CN106797688B - 光学动力照明系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种包括光学透射发射器和接收器的照明设备(100)。接收器被配置为经由从光源(102)发送的光信号接收电力。此外，接收器被提供有用于将光信号转换成电力并供给给发射器电力的功能。光信号还可以包括地址，使得设备的接收器‑发射器对可以被无线地独立寻址和控制。设备的光信号不被引导，但自由传播穿过照明设备的光学透射接收器、光学透射发射器或其他光学透射材料。这使得照明设备能够以简单方式提供新的光效果。

Description

光学动力照明系统

技术领域

本发明涉及照明设备。具体地，本发明涉及照明设备中的通信。

背景技术

荧光灯和白炽灯照明是用于各种照明应用(诸如例如办公空间或大型购物中心的照明)的常用照明技术。然而，白炽灯照明不具有竞争上的能量效率，并且荧光灯管通常含有不容易处理的环境不友好元素。近年来，发光二极管(LED)主要由于它们超过其他现有技术的优秀能量效率而已经成为照明应用市场上的强有力竞争者。

先前技术无法达到对伴随照明设备的最新发展的设计和功能的高需求。例如，寻求超过先前技术的能力的新照明效果。这种照明效果例如可以是任意移动或变形光图案。

随着集成电路以及包括被布置在PCB上的分立组件的电路的渐增的复杂度，以下问题与组件之间的通信以及向设备提供电力有关。为了高度实现通用照明设备，设备的光源必须能够以快速且几乎同时的方式通信。此外，将期望能够将照明设备的光源关于彼此且还关于电源几乎任意放置。

借助本技术，不同组件(例如，发光二极管)之间的、且用于提供电力的通信路径由于互连的数量而变得越来越具有挑战性。例如，随着PCB上的分立组件(诸如例如，发光二极管)的数目的增加，连接路径变得更复杂，而PCB的面积可能有限，这转而可能导致对最终设备功能的限制。因此，期望找到用于解决伴随提供通用照明的照明设备的组件之间的通信的复杂度和缺陷的新方法。

发明内容

本发明的总体目的是提供照明设备，照明设备被提供有设备的不同部件之间的、更灵活的通信。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种照明设备，包括：

光学透射光发射设备；

光学透射光接收设备，光学透射光接收设备电连接到所述光学透射光发射设备，以形成第一接收器-发射器对；以及

光源；

照明设备被布置为使得从所述光源发送的光信号从所述光源无引导地传播，所述光信号由所述光接收设备接收，

其中，所述光信号的一部分被发送通过所述光学透射光接收设备和所述光学透射光发射设备。

光学透射组件是这样的组件：可以允许至少足够的光信号穿过组件的材料，使得可以由光接收设备准确地接收光信号。光学透射例如可以为透明的、半透明的、亚透明的或其组合。光源发射由光学透射光接收设备接收的光信号。光信号无引导地传播，换言之，光信号不从光源或任意其他设备向另一设备引导，但由光源发出，并且可以自由地传播通过光学透射材料和空气或围绕光发射设备的光源的任意包层材料。

本发明基于以下认识：通过使用由光学透射材料制成的组件，被布置在设备中的光源或其他光发射设备可以以使得能够与多于一个的其他光接收设备通信的若干方向发送光信号。例如，光接收设备是光学透射的，使得光信号可以至少部分地穿过光接收设备的材料。因此，光信号可以到达例如独立于光接收设备的位置的第二光学透射光接收设备，这促进光接收/发送设备的增加数量的可用布置。在这种设备中，被布置在其中的组件可以借助将不被设备的光学透射组件遮挡的光信号来通信。本发明使得能够设计独立于设备内的组件的位置的、照明设备的结构和布局的灵活性。这样，因为例如照明设备的不同部件之间的、或用于光发射设备的供电的通信可以在不受光发射设备的物理位置限制的情况下进行，所以可以启用新的照明效果。设计的灵活性包括用于对光学透射组件(即，光学透射光发射设备和光接收器)供电的方式。由此，可以减小甚至消除经由诸如电缆的物理连接进行的、设备的组件之间的电连接的数量。此外，照明系统尺寸的增大可以增大发光二极管之间的间隔，这意味着，在现有技术中，关于光发射设备的数量，必须使用相对较大量的衬底(例如，印刷电路板)，由此现有技术中引入附加的成本和有限的形状变体。本发明减轻这些缺点。

根据本发明的一个实施例，所述光学透射光接收设备被配置为将由光源发射的光信号转换成电力，并且将电力提供给所述光学透射光发射设备。由此，光学透射光发射设备可以无线地被提供有来自光源的电力。光源可以经由电源转换器被提供有来自干线的电力。为了将光信号转换成电力，光学透射光发射设备可以被提供有光伏功能。

根据本发明的另一实施例，照明设备还可以包括第二接收器-发射器对和被布置为向所述第二接收器-发射器对提供电力的第二光源。换言之，对于每个接收器-发射器对，可以存在单独的光源。

根据本发明的另一实施例，来自所述第一光源和所述第二光源的光信号包括由对应接收器-发射器对中的相应光学透射光接收设备识别的地址，使得相应光发射设备被独立地寻址并供电。这样，用户可以经由连接到光源的处理器控制光发射设备中的哪些被连接到应被启动的光接收设备。由此，可以利用远程供电的光发射设备获得光学3D效果。此外，启用动态光效果。

根据本发明的另一个实施例，照明设备可以包括被布置为二维或三维布局结构的多个接收器-发射器对。由此，接收器-发射器对可以被布置为可以嵌入或集成在光学透射材料(可以为固体、液体或粘性)中的矩阵结构。材料可以充当用于接收器-发射器对的载体。此外，因为可以获得照明设备的整体或至少部分的几乎透明的外观，所以对于用户，可以获得视觉上更吸引人的外观。接收器-发射器对中的每一个可以被认为是各具有其自身功能(例如，接收光、处理所接收光、发射光)的像素。此外，接收器-发射器对中的每一个还可以具有关联的光学透射处理器，用于识别所接收的光的地址，从而确定所关联的光发射设备是否应当发射光信号。

优选地，由用于提供电力的光源发射的所述光信号的波长在可见波长范围之外。光学波长范围大致为400至800nm。优选的波长范围在蓝色到UV-A范围或近红外范围。此外，接收器-发射器对中的发射器优选地可以发射可见光。

接收器-发射器对的光学透射光接收设备和光学透射光发射设备可以被布置为使得它们形成机械集成单元。

根据本发明的实施例，所述接收器-发射器对可以电连接到第二光学透射光接收设备。

此外，接收器-发射器对可以电连接到第二光学透射光发射设备。

换言之，照明设备可以包括第二接收器和/或第二发射器。从而，可以启用附加的功能(例如，利用光信号在两个接收器-发射器对之间的通信)。

第二光学透射光发射设备可以被配置为根据由所述第二光接收设备接收的信息内容发射光信号。光发射设备可以充当可以由另外的光学透射光接收设备接收的信息控制的像素输出。所接收的信息可以嵌入由另外的光学透射光接收设备接收的光信号中。信息内容可以由处理器(可以是光学透射的)来处理，处理器被连接到相同单元的接收器-发射器对的以及另外的接收器-发射器对的光学透射光发射设备。另外的光学透射光接收设备可以电连接到光学透射光发射设备。这打开了允许照明设备的接收器-发射器单元之间的通信的可能性。由此，可以启用照明设备内的交叉通信，这可以进一步提高控制光发射设备的灵活性。

光源优选地被布置为与光学透射光接收设备分离且间隔距离。例如，光源可以被布置为使得没有物理连接存在于光源与光学透射光接收设备之间。

而且，照明设备可以包括反馈机构，反馈机构被配置为在所述间隔超过预定距离时关闭光源。反馈机构可以包括光学接收器或机械开关。

此外，包括接收器-发射器对的各个像素可以包括可以由光信号充电的能量存储装置。这样，照明设备可以在离线模式下操作，因此不同时提供有光功率。

照明设备还可以包括被布置为与所述光源相邻的通信光源，其中，所述通信光源被配置为向所述接收器-发射器对发送光信号，用于控制接收器-发射器对的发射器。通信光源可以从中央控制单元向所有接收器-发射器对发送数字数据用于通信。通信光源可以被布置在与用于提供电力的光源相同的机械单元中。

此外，光学透射光接收设备可以有利地被配置为接收从所有方向到达光接收设备的光信号(即，接收器可以整个由光学透射材料制成)。

光接收设备可以有利地为固态光电晶体管或光电二极管。光发射设备可以有利地为固态照明设备，在固态照明设备中，借助电子和孔穴的重组生成光。这种光发射设备有利地可以为发光二极管。光学透射光接收设备有利地由铟-镓-锌氧化物制成。然而，光学透射光接收设备可以由任意其他合适材料制成。此外，光学透射载体(固体材料)板可以由塑料或玻璃制成。

在研究所附权利要求和以下描述时，本发明的另外特征和优点将变得明显。技术人员认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征，以创建除了下文中描述的实施例之外的实施例。

附图说明

现在将参考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图示了根据本发明的实施例的照明设备；

图2示出了图1所示的实施例的截面图；

图3示意性图示了根据本发明概念的实施例的像素；以及

图4示意性图示了像素的示例性组件。

具体实施方式

在以下描述中，参考示例应用描述本发明。然而，应注意，这并不限制本发明的范围，该范围同样适用于其他应用(例如，一般照明设备、LED灯、编码光灯具、平视显示器、电视机以及显示器)。

图1图示了根据本发明的实施例的示例性照明设备100。在图2中，示出了照明设备100的截面。在该实施例中，多个光源102、102’被配置为向接收器-发射器单元113、113’无线地提供电力。光源102、102’被布置在“光学背板”中，光学背板被布置为底板117。底板117的光源102、102’连接到电源转换器120，电源转换器120被配置为将来自干线119的电力转换成适于光源102、102’的电力。电源转换器120在电源转换器120的电力入口121处连接到干线119。借助光信号115、115’提供无线电力，光信号由接收器-发射器单元113、113’的光学透射光接收设备108、108’(如图3所示)来接收。单元113、113’被布置为形成光立方101的像素。此外，光立方101可以在底板117与光立方101之间没有电连接的情况下以滑入式方式放置在底板117上，唯一接触是底板117的明显机械支撑功能。由此，光源102被布置为与光立方101物理地分离。如图1所示，底板117可以包括光发射设备102的二维阵列122(为了避免在附图中混乱，仅标记一个光发射设备)。而且，可以存在反馈机构单元105，反馈机构单元105检测是否从底板117去除光立方101，并且因此在不需要电力时关闭供电光源102。例如，可以作为从底板117去除光立方101的响应而轻击机械开关，或者反馈机构可以包括光学接收器，光学接收器被配置为检测由接收器-发射器单元113的光发射设备(图3中所示的发射器104)发射的可见光，并且如果反馈单元105的光学接收器未检测到可见光，则关闭光源102。

另外，可选地存在底板117中通信的光源(103)。通信光源(例如，光源102)可以向光立方101的所有接收器108、108’发送数字高频数据。从而，与光立方101的所有像素通信。

图3示意性图示了根据本发明的实施例的示例性接收器-发射器单元113。接收器-发射器单元113可以通过接收由接收器-发射器单元113的接收器108转换的光信号115来从光源102接收光功率。单元113包括接收器-发射器对104、108。接收器108具有光伏功能，从而包括用于将光信号115转换成电力的光伏元件。发射器104被配置为使用从接收器108接收的电力发射可见光201。此外，接收器-发射器单元113可以接收光信号220，光信号220可以由处理器106(图4所示)处理，处理器106被布置在单元113中，并且光信号还可以用于指示处理器控制发射器104。另外，接收器-发射器单元113可以朝向第二接收器-发射器单元发射光信号221，用于控制第二单元。

图4更详细地图示了图3中示意性示出的接收器-发射器单元113。接收器-发射器单元113包括接收器-发射器对，接收器-发射器对包括具有参考图1至图3描述的功能的光学透射光接收设备108和光学透射光发射设备104。此外，接收器-发射器单元113包括第二光学透射光接收设备202，并且还可以包括第二光学透射光发射设备210。发射器210和接收器202可以经由至少一个导体214、214’电连接。然而，接收器202可以首先利用导体214连接到第一接收器-发射器对206的发射器104。另外，发射器104经由导体214’电连接到第二接收器-发射器对208的发射器210。接收器108被配备有光伏功能(即，光伏元件)，使得其可以向至少发射器104提供电力。电力还可以被提供到第二光接收设备202或第二光发射设备210。发射器104被配置为发射可见光201。导体214、214’可以是光学透射的，并且可以由例如铟-锡-氧化物(ITO)制成。如在图3和图4中所示，接收器-发射器对108、104以及附加的接收器202和附加的发射器210可以被布置在机械单元中，机械单元可以构成在图1中所示的光立方的像素。

第二接收器202可以被配置为接收光信号220，光信号可以包括利用处理单元106处理的、用于接收器202的信息，处理单元106连接到接收器202或与接收器202集成。信息可以为用于使发射器104发射特定波长的、闪光频率的或某些闪光序列等的光信号201(即，光)。由接收器202接收的信息可以在接收器202处转换成例如被提供到发射器104的TTL(晶体管-晶体管逻辑)信号。而且，发射器104可以被配置为向发射器210发送TTL信号形式的信号。从发射器210发送的信号包括从当前接收器-发射器单元113向照明设备的第二接收器-发射器单元(例如，图2中所示的单元113’)转发的信息。所转发的信号可以用于同步照明设备的单元。此外，接收器202可以包括滤光器、光子检测器、放大器和/或处理器。注意，接收器202和108可以物理地为一个接收器，该接收器可以接收光信号220和115。发射器210可以包括驱动器电子器件、光学发射器和/或准直光学器件。可选地，单元113可以嵌入光引导材料中，光引导材料可以围绕单元113重新引导光信号，由此进一步改进光信号的传播。

每个单元113及其组件(106、104、108)是光学透射的，意味着光信号(例如，光信号115)可以透过图2中所示的单元113”及其组件。此外，单元113在三维矩阵布局中被布置在分层结构中。然而，单元113还可以随机布置在光立方101内部的照明设备中。还注意，单元113的数量可以远远多于图示概念的附图中示出的数量。

此外，参考图2，电源转换器120包括处理器118，处理器118为控制光发射设备102提供智能。处理器电连接到光源102。例如，由用于提供电力的光发射设备102发射的光信号可以包括地址，地址可以由连接到该单元113中的光接收设备的处理单元106识别。作为另一示例，由用于提供由光发射设备102’发射的电力的光信号115’可以包括地址，该地址仅由处理单元106’来识别，处理单元106’连接到单元113’(单元113’包括第二接收器-发射器对)中的光学透射光发射设备104’和光学透射光接收设备108’。这样，光立方101的像素113(即，单元113)中的任意一个的光发射设备104、104’可以被单独寻址并无线供电。此外，底板117可以包括光发射设备102的二维阵列。用于提供电力的光信号115、115’优选地在蓝光到UV-A光、红外光或近红外光或至少可见光谱范围之外的波长范围中。光立方101的材料130优选地为光学透射的，例如由玻璃或塑料材料制成。此外，光立方可以被包围在反射用于供电的光信号的材料中，使得借助循环(被反射)的光信号来增加提供电力的效率。

在所图示的本发明的每个实施例中，光信号可以从光学透射光发射设备或光源向光学透射光接收设备中的至少一个无引导地传播，并且可以传播通过光学透射材料和/或在光学透射材料内传播。光发射设备有利地是发光二极管，并且光接收设备有利地为光电二极管或光电晶体管。

附加地，在实践所要求保护的发明时，从附图、公开内容以及所附权利要求的研习，技术人员可以理解并实现所公开的实施例的变型。例如，光学透射组件可以是光信号可以传播通过的光接收设备、光发射设备、电路板、衬底等中的任一个。

在权利要求中，词语“包括/包含”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。在彼此不同的从属权利要求中记载特定措施的事实不指示不可以有利地使用这些措施的组合。

总之，提供了包括光学透射发射器和接收器的照明设备100。接收器被配置为经由从光源102发送的光信号接收电力。此外，接收器被提供具有用于将光信号转换成电力并供给给发射器电力的功能。光信号还可以包括地址，使得设备的接收器-发射器对可以被无线地独立寻址并控制。设备的光信号不被引导，但自由传播通过照明设备的光学透射接收器、光学透射发射器或其他光学透射材料。这使得照明设备能够以简单方式提供新的光效果。

Claims (13)

1.一种照明设备(100)，包括：

光学透射光发射设备(104)；

光学透射光接收设备(108)，所述光学透射光接收设备(108)电连接到所述光学透射光发射设备，以形成第一接收器-发射器对(104、108)；以及

第一光源(102)；

所述照明设备被布置为使得从所述第一光源发送的光信号(115)从所述第一光源无引导地传播，所述光信号(115)由所述光接收设备接收，

其中，所述光信号的一部分借助所述光学透射光接收设备和所述光学透射光发射设备来传输，并且

所述光学透射光接收设备被配置为将由所述第一光源(102)发射的所述光信号转换成电力，并且将所述电力提供给所述光学透射光发射设备，

其中所述照明设备包括多个所述第一接收器-发射器对，多个所述第一接收器-发射器对被布置在二维布局结构或三维布局结构中，并且被集成在固体光学透射载体中。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

第二接收器-发射器对(104’、108’)，和被布置为向所述第二接收器-发射器对提供电力的第二光源(102’)。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，来自所述第一光源和所述第二光源的所述光信号包括地址，所述地址由对应的接收器-发射器对中的相应光学透射光接收设备识别，使得相应光发射设备被独立寻址并供电。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，由用于提供电力的所述第一光源发射的所述光信号的波长在可见波长范围之外。

5.根据权利要求2或3所述设备，其中，由用于提供电力的所述第一光源和所述第二光源发射的所述光信号的波长在可见波长范围之外。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，每个接收器-发射器对中的所述光学透射光接收设备和所述光学透射光发射设备形成机械集成单元(113)。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一接收器-发射器对电连接到第二光学透射光接收设备(202)。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一接收器-发射器对电连接到第二光学透射光发射设备(210)。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第二光学透射光发射设备被配置为根据从所述第二光学透射光接收设备接收的信息内容发射光信号(221)。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，还包括接收器-发射器单元，其中，在所述接收器-发射器单元中，另外的所述光学透射光接收设备电连接到所述光学透射光发射设备，

其中，所述光学透射光发射设备被配置为根据从另外的所述光接收设备接收的信息内容发射光信号(201)。

11.根据权利要求1所述的设备，还被布置且被配置为使得所述光源被布置为与所述光学透射光接收设备分离且间隔距离。

12.根据权利要求11所述的设备，还包括：反馈机构单元(105)，所述反馈机构单元被配置为：如果所述分离超过预定距离，则关闭所述光源。

13.根据权利要求1所述的设备，还包括：被布置邻近于所述光源的通信光源(103)，其中所述通信光源被配置为向所述第一接收器-发射器对发送用于控制所述第一接收器-发射器对的所述发射器的光信号。