，所述转向区域通过MEMS镜子的两个最大偏移构成，和光学部件，所述光学部件将被转向的激光束的在输入侧由谐振式振动的MEMS镜子产生的角速度图形在输出侧限制为预设的角速度图形，其中，被转向的激光束的输出侧的速度图形包括输入侧的速度图形的局部区域。

申请号为2015800573792的发明申请，公共了一种“用于借助于机动车前灯在车道上生成光分布的方法”，其中至少一个在其强度方面可调制的激光束借助于至少一个被操控的射束偏转装置在至少一个坐标方向上以扫描的方式被转向到光转换装置上，以便在所述光转换装置处生成光亮图像，所述光亮图像借助于投影光学器件作为光图像被投影到车道上，其中由激光束借助于射束偏转装置生成的图像通过借助于图像折叠装置偏转激光束被划分，并且子图像关于划分线成镜像地以组成整个光亮图像的方式被投影到光转换装置上，以及一种相应的用于机动车的前灯，其中在射束偏转装置与光转换装置间布设有图像折叠装置。

发明内容

针对上述情况，理想的是，通过对车前方视域进行扫描投影，并将所有的投影图案依然显示在前方视域路面上，由此，可使得驾驶员在保持正常汽车驾驶的同时即可兼顾激光扫描MEMS投影系统显示的内容，而不必随时将眼睛的注意力从远处路面拉回到近处挡风玻璃，或从近处挡风玻璃拉回远处路面，即，无须视线的经常的变焦过程，如图1所示。从而提高驾驶安全性。为此，本案提出了一种汽车激光显示装置及其方法，其技术方案具体如下：

一种汽车激光显示装置，其特征在于包括有：激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元；

所述控制单元通过第一驱动单元建立与激光光源单元的电信号连接；

所述控制单元通过第二驱动单元建立与扫描成像单元的电信号连接；

所述控制单元通过建立统一的同步信号实现与第一驱动单元及第二驱动单元之间的电信号连接；

所述激光光源单元按时序输出调制式光信号，

所述扫描成像单元按目标转动角度形成基于当前周期的扫描式转动，

所述调制式光信号与扫描式转动形成协同作业，于车外环境中，投射出当前目标图像。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动；

其中，

所述控制单元根据当前目标指令建立与第一驱动单元及第二驱动单元的电信号连接，

所述当前目标指令源于控制单元内两个独立设置的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元，

于所述第一图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第一图像数据库及设有第一图像计算子单元；

于所述第二图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第二图像数据库及设有第二图像计算子单元。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于还包括有：设置的车外环境监控传感器，可以为感知探测器或摄像头传感器，

所述车外环境监控传感器用于监控当前投影区域；

所述控制单元通过第二图像接收与处理单元的图像计算子单元完成基于当前投影区域的适配性像差矫正，以形成适于当前投影区域的输出控制信号给控制单元。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像显示在车辆前方的行驶道路上。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像显示在车身周围路面，诸如：车前、车后、车身两侧，具体可为：车前5-50m，车后0-10m，车身两侧0-5m。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像于不同类型的路面或环境形成显示。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

所述汽车激光显示装置为封装并固设于车前的一个。

根据本发明的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

所述汽车激光显示装置为封装并沿车周布设的至少8个，

所述至少8个具体为：车前等距布设3个；车后等距布设3个；车两侧、于中柱位置各布设一个。

一种汽车激光显示方法，其特征在于：通过激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元的相互协作，形成车外的图像显示，包括如下步骤：

S1：控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

S2：第一驱动单元在接收到第一驱动信号后，启用内部算法完成基于当前目标图像的光束整形，并按时序对光源进行调制，以形成激光源单元的匹配当前扫描成像单元的调制式平行光；

第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；

S3：调制式平行光投射于扫描成像单元的扫描器件，以形成同步协调，于车外环境中，投射出当前目标图像；

其中，

于控制单元内设有两个独立的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元；

于所述第一图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第一图像数据库及设有第一图像计算子单元；

于所述第二图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第二图像数据库及设有第二图像计算子单元；对第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元的控制包括如下步骤：

SA1：当当前目标指令用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动时，启动第一图像与处理单元，并根据当前目标指令、于第一图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA2：当当前目标指令用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示时，启动第二图像与处理单元，并根据当前目标指令、于第二图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令。

根据本发明的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影区域；

据此的步骤SA1如下：

SA11：当当前目标指令用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动时，启动第一图像与处理单元；

SA12：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第一图像与处理单元根据当前目标指令、于第一图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA13：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第一图像与处理单启动第一图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。

根据本发明的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影面；

据此的步骤SA2如下：

SA21：当当前目标指令用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示时，启动第二图像与处理单元；

SA22：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第二图像与处理单元根据当前目标指令、于第二图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA23：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第二图像与处理单启动第二图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。

根据本发明的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

基于步骤S2光束整形后的、激光的光线发散角度为1mrad-350mrad，优选为1-25mrad。

根据本发明的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

激光光源单元内设置的激光光源为波长为492-577nm的绿光。

根据本发明的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

步骤S2所述的：第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；具体为：按水平时序与垂直时序完成扫描，所述水平时序与垂直时序的同步，通过合成算法完成。

根据本发明的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

步骤S1所述的：控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

其中下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元比下发具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元，滞后1.22ms-1.28ms，用以适配扫描成像单元机械执行端的自身延迟。

本发明的一种汽车激光显示装置及其方法，

首先，通过激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元的相互协作，形成车外的图像显示；并通过建立相应的控制，分别用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动、与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示。

其次，于控制单元内设有两个独立的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元，据此建立两套分别响应的机制，用于分别响应车内驾驶员的信息互动、响应车外周围车辆及人员的信息互动。

再次，于所述第二图像接收与处理单元内设有图像计算子单元；并设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影面，当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为曲面时，第二图像与处理单启动图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令，以建立不受投影环境影响的图像显示能力。

然后，本案中激光光源采用经光束整形处理的单色绿光源，以形成最佳人眼的观感适配。

最后，在技术衔接问题上进行了各自针对性的处理设置，以整体化与效率化汽车激光显示装置的运转，比如，考虑到振镜自身的延迟问题，设置了激光光源单元的驱动信号的推迟；比如考虑到扫描成像单元的水平时序与垂直时序的同步，设置了合成算法步序；比如，考虑到激光强度分布，设置了激光束整形步序，用以改变入射激光束的强度分布为所需的强度分布，同时调整他的相位分布以控制其传播特性，来形成与MEME振镜相适配的符合需求的一定直径的平行光。

综上所述，本发明的一种汽车激光显示装置及其方法，可将包括，但不限于行驶速度、警告信号、指示标志、横道线及车道线等车辆行驶等提示、警示等交通信息以图形方式直接清晰地投影在车辆行驶前方，使得车内驾驶员在驾驶过程中无需将目光从远处聚焦到近处即可掌握当前行驶相关信息；例如，车辆行驶前方大约5米到50米处，且其位置可根据车速调整，以更直观的提供驾驶帮助或引导作用；或于车前5-50m，或车后0-10m，或车身两侧0-5m形成与其他车辆或行人建立信息互动的图像显示。

另一方面，这些图案还可以投影在车身周围区域，做到对驾驶员的车辆行驶等提示、警示等作用，或者，起到和周围其他车辆或行人的信息互动、对其他车辆或行人进行提示或警示周围的作用。或者，可据此建立与车外车辆或人员的一种信息互动。从而，提高驾驶安全性，降低交通事故率。

且，在当前智能驾驶技术越来越多的出现的车辆应用环境的情况下，本发明可为智能驾驶、无人驾驶及周边其他车辆或行人提供一种我方车辆行驶与外界的信息提示方案。

附图说明

图1为本发明的一种汽车激光显示装置及其方法使用状况示意图；

图2为本发明的一种汽车激光显示方法的控制步序示意图；

图3为本发明中基于第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元的控制步序示意图；

图4-图8分别为本发明汽车激光显示装置及其方法使用的标示图形举例示意图；

其中，

图4为本发明汽车激光显示装置及其方法显示的直行箭头标示示意图；

图5为本发明汽车激光显示装置及其方法显示的限速标志示意图；

图6为本发明汽车激光显示装置及其方法显示的车道线标志示意图；

图7为本发明汽车激光显示装置及其方法显示的横道线标志示意图；

图8为本发明汽车激光显示装置及其方法显示的交通指引字符示意图；

图9-11为本发明的一种汽车激光显示装置用于汽车直道变道的使用状况示意图；

其中，

图10为本发明汽车激光显示装置显示驾驶员前方路面视域的界面图；

图12-14为本发明的一种汽车激光显示装置用于某十字路口的汽车直道弯道的使用状况示意图；

其中，图13为本发明汽车激光显示装置显示驾驶员左前方路面视域的界面图；

图15为本发明中基于车外环境监控传感器的第一图像与处理单元的控制步序图

图16为本发明中基于车外环境监控传感器的第二图像与处理单元的控制步序图；

图17为本发明的一种汽车激光显示装置的结构示意图；

图18为实施例3中一种汽车激光显示装置的布设结构示意图。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种汽车激光显示装置及其方法作进一步具体说明。

一种汽车激光显示装置，包括有：激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元；

所述控制单元通过第一驱动单元建立与激光光源单元的电信号连接；

所述控制单元通过第二驱动单元建立与扫描成像单元的电信号连接；

所述控制单元通过建立统一的同步信号实现与第一驱动单元及第二驱动单元之间的电信号连接；

所述激光光源单元按时序输出调制式光信号，

所述扫描成像单元按目标转动角度形成基于当前周期的扫描式转动，

所述调制式光信号与扫描式转动形成协同作业，于车外环境中，投射出当前目标图像。其中，

投射出的当前目标图像用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动。

其中，

投射出的当前目标图像用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示。

其中，

所述控制单元根据当前目标指令建立与第一驱动单元及第二驱动单元的电信号连接，

所述当前目标指令源于控制单元内两个独立设置的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元，

于所述第一图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第一图像数据库及设有第一图像计算子单元；

于所述第二图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第二图像数据库及设有第二图像计算子单元。

其中，所述汽车激光显示装置还包括有：设置的车外环境监控传感器，可以为感知探测器或摄像头传感器，

所述车外环境监控传感器用于监控当前投影区域；

所述控制单元通过第二图像接收与处理单元的图像计算子单元完成基于当前投影区域的适配性像差矫正，以形成适于当前投影区域的输出控制信号给控制单元。

其中，

投射出的当前目标图像显示在车辆前方的行驶道路上。

其中，

投射出的当前目标图像显示在车身周围路面，诸如：车前、车后、车身两侧，具体可为：车前5-50m，车后0-10m，车身两侧0-5m。

其中，

投射出的当前目标图像于不同类型的路面或环境形成显示。

其中，

所述汽车激光显示装置为封装并固设于车前的一个。

其中，

所述汽车激光显示装置为封装并沿车周布设的至少8个，

所述至少8个具体为：车前等距布设3个；车后等距布设3个；车两侧、于中柱位置各布设一个。

一种汽车激光显示方法，通过激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元的相互协作，形成车外的图像显示，包括如下步骤：

S1：控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

S2：第一驱动单元在接收到第一驱动信号后，启用内部算法完成基于当前目标图像的光束整形，并按时序对光源进行调制，以形成激光源单元的匹配当前扫描成像单元的调制式平行光；

第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；

S3：调制式平行光投射于扫描成像单元的扫描器件，以形成同步协调，于车外环境中，投射出当前目标图像。

其中，

于控制单元内设有两个独立的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元；

于所述第一图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第一图像数据库及设有第一图像计算子单元；

于所述第二图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第二图像数据库及设有第二图像计算子单元；对第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元的控制包括如下步骤：

SA1：当当前目标指令用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动时，启动第一图像与处理单元，并根据当前目标指令、于第一图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA2：当当前目标指令用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示时，启动第二图像与处理单元，并根据当前目标指令、于第二图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令。

其中，

设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影区域；

据此的步骤SA1如下：

SA11：当当前目标指令用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动时，启动第一图像与处理单元；

SA12：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第一图像与处理单元根据当前目标指令、于第一图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA13：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第一图像与处理单启动第一图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。

其中，

设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影面；

据此的步骤SA2如下：

SA21：当当前目标指令用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示时，启动第二图像与处理单元；

SA22：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第二图像与处理单元根据当前目标指令、于第二图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA23：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第二图像与处理单启动第二图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。其中，

基于步骤S2光束整形后的、激光的光线发散角度为1mrad-350mrad，优选为1-25mrad。

其中，

激光光源单元内设置的激光光源为波长为492-577nm的绿光，优选为515或520nm。

其中，

步骤S2所述的：第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；具体为：按水平时序与垂直时序完成扫描，所述水平时序与垂直时序的同步，通过合成算法完成。

其中，

步骤S1所述的：控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

其中下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元比下发具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元，滞后1.22ms-1.28ms。

技术说明：

本发明的汽车激光显示装置技术方案如下：

一种汽车激光显示装置，选用发射可见光的半导体激光器光源，采用安装有MEMS微镜的扫描投影系统，半导体激光器发出单一波长的激光经透镜准直后，照射到MEMS投影系统的MEMS微镜上，根据不同的控制程序，微镜在快、慢轴两个方向高速调整角度，经过MEMS微镜反射的激光形成不同的图案，

再经过对所述图案进行调整角度和像差补偿，经调整角度和像差补偿后的图案投影在汽车驾驶员前方的路面或墙面等载体表面上。

所述图案包括：行驶速度、警告信号、指示标志、横道线及车道线等车辆行驶等提示、警示等信息。

由此，使得驾驶员在保持正常汽车驾驶，即驾驶员视线无须离开前方路面视域的同时，即可看到扫描投影系统显示的图案信息。

根据本发明，MEMS激光投影用在汽车行业，和传统民用投影仪有很大的区别。所以不存在分辨率，色彩，对比度等投影仪行业的常规问题。虽然是投影显示的形式，但更类似于舞台灯光秀投影的原理。首先，这是一个无焦投影系统，民用投影仪在使用前需要对焦以找到最清晰的投射距离，而我们的系统，在任何距离都同样清晰，只有成像大小的区别。系统输出效率基本受限于光源系统的出光效率和MEMS微镜的反射率，如果采用逐行扫描的形式，则效率与投影图案有关，而如果是矢量扫描形式，则效率为恒定值。此系统的使用寿命基本只受限于在车规环境下光源激光器的寿命。

根据本发明，控制程序主要完成对MEMS微镜角度、频率的控制，每一种图案会有不同的控制程序及其参数，所述不同控制程序包括电学电路控制。

根据本发明，MEMS微激光投影设备主要部件包括：核心器件MEMS激光模组(分为MEMS微镜、绿色激光管及其光学系统)、MEMS驱动、激光驱动、图像处理器等。

本发明适用于汽车前方不同形状的投影面，如有拐角的墙壁、起伏的路面、路前方的人、车及弧形的汽车玻璃等。

控制程序主要完成对MEMS微镜角度、频率的控制，每一种图案会有不同的参数，也就是有不同控制程序控制。

根据本发明的调整角度和像差补偿，如果投影位置在墙面上，此时为标准的投影参数，所有图案没有像差畸变。但是同样的图案，我们把投影位置改到路面，就会变形，圆形变成椭圆，且因为近大远小的缘故，正方形会变成梯形。另外还有扫描频率的影响，方角会变成圆角。所以，为了保证图案不变形产生歧义，需要在投影地面时对图案进行调整，提前做好补偿，这其中就包括角度和像差。

本发明所述一种汽车激光显示装置，

将2-20个激光器输出的激光通过透镜合束准直后照射到MEMS微镜上。

本发明的汽车激光显示方法技术方案如下：

一种汽车激光显示方法，选用发射可见光的半导体激光器光源，采用安装有MEMS微镜的扫描投影系统，半导体激光器发出单一波长的激光经透镜准直后，照射到MEMS投影系统的MEMS微镜上，根据不同的控制程序，微镜在快、慢轴两个方向高速调整角度，经过MEMS微镜反射的激光形成不同的图案。

再经过对所述图案进行调整角度和像差补偿，经调整角度和像差补偿后的图案投影在汽车驾驶员前方的路面或墙面等载体表面上。

所述图案包括：行驶速度、警告信号、指示标志、横道线及车道线等车辆行驶等提示、警示等信息。

由此，使得驾驶员在保持正常汽车驾驶，即驾驶员视线无须离开前方路面视根据本发明看到扫描投影系统显示的图案信息。

其中，将2-20个激光器输出的激光通过透镜合束准直后照射到MEMS微镜上。所述准直后的光线发散角度在1-350mrad以内，优选的是，准直后的光线发散角度在1-25mrad以内。采用波长492-577nm的绿光激光器发出绿色激光，优选为优选为515或520nm。安装有MEMS微镜的扫描投影系统采用逐行扫描或矢量扫描形式。

本发明中的微镜(MEMS)是一种微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystems)，利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。

根据本发明，MEMS可采用：如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等，但是有些复杂的微结构难以用IC工艺实现，必须采用微加工技术制造。

微加工技术包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术。体加工技术是指沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀的工艺，包括湿法刻蚀和干法刻蚀，是实现三维结构的重要方法。表面微加工是采用薄膜沉积、光刻以及刻蚀工艺，通过在牺牲层薄膜上沉积结构层薄膜，然后去除牺牲层释放结构层实现可动结构。

除了上述两种微加工技术以外，MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法，其中常见的方法包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。

根据本发明，扫描投影图案示例如图4-图8，其中指示标志如箭头，可以以动态方式显示，向前的箭头可以变换为向左向右的箭头，或斜向前的箭头，成为转向指示箭头。

根据本发明，使得驾驶员可在视线无须离开前方路面视域的同时，即可看到扫描投影系统显示的图案信息。本发明可为智能驾驶、无人驾驶及周边其他车辆或行人提供一种我方车辆行驶与外界的信息提示方案。

实施例1

一种汽车激光显示装置，光源采用波长515或520nm的绿光激光器发出绿色激光,采用安装有MEMS微镜的扫描投影系统，半导体激光器发出单一波长的激光经透镜准直后，照射到MEMS投影系统的MEMS微镜上，经过MEMS微镜反射的激光形成不同的图案，再经过对所述图案进行调整角度和像差补偿，经调整角度和像差补偿后的图案投影在汽车驾驶员前方5米到50米的路面或墙面等载体表面上，以形成与本车车内驾驶员互动的图像显示；或投影在车前5-50m，车后0-10m，车身两侧0-5m，以形成与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现信息互动的图像。

MEMS微激光投影设备主要部件包括：核心器件MEMS激光模组(分为MEMS微镜、绿色激光管及其光学系统)、MEMS驱动、激光驱动、图像处理器等。

如图4-图8所示，所述图案包括：行驶速度、警告信号、指示标志、横道线及车道线等车辆行驶等提示、警示等图案信息。

根据本发明，控制程序主要完成对MEMS微镜角度、频率的控制，每一种图案会有不同的控制程序及其参数，所述不同控制程序包括电学电路控制。

针对所述不同的图案信息，根据不同的控制程序，微镜在快、慢轴两个方向高速调整角度，投影在汽车驾驶员前方的路面或墙面等载体表面上。

根据本实施例的调整角度和像差补偿，如果投影位置在墙面上，此时为标准的投影参数，所有图案没有像差畸变。但是同样的图案，投影位置改到路面，就会变形，圆形变成椭圆，且因为近大远小的缘故，正方形会变成梯形。另外还有扫描频率的影响，方角会变成圆角。所以，为了保证图案不变形产生歧义，需要在投影地面时对图案进行调整，提前做好补偿，这其中就包括角度和像差。

由此，使得驾驶员在保持正常汽车驾驶，即驾驶员视线无须离开前方路面视域的同时，即可看到扫描投影系统显示的图案信息。

如图9-11所示，所述汽车激光显示装置用于汽车直道变道。其中，车道宽度3.75m，车道线视觉最大角度8゜，考虑像差补偿后，实际扫描的直行箭头的驾驶员前方路面视域为左图10所示。

如图12-14所示，本实施例的一种汽车激光显示装置用于某十字路口的汽车直道弯道。其中，弯道半径10m，入弯距离5m，车道宽度3.75m，转弯角度90゜，车道线视觉最大角度16゜。考虑像差补偿后，实际扫描的转向箭头的驾驶员左前方路面视域为图13所示。

根据本发明的系统，所述扫描投影系统为无焦投影系统，在任何距离都同样清晰。系统输出效率基本受限于光源系统的出光效率和MEMS微镜的反射率。

根据本实施例，可采用逐行扫描的形式或矢量扫描形式。本发明系统的使用寿命基本只受限于在车规环境下光源激光器的寿命。

根据本实施例，本发明适用于汽车前方不同形状的投影面，如有拐角的墙壁、起伏的路面、路前方的人、车及弧形的汽车玻璃等。

根据本实施例，将2-20个激光器输出的激光通过透镜合束准直后照射到MEMS微镜上。准直后的光线发散角度在1-25mrad以内.

实施例2

除了以下不同之处外，其他如同实施例1，制得一种汽车激光显示装置，用于驾驶员在保持正常汽车驾驶的同时，即可看到扫描投影系统显示的图案信息，从而，使得驾驶员视线无须离开前方路面视域，从而提高驾驶安全性：

准直后的光线发散角度在1mrad-350mrad以内。

根据本发明，使得驾驶员可在视线无须离开前方路面视域的同时，即可看到扫描投影系统显示的图案信息。本发明可为智能驾驶、无人驾驶及周边其他车辆或行人提供一种我方车辆行驶与外界的信息提示方案。

实施例3

本实施例中的汽车激光显示装置设置为8个，分别为：两前灯内(即图18的A位置)分别各设置一个、尾灯内(即图18的B位置)分别各设置一个、车前中网与车后牌照的位置(即图18的C位置)各设置一个、车两侧的中柱(即B柱，也即图18的D位置)位置各设置一个，共计8个(如图18所示)。

先确定当前需要显示的图像是用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动；还是用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示。

当确定为当前需要显示的图像用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动时，启用车外环境监控传感器监控当前投影面，启动第一图像与处理单元，车外环境监控传感器将监控信息传输至控制单元；

当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第一图像与处理单元根据当前目标指令、于第一图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第一图像与处理单启动第一图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。

控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

第一驱动单元在接收到第一驱动信号后，启用内部算法完成基于当前目标图像的光束整形，并按时序对光源进行调制，以形成激光源单元的匹配当前扫描成像单元的调制式平行光；

第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；其中，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；具体为：按水平时序与垂直时序完成扫描，所述水平时序与垂直时序的同步，通过合成算法完成；

调制式平行光投射于扫描成像单元的扫描器件，以形成同步协调，于车外环境中，投射出当前目标图像。

当确定为当前需要显示的图像用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示时，启用车外环境监控传感器监控当前投影面，启动第二图像与处理单元，车外环境监控传感器将监控信息传输至控制单元；

当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第二图像与处理单元根据当前目标指令、于第二图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第二图像与处理单启动第二图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。

控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

第一驱动单元在接收到第一驱动信号后，启用内部算法完成基于当前目标图像的光束整形，并按时序对光源进行调制，以形成激光源单元的匹配当前扫描成像单元的调制式平行光；

第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；其中，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；具体为：按水平时序与垂直时序完成扫描，所述水平时序与垂直时序的同步，通过合成算法完成；

调制式平行光投射于扫描成像单元的扫描器件，以形成同步协调，于车外环境中，投射出当前目标图像。

本发明的一种汽车激光显示装置及其方法，

首先，通过激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元的相互协作，形成车外的图像显示；并通过建立相应的控制，分别用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动、与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示。

其次，于控制单元内设有两个独立的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元，据此建立两套分别响应的机制，用于分别响应车内驾驶员的信息互动、响应车外周围车辆及人员的信息互动。

再次，于所述第二图像接收与处理单元内设有图像计算子单元；并设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影面，当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为曲面时，第二图像与处理单启动图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令，以建立不受投影环境影响的图像显示能力。

然后，本案中激光光源采用经光束整形处理的单色绿光源，以形成最佳人眼的观感适配。

最后，在技术衔接问题上进行了各自针对性的处理设置，以整体化与效率化汽车激光显示装置的运转，比如，考虑到振镜自身的延迟问题，设置了激光光源单元的驱动信号的推迟；比如考虑到扫描成像单元的水平时序与垂直时序的同步，设置了合成算法步序；比如，考虑到激光强度分布，设置了激光束整形步序，用以改变入射激光束的强度分布为所需的强度分布，同时调整他的相位分布以控制其传播特性，来形成与MEME振镜相适配的符合需求的一定直径的平行光。

综上所述，本发明的一种汽车激光显示装置及其方法，使得车内驾驶员在驾驶过程中无需将目光从远处聚焦到近处即可掌握当前行驶相关信息；其可将包括，但不限于行驶速度、警告信号、指示标志、横道线及车道线等车辆行驶等提示、警示等交通信息以图形方式直接清晰地投影在车辆行驶前方，例如，车辆行驶前方大约5米到50米处，且其位置可根据车速调整，以更直观的提供驾驶帮助或引导作用。

另一方面，这些图案还可以投影在车身周围区域，做到对驾驶员的车辆行驶等提示、警示等作用，或者，起到和周围其他车辆或行人的信息互动、对其他车辆或行人进行提示或警示周围的作用。或者，可据此建立与车外车辆或人员的一种信息互动。从而，提高驾驶安全性，降低交通事故率。

且，在当前智能驾驶技术越来越多的出现的车辆应用环境的情况下，本发明可为智能驾驶、无人驾驶及周边其他车辆或行人提供一种我方车辆行驶与外界的信息提示方案。

Claims (16)

1.一种汽车激光显示装置，其特征在于包括有：激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元；

所述控制单元通过第一驱动单元建立与激光光源单元的电信号连接；

所述控制单元通过第二驱动单元建立与扫描成像单元的电信号连接；

所述控制单元通过建立统一的同步信号实现与第一驱动单元及第二驱动单元之间的电信号连接；

所述激光光源单元按时序输出调制式光信号，

所述扫描成像单元按目标转动角度形成基于当前周期的扫描式转动，

所述调制式光信号与扫描式转动形成协同作业，于车外环境中，投射出当前目标图像；

其中，

所述控制单元根据当前目标指令建立与第一驱动单元及第二驱动单元的电信号连接，

所述当前目标指令源于控制单元内两个独立设置的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元，

于所述第一图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第一图像数据库及设有第一图像计算子单元；

于所述第二图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第二图像数据库及设有第二图像计算子单元。

2.根据权利要求1所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动。

3.根据权利要求1所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示。

4.根据权利要求1所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于还包括有：设置的车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影区域；

所述控制单元通过第二图像接收与处理单元的图像计算子单元完成基于当前投影区域的适配性像差矫正，以形成适于当前投影区域的输出控制信号给控制单元。

5.根据权利要求2所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像显示在车辆前方的行驶道路上。

6.根据权利要求2或3所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像显示在车身周围路面。

7.根据权利要求2或3所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

投射出的当前目标图像于不同类型的路面或环境形成显示。

8.根据权利要求1所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

所述汽车激光显示装置为封装并固设于车前的一个。

9.根据权利要求1所述的一种汽车激光显示装置，其特征在于：

所述汽车激光显示装置为封装并沿车周布设的至少8个，

所述至少8个具体为：车前等距布设3个；车后等距布设3个；车两侧、于中柱位置各布设一个。

10.一种汽车激光显示方法，其特征在于：通过激光光源单元、扫描成像单元、第一驱动单元、第二驱动单元及控制单元的相互协作，形成车外的图像显示，包括如下步骤：

S1：控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

S2：第一驱动单元在接收到第一驱动信号后，启用内部算法完成基于当前目标图像的光束整形，并按时序对光源进行调制，以形成激光源单元的匹配当前扫描成像单元的调制式平行光；

第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；

S3：调制式平行光投射于扫描成像单元的扫描器件，以形成同步协调，于车外环境中，投射出当前目标图像；其中，

于控制单元内设有两个独立的第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元；

于所述第一图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第一图像数据库及设有第一图像计算子单元；

于所述第二图像接收与处理单元内存储有用以响应当前目标指令的第二图像数据库及设有第二图像计算子单元；对第一图像接收与处理单元、第二图像接收与处理单元的控制包括如下步骤：

SA1：当当前目标指令用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动时，启动第一图像与处理单元，并根据当前目标指令、于第一图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA2：当当前目标指令用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示时，启动第二图像与处理单元，并根据当前目标指令、于第二图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令。

11.根据权利要求10所述的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影面；

据此的步骤SA1如下：

SA11：当当前目标指令用于与车内驾驶员实现当前驾驶信息的互动时，启动第一图像与处理单元；

SA12：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第一图像与处理单元根据当前目标指令、于第一图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA13：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第一图像与处理单启动第一图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。

12.根据权利要求10所述的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

设有车外环境监控传感器，所述车外环境监控传感器用于监控当前投影区域；

据此的步骤SA2如下：

SA21：当当前目标指令用于与车外的周围车辆内驾驶员、车外行人实现互动式信息的显示时，启动第二图像与处理单元；

SA22：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为平坦路面时，第二图像与处理单元根据当前目标指令、于第二图像数据库内进行相应寻址，以生成与当前目标指令适配的控制指令；

SA23：当车外环境监控传感器监控回来的当前投影面为坡道或弯道时，第二图像与处理单启动第二图像计算子单元完成基于当前投影面的适配性图像计算，并根据计算生成与当前目标指令适配的控制指令。

13.根据权利要求10所述的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

基于步骤S2光束整形后的、激光的光线发散角度为1mrad-350mrad。

14.根据权利要求10所述的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

激光光源单元内设置的激光光源为波长为492-577nm的绿光。

15.根据权利要求10所述的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

步骤S2所述的：第二驱动单元在接收到第二驱动信号后，驱动扫描成像单元按时序完成扫描；具体为：按水平时序与垂直时序完成扫描，所述水平时序与垂直时序的同步，通过合成算法完成。

16.根据权利要求10所述的一种汽车激光显示方法，其特征在于：

步骤S1所述的：控制单元根据当前控制指令分别下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元、具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元；

其中下发具有同步属性的第一驱动信号至第一驱动单元比下发具有同步属性的第二驱动信号至第二驱动单元，滞后1.22ms-1.28ms。

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