專利名稱：行車防眩、照明或車內外間通訊的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于行車時防眩、照明或車內外間通訊聯絡的方法及裝置。
現有技術中，機動車輛的照明燈均采用連續發光的方式，給車輛交會時防眩造成困難。中國發明專利申請CN 1034695A公開了一種利用對方光照控制會車時交會雙方車燈和司機眼前的光閥交錯、反復迅速地啟閉，達到無眩照明效果，但同樣因為燈的熱惰性和啟動時間長而使燈本身以及與燈同步動作的光閥的開關頻率難以提高，在亮視場和大視場情況下均易給司機造成視覺閃爍疲勞。同時，因光閥的關閉是由對方燈光控制的，故而在光閥完全關閉之前，人眼已感受到眩光。在這種方式下，對眩光的消除與對閃爍感的避免，兩者是互為制約的，即開關頻率提高了，閃爍感雖減小了，但眩目感卻加大了。此外，因閉燈造成了燈的平均輸出功率減少而影響了平均照明亮度。
本發明的目的在于提出一種方法以及實施該方法的裝置，在不影響己方觀察，即不間斷觀察過程、無閃爍感、不降低平均照明亮度的同時，消除或消弱行車時車前方的車燈、路燈或其它雜散光源造成的眩光。
本發明的目的通過如下技術方案實現。
采用具有小占空比、頻率高于人眼視覺融合頻率的頻閃脈沖光作為車輛照明信號;配以由光開關構成的防眩鏡，所述光開關與己方車輛頻閃脈沖光的閃光同時開啟。在有外來頻閃脈沖光時，光開關的開啟與外來頻閃光的閃光保持一個較大的相位差。
本發明可以通過將欲發送的信息編碼后對頻閃脈沖進行調制、成為調制脈沖發出，或接收外來已調脈沖信號解碼識別進行通訊。
為實施上述方法，本發明提供一種裝置、由控制器、照明車燈和防眩鏡構成。所述的照明車燈為頻閃脈沖燈。
本發明利用光接收器接收眩光或脈沖光信號，平衡、濾波去除背景光以及電、熱噪聲等干擾，在控制器控制下，把有無眩光的判定輸出，也把己方車燈所形成的光電脈沖輸出，該輸出信號到防眩鏡，作為其輔助信號。同時，在存在有外部頻閃光脈沖情況下，向控制器輸出與該光脈沖前沿對應的周期脈沖信號。
控制器不僅控制光接收器工作，同時控制著防眩鏡中光開關和頻閃脈沖燈的同步工作。控制器中含一由高Q元件穩頻的振蕩器，其輸出經計數分頻后產生防眩鏡中光開關的控制信號，并該信號經一延時器或移相器送往頻閃脈沖燈中的觸發電路作為觸發控制信號。該延時器或移相器可由通訊控制器的編碼輸出控制其延時或移相的大小。作為調制元件，同時能協調快觸發閃光的車燈和慢速光開關元件間的時間差或相位差。控制器由鎖相環接受光接受器送來的周期光電脈沖，當有一定強度的頻閃脈沖被接受后，鎖相環將鎖定光脈沖的前沿，并提供一個與該沿相差180°相位或相差其它一固定相位的同步信號給控制器中的振蕩分頻器，利用清零或預置的方式使之瞬即將閃光和光開關的開啟調整到在對方每兩次頻閃的中間時刻。當因顛簸、遮擋、雜光等干擾使環路失鎖時，同步信號將立即取消，頻閃脈沖燈及光開關則將在失鎖前已調整好的相位上因振蕩器的高穩定性而繼續在一段長時間里保持和對方車燈交錯頻閃，直到重新鎖定對方頻閃光。鎖相環同時完成對外頻閃光的鎖相解調，解調輸出和一個允許解碼的控制信號被一并送到通訊控制器中去完成解碼，該允許解碼的控制信號可以是鎖定指示輸出。
采用微處理器將輸入器送來的指令和欲傳送的信息編碼，或將因接收到外信號須要作出應答的信息編碼后，輸出到控制器，由其中的延時器或移相器完成對光脈沖的調制;在接收信息時，通訊控制器接收到控制器送來的解碼允許信號后，便對同時送來的已解調信息碼進行識別，即解碼處理，并將相應結果由輸出器輸出。
照明車燈由頻閃脈沖燈及其放電儲能回路、觸發電路構成，觸發電路在接收到控制器輸出的觸發控制信號后，產生觸發信號，使頻閃燈點燃閃光。放電儲能回路使頻閃燈放電波形在規定的放電時間內接近矩形，以便在同樣的脈沖功率下限制其峰值功率，維護延長燈的使用性能和壽命，同時，放電回路保證形成能滿足通訊要求的足夠陡的光脈沖前沿。回路可以是數節LC電路。放電儲能回路的充、放電均由燈電流進行，以節約電能，頻閃脈沖的觸發電路與信號控制器之間可采用光纖連接，以利于抗干擾。
防眩鏡由光開關及附屬電路構成，在接受到控制器發出的周期控制信號后，其電路便周期地驅動光開關反復啟閉。光開關同時還可接受光接收器輸出的有無眩光的判定信號控制，當無眩光以及在白晝時僅作通訊而不需防眩時，可停止周期工作，保持開啟，以延長光開關使用壽命，對于較慢速的、工作速度在毫秒、亞毫秒級的光開關，光接收器送來的己方車燈光電脈沖可被用來校準光開關開啟時刻的前后沿，以便與閃光有效照明時間相一致，其中前沿時刻亦可由控制信號前沿校準。
本發明具有以下優點。
本發明作用頻閃脈沖燈能產生高頻率的周期閃光、能在極短時間里發出極強的光脈沖，以及光脈沖具有很陡的前沿等特性，提供了一種工程上實用的、供行車時照明、防眩和通訊的方法及實施該方法的裝置。
本發明能在不影響觀察的前提下，不須人員特殊操作，一如正常駕駛的情況下實現防眩，使用本發明能徹底消除會車眩光，有利于降低夜間行車事故，提高道路運輸能力。
本發明利用燈在近距離實現移動中的自動數字通訊，較之無線電話機，不占用無線電頻道，不產生電磁波干擾，效率高。使用本發明有助于進行交通自動化管理，如通過自動應答進行路段上行車查號登記、對車輛的各種統計等。
本發明采用頻閃脈沖燈作用車輛照明燈，其色溫一般高達5500°K以上，尤其脈沖氙燈，其光譜分布近似于日光，從而可消除因燈光色偏而引起的視覺疲勞。此外，已有技術中，即使采用鹵鎢燈，其色溫僅在3500°K以下，發光效率僅在30Lm/W左右，而脈沖氙燈的發光效率可達40Lm/W左右。
本發明同樣適用于其它交通工具，如船。本發明中的防眩技術還可用于激光焊接，只要將防眩鏡中光開關的啟、閉占空比互換，便可在防止激光傷害眼睛的同時，觀察焊接過程和焊接效果。
圖1為本發明裝置結構框圖。
圖2為本發明裝置電原理框圖。
圖3為本發明光接收器電路原理圖。
圖4為本發明控制器電路原理圖。
圖5為微處理機接口電路原理圖。
圖6為單燈結構示意圖。
以下通過實施例，結合附圖對本發明作進一步描述。
實施例采用占空比小于0.2，脈沖寬度為0.3～2.5ms，頻閃周期為20～256HZ的頻閃脈沖光。
為不使因脈沖閃光的周期熄滅造成觀察時的間斷和閃爍感，閃光必須以高于人眼視覺融合頻率的周期方式進行，該融合頻率依視場的大小以及明暗不同有所不同，考慮作為車燈時視場中含有運動景物，故閃光頻率選在20～256HZ之間，其上限頻率是受閃光和光開關速率所限。實際使用中，該頻率須為一確定的規范值。
利用光開關做成防眩鏡擋在使用者眼前方，只要在每次車燈閃光時，光開關保持開啟，就不會影響觀察。防眩時既不需車燈因特殊操作而影響照明效果，又不會阻擋對被照明景物的觀察而影響觀察效果。因光開關占空比小緣故，眩光大部分時間不能透過光開關，故最終能進入人眼的眩光平均功率被大為消弱。
依塔爾博特-普拉陶定律由高頻閃光融合成的等效穩定光源，其亮度或光強等于閃光的平均亮度或平均光強。假定頻閃周期為10ms閃光脈寬1ms時，為得到60W的平均車燈功率，要求車燈的閃光脈沖功率應為60W/(1ms/10ms)＝600W這樣的脈沖功率要求對脈沖燈來說是不成問題的。
致于防眩效果，則在于光開關周期開啟的時間占空比，即每次開啟時間與開啟周期之比。當眩光通過周期啟閉的光開關時，亦被切割成周期的閃光脈沖，其等效亮度或光強亦可按照塔爾博特-普拉陶定律而定。因開啟是與閃光同步進行的，其占空比即近似為閃光脈沖的占空比，仍假定周期10ms、脈寬1ms、占空比0.1，則前方眩光強度將降低一個數量級，如原迎面車燈為60W，通過由光開關構成的防眩鏡后，將被視如6W。可見閃光脈寬愈窄愈好，但該脈寬是受頻閃燈的壽命和峰值功率所限制的，一般在0.3～2.5ms之間。周期則愈長愈好，但不能低于人眼視覺融合頻率。
當夜間會車時，如雙方車輛均為頻閃車燈，一旦雙方車燈閃光時間有所重迭，則將造成眩目。對此情況，本實施例中的裝置中通過光接收器接收對方頻閃光，并由控制器調節己方車燈閃光與對方同步但保持一個較大的能避免雙方閃光重迭的相位差，通常取量大值180°。因各方光開關在每次對方車燈閃光時均處在關閉狀態，故而能較之當雜散光源為連續光時更為徹底地消除了眩光。本實施例，頻閃頻率控制是由一高穩定振蕩器產生，并為一規范值，雙方中任一方的一次同步，便可以保證在此后的較長時間里不會發生雙方重迭閃光。仍以閃光周期10ms、閃光脈寬1ms為例，當頻率穩定為10-5時，一旦失控，因雙方頻率飄移而造成閃光脈沖重迭，按最壞情況計算(10×10-3/2-10-3)/2×10-5＝200秒也需要200秒的時間。
因脈沖燈的觸發過程極快，可達幾十納秒，只要合理迭擇脈沖燈放電回路參數，便可獲得極陡的光脈沖前沿。另外，因車燈頻閃是按前述的高穩定周期進行的，故對應有著嚴格精確重復的前沿時間，按信息的編碼和數據的格式調節此前沿的時間位置，便完成對光脈沖的位置或相位調制。具體做法可以是利用數據編碼控制一個常數可變的延時器或移相器來變化脈沖燈的觸發控制信號作用時刻或相位。因為通訊媒介光是數字脈沖形式的，易于從背景光中區分出來，并且車燈的脈沖功率較高，故光通訊聯絡并不限于在夜間，同樣可在白晝進行。
參見附圖按收眩光或光信號的光接收器由光傳感器、放大器Ⅰ、模擬開關、濾波器、放大器Ⅱ、移相器、門限比較器和與門M1構成。
光傳感器接收指定方向上的光信號，變換成電信號后，經橋式輸出抵消溫飄和背景光干擾，由放大器Ⅰ放大到適合CMOS模擬開關處理的電平值。當己方車燈閃光時，模擬開關將放大器Ⅰ輸出的信號切換到防眩鏡，用以將其中光開關開通的后沿與己方車燈閃光產生的電脈沖后沿對齊。在其它時間里，信號則被切換到濾波器的門限比較器，用以檢出眩光或通訊光信號。濾波器為一高Q窄帶通開關式濾波器，其中開關控制信號是由計數器對一個晶體振蕩信號分頻產生的，所以開關頻率為一晶體穩頻高精度頻率，而且這一頻率為車燈閃光頻率的倍頻。所以可以對接收到的帶有干擾噪聲的頻閃車燈閃光產生的光電脈沖實行窄帶濾波。這是為了能在確保消除了雜散光干擾以及車子本身的電氣噪聲和機械振動造成的干擾情況下，輸出“純凈”的頻閃光電脈沖。門限比較器判定是否存在有一定強度的眩光，如否，則門限比較器將輸出禁止信號，封鎖與門輸出，并停止光開關周期工作，始終保持開啟狀態。光電脈沖信號被放大器Ⅱ再次放大，但放大器Ⅱ的增益是受濾波器檢出的光電脈沖幅度控制的，以使在放大器Ⅱ輸入電平變化時，信號仍能在不被削峰的情況下被放大到一規范值。而后供移相器補償電路延時后輸出鍵控脈沖串，晶體管T1(參見附圖3)產生反映外頻閃光前沿的脈沖經與門M1輸出。
附圖2中的鎖相環、分頻器、鎖存器Ⅰ、Ⅱ、晶體振蕩器、計數器Ⅰ、Ⅱ、移相器Ⅱ、觸發器、與門M2、M3、發光二極管、光纖G構成控制器。通訊控制器采用微處理機，輸入器為輸入開關，聲光顯示器構成輸出器。
鎖相環用以產生一連續跟蹤外來光脈沖前沿相位的閃光頻率28倍頻的脈沖串，分頻器則進一步據此脈沖精細地提供了外閃光脈沖周期間的相位信息。當鎖相環處于鎖定狀態時，對應光脈沖前沿的分頻輸出被譯碼門Ⅰ譯碼輸出去計數器清零。分頻器同時經D鎖存器Ⅰ、Ⅱ向微處理機輸出。被調光脈沖前沿所對應的周期相位編碼的Q1′、Q2′狀態，即提供了解調碼。
晶體振蕩器為計數器Ⅱ提供高精度時鐘，即進行計數分頻，計數器Ⅱ為一帶清除端的循環計數器，其循環周期等于頻閃車燈的閃光周期，如選定閃光頻率為128HZ，則晶振頻率為32768HZ，計數器為8級二進制，每逢計數至半周期時刻，計數器輸出中8～3的“100000”狀態將被譯碼門Ⅱ譯碼輸出，并被用來控制打開防眩鏡中的光開關，并經過一個數控的移相器Ⅱ去控制觸發車燈閃光，以及切換模擬開關。當會車時，對方頻閃車燈的頻閃光將被接收、鎖定，在其脈沖前沿，譯碼門Ⅰ輸出清零信號，使計數器Ⅱ不經循環而立刻異步清零。這樣，己方車燈的下一次閃光只有在計數器Ⅱ重新計數到半個頻閃周期時進行，從而保證了雙方車燈頻閃相差半個周期180°。
移相器Ⅱ是用來對閃光脈沖前沿位置進行調節而設，當不作燈光通訊時，移相器Ⅱ可取消，而將觸發信號直通。D觸發器及與門M2、M3控制使閃光輪番地分別由燈L1和L2進行。在單燈結構中，可取消D觸發器以及一個與門M2。與門M2、M3輸出的閃光觸發控制信號由發光二極管構成的光纖耦合器轉換成光信號經光纖輸出。計數器Ⅰ將分頻輸出K1～5送至濾波器去控制開關轉換。
控制器和光電接收器的大部分電路可集成為一或幾塊專用電路，亦可和微處理器一起做成專用處理器。
頻閃車燈部分由頻閃燈L1、L2、儲能回路、閃光觸發器以及光纖接收耦合器構成。
因頻閃燈閃光需要提供很大的瞬間電流和一個萬伏的觸發脈沖，故而這些相應的電路只能就近裝置在頻閃燈L1和L2的近旁，與控制電路相距較長，而車上發動機干擾較強，故閃光觸發控制信號用光纖傳輸，光纖接收耦合器采用光敏元件，如光敏二極管或光敏三極管。兩只頻閃燈L1、L2在閃光觸發信號控制下輪番對放電儲能回路進行充放電，發出強烈閃光，這里，頻閃脈沖燈可以是氙燈，或摻有其它元素的氙燈，閃光有效照明脈寬為0.8ms。
防眩鏡由光開關及其驅動控制電路構成。電路接收到門限比較器送來的眩光控制信號后，即在譯碼門Ⅱ的輸出控制下，啟動光開關周期啟閉。開啟后沿與由模擬開關切換過來的已方頻閃脈沖光的光電脈沖后沿一致。光開關采用三電極液晶光門，其開啟速度可達0.03ms，關閉速度為0.25ms。亦可采用其它液晶、壓電、靜電、干涉或機械式的。外形可為眼鏡，遮光擋板等。
微處理機接受雙D鎖存器Ⅰ、Ⅱ送來的已解調碼。微處理機配備相應的軟件，在發送信息時，完成編碼過程，其編碼輸出送數控移相器Ⅱ，和計數器Ⅱ送來的計數狀態作“符合”比較后，輸出延時移相信號，從而完成調制工作，這里的調制的方法為四相鍵控，調制可對每一個脈沖進行，亦可每間隔若干脈沖進行。
電源變換器將車上的原備電源V0變換成頻閃燈參數規定要求的工作電源+V1、-V2，以及其它各部分電路所用的穩壓電源+V3、±V4等。
圖3所示的光接收器中，D1、D2為光敏二極管，一只定向接收前方眩光另一只感受背景光和溫散射光，與其串聯的兩只電阻分別用來平衡D1和D2光敏特性曲線。接在IC5輸出回路上的模擬開關的作用是利用在己方車燈閃光的信號截止期間將輸出箝位到零伏。IC6-2構成可再觸發單穩，以適應頻閃式眩光時的判別要求。可控增益放大器是由IC7和乘法器IC8構成。D6、7、8和上拉電阻構成與門。
在圖4示出的控制器中，IC20-2的D觸發器輸出為
以供IC18或非門對Q8～Q3的“100000”狀態譯碼。D10、11為光纖輸出耦合器的發光管。
當頻閃車燈為單燈結構時，其示意圖見附圖6，其中K為一雙刀雙擲開關，可由可控硅、大功率晶體管或大功率場效應管等構成，其切換控制由閃光觸發控制信號經延時驅動器進行。
權利要求
1.一種用于行車時防眩，照明或車內外間通訊的方法，其特征在于采用頻閃脈沖燈作照明車燈，以周期窄脈沖并高于人眼視覺融合頻率的方式工作。
2.權利要求1所述方法，其特征在于防眩鏡中光開關的開啟與己方車燈的頻閃脈沖燈閃光在時間上重合或部分重合，并與對方頻閃脈沖車燈閃光建立一種時間上的分離關系
3.權利要求1或2所述方法，其特征在于有一光接收器接收外來頻閃脈沖光，用來同步已方防眩鏡中的光開關的工作周期相位。
4.權利要求3所述方法，其特征在所述光開關的開啟和頻閃脈沖燈的閃光均以窄脈沖方式同步工作，其占空比小于10%，工作頻率為20～256Hz，閃光脈沖寬度為0.3～2.5ms。
5.實施權利1、2、3或4所述方法的裝置，其特征在于這樣一種關系即防眩鏡的透光和頻閃脈沖車燈的閃光同步周期進行，而二者在時間上重合或部分重合。
6.權利要求5所述裝置其特征在于頻閃脈沖車燈為氙燈或摻有其它元素的氙燈，閃光頻率為20～256Hz，閃光脈寬為0.3～2.5ms。
7.權利要求5所述裝置，其特征在于防眩鏡由光開關構成，其工作頻率為20～256Hz。光開關開啟時寬為0.3～5ms。
8.權利要求5、6或7所述裝置，其特征在于控制器電路中有一壓電元件穩頻的振蕩器，其輸出經計數分頻后產生頻閃脈沖燈或防眩鏡中光開關的控制信號。
9.權利要求5、6或7所述裝置，其特征在于控制器電路中用光電元件和鎖相環電路接收外來頻閃脈沖光，產生同步信號或解調外來通訊光脈沖。
10.權利要求8中所述裝置，其特征在于控制頻閃脈沖燈閃光的控制信號，先經過一延時器或移相器，該延時器或移相器可按通訊編碼來改變其延時或移相的大小。
全文摘要
一種用于行車防眩、照明或車內外通訊的方法及其裝置。其特征是采用小占空比、頻率高于人眼視覺融合頻率的頻閃脈沖光作為車輛照明信號，配以由開通周期相位可調的光開關構成的防眩鏡，能在不影響己方觀察的前提下消除或消弱行車時的外來眩光。通過調節車燈發出的光脈沖的位置或相位可進行車內外的短距離移動通訊。本發明同樣可用于其它交通工具，如船。其防眩技術還可用于激光焊接。
文檔編號B60J3/04GK1092513SQ9311406
公開日1994年9月21日 申請日期1993年11月2日 優先權日1993年11月2日
發明者陳友蘇, 陳友農 申請人:陳友蘇