CN106993350A - 具有亮度控制装置的led灯 - Google Patents

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CN106993350A CN201610839870.7A CN201610839870A CN106993350A CN 106993350 A CN106993350 A CN 106993350A CN 201610839870 A CN201610839870 A CN 201610839870A CN 106993350 A CN106993350 A CN 106993350A
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Abstract

本发明涉及一种具有亮度控制装置的LED灯，所述灯包括：‑具有一个或多个LED类型二极管的光源(300)；‑用于响应于控制信息或控制信号来控制所述光源的光束的亮度和/或几何形状的部件(100、110、230)；‑与光学系统关联的用于生成表示被照射到被照亮的物体上的所述光束照亮的区域的反射光强度的电信号的捕获部件；‑用于从由所述捕获部件生成的信息生成所述控制信息或所述控制信号的控制单元(230)；该灯的特征是所述捕获部件包括由控制单元控制的具有可变视场的聚焦系统。优选地，该捕获部件包括至少两个具有固定焦距的传感器，或者可替选地，包括可与单个可电子控制的聚焦系统组合的单个传感器。

Description

具有亮度控制装置的LED灯
技术领域
本发明涉及配备有LED的灯，尤其是具有LED亮度控制装置的头灯。
背景技术
头灯用在许多的活动中，包括职业化的活动、运动和比赛。
一般来讲，这些灯旨在允许“免提”类型的照明，其应是高效的、舒适的且确保最长的电池寿命。
这种趋势已经持续多年以增加新型头灯的功能性。
本申请的申请人已经引入了所谓的“动态”照明的概念，与灯产生恒定功率的所谓的“静态”模式不同，该“动态”照明利用对由灯发射的光的功率的调节。2008年4月24日公布的专利申请FR2930706描述了一种自调节的照明灯，其使用光传感器来感测被该灯照明的物体所发射的光，以控制对于光强度的调节。图1示出这样的灯，该灯包括位于外壳内的光学传感器14，其在发光二极管LED 11附近以输出表示被灯照亮的物体16的表面所反射的光的信号。该信号被传输至控制器13的第二输入端，以根据预定阈值自动地控制LED的功率。以这种方式，实现了由灯发射的光束的自动控制，而无需任何手动动作以在管理功率消耗的同时调节环境中的照明。
这种常规的灯已经通过提供多个LED以分别产生分离的宽光束和窄光束得以改进，从而对于该灯的使用者提供了大的灵活性，使用者由此能够受益于强光以看见“远处”以及“近处”舒适的视野。
该灯尤其在运动群体(包括攀岩、步行、跑步等)内显示出显著的成功。
然而，似乎所谓的动态调节系统难于实施，这是因为它趋向于易于受到光回声的干扰，该光回声差异地干扰具有窄光束的“远”视野或具有宽光束的“近”视野。
期望的是改善亮度的调节机构以使在各种情况下的干扰和回声最小化，使得灯可用在各个部门、以及体育职业运动员和产业工人中。
这是本发明的待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够产生不同的光束且配备有动态控制机构的头灯，该动态控制机构用以控制在各种情况下使光干涉最小化的亮度。
本发明的另一目的在于提供一种可在多个行业领域以及被运动员、徒步旅行者等使用的头灯。
本发明的又一目的在于提供一种具有可变的几何形状光束的灯，该可变的几何形状允许立即适应由所述灯产生的窄光束或宽光束的动态调节。
本发明的又一目的在于提供一种可在许多情况下使用的配备有新的功能和特征的头灯。
这些目的和其它目的通过灯、诸如头灯而实现，所述灯包括：
-所述光源具有一个或多个LED类型的二极管的光源；
-用于响应于控制信息或控制信号来控制所述光源的光束的亮度和/或几何形状的部件；
-用于感测光且生成表示被所述光束照亮的区域的反射光强度的电信号的捕获部件；
-用于从由所述捕获部件生成的信息生成所述控制信息或所述控制信号的控制单元。
所述灯的特征在于，所述捕获部件与由所述控制单元控制的可变聚焦场关联，以生成不同焦距的对应的电信号。
在一个实施方式中，所述灯包括至少两个与不同的焦距关联的传感器以生成两个信号，且所述控制单元被配置成在由所述传感器生成的两个信号当中选择一个信号以执行亮度的动态调整。
所述灯包括与第二光学系统关联的第二传感器以同时生成两个不同的表示被照亮的区域所反射的光的信息，所述第二光学系统与和所述第一传感器关联的第一光学系统不同。
所述光束的控制由与其各自的光学系统关联的一个或/和另一个传感器所生成的且被所述控制单元选择的信息而产生。
在另一实施方式中，所述灯包括捕获系统，所述捕获系统包括与光学系统关联的唯一的传感器，该光学系统可电子控制且被配置成通过控制单元控制，以实现反射光的捕获角的反馈控制，连带地生成控制所述灯的亮度的控制信息或控制信号。
在一个具体实施方式中，所述光源包括具有至少两个LED的显示单元，各个LED具有自己的聚焦光学系统且其电力供给由所述控制信息或控制信号控制。
优选地，所述光源包括一个或多个与可控制的光学系统关联的LED，所述光学系统由所述控制信息或控制信号控制。
在一个特定的实施方式中，所述灯还包括用于确定到物体的距离的遥测部件，以地使用距离的测量来连带地生成光束和/或所述捕获部件的捕获角的控制信息或控制信号。
在一个特定的实施方式中，所述控制单元230配置有与多个预定属性对应的参数，其中经由用于与计算机、触摸屏平板电脑、或智能手机通信的USB端口来执行所述配置。
本发明尤其适合于实现头灯。
附图说明
参照附图，从下面的对本发明的实施方式的描述，本发明的一个或多个实施方式的其它特征将变得明显。
图1示出现有技术中已知的头灯的示例，其中所谓的“动态照明”提供了功率消耗的调节。
图2示出根据本发明的灯的第一实施方式，该灯包括两个分别具有自己的光学系统的传感器。
图3示出根据本发明的灯的第二实施方式，该灯具有与电子可控制的光学系统关联的单个传感器。
图4示出实现第一实施方式的具体示例。
具体实施方式
现在将要描述的示例特别适合于实现具有大功率的LED二极管的照明灯，尤其是头灯。
明显地，在此仅仅存在非限制性示例且本领域技术人员将能够使本发明适应于其它照明系统以提高操作的可能性。
图2示出被灯10(假定为头灯)的第一实施方式的一般构造，其具有用于控制光强度的复杂的控制部件，该控制部件配备有具有可变焦距的捕获系统，该捕获系统是基于一组分别具有两个不同的固定焦距的两个传感器。
灯10包括与控制模块200和具有多个LED发光二极管的照明单元300关联的电源模块100，各个LED配备有其自己的聚焦系统。通常，术语LED将被通常用于本发明的描述中且可指任何发光装置，诸如白色LED、红色LED、激光二极管等。
在图2所示的示例中，出于简化目的，示出了一组两个二极管301和302，其分别设置有连接至电源模块100的供电导体303和供电导体304，且利用它们所关联的光学系统(未示出)允许各自产生宽光束和窄光束，如在图2中所示。更一般地，为了提高灯的亮度，本领域技术人员可在同一个聚焦光学系统内设置若干个二极管、或者甚至使光学系统的数量成倍增加以提高灯的可用性。可替选地，还可以布置一组LED与单个可电子控制的聚焦系统，使得控制单元230还生成用于控制由LED所产生的光束的几何形状的信息/控制信号。该实施方式尤其在由本申请人递交日期为2015年2月13日、以公开号WO2015/121429公布的国际专利申请No.PCT/EP2015/053127中进行描述。
在具体实施方式中，在通过控制模块200生成的信息或控制信号110的控制下，LED二极管301和LED二极管302分别经由它们的供电导体303和供电导体304进行供电。
电源模块100具体包括所有的常规地用在LED照明灯中以产生高强度的光束且通常基于脉冲宽度调制PWM的组件，所述组件为本领域技术人员所熟知且类似于已知的用在D类音频电路的组件。PWM调制由控制信号110控制。通常来讲，上文提到的术语“信号”指可引起电源模块100的控制的电学量(电流或电压)，该控制包括用于向LED 301/302供电的PWM调制。这仅仅是一个具体实施方式，应理解到可以将“控制信号110”替换成任何“控制信息”，诸如存储在寄存器内且通过任何合适的方式传输至电源模块100以控制光束的传输功率的逻辑信息。在一个具体实施方式中，我们甚至可考虑将两个控制模块200和电源模块100集成在同一个集成电路中。
本领域技术人员因此可易于理解到当我们指“控制信号110”时，随意地涵盖使用电学量(电流或电压)控制的实施方式，以及其中通过在电源模块100内传输的逻辑信息产生命令的实施方式。出于该原因，在下文中将随意地使用词语“控制信号”或“控制信息”。
通常，构成电源模块100的开关和开关组件(其可是双极型晶体管、FET(场效应晶体管)或MOS(金属氧化物半导体)或者MOSFET)为本领域技术人员所熟知，出于简洁，关于这点将刻意地减少陈述。同样，邀请读者参考关于PWM调制的各个方面的通用文献。
结合图4，在下文中将描述电源模块的更具体的示例。返回图2，可以看到控制模块200包括具有可变聚焦场的捕获系统，其基于一组至少两个传感器、光传感器240和光传感器250，这两个传感器的轴线基本上平行于LED301/302的轴线。传感器240和传感器250各自生成电信号，该电信号分别经由合适的电路242和电路252被传输至能够处理这些信号的控制单元230。
各个传感器240或250分别与其自己的聚焦光学系统241和251关联，由于分离的聚焦光学器件，使得能够实现不同的捕获角40和捕获角50，在图2中分别以窄捕获角40和宽捕获角50示出。
视情况而定，控制单元230还被配置成在由传感器240和传感器250生成的两个信号当中选择一个信号，以使用该信号控制灯的亮度。
因此，根据图2的实施方式，由于在位于控制模块200内的控制单元230内执行的合适处理，由传感器240/250生成的信号可用于生成专用于电源模块100的控制信息或控制信号110，其用于控制LED 301或LED 302的电力供给，因此控制由灯生成的分别为窄(远视野)或宽(近视野)的光束的焦距。
这使得通过针对分别由两个传感器240和250生成的信息所执行的合适处理，可以恰当地选择合适的待由无功控制机构(reactive control mechanism)或动态控制机构所使用的照明角11或照明角12，以产生具有非常适合头灯所产生的亮度的几何形状的光束。
因此，例如在远视野的情况下，就具有高亮度的窄光束(如在图2中由附图标记11所示的)的产生而言，控制单元230将主要使用由关联的传感器240(其关联至光学器件241)所产生的信息，且因此基于传感器240以产生适当调节的光束。因此，在聚焦角度将是尤其窄时，亮度的动态控制系统将不太受到杂乱光的干扰，当例如灯使用者在黑暗的森林内移动时这是非常有用的。
在另一情况下，例如长跑者在黑暗的环境中跑步的情况下，如果跑步者在另一穿有具有强反射的衣服的跑步者的后面行进时，前一个跑步者的头灯的光调节机构可受到后一个跑步者所穿的衣服引起的反射的干扰。在这样的情况下，可以看到对于使用非常窄的角度(传感器240)(几度)以防止调节机构被该不期望的干扰所破坏的强烈的兴趣。
这种非常窄的视场对于在马路边行走且朝向高度反射的马路标记行进的使用者的情况也将是非常有用的，这种高度反射的马路标记也可干扰控制头灯的亮度的动态调节机构。另外，通过提供特别窄的捕获角(仅仅几度)，从而可以使反射面板所产生的干扰最小化。
在其它情况下，有利的是选择具有宽焦距(例如高达90度)的传感器250以在大的立体角上实现光信息的“集成”的形式。
例如，在工业化的工作环境中，技工可能不得不使用宽光束的灯以有利于近视野。在这种情况下，控制单元230被配置成选择与宽角度关联的传感器250，以在宽的立体角上集成反射信息，其使得减小了来自头灯使用者工作所利用的光亮的表面工具的不期望的反射效果。
由于描述的实施方式，可以看出家具木工，例如其在他的头灯所产生的光下进行砂磨工作，可以在很大程度上受到使用窄的视角的阻碍，当手在灯前方移动时，窄的视角导致动态调节机构的“抽动”效应。在这种情况下，为了避免该骚扰效应，控制单元230于是选择与宽焦距关联的其它传感器250，该宽焦距足够宽使得由该传感器所生成的电信号变得基本上与家具木工的手的位置无关，以这样的方式，家具木工可从稳定光中受益。
从上面描述的许多示例中可以看出，至少两个与它们各自的不同焦距关联的传感器的组合以及它们的合适选择可显著地增加动态调节机构调节选择一个或另一捕获角的机会，以最终显著地改善灯使用的舒适性。
图2中的示例示出了具有两个分离的传感器的布置，该各个传感器具有其自己的聚焦光学器件。本领域技术人员可清楚地设想到增加传感器的数目以增加光调节机构的调节可能性。
在具体实施方式中，控制模块200被配置成还包括遥测模块(例如激光遥测)，用于向控制单元230供给表示到被照亮的物体的距离的信息。
更一般地，控制单元230可被配置成：当现在可以不仅选择由传感器240和传感器250(或者任何其它附加的传感器)所生成的一个信息或另一信息，而且可以控制分别由LED301和LED 302所产生的不同的宽光束和窄光束的生成时，提供新的功能性。
在一些实施方式中，控制单元230可因此被配置成自动地控制更宽的或更窄的光照锥的产生，如在图2中通过光束11和光束12所示，且这通过调节与传感器240和传感器250关联的角度40和角度50控制。
通常，控制信号或信息信号110从使用分别由传感器240和传感器250提供的信息而生成。
参考图3，现在描述第二实施方式，其也包括电源模块100以及LED 301和LED 302，图3保留它们的附图标记。然而，在该实施方式中，控制模块200已经被新的控制模块300替代，新的控制模块300具有与焦距350关联的单个的传感器340，该焦距350可经由控制单元330生成且通过电路351传输的控制信号电子控制。因此，可变聚焦系统目前基于传感器340和它的电子控制的聚焦系统350的组合。传感器340生成表示由灯引起的亮度的电子信息和/或由从被照亮的物体反射的亮度的电子信息，该电子信息经由电路342被传输至控制单元330。
相对于在图2中所示的第一实施方式，第二实施方式中未改变的元件保留它们的附图标记。
在该第二实施方式中，看出控制单元330现在生成两个控制信息：通过信号110传送至电源模块100以控制二极管301/302(经由供电导体303/304)的电力供给的第一信息，以及通过电路351传送用于电子光学系统350以控制与传感器340关联的捕获锥的立体角的第二信息。出于实现模块350的目的，可以考虑使用任何类型的提供光学聚焦的电子控制的系统，尤其使用在微电子中的最新进展，诸如用于提供在具有不同折射系数的两个透明液体之间的交界面的MEMS微镜或者基于液镜的系统。
控制单元330然后可以继续进行由传感器350所生成的电信号的处理，其中可变焦距根据环境可以是宽的或者窄的，以连带地生成待被动态调节系统使用的控制信号110和控制信号351。
明显地，以这样的方式这将形成由传感器340的捕获角和二极管301和二极管302所产生的光束的角度两者所自动地控制的“变焦”效果。
动态调节机构变得特别有效且提供新的控制和调节的可能性，其中能够有利的反馈对传感器340的捕获角的控制。更一般地，该实施方式使无功照明的或动态照明的反馈控制与光的光学传感器340的捕获角的控制关联在一起。
尤其，可限定三个行动区或行动区域：
区1)：其为近视野区，命名为“读取区”，对应于无功照明控制的当前机制。
区2)：工作区，所述工作区起始于读取区且延伸直至可被(不被)使用者调节的预定距离，该工作区位于使用者的中间视野。所述预定距离可有利地以与关联使用者的特定的“属性”的关系来限定。
区3)：该区为自由区，起始于工作区且无限延伸。
在一个具体实施方式中，有利的是，可根据以下方面来控制传感器340的捕获角：
-在读取区中，视角将是最宽。
-在工作区中，头灯被配置成执行传感器340的捕获角的自动控制以避免不舒适的光变化。传感器视野区域中的大体积的集成允许考虑在眼前的场景中所包括的大部分元素。这使得能够防止不需要的光变化的干扰效应。
-在自由区中，捕获角被配置成尽可能最窄，如在常规的动态调节机构中被配置。该焦距防止由位于工作区内的元件生成的光变化。
图4详细地描述了结合图2所描述的第二实施方式，其示出的电源模块100包括生成电压Vcc的电池(在图中未示出)以及两个电源开关121和122，以向分别被电路132和电路131控制的LED 301和LED 302供给电流，电路132和电路131采用PWM调制或PWM。开关121和开关122例如为半导体装置，诸如双极型晶体管、FET(场效应晶体管)或MOS(金属氧化物半导体)或MOSFET。
开关121和开关122两者分别受到由控制单元230生成的控制信息或控制信号113和114的控制，该控制单元230集成在控制模块200内。
在此这是一个实施方式，而本领域技术人员能够清楚地使用其它构造的示例，包括通过将两个电路121和122合并到同一个电路中。
仍参照图4，看到控制单元230包括信号处理器231，其经由地址总线与RAM 225、ROM或EEPROM 226等传输常规的数据和控制数据。
示例性地，在图2中示出的传感器240(或者250)为具有其光学系统241(或者251)的模拟传感器，且与模/数转换器242(或者252)关联，该模/数转换器242允许生成数字信息，然后该数字信息可经由数据总线、地址等用于信号处理器231。
在优选的实施方式中，光电传感器240和光电传感器250具有基本上与LED二极管的轴线平行的轴线，以确保这些传感器的立体角对应于LED二极管照亮的区域。
在另一实施方式中，USB端口228可经由在控制单元中包括的USB模块227访问且连接至总线，从而能够根据USB标准进行数据交换。具体地，如上所述，USB接口将允许在灯内的存储设置参数和属性。
以这样的方式，控制单元230可与数据处理装置通信，该数据处理装置诸如计算机、笔记本电脑、触摸板、个人助理以及甚至智能手机。
注意到，USB端口仅仅是灯和计算机之间的通信部件的示例性示例，本领域技术人员将考虑其它的通信部件，包括无线(蓝牙、wifi等)的通信部件。在具体实施方式中，头灯甚至具有其自己的互联网协议IP地址，其例如通过专用的网络服务器进行简单地配置。
这种通信尤其对于配置数据的交换是特别有利的，诸如可用于视情况根据灯的所有者的预期使用存储或选择灯调节数据的“属性”。可替选地或累积地，如在下文中所讨论地，“属性”允许激活程序或特定的操作模式，包括静态模式(关闭动态的或无功的照明调节)或动态模式(“开启动态的或无功的照明调节”)。
本发明的优点
通过允许连带地控制与用于动态调节的传感器关联的光束和角度，头灯尤其变得更加高效、对于使用者更为舒适，特别是在下面的情况下：
-当灯与被照亮的表面之间的距离小且所述表面由若干个具有极其不同的对比度的颜色(例如，黑色、白色等)组成时；
-当使用者在起伏不平的环境下短距离移动(在汽车的引擎盖下工作)时，通过使孔、反射表面和不同颜色引起的干扰效应最小化而提高适应性；
-当使用者位于灯前方时，适应性较少受到使用者的头部移动的干扰，尤其相对于灯柱的灯；
-当使用者看向水平面时由于中途障碍而引起的干扰；
-当跑步者在一组跑步者内跑步，其中一些人穿着高度反射的衣服时。
在所有的这些情况下，本发明使得能够避免或减少不需要的亮度上的变化以及对于使用者不舒适的来源的全部骚扰。

Claims (9)

1.一种灯，所述灯包括：
-具有一个或多个LED类型二极管的光源(300)；
-用于响应于控制信息或控制信号来控制所述光源的光束的亮度和/或几何形状的部件(100、110、230)；
-用于感测光且生成表示被所述光束照亮的区域的反射光强度的电信号的捕获部件；
-用于从由所述捕获部件生成的信息生成所述控制信息或所述控制信号的控制单元(230)；
其特征在于，所述捕获部件与由所述控制单元控制的可变聚焦场关联，以生成不同焦距的对应的电信号。
2.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述捕获部件包括：
-第一传感器(240)，所述第一传感器(240)与第一光学系统(241)关联，以生成表示被照射到被照亮的物体上的所述光束照亮的区域的反射光强度的电信号；
-第二传感器(250)，所述第二传感器(250)和与所述第一光学系统分离的第二光学系统(251)关联，以生成表示所述被照亮的区域的反射光强度的第二信息；
其中，所述控制单元(230)适于选择由所述第一传感器(240)和第二传感器(250)生成的一个信号或另一个信号，所述光束的控制由通过所述传感器中的一个传感器或另一个传感器所生成的所述信息而产生。
3.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述捕获部件包括：
-与光学系统(350)关联的传感器(340)，所述光学系统(350)是可电子控制的且被配置成通过所述控制单元(330)控制；
其中，所述控制单元(330)连带地生成用以控制所述亮度的所述控制信号或控制信息以及控制所述可电子控制的光学系统(350)的控制信号。
4.根据权利要求2或3所述的灯，其特征在于，所述光源包括具有至少两个LED的显示单元(300)，各个LED具有自己的聚焦光学系统且其电力供给由所述控制信息或控制信号控制。
5.根据权利要求2或3所述的灯，其特征在于，所述光源包括与可控制的光学系统关联的一个或多个LED，所述光学系统由所述控制信息或所述控制信号控制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的灯，其特征在于，控制模块(200)还包括用于确定到物体的距离的遥测部件，以使用距离的测量值来连带地生成所述光束和/或所述捕获部件的捕获角的控制信息或控制信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的灯，其中，所述控制单元(230)配置有与多个预定属性对应的参数。
8.根据权利要求6所述的灯，其中，经由用于与计算机、触摸屏平板电脑或智能手机通信的USB端口执行所述配置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的灯，其特征在于，所述灯包含头灯。
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