ШЛЕМ С ПРОЕКЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2014 года по МПК G02B23/10 G02B23/00 G02B27/14 

Изобретение относится к защитным шлемам, в частности к шлемам с системой проецирования изображения.

Широко известны различные навигационные средства (бумажные карты или навигаторы). Они позволяют ориентироваться на местности с достаточно высокой точностью, однако они практически не позволяют получать дополнительную информацию о находящихся рядом объектах в режиме реального времени.

Основными недостатками известных средств тоже является то, что водителю мотоцикла нельзя постоянно отвлекаться на приборы и, тем более, настраивать их во время движения. Также серьезным недостатком является сложность использования навигационных систем из-за ограниченного пространства на руле мотоцикла.

Устранить указанные недостатки может использование нашлемных проекционных систем, которые обладают отличительной особенностью - отсутствием каких-либо оптических или механических деталей вблизи глаза наблюдателя и дополнительно полным отсутствием элементов дисплея, видимых в поле зрения пользователя. Совмещение передаваемого и непосредственно наблюдаемого изображения происходит на умеренно удаленном от глаза прозрачном элементе, например визире шлема, например см. US 5889625 от 30.03.1999.

Основными недостатками известных шлемов с такими проецирующими системами являются: сложность их систем управления и недостаточно качественное получаемое изображение.

Задача изобретения состоит в создании нового шлема, предлагающего как навигацию для мотоциклистов, так и возможность использования инструментов дополненной реальности при проведении строительных и инженерных работ в естественных и понятных интерфейсах подачи информации и легкости в управлении ею за счет:

1. Голосового управления.

Голосовое управление имеет массу преимуществ, особенно для водителя мотоцикла. Голосовое управление позволяет не отвлекаться от дороги на кнопки настроек маршрута (включая кнопки на сенсорных экранах). Эта функция делает поездку на мотоцикле более безопасной для всех участников дорожного движения. Также голосовое управление позволяет оперативно корректировать изображение в процессе выполнения работ инженером, например увеличивать необходимый элемент чертежа или схемы.

2. Проецирования изображения на уровне глаз.

В мотошлеме со встроенной навигацией или в шлеме для инженерных работ изображение проецируется по технологии дополненной реальности на уровне глаз водителя и примерно на расстоянии 3 метров перед ним.

Таким образом, мотоциклист или инженер, проводящий работу на объекте, получают информацию о навигации или о конструкции, внутреннем строении объекта его привязке к местности, не теряя контроль над дорогой или окружающей обстановкой и постоянно получая ее обновления в процессе своего перемещения.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении качества изображения на визоре, а также упрощении и улучшении управления всеми системами шлема, а также расширении возможностей манипулирования получаемой информацией.

Указанный технический результат достигается путем создания шлема, содержащего контроллер управления, видеокамеру установленную с возможностью получения информации об объектах, расположенных в лицевой плоскости шлема, блок приема/передачи данных, соединенный с контроллером управления и выполненный с возможностью обмена данными при помощи беспроводных сетей приема/передачи данных, оптическую систему, включающую генератор изображения на основе лазерного сканирующего модуля, объектив сканера, оптический узел увеличения диаметра выходного зрачка, проекционную оптическую систему и прозрачный щиток шлема - визор, через который одновременно ведется наблюдение окружающей обстановки и передаваемой графической информации. Проекционная оптическая система состоит из последовательно установленных: неосесимметричного компонента, в виде двух соединенных линз, выполненного с возможностью преломления световых пучков таким образом, что главный луч пучка, соответствующий центру поля зрения, отклонялся на угол в 5°-15°, плоского зеркала и осесимметричного объектива, все линзы которого имеют общую оптическую ось, и которая наклонена относительно главного луча для центральной точки поля зрения на угол 10°-20°, при этом проекционная оптическая система выполнена с возможностью получения управляющих команд и/или проецируемой информации от блока распознавания речи, расположенного на внутренней поверхности шлема, и, по крайней мере, одного блока определяющего пространственное положение шлема, при помощи контроллера управления связанного с вышеуказанными блоками, а также с видеокамерой возможностью получения и обработки информации.

Осесимметричный объектив может быть выполнен из пяти линз, причем первая из линз по ходу лучей - положительная двояковыпуклая, вторая линза - положительный мениск, обращенный выпуклостью к излучателю, третья линза -отрицательная двояковогнутая, четвертая и пятая линзы соединены в положительную двояковыпуклую линзу, при этом в объективе между третьей отрицательной линзой и склеенной из четвертой и пятой линзой расположена материальная апертурная диафрагма, которая смещена в направлении, перпендикулярном оптической оси, на 0,5-2 мм.

В качестве блока определяющего пространственное положение шлема могут быть использованы гироскоп и/или акселерометр и/или магнитометр.

Блок приема/передачи данных может быть выполнен с возможностью получения и передачи данных по протоколам беспроводной связи 3G, LTE, WiFi, Bluetoots.

Предложенное изобретение поясняется следующими графическими изображениями. На фиг.1 показан общий вид шлема в варианте исполнения для мотоциклистов, на фиг.2 показана проецирующая система.

На вышеуказанных чертежах элементы конструкции обозначены следующим образом: 1 - лазерный сканирующий модуль, 2 - объектив сканера, 3 - устройство увеличения диаметра выходного зрачка, 4 - промежуточное изображение, 5 - неосесимметричный компонент, 6 - плоское зеркало, 7 - осесимметричный объектив, 8 - апертурная диафрагма, 9 - комбинер - фрагмент прозрачного щитка шлема, 10 - глаз водителя.

Шлем содержит контроллер управления, который осуществляет управление всеми системами шлема. К контроллеру управления могут быть по беспроводным каналам связи Bluetooth или wifi подключены периферийные устройства, такие как навигатор гарнитура беспроводной связи, бортовой компьютер мотоцикла и т.д. Также с контроллером соединена видеокамера передающая видеосигнал о объектах расположенных спереди от головы пользователя. При помощи контроллера, устройств беспроводной связи, который выполнен с возможностью передачи данных по сотовой системе связи (3G, LTE и подобные стандарты), и видеокамеры реализован механизм «дополненной реальности», который позволяет получать необходимую информацию о наблюдаемом объекте или месте при помощи специальных меток, например QR-кодов.

На прозрачном щитке шлема - визоре одновременно ведется наблюдение окружающей обстановки и передаваемой графической информации, такой как сведения о навигации и/или сведения о свойствах объектов полученных при считывании специальных меток.

Внутри шлема, не касаясь головы пользователя, установлена оптическая система, включающая генератор изображения на основе лазерного сканирующего модуля, объектив сканера, оптический узел увеличения диаметра выходного зрачка.

Проекционная оптическая система состоит из последовательно установленных: неосесимметричного компонента, в виде двух соединенных линз, выполненного с возможностью преломления световых пучков таким образом, что главный луч пучка, соответствующий центру поля зрения, отклонялся на угол в 5-15°, плоского зеркала и осесимметричного объектива, все линзы которого имеют общую оптическую ось, и которая наклонена относительно главного луча для центральной точки поля зрения на угол 10-20°. Осесимметричный объектив выполнен из пяти линз, причем первая из линз по ходу лучей - положительная двояковыпуклая, вторая линза - положительный мениск, обращенный выпуклостью к излучателю, третья линза - отрицательная двояковогнутая, четвертая и пятая линзы соединены в положительную двояковыпуклую линзу, при этом в объективе между третьей отрицательной линзой и склеенной из четвертой и пятой линзой расположена материальная апертурная диафрагма, которая смещена в направлении, перпендикулярном оптической оси, на 0,5-2 мм. Получаемое на визоре изображение, сформированное при помощи данной проекционной оптической системы, обладает необходимыми параметрами качества изображения.

Для упрощения управления проекционная оптическая система выполнена с возможностью получения управляющих команд через контроллер от блока распознавания речи, который может быть как просто микрофоном, соединенным с контроллером управления, так и единым устройством распознающим речь и преобразующим его в электрический сигнал, передаваемый контроллеру. Полученные от контроллера команды позволяют проекционной системе выводить на визор запрашиваемую информацию, полученную от периферийных устройств. Сам блок расположен на внутренней поверхности шлема, а микрофон этого блока подведен к лицевой части шлема.

Внутри шлема также расположен блок, определяющий пространственное положение шлема, выполненный, например, в виде гироскопа, акселерометра, магнитометра или их комбинации, сигналы которого, обрабатываемые при помощи контроллера управления, корректируют положение изображения на визоре.

Шлем может эксплуатироваться, например, следующим образом водитель в процессе движения видит на поверхности визора необходимую информацию, касающуюся своего местоположения, параметров мотоцикла, и др. получаемую от контроллера, соединенного с необходимыми источниками информации при помощи беспроводных протоколов связи, в том числе и сотовых стандартов передачи данных 3G LTE и им подобных. В качестве источников информации могут быть бортовой компьютер мотоцикла, навигатор и прочее. Управление проекционной системой водитель осуществляет, подавая голосовые команды. Причем команды могут быть как заранее записанные в память контроллера, так и произвольные распознаваемые программой, записанной в памяти контроллера, которая после распознавания голосовой команды инициирует необходимые действия как проецирующей системы, так и внешних источников данных. При изменении пространственного положения шлема гироскопы и/или акселерометр, и/или магнитометр через контроллер корректируют расположение изображения на визоре.

Также шлем может быть выполнен в качестве защитного шлема для строительных рабочих и быть использован, например, при ремонте коммуникаций в городских условиях. Прибыв на место аварии, руководитель работ может получить при помощи шлема информацию путем считывания QR-меток, о коммуникациях, скрытых под слоем асфальта. Для этого ему будет достаточно просто активировать шлем и «посмотреть» в необходимую сторону, при этом видеокамера, установленная на шлеме, сможет считать метку, нанесенную заранее при строительстве и/или эксплуатации коммуникаций, затем изображение, полученное контроллером с видеокамеры, будет распознано и на его основе из удаленных хранилищ данных будет получена информация при помощи, например, сотовой сети передачи данных (3G, LTE и т.д.) о участке местности, на который наведен взгляд рабочего, данная информация будет выведена на визор при помощи проецирующей системы и полученное совмещенное изображение поможет определить точное место проведения работ, причем при перемещении взгляда картинка будет также изменяться, и существующая реальность будет дополняться данными соответствующими текущему положению в реальном времени. В случае необходимости пользователь может управлять параметрами предаваемого изображения увеличение/уменьшение, выделение, подсветка необходимых элементов и т.д. при помощи подаваемых голосовых команд. Данные, получаемые от гироскопа, и/или акселерометра, и/или магнитометра, позволяют контроллеру сохранять актуальное положение информации о дополненной реальности в зависимости от положения головы оператора.

Все изображенные и описанные признаки, и их совокупности являются существенными для изобретения. Признаки одного примера выполнения могут использоваться и в другом примере.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к устройствам для защиты головы человека и касается шлема с проекционной системой. Шлем содержит контроллер управления, видеокамеру, блок приема/передачи данных, блок распознавания речи, блок определения пространственного положения шлема и оптическую систему. Оптическая система включает генератор изображения на основе лазерного сканирующего модуля, объектив сканера, узел увеличения диаметра выходного зрачка, проекционную оптическую систему и прозрачный щиток шлема - визор, через который одновременно ведется наблюдение окружающей обстановки и передаваемой графической информации. Проекционная оптическая система состоит из неосесимметричного компонента, плоского зеркала и осесимметричного объектива. Проекционная оптическая система выполнена с возможностью получения управляющих команд и информации от блоков распознавания речи и определения пространственного положения шлема. Блок приема/передачи данных выполнен с возможностью обмена данными при помощи беспроводных сетей. Технический результат заключается в улучшении качества изображения и упрощении управления системами шлема. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шлем, содержащий контроллер управления, видеокамеру установленную с возможностью получения информации об объектах, расположенных в лицевой плоскости шлема, блок приема/передачи данных, соединенный с контроллером управления и выполненный с возможностью обмена данными при помощи беспроводных сетей приема/передачи данных, оптическую систему, включающую генератор изображения на основе лазерного сканирующего модуля, объектив сканера, оптический узел увеличения диаметра выходного зрачка, проекционную оптическую систему и прозрачный щиток шлема - визор, через который одновременно ведется наблюдение окружающей обстановки и передаваемой графической информации, характеризующийся тем, что проекционная оптическая система состоит из последовательно установленных: неосесимметричного компонента в виде двух соединенных линз, выполненного с возможностью преломления световых пучков таким образом, чтобы главный луч пучка, соответствующий центру поля зрения, отклонялся на угол в 5-15°, плоского зеркала и осесимметричного объектива, все линзы которого имеют общую оптическую ось, которая наклонена относительно главного луча для центральной точки поля зрения на угол 10-20°, при этом проекционная оптическая система выполнена с возможностью получения управляющих команд и/или проецируемой информации от блока распознавания речи, расположенного на внутренней поверхности шлема, и по крайней мере одного блока, определяющего пространственное положение шлема, при помощи контроллера управления, связанного с вышеуказанными блоками, а также с видеокамерой c возможностью получения и обработки информации.

2. Шлем по п.1, характеризующийся тем, что осесимметричный объектив выполнен из пяти линз, причем первая из линз по ходу лучей - положительная двояковыпуклая, вторая линза - положительный мениск, обращенный выпуклостью к излучателю, третья линза - отрицательная двояковогнутая, четвертая и пятая линзы соединены в положительную двояковыпуклую линзу, при этом в объективе между третьей отрицательной линзой и склеенной из четвертой и пятой линзой расположена материальная апертурная диафрагма, которая смещена в направлении, перпендикулярном оптической оси, на 0,5-2 мм.

3. Шлем по п.1, характеризующийся тем, что в качестве блока, определяющего пространственное положение шлема, использован гироскоп, и/или акселерометр, и/или магнитометр.

4. Шлем по п.1, характеризующийся тем, что блок приема передачи данных выполнен с возможностью получения и передачи данных по протоколам беспроводной связи 3G, LTE, WiFi, Bluetooth.