CN101589650B - 可联网的基于led的照明装置以及对其供电和控制的方法 - Google Patents

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Abstract

照明装置和为其供电和对其操作的方法。该装置包括具有多个部分的外壳。一个或多个功率和控制电路板被放置在外壳的第一部分中，所述功率和控制电路板包括一个或多个开关电源，用于接收AC线电压和提供DC输出电压；和通信协议转换器，用于接收具有根据第一通信协议的格式的第一照明指令，并将至少其中一些第一照明指令转换为具有根据第二通信协议的格式的第二照明指令。多个模块化电路板被放置在外壳的第二部分中，并被耦合到功率和控制电路板。每个模块化电路板包括多个耦合到DC输出电压的基于LED的照明单元，并响应具有根据第二通信协议的格式的第二照明指令。

Description

可联网的基于LED的照明装置以及对其供电和控制的方法
背景
数字照明技术，即诸如发光二极管(LED)的基于半导体光源的照明的出现，提供了对传统荧光灯、HID灯和白炽灯的可行替代。LED在功能上的优点和好处包括高的能量转换率和光效率、鲁棒性、较低操作成本以及很多其它的优点和好处。LED较小的尺寸、长的使用寿命、低能耗和耐用性使它们成为各种照明应用中的重要选择。例如，生成基于LED的设备的照明网络正在变得越来越流行，如在US专利号NO.6,016,038、6,150,774和6,166,496中所描述的，在这里一并引用作为参考。这些照明设备具有用于控制其中的LED光源的集成微处理器，并能够产生具有不同强度和饱和度的任意颜色和任意颜色序列，以便在照明和直视应用中带来宽范围的视觉冲击灯光效果。
这些照明系统和它们产生的效果通常通过网络来控制和协调(尽管有很多未联网的应用)，其中包含信息分组的数据流被传输到照明设备。每个照明设备可以寄存传递通过系统的全部信息分组，但只对被寻址到特定设备的分组响应。一旦正确寻址的信息分组到达，照明设备就可以读出该分组，并基于包含在该分组中的信息来执行指令。这种安排要求每个照明设备具有地址，这些地址对于网络上的其它照明设备来说需要是唯一的。地址通常通过在安装过程中在每个照明设备上设置开关来设置。设置开关经常是耗时的且容易出错的。
用于娱乐、零售和建筑地点，诸如影院、娱乐场、主题公园、商店和大型购物中心的照明系统，需要一批精细的照明装置和控制系统以便操作灯光。通常的联网的照明设备的地址通过一系列物理开关，诸如拨号盘、变光开关或按钮被设置。这些设备必须被个别地设置到特定地址，该过程可能是很麻烦的。事实上，照明设计师最费力的任务之一(系统配置)在所有的灯被安装之后到来。该任务通常需要至少两个人，并包括：到达每个照明仪器或装置，通过使用开关或拨号盘来为其确定和设置网络地址，然后在灯光板或计算机上确定设置和相应的元素。并不令人吃惊的是，配置照明网络会花费许多小时，这取决于位置和复杂度。例如，新的游乐园马道可能用到几百个网络控制的照明装置，这些照明装置无论是相互之间还是对任意单点都不是在视线内的。每一个都必须被识别并连接到其在照明控制板上的设置。在这个过程中，混淆和混乱是很普通的。通过充分的计划和协调，该地址选择和设置可以事先进行，但是仍然需要极多的时间和努力。
还有一些与这些照明系统，特别是与为直视应用设计的照明系统相关联的几个其它缺点。具体而言，有很多种安装需要长行的作为组件部件的装置被成行地或以其它方式放置，以试图产生连续光条来显示对观看者来说视觉愉悦的效果，例如，用重点照明勾画出建筑物的轮廓。然而，常规的照明网络在毗邻的照明装置之间的空隙中经常产生很少灯光或不产生灯光，这容易转移对这些安装的预期外表的注意力。另外，因为每个组件都是单独寻址，所以灯光效果的协调程度，即该应用的“分辨率”被限制为组件的尺寸。例如，在具有大量1英尺长组件的直线型安装的情况下，组件不能以任何比1英尺更精细的增量来寻址。并且，这些系统的其它缺点是，当LED被直接观看时，它们看起来是离散的发光器，直到灯与观看者之间有足够距离。即使当观看者与照明系统距离相对较远时，照明系统也不易于产生非常亮或清楚地可察觉的灯光效果。
与许多普通照明系统相关联的其它缺点是，它们的组件是外部供电的，使得通信和电源线通过外壳尾部被馈送，并馈入在每个部件装置的头部和尾部处的接线箱。电源线、地线和数据线这三条线穿过每个尾部，然后穿过该装置的长度。外壳中的每个照明元件将接入用于电源和数据的三条线。该装置的安装很贵而且复杂，因为它是通过接线箱实现。每个灯需要两个被安装在墙壁或其它安装表面上的接线箱，且线路和管道需要在箱之间穿过，以使两个照明单元能被连接在一起。
因此，需要一种用于通用的基于LED的照明装置的技术，所述照明装置能够生成视觉愉悦的颜色和颜色变化的灯光效果，且具有增强控制的分辨率和高效的功率管理，并且容易被安装在网络中。
发明内容
此处所公开的技术解决上面提到的缺点和短处，并总体上涉及各种类型和配置的照明单元，所述照明单元包括直线型照明装置，所述直线型照明装置包括多个基于LED的照明单元，并适用于照明或为诸如建筑物外观和内部的大空间提供重点照明。此处还公开了用于为这些照明装置和采用多个这样的装置的系统进行供电和控制的方法和系统，以及用于为这样的装置和系统寻址控制数据的技术。
在各种实施例和实施方式中，这种技术及其发明方面针对如下照明装置，所述照明装置包括一个或多个电路板和多个光源，例如沿电路板布置的LED。电路板和光源被布置在与透光的外套相关联的外壳中。外壳的连接装置允许第一照明装置端对端且在外壳间无空隙地(例如在感知到的光发射中)与第二照明装置相连。例如，所述连接装置可包括允许电源线和/或数据线在与外壳末端不同的位置上退出外壳的通道。电路板和外壳可以是基本上直线型的、曲线的、弯曲的、分支的或者呈其它形状中的“T”或“V”形。
在本发明的很多实施例中，该外壳包括用挤制铝材制成的第一部分，该第一部分在机械上与第二部分相关联，且优选地可密封地连接到第二部分，所述第二部分包括半透明的光学外套(例如其可以由挤压聚碳酸酯制成)。多个光源被安排在电路板上以提供对布置在电路板上方的外套的至少一部分进行的基本上均匀的照明。换句话说，来自光源的相当一部分光被投射在被对准以便将光投射到该光学系统内表面的射束角中，且该对准被优化以便生成基本均匀的观看者可见的对该光学系统一部分的照明。在一些实施方式中，LED被以两行的形式安排在电路板上，使得该射束角由所述两行LED发射的光形成。
每个电路板还可包括处理器，例如专用集成电路(ASIC)，所述专用集成电路被配置为接收和发射数据流，如在US专利NO.6,777,891中详细描述的，该文献在这里通过引用作为参考。因此，在一些实施方式中，本技术试图将多个照明单元以串行配置布置在照明装置中，并通过到达照明单元每一个各自的ASIC的数据流来控制所有照明单元，其中每个照明单元响应于数据流中第一个未修改的数据比特，修改该数据比特，并将该数据流发送到下一ASIC。
还可提供通信装置，由此所述照明装置响应于来自所述照明装置外部的信号源的数据。信号源可以是无线信号源，并可以基于编写的用于所述照明装置的照明程序生成信号。在特定实施方式中，此处所公开的技术构思数据/信号转换模块，用于通过以太网协议接收控制信号，并将其转化为所述照明装置的照明单元各自的ASIC可读的格式。
本技术进一步构思了用于为所述照明装置供电的电源，例如两级功率因数控制的电源。所述电源的功率因数校正模块可包括由总线分隔开的能量存储电容器和DC-DC转换器。在特定实施方式中，所述照明装置的每个照明单元包括电源模块，这使该单元能接收线电压，由此简化了安装并改善了照明单元的耐用性，如美国专利No.7,233,115中所描述的，该文献这里通过引用作为参考。
所述照明装置的控制可基于将所述装置的照明单元作为面向对象计算机程序中的对象的分配(例如，将虚拟系统中的属性与照明系统中的真实世界属性相联系的编写系统，所述属性包括照明系统中个别照明单元的位置)。
在一些实施方式中，如上所述的多照明单元的照明装置可在建筑物上以阵列方式布置，并被配置为(i)便于显示数字、词、字母、图标、商标和符号的至少其中之一；和/或(ii)被配置为利用各种基于时间的效果来展示灯光表演。在其它实施方式中，这里所描述的照明装置被配置为凹入凹处或类似装置中。
总的来说，一方面，本发明集中在如下照明装置，所述照明装置包括具有至少第一部分和第二部分的外壳，和布置在外壳第一部分中的至少一个电源和控制电路板。该电源和控制电路板包括至少一个开关式电源，用于接收AC线电压并提供DC输出电压；和通信协议转换器，用于接收具有根据第一通信协议制定的格式的第一照明指令，并将至少一些第一照明指令转换为具有根据第二通信协议制定的格式的第二照明指令。所述照明装置进一步包括多个模块化的电路板，所述模块化的电路板被布置在外壳的第二部分中并被耦合到所述至少一个电源和控制电路板。所述多个模块化电路板的每个模块化电路板包括多个基于LED的照明单元，所述照明单元被耦合到DC输出电压，并响应于具有根据第二通信协议制定的格式的第二照明指令。
另一方面，本发明集中在模块化的基于LED的照明装置，所述照明装置包括(i)输入连接器，用于接收AC线电压和具有根据第一通信协议制定的格式的第一照明指令；(ii)输出连接器，用于提供AC线电压和具有根据第一通信协议制定的格式的第一照明指令；(iii)通信协议转换器，被耦合到输入连接器，用于将至少一些具有根据第一通信协议制定的格式的第一照明指令转换为具有根据第二通信协议制定的格式的第二照明指令；和(iv)多个基于LED的照明单元，被耦合到通信协议转换器并被配置为接收具有根据第二通信协议制定的格式的第二照明指令。多个基于LED的照明单元中的每一个基于LED的照明单元响应于至少一些第二照明指令，可以被个别和独立地控制。
又一方面，本发明针对模块化的基于LED的照明装置，所述照明装置包括(i)输入连接器，用于接收AC线电压和具有根据基于以太网的协议制定的格式的第一照明指令；(ii)输出连接器，用于提供AC线电压和具有根据基于以太网的协议制定的格式的第一照明指令；(iii)至少一个开关电源，被耦合到输入连接器，用于将AC线电压转换为DC输出电压；和(iv)多个被耦合到DC输出电压的基于LED的照明单元。所述多个基于LED的照明单元中的每一个基于LED的照明单元基于包含在第一照明指令中的信息可以被个别和独立地控制。
此外，另一方面，本发明针对直线型照明装置，所述照明装置包括多个串联连接的模块化电路板。每个模块化电路板包括多个可个别且独立地控制的串联连接的基于LED的照明单元，使得在所有串联连接的模块化电路板上的所有基于LED的照明单元被串联互连。每个基于LED的照明单元包括(i)至少一个第一LED，用于生成具有第一光谱的第一辐射；(ii)至少一个第二LED，用于生成具有与第一光谱不同的第二光谱的第二辐射；和(iii)专用集成电路(ASIC)，用于响应于根据基于串行的通信协议制定的格式的第一照明指令，控制至少第一辐射的第一强度和第二辐射的第二强度。
并且，本发明构思了一种照明系统，所述照明系统包括第一组多个串联连接的模块化照明装置。所述第一组多个串联连接的模块化照明装置的至少第一模块化照明装置被配置为通过第一单个多芯电缆来接收AC线电压和基于以太网的通信。每个模块化照明装置包括(i)至少一个开关电源，将AC线电压转换为DC输出电压；(ii)通信协议转换器，将基于以太网的通信转换为具有根据基于串行的协议制定的格式的照明指令；和(iii)多个串联连接的基于LED的照明单元，被耦合到DC电压，用于基于具有根据基于串行的协议制定的格式的照明指令来生成可变颜色、可变色温和/或可变强度的光。
相关术语
如这里为了本发明公开所使用的，术语“LED”应当被理解为包括任意的场致发光二极管或其它类型的基于载流子注入/结的系统，所述系统能够响应于电信号而生成辐射。这样，术语LED包括但不限于各种响应于电流而发光的基于半导体的结构、光发射聚合体、有机发光二极管(OLED)、场致发光带等等。
特别地，术语LED是指所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)，所述发光二极管可被配置为生成红外谱、紫外谱和可见光谱(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的各个部分中的一个或更多中的辐射。一些LED的例子包括但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED(下面进一步讨论)。还应理解到，LED可被配置和/或控制以便针对给定谱(例如，窄带宽、宽带宽)生成具有各种带宽的辐射(例如最大值一半的全部带宽，或FWHM)，以及生成给定的总体色彩分类中的多种主波长。
例如，被配置为生成基本上白色的光(例如白色LED)的LED的一种实施方式可包括多个芯片(die)，所述芯片分别发射不同的场致发光的光谱，所述光谱被组合、混合以形成基本上白色的光。在另外的实施方式中，白光LED可与磷材料相关联，所述磷材料将具有第一光谱的场致发光转换为不同的第二光谱。在这种实施方式的一个例子中，具有相对短的波长和窄带宽光谱的场致发光对磷材料“泵浦(pump)”，该磷材料进而又辐射波长更长的具有稍微更宽些的带宽的辐射。
还应理解，术语LED不限于物理和/或电气封装类型的LED。例如，如上所述，LED可以指具有多个芯片的单个发光设备，其中所述多个芯片被配置为分别发射不同的辐射谱(例如，其可以是也可以不是可个别控制的)。并且，LED可以与被认为是LED(例如某些类型的白LED)整体一部分的磷相关联。通常，术语LED可以指封装的LED，未封装的LED、表面装配的LED、芯片直接贴装(chip-on-board)LED、T封装装配LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某些类型的包装和/或光学元件(例如扩散透镜)的LED等。
术语“光源”应被理解为是指多种辐射源的其中任意一种或多种，包括但不限于基于LED的光源(包括一种或多种如上定义的LED)、白炽光源(例如白炽灯、卤素灯)、荧光光源、磷光光源、高强度放电光源(例如钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤化物灯)、激光、其它类型的场致发光光源、高温冷光光源(pyro-luminescent source)(例如火焰)、蜡烛冷光源(例如汽灯罩、炭精电弧辐射源)、光电冷光源(例如气体放电光源)、利用电子饱和的阴极冷光源、电冷光源、结晶冷光源、显像管冷光源、热电冷光源、摩擦光源、声致冷光(sonoluminescent)源、辐射发光(radioluminescent)光源和发光聚合体。
给定光源可被配置为生成可见光谱内的、可见光谱外的或两者组合的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在这里互相可变换地使用。另外，光源可包括作为整体部件的一个或多个滤波器(例如滤色器)、透镜或其它光学部件。并且，应当理解到，光源可被配置用于多种应用，包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明源”是尤其是被配置为生成辐射的光源，所述辐射具有足够的强度来有效地照明内部或外部空间。在本上下文中，“足够的强度”是指在空间或环境中生成的可见光谱内的足够的辐射功率(单位“流明”经常被用于在“辐射功率”或“光通量”方面表示在全部方向上来自光源总的光的输出)，以提供环境照明(即可被间接感知的，并可例如在被全部或部分感知之前被各种中间表面的一个或多个反射出的光)。
术语“光谱”应被理解为是指由一个或多个光源产生的辐射的任意一个或多个频率(或波长)。因此，术语“光谱”不仅是指可见范围内的频率(或波长)，而且还指红外、紫外或整个电磁波谱的其它部分的频率(或波长)。并且，给定光谱可具有相对较窄的带宽(例如具有基本上少的频率分量或波长分量的FWHM)或者相对较宽的带宽(具有各种相对强度的几个频率分量或波长分量)。还应意识到，给定光谱可以是两个或更多其它光谱混合的结果(例如分别从多个光源发射的混合辐射)。
为了本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互相交换使用。然而，术语“颜色”通常主要用于指被观察者所感知的辐射的性质(尽管这种使用预定不会限制该术语的范围)。因此，术语“不同颜色”暗含地是指具有不同波长分量和/或带宽的多个光谱。应当意识到，术语“颜色”可与白光或非白光相联系地使用。
术语“色温”在这里通常与白光相联系地使用，尽管这种使用预定不会限制该术语的范围。色温基本上是指白光特定的颜色成分或色度(shade)(例如微红的、带蓝色的)。给定辐射样本的色温通常根据辐射与所述辐射样品基本相同的谱的黑体辐射体的开尔文温度的度(K)来表征。黑体辐射体色温的范围通常是从大约700度K(通常被认为是人眼最先能看到的)到10,000度K以上；白光通常在大于1500-2000度K的色温上被感知。
较低的色温通常表示具有更显著的红色分量或“较暖感觉”的白光，而更高的色温通常指示具有更显著的蓝色分量或“较冷感觉”的白光。通过例子，火具有大约1,800度K的色温，通常的白炽灯泡具有大约2848度K的色温，清晨的日光具有大约3,000度K的色温，而阴天正午的天空具有大约10,000度K的色温。在具有大约3,000度K色温的白光下观看的彩色图像具有相对略带红色的色调，而在具有大约10,000度K的色温的白光下观看的同样的彩色图像具有相对略带蓝色的色调。
术语“照明装置”在这里是用来指一个或多个照明单元按照特定的形状因素、装配或包装的实施或安排。术语“照明单元”在这里是用来指包括一个或多个相同或不同类型的光源的装置。一个给定的照明单元可具有光源的各种安装安排、各种外围/外壳安排和各种形状和/或各种电和机械连接配置的中任意一种。另外，给定照明单元可选地可关联到(例如包括、被耦合到和/或与其封装在一起)与光源操作有关的各种其它部件(例如控制电路)。“基于LED的照明单元”是指包括一个或多个如上所述的基于LED的光源(单独或与其他非基于LED光源相组合)的照明单元。“多通道”照明单元是指包括至少两个被配置为分别生成不同辐射光谱的光源的基于LED或非基于LED的照明单元，其中每个不同源的谱可称作所述多通道照明单元的“通道”。
术语“控制器”在这里通常用作描述各种与一个或多个光源的操作有关的设备。控制器可以多种方式实施(例如诸如利用专用硬件)，以实现这里所讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个例子，所述控制器采用一个或多个微处理器，所述微处理器可利用软件(例如微代码)被编程，以实现这里讨论的各种功能。控制器可在采用或不采用处理器的情况下来实施，并且也可被实现为用来实现某些功能的专用硬件与实现其它功能的处理器(例如一个或多个被编程的微处理器和相关联的电路)的组合。可以在本发明各种实施例中采用的控制器部件的例子包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方式中，处理器或控制器可与一个或多个存储介质相关联(在这里一般称为“存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、软盘、CD、光盘、磁带等等)。在一些实施方式中，存储介质可以用一个或多个程序来编码，当所述程序在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，执行至少一些这里所讨论的功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器中，或者可以是可移动的，使得存储在其上的一个或多个程序可被加载到处理器或控制器上，以便实现这里所讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在这里在一般意义上被用来指任何类型的可用于对一个或多个处理器或控制器编程的计算机代码(例如软件或微代码)。
术语“可寻址”在这里用于指如下设备，该设备被配置为接收预定用于多个包括该设备本身在内的设备的信息(例如数据)并选择性地响应预定用于该设备的特定信息(该设备例如为通常的光源、照明单元或装置、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其它与照明无关的设备等)。术语“可寻址”经常与网络环境(或“网络”，将在下面进一步描述)相联系地使用，在所述网络中，多个设备通过一些通信介质或媒体而被耦合到一起。
在一种网络实施方式中，被耦合到网络的一个或多个设备可用作控制器，所述控制器用于被耦合到该网络(例如以主/从关系)的一个或多个其它设备。在其它实施方式中，网络环境可包括一个或多个专用控制器，所述专用控制器被配置为控制一个或多个被耦合到该网络的设备。通常，被耦合到该网络的多个设备各自可访问存在于通信介质或媒体上的数据；然而，给定的设备可以是“可寻址”的，因为其可被配置为基于例如一个或多个分配给其的特定标识符(例如“地址”)来选择性地与该网络交换数据(即从该网络接收数据或向网络发送数据)。
这里使用的术语“网络”是指两个或更多设备(包括控制器或处理器)的任何互连，所述互连便于在被耦合到该网络的任意两个或多个设备之间和/或多个设备之间传输信息(例如用于设备控制、数据存储、数据交换等)。应该容易地意识到，适用于互连多个设备的各种网络实施方式可包括各种网络拓扑任一种，并采用各种通信协议的任意一种。另外，在根据本公开的各种网络中，两个设备之间的任一连接可表示两个系统之间的专用连接，或可替换地是非专用连接。除了携带预定用于所述两个设备的信息之外，这种非专用连接还可携带不一定预定用于所述两个设备中任意一个的信息(例如开放的网络连接)。并且，应当容易地意识到，这里所讨论的各种设备网络可采用无线、有线/电缆和/或光纤链路中的一个或多个，以促进所述网络内的信息传播。
这里使用的术语“用户接口”是指人类用户或操作员与一个或多个设备之间的接口，所述接口使得能够实现所述用户与所述设备的通信。可以在本公开的各种实施方式中采用的用户接口的例子包括但不限于开关、电位计、按钮、拨号盘、滑块、鼠标、键盘、键区、各种类型的游戏控制器(例如操纵杆)、轨迹球、显示屏、各种类型的图形用户接口(GUI)、触摸屏、麦克风和可以接收某些形式的由人生成的刺激并作为响应生成信号的其它类型的传感器。
应该意识到，前述概念和后面要更详细描述的附加概念(只要这些概念不相互矛盾)的所有组合被认为是这里所公开的发明主题的一部分。特别地，本公开末尾出现的权利要求的要求主题的所有组合被认为是这里所公开的发明主题的一部分。还应当意识到，这里明确采用、并会出现在通过引用作为参考的任意公开文献中的的术语，应当被给予与这里公开的特定概念最一致的含义。
相关专利和专利申请
下面的专利和专利申请在这里通过引用作为参考：美国专利No.6,016,038，2000年1月18日授权，名称“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus”(多颜色的LED照明方法和装置)；美国专利No.6,211,626，2001年4月3日授权，名称“IlluminationComponents”(照明部件)；美国专利No.6,608,453，2003年8月19日授权，名称“MethodsandApparatus for Controlling Devices in a Networked LightingSystem”(用于在联网的照明系统中控制设备的方法和装置)；美国专利No.6,777,891，2004年8月17日授权，名称“Methodsand Apparatus for Controlling Devices in a Networked LightingSystem”(用于在联网的照明系统中控制设备的方法和装置)；美国专利No.6,717,376，2004年4月6日授权，名称“AutomotiveInformation Systems”(自动信息系统)；美国专利No.7,161,311，2007年1月9日授权，名称“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus”(多颜色的LED照明方法和装置)；美国专利No.7,202,613，2007年4月10日授权，名称“Controlled Lighting Methods and Apparatus”(受控照明方法和装置)；美国专利No.7,233,115，2007年6月19日授权，名称“LED-BasedLighting Network Power ControlMethods and Apparatus”(基于LED的照明网络功率控制方法和装置)；美国专利申请公开No.2005-0213353，2005年9月29日提交，名称“LED Power Control Method andApparatus”(LED功率控制方法和装置)；美国专利申请公开No.2005-0248299，2005年11月10日公开，名称“Light System Manager”(光系统管理器)；美国专利申请公开No.2006-0002110，2006年1月5日公开，名称“Method and Systems for Providing LiightingSystems”(用于提供照明系统的方法和系统)；和美国专利申请公开No.2007-0188114，2007年8月17日公开，名称“Method and Apparatus for High Power Factor ControlledPowerDelivery Using a Single Switching Stage Per Load”(使用每负载单切换级进行高功率因数控制的功率传输的方法和装置)。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施例的照明单元的图。
图2示出根据本发明各种实施例的，基于基本上直线型配置或曲线型配置的，图1的照明单元的示例性形状因数。
图3是示出根据本发明一个实施例的联网的照明系统的图。
图4是示出根据本发明一个实施例的，各个具有直线型配置并被安排在二维阵列中的照明单元的网络的图。
图5示出根据本发明一个实施例的图4的阵列，其中特定照明单元被表示为被开启或产生光。
图6示出根据本发明一个实施例的，用于图4和5中所示完整阵列、或该阵列的一行的时序图，该时序图证明各种灯光效果中的任意一种都可通过控制该阵列的不同照明单元随时间生成各种光输出来被产生。
图7、8A、8B和8C示出了本发明一个实施例的各种结构方面，该实施例针对模块化的基本上直线型的照明装置，该照明装置被配置为安放多个与在上面结合图1-6所讨论的照明单元类似的照明单元。
图9示出了根据本发明一个实施例的，图7和8的直线型照明装置的各种部件的示例性安排。
图10示出了根据本发明一个实施例的，图9的照明装置的开关式电源的电路图。
图11示出了可以在图9的照明装置中使用的R-G-B照明单元的一个特定例子。
图12示出了根据本发明另一个实施例的，图7和8的直线型照明装置各种部件的示例性安排。
图13示出了根据本发明的一个实施例的，包括多个与图9和12中所示类似的照明装置的，联网的照明系统。
详细描述
下面描述本发明的各种实施例，包括尤其是与基于LED的光源有关的特定实施例。然而，应当意识到，本公开不限于任何特定的实施方式，并且在这里明确讨论的各种实施例主要是为了说明的目的。例如，这里讨论的各种概念可以适当地被实现在各种包括基于LED的光源、不包括LED的其它类型光源的环境、包括LED与其它类型光源相组合的环境、以及单单包括与照明无关的设备或者包括所述与照明无关的设备与各种类型的光源相组合的环境中。
图1示出了根据本发明一个实施例的照明单元100的一个例子。与下面结合图1所描述的照明单元类似的基于LED的照明单元的一般例子可以例如在如下两项专利中找到：2000年1月18授权的Mueller等人的、名称为“Multicolored LED Lighting MethodandApparatus”的美国专利No.6,016,038，和2001年4月3日授权的Lys等人的、名称为“Illumination Components”的美国专利No.6,211,626，这两项专利在这里通过引用作为参考。
在本发明的各实施例中，图1所示的照明单元100既可单独使用，也可与照明系统中的其它类型照明单元一起使用(例如，如在下面结合图3进一步讨论的)。当被单独使用或与其它照明单元一起被使用时，照明单元100可在各种应用中采用，所述各种应用包括但不限于通常的直视或非直视内部或外部空间(例如建筑物的)灯光和照明、物体或空间的直接或间接照明、剧院或其它基于娱乐的效果/特殊效果照明、装饰性照明、面向安全的照明、与展览和/或商品相关联的(例如，用于广告和/或零售/消费环境)灯光或者其照明、组合式灯光或照明和通信系统等，以及用于各种指示、显示目的和信息的目的。
图1所示照明单元100可包括一个或多个光源104A、104B、104C和104D(总体用104表示)，其中一个或多个光源可以是包括一个或多个LED的基于LED的光源。任意两个或更多光源可适于生成不同颜色的辐射(例如红、绿、蓝)；在这方面，如上所述，每个不同颜色的光源生成不同的源光谱，所述源光谱构成“多通道”照明单元的不同“通道”。尽管图1示出了四个光源104A、104B、104C和104D，然而应当意识到，所述照明单元在这方面没有限制，因为适用于生成各种不同颜色的包括基本上白光的辐射的不同数目和各种类型的光源(全部基于LED的光源、基于LED的和不基于LED的光源相组合等)可以在照明单元100中采用，这将在下面进一步讨论。
仍然参照图1，照明单元100还可包括控制器105，所述控制器105被配置为输出一个或多个驱动光源的控制信号，从而从所述光源生成各种光强度。例如，在一个实施方式中，控制器105可被配置为为每个光源输出至少一个控制信号，从而独立地控制由每个光源产生的光的强度(例如辐射功率，以流明为单位)；可替换地，控制器105可被配置为输出一个或多个控制信号，以便一并相同地控制一组两个或更多光源。可由控制器生成以便控制所述光源的控制信号的一些例子包括但不限于，脉冲调制信号、脉宽调制信号(PWM)、脉冲幅度调制信号(PAM)、脉冲编码调制信号(PCM)模拟控制信号(例如，电流控制信号、电压控制信号)、前述信号的组合和/或调制，或其它控制信号。在某些实施方式中，尤其是与基于LED的源相结合的实施方式中，一个或多个调制技术使用施加给一个或多个LED的固定电流电平来提供可变控制，从而减轻如果采用可变LED驱动电流的话可能发生的LED输出中潜在的不期望或不可预测的变化。在其它实施方式中，控制器105可控制其它专用电路(图1未示出)，所述其它专用电路进而又控制光源，以便改变它们各自的强度。
通常，由一个或多个光源产生的辐射强度(辐射输出功率)与给定时间段内传递给光源的平均功率成比例。因此，用于改变由一个或多个光源产生的辐射强度的一种技术涉及被传递给光源的功率(即其操作功率)的调制。对某些类型的光源来说，包括基于LED的源，这可利用脉宽调制(PWM)技术而被有效实现。
在PWM控制技术的一个示例性实施方式中，对于照明单元的每个通道，固定的预先确定的电压Vsource被周期性地施加在包含在该通道中的给定光源上。电压Vsource的施加可通过一个或多个由控制器105控制的开关(图1未示出)来实现。当电压Vsource施加在所述光源上时，预先确定的固定电流Isource(例如由电流调整器确定，图1也未示出)被允许流过所述光源。此外，已经提到，基于LED的光源可包括一个或多个LED，这使得电压Vsource可被施加到构成光源的一组LED，且电流Isource可由该组LED拉动。当被赋能时所述光源上的固定电压Vsource以及被赋能时由该光源拉动的被调整的电流Isource确定该光源的即时操作功率Psource的量(Psource＝Vsource·Isource)。如上所述，对于基于LED的光源，利用调整的电流来减轻如果采用可变LED驱动电流会发生的LED输出中的潜在不期望的或不可预测的变化。
根据PWM技术，通过周期性地向光源施加电压Vsource并在给定开关循环期间改变电压被施加的时间，时间上传递给该光源的平均功率(平均操作功率)可被调制。特别地，控制器105可被配置为向给定光源以脉冲的方式施加电压Vsource(例如通过输出一个操作一个或多个开关来向该光源施加电压的控制信号)，所述脉冲优选地具有比能够被人眼察觉到的频率更高的频率(例如大于大约100Hz)。以这种方式，观察由所述光源产生的光的观察者感觉不到离散的开关循环(通常被称作“闪变效应”)，而是人眼的融合功能基本上感知连续的光产生。通过调整控制信号开关循环的脉冲宽度(即作用时间或占空比)，控制器改变在任意给定时间段内该光源被赋能的平均时间量，并因此改变该光源的平均操作功率。以这种方式，从每个通道所生成的光的被感知亮度进而可以被改变。
正如下面要更详细讨论的，控制器105可被配置为以预先确定的平均操作功率控制多通道照明单元的每个不同光源通道，从而为每个通道产生的光提供相应的辐射输出功率。可替换地，控制器105可从各种来源接收指令(例如“照明指令”)，所述起源诸如用户接口118、信号源124或一个或多个通信端口120，所述指令为一个或多个通道指定规定的操作功率，并因此为由各个通道产生的光指定相应的辐射输出功率。通过为一个或多个通道改变规定的操作功率(例如依照不同的指令或照明命令)，该照明单元可以产生光的被感知的不同颜色和亮度等级。
在上面提到的照明单元100的一些实施方式中，图1所示的光源104A、104B、104C和104D的一个或多个可包括一组多个被控制器105一起控制的LED和其它类型的光源(例如LED或其它类型的光源的各种并联和/或串联连接)。另外，应当意识到，所述一个或多个光源可包括一个或多个LED，所述一个或多个LED适用于生成具有各种光谱(即波长或波长带)中任意一种的辐射，所述各种光谱包括但不限于各种可见的颜色(包括基本上的白光)、白光的各种色温、紫外光或红外光。具有各种光谱带宽(例如窄带、较宽带)的LED可用在照明单元100的各种实施方式中。
照明单元100可被构造或安排为用来产生宽范围的可变颜色辐射。例如，在一种实施方式中，照明单元100可尤其是可以被安排为使得由两个或更多所述光源生成的可控可变强度(即可变辐射功率)光相组合以产生混合的有色光(包括具有各种色温的基本上的白光)。特别地，混合有色光的颜色(或色温)可通过改变所述光源的各自强度(输出辐射功率)的一个或多个而被改变(例如响应于由控制器105输出的一个或更多控制信号)。此外，控制器105特别地可被配置为提供控制信号到一个或多个所述光源，从而生成各种静态或时变(动态)的多颜色(或多色温)照明效果。为此，控制器可包括被编程为提供这种信号到一个或多个所述光源的处理器102(例如微处理器)。在各种实施方式中，处理器102可被编程为，自主地提供这样的信号以作为对照明指令，或各种用户或信号输入的响应。
这样，照明单元100可包括多种组合下的多种多样颜色的LED，所述组合包括红、绿、蓝LED中的两个或多个，以形成颜色混合，以及一个或更多其它LED，以产生白光变化的颜色和色温。例如，红、绿和蓝可与琥珀、白、紫外、橙、红外或其它颜色的LED相混合。另外，具有不同色温的多个白LED(例如，生成对应于第一色温的第一光谱的一个或多个第一白LED，，和生成对应于与第一色温不同的第二色温的第二光谱的一个或多个第二白LED)可被采用在全白LED照明单元中或与其它颜色的LED相组合。这种在照明单元100中对不同颜色的LED和/或不同色温的白LED进行的组合能够便于精确地再现很多照明条件的期望的光谱宿主，其例子包括但不限于，与白天的不同时间的各种室外日光等效的光、各种内部照明条件、用来模拟复合多颜色背景的照明条件等。其它期望的照明条件可通过去除特定部分的谱来产生，其中所述特定部分的谱可以在特定环境中被特别地吸收、衰减或反射。例如，水倾向于吸收和衰减多数非蓝或非绿颜色的光，因此水下的应用可得益于适于相对于其它谱元素强调或衰减某些谱元素的照明条件。
如图1所示，照明单元100还可包括用于存储各种数据的存储器114。例如，存储器114可被用于存储由一个或多个用于由处理器102执行的照明指令或程序(例如生成用于所述光源的一个或多个控制信号)，以及对生成各种颜色辐射有用的各种类型的数据(例如校正信息，将在下面讨论)。存储器114还可存储一个或多个特殊的标识符(例如序列号和地址等)，所述标识符可在本地使用或者在系统级上使用以便识别照明单元100。在各实施方式中，这样的标识符可以由制造商预先编程，例如，可以是之后可改变的和不可改变的(例如通过位于照明单元上的某些类型的用户接口，通过由照明单元接收的一个或多个数据和控制信号等)。可替换地，这种标识符可在照明单元初次使用时在现场被确定，并且可以是此后可改变的或不可改变的。
与在图1的照明单元100中控制多个光源，和在照明系统中控制多个照明单元100(例如将在下面结合图2进行描述的)相联系，可能出现一个问题，该问题涉及在基本类似的光源之间潜在可感知的光输出的差别。例如，给定由各自的相同控制信号驱动的两个实质上相同的光源，则由每个光源输出的光的实际强度(例如辐射功率，以流明为单位)可测量出不同。光输出的这样的差别可归因于各种因素，包括但不限于，光源之间轻微的制造差别、光源随时间的正常磨损等，所述磨损可不同地改变所生成辐射的各自谱。为了该讨论的目的，控制信号与得到的输出辐射功率之间特定关系对于其为未知的光源被称作“未校准”光源。在图1所示照明单元100中使用一个或多个未校准光源将会导致产生具有不可预测的、或“未校准”的颜色或色温的光。例如，考虑包括第一未校准红光源和第一未校准蓝光源的第一照明单元，响应于相应的照明指令，所述每个照明单元被控制，所述照明指令中具有在范围0到255(0-255)内的可调节参数，其中最大值255表示从光源可得到的最大辐射功率(即100％)。对此例子来说，如果红指令被设置为零而蓝指令被设置为非零，则蓝光被生成，然而如果蓝指令被设置为零而红指令被设置为非零，则红光被生成。然而，如果两个指令都从非零值变化，则各种可感知到的不同的颜色将被产生(例如，在此例子中，至少很多不同的紫色的色度是可能的)。特别地，特定的期望颜色(例如淡紫色)可能由值为125的红指令和值为200的蓝指令给出。现在考虑第二照明单元，所述第二照明单元包括与第一照明单元的第一未校准红光源基本类似的第二未校准红光源和与第一照明单元的第一未校准蓝光源基本类似的第二未校准蓝光源。如上所述，即使两个未校准红光源响应于各自相同的指令而被控制，但是由每个红光源输出的光的实际强度(例如辐射功率，单位流明)可以测量出不同。类似地，即使所述两个未校准的蓝光源响应于各自相同指令而被控制，但是由每个蓝光源输出的实际的光可以测量出不同。
在了解了前面的内容后，应当意识到，如果多个未校准光源被相组合地用于照明单元中以产生如上所述的混合颜色的光，则由不同照明单元在相同控制条件下产生的观察到的光的颜色(和色温)可被感知出不同。具体而言，再一次考虑上面例子的“淡紫色”；第一照明单元利用值为125的红指令和值为200的蓝指令产生的“第一淡紫色”实际上可感知出与由第二照明单元利用值为125的红指令和值为200的蓝指令产生的“第二淡紫色”不同。更一般地，第一和第二照明单元用它们的未校准光源而生成未校准颜色。因此，在本技术的一些实施方式中，照明单元100包括校准装置，以便易于在任意给定时间生成具有经校准的(例如可预测的、可再现的)颜色的光。一方面，所述校准装置被配置为调节(例如缩放)该照明单元中至少一些光源的光输出，从而补偿在不同照明单元中使用的类似光源之间的可感知差别。例如，在一个实施例中，照明单元100的处理器102被配置为控制光源的一个或多个，从而以经校准的强度输出辐射，所述强度以预先确定的方式基本上对应于用于所述光源的控制信号。作为具有不同光谱和各自经校准强度的混合辐射的结果，经校准的颜色被产生。在该实施例的一个方面，用于每个光源的至少一个校准值被存储在存储器114中，且处理器被编程以便为相应光源将各个校准值应用于控制信号(指令)，从而生成经校准的强度。一个或多个校准值可以被一次确定(例如在照明单元制造/检测阶段)并被存储在存储器114中以供处理器102使用。另一方面，处理器102可被配置为，例如借助于一个或多个光电传感器动态地(例如有时)推导出一个或多个校准值。在各个实施例中，光电传感器可以是被耦合到照明单元的一个或多个外部部件，或者可替换地可以作为照明单元本身的部分被集成。光电传感器是信号源的一个例子，其可被集成到或者以其它方式与照明单元100相关联，并与照明单元的操作相联系地由处理器102监控。这种信号源的其它例子在下面联系图1所示的信号源124作进一步讨论。可由处理器102实施以推导出一个或多个校准值的一个示例性方法包括，将参考控制信号应用到信号源(例如，对应于最大输出辐射功率)，并测量(例如，通过一个或多个光电传感器)由光源这样生成的辐射强度(例如落到光电传感器上的辐射功率)。处理器可被编程为，然后将测量的强度与至少一个参考值(例如，代表响应于参考控制信号所预期的标称强度)相比较。基于该比较，处理器可确定一个或多个用于该光源的校准值(例如缩放因子)。特别地，处理器可推导出校准值，使得当所述校准值被应用到参考控制信号时，光源输出具有对应于该参考值(即“期望的”强度，例如“期望的”辐射功率，单位是流明)的强度的辐射。在各方面，一个校准值可被推导出用于给定光源的整个范围的控制信号/输出强度。可替换地，多个校准值可被推导出用于给定光源(即大量的校准值“样本”可被获得)，所述校准值被分别应用到不同的控制信号/输出强度范围上，以便以分段线性方式逼近非线性校准函数。
还是参照图1，照明单元100可选地可包括一个或多个用户接口118，所述用户接口被提供以便易于实现任意数量的用户可选设置或功能(例如，通常控制照明单元100的光输出，改变和/或选择各种预先编程的要由该照明单元产生的照明效果，改变和/或选择所选照明效果的各种参数，设置特定标识符，诸如用于照明单元的地址或序列号等)。在各种实施例中，用户接口118和照明单元之间的通信可通过电线、电缆或无线传输实现。
在一个实施方式中，所述照明单元的控制器105监控用户接口118，并至少部分地基于该接口的用户操作来控制光源104A、104B、104C和104D的一个或多个。例如，控制器105可被配置为，通过发起用于控制一个或多个所述光源的一个或多个控制信号来响应用户接口的操作。可替换地，处理器102可被配置为，通过选择一个或多个预先编程的存储在存储器中的控制信号，修改通过执行照明程序生成的控制信号，选择并执行来自存储器的新的照明程序，或者以其它方式影响由一个或多个所述光源产生的辐射来响应用户接口的操作。
在一些实施例中，用户接口118可组成一个或多个开关(例如标准的墙上开关)，所述开关中断到控制器105的功率。在一个实施例中，控制器105被配置为监控由用户接口控制的功率，并进而至少部分地基于由用户接口的操作引起的功率中断的持续时间，控制一个或多个所述光源。如上所述，控制器可被特别配置为，通过例如选择存储在存储器中的一个或多个预先编程的控制信号，修改通过执行照明程序生成的控制信号，选择和执行来自存储器的新的照明程序，或者以其它方式影响由一个或多个所述光源产生的辐射来响应功率中断的预先确定的持续时间。
图1还示出，照明单元100可被配置为从一个或多个其它信号源124接收一个或多个信号122。在一个实施方式中，照明单元的控制器105可单独地或与其它控制信号(例如，通过执行照明程序产生的信号，来自用户接口的一个或多个输出等)相组合地使用信号122，从而以类似于上面与用户接口相联系讨论的方式来控制一个或多个光源104A、104B、104C和104D。
可由控制器105接收并处理的信号122的例子包括但不限于，一个或多个音频信号、视频信号、功率信号、各种类型的数据信号、代表从网络(例如互联网)获得的信息的信号、代表一个或多个可检测/感测条件的信号、来自照明单元的信号、包括调制光的信号等。在各种实施方式中，信号源124可被从照明单元100远程定位，或者作为照明单元的部件被包括。在一个实施例中，来自一个照明单元100的信号可通过网络被发送到另一照明单元100。
可在图1所示照明单元100中采用，或者可与所述照明单元100相联系地使用的信号源124的一些例子包括各种任意的响应于某些激励而生成一个或多个信号122的传感器或换能器。这种传感器的例子包括但不限于，各种类型的环境条件传感器，诸如热敏(例如温度、红外)传感器、湿度传感器、运动传感器、光电传感器/光传感器(例如光电二极管、对一个或多个特定的电磁辐射谱敏感的传感器，诸如分光辐射计或分光光度计等)、各种类型的照相机、声音或振动传感器或其它压力/力换能器(例如，麦克风、压电设备)等。
信号源124的其他例子包括各种计量/检测设备，所述计量/检测设备监控电信号或特征(例如，电压、电流、功率、电阻、电容、电感等)或化学/生物学特征(例如，酸度、一种或多个特定化学或生物试剂、细菌的存在等)，并基于测量的所述信号或特征的值来提供一个或多个信号122。信号源124的其它例子包括各种类型的扫描仪、图像识别系统、话音或其它声音识别系统、人工智能和机器人系统等。信号源124还可以是照明单元100、其它的控制器或处理器、或很多可用信号生成设备中的任意一种，诸如媒体播放器、MP3播放器、计算机、DVD播放器、CD播放器、电视信号源、照相机信号源、麦克风、扬声器、电话、蜂窝电话、即时消息设备、SMS设备、无线设备、个人组织设备等等。
图1所示的照明单元100还可包括一个或多个光学元件或装置130以便光学上处理由光源104A、104B、104C和104D产生的辐射。例如，一个或多个光学元件可被配置为改变所产生辐射的空间分布和传播方向的其中之一或两者。特别地，一个或多个光学元件可被配置为改变所生成辐射的散射角。该实施例的一个方面，一个或多个光学元件130可被特别配置为可变地改变所产生辐射的空间分布和传播方向的其中之一或这两者(例如响应于某些电的和/或机械的激励)。可被包括在照明单元100中的光学元件的例子包括但不限于，反射材料、折射材料、半透明材料、滤波器、透镜、镜和光纤。光学元件130还可包括磷光材料、冷光材料或能够响应所产生辐射或者与之交互的其它材料。
还是如图1所示，照明单元100可包括一个或多个通信端口120以便易于将照明单元100耦合到包括一个或多个其它照明单元在内的任意的各种其他设备。例如，一个或多个通信端口120可易于将多个照明单元耦合到一起成为联网的照明系统，在该系统中，至少一些或全部照明单元是可寻址的(例如具有特定标识符或地址)和/或可响应于特定的通过该网络传输的数据。另一方面，一个或多个通信端口120可适于通过有线或无线传输来接收和/或发送数据。在一个实施例中，通过通信端口接收的信息可以至少部分地涉及接下来要被该照明单元使用的地址信息，并且该照明单元可适于接收所述地址信息并然后将所述地址信息存储在存储器114中(例如，照明单元可适于将存储的地址用作其地址，以便当通过一个或多个通信端口接收接下来的数据的时候使用)。
特别地，在联网的照明系统环境中，如后面(例如结合图2)将会更详细描述的，在数据通过该网络传送时，被耦合到该网络的每个照明单元的控制器105可被配置为响应关于它的(例如在某些情况下，用联网的照明单元的各标识符来规定)特定数据(例如照明控制指令)。一旦给定的控制器识别出要用于它的特定数据，它就可以读出所述数据，并例如根据所接收的数据改变由其光源产生的照明条件(例如通过生成用于所述光源的适当控制信号)。一方面，被耦合到该网络的每个照明单元的存储器114可被加载例如对应于控制器的处理器102所接收的数据的照明控制信号表。一旦处理器102接收到来自该网络的数据，该处理器就可查询该表，以选择对应于所接收数据的控制信号，并由此控制该照明单元的光源(例如使用各种模拟或数字信号控制技术中的任意一种，包括上面讨论的各种脉冲调制技术)。
该实施例的一个方面，给定照明单元的处理器102不论其是否被耦合到网络，均可被配置为解释用DMX协议接收的照明指令/数据(例如，在美国专利6,016,038和6,211,626中讨论的)，所述DMX协议是通常在照明行业中用于某些可编程照明应用的照明指令协议。在DMX协议中，照明指令作为控制数据而被传送到照明单元，所述控制数据被格式化为包括512字节数据的分组，其中每个数据字节由8个比特构成，代表从0到255数字值。这512个数据字节的前面是“起始码”字节。包括513个字节的完整“分组”(起始码加上数据)根据RS-485电压电平和电缆线路实际情况，以250kbit/s被串行发送，其中分组的开始用至少88微秒的中断来表示。
在DMX协议中，给定分组中512个字节的每个数据字节均被作为用于多通道照明单元中特定“通道”的照明指令，其中数字值0表示没有辐射功率用于该照明单元的给定通道(即通道关闭)，而数字值255表示全部的辐射输出功率(可用功率的100％)用于该照明单元的给定通道(即通道完全打开)。例如，一方面，现在考虑基于红、绿和蓝LED的三通道照明单元(即“R-G-B”照明单元)，DMX协议中的照明指令可指定红通道指令、绿通道指令和蓝通道指令中的每一个作为表示从0到255的值的八位数据(即数据字节)。用于任意颜色通道的最大值255指示处理器102控制相应的光源用最大可用功率(即100％)对该通道操作，由此为该颜色产生最大可用辐射功率(用于R-G-B照明单元的这样的指令结构通常被称作24比特颜色控制)。因此，格式为[R，G，B]＝[255，255，255]的指令将会使照明单元为红、绿、蓝光的每一个产生最大辐射功率(由此生成白光)。
因此，采用DMX协议的给定通信链路通常能够支持多达512个不同的照明单元通道。被设计用来接收以DMX协议为格式的通信的给定照明单元通常被配置为，基于所期望的数据字节在该分组中的整个512数据字节序列中的特定位置，响应对应于照明单元通道的数目的分组中的512字节的仅仅一个或多个特定数据字节(例如，在三通道照明单元的例子中，照明单元使用三个字节)，并忽略其它字节。为此，基于DMX的照明单元可配备有地址选择机制，所述地址选择机制可由用户/安装者手动设置，以确定该照明单元响应的数据字节在给定DMX分组中的特定位置。
然而，应当意识到，适用于本公开的照明单元不限于DMX指令格式，因为根据各个实施例的照明单元可被配置为响应其他类型的通信协议/照明指令格式，从而控制它们各自的光源。通常，处理器102可被配置为响应各种格式的照明指令，所述照明指令根据表示从0到用于每个通道的最大可用操作功率的某些尺度，表示为用于多通道照明单元的每个不同通道的指定的操作功率。
例如，在另一实施例中，给定照明单元的处理器102可被配置为解释以常规以太网协议(或基于以太网概念的相似协议)接收的照明指令/数据。以太网是众所周知的常被用于局域网(LAN)的计算机网络技术，该计算机网络技术定义了对形成网络的互连设备的线路和信令要求，以及用于通过该网络传输的数据的帧格式和协议。耦合到网络的设备具有各自唯一的地址，并且用于该网络上一个或多个可寻址设备的数据被组织为分组。每个以太网分组包括指明目的地址(该分组要到哪里)和源地址(分组从哪里来)的“报头”，后面接着是包括若干数据字节的“有效荷载”(例如，在类型II的以太网帧协议中，有效荷载可以从46数据字节到1500数据字节)。分组以纠错码或“校验和”结束。利用上面讨论的DMX协议，要到达被配置为接收以太网协议通信的给定照明单元的连续以太网分组的有效荷载可包括，表示用于能够由该照明单元生成的光的不同可用光谱(例如不同颜色信道)的各自规定辐射功率的信息。
在又一实施例中，给定照明单元的处理器102可被配置为解释以例如在US专利No.6,777,891中描述的基于串行的通信协议接收的照明指令/数据。特别地，根据基于串行的通信协议的一个实施例，多个照明单元100通过它们的通信端口120而被耦合在一起，以形成照明单元的串联连接(例如菊花链或环状拓补)，其中每个照明单元具有输入通信端口和输出通信端口。被传输到照明单元的照明指令/数据基于每个照明单元在串联连接中的相对位置被顺序安排。应当意识到，尽管基于照明单元串行互连的照明网络结合采用基于串行的通信协议的实施例被特别讨论，但该公开不限于此方面，因为本公开所构思的照明网络拓扑的其它例子在下面结合图3进行进一步讨论。
在采用基于串行的通信协议的一个实施例中，当串联连接的每个照明单元的处理器102接收数据时，其“剥离”或提取要用于其的数据序列的一个或多个初始部分，并将所述数据序列的剩余部分发送到串联连接的下一个照明单元。例如，再次考虑多个三通道(例如“R-G-B”)照明单元的串行互连，三个多比特值(每个通道一个多比特值)被每个三通道照明单元从接收的数据序列中提取。串联连接的每个照明单元进而重复该过程，即剥离或提取所接收数据序列的一个或更多初始部分(多比特值)，并发送该序列的剩余部分。数据序列的被每个照明单元依次剥离的初始部分可包括，用于能够由该照明单元产生的光的不同的可用光谱(例如不同的颜色通道)的，规定的相应辐射功率。如上结合DMX协议所述，在各种实施方式中，每个通道的每个多比特值都可以是8比特值，或者每个通道具有其它数目的比特(例如12、16、24等)，这部分地取决于用于每个通道的所期望的控制分辨率。
在基于串行的通信协议的另一示例性实施方式中，与剥离所接收数据序列的初始部分不同，标志被与表示用于给定照明单元多个通道的数据的数据序列的每个部分相关联，且用于多个照明单元的完整数据序列在串行连接中被全部从一个照明单元发送到另一个照明单元。当串行连接中的照明单元接收到数据序列时，该照明单元寻找该数据序列的第一部分，其中，标志指示给定部分(代表一个或多个通道)尚未被任何照明单元读出。一旦找到这一部分，照明单元读出并处理该部分，以提供相应的光输出，并设置相应的标志，以指示该部分已经被读出。再一次地，整个数据序列被全部从一个照明单元发送到另一个照明单元，其中标志的状态指示该数据序列的下一部分可用于读出和处理。
在与基于串行的通信协议相关的一个实施例中，被配置用于基于串行的通信协议的给定照明单元的控制器105可被实现为专用集成电路(ASIC)，所述专用集成电路被设计为，根据上述“数据剥离/提取过程或“标志修改”过程来专门地处理接收到的照明指令/数据流。更具体地说，在被以串联互连耦合在一起以形成网络的多个照明单元的一个示例性实施例中，每个照明单元包括具有处理器102功能的ASIC实现的控制器105、存储器114和通信端口120，如图1所示(可选用户接口118和信号源124当然不需要被包括在某些实施方式中)。这种实施方式在美国专利No.6,777,891中有详细讨论。
在一个实施例中，图1的照明单元100可包括和/或被耦合到一个或多个电源108。在各个方面，电源108的例子包括但不限于AC电源、DC电源、电池、太阳能电源、热电或基于机械的电源等等。另外，一方面，电源108可包括一个或多个功率转换设备或功率转换电路和或与之相关联(例如，在某些情况下，在照明单元100的内部)，所述功率转换设备或功率转换电路将由外部电源接收的功率转换为适合于各种内部电路部件和照明单元100的光源的操作的形式。在序号为11/079,904和11,429,715的美国申请中所讨论的一种示例性实施方式中，照明单元100的控制器105可被配置为接受来自电源108的标准AC线电压，并基于与DC到DC转换相关的概念或“开关”电源的概念，为光源和照明单元的其它电路提供合适的DC操作功率。在这种实施方式的一个方面中，控制器105可包括不仅接受标准AC线电压而且保证以相当高的功率因数从该线电压取得该功率的电路。
虽然图1中未明确示出，但是照明单元100可以根据本公开的各种实施例，以几种不同结构配置中的任意一种而被实施。这样的配置的例子包括但不限于基本为直线型或曲线的配置，圆形配置、椭圆形配置、矩形配置、前述的组合、各种其它几何形状的配置、各种二维或三维配置等等。
图2示出了根据一个实施例的，基于基本为直线型配置404或曲线配置408，用于照明单元100的示例性形状因素。特别地，基本为直线型或伸长的外壳可包括一个或多个光源104A-104D，以及控制器105和在上面结合图1所讨论的其它部件。一方面，光源104A-104D可以以基本为直线型的方式被布置在外壳中的一个或多个电路板上。具有直线型配置404或曲线配置408的这种照明单元可与其它直线型或曲线形的照明单元、或者具有其它形状的照明单元端对端地放置，以产生包括多个各种形状的照明单元100的更长的直线型照明系统。在另一种实施方式中，包括整体连接的外壳可生成为具有“T”或“Y”分支，以生成具有分支配置410的照明单元，且照明单元还可被实现为弯曲的配置412，所述弯曲的配置412包括一个或多个“V”元件。包括直线型配置404、曲线配置408、分支配置410和弯曲配置412的各种配置的组合可被用于生成几乎任意的照明系统形状，诸如类似于字母、数字、符号、标记、物体、结构等等的形状。
给定照明单元还可具有用于光源的各种安装设置、各种部分或全部地包围该光源的外罩/外壳布置和形状和/或各种电和机械连接配置中的任意一种。另外，如上所述的一个或多个光学元件可被部分地或全部地与用于照明单元的外罩/外壳设置相集成。此外，上述照明单元的各种部件(例如处理器、存储器、电源、用户接口等)，以及可与照明单元以不同实施方式相关联的其它部件(例如传感器/换能器、使得便于与所述单元通信的其它部件等)可以以各种方式封装；例如，一方面，各种照明单元部件的任意子集或全部，以及可与照明单元相关联的其它部件均可被封装在一起。另一方面，被封装的部件子集可以以各种方式被电气地和/或机械地耦合在一起。
图3示出了根据本公开的一个实施例的联网的照明系统200的例子。在图3的实施例中，与上面结合图1进行讨论的照明单元类似，多个照明单元100被耦合在一起，以形成联网的照明系统。然而，应当意识到，图3中所示照明单元的特殊配置和安排仅仅是为了说明的目的，而本公开不限于图3所示的特定系统拓扑。
另外，尽管图3中未明确示出，但应该意识到，联网的照明系统200可被灵活地配置为包括一个或多个用户接口，以及一个或多个信号源，诸如传感器/换能器。例如，一个或多个用户接口和/或一个或多个诸如传感器/换能器的信号源(如上面结合图1所讨论的)可以与联网的照明系统200的任意一个或多个照明单元相关联。可替换地(或附加于上面的)，一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源可被实施为联网的照明系统200中的“独立”部件。不管是独立的部件还是特别地与一个或多个照明单元200相关联，这样的设备可以由联网的照明系统的照明单元“共享”。换言之，一个或多个用户接口和/或一个或多个诸如传感器/换能器的信号源可构成联网的照明系统中的“共享资源”，所述共享资源可与控制任意一个或多个系统照明单元有关地被使用。
如图3的实施例所示，照明系统200可包括一个或多个照明单元控制器(此后的“LUC”)208A、208B、208C和208D，其中每个LUC负责与耦合到其的一个或多个照明单元100通信并通常对它们进行控制。虽然图3示出了耦合到LUC 208A的两个照明单元100，和耦合到每个LUC 208B、208C和208D的一个照明单元100，但应当意识到，该公开不限于此方面，因为不同数量的照明单元100可以利用各种不同的通信介质和协议，以各种不同配置(串联、并联、串并联组合等)而被耦合到给定LUC。
在图3的系统中，每个LUC进而又可被耦合到中央控制器202，所述中央控制器202被配置为与一个或多个LUC通信。尽管图3示出了通过一般连接204(其可包括任意数目的各种常规耦合、开关和/或网络设备)耦合到中央控制器202的四个LUC，但应当意识到，根据各实施例，不同数目的LUC可被耦合到中央控制器202。另外，根据本公开的各实施例，LUC和中央控制器可以利用各种不同通信介质和协议，以各种配置而被耦合在一起，以形成联网的照明系统200。此外，应当意识到，LUC和中央控制器的互连，以及照明单元到各个LUC的互连可以以不同方式实现(例如利用不同配置、通信介质和协议)。
例如，根据本发明的一个实施例，图3所示中央控制器202可被配置为实现基于以太网的与LUC间的通信，LUC进而可被配置为实现基于以太网、基于DMX或基于串行协议的其中一种的与照明单元100之间的通信(如上所述，适用于各种网络实现的示例性的基于串行的协议在美国专利No.6,777,891中有详细讨论)。特别地，在该实施例的一个版本中，每个LUC可被配置为可寻址的基于以太网的控制器，并因此可被中央控制器202通过特定的唯一地址(或唯一的地址和/或其它标识符的组)，利用基于以太网的协议而识别。以这种方式，中央控制器202可被配置为支持遍及被耦合LUC的网络的以太网通信，并且每个LUC可响应预定用于其的那些通信。依次地，响应于与中央控制器202的以太网通信，每个LUC可将照明控制信息发送到耦合到其的一个或多个照明单元，例如通过以太网、DMX或基于串行的协议(其中照明单元被适当地配置以便解释按以太网、DMX或基于串行的协议从LUC接收的信息)。
图3所示的LUC 208A、208B和208C可被配置为是“智能的”，因为中央控制器202可被配置为将更高级别的指令发送到LUC，所述指令需要由LUC在照明控制信息能被转发到照明单元100之前进行解释。例如，照明系统操作者可能想要生成颜色变化效果，即给定照明单元互相之间的特定布置，在照明单元之间改变颜色使得生成传播彩色彩虹的外观(“彩虹颜色追赶”Rainbow Chase)。在该例子中，操作者可以向中央控制器202提供简单指令来完成这个，中央控制器进而可利用基于以太网的协议将高级别指令传送到一个或多个LUC，以生成“彩虹颜色追赶”。该指令例如可包括定时、强度、色调、饱和度或其他相关信息。当给定LUC接收到这样的指令时，其可以解释该指令，并利用各种协议(例如以太网、DMX、基于串行的)的任意一种，将进一步的指令传送给一个或多个照明单元，响应于所述进一步的指令，所述照明单元的各个光源通过各种信令技术(例如PWM)被控制。
照明网络的一个或多个LUC可被耦合到串联连接的多个照明单元100(例如参见图3的LUC 208A，其被耦合到两个串联连接的照明单元100)。例如，以这种方式耦合的每个LUC可被配置为利用基于串行的通信协议而与多个照明单元通信，这样的例子在上面讨论过。更具体的说，在一个示例性实施方式中，给定的LUC可被配置为利用基于以太网的协议来与中央控制器202和/或一个或多个其它LUC通信，并且进而利用基于串行的通信协议与多个照明单元通信。以这种方式，LUC一方面可被看作协议转换器，它接收基于以太网的协议的照明指令或数据，并利用基于串行的协议将所述指令传递给多个串联连接的照明单元。当然，在涉及基于以各种可能拓扑安排的基于DMX的照明单元的其它网络实施方式中，应当意识到，给定LUC类似地可被看作协议转换器，它接收以太网协议的指令或数据，并将DMX协议格式的指令进行传递。还应该意识到，前面根据本技术的一个实施例的，在照明系统中利用多个不同通信实施方式(例如以太网/DMX)的例子仅仅是为了说明的目的，该技术不限于该特定例子。
从上述内容可意识到，上面讨论的一个或多个照明单元能够生成在宽颜色范围内的高度可控的可变色的光，以及在宽色温范围内的可变色温的白光。
图4示出了具有放置在二维阵列700中的直线型配置404(如上结合图2所讨论的)的照明单元100网络。照明单元100可被电气互连以便如上结合图3讨论的各种方式中的任意一种形成如图4所示的网络阵列。如图4所示，具有直线型配置404的照明单元可被物理地端对端放置，以生成任意大大小的阵列。具有直线型配置404的照明单元可以是各种大小，诸如一英尺和四英尺的段，或者可以大小一致。每个直线型照明单元100可如上讨论的被个别地控制(通过中央控制器202和适当的寻址方案/通信协议)以提供颜色、色调、强度、饱和度和色温变化。这样，阵列700可基于阵列700的个别直线型照明单元的开关状态、颜色和强度来表示任意的颜色组合。例如，图5示出了具有直线型配置404的直线型照明单元100的阵列700，其中某个单元100A打开(即生成可感知的光输出)。被打开的单元100A在例如图3所示中央控制器202的控制下，可以显示相同颜色或不同颜色。
图6示出了用于图4和5的阵列700的时序图，并示出各种灯光效果的任意一种都可通过控制该阵列的不同照明单元随时间生成各种光输出来产生。图6中的箭头902显示随着时间流逝(图6中向下移动)，阵列700的不同照明单元100A被触发打开。一方面，照明单元100A随着时间而打开的进程可以表示阵列700的“移动元素”，该移动元素向下移动、穿过阵列再返回，明显遵循箭头904的路径。
可替换地，不是表示包括多行直线型照明单元的完整二维阵列，图6的时序图可以表示单线的直线型照明单元，其中图6所示的每行代表不同时刻的同一行。这样，随着每段时间的过去，该行中被通电的照明单元100A移动到右边，然后回到左边。结果，特定颜色的光可以在直线型照明单元的行末端之间来回“摆动”，或者它可以围着阵列的“壁”而“摆动”(给定行的末端之间)。被通电的照明单元可以被给予属性，诸如简单的谐波运动、钟摆效果等。利用正确的算法，“摆动”可被设置为遵守看起来给其“摩擦力”或“重力”(使摆动效果减慢)或“对抗重力”(使摆动效果加快)的规则。在其它的灯光效果例子中，给定行的多个照明单元还可被通电以便互相“跟随”，从而在“颜色追踪彩虹”效果中，一个颜色沿着这条线或通过该阵列追踪其它颜色。
任意前述的照明效果和很多其它照明效果可相似地利用照明单元配置的其它组合来实现，诸如如上关于图2所讨论的曲线配置408、分支配置410或弯曲配置412。应当注意到，用于照明单元100的任意形状或配置如果从足够远的距离观看，可基本上类似于点光源。例如，如果从足够远的距离观看，则较大集合/阵列/安排的个别的基本为直线型的照明单元，或者具有其它几何配置的照明单元，能够看起来像建筑物一侧上的“像素”。
图7、8A、8B和8C示出了本公开针对模块化的基本为直线型的照明装置600的一个实施例的各种结构方面，该照明装置600被配置为安放多个与如上结合图1-6所讨论的照明单元100相类似的照明单元100。在该实施例的各个方面，照明装置600可包括包含多个部分的外壳，例如包括挤制铝材部分的第一部分610，在所述挤制铝材部分之上放置有包括基本为直线型的圆柱光学外套的第二部分。第一部分610形成包含一个或多个电路板的外壳，在所述电路板上实现了各种与功率有关和与网络有关的电路。如在下面详细讨论的，在一个示例性实施方式中，其上放置有多个照明单元100的一个或多个电路板可以置于由所述光学外套形成的第二部分620内，其与其它放置在第一部分610中的与功率有关和与网络有关的部件相分离。
如图8和下面的表1中所示，多个不同大小的配置被构思用于模块化照明装置600， 更大尺寸的配置安置更多数量的照明单元，这将在下面进一步讨论。例如，下面的表1提供 了三个示例性装置尺寸(长度)，即18英寸、48英寸和96英寸，并提供了用于各装置尺寸的各 种示例性表示的尺寸。虽然表1示出了三种可能的装置尺寸，但应当意识到，根据本发明的 照明装置600不一定限于此方面，因为图8所示的尺寸被提供主要用于说明的目的，其它尺 寸也是可以的。
装置尺寸(英寸/厘米) A(英寸/厘米) B(英寸/厘米) C(英寸/厘米) D(英寸/厘米) #每个装置的固定位置 重量(1b/kg)
18/45.72 0.13/0.33 3.63/9.22 10.88/27.64 12.38/31.45 6 3.4/1.5
48/121.92 0.38/0.97 8.06/20.47 16.13/40.97 42.38/107.65 10 9.3/4/2
96/242.84 0.50/1.27 12.06/30.63 24.13/61.29 90.38/229.57 14 19.0/8.6
表1
图9示出了根据本公开的一个实施例的，图7和8的直线型照明装置600的各种部件的示例性安排。如图9所示，照明装置600的功率和控制电路550被放置在该装置的第一部分610(例如挤制铝材部分)。图9还示出了三个模块化LED电路板520A、520B和520C被放置在通常被光学外套包围的该装置的第二部分620中，其中每个LED电路板520A-C包括五个多通道照明单元100。输入连接器560A和输出连接器560B将来自电源的电力和照明指令(即照明命令或数据)送到照明装置置600或从照明装置600获得，使得多个照明装置可被耦合到一起以形成联网的照明系统。如上所述，连接器560A、560B包括允许电源线和/或数据线在不同于外壳末端的位置上退出外壳的通道。在本发明的各种实施例中，连接器560A、560B被配置和放置在外壳的第一部分610，使得两个或更多照明装置600可被端对端地连接，而它们的外壳的第二部分620之间没有空隙，并因此没有来自邻接装置的可感知的发光的视觉上的中断。
这些部件的各种功能方面在下面依次讨论。
在图9所示的一个实施例版本中，照明装置600被配置为通过标准/常规AC线电压(例如120Vrms-240Vrms)形式的输入连接器560A接收操作电源108。该AC线电压还被直接连接到输出连接器560B，以便依次供给一个或多个其它照明装置，所述其他照明装置可以菊花链的形式被耦合到照明装置600。在照明装置600内部，AC线电压被连接到功率和控制电路板550，该功率和控制电路板550包括功率因子校正的开关电源530(例如基于DC-DC转换器)，所述开关电源提供DC输出电压给各种与网络有关的电路以及装置600的多个照明单元100。开关电源530可被配置为以大约20伏特(例如24VDC)的数量级提供DC输出电压，且能够提供大约20瓦特的功率。根据一个示例性实施方式的开光电源530的电路图在图10被示出。
在图9所示的另一实施例版本中，照明装置600被配置为利用基于以太网的协议来为该装置的多个照明单元接收照明指令/数据。为此，输入连接器560A和输出连接器560B被耦合，以便发送和接收双绞线对515，从而将基于以太网的通信输送到照明装置600的功率和控制电路板550和从其获得通信。更具体地说，携带基于以太网的通信的线对515被耦合到照明单元控制器或LUC 208，这与上面结合图3讨论的类似，所述照明单元控制器或LUC208形成图9所示的功率和控制电路板550的一部分。通常，LUC 208被配置为处理基于以太网的通信，并进而利用基于串行的通信协议与装置600的多个照明单元100通信，上面已经讨论了这样的例子。因此，LUC 208基本上用作如下通信协议转换器，该通信协议转换器以基于以太网的协议接收照明指令或数据，并利用基于串行的协议将所述指令传递到该装置的多个照明单元。
为此，图9所示LUC 208包括以太网开关510，所述以太网开关510被配置为处理进入到装置600的基于以太网的分组业务。一方面，以太网开关被配置为使得分组业务可以以100Mbs/sec的速度被发送到该装置或者从该装置发出。照明装置600的LUC 208被分配唯一的MAC/IP地址(也可能有其它的唯一标识符，诸如序列号或设备名)，且以太网开关510被配置为识别进来的分组业务中的特定分组，所述特定分组专门指定用于该照明装置600(基于用于该照明装置的地址和/或其它唯一标识符)。LUC 208还包括微处理器570，所述微处理器570从以太网开关510接收要用于该照明装置的特定分组。一方面，微处理器570可包括内置的10Mb以太网接口，通过该接口，微处理器和以太网开关被耦合。微处理器570从它接收的以太网分组提取用于该装置的多个照明单元的照明指令/数据，进而利用基于串行的协议，将这些照明指令/数据发送到照明单元。
再如图9中所示，用于照明装置600的多个照明单元100的DC操作功率以及以基于串行的协议的照明指令/数据通过线束而被从功率和控制电路板550提供到第一LED电路板520A。在一个示例性实施方式中，线束540具有通过8针脚连接器545而被耦合到功率和控制电路板550的一个末端，和通过11针脚焊接连接而被耦合到第一LED电路板520A的另一末端。LED电路板520A、520B和520本来就是模块化的，且包括配对和/或互锁连接器555(例如9针脚Samtec连接器)，以实现在给定照明装置中多个LED电路板的模块化串行互连。
在一些实施例中，基于LED的照明单元100被放置在模块化电路板520A、520B和520C上，使得它们相互之间分开大约1英寸的距离。例如，在一个示例性实施方式中，图9中所示的每个LED电路板520A、520B和520C大约为6英寸长，并包括5个可个别控制的照明单元100(由此提供每个照明装置600内的大约1.2英寸的控制分辨率)。该控制精确等级使得装置600能够在一大群建筑和娱乐设置中运行视频、图形和复杂设计的效果。
在此实施方式的一些版本中，每个照明单元100可以是三通道R-G-B照明单元。图11示出了R-G-B照明单元100的一个特殊例子，该例子表示给定LED电路板的照明单元，其中每个照明单元的红通道包括9个串联连接的红LED 104R，绿通道包括5个串联连接的绿LED104G，而蓝通道包括5个串联连接的蓝LED 104B。在图11所示的另一版本中，每个照明单元100的控制器105可被实施为专用集成电路(ASIC)，所述专用集成电路被设计为根据上面联系示例性基于串行的通信协议所讨论的“数据剥离/提取”处理或“标志修改”处理，来专门地处理在输入通信端口120IN接收的照明指令/数据流，并将照明指令/数据流通过输出通信端口120OUT传递到串行互连中的下一个照明单元。更具体地说，每个LED电路板520A、520B、520C的5个照明单元100以串行互连的方式被耦合在一起，且所述电路板进而还通过连接器555以串行互连的方式而被耦合在一起，使得15个照明单元的全部一套被串行互连，其中每个照明单元包括图1所示的用ASIC实现的具有处理器102功能的控制器105、存储器114和通信端口120。
图12示出了根据本公开另一实施例的，图7和8的直线型照明装置600的各个部件的示例性安排。图12所示的装置是图9中所示的更大版本，在该装置中8个模块化LED电路板520被放置在通常由光学外套610所包围的该装置的区域中，且其中两个功率和控制电路板550A和550B被放置在通常由铝外壳620限定的该装置区域中。如同LED电路板520，一方面，功率和控制电路板550A和550B本质上是模块化的。然而，在给定装置中采用多个功率和控制电路板的实施例中，通常多个功率和控制电路板中的仅仅一个包括LUC 208，而所有板都包括开关电源530。这样保证了给定照明装置仅有一个用于基于以太网的通信的地址，但是同时，足够的功率可被提供给该照明装置的照明单元和电路(在一个示例性实施方式中，每个LED板520消耗大约4瓦特的功率，且每个开关电源520提供大约20瓦特的功率；因此，具有8个LED电路板520的装置需要两个开关电源530)。
图13示出了根据本发明一个实施例的联网的照明系统100，所述照明系统100包括与图9和12中所示类似的多个照明装置600。通常，照明系统1000共享在上面结合图3所讨论的照明网络的某些特征，其中每个照明装置600包括LUC 208和多个照明单元100。在图13的系统1000中，中央控制器202通过以太网开关204被耦合到多个功率/数据接线箱800，所述接线箱800从标准AC线电压接收功率108以及从以太网开关204接收基于以太网的通信，并且进而通过单个电缆将基于以太网的通信和线电压提供到相互连接的照明装置600的各个“串”(通过其中一个照明装置的输入连接器560A)。在此实施例的一个方面，中央控制器可实施为“照明系统管理器”或“视频系统管理器”，这在2005年11月10日公开的、名称为“照明系统管理器”的美国专利申请公开号2005-0248299中有详细描述，从而提供对系统1000的每个照明装置600中的每个照明单元的精确灯光控制。如上所述，这种控制的精确等级允许装置600能够在一大群建筑和娱乐设置中运行视频、图形和复杂设计的效果。
在图13所示照明系统1000的一个示例性实施方式中，照明装置可被安排在一维或二维阵列中(例如如图4-6所示)，其中每个照明装置的每个照明单元都可被控制以提供多种多样的照明效果(例如在一个例子中，具有在上面关于图9讨论的1.2英寸增量的可控分辨率)。以这种方式，由系统1000的多个照明装置600形成的二维阵列还可提供大尺度的文本、图形和/或视频再现系统，其中给定照明装置的每个照明单元或照明单元组可作为显示器的个别象素被控制以再现文本、图形和/或视频内容。照明系统1000还可灵活部署在三维环境中，例如用在建筑物的多个面上，以及勾画出全部或部分的建筑物外围或其它内部或外部空间的各种建筑特征，以便在这些环境中提供可控多色照明。并且，如上面关于图2所描述的，应当意识到，与这里结合图9和12所讨论的照明装置类似的照明装置可用其它形状因数实现，诸如曲线配置、分支配置、V型配置等等，以便在大量环境中提供多种多样的系统实施可能性。
虽然这里已经描述和解释了几个发明实施例，本领域技术人员将会容易想到用于实现这里所述功能和/或获得这里所述结果和/或这里所述一个或多个优点的各种其它方式和/或结构，且每种这样的变型和/或修改视为在这里所述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将会容易地意识到，这里所述的所有参数、尺寸、材料和配置是用于示例性的，而实际的参数、尺寸、材料和/或配置将依赖于特殊应用或该发明教导所用于的应用。本领域技术人员将会认识到，或者能够确定使用不超出常规的实验法，很多等效于这里所述的特定发明实施例。因此，应当明白，前面的实施例仅仅是通过例子来表现，且在所附权利要求及其等效的范围内，发明实施例可以以不同于具体描述和要求的方式来实现。本发明的各种实施例针对这里所述的每个单独的特征、系统、项目、材料、成套工具和/或方法。另外，如果这种特征、系统、项目、材料、成套工具和/或方法相互不一致，则两个或更多这种特征、系统、项目、材料、成套工具和/或方法的任意组合被包括在本发明的范围内。
如这里所定义和使用的所有定义应当被理解，以控制字典定义、通过引用作为参考的文献中的定义和/或所定义术语的普通含义。
如在这里的说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”，除非被明确指出与之相反，应当被理解为表示“至少一个”。
如在这里的说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”应当被理解为表示这样结合的元素的“其中一个或两个同时”，即在某种情况下关联出现或在其它情况下不关联出现的元素。用“和/或”列出的多个元素可以以同样的方式构建，即这样结合的“一个或多个”元素。除了用“和/或”从句特别指出的元素之外，可选地可存在其它元素，不管是否与特别指出的那些元素相关或不相关。这样，作为非限制性例子，当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，在一个实施例中，引用“A和/或B”可以仅指A(可选地包括不同于B的元素)；在另一个实施例中，可以仅指B(可选地包括不同于A的元素)；而在其它实施例中，可以指A和B(可选地包括其它元素)等。
如在这里的说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为具有与上述定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项目时，“或”或“和/或”应当被理解为排他的，即包括大量或元素列表中的至少一个，但还包括多于一个，并且可选地，包括其它未列出的项目。只有明确指出相反的项目，诸如“仅仅其中之一”或者“明确其中之一”，或者当用在权利要求中时，“包括”将会指出包括大量或元素列表中的明确的其中一个元素。通常，这里使用的术语“或”当前面有排他性术语时，诸如“或者”、“其中之一”、“仅仅其中之一”或者“明确其中之一”，应当仅仅被理解为指示排他性的可替换物(即，“一个或另一个但不是两个同时)。当权利要求中使用“基本由......构成”时，其应当具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如在这里的说明书和权利要求中所使用的，引用一个或多个元素列表时的术语“至少一个”应当被理解为表示从元素列表的任意一个或多个元素中选择至少一个元素，但不一定包括元素列表中专门列出的每一个元素在至少一个，且不排除元素列表中元素的任意组合。该定义也允许除了术语“至少一个”所指的元素列表中专门指出的元素之外，可选地也存在其它元素，不论其与专门指出的那些元素相关还是不相关。这样，作为非限制性例子，“A和B中的至少一个”(或者等效地“A或B的至少一个”，或者等效的“A和/或B的至少一个”)在一个实施例中可以指可选地包括多于一个的A且不存在B(和可选地包括除B之外的元素)；另一个实施例中，指至少一个B，可选地包括多于一个B，且不存在A(和可选地包括除A之外的元素)；而在又一个实施例中，是指至少一个A，可选地包括多于一个A，并且至少一个B，可选地包括多于一个B(且可选地包括其它元素)等。
还应当理解，除非清楚地指出相反，在这里要求保护的包括一个以上步骤和行为的任何方法中，方法的各步骤或行为的顺序不一定限于该方法被陈述的步骤或行为的顺序。
权利要求以及上述说明书中，所有过渡性短语，诸如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“容纳”、“涉及”、“持有”、“构成”等都应被理解为开放式的，即表示包括但不限制。只有过渡性短语“由......组成”和“基本上由......组成”应当是分别闭合式的或者半闭合式的过渡性短语，正如美国专利局专利审查程序指南的2111.03部分中所指出的。

Claims (24)

1.一种照明装置，包括：
外壳，具有至少第一部分和第二部分；
至少一个功率和控制电路板，其被放置在外壳的第一部分中，所述至少一个功率和控制电路板包括至少一个开关电源和通信协议转换器，其中所述至少一个开关电源用于接收AC线电压并提供DC输出电压，所述通信协议转换器用于接收具有根据第一通信协议的格式的第一照明指令，并将至少其中一些所述第一照明指令转换为具有根据第二通信协议的格式的第二照明指令；和
多个模块化电路板，其被放置在所述外壳的第二部分中，并被耦合到所述至少一个功率和控制电路板，所述多个模块化电路板的每个模块化电路板包括多个耦合到DC输出电压的基于LED的照明单元，并响应具有根据第二通信协议的格式的第二照明指令；
其中所述第一部分和所述第二部分彼此相分离；
所述多个模块化电路板的第一模块化电路板通过线束而被耦合到所述至少一个功率和控制电路板；和
多个模块化电路板的第二模块化电路板通过配对和/或互锁连接器而被串联连接到第一模块化电路板。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述外壳的第一部分包括挤制铝材部分，并且其中所述外壳的第二部分包括半透明光学外套。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中多个基于LED的照明单元个别和独立地响应于第二照明指令，每个基于LED的照明单元包括：
至少一个第一LED，用于生成具有第一谱的第一辐射；
至少一个第二LED，用于生成具有不同于第一谱的第二谱的第二辐射；和
至少一个控制器，用于响应于至少一些第二照明指令来控制至少第一辐射的第一强度和第二辐射的第二强度。
4.根据权利要求1的照明装置，其中第一通信协议是基于以太网的协议，且其中第二通信协议是基于串行的协议。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述至少一个功率和控制电路板包括：
第一功率和控制电路板，包括：
第一开关电源，用于接收AC线电压并提供DC输出电压；和
通信协议转换器；和
至少第二功率和控制电路板，其包括至少一个第二开关电源，用于接收AC线电压并提供DC输出电压，
其中所述照明装置不包括任何其它的通信协议转换器。
6.根据权利要求1所述的照明装置，进一步包括：
输入连接器，其被耦合到所述外壳，所述输入连接器用于接收AC线电压和第一照明指令；和
输出连接器，其被耦合到外壳，所述输出连接器用于提供AC线电压和第一照明指令，
使得所述照明装置可以以菊花链的方式被耦合到至少一个其它照明装置，以形成联网的的照明系统。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中：
所述多个模块化电路板串联连接，每个模块化电路板包括多个个别和独立可控的串联连接的基于LED的照明单元，使得全部所述多个串联连接的模块化电路板上的全部多个基于LED的照明单元被串联互连，每个基于LED的照明单元包括至少一个第一LED、至少一个第二LED和专用集成电路(ASIC)，其中所述至少一个第一LED用于生成具有第一谱的第一辐射，所述至少一个第二LED用于生成具有不同于第一谱的第二谱的第二辐射，所述专用集成电路用于响应于具有根据基于串行的通信协议的格式的第一照明指令来控制至少第一辐射的第一强度和第二辐射的第二强度。
8.根据权利要求1所述的照明装置，其中：
所述多个模块化电路板包括至少三个模块化电路板；和
所述多个模块化电路板的每个模块化电路板包括至少五个个别和独立可控的串联连接的基于LED的照明单元。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述多个个别和独立可控的串联连接的基于LED的照明单元被放置在每个模块化电路板上，使得所述基于LED的照明单元相互之间分隔大约1英寸的距离。
10.一种模块化的基于LED的照明装置，包括：
根据权利要求1所述的照明装置；
输入连接器，用于接收AC线电压和具有根据第一通信协议的格式的第一照明指令；以及
输出连接器，用于提供AC线电压和具有根据第一通信协议的格式的第一照明指令到一个或多个其他照明装置，这些其他照明装置从而可以以菊花链的方式与所述照明装置耦合；
其中所述通信协议转换器被耦合到输入连接器，所述通信协议转换器用于将至少一些具有根据第一通信协议的格式的第一照明指令转换为具有根据第二通信协议的格式的第二照明指令；和
所述多个基于LED的照明单元被耦合到所述通信协议转换器，并被配置为接收具有根据第二通信协议的格式的第二照明指令，所述多个基于LED的照明单元的每个基于LED的照明单元响应于至少一些第二照明指令而可被个别和独立地控制。
11.根据权利要求10所述的照明装置，其中第二通信协议是基于串行的协议。
12.根据权利要求10所述的照明装置，其中第一通信协议是基于以太网的协议。
13.根据权利要求12所述的照明装置，其中第二通信协议是基于串行的协议。
14.根据权利要求12所述的照明装置，其中所述通信协议转换器包括：
以太网开关，基于分配给所述照明装置的唯一标识符来识别至少一些第一照明指令；
微处理器，其被耦合到以太网开关，以将至少一些由所述以太网开关识别的第一照明指令转换为具有根据基于串行的协议的格式的第二照明指令。
15.一种模块化的基于LED的照明装置，包括：
根据权利要求1所述的照明装置；
输入连接器，用于接收AC线电压和具有根据基于以太网的协议的格式的第一照明指令；以及
输出连接器，用于提供AC线电压和具有根据基于以太网的协议的格式的第一照明指令到一个或多个其他照明装置，这些其他照明装置从而可以以菊花链的方式与所述照明装置耦合；
其中所述至少一个开关电源被耦合到所述输入连接器，用于将AC线电压转换为DC输出电压；和
所述多个基于LED的照明单元被耦合到DC输出电压，所述多个基于LED的照明单元的每个基于LED的照明单元基于包含在第一照明指令中的信息而可被个别和独立地控制。
16.根据权利要求15所述的照明装置，其中至少一个开关电源包括至少一个功率因数校正的开关电源。
17.根据权利要求15所述的照明装置，其中DC输出电压大约为20伏特，且其中所述至少一个开关电源被配置为提供大约20瓦特的功率。
18.根据权利要求15所述的照明装置，其中所述至少一个开关电源包括至少两个开关电源，并且其中所述照明装置进一步包括唯一一个通信协议转换器，用于将至少一些具有根据基于以太网的协议的格式的第一照明指令转换为具有根据与基于以太网的协议不同的第二通信协议的格式的第二照明指令。
19.一种照明系统，包括：
第一组多个串联连接的模块化照明装置，所述模块化照明装置为根据权利要求1所述的照明装置，所述第一组多个串联连接的模块化照明装置的至少第一模块化照明装置被配置为通过第一单个多导线电缆接收AC线电压和基于以太网的通信，
其中所述至少一个开关电源被配置为将AC线电压转换为DC输出电压；
所述通信协议转换器被配置为将基于以太网的通信转换为具有根据基于串行的协议的格式的照明指令；
所述多个基于LED的照明单元包括多个串联连接的基于LED的照明单元，其被耦合到DC电压，用于基于具有根据基于串行的协议的格式的照明指令生成可变颜色、可变色温和/或可变强度的光。
20.根据权利要求19所述的照明系统，进一步包括：
第二组多个串联连接的模块化照明装置，所述第二组多个串联连接的模块化照明装置的至少第一模块化照明装置被配置为，通过第二单个的多导线电缆接收AC线电压和基于以太网的通信；
第一单个的多导线电缆；
第二单个的多导线电缆；和
至少一个以太网开关，其通过第一单个多导线电缆而被耦合到所述第一组多个串联连接的模块化照明装置，所述至少一个以太网开关通过第二单个多导线电缆而被耦合到第二组多个串联连接的模块化照明单元。
21.根据权利要求20所述的照明系统，其中第一和第二组多个串联连接的模块化照明装置被集体地安排为二维阵列。
22.根据权利要求21所述的照明系统，其中所述二维阵列提供文本、图形和/或视频再现显示系统，且其中每个模块化照明装置的多个串联连接的照明单元的每个照明单元是显示系统的个别和独立可控的像素。
23.根据权利要求20所述的照明系统，其中所述第一和第二组多个串联连接的模块化照明装置被集体地安放在三维安排中。
24.根据权利要求20所述的照明系统，其中所述第一和第二组多个串联连接的模块化照明装置的至少一些模块化照明装置被放置从而能勾画出至少一个建筑特征。
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