一种基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的制作方法

本实用新型涉及车辆照明信号装置或其系统的功能特征或零部件，尤其涉及一种采用LiFi和DLP改变车灯发光的特性和分布的汽车前照灯。

背景技术：

随着汽车生产能力和人们生活水平的不断提高，汽车越来越成为普通家庭的代步工具，但是随着汽车使用率的不断提高，交通事故发生率也在不断上升。因此，近年国内许多研究机构开始致力于汽车主动安全技术的研究。汽车在行驶过程中，为了防止发生意外，不仅需要安全驾驶，还需要及时了观察和了解周围汽车的行驶状况以便及时采取措施规避，例如，驾车人员需要根据会车时双方车辆的行驶状态进行远近光变光，以避免会车时发生炫目，从而尽量减小事故的发生。

DLP(Digital Light Processing)是投影和显示信息的一个革命性的的新方法，由美国TI公司设计和开发。其透过一块反射率极高的DMD微镜器件(Digital Micromirror Device)，能投射出由三原色(RGB)构成的画面，该技术比传统的LCD在流明、解象及高对比度方面都显示出很大的优越性。一个DLP为基础的投影系统包括内存及信号处理功能来支持全数字方法。DLP投影机的其它元素包括光源、颜色滤波系统、冷却系统、照明及投影光学元件。DMD微镜器件可以被简单描述成为一个半导体光开关，成千上万个微小的方形镜片组成的微镜阵列，被建造在静态随机存取内存上方的铰链结构上而组成DMD芯片，每一个镜片可以通断一个像素的光。铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜，+10度为“开”，-10度为“关”，当镜片不工作时，它们处于0度“停泊”状态。因此，DLP可成为一个简单的光学系统，通过聚光镜以及颜色滤光后，来自光源的光线被直接照射到DMD微镜阵列上，当DMD镜片在“开”的位置时，经镜片反射的光线通过投射透镜投射出去；当DMD镜片在“关”的位置时，经镜片反射的光线被位于微镜阵列和投射透镜之间的定向遮光板遮挡。经PCT申请进入中国的发明专利申请“车辆用灯具及其控制方法”(中国发明专利申请号：201380033952.7公开号：CN104412035A)公开了一种车辆用灯具，具有：投射透镜；二维图像形成装置，其具有位于投射透镜的后方焦点附近的投影面；以及光源，其向二维图像形成装置照射光，投影面由能够分别驱动的多个光 学元件形成，投影面能够在多个投影区域同时形成照射图案，利用投射透镜将多个照射图案向灯具前方投影，形成单一或者多个配光图案。该技术方案能够采用现有的DLP为基础的DMD投影技术形成针对车辆用灯具要求的配光图案。但是，该技术方案仅仅解决了如何利用DLP和DMD投影技术改变车灯发光的特性和分布的问题，并没有解决双方车辆如何获取会车时的行驶状态信息的技术问题。

LiFi是“Light Fidelity”的简称，这是英国著名物理学家哈拉尔德·哈斯研发出的一种全新的无线数据传输技术，可利用普通的照明灯光完成整个过程。在打开房间电灯的同时，用户也打开了互联网连接。这种被称之为LiFi的装置可用于传输来自电视波段“白空间”的无线数据或者未被使用的卫星信号。这项实用新型通过改变房间照明光线的频率进行数据传输，每秒传输的数据超过10Mb，与典型的宽带连接不相上下。中国发明专利申请“基于LIFI灯光的单向传输装置”(发明专利申请号：201410582927.0公开号：CN105634592A)公开了一种采用LIFI技术通过光信号对数据进行单向传输的单向传输装置,包括与发送模块连通的发送端和与接收模块连通的接收端，发送模块与接收模块之间物理隔离；发送模块包括LED，用于发送光信号；接收模块包括光电倍增管,用于接收所述LED发送光信号并计数检测；LED和光电倍增管相向设置。为了减少信号传输过程中杂光的干扰，该技术方案需要将LED与带通滤光器设置同一条直线上，并且将LED与带通滤光器设置在同一密封遮光的箱体内。但是，无论是相向会车还是同向前后行驶，需要建立通讯联络的两辆高速行驶中的汽车都是随机相遇。因此，该发明专利申请的技术方案并不能满足高速移动和随机相遇的两辆汽车互相传递行驶状态信息的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于上述汽车照明系统的车辆照明信号装置，解决高速移动和随机相遇的两辆汽车互相传递行驶状态信息和根据行驶状态信息提供满足车辆用灯具要求的配光图案的技术问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置，其特征在于：

在车辆照明信号装置的壳体内设有LiFi发送组件、LiFi接收组件和DLP投照系统；

所述的LiFi发送组件包括经总线接口单元连接到汽车总线的LIFI调制驱动单元；LIFI调制驱动单元从汽车总线接收本车的行驶数据，将其转换为高频调制驱动信号；LIFI调制驱动单元的输出端连接到LED主光源，控制LED主光源产生并发送高速闪烁的调制 光信号；

所述的LiFi接收组件包括朝向外配光镜安装的光电倍增管，以及连接到光电倍增管输出端的LIFI信号解调单元；光电倍增管获取的光电信号经LIFI信号解调单元同步解调，分离出对方车辆的行驶数据并通过总线接口单元传送到汽车总线；

所述的DLP投照系统包括光学成像单元、DMD芯片和投射透镜；所述的光学成像单元将LED主光源发出的光线均匀投射到DMD芯片的微镜阵列；所述的DMD芯片通过总线接口单元接收控制信号，根据对方车辆的位置和对方驾驶员位置坐标控制DMD芯片的微镜阵列开关，经微镜阵列选择性反射的光线通过投射透镜投射形成符合汽车前照灯规范的投照光型。

本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述DLP投照系统的光学成像单元包括会聚透镜和修正透镜；LED主光源发出的光线经聚透镜和修正透镜的折射，形成对应于DMD芯片之微镜阵列的光束，均匀投射到微镜阵列的每个微镜片。

本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的一种更好的技术方案，其特征在于所述DLP投照系统的光学成像单元还包括位于会聚透镜和修正透镜之间的色轮；LED主光源发出的光线经色轮过滤，形成符合汽车信号灯颜色标准的红色、黄色或琥珀色光束，投射到DMD芯片的微镜阵列；DMD芯片的微镜阵列反射需要的光线到DLP投照系统的投射透镜，经过投射透镜折射后穿过车灯的外配光镜发射出来，构成照明与信号功能一体化的车辆照明信号装置。

本实用新型的基于LiFi的车辆照明信号装置的一个优选的技术方案，其特征在于所述的LED主光源采用集成LiFi功能的一体化LED光源芯片，所述的LiFi发送组件集成到LED光源芯片中。

本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的一种改进的技术方案，其特征在于所述的LIFI调制驱动单元包括信号编码调制模块和驱动电路；所述的总线接口单元是符合汽车总线通信接口标准的总线数据接口；信号编码调制模块的输入端经总线接口单元连接到汽车总线，通过汽车总线采集本车的行驶数据；信号编码调制模块将本车的行驶数据调制成高频信号；信号编码调制模块的输出端连接到驱动电路，经驱动电路放大、过滤并去除噪声的高频信号，通过LED主光源转换为光信号通过高速闪烁传送给对方车辆。

本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的一种进一步改进的技术方案， 其特征在于所述LiFi接收组件的光电倍增管设有带通滤光器AGC电路，光电倍增管接收的光信号通过带通滤光器AGC电路滤除杂散光和强光干扰，将有效光信号转换为电信号；所述的LIFI信号解调单元包括滤波主放模块和信号处理同步解调模块；所述的滤波主放模块连接到带通滤光器AGC电路的输出端，对光电转换后的电信号进行放大并抑制传输噪声；所述的信号处理同步解调模块连接到滤波主放模块的输出端，将滤波放大后的电信号进行解调，提取对方车辆的行驶数据并通过总线接口单元传送到汽车总线。

本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的一种优选的技术方案，其特征在于所述车辆照明信号装置的壳体内还设有LED副光源；所述的LED副光源是用于日间行车灯的DRL光源，或者是专门用于LiFi光信号发射的红外LED或激光二极管；所述的LED副光源连接到LiFi发送组件的LIFI调制驱动单元；当LED主光源的光线不能抵达对方车辆照明信号装置时，所述的LED副光源提供辅助LiFi光信号用于保持车辆之间不间断的LiFi通讯。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置，在车灯内部集成了LiFi技术和DLP技术，通过LiFi技术进行车辆之间的信息交互，通过DLP技术进行矩阵式照明，并且利用通过LiFi获取的对方车辆位置信息控制DLP投照系统的投照区域，避让可能照射到对面驾驶员位置的光线，从而防止会车时前照灯产生的炫目光影响驾驶安全。

2.本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置，利用集成在车辆照明信号装置内部的LiFi组件，实现车灯灯光信号可及范围内的车辆之间的信息交互；车辆控制计算机系统利用通过LiFi获取的邻近车辆的行驶数据，对邻近车辆的行驶状态进行评估，对可能发生的车辆擦碰事故发出预警，从而有效地降低发生交通事故的概率。

3.本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置，利用DLP投照系统产生的丰富色彩和灵活投影范围，提供符合汽车信号灯颜色标准并满足车灯外观造型要求的信号灯光，构成照明与信号功能一体化的车辆照明信号装置，实现一灯多用。

附图说明

图1是基于LiFi和DLP的汽车照明系统的系统结构示意图；

图2是用于本实用新型的车辆照明信号装置的DLP投照系统的原理框图；

图3是用于本实用新型的车辆照明信号装置的LiFi发送组件的原理框图；

图4是用于本实用新型的车辆照明信号装置的LiFi接收组件的原理框图；

图5是本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的结构示意图。

以上图中的各部件的标号：1-车辆照明信号装置，2-LiFi发送组件，3-LiFi接收组件，4-DLP投照系统，101-壳体，102-外配光镜，1A-A车的前照灯，1B-B车的前照灯，11-汽车总线，21-B车驾驶员，12-总线接口单元，301-LED主光源，302-LED副光源，31-LIFI调制驱动单元，311-信号编码调制模块，312-驱动电路，32-光电倍增管(PMT)，321-带通滤光器AGC电路，33-LIFI信号解调单元，331-滤波主放模块，332-信号处理同步解调模块，34-光学成像单元，341-会聚透镜，342-色轮，343-修正透镜，35-DMD芯片，36-投射透镜。图中实线表示电信号或数据传输连接，带有箭头箭尾的点划线表示发射光的光路，带有箭头箭尾的双点划线表示接收光的光路。

具体实施方式

为了能更好地理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

图1是基于LiFi和DLP的汽车照明系统，包括至少两套分别安装在两辆汽车上的前照灯，如图1中A车的前照灯1A和B车的前照灯1B，所述的前照灯是基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置1；

所述车辆照明信号装置1以LED主光源301作为LiFi发送组件2的发送光源，将本车的行驶数据传送出去；

所述的车辆照明信号装置1通过内置的LiFi接收组件3接收对方车辆发送的光信号，解码处理得到对方车辆的行驶数据并传送到汽车总线11；

所述的车辆照明信号装置1采用基于DMD芯片的DLP投照系统4提供投射照明，并且根据LiFi接收组件3得到的对方车辆行驶数据控制投射照明的区域，通过调整投向对方驾驶员位置的光线投射区域，防止会车时前照灯产生的炫目光影响驾驶安全。

在图1所示的实施例中，当汽车A与汽车B即将会车时，两车的车辆照明信号装置(前照灯1A和1B)分别通过所述的LiFi发送组件2将两车各自的行驶数据，通过光信号发送给对方车辆；所述的行驶数据包括车辆的位置、速度、行驶方向和制动信号，以及汽车驾驶员的位置坐标(参见图1中的B车驾驶员位置21)；例如，B车的对方车辆(A车)利用前照灯1A内置的LiFi接收组件3，接收到B车前照灯1B发出的光信号并对其进行数据处理，从而得到B车的详细行驶数据，尤其是获得对向行驶汽车B车驾驶员21的位置坐标。A车的车辆照明信号装置1的DLP投照系统4，根据LiFi接收组件 3获得的B车驾驶员21的位置坐标，通过程序控制前照灯1A中DMD芯片的微镜开关，规避可能打到B车驾驶员位置的光线区域I的光线，从而有效的防止了会车时发生的炫目可能性。为了使图面更清楚，图1中省略了B车的前照灯1B的光线投射区，仅用虚线标示出A车的前照灯1A的投射照明区域II，以及B车驾驶员21附近的光线投射规避区域I。同样，B车的前照灯1B接收A车前照灯1A发送的LiFi数据，利用DLP投照系统4控制前照灯1B的光线投射区的情况与图1所显示的状态类同。

根据本实用新型的基于LiFi和DLP的汽车照明系统的一个优选的实施例，行驶中的车辆利用自身的车辆照明信号装置，将本车的行驶数据通过LiFi发送组件2以光信号广播发送方式传送出去，位于光信号可及范围内的车辆彼此通过车辆照明信号装置进行信息交互；LiFi接收组件3接收解码得到的邻近车辆的行驶数据，通过汽车总线传送给车辆控制计算机系统；车辆控制计算机系统对邻近车辆的行驶状态进行评估，对可能发生的车辆擦碰事故发出预警，从而有效地减小发生车祸的概率。

根据本实用新型的基于LiFi和DLP的汽车照明系统的另一个实施例，用于汽车的自动驾驶；所述LiFi接收组件3接收解码得到的邻近车辆的行驶数据，通过汽车总线传送给汽车自动驾驶仪；汽车自动驾驶仪根据邻近车辆的行驶状态调整自动驾驶策略，控制自动驾驶车辆的速度和行驶方向。

本实用新型的基于LiFi和DLP的车辆照明信号装置的一个实施例如图5所示，在车辆照明信号装置1的壳体101内设有LiFi发送组件2、LiFi接收组件3和DLP投照系统4；

所述的LiFi发送组件2包括经总线接口单元12连接到汽车总线11的LIFI调制驱动单元31；LIFI调制驱动单元31从汽车总线11接收本车的行驶数据，将其转换为高频调制驱动信号；LIFI调制驱动单元31的输出端连接到LED主光源301，控制LED主光源301产生并发送高速闪烁的调制光信号；所述调制光信号的闪烁频率远高于人眼所能看到的频率；

所述的LiFi接收组件3包括朝向外配光镜102安装的光电倍增管32，以及连接到光电倍增管32输出端的LIFI信号解调单元33；光电倍增管32获取的光电信号经LIFI信号解调单元33同步解调，分离出对方车辆的行驶数据并通过总线接口单元12传送到汽车总线11；所述的的外配光镜102可以是用于使车灯壳体101形成密封空间的透明罩，也可以是用于实现车灯信号照明配光或聚光功能的透镜，对方车辆的车辆照明信号装置发出的灯光透过外配光镜102进入光电倍增管32。

所述的DLP投照系统4包括光学成像单元34、DMD芯片35和投射透镜36，所述的光学成像单元34将LED主光源301发出的光线均匀投射到DMD芯片35的微镜阵列；所述的DMD芯片35通过总线接口单元12接收控制信号，根据从对方车辆的行驶数据中取得的车辆位置和对方驾驶员位置坐标，控制DMD芯片35的微镜阵列开关，经微镜阵列选择性反射的光线通过投射透镜36投射形成符合汽车前照灯规范的投照光型。

根据图2所示的本实用新型的车辆照明信号装置的实施例，所述DLP投照系统4的光学成像单元34包括会聚透镜341和修正透镜343；LED主光源301发出的光线经聚透镜341和修正透镜343的折射，形成对应于DMD芯片35之微镜阵列的光束，均匀投射到微镜阵列的每个微镜片。

根据图2所示的本实用新型的车辆照明信号装置的实施例，所述DLP投照系统4的光学成像单元34还包括位于会聚透镜341和修正透镜343之间的色轮342；LED主光源301发出的光线经色轮342过滤，形成用于符合汽车信号灯颜色标准的红色、黄色或琥珀色光束，投射到DMD芯片35的微镜阵列；DMD芯片35的微镜阵列反射需要的光线到DLP投照系统4的投射透镜36，经过投射透镜36折射后穿过车灯的外配光镜102发射出来，构成照明与信号功能一体化的车辆照明信号装置。基于DMD芯片5数百万级的微镜阵列，DLP投照系统4可提供1670万种颜色以及256段灰度层次，能够满足任何车辆照明和信号功能的需要。

根据本实用新型的基于LiFi的车辆照明信号装置的一个优选实施例，所述的LED主光源301采用集成LiFi功能的一体化LED光源芯片，所述的LiFi发送组件2集成到LED光源芯片中。

根据图3所示的本实用新型的车辆照明信号装置的实施例，所述的LIFI调制驱动单元31包括信号编码调制模块311和驱动电路312；所述的总线接口单元12是符合汽车总线通信接口标准的总线数据接口；根据本实用新型的一个实施例，所述的汽车总线11为CAN总线，所述的总线接口单元12符合CAN总线通信接口标准；信号编码调制模块311的输入端经总线接口单元12连接到汽车总线11，通过车辆的CAN总线采集本车的行驶数据；信号编码调制模块311将本车的行驶数据调制成高频信号；信号编码调制模块的输出端连接到驱动电路，经驱动电路放大、过滤并去除噪声的高频信号，通过LED主光源转换为光信号通过高速闪烁传送给对方车辆。

根据图4所示的本实用新型的车辆照明信号装置的实施例，所述LiFi接收组件3的光电倍增管(Photomultiplier Tube,简称PMT)32设有带通滤光器AGC电路321，光电 倍增管32接收的光信号通过带通滤光器AGC电路321滤除杂散光和强光干扰，将有效光信号转换为电信号；所述的LIFI信号解调单元33包括滤波主放模块331和信号处理同步解调模块332；所述的滤波主放模块331连接到带通滤光器AGC电路321的输出端，对光电转换后的电信号进行放大并抑制传输噪声；所述的信号处理同步解调模块332连接到滤波主放模块331的输出端，将滤波放大后的电信号进行解调，提取对方车辆的行驶数据并通过总线接口单元12传送到汽车总线11。

根据图5所示的本实用新型的车辆照明信号装置的实施例，所述车辆照明信号装置1的壳体101内还设有LED副光源302；所述的LED副光源302是用于日间行车灯的DRL光源，或者是专门用于LiFi光信号发射的红外LED或激光二极管；所述的LED副光源302连接到LiFi发送组件2的LIFI调制驱动单元31；当LED主光源301的光线不能抵达对方车辆照明信号装置1时，所述的LED副光源302提供辅助LiFi光信号用于保持车辆之间不间断的LiFi通讯。在本实用新型的车辆照明信号装置的实施例中，LED主光源301的光线不能投照到对方车辆照明信号装置1的状态包括以下情况：(1)在日间行车时，前照灯LED主光源301处于关闭状态；(2)为防止眩光LED主光源301的部分光线被DLP投照系统4选择性关闭，B车的前照灯1B进入图1所示的光线投射规避区域I。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的技术方案，而并非用作为对本实用新型的限定，任何基于本实用新型的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本实用新型的权利要求的保护范围内。