JP6072980B2 - センサを備えた道路照明用照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、道路照明用照明器具に関し、当該照明器具は、光学系を備えた光源を含むハウジングを有し、当該照明器具は、更に、照明器具の周囲の光学的特性を測定するために適したセンサユニットと、センサユニットにより測定された光学的特性に基づいて照明器具の光出力を制御するためのパラメータを計算するために適した計算ユニットとを有する。本発明は、また、道路照明用照明器具のシステムに関し、各照明器具は、関連する光学系を備えた光源を含むハウジングと、照明器具の光出力のために使用されるデータを相互に通信するための通信ユニットと、更に照明器具での使用に適したセンサユニットを有する測定手段とを有する。上述のタイプの照明器具は、個別の野外の道路照明部品として用いられるか、又はポールとの組み合わせで用いられてもよい。後者の場合、センサユニット及び／又は計算ユニットは、照明器具ハウジング内の代わりに、ポール内に位置付けられてもよい。

冒頭で述べられたタイプの照明器具と照明器具のシステムとは、それ自体知られている。例えば、公開番号がＷＯ２０１２／１５９６３３である特許出願公開公報は、図１において、センサユニット、計算ユニット、通信ユニット、並びに光源及び光学系を備えたランプハウジングを有する野外アプリケーション用インテリジェントランプを模式的に示す。この特許出願公開公報の表１は、センサにより測定される多くの種々異なる天気のタイプ及び／又は道路状況と、これらの天気のタイプに基づいたランプの動作のパターンとを詳述している。

しかしながら、上記特許出願公開公報は、様々な天気のタイプ及び／又は道路状況をセンサによりどうやって区別するかについての明確な技術的教示を開示していない点で、明らかな課題がある。

本発明の目的は、既知の照明器具（のシステム）に存在する技術的課題を克服するか又は少なくとも低減することである。特に、本発明は、道路関連及び／又は天気関連情報を測定する（簡易な）やり方を提供することを目的とし、当該情報に基づいて、照明器具は、適当な態様で道路を照明するために光出力を調整している。

本発明のこれら及びあり得る他の目的は、光学系を備えた光源を含むハウジングを有する照明器具であって、更に、反射性基準面又は道路面により反射される光の光学的特性を測定することにより照明器具の周囲の反射性基準面又は道路面の光学的特性を決定するために適応したセンサユニットと、センサユニットにより測定された光学的特性に基づいて照明器具の光出力を制御するためのパラメータを計算するために適応した計算ユニットとを有し、前記光学的特性は少なくとも正反射及び拡散反射を有する、照明器具で達成される。

本発明は、照明器具の周囲の正反射及び拡散反射特性を測定することが、照明器具周囲の天気のタイプ又は照明器具付近の道路状況に関する本質的な情報を提供するという発明者により得られた洞察に基づく。周囲の反射特性が測定される当該周囲は、道路に関係し、道路の面自体、又は例えば、照明器具及び／若しくは道路近くの基準面であり得る。前記基準面は、標準化された基準面であり得るが、好ましくは道路面を代表する反射特性を持ち、更に好ましくは道路面と同じ配向又は傾斜を持つ。更に好ましくは前記基準面は、道路面と同じ雰囲気、周囲環境に曝される。測定でき且つ照明器具の光出力を制御するために用いられる光学的特性は、
正反射及び拡散反射の程度や、
拡散の測定された反射光強度と正反射の測定された反射光強度との比や、反射光強度と光源により出力される光強度との比や、
反射した光のパターン及び偏光性であって、例えば、濡れた又は凍った面上で反射した光のシャープな輪郭を持つ偏光された狭いビーム、乾いた道路面により反射されたようなあまり偏光されていないし幾分狭くはないビーム、雪の面により反射されたような（あり得る）幾分シャドー効果を持った本質的に輪郭を持たない非常に拡散された無偏光のビームのような当該反射した光のパターン及び偏光性や、
雪の道路面又は乾いた道路面により反射された後の光が非常に異なっている反射光の色のような、光特性を有し得る。

測定されるこれら光特性は、周囲環境に関係し、本質的に最適な照明状況と関連する。これらの関連するデータは、データベースに格納され、実際に測定された光学的特性との比較のための基準として利用され、その後、関連した最適な照明状況が設定される。これらの特性を測定するために、通常、フォトセンサ、偏光センサ及び／又はイメージセンサが用いられる。

提供される前記情報は、このように、光源／照明器具の光出力を調整するために使用できるので、道路の照明は、異なる天気及び／又は道路状況の下、略一定に維持できる。照明を一定に維持できることは、道路上に大きく変化する光強度に直面することはないので、道路利用者の安全性を改善することは明らかである。これは、自動車、トラック、他のエンジン付き車両の運転者、特に道路の明るさの変動に敏感である人に特に適用できる。

原則として、上述の正反射及び拡散反射特性両方を決定するために一つのセンサで充分である。斯様なセンサは、少なくとも２つの角度の下、これら反射特性を測定できるべきであり、これらの角度の一つは、実質的に正反射の角度であり、これらの測定に基づいて、正反射及び拡散反射成分が導出できる。２つ以上のセンサが用いられる場合、より正確な値が得られる。斯様な２つ以上のセンサは、同じ照明器具又は異なる照明器具内に位置付けられてもよい。本発明の照明器具の利点は、照明条件が道路面の光学的特性に影響を与えるパラメータ、すなわち、降雨量、周囲照明状況（日中の時間）、湿度等の周囲状況のような間接的なパラメータに基づいた既知のシステムとは対照的に、道路照明条件を設定するために、道路面自体の光学的特性が測定されるということである。

本発明者は、更に、正反射及び拡散反射の量がセンサユニットにより容易に測定できること、両方の反射タイプの比が計算ユニットにより計算できることがわかった。異なる比は、異なる天気のタイプ及び／又は道路状況に割り当てることができる。したがって、これらの測定により、道路が乾いた面、濡れた面、又は雪の面を持つかどうかを決定できる。最適化のために、較正測定が実際の測定に先行してもよい。これらの測定及び計算に基づいて、光出力を制御するためのパラメータが決定でき、照明器具の光出力を適応させるために適用できる。照明器具／光源の光出力は、光源により放射された光ビームの向き、幅又はプロフィール（光強度分布）や光出力の強度を変化させることにより適応できることに留意されたい。特別な状況の下で、照明器具／光源により放射される光のスペクトル（例えば色又は色温度）及び／又は偏光も変わってもよい。測定される光は、照明器具自体から発せられる光と照明器具周辺の光とを有するだろう。

本発明による照明器具の興味ある実施形態は、照明器具の光出力が、計算ユニットの測定に基づいて連続して適応されるという特徴を持つ。これは、照明器具の光出力の変化が徐々に実施されることを意味する。光出力の斯様な状況変化は、道路状況の連続的な変化、例えば濡れた道路が乾いてくる間を追従する。したがって、最適な光出力が定常的に提供される。この方策は、更に、光出力の突然の変化が起こらないことを保証する。斯様な突然の光変化の出力は、特にエンジン付き車両の運転者にとって道路の安全性のポイントから望ましくない。

本発明の照明器具の他の興味ある実施形態は、センサユニットがエミッタ手段とともに機能する特別な特徴を示す。センサユニット内のセンサ手段とともに機能するエミッタ手段の存在は、全体の反射の測定された正反射成分及び拡散反射成分の精度を改善する。これは、照明器具、更に本実施形態による照明器具を含む照明器具システムの光出力の調整の最適化を導く。エミッタ手段の支援により改善されたＳＮ比となるので、道路面の全体の反射だけでなく、これら２つの成分（正反射及び拡散反射）が、より正確に測定できる。斯様なエミッタ手段は、好ましくはレーザーエミッタである。当該エミッタは、センサユニット内に、又は照明器具の他の手段内に組み込まれてもよい。

本発明の照明器具の他の実施形態は、光源及び光学系が相互に移動可能であることを特徴とする。計算ユニットにより計算されるパラメータに基づいて、光源又は光源に関係する光学系の機械的な適応が生じてもよい。よって、光学系が光源及び照明器具ハウジングに対して移動されるか、又は光源が光学系及び照明器具ハウジングに対して移動される。これら２つの例において、照明器具ハウジングと光源及び光学系のうちの一方とは、これら相互の位置において変化しないままである。光源により生成され光学系により合焦される光のビーム幅又はビームプロフィールは、斯様なタイプの移動により変化する。

本発明による照明器具の更に他の実施形態は、回転移動によって光源の前に個別に位置付けられる幾つかの光学手段を光学系が有することを特徴とする。このデザインによる実施形態では、２つ以上の異なる光学系が、照明器具の固定位置に取り付けられる光源の放射領域の前に回転できる。種々異なる光学系の存在は、照明器具から放射する異なるビーム幅又はビームプロフィールを生じさせる。前記異なるビーム幅は、センサユニットにより測定される異なる天気状況及び／又は道路状況、例えば雪、氷、乾燥した又は濡れた道路状況に対応する。光学系の前記回転は、モーターがギアホイールを駆動することによって実行されてもよく、前記モーターは計算ユニットの結果により指示される。

ハウジングが関連する光学系を備えた少なくとも２つの光源を含み、光源が照明器具の動作中個別に給電されるという特徴を持つ照明器具の実施形態も興味ある実施形態である。このデザインによる照明器具は、光出力の強度だけでなく照明器具から放射されるビーム形状も独立して且つ連続的に変更できるという利点を持つ。

各光源が少なくとも一つのＬＥＤを有するという特徴を持つ本発明の照明器具の実施形態も、更に興味深い実施形態である。野外の照明器具のＬＥＤの使用は、種々異なる利点を提供する。最初に、照明器具の維持コストが、ＬＥＤの相対的に低いエネルギー消費及び極端に長い寿命のおかげで、むしろ低くなる。その上、ＬＥＤの光強度は、ナトリウム蒸気ランプ又は蛍光ランプのような他のタイプの光源と比較してむしろ簡単に適応できる。ＬＥＤの光出力の強度は、ＬＥＤを流れる電流全体を変化させることによって、又は当業者に広く利用可能である簡単なパルス幅変調スキームを使用することによって適応できる。

本発明の照明器具の他の実施形態は、正反射及び拡散反射特性のデフォルト値を格納するためのメモリと、格納された特性と測定された特性とを比較するための比較手段とを備えた制御ユニットを有する。正反射及び拡散反射のデフォルト反射比は、前記制御ユニットのメモリに格納され、当該反射比は特定な天気及び／又は道路状況を表す。当該デフォルト値は、種々異なる天気タイプ及び／又は道路状況の下、照明器具のインストールの後、測定される較正値を表してもよい。斯様にデザインされた照明器具の動作の間、センサユニットは照明器具を囲む光の光学的特性を測定でき、当該特性は、前記光の反射比を計算するために使用される。この比は、制御ユニットメモリ内に格納されたデフォルト比と比較される。最善のフィッティング比が選択され、関連のパラメータは、照明器具の光出力を制御するために用いられる。

本発明による照明器具の他の実施形態は、照明器具が更に大気降水を測定するために適応するために第２のセンサを有するという特徴を持つ。斯様な追加のセンサで、雨、霧、又は霰の濃さの量は、斯様な大気降水が起こる期間、測定できる。測定された値は、道路の照明器具のより良い実態を決定するために、センサユニットで得られた反射光の測定された値とともに用いられる。よって、この得られた情報は、道路の前記照明器具を一定に維持するための可能性を改善する。

本発明の照明器具の非常に興味深い実施形態は、照明器具が、更に、他の照明器具とのデータ通信のための通信ユニットを有するという特徴を持つ。したがって、この照明器具にあるセンサユニットにより測定されるデータは、このデザインの照明器具から相対的に短距離に位置する他の照明器具と共有できる。したがって、他の照明器具の光出力は、制御ユニットを持つ照明器具により測定されたデータにより制御される。したがって、他の照明器具は、センサユニット及び計算ユニットを欠いてもよい。すべての照明器具がセンサを持つとき、照明器具間の通信はエラーの可能性が減り、よって、システムを更に頑強にする。

本発明は、また、道路照明のための照明器具のシステムに関係し、各照明器具は、関連する光学系を備えた光源と、照明器具の光出力のために用いられるデータと相互に通信するための通信ユニットとを含むハウジングを有し、これにより、当該システムは、前述のようなセンサユニットと計算ユニットとを備えた少なくとも一つの照明器具を有する。

本発明は、また、前述のような照明器具での使用に適したセンサユニットを有する測定手段に関係する。この測定手段のセンサユニットは、測定手段の周囲の正反射及び拡散反射特性を測定するのに適していて、計算ユニットは、センサユニットにより測定される光学的特性に基づいて照明器具の光出力を制御するためのパラメータを計算するのに適している。測定手段は、好ましくは、正反射及び拡散反射特性のデフォルト値を格納するためのメモリを備えた制御ユニットと、格納された特性と測定された特性とを比較するための比較手段とを有する。斯様な測定手段は、ハウジング内若しくは照明器具のポスト内にインストールされるか、又は照明器具から一定の距離離れていてもよい。

本発明のこれら及び他の態様は、これ以降説明される実施形態を参照して明らかに説明されるだろう。

図１は、本発明による照明器具の概略図を示す。 図２は、本発明による照明器具により測定される正反射及び拡散反射を示す。 図３は、本発明による照明器具のハウジング部分の断面図を示す。 図４は、本発明による他の照明器具のハウジング部分の断面図を示す。

図は概略的であり縮尺通りではないことに留意されたい。各図において、同じ要素は、同じ参照符号で示されている。

図１は、道路２の照明のための、本発明による照明器具１を模式的に示す。照明器具１は、ポール４に接続されるハウジング３を有する。ハウジング３は、光学系６（図示されない）を備えた複数のＬＥＤとして形成される光源５（図示されない）を含む。光源５及び光学系６の詳細は、図３及び図４に示されている。

照明器具１は、更に、照明器具の周囲の光学的特性を測定するために適したセンサユニット７と、センサユニット７により測定された光学的特性に基づいて照明器具の光出力を制御するためのパラメータを計算するために適した計算ユニットとを有する。現在の天気及び／又は道路状況の下、道路２からの反射が測定される。センサユニット７は、少なくとも２つの異なる角度で、照明器具１の周囲の正反射９及び拡散反射１０を測定するのに適していて、当該角度の一方は実質的に正反射の角度である。この状況において、センサユニットはハウジング３内に位置付けられるが、代替的にポール４内に位置付けられ得る。

照明器具１は、照明器具のポール４に位置付けられるレーザーエミッタとして具現化されたエミッタ手段１１も備える。照明器具の動作中、レーザーエミッタ手段１１により放射されたレーザー光が、道路２により反射される。放射されたレーザー光の一部は、センサユニット７の方向へ道路により反射される。センサユニット７で実施される測定から、正反射９及び拡散反射１０両方の状況が導出され、両方の寄与の比が、計算ユニット８（図示されない）により決定される。この比は、照明器具１の光出力を適合させるために使用される。

図２は、天気の種々異なるタイプに関係する３つの道路状況に基づいた或る道路の反射を模式的に示す。拡散反射１０及び正反射９両方の寄与が模式的に示されている。この図は、乾いた道路（図２Ａ）、濡れた道路（図２Ｂ）及び雪の道路（図２Ｃ）それぞれが測定されたとき、正反射／拡散反射比は増大することを示す。正反射９及び拡散反射１０の比のこの相違は、道路の状況を識別可能にする。乾いた、濡れた、雨の、霧の及び雪のような標準状況に対する両方の反射タイプの寄与が道路ごとに違う。したがって、標準状況の較正が好ましい。よって、照明器具のシステム又は照明器具がインストールされた後、両方の反射の寄与が測定される。測定された値は、その後、制御ユニットのメモリ内のデフォルト値として格納される。その後に測定された値が、天気のタイプ及び／又は道路状況を決定し、その後照明器具（のシステム）の光出力を適合させるために、これら格納されたデフォルト値と比較される。

本発明による上述の照明器具は、その光出力の連続的な適応化を可能にする。これは、道路状況の変化の間、明らかな利益を提供する。道路２が乾いているとき、センサユニット７は拡散反射１０の或る強度値Ａを測定する。光源５及び光学系６により放射されるビーム形状Ｉｄｒｙが、乾いた道路２に対しては最適である。道路２が濡れるとき、拡散反射１０の強度は減少し、正反射９の強度は増大する。道路２が完全に濡れるとき、拡散反射１０の強度はＢになる。組み合わせた光源５及び光学系６により生成されるビーム形状Ｉｗｅｔは、濡れた道路２に対して最善になる。値Ａ及び値Ｂは、照明器具１（のシステム）のインストールのとき較正できるか、又は幾つかの典型的なデフォルト値が、較正で得られる値の代わりに使用できる。道路２が乾いている、又は濡れているとき、センサユニット７は、拡散反射１０の強度の変化に連続して追従し、値Ａと値Ｂとの間の値Ｒを測定する。照明器具は、同じ比、すなわち、全体のビームプロファイルがＩ＝Ｉｄｒｙ＊（Ｒ−Ｂ）／（Ａ−Ｂ）＋Ｉｗｅｔ＊（Ａ−Ｒ）／（Ａ−Ｂ）となる乾いた道路用ビーム及び濡れた道路用ビームを提供する。

図３及び図４は、本発明による照明器具１の光出力の適応のための２つのやり方を示す。図３は、照明器具１のハウジング３の断面図を模式的に示す。前記ハウジング３は、複数のハイパワーＬＥＤ（図示されていない）を含む単一の光源５を有する。光学系６は、３つの異なる形状のレンズ１２、１３及び１４を有する。光学系６は、光源５の周りを回転でき、３つのレンズ１２、１３及び１４が光源５の前に位置付けできるように、ハウジング３内に位置付けられる。

本発明の実施形態による照明器具１の光出力は、２つの態様で変更できる。第１に、ＬＥＤの強度が調整できる。斯様な調整は、ＬＥＤを流れる電流を変化させることによって、又は特定のパルス幅変調技術でＬＥＤを給電することによって、連続した態様で可能である。第２に、照明器具により放射されるビームの幅又は形状が、これら３つのレンズのうちの他のレンズに対してＬＥＤの前に位置付けられるレンズ１２、１３又は１４を変えることによって、調整できる。斯様な調整は、不連続な態様でのみ可能である。光出力の斯様な適応は、正反射と拡散反射との間の比の変化に基づいた、センサユニット３によって測定される天気のタイプ又は道路状況の変化により、必要となる。

図４は、照明器具１のハウジング３を有する代替的構造の断面図を模式的に示す。ハウジング３は、両方とも複数のハイパワーＬＥＤ１５及び１６（３つしか示されてはいない）を有する２つの光源５を有する。各光源１５及び１６の前に、それぞれレンズ１７、１８の形式で光学系６が位置づけられる。これらのレンズは形状が異なるので、したがって、異なるビーム形状となる。照明器具の動作中、光源１５及び１６両方が給電され、これにより、照明器具の光出力は、光源１５及び１６両方により生成される個々のビームの混合又は重畳で形成される。この実施形態は、機械的に移動可能な部品がハウジング内に存在しないという利点を持つ。

本発明の実施形態による照明器具１の光出力は、２つの態様で変更できる。第１に、光源１５及び１６両方のＬＥＤの強度が調整できる。斯様な調整は、ＬＥＤを流れる電流を変化させることによって、又は特定のパルス幅変調技術でＬＥＤを給電することによって、連続した態様で可能である。第２に、照明器具により放射されるビームの幅又は形状が、個々の光源１５又は１６の光強度を変化させることにより調整でき、これによって、照明器具１全体の光出力は一定のままであり得る。これは、一方の光源１５の光強度を増大させる一方で、他方の光源１６の光強度を減少させることによって達成できる。結果として、照明器具１のビーム幅又はビーム形状が変わる。斯様な調整は、連続な態様で可能である。光出力の斯様な適応は、正反射と拡散反射との間の比の変化に基づいた、センサユニット３によって測定される天気のタイプ又は道路状況の変化により、必要となる。

本発明は、図面及び上述の説明で例示され詳述されてきたが、斯様な例示及び説明は、例示的又は説明的であって、限定的ではないと考えるべきである。本発明は、説明された実施形態に限定されるわけではない。開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、明細書及び添付の請求項の記載から、請求される本発明を実施する当業者により理解され実行できる。

請求項の記載において、用語「有する」は他の手段又はステップを除外しないし、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる請求項に引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有益となるように利用できないということを示していない。請求項の何れの参照符号もこれらの請求項の範囲を限定するものとしてみなされるべきではない。

Claims (13)

1. 光学系を備えた光源を含むハウジングを有する照明器具であって、前記照明器具は、更に、反射性基準面又は道路面により反射される光の光学的特性を測定することにより前記照明器具の周囲の前記反射性基準面又は道路面の光学的特性を決定するセンサユニットと、前記センサユニットにより測定された光学的特性に基づいて前記照明器具の光出力を制御するためのパラメータを計算するために適応した計算ユニットとを有し、前記光学的特性は少なくとも正反射及び拡散反射を有する、照明器具。
2. 前記照明器具の光出力が、前記計算ユニットの測定に基づいて継続して適応される、請求項１に記載の照明器具。
3. 前記センサユニットがレーザー光を放射する手段とともに機能する、請求項１又は２に記載の照明器具。
4. 前記光源及び前記光学系が相互に移動可能である、請求項１、２又は３に記載の照明器具。
5. 回転移動によって前記光源の前に個別に位置付けられる幾つかの光学手段を前記光学系が有する、請求項４に記載の照明器具。
6. 前記ハウジングは関連する光学系を備えた少なくとも２つの光源を含み、光源が前記照明器具の動作中個別に給電される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明器具。
7. 各光源が少なくとも一つのＬＥＤを有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明器具。
8. 正反射及び拡散反射特性のデフォルト値を格納するためのメモリと、格納された特性と測定された特性とを比較するための比較手段とを備えた制御ユニットを有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明器具。
9. 前記照明器具が更に大気降水を測定する第２のセンサを有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明器具。
10. 前記照明器具が、更に、他の照明器具とのデータ通信のための通信ユニットを有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明器具。
11. 道路照明のための照明器具のシステムであって、各照明器具は、関連する光学系を備えた光源を含むハウジングと、前記照明器具の光出力のために用いられるデータを相互に通信するための通信ユニットとを有し、これにより、当該システムは、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明器具の少なくとも一つを有する、システム。
12. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明器具での使用に適したセンサユニットを有する測定手段であって、前記センサユニットは、前記測定手段の周囲の正反射及び拡散反射特性を測定し、計算ユニットは、前記センサユニットにより測定される光学的特性に基づいて前記照明器具の光出力を制御するためのパラメータを計算する、測定手段。
13. 前記測定手段は、更に、正反射及び拡散反射特性のデフォルト値を格納するためのメモリを備えた制御ユニットと、格納された特性と測定された特性とを比較するための比較手段とを有する、請求項１２に記載の測定手段。
    
    

Images