TWI667942B - 智慧照明之照度感測方法 - Google Patents

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Abstract

一種智慧照明之照度感測方法，其包括有：一立體空間等分有四個主要區域，該四個主要區域之間皆互相重疊形成有四相鄰區域，又該四個主要區域內皆設置有一環境光傳感器，且該環境光傳感器皆以斜向角度測得所對應之主要區域的一主要空間照度值，一控制器連接該環境光傳感器且讀取該主要空間照度值，將相鄰兩該主要區域之主要空間照度值相加取平均後乘上直接照度影響比例值，再加上間接照度影響比例值計算出該相鄰區域的一相鄰空間照度值，藉此獲得四個該主要空間照度值與四個該相鄰空間照度值。

Description

智慧照明之照度感測方法
本發明係有關於一種照度感測方法，尤指一種能兼具低建置成本與高感測照度精準度的智慧照明之照度感測方法。
按，照度的高低是視力的基本條件，但並非意味著照度愈高，就對視力愈有利，當照度增加時雖然視力也增加，但照度高到某種程度時視力就會停止增進，而低於某一限度時視力會呈緩慢減退，長期下來將會傷害眼部的肌肉而導致眼睛近視，因此在教室學習、會議室或辦公室的環境中為達視力的保健，要求合宜的照度是非常重要的，例如CNS之辦公室及教室照度標準為500lux，而要知道照度是否適宜，就需對照度加以量測，習知之量測方式常見有兩種：1、平均照度量測法：在一空間內設置有複數個感測器，且該感測器配合可量測的範圍同時感測多個光源，再將全部感測器的數值進行平均計算，藉此求得該空間的平均照度，並依據該平均照度進行全部光源的統一調整，該方法的量測精準度低，且該光源的統一調整亦能容易造成部分區域的照度過高或過暗，其調光效果明顯不足；2、獨立照度量測法：在一空間內的每個光源處裝設有垂直向下量測的感測器，藉此單獨測得每個光源位置的照度，並對每個光源進行調光以符合所需的照度，該方法的測量精準度雖高，但其大量的感測器會大幅的提高其建置成本，且該感測與控制上的程式運算亦會相對複雜，使其疊積偏差值與出錯率皆難以控制，更存在裝設大量感測器的不美觀缺點，使該智 慧照明難以推廣，如上所述皆為本創作所欲改善之技術問題點。
有鑑於此，本發明人於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。
本發明所欲解決之技術問題在於針對現有技術存在的上述缺失，提供一種智慧照明之照度感測方法。
一立體空間等分有四個主要區域(P1、P2、P3、P4)，該四個主要區域之間皆互相重疊形成有四相鄰區域(S1、S2、S3、S4)，又該四個主要區域內皆設置有一環境光傳感器，且該環境光傳感器皆以斜向角度測得所對應之主要區域的一主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)，一控制器連接該環境光傳感器且讀取該主要空間照度值，將相鄰兩該主要區域之主要空間照度值相加取平均後乘上直接照度影響比例值(M)，再加上間接照度影響比例值(G)計算出該相鄰區域的一相鄰空間照度值(s1、s2、s3、s4)，藉此獲得四個該主要空間照度值與四個該相鄰空間照度值。
其中，四個該主要區域的相對中心位置形成有一中心區域(S5)，且該中心區域相加四個該相鄰空間照度值並取平均計算獲得一中心空間照度值(s5)。
其中，該立體空間以地板平面的方型區塊劃分該主要區域，且該環境光傳感器設置於該主要區域相對該中心區域的對角位置。
其中，該立體空間以地板平面的三角型區塊劃分該主要區域，且該環境光傳感器設置於該主要區域相對該中心區域的對邊位置。
其中，該直接照度影響比例值是依據多個光源之間的平均間距與光源垂直地板高度估算光照範圍所產生的衰減比例。
其中，該直接照度影響比例值公式定義該平均間距與該垂直高度構成有一斜邊距離，而該直接照度影響比例值等於斜邊距離分之一，又該斜邊距離是以三角函數公式計算為平均間距的平方加上垂直高度的平方後開根號。
其中，該間接照度影響比例值為多個光源、該立體空間的天花板與地板之間互相反射累積量的平均值。
其中，該間接照度影響比例值以四個該主要空間照度值相加取平均後，再乘上該立體空間的天花板與地板對該光源所形成的反射照度，該反射照度採累積法計算得知不同環境的對應數值，再平均該對應數值即為該天花板的0.65定值加上該地板的0.15定值。
其中，該控制器連接有一投影機、一投影布幕及至少一電動窗簾，該控制器能依據該主要空間照度值、該相鄰空間照度值與該中心空間照度值自動控制該電動窗簾的遮蔽位置，又於啟動該投影機與該投影布幕時，自動將鄰近該投影布幕之一個或多個光源調暗或熄滅，並控制鄰近該投影布幕之該電動窗簾同步形成全遮蔽。
其中，該控制器連接有一溫度感測器、一濕度感測器、一光感測器及至少一電動窗簾，由該溫度感測器與該濕度感測器測得該立體空間內的室溫與濕度，且以該光感測器測得室外陽光照度與照射方向，進而自動調整多個光源的照度與該電動窗簾的遮蔽位置。
本發明的第一主要目的在於，該立體空間之該四個主要區域 內皆設置有環境光傳感器，且該環境光傳感器皆以斜向角度測得所對應之主要區域的一主要空間照度值，將相鄰兩該主要區域之空間照度值相加取平均後乘上直接照度影響比例值，再加上間接照度影響比例值計算出該相鄰區域的一相鄰空間照度值，藉此獲得四個該主要空間照度值與四個該相鄰空間照度值，藉此利用該環境光感測器、直接照度影響比例值與間接照度影響比例值計算得知該立體空間內的八個照度值，即能透過最低感測數量同時調控該立體空間內的多個光源，俾以兼具低建置成本與精準感測調光之實用功效。
本發明的第二主要目的在於，四個該主要區域的相對中心位置形成有一中心區域，且該中心區域相加四個該相鄰空間照度值並取平均計算獲得一中心空間照度值，故由該控制器的公式計算就能補償直接感測的誤差，精準的求得該相鄰空間照度值與中心空間照度值，使該立體空間能透過四個該環境光傳感器準確的得知九個區域的不同照度值，藉此對每個區域的多個該光源調整不同的照度，俾以有效控制該立體空間內的平均照度。
其他目的、優點和本發明的新穎特性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。
〔本創作〕
(P1、P2、P3、P4)‧‧‧主要區域
(p1、p2、p3、p4)‧‧‧主要空間照度值
(S1、S2、S3、S4)‧‧‧相鄰區域
(s1、s2、s3、s4)‧‧‧相鄰空間照度值
(S5)‧‧‧中心區域
(s5)‧‧‧中心空間照度值
(G)‧‧‧間接照度影響比例值
(M)‧‧‧直接照度影響比例值
(H)‧‧‧光源垂直地板高度
(L1)‧‧‧平均間距
(L2)‧‧‧斜邊距離
10‧‧‧立體空間
11‧‧‧環境光傳感器
12‧‧‧光源
13‧‧‧天花板
14‧‧‧地板
20‧‧‧控制器
201‧‧‧控制介面
21‧‧‧投影機
22‧‧‧投影布幕
23‧‧‧電動窗簾
24‧‧‧溫度感測器
25‧‧‧濕度感測器
26‧‧‧光感測器
第1圖係本發明之空間區域分佈示意圖。
第2圖係本發明相鄰空間照度感測之示意圖。
第3圖係本發明相鄰空間與中央空間之照度感測示意圖。
第4圖係本發明之直接照度影響比例值之相對位置示意圖。
第5圖係本發明之控制器介面示意圖(一)。
第6圖係本發明之環境光傳感器之電路示意圖。
第7圖係本發明另一使用狀態之空間區域分佈示意圖。
第8圖係本發明又一使用狀態之空間區域分佈示意圖。
第9圖係本發明使用狀態之立體示意圖。
第10圖係本發明控制器介面示意圖(二)。
第11圖係本發明控制器介面示意圖(三)。
第12圖係本發明組合關係之方塊示意圖。
為使 貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如後：先請由第1圖連續至第5圖所示觀之，一種智慧照明之照度感測方法，其包括有：一立體空間10等分有四個主要區域(P1、P2、P3、P4)，該四個主要區域(P1、P2、P3、P4)之間皆互相重疊形成有四個相鄰區域(S1、S2、S3、S4)，又該四個主要區域(P1、P2、P3、P4)內皆設置有一環境光傳感器11，如第6圖所示為該環境光傳感器11之電路示意圖，可證明該環境光傳感器11能據以實施，但不限制以何種感光電路達成照度感測之目的，又該環境光傳感器11皆以斜向角度測得所對應之主要區域(P1、P2、P3、P4)的一主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)，而該主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)為該環境光傳感器11感測範圍內的照度平均值，該環境光傳感器11的感測範圍依據不同機型規格與該立體空間10的空間大小可自行調整設定， 即該感測範圍能設定等於或接近該主要區域(P1、P2、P3、P4)，同理該斜向角度亦視立體空間10的空間大小而定，使該環境光傳感器11的斜向角度可調整為與垂直地板夾角的45度至75度之間，一控制器20連接該環境光傳感器11且讀取該主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)，將相鄰兩該主要區域(P1、P2、P3、P4)之主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)相加取平均後乘上直接照度影響比例值(M)，再加上間接照度影響比例值(G)計算出該相鄰區域(S1、S2、S3、S4)的一相鄰空間照度值(s1、s2、s3、s4)，其公式為：s1=((p1+p2)/2)M+G
s2=((p2+p4)/2)M+G
s3=((p1+p3)/2)M+G
s4=((p3+p4)/2)M+G
藉此獲得四個該主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)與四個該相鄰空間照度值(s1、s2、s3、s4)，再者，四個該主要區域(P1、P2、P3、P4)的相對中心位置形成有一中心區域(S5)，且該中心區域(S5)相加四個該相鄰空間照度值(s1、s2、s3、s4)並取平均計算獲得一中心空間照度值(s5)其公式為：s5=(s1+s2+s3+s4)/4
藉此利用該環境光感測器11、直接照度影響比例值(M)與間接照度影響比例值(G)計算得知該立體空間10內的九個照度值，即能透過最低感測數量同時調控該立體空間10內的多個光源12，俾以兼具低建置成本與精準感測調光之實用功效，而該立體空間10的光源12數量大於四個，又該立體空間10以地板平面的方型區塊劃分該主要區域(P1、P2、P3、P4)， 且該環境光傳感器11設置於該主要區域(P1、P2、P3、P4)相對該中心區域(S5)的對角位置，再配合第7圖所示，該立體空間10亦可為長方型空間，並於該立體空間10內以不等間距設置有多個該光源12，續請參閱第8圖所示，該立體空間10以地板平面的三角型區塊劃分該主要區域(P1、P2、P3、P4)，且該環境光傳感器11設置於該主要區域(P1、P2、P3、P4)相對該中心區域(S5)的對邊位置。
再進一步說明，復請由第1圖連續至第5圖所示觀之，該直接照度影響比例值(M)是依據多個光源12之間的平均間距(L1)與光源垂直地板高度(H)估算光照範圍所產生的衰減比例，由於該光源12至地板14的距離不變時，該光源12強度如加倍則直接照明度亦加倍，二者是正比的關係，又該直接照明度與光源12至地板14的距離則成反比的關係，在光源12強度不變的情形下，光源12至地板14的距離加倍時，其照明面積會擴大為四倍，而直接照明度只有原先的四分之一，此項原則稱為平方反比定律(Law of Inverse Squares)，藉此就能估算光照範圍所產生的衰減比例，使該直接照度影響比例值(M)公式定義為該平均間距(L1)與該垂直高度(H)構成有一斜邊距離(L2)，而該直接照度影響比例值(M)等於斜邊距離(L2)分之一，又該斜邊距離(L2)是以三角函數公式計算為平均間距(L1)的平方加上垂直高度(H)的平方後開根號，即公式為：M=1/L2
L2=√(L12+H2)
該間接照度影響比例值(G)為多個光源12、該立體空間10的天花板13與地板14之間互相反射累積量的平均值，又該間接照度影響比 例值(G)以四個該主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)相加取平均後，再乘上該立體空間10的天花板13與地板14對該光源12所形成的反射照度，光源12的間接照度包含了從天花板13反射的光線、從牆面反射的光線、從地板14反射的光線以及此光線到任何一個角度相互間的反射，且該光源12射出的光線亦會部份被天花板、壁面、地面、家具等材料吸收與由窗戶射出室外，因此需要透過間接照度影響比例值(G)進行修正，而其中主要有影響的是天花板13與地板14，而其它部分的反射與吸收所造成誤差極小，可略為不計，因此該反射照度是取通用室內空間材料反射率(參考CNS規定標準照度設計)的平均值計算求得為該天花板的0.65定值加上該地板的0.15定值，藉以代入該0.8定值就能適用各種不同空間之環境，其公式為：G=((p1+p2+p3+p4)/4)0.8
該直接照度影響比例值(M)與該間接照度影響比例值(G)皆是依據相關理論與實際量測所推導得知的應變值，配合不同的光源12之間的平均間距(L1)與光源垂直地板高度(H)代入相對應的數值，藉此就能透過對立體空間10的四等分規劃，讓四個該環境光傳感器11就能精準的量測出四個該主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)，而該相鄰區域(S1、S2、S3、S4)與中心區域(S5)的位置接近該環境光傳感器11的最遠感測距離，因此照度的測量精確度將會大幅下降，而且該中心區域(S5)因為重疊最多的光源12導致相對較高的實際照度無法被該環境光傳感器11所直接感測，故配合該控制器20的公式計算就能補償直接感測的誤差，精準的求得該相鄰空間照度值(s1、s2、s3、s4)與中心空間照度值(s5)，使該立體空間10能透過四個該環境光傳感器11準確的得知九個區域的不同照度值，藉此對每個區域的多 個該光源12調整不同的照度，俾以有效控制該立體空間10內的平均照度。
本創作之實際應用情況，再請由第9、10圖配合第3圖所示觀之，該控制器20連接有一投影機21、一投影布幕22及至少一電動窗簾23，該控制器20具有一控制介面201，且該控制介面201形成可觸碰控制的各種按鈕(例如窗簾控制、投影投影布幕、投影機及智慧照明之自(手)動按鈕)與顯示各種感測數值(例如溫度、濕度、照度及耗電量等數值)，藉此能自行設定不同的照明模式與亮度，並自動執行補光與減光，藉此符合人眼標準照明，該控制器20能依據該主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)、該相鄰空間照度值(s1、s2、s3、s4)與該中心空間照度值(s5)自動控制該電動窗簾23的遮蔽位置，如陽光由兩個該主要區域(P2、P4)一側照射於該立體空間10內，該主要區域(P2、P4)的該主要空間照度值(p1、p2)將會偏高，透過該控制器20的判斷就能直接降下該側的電動窗簾23，即達到減光目的，而該電動窗簾23的遮蔽導致照度不足時，亦能控制該光源12進行補光，藉此達到智慧照明控制之使用功效，又當啟動該投影機21與該投影布幕22時，該控制器20能自動將鄰近該投影布幕22之一個或多個光源12調暗或熄滅，並控制鄰近該投影布幕22之該電動窗簾23同步形成全遮蔽，藉此達到最佳的投影效果，同理，當使用於教室或會議室時，亦能設定特定區域(白板、黑板或講台)為聚光位置，對該特定區域進行額外的補光。再請配合第11、12圖所示，該控制器20連接有一溫度感測器24、一濕度感測器25、一光感測器26，由該溫度感測器24與該濕度感測器25測得該立體空間10內的室溫與濕度，且以該光感測器26測得室外陽光照度與照射方向，進而自動調整多個光源12的照度與該電動窗簾23的遮蔽位置，亦能配合設定白天照 明模式與夜間照明模式，讓智慧照明結合了精準的照度感測與專業數據分析出最適合人眼光需求所制定的情境，完全對健康、學習與辦公成效量身打造。
綜上所述，本發明確實已達突破性之結構設計，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上之利用性與進步性，且本發明未見於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法相關法條之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。
唯以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (10)

  1. 一種智慧照明之照度感測方法，其包括有：一立體空間，該立體空間等分有四個主要區域(P1、P2、P3、P4)，該四個主要區域之間皆互相重疊形成有四相鄰區域(S1、S2、S3、S4)，又該四個主要區域內皆設置有一環境光傳感器，且該環境光傳感器皆以斜向角度測得所對應之主要區域的一主要空間照度值(p1、p2、p3、p4)；以及一控制器，該控制器連接該環境光傳感器且讀取該主要空間照度值，將相鄰兩該主要區域之主要空間照度值相加取平均後乘上一直接照度影響比例值(M)，再加上一間接照度影響比例值(G)計算出該相鄰區域的一相鄰空間照度值(s1、s2、s3、s4)，藉此獲得四個該主要空間照度值與四個該相鄰空間照度值。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，四個該主要區域的相對中心位置形成有一中心區域(S5)，且該中心區域相加四個該相鄰空間照度值並取平均計算獲得一中心空間照度值(s5)。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該立體空間以地板平面的方型區塊劃分該主要區域，且該環境光傳感器設置於該主要區域相對該中心區域的對角位置。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該立體空間以地板平面的三角型區塊劃分該主要區域，且該環境光傳感器設置於該主要區域相對該中心區域的對邊位置。
  5. 根據申請專利範圍第2項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該直接照度影響比例值是依據多個光源之間的平均間距與光源垂直地板高度估算光照範圍所產生的衰減比例。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該直接照度影響比例值公式定義該平均間距與該垂直高度構成有一斜邊距離，而該直接照度影響比例值等於斜邊距離分之一，又該斜邊距離是以三角函數公式計算為平均間距的平方加上垂直高度的平方後開根號。
  7. 根據申請專利範圍第2項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該間接照度影響比例值為多個光源、該立體空間的天花板與地板之間互相反射累積量的平均值。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該間接照度影響比例值以四個該主要空間照度值相加取平均後，再乘上該立體空間的天花板與地板對該光源所形成的反射照度，該反射照度採累積法計算得知不同環境的對應數值，再平均該對應數值即為該天花板的0.65定值加上該地板的0.15定值。
  9. 根據申請專利範圍第2項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該控制器連接有一投影機、一投影布幕及至少一電動窗簾，該控制器能依據該主要空間照度值、該相鄰空間照度值與該中心空間照度值自動控制該電動窗簾的遮蔽位置，又於啟動該投影機與該投影布幕時，自動將鄰近該投影布幕之一個或多個光源調暗或熄滅，並控制鄰近該投影布幕之該電動窗簾同步形成全遮蔽。
  10. 根據申請專利範圍第2項所述之智慧照明之照度感測方法，其中，該控制器連接有一溫度感測器、一濕度感測器、一光感測器及至少一電動窗簾，由該溫度感測器與該濕度感測器測得該立體空間內的室溫與濕度，且以該光感測器測得室外陽光照度與照射方向，進而自動調整多個光源的照度與該電動窗簾的遮蔽位置。
TW107114036A 2018-04-25 2018-04-25 智慧照明之照度感測方法 TWI667942B (zh)

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