Управляемая осветительная система

Изобретение относится к области светотехники. Осветительная система содержит множество управляемых светоизлучающих элементов 3, рассеивающий оптический элемент 5, расположенный перед множеством светоизлучающих элементов для придания формы свету, излучаемому от осветительных элементов, и контроллер 7 для изменения диапазона углов излучения света, излучаемого от рассеивающего оптического элемента 5 посредством управления каждым из множества управляемых светоизлучающих элементов. Это позволяет изменять свет, излучаемый от рассеивающего оптического элемента, без изменения каких-либо физических частей осветительной системы, поскольку контроллер в это время управляет каждым из светоизлучающих элементов посредством, например, затемнения одного или более светоизлучающих элементов или выключением одного или более из светоизлучающих элементов. Технический результат - создание компактной системы, позволяющей изменять схему освещения. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

2420-182434RU/050

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к управляемой осветительной системе.

Осветительные системы широко используются для создания окружения в домах. Системы создают схемы освещения, которые создают обстановку.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

WO2009/031103 описывает многоцветный источник света, излучающий световые лучи разных цветов. Многоцветный источник света может быть использован в приложениях, в которых требуется высококонцентрированный широкодиапазонный свет. Примерами таких приложений являются точечные светильники и цифровое проецирование. Таким образом, цвет от, например, точечного светильника может изменяться. Но проблема с этим устройством заключается в том, что для достижения перемещения схемы освещения, источник света должен быть перемещен посредством, например, механического устройства. Как следствие этого, такие системы часто являются не тонкими и компактными, а массивными и громоздкими.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью данного изобретения является решение этих проблем и создание осветительной системы, которая может создавать изменяющиеся схемы освещения и которая является тонкой и компактной.

Цель достигнута посредством осветительной системы, содержащей множество управляемых светоизлучающих элементов, рассеивающий оптический элемент, расположенный перед множеством светоизлучающих элементов, и контроллер для изменения диапазона углов излучения света, излучаемого от рассеивающего оптического элемента посредством управления каждым из множества управляемых светоизлучающих элементов.

Рассеивающий оптический элемент определяет доступный угловой диапазон излучения, в котором будет содержаться весь свет, излученный системой. Управление светоизлучающими элементами далее оказывает влияние на выбор углового поддиапазона из доступного диапазона. Посредством управления выбором поддиапазона может изменяться результирующая схема освещенности. Это позволяет свету, излученному от рассеивающего оптического элемента, изменяться без изменения физических частей осветительной системы, потому что контроллер в данный момент управляет каждым из светоизлучающих элементов посредством, например, затемнения одного или более светоизлучающих элементов или выключением одного или более из светоизлучающих элементов. Таким образом, возможно, например, перемещать световые лучи, изменять размер и форму луча с того момента, как рассеивающий оптический элемент сможет преобразовать излученный свет от группы светоизлучающих элементов в один луч. Посредством изменения положения и/или размера группы светоизлучающих элементов возможно изменять расположение и/или размер пятна.

Диапазон углов излучения в дальнейшем может быть разделен на несколько отдельных поддиапазонов путем приведения в действие отдельных групп светоизлучающих элементов. Схема освещенности в связи с этим может состоять из нескольких пятен.

Дополнительно контроллер может быть выполнен с возможностью изменения, по меньшей мере, одного из градиента освещенности или цвета градиента цвета, излучаемого от рассеивающего оптического элемента.

В варианте воплощения осветительная система содержит множество отдельно коллимированных источников света, каждый из которых содержит множество упомянутых управляемых светоизлучающих элементов и коллимирующую лучи оптическую систему. Таким образом, получается некоторое количество узких лучей. Например, каждый коллимированный источник света может включать в себя красный, синий и зеленый светоизлучающий элемент. Соответственно, возможно определять цвет выходного сигнала света.

Множество коллимированных источников света может, например, быть расположено в двумерной решетке. Соответственно этому, например, возможно предоставить пятно, которое может перемещаться в двух направлениях без какого-либо перемещения оптических элементов. Например, двумерная решетка может быть прямоугольной решеткой N×M, где N представляет число рядов в решетке, а M представляет число коллимированных источников света в каждом ряду. Например, N и M, по меньшей мере, равны шести.

Например, контроллер может быть выполнен с возможностью реализации множества схем светового излучения посредством применения набора заранее запрограммированных управляющих параметров управляемых светоизлучающих элементов. Таким образом, могут быть созданы различные варианты окружения. Термин схема светового излучения должен истолковываться как световая схема, образованная на основе различных свойств света, излученного от рассеивающего оптического элемента, например, диапазонов угла излучения, цветов, градиента освещенности, также как динамического поведения излученного света, например, различных форм импульсов.

Дополнительно осветительная система может содержать датчик света, такой, чтобы при использовании датчик света измеряет установленные диапазоны углов излучения света, и контроллер сравнивает его с запрошенными диапазонами углов излучения света. Таким образом, диапазон излучения света может автоматически быть скорректирован до установленного диапазона излучения света без какого-либо вмешательства пользователя. Например, датчик света и светоизлучающие элементы могут быть электрически и механически объединены в осветительный блок, так что достигается компактный дизайн. Посредством использования датчика возможно автоматически адаптировать схему освещения, т.е. возможно адаптировать схему освещения без перемещения лампы или введения информации в лампу. Это является преимуществом, так как при установке лампы дома положение лампы может непреднамеренно измениться в какой-то момент из-за небольших перемещений и сдвигов, которые, например, являются результатом нажимов на лампу в процессе чистки или преднамеренно. Таким образом, например, можно изменить угол луча, сдвинуть угол луча, изменить градиент освещенности, изменить градиент цвета, если используются красные, зеленые и синие светодиоды (LED). Осветительная система может, например, содержать указатель, выполненный с возможностью передачи информации о свете, и в котором датчик света выполнен с возможностью воспринимать информацию, переданную на датчик света, и передавать эту информацию на контроллер, причем контроллер выполнен с возможностью связывать переданную информацию о свете в схему излучения света. Это позволяет с легкостью использовать осветительную систему.

Рассеивающий оптический элемент может, например, быть рассеивающей или собирающей линзой, рассеивающей или собирающей линзой Френеля, или структурированной решеткой микро-призматических лучевых отражателей. Преимуществом линз Френеля является то, что они тонкие и компактные по сравнению с обычными линзами, и, кроме того, их намного проще изготавливать, чем структурированную решетку микропризматических лучевых отражателей. Если используются собирающие линзы или собирающие линзы Френеля, предусматриваются более длинные рабочие расстояния, чтобы рассеивать свет после того, как он был сфокусирован.

Важно отметить, что изобретение соотносится со всеми возможными комбинациями признаков, изложенных в формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие стороны настоящего изобретения сейчас будут описаны более детально, со ссылкой на приложенные чертежи, показывающие предпочтительный в настоящее время вариант воплощения изобретения. Одинаковые номера соотносятся с одинаковыми признаками на всех чертежах.

Фиг. 1 - лампа, согласно варианту воплощения настоящего изобретения

Фиг. 2 - схематичный вид лампы с рассеивающей линзой

Фиг. 3 - схематичный вид лампы с рассеивающей линзой Френеля

Фиг. 4 - схематичный вид лампы с различными формами луча

Фиг. 5 - схематичный чертеж осветительной системы, согласно варианту воплощения данного изобретения

Фиг. 6 - схематичный вид объединенной с датчиками света лампы

Фиг. 7 - схематичный вид объединенной с датчиками света и указателем лампы

Фиг. 8 - блок схема функционирования контроллера

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Световой блок на иллюстрированном примере в виде лампы 1 на Фиг. 1 содержит решетку коллимированных источников света 2, расположенных в двумерной решетке, при этом двумерная решетка является прямоугольной решеткой 16×16. Коллимированные источники 2 света, каждый из которых содержит множество управляемых светоизлучающих элементов 3 и коллимирующие лучи оптическую систему 4, в которой каждый коллимированный источник 2 света включает в себя красный, синий и зеленый светоизлучающий элемент 3, предпочтительно в виде красного, синего и зеленого светодиода 3 (LED). Альтернативно каждый коллимированный источник 2 света может включать в себя красный, синий, зеленый белый светоизлучающий элемент 3. Лампа 1 дополнительно содержит рассеивающую линзу 5, расположенную сверху относительно коллимированных источников света 2.

Фиг. 2 показывает схематичный вид лампы с рассеивающей линзой 5. Некоторое число светоизлучающих элементов 3 может, например, быть установлено на слое 22 печатной платы (PCB). PCB может, например, содержать изолированный носитель, сделанный из теплопроводного материала, такого как металл, например, алюминий, с одиночным изоляционным слоем. На иллюстрированном примере светоизлучающие элементы 3 сгруппированы в красные LED, синие LED и зеленые LED, расположенные с коллимирующей лучи оптической системой 4 спереди от них. Рассеивающий оптический элемент в виде рассеивающей линзы 5 расположен впереди от коллимированных источников 2 света и так же светоизлучающих элементов 3. На иллюстрированном примере все коллимированные источники 2 света излучают свет так, что рассеивающая линза 5 рассеивает излученный свет 6 по всему диапазону углов излучения.

Фиг. 3 изображает схематичный вид лампы с рассеивающей линзой Френеля 105. Как и на Фиг. 2 некоторое число светоизлучающих элементов 3 обычно устанавливается на слое 22 печатной платы, но рассеивающий оптический элемент в настоящем иллюстрированном примере представляет собой рассеивающую линзу Френеля 105. У этого есть преимущество, что дизайн лампы очень компактный.

Фиг. 4 показывает схематичный вид сбоку лампы с различными формами луча. Фиг. 4а показывает лампу, которая излучает световой луч в полном диапазоне углов излучения, а Фиг. 4b и 4с показывают лампу, которая излучает световой луч в поддиапазоне полного диапазона углов излучения. Лампа способна излучать луч внутри поддиапазона полного диапазона угла излучения посредством излучения света от группы коллимированных источников 2 света. Таким образом, размер и форма пятна, размер луча может быть изменен посредством изменения числа коллимированных источников 2 света и формы группы. Следовательно нет необходимости в механическом перемещении частей. В иллюстрированном примере на Фиг. 4b луч излучается от рассеивающего оптического элемента посредством излучения света от трех коллимированных источников света в центре лампы. На Фиг. 4с луч излучается от рассеивающего оптического элемента излучением света от трех коллимированных источников 2 света из правой стороны лампы. Изменения между двумя лучами (на Фиг. 4b и Фиг. 4с) приводит к тому, что как и задумано одному лучу, который смещается между двумя позициями.

Яркость светодиодов может изменяться постепенно в зависимости от приложения, как например в 100 или 256 этапов, например, от выключенного состояния до требуемой яркости, например, к максимальной яркости.

Фиг. 5 - схематичный чертеж осветительной системы согласно варианту воплощения данного изобретения, включающий в себя лампу 1 и дистанционный контроллер 107. В проиллюстрированном примере лампа 1 содержит решетку N×M из красных, зеленых и синих наборов 2 светодиодов, выполненных с 8-битным разрешением. Альтернативно, наборы светодиодов могут быть выполненных с 10-битным разрешением. Каждый из наборов 2 светодиодов содержит коллиматор 4, тем самым предоставляющий N×M коллимированных источников 2 света. Рассеивающий оптический элемент в виде рассеивающей линзы Френеля 105 расположен перед NxM коллимированными источниками 2 света, т.е. перед красными, зелеными и синими светодиодами. Таким образом, свету, излучаемому от светодиода, может быть придана форма. Лампа 1 дополнительно содержит контроллер 7, выполненный с возможностью изменения диапазона углов излучения света, излучаемого от линзы 105 Френеля посредством управления каждым из LED 3. Контроллер 7 содержит процессор 10 и запоминающее устройство 23, включающее в себя регистр 13 сдвига с длиной 3хNxM и триггер с длиной 3×N×M. Контроллер 7 дополнительно содержит 3хNxM контроллеры 12 яркости с широтно-импульсной модуляцией.

Блок 107 дистанционного управления содержит источник 18 питания, блок 19 обработки, взаимодействующий с картой памяти 8 и персональным компьютером, и беспроводной передатчик 9. Блок дистанционного управления 107 выполнен с возможностью реализации множества различных схем посредством применения набора предварительно запрограммированных управляющих параметров светодиодов. Схемы освещения хранятся на карте памяти 8. Каждая схема освещения может быть связана с описанием окружения, например «лето», «уютный» или «холодный». То есть, когда выбирается одно из описаний окружения соответствующая схема освещения излучается лампой, так, что, например, излучается определенное распределение цветов и размер луча. Эти описания окружения могут быть выбраны пользователем с помощью введения в систему, например, посредством персонального компьютера 20, который содержит управляющее программное обеспечение. Сигналы возбуждения для N×M RGB-светодиодных решеток распределяются посредством блока 19 обработки в блоке 107 дистанционного управления.

Эти управляющие сигналы передаются по беспроводному каналу на лампу 1 от беспроводного передатчика 9 в блоке 107 дистанционного управления на беспроводной приемник и последовательный интерфейс в процессоре 10 в лампе 1. В других вариантах воплощения изобретения блок 107 дистанционного управления способен взаимодействовать с несколькими лампами.

В лампе 1 сигналы сначала сохраняются в регистре сдвига. Когда передача управляющих сигналов завершена, информация копируется на триггер 11 и в дальнейшем направляется на драйверы контроллера 12 яркости с широтно-импульсной модуляцией отдельных RGB-светодиодов. После копирования сигналов возбуждения на триггер 11, новые управляющие сигналы могут быть приняты регистром 13 сдвига. Преимущество этой конфигурации в том, что не нужно обеспечивать контактами адресации каждый светодиод в отдельности, а внутренняя память в регистре 13 сдвига и триггере 11 значительно упрощает связь с блоком 107 дистанционного управления. Другим преимуществом является то, что изменения сигналов возбуждения и, соответственно, схем освещения происходят в четко определенный момент и четко определенным образом, когда сигналы передаются от регистра сдвига 13 на триггер 11. Эта передача происходит очень быстро и надежно по сравнению с медленной и подверженной ошибкам беспроводной передачей. Таким образом, контроллер 7 выполнен с возможностью изменять диапазон углов излучения света, излучаемого от рассеивающего оптического элемента, путем управления каждым из светодиодов 3.

В другом варианте воплощения изобретения функциональность блока дистанционного управления 107 объединена с контроллером 7.

Фиг. 6 - схематичный вид объединенной с, по меньшей мере, одним датчиком 14 света лампы. В проиллюстрированном примере лампа предоставляется с некоторым количеством датчиков 14 света, обеспечивающими обратную связь 15 с процессором 10 контроллера 7. Датчик 14 света измеряет установленные диапазоны углов излучения света, и процессор 10 сравнивает посредством обратной связи с запрошенным диапазоном углов излучения света 16, т.е. принятым от пользователя. Посредством ввода данных 21 от процессора 10 контроллер 12 светодиодов передает настройки параметров к каждому коллимированному источнику 2 света.

Датчик 14 света приспособлен воспринимать свет, который был излучен от рассеивающего оптического элемента 5, который в иллюстрированном примере является рассеивающей линзой, и отражаемый обратно на датчики 14 света. Предпочтительно светоизлучающие элементы 3 и датчики 14 света электрически и механически объединены в световой блок, например, в виде лампы.

В варианте воплощения изобретения датчики 14 света являются камерами, имеющими широкоугольный объектив, такой, что комбинация изображений всех камер будет больше, чем максимальный точечный луч лампы. Таким образом, набор камер будет видеть всю поверхность, освещенную лампой. Изображения, сделанные камерой, будут обработаны в реальном времени контроллером 7 и основываясь на запрошенных схемах освещения; параметры будут установлены для каждого набора светодиодов.

Фиг. 7 показывает осветительную систему, которая содержит указатель 24, например, в виде лазерного указки, выполненного с возможностью указывать требуемую схему освещения осветительной системе посредством излучения света 25 на поверхность 26 так, чтобы она была отражена и затем получена датчиками 14 света. Свет, излученный от указателя, может быть закодирован, для того чтобы датчики 14 отличили его от другого света. Датчики 14 света выполнены с возможностью выявлять информацию 25 о свете и передавать информацию о свете на контроллер 7. Контроллер 7 выполнен с возможностью интерпретировать переданную информацию о свете и адаптировать излучаемый свет так, чтобы предоставить требуемую схему освещения.

С помощью указателя 24 на Фиг. 7 пользователь может указать световой системе 1 форму луча, которая должна быть представлена на поверхности 26, например, на стене. Для того чтобы сделать это, пользователь использует указатель 24 для указания на поверхности 26 области 27, которая должна быть освещена. Датчики 14 света выявляют информацию 25 о свете, т.е. отражение лазера от стены 26, и использует эту информацию для адаптации излучаемой схемы освещения. Таким образом, новая схема освещения может быть запрошена пользователем в любой момент времени. Таким образом, например, пользователь может потребовать придания новой формы, представленной в настоящее время форме.

Фиг. 8 это блок-схема функционирования контроллера 7. Блок-схема показывает автоматический процесс адаптации схемы освещения, например, излучения света лампой.

Контроллер содержит нижеследующие этапы обработки:

Лампа 1 создает схему освещения, основанную на запрошенной схеме освещения (в первой итерации), используя установки параметров, сохраненные с более раннего случая, или (в последующих итерациях) используя адаптированные настройки параметров.

Информация от датчика(ов) 14 света используется как входные данные для определения различий между запрошенной схемой освещения и измеренной схемой освещения.

Различия используются процессором 10 для вычисления новых настроек параметров.

Новые настройки параметров сравниваются с настройками параметров, которые сохранены в памяти. Если новые настройки параметров отличаются от настроек параметров, вычисленных в течение предыдущей итерации, программа управления возвращается на этап S1;

Если новые настройки параметров не отличаются, достигнуто наилучшее представление запрошенной схемы освещения, и процесс завершается.

Этапы S2 и S3, как описано в предыдущих этапах, являются наиболее важными. На этих этапах определяется, где есть несоответствия между запрошенной схемой освещения и измеренной схемой освещения и какими должны быть новые параметры настроек.

С помощью расширения вышеописанного процесса возможно выявлять нарушения и несогласованности в схеме освещения на стене, например, угол стены или растение перед стеной и т.д., и корректировать настройки параметров и таким образом освещение, т.е. схему освещения.

Могут быть реализованы дополнительные расширения. В другом расширении, угол, который лампа образует поверхностью, которая должна быть освещена, может быть определен посредством сканирования этой поверхности, т.е. изменением направления луча и измерением яркости света, полученного датчиками света. Максимум яркости света измеряется вместе с направлением светового луча, предоставляющего информацию об угле, который лампа образует с освещаемой поверхностью.

В другом варианте воплощения изобретения лампа содержит датчик наклона или расширение, как описано выше. Таким образом, для лампы возможно определить угол, под которым она излучает свет, например, на стену. Это может быть сделано путем поворота набора светодиодов, которые, через рассеивающий оптический элемент (например, в виде линз Френеля), светят на стену под углом в 90 градусов с постоянными значениями в люменах. Отражение на датчики света используется для подсчета коэффициента отражения стены. Это полезно, если необходимо регулировать рассеивающий оптический элемент перед датчиком света, например, в случае, когда камера используется как датчик света.

В дополнительном варианте воплощения дополнительные датчики света расположены снаружи лампы, и обратная связь может быть комбинацией датчиков света внутри лампы и датчиков света снаружи лампы. Таким образом, может быть предоставлено больше обратной связи и следовательно могут быть проведены вычисления.

Специалист этой области понимает, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается предпочтительными вариантами воплощения, описанными выше. Наоборот, многие модификации и изменения возможны в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. Например, количество светоизлучающих элементов, а также источников света и количество датчиков света, может изменяться. Также числа N,M в прямоугольной решетке NxM могут быть изменены, она может, например, быть решеткой 1×2 или решеткой 12×12.

1. Осветительная система, содержащая:
- множество управляемых светодиодов (3),
- рассеивающий оптический элемент (5, 105), расположенный перед множеством светодиодов (3) для придания формы свету, излучаемому от светодиодов (3), и определяющий доступный угловой диапазон излучения света, излучаемого от рассеивающего оптического элемента (5, 105), и
контроллер (7) для управления сигналами возбуждения каждого из множества управляемых светодиодов (3) для того, чтобы выбирать угловой поддиапазон доступного углового диапазона излучения света, излучаемого от рассеивающего оптического элемента (5, 105) посредством выбора конкретных светодиодов (3).

2. Осветительная система по п. 1, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью изменять, по меньшей мере, один из: градиента освещенности и градиента цвета света, излучаемого от рассеивающего оптического элемента.

3. Осветительная система по п. 1, содержащая множество отдельно коллимированных источников света, каждый из которых включает в себя множество упомянутых управляемых светодиодов и коллимирующую лучи оптическую систему.

4. Осветительная система по п. 3, в которой каждый коллимированный источник света включает в себя красный, синий и зеленый светодиод.

5. Осветительная система по п. 2, в которой множество коллимированных источников (2) света расположено в двумерной решетке.

6. Осветительная система по п. 5, в которой двумерная решетка является прямоугольной решеткой N×M, где N представляет число рядов в решетке, а M представляет число коллимированных источников света в каждом ряду.

7. Осветительная система по п. 6, в которой N и M каждые, по меньшей мере, равны шести.

8. Осветительная система по п. 1, в которой контроллер запрограммирован с возможностью реализации множества различных схем светового излучения посредством применения набора предварительно запрограммированных управляющих параметров управляемых светодиодов.

9. Осветительная система по п. 1, дополнительно содержащая датчик света такой, что при использовании датчик света измеряет установленные диапазоны углов излучения света, и контроллер сравнивает их с запрошенными диапазонами углов излучения света.

10. Осветительная система по п. 9, в которой датчик света выполнен с возможностью воспринимать свет, который был излучен рассеивающим оптическим элементом и был отражен обратно на датчик света, и светодиоды электрически и механически объединены в осветительный блок.

11. Осветительная система по п. 9, дополнительно содержащая указатель, выполненный с возможностью передавать информацию о свете, и в которой датчик света выполнен с возможностью воспринимать информацию о свете, переданную на датчик света, и передавать эту переданную информацию о свете на контроллер, причем контроллер выполнен с возможностью связывать переданную информацию о свете в одну схему светового излучения.

12. Осветительная система по п. 1, в которой рассеивающий оптический элемент является рассеивающей или собирающей линзой, рассеивающей или собирающей линзой Френеля или структурированной решеткой микропризматических лучевых отражателей.