照明系统控制方法
技术领域
本发明是一种照明系统的控制方法,尤指一种采用超声波测距原理的照明系统的控制方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,以下简称LED)是一种可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光元件,其发光的原理是在半导体内正负极两个端子施加电压,当电流通过,使电子与电洞相结合时,剩余能量便以光的形式释放,依其使用的材料的不同以及能阶的高低使光子能量产生不同波长的光,因此,LED通常具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、发光回应时间极短、光色纯、结构牢固、抗冲击、耐振动、性能稳定可靠、重量轻体积小以及成本低等一系列特性,因此,已经有许多的照明系统都采用LED做为其发光元件,以取代使用寿命以及性能较差的传统发光元件(例如:灯泡)。一般利用LED为其发光元件的照明系统,透过红绿蓝三原色(Red-Green-Blue,简称RGB)来调配出不同颜色的输出光线。
在以往,使用者若要调整照明系统光线的强弱或颜色的输出,必须通过照明系统上的操控接口(例如:遥控器或墙面固定开关)来调整,如果采用遥控器,则有可能发生遥控器被放在一个使用者不易发现的地方,如果采用墙面固定开关,则有可能发生墙面固定开关距离灯光过远。所以,当使用者在灯光下需要控制灯光的时候,临时找不到遥控器,或者墙面固定开关距离使用者有一段距离,此时就会产生不方便。
有鉴于此,在欧洲专利第W2006/056814号中提出了一种照明系统,如图1所示,该照明系统50主要包含了一红外线收发感测装置60以及一发光单元61,当有一物体70(例如是使用者的手部)进入到该红外线收发感测装置60的感测范围内时,该红外线收发感测装置60所发出的一红外线62便会被该物体70反射而形成一反射光线63传送至该红外线收发感测装置60所包含的的一接收器71中,利用该红外线收发感测装置60所接收的该物体70所反射的该反射光线63强度以及该物体70至该红外线收发感测装置60的距离,便可以推估出该物体70相对于该红外线收发感测装置60的位置变化,进而控制调整该照明系统50中该发光单元61所发出光线的亮度或是颜色的输出。
但是利用上述具备有该红外线收发感测装置60的照明系统50来进行该发光单元61发出光线的亮度以及颜色输出的调整,还是存在着几个显而易见的缺失,例如:该红外线收发感测装置60易受到周围环境的明暗,而影响其检测的准确性,再者,该红外线收发感测装置60的操作范围会受限于该反射光线63的强度而有所影响,一般仅能于约30公分的范围内进行操作。
此外,利用超声波收发感测装置来量测待测物与超声波收发感测装置的距离已经是一项公知的技术。其应用的领域如储存槽的液面控制及汽车倒车雷达等。其原理是计算超声波收发感测装置发射超声波(Ultrasonic Wave)到接收到待测物反射回来的回波信号(Echo Signal)的声波传播时间(TOF,Time of Flight),TOF的大小可以表示反射物体与超声波收发感测装置之间的距离。若要求得实际的距离,可利用声音在空气中传播的速度,将TOF乘传播的速度再除以2,便可以得到待测物与超声波收发感测装置的距离。再者,现在已经有人提出将超声波收发感测装置应用于照明系统的控制。
请参阅图2,其所绘示为使用具备超声波收发感测装置来控制LED的照明系统示意图。该照明系统包含:一光源11;以及一超声波收发感测装置12。其中该光源11至少包含一红色(R)发光二极管、一绿色(G)发光二极管、与一蓝色(B)发光二极管。当有物体13(例如是使用者的手)进入到该照明系统附近的超声波感测区域时,该超声波收发感测装置12所发射出的一超声波便会被物体13反射,而产生回波信号,而回波信号进一步会被该超声波收发感测装置12所接收,如此照明系统内的处理器(在图中未示出)可以得知超声波行进的时间TOF,而由计算超声波行进的时间即可以计算出物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离R,而照明系统根据物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离而产生控制信号,进而控制该照明系统中光源11所发出光线亮度或光线颜色的改变。举例来说,照明系统可被设计为通过物体13接近或远离超声波收发感测装置12,来增强或减少光源11的亮度;或是通过物体13接近或远离超声波收发感测装置12,来改变光源11的颜色。
举例来说,(I)当物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离为R1时,照明系统的光源11提供一第一颜色;当物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离为R2时,照明系统的光源11提供一第二颜色;当物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离为R3时,照明系统的光源11提供一第三颜色,并依此类推。或者,(II)当物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离为R1时,照明系统的光源11提供一第一亮度;当物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离为R2时,照明系统的光源11提供一第二亮度;当物体13与该超声波收发感测装置12之间的距离为R3时,照明系统的光源11提供一第三亮度,并依此类推。
然而,上述照明系统根据当物体13与该超声波收发感测装置12之间距离R的改变仅能够改变光线亮度以及光线颜色其中之一,无法同时进行光线亮度以及光线颜色的改变,而且在有限的物体13与该超声波收发感测装置12距离内,并无法做出多种的颜色变化或者强度变化。因此,如何提升照明系统效能,使其能同时改变光线亮度以及光线颜色,或是其它光线特性,是一重要的研发课题。
发明内容
本发明的目的是公开一种采用超声波测距原理的照明系统的控制方法,使照明系统能同时改变光线亮度以及光线颜色,或是其它光线特性,并可提升照明系统效能。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是:
一种照明系统的控制方法,该照明系统中具有一光源与一超声波收发感测装置,包含下列步骤:该超声波收发感测装置根据超声波行进的时间,计算出一物体与该超声波收发感测装置之间的距离;当该物体接近该超声波收发感测装置时,改变灯光的第一种特性;以及当该物体远离该超声波收发感测装置时,改变灯光的第二种特性。
再者,本发明提出一种照明系统的控制方法,该照明系统中具有一光源与一超声波收发感测装置,包含下列步骤:于该照明系统电源开启时,进入一待命模式;在该待命模式时,利用该超声波收发感测装置计算出一物体与该超声波接收器之间的距离,若在一特定时间内,该物体与该超声波收发感测装置维持在一距离,则该照明系统进入一控制模式,若在该特定时间内,该物体未能与该超声波收发感测装置维持该距离,则该照明系统维持在该待命模式;在该控制模式时,若该超声波收发感测装置计算出该物体开始接近该超声波收发感测装置时,该照明系统改变灯光的第一种特性;在该控制模式时,若该超声波收发感测装置计算出该物体开始远离该超声波收发感测装置时,该照明系统改变灯光的第二种特性;以及当该超声波收发感测装置无法检测出该物体后,该照明系统进入该待命模式。
附图说明
图1所绘示为欧洲专利第W2006/056814号提出的一种照明系统;
图2所绘示为已有使用具备超声波收发感测装置来控制LED的照明系统示意图;
图3所绘示为本发明使用具备超声波收发感测装置来控制LED的照明系统示意图;
图4所绘示为本发明的照明系统用于控制灯光第一种特性和第二种特性的流程图;
图5A所绘示为控制灯光特性过程中,物体与超声波收发感测装置在不同时间点的距离示意图;
图5B所绘示为控制灯光特性过程中,超声波收发感测装置在不同时间点所量测到的TOF示意图;
图6所绘示为灯光特性参数变化示意图;
图7A所绘示为照明系统的灯光颜色变化参数示意图;
图7B所绘示为照明系统的灯光亮度变化参数示意图。
本发明附图中所包含的各元件列示如下:
光源11、21
超声波收发感测装置12、22
物体13、23
照明系统50
红外线收发感测装置60
发光单元61
红外线62
反射光线63
物体70
接收器71
具体实施方式
本发明主要利用超声波测距原理,来检测在超声波感测区域内,物体
(例如是使用者的手)与超声波收发感测装置的距离,并经由逻辑判断或者信号处理来判断物体的移动方向,并通过物体不同的移动方向,进而改变灯光不同的特性(颜色或亮度)。
请参阅图3,其所绘示为本发明使用具备超声波收发感测装置来控制LED的照明系统示意图。该照明系统包含:一光源21;以及一超声波收发感测装置22。其中该光源21为一发光二极管,包含一红色(R)发光二极管、一绿色(G)发光二极管、与一蓝色(B)发光二极管。光源21和超声波收发感测装置22可组合成一个模组,而超声波收发感测装置22可以发出超声波,也可以接收由障碍物所反射回来的回波信号;或者,超声波收发感测装置22可为两个,一个发出超声波,另一个接收由障碍物所反射回来的回波信号。
当照明系统接上电源或者照明系统的开关打开后,照明系统会进入待命模式(Standby Mode)。在待命状态下,灯光可以维持上次使用者关掉灯光前的灯光特性(如维持相同的颜色和亮度)。
当使用者想要控制灯光特性时,照明系统必须先进入控制模式(Enable Mode)。使用者可以经由物体23(例如是使用者的手)来启动照明系统的控制模式,如将物体23放入超声波感测区域内,并维持相同的位置一段时间(例如一秒)以上,如此就可以启动照明系统的控制模式。此外,照明系统控制模式的启动亦可透过其它操控接口,例如遥控器或墙面固定开关来启动。
当照明系统的控制模式启动后,超声波收发感测装置22会根据在超声波感测区域内物体23移动的方向,来控制光的不同特性(颜色或亮度)。如图3所示,当超声波收发感测装置22检测到物体23朝着超声波收发感测装置22方向移动,灯光的第一种特性(例如颜色)就会产生变化,该变化可以为周期性或没有规则乱数的变化。也就是说,当使用者需要改变灯光的第一种特性(例如颜色),使用者需将物体23朝着超声波收发感测装置22方向移动,此时第一种特性(例如颜色)就会产生周期性或没有规则乱数的变化。值得特别注意的是,一旦超声波收发感测装置22开始检测到物体23朝着超声波收发感测装置22方向移动后,第一种特性(例如颜色)就会不断地产生周期性或没有规则乱数的变化,此时使用者并不需要将物体23不断地朝着超声波收发感测装置22方向移动。当灯光的第一种特性(例如颜色)已改变到为使用者所需时,使用者可将物体23移出超声波感测区域,或者将物体23移动不同的方向,此时灯光第一种特性(例如颜色)便会停止变化,并维持在使用者所需的颜色。
同样地,如图3所示,当超声波收发感测装置22检测到物体23(例如是使用者的手)朝着远离超声波收发感测装置22方向移动,灯光的第二种特性(例如亮度)就会产生变化,该变化可以为周期性或没有规则乱数的变化。也就是说,当使用者需要改变灯光的第二种特性(例如亮度),使用者需将物体23朝着远离超声波收发感测装置22方向移动,此时第二种特性(例如亮度)就会产生周期性或没有规则乱数的变化。值得特别注意的是,一旦超声波收发感测装置22开始检测到物体23朝着远离超声波收发感测装置22方向移动后,第二种特性(例如亮度)就会不断地产生周期性或没有规则乱数的变化,此时使用者并不需要将物体23不断地朝着远离超声波收发感测装置22方向移动。当灯光的第二种特性(例如亮度)已改变到为使用者所需时,使用者可将物体23移出超声波感测区域,或者将物体23移动不同的方向,此时灯光第二种特性(例如亮度)便会停止变化,并维持在使用者所需的亮度。
请参阅图4,其所绘示为本发明的照明系统用于控制灯光第一种特性和第二种特性的流程图。首先,当照明系统接上电源或者照明系统的开关打开后(步骤31),照明系统会进入待命模式(步骤32),此时,灯光会维持上次使用者关掉灯光前的灯光特性(如维持相同的颜色和亮度)。当使用者将物体23(例如是使用者的手)放入超声波感测区域内,并维持相同的位置一段时间以上(例如一秒),此时照明系统进入控制模式(步骤33)。在控制模式下,当超声波收发感测装置22检测到物体23的移动方向是接近超声波收发感测装置22时,照明系统就会将灯光的第一种特性(例如颜色)依照预定的变化顺序作周期性地变化,当超声波收发感测装置22检测到物体23改变移动方向,如远离超声波收发感测装置22,或者移出超声波感测区域,照明系统便会将灯光的第一种特性(例如颜色)固定(步骤34)。当超声波收发感测装置22检测到物体的移动方向是远离超声波收发感测装置22时,照明系统就会将灯光的第二种特性(例如亮度)依照预定的变化顺序作周期性地变化,当超声波收发感测装置22检测到物体改变移动方向,如接近超声波收发感测装置22,或者移出超声波感测区域,照明系统便会将灯光的第二种特性(例如亮度)固定(步骤35)。当超声波收发感测装置22检测到物体23移出超声波感测区域后,照明系统便会回到待命模式(步骤36)。
以下将以一具体模拟实例,并分别以使用者和照明系统的角度,来说明本发明的使用具备该超声波收发感测装置来控制LED的照明系统。请参阅图5A,其所绘示为控制灯光特性过程中,物体23(例如是使用者的手)与该超声波收发感测装置22在不同时间点的距离示意图。在本模拟实例中,首先假设超声波收发感测装置22检测到物体23在超声波感测区域维持同一位置超过一秒钟,照明系统就会启动控制模式;当超声波收发感测装置22检测到物体23的移动方向是接近超声波收发感测装置22时,照明系统就会将灯光的颜色依照预定的变化顺序作周期性地变化;当超声波收发感测装置22检测到物体23的移动方向是远离超声波收发感测装置22时,照明系统就会将灯光的亮度依照预定的变化顺序作周期性地变化。
首先,在时间点t0时,由于照明系统有电源供应,此时照明系统进入待命模式,而房间内的灯光会维持上次使用者关掉灯光前的灯光特性(假设,此时颜色为白色,亮度为极强);在时间点t1时,使用者想改变房间内灯光的颜色和亮度,此时使用者将物体23(例如是使用者的手)移到超声波收发感测装置22的超声波感测区域内,并将物体23维持在相同的位置直到时间点t2,其中时间点t1到时间点t2的时间可以是一秒钟,此时照明系统在时间点t2时进入控制模式;在时间点t2至时间点t3间,由于使用者还在考虑要先改变颜色还是先改变亮度,因此使用者维持物体23在同一位置;在时间点t3时,使用者决定先改变灯光颜色,所以使用者将物体23开始朝向超声波收发感测装置22移动;在时间点t3至时间点t4间,使用者持续将物体23朝向超声波收发感测装置22移动,此时灯光颜色会持续依照原先设定的顺序作周期性地变化;在时间点t4时,当灯光颜色变成使用者想要的颜色,例如粉红色时,且此时使用者接着想把灯光亮度降低,所以使用者开始将物体23远离超声波收发感测装置22(此时颜色为粉红色,亮度为极强);在时间点t4至时间点t5间,使用者持续将物体23远离超声波收发感测装置22移动,此时灯光亮度会持续依照原先设定的顺序作周期性地变化;在时间点t5至时间点t6间,由于使用者还没决定所需要的亮度,所以使用者将物体23固定在同一位置,继续观察灯光亮度的变化,值得注意的是,在时间点t5至时间点t6时,由于使用者并没有将物体23移出超声波感测区域外,也没有将物体23朝向另一方向移动,所以灯光亮度会持续依照原先设定的顺序作周期性地变化;在时间点t6时,由于灯光亮度变化到使用者所需的较暗亮度,但是使用者此时又想将灯光颜色从粉红改变到其它颜色,所以使用者准备开始将物体23朝向超声波收发感测装置22移动(此时颜色为粉红色,亮度为较暗);在时间点t6至时间点t7间,使用者持续将物体23朝向超声波收发感测装置移动,此时灯光颜色会持续依照原先设定的顺序作周期性地变化;在时间点t7至时间点t8间,由于使用者还没决定所需要的颜色,所以使用者将物体23固定在同一位置,继续观察灯光颜色的变化,值得注意的是,在时间点t7至时间点t8时,由于使用者并没有将物体23移出超声波感测区域外,也没有将物体23朝向另一方向移动,所以灯光颜色会持续依照原先设定的顺序作周期性地变化;在时间点t8时,当灯光颜色变成使用者想要的颜色,例如蓝色时,由于此时灯光的颜色和亮度已为使用者所喜爱(此时颜色为蓝色,亮度为较暗),所以使用者在时间点t8之后将物体23移出超声波收发感测装置22的超声波感测区域外,此时照明系统在时间点t8后离开控制模式,并再度回到待命模式。
以下将再以此一具体模拟实例,由照明系统的角度来做说明。请参阅图5B,其所绘示为控制灯光特性过程中,该超声波收发感测装置22在不同时间点所量测到的TOF示意图。首先,在时间点t1前,超声波收发感测装置22所检测到的物体为地板,因此声波传播时间(以下简称TOF)为TOFground,表示此时照明系统仍在待命模式,房间内的灯光会维持上次使用者关掉灯光前的灯光特性(此时颜色为白色,亮度为极强);在时间点t1时,超声波收发感测装置所检测到的TOF为TOF2,且一直持续至时间点t2,其中时间点t1到时间点t2的时间可以是一秒钟,此时照明系统在时间点t2时进入控制模式;在时间点t2到时间点t3时,于TOF维持在TOF2,表示物体23并未移动,所以照明系统维持灯光原本的特性(此时颜色为白色,亮度为极强);在时间点t3到时间点t4时,由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF从TOF2减少到TOF4,照明系统判断在这个时段内使用者将物体23(例如是使用者的手)朝向超声波收发感测装置22移动,所以在时间点t3到时间点t4时,照明系统会依照原本设定的颜色顺序作周期性地变化;在时间点t4时,由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF不再减少且开始增加,照明系统判断使用者将物体23开始远离超声波收发感测装置22,所以在时间点t4,照明系统停止颜色的变化,并将颜色固定在最后一次所变化的颜色(此时颜色为粉红色,亮度为极强);在时间点t4到时间点t5时,由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF从TOF4增加到TOF1,照明系统判断在这个时段内使用者将物体23远离超声波收发感测装置22移动,所以在时间点t4到时间点t5时,照明系统会依照原本设定的亮度顺序作周期性地变化;在时间点t5到时间点t6间;由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF都固定在TOF1,由于TOF没有减少(物体23并未移动),超声波收发感测装置22也没有检测到物体23离开超声波感测区域外(亦即TOF的值不为TOFground),所以照明系统会依照原本设定的亮度顺序作周期性地变化;在时间点t6时,由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF开始减少,照明系统判断使用者将物体23开始接近超声波收发感测装置22,所以在时间点t6,照明系统停止亮度的变化,并将亮度固定在最后一次所变化的亮度(此时颜色为粉红色,亮度为较暗);在时间点t6到时间点t7时,由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF从TOF1减少到TOF3,照明系统判断在这个时段内使用者将物体23朝向超声波收发感测装置22移动,所以在时间点t6到时间点t7时,照明系统会依照原本设定的颜色顺序作周期性地变化;在时间点t7到时间点t8间;由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF都固定在TOF3,由于TOF没有增加(物体23并未移动),且超声波收发感测装置22也没有检测到物体23离开超声波感测区域外(亦即TOF的值不为TOFground),所以照明系统会继续依照原本设定的颜色顺序作周期性地变化;在时间点t8之后,由于超声波收发感测装置22所量测到的TOF增加至TOFground,此时照明系统判断使用者将物体23移出超声波收发感测装置22的感测范围超声波感测区域外,所以在时间点t8,照明系统停止颜色的变化,并将颜色固定在最后一次所变化的颜色(此时颜色为蓝色,亮度为较暗);由于此时TOF的值为TOFground,所以在时间点t8,照明系统离开控制模式,并再度回到待命模式。
当灯光特性(颜色或亮度)需要周期性地变化时,照明系统可依据当时所储存的参数设定,开始依序作变化。请参阅图6,其所绘示为灯光特性参数变化示意图。假设照明系统共有N个灯光特性参数且当时的灯光特性参数是5,当灯光特性(颜色或亮度)需要顺序周期性地变化时,系统便会依循5th->6th->7th->8th->9th->10th->...->Nth->1st->2nd->3rd->4th->5th->6th->...作循环周期性地变化。
当照明系统需要对灯光的颜色作控制时,如果照明系统的光源为包含RGB三种颜色的LED,则照明系统可经由对RGB三种颜色的功率参数来做控制。请参阅图7A,其所绘示为照明系统的灯光颜色变化参数示意图。该照明系统对灯光颜色的变化总共有十二组参数,每一组参数皆可以控制RGB三种颜色的功率,进而造成灯光颜色的改变。举例来说,第一组参数表示红色(R)功率输出为100%,绿色(G)功率输出为0%,蓝色(B)功率输出为0%,当照明系统选择此一颜色变化参数作为灯光颜色的输出时,此时灯光颜色为100%的红色。
当照明系统需要对灯光的亮度作控制时,则照明系统可经由对输出灯光亮度参数来做控制。请参阅图7B,其所绘示为照明系统的灯光亮度变化参数示意图。该照明系统对灯光亮度的变化总共有十组参数,每一组参数皆可以控制输出灯光的能量,进而造成灯光亮度的改变。举例来说,第一组参数表示输出灯光的能量为100%的输出,当照明系统选择此一亮度变化参数作为灯光颜色的输出时,此时灯光亮度为最亮。
此外,虽然本发明以灯光颜色和灯光亮度作为灯光特性的例子,本发明并不限于改变灯光颜色和灯光亮度,其它灯光特性的变化,如色温、闪烁状况、照明位置、照明外型、照明区域大小、以及灯光的开关等,亦可经由本发明来达成。
综上所述,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种更动与润饰,因此本发明的保护范围当视权利要求保护的范围所界定者为准。