CN208126030U - 车用无介质浮空成像系统、汽车中控台及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车用无介质浮空成像系统、汽车中控台及汽车。所述车用无介质浮空成像系统包括安装在车内的显示装置，还包括光学成像玻璃，所述光学成像玻璃安装在显示装置的一侧，并与显示装置成0‑90度角，显示装置可以通过机械结构转动来改变空中实像的角度，显示装置显示的图像在经过光学成像玻璃的反射或折射后在光学成像玻璃另一侧形成空中实像。本实用新型的优点在于：在空中成像无需介质，节省空间，可以直接触摸；视线可穿越，不会遮挡住驾驶员视线，最大限度的保证了安全性；3.空中成像对平板电脑中的系统及内容无要求，可以在空中呈现2D或者3D的内容，兼容性强；4.便于构建不同的人机交互，如手势识别技术、触控技术、语音识别技术等。

Description

车用无介质浮空成像系统、汽车中控台及汽车

技术领域

本实用新型涉及车用无介质浮空成像系统。

背景技术

目前驾驶员观看车内传统的显示屏，需要眼睛往下面看，容易分散视线和注意力，出现安全隐患。而放一个驾驶员可以平视的传统显示屏需要占一部分空间而且视线不能穿越，显示屏会遮挡住视线也会出现安全隐患。

目前空中成像技术常采用的是DCRA浮空显示单元，本申请发明人也已经申请了空中成像的相关专利，采用空中成像光学元件，将显示屏的图像转换成空中实像。

实用新型内容

针对现有车内显示屏存在的上述不足，本实用新型提供一种空中无介质浮空成像系统。

车用无介质浮空成像系统，包括安装在车内的显示装置，还包括光学成像玻璃，所述光学成像玻璃安装在显示装置的一侧，并与显示装置成0-90度角，显示装置可以通过机械结构转动来改变空中实像的角度，显示装置显示的图像在经过光学成像玻璃的反射或折射后在光学成像玻璃另一侧形成空中实像。优选的，光学成像玻璃与显示装置成45-90度角。所述机械结构可以为任意一种旋转结构，只要可以实现该显示装置的旋转即可；也可以为其他结构，只要能能调节显示装置与光学成像玻璃之间的角度即可。

优选的，所述机械结构可以为齿轮和编码器的组合，具体的，所述编码器的输出轴与电机的轴同心设置，所述编码器的输出轴与一脉冲码盘固定连接，该脉冲码盘与齿轮a啮合，所述齿轮a与齿轮b啮合，该齿轮b之间固定连接有用于固定显示装置的固定轴，通过控制编码器的输出脉冲来控制齿轮的转动角度，从而控制该显示装置与光学成像玻璃之间的角度，如图14所示。光电增量式编码器的工作原理如下：随转轴一起转动的脉冲码盘上有均匀刻制的光栅，在码盘上均匀地分布着若干个透光区段和遮光区段。增量式编码器没有固定的起始零点，输出的是与转角的增量成正比的脉冲，需要用计数器来计脉冲数。每转过一个透光区时，就发出一个脉冲信号，计数器当前值加1，计数结果对应于转角的增量。

优选的，所述光学成像玻璃为DCRA浮空显示单元、SMA显示单元，底部带有反射面的玻璃小球三角排列成的光学元件，或底部带有反射面的直角镜排列成的光学元件。SMA显示单元为在透明平板的内部以一定的间距并列形成带状的平面光反射部的第一光控制面板、第二光控制面板以所述第一光控制面板的平面光反射部与所述第二光控制面板的平面光反射部交叉的方式相对配置的光学成像装置。所述DCRA显示单元为由100μm大小的微小镜子组合而成的光学元件。

优选的，所述光学成像玻璃固定安装在汽车中控台的中间下方，显示装置固定安装在光学成像玻璃下方的汽车中控台内。

优选的，汽车中控台中间设有预留空间，所述显示装置和光学成像玻璃安装在预留空间内，显示装置设在光学成像玻璃的下方、上方或侧面。

优选的，所述光学成像玻璃固定安装在汽车反光镜背面，在光学成像玻璃上安装平板电脑，使其光学成像玻璃下方呈现出无介质浮空的影像。

优选的，所述光学成像玻璃固定在车顶或车窗或车窗柱上，并在光学成像玻璃一测安装平板电脑与控制转动的机械结构，并在光学成像玻璃的另一侧安装激光发射器与摄像头，使该侧呈现出无介质浮空的影像可以实现空中触控。

优选的，所述显示装置为平板电脑、手机、或汽车中控系统控制的显示屏。

优选的，所述显示装置连接有人机互动系统。

优选的，所述人机互动系统为触控模组，触控模组包括摄像头和激光发射器，摄像头连接显示装置，激光发射器在浮空影像平面形成一个高于图像1-3mm、厚度约1mm的不可见光膜，当手指或任何不透明的物体接触浮空影像时，光线被反射到的一个信号接收器，再通过对光电位置的精确计算，得到手势的坐标。

优选的，所述人机互动系统第一次使用时需要手动校正计算机屏幕角度，方法为首先屏蔽干扰光源，然后使用光笔进行手动校正，在手动校正后，用户手持光笔代替鼠标操控计算机。

所述人机互动的具体实施步骤是：

a)在计算机屏幕坐标(i∈[1，N]，N为校正点个数)处输出校正标识图案；

b)人工持光笔在校正图案处点击(一点击光笔即发光)校正标识图案，定位分析程序分析得出USB摄像头摄取到的图象中亮斑的图像坐标(Ui, Vi)；

c)重复步骤a、b校正第i+1点。最后一个校正点点击完毕后转步骤d；

d)根据校正步骤a、b、c得到的校正图案的图像坐标到屏幕坐标的映射关系；

{<Xi，Yi>}→{<Ui，Vi>}根据这些校正数据求解下面的转化方程的系数 C11,C12…C33

e)定位分析程序实时分析USB摄像头摄取的图像中光笔亮斑的位置，用坐标转化方程计算出对应的鼠标的屏幕坐标，并模拟产生鼠标事件；

鼠标事件与光笔的状态定义如下:

光笔按下发光，触发鼠标左键按下事件；

光笔的光斑移动，触发鼠标移动事件；

笔停止发光，触发鼠标左键弹起事件；

光笔的光斑在同一位置做长时间停留(大约1.5秒),触发鼠标右键事件；

光笔连续两次短促的闪灭，触发双击事件。

另外，本申请提供了一种内部安装有车用无介质浮空成像系统的中控台，所述车用无介质浮空成像系统，包括安装在车内的显示装置，还包括光学成像玻璃，所述光学成像玻璃安装在显示装置的一侧，并与显示装置成0-90度角，显示装置显示的图像在经过光学成像玻璃的反射或折射后在光学成像玻璃另一侧形成空中实像。优选的，光学成像玻璃与显示装置成45-90度角。

优选的，所述光学成像玻璃为DCRA浮空显示单元、SMA显示单元，底部带有反射面的玻璃小球三角排列成的光学元件，或底部带有反射面的直角镜排列成的光学元件。

车用无介质浮空成像系统安装位置如下：

安装位置1--中控台下方：在汽车中控台的中间下方安装光学成像玻璃并在光学成像玻璃下方安装平板电脑，使其光学成像玻璃上方呈现出无介质浮空的影像，然后平板电脑连接相应的传感器并在平板电脑中添加互动系统的软件，达到手势识别、空中触控和语音控制的功能。

安装位置2--中控台中：在汽车中控台中间预留出空间安装光学成像玻璃并在光学成像玻璃下方安装平板电脑，使其光学成像玻璃上方呈现出无介质浮空的影像，然后平板电脑连接相应的传感器并在平板电脑中添加互动系统的软件，达到手势识别、空中触控和语音控制的功能。

安装位置3--反光镜后面：在汽车反光镜背面上安装光学成像玻璃，在光学成像玻璃上安装平板电脑，使其光学成像玻璃下方呈现出无介质浮空的影像，然后平板电脑连接相应的传感器并在平板电脑中添加互动系统的软件，达到手势识别、空中触控和语音控制的功能。

安装位置4—车顶：在汽车内部车顶上方预留出空间安装光学成像玻璃并在光学成像玻璃上方安装平板电脑，使其光学成像玻璃下方呈现出无介质浮空的影像，然后平板电脑连接相应的传感器并在平板电脑中添加互动系统的软件，达到手势识别、空中触控和语音控制的功能。

安装位置5—车侧面：在汽车侧面预留出空间竖直安装光学成像玻璃并在光学成像玻璃侧面安装平板电脑，使其光学成像玻璃侧面呈现出无介质浮空的影像，然后平板电脑连接相应的传感器并在平板电脑中添加互动系统的软件，达到手势识别、空中触控和语音控制的功能。

如图15所示，将所述显示装置安装在车内合适的隐藏位置，并在该显示装置上方安装光学成像玻璃，该显示装置通过机械结构转动来调节与光学成像玻璃的角度，并在光学成像玻璃上安装触控模组，其中触控模组中的摄像头连接显示装置(如平板电脑)，电脑与触控模组中的激光发射器一同连接车内的电路，就可以构建成图6的车内无介质浮空系统，呈现出浮空显示画面。

其中，激光影像技术(LICT)技术原理为：在光学成像元件(DCRA浮空显示单元)上安装一个红外激光模块，在浮空影像平面形成一个高于图像1-3mm、厚度约1mm的不可见光膜，当手指或任何不透明的物体接触浮空影像时，光线被反射到的一个信号接收器，再通过对光电位置的精确计算，得到手势的坐标。

本申请的质浮空成像系统通过合理利用车内空间，把显示屏放置在车身内部，将显示屏隐藏起来，其本身不会遮挡视线，然后通过特殊的光学成像玻璃，该光学成像玻璃利用纳米级精度控制加工的离散微小的单位光学元件(约 100μm大小)，将图像输出单元的光线细分割后，再利用几何光学将其聚集在空中等比成像，在空中呈现出一个视线可穿越的浮空显示画面，使得驾驶员眼睛正常平视就可以看到显示画面且该显示画面不会遮挡住驾驶视线。

本实用新型的优点在于：

1.在空中成像无需介质，节省空间，可以直接触摸；

2.视线可穿越，不会遮挡住驾驶员视线，最大限度的保证了安全性；

3.空中成像对平板电脑中的系统及内容无要求，可以在空中呈现2D或者3D 的内容，兼容性强；

4.便于构建不同的人机交互，如手势识别技术、触控技术、语音识别技术等；

5.富有科技感，给用户带来全新的视觉以及交互的体验；

6.系统可安装的位置可根据车身结构变化。

附图说明

图1-2实施例1安装车中控系统内结构示意图。

图3为实施例2安装在后视镜的结构示意图。

图4为光学成像玻璃原理示意图。

图5设有人机互动系统的成像示意图。

图6为人机交互示意图。

图7为激光影像技术(LICT)技术原理示意图。

图8激光精准触控模组(8a为激光器，8b为摄像头)。

图9为触控模组中的摄像头(9a为正面，9b为背面)。

图10为光学成像玻璃。

图11为平板电脑。

图12为编码器。

图13为转动齿轮。

图14为编码器与齿轮组成的转动结构。

图15为实施例1整体结构示意图。

图16为可安装在车顶的位置示意图。

图17为可安装在车侧面的位置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本实用新型，但本实用新型的内容并不限于此。

实施例1

结合附图1-2，本实施例提供的一种车内无介质浮空系统，其包括图8-9 中的触控模组、图10中的光学成像玻璃、图11中的平板电脑。将平板电脑放置到车身合适的内部隐藏，并在上方安装光学成像玻璃，在光学成像玻璃上安装触控模组，其中触控模组中的摄像头连接平板电脑，电脑与触控模组中的激光发射器一同连接车内的电路，就可以构建成图6的车内无介质浮空系统，呈现出浮空显示画面。

实施例2

结合附图3，本实施例提供安装在车内的后视镜后面的无介质浮空系统，其包括图8-9中的触控模组、图10中的光学成像玻璃、图11中的平板电脑。将光学成像玻璃安装在后视镜内侧，并在光学成像玻璃的挡风玻璃一侧安装平板电脑，在光学成像玻璃上安装触控模组，其中触控模组中的摄像头连接平板电脑，电脑与触控模组中的激光发射器一同连接车内的电路，就可以构建成图6的车内无介质浮空系统，呈现出浮空显示画面。

车内还可以设有人机互动系统(包括显示装置和图像识别装置)，其中图像识别装置包含了接收装置和发送装置，接受装置接受手势信息，然后通过发送装置发送信息至显示装置，用户可以通过调节装置，控制成像面的角度，由于不同身高的人看空中成像的舒适角度是不同的，添加眼睛识别装置/人脸识别装置，自动识别驾驶员眼睛/人脸，然后自动调节画面角度到对应身份信息的舒适角度。

优选的，所述人机互动系统为触控模组，触控模组包括摄像头和激光发射器，摄像头连接显示装置，激光发射器在浮空影像平面形成一个高于图像1-3mm、厚度约1mm的不可见光膜，当手指或任何不透明的物体接触浮空影像时，光线被反射到的一个信号接收器，再通过对光电位置的精确计算，得到手势的坐标。

优选的，所述人机互动系统第一次使用时需要手动校正计算机屏幕角度，方法为首先屏蔽干扰光源，然后使用光笔进行手动校正，在手动校正后，用户手持光笔代替鼠标操控计算机。

所述人机互动的具体实施步骤是：

a)在计算机屏幕坐标(i∈[1，N]，N为校正点个数)处输出校正标识图案；

b)人工持光笔在校正图案处点击(一点击光笔即发光)校正标识图案，定位分析程序分析得出USB摄像头摄取到的图象中亮斑的图像坐标(Ui, Vi)；

c)重复步骤a、b校正第i+1点。最后一个校正点点击完毕后转步骤d；

d)根据校正步骤a、b、c得到的校正图案的图像坐标到屏幕坐标的映射关系；

{<Xi，Yi>}→{<Ui，Vi>}根据这些校正数据求解下面的转化方程的系数 C11,C12…C33

e)定位分析程序实时分析USB摄像头摄取的图像中光笔亮斑的位置，用坐标转化方程计算出对应的鼠标的屏幕坐标，并模拟产生鼠标事件；

鼠标事件与光笔的状态定义如下:

光笔按下发光，触发鼠标左键按下事件；

光笔的光斑移动，触发鼠标移动事件；

笔停止发光，触发鼠标左键弹起事件；

光笔的光斑在同一位置做长时间停留(大约1.5秒),触发鼠标右键事件；

光笔连续两次短促的闪灭，触发双击事件。

本实用新型并不限于上述实施方式，采用与本实用新型上述实施例相同或近似的结构，而得到的其他车内无介质空中成像系统，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.车用无介质浮空成像系统，包括安装在车内的显示装置，其特征在于：还包括光学成像玻璃，所述光学成像玻璃安装在显示装置的一侧，显示装置可以通过机械结构转动来改变空中实像的角度，使光学成像玻璃与显示装置成0-90度角，显示装置显示的图像在经过光学成像玻璃的反射或折射后在光学成像玻璃另一侧形成空中实像。

2.根据权利要求1所述的车用无介质浮空成像系统，其特征在于：所述光学成像玻璃为DCRA浮空显示单元、SMA显示单元，底部带有反射面的玻璃小球三角排列成的光学元件，或底部带有反射面的直角镜排列成的光学元件。

3.根据权利要求1所述的车用无介质浮空成像系统，其特征在于：所述显示装置为平板电脑、手机、或汽车中控系统控制的显示屏。

4.根据权利要求1所述的车用无介质浮空成像系统，其特征在于：所述显示装置连接有人机互动系统；所述人机互动系统为触控模组，触控模组包括摄像头和激光发射器，摄像头连接显示装置，激光发射器在浮空影像平面形成一个高于图像1-3mm、厚度约1mm的不可见光膜，当手指或任何不透明的物体接触浮空影像时，光线被反射到的一个信号接收器，再通过对光电位置的精确计算，得到手势的坐标。

5.一种汽车中控台，其特征在于：中控台内部安装有权利要求1-4任一所述的车用无介质浮空成像系统。

6.一种汽车，包括中控台，其特征在于：中控台内部安装有权利要求1-4任一所述的车用无介质浮空成像系统。

7.根据权利要求6所述的汽车，其特征在于：权利要求1-4任一所述的车用无介质浮空成像系统的光学成像玻璃固定安装在汽车中控台的中间下方，显示装置固定安装在光学成像玻璃下方的汽车中控台内；或者汽车中控台中间设有预留空间，所述显示装置和光学成像玻璃安装在预留空间内，显示装置设在光学成像玻璃的下方、上方或侧面。