TWI573494B - 基於照度設定之照明系統及方法 - Google Patents

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    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Description

基於照度設定之照明系統及方法
本發明係關於一種照明調控系統，特別是關於一種基於照度設定之照明系統及方法。
照明是指使用各種燈源（光源）來照亮特定環境與場所的技術。照明的出現，延長了現代人作息活動的時間。照明的燈光作為黑夜中的光明，打開了人類的視野，也打破了晝夜的藩籬。照明的使用，必須要以人為出發點，也就是依循使用者導向。在此前提下，照明首重視力保健，因為健康是人類成就萬事的泉源；其次為光照品質，提供良好的照明環境；最後方為節約能源，提升照明燈具的效率，節省可觀的照明用電。
要達到視力保健的目標，「照度」為首要的議題。照度指的是「被照射物體的亮度」，照度必須足夠，才能提供眼睛自然舒適地去辨識物體的環境。除了照度適當外，光線必須均勻的分配，避免強烈的明暗對比交錯，造成眼睛的疲勞。
目前，雖已有少數照明裝置具備調整燈源亮度的功能，但由於使用者並無法得知實際的照度，只能夠憑感覺來調整，且習知的照明系統本身亦無法根據使用者的調整而作精確地調節，其結果往往若非照度不充分則便是過量，對視力健康都會造成影響。
緣此，本發明之一目的即是提供一種基於照度設定之照明系統及方法，能夠依據設定的照度值而精確地調光。
本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種基於照度設定之照明系統，係用於對至少一個燈組依據一設定之照度域進行調光，該照明系統包含：該燈組；一控制模組，具有一預設之配光曲線資料，該配光曲線資料係為相關於該燈組的一光照分佈方向與一光照距離的一光度分佈資料；一測距模組，經設置而對應量測該燈組在一預定之光照分佈方向上對一參考被照對象之一光照距離，而得到一調光參考資訊；以及一測光模組，經設置而對應感測該燈組周邊之環境光變化，而得到一補償參考資訊，其中基於該配光曲線資料，該控制模組依據該設定之照度域而對應於該調光參考資訊與該補償參考資訊對該燈組予以照度調節。
根據本發明的一實施例，該測光模組包括一光感測器，經設置而對應感測該燈組之一非光照分佈方向之環境光變化。
根據本發明的一實施例，該測光模組包括複數個光感測器，經設置而對應感測多數個方向之環境光變化，該多數個方向包括一非光照分佈方向以及一光照分佈方向。
根據本發明的一實施例，基於照度設定之照明系統更包括一設定模組，耦接該控制模組，供一使用者設定該照度域。
根據本發明的一實施例，該設定模組包括一電源開關，通過一交流供電電路耦接該控制模組。
根據本發明的一實施例，該測光模組包括一感光元件及一與該感光元件對應配置的集光元件，該感光元件透過該集光元件而對應感測該燈組周邊之環境光變化。
本發明亦提供一種基於照度設定之照明方法，係用於對至少一個燈組依據一設定之照度域進行調光，該照明方法包含下列步驟：(a) 建置一配光曲線資料，該配光曲線資料係為相關於該燈組的一光照分佈方向與一光照距離的一光度分佈資料；(b) 量測該燈組在一預定之光照分佈方向上對一參考被照對象之一光照距離，而得到一調光參考資訊，並且感測該燈組周邊之環境光變化，而得到一補償參考資訊；以及(c) 基於該配光曲線資料，依據設定之照度域而對應於該調光參考資訊與該補償參考資訊對該燈組予以照度調節。
根據本發明的一實施例，步驟(b)中，係為在一預定之極短時間感測該燈組周邊之環境光，且該燈組在該極短時間為熄燈並於該感測後予以亮燈。
根據本發明的一實施例，步驟(c)中，係在該設定之照度域、該調光參考資訊、及該補償參考資訊中的一個或多個產生變動或變動超出一預定之變動範圍時，對該燈組予以補償照度調節。
根據本發明的一實施例，步驟(c)中，係根據該設定之照度域、該調光參考資訊、及該補償參考資訊中的一個或多個的變動之幅度而依比例漸進地對該燈組予以照度調節。
根據本發明的一實施例，步驟(c)之前更包括：設定該照度域。
根據本發明的一實施例，步驟(b)中，該光照距離之量測及/或該環境光變化之感測，係以同一個交流供電電路之相同的交流電源週期為同步之基礎，而同步進行。
根據本發明的一實施例，設定該照度域之步驟，係以同一個交流供電電路之相同的交流電源週期為同步之基礎，而控制該所有的燈組為同步執行。
根據本發明的一實施例，步驟(b)中，該環境光包括該燈組為亮燈情況下的環境光，以及步驟(c)中，該照度調節係為對選定的燈組進行，該選定的燈組係為亮燈情況下的環境光的照度未在該設定之照度域內的對應燈組。
經由本發明所採用之技術手段，能夠精確地調光至設定或選擇的照度值，無須利用專業儀表偵測，既方便又正確。再者，本發明能夠隨著燈組之位置改變而啟動校正，以及依據環境光的變化作補償，以維持照度的準確性，使燈組的設置與使用更為方便。從而，能夠提供良好的光照品質與提升照明環境的舒適度，而達到視力保健之效。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。
以下根據第1圖至第4c圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。
根據本發明的一實施例的一基於照度設定之照明系統100，係用於對至少一個燈組1依據一設定之照度域RLux 進行調光，該照明系統100包含：該燈組1；一控制模組2，具有一預設之配光曲線資料DC ，該配光曲線資料DC 係為相關於該燈組1的一光照分佈方向與一光照距離的一光度分佈資料；一測距模組3，經設置而對應量測該燈組1在一預定之光照分佈方向上對一參考被照對象O之一光照距離，而得到一調光參考資訊IA ；以及一測光模組4，經設置而對應感測該燈組1周邊之環境光變化，而得到一補償參考資訊Is。
具體而言，該燈組1可由一個或數個燈源所構成，該燈源可為發光二極體（light emitting diode，LED）、螢光燈或其他類型的燈源。LED燈源在個別的亮度控制上較一般傳統燈具更為容易，因此適合使用於本發明的該燈組1中。另外，本發明對該燈組1的類型並不限制，其可為吸頂燈、檯燈、路燈、嵌燈、平板燈、投射燈、燈泡、抛物面鍍鋁反射（Parabolic aluminized reflector，PAR）燈、燈條、燈管等各種類型，如第4a至4c圖所示。
如第1圖所示，該控制模組2耦接該燈組1、該測距模組3、及該測光模組4，而作為整個系統的控制中樞。該控制模組2中所建置的該配光曲線資料DC 係用以表示該燈組1在各投射方向之光度分佈大小之曲線，會隨著該燈組1的燈源種類及配置等而有所不同。該配光曲線資料DC 一般可採極座標圖、直角座標圖、及等光強曲線圖等來表示。如第3圖所示，其為該配光曲線資料DC 以極座標圖表示的一個範例，圖中的角座標代表光照方向（度，°），半徑座標代表光強度（坎德拉/千流明，cd/klm）。
在本實施例中，該測距模組3採用紅外線測距感測器31，但亦可採用超音波、雷射、或機構量測等方式進行測距。紅外線測距感測器31是利用發出紅外光後接收經反射之紅外光而測距。如第4a至4c圖所示，該測距模組3較佳地為設置在該燈組1上（燈組1內部或外側皆可）而會隨著該燈組1一起移動，以在該燈組1之位置改變後能量測在新位置的該燈組1與參考被照對象O之間的光照距離，得到最新且正確的調光參考資訊IＡ 。該參考被照對象O可隨該燈組1的使用狀況而任意選擇，舉例而言，當該燈組1作為路燈使用時，則可選擇路面作為該參考被照對象O；當該燈組1作為檯燈使用時，則可選擇桌面作為該參考被照對象O；以及當該燈組1作為吸頂燈使用時，則可選擇地板、桌面、牆面、或床面作為該參考被照對象O。
如第4a至4c圖所示，該測光模組4較佳地可包括複數個光感測器，該光感測器可經設置而對應感測該燈組1之非光照分佈方向之環境光變化，可取得多個非光照分佈方向之環境光的平均值來運用。該非光照分佈方向例如為該燈組1的背向或外側向，即該燈組1於亮燈時不會直接照射到的方向。藉由設置對應於該非光照分佈方向的該光感測器，可直接測得不含該燈組1光輸出的環境光變化。
該光感測器之部分或全部進一步可經設置而對應感測該燈組1之光照分佈方向之環境光變化，藉由設置對應於該光照分佈方向的該光感測器，則可測得含有該燈組1光輸出的環境光變化（例，加總之照度值），以供顯示告知使用者當下的照度值，以及供該控制模組2作進一步判斷與調節。舉例而言，如第5圖所示，在有多個燈組1a、1b、1c的情況中，對於位處中間的燈組1a而言，亦會受到周邊燈組1b、1c的光照的相互干擾而影響到該燈組1a之對應的光照區域A1的照度，使所得到的整體環境光的照度未在該設定之照度域內。因此，根據所測得的含有燈組1a本身與周邊燈組1b、1c光輸出的環境光，該光照區域A1的負責燈組1a可進一步照度調節，而其它燈組1b、1c則不作照度調節，使該光照區域A1的照度到達該設定之照度域內。其中，對於該燈組1a的照度調節較佳地可採大幅度的調節，以在短的時間內使得整體光環境之照度到達該設定之照度域內。
另外，設置對應於該光照分佈方向的該光感測器亦可用於測得不含該燈組1光輸出的環境光變化。在實際應用中，係在一預定之極短時間感測該燈組1周邊之環境光變化，該燈組1在該極短時間為熄燈並在感測後予以亮燈。該極短時間較佳地為肉眼所無法察覺的短暫時間，藉此可在不影響使用者的情況下完成感測，以及較精確地取得環境光。
因應不同類型的燈組1，該光感測器可設置在燈組1的背面（如第4a圖），內藏於燈組1之間（如第4b圖）、設置在燈組1的角落（如第4c圖）等。
如第4a圖所示，該測光模組4包括一感光元件41及一與該感光元件41對應配置的集光元件42，該感光元件41透過該集光元件42而對應感測該燈組1周邊之環境光變化，藉此提高感測的靈敏度。該感光元件41可為感光耦合元件（charge-coupled device，CCD）、光感知元件(Light sensor) 、光位置感測元件（position sensitive detector，PSD）等。該集光元件42可為匯聚透鏡（converging lens）、聚光鏡等，以藉此收集更大範圍的環境光供該感光元件41感測。
另外，如第1圖所示，本實施例的基於照度設定之照明系統100還包括一設定模組5，耦接該控制模組2，供一使用者設定該照度域RLux 。該設定模組5可包括一電源開關（圖未示），通過一交流供電電路耦接該控制模組2，而通過操作該電源開關而設定該照度域RLux 。例如，藉由該電源開關之切換動作產生開關訊號至該控制模組2，而設定該照度域RLux 。或者，該設定模組5可包括一遙控器（圖未示），該遙控器為訊號連接於該設定模組5之一遙控接收器（圖未示），而通過該遙控器設定該照度域RLux 。此外，該設定模組5亦可用於切換（例如，藉由該電源開關之切換動作）自動和手動調光功能及其他功能的選擇。
請參閱第2圖，接下來將配合第1圖對本發明的基於照度設定之照明系統所使用的基於照度設定之照明方法予以說明如後。
首先，在該控制模組2中建置一配光曲線資料DC （步驟S110）。該配光曲線資料DC 通常可在該燈組1出廠前經量測而得。該配光曲線資料DC 可用查找表型式、方程式型式或其他型式建置在該控制模組2中。再者，該配光曲線資料DC 可僅含有該燈組1的一個或數個會使用到的光照分佈方向（例如，0°~60°）的光度分佈資料，而並非一定要含有所有光照分佈方向（0°~360°）的光度分佈資料。
接著，藉由該測距模組3量測該燈組1在一預定之光照分佈方向上對一參考被照對象O之一光照距離，而得到一調光參考資訊IA ，並且藉由該測光模組4感測該燈組1周邊之環境光變化，而得到一補償參考資訊IS （步驟S120）。該調光參考資訊IA 與該補償參考資訊IS 可為同時量測/感測或任意順序量測/感測，本發明對此並不予限制。
較佳地，為了在多個燈組1的情況下，使個別的感測器（特別是該測光模組4之光感測器）能夠一致性的進行感測以避免產生相互干擾，該光照距離之量測及/或該環境光變化之感測，各該燈組1的該控制模組2係以同一個交流供電電路之相同交流電源週期為同步之基礎，而同步執行量測/感測/調節。具體而言，在所有的燈組1皆由同一個交流供電電路（例，市電電路）供電的情況下，各該燈組1的該控制模組2擷取該交流供電電路的完整的交流電源週期（1/頻率）作為基礎，據以調節該控制模組2的控制速率為一致，如此便能控制該光照距離之量測及/或該環境光變化之感測為同步執行。應注意的是，此處的同步執行亦包括在感測過程中所有燈組1為同步進行極短時間的熄燈與亮燈。
接著，該控制模組2基於該配光曲線資料DC ，依據設定之照度域RLux 而對應於該調光參考資訊IA 與該補償參考資訊IS 對該燈組1予以照度調節（步驟S130）。具體而言，根據該配光曲線資料DC 、該調光參考資訊IA 、及該設定之照度域RLux ，該控制模組2可查表/代入方程式而找出/計算出所需提供的亮度/照度，例，所需照度＝f(DC , IA , RLux )。並配合目前環境光的亮度/照度，則能夠得出該燈組1實際所需輸出的亮度/照度，例，輸出照度＝所需照度（f(DC , IA , RLux )）－環境光照度（f(IS )），而據以精確地照度調節。
該照度域RLux 可在任一時間點進行設定。舉例而言，可在建置該配光曲線資料DC 之前設定該照度域RLux （步驟S105），作為出廠預設值使用，亦可由使用者設定而在取得該調光參考資訊IA 與補償參考資訊IS 之前設定該照度域RLux （步驟S115）、在照度調節之前設定該照度域RLux （步驟S125）、或是在照度調節之執行過程中設定該照度域RLux 。
另外，因環境狀況的變化以及人為的操作，該調光參考資訊IA 、該補償參考資訊Is、以及該設定之照度域RLux 隨時都有可能產生變動，該控制模組2則會根據這些變動而對該燈組1予以補償照度調節。較佳地，為了避免該照度調節過於頻繁而有所不當，該控制模組2可經配置而僅在該設定之照度域RLux 、該調光參考資訊IA 、及該補償參考資訊Is中的一個或多個產生變動或變動超出一預定之變動範圍時，才對該燈組1予以補償照度調節。另外，為了避免該照度調節過於劇烈而造成視覺不適，該控制模組2可經配置而根據該設定之照度域RLux 、該調光參考資訊IA 、及該補償參考資訊Is中的一個或多個的變動之幅度而依比例漸進地對該燈組1予以照度調節。
除此之外，該控制模組2同樣可用交流供電電路之交流電源週期為同步之基礎，而依據該交流供電電路上的電源開關之切換操作、遙控器的遙控操作、或是其他類型的操作而控制該所有的燈組1為同步執行。舉例而言，當使用者操作電源開關而對所有該燈組1亮燈的情況中，各該燈組1的該控制模組2則依據該電源開關之亮燈之切換操作（時間點及／或操作次數）而同步地調節該所有的燈組1之照度至設定之照度域RLux ，且該所有的燈組1的調節速度亦以該交流電源週期為基礎而為同速。
藉由上述本發明所提供基於照度設定之照明系統及方法，能夠精確地調光至設定或選擇的照度值，無須利用專業儀器偵測，既方便又正確。再者，本發明能夠隨著燈組之位置改變而啟動校正，以及依據環境光的變化作補償，以維持照度的準確性，使燈組的設置與使用更為方便。
以上之敘述僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技藝者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之專利範圍中。
100‧‧‧照明系統
1‧‧‧燈組
1a‧‧‧燈組
1b‧‧‧燈組
1c‧‧‧燈組
2‧‧‧控制模組
3‧‧‧測距模組
31‧‧‧紅外線測距感測器
4‧‧‧測光模組
41‧‧‧感光元件
42‧‧‧集光元件
5‧‧‧設定模組
A1‧‧‧光照區域
DC‧‧‧配光曲線資料
IA‧‧‧調光參考資訊
Is‧‧‧補償參考資訊
O‧‧‧參考被照對象
RLux‧‧‧照度域
第1圖係顯示根據本發明的實施例的一基於照度設定之照明系統的方塊圖； 第2圖係顯示根據本發明的實施例的一基於照度設定之照明方法的流程圖； 第3圖係顯示配光曲線資料的示意圖； 第4a至4c圖係顯示根據本發明的實施例的基於照度設定之照明系統的示意圖； 第5圖係顯示多個燈組之光照區域的示意圖。
100‧‧‧照明系統
1‧‧‧燈組
2‧‧‧控制模組
3‧‧‧測距模組
4‧‧‧測光模組
5‧‧‧設定模組
DC‧‧‧配光曲線資料
IA‧‧‧調光參考資訊
IS‧‧‧補償參考資訊
RLux‧‧‧照度域

Claims (14)

  1. 一種基於照度設定之照明系統，係用於對至少一個燈組依據一設定之照度域進行調光，該照明系統包含：該燈組；一控制模組，具有一預設之配光曲線資料，該配光曲線資料係為相關於該燈組的一光照分佈方向與一光照距離的一光度分佈資料；一測距模組，經設置而對應量測該燈組在一預定之光照分佈方向上對一參考被照對象之一光照距離，而得到一調光參考資訊；以及一測光模組，經設置而對應感測該燈組周邊之環境光變化，而得到一補償參考資訊，該補償參考資訊包括一環境光變化的資訊，且該環境光變化的資訊係不含該燈組光輸出；其中基於該配光曲線資料，該控制模組依據該設定之照度域而對應於該調光參考資訊與該補償參考資訊對該燈組予以照度調節。
  2. 如請求項1所述之基於照度設定之照明系統，其中該測光模組包括一光感測器，經設置而對應感測該燈組之一非光照分佈方向之環境光變化。
  3. 如請求項1所述之基於照度設定之照明系統，其中該測光模組包括複數個光感測器，經設置而對應感測多數個方向之環境光變化，該多數個方向包括一非光照分佈方向以及一光照分佈方向。
  4. 如請求項1所述之基於照度設定之照明系統，更包括一設定模組，耦接該控制模組，供一使用者設定該照度域。
  5. 如請求項4所述之基於照度設定之照明系統，其中該設定模組包括一電源開關，通過一交流供電電路耦接該控制模組。
  6. 如請求項1所述之基於照度設定之照明系統，其中該測光模組包括一感光元件及一與該感光元件對應配置的集光元件，該感光元件透過該集光元件而對應感測該燈組周邊之環境光變化。
  7. 一種基於照度設定之照明方法，係用於對至少一個燈組依據一設定之照度域進行調光，該照明方法包含下列步驟：(a)建置一配光曲線資料，該配光曲線資料係為相關於該燈組的一光照分佈方向與一光照距離的一光度分佈資料；(b)量測該燈組在一預定之光照分佈方向上對一參考被照對象之一光照距離，而得到一調光參考資訊，並且感測該燈組周邊之環境光變化，而得到一補償參考資訊，該補償參考資訊包括一環境光變化的資訊，且該環境光變化的資訊係不含該燈組光輸出；以及(c)基於該配光曲線資料，依據該設定之照度域而對應於該調光參考資訊與該補償參考資訊對該燈組予以照度調節。
  8. 如請求項7所述之基於照度設定之照明方法，其中步驟(b)中，係為在一預定之極短時間感測該燈組周邊之環境光變化，且該燈組在該極短時間為熄燈並在感測後予以亮燈。
  9. 如請求項7所述之基於照度設定之照明方法，其中步驟(c)中，係在該設定之照度域、該調光參考資訊、及該補償參考資訊中的一個或多個產生變動或變動超出一預定之變動範圍時，對該燈組予以補償照度調節。
  10. 如請求項7所述之基於照度設定之照明方法，其中步驟(c)中，係根據該設定之照度域、該調光參考資訊、及該補償參考資訊中的一個或多個的變動之幅度而依比例漸進地對該燈組予以照度調節。
  11. 如請求項7所述之基於照度設定之照明方法，更包括：設定該照度域。
  12. 如請求項7所述之基於照度設定之照明方法，其中步驟(b)交流供電電路之相同的交流電源週期為同步之基礎，而同步進行。
  13. 如請求項11所述之基於照度設定之照明方法，其中設定該照度域之步驟，係以同一個交流供電電路之相同的交流電源週期為同步之基礎，而控制該所有的燈組為同步執行。
  14. 如請求項7所述之基於照度設定之照明方法，其中步驟(b)中，該環境光包括該選定的燈組以外燈組為亮燈情況下的環境光，以及步驟(c)中，該照度調節係為對選定的燈組進行，該選定的燈組係為亮燈情況下的環境光的照度未在該設定之照度域內的對應燈組。
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