Способ отображения информации через лобовое стекло автомобиля и устройство для его реализации

Способ передачи визуальной информации водителю транспортного средства и устройство отображения информации основаны на объединении двух оптических систем отображения изображений: системы отображения виртуального изображения и системы отображения действительного изображения. Для обеспечения максимальным объемом информации и безопасности вождения предлагается контролировать объем и содержание выводимой водителю транспортного средства информации в зависимости от скорости, а также выбирать оптическую систему вывода информации для минимизации риска аварии. Технический результат - обеспечение безопасности вождения автомобиля и высокого качества отображаемой информации за счет комбинированного использования систем в зависимости от скорости транспортного средства, а также обеспечение водителя транспортного средства максимальным возможным объемом информации с минимальным риском аварии. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области систем индикации для водителей транспортных средств, автомобилей.

Уровень техники

Из уровня техники известен патент Российской Федерации RU 2424541, опубликованный 20 октября 2011 года, который описывает устройство отображения визуальной информации на лобовом стекле транспортного средства, включающее источник изображения, представляющий собой жидкокристаллическую матрицу со светодиодной подсветкой, зеркало, принимающее свет от источника изображения, и вогнутое асферическое зеркало, направляющее свет на лобовое стекло, отличающееся тем, что зеркало, принимающее свет от источника изображения, выполнено выпуклым асферическим. Причем источник изображения выдает информацию о скорости движения автомобиля, запасе топлива, состоянии двигателя и бортовой аппаратуры, показания бортовых видеокамер, в том числе заднего вида и ночного видения, навигационную информацию (GPS), а также телекоммуникационную информацию (мобильная телефонная связь). Вся информация к источнику изображения поступает от бортового компьютера автомобиля. Технический результат - коррекция дисторсионных искажений, улучшение коррекции кривизны и астигматизма формируемого изображения в широком поле зрения.

Из уровня техники известен патент США US 8436952 B2, опубликованный 7 мая 2013 года. В документе описано гибридное устройство отображения информации на лобовом стекле транспортного средства. Причем в системе подсветки предлагается использовать специальный элемент, который смешивает излучение из внешней среды с излучением источника от внутреннего электрического питания и обеспечивает равномерное свет для системы дисплея. Технический результат - высокая яркость картинки в условиях яркого внешнего света.

Из уровня техники известен патент США US 8269652 B2, опубликованный 18 сентября 2012 года, в котором раскрыты способ и устройство отображения графической информации. Устройство отображения информации отличается тем, что практически прозрачный экран на выделенной заранее части лобового стекла содержит светоизлучающие частицы одного или нескольких видов или микроструктуру, которые формируют светящийся дисплей. То есть информация отображается непосредственно на лобовом стекле. Система также включает компьютер, который анализирует информацию о состоянии на дороге и своевременно отображает ее на экране.

Из уровня техники известен патент США US 7031067, опубликованный 18 апреля 2006 года, описывающий устройство вывода информации на лобовое стекло автомобиля, которое является наиболее близким аналогом и включает в себя расположенные на оптическое оси связанные между собой элементы: индикатор излучения в видимом спектральном диапазоне, создающий изображение; набор линз для преобразования видимого излучения от индикатора; голографический элемент, который осуществляет необходимое увеличение изображения и создает виртуальное изображение. Технический результат - снижение стоимости и размеров устройства.

Техническая задача

В перечисленных решениях присутствует один важный недостаток, который заключается в том, что данные системы изначально спроектированы для работы либо только с виртуальным изображением, либо только с действительным. Поэтому, несмотря на то, что при использовании в транспортном средстве коллиматорной системы водитель может не отвлекаться от управления из-за перефокусировки зрения с дороги на лобовое стекло, качество виртуального изображения значительно хуже, чем в оптических системах, проецирующих действительное изображение на лобовое стекло. И наоборот, спроецированное на лобовое стекло изображение обладает хорошим качеством, однако необходима переаккомодация зрения. В предлагаемом техническом решении удается решить данную проблему - обеспечение безопасности вождения автомобиля и высокого качества отображаемой информации за счет комбинированного использования систем в зависимости от скорости транспортного средства.

Другая решаемая задача, это информационное обеспечение водителя транспортного средства в зависимости от положения средства.

Решение

Для решения поставленных задач была разработана следующая группа изобретений.

Способ передачи визуальной информации водителю транспортного средства с помощью, по крайней мере, двух оптических систем, контроллера, датчика скорости, включающий следующие этапы:

a. получают от датчика скорости значение скорости транспортного средства и передают данные о скорости на контроллер;

b. сравнивают с помощью контроллера полученное значение скорости с пороговым значением;

c. включают по меньшей мере одну из оптических систем и выключают другие, если измеренная скорость выше пороговой.

Способ может быть реализован таким образом, что пороговое значение скорости лежит в диапазоне 0-40 км/ч.

Способ может быть реализован таким образом, что одна оптическая система формирует действительное изображение на лобовом стекле, а вторая формирует виртуальное (мнимое) изображение за лобовым стеклом.

Способ может быть реализован таким образом, что включают при помощи контроллера оптическую систему передачи действительного изображения на лобовое стекло транспортного средства и выключают оптическую систему передачи виртуального (мнимого) изображения за лобовым стеклом транспортного средства, если скорость транспортного средства ниже порогового значения; и включают при помощи контроллера оптическую систему передачи виртуального (мнимого) изображения за лобовым стеклом транспортного средства и выключают оптическую систему передачи действительного изображения на лобовое стекло транспортного средства, если скорость транспортного средства выше и/или равна пороговому значению.

Способ может быть реализован таким образом, что используют датчик положения и базу данных и выполняют следующие шаги:

a. считывают при помощи контроллера данные с датчика положения транспортного средства;

b. получают из базы данных справочную информацию, соответствующую данным датчика положения;

c. передают справочную информацию из базы данных при помощи по меньшей мере одной из оптических систем водителю транспортного средства.

Способ может быть реализован таким образом, что в качестве датчика положения используется приемник GPS и/или ГЛОНАС.

Способ может быть реализован таким образом, что в качестве справочной информации может быть информация об объектах культуры, досуга, развлечения, спорта, искусства, расположенных в непосредственной близости.

Способ может быть реализован таким образом, что базы данных могут быть расположены на удаленном сервере и доступ к ним осуществляется в режиме реального времени или быть загруженными в программное обеспечение, которое периодически может обновляться.

Способ может быть реализован таким образом, что контроллер в зависимости от скорости транспортного средства решает, какую информацию выводить через соответствующую систему передачи изображения, а какую блокировать

Устройство отображения информации включает в себя следующие элементы:

a. контроллер;

b. датчик скорости;

c. систему передачи виртуального изображения, которая включает в себя источник когерентного излучения, осветительную оптику, матрицу и оптику для формирования виртуального изображения, включающую в свою очередь набор оптических элементов и пленку на лобовом стекле автомобиля, которая представляет собой либо голограмму, либо дифракционную решетку, записанные для работы на определенной длине волны и прозрачные для остальной части видимого спектра, либо светофильтр, отражающий свет на определенной длине волны и прозрачный для остальной части видимого спектра;

d. систему передачи действительного изображения, которая включает в себя источники излучения видимого света, осветительную оптику, матрицу и оптику для формирования действительного изображения, включающую в свою очередь набор оптических элементов и частично прозрачную пленку на лобовом стекле автомобиля, которая диффузно отражает только заранее выбранную часть спектра видимого излучения;

e. компактный корпус, содержащий контроллер, часть элементов системы передачи виртуального и действительного изображений, за исключением пленок на лобовом стекле автомобиля.

Устройство может быть реализовано таким образом, что включает датчик положения, в качестве которого может выступать приемник GPS и/или ГЛОНАС.

Устройство может быть реализовано таким образом, что в качестве источника когерентного излучения для системы передачи виртуального изображения используется лазер или лазерный светодиод.

Устройство может быть реализовано таким образом, что в качестве матрицы для системы передачи виртуального или действительного изображения используется DLP-матрица, или LCD-матрица, или LCoS-матрица.

Устройство может быть реализовано таким образом, что в качестве оптических элементов для системы передачи виртуального или действительного изображения используются линзы, и/или зеркала, и/или голограммы.

Устройство может быть реализовано таким образом, что в качестве источников излучения видимого света для системы передачи действительного изображения используются лазеры, и/или лазерные светодиоды, и/или светодиоды, и/или фосфоры для преобразования излучения.

Устройство может быть реализовано таким образом, что частично прозрачная пленка для системы передачи действительного изображения имеет коэффициент пропускания для видимого спектра более 70%.

Устройство может быть реализовано таким образом, что пленка системы передачи виртуального изображения наклеивается на пленку системы передачи действительного изображения.

Перечень чертежей

На фиг. 1 изображена принципиальная схема работы устройства, которая включает предложенное устройство 1, систему передачи виртуального изображения 2 (без пленки на лобовом стекле), систему передачи действительного изображения 3 (без пленки на лобовом стекле), лобовое стекло автомобиля 4, пленку, на которую проецируется действительное изображение 5, пленку, на которую проецируется виртуальное изображение 6.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема отображения виртуальной информации, включающая предложенное устройство 1, установленное на торпеде автомобиля 7, которое проецирует виртуальное изображение 9 через пленку (голографическую) 10 на лобовом стекле 4 в глаза 8 водителя транспортного средства.

На фиг. 3 изображена принципиальная схема отображения действительной информации, включающая предложенное устройство 1, установленное на торпеде автомобиля 7, которое проецирует виртуальное изображение на пленку (голографическую) 11 на лобовом стекле 4.

На фиг. 4 изображен прототип устройства, включающий систему передачи виртуального изображения 2 (без пленки на лобовом стекле), систему передачи действительного изображения 3 (без пленки на лобовом стекле).

Детальное описание решения

Под голограммой в данной работе подразумевается пленка, в которой записана определенная фазовая структура так, что в первом случае пленка в зависимости от записанной структуры заменяет в узком спектральном диапазоне работу таких оптических элементов, как, например, плоское зеркало, зеркало с определенной кривизной или линза, а во втором случае работает как диффузный рассеиватель части падающего света для широкого спектрального диапазона.

Устройство отображения информации включает в себя следующие элементы: контроллер, датчик скорости, систему передачи виртуального изображения 2 и 6, систему передачи действительного изображения 3 и 5, компактный корпус. При этом система передачи виртуального изображения 2 и 6 включает в себя источник когерентного излучения (лазер или лазерный светодиод), осветительную оптику, матрицу (DLP, или LCD, или LCoS) и оптику для формирования виртуального изображения 9, включающую в свою очередь набор оптических элементов 1 (линзы и/или зеркала и/или голограммы) и пленку 10 на лобовом стекле 4 автомобиля, играющую роль силового оптического элемента, например сферического зеркала на длине волны источника, которая представляет собой либо голограмму, либо дифракционную решетку, записанные для работы на определенной длине волны и прозрачные для остальной части видимого спектра, либо светофильтр, отражающий свет на определенной длине волны и прозрачный для остальной части видимого спектра. Систему передачи действительного изображения 3 и 5 включает в себя источники излучения видимого света (лазеры и/или лазерные светодиоды, и/или светодиоды, и/или фосфоры для преобразования излучения), осветительную оптику, матрицу и оптику для формирования действительного изображения, включающую в свою очередь набор оптических элементов 1 и частично прозрачную (имеет коэффициент пропускания для видимого спектра более 70%) пленку 11 на лобовом стекле 4 автомобиля, которая диффузно отражает только заранее выбранную часть спектра видимого излучения. Компактный корпус 1 содержит контроллер, часть элементов системы передачи виртуального и действительного изображений, за исключением пленок 5 и 6 на лобовом стекле 4 автомобиля. Устройство может быть реализовано таким образом, что пленка системы передачи виртуального изображения 6 наклеивается на пленку системы передачи действительного изображения 5.

Устройство работает следующим образом. Информация (картинка) для вывода водителю формируется на матрице, которую освещает когерентный источник в случае системы передачи виртуального изображения или освещают источники излучения видимого света в случае системы передачи действительного изображения. При этом матрицы для двух систем могу быть разными. Далее оптика системы передачи виртуального изображения формирует мнимое изображение 9 либо оптика системы передачи действительного изображения формирует картинку на лобовом пленке 11 на лобовом стекле 4. В качестве пленки оптики системы передачи действительного изображения можно использовать диффузную пленку фирмы Dupont, которая прозрачна во всем видимом диапазоне и только часть излучения (в пределах от 15 до 30%) диффузно отражает обратно.

Наиболее наглядно работа устройства подтверждается следующим примером. Контроллер получает от датчика скорости значение скорости транспортного средства и сравнивает с пороговым значением (может лежать в диапазоне 0-40 км/ч), в результате чего включает систему передачи виртуального изображения 2, 6 и с целью обеспечить безопасность вождения выключает систему передачи действительного изображения 3, 5. При этом в зависимости от скорости транспортного средства контроллер принимает решение о том, какую информацию можно выводить, а какую необходимо заблокировать. Например, при скорости свыше 120 км/ч включена только система передачи виртуального изображения и передается только информация о текущей скорости транспортного средства и верхней допустимой скорости для данного участка трассы, а также возможных препятствиях впереди. При скорости от 20 км/ч до 120 км/ч контроллер может также разрешать выводить через систему передачи виртуального изображения информацию о предстоящих маневрах. При скорости ниже 20 км/ч включается система передачи действительного изображения и выводится информация об объектах культуры, досуга, развлечения, спорта, искусства, расположенных в непосредственной близости от транспортного средства, а также рекламу.

Устройство может включать датчик положения (например, приемник GPS и/или ГЛОНАС) и базы данных.

В этом случае устройство работает следующим образом. Контроллер получает информацию (например, координаты положения) с датчика положения транспортного средства, после чего находит в базе данных соответствующую информацию (например, информация об объектах культуры, досуга, развлечения, спорта, искусства, расположенных в непосредственной близости) и выводит через одну из систем передачи изображения. Описанный способ позволяет безопасно для водителя в процессе вождения получать доступ к интерактивной информации через беспроводное соединение. Управление может осуществляться либо голосом, либо через кнопки на руле или на самом компьютере. При этом базы данных могут быть расположены на удаленном сервере и доступ к ним осуществляется в режиме реального времени или быть загруженными в программное обеспечение, которое периодически может обновляться.

Технический результат заявляемого изобретения - обеспечение безопасности вождения автомобиля и высокого качества отображаемой информации за счет комбинированного использования систем в зависимости от скорости транспортного средства, а также обеспечение водителя транспортного средства максимальным возможным объемом информации с минимальным риском аварии

1. Способ передачи визуальной информации водителю транспортного средства с помощью по крайней мере двух оптических систем, контроллера, датчика скорости, включающий следующие этапы:
a. получают от датчика скорости значение скорости транспортного средства и передают данные о скорости на контроллер;
b. сравнивают с помощью контроллера полученное значение скорости с пороговым значением, которое лежит в диапазоне 0-40 км/ч;
c. включают, по меньшей мере, одну из оптических систем и выключают другие, если измеренная скорость выше пороговой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одна оптическая система формирует действительное изображение на лобовом стекле, а вторая формирует виртуальное изображение за лобовым стеклом.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что включают при помощи контроллера оптическую систему передачи действительного изображения на лобовое стекло транспортного средства и выключают оптическую систему передачи виртуального изображения за лобовым стеклом транспортного средства, если скорость транспортного средства ниже порогового значения; и включают при помощи контроллера оптическую систему передачи виртуального изображения за лобовым стеклом транспортного средства и выключают оптическую систему передачи действительного изображения на лобовое стекло транспортного средства, если скорость транспортного средства выше и/или равна пороговому значению.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что используют датчик положения и базу данных и выполняют следующие шаги:
a. считывают при помощи контроллера данные с датчика положения транспортного средства;
b. получают из базы данных справочную информацию, соответствующую данным датчика положения;
c. передают справочную информацию из базы данных при помощи по меньшей мере одной из оптических систем водителю транспортного средства.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве датчика положения используется приемник GPS и/или ГЛОНАС.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве справочной информации может быть информация об объектах культуры, досуга, развлечения, спорта, искусства, расположенных в непосредственной близости.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что базы данных могут быть расположены на удаленном сервере и доступ к ним осуществляется в режиме реального времени или быть загруженными в программное обеспечение, которое периодически может обновляться.

8. Устройство отображения информации включает в себя следующие элементы:
a. контроллер;
b. датчик скорости;
c. систему передачи виртуального изображения, которая включает в себя источник когерентного излучения, осветительную оптику, матрицу и оптику для формирования виртуального изображения, включающую в свою очередь набор оптических элементов и пленку на лобовом стекле автомобиля, которая представляет собой либо голограмму, либо дифракционную решетку, записанные для работы на определенной длине волны и прозрачные для остальной части видимого спектра, либо светофильтр, отражающий свет на определенной длине волны и прозрачный для остальной части видимого спектра;
d. систему передачи действительного изображения, которая включает в себя источники излучения видимого света, осветительную оптику, матрицу и оптику для формирования действительного изображения, включающую в свою очередь набор оптических элементов и частично прозрачную пленку на лобовом стекле автомобиля, которая диффузно отражает только заранее выбранную часть спектра видимого излучения;
е. компактный корпус, содержащий контроллер, часть элементов системы передачи виртуального и действительного изображений, за исключением пленок на лобовом стекле автомобиля.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что включает также датчик положения, который является приемником GPS и/или ГЛОНАС.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что в качестве источника когерентного излучения для системы передачи виртуального изображения используется лазер или лазерный светодиод.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в качестве матрицы для системы передачи виртуального или действительного изображения используется DLP-матрица, или LCD-матрица, или LCoS-матрица.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что в качестве оптических элементов для системы передачи виртуального или действительного изображения используются линзы, и/или зеркала, и/или голограммы.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что в качестве источников излучения видимого света для системы передачи действительного изображения используются лазеры, и/или лазерные светодиоды, и/или светодиоды, и/или фосфоры для преобразования излучения.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что частично прозрачная пленка для системы передачи действительного изображения имеет коэффициент пропускания для видимого спектра более 70%.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что пленка системы передачи виртуального изображения наклеивается на пленку системы передачи действительного изображения.