同时照亮在不同范围的交通灯信号

摘要

本文提供了控制具有至少两个可区别的灯信号的交通灯的方法。方法可以包括以下步骤：获得确定随时间推移“打开”和“关断”所述灯信号的顺序的照明模式；和基于所述照明模式照亮所述灯信号，使得在至少一个时间段，至少两个可区别的灯信号的第一灯从距离交通灯的第一距离范围是可视的，并且至少两个可区别的灯信号的第二灯从距离交通灯的第二距离范围是可视的，其中第一距离范围和第二距离范围是不重叠的。

说明书

背景

1.技术领域

本发明涉及适于改善和帮助由用户驾驶交通工具以及改善交通流量 的方法和设备。

2.相关技术论述

本发明涉及交通灯和交通控制并且可以用于具有用于交通控制的交 通灯的道路上。

交通灯是公知的并被广泛使用。标准的交通灯形成为设备，其中相继 绿色信号被接通，接着黄色(或橙色/琥珀色)信号被接通，并且接着红 色信号被接通以信号通知行人和驾驶员。当绿色信号被接通时，允许行进， 当红色信号被接通时，不允许行进，并且当黄色信号(跟随绿色信号或红 色信号)是可取的以改变状态(例如开始行进或停止行进)。

黄灯通常足够长以允许驾驶员通过十字路口或在十字路口前停止。如 果驾驶员在黄色信号出现时非常接近十字路口，则他可以很可能以正常的 行车速度穿过十字路口。如果驾驶员在黄灯间隔开始时距离十字路口一些 距离，则他停止在适当位置。

进退两难区存在于在黄色信号被驱动时距十字路口的一距离处；驾驶 员可以想得到停止在十字路口之前或在红灯间隔之前行进通过十字路口。 一旦在进退两难区遇到黄色信号，驾驶员必须在几秒或更短的时间内决定 是行进还是停止。在黄灯的时候停止或行进的能力受到以下一般偶然因素 的影响：司机的反应时间；交通工具的制动性能；交通工具的速度；交通 工具的加速性能；道路表面摩擦系数(可能受到天气的影响)；跟随的交 通工具的接近度。所有这些因素必须由司机快速考虑导致是在十字路口前 停止还是通过十字路口的决定。

另一个方面可能是由于因交通灯信号过渡产生的靠近具有交通灯指 示的十字路口的交通工具的意外的加速/减速而导致的不均匀的交通流量 控制。例如，靠近具有交通红灯信号的十字路口的交通工具在100m的距 离处可能将其速度减小，尽管交通灯信号即将改变为绿色信号。

现有技术呈现了多种多样的交通灯设备。本行业已经试图通过提供电 子设备来解决该问题，电子设备通过在交通灯改变之前对剩余时间进行倒 计时来与常规交通灯指示器联合工作。名称为“traffic light”的第6,268,805 B1号美国专利，其中数字色彩显示器指示直到交通灯信号正要改变的剩 余时间。该方法的另一个示例可以在名称为“apparatus for displaying the  remaining time ofatraffic light”的第7,330,130B2号美国专利中找到，其中 可编程视觉和图像显示器限定在交通灯结构的灯指示器内。

本行业已经试图通过在交通灯中或交通灯上引入不同的照明设备(例 如LED)和通过引入不同的光学系统来改善交通灯信号亮度，例如在名 称为“signaling device for traffic signals”的第6,970,296B2号美国专利中所 述，其中提出了用于通过菲涅尔(Fresnel)光学系统来校准交通信号的设 备。

简要概述

本发明的目标是提供照亮在不同的区域中的灯信号的交通灯，其根据 到其状态即将发生改变的剩余时间和根据包括以下至少一个方面的预定 的参数：在处所中道路允许的交通工具速度、实际交通工具速度(由例如 摄像机设备的感测单元测量)、道路布局、道路状况、道路地形、天气状 况和交通密度。

本发明的另一个重要的目标是提供自动照亮在不同区域的灯信号(红 色、黄色、绿色)的交通灯。

本发明的另一个方面是提供适于与可变时间交通灯一起使用的交通 灯。

简而言之，根据本发明的原理构建的用于在交通的流量的控制中使用 的具有自适应照明区域的交通灯具有可控制的照明视场。

本发明的这些附加和/或其它方面和/或优点在以下的详细描述中进 行阐述，可能从详细描述中进行推理和/或通过实践本发明可学会。

附图简述

根据其结合附图做出的实施例的详细描述将更容易理解本发明，在附 图中：

图1是根据本发明的一些实施例的交通灯的前视图；

图2是根据本发明的一些实施例的具有两个不同的灯信号的照明视 场的自适应交通灯的侧视图；

图3是根据本发明的一些实施例的具有两个不同灯信号的照明视场 的自适应交通灯的顶视图；

图4根据本发明的一些实施例描述了根据距离和定时具有两个/三个 不同的灯信号的照明视场的自适应交通灯；

图5和图6根据本发明的一些实施例描述了自适应交通灯配置；

图7根据本发明的一些实施例描述了根据时间(状态)的自适应交通 灯配置；以及

图8是根据本发明的一些实施例的具有不同的灯信号的照明视场的 自适应交通灯的顶视图。

详细描述

在详细说明本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明不将其 应用限于在以下描述中阐述或在附图中示出的组件的结构和布置的细节。 本发明适用于其它实施例或被以各种方式实施或执行。此外，应当理解， 本文采用的措辞或术语是为了描述的目的，并且不应当视为限制。

尽管以下实施例描述了在运输领域(即交通灯信号发出系统和方法) 中的应用，但是实施例可以用于具有照明模式的其它应用领域。

通常，本发明的实施例提供了控制具有至少两个可区别的灯信号的交 通灯的方法。方法可以包括以下步骤：获得(可能通过控制器或控制中心) 确定随时间变化“打开”(turning on)或“关断”(turning off)所述灯 信号的顺序的照明模式；和基于照明模式照亮(可能通过一批范围可控的 照明器)灯信号，使得在至少一个时间段内，至少两个可区别的灯信号的 第一灯从距离交通灯的第一距离范围是可视的，以及至少两个可区别的灯 信号的第二灯从距离交通灯的第二距离范围是可视的，其中第一距离范围 和第二距离范围是不重叠的。

现在详细参考附图中的图形，并且首先图1示出了具有三个灯信号 (红色22、黄色24和绿色26)的自适应交通灯12。对于交通灯用户(行 人、驾驶员等)，自适应交通灯20提供了相似的人机界面(HMI)作为 标准典型的交通灯；红灯信号22呈现在交通灯的上部，黄灯信号24呈现 在交通灯的中部，并且绿灯信号26呈现在交通灯的下部。

图2和图3示出了由自适应交通灯12提供的两个不同的照明区域(30 和32)。交通工具10朝向自适应交通灯12接近/在道路/路线11上前进。 在照明区域30中，该区域(30)中的交通工具10中的驾驶员，观察到某 种类型(例如红灯)的交通灯信号，然而，在相同时间的照明区域32， 该区域(32)中的交通工具10中的驾驶员，观察关于第一灯信号类型不 同类型的交通灯信号(例如绿灯)。每个照明区域(30或32)可以具有 不同的照明视场(分别为31或33)。

自适应交通灯12可以具有至少一个单一的照明区域并且可以甚至提 供两个以上的照明区域。

图4示出了由自适应交通灯12在三个不同的时间序列(T0>T1>T2) 中提供的两个和三个离散的和不同的照明区域(30、32和28)。在T0 序列(状态)两个照明视场；近距离视场32提供绿灯信号，并且远距离 视场30提供红灯信号。在该时间序列(状态)，在近距离照明区域32 中的驾驶员仅仅观察到该信号，然而在相同的时间，在远距离照明区域 30中的驾驶员仅仅观察到红灯信号。在T2序列(状态)，三个照明视场； 近距离视场32提供绿灯信号，中距离视场30提供红灯信号并且远距离视 场28提供绿灯信号。在该时间序列(状态)中，近距离照明区域或远距 离照明区域(分别为32和28)中的驾驶员仅仅观察到该信号，然而在相 同的时间，在远距离照明区域30中的驾驶员仅仅观察到红灯信号。在T3 序列(状态)，两个照明视场；近距离视场32提供红灯信号并且远距离 视场30提供绿灯信号。在该时间序列(状态)中，近距离照明区域32 中的驾驶员仅仅观察到该信号，然而在相同的时间，在远距离照明区域 30中的驾驶员仅仅观察到绿灯信号。

自适应交通灯12照明视场区域可以是离散的(即关于朝向自适应交 通灯的观察者固定)或可以随着时间的推移不断改变(即照明部分的每个 视场可以根据几何学改变和/或根据时间改变)

由自适应交通灯12提供的照明区域(例如如图2-图3中描述的30 和32)可以受到包括以下至少一个方面的预定义的参数影响：在处所中 道路允许的交通工具速度、实际交通工具速度(由例如摄像机设备的感测 单元测量)、道路布局、道路状况、道路地形、天气状况、和关于交通灯 信号定时和几何位置的交通密度。在自适应交通灯12处所中允许的交通 工具速度可能影响照明区域(例如与30km每小时位置相对，50km每小 时位置要求更短的交通工具制动距离)。天气状况可能影响交通工具制动 距离(例如与各种干燥道路状况相对，雨天可能增加交通工具制动距离)。 在这样的情况下，自适应交通灯12可以自动调整照明区域以为驾驶员提 供如与交通灯发信号状态相关的安全制动距离。交通灯信号定时可能影响 照明区域(例如红灯信号即将在5秒内照亮可以要求；关于接近交通工具 的红灯照明区域在100m以上以使交通工具速度减小，然而关于接近交通 工具的绿灯照明区域小于100m)。自适应交通灯12位置几何影响可能 影响照明区域(例如交通灯高度、驾驶员视角、道路状况等)。

根据本发明的一些实施例，自适应交通灯12还可以包括用于获得指 示靠近交通灯的道路的物理特性和地形的道路特征和相应地更新照明模 式的装置。自适应交通灯12还可以获得指示靠近交通灯的生效交通规则 的交通监管数据并且相应地更新照明模式。此外，控制自适应交通灯12 的控制中心(或控制器)还可以被配置以基于与靠近交通灯的交通相关的 随时间推移而改变的参数来重复更新照明模式。

实施的优选的方法可以通过在如图5中所述的投影单元40前面引入 电光快门单元42。电光快门单元42可以是微电子机械系统(MEMS)， 例如：数字微镜设备(DMD)、利用波克尔斯效应(Pockels effect)的光 学调制器、利用克尔效应(Kerr effect)的光学调制器、利用固态材料(例 如砷化镓等)的光学快门、利用液晶显示器(LCD)的光学快门、利用偏 振等的光学快门。光学元件可以与电光快门单元42耦合，例如：折叠元 件、全内反射棱镜、菲涅尔光学器件(Fresnel optics)、偏振镜等。投影 单元40被配置为提供交通灯信号(红色、绿色和黄色，如果需要的话)。 投影单元40照明信号可以由以下方式提供：灯泡、发光二极管(LED)、 激光器或任何其它的照明方法。在优选的方法中，照明元件在投影单元 40中是固定的(即静止的)，然而照明区域(例如30和32，如图2-图3 中所述)由电光快门单元42控制/成形。控制/接口单元44提供到交通灯 的所有需要的连接(例如机械、电气等)并且管理/控制自适应交通灯12。

在优选示例性实施例的一个变型中，光学单元52位于如图6中所述 的投影单元50前面。光学单元52可以包括：菲涅尔光学系统、菲涅尔透 镜、标准光学系统(即凹透镜组和凸透镜组)或提供可控的照明视场(例 如如图2中描述的31和33)的任何其它方法。投影单元50被配置为提 供交通灯信号(红色、绿色和黄色，如果需要的话)。投影单元50照明 信号可以由以下方式提供：灯泡、发光二极管(LED)、激光器或任何其 它照明方法。在该优选的方法中，光学单元50是固定的(即静止的)， 然而照明区域(例如如图2-图3中描述的30和32)由投影单元50控制/ 成形。控制/接口单元54提供到交通灯的所有需要的连接(例如机械、电 气等)并且管理/控制自适应交通灯12。

图7还描述了通过投影单元50提供可控的/成形的照明区域(例如如 图2-图3中描述的30和32)的优选的实施例。投影单元50可以包括至 少一个单一的照明单元(例如提供交通灯红色信号的照明单元)。参考图 7，用包括两个不同的照明单元(60和62)的投影单元50提供了一般的 时序(TA<TB<TC)。每个照明单元可以提供不同的交通灯信号(例如 照明单元60提供信号61(例如红灯信号)，而照明单元62提供信号63 (例如绿灯信号))。在时序TA、TB和TC之间，照明单元(60和62) 关于光学单元52(即垂直配置)位于投影单元50中的不同位置。这些不 同的位置提供所需的照明区域(例如如图2-图3中描述的30和32)。改 变每个照明单元(60和62)位置可以通过以下器件完成：电机械装置、 可控制的发光阵列(例如LED或激光器阵列，其中发光阵列中的子集群 每次被寻址/照亮)。

在优选的示例性实施例的一个变型中，发光阵列的每个发光元件具有 菲涅尔透镜。

在本发明的其它实施例中，使用不同的照明模式可以包括在一个距离 范围中的一个以上的可区别的灯信号，参考图8，在本示例中交通灯是绿 色的，而在传统的方式中，观察交通灯的所有的司机将已经看到绿色，在 本发明的该示例中，可能将不同的照明模式应用到不同的距离范围，在区 域32中的交通工具9的司机将看到恒定的绿灯26，而在相同的时间，区 域30中的交通工具10的司机将看到恒定的绿灯26和闪烁的红灯22，该 闪烁的红灯22指示以他的当前距离和速度他将到达红色状态的交通灯 12。其它的组合和不同的逻辑是可用的并且可以根据不同的监管定义被实 施。

尽管已经关于有限数量的实施例描述了本发明，但是这些不应当解释 为对本发明的范围的限制，而相反作为优选的实施例中的一些实施例的范 例。其它可能的变化、修改和应用也在本发明的范围之内。