CN103430627A

CN103430627A - 光的角度分布的调光器控制

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Publication number: CN103430627A
Application number: CN2012800166133A
Authority: CN
Inventors: M.C.J.M.维斯森伯格; J.P.M.安塞姆斯; R.P.范戈科姆; A.H.伯格曼; M.P.C.M.克里恩; T.W.图克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: EP2692211B1; DK2692211T3; US9480116B2; EP2692211A1; US20140015436A1; PL2692211T3; ES2752873T3; RU2603264C2; PT2692211T; JP2014512649A; RU2013148100A; WO2012131549A1; CN103430627B; JP6038113B2

Abstract

一种用于控制由光输出设备（102，200）发射的光束的角度分布的方法，所述光输出设备包括第一组光源（105，211）和第二组光源（107，210），该第一组光源包括被配置成在第一角度范围（221，231，241）内发射光的至少一个光源，该第二组光源包括被配置成在第二角度范围（222，232，242）内发射光的至少一个光源，其中，所述第一角度范围不同于所述第二角度范围。该方法包括以下步骤：接收（401）来自调光器（101）的调光器设置（V_DS）；如果所述调光器设置是在第一预定范围内，则控制（404）所述第一组光源在所述第一角度范围内发射光；以及如果所述调光器设置是在第二预定范围内，则控制（405）所述第二组光源在所述第二角度范围内发射光。通过根据本发明的方法，从单个光输出设备发射的光的角度分布可以使用单个开关来控制，由此避免了对于具有可能会需要的多个开关和/或新布线的需求。

Description

光的角度分布的调光器控制

技术领域

本发明涉及一种具有可控角度光分布的光输出设备和一种用于控制光输出设备的角度光分布的方法。

背景技术

包括荧光灯的常规照明系统已经被使用了几十年但是预期将来被基于LED的发光体代替。典型地，这种基于LED的发光体包括多个LED。

在用于家庭应用的照明系统中，照明系统应当优选地是适应性的，原因在于许多房间被用于多个目的。因此，为了满足这些需求，调光器开关通常被安装并且被用来控制房间中的光水平（level of light）。

在室内和室外照明的领域中，对具有特定设计和功能的照明系统的需求不断增长。例如，在办公室环境中，经常期望提供针对工作空间的直接照明以及针对一般照度（general illumination）的间接照明。因此，可能期望提供一种照明系统，其能够被控制来沿着所期望的若干个方向发射光。

EP 1 764 552公开了一种灯或光源的电气配置，其包括四个照明单元和具有四个开关的用于选择性地对照明单元中的一个相应照明单元施加电力的控制单元。然而，每个独立照明单元的这种控制需要具有多个光开关和复杂电气布线的复杂电气系统，当然，其通常不存在于普通家庭或办公室中。

发明内容

鉴于上述及其他现有技术缺陷，本发明的总体目的是提供一种特别地具有可控角度光分布的改进的光输出设备。

根据本发明的第一方面，通过一种用于控制由光输出设备发射的光束的角度光分布的方法而达到了这个和其他目的，该光输出设备包括第一组光源和第二组光源，所述第一组光源包括被配置成在第一角度范围内发射光的至少一个光源，所述第二组光源包括被配置成在第二角度范围内发射光的至少一个光源，其中所述第一角度范围不同于所述第二角度范围，所述方法包括以下步骤：接收来自调光器的调光器设置；如果该调光器设置是在第一预定范围内，则控制所述第一组光源在所述第一角度范围内发射光；以及如果所述调光器设置是在第二预定范围内，则控制所述第二组光源在所述第二角度范围内发射光。

术语“调光器”在本发明的上下文中应当被理解为任何可持续地或逐步地调节的电气开关。

通过根据本发明的方法，从单个光输出设备发射的光的角度分布可以使用单个开关来控制，由此避免了对于具有可能会需要的多个开关和/或新布线的需求。因此，使用通常安装在家庭或办公室中的调光器开关用于控制从单个光输出设备发射的光的角度分布的这一创造性构思实际上具有经济上的优势，并且允许用户以十分便利和简单的方式来控制房间中的照明。例如，可以有利地使用现有调光器开关。

由于光的所述第一角度范围不同于光的所述第二角度范围，用户能够例如使用调光器开关来控制房间中的照明以使得房间中的特定区域能够如期望地那样被照亮。例如，用户可以选择只照亮房间中的分别对应于光的第一和第二角度范围的第一和第二区域中的一个，或者用户可以选择照亮房间中的第一和第二区域二者，在任何情况下，可以达到适合于特定活动和/或节约能量的期望的房间照明。

因此，所述调光器设置的第二预定范围可以对应于只控制所述第二组光源，然而另一个预定范围可以对应于控制所述第一组光源和所述第二组光源二者。

从在第一角度范围内发射光到在第二角度范围内发射光的过渡可以优选地是平滑的并且因此从第一和第二组光源发射的光的强度可以在各自的第一和第二预定范围内变化。例如，当用户将关于所述调光器开关的调光器设置从第一预定范围转变成第二预定范围时，在第一角度范围内发射的光的强度可以逐渐地降低，而在第二角度范围内发射的光的强度可以逐渐地增大。

在本发明的实施例中，参照所述光输出设备的光轴（optical axis），光的第一和第二角度范围可以分别对应于第一极角范围和第二极角范围。例如，所述第二极角范围可以包括比所述第一极角范围更大的极角，并且因此，通过顺次地激活相应的第一组光源和相应的第二组光源，可以在尺寸上增大从所述光输出设备发射的光束的大小，即从窄光束到更宽的光束。可替换地，顺次地激活相应的第一组光源和相应的第二组光源可能导致从所述光输出设备发射的光束的角度分布可以例如从基本上平行于所述光输出设备的光轴改变成基本上垂直于它。在另一个实施例中，所述第一极角范围可以是参照所述光输出设备的光轴而被集中在0°（向下）的，并且第二范围可以是参照所述光输出设备的光轴而被集中在180°（向上）的。

在本发明的实施例中，光的所述第一和第二角度范围二者都可以对应于参照所述光输出设备的光轴而被集中在同一极角的光，并且所述第一和第二角度范围可以对应于参照所述光输出设备的方位轴而分别被集中在第一方位角和第二方位角的光。因此，通过顺次地激活所述相应的第一组光源和相应的第二组光源，从所述光输出设备发射的光束可以围绕光轴而被扫过。

应当注意，这里所提到的术语“极角”和“方位角”应当被理解为被用来在球坐标系中限定位置的已知数学术语，其中，光轴垂直于方位轴。

根据本发明的实施例，所述调光器设置可以指示市电电力的工作周期（duty cycle）。典型地，所述调光器设置的第一预定范围对应于第一工作周期占总正弦波形的百分比的第一预定范围。因此，这种调光器设置对应于或等效于本领域技术人员已知的常规调光器开关的调光器设置。

根据本发明的第二方面，通过一种用于控制第一组光源和第二组光源的控制单元达到了上述和其他目的，所述第一组光源包括被配置成在第一角度范围内发射光的至少一个光源，以及所述第二组光源包括被配置成在第二角度范围内发射光的至少一个光源，其中所述控制单元具有用于接收来自调光器的调光器设置的输入；和处理电路，所述处理电路被配置成：评估所述调光器设置；如果该调光器设置是在第一预定范围内，则控制所述第一组光源在所述第一角度范围内发射光；以及如果所述调光器设置在第二预定范围内，则控制所述第二组光源在所述第二角度范围内发射光。

所述处理电路可以通过首先识别所述调光器设置的变化波形的工作周期来评估所述调光器设置，并且然后使用所谓的查找表来映射该工作周期，在所述查找表中，所述工作周期的预定范围代表了特定组的光源的控制。在可替换的实施例中，可以首先通过模数转换器将所述调光器设置的变化波形转变成数字数据，该数字数据进而可以关联于特定组的光源的控制。

所述控制单元可以有利地包含于光输出设备中，该光输出设备还包括第一组光源和第二组光源，该第一组光源包括被配置成在第一角度范围内发射光的至少一个光源，该第二组光源包括被配置成在第二角度范围内发射光的至少一个光源。

“光源组”应当被理解为一个或多个光源。

典型地，所述光输出设备可以包括例如在从2至100的范围内的多个光源组，所有都包括被配置成在不同角度范围内发射光的至少一个光源，并且每个都是通过调光器设置的相应预定范围而可控的。应当注意，以上的光输出设备不限于通过一组光源在任何给定时刻仅仅发射光，如根据本发明的实施例那样，调光器设置的预定范围可以对应于控制多个光源组同时以它们对应的方向发射光。

光源组中的光源可以被独立配置成达到从该光源组输出的期望的总照明模式。

根据本发明的实施例，所述第一组光源和第二组光源中的至少一个可以包括光学元件，该光学元件被配置成将来自所述第一和/或第二组光源的光重定向至第一和/或第二角度范围。

由此，从所述第一和/或第二组光源输出的照明模式可以被进一步配置。

在本发明的实施例中，所述第一和/或第二组光源可以包括至少一个LED。

在本发明的实施例中，所述控制单元还可以包括市电电力输入，因而可以电连接到AC市电电力用以对第一和第二组光源供电，在该情况下，所述调光器设置被用来调节从主电源至所述第一和第二组光源的电力供应。

通过市电电力的变化工作周期，常规的调光器根据所述调光器的设置向灯提供不同级别的电力供应，该电力供应因而对应于给定级别的照明。然而，当如上文所述，所述调光器开关被用来控制来自光输出设备的光的方向时，功耗可能不会改变，因为光的角度范围响应于调光器开关设置的改变而改变，实际上，功耗可以是恒定的，而与调光器开关设置无关，因此，在一些调光器设置中，通过调光器开关向光源提供的电力级别可能是不充足的。因此，通过将光源连接到“外部”AC电力市电，这可以被避免，并且针对光源的电力可以被保护。然而，在这种安排中，来自调光器的调光器设置仍然能够被用来控制由包括光源的光输出设备发射的光的角度分布，即调节通过“外部”AC电力市电而被供电的组光源和第二组光源中的一个。

本发明还涉及一种照明系统，其包括：根据本发明的光输出设备；和用于使得用户能够控制来自所述光输出设备的角度光分布的调光器。这种照明系统的效果和特征与上面结合本发明的第一和第二方面而描述的那些在很大程度上相似。

附图说明

现在将参照示出本发明的示例性实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中：

图1示意性地图示了根据本发明的照明系统的示例性实施例；

图2a-d是根据本发明的光输出设备的示例性实施例的示意性图示；

图3示意性地图示了根据本发明的控制单元的示例性实施例；以及

图4是示意性地图示了根据本发明的用于控制由光输出设备发射的光束的角度光分布的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

在以下描述中，参照用于控制由光输出设备发射的光束的角度光分布的方法来描述本发明。

图1示出了根据本发明的照明系统100的示例性实施例，该系统100包括被配置成输出调光器设置V_DS的调光器101和光输出设备102，该光输出设备102包括第一组光源105和第二组光源107，第一组光源105被配置成在由大概的光方向106指示的第一角度范围内发射光，以及第二组光源107被配置成在由大概的光方向108指示的第二角度范围内发射光。光输出设备102中还包括控制单元103，该控制单元103接收和评估来自调光器101的调光器设置V_DS并且基于所述评估来控制第一组光源105在第一角度范围内发射光和/或控制第二组光源107在第二角度范围内发射光。

典型地，调光器开关101可在市场上获得，其中,关于调光器开关的特定调光器设置对应于特定工作周期（duty cycle）占总正弦波形的百分比，即特定的调光器设置对应于特定的AC波形变化,以使得只有完整波形的对应的一部分到达负载。因此，从调光器开关到光输出设备102的电力将相应地改变。然而，功耗可能是恒定的，而不管光输出设备是分别通过第一105和第二107组光源在第一还是第二角度范围内发射光。因此，替换地，如图1所示，可以通过外部AC电源109提供对光输出设备的电力供应（power supply），并且因此在这种安排中，来自调光器的变化的AC波形仅用作控制信号，以控制控制单元来控制光输出设备的角度分布。

图2a示出了根据本发明的光输出设备200的一个实施例的侧视图，该光输出设备200包括第一光源211，该第一光源211包括LED 202和第一光学元件204，LED 202被配置成在由大概的光方向203指示的角度范围内发射光，以及第一光学元件204被安排用来将从LED 202发射的光203重定向至由大概的光方向205指示的第一角度范围。光输出设备200还包括第二光源210，该第二光源210包括LED 206和第二光学元件208，LED 206被配置成在由大概的光方向203指示的角度范围内发射光，以及第二光学元件208被安排用来将从LED 206发射的光203重定向至由大概的光方向209指示的第二角度范围。因此，如图2a所示，可以通过使用任何适当的光学元件而按照期望容易地引导从光输出设备200中的第一211和第二210光源发射的光203。如上文所述，例如在具有非可适配的LED的光源中，光学元件的使用可能是有利的，所述具有非可适配的LED的光源仅在对于给定应用而言可能并非是所期望的预定角度范围内发射光。应当注意，根据本发明的实施例，只要第一组光源中的光源中的至少一个和第二组光源中的光源中的至少一个被配置成分别在第一角度范围和第二角度范围内发射光，第一组光源和第二组光源二者就都可以包括被配置成在相同角度范围内发射光的多个光源，该第一和第二角度范围是不同的，因此第一和第二组光源至少从某种程度上来说生成不同的总照明模式（total illumination patterns）。图2a中的光输出设备还包括控制单元201，控制单元201用于接收和评估来自调光器的调光器设置并且用于控制第一211和第二210组光源发射光。

图2b描绘了根据本发明的光输出设备200的实施例，其中所发射的光束对称地围绕光输出设备200的光轴220，并且其中第一组光源（未示出）被配置成在与参照光轴220的第一极角范围θ₁相对应的第一角度范围221内发射光，并且其中第二组光源（未示出）被配置成在与参照光轴220的第二极角范围θ₂相对应的第二角度范围222内发射光。如在图2b中所例示，第二极角范围θ₂大于第一极角范围θ₁，因此可以通过将调光器设置从相应地与第一组光源的激活相对应的第一预定范围切换至相应地与第二组光源的激活相对应的第二预定范围，来在尺寸上增大从光输出设备发射的光束。

图2c中示出了光输出设备200的可替换实施例，其中从光输出设备发出的光的第一231和第二232角度范围参照光输出设备的光轴220而分别对应于集中在第一极角θ₁和第二极角θ₂的光。因此，通过顺次地激活相应的第一组光源和相应的第二组光源，可以将从光输出设备200发射的光束从被集中在第一极角θ₁（其在图2c中等于0°）扫至被集中在第二极角θ₂。

图2d进一步图示了光输出设备200的实施例，其中第一和第二角度范围的光被围绕着参照光轴220的给定极角θ固定，同时第一角度范围241的光代表集中在参照方位轴243的第一方位角φ₁的光，并且第二角度范围242的光代表集中在参照方位轴243的第二方位角φ₂的光。由此，由光输出设备发射的光束可以被围绕着光输出设备的光轴220扫过。

图3中示意性地示出了根据本发明的控制单元的一个实施例，其中，控制单元300包括输入301和处理电路302，所述输入301用于接收调光器设置V_DS，以及所述处理电路302被配置成根据本发明的创造性方法来控制第一组光源在第一角度范围内发射光并且控制第二组光源在第二角度范围内发射光。如上文所讨论的，光输出设备的光源组可以通过外部AC电力供应来供电，而不是由代表调光器设置的变化AC波形来供电，因此来自处理电路的输出V_out可以被配置成控制从例如连至市电AC电力的天花板接线盒至相应的第一和第二组光源的电力供应。

现在将参照图4阐述用于控制由光输出设备发射的光束的角度分布的创造性方法的示例性实施例。在第一步骤401中，接收来自调光器的调光器设置V_DS。如上文所述，调光器可以是本领域技术人员已知的常规调光器开关，给出了可以是工作周期变化的交流电正弦波的调光器设置。在下一步骤402中，使用例如查找表来评估调光器设置，在该查找表中每个可能的调光器设置代表了与所接收的调光器设置的工作周期相对应的给定值X，即与给定百分比的总正弦波形相对应的给定值X。在下面的步骤403中，如图4中所示意性地示出的，进一步评估所生成的值X。如果值X小于第一预定阈值Th1，则在步骤404中第一组光源被控制以在第一角度范围内发射光，并且如果值X大于第一预定阈值Th1，则在步骤405中第二组光源被控制以在第二角度范围内发射光。

典型地，期望控制不止上述两组光源，因此步骤403之后当然可以跟随另外的步骤，其中对照预定阈值范围（其中的每个都对应于给定组的光源的控制）进一步评估值X。

附加地，在实践所要求保护的发明中，技术人员可以根据对图、公开和所附权利要求的研究来理解并实施所公开实施例的变型。例如，光输出设备可以包括含有光学元件的光源和不含有光学元件的光源二者，并且光输出设备可以实质上是本领域技术人员已知的任何期望的形状和设计。此外，所述创造性的方法可以被用来控制多个光输出设备。

在权利要求中，词语“包括“不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。特定措施在互不相同的从属权利要求中被记载的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims

1. 一种用于控制由光输出设备（102，200）发射的光束的角度分布的方法，所述光输出设备包括第一组光源（105，211）和第二组光源（107，210），该第一组光源包括被配置成在第一角度范围（221，231，241）内发射光的至少一个光源，该第二组光源包括被配置成在第二角度范围（222，232，242）内发射光的至少一个光源，其中，所述第一角度范围不同于所述第二角度范围，该方法包括以下步骤：

接收（401）来自调光器（101）的调光器设置（V_DS）；

如果所述调光器设置是在第一预定范围内，则控制（404）所述第一组光源在所述第一角度范围内发射光；以及

如果所述调光器设置是在第二预定范围内，则控制（405）所述第二组光源在所述第二角度范围内发射光。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中，从所述第一和第二组光源发射的光的强度在各自的第一和第二预定范围内是可变的，以允许从在所述第一角度范围内发射光到在所述第二角度范围内发射光的连续过渡。

3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一和第二角度范围参照所述光输出设备的光轴（220）而分别对应于第一极角范围（θ₁）和第二极角范围（θ₂）。

4. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述第一和所述第二角度范围参照所述光输出设备的方位轴（243）而分别对应于第一方位角度范围（φ₁）和第二方位角度范围（φ₂）。

5. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述调光器设置（V_DS）指示市电电力的工作周期。

6. 一种用于控制第一组光源（105，211）和第二组光源（107，210）的控制单元（103，201，300），所述第一组光源包括被配置成在第一角度范围（221，231，241）内发射光的至少一个光源，所述第二组光源包括被配置成在第二角度范围（222，232，242）内发射光的至少一个光源，所述控制单元包括：

用于接收来自调光器（101）的调光器设置（V_DS）的输入（301）；和处理电路（302），所述处理电路被配置成：

如果所述调光器设置是在第一预定范围内，则控制（404）所述第一组光源在所述第一角度范围内发射光；和

7. 一种光输出设备（102，200），包括：

包括被配置成在第一角度范围（221，231，241）内发射光的至少一个光源的第一组光源，和包括被配置成在第二角度范围（222，232，242）内发射光的至少一个光源的第二组光源，和

根据权利要求6的用于控制由所述光输出设备发射的光束的角度分布的控制单元（103，201，300）。

8. 根据权利要求7所述的光输出设备（102，200），其中所述第一和所述第二组光源中的至少一个包括光学元件（204，208），所述光学元件被配置成将来自所述第一和/或第二组光源的光重定向至所述第一和/或第二角度范围。

9. 根据权利要求7或8所述的光输出设备（102，200），其中，所述第一和/或所述第二组光源包括至少一个LED（202，206）。

10. 根据权利要求7至9中任一项所述的光输出设备（102，200），其中，所述控制单元（103，201，300）还包括市电电力输入，因此能够电连接至用于对所述第一或第二组光源供电的AC市电电力（109）。

11. 根据权利要求10所述的光输出设备（102，200），其中，所述调光器设置被用来调节从所述AC市电电力（109）至所述第一和第二组光源的电力供应。

12. 一种照明系统（100），包括：

根据权利要求7至11中任一项的光输出设备（102，200）；和

用于使得用户能够控制来自所述光输出设备的所述角度光分布的调光器（101）。