TWI491314B - Intelligent lighting device - Google Patents

Description

智能燈光裝置

本發明係一種智能燈光裝置，詳而言之係關於一種能因應既定範圍內的環境亮度而調整照明強度，並兼具節省電力功能，及使環境亮度有一致或有差別性的設計。

習用的燈體請參閱中華民國專利公告號第M418231號之「省電燈具結構」，其係一種省電燈具結構，尤指一種可節省燈具多餘的電流供應，並能大幅減少電力資源的支出及浪費之創新結構；主要係一燈具為一中央處理器(CPU)、一光敏電阻、一紅外線人體感測器所構成；藉此創新獨特設計，使本創作之燈具藉由光敏電阻及紅外線人體感測器，而可節省燈具多餘的電流供應，並能大幅減少電力資源的支出及浪費，進而使本創作能達到電力能源的節省之實用進步性者。

然而，該種習用的燈體雖可配合環境光線充足與否而自動調整光通量，然其採用的是以光敏電阻感應環境周遭光線強度，但事實上，光敏電阻僅會感受環境光線亮度的差別，但不能適當的被限制在感應既定範圍內，特別是室內通常會安裝複數個燈體，而僅有人為活動的區域需要較大的照明亮度，或者靠近窗戶邊的燈體在白天有光線透射進來時，應該採取較為省電的降低亮度狀態，又或者是當部份燈體損壞、不慎被調控在低照明亮度狀態時，也應該要有其他燈體為照明亮度的補強，但該光敏電阻顯然不能為機動性的判斷，而無法因應較亮處、較暗處或者是兩燈體照明交會處，於照明亮度隨時變化時，作有效照明亮度補強、降低，致使容易發生下列狀況：

1、不能感應既定範圍內的光照程度，來調整燈體自身應該補強、降低的光照量，使得室內呈現過於顯著明暗不一的狀況。

2、燈體間不能相互感應光照量而據以補強、降低光量，造成過度光照時的電源浪費，或者是光照不足時的過暗狀況。

3、室內各活動區塊的光照量並非要一致，但各活動區塊也應有維待照明需求的某光照定值，因此若不能因應區塊間的燈體為相互感應、改變光量的設置，顯然不能為各區塊亮度值的對應調整。

另外，習用燈體多有採用太陽能板供電者，而太陽能板係吸收陽光能量蓄積轉換為電能，因此其能量儲蓄程度受到氣候的影響，陰天時蓄積的能量有限，而夜間時則無陽光不能蓄積能量，若燈體在陰天或夜間發光時無所節制，則容易使得太陽能板的蓄積電量快速耗盡，令燈體發光微弱或者不發亮，特別是太陽能板使用在路燈時，路燈於電力的缺乏勢必需配以額外的電廠供電來發光，如此即有違以自然供能、環保的本意，足見若太陽能板燈體不能依環境亮度變化而自我調控發光度時，則容易浪費不必要的蓄積電能，也難以達到確實節能省碳的效用。

緣上述習用燈體不能因應既定範圍內的環境亮度而補強、降低照明亮度，以及不能節省電力，或容易造成過暗等缺失，以及太陽能板燈體蓄積的電力有限，若燈體不能自我調控發光度時，則容易快速耗盡蓄積電能，故本發明人認有必要加以改良，應設計一種能因應既定範圍內的環境亮度而調整照明強度，並兼具節省電力功能，及使環境亮度有一致或有差別性的燈體結構。

本發明主要目的係提供一種智能燈光裝置，其可改善習用之燈體不能因應既定範圍內的環境亮度而補強、降低照明亮度，以及不能節省電力，或容易造成過暗等缺失。

為了達成上述之目的與功效，本發明智能燈光裝置包括至少一可安裝於對象物之燈殼，該燈殼內設有至少一發光單元及至少一集光單元，其中該發光單元係設於燈殼處，並可受電後往燈殼外界方向發光，而該集光單元係同設於燈殼處，且該集光單元係朝向燈殼外的一待探測區域。

該集光單元係設有一微控制單元及一脈寬調制單元，其中該集光單元可感應待探測區域的環境光線亮度，並把感應資訊傳輸給微控制 單元運算，而微控制單元係具有預設的環境亮度值，待微控制單元經由所接收的感應資訊及預設的環境亮度值相比較後，計算得出環境亮度的差值，並將該差值以命令資訊傳輸給脈寬調制單元，由脈寬調制單元調控發光單元發出對應該差值的亮度，據以對應待探測區域的環境亮度增加或降低發光亮度。

本發明該集光單元進一步包括一差分放大單元及一模數轉換單元，其中該差分放大單元可感應待探測區域的環境光線亮度，並把感應資訊以訊號放大後傳輸給模數轉換單元，模數轉換單元則將該感應資訊由類比資訊轉換為數位資訊並傳輸給微控制單元運算，供微控制單元經由所接收的數位資訊及預設的環境亮度值相比較後，計算得出環境亮度的差值，提供更為精確的感應、運算效果。

本發明當複數個燈殼間產生照明區域相互涵蓋狀況時，可將各燈殼的集光單元朝向適當的相交照明區域為待探測區域，而微控制單元除具有預設或受調整命令發光單元發出預定亮度的光線外，集光單元會感受環境亮度給予待探測區域的照明量，並與發光單元本欲發出的預定亮度值、其他燈殼投射過來的亮度值為複合之差值計算，令發光單元對應該差值補充或降低照明度，因此各燈殼間可以集光單元為交叉輔助感應，據以對環境亮度、相交照明區域的燈殼投射光線亮度為計算，而決定投射出對應差值的適當光量。

本發明該集光單元進一步包括一緩衝單元，該緩衝單元具有預設之緩衝數值，當集光單元感測待探測區域方向的亮度改變時間在緩衝數值之下時，其會經微控制單元、脈寬調制單元命令發光單元不需要調整發光亮度，讓本發明待探測區域為環境亮度短時間閃滅時，集光單元命令發光單元不需調整發光亮度而避免造成本發明動輒閃爍的狀態；而感測待探測區域方向的亮度改變時間在緩衝數值之上時，緩衝單元判斷待探測區域處有顯著、非短暫性的亮度改變，使緩衝單元配合微控制單元會將亮度改變時間與亮度的數值為整合計算，經微控制單元、脈寬調制單元命令發光單元增加或降低發光亮度。

本發明該集光單元係設有感光半導體元件，該感光半導體元 件係包含差分放大單元及發光單元，成為具有光的發射、光的接收及光的信號放大之整合元件。

本發明該集光單元係可受控制而改變方向，藉此調整待探測區域的位置，例如該集光單元可為機械自動或人為調控，藉以受使用者設定該集光單元朝向適當的待探測區域。

本發明該燈殼內設有一集光曲面，而發光單元係設於集光曲面處，藉該集光曲面以反射發光單元發出的光線往燈殼外界方向，並配合集光曲面的曲率值，使光線往既定方向照射。

本發明該燈殼進一步設有一與微控制單元連接之調整單元，該調整單元可供手動調整發光單元的發光效果，因而使用者可依其喜好而手動調整發光單元的發光亮度等，提供更為舒適的照明效果。

1‧‧‧燈殼

11‧‧‧集光曲面

2‧‧‧發光單元

3‧‧‧集光單元

31‧‧‧差分放大單元

32‧‧‧模數轉換單元

33‧‧‧微控制單元

34‧‧‧脈寬調制單元

35‧‧‧緩衝單元

36‧‧‧調整單元

4‧‧‧待探測區域

第一圖係本發明室內光線投射型態示意圖。

第二圖係本發明集光單元之方塊圖。

第三圖係本發明複數燈殼對應交集照明區域之亮度調整示意圖。

第四圖係本發明車輛行經複數燈殼之照明區域示意圖。

第五圖係本發明投射區環境亮度等級-時間、驅動電流值等級-時間、燈光投射區亮度等級-時間的曲線座標圖。

本發明係有關於一種智能燈光裝置，請參閱第一、二圖所示，其係本發明之主實施例，包括至少一可安裝於對象物(室內壁面)之燈殼1(可為檯燈、日光燈或者路燈等)，該燈殼1內設有至少一發光單元2及至少一集光單元3，其中：該發光單元2係設於燈殼1處，並可受電後往燈殼1外界方向發光，而該集光單元3係同設於燈殼1處，且該集光單元3係朝向燈殼1外的一待探測區域4，如第一圖所示，該燈殼1係實施為安裝在室內天花板處，該燈殼1內設有一集光曲面11，而發光單元2、集光單元3係設於集光曲面11處，藉該集光曲面11以反射發光單元2發出的光線往燈殼1外 界方向，並配合集光曲面11的曲率值，使光線往既定方向照射，即如本實施例所示，兩燈殼1受各集光曲面11的影響，該待探測區域4係為至少兩燈殼1之發光單元2的相交照明區域，而集光單元3係朝向該待探測區域4，另外該集光單元3係可受控制而改變方向(例如可為機械自動或人為調控)，藉此調整待探測區域4的位置，例如朝向本實施例燈殼1的相交照明區域，或者是非相交照明區域，而且各燈殼1可設置複數個集光單元3，燈殼1間的集光單元3可以單一、組合式的對應既定待探測區域4；該集光單元3係設有一微控制單元33及一脈寬調制單元34(進一步包括一差分放大單元31及一模數轉換單元32)，如第二圖所示，其中該差分放大單元31可感應待探測區域4的環境光線亮度，並把感應資訊以訊號放大後傳輸給模數轉換單元32(差分放大單元31係屬習知構造，主要可以將感應資訊有效的放大輸出)。

模數轉換單元32(指Analog-to-digital converter，通稱為A/D，是用於將類比形式的連續訊號轉換為數位形式的離散訊號的設備)則將該感應資訊由類比資訊轉換為數位資訊並傳輸給微控制單元33運算，而微控制單元33(屬微型處理器的一種，Micro Control unit，通稱為MCU)係具有預設的環境亮度值，待微控制單元33經由所接收的數位資訊及預設的環境亮度值相比較後，計算得出環境亮度的差值，並將該差值以命令資訊傳輸給脈寬調制單元34(Pulse Width Modulation，縮寫為PWM，是將類比信號轉換為脈波的一種技術，一般轉換後脈波的週期固定，但脈波的占空比會依類比信號的大小而改變)(該增設的差分放大單元31及模數轉換單元32係提供更精準的感測效果，讓微控制單元33讀取更為精確的數值)。

值得一提的是，該集光單元3係設有感光半導體元件，該感光半導體元件係包含差分放大單元31及發光單元2，成為具有光的發射、光的接收及光的信號放大之整合元件；該燈殼1進一步設有一與微控制單元33連接之調整單元36，該調整單元36可供手動調整發光單元2的發光效果，因而使用者可依其喜好而手動調整發光單元2的發光亮度等，提供更為舒適的照明效果。

其後由脈寬調制單元34調控發光單元2發出對應該差值的 亮度，據以對應待探測區域4處的環境亮度增加或降低發光亮度，因此該上述集光單元3的組成及作用係以差分放大單元31感應並放大對待探測區域4探得的光線強度，而模數轉換單元32、微控制單元33係傳輸並運算內建環境亮度與待探測區域4的環境亮度差值，經由脈寬調制單元34命令發光單元2對待探測區域4照射對應差值的補強或降低環境亮度，因此本發明有下列特點：

1、當對應為本實施例的相交照明區域為待探測區域4時，其可讓其中一燈殼1的集光單元3探測另一燈殼1發光單元2照射至待探測區域4的亮度值，據以自我感應並調整發光亮度，例如單一活動區塊需求某亮度值，相鄰複數燈殼1間的集光單元3可為單一或交叉對應待探測區域4，當某些燈殼1發光度不足時，其他燈殼1可為均等或不同程度的補足亮度至該活動區塊需求亮度值，讓該活動區塊保持適當、恆定的照明亮度。

2、當非對應本實施例的狀態時，例如窗戶邊某透光區域可為待探測區域4，而靠進窗戶燈殼1的集光單元3可單一或組合式的朝向該待探測區域4，讓靠近窗戶燈殼1的發光單元2降低光量，或者透光不足時補強光量，具有因應外界透光強度而節省光照電力，或防止過暗的優點。

3、室內的活動區塊可分為主要活動區、次要活動區及鮮少活動區，三活動區的需求照明度雖不相同，但是在活動區的過度地帶也不能在亮度上未予銜接，否則容易造成照明亮度明顯落差的異樣感，因此活動區相靠進的燈殼1應該要使集光單元3互相朝往恰當的待探測區域4，讓過度地帶的光照量差異較為緩和，並由各區的其他燈殼1替過度地帶為光照度與各區所需值的差值補強、降低等，使得各區域可滿足所需的光照量，讓鮮少活動區以省電為主，主要活動區以明亮為主，次要活動區與主要、鮮少活動區為光照度的柔和銜接，這都是習用室內燈體採用光敏電阻不能達到的優點，本發明實可以集光單元3達到機動性感應既定區域的環境亮度而調整照明量的效果。

又，當複數個燈殼1間產生照明區域相互涵蓋狀況時，可將各燈殼1的集光單元3朝向適當的相交照明區域為待探測區域4，而微控制 單元33除具有預設或受調整命令發光單元2發出預定亮度的光線外，集光單元3會感受環境亮度給予待探測區域4的照明量，並與發光單元2本欲發出的預定亮度值、其他燈殼1投射過來的亮度值為複合之差值計算，令發光單元2對應該差值補充或降低照明度，因此各燈殼1間可以集光單元3為交叉輔助感應，據以對環境亮度、相交照明區域的燈殼1投射光線亮度為計算，而決定投射出對應差值的適當光量。

請參閱第三圖所示，其係顯示一排複數燈殼1設置的狀態圖，而燈殼1間有相互交集的照明區域，其中複數燈殼1的集光單元可朝向交集之照明區域為待探測區域4，設待探測區域4的需求亮度為A數值，外界環境給予的亮度為B數值，因此第一個燈殼1(左邊數起)的集光單元3感測B數值後，命令發光單元2給予A扣減B的數值(假定A數值大於B數值)等於C發光數值，而C發光數值讓第二個燈殼1集光單元3感測到的亮度為D數值，因此第二個燈殼1命發光單元2應給予的亮度為A扣減B、D數值等於E發光數值，而E數值讓第三個燈殼1集光單元2感測到的亮度為F數值，因此第三個燈殼1命發光單元2應給予的亮度為A扣減B、F數值等於G發光數值，如此可瞭解燈殼1間可由待探測區域4、集光單元3的相互配合，而獲得計算差值予以配出適當發光量的功用，如佐以太陽能板的結構使用，可有效地節省太陽能板燈體的儲蓄能量，而該第三圖是採用併排式為示意說明，當然複數燈殼1為複數排、列或不規則樣相搭配時，計算差值應配予的光量亦隨著改變。

再請參閱第四圖所示，其係顯示當汽車行經複數排列的燈殼1時，左邊數起的第一個燈殼1會感應汽車車燈的亮度，而命發光單元2補強或降低發光亮度，而第一、二、三個燈殼1因有待探測區域4的交集涵蓋(例如第一、二個燈殼1相涵蓋，第二、三個燈殼1相涵蓋)，因此第一個燈殼1改變亮度時，第二、三個燈殼1亦會逐漸感應前一個燈殼1的發出亮度而配給汽車適當的照明亮度，因此駕駛者可以觀看到汽車前方在理想之可視距離處有亮度改變的狀況，供駕駛者看清路況避免危險，而汽車通過後，燈殼1可隨之發出較低的亮度以節省能源。

以及，該集光單元3進一步包括一緩衝單元35，該緩衝單 元35具有預設之緩衝數值，當集光單元3感測待探測區域4的亮度改變時間在緩衝數值之下時，其會經微控制單元33、脈寬調制單元34命令發光單元2不需要調整發光亮度，讓本發明待探測區域4為環境亮度短時間閃滅時，集光單元3命令發光單元2不需調整發光亮度而避免造成本發明動輒閃爍的狀態。

而感測待探測區域4的亮度改變時間在緩衝數值之上時，緩衝單元35判斷待探測區域4處有顯著、非短暫性的亮度改變，使緩衝單元35配合微控制單元33會將亮度改變時間與亮度的數值為整合計算，經微控制單元33、脈寬調制單元34命令發光單元2增加或降低發光亮度。

第五圖係本發明投射區環境亮度等級-時間、驅動電流值等級-時間、燈光投射區亮度等級-時間的曲線圖，該所述之投射區環境亮度等級是指環境給予投射區的亮度值，而驅動電流值等級指當本發明實施於電子機械上時，電子機械對應發光亮度的驅動電流值，而燈光投射區亮度等級則指投射區受到光線投射與環境亮度的總和值，故在該第五圖中可見到，投射區(可對應本發明之待探測區域4)環境亮度等級較低時，發光單元2應補上較高的投射亮度，當然驅動電流值也會提高，但發光單元2補上投射亮度配上投射區環境亮度的結果，仍是讓燈光投射區的亮度總值保持在預設的恆定值處。

由上所述者僅用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖具以對本發明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所做有關本發明之任何修飾或變更者，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇內。

綜上所述，本發明「智能燈光裝置」其實用性及成本效益上，確實是完全符合產業上發展所需，且所揭露之結構發明亦是具有前所未有的創新構造，所以其具有「新穎性」應無疑慮，又本發明可較習用之結構更具功效之增進，因此亦具有「進步性」，其完全符合我國專利法有關發明專利之申請要件的規定，乃依法提起專利申請，並敬請 鈞局早日審查，並給予肯定。

1‧‧‧燈殼

11‧‧‧集光曲面

2‧‧‧發光單元

3‧‧‧集光單元

4‧‧‧待探測區域

Claims (9)

1. 一種智能燈光裝置，其係包括至少一可安裝於對象物之燈殼，該燈殼內設有至少一發光單元及至少一集光單元，其中：該發光單元係設於燈殼處，並可受電後往燈殼外界方向發光，而該集光單元係同設於燈殼處，且該集光單元係朝向燈殼外的一待探測區域；該集光單元係設有一微控制單元及一脈寬調制單元，其中該集光單元可感應待探測區域的環境光線亮度，並把感應資訊傳輸給微控制單元運算，而微控制單元係具有預設的環境亮度值，待微控制單元經由所接收的感應資訊及預設的環境亮度值相比較後，計算得出環境亮度的差值，並將該差值以命令資訊傳輸給脈寬調制單元，由脈寬調制單元調控發光單元發出對應該差值的亮度，據以對應待探測區域的環境亮度增加或降低發光亮度。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之智能燈光裝置，該集光單元進一步包括一差分放大單元及一模數轉換單元，其中該差分放大單元可感應待探測區域的環境光線亮度，並把感應資訊以訊號放大後傳輸給模數轉換單元，模數轉換單元則將該感應資訊由類比資訊轉換為數位資訊並傳輸給微控制單元運算，供微控制單元經由所接收的數位資訊及預設的環境亮度值相比較後，計算得出環境亮度的差值，提供更為精確的感應、運算效果。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之智能燈光裝置，當複數個燈殼間產生照明區域相互涵蓋狀況時，可將各燈殼的集光單元朝向適當的相交照明區域為待探測區域，而微控制單元除具有預設或受調整命令發光單元發出預定亮度的光線外，集光單元會感受環境亮度給予待探測區域的照明量，並與發光單元本欲發出的預定亮度值、其他燈殼投射過來的亮度值為複合之差值計算，令發光單元對應該差值補充或降低照明度，因此各燈殼間可以集光單元為交叉輔助感應，據以對環境亮度、相交照明區域的燈殼投射光線亮度為計算，而決定投射出對應差值的適當光量。
4. 根據申請專利範圍第2項所述之智能燈光裝置，當複數個燈殼間產生照明區域相互涵蓋狀況時，可將各燈殼的集光單元朝向適當的相交照明區域為待探測區域，而微控制單元除具有預設或受調整命令發光單元發出預定亮度的光線外，集光單元會感受環境亮度給予待探測區域的照明 量，並與發光單元本欲發出的預定亮度值、其他燈殼投射過來的亮度值為複合之差值計算，令發光單元對應該差值補充或降低照明度，因此各燈殼間可以集光單元為交叉輔助感應，據以對環境亮度、相交照明區域的燈殼投射光線亮度為計算，而決定投射出對應差值的適當光量。
5. 根據申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之智能燈光裝置，該集光單元進一步包括一緩衝單元，該緩衝單元具有預設之緩衝數值，當集光單元感測待探測區域的亮度改變時間在緩衝數值之下時，其會經微控制單元、脈寬調制單元命令發光單元不需要調整發光亮度；而感測待探測區域的亮度改變時間在緩衝數值之上時，緩衝單元配合微控制單元會將亮度改變時間與亮度的數值為整合計算，經微控制單元、脈寬調制單元命令發光單元增加或降低發光亮度。
6. 根據申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之智能燈光裝置，該燈殼內設有一集光曲面，而發光單元係設於集光曲面處，藉該集光曲面以反射發光單元發出的光線往燈殼外界方向，並配合集光曲面的曲率值，使光線往既定方向照射。
7. 根據申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之智能燈光裝置，該集光單元係可受控制而改變方向，藉此調整待探測區域的位置。
8. 根據申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之智能燈光裝置，該集光單元係設有感光半導體元件。
9. 根據申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之智能燈光裝置，該燈殼進一步設有一與微控制單元連接之調整單元，該調整單元可供手動調整發光單元的發光效果。