ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ДАТЧИКОМ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ДОРОГИ
LUMINAIRE FOR ROAD ILLUMINATION WITH SENSOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к осветительному устройству для освещения дороги, причем упомянутое осветительное устройство содержит корпус, содержащий источник света, оснащенный оптикой, при этом осветительное устройство дополнительно содержит блок датчиков, выполненный с возможностью измерять оптические характеристики окрестности осветительного устройства и вычислительный блок, выполненный с возможностью вычислять параметры для управления световыходом осветительного устройства на основе оптических характеристик, измеренных блоком датчиков. Изобретение также относится к системе осветительных устройств для освещения дороги, причем каждое осветительное устройство содержит корпус, содержащий источник света с соответствующей оптикой и блок связи для взаимной передачи данных, который используется для световыхода осветительных устройств, а также измерительный элемент, содержащий блок датчиков, подходящий для использования в осветительном устройстве. Осветительное устройство описанного типа может быть использовано в качестве отдельного компонента наружного дорожного освещения или использовано в сочетании с опорой. В последнем случае блок датчиков и/или вычислительный блок может быть расположен на опоре, а не в корпусе осветительного устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Осветительное устройство так же, как и система осветительных устройств типов, описанных в первом абзаце, как таковые известны. Например, заявка на патент с номером публикации WO 2012/159633 схематически показывает на своем фиг. 1 интеллектуальную лампу для наружного применения, содержащую блок датчиков, вычислительный блок, блок связи и корпус лампы с источником света и связанной с ними оптикой. Таблица 1 этой публикации патента подробно описывает ряд различных типов погоды и/или дорожных условий, измеренных датчиком, и образцы работы лампы на основе этих типов погоды.
Упомянутая публикация патента, однако, имеет очевидную проблему, заключающуюся в том, что в ней не раскрыт четкий технический замысел того, как различные типы погоды и/или дорожные условия могут быть различимы датчиком.
Задачей настоящего изобретения является преодоление или, по меньшей мере, уменьшение технической проблемы, присутствующей в известных осветительных устройствах (системах осветительных устройств). В частности, изобретение направлено на обеспечение предпочтительно простого способа измерения информации, связанной с дорогой и/или с погодой, на основании которой осветительное устройство может регулировать свой световыход для того, чтобы освещать дорогу оптимальным образом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эти и другие возможные цели настоящего изобретения достигаются за счет осветительного устройства для освещения дороги, причем данное осветительное устройство содержит корпус, содержащий источник света, оснащенный оптикой, причем осветительное устройство дополнительно содержит блок датчиков, выполненный с возможностью определения оптических характеристик отражающей опорной поверхности или дорожного покрытия в окрестности осветительного устройства посредством измерения световых характеристик света, отраженного указанной отражающей опорной поверхностью или дорожным покрытием, и вычислительный блок, выполненный с возможностью вычислять параметры для управления световыходом осветительного устройства на основе оптических характеристик, измеренных блоком датчиков, в котором оптические характеристики содержат по меньшей мере зеркальное и рассеянное отражение.
Изобретение основано на идее, возникшей у изобретателей, что измерение характеристик зеркального и рассеянного отражения в окрестности осветительного устройства обеспечивает необходимую информацию о типе погоды вокруг осветительного устройства или о дорожных условиях вблизи от осветительного устройства. Указанная окрестность, отражательные характеристики которой измеряются, относится к дороге и может быть поверхностью самой дороги или, например, опорной поверхностью, близкой к осветительному устройству и/или дороге. Указанная опорная поверхность может быть стандартизированной опорной поверхностью, но, предпочтительно, имеет отражающие характеристики, которые являются репрезентативными для дорожного покрытия и еще более предпочтительно имеет ту же ориентацию или наклон, как и дорожное покрытие. Даже более предпочтительно, указанная опорная поверхность подвергается тем же атмосферным условиям, окружающей среде, как и дорожное покрытие. Оптические характеристики, которые могут быть измерены и использованы для управления световыходом осветительного устройства, могут содержать характеристики света, такие как:
- степень зеркального и рассеянного отражения;
- отношение интенсивностей рассеянного и зеркального измеренного отраженного света;
- отношение интенсивности отраженного света и интенсивности света, выдаваемого источником света;
- образец и поляризация отраженного света, например поляризованный, узкий пучок с острыми контурами отраженного света на мокрой или обледенелой поверхности по сравнению с менее поляризованным несколько менее узким пучком, отраженным от сухого дорожного покрытия, по сравнению с очень рассеянным, неполяризованным пучком света практически без контуров с (возможно) некоторыми теневыми эффектами, отраженным заснеженной поверхностью;
- цвет отраженного света, который существенно отличается для света после его отражения заснеженным дорожным покрытием или сухим дорожным покрытием.
Эти измеренные характеристики измеренного света относятся к окружающим обстоятельствам и связаны главным образом с оптимальными условиями освещения. Эти связанные данные хранятся в базе данных и используется в качестве опоры для сравнения с фактическими измеренными оптическими характеристиками и затем устанавливаются связанные оптимальные условия освещения. Для измерения этих характеристик, как правило, используются фотодатчик, датчик поляризации и/или датчик изображения.
Указанная предоставленная информация, таким образом, может быть использована для регулировки световыхода источника света/осветительного устройства, так, что освещение дороги может поддерживаться постоянным при различных погодных и/или дорожных условиях. Поддерживание постоянной освещенности появляется, чтобы улучшить безопасность участников дорожного движения, которые не сталкиваются с сильно изменяющимися интенсивностями света на дороге. Это особенно относится к водителям автомобилей, грузовиков и других моторизованных транспортных средств, которые особенно чувствительны к изменениям в освещенности дороги.
В принципе, одного датчика достаточно, чтобы определить обе упомянутые зеркальные и рассеянные отражательные характеристики. Такой датчик должен быть приспособлен измерять эти отражательные характеристики под двумя углами, один из них, по существу, является углом зеркального отражения; на основании которого могут быть выведены измерения зеркального и рассеянного компонентов. Если используются два или более датчиков могут быть получены более точные значения. Такие два или более датчиков могут быть расположены в одном осветительном устройстве или в различных осветительных устройствах. Преимущество осветительного устройства согласно изобретению в том, что для установки условий освещения дороги измеряются оптические характеристики самого дорожного покрытия, в отличие от известной системы, в которой условия освещения основаны на параметрах, которые влияют на оптические характеристики дорожного покрытия, т.е. на косвенных параметрах, таких как атмосферные условия, такие как осадки, условия внешней освещенности (время суток), влажность и т.д.
Изобретатели также обнаружили, что количество зеркального и рассеянного отражения может быть легко измерено блоком датчиков и что соотношение между обоими типами отражения может быть рассчитано с помощью вычислительного блока. Могут быть заданы различные соотношения для различных типов погодных и/или дорожных условий. Таким образом, с помощью этих измерений может быть определено, имеет ли дорога сухое, влажное или заснеженное покрытие. Для оптимизации, калибровочные измерения могут предшествовать фактическим измерениям. На основании этих измерений и расчетов могут быть определены параметры для регулирования световыхода, и применены для адаптации световыхода осветительного устройства. Следует подчеркнуть, что световыход осветительного устройства/источника света может быть адаптирован изменением направления, ширины или профиля (= распределение интенсивности света) светового пучка, испускаемого источником света, а также интенсивности световыхода. При особых условиях спектр (например, цвет или цветовая температура) и/или поляризация света, испускаемого осветительным устройством/источником света могут быть также изменены. Измеренный свет может содержать свет, происходящий из самого осветительного устройства и свет, окружающий осветительное устройство.
Интересный вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением имеет такую особенность, что световыход осветительного устройства непрерывно адаптируется на основе измерений вычислительного блока. Это означает, что постепенно выполняются изменения световыхода осветительного устройства. Такое непрерывное изменение световыхода может следовать за непрерывным изменением дорожных условий, например при высыхании мокрой дороги. Следовательно, постоянно обеспечивается оптимальный световыход. Это измерение дополнительно гарантирует, что не будет происходить резких изменений в световыходе. Такие резкие изменения световыхода нежелательны с точки зрения безопасности дорожного движения, особенно для водителей моторизованных транспортных средств.
Другой интересный вариант осуществления изобретенного осветительного устройства показывает такую особенную характеристику, что блок датчиков работает с элементом излучателя. Наличие элемента излучателя, который работает вместе с сенсорным элементом в блоке датчиков, может повысить точность измеренных компонентов зеркального и рассеянного отражения полного отражения. Это может привести к оптимизации в регулировании световыхода осветительного устройства или даже системы осветительных устройств, которая включает осветительное устройство, соответствующее настоящему варианту осуществления. С помощью элемента излучателя полное отражение поверхности дороги, а также двух его компонентов (зеркального и рассеянного отражения) может быть измерено с большей точностью благодаря улучшению отношения сигнал-шум. Такой элемент излучателя предпочтительно представляет собой лазерный излучатель. Излучатель может быть встроен в блок датчиков или другой элемент осветительного устройства.
Еще один вариант осуществления изобретенного осветительного устройства характеризуется тем, что источник света и оптика взаимно перемещаются. На основании параметров, рассчитанных вычислительным блоком, может иметь место механическое приспособление источника света или оптики, связанных с источником света. Таким образом, либо оптика смещается по отношению к источнику света и корпуса осветительного устройства или источник света смещается относительно оптики и корпуса осветительного устройства. В этих двух примерах корпус осветительного устройства и один источник света и оптика остается неизменным в их взаимном положении. Ширина пучка или профиль пучка света, генерируемого источником света и фокусируемого оптикой, изменяется таким типом смещения.
Еще один вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением характеризуется тем, что оптика содержит несколько оптических элементов, которые могут быть расположены индивидуально напротив источника света посредством вращательного движения. В варианте осуществления в соответствии с этой конструкцией две или более различные оптики могут вращаться перед излучающей областью источника света, который может быть прикреплен в фиксированном положении осветительного устройства. Наличие различной оптики может вызывать различные значения ширины пучка или профилей пучка, испускаемого от осветительного устройства. Указанные различные значения ширины пучка могут соответствовать различным погодным условиям и/или дорожным условиям, которые измерены блоком датчиков, таким как заснеженные, ледяные, сухие или мокрые дорожные условия. Указанное вращение оптики может быть осуществлено колесом редуктора привода двигателя, причем указанный двигатель направляется результатами вычислительного блока.
Также интересным является вариант осуществления осветительного устройства, имеющего такую особенность, что корпус содержит по меньшей мере два источника света со связанной с ними оптикой, причем источники света могут снабжаться мощностью индивидуально во время работы осветительного устройства. Осветительное устройство в соответствии с этой конструкцией имеет то преимущество, что интенсивность световыхода, а также форма пучка, испускаемого от осветительного устройства, может изменяться независимо и непрерывно.
Большой интерес также представляет вариант осуществления изобретенного осветительного устройства, который имеет такую особенность, что в нем каждый из источников света содержит по меньшей мере один светодиод. Использование светодиодов в наружных осветительных устройствах обеспечивает различные преимущества. Во-первых, расходы на содержание осветительных устройств являются довольно низкими из-за относительно низкого энергопотребления светодиодов и их крайне длительного срока службы. Кроме того, интенсивность света светодиодов может быть приспособлена довольно просто по сравнению с другими типами источников света, такими как лампы на парах натрия или люминесцентные лампы. Интенсивность световыхода светодиодов может быть приспособлена путем изменения общего протекания тока через светодиоды или с помощью простых схем широтно-импульсной модуляции, которые широкодоступны специалистам в данной технической области.
Другой вариант осуществления изобретенного осветительного устройства показывает такую особенность, что осветительное устройство дополнительно содержит блок управления с памятью для хранения значений по умолчанию характеристик зеркального и рассеянного отражения и элемент сравнения для сравнения сохраненных и измеренных характеристик. Заданные по умолчанию коэффициенты отражения зеркального и рассеянного отражения могут быть сохранены в памяти такого блока управления, каковые коэффициенты отражения представляют собой конкретные погодные и/или дорожные условия. Указанные значения по умолчанию могут представлять собой калибровочные значения, которые измеряются после установки осветительных устройств при разных типах погоды и/или дорожных условий. Во время работы спроектированного таким образом осветительного устройства блок датчика может измерять оптические характеристики света, окружающего осветительное устройство, характеристики которого используются для расчета коэффициента отражения указанного света. Это отношение сравнивается с коэффициентами по умолчанию, хранящимися в памяти блока управления. Выбирается лучшее подобранное соотношение, и связанные с ним параметры используются для управления световыходом осветительного устройства.
Еще один вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением имеет такую особенность, что осветительное устройство дополнительно содержит второй датчик, выполненный с возможностью измерения атмосферных осадков. С таким дополнительным датчиком может быть измерена величина плотности дождя, тумана или града в течение периодов, в которых такие атмосферные осадки происходят. Измеренные значения могут быть использованы вместе с измеренными значениями отраженного света, полученными с блока датчиков для определения более полной картины освещенности дороги. Таким образом, эта комбинированная информация может улучшить возможности для поддержания указанной освещенности дороги постоянной.
Очень интересный вариант осуществления изобретенного осветительного устройства имеет такую особенность, что осветительное устройство дополнительно содержит блок связи для обмена данными с другими осветительными устройствами. Таким образом, данные, измеренные с помощью блока датчиков, присутствующего в этом осветительном устройстве, могут совместно использоваться другими осветительными устройствами, которые расположены на относительно коротком расстоянии от осветительного устройства этой конструкции. Световыход других осветительных устройств, следовательно, может управляться с помощью данных, измеренных осветительным устройством, имеющим блок связи. Следовательно, в другом осветительном устройстве может отсутствовать блок датчиков и вычислительный блок. Когда все светильники имеют датчики, связь между осветительными устройствами уменьшает возможность ошибок и тем самым делает систему более устойчивой.
Изобретение также относится к системе осветительных устройств для освещения дороги, при этом каждое осветительное устройство содержит корпус, содержащий источник света с соответствующей оптикой и блок связи для взаимно передаваемых данных, которые используются для световыхода осветительных устройств, при этом система содержит по меньшей мере одно осветительное устройство с блоком датчиков и вычислительным блоком, как описано выше.
Изобретение также относится к измерительному элементу, содержащему блок датчиков, подходящий для использования в осветительном устройстве, как описано выше. Блок датчиков этого измерительного элемента выполнен с возможностью измерять характеристики зеркального и рассеянного отражения окрестности измерительного элемента, и вычислительный блок выполнен с возможностью вычислять параметры для управления световыходом осветительного устройства на основе оптических характеристик, измеряемых блоком датчиков. Измерительный элемент предпочтительно содержит блок управления с памятью для хранения значений по умолчанию характеристик зеркального и рассеянного отражения и элемент сравнения для сравнения сохраненных и измеренных характеристик. Такой измерительный блок может быть установлен в корпусе или на опоре осветительного устройства или на определенном расстоянии от осветительного устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены на основе вариантов осуществления, описанных ниже.
На чертежах:
Фиг. 1 показывает схематический вид осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг. 2 - зеркальные и рассеянные отражения, измеряемые осветительным устройством в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг. 3 показывает поперечное сечение части корпуса осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением, и
Фиг. 4 показывает поперечное сечение части корпуса другого осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Следует подчеркнуть, что чертежи являются схематичными и выполнены не в масштабе. На разных чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 схематически показывает осветительное устройство 1 в соответствии с настоящим изобретением для освещения дороги 2. Осветительное устройство 1 содержит корпус 3, который соединен с опорой 4. Корпус 3 содержит источник 5 света (не показан), выполненный в виде множества светодиодов, которые снабжены оптикой 6 (не показана). Детали источника 5 света и оптики 6 изображены на фиг. 3 и 4.
Осветительное устройство 1 также содержит блок 7 датчиков, который выполнен с возможностью измерять оптические характеристики окрестности осветительного устройства и вычислительный блок 8 (не показан), выполненный с возможностью вычислять параметры для управления световыходом осветительного устройства на основе оптических характеристик, измеренных блоком 7 датчиков. При текущих погодных и/или дорожных условиях измеряются отражения от дороги 2. Блок 7 датчиков выполнен с возможностью измерять зеркальное отражение 9 и рассеянное отражение 10 окрестности осветительного устройства 1 под по меньшей мере двумя различными углами, один из них, по существу, является углом зеркального отражения. В настоящей ситуации блок датчиков располагается в корпусе 3, но в качестве альтернативы может быть расположен на опоре 4.
Осветительное устройство 1 также снабжено элементом 11 излучателя, выполненным в виде лазерного излучателя, который расположен на опоре 4 осветительного устройства. Во время работы осветительного устройства, лазерный свет, испускаемый элементом 11 лазерного излучателя, отражается дорогой 2. Часть испускаемого лазерного света отражается дорогой в направлении блока 7 датчиков. Из измерений, выполненных блоком 7 датчиков, выводятся оба вклада от зеркального отражения 9 и рассеянного отражения 10, и соотношение обоих вкладов определяется вычислительным блоком 8 (не показан). Это соотношение используется для адаптации световыхода осветительного устройства 1.
Фиг. 2 показывает схематически отражение определенной дороги, основанное на трех дорожных условиях, связанных с различными типами погоды. Схематически показаны оба вклада - рассеянное отражение 10 и зеркальное отражение 9. Эта фиг. показывает, что соотношение зеркальное/рассеянное возрастает, когда измеряется соответственно сухая дорога (фиг. 2-А), мокрая дорога (фиг. 2-Б) и заснеженная дорога (фиг. 2-С). Эти различия в соотношении зеркального отражения 9 и рассеянного отражения 10 позволяют идентифицировать состояние дороги. Вклады обоих типов отражений для стандартных условий, таких как сухость, сырость, дождливость, туманность и заснеженность, могут отличаться из-за дороги. Следовательно, калибровка стандартных условий является предпочтительной. Таким образом, указанные вклады обоих отражений измеряются после того, как осветительное устройство или система осветительных устройств устанавливается. Измеренные значения в дальнейшем сохраняются качестве значений по умолчанию в памяти блока управления. Измеренные значения затем сравниваются с этими сохраненными значениями по умолчанию для того, чтобы определить тип погоды и/или состояние дороги и адаптировать затем световыход осветительного устройства (системы осветительных устройств).
Описанное осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет непрерывную адаптацию своего световыхода. Это дает явные преимущества при изменении дорожных условий. Когда дорога 2 сухая, блок 7 датчиков может измерять определенное значение А интенсивности рассеянного отражения 10. Профиль пучка Idry, испускаемый источником 5 света и оптикой 6, является оптимальным для сухой дороги 2. Когда дорога 2 становится сырой, интенсивность рассеянного отражения 10 уменьшается, а интенсивность зеркального отражения 9 увеличивается. Когда дорога 2 совершенно мокрая, интенсивность рассеянного отражения 9 - это B. Профиль пучка, формируемый источником 5 света в сочетании с оптикой 6 - Iwet, делается оптимальным для мокрой дороги 2. Значения А и В могут быть либо откалиброваны в момент установки осветительного устройства (системы осветительных устройств) 1 или вместо значений, полученных при калибровке, могут быть использованы некоторые типичные значения по умолчанию. Как только дорога 2 высыхает или становится сырой, блок 7 датчиков непрерывно следует изменению интенсивности рассеянного отражения 10, измеряя значения R между В и А. Осветительное устройство обеспечивает пучки для сухости и влажности в тех же пропорциях, что и общий профиль пучка - I=Idry*(R-B)/(A-B)+Iwet*(AP)/(A-B).
Фиг. 3 и 4 изображают два способа адаптации световыхода осветительного устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 3 показывает схематически и в поперечном сечении корпус 3 осветительного устройства 1. Указанный корпус 3 содержит единый источник 5 света, который содержит множество светодиодов высокой мощности (не показаны подробно). Оптика 6 содержит три различной формы линзы 12, 13 и 14. Оптика 6 расположена в корпусе 3 так, что она может вращаться вокруг источника 5 света, так что три линзы 12, 13 и 14 могут быть расположены напротив источника 5 света.
Световыход осветительного устройства 1, согласно этому варианту осуществления изобретения, может быть изменен двумя способами. Во-первых, может быть отрегулирована интенсивность светодиодов. Такое регулирование возможно в непрерывном режиме путем изменения потока электрического тока через светодиоды или снабжения светодиодов энергией методами широтно-импульсной модуляции. Во-вторых, ширина или форма пучка, испускаемого осветительным устройством, может быть отрегулирована путем замены линзы 12, 13 или 14, которая расположена напротив светодиодов на другую из этих трех линз. Такая регулировка возможна только в непрерывном режиме. Такая адаптация световыхода может быть необходима, так как изменение в типе погоды или состоянии дороги, измеренное блоком 3 датчиков, основано на изменении соотношения между зеркальным и рассеянным отражением.
Фиг. 4 показывает схематично и в поперечном сечении альтернативную структуру, содержащую корпус 3 осветительного устройства 1. Корпус 3 содержит два источника 5 света, оба из которых содержат множество светодиодов 15 и 16 высокой мощности (только три показаны). Напротив каждого источника 15 и 16 света расположена оптика 6 в виде линз 17, 18 соответственно. Эти линзы различной формы и, следовательно, приводят к образованию различных форм пучка. Во время работы осветительного устройства оба источника 15 и 16 света могут снабжаться мощностью, в результате чего световыход осветительного устройства может быть образован из смеси или наложением индивидуальных пучков, сформированных обоими источниками 15 и 16 света. Настоящий вариант осуществления имеет то преимущество, что никакие механически подвижные части не присутствуют в корпусе.
Световыход осветительного устройства 1 согласно этому варианту осуществления изобретения может быть изменен двумя способами. Во-первых, может быть отрегулирована интенсивность светодиодов в обоих источниках 15 и 16 света. Такая регулировка возможна в непрерывном режиме путем изменения потока электрического тока через светодиоды или снабжение энергией светодиодов конкретными методами широтно-импульсной модуляции. Во-вторых, ширина или форма пучка, испускаемого осветительным устройством, может быть отрегулирована путем изменения интенсивностей света отдельных источников 15 или 16 света, в результате чего общий световыход осветительного устройства 1 может оставаться постоянным. Это может быть достигнуто путем увеличения интенсивности света одного источника 15 света и в то же время уменьшения интенсивности света другого источника 16 света. В результате ширина пучка или форма пучка осветительного устройства 1 изменяются. Такая регулировка возможна в непрерывном режиме. Такая адаптация световыхода может быть необходима, так как изменение в типе погоды или состояния дороги, измеренное блоком 3 датчиков, основано на изменении соотношения между зеркальным и рассеянным отражением.
В то время как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные и примерные, а не ограничительные. Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие варианты для раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы и форма единственного числа не исключает множества. Тот факт, что определенные меры перечислены во взаимно различных пунктах формулы изобретения не означает, что сочетание этих мер не может быть использовано для преимущества. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем этой формулы изобретения.