用于光場景創(chuàng)建的編碼光發(fā)送和接收的制作方法
【專利摘要】提供了一種包括多個發(fā)光體或光源的光照系統(tǒng)。每個發(fā)光體或光源包括能夠接收和存儲動態(tài)光效模式并且根據(jù)動態(tài)光效模式創(chuàng)建光效的光驅動器。發(fā)光體或光源的顏色和/或強度因此動態(tài)地變化。光驅動器進一步被布置成將數(shù)據(jù)嵌入到光效中。每個發(fā)光體或光源進一步包括用于發(fā)射包括編碼數(shù)據(jù)的光效的光發(fā)射器。光檢測器被布置成接收由光照系統(tǒng)中的其他發(fā)光體或光源發(fā)射的光。光解碼器被布置成從檢測器接收的光中解碼出數(shù)據(jù)并且被布置成確定接收的光的強度。
【專利說明】用于光場景創(chuàng)建的編碼光發(fā)送和接收
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及編碼光系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及用于在編碼光系統(tǒng)中使光源同步的方法和設備。
【背景技術】
[0002]光源如今應用于由大量光源組成的照明系統(tǒng)中。自從引入固態(tài)照明以來，可以在光源系統(tǒng)中改變和控制這些光源的若干參數(shù)。這樣的參數(shù)包括光強度、光顏色、斑點寬度、光色溫以及甚至光方向。舉例而言，最新技術的光源可能能夠產生數(shù)百萬種顏色。通過改變和控制不同光源的這些參數(shù)，允許系統(tǒng)的光設計者或用戶生成照明場景，例如創(chuàng)建個人化氣氛。這些動態(tài)光場景可以是功能性的(尤其是為了讓人們保持精力充沛和活力)或者審美的(尤其是為了在房間中提供吸引人的顏色流和強度變化)。改變和控制參數(shù)的過程經(jīng)常稱為場景設置，并且典型地由于要控制眾多光源和參數(shù)的原因而是相當復雜的過程。
[0003]此外，預期隨著這種靈活性的增加，創(chuàng)建照明場景的復雜度也將增長。這產生了對于這樣的系統(tǒng)的需求，所述系統(tǒng)通過開發(fā)例如易于使用的用戶接口和新穎的架構而實現(xiàn)簡單的照明場景創(chuàng)建和變化。典型地，對于每個單個的光源需要一個控制器或者控制通道。這使得控制具有超過十個光源的系統(tǒng)是困難的。出于相同的原因，使光源發(fā)射的光同步也可能是困難的。
[0004]空間均勻的動態(tài)流可以通過將基于無線電的技術用于近場通信而實現(xiàn)。實例包括在光源內使用ZigBee兼容平臺(ZigBee基于IEEE 802.15.4標準)或者Z波平臺(Z波在900MHz附近的亞吉赫茲頻率范圍內操作)。可以使用的同步技術包括網(wǎng)絡時間協(xié)議(NTP)。這可以在光源中導致同步的時鐘。這可以進一步解決在空間均勻動態(tài)流中不同光源同步的問題。然而，該方法沒有解決特定光源的關于它必須何時在空間模式化(patterned)動態(tài)流內創(chuàng)建什么光效的問題。
[0005]此外，存在實現(xiàn)空間模式化動態(tài)流的解決方案，這些解決方案例如通過使用數(shù)字復用(DMX512或DMX512-A)應用或者具有數(shù)字可尋址照明接口( Dal i )的應用而使其成為可能。然而，在這些解決方案中，用戶必須人工地將每個光源的定位與其在動態(tài)流中的位置聯(lián)系起來。

【發(fā)明內容】

[0006]涉及家庭環(huán)境中的彩色動態(tài)照明的用戶測試表明，最優(yōu)選的動態(tài)照明場景覆蓋大的區(qū)域，其中涉及的光源不完全隨著時間同步，而是有點異相，從而在時間模式之后空間模式也是可見的。為了最優(yōu)化這樣的動態(tài)場景，可能要求動態(tài)流的空間模式也與光源的空間分布對齊。如果情況不是這樣，那么動態(tài)流可能失真，并且動力學將看起來形成值的隨機變化，這通常不是用戶所希望的。
[0007]本發(fā)明的目的是克服這個問題，并且提供通過使用編碼光自動地獲取光源的相對定位并且因而正確地將它們自動地置于動態(tài)流模式中而在多個光源上正確地生成空間模式化動態(tài)流的方法、設備和系統(tǒng)構思。
[0008]總的說來，上面的目的通過依照所附獨立權利要求的方法和設備而實現(xiàn)。
[0009]依照第一方面，上面的目的通過編碼照明系統(tǒng)中的光源實現(xiàn)，該光源包括:光檢測器，其被布置成接收光并且確定接收的光的接收強度水平Im;以及光解碼器，其有權訪問與光效模式f(t)有關的信息并且被布置成根據(jù)接收的光對嵌入到接收的光中的編碼光消息解碼，在解碼的編碼光消息中識別時間戳，根據(jù)確定的強度水平、時間戳以及與光效模式有關的信息確定到接收的光的發(fā)射點的距離值。
[0010]有利的是，光源由此能夠基于接收的發(fā)射時間h、存儲的(動態(tài))光效模式f⑴和測量的強度1?>確定其本身與它從其接收光且它從中對編碼消息解碼的光源之間的距離。這與定位光源的(相對)位置(例如依照IEEE 802.11標準的接收的信號強度指示器(rssi )測量)相比提供了更精確的確定。這與基于視覺技術的確定相比也提供了不那么昂貴的系統(tǒng)。
[0011]依照第二方面，上面的目的通過編碼照明系統(tǒng)中的光源中的方法實現(xiàn)，該方法包括:接收光并且確定接收的光的接收強度水平Im ;訪問與光效模式f(t)有關的信息；根據(jù)接收的光對嵌入到接收的光中的編碼光消息解碼；在解碼的編碼光消息中識別時間戳；以及根據(jù)確定的強度水平、時間戳以及與光效模式有關的信息確定到接收的光的發(fā)射點的距離值。[0012]依照第三方面，上面的目的通過編碼照明系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括第一光源和第二光源，第一光源包括:光驅動器，其被布置成形成編碼光消息，該編碼光消息包括時間戳；以及光發(fā)射器，其置于第一光源的發(fā)射點處并且被布置成依照光效模式發(fā)射光，發(fā)射的光包括編碼光消息，第二光源包括:光檢測器，其被布置成接收光并且確定接收的光的接收強度水平Im;以及光解碼器，其有權訪問與光效模式有關的信息并且被布置成:根據(jù)接收的光對嵌入到接收的光中的編碼光消息解碼，在解碼的編碼光消息中識別時間戳，根據(jù)確定的強度水平、時間戳以及與光效模式有關的信息確定到接收的光的發(fā)射點的距離值。
[0013]應當指出的是，本發(fā)明涉及權利要求書中記載的特征的所有可能的組合。同樣地，第一方面的優(yōu)點適用于第二方面和第三方面，并且反之亦然。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]現(xiàn)在，參照示出本發(fā)明實施例的附圖更詳細地描述本發(fā)明的這個和其他方面。
[0015]圖1為依照一個實施例的照明系統(tǒng)；
圖2為依照一個實施例的光源；
圖3為依照一個實施例的發(fā)光體；
圖4為依照一個實施例的照明系統(tǒng)；以及 圖5為依照一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面的實施例通過實例而提供，使得本公開將是徹底和完整的，并且將完全把本發(fā)明的范圍傳達給本領域技術人員。相同的數(shù)字始終表示相同的元件。
[0017]本發(fā)明涉及被布置成顯示作為時間t的函數(shù)的動態(tài)流f (t)的單個光源(像在圖2中那樣)或者發(fā)光體(像在圖3中那樣)的操作。該動態(tài)流也可以表示為光效模式。動態(tài)流或者光效模式原則上可以涉及由發(fā)光體或光源發(fā)射的光的顏色、色溫、強度、波束形狀和/或波束方向等等的時間變化。因此，動態(tài)流或者光效模式?jīng)Q定作為時間的函數(shù)的由發(fā)光體或光源發(fā)射的光的顏色、強度、波束形狀和/或波束方向等等。
[0018]包括多個發(fā)光體(像在圖4中那樣)或者光源(像在圖1中那樣)的照明系統(tǒng)也可以顯不這樣的動態(tài)流或光效模式。由于眾多發(fā)光體空間分布(例如，發(fā)光體或光源可以物理地分布在內部空間的天花板和/或墻壁上)這一事實，兩種情形被區(qū)分:(i)所有發(fā)光體在每個時間t實例下顯示動態(tài)流f(t)的相同值(即空間均勻動態(tài)流)；以及(ii)由各個發(fā)光體顯示的值取決于其物理位置和時間二者f(r，t)(即空間模式化動態(tài)流)，其中r與物理位置有關。在后一情況下，可能重要的是，動態(tài)流的空間模式也與發(fā)光體或光源的空間分布(即物理定位)對齊，以便正確地創(chuàng)建希望的空間模式化動態(tài)流或光效模式。
[0019]圖1圖示出一種照明系統(tǒng)1，其包括由附圖標記2a和2b示意性地表示的至少兩個光源。這樣的照明系統(tǒng)也可以稱為光照系統(tǒng)。光源2a、2b可以是光通信系統(tǒng)的部分，因此，照明系統(tǒng)I可以表示為編碼照明系統(tǒng)。應當指出的是，術語“光源”表示用于為了照亮空間中的物體的目的而在空間中提供光的設備。這樣的光提供設備的實例包括照明設備和照明器。在本文中，空間典型地為公寓房間或辦公室房間、體育館、公共場所的房間或者室外環(huán)境的部分，例如街道的部分。每個光源2a、2b能夠如箭頭Ila和Ilb示意性示出地發(fā)射光。
[0020]發(fā)射的光IlaUlb包括與包括編碼光消息的編碼光關聯(lián)的調制部分。編碼光消息因此被嵌入到發(fā)射的光中。發(fā)射的光也可以包括與光照貢獻關聯(lián)的非調制部分。每個光源2a、2b可以與若干尤其是與光源的光照貢獻有關的照明設置關聯(lián)，這些照明設置例如發(fā)射的光的顏色、色溫和強度。動態(tài)流或光效模式可以被限定為所述照明設置中的一個或多個的時間變化。為了發(fā)射這樣的時變光輸出，每個光源2a、2b因此可以有權訪問與動態(tài)流或光效模式f(t)有關的信息。一般說來，光源的光照貢獻可以被限定為光源2a、2b發(fā)射的光的時間平均輸出。
[0021]如上面所指出的，其中涉及多個光源2a、2b的(由上面公開的照明設置中的一個或多個的時間變化限定的)動態(tài)光場景必須在不同光源2a、2b之間對齊，以便最優(yōu)化其吸引力。未在不同光源2a、2b之間適當對齊的動態(tài)效果可能具有非預期的效果，并且因而可能導致用戶的不滿和幻滅。涉及家庭環(huán)境中的彩色動態(tài)照明的用戶測試表明，最優(yōu)選的動態(tài)流覆蓋大的區(qū)域(空間動態(tài)流)，其中涉及的光源2a、2b不完全隨著時間同步，而是有點異相。換言之，不同光源2a、2b在相同時間不具有相同值(空間均勻動態(tài)流)，而是隨著時間遵循一定模式，在該模式下每個單獨的光源2a、2b處于不同的點處(空間模式化動態(tài)流)。這意味著在時間模式之后空間模式也從光源2a、2b組可見。
[0022]一種實現(xiàn)該對齊的方式是在初始化階段調試光源2a、2b，并且然后基于各個光源2a、2b的已知位置創(chuàng)建f (r, t)。調試可以例如由遙控器單元12執(zhí)行。這種方法的一個缺陷是，每當發(fā)光體或光源移動或者新的發(fā)光體或光源添加到照明系統(tǒng)時，必須重新進行人工調試。此外，光源配置(光源的數(shù)量和光源的定位)可能從房間到房間變化。為了在多個光源2a、2b上正確地創(chuàng)建空間模式化動態(tài)流，可能重要的是，該動態(tài)流的空間模式也與燈的空間分布對齊。如果情況不是這樣，那么動態(tài)流將是未對齊的，并且動力學將看起來是值的隨機變化。
[0023]接下來，將公開在照明系統(tǒng)I中的不同光源2a和2b之間正確地對齊動態(tài)函數(shù)f(t)的操作。為了實現(xiàn)該對齊，光源2a、2b可以被布置成執(zhí)行若干功能。這些功能接下來將參照圖1、圖2以及圖5的流程圖進行描述。
[0024]圖2按照功能框示意性地圖示出光源2，例如上面公開的圖1的光源2a、2b。光源2因此可以被配置成發(fā)射光照光以及編碼光，其中編碼光包括編碼光消息。光源2包括光驅動器5、光發(fā)射器6、光檢測器3和光解碼器4。光驅動器5和光解碼器4的功能的至少一部分可以通過處理單元7實現(xiàn)。
[0025]光驅動器5被布置成形成編碼光消息。特別地，它被布置成形成包括時間戳的編碼光消息。時間戳與編碼光消息(將)從光源2發(fā)射的時間點h關聯(lián)。因此，為了將時間戳嵌入到編碼消息中，光驅動器5需要訪問時間戳。時間戳可以由內部時間指示器10或者從外部時間指示器提供，例如由遙控器單元12提供。內部時間指示器10可以是處理單元7的部分(或者由其提供)。此外，內部時間指示器10可以通過接收來自中央時間指示器的信號而初始化，所述中央時間指示器可以包含在遙控器單元12中。這可以實現(xiàn)照明系統(tǒng)I的各個光源2、2a、2b之間的時鐘同步。因此，在步驟S02中，照明系統(tǒng)I中的光源2a、2b之一生成光值f Utl)并且在其中嵌入表示時間點h的時間戳。光值f Utl)的強度可以例如為色調、飽和度和亮度(HSB)值或者XY顏色空間值。另外，尤其是為了改進多個光源2a、2b之間的相對定位的目的，可以將光源2a、2b的另外的信息附加地嵌入到發(fā)送的編碼光消息中。嵌入到發(fā)送的編碼光中的另外的信息可以包括與光源2a、2b的類型(尤其是鹵素、FL、HID>LED等等)、光的方向(尤其是相對于光源2a、2b的布局(placement)向下或向上定向的發(fā)射的光的量)、發(fā)射的光的最大強度和光模式(點源、波束角度)有關的屬性。該另外的信息可以由接收發(fā)射的光的光源2、2a、2b用來對發(fā)射光的光源與接收光的光源之間的強度差異進行校正。在時間點h處生成光值fa)的光源2、2a、2b此后表示為第一光源，并且可以在照明系統(tǒng)I中的光源2a、2b之間隨機地選擇。
[0026]光發(fā)射器6與光源2的光照功能關聯(lián)(即用于發(fā)射光照光)，并且可以是任何適當?shù)墓庠础＠?，光發(fā)射器6優(yōu)選地包括一個或多個LED,但是它也可以包括一個或多個齒素、FL或HID源等等。光發(fā)射器6置于光源2的發(fā)射點處并且被布置成發(fā)射光。光發(fā)射器6由光驅動器5驅動。光發(fā)射器6因此從光驅動器5接收與要發(fā)射的光有關的控制信號。特別地，該控制信號可以與依照其發(fā)射光的光效模式有關，并且也與要嵌入到發(fā)射的光中的編碼光消息有關。光發(fā)射器6因而被布置成依照光效模式發(fā)射光。因此，在步驟S04中，編碼光由在時間點h處生成光值Mtci)的照明系統(tǒng)I中的光源2a、2b發(fā)射。
[0027]光檢測器3被布置成接收由至少一個其他光源發(fā)射的光。例如，在圖1的示例性照明系統(tǒng)I中，光源2b的光檢測器被布置成接收由光源2a的光發(fā)射器發(fā)射的光，并且反之亦然。接收由至少一個其他光源(即從第一光源)發(fā)射的光的光源2、2a、2b此后表不為第二光源。光檢測器3進一步被布置成確定接收的光的接收強度水平Im (步驟S06)。通常，接收的光的接收強度水平Im與接收的光的強度成比例。為了確定接收強度水平Im，光檢測器3可以包括光電傳感器或光電檢測器或者任何其他適當?shù)墓鈧鞲衅?。例如，光檢測器3可以包括電荷耦合器件(CXD )、CMOS傳感器、光電二極管(尤其是反向偏置的LED )、光電晶體管、光敏電阻器等等。因此，不在時間點h處生成光值Mtci)的照明系統(tǒng)I中的光源2a、2b中的至少一個檢測并且因而接收由發(fā)射光源發(fā)射的編碼光。
[0028]光解碼器4被布置成從光檢測器接收指示檢測的光的信號，例如其波形及其強度。光解碼器4進一步具有與若干光效模式、特別其是發(fā)射光檢測器3被布置成接收的光的光源使用的光效模式有關的信息；在步驟S08中，訪問與光效模式f (t)有關的信息。光解碼器4因而被布置成對嵌入到接收的光中的編碼光消息解碼(步驟S10)。由于編碼光消息包括時間戳，光解碼器4因而也被布置成識別接收的光中的時間戳(步驟S12)。光解碼器可以被布置成在接收編碼光消息的時間點處將該時間戳與光源的內部時間指示相比較。因此，可以利用編碼光消息中的時間戳以便使接收光源的內部時鐘同步。由于編碼光消息通過光并且因此以光速發(fā)送，因此編碼光消息從發(fā)射器到檢測器的時間延遲基本上為零并且因而接收的時間戳可以容易地用來使接收光源的內部時鐘與光生成和發(fā)射光源的內部時鐘同步?？商鎿Q地或者此外，內部時間指示器10可以被布置成通過接收來自中央時間指示器的信號而初始化。在步驟S14中，檢測和接收光源2a、2b從編碼光消息中的時間戳提取時間點然后，在步驟S16中時間點h由檢測和接收光源2a、2b用來通過使用t=、處評估的光效模式f(t)確定光值fUJ。已知h，可以在編碼光消息中的某個點處，尤其是在預定義同步序列之后，確定檢測和接收光源2a、2b接收的光效的接收光強度Im。然后，可以在步驟S18中由檢測和接收光源2a、2b通過確定接收強度Im與Mtci)的評估強度之間的差異Λ I，即Λ I = f(t0) -1m而比較接收光強度L和確定的光值f(tQ)。
[0029]然后，組合使用確定的強度水平、時間戳和與光效模式有關的信息以便確定到接收的光的發(fā)射點的距離值(步驟S20)。檢測和接收光源2a、2b基于強度差異Λ I確定檢測和接收光源2a、2b與光生成和發(fā)射光源2a、2b之間的相對距離。確定的強度水平提供與接收的光的包絡(或者幅度)的總尺度有關的信息。與光效模式有關的信息提供與f(t)有關的信息。時間戳提供與接收的光相應的光效模式中的哪個(些)點有關的信息。距離值因而有利地與由時間戳限定的時間點h處評估的光效模式和確定的接收強度水平成比例。特別地，距離值可以被確定為d = ( I(f(tQ)) -1ffl ) α，其中I(f(tQ))表示時間tQ處評估的光效模式f(t)的強度并且其中α為常數(shù)。以將指示(最大)發(fā)射強度水平的信息嵌入到接收的編碼光中為條件，該信息也可以在接收的光中被識別并且用來確定距離值。
[0030]通常，光強度可以說在理想環(huán)境下隨著距離呈二次方減小。假設光強度I作為距離d處的球面4 d2而分布，那么距離d處的測量的光強度Im可以如下表示:
【權利要求】
1.一種編碼照明系統(tǒng)(I)中的光源(2,2a,2b),包括: 光檢測器(3)，其被布置成接收光并且確定接收的光的接收強度水平Im ;以及 光解碼器(4)，其有權訪問與光效模式f(t)有關的信息并且被布置成: -根據(jù)所述接收的光對嵌入到所述接收的光中的編碼光消息解碼， -在所述解碼的編碼光消息中識別時間戳， -根據(jù)所述確定的強度水平、所述時間戳以及與所述光效模式有關的所述信息確定到所述接收的光的發(fā)射點的距離值。
2.依照權利要求1的光源，其中所述距離值與由所述時間戳限定的時間點h處評估的所述光效模式和所述確定的接收強度水平成比例。
3.依照權利要求2的光源，其中時間t處測量的所述距離值被確定為
4.依照權利要求1-3中任何一項的光源，其中所述光源進一步包括光驅動器(5)和被布置成發(fā)送光的光發(fā)射器(6)，其中所述光驅動器被布置成接收來自所述光解碼器的關于所述距離值的信息并且基于所述距離適應性調節(jié)所述光發(fā)射器發(fā)送的光。
5.依照權利要求1-4中任何一項的光源，其中所述光解碼器進一步被布置成在所述解碼的編碼光消息中識別指示所述接收的光的發(fā)射強度水平的信息并且也使用該信息確定所述距離值。
6.依照權利要求1-5中任何一項的光源，進一步包括內部時間指示器(10)。
7.依照權利要求6的光源，其中所述光解碼器被布置成在接收所述編碼光消息的時間點處將所述時間戳與所述內部時間指示器的內部時間指示相比較。
8.依照權利要求6或7的光源，其中所述內部時間指示器被布置成通過接收來自中央時間指示器的信號而初始化。
9.依照權利要求1-8中任何一項的光源，進一步包括被布置成接收來自廣播消息的所述光效模式的參數(shù)的消息接收器(8)。
10.依照權利要求9的光源，其中所述消息接收器基于無線電。
11.依照權利要求ι-?ο中任何一項的光源，其中所述光檢測器進一步被布置成接收來自多個光源的光，其中所述光解碼器進一步被布置成確定到所述多個光源中的每一個的發(fā)射點的距離值，并且根據(jù)所述距離值確定用于所述光源的平均布局值。
12.—種編碼照明系統(tǒng)(I)中的光源(2，2a，2b)中的方法，包括: 接收(S06)光并且確定所述接收的光的接收強度水平Im ； 訪問(S08)與光效模式f (t)有關的信息； 根據(jù)所述接收的光對嵌入到所述接收的光中的編碼光消息解碼(SlO); 在所述解碼的編碼光消息中識別(S12)時間戳；以及 根據(jù)所述確定的強度水平、所述時間戳以及與所述光效模式有關的所述信息確定(S20)到所述接收的光的發(fā)射點的距離值。
13.一種編碼照明系統(tǒng)(1)，包括第一光源(2, 2a, 2b),該第一光源包括: -光驅動器(5)，其被布置成形成編碼光消息，所述編碼光消息包括時間戳，以及-光發(fā)射器(6),其置于第一光源的發(fā)射點處并且被布置成依照光效模式發(fā)射光,所述發(fā)射的光包括所述編碼光消息；以及 第二光源(2，2a，2b)，該第二光源包括: -光檢測器(3)，其被布置成接收所述光并且確定接收的光的接收強度水平Im ;以及 -光解碼器(4),其有權訪問與所述光效模式有關的信息并且被布置成: °根據(jù)所述接收的光對嵌入到所述接收的光中的所述編碼光消息解碼， °在所述解碼的編碼光消息中識別所述時間戳， °根據(jù)所述確定的強度水平、所述時間戳以及與所述光效模式有關的所述信息確定到所述接收的光的所述發(fā)射點的距離值。
14.依照權利要求13的編碼照明系統(tǒng)，其中所述光驅動器進一步被布置成將與光源類型和/或由所述光發(fā)射器發(fā)射的光的方向有關的信息嵌入到所述編碼光消息中。
15.依照權利要求13或14的編碼照明系統(tǒng)，其中所述第一光源進一步被布置成接收命令所述光驅動器形成所述 編碼光消息的消息。
【文檔編號】H05B37/02GK103959909SQ201280056127
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權日:2011年11月15日
【發(fā)明者】R.P.G.庫彭, W.A.H.伯克文斯, A.C.J.M.布羅森斯-科斯塞斯 申請人:皇家飛利浦有限公司