CN208459762U - 一种汽车激光显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种汽车激光显示装置，其特征在于，选用发射可见光的半导体激光器作为光源，半导体激光器发出的单一波长激光经透镜准直后,照射到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，经过反射的激光形成不同的图案信息，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，再经过对所述图案进行调整角度和像差补偿，投影在前方的路面或墙面等载体表面上，形成虚拟用户界面。根据本实用新型，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。本实用新型可为智能驾驶、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。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车照明领域，具体地，本实用新型涉及一种汽车激光显示装置及其方法，所述汽车激光显示装置及其方法用于驾驶员在保持正常汽车驾驶的同时即可无须一个视觉变焦的过程，看到扫描MEMS投影系统显示的图案信息，由此，使得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。
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。
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，本领域有待一种汽车激光显示装置及其方法的出现。
实用新型内容
为克服上述问题，本实用新型的目的在于，提供一种汽车激光显示装置及其方法，根据本实用新型所述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，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。从而，提高驾驶安全性，降低交通事故率。
更重要的是，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，本实用新型可为智能驾驶、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。
本实用新型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，用于将汽车行驶中的各种交通信息以图形方式直接清晰地投影在车辆行驶前方，使得驾驶员在汽车行驶中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形信息，其特征在于，
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，形成虚拟用户界面，
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。
根据本实用新型，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。
根据本实用新型，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。
根据本实用新型，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。
根据本实用新型，本实用新型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。
根据本实用新型，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。
根据本实用新型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。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
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。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
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。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
准直后的光线发散角度在26-150mrad以内，优选的是，准直后的光线发散角度在26-100mrad以内。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
采用功率0.1W-20W、波长500-560nm的绿光激光器发出绿色激光。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
所述图案位于车辆行驶前方5米到50米。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
安装有MEMS微镜的扫描投影系统采用逐行扫描的形式。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
安装有MEMS微镜的扫描投影系统采用矢量扫描形式。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
光源系统的出光效率不低于80％。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
MEMS微镜的反射率不低于95％。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
所述扫描投影系统为无焦投影系统。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
采用功率0.1W-20W。波长500-560nm的绿光激光器发出绿色激光。
根据本实用新型所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
所述图案位于车辆行驶前方5米到50米。
微镜(MEMS)是一种微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)，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。
根据本实用新型，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。
根据本实用新型，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。
根据本实用新型，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。本实用新型可为智能驾驶、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为本实用新型的一种汽车激光显示装置及其方法使用状况示意图。
图2为微镜在快轴慢轴两个方向高速调整角度示意图。
图3为本实用新型汽车激光显示装置及其方法光路示意图。
图4-图8分别为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型汽车激光显示装置及其方法显示的限速标志示意图。
图6为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型汽车激光显示装置显示驾驶员前方路面视域的界面图。
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。
图12-14为本实用新型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为本实用新型汽车激光显示装置显示驾驶员左前方路面视域的界面图。
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。
具体实施方式
实施例1
一种汽车激光显示装置，光源采用功率0.1W-20W、波长500-560nm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，形成虚拟用户界面。
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、RGB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。
根据本实用新型，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。
根据本实用新型的系统，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。本实用新型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，本实用新型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26-100mrad以内。
根据本实用新型，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。本实用新型可为智能驾驶、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 (10)
1.一种汽车激光显示装置，用于将汽车行驶中的交通信息以图形方式直接清晰地投影在车辆行驶前方，使得驾驶员在汽车行驶中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形信息，其特征在于，
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，形成虚拟用户界面，
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的提示、警示信息，
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。
2.如权利要求1所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
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。
3.如权利要求1所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
准直后的光线发散角度在1-350mrad以内。
4.如权利要求3所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
准直后的光线发散角度在1-25mrad以内。
5.如权利要求3所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
准直后的光线发散角度在26-150mrad以内。
6.如权利要求1所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
采用波长500-560nm的绿光激光器发出绿色激光。
7.如权利要求1所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
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。
8.如权利要求1所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
光源系统的出光效率不低于80％。
9.如权利要求1所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
MEMS微镜的反射率不低于95％。
10.如权利要求1所述一种汽车激光显示装置，其特征在于，
所述扫描投影系统为无焦投影系统。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190201 |