具有传感器的用于道路照明的照明器的制作方法

本发明涉及一种用于道路照明的照明器，所述照明器包括外壳，该外壳包含提供有光学器件的光源，该照明器进一步包括被适配成测量照明器周围的光学性质的传感器单元以及被适配成基于传感器单元所测量的光学性质来计算用于控制照明器的光输出的参数的计算单元。本发明还涉及一种用于道路照明的照明器系统，每个照明器包括包含具有相关光学器件的光源的外壳和用于相互传送用于照明器的光输出的数据的通信单元，以及涉及一种测量元件，其包括适合于在照明器中使用的传感器单元。所描述类型的照明器可以用作单独的室外道路光照组件或者与杆结合地使用。在后一情形下，可以将传感器单元和/或计算单元放置在杆中而不是照明器外壳中。

背景技术：

开头段落中所描述类型的照明器以及照明器系统已知为如此。例如，具有公开号wo2012/159633的专利申请在其图1中示意性地示出一种用于室外应用的智能灯，其包括传感器单元、计算单元、通信单元以及具有光源和相关光学器件的灯外壳。该专利出版物的表1详细描述了由传感器测量的数种不同天气类型和/或道路条件以及基于这些天气类型的灯的操作模式。

然而所提到的专利出版物具有明显的问题，因为其没有公开各种天气类型和/或道路条件可以如何由传感器区分的明显技术教导。

本发明的目的是克服或者至少减少已知照明器（系统）中存在的技术问题。更特别地，本发明旨在提供一种测量道路相关和/或天气相关的信息的（优选地简单）方式，基于所述道路相关和/或天气相关的信息，照明器可以调整其光输出以便以最优方式照明道路。

技术实现要素：

利用一种用于道路照明的照明器实现本发明的这些和可能的其它目的，所述照明器包括包含提供有光学器件的光源的外壳，该照明器进一步包括被适配成通过测量照明器周围的反射参考表面或道路表面所反射的光的光性质来确定所述反射参考表面或道路表面的光学性质的传感器单元以及被适配成基于传感器单元所测量的光学性质来计算用于控制照明器的光输出的参数的计算单元，其中光学性质至少包括镜面反射和漫反射。

本发明基于发明人所获取的以下见识：测量照明器周围的镜面反射和漫反射性质提供了关于照明器附近的天气类型或者照明器周边的道路条件的必要信息。其反射性质被测量的所述周围涉及道路并且可以是道路本身的表面，或者例如是靠近照明器和/或道路的参考表面。所述参考表面可以是标准化参考表面，但是优选地具有代表道路表面的反射性质并且进一步优选地具有与道路表面相同的取向或倾斜。甚至进一步优选地，所述参考表面暴露于与道路表面相同的大气、外界条件。可以被测量并且用于控制照明器的光输出的光学性质可以包括光性质，诸如：

–镜面反射和漫反射的程度；

–测量的漫反射和镜面反射光强度的比率；

–反射光强度和如由光源所输出的光强度的比率；

–反射光的模式和偏振，例如在湿润或结冰表面上具有锐利的反射光轮廓的偏振化窄射束，相对于如由干燥道路表面所反射的较少偏振化的稍微较窄的射束，相对于本质上没有具有（可能地）如由有雪表面所反射的一些阴影效果的轮廓的非常发散、非偏振化的光射束；

–对于由有雪道路表面或干燥道路表面反射之后的光显著不同的反射光的颜色。

这些光测量性质被测量，与外界条件有关，并且与本质上最优的照明条件相关联。这些相关联的数据存储在数据库中并且用作用于与实际测量的光学性质相比较的参考，并且随后设定相关联的最优照明条件。为了测量这些性质，通常使用光传感器、偏振传感器和/或图像传感器。

所述提供的信息因此可以用来调整光源/照明器的光输出，使得道路的亮度在不同天气和/或道路条件下可以维持相当恒定。保持亮度恒定看起来改进了道路使用者的安全性，该使用者在道路上并不面临强烈可变的光强度。这尤其适用于轿车、卡车和其它机动车辆的驾驶员，他们对于道路亮度的变化尤其敏感。

原则上，一个传感器足以确定所提到的镜面反射和漫反射性质两者。这样的传感器应当能够在至少两个角度（它们之一基本上是镜面反射的角度）下测量这些反射性质；基于这些测量可以导出镜面分量和漫射分量。如果使用两个或更多传感器，则可以获得更多精确值。可以将这样的两个或更多传感器放置在同一照明器或不同照明器中。本发明的照明器的优点在于为了设定道路照明条件，与其中照明条件是基于影响道路表面的光学性质的参数，即比如诸如降水、外界光照条件（日时）、湿度等等大气条件的间接参数的已知系统相反，测量道路表面本身的光学性质。

发明人进一步发现，镜面反射和漫反射的量可以由传感器单元容易地测量并且两种反射类型之间的比率可以由计算单元计算。可以向不同天气类型和/或道路条件分配不同比率。因此，借助于这些测量，可以确定道路是否具有干燥、湿润或有雪表面。为了优化，可以在实际测量之前进行校准测量。基于这些测量和计算，可以确定用于控制光输出的参数并且应用其以适配照明器的光输出。要强调的是，可以通过改变光源所发射的光射束的方向、宽度或外形（=光强度分布）以及光输出的强度来适配照明器/光源的光输出。在特殊条件下，也可以改变照明器/光源所发射的光的频谱（例如颜色或色温）和/或偏振。所测量的光可以包括源自照明器本身的光和照明器周围的光。

按照本发明的照明器的令人感兴趣的实施例具有以下特征：照明器的光输出基于计算单元的测量而连续地适配。这意味着逐步执行照明器的光输出的改变。光输出的这样的连续改变可以跟随道路条件的连续改变，例如在湿润道路变干期间。因此，恒定地提供最优光输出。该测量进一步确保将不发生光输出的突然改变。尤其是对于机动车辆的驾驶员而言，这样突然的光输出改变从道路安全性角度是不合期望的。

所发明的照明器的另一个令人感兴趣的实施例示出以下特殊特性：传感器单元与发射器元件一起工作。与传感器单元中的传感器元件一起工作的发射器元件的存在可以改进总体反射中所测量的镜面反射和漫反射分量的精度。这可以引起照明器或者甚至包括按照本实施例的照明器的照明器系统的光输出的调整的优化。有了发射器元件的帮助，由于改进的信噪比的原因，可以以更高精度测量道路表面的总体反射以及其两个分量（镜面反射和漫反射）。这样的发射器元件优选地为激光发射器。发射器可以并入传感器单元中或照明器的另一个元件中。

所发明的照明器的另一个实施例的特征在于光源与光学器件相互可移置。基于计算单元所计算的参数，可以发生光源或者与光源相关的光学器件的机械适配。因此，要么是光学器件相对于光源和照明器外壳移置，要么是光源相对于光学器件和照明器外壳移置。在这两个示例中，照明器外壳以及光源与光学器件之一在其相互位置方面保持不变。由光源生成并且由光学器件聚焦的光的射束宽度或射束外形通过这种类型的移置而改变。

按照本发明的照明器的甚至另一个实施例的特征在于光学器件包括若干光学元件，其可以借助于旋转运动而单独地放置在光源前面。在依照这种设计的实施例中，两个或更多不同光学器件可以在光源的发射区域前面旋转，光源可以附接在照明器的固定位置上。不同光学器件的存在可以使得从照明器发射不同射束宽度或射束外形。所述不同射束宽度可以与传感器单元所测量的不同天气条件和/或道路条件（诸如有雪、结冰、干燥或湿润的道路条件）相对应。所述光学器件的旋转可以通过电机驱动齿轮来实现，所述电机由计算单元的结果指引。

还令人感兴趣的是具有以下特征的照明器的实施例：外壳包含具有相关光学器件的至少两个光源，所述光源可以在照明器的操作期间单独地加电。按照这种设计的照明器具有以下优点：可以单独地和连续地改变光输出的强度以及从照明器发射的射束形状。

很大的兴趣还专注于具有以下特征的所发明的照明器的实施例：其中每一个光源包括至少一个led。led在室外照明器中的使用提供了不同优点。首先，由于led相对低的能量消耗及其极长的寿命的原因，照明器的维护成本相当低。而且，与其它类型的光源（比如钠蒸汽灯或荧光灯）相比，可以相当简单地适配led的光强度。可以通过改变流过led的总体电流或者使用本技术领域中的技术人员广泛可获得的简单脉冲宽度调制方案来适配led的光输出的强度。

所发明的照明器的另一个实施例示出以下特性：照明器进一步包括具有用于存储镜面反射和漫反射性质的默认值的存储器的控制单元以及用于比较所存储的和所测量的性质的比较元件。镜面反射和漫反射的默认反射比率可以存储在这样的控制单元的存储器中，所述反射比率表示特定天气和/或道路条件。所述默认值可以表示在不同天气类型和/或道路条件下在安装照明器之后所测量的校准值。在这样设计的照明器的操作期间，传感器单元可以测量照明器周围的光的光学性质，所述性质用于计算所述光的反射比率。将该比率与存储在控制单元存储器中的默认比率相比较。选择最佳适合的比率并且使用相关参数来控制照明器的光输出。

按照本发明的照明器的另一个实施例具有以下特征：照明器进一步包括被适配用于测量大气降水的第二传感器。有了这样的附加传感器，可以在其中发生这样的大气降水的时段期间测量雨、雾或冰雹密度的量。所测量的值可以与利用传感器单元获得的反射光的测量值一起用来确定道路亮度的更好画像。所以，该组合信息可以改进维持所述道路亮度恒定的可能性。

所发明的照明器的非常令人感兴趣的实施例具有以下特征：照明器进一步包括用于与其它照明器传送数据的通信单元。因此，可以与放置在距这种设计的照明器相对短距离处的其它照明器共享借助于该照明器中所存在的传感器单元测量的数据。因此可以借助于具有通信单元的照明器所测量的数据来控制其它照明器的光输出。其它照明器因此可以缺少传感器单元和计算单元。当所有照明器都具有传感器时，照明器之间的通信减小了错误的可能性并且因此使系统更为鲁棒。

本发明还涉及一种用于道路照明的照明器系统，每个照明器包括包含具有相关光学器件的光源的外壳以及用于相互传送用于照明器的光输出的数据的通信单元，由此该系统包括具有如先前描述的传感器单元和计算单元的至少一个照明器。

本发明还涉及一种测量元件，其包括适合于在如先前描述的照明器中使用的传感器单元。该测量元件的传感器单元被适配成测量测量元件周围的镜面反射和漫反射性质，并且计算单元被适配成基于传感器单元所测量的光学性质来计算用于控制照明器的光输出的参数。测量元件优选地包括具有用于存储镜面反射和漫反射性质的默认值的存储器的控制单元以及用于比较所存储的和所测量的性质的比较元件。这样的测量单元可以安装在照明器的外壳或柱中或者安装在远离照明器的某个距离处。

附图说明

根据下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是清楚的，并且将参考下文描述的实施例进行阐明。

在图中：

图1示出了按照本发明的照明器的示意性视图，

图2是如按照本发明的照明器所测量的镜面反射和漫反射，

图3示出了按照本发明的照明器的外壳部件的截面，以及

图4示出了按照本发明的另一个照明器的外壳部件的截面。

要强调的是，这些图是示意性的且不合比例。在不同图中，相同的元件用相同的参考数字标示。

具体实施方式

图1示意性地示出了按照本发明的用于照明道路2的照明器。照明器包括连接到杆4的外壳3。外壳3包含形成为多个led的光源5（未示出），所述多个led提供有光学器件6（未示出）。在图3和4中描绘光源5和光学器件6的细节。

照明器进一步包括被适配成测量照明器周围的光学性质的传感器单元7，以及被适配成基于传感器单元7所测量的光学性质来计算用于控制照明器的光输出的参数的计算单元（未示出）。在当前天气和/或道路条件下，测量来自道路2的反射。传感器单元7被适配成在至少两个不同角度（它们之一基本上是镜面反射的角度）下测量照明器周围的镜面反射9和漫反射10。在当前情形下，传感器单元放置在外壳3中，但是可以可替换地放置在杆4中。

照明器还提供有体现为激光发射器的发射器元件11，其放置在照明器的杆4中。在照明器的操作期间，由激光发射器元件11发射的激光被道路2反射。所发射的激光的一部分被道路反射到传感器单元7的方向上。根据利用传感器单元7执行的测量，导出镜面反射9和漫反射10这两个贡献，并且由计算单元（未示出）确定这两个贡献的比率。该比率用于适配照明器的光输出。

图2示意性地示出基于与不同类型天气有关的三种道路条件的某个道路的反射。示意性地指示漫反射10和镜面反射9这两个贡献。该图图示了在分别对于干燥道路（图2-a）和湿润道路（图2-b）以及有雪道路（图2-c）进行测量时镜面/漫射比率增大。镜面反射9和漫反射10的比率的这些差异允许标识道路的条件。两个反射类型对于比如干燥、湿润、下雨、有雾和有雪的标准条件的贡献可以根据道路而不同。因此，标准条件的校准是优选的。因此，在已经安装照明器或照明器系统之后测量两种反射的所述贡献。随后将所测量的值作为默认值存储在控制单元的存储器中。将之后测量的值与这些存储的默认值相比较以便确定天气类型和/或道路条件并且随后适配（多个）照明器（的系统）的光输出。

所描述的按照本发明的照明器允许连续适配其光输出。这在道路条件改变期间提供明显的优点。当道路2干燥时，传感器单元7可以测量漫反射10的某个强度值a。由光源5和光学器件6发射的射束外形idry对于干燥道路2是最优的。当道路2变得湿润时，漫反射10的强度减小并且镜面反射9的强度增大。当道路2完全湿润时，漫反射9的强度为b。使组合的光源5和光学器件6所生成的射束外形iwet对于湿润道路2是最优的。可以在安装（多个）照明器（的系统）的时刻校准值a和b，或者可以使用一些典型默认值而不是在校准中所获得的那些值。随着道路2变干或者变得湿润，传感器单元7连续跟随漫反射10的强度的改变，从而测量b与a之间的值r。照明器提供以相同比例的干燥和湿润射束，也即总体射束外形为i=idry*(r-b)/(a-b)+iwet*(a-r)/(a-b)。

图3和4描绘适配按照本发明的照明器的光输出的两种方式。图3示意性地且以截面示出了照明器的外壳3。所述外壳3包括单个光源5，其包含多个高功率led（未详细示出）。光学器件6包括三个不同形状的透镜12、13和14。光学器件6放置在外壳3中使得其可以围绕光源5旋转，使得三个透镜12、13和14可以放置在光源5前面。

可以以两种方式改变按照本发明的该实施例的照明器的光输出。首先，可以调整led的强度。通过改变流过led的电流或者用特定脉冲宽度调制技术向led加电，这样的调整可能是以连续的方式。其次，可以通过针对这三个透镜中的另一个而改变放置在led前面的透镜12、13或14来调整由照明器发射的射束的宽度或形状。这样的调整仅可能是以非连续的方式。基于镜面反射与漫反射之间的比率的改变，由于传感器单元3所测量的天气类型或道路条件的改变，光输出的这样的适配可能是必要的。

图4示意性地且以截面示出了可替换的结构，其包括照明器的外壳3。外壳3包括两个光源5，其两者都包括多个高功率led15和16（仅示出三个）。在每个光源15和16前面，分别放置以透镜17、18形式的光学器件6。这些透镜的形状不同并且因此导致不同的射束形状。在照明器的操作期间，可以向两个光源15和16加电，由此照明器的光输出可以由两个光源15和16所生成的各个射束的混合或叠加形成。本实施例具有以下优点：在外壳中不存在机械可移动部件。

可以以两种方式改变按照本发明的该实施例的照明器的光输出。首先，可以调整两个光源15和16中的led的强度。通过改变流过led的电流或者用特定脉冲宽度调制技术向led加电，这样的调整可能是以连续的方式。其次，可以通过改变各个光源15或16的光强度来调整由照明器发射的射束的宽度或形状，由此照明器的总体光输出可以保持恒定。这可以通过增大一个光源15的光强度而同时减小另一个光源16的光强度来实现。结果，照明器的射束宽度或射束形状改变。这样的调整可能是以连续的方式。基于镜面反射与漫反射之间的比率的改变，由于传感器单元3所测量的天气类型或道路条件的改变，光输出的这样的适配可能是必要的。

虽然已经在图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应认为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。根据对图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些措施记载在相互不同的权利要求中的仅有事实不指示这些措施的组合不能用来获利。权利要求中的任何参考符号不应当解释为限制这些权利要求的范围。