CN105265022B - 具有自适应天花板亮度分布的嵌入式照明天花板瓦片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制照明系统的方法，其中照明系统包括多个发光天花板瓦片和用于控制多个发光瓦片的控制单元。所述方法包括控制多个发光瓦片以在天花板中提供预定亮度对比度的步骤。所述方法进一步包括针对预定亮度对比度，控制多个发光瓦片以提供入射在诸如水平工作平面之类的目标表面上的基本上均匀的光分布的步骤。所述方法使得房间中的照明条件能够被调整用于改进视觉舒适度和光照而不影响作业水平处的光照。

Description

具有自适应天花板亮度分布的嵌入式照明天花板瓦片

技术领域

本发明涉及照明控制。特别地，本发明涉及一种改进的照明系统并且涉及一种用于控制包括发光瓦片的照明系统的方法。

背景技术

开发新的且更能量高效的光照设备是社会面临的重要技术挑战之一。比传统照明解决方案更能量高效的常见技术经常基于发光二极管（LED）。当前，LED减少的成本和改进的性能使得其能够用于一般光照。LED的小尺寸允许将LED容易地集成到建筑材料和家具中。

组合这些趋势，可以由发光的天花板而不是由暗天花板中的分立器材提供室内空间的一般光照。这样的漫射、大面积和低光亮度天花板源在产生没有干扰器材的美学的、整洁的天花板的同时提供具有低眩光且几乎无阴影的舒适的照明。具有嵌入式照明的吸声天花板瓦片的最近发展使得能够用光完全覆盖天花板而不使房间中的声响效果恶化。

通过窗户的日光导致在强度、色温和方向性（阴影和对比度）方面不同于室内照明的照明。常规室内照明系统可以配备有光传感器，使得日光引起的光照水平的增加可以通过调暗人造照明来补偿。通过根据到窗户的距离改变调光水平或者通过使用控制回路来将本地光照水平调整到某个预定义值，补偿光照水平中的不想要的梯度。这些控制可以链接到百叶窗来调节进入日光的量。具有日光控制装置的现有技术室内照明系统的示例可以在US 7190126中找到，其还进一步描述了一种具有根据入射到房间中的日光的量调节光通量的控制装置的办公室照明系统。

发明内容

本发明的一般目的是使能包括发光瓦片的照明系统的改进的性能和视觉舒适度以及用于控制这样的照明系统的方法。

按照本发明的第一方面，这些和其他目的是通过使用一种用于控制照明系统的方法而实现的，其中，照明系统包括布置在天花板中的多个发光瓦片和用于控制多个发光瓦片的控制单元，并且其中，该方法包括以下步骤：（i）控制多个发光瓦片以在天花板中提供预定亮度对比度，以及（ii）针对该预定亮度对比度，控制多个发光瓦片以提供入射在目标表面（例如水平工作平面）上的基本上均匀的光分布。

对于照明系统，应当理解，所述方法和照明系统的目的是提供照明，并且通常由LED驱动的发光瓦片是提供光的主要组件。

亮度应当被理解为在某个方向上发射的通量密度。因此，亮度对比度是较高亮度的区域与较低亮度的区域之间的亮度差异如何被观察者从远点感知到。控制多个发光瓦片以提供亮度对比度因此包括控制多个发光瓦片以在天花板中提供较高相对亮度的区域和较低相对亮度的区域。对于漫射源和漫射反射器（朗伯源或朗伯反射器），亮度与观看方向无关。因此，亮度对比度被直接链接到通量，其在所有观看方向上将是相同的。有利地，发光瓦片将发射和反射漫射光，并且因此可以设定亮度对比度而不考虑观察者的相对位置。

入射在目标表面上的基本上均匀的光分布应当被解释为基本上均匀的照度。目标表面可以是基本上平行于发光瓦片所布置于的天花板取向并且位于距天花板的某个距离处的水平工作平面。水平工作表面的示例可以是办公室中的桌子或者室内环境中的任何类似的工作区域。目标表面应当在距天花板的至少等于天花板瓦片的间距的1.5到2倍的距离处以便提供均匀的光照。对于基本上均匀的照度的需要和期望是由于规定诸如工作平面之类的目标表面上的最小平均照度和照度均匀性（对于办公室环境而言通常为500流明）的规章。所述规章旨在提供最小水平的视觉舒适度。照度的均匀性可以取决于距离。例如，在桌子上相对高的均匀性，而在房间的角落里允许均匀性较低。重要的是，照明系统确保诸如水平工作平面之类的目标表面上的光照均匀性。

房间中的亮度分布不应当包含太毛糙的对比度。发光天花板可以在天花板中提供低的亮度对比度，其将被期望提供视觉舒适度。然而，由于天花板中缺少亮度对比度的原因，许多人将基本上匀质的发光天花板体验为视觉上不舒适。

本发明基于以下认识：通过使用分布式照明（诸如发光天花板瓦片），可以调整房间中的照明条件以改进视觉舒适度和光照而不影响作业水平处的光照。发光瓦片所布置处于的天花板覆盖室内区域中的视觉场的大部分，并且发光瓦片被控制来提供在天花板中的亮度对比度。发光瓦片还被控制来提供在目标表面上入射的基本上均匀的光，因此天花板中的亮度对比度将提供房间的改进的视觉舒适度或审美而不改变工作平面水平处的光照。因此，即使室内区域中天花板瓦片的仅一部分是可控的，也可以实现改进的视觉舒适度，即便可能合期望的是提供其中所有天花板瓦片都是发光瓦片的天花板。

按照本发明的一个实施例，亮度对比度可以通过相较于第二子集减小多个发光瓦片的第一子集的亮度来实现。减小多个发光瓦片的第一子集的亮度以提供相较于第二子集的亮度对比度将因此向房间中的观察者提供视觉舒适度。为了减小来自发光瓦片的子集的亮度，可以减少该子集中包括的一个或多个发光瓦片所产生的光量。可替换地，可以关断该子集中的一个或多个发光瓦片。然而，被关断的发光瓦片仍将提供来自该发光瓦片所反射的光的一定的亮度。因此，在反射率和漫射反射量两方面也可以调谐发光瓦片或者甚至天花板中包括的普通瓦片的反射性。

按照本发明的另一个实施例，亮度对比度可以通过减小多个发光瓦片的第一子集的亮度并且通过增大多个发光瓦片的第二子集的亮度来实现。通过增大发光瓦片的第二子集的亮度和减小发光瓦片的第一子集的亮度，亮度对比度被提供作为两个子集之间的亮度的对比度。特别地，该效果可以有利地用来提供发光瓦片的两个子集之间的大的亮度对比度。

按照本发明的一个实施例，可以基于日光条件来控制多个发光瓦片。日光条件将影响包括诸如窗户之类的日光入口的室内区域中的光量，并且因此影响其中存在照明系统的室内区域中的照度。日光条件对照度的影响将用来通过减小来自多个发光瓦片的通量而减小照明系统的能量消耗。此外，如果日光入射在目标表面上，则可以关闭光照日光被入射于的区域的发光瓦片子集。如果日光条件引入视觉不舒适，则可以控制多个发光瓦片以使得来自发光瓦片的亮度对比度减小该视觉不舒适。相应地，可以基于时刻或者基于天气预报来控制多个发光瓦片。时刻或天气预报的信息将进一步用来对抗日光条件的影响，或者用来进一步减小照明系统的能量消耗。可以通过预定值间接地合并时刻或天气预报，或者可以从数据库或类似的信息存储装置读取时刻或天气预报。另一个可能性是通过传感器构件直接感测时刻或当前天气条件。

按照本发明的另一个实施例，可以基于入射在多个发光瓦片所光照的表面上的日光来控制多个发光瓦片。为了进一步增强视觉舒适度，将基于入射在多个发光瓦片所光照的表面上的日光来控制多个发光瓦片。发光瓦片提供的亮度对比度将被控制来提供视觉舒适度，以及表面上的基本上均匀的光分布，换言之，日光所入射于的表面相较于同一平面中没有日光入射在其上的其他表面将以高可能性感知到来自发光天花板瓦片的较低照度。

在本发明的一个实施例中，如果日光入射在多个发光瓦片的第一子集所光照的表面上，则可以进一步控制多个发光瓦片以使得发光瓦片的第一子集所提供的亮度对比度低于发光瓦片的第二子集所提供的亮度对比度，其中发光瓦片的第二子集光照基本上较少日光所入射于的表面。入射日光将在室内区域中引入亮度对比度。为了能够提供视觉舒适度，发光瓦片应当在天花板中的正在光照没有日光入射于的表面的部分中提供亮度对比度，以平衡由日光引入的亮度对比度。由此通过日光引入的亮度对比度与用于平衡日光的发光瓦片所提供的亮度对比度相组合而在整个天花板中提供舒适的亮度对比度。

按照本发明的一个实施例，可以将发光瓦片的第一子集的亮度控制为邻近第一子集的发光瓦片的第二子集的亮度的至少两倍。来自单个发光瓦片的高亮度在邻近的天花板瓦片具有低亮度的情况下可以被感知为干扰并且引起视觉不舒适，正如单个强的灯泡可以被感知到的一样。通过提供邻近第一子集的、具有至多二分之一亮度的发光瓦片的第二子集，由于两个子集之间的较低亮度对比度以及进一步的第二子集与可以被关断的邻近发光瓦片或邻近的常规天花板瓦片之间的亮度对比度的原因，将可以避免视觉不舒适。相应地，可以将发光瓦片的第一子集的亮度控制为介于邻近第一子集的发光瓦片的第二子集的亮度的五倍与二十倍之间。

按照一个实施例，所述方法可以进一步包括在天花板中控制发光瓦片从第一预定亮度对比度型式改变成第二预定亮度对比度型式，并且将目标表面上的基本上均匀的光分布控制成针对第一亮度型式与针对第二亮度型式是相同的。通过提供形成预定亮度型式的可能性，房间中的观察者可以在仍然维持目标表面（例如工作平面）处的照度基本上均匀的同时，使用不同的令人感兴趣的亮度型式来按他或她自己的喜好量身定制亮度对比度。此外，可以引入动态亮度对比度型式以通过改变亮度对比度型式来产生更令人感兴趣的外观。而且，可以调整亮度对比度型式以在视觉上更适合于不同的活动，或者以匹配室内区域中的建筑风格或日光条件。相应地，所述方法可以进一步包括控制发光瓦片以在天花板中动态地提供多个预定亮度对比度型式，并且将目标表面上的基本上均匀的光分布控制成针对多个预定亮度型式是相同的。多个预定亮度型式可以在较长或较短时间段期间循环以进一步增强房间中的视觉舒适度。例如，在工作日中的早几个小时期间可以使用某些预定型式，并且在后几个小时期间可以使用某些其他形式，从而通过天花板中的亮度型式的循环来提供使房间中的人更机灵和活泼的可能性。此外，可以连续地改变对比度型式来提供动态的同时不影响目标表面光照的天花板。

按照本发明的第二方面，提供了一种照明系统，包括（i）用于布置在天花板中的多个发光瓦片，和（ii）被布置成控制多个发光瓦片的控制单元，其中，控制单元被配置成控制多个发光天花板瓦片以在天花板中提供预定亮度对比度，并且针对预定亮度对比度，控制多个发光瓦片以提供入射在目标表面上的基本上均匀的光分布。

按照本发明的一个实施例，所述照明系统进一步包括被布置成感测室内区域内的照明条件且被配置成发送指示该照明条件的信号到控制单元的感测单元，并且控制单元被配置成控制多个发光天花板瓦片以提供预定亮度对比度，并且针对预定亮度对比度，控制多个发光瓦片以基于指示照明条件的信号提供入射在目标表面上的基本上均匀的光分布。感测单元将被布置为使得其将感测其中存在照明系统的室内区域内的照明条件。有利地，控制单元然后基于来自感测单元的信号控制发光瓦片以使得发光瓦片提供入射在目标表面上的基本上均匀的光分布。此外，对于照明条件，应当理解为包括数个参数，诸如通量、强度、照度或亮度或照明对比度或色调或色温或通过窗户或任何种类的透明天花板的自然日光的影响。

按照另一个实施例，多个发光瓦片中的每一个可以是单独可控的。通过提供单独可控的发光瓦片，可以实施更精确和准确的控制。

在本发明的一个实施例中，发光瓦片中的每一个可以有利地邻近至少一个其他发光瓦片。由此，对于每个发光瓦片，可以在至少两个瓦片之间提供可调亮度对比度。仅包括发光天花板瓦片的天花板将自然地提供能够被提供的对亮度的最高控制程度。然而，出于实际原因，并不总是可能具有完全由发光天花板瓦片组成的天花板。即使如此，本发明的各种实施例也可以用来获利。

本发明的该第二方面的效果和特征很大程度上类似于前面结合本发明的第一方面描述的那些效果和特征。

在研究所附的权利要求和以下描述时，本发明的另外的特征和优点将变得清楚明白。例如，可以由不同的光生成器（诸如例如激光器、闪光灯、氙气灯或者甚至X射线源）来驱动发光瓦片。技术人员将认识到，可以将本发明的不同特征进行组合以产生除了下文中描述的那些实施例之外的实施例，而不偏离本发明的范围。

附图说明

现在将参考示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的这个和其他方面。

图1是室内区域的透视图，在所述室内区域中发光瓦片被布置在天花板中并且按照本发明的实施例进行控制；

图2是布置在天花板中并且按照本发明的实施例进行控制的发光瓦片的示意性侧视图；

图3是布置在天花板中并且按照本发明的另一个实施例进行控制的发光瓦片的示意性侧视图；

图4是布置在天花板中并且按照本发明的实施例进行控制的发光瓦片的示意性侧视图；以及

图5是布置在天花板中并且按照本发明的另一个实施例进行控制的发光瓦片的示意性侧视图。

具体实施方式

在本具体实施方式中，主要参考包括具有发光二极管（LED）作为光源的发光瓦片的照明系统讨论按照本发明的照明系统的各种实施例。应当注意的是，这绝不限制本发明的范围，本发明在其他情形下也是适用的，例如用于与其他类型的光源一起使用。而且，在附图中示出的发光天花板瓦片的量仅仅是示意性表示。在使用中，发光瓦片相对于全体数目的天花板瓦片的布置、数目或百分比以及其他这样的细节将由每个应用决定。

图1是室内区域的透视图，其中按照本发明的照明系统被安装在室内区域中。该照明系统包括光照瓦片100和非光照瓦片108，两者都布置在天花板中。光照瓦片100和非光照瓦片108可以两者都是发光瓦片，其中非光照瓦片108使其亮度减小或者其中它们已被关断。光照瓦片100和非光照瓦片108的组合在天花板中提供亮度对比度，其覆盖视觉场的大部分。室内区域进一步具有为日光提供入口的窗户102，其可以影响室内区域中的照明条件和亮度对比度。

现在参考图2，示出了包括本发明的示例性实施例的室内区域的示意性侧视图。室内区域包括窗户102、光照发光瓦片100和非光照瓦片108。非光照瓦片108是被关闭的发光瓦片。如果所有瓦片都在光照，则天花板将仅提供均匀的发光表面，其如较早前描述的那样可以被一些人体验为乏味且在视觉上不舒适。因此，为了实现与每个瓦片提供300 cd/m²的亮度一样的照明，图2中的光照发光瓦片将提供600 cd/m²的亮度，而非光照瓦片108提供对比度。然而，与来自光照瓦片100的光照不相等的来自非光照瓦片108的零与最大光照之间的任何设置将在天花板中提供对比度以及因此的视觉舒适度。此外，可以单独地控制发光瓦片，这给出在照明条件方面可以被产生的最大的灵活性，或者它们可以被分组成包括一行瓦片或一行的一部分的子集，其中每个子集是可控的。光照发光瓦片100和非光照瓦片108被控制单元（未示出）控制来在天花板中提供亮度对比度，从而在房间中提供改进的视觉舒适度，所述改进的视觉舒适度可以改进与当前的建筑风格、活动或者日光条件相匹配的鉴赏或对比度。此外，光照发光瓦片100和非光照瓦片108提供入射在目标表面（在这种情况下为水平工作平面）上的基本上均匀的光分布。水平工作平面应当被理解为平行于天花板，且位于距天花板某个距离处。水平工作平面在图2中被图示为包括桌子200的平面。可以适配天花板中的亮度对比度以在室内区域中提供视觉舒适度同时在诸如水平工作平面200之类的作业水平或工作平面处的照度是基本上均匀的且满足管控工作平面光照的要求的规章。通过适配天花板中的亮度对比度，应当理解的是，控制单元（未示出）能够增大或减小来自光照发光瓦片100的亮度以及来自非光照发光瓦片108的亮度。

在图3中，示出了包括本发明的示例性实施例的室内区域的示意性侧视图。室内区域包括窗户102、光照发光瓦片100、非光照瓦片108和要光照的工作平面200。相较于图2中所示的实施例，发光瓦片的一子集使其亮度减小且现在可以被视为非光照瓦片108。通过减小发光瓦片的子集的光照，可以适配天花板中的亮度对比度以提供改进的视觉舒适度，或者提供入射在水平工作平面200上的光分布以使得光分布甚至在存在通过窗户102的日光时也是均匀的。此外，为了平衡通过窗户入射的日光的影响（其可以产生锐利的对比度），可以控制发光瓦片300的第二子集以通过使光通量集中到一个或若干瓦片（在图3中的该示例中是具有高达2000 cd/m²的亮度的一个瓦片）来提供较高的亮度对比度。然后应当将瓦片300的第二子集的高光通量与发光瓦片的第一子集提供的较低的、例如300 cd/m²的亮度对比度进行比较，其中第一子集直接光照日光所入射于的表面。

现在参考图4，示出了包括本发明的示例性实施例的室内区域的示意性侧视图。室内区域包括窗户102、光照发光瓦片100、非光照瓦片108和工作平面200。在图4中所示的实施例中，存在被布置为更远离窗户102并且被控制成对抗通过窗户102入射的日光的影响的发光瓦片400的一子集。相较于图3中所示的实施例，发光瓦片400的该子集将在平衡通过窗户102的日光的影响的同时提供与其他光照发光瓦片100相同的亮度对比度，并且因此在桌子200处提供恒定的照度。

图5示出了包括窗户102和光照发光瓦片500、502和非光照发光瓦片108的室内区域的示意性侧视图。发光瓦片的第一子集包括具有相较于发光瓦片502的第二子集更高的亮度的发光瓦片500，其中第二子集邻近第一子集。通过提供邻近第一子集、具有较低亮度的第二子集，将避免过高的亮度对比度，并且将提供视觉舒适度。优选地，第一子集500的亮度是第二子集502的亮度的至少两倍，或者甚至更优选地，第二子集与第一子集之间的亮度差异可以介于五倍与二十倍之间。相应地，第一子集可以提供2000 cd/m²的的亮度，第二子集可以提供200 cd/m²的亮度，并且非光照瓦片通常具有仅仅约50 cd/m²的反射亮度。

附加地，根据对图、公开内容和所附权利要求的研究，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变型。例如，在图中所示的实施例中的非光照瓦片中的一些可以是常规天花板瓦片。例如，方法中的步骤可以被实施为控制单元中的软件或者被实施为被预编程的电子电路。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”或“一个”不排除多个。某些措施记载在相互不同的从属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。

Claims (12)

1.一种用于控制照明系统的方法，其中，照明系统包括

- 根据型式布置在天花板中的包括光照瓦片（100）和非光照瓦片（108）的多个发光瓦片（100、108）和

- 用于控制多个发光瓦片（100、108）的控制单元，并且其中，所述方法包括以下步骤：

- 控制多个发光瓦片（100、108）以在天花板中提供在光照瓦片（100）和非光照瓦片（108）之间的预定亮度对比度，非光照瓦片具有相较于光照瓦片减小的亮度；以及

- 针对该预定亮度对比度，控制所述型式以提供入射在目标表面（200）上的均匀的光分布。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述预定亮度对比度通过减小非光照瓦片（108）的亮度并且通过增大光照瓦片（100）的亮度来实现。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，基于入射在由多个发光瓦片所光照的表面上的日光来控制多个发光瓦片（100、108）。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其中，

- 光照瓦片包括光照瓦片的第一子集和光照瓦片的第二子集，第二子集被布置用于光照较少日光入射于其中的表面，以及

- 所述控制多个发光瓦片（100、108）包括提供第二子集与非光照瓦片之间的第二亮度对比度，所述第二亮度对比度大于所述预定亮度对比度。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其中，光照瓦片的第一子集的亮度被控制为邻近第一子集（500）的光照瓦片的第二子集的亮度的至少两倍。

6.按照权利要求1或2所述的方法，其中，光照瓦片的第一子集（500）的亮度被控制为介于邻近第一子集（500）的第二子集光照瓦片的亮度的五倍与二十倍之间。

7.按照权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：

- 在天花板中控制发光瓦片（100、108）从第一预定亮度对比度型式改变成第二预定亮度对比度型式，以及

- 将目标表面（200）上的均匀的光分布控制成针对第一预定亮度对比度型式与针对第二预定亮度对比度型式是相同的。

8.按照权利要求7所述的方法，进一步包括以下步骤：

- 控制发光瓦片（100、108）以在天花板中动态地提供多个预定亮度对比度型式，以及

- 将目标表面（200）上的均匀的光分布控制为针对多个预定亮度型式是相同的。

9.一种照明系统，包括：

- 包括光照瓦片（100）和非光照瓦片（108）的多个发光瓦片（100、108），其被布置用于根据型式布置在天花板中，以及

- 控制单元，其被布置成控制多个发光瓦片（100、108）；

其中，控制单元被配置成控制多个发光瓦片（100、108）以在天花板中提供在光照瓦片（100）和非光照瓦片（108）之间的预定亮度对比度，非光照瓦片具有相较于光照瓦片减小的亮度，并且针对该预定亮度对比度，控制所述型式以提供入射在目标表面（200）上的均匀的光分布。

10.按照权利要求9所述的照明系统，进一步包括被布置成感测室内区域内的照明条件且被配置成发送指示该照明条件的信号到控制单元的感测单元；其中，控制单元被配置成控制该型式以提供预定亮度对比度，并且针对该预定亮度对比度，控制多个发光瓦片（100、108）以基于指示该照明条件的信号提供入射在目标表面（200）上的均匀的光分布。

11.按照权利要求9或10所述的照明系统，其中，多个发光瓦片（100、108）中的每一个发光瓦片是由控制单元单独可控的。

12.按照权利要求9或10所述的照明系统，其中，多个发光瓦片（100、108）中的每一个发光瓦片邻近多个发光瓦片（100、108）中的至少一个其他发光瓦片。