CN104798442A - 带亮度自调节的照明装置及其自调节方法 - Google Patents

Abstract

带亮度控制或自调节的照明装置(10)，其包括电子电源(11)、传感器(14)和控制电路，电子电源(11)具有亮度自调整和亮度设定值自校准器，传感器(14)用于测量环境的亮度(16)以及控制电路用于在环境光的基础上自动地调节发出的光(18)，以便保持环境中的光的稳定并且当环境的自然光增加时，自动地减少发出的光(18)。用于自调节环境光传感器(14)的方法允许在环境中的自然光的基础上获得自调节照明系统。

Description

带亮度自调节的照明装置及其自调节方法

本发明总体上涉及带亮度控制的照明器材并且涉及亮度控制的方法。

更具体的是，本发明涉及配备有带亮度控制(“自动调光器”)的电子镇流器的照明装置，亮度控制基于用于控制亮度参考值(“设定值”)的自校准算法或自调节算法。

带自动亮度调节的照明装置包括光源(荧光灯、LED光源，等等)、带亮度控制的电子镇流器(所谓的“可调光镇流器”)、用于检测被照亮物体反射的亮度的传感器和反馈电子电路，该反馈电子电路通过使用由所述传感器检测到的光和预先选定的亮度设定值之间的差异产生的误差信号来控制可调光的镇流器。

所述已知的照明装置的主要缺点包括定义所述亮度设定值的难度。

根据另一个已知的技术方案，提供了具有对应亮度传感器放置的可调节孔径的照明装置，然而，很难使用所述方案并且在任何情况下进行校准相位总是非常复杂的。

为了调节亮度，提供了具有远程控制装置或调节旋钮的其他照明装置，然而，特别是当安装了大量的照明器材时，即使是上述方案也是不可行的。

因此，本发明的主要目标是消除以上所提及的现有技术的缺点，并且特别是提供带亮度控制的照明装置，该亮度控制允许有效地执行亮度自调节(“自动调光器”)以及进行亮度设定值的自校准。

本发明的另一个目标是提供带亮度控制的照明器具，该亮度控制能够在保持环境中的光的恒定的同时，在环境光的基础上调整发出的光。

本发明的另一个目标是提供带亮度控制的照明器具以及节省电能的另一个优点，该亮度控制在自然光在环境中传播时，允许自动地减少发出的光。

本发明的又一个目标是提供带亮度控制的照明器具以及提供其亮度自调节的方法，该照明器具容易且经济地制造，而不使用复杂和/或昂贵的技术。

这些和其他目标由根据所附权利要求1所述的带亮度控制的照明装置和由根据所附权利要求3所述的亮度控制的方法来实现。

根据本发明，以上提及的照明装置和方法的其它技术特征包括在从属权利要求中。

有利的是，根据本发明的照明设备配备有含亮度自调节(自动调光器)和亮度设定值的自校准的电子镇流器，并且该照明设备还具有：

环境光传感器和用于自动调整发出的光的控制电路，该控制电路能够在保持环境内部的光的恒定时基于环境的光调节所述发出的光，以便于当自然光在环境中传播时，自动地减少发出的光，从而在电力消耗方面实现相当可观的节省；

用于控制所述光传感器的自校准系统，该自校准系统基于能够使照明器具的亮度适应环境中的自然光的强度的自适应算法。

从以下关于优选的实施方式而不是独有的实施方式所进行的对根据本发明的带亮度控制的照明装置的描述以及根据附图，本发明的其他目标和优点将变得清晰，其中：

图1示出了根据本发明的带亮度控制的整个照明装置的框图；

图2示出了表示根据本发明的照明装置的操作的时序图；

图3示出了用于测量光和用于控制光的亮度的电子电路的优选实施例的简图，该电子电路被用在根据本发明的照明装置中。

特别参考以上提及的图1，带亮度控制的照明装置10包括功率控制器11，该功率控制器11依次包括连接到电源15(230伏特)的可调光的电源12和计量电路13。

功率控制器11控制光传感器或亮度传感器14和发出光18的光源17(LED类型光源或荧光光源)的可调光电源12，该光传感器或亮度传感器14能够测量从环境中的参考表面(诸如地面)散射的光16。

一旦安装了功率控制器11，其激活光传感器14的自动自校准，其允许传感器14适应放置该同一个传感器14的环境中传播的光。

传感器14测量从地面和其它被照射的物体反射的光16并且根据所述测量进行光调节，即，通过保持反射光16的总量恒定，该反射光16的总量其构成包括由从照明装置10的光源17投射到地面上的光与在环境中传播的及例如来自窗户和天窗的自然光的总和。

明显的是，保持所述反射光16的总和恒定相当于当环境光增加时，自动减少从光源17发出的光。

反射光16取决于许多物理参数和几何学参数，诸如被照射的表面的反射系数、其几何形状、距照明装置10的距离、各种具有不均匀特征的物体的存在。

因此，实际上不可能对包含在照明装置10中的反射光计量传感器14进行默认设置；实际上，对于任何不同的安装条件需要执行新的校准。

这样的校准所述设备的方法仍然通过对反射光传感器14的手动调节来执行，该反射光传感器的手动调节必须由专门的人员通过在光学膜片上或合适的电位计上操作并且通过同时使用特定的测量装置测量光来实现。

然而，所述校准相位有至少两个缺点，因为这是一个繁琐的过程并且不容易实现而且因为环境几何构造中的仅微小的变化就能够显著改变校准；例如，如果在使用褐色的桌子完成校准之后，再使用白色的桌子代替褐色的桌子，校准则被改变使得照明装置几乎不再产生更多的光，因为其(根据旧的校准相位)认为提供了大量外部光源(由于颜色由暗变亮的桌子的反射系数的大幅增加)。

根据本发明的照明装置10具有连续的自调整或自调节，因此该照明装置10自适应于光源17被安装的变化的环境条件。

新功能允许使照明装置10通用，从而允许对自动可调光的光源17的使用而不同于现有技术的状态。

功率调节器11，好处是，其在安装之后立即进行适应性的校准、测量安装其的环境中的光反射条件并且其能够估计从光源17发出的光和环境中的自然光的正确混合；随着时间的推移所述估计逐渐变得更加精确并且自动地适应环境的几何变化。

通过测量从被照射的区域反射的光16而发生亮度的自调整过程。

特别是，当环境中没有外部光传播(在夜晚或当窗户关闭时)且照明装置10并非处于全功率时，从地面反射的光16正好是用户所期望的光；实际上，照明系统被设计为在没有来自外界的自然光的情况下提供适当的环境照度。

因此，用于进行校准的参考条件正好是对应于没有自然光且使用以全功率操作的照明装置10的条件。

根据本发明，只要照明装置10被安装并被打开，光源17就被以最大光强度驱动。

在初始的光稳定时间T1之后(如果光源17是LED，初始的光稳定时间T1大约是1分钟，如果光源17是荧光光源，初始的光稳定时间T1大约是10分钟)，设备11借助内置的亮度传感器14测量从地面反射的光16并且将所测量的亮度值赋给预先选定的亮度设定值。

当环境中没有自然光传播时，如果上述条件发生，则设定值已经是合适的值并且功率调节器11已经通过自身和利用单次读取来确定正确的校准值。

然后，设备11可以调节光以便保持反射光16的恒定；因此，如果自然光增加，功率自动地降低，以便于扣除由光源17提供的等于在环境中传播的自然光的量的人造光。

进行调节直到达到亮度的最小可能的值。相反地，如果在T1之后，当亮度的第一测量被执行并且第一设定值被分配以及自然光在环境中传播时，设备11总是分配所检测的设定值，但提供了所述值的错误的定位。

在这种情况下，只有进一步增加自然光可能降低光源17的亮度，该光源17将继续发出小于或等于在T1时间已经检测到的自然光的值的全部自然光的值的最大功率的最大亮度。

此外，每个操作周期T2(例如，T2＝大约60分钟)，设备11进行新的设定值校准。

特别是，为了进行新的校准，设备11具有最大的功率并且检测反射光16；如果检测到的值小于存储的设定值的值，则新的设定值被认为是等于检测到的值，否则旧的设定值被认为是正确的设定值。

实际上，当光源17发出最大功率时，如果检测到旧设定值的较小值，则自然光的量按照先前的测量而减少或反射条件被改变；在两种情况中，对于获得适当的调节，需要使用最接近于理想设定值的新检测的值，并且然后用新值代替旧值。

设备11大约每小时一次(每时间T2)自动地执行上述过程，并且当重校准在环境中没有自然光传播下发生时，实现校准。

照明装置10能够根据最新的预先选定的设定值，自调节一次重校准和下一次重校准之间的亮度，因此，当自然光在环境中传播时，光源17的功率减少一定的量，从而具有低的光工作条件。

在每次重校准(每时间T2)，功率必须恢复到最大值以允许适当的校准；在任何情况下，为了隐藏用户的重校准相位(亮度突然增加期间)，亮度18根据以恒定斜率和具有等于T3(略多于1分钟)的最大周期的线性斜坡，从当前值缓慢地增加到最大值，而且在测量全功率的亮度之后，通过使用恒定斜率和具有T4周期的第二线性斜坡，自调节的正确的值被恢复。

附图2的框图示出了从光源17发出的光的功率的趋势和反射光16的测量值趋势；示出了时间T1、T2,1、T2,2、T3、T4，光源17的最大功率P_最大和在时间t1、t2、t3处对应各自的设定值的值SP1(初始亮度)、SP2(新的设定值测量，如时间t2处的反射光16的测量值小于SP1)和SP3(SP3＝SP2，如时间t3处的反射光的测量值大于SP2)进行的一系列重校准；此外，时间T1是获取光的稳定性所需要初始时延，时间T2,1是照明装置10操作亮度自调节和设定值SP1时的时间，时间T2,2是照明装置10操作亮度自调节和设定值SP2的时间，而时间T3和T4是分别在重校准相位之前和之后以恒定斜率的亮度斜坡缓慢的时间。

当使用LED类型的光源17时，典型时间是T1＝1分钟、T2,1＝T2,2＝1小时，T3＝T4≤80秒。

根据本发明的自适应的校准算法还提供一些其他的校正机制，该校正机制在伪步骤期间避免特定条件的发生。

例如，如果在重校准时间t1、t2、t3，将大的和非常暗的物体放置在反射光16的传感器14的下面，则由于错误的瞬时条件，新的设定值的值下降到非常低的值，因此，在移除该物体之后，即便是反而需要全功率来适当照亮环境时，照明装置10也可以低的发出功率操作。

为了克服上述缺点，在设定值的值总是高于最小值的5个接连的校准(对应于略多于5小时的连续操作)之后，新的设定值SPN被计算为：

SPN＝SPN-1+(SPN-1–SP_最小)/8

因此，对于每个接连的校准，在先前5个步骤中记录的当前值SPN-1和最小值SP_最小之间的差的八分之一被加到设定值，因此，可能具有更高的设定值的值，从而，应用补偿由于低效率而产生的可能的误差的校正。

当照明装置10连续操作多于12小时的时候，进一步的校正规定在过去12小时内记录的最小值被预定为新的设定值；实际上，在该情况中，很有可能是，花费的是可忽略自然光的量时的夜晚的时间。

根据本发明的优选的实施例，计量设备(校准器)13通过附图3中所示的电子光测量和自调节电路构成。

所述电子电路其制造利用很低成本的元件并且基于8比特的微处理器20。

反射光16由光电晶体管21(其构成传感器14)进行测量，该光电晶体管21包括根据对人眼的灵敏度加权的λ(“lambda”)曲线的光校正透镜。

光电晶体管21提供与反射光16的强度成比例的电流，并且电流强度从几皮安(pA)到几微安(μΑ)可变。

因此，计量电路必须由使其自动地适应环境条件的而不引起饱和现象的大动态来表征。

为了在不使用昂贵的和复杂的多范围的放大器下实现上述的目标，微控制器20进行单斜坡AD转换(single ramp AD conversion)。

实际上，根据周期重复的合适的时间顺序，微控制器20通过重新设置电容器23打开晶体管22，然后关闭晶体管22并且测量在比较器24的输出变为0之后的时间；以上提及的时间与反射光16的强度成比例。

当光强度非常低时，测量可能持续达几秒钟，但是时间是与上述应用完美地兼容。电子电路还提供有表象光电流，从而提供针对由于电噪声和伪闪光的短期扰动的更大的不灵敏的优点。

因此本发明的电子电路能够执行具有高精确度、高动态和低成本的反射光的测量。

微控制器20还实现亮度自调节的算法并且使用PWM技术直接在输出端25处生成电源12的调光器26的命令信号，该命令信号依次控制LED光源或荧光灯光源17。

从上述描述中，本发明的对象，带亮度控制的照明装置的特征以及相关的优点明显。

最后，明显的是，对本发明的带亮度控制的照明装置可以做出许多其他改变，而这并不脱离所附权利要求的范围，因为明显的是在本发明的实际的实施中，所示出的材料、形状和尺寸的特征可以根据需要为任意的并且其可以用其他技术上的等效物来代替。

Claims (10)

1.一种带亮度控制或自调节的照明装置(10)，其包括电子电源和/或调节器(11)，所述照明装置(10)包括用于测量由至少一个参考表面，如地面，反射的环境光或亮度(16)的传感器(14)，所述反射光(16)等于从所述照明装置(10)的至少一个LED光源或荧光光源(17)发出的光和来自环境中的自然光的总和，其特征在于，所述照明装置(10)还包括用于调节从所述至少一个光源(17)发出的光或亮度(18)的控制电路(13)，所述控制电路(13)能够根据所述环境的光自动地调节所述发出的光(18)，以便当所述环境的自然光增加时，自动地减少所述发出的光(18)，借助于自适应算法，用于测量所述反射的环境光(16)的所述传感器(14)被校准到所述环境的自然光的强度，以便保持所述反射光(16)的量的恒定。

2.根据权利要求1所述的照明装置(10)，其特征在于，所述控制电路(13)包括光电晶体管(21)和微控制器(20)，所述光电晶体管(21)包含光校正透镜并且通过提供与所述反射光(16)的亮度成比例的电流来测量所述反射的环境光(16)，所述微控制器(20)能够执行单斜坡AD转换并且周期性地打开和关闭至少一个晶体管(22)并且测量在其之后比较器(24)的输出等于零的时间间隔，所述时间间隔与所述反射光(16)的亮度成比例，所述微控制器(20)能够实现自调节算法，所述自调节算法在输出端(25)给出用于驱动所述至少一个光源(17)的电源(12)的调光器(26)的信号。

3.一种用于自调节根据权利要求1所述的照明装置(10)的亮度的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：

在第一预定的时间间隔(T₁)后，在所述环境中没有自然光和当所述光源(17)以最大功率操作时，通过所述传感器(14)测量反射到所述环境中的所述光(16)；

将由所述传感器(14)测量的所述反射光(16)的值认为是第一预先选定的亮度值，如果所述测量在所述环境中没有自然光下发生，则所述第一预先选定的亮度值对应于准确的校准值；

调节所述光源(17)的亮度，以便保持所述反射光(16)的恒定，从而当所述自然光增加时，降低所述光源(17)的功率，直到达由所述光源(17)发出的亮度的最小值，反之亦然。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果所述测量在有自然光的情况下发生，则所述第一预先选定的亮度值对应于初始声称的校准值，从而所述光源(17)保持关于全部自然光的值的最大功率，所述全部自然光的值小于或等于在所述第一预先选定的时间间隔(T₁)之后检测到的自然光的值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法至少包括下列附加的步骤：

通过设置所述光源(17)的最大功率和通过测量所述反射光(16)，校准每个第二预先选定的时间间隔(T₂)的亮度；

如果所述反射光(16)的测量值小于所述初始声称的校准值，则认为准确的校准值等于所述测量值，以及如果所述测量值大于所述初始声称的校准值，则认为准确的校准值等于所述初始声称的校准值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述照明装置(10)在进一步校准的两个接连的时间之间定义的最新校准值的基础上，自动地调节所述亮度。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述照明器材(10)在进一步校准进行的每个时间处将所述光功率恢复到最大功率值，并且因此每次经过所述第二预先选定的时间(T₂)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于每个附加的校准，从所述光源(17)发出的所述光(18)根据具有恒定斜率和具有第一预先选定的时间周期(T₃)的第一线性斜坡从当前值增加到最大值，并且然后根据具有恒定斜率和具有等于所述第一预先选定的时间周期的第二预先选定的时间周期的另外的线性斜坡从所述最大值再次降低到所述当前值。

9.根据权利要求3到8中的至少一项所述的方法，其特征在于，在其间所述测量值大于所述初始声称的校准值的至少五个连续的校准之后，计算所述准确的校准值，对于每个进一步的校准，将所述初始声称的校准值与记录在至少五个先前的校准步骤中的最小校准值之间的差的八分之一加到所述初始声称的校准值。

10.根据权利要求3到9中的至少一项所述的方法，其特征在于，如果所述照明装置(10)的所述光源(17)连续地操作超过12小时，则所述最小校准值被认为是准确的校准值。