CN1276143A - 对特别是用于节日和圣诞节灯的阵列灯进行多维控制以产生显示的同步动态装饰图案 - Google Patents

Abstract

将四条或多条电压母线(A－D)连接到灯组(L1－L16)上,并且将四条或多条接地母线(1－4)中的每条连接到在大量灯(L1－L16)中的一组灯上。通过脉冲发生电路装置(ESC1)单独、同时以及有选择地给这些电压和接地母线通电,以便于产生显示的动态装饰图案,特别是用作圣诞节灯的显示图案。

Description

对特别是用于节日和圣诞节灯的阵列灯进行 多维控制以产生显示的同步动态装饰图案

本发明一般涉及灯光显示，以及灯光显示装置与一个或多个灯光显示控制器的导线互连。

本发明特别涉及规则几何形状的灯阵列，其中通过多个(一般是两个)独立控制母线之间的电连接从而有选择地给各个灯加电使其照明，这种特定的多维控制可以产生发亮的显示图案(除了文字之外)，这种显示图案主要用于视觉上的刺激以及娱乐，特别可用于节日和/或圣诞节灯。

本发明还特别涉及以(ii)可变预定速率，对由分开但是相关的装饰灯组所呈现的连续显示的定序的(i)锁步同步。

本发明的一个主要应用以及实施例是其中每个都是由大量小白炽灯所构成的多个阵列，这些阵列诸如通常是与节日和/或圣诞节灯有关的，更特别的是通常被认为是用于圣诞树的灯。在它们的基本构成中，圣诞树灯通常是以35到150个以及更多的独立灯所串成的形式出现的。整个灯串是由非常小并且非常便宜的材料作成的：一般是玻璃、塑料和铜。一般通过半自动化机器加工来做这些灯串，在发达或甚至不发达的国家都是这样做的。对于较大的灯串尺寸，在大约1995年，零售商卖给美国用户一般每个灯仅需几美分(1-3美分)。

尽管如此，对于一般便宜的构造的节日或圣诞节灯，目前(大约1996年)的灯一般配有带有晶体管的灯控制器，这些灯控制器用于产生不同显示图案。这些控制器用于对沿着以及在一些分开的电源分配母线N上设置的大量的灯M进行电源切换，母线的数量N一般小于灯的数量M。通常，M大于50，N等于或大于4，而M除以N(M/N)是一个整数。

照明控制一般导致灯：(i)在沿着这种灯串的两个方向的每一个中彼此“追逐”，(ii)全都闪烁或部分(这些部分可以与颜色有关)闪烁，和/或(iii)执行所有这种有选择的照明速率，这种速率一般根据变阻器或电位计的手动调整而变化。

分开的灯组的灯显示一般既不是在同一时间开始，也不是以相同的速率进行，也不是顺序进行的。由于装饰显示灯的每个分开组的显示与其它组是很少相关的，这种协调性的缺乏迄今还没有显示出任何重要的限制。

当这些灯呈几何排列时，如同在美国专利“多分支圣诞节灯”No.5245519中所教导的那样，还可能有另外的显示效果，该专利的发明人Renato Openiano就是本发明的发明人。例如，排列为六角星尖部的灯可以以顺时针和反时针方向轮流闪烁。它们可以在相对的点上以及轮流在相对的点上闪烁。所有的灯可以在相同时间闪烁。可以改变所有闪烁效果的速率，并且可以自动地逐渐增加地变化。

由于装饰灯序列的每组分开的灯是在用于该组的独立的、速率可控的灯控制器控制下，所以在灯的不同组之间连续的灯光显示既不是也不倾向于：(i)在同一时间开始，(ii)以相同或相对速率行进，或(iii)以锁步行进。但是，这些多组灯潜在地--至少在显示控制器中的内部(定时)电容漏电几小时之后一旦完全放电--在相同时间开始。这可以简单地通过在相同时间将电加到几个灯组的每个组上来实现。

由于它们所附加的并且可证明更有意思的显示模式，诸如在所述美国专利No.5245519中所教导的阵列式圣诞树灯因此已经广泛地在美国零售市场中(大约1995)带来了额外的销售价格，该价格已经是包含相同数量各个灯的一个简单灯串的价格的10倍。因此革新已经足以给否则基本上是日用商品的那些商品增加了商业价值。本发明也是致力于这个方向，试图制造出新的更有用的带有基本上是低成本现存元件的显著优点的灯光显示。

圣诞类型的灯串或其它阵列一般电连接有一些分离的母线或导线，有选择地借助于灯控制器在这些点上给这些灯加电。将每个单独的灯连接在供电母线或导线以及公共地线之间。所有具有相同的连接的这些灯根据加电的母线或导线来进行开或关。

与本发明相比，重要的是，接地的电连接是固定的并且不能改变的，并且也不能切换。

同时，还存在完全不同的显示灯光种类。该种类可以是非常复杂的显示，甚至可以允许文字(可以是滚动的)或图片形式的信息通信。这种类型的显示灯光通常被称为大帐篷式灯光。如使用这种类型的灯光用于显示和娱乐，而不是用来进行信息通信，其效果可由美国Nevada、Las Vegas的可证明是华而不实的布告牌来体现。

在大帐篷式灯光中，每个灯的照明通常是由计算机控制器或类似被认为是复杂以及高成本的装置来单独控制的。通常如此单独控制各个灯的理由是简单的：特别是在罗马字母表字母的再现中(正如现在呈现在读者眼前的文字)，借助于由仅沿着轴线(线)发生或仅在两个相交轴的相交处选择性加电来试图构成并表示字母表字母，不可能确定要被照亮的单独的灯，以及那些不被照亮的灯。

单独的灯控制是高成本的。尽管提高的集成度以及动力电子设备的成本逐年减小，但是具有与受控制灯一一对应关系的众多电源选通元件带来了显著的成本。这种大帐篷灯的其他主要成本是必须进行与每个受控制灯的专用“导线”互连。这种专用电连接要消耗大量的材料，并且需要大量努力才能建成(至少是对于相当大的面积以及大量的灯而言)。这就是最大的Las Vegas照明布告牌一般需花费上百万美元的原因(大约1995年)

尽管对于完全大帐篷灯光而言一个栅格阵列中的灯的双轴控制没有用，但是本发明的前提是以相同方式控制不需要排列成直线形栅格的阵列灯，这对于装饰目的来说是非常有用的，特别是如果可以比较经济地实现它。一种看起来可从中受益的灯显示类型可以是节日、或圣诞节装饰灯以及显示灯，或者是用于其它宗教信仰和/或用于其它事件的类似的装饰和显示灯。

本发明期望能分开、有选择地同时控制：(i)电压以及(ii)接地信号以便于有选择地给大量的阵列式灯加电，从而产生诸如特别适用于节日和/或圣诞节灯的动态的显示灯装饰图案。这些灯可以排列成两维和三维的，并且所产生的显示图案可以是两维或三维的。

本发明还进一步期望分别和单独地控制分开的装饰灯组从而以如下方式开始定序显示：(i)在同一时间，(ii)以可变的预定速率，该速率可以预定以便于与其它分开的灯显示的定序速率之间具有任意关系，该关系包括但不局限于一个等同关系。例如，一组或多组灯可以以设定速率通过设定数目的连续显示来顺序显示每个组，而以这个速率的一倍半(x11/2)、两倍(x2)或甚至三倍(x3)的速率顺序地显示其它同步组。如果这些速率是相等的(1∶1)，那么两组或多组灯的每一组(这些组不需要在大小上同延)的灯显示是以锁步同步的形式进行的。

分开但相关的各个灯组的定序可以特别是本发明的(2-D或3-D)阵列灯，但不局限于此，这些灯通过同时连接(i)电压和(ii)地而有选择地发亮。特别是，当根据本发明排列和加电这些灯也根据本发明(i)同步、以及(ii)以相关速率或锁步定序时，可以容易地实现：由成千或甚至上百万单独的灯所组成的占用很大面积或体积(即，许多m²或m³)的大规模并且整体协调的灯光显示。

尽管使用本发明所产生的灯光显示可以是很大的，但是它还能保持较高的可视趣味性，并且可以由业余爱好者并且更特别地还可以由自己拥有住房的人或其它期望组装这种显示的人，用相同的部件或几组灯简单地组装这些显示灯。1.根据本发明的灯光加电控制的特性和效果

根据本发明的灯光加电控制在阵列灯(任何大小的)中产生复杂的显示图案时具有显著特点，它不用产生每个单独灯所使用的分开导线连接或单独对其控制的费用。取而代之的是，仅除了将每条(i)电压和(ii)接地配线分成几条分开的母线，一般是四条或多条，然后单独控制这些母线之外，是以如同通用的“圣诞树”灯串相同的方式连接这些阵列灯，并且大体上不贵。本发明的基本原则是在多条电压线和多条接地配线之间有选择地给阵列灯加电，该原则并不影响可以串联或者可替换地并联连接(i)灯和(ii)母线。

对于(i)一些电压母线和(ii)一些接地母线的独立控制可以确定在任何时间哪些灯将要亮，并因此可以确定整体显示和顺序显示。一般这样排列这些灯：(i)2维，一般是一束、规则矩形栅格、圆形或放射状，或者是(ii)3维，一般是立方体、球形、锥形以及其它规则的几何体。

在2维阵列中实现的典型的照明显示效果与以前那些在1维灯串中(或在以图案形式保持的灯串上，诸如星形)实现的效果类似，不同的是，通常是有选择地发亮的由几个灯组成的整行灯而不是单独的灯。通常实现的某个特定的照明显示包括(i)“追逐”模式，其中这些灯沿着诸如例如横向(sideways)或旋转方向中的连续轴连续发亮，(ii)“突发”模式，其中灯在环绕圆周方向上例如向上、向下或者向里或向外连续发亮，(iii)相反位置上的灯在沿着一个或多个点、轴或对称面上相反对称的点上或面上发亮，(iv)沿着对角线、径向以及同心圆方向连续发光，以及(v)上述的组合。

除了有选择的发亮通常是整面(即，阵列)而不是分开的灯构成的整行，在三维阵列中实现的显示模式也是类似的。

在研究本发明的基础上，将使所希望有的装饰效果、以及不同的以及趣味性的装饰效果变得更清楚，并且在特定选择的基础上可以获得上述效果，这些选择是：(i)实际位置，以及(ii)阵列灯的多维电互连。另外变得清楚的是，本发明的原理可用于二维和三维阵列灯。串灯的二维阵列可以是，例如，以规则几何图案预先安装在诸如轧制塑料板这样的半刚性材料的平面表面上。这些串灯的三维阵列通常是在墙、棒或树之间的规则格子图案中的自由空间中伸展。

利用足够的灯以及程序化照明序列的创造性效果，所产生的照明显示在二维和三维空间中十分显著和有趣味性。(尽管可以控制阵列式灯以便于产生许多复杂的装饰性效果，但是可以理解的是，它们不企图以及不能传送诸如例如英文文字这样的信息。)另外，这些显示可以是大规模的，比如超过百万的灯所组成的三维几何体“森林”，该灯组具有并且可以表现一辆小汽车可以通过的一个隧道。

根据本发明，非常方便地产生巨大的二维和三维灯显示可以使多序列灯(灯阵列)显示的以下方面同步：(i)启动，及(ii)相对定时。根据本发明，一个优选的自动调零调整(即，复位)以及可选择计数器电路可以借助于将初始功率加载到所有阵列上这样简单的方法从而可以使任何所需数量的灯阵列全部同时启动。另外，每个阵列的顺序显示可以从那之后保持锁定步调或稍超前于本发明的模式的状态(仍然使用同样便宜的自动调零调整和可选择计数器电路)，可以将一些阵列设置为其循环步调为其它阵列速率的多倍—例如，3/2，或2，3倍。

尽管根据本发明的下列情况：(i)艺术性位置，(ii)大量的复制，(iii)三维位置，(iv)起始的协调性，和/或(v)许多单独阵列的顺序显示之间的可变步调时间的同步关系，所产生的复合显示可以变得非常庞大和复杂，但是使用便宜的标准灯阵列以及随附的控制器可以完全实现如此庞大和复杂显示中的每个环节。每个阵列随附的控制器一般是被包装在一个盒子中被销售的。因此，个人或家庭可以年年通过加上和/或再连接现存的模块化阵列这样简单的方法来增加并修改灯阵列的表现形式。(出于“建筑大楼”的公共性原因，倾向于，灯阵列的某些大小(例如，6×6×6)和某些顺序(例如，在一个立方体阵列中，闪亮“平面”连续地从左到右、从右到左、从底部到顶部，从顶部到底部等等)应该成为“标准”并且年年应该保持兼容。)2.根据本发明的灯阵列的结构

因此可以认为本发明是以一个电气系统而体现的，该电气系统电连接于(i)系统电压和(ii)系统地线之间，以便于在多个灯中产生显示的装饰图案。该系统包括多个阵列灯，其中当电被加到(i)系统电压和(ii)系统地线之间时每个阵列都发亮。

许多电压分配母线，一般是四条或多条这样的母线，每条都与一个相关的灯阵列组连接。每条母线有选择地与系统电压电连接以便于将该系统电压加载到相关组的灯阵列上。

许多接地母线，一般是四条或多条这样的母线，每条都与一个相关的灯阵列组连接。每个组有选择地与系统地线电连接以便于将该系统地线连接到相关组的灯阵列上。

那些与电压母线连接的灯阵列组以及那些与接地母线连接的灯阵列组，一般不但既不是完全相同的组，而且一般都是在组成员之间有最小重叠的组，并且实际上，更典型的是正交组或集合。这仅仅表示每中类型的每个组(即，电压或接地)最典型地仅包含来自其它类型一些组的每一个中的一个单个灯。

一个灯控制器(i)有选择地将一个或多个电压母线电连接到系统电压上，并且还可以(ii)有选择地将一个或多个接地母线电连接到系统地线上。电力地，该灯控制器最好是被构造得与简单的圣诞树灯控制器一样，或与其它相同类型的灯控制器一样。简单将其构造为“双头”以便于----通过(分开的)三端双向可控硅开关元件或硅控制的整流器(SCR′s)或功率晶体管或类似的标准元件----切换(分开地)(i)系统电压，以及(ii)系统地线中的每个到相应的分配母线。

借助于这个操作，在任何时间电连接于电压母线中的瞬时系统电压加电的一条母线和接地母线中的瞬时系统地线连接的一条地线之间的所有灯中的那些单独的灯，都将发亮。余下的不瞬时加电和连接的所有灯中的那些单独的灯将不发亮。总之，在每个连续时间，使多个阵列灯的所选的那些发亮，从而产生一个显示。每个瞬时显示最好都是以图案形式出现的，诸如发亮灯的一条线(二维)或一个面(三维)。另外，连续时间发生的连续发亮一般都是空间(以及时间)相关的，从而产生连贯以及令人喜爱的显示和显示序列。

多个灯通常都是圆形排列的，或排列成二维矩阵形式。

电压分配母线的每一条都可以将系统电压以电串联形式或以电并联形式加载到相关组的灯阵列上。同样地，接地母线的每一条可以将系统地线以电串联形式或以电并联形式连接到相关组的灯阵列上。

灯控制器可以有选择并连续地电连接一个或多个电压母线到系统电压上(用系统电压将电压母线中的一条或多条母线加电)，并且还可以以许多不同方式有选择并连续地电连接一个或多个接地母线到系统地线上。通常至少有下列四种组合。

作为第一种情况，灯控制器可以即刻将所有接地母线连接到系统地线上，并且可以同时地将所有的电压母线连接到系统电压上。这些灯都亮。

作为第二种情况，灯控制器可以即刻将所有接地母线连接到系统地线上，并且可以同时连续地将电压母线中的一些连续母线连接到系统电压上。这样导致了连续灯组发亮，其中这些灯组对应于那些与电压母线中的每一条相连的灯。

作为第三种情况，与第二种情况相反，灯控制器可以即刻连续地将所有接地母线中的连续母线连接到系统地线上，而，同时地将所有电压母线连接到系统电压上。这再次导致连续灯组发亮，其中这些灯组现在对应于那些与接地母线中的每一条相连的灯。

作为第四种情况，灯控制器可以即刻连续地将所有接地母线中的连续母线连接到系统地线上，并且同时地将电压母线中的连续母线连接到系统电压上。在这种情况中，各个灯将连续发亮。

在排序、定相、定时等等基础上，可以实现许多复杂的显示图案。对人类而言，二维(区域)显示通常比一维显示更有意思，而三维显示就更有意思一些。为了显示的最大多功能性，灯控制器可以结合在微处理器程序控制下操作的微处理器。

特别地，当如同圣诞树灯那样构造时，阵列灯通常是规则排列的，和/或发出许多颜色的光。

许多灯一般都排列在一个或多个基本上平坦的基底上，这些基底一般或是圆形的或是矩形的。3.灯的几个单独组或阵列的协同显示

最后，根据本发明，通过将这些灯阵列插入公共电源插座—通常是在多插头插座电源板上或类似的a.c线路电源插座上—然后在相同时间一起将所有灯阵列接到(a.c.)电源上这样简单的方法，通常可以使大量的单独灯阵列协同连续显示。在根据本发明的灯控制器的一个优选实施例中，每个阵列将以相同时间：(i)启动，以及(ii)排序。由每个控制器控制的显示因此可以在任意一个大的面积或体积中是相关的。简而言之，本发明的灯阵列是可以无限升级的，并且当其升级时它们是协同展示的。

在另一个优选实施例中，本发明的灯控制器在外部与其它灯控制器插座连接或是跨接。一个(仅一个)灯控制器是被指定为“主控”的开关。相反地，通过相同开关的交替设置而将所有其它的灯控制器指定为“随从”。每个阵列将(i)在相同时间启动，并且将以由主控建立的预定速率的锁步定序。

在本发明的灯控制器的另一个优选实施例中，每个控制器被相对于相同的输入功率的a.c.波形编程(即，定时，或时钟控制)。例如，在一个基本循环周期，可以将一个阵列设置为从一个显示转到下一个显示，下一个阵列的转变时间是半个周期(即，两倍速率)，第三个阵列的转变时间是1/4周期(即，基本循环速率的四倍)。在大面积或体积范围内模拟加速现象时这种同步但可变定时的显示是有用的。

在参考附图和随后说明的基础上可以使本发明的这些以及其它方面和特点变得更加清楚。

图1是显示代表根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例的电路示意图。

图2-12是定时图，其中每个定时图显示了在图1中所示的脉冲发生电路装置中所产生的示例信号，这些信号用来控制在图1中所示的多维可控灯阵列。

图13是组合电力和机械示意图，其中显示了代表根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例。

图14a是用于在图13中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例的一个副本的第一不同的、串联的电连接的布线图。

图14b是用于在图13和14a中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例的两个副本的第一不同的、串联的电连接的布线图。

图15是用于在图1中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例的(一个副本)第一不同的、串联的电连接的布线图。

图16a是用于在图13中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例的一个副本的第二不同的、并联的电连接的布线图。

图16b是用于在图13和16a中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例的两个副本的第二不同的、并联的电连接的布线图。

图17是用于在图1中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例的第二不同的、并联的电连接的布线图。

图18-22是机械示意图，显示了如图13中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例的各种不同安装；确定为图19和20的各个灯对于产生趣味显示特别有效。

图23是机械示意图，显示了第一个实施例，图1中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例的平面安装。

图24是机械示意图，显示了第二个实施例，图1和23中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例的立体排列。

图25是带有根据本发明的自动复位装置的定序计数器的第一优选实施例的示意图，当它与一个适合于本发明目的的标准连续灯控制器(如图1所示)组合时，可以允许：(i)在多个分开的灯阵列之间协同启动，(ii)可变的相关序列(循环)速率。

图26是带有根据本发明的自动复位装置的定序计数器的第二优选实施例的一些互连复本的电路示意图，当它与一个适合于本发明目的的标准连续灯控制器(如图1所示)组合时，可以允许：(i)在多个分开的灯阵列之间协同启动，(ii)在分开的阵列之间琐步定序(循环)。

图27带有根据图26所示的本发明的自动复位装置的定序计数器的第二优选实施例的一些互连复本之间的优选插座连接的机械示意图。

在图1中示出了表示根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例的电路示意图。将灯L示为例如是在N部分中的电排列，每个部分有4×4或16个灯。可以由电学领域技术人员理解的是这些灯的实际位置与其在图1中所表示的电连接没有关系。还可以理解的是该阵列的大小不需要是4×4或该阵列不需要在两个轴的每一个中是相同尺寸(即是正方形)。但是，为了方便起见，可以认为这些灯L实际是在总共16个灯的4×4正方形中排列的(每个阵列部分)，如同，例如在图23中所示的灯装置中所示出的。

回到图1，第一典型部分的灯L被标为L1-L16。沿着第一方向Y轴的四个中的每个，灯L1-L4、L5-L8、L9-L12以及L13-L16都分别与相应的四条第一类型母线A、B、C、D中的一条并联电连接。沿着第二方向X轴的四个中的每个，灯(L1、L5、L9、L13)，(L2、L6、L10、L14)，(L3、L7、L11、L15)以及(L4、L8、L12、L16)都分别与相应的四条第二类型母线1、2、3、4中的一条并联电连接。

四条第一类型母线A、B、C、D中的每一条可以是或者(i)电压或者是(ii)接地母线。类似地，四条第二类型母线1、2、3、4中的每一条可以是其它、剩余类型，这些类型或是(i)接地或是(ii)电压母线。

通过相应的(电源)开关元件Q1、Q2、Q3或Q4来开关四条第一类型母线A、B、C、D中的每一条，其中这些开关元件可以是三端双向可控硅开关元件、硅可控整流器(SCR)、晶体管、或其它等效的电流开关元件中的任何一种。三端双向可控硅开关元件(用于开关交流电)是优选的(至少对于较大应用而言)，在图1中示出了一个三端双向可控硅开关元件。

类似地，也可以通过相应的(电源)开关元件Q5、Q6、Q7或Q8来独立开关四条第二类型母线1、2、3、4中的每一条。这些元件一般也可以是三端双向可控硅开关元件、硅可控整流器(SCR)、晶体管、或其它等效的电流开关元件中的任何一种。它们优选是三端双向可控硅开关元件，并且还可以优选是与开关元件Q1、Q2、Q3或Q4相同类型的元件。

在每个电源开关元件Q1-Q8中电流选通的控制源于脉冲发生电路装置。脉冲发生电路装置仅是一个通用的灯控制器—诸如公用的圣诞树灯---扩大为具有两倍于通常数量的控制信号输出---，即，与四个这种信号输出相反，在图1中是八个这样的信号输出(在Q1-Q8被分别接收)。脉冲发生电路装置可以是一个简单的微处理器，它运行微程序以便于在(典型的)八条母线上实现信号输出的定序和定时。

在图1中所示的本发明的电路实施例仅是示范性和代表性的。可以将开关和控制电源分配母线A-D和1-4增加为例如A-D、E、F和1-4、5、6。仅需要扩大脉冲发生电路装置的大小。尽管具有在其上控制信号输出定序和定时的16条以及更多条输出(母线)线路的微处理器相对廉价(大约1995年)，但是可以想象到对于带有N＞＞16的非常大的N×N矩阵，由该微处理器对开关元件Q1-Q8的直接控制将变得难于操作。当然可以使用(i)一个解码器电路来设置和复位，(ii)触发器或锁存器(未示出)。可以在微处理器和开关元件Q1-Q8之间插入解码器电路和触发器。在微处理器控制下设置触发器为清除状态(通过解码器电路作用)以便于保持将相关的开关元件Q1-Q8启动或禁止的状态。

在图2-12中示出了定时图，在该图上示出了可以在脉冲发生电路装置中产生的示范性信号。将所示出的定时和定序信号用于控制在图1中所示的多维可控灯阵列L。

图2的定时图在阶跃之后(在任意时间t₀)使所有灯发亮。

图3的定时图在图1的灯阵列L上产生向上和向外的显示动作。相反地，图4的定时图在图1的灯阵列L上产生向下和向内的显示动作。

图5的定时图在图1的灯阵列L上产生向右或顺时针方向的显示动作。相反地，图6的定时图在图1的灯阵列L上产生向左或反时针方向的显示动作。

图7的定时图在图1的灯阵列L上产生向右对角线、或“/”的显示动作。相反地，图8的定时图在图1的灯阵列L上产生向左对角线、或反斜线、或“\”的显示动作。

图9的定时图使在图1的灯阵列L上单个一层上的灯在向右或顺时针方向上连续发亮。相反地，图10的定时图使在图1的灯阵列L上单个一层上的灯在向左或反时针方向上连续发亮。

图11的定时图使在图1的灯阵列L上单个一行或一圆周上的灯在向上或向外方向上连续发亮。相反地，图10的定时图使在图1的灯阵列L上单个一行或一圆周上的灯在向下或向内的方向上连续发亮。

很明显，图2-12定时图上的许多不同定时和定序的信号都仅是示范性的。可以在脉冲发生电路装置(在前面图1中所示的)中产生许多不同的定时和定序信号，以便于控制多维的灯L从而产生趣味性的、娱乐以及可观赏的发光图案。

在图13中示出了根据本发明的多维可控灯阵列的代表性的第二优选实施例的电和机械组合示意图。还有四条第一类型母线A、B、C、D和四条第二类型母线1、2、3、4。很明显，还是使用在前面图1中所示的脉冲发生电路装置和前面图2-12定时图中所示的可控定时和定序。但是现在，连接了更多的灯—灯L1-L64。所示的连接—它是一种圆形类型—对于仅利用图2-12图示类型的直接控制来产生有趣图案是有效的。

在图14a中示出了一个布线图，该布线图用于显示根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例(在前面图13中所示出的)的(一个副本的)第一不同、串联电连接。在图14b中示出了一个布线图，该布线图用于显示在前面图13和14a中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例的两个副本的该相同的第一不同、串联电连接。这两个(该阵列的第二优选实施例)阵列副本与分开阵列之间的同步无关，这将结合图24进行讨论。图14a所显示的仅是这种串联电连接可以扩展到任何大小的阵列，并且用于串联的多个阵列。

同样地，在图15中示出了一个布线图，该布线图用于显示根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例(在前面图1中所示出的)的第一不同、串联电连接。

类似地，在图16a中示出了另一个、可替换的布线图，该布线图用于显示根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例(即，又是图13中的实施例)的第二不同、并联电连接。在图16b中示出了一个布线图，该布线图用于显示在前面图1和16a中所示的根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例的两个副本的该相同的第二不同、并联电连接。这两个(第二优选实施例)阵列(如同图14b中的)副本与分开阵列之间的同步无关，这将结合图24进行讨论。图16a所显示的仅是这种并联电连接可以扩展到任何大小的阵列，并且用于并联的多个阵列。

最后，在图17中示出了另一个布线图，该布线图用于显示根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例(在前面图1中所示出的)的第二不同、并联电连接。

图14-17中的每个以及全部的教导仅是本发明的多维控制以及多个母线可以很好工作，并且同样不用考虑这些灯应该与(多条)母线连接成串联或并联形式。串联或并联电连接(或二者的组合)的选择不影响本发明的原理，即是通过多条电源和多条接地母线来进行各个灯(阵列)的电连接(串联或是并联)。

特别是在这种小的、便宜的白炽“圣诞树”灯的情况中，并联模式连接防止了当由断路使一个灯泡失效时(口语即“烧坏”)，造成同一母线(在本发明中，实际上是两条母线中的每一条)上的所有灯都熄灭。但是，注意，在节省导线的串联中失效的灯泡可以相对容易地在本发明的阵列灯中的两条不亮母线或配线的交叉部分中被定位。因此，可以认为，根据本发明的阵列灯特别是如果是规则地成矩形排列的阵列可以是串联形式的电连接，并且与现有技术中的灯串相比，给处于失效状态下的使用者带来更少的不便。

这不是一个小问题。当显示非常庞大(即，每个有1k灯泡的1k阵列，或总共1M的灯泡)时，串联中的较少的布线损耗可以是有利的，这正是本发明所设想和实际支持的。

在图18-22中示出了机械示意图，该图示出了根据本发明的多维可控灯阵列的第二优选实施例(即，图13中的实施例)的各种不同安装。

在图23中示出了机械示意图，该图示出了根据本发明的多维可控灯阵列的第一优选实施例(即，图1中的实施例)的安装。在图24中示出了另一个机械示意图，该图示出了第二个实施例，即根据本发明的多维可控灯阵列的相同的第一优选实施例(即，在前面图1和23中所示的)的立体安装。图23和24的组合简单显示出可以使用相同控制的灯来产生二维(2D)和三维(3D)显示。

使多个灯阵列同步和/或时间相位相关定序是本发明的另一个基本目的。尽管对于根据本发明的第一方面的平面(2维)和立体(3维)排列和控制的灯而言所实现的(i)同步，和(ii)相关定序，这两者都是特别有用的，但是对于现有的灯，所设想的显示(i)同步和/或(ii)定序也是有用的，其组合是新颖的。

例如，可以实现在美国专利no.5245519中所教导的多分支(成群的)的多组(i)同步以及(ii)定序。该专利的圣诞树灯结合诸如追逐、蠕动、渐变、闪烁等等这样的多功能效果。这些效果的同步控制、定序，以及分开的大量灯阵列的展示都是本发明的第二方面的目的。

在图25中示出了根据本发明的电子定序控制器或计数器的第一优选实施例，该电路控制灯的定序。这个优选电路使用一个计数器，并且这个计数器的作用相当于一个用于不同功能的序列定时器(与时钟输入信号配合)。

当电源再次接到这种控制器电路/灯(单元)上时发生自动调零。最好通过在每次再次连接电源时将正电压加载到复位脚上(在CD4017I.C.中，这个复位脚是#15)来产生调零操作，这个每次连接电源时刻是指将电路再次插到电源之时。

这个操作当将每个单元再次插到电源(最好是110或220伏ac.)时，确保每个单元(控制器电路和灯)将在多效果序列的第一灯效果序列上开始。

简单地通过背载安装(piggybacking)它们的插头(图1)，或通过使用与公共电源连接的多插座接长电线(图2)来使两个或多个单元同步。原则是在几乎同一时间给每个单元加电。

由于这些单元中的每个都将在序列的正好开始处启动，因此将产生同步。对于每个要被同步的组而言，一个时钟输入信号必须是相同的。(对于IC.CD4017，管脚#14是时钟输入信号脚)。

基本示意图显示CD4017型计数器，带有在再次加载电源时起作用的自动调零(复位)装置，和一个连续计数器。所示的计数器是导线连接(插头或跨接)，用于(i)连续模式和(ii)6个序列步进。通过与管脚15连接的特定输出管脚来确定计数步进数。对于6步进式计数器，管脚1通过旋转开关SW1与管脚15相连。对于3步进式计数器，管脚4与管脚15相连，等等。对于2或更多数字步进式计数器，使用计数器的级联方法。

继电器1在接合时(断电)将+VDD连接到管脚15。当加电时，在一个非常短的时段内，由于继电器激活中的延迟，+VDD被加载到管脚15上以用于所需的复位。

图25中所示的电子定序控制器的第一优选实施例或计数器不仅只有一种可能。在图26的示意图中示出了(瞬间复制)电子定序控制器或计数器的另一个主要的第二实施例。图25的第一实施例的开关SW1不存在。取而代之的是一个新开关SW2，该开关将来自一些时钟发生器的信号选通到计数器装置中。手动地将几个(三个)电子开关控制器ESC1-ESC3中的一个的开关SW2设置(在初始连接和设置时)到第一位置，在该位置上，将完全相同的电子开关控制器的时钟发生器提供到ESC的内部计数器装置上以及与所有其它ESC的相同管脚导线连接的管脚P上。在图26中，(仅是)ESC1的开关SW2占用这个第一位置。电子定序控制器或计数器ESC1变成“主控”。

同时，手动地将几个(三个)电子开关控制器ESC1-ESC3中的所有其它控制器的开关SW2设置(在初始连接和设置时)为第二位置，在该位置上，经与所有主控ESC的时钟发生器导线连接的管脚P将“主控”电子开关控制器的时钟发生器提供到那个ESC的内部计数器装置。在图26中，电子定序控制器ESC2和ESC3的SW2使用这个第二位置。电子定序控制器或计数器ESC2和ESC3都变成“随从”。

所有电子定序控制器或计数器如此(i)切换和如此(ii)相互连接，可以使每个都与一个适合于本发明目的的标准连续灯控制器相组合，如同在图26中由脉冲产生装置来表示的那样。这种被切换的相互连接使得并且可以产生(i)在多个分开的灯阵列之间协调启动，以及(ii)在分开的灯阵列之间锁步定序(循环)。

如果一个以上的电子定序控制器或计数器的开关SW2都被设置在第一位置，那么该组合不工作，或至少不能正常工作，但是没有任何损害。相反地，除非至少一个的电子定序控制器或计数器的开关SW2被设置在第一位置，否则该组合将完全不能工作(定序)。以上这些操作指南将被提供给用户安装人员。

在图27中示出了位于根据本发明的带有自动复位装置的定序计数器的第二优选实施例(在前面的图26中所示的)的几个相互连接的副本之间的优选插头连接的机械示意图。该优选连接器是(i)可插入的，以及(ii)具有凹凸端口的背载安装，在一行中一个连着下一个。

上述电路是带有自动复位装置的基本的有代表性的计数器，本发明不局限于上述电路，而可以扩展到能够执行下列操作的所有电路装置：(i)同步和/或(ii)与时间相关的定序功能，该功能与用于多组同步目的的或其它相关照明功能的节日(圣诞节)灯的电子定序控制器结合使用。

根据上述解释，对于电学领域的专业人员而言，根据本发明的多维可控阵列灯的变形和适用性是很显然的。尽管实现了大量的通用显示，但是本发明的优选实施例的定序控制和电源选通是以常规方式低成本地实现的。但是，有可能使该控制更加复杂。例如，可能以多个电压电平来驱动各个灯。例如，通常仅有一条(切换的)接地母线，但有两个或多个可以独立切换和添加的电流源。当加载更多的电流时，如此控制的这些灯的一般响应是使灯更亮，而当加载较少电流时，这些灯变得不太亮。

很显然，可以将本发明的原则扩展到诸如可以是基于穿越立体体现的灯串的三维灯阵列。尽管每个单独的灯保持连接两条而不是三条用于接收(i)电压和(ii)接地的母线，但是阵列的排列和定序方式可以基本上在一个立体体积内导致在平面上或球形“外壳”上产生某些效果，这些效果就如同在二维阵列灯的直线和弧线上产生的效果那样。

但是，考虑到可以在本发明的显示灯阵列之间有协同性。占用两个一般相邻体积的两个这样的阵列可以设置为相对发亮，就好象一个是另一个的镜像。

另外，并且可替换地，相同体积可以被多个分开阵列(可以仅仅在灯串上的少量灯)所“占用”。实际上，一个体积一般可以是沿着其X、Y和Z轴的每个方向与导线相连----或者是三个阵列公用一个相同的物理体积。显然，所产生的照明显示可以变得非常复杂。在这方面，(i)艺术性和(ii)色彩就变得很重要。可以预见，有创造性的设计者将采用根据本发明的多个标准显示灯阵列组，有选择地将灯泡改变到所需色彩，安装到二维和三维面上，并且将每个灯控制器锁定到一个单独模式或诸如合成的多个模式，并产生定制的发亮显示。在这点上，根据本发明的显示灯阵列的多方面应用可以模拟标准的圣诞树灯串的用法，可以以许多不同的方式进行应用以产生从精细和深远到滑稽这样的许多不同效果。

根据本发明的这些和其它可能的变形和适用性，应该仅根据下面的权利要求来确定本发明的范围，而不是根据本发明所描述的实施例。

Claims (39)

1.一种电连接于系统电压和系统地线之间的电气系统，用于在多个灯中产生显示的装饰图案，该系统包括：

多个阵列灯，当其连接于系统电压和系统地线之间时，每个都发亮；

多条电压分配母线，每条都与相关的多个阵列灯相连，并且每条都有选择地与系统电压电连接以便于将系统电压加载到相关的阵列灯上；

多条接地母线，每条都与相关的多个阵列灯相连，并且每条都有选择地与系统地线电连接以便于将系统地线连接到相关的阵列灯上；

用于有选择地将一条或多条电压母线电连接到系统电压上的装置，该装置还用于有选择地将一条或多条接地母线电连接到系统地线上，以便于多个灯中那些电连接于多条电压母线中的一条系统-电压-连接线和多条接地母线中的一条系统-地线-连接线之间的各个灯将发亮，而那些没有这样连接的灯则不发亮；

其中，多个阵列灯中所选择的那些灯发亮，以产生一个显示图案。

2.根据权利要求1的电气系统

其特征在于以圆形排列该多个灯。

3.根据权利要求1的电气系统

其特征在于以二维矩阵方式排列该多个灯。

4.根据权利要求1的电气系统

其特征在于多条电压分配母线中的每一条都将系统电压加载到串联电连接的多个相关阵列灯上。

5.根据权利要求1的电气系统

其特征在于多条电压分配母线中的每一条都将系统电压加载到并联电连接的多个相关阵列灯上。

6.根据权利要求1的电气系统

其特征在于多条接地母线中的每一条都将系统地线连接到并联电连接的多个相关阵列灯上。

7.根据权利要求1的电气系统

其特征在于多条接地母线中的每一条都将系统地线连接到串联电连接的多个相关阵列灯上。

8.根据权利要求1的电气系统

其特征在于该装置用于有选择地即刻加电，(i)将所有电压母线电连接到系统电压上，并且同时，

(ii)将所有接地母线电连接到系统地线上；

此时，即刻点亮所有的灯。

9.根据权利要求1的电气系统

其特征在于该装置用于有选择地即刻加电，(i)将所有电压母线电连接到系统电压上，并且同时，

(ii)以连续循环方式将所有接地母线电连接到系统地线上；

此时，即刻以循环方式点亮多个灯中连续的那些分别与多条接地母线相连的灯。

10.根据权利要求1的电气系统

其特征在于该装置用于有选择地即刻加电，(i)将所有接地母线电连接到系统地线上，并且同时，

(ii)以连续循环方式将所有电压母线电连接到系统电压上；

此时，即刻以循环方式点亮多个灯中连续的那些分别与多条电压母线相连的灯。

11.根据权利要求1的电气系统

其特征在于该装置用于有选择地即刻加电，(i)以连续循环方式将所有接地母线电连接到系统地线上，并且同时，即刻地，

(ii)以连续循环方式将所有电压母线电连接到系统电压上；

此时，即刻以循环方式点亮多个灯中连续的那些灯。

12.根据权利要求1的电气系统

其特征在于多个阵列灯发出多种颜色的光。

13.根据权利要求12的电气系统

其特征在于多个阵列灯排列成规则的几何图案。

14.根据权利要求13的电气系统

其特征在于还可以将多个阵列灯的多种颜色排列成规则的几何图案。

15.根据权利要求1的多个电气系统，其中每个包括：

用于将一连串顺序显示的开始与多个系统中的其它系统同步的装置。

16.根据权利要求15的多个电气系统

其特征在于用于同步一连串顺序显示的开始的装置还用来确定连续顺序显示的速率。

17.根据权利要求16的多个电气系统

其特征在于用于同步开始部分以及用来确定连续顺序显示的速率的装置还考虑该多个系统中的至少一个其它系统的速率来确定所述速率。

18.根据权利要求17的多个电气系统

其特征在于用于同步开始部分以及用来确定连续顺序显示的速率的装置还将该速率确定为该多个系统中的至少一个其它系统的速率的整数倍。

19.根据权利要求1的电气系统，还进一步包括：

一个或多个实质上平坦的基底，每个都用于支撑规则几何阵列形式的多个灯。

20.根据权利要求19的电气系统

其特征在于一个或多个实质上平坦的基底实际上是矩形，并且支撑规则矩形阵列形式的多个灯。

21.根据权利要求19的电气系统

其特征在于一个或多个实质上平坦的基底实际上是圆形，并且支撑规则圆形阵列形式的多个灯。

22.一种有选择地给多个阵列灯加电以使其显示图案的方法，该方法包括：

在多条电压分配母线中分割多个阵列灯，使得其中每条电压分配母线与相关的多个阵列灯相连，并且每条电压分配母线有选择地与系统电压电连接以便于将系统电压加载到相关的多个阵列灯上；

另外在多条接地母线中分割相同的多个阵列灯，使得其中每条接地母线与相关的多个阵列灯相连，并且每条接地母线有选择地与系统地线电连接以便于将系统地线连接到相关的多个阵列灯上；

首先，有选择地将多条电压母线中的一条或多条电连接到系统电压上；以及

其次，有选择地将多条接地母线中的一条或多条电连接到系统地线上；

其中那些电连接于多条电压母线中的一条系统-电压-连接线和多条接地母线中的一条系统-地线-连接线之间的所有灯中的各个灯将发亮；

其中没有电连接于多条电压母线中的一条系统-电压-连接线和多条接地母线中的一条系统-地线-连接线之间的其它那些灯将不发亮；

其中，多个阵列灯中所选择的那些灯发亮，以产生一个显示图案。

23.一种灯显示，包括：

呈阵列排列的多个灯；

多条电压分配母线，其中每条与相关的多个阵列灯相连；

多条接地母线，其中每条与相关的多个阵列灯相连；

用于有选择地将多条电压母线中的一条或多条电连接到系统电压上的装置，该装置还用于有选择地将多条接地母线中的一条或多条连续电连接到系统地线上，其中至少包括下列四种组合

(1)将所有接地母线与系统地线相连，并且同时地，将所有电压母线与系统电压相连；

(2)将所有接地母线与系统地线相连，并且，同时地，将电压母线中的连续母线连续地与系统电压相连；

(3)将所有接地母线中的连续母线连续地与系统地线相连，并且，同时地，将所有电压母线与系统电压相连；

(4)将所有接地母线中的连续母线连续地与系统地线相连，并且，同时地，将所有电压母线中的连续母线连续地与系统电压相连；

其中，多个阵列灯中所选择的那些灯发亮，以产生一个显示图案。

24.包括多个装饰灯组的系统，每个组包括：

多个灯；

独立的定序装置，自身能够不需外部控制地来独立地对多个单独灯定序使其连续发亮，以便于产生逐步顺序的灯显示；以及

一种装置，用于将该独立定序装置与此时和它电连接的其它灯组的独立定序装置同步，以便于由每个灯组所产生的一连串灯显示在相同时间开始，如果没有其他组有这样的电连接，该同步装置不会干扰由定序装置独立执行的定序操作。

25.根据权利要求24的系统

其特征在于每个用于同步的装置响应于对于相关灯组的电源加载。

26.根据权利要求24的系统

其中用于同步以便于一连串顺序显示在相同时间开始的装置还用于确定独立定序装置将影响连续顺序显示的速率；

其中独立定序装置仅在定序功能方面是独立的，其仅表现在如果其在没有与另一个组电连接的组中，它仍可以具有这个功能而不需要外部控制。

27.根据权利要求26的系统

其中用于在每个组内同步以便于使连续的顺序显示的开始和速率同步的装置在使所述速率同步时还考虑至少一个其它组的速率；

其中，至少对于速率来说，没有一个组或其同步装置是绝对控制的，而是至少有两个组的同步装置在确定两个组的顺序显示同步速率时相互作用。

28.根据权利要求27的系统

其特征在于用于同步开始以及用于在一个组内确定连续顺序显示的速率的装置还可以确定该速率为至少一个其他组的速率的整数倍。

29.根据权利要求24的系统，其中用于同步的装置包括：

计数器，被连接用来在预定数目顺序步调的范围内连续定序；

复位装置，用于当首次给相关灯组加电时将计数器复位。

30.根据权利要求29的系统

其特征在于通过有选择的跨接线来连接该计数器，使其用来在预定数目顺序步调的范围内连续定序。

31.根据权利要求29的系统，其中该复位装置包括：

继电器，当断电时连接到一个端点上，在该端点上，电源被接收到计数器的复位输入端上，这种电源加载的作用是，在由于继电器激发过程中的延迟造成的一个非常短的时间内，在继电器断开计数器端点之前就将计数器复位。

32.包括多个装饰灯组的系统，每个组包括：

多个灯；

定序装置，用于使多个灯的单独的灯连续发亮以便于产生逐步顺序灯显示；以及

一种装置，用于将各组中的每个组的定序装置与这些组中的其他组的定序装置同步，以便于由每个灯组所产生的一连串灯显示在相同时间开始。

33.根据权利要求32的系统

其特征在于每个用于同步的装置响应于对于相关灯组的电源加载。

34.根据权利要求32的系统

其中用于使一连串顺序显示的开始同步的装置还用于确定连续顺序显示的速率。

35.根据权利要求34的多个电气系统

其中用于使开始同步以及用于确定连续顺序显示的速率的装置在确定该速率时还考虑至少一个其它组的速率。

36.根据权利要求35的多个电气系统

其中用于使开始同步以及用于确定连续顺序显示的速率的装置还确定该速率为至少一个其他系统的速率的整数倍。

37.根据权利要求32的多个电气系统，其中用于同步的装置包括：

计数器，被连接用来在预定数目顺序步调的范围内连续定序；

复位装置，用于当首次给相关灯组加电时将计数器复位。

38.根据权利要求37的多个电气系统，其特征在于通过有选择的跨接线来连接计数器，使其用来在预定数目顺序步调的范围内连续定序。

39.根据权利要求37的多个电气系统，其中该复位装置包括：

继电器，当断电时连接到一个端点上，在该端点上，电源被接收到计数器的复位输入端上，这种电源加载的作用是，在由于继电器激发过程中的延迟造成的一个非常短的时间内，在继电器断开计数器端点之前就将计数器复位。

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