CN104949071A - 一种采用调光玻璃的交通信号灯及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用调光玻璃的交通信号灯及其控制方法，具体涉及一种使用近晶态液晶调光玻璃的节能交通信号灯及其控制方法。该交通信号灯包括：信号灯控制器、信号灯光源、透镜、外壳和环境光检测电路。该交通信号灯采用调光玻璃的设计，根据环境光检测电路的数据，可以透射信号灯内部的光源发光，也可以反射环境光（比如太阳光），从而既能在强光下清晰指示道路通行的许可状态，又能在环境光照度低的夜晚良好工作。由于交通信号灯的光源在强光环境下不需要发光，因此，该交通信号灯的还具有节电的效果。

Description

一种采用调光玻璃的交通信号灯及控制方法

技术领域

本发明涉及一种采用调光玻璃的交通信号灯及其控制方法，具体涉及一种使用近晶态液晶调光玻璃的节能交通信号灯及其控制方法。

背景技术

交通信号灯（红绿灯）是以规定时间交互更迭的光色讯号，设置于交岔路口或其它特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向的交通管制设施。

交通信号灯从问世以来，已经有近一个半世纪的历史。交通信号灯是现代交通文明的重要标志之一，一般以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示，指示车辆及行人停止、注意与行进。

交通信号灯最初采用煤气灯，在白炽灯大规模商用之后，取代了煤气灯，实现了电气化的控制，使用更为便捷。近年来固态照明的兴起，特别是LED灯的兴起，正在越来越多地替代白炽灯。

但是无论是白炽灯还是LED灯为光源的交通信号灯，都有一个很大的不足：在强光下看不清。这是因为在强光下，作为主动发光的光源，信号灯的光强甚至弱于环境光。因此，交通信号灯的相关标准，对于光强和光强的分布有这严格的规定，并且应用遮光罩等设计，改善强环境光下的视觉效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提出了一种采用调光玻璃的交通信号灯及控制方法，解决了现有技术中的交通信号灯在强光下看不清的现象，改善了交通人员的视觉效果，既能取得交通指示的合理效果，又能大量节约交通信号灯的使用能源。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种采用调光玻璃的交通信号灯，包括信号灯控制器、信号灯光源、透镜和外壳，所述信号灯控制器与所述信号灯光源连接，控制所述信号灯光源的开启、关闭或闪烁，其特征在于：还包括环境光强检测电路，所述透镜采用近晶态液晶材料的调光玻璃；所述信号灯控制器分别与环境光强检测电路、调光玻璃连接，所述环境光强检测电路检测该交通信号灯所处的环境光强，并将该环境光强信息传送至所述信号灯控制器，所述信号灯控制器控制该调光玻璃在“透明”-“不透明”状态间切换。

进一步地，在本发明的所述信号灯光源和调光玻璃之间还设有对应信号灯指示要求颜色的滤光膜。

作为优化，本发明的所述调光玻璃的金属镀层采用氧化铟（ITO）材料或石墨烯新型的电极材料。

作为优化，本发明的所述调光玻璃的近晶态液晶材料使用有机硅氧烷材料作为宿主材料。

该种采用调光玻璃的交通信号灯的控制方法，主要控制方法如下：

（1）当信号灯控制器接收到控制信号之后，该信号灯控制器通过环境光强检测电路检测当前时刻的环境光强，根据环境光强检测电路结果判断信号灯采用反射模式或者主动发光模式工作，具体控制过程如下：

1）主动发光模式：当环境光强低于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制调光玻璃至全透明状态，控制信号灯光源开启，光源信号透过调光玻璃指示交通控制；

2）发射模式：当环境光强等于或高于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制信号灯光源关闭，调光玻璃根据红、黄、绿三色灯号的控制，信号灯控制器将需要工作的信号灯对应的调光玻璃控制到全透明状态，将非工作信号灯对应的调光玻璃控制到不透明的状态，在环境光的照射下，工作的信号灯光源将环境光反射出去，工作的信号灯光源自身材质的颜色则产生相应的交通控制信号；

（2）当信号灯控制器接收到关闭控制指令的时候，该信号灯的控制器控制调光玻璃至不透明的状态，同时根据光源的使用情况，关闭光源。

进一步地，当信号灯光源的颜色为非信号灯指示要求的颜色时，在所述信号灯光源和调光玻璃之间还设有对应信号灯指示要求颜色的滤光膜，在所述步骤（1）中，具体控制过程如下：

1）主动发光模式：当环境光强低于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制调光玻璃至全透明状态，控制信号灯光源开启，光源信号通过滤光膜透过调光玻璃指示交通控制；

2）反射模式：当环境光强等于或高于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制信号灯光源关闭，调光玻璃根据红、黄、绿三色灯号的控制，信号灯控制器将需要工作的信号灯对应的调光玻璃控制到全透明状态，将非工作信号灯对应的调光玻璃控制到不透明的状态，在环境光的照射下，信号灯光源将环境光透过滤光膜反射出去，产生相应的交通控制信号。

作为优化，本发明的所述调光玻璃使用码段或者点阵的方式设计，根据需要灵活的控制调光玻璃局部透明、不透明，形成复杂的信号灯图案。

本发明通过环境光强检测电路装置，获得环境光强的信息，根据交通信号灯的指示的要求，当环境光强低于交通信号指示要求的时候，控制调光玻璃全透明状态，交通信号灯的光源开启，光源信号直接或者通过滤光膜直接透过调光玻璃指示交通控制；当环境光强等于或高于交通信号指示要求的时候，交通信号灯的光源关闭，调光玻璃根据红、黄、绿三色灯号的控制，将调光玻璃控制到全透明或者不透明的状态，在环境光的反射下，光源灯的颜色或者滤光膜的颜色在反射环境光，产生相应的交通控制信号；进一步采用点阵或者组合码段控制的调光玻璃，还可以得到带有图案指示的交通灯以及具有计数功能的交通信号灯。

本发明相对现有技术的交通信号灯具有以下有益效果：本发明充分利用环境光照明，将环境光与信号灯光源相结合的方式控制交通信号灯的指示，进一步实现交通控制，根据交通信号灯的工作特点，使用近晶态液晶材料的调光玻璃，能够在高环境光强下反射式工作和低环境光强下主动发光式的交通信号灯，既极大的改善了强环境光下交通信号灯可观察性，又能够节约大量的电能。

附图说明

通过对附图中本发明实施例方式的更详细描述，本发明的上述、以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，相同的参考标号通常代表本发明示例实施例方式中的相同部件。

图1示出了白炽灯光源交通灯的构成。

图2示出了LED光源的交通灯的构成。

图3示出了静晶态液晶调光玻璃的透明和不透明状态。

图4示出了本发明的带有调光玻璃的交通信号灯的构成。

图5示出了LED光源的带有调光玻璃交通信号灯的构成。

图6示出了白炽灯光源的带有调光玻璃交通信号灯的构成。

图7示出了采用点阵调光玻璃的交通信号灯图案控制。

图8示出了使用本发明交通信号灯的一个典型的控制流程。

具体实施方式

下面参照附图更加详细地描述本发明的优选实施方式，在附图中显示了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以各种形式实现而不应该理解为被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且，完全将本发明的范围传达给本领域的技术人员。

以下进一步结合图表来说明本发明。

参见图1，以白炽灯为光源的信号灯，包括抛物面反射器1、有色透镜3、白炽灯光源2和遮光罩4，有色透镜3用于产生红、黄、绿三种交通灯的颜色；当交通灯被选择的时候，直接控制白炽灯光源2的电源来实现。

参见图2，LED光源的出现，特别是高照度的LED光源出现改变了交通信号灯的设计。采用LED光源的交通信号灯包括LED灯阵列5、遮光罩4和透镜组7。和白炽灯交通信号灯相比，该信号灯的寿命更长。

但是LED交通信号灯和白炽灯光源的交通信号灯，在环境光光强大的时候，都存在看不清的情况。这是因为人眼感受的是相对光强，环境光强超过信号灯光强，人眼就难以区分信号灯的状态。这就是为什么交通信号灯都带有屏蔽罩4的原因。屏蔽罩4太大，就会影响地面人员的视野，而交通信号灯在白天的应用时间远大于夜间使用，因此难以用单一的交通信号灯模式取得理想的效果。

液晶显示器技术和交通灯的情况类似，液晶显示器比较适合环境光较弱的情况下使用，在太阳光下，手机液晶显示器的背光光源即使达到最大输出，显示效果也不好。因此，开发了适合强光环境下的电子纸显示器，环境光越强，显示效果越好。近晶态液晶材料是一种适合做反射型显示器的液晶材料。

如图3，当使用频率高的信号，比如1KHz以上的电压脉冲反复驱动玻璃金属镀层21之间的近晶态液晶材料22的时候，液晶分子的排列高度有序，并且长轴垂直于玻璃金属镀层21，因此，整个部件对光线23是透明的；当采用100Hz以下的低频率的电压脉冲反复驱动的时候，液晶分子的有序就会被破坏，整个部件对光线不透明。使用近晶态液晶材料可以实现的“透明”-“不透明”状态切换的调光玻璃。

玻璃金属镀层21可以采用氧化铟（ITO）材料，在透明状态下，透过率能达到75%以上，如果采用石墨烯新型的电极材料，透过率还能进一步提高。近晶态液晶材料22还可以进一步使用有机硅氧烷材料作为宿主材料，降低电极驱动所需要的电压幅度。由于近晶态液晶材料具有多稳态，也就是驱动信号一旦停止，液晶材料分析的状态是稳定的，因此，调光玻璃只有在“透明”-“不透明”状态切换过程中才耗电，不需要额外的电能保持“透明”或者“不透明”的状态。

图4示出了典型的采用调光玻璃的交通信号灯的构成：交通信号灯控制器、环境光强检测电路、信号灯光源、调光玻璃，以及可能需要的不同颜色（对应交通信号灯，颜色包括红、黄、绿三种颜色）的滤光片12。

图5和图6分别示出了采用LED光源和白炽灯对应的本发明的结构。结合图4，交通信号灯控制器从地面的交通灯控制系统获得相应的信号灯控制信号，信号灯控制信号包括红、黄、绿信号灯的打开、关闭、闪烁灯控制信号。交通信号灯控制器接收到控制信号之后，检查相应的环境光强检测电路的输出，根据环境光强检测电路结果判断信号灯采用反射模式还是主动发光模式工作。当环境光强达到交通信号灯指示的光强要求的时候，交通信号灯控制器不给信号灯的光源供电，信号灯工作于反射模式，交通信号灯控制器控制调光玻璃11处于透明模式。此时环境光（一般是太阳光）透过调光玻璃11照射在LED灯泡阵列14表面又通过调光玻璃反射出去，或者照射在滤光膜12然后通过调光玻璃反射出去。因为LED灯泡的颜色就是交通信号灯的红、黄、绿的颜色，所以LED光源驱动的交通信号灯在光源和调光玻璃之间不再需要滤光膜。地面交通的人员可以清晰地看到交通信号灯指示的状态。

当环境光强低于交通信号灯指示的数值的时候，交通信号灯控制器控制信号灯在主动发光模式下工作，此时，交通信号灯的光源打开，LED光源的色光或者白炽灯光源透过滤光膜的色光透过调光玻璃11，地面的交通人员同样可以清晰地看到交通灯指示的状态。

当当前工作的交通信号灯收到关闭控制指令的时候，交通信号灯控制驱动调光玻璃，使之变为不透明的状态，并根据光源的工作情况，选择时候关闭光源。

完整的采用调光玻璃的交通信号灯的控制流程见图8。

由于调光玻璃的稳态特性，在交通灯工作和关闭期间，调光波璃11并不需要保持驱动信号，因此在强光下，交通信号灯接近零功耗。

为了增强交通信号灯的可读性，除了红、黄、绿三种颜色，还有采用颜色加图案的方案，比如用箭头15和绿色表示可以通行，用叉16和红色表示禁止通行。可以使用码段或者点阵的方式设计调光玻璃，这样就可根据需要灵活的控制调光玻璃局部透明、不透明，形成复杂的信号灯图案，图7。

当然，本领域技术人员知道相关通用技术，比如环境光检测，在电子技术中，这一类技术广泛用于手机显示器亮度的制动控制，这里不再赘述。

通过变更本发明的部分部件，比如光源，或者增加声音指示等等，都不影响所提出的反射和透射的双模式交通信号灯的发明本质。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用调光玻璃的交通信号灯，包括信号灯控制器、信号灯光源、透镜和外壳，所述信号灯控制器与所述信号灯光源连接，控制所述信号灯光源的开启、关闭或闪烁，其特征在于：还包括环境光强检测电路，所述透镜采用近晶态液晶材料的调光玻璃；所述信号灯控制器分别与环境光强检测电路、调光玻璃连接，所述环境光强检测电路检测该交通信号灯所处的环境光强，并将该环境光强信息传送至所述信号灯控制器，所述信号灯控制器控制该调光玻璃在“透明”-“不透明”状态间切换。

2.根据权利要求1所述的采用调光玻璃的交通信号灯，其特征在于：在所述信号灯光源和调光玻璃之间还设有对应信号灯指示要求颜色的滤光膜。

3.根据权利要求1或2所述的采用调光玻璃的交通信号灯，其特征在于：所述调光玻璃的金属镀层采用氧化铟（ITO）材料或石墨烯新型的电极材料。

4.根据权利要求1或2所述的采用调光玻璃的交通信号灯，其特征在于：所述调光玻璃的近晶态液晶材料使用有机硅氧烷材料作为宿主材料。

5.根据权利要求1所述的采用调光玻璃的交通信号灯的控制方法，其特征在于：主要控制方法如下：

（1）当信号灯控制器接收到控制信号之后，该信号灯控制器通过环境光强检测电路检测当前时刻的环境光强，根据环境光强检测电路结果判断信号灯采用反射模式或者主动发光模式工作，具体控制过程如下：

1）主动发光模式：当环境光强低于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制调光玻璃至全透明状态，控制信号灯光源开启，光源信号透过调光玻璃指示交通控制；

2）反射模式：当环境光强等于或高于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制信号灯光源关闭，调光玻璃根据红、黄、绿三色灯号的控制，信号灯控制器将需要工作的信号灯对应的调光玻璃控制到全透明状态，将非工作信号灯对应的调光玻璃控制到不透明的状态，在环境光的照射下，工作的信号灯光源将环境光反射出去，工作的信号灯光源自身材质的颜色则产生相应的交通控制信号；

（2）当信号灯控制器接收到关闭控制指令的时候，该信号灯控制器控制调光玻璃至不透明的状态，同时根据光源的使用情况，关闭光源。

6.根据权利要求5所述的采用调光玻璃的交通信号灯的控制方法，其特征在于：当信号灯光源的颜色为非信号灯指示要求的颜色时，在所述信号灯光源和调光玻璃之间还设有对应信号灯指示要求颜色的滤光膜，在所述步骤（1）中，具体控制过程如下：

1）主动发光模式：当环境光强低于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制调光玻璃至全透明状态，控制信号灯光源开启，光源信号通过滤光膜透过调光玻璃指示交通控制；

2）反射模式：当环境光强等于或高于信号灯的光强的时候，信号灯控制器控制信号灯光源关闭，调光玻璃根据红、黄、绿三色灯号的控制，信号灯控制器将需要工作的信号灯对应的调光玻璃控制到全透明状态，将非工作信号灯对应的调光玻璃控制到不透明的状态，在环境光的照射下，信号灯光源将环境光透过滤光膜反射出去，产生相应的交通控制信号。

7.根据权利要求5或6所述的采用调光玻璃的交通信号灯的控制方法，其特征在于：所述调光玻璃使用码段或者点阵的方式设计，根据需要灵活的控制调光玻璃局部透明、不透明，形成复杂的信号灯图案。