CN1059631C - 行车防眩照明的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于行车防眩、照明的方法及其装置。其特征是采用小占空比、频率高于人眼视觉融合的频闪脉冲光作为车辆照明信号，配以由液晶、压电等材料制成的高速电光开关构成的防眩镜，能在不影响已方观察的前提下消除或削弱行车时的外来眩光。通过调节车灯发出的光脉冲的位置或相位可进行车内外的短距离移动通讯。本发明同样可用于其它交通工具，如船。

Description

行车防眩照明的方法及装置

本发明涉及一种用于行车时防眩、照明或车内外间通讯联络的方法及装置。

现有技术中，机动车辆的照明灯均采用连续发光的方式，给车辆交会时防眩造成困难。中国发明专利申请CN 1034695A公开了一种利用对方光照控制会车时交会双方车灯和司机眼前的光阀交错、反复迅速地启闭，达到无眩照明效果，但同样因为灯的热惰性和启动时间长而使灯本身以及与灯同步动作的光阀的开关频率难以提高，在亮视场和大视场情况下均易给司机造成视觉闪烁疲劳。同时，因光阀的关闭是由对方灯光控制的，故而在光阀完全关闭之前，人眼已感受到眩光。在这种方式下，对眩光的消除与对闪烁感的避免，两者是互为制约的，即开关频率提高了，闪烁感虽减小了，但眩目感却加大了。此外，因闭灯造成了灯的平均输出功率减少而影响了平均照明亮度。

本发明的目的在于提出一种方法以及实施该方法的装置，在不影响已方观察，即不间断观察过程、无闪烁感、不降低平均照明亮度的同时，消除或削弱行车时车前方的车灯、路灯或其它杂散光源造成的眩光。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

采用具有小占空比、频率高于人眼视觉融合频率的频闪脉冲光作为车辆照明光；配以由液晶、压电等材料制成的高速电光开关构成的防眩镜，所述光开关与已方车辆频闪脉冲光的闪光同时开启。在有外来频闪脉冲光时，光开关的开启与外来频闪光的闪光保持一个较大的相位差。

本发明可以通过将欲发送的信息编码后对频闪脉冲进行调制、成为调制脉冲发出，或接收外来已调脉冲信号，解码识别进行通讯。

为实施上述方法，本发明提供一种装置、由控制器、照明车灯和防眩镜构成。所述的照明车灯为频闪脉冲灯。

本发明利用光接收器接收眩光或脉冲光信号，平衡、滤波去除背景光以及电、热噪声等干扰，在控制器控制下，把有无眩光的判定输出，也把已方车灯所形成的光电脉冲输出，该输出信号到防眩镜，作为其辅助信号。同时，在存在有外部频闪光脉冲情况下，向控制器输出与该光脉冲前沿对应的周期脉冲信号。

控制器不仅控制光接收器工作，同时控制着防眩镜中光开关和频闪脉冲灯的同步工作。控制器中含一由高Q元件稳频的振荡器，其输出经计数分频后产生防眩镜中光开关的控制信号，并该信号经一延时器或移相器送往频闪脉冲灯中的触发电路作为触发控制信号。该延时器或移相器可由通讯控制器的编码输出控制其延时或移相的大小，作为调制元件，同时能协调快触发闪光的车灯和慢速光开关元件间的时间差或相位差。控制器由锁相环接受光接受器送来的周期光电脉冲，当有一定强度的频闪脉冲被接受后，锁相环将锁定光脉冲的前沿，并提供一个与该沿相差180°相位或相差其它一固定相位的同步信号给控制器中的振荡分频器，利用清零或预置的方式使之瞬即将闪光和光开关的开启调整到在对方每两次频闪的中间时刻。当因颠簸、遮挡、杂光等干扰使环路失锁时，同步信号将立即取消，频闪脉冲灯及光开关则将在失锁前已调整好的相位上因振荡器的高稳定性而继续在一段长时间里保持和对方车灯交错频闪，直到重新锁定对方频闪光。锁相环同时完成对外频闪光的锁相解调，解调输出和一个允许解码的控制信号被一并送到通讯控制器中去完成解码，该允许解码的控制信号可以是锁定指示输出。

采用微处理器将输入器送来的指令和欲传送的信息编码，或将因接收到外信号须要作出应答的信息编码后，输出到控制器，由其中的延时器或移相器完成对光脉冲的调制；在接收信息时，通讯控制器接收到控制器送来的解码允许信号后，便对同时送来的已解调信息码进行识别，即解码处理，并将相应结果由输出器输出。

照明车灯由频闪脉冲灯及其放电储能回路、触发电路构成，触发电路在接收到控制器输出的触发控制信号后，产生触发信号，使频闪灯点燃闪光。放电储能回路使频闪灯放电波形在规定的放电时间内接近矩形，以便在同样的脉冲功率下限制其峰值功率，维护延长灯的使用性能和寿命，同时，放电回路保证形成能满足通讯要求的足够陡的光脉冲前沿，回路可以是数节LC电路。放电储能回路的充、放电均由灯电流进行，以节约电能，而在传统的频闪脉冲灯电路中，因利用RC电路储能，即利用电阻充电、利用灯放电，故而有一半以上的电能是消耗在电阻上的。频闪脉冲灯的触发电路与控制器之间可采用光纤连接，以利于抗干扰。

防眩镜由光开关及附属电路构成，在接受到控制器发出的周期控制信号后，其电路便周期地驱动光开关反复启闭。光开关同时还可接受光接收器输出的有无眩光的判定信号控制，当无眩光以及在白昼时仅作通讯而不需防眩时，可停止周期工作，保持开启，以延长光开关使用寿命，对于较慢速的、工作速度在毫秒、亚毫秒级的光开关，光接收器送来的已方车灯光电脉冲可被用来校准光开关开启时刻的前后沿，以便与闪光有效照明时间相一致，其中前沿时刻亦可由控制信号前沿校准。

本发明具有以下优点。

本发明作用频闪脉冲灯能产生高频率的周期闪光、能在极短时间里发出极强的光脉冲，以及光脉冲具有很陡的前沿等特性，提供了一种工程上实用的、供行车时照明、防眩和通讯的方法及实施该方法的装置。

本发明能在不影响观察的前提下，不需人员特殊操作，不需会车对方的配合，一如正常驾驶的情况下实现防眩，使用本发明能彻底消除会车眩光，有利于降低夜间行车事故，提高道路运输能力。

本发明利用灯在近距离实现移动中的自动数字通讯，较之无线电话机，不占用无线电频道，不产生无线电干扰。使用本发明有助于进行交通自动化管理，如通过自动应答进行路段上行车查号登记、对车辆的各种统计等。

本发明采用频闪脉冲灯作用车辆照明灯，其色温一般高达5500℃以上，尤其脉冲氙灯，其光谱分布近似于日光，从而可消除因灯光色偏而引起的视觉疲劳。此外，本发明采用对放电储能回路充放电均由灯电流进行的方法，解决了脉冲灯用作照明时的效率问题，从而使整个车灯的发光效率达到脉冲氙灯的自身发光效率：40Lm/W左右。已有技术中，即使采用卤钨灯，其色温仅在3500℃以下，发光效率仅在30Lm/W左右。

本发明同样适用于其它交通工具，如船。

图1为本发明装置结构框图。

图2为本发明装置电原理框图。

图3为本发明光接收器电路原理图。

图4为本发明控制器电路原理图。

图5为微处理机接口电路理图。

图6为单灯结构示意图。

以下通过实施例，结合附图对本发明作进一步描述。

实施例：

采用占空比小于0.2，脉冲宽度为0.3～2.5mS，频闪周期为20～256Hz的频闪脉冲光。

为不使因脉冲闪光的周期熄灭造成观察时的间断和闪烁感，闪光必须以高于人眼视觉融合频率的周期方式进行，该融合频率依视场的大小以及明暗不同有所不同，考虑作为车灯时视场中含有运动景物，故闪光频率选在20～256Hz之间，其上限频率是受闪光和光开关速率所限。实际使用中，该频率须为一确定的规范值。

利用光开关做成防眩镜挡在使用者眼前方，只要在每次车灯闪光时，光开关保持开启，就不会影响观察。防眩时既不需车灯因特殊操作而影响照明效果，又不会阻挡对被照明景物的观察而影响观察效果。因光开关占空比小缘故，眩光大部分时间不能透过光开关，故最终能进入人眼的眩光平均功率被大为削弱。因为是靠小开启占空比原理来防眩，故不需会车对方的配合，

依塔尔博特——普拉陶定律：由高频闪光融合成的等效稳定光源，其亮度或光强等于闪光的平均亮度或平均光强。假定频闪周期为10mS闪光脉宽1mS时，为得到60W的平均车灯功率，要求车灯的闪光脉冲功率应为：

60W/(1mS/10mS)＝600W

这样的脉冲功率要求对脉冲灯来说是不成问题的。

至于防眩效果，则在于光开关周期开启的时间占空比，即每次开启时间与开启周期之比。当眩光通过周期启闭的光开关时，亦被切割成周期的闪光脉冲，其等效亮度或光强亦可按照依塔尔博特——普拉陶定律而定。因开启是与闪光同步进行的，其占空比即近似为闪光脉冲的占空比，仍假定周期10mS、脉宽1mS、占空比0.1，则前方眩光强度将降低一个数量级，如原迎面车灯为60W，通过由光开关构成的防眩镜后，将被视如6W。可见闪光脉宽愈窄愈好，但该脉宽是受频闪灯的寿命和峰值功率所限制的，一般在0.3～2.5mS之间。周期则愈长愈好，但不能低于人眼视觉融合频率。

当夜间会车时，如双方车辆均为频闪车灯，一旦双方车灯闪光时间有所重迭，则将造成眩目。对此情况，本实施例中的装置中通过光接收器接收对方频闪光，并由控制器调节已方车灯闪光与对方同步但保持一个较大的能避免双方闪光重迭的相位差，通常取最大值180°。因各方光开关在每次对方车灯闪光时均处在关闭状态，故而能较之当杂散光源为连续光时更为彻底地消除了眩光。本实施例，频闪频率控制是由一高稳定振荡器产生，并为一规范值，双方中任一方的一次同步，便可以保证在此后的较长时间里不会发生双方重迭闪光。仍以闪光周期10mS、闪光脉宽1mS为例，当频率稳定为10-5时，一旦失控，因双方频率飘移而造成闪光脉冲重迭，按最坏情况计算：

(10×10^-3/2-10^-3)/2×10^-5＝200秒

也需要200秒的时间。

因脉冲灯的触发过程极快，可达几十纳秒，只要合理迭择脉冲灯放电回路参数，便可获得极陡的光脉冲前沿。另外，因车灯频闪是按前述的高稳定周期进行的，故对应有着严格精确重复的前沿时间，按信息的编码和数据的格式调节此前沿的时间位置，便完成对光脉冲的位置或相位调制。具体做法可以是利用数据编码控制一个常数可变的延时器或移相器来变化脉冲灯的触发控制信号作用时刻或相位。因为通讯媒介光是数字脉冲形式的，易于从背景光中区分出来，并且车灯的脉冲功率较高，故光通讯联络并不限于在夜间，同样可在白昼进行。

参见附图：

接收眩光或光信号的光接收器由光传感器、放大器I、模拟开关、滤波器、放大器II、移相器、门限比较器和与门M1构成。

光传感器接收指定方向上的光信号，变换成电信号后，经桥式输出抵消温飘和背景光干扰，由放大器I放大到适合CMOS模拟开关处理的电平值。当已方车灯闪光时，模拟开关将放大器I输出的信号切换到防眩镜，用以将其中光开关开通的后沿与已方车灯闪光产生的电脉冲后沿对齐。在其它时间里，信号则被切换到滤波器的门限比较器，用以检出眩光或通讯光信号。滤波器为一高Q窄带通开关式滤波器，其中开关控制信号是由计数器对一个晶体振荡信号分频产生的，所以开关频率为一晶体稳频高精度频率，而且这一频率为车灯闪光频率的倍频。所以可以对接收到的带有干扰噪声的频闪车灯闪光产生的光电脉冲实行窄带滤波。这是为了能在确保消除了杂散光干扰以及车子本身的电气噪声和机械振动造成的干扰情况下，输出“纯净”的频闪光电脉冲。门限比较器判定是否存在有一定强度的眩光，如否，则门限比较器将输出禁止信号，封锁与门输出，并停止光开关周期工作，始终保持开启状态。光电脉冲信号被放大器II再次放大，但放大器II的增益是受滤波器检出的光电脉冲幅度控制的，以使在放大器II输入电平变化时，信号仍能在不被削峰的情况下被放大到一规范值。而后供移相器补偿电路延时后输出作为键控脉冲串，晶体管T1(参见附图3)产生反映外频闪光前沿的脉冲经与门M1输出。

附图2中的锁相环、分频器、锁存器I、锁存器II、晶体振荡器、计数器I、计数器II、移相器II、触发器、与门M2、与门M3、发光二极管、光纤G构成控制器。通讯控制器采用微处理机，输入器为输入开关，声光显示器构成输出器。

锁相环用以产生一连续跟踪外来光脉冲前沿相位的闪光频率2⁸倍频的脉冲串，分频器则进一步据此脉冲精细地提供了外闪光脉冲周期间的相位信息。当锁相环处于锁定状态时，对应光脉冲前沿的分频输出被译码门I译码输出去计数器清零。分频器同时经D锁存器I、II向微处理机输出。被调光脉冲前沿所对应的周期相位编码的Q1′、Q2′状态，即提供了解调码。

晶体振荡器为计数器II提供高精度时钟，即进行计数分频，计数器II为一带清除端的循环计数器，其循环周期等于频闪车灯的闪光周期，如选定闪光频率为128Hz，则晶振频率为32768Hz，计数器为8级二进制，每逢计数至半周期时刻，计数器输出中位8～3的“100000”状态将被译码门II译码输出，并被用来控制打开防眩镜中的光开关，并经过一个数控的移相器II去控制触发车灯闪光，以及切换模拟开关。当会车时，对方频闪车灯的频闪光将被接收、锁定，在其脉冲前沿，译码门I输出清零信号，使计数器II不经循环而立刻异步清零。这样，已方车灯的下一次闪光只有在计数器II重新计数到半个频闪周期时进行，从而保证了双方车灯频闪相差半个周期180°。

移相器II是用来对闪光脉冲前沿位置进行调节而设，当不作灯光通讯时，移相器II可取消，而将触发信号直通。D触发器及与门M1、M3控制使闪光轮番地分别由灯L1和L2进行。在单灯结构中，可取消D触发器以及一个与门M2。与门M2、M3输出的闪光触发控制信号由发光二极管构成的光纤耦合器转换成光信号经光纤输出。计数器I将分频输出K1～5送至滤波器去控制开关转换。

控制器和光电接受器的大部分电路可集成为一或几块专用电路，亦可和微处理器一起做成专用处理器。

频闪车灯部分由频闪灯L1、L2、储能回路、闪光触发器以及光纤接收耦合器构成。

因频闪灯闪光需要提供很大的瞬间电流和一个万伏的触发脉冲，故而这些相应的电路只能就近装置在频闪灯L1和L2的近旁，与控制电路相距较长，而车上发动机干扰较强，故闪光触发控制信号用光纤传输，光纤接收耦合器采用光敏元件，如光敏二极管或光敏三极管。两只频闪灯L1、L2在闪光触发信号控制下轮番对放电储能回路进行充放电，发出强烈闪光，这里，频闪脉冲灯可以是氙灯，或掺有其它元素的氙灯，闪光有效照明脉宽为0.8mS。

防眩镜由光开关及其驱动控制电路构成。电路接收到门限比较器送来的眩光控制信号后，即在译码门II的输出控制下，启动光开关周期启闭。开启后沿与由模拟开关切换过来的已方频闪脉冲光的光电脉冲后沿一致。光开关采用三电极液晶光门，其开启速度可达0.03mS，关闭速度为0.25mS。亦可采用其它液晶、压电、静电、干涉或机械式的。外形可为眼镜，遮光挡板等。

微处理机接受双D锁存器I、锁存器II送来的已解调码。微处理机配备相应的软件，在发送信息时，完成编码过程，其编码输出送数控移相器II，和计数器II送来的计数状态作“符合”比较后，输出延时移相信号，从而完成调制工作，这里的调制的方法为四相键控，调制可对每一个脉冲进行，亦可每间隔若干脉冲进行。

电源变换器将车上的原备电源V0变换成频闪灯参数规定要求的工作电源+V1、-V2，以及其它各部分电路所用的稳压电源+V3、±V4等。

图3所示的光接收器中，D1、D2为光敏二极管，一只定向接收前方眩光另一只感受背景光和漫散射光，与其串联的两只电阻分别用来平衡D1和D2光敏特性曲线。接在IC5输出回路上的模拟开关的作用是利用在已方车灯闪光的信号截止期间将输出箝位到零伏。IC6-2构成可再触发单稳，以适应频闪式眩光时的判别要求。可控增益放大器是由IC7和乘法器IC8构成。D6、D7、D8和上拉电阻构成与门。

在图4示出的控制器中，IC20-2的D触发器输出为

以供IC18或非门对Q8～Q3的“100000”状态译码。D10、D11为光纤输出耦合器的发光管。

当频闪车灯为单灯结构时，其示意图见附图6，其中K为一双刀双掷开关，可由可控硅、大功率晶体管或大功率场效应管等构成，其切换控制由闪光触发控制信号经延时驱动器进行。此电路保证了当频闪车灯为单灯结构时，对放电储能回路的充放电仍然能够均由灯电流进行。

Claims (8)

1.一种利用频闪光源和光开关以及光接收器相配合，从而达到行车防眩照明目的的方法，其特征在于：

采用脉冲灯轮番对一储能回路充电和放电，发出闪光作为照明车灯，脉冲灯以高于人眼视觉融合频率的周期进行闪光照明，闪光脉冲宽度为0.3～2.5mS，占空比小于0.2，周期为20～256Hz，

用一个能做高速启闭的，由液晶或压电材料制成的电控光开关作防眩镜，置于观察方向上，

当光接收器接收到一定强度的眩光时，防眩镜与所述频闪脉冲灯相配合按同步脉冲方式工作，在灯闪光时开启为透明状态，从而不影响照明观察；而在闪光间隙中关闭，从而因开启脉冲的占空比小而挡去大部分眩光，达到防眩的目的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于光接收器接收到外部眩光为频闪光时，则控制己方车灯闪光与外闪光交错，避免重叠。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过一高Q元件稳频的振荡器生成频闪脉冲灯的触发信号或防眩镜中光开关的控制信号。

4.一种由频闪车灯、防眩镜、光接收器以及控制电路构成的行车防眩照明装置，其特征在于：

频闪车灯由脉冲氙灯或是掺有其它元素的脉冲氙灯构成，在控制电路给出的触发信号控制下，轮番对其储能回路进行充放电，发出照明闪光。

防眩镜用一个能做高速启闭的，由液晶或压电材料制成的电控光开关构成，置于观察方向上，

光接收器接收到一定强度的眩光时，通过控制电路使防眩镜与所述频闪车灯的闪光相配合，按同步脉冲方式工作，在灯闪光时开启为透明状态，从而不影响照明观察；而在闪光间隙中关闭，从而因开启脉冲的占空比小而挡去大部分眩光，达到防眩的目的。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述光接收器中含有分别用以接收前方眩光的传感器，以及感受背景光的传感器。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述控制电路中含有一个用以生成频闪脉冲灯的触发信号或防眩镜中光开关的控制信号的由高Q元件稳频的振荡器。

7.根据权利要求4或6所述的装置，其特征在于含有用以产生与外频闪光同步的信号的锁相环电路。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于含有可以被所述锁相环电路的输出清除或预置，对所述振荡器输出进行计数或分频的计数或分频电路。

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