車用智能燈光裝置的製作方法
2023-06-03 12:36:41 2
本發明公開一種車用智能燈光裝置，詳而言之關於一種能因應照明區域的環境亮度而調整照明強度，除具節省電力功能的設計外，更具有精確調整照明亮度的功效。
背景技術：
自行車運動已經成為現在社會大眾最熱門的健身方式，騎乘自行車除了能達到健身功效外，也可避免二氧化碳的排放而危害到空氣，另外自行車不論男女老少均可操作使用，所以，許多人都利用空餘時間到較空曠的場所騎乘。
然而，在這些熱愛騎乘自行車的人們裡，有些人因工作因素，以致於騎乘的時間必須延至天色較暗的晚上才可騎乘，人們的眼睛視力在晚上時，容易因天色因素而造成視覺感官下降，且一般騎乘者並非在封閉的場所內騎乘，而有容易與其它的汽、機車及路人共同使用同一道路的情形發生，所以，在晚上騎乘自行車更容易發生交通意外，為此，為了提供周圍的汽、機車或路人清楚明辨前方有騎乘自行車人員的存在，騎乘者會在自行車上或在身上穿戴上具反光或可發亮的裝置，以避免交通意外的發生。
現有的自行車燈請參閱中國臺灣專利公告號第356790號的「自行車閃光警示器結構改良」，其為一種自行車閃光警示器結構改進，尤指一種於行車及光線不足時自動啟動產生閃光，停車或光線充足時自動關閉的結構。主要具有一LED閃光碟機動電路，於其輸出端乃分別連接有LED（發光二極體），該LED的負極端乃共同串接於一光敏電阻（CDS），而於該光敏電阻的地端則另接至一彈簧開關的一接點，該彈簧開關串接一電阻後接地；利用該光敏電阻的感光偵測暨彈簧開關受行車震動以接觸導通等雙重啟動控制結構，以達到預期效果。
該種現有的自行車燈雖可配合環境光線充足與否而自動啟閉閃光效果，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距離的照明範圍處，特別是一般行人或機車、自行車騎士等，其主要是以燈體照明前方既定距離的道路，使行人、騎士得以看清前方路況而行進，若是採用該光敏電阻的現有設計，常常會遇到當前方照明範圍、身邊亮度不一致時，光敏電阻不能為機動性的判斷，而且該現有的自行車燈只有燈光自動啟閉的兩種模式，但無法因應照明區域的環境亮度而補強、降低照明亮度，致使容易發生下列狀況：
1、該現有自行車燈不能及時對照明區域（即行進前５～１０ｍ區域）補強燈光而造成行進危險。
2、又或是不能因應於燈光投射區的環境亮度，而適當降低發光強度，而造成浪費自行車燈電力的問題。
3、而且該種自行車燈只能依光敏電阻的感應結果，作啟閉閃光的效果，但不具因應照明區域的環境亮度以調整照明亮度的功能，因此該自行車燈必須安裝較高容量的電池，以維持自行車燈的續航力，而又為了製造成本考慮，高容量電池的體積都具有相當尺寸，因此該自行車燈不能有效的節省電池電力，也不能在設計上適當縮限電池的體積。
上述現有自行車燈不能因應照明區域的環境亮度而補強、降低照明亮度，以及不能節省電力等缺點，本發明申請人認為應設計一種能因應照明區域的環境亮度而調整照明強度，併兼具節省電力功能的燈體結構，因而發明如中國臺灣專利公告號為TW201429780的發明專利。
發明人在做實驗時，發現上述發明仍有精確度不夠的缺點，原因是集光單元2感應光線投射區域5的環境光線亮度，但由於集光單元2設置於燈體(1)內(如圖1所示)，且燈體1並設有反射杯11，因此當燈體1發光單元3在發光時，該集光單元2可能收到燈體1內發光單元3的發射光(A)、反射杯所反射的反射光(B)及燈體附近外的光線(C)的影響而使微控制單元誤判，因此會產生與實際上相當的誤差，也就是說集光單元2無法正確地反應光線投射區域5的環境光線亮度（再如圖2所示，其中實線代表微控制單元的判斷亮度及電流，而虛線表示實際光線投射區域的亮度及電流），因此使得發光單元發光時可能會補的不足或超出，而有亮度不足或超亮的狀況，實有再加以改善的空間。
技術實現要素：
本發明主要目的在於提供一種車用智能燈光裝置，其可改善現有自行車燈不能因應照明區域的環境亮度而補強、降低照明亮度，以及不能節省電力等缺失。
為了達成上述的目的，本發明提供一種車用智能燈光裝置，包括一燈體、一集光單元、一發光單元以及一聚光鏡片，其中該燈體前端設一凹弧狀反射杯，聚光鏡片設於反射杯前端開口處，而發光單元則設於反射杯後端內壁，集光單元設於燈體，而該發光單元配合聚光鏡片於燈體前端定義出一光線投射區域，而集光單元朝向該光線投射區域方向感應投射區域的環境亮度。
該集光單元另設有一微控制單元及一脈寬調製單元，並使得集光單元、微控制單元及脈寬調製單元彼此電性連接，且其中微控制單元藉由集光單元所接收的數字信息並與預設的環境亮度值相比較後，計算得出環境亮度的差值，並將該差值以命令信息傳輸給脈寬調製單元，並改變發光單元的對應光線投射區域處的環境亮度增加或降低發光亮度；且集光單元在接收投射區域的環境亮度時，該脈寬調製單元的輸出電流為零，即使得發光單元為不發光時，藉此而使得集光單元在接收環境亮度時，其燈體內無任何光亮度，因而可以準確地測得投射區域的環境亮度。
本發明中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光線投射區域的環境光線亮度，並把感應信息以信號放大後傳輸給模數轉換單元，模數轉換單元則將該感應信息由模擬信息轉換為數字信息並傳輸給微控制單元運算，供微控制單元經由所接收的數字信息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。
本發明中該集光單元進一步包括一緩衝單元，該緩衝單元具有預設的緩衝數值，當集光單元感測光線投射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、脈寬調製單元命令發光單元不需要調整發光亮度，讓本發明遇光線投射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；而感測光線投射區域方向的亮度改變時間在緩衝數值之上時，緩衝單元判斷光線投射區域處有顯著、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、脈寬調製單元命令發光單元增加或降低發光亮度。
本發明該集光單元設於反射杯處，並朝向光線投射區域。
本發明該集光單元設有感光半導體組件，該感光半導體組件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的整合組件。
本發明該光線投射區域距燈體為水平距離5-30公尺，其中水平距離5-10公尺可對應騎乘自行車或機車時的可辨識距離，也可對應一般採電池供電方式的燈體可以發光警示的距離，水平距離15-30公尺可對應駕駛汽車時的可辨識距離。
本發明該燈體進一步設有一與微控制單元連接的調整單元，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。
本發明還提供一種車用智能燈光裝置，包括一燈體、一集光單元、一發光單元以及一聚光鏡片，其中：該燈體前端設一凹弧狀反射杯，聚光鏡片設於反射杯前端開口處，而發光單元則設於反射杯後端內壁，集光單元設於燈體，而該發光單元配合聚光鏡片於燈體前端定義出一光線投射區域，而集光單元朝向該光線投射區域方向，並可感應光線投射區域的環境光線亮度；該集光單元集光並為一灰階影像處理器及其電性連接的微控制單元，如此而同樣可以將光線投射區域的影像轉換成一灰階值，並供微控制單元判斷該灰階值的亮度或影像，進而調整發光單元的發光亮度，達到本發明的效果。
附圖說明
圖1為現有發明中集光單元在燈體內亮度受影響的示意圖。
圖2為現有發明中有關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。
圖3本發明的實施例示意圖（其ＰＷＭ模擬負載為0的狀態）。
圖4本發明集光單元的方塊圖。
圖5本發明的實施例示意圖（其ＰＷＭ模擬負載為1的狀態）。
圖6本案發明中有關ＰＷＭ的示意圖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。
圖7為本案發明的第二實施例示意圖。
圖中:
1 燈體； 11 反射杯； 2 集光單元；
21 差分放大單元； 22 模數轉換單元； 23 微控制單元；
24 脈寬調製單元； 25 緩衝單元； 26調整單元；
3 發光單元； 4 聚光鏡片； 5 光線投射區域；
6灰階處理器。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
本發明提供一種車用智能燈光裝置，請參閱圖3所示，其本發明的主要實施例並包括一燈體1、一集光單元2、一發光單元3以及一聚光鏡片4，其中：
該燈體1前端設一凹弧狀反射杯11，聚光鏡片4設於反射杯11前端開口處，而發光單元3則設於反射杯11後端內壁，集光單元2設於燈體1內的適當位置，而該發光單元3配合聚光鏡片4於燈體1前端定義出一光線投射區域5，而集光單元2朝向該光線投射區域5方向，並可感應光線投射區域5的環境光線亮度（同如圖3所示）；
該集光單元2還包含設有一微控制單元23及一脈寬調製單元24（可參看圖4所示），其中該微控制單元23(屬微型處理器的一種，Micro Control unit，通稱為MCU)具有預設的環境亮度值，而脈寬調製單元24(Pulse Width Modulation，縮寫為PWM，而脈寬調製單元24則是將模擬信號轉換為脈波的一種技術，經一般轉換後脈波的周期固定，但脈波的佔空比會依模擬信號的大小而改變，並藉由改變發光單元3的亮度，且該電壓／電流會以通路／斷路方式重複脈衝序列加載到模擬負載而為完全有（ON）或完全沒有（OFF），即１（有電）和０（無電）的供電方式；
另外使得集光單元2、微控制單元23及脈寬調製單元24彼此電性連接，且其中微控制單元23藉由集光單元2所接收的數字信息並與預設的環境亮度值相比較後，計算得出環境亮度的差值，並將該差值以命令信息傳輸給脈寬調製單元24，並改變發光單元3的對應光線投射區域處5的環境亮度增加或降低發光亮度；且集光單元2在接收投射區域5的環境亮度時，該脈寬調製單元24之輸出為0即使得發光單元3為不發光之時，藉此而使得集光單元2在接收環境亮度時，其燈體1內無任何光亮度，因而可以準確地測得投射區域5的環境亮度（可參考圖3、圖5的差異比較示意圖所示）。
且該脈寬調製單元(進一步包括一差分放大單元21及一模數轉換單元22)（同如第四圖所示），其中該差分放大單元21可感應光線投射區域5的環境光線亮度，並把感應信息以信號放大後傳輸給模數轉換單元22(差分放大單元21屬現有構造，主要可以將感應信息有效的放大輸出)模數轉換單元22(指Analog-to-digital converter，通稱為A/D，是用於將模擬形式的連續信號轉換為數字形式的離散信號的設備)則將該感應信息由模擬信息轉換為數字信息並傳輸給微控制單元23運算。
值得一提的是，該集光單元2可為感光半導體組件，該感光半導體組件包含差分放大單元21及發光單元3，成為具有光的發射、光的接收及光的信號放大的整合組件。
再者，該燈體1進一步設有一與微控制單元23連接的調整單元26，該調整單元26可供手動調整發光單元3的發光效果，因而使用者可依其喜好而手動調整發光單元3的發光亮度等，提供更為舒適的照明效果。
其後由脈寬調製單元24調控發光單元3發出對應該差值的亮度，據以對應光線投射區域5處的環境亮度增加或降低發光亮度，因此該上述集光單元2的組成及作用以差分放大單元21感應並放大對光線投射區域5探得的光線強度，而模數轉換單元22、微控制單元23傳輸並運算內建環境亮度與光線投射區域5的環境亮度差值，經由脈寬調製單元24命令發光單元3對光線投射區域5照射對應差值的補強或降低環境亮度(差分放大單元21、模數轉換單元22可提供更為精確的感應、運算效果)。
以及，該集光單元2進一步包括一緩衝單元25，該緩衝單元25具有預設的緩衝數值，當集光單元2感測光線投射區域5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23、脈寬調製單元24命令發光單元3不需要調整發光亮度，讓本發明遇光線投射區域5為環境亮度短時間閃滅時，集光單元2命令發光單元3不需調整發光亮度而避免造成本發明動輒閃爍的狀態。
而感測光線投射區域5方向的亮度改變時間在緩衝數值之上時，緩衝單元25判斷光線投射區域5處有顯著、非短暫性的亮度改變，使緩衝單元25配合微控制單元23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23、脈寬調製單元24命令發光單元3增加或降低發光亮度，因此本發明有下列特點：
1、本發明是由集光單元2感應光線投射區域5的環境亮度值，並由集光單元2運算內建環境光線亮度值與前述數值的差異，並據該數值命令發光單元3補強或降低光線投射區域5的環境亮度；而特別的是集光單元在接收投射區域的環境亮度時，該脈寬調製單元的電流輸出為零（即使得發光單元為不發光時），藉此而使得集光單元在接收環境亮度時，其燈體內無任何光亮度，因而可以準確地測得投射區域5的環境亮度，有效地因應光線投射區域5的亮度狀況而機動調整燈體1的投射亮度，達到最精準的補光裝置。
2、藉由前述本發明可配合光線投射區域5的亮度狀況而機動調整燈體1的投射亮度特性，因此本發明安裝在燈體1內的電源可以設計以適當容量、體積者，第一可以減少電池體積的佔量而減輕燈體1重量及燈體1設計體積，第二可以讓電池的續航力增加，不會如現有結構不能調整亮度下，而發生實際上不需輔以照明而浪費電力的問題。
3、藉由緩衝單元25的增設，其使光線投射區域5遇逢短暫的光線閃滅時，發光單元3不會即刻補充或降低亮度，避免本發明對應光線的閃滅產生不必要的閃爍狀態，讓使用者不會受到明亮急速變化的困擾，僅在緩衝單元25能確認光線投射區域5為具有相當穩定性、確定性的變化後，始令發光單元3補充或降低亮度，符合實際上對使用者理想視距內提供穩定照明的功效。
4、車輛在市區、郊區所需的光照度勢必不同，市區由於路燈、人為活動原因，光源較為充足，而郊區路燈密度較低，導致環境相當昏暗，因此使用本發明於車輛上時，其集光單元2可根據對光線投射區域5的感測結果，在市區發出較低的照明量即可辨認前方路況，而郊區即要較高的照明量才能安全行駛。
圖6為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，該所述的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，因此在該圖6中可見到，投射區(可對應本發明的光線投射區域5)環境亮度等級較低時，發光單元3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3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，且其所有的數值亦較實際值接近。
再如圖7所示，本發明的另一實施例主要在於該集光單元2亦可以為一灰階影像處理器6及其電性連接的微控制單元23，如此而同樣可以將光線投射區域5的影像轉換成一灰階值，並供微控制單元23判斷該灰階值的亮度或影像，進而調整發光單元3的發光亮度，也可以達到本發明的效果。
以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。