CN105432152B - 光照控制器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种光照控制器。光照控制器包括光传感器设备，其具有配置成感测包括非可见光并且排除由可见光的至少主要部分构成的子范围的第一光谱范围内的光的第一光传感器布置，以及配置成感测包括所述子范围的至少部分的第二光谱范围内的光的第二光传感器布置。另外，光照控制器包括与光传感器设备连接并且布置成在第一光传感器布置的输出信号和表征日光的红外光谱的光谱功率分布与日光的可见光谱的光谱功率分布之间的关系的预确定的函数的基础上确定日光的量，并且在第二光传感器布置的输出信号和第一光传感器布置的输出信号的基础上确定人造光的量的控制单元。光照控制器布置成在所述日光和人造光的量的基础上控制光照。
Description
技术领域
本发明涉及光照控制器。
背景技术
当今，存在借助于检测房屋中的光水平并且相应地控制一组照明设备的光输出水平的光照控制器而执行的用于室内照明设备的照明控制，其中该组照明设备的光输出水平取决于所检测到的光照水平来设置。目的是通过最小化由受控照明设备提供的光照水平来节约能量，而同时仍然在被该组（即一个或多个）照明设备覆盖的区域内获得期望的总体光照。然而，将有利的是能够以简单的方式在日光中和人造光中区分所检测到的光。
发明内容
将有利的是提供用于确定日光对总体光照的贡献的解决方案。
为了更好地解决该关注点，在本发明的第一方面中呈现了一种光照控制器，包括：
– 光传感器设备，包括配置成感测包括非可见光并且排除由可见光的至少主要部分构成的子范围的第一光谱范围内的光的第一光传感器布置，以及配置成感测在包括所述子范围的至少部分的第二光谱范围内的光的第二光传感器布置；
– 与光传感器设备连接并且布置成在第一光传感器布置的输出信号和表征日光的红外光谱的光谱功率分布与日光的可见光谱的光谱功率分布之间的关系的函数的基础上确定日光的量，并且在第二光传感器布置的输出信号和日光的量的基础上确定人造光的量的控制单元；并且
– 其中光照控制器布置成在所述日光的量和人造光的量的基础上控制光照。
光照控制器的操作使用以下条件：相比于存在于日光中的非可见光的量，现代光源不发射或发射非常低量的非可见光。另外，日光中的非可见光与可见光之间的关系已经预确定并且预限定为函数。因此，第一光传感器布置仅仅或主要检测非可见光，其仅仅或至少大部分源自日光。第二光传感器布置配置成感测在包括所述子范围的至少部分的第二光谱范围内的光，其中控制单元布置成在第二光传感器布置的输出信号、第一光传感器布置的输出信号以及预确定的函数的基础上区分日光与光传感器设备接收到的人造光。
根据光照控制器的实施例，光传感器设备包括全范围光电池，其对非可见光和可见光二者敏感，以及滤波器设备，其布置在光电池前方，并且在至少两个不同光谱模式之间可切换，包括其中滤波器传递所述第一光谱范围内的光的第一光谱模式，和其中滤波器传递所述第二光谱范围内的光的第二光谱模式。由此，获得了灵活且紧凑的解决方案。
根据光照控制器的实施例，滤波器可配置用于涉及发射不同光谱的光的不同光源的不同光谱模式，以便分离来自不同光源的贡献。
根据光照控制器的实施例，可切换滤波器包括光学元件，其配置成使传递的光偏振。由此传感器设备可以针对来自不同种类的光源的光的偏振特性进行定制。偏振可以在初始设置之后固定，或者其可以是可调节的。
根据光照控制器的实施例，针对其光被光电池感测的周围光源的已知时间调制来优化光学元件的时间切换特性。由此可能的是使光照控制器适配于其光被光传感器设备感测的附近光源的时间调制。
根据光照控制器的实施例，第一光传感器布置包括仅对非可见光敏感的第一光电池，并且第二光传感器布置包括仅对可见光敏感的第二光电池。这是对使用光电池和滤波器的以上组合的可替换方案。
根据光照控制器的实施例，第一光传感器布置配置成仅感测红外光。在现代光源中，红外部分为零或相对于日光中的红外部分是小的。因此，红外光传感器的输出可以被视为与日光相关联。
根据本发明的另一方面，提供了一种照明设备，其包括光源和以上提到的光照控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在来自日光和人造光二者对总体光照的贡献的基础上控制环境的照明的装置，包括以上提到的光照控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于估计能量节约潜力的数据记录器，其包括以上提到的光照控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种确定来自日光和人造光对总体光照的贡献的方法，包括准备部分和操作部分，其在操作期间重复，准备部分包括：
– 借助于第一光传感器布置测量日光的红外光谱的光谱功率分布；
– 借助于第二光传感器布置测量日光的可见光谱的光谱功率分布；以及
– 确定表征日光的红外光谱的光谱功率分布与日光的可见光谱的光谱功率分布之间的关系的函数；
操作部分包括：
– 借助于第一光传感器布置测量作为包含日光和人造光的混合光的红外光谱的光谱功率分布的第一因子；
– 借助于第二光传感器布置测量作为混合光的可见光谱的光谱功率分布的第二因子；
– 通过在第一因子上应用函数来确定第二因子的日光部分；
– 确定作为第二因子与其日光部分之间的差的第二因子的人造光部分；
– 借助于日光部分确定日光照度；以及
– 借助于人造光部分确定人造光照度。
附图说明
现在将更加详细地并且参照附图来描述本发明，其中：
图1是根据本发明的光照控制器的实施例的框图；
图2图示了其中使用光照控制器的环境的示例；
图3是示出典型日光和人造光光谱的图；
图4,5和6是示出根据本发明的光照控制器的另外的实施例的框图；
图7是包括光照控制器的光照设备的框图；
图8是根据本发明的光照控制器的基本实施例的框图；
图9是图示了日光的光谱分布的图；以及
图10和11示出光照控制器的不同应用。
具体实施方式
根据光照控制器100的实施例，其包括光传感器设备101、第一光传感器布置102、第二光传感器布置103和控制单元104。第一光传感器布置102配置成感测包括非可见光并且至少排除由可见光的主要部分构成的子范围的第一光谱范围内的光。第二光传感器布置103配置成感测在包括所述子范围的至少部分的第二光谱范围内的光。现代人造光源，例如基于LED（发光二极管）的光源，被设计成具有集中在可见光上的光谱，即对于人眼而言可感知的波长，并且相对于所发射的可见光的量而不发射或者发射极少非可见光。相反地，自然光，即日光，包含相对大量的非可见光，特别是红外光。这在图3中例示，其中顶部图表示日光的相对光谱分布，并且底部图表示白色LED的相对光谱贡献。一般地，将大约700nm至1mm范围中的波长限定为红外光，并且将大约100nm至400nm范围中的波长限定为紫外光。因此，通过区分如以上限定的光传感器布置102,103，第一光传感器布置102主要检测（非可见）日光，并且其输出用于确定日光的总量。第二光传感器布置103还感测其它光源，即人造照明，如果存在的话，并且通过比较第一和第二光传感器布置102,103的输出，控制单元104能够确定日光与人造光之间的关系。控制单元在光照控制器100的输出端105处提供结果。一般限定，第一光传感器布置102配置成感测在包括非可见光并且排除由可见光的至少主要部分构成的子范围的第一光谱范围内的光，并且第二光传感器布置103配置成感测包括所述子范围的至少部分的第二光谱范围内的光。例如，第一光谱范围可以是红外光谱，其中子范围是可见光的整个范围以及紫外光的范围。第二光谱范围可以是可见和非可见光二者的完整范围。日光中的红外光和可见光的量之间的关系是已知的，如图9中所示，其图示了在不同大气水平处日光的光谱分布，并且可以预限定为函数，其表征日光的红外光谱的光谱功率分布与日光的可见光谱的光谱功率分布之间的关系。另外，人造光源的波长成分（content）可以仅利用可见波长来近似。由此，对于控制单元104而言可能的是确定由光感测设备101感测的人造光的量和日光的量，并且向与光照控制器100连接的装置给出对应控制信息，所述装置的示例将在以下给出。作为可替换方案或作为附加选项，光传感器布置102,103可以针对没有日光和最大日光等而进行校准，作为投用操作。
第一和第二光谱范围的许多其它组合是可行的，诸如仅红外光和仅可见光或仅可见范围的部分；仅紫外光和仅可见光；等，但是一个光谱范围应当集中在非可见波长的范围上，以便充当用于估计所存在的日光的量的基础，其当然可以是从没有日光到最大阳光的范围。
例示性情形在图2中示出，其中光照控制器100被包括在布置在环境（在此通过房间来例示）中的装置200或者构成该装置200，以用于控制房间的光照，并且与一组照明设备201连接，在此包含若干照明器201以用于光照房间或者至少其重要部分，诸如工作站或桌子。在图2中，装置200被示出为分离的设备，但是作为可替换方案，其可以与照明器201集成。光照控制器100检测由房间的照明器201和通过窗户202进入房间的日光二者导致的光照。还可以存在不时贡献于房间光照的房间外部的其它人造照明设备203。用于仅通过测量总体光照来控制照明器的光输出水平的现有技术系统遭受光电传感器对日光和人造光的不同敏感性。这导致当对总体光照的日光贡献不同时照明器的非最优设置。由于光照控制器100能够分离地确定来自日光和人造光对总体光照的相应贡献，因此能够针对不同的日光条件而更加精确且更为最优地设置照明器201的光输出水平。装置200可以是所谓的日光收获照明控制系统。
作为另外的实施例，如图10中所示，用于控制环境（诸如房间）的光照的装置1000类似于图2中所示的装置，但是装置1000除了与房间的一组照明设备1001连接之外，还与窗户1003处的可电操作的窗帘1002连接以用于也控制窗帘设置。优选地，装置1000布置成通过主要地控制窗帘1002并且次要地控制该组照明设备1001来增加房间的照度。由此，将日光使用到最大程度，从而优化照明系统的能量效率。
另外，光照控制器100可应用于数据记录器以用于估计能量节约潜力，数据记录器布置成检测环境中的照度的突然改变。借助于由光照控制器100执行的日光和人造光的分离检测，数据记录器能够借助于光照控制器来确定照度的突然改变是由日光还是人造光的改变导致的。由此，例如，当快速移动的云遮挡太阳时发生的光照的突然减小将被正确地解释，而不是解释为人造光被关断。
根据光照设备1100的实施例，如图11中所示，光照控制器1101与照明设备1100集成，或者安装在照明设备1100处的某个其它定位处，并且布置成控制该单个照明设备1100的光输出。光照控制器1101的视场（FoV）1102已经与包括在照明设备1100中的光源的足迹1103匹配。对于测量精确性而言有利的是，光照控制器1101的视场至少基本上与照明设备1100光照的区域重合。然而，可能存在在一天和一年中的不同时间贡献于光照控制器1101的视场1102内的总体光照的若干源，诸如日光，以及相邻的人造光源1104。光照控制器1101典型地用于控制将所有其它贡献光照考虑在内的光源1102的光输出。利用关于日光与人造光之间的关系的详细知识，相对于现有技术光源控制而改进控制。
根据光照控制器400的实施例，如图4中所示，其包括光传感器设备401，其包括光电池402和布置在光电池402前方的可切换滤波器403。光照控制器400还包括与光传感器设备401连接的控制单元404，以及与控制单元404连接的输出端405。光电池402是全范围光电池，即其对非可见和可见光二者敏感。在该实施例中，光电池402和可切换滤波器402结合地实现以上所描述的第一和第二光传感器布置102,103。滤波器403在至少两个不同光谱模式之间可切换。在第一光谱模式中，滤波器403配置成依照以上提到的第一光谱范围传递光，并且在第二光谱模式中，滤波器403配置成依照以上提到的第二光谱范围传递光。
当存在提供光照控制器400的视场内的光照的相邻光源时，其中相邻光源发射具有不同光谱的光，根据另外的实施例，可切换滤波器403可配置用于匹配那些不同光谱的不同光谱模式。由此，可能的是分离来自不同光源的贡献，并且在其基础上控制光照控制器400连接到的光源。例如，可能合期望的是获得特定总体光照水平、特定色温等。
依照光照控制器500的另外的实施例，如图5中所示，其包括光传感器设备501和与光传感器设备501连接的控制单元504。光传感器设备501包括光电池502、布置在光电池502前方的可切换滤波器503，以及布置在滤波器503前方的光学元件504。光学元件具有可调节的偏振特性。通过调节光学元件504，其可以与来自不同种类的光源的光或日光的偏振特性匹配。作为选项，光学元件504具有固定偏振特性，或者其在初始设置并且然后不改变。
光学元件504可以提供有时间切换的附加功能以便将其时间切换特性与周围光源的时间调制对准。这是将一个光源从另一个分离的另一种或附加方式。类似的效果通过相应地对以上提到的光电池进行采样可获得。
根据光照控制器600的又一实施例，如图6中所示，其包括光传感器设备601和控制单元604。光传感器设备601包括第一和第二光电池602,603。第一光电池602仅对非可见光敏感，并且第二光电池603仅对可见光敏感。
如图7中所示，光照控制器有利地在照明设备700处被使用，其包括至少一个光源701，诸如LED，以及光输出控制器702，其包括光照控制器703、与光照控制器703连接的光源控制器704以及与光源控制器704和光源701连接以用于控制所述至少一个光源701的光输出并且因此控制照明设备700的光输出的驱动单元705。因此，光照控制器703设置驱动单元705的输出信号水平。
确定来自日光和人造光对总体光照的贡献的方法的实施例包括准备部分和操作部分。方法由光照控制器执行。然而，准备部分还涉及其它设备和用户动作。
如以上提到的，日光光谱的可见部分可以使用IR光谱测量来近似，这是由于它们之间的成比例关系所致。根据该实施例，实际测量的是描述每单位面积每单位光照波长的功率（辐射出射度）的光谱功率分布（SPD）。为了确保测量的精确性，在准备部分中，根据以上实施例中的任一个，日光的红外光谱的SPD I(λ)借助于第一光感测布置来测量，而日光的可见光谱的SPD S(λ)借助于第二光传感器布置来测量。然后将表征日光的红外光谱的SPD与日光的可见光谱的SPD之间的关系的函数确定为：
以上函数在给定日光的IR部分的SPD的情况下，对日光的可见部分的SPD进行近似。函数F基于诸如回归分析之类的已知数学技术导出。函数F可以特定于IR传感器族。对于不同类型的IR传感器，函数F可以不同。一旦已经表征了关系，可以将其付诸使用，如下文中解释的那样。
操作部分包括以下操作。日光和人造光的SPD必须从总体混合光中分解。这通过借助于第一光传感器布置测量作为混合光的IR光谱的SPD I(λ)的第一因子，并且借助于第二光传感器布置测量作为混合光的可见光谱的SPD S(λ)的第二因子来完成。然后，使用应用于第一因子的eqn.1来确定日光的可见光谱的SPD，即。
然后将指代为A(λ)的人造光的可见光谱的SPD确定为第二因子减去可见日光的SPD，即：
根据下式借助于可见光谱的SPD S(λ)来确定日光照度Id：
根据下式借助于人造光的SPD A(λ)来确定人造光照度Ia：
V(λ)是由CIE标准化的光谱发光效率函数，并且还被称为眼睛灵敏度函数。
虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要被视为是说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以完成权利要求中所叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。计算机程序可以存储或分布在合适的介质上，诸如光学存储介质或固态介质，其与其它硬件一起供应或者作为其部分，但是还可以以其它形式分布，诸如经由因特网或其它有线或无线电信系统。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。
Claims (15)
1.一种光照控制器，包括：
– 光传感器设备（101），包括配置成感测在包括非可见光并且排除由可见光的至少主要部分构成的子范围的第一光谱范围内的光的第一光传感器布置（102），以及配置成感测在包括所述子范围的至少部分的第二光谱范围内的光的第二光传感器布置（103）；
– 与光传感器设备连接并且布置成在第一光传感器布置的输出信号和表征日光的红外光谱的光谱功率分布与日光的可见光谱的光谱功率分布之间的关系的预确定的函数的基础上确定日光的量，并且在第二光传感器布置（103）的输出信号和第一光传感器布置（102）的输出信号的比较的基础上确定人造光的量的控制单元（104）；并且
– 其中光照控制器布置成在所述日光和人造光的量的比较的基础上控制光照。
2.根据权利要求1所述的光照控制器，其中光传感器设备包括全范围光电池，其对非可见光和可见光二者敏感，以及滤波器设备，其布置在光电池前方，并且在至少两个不同光谱模式之间可切换，包括其中滤波器传递所述第一光谱范围内的光的第一光谱模式，和其中滤波器传递所述第二光谱范围内的光的第二光谱模式。
3.根据权利要求2所述的光照控制器，其中滤波器可配置用于涉及发射不同光谱的光的不同光源的不同光谱模式，以便分离来自不同光源的贡献。
4.根据权利要求2或3所述的光照控制器，其中可切换滤波器包括光学元件，其配置成使传递光偏振。
5.根据权利要求4所述的光照控制器，其中针对其光被光电池感测的周围光源的已知时间调制已经优化光学元件的时间切换特性。
6.根据权利要求1所述的光照控制器，其中第一光传感器布置包括仅对非可见光敏感的第一光电池，并且第二光传感器布置包括仅对可见光敏感的第二光电池。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的光照控制器，其中第一光传感器布置被配置成仅感测红外光。
8.一种照明设备，包括光源和与光源连接以用于控制其光输出水平的根据前述权利要求中任一项所述的光照控制器。
9.根据权利要求8所述的照明设备，其中光传感器设备的视场与光源的光照足迹匹配。
10.一种用于在来自日光和人造光二者对总体光照的贡献的基础上控制环境的照明的装置，包括根据权利要求1至7中任一项所述的光照控制器，其中装置与包括至少一个照明设备的一组照明设备可连接，以用于控制该组照明设备的光输出。
11.根据权利要求10所述的装置，其中装置还与窗帘可连接以用于控制其设置。
12.根据权利要求11所述的装置，其中装置布置成通过主要地控制窗帘并且次要地控制该组照明设备来增加环境的照度。
13.一种用于估计能量节约潜力的数据记录器，数据记录器被布置成检测环境中的照度的突然改变，数据记录器包括根据权利要求1至7中任一项所述的光照控制器，其中数据记录器被布置成借助于光照控制器确定照度的突然改变是由日光还是人造光的改变而导致的。
14.一种确定来自日光和人造光对总体光照的贡献的方法，包括准备部分和操作部分，其在操作期间重复，准备部分包括：
– 借助于第一光传感器布置（102）测量日光的红外光谱的光谱功率分布；
– 借助于第二光传感器布置（103）测量日光的可见光谱的光谱功率分布；以及
- 确定表征日光的红外光谱的光谱功率分布与日光的可见光谱的光谱功率分布之间的关系的函数；并且
操作部分包括：
– 借助于第一光传感器布置（102）测量作为包含日光和人造光的混合光的红外光谱的光谱功率分布的第一因子；
– 借助于第二光传感器布置（103）测量作为混合光的可见光谱的光谱功率分布的第二因子；
– 通过在第一因子上应用函数来确定第二因子的日光部分；
– 确定作为第二因子与其日光部分之间的差的第二因子的人造光部分；
– 借助于日光部分确定日光照度；以及
– 借助于人造光部分确定人造光照度。
15.根据权利要求14所述的方法，所述确定日光照度包括确定日光部分和标准化光谱发光效率函数的积分；并且所述确定人造光照度包括确定人造部分和标准化光谱发光效率函数的积分。
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