CN103621184B - 借助于编码光的健壮日光集成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制与光传感器共同布置在房间的第一水平面并且照射所述房间的第二水平面的可调光照明器的方法，包括：确定表示从所述照明器发射的光量与在所述第二水平面上的照明器光照值之间的关系的输出路径参数，所述照明器光照值由所发射的光量产生；并且重复地：借助于目前发射的光量的值、所述输出路径参数以及源自于所述光传感器的光信息来确定在所述第二水平面上的外部光照值，所述外部光照值表示通过所述照明器之外的其它源的光照；以及在所述外部光照值的基础上控制所述照明器的调光水平以便满足对于在所述第二水平面上的总光照的预定光照条件。

Description

借助于编码光的健壮日光集成

技术领域

本发明涉及一种控制与光传感器共同布置在房间的第一水平面上并且照射该房间第二水平面的可调光照明器的方法。

背景技术

努力已被作出以便通过控制房间中的照明器的调光水平来节约能源。当大量日光或其它外部光进入房间时，通常不需要照明器的满功率。另一方面，通过熄灭照明器，光照水平但是常常变得太低。基于对人们正在工作的水平面上的光照的确定来控制照明器的调光水平（即光输出水平）的不同解决方案已被提出了。一种新近的控制方法已经由AshishPandharipande 和David Caicedo在 Energy and Buildings, No. 43 (2011), pp. 944-950的标题为“Daylight integrated illumination control of LED systems based onenhanced presence sensing”的文章中被公布。许多照明器和共同布置的光传感器被安装在天花板处，所述天花板是第一水平面。照明器通过它们发射的光的编码被单独地标识。最初，照明器在预定调光水平下被接通，并且试运行被执行，其中光照在如下地方被测量：(i)工作空间平面(即人们被假定工作的地方，其是第二水平面)中的许多位置处以及(ii)在第一水平面处。在测量结果的基础上，映射表被计算，其中在第二水平面上的光照值被映射到在第一水平面上的光照值。在以下正常操作期间，光照借助于在第一水平面处的光传感器而被重复地检测，并且借助于所述映射表，对应的光照值针对在第二水平面处的许多位置被确定。光照被划分成日光部分，即由周围日光所引起的光照，以及照明器部分，即由所有照明器所引起的光照。然后共同地针对所有位置在数学上执行优化，并且最后，照明器的对应调光水平被设置。这是个好方法，其不需要在第二水平面上的任何光传感器用于连续操作，并且所述方法共同提供了多个照明器的优化设定。然而，现有技术方法对于许多应用来说是不必要地复杂的。因此，能够被用于一个或多个照明器但仍然不需要对于正常操作的两级测量结果的较简单的方法是期望的。

发明内容

本发明的目标是提供一种使现有技术的上面提到的问题减轻的照明器控制的方法。

所述目标通过根据本发明的控制与光传感器共同布置在房间的第一水平面并且照射所述房间的第二水平面的可调光照明器的方法而被实现。

因此，依照本发明的一个方面，提供了一种控制与光传感器共同布置在房间的第一水平面并且照射所述房间的第二水平面的可调光照明器的方法，包括：

－ 确定表示从所述照明器发射的光量与在所述第二水平面处的照明器光照值之间的关系的输出路径参数，所述照明器光照值由所发射的光量产生(***高度或（resp.）阿尔法（alpha）***)；并且重复地：

－ 借助于目前发射的光量的值、所述输出路径参数以及源自于所述光传感器的光信息来确定在所述第二水平面上的外部光照值，所述外部光照值表示通过所述照明器之外的其它源的光照；以及

－ 在所述外部光照值的基础上控制所述照明器的调光水平以便满足对于在所述第二水平面上的总光照的预定光照条件。

因此，代替像在现有技术中那样通过麻烦的试运行提供针对光照映射的复杂的模型，所述外部光照值的确定是基于所述输出路径参数的简单确定的。

依照所述方法的实施例，它进一步包括检测由所述光传感器所接收的光量；以及以照明器部分和外部光部分来划分所检测到的光量。源自于所述光传感器的所述光信息是所述外部光部分。这是确定所述外部光部分的有利方式。

依照所述方法的实施例，它包括对从所述照明器发射的光进行编码，其中所述以照明器部分和外部光部分来划分所检测的光量包括借助于所述编码来标识所述照明器部分。这是划分所检测到的光的可靠且准确的方式。

依照所述方法的实施例，所述确定在所述第二水平面上的外部光照值包括：做出所述外部光部分与所述照明器部分之间的比值等于所述外部光照值与所述照明器光照值之间的比值的近似假设；以及按所述照明器光照值乘以所述外部光部分和所述照明器光部分的商来计算所述外部光照值。根据这个实施例，确定在所述第二水平面上的所述外部光照值的简单方式被获得。虽然为近似值，但是已证明对于大部分应用是足够准确的。

依照所述方法的实施例，所述输出路径参数借助于初始试运行而被确定，所述初始试运行包括借助于在所述第二水平面上的光传感器来测量所述照明器光照值。所述试运行提供输出路径参数的准确值。

依照所述方法的实施例，所述输出路径参数是所述照明器与所述第二水平面之间的距离的函数，并且所述距离被作为默认值提供。一方面这个可能引起不太准确的参数，但另一方面它能够消除试运行的需要。作为密切的替代方案，所述输出路径参数能够被作为默认值提供。

依照所述方法的实施例，上面提到的距离借助于人工输入或者借助于距离传感器而被确定，所述距离传感器与所述照明器被共同布置。

依照所述方法的实施例，确定在所述第二水平面上的外部光照值的操作包括：

－ 在输出高的光量的状态与输出低的光量的状态之间切换（toggling）所述照明器；以及

－ 检测由所述光传感器在所述不同状态下所接收的光量并提供相关联的检测值；

其中，所述检测值构成源自于所述光传感器的所述光信息。所述切换提供值的检测，所述值的检测将便于所述外部光照的确定而不用在所述第二水平面处测量它。

依照所述方法的实施例，确定在所述第二水平面上的外部光照值的操作包括求解以下各项的等式组：

S_高 = k (I_ext + pL_高)，和

S_低 = k (I_ext + pL_低)，

其中S_高和S_低是借助于所述光传感器所获得的检测值，I_ext是所述外部光照值，L_高和L_低是由所述照明器所输出的相应的高的光量和低的光量，p是输出路径参数，以及k是返回路径参数，其中所述等式组针对外部光照值I_ext和返回路径参数k的未知因素被求解。这是利用所述切换以便实现在所述第二水平面上的所述外部光照的以及因此在所述第二水平面上的总光照的准确值的有利方式。

本发明的这些和其它方面以及优点从在下文中所描述的实施例中将是明显的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。

附图说明

现将更详细地并且参考附图对本发明进行描述，在附图中，唯一的图是具有借助于根据本发明的所述方法的实施例被控制的照明器的房间的示意图示。

具体实施方式

本发明的方法例如适用于房间100，其中许多可调光照明器102被安装在天花板104中，所述天花板104表示房间的第一水平面，即第一个水平平面。房间100的一面墙106提供有允许日光进入房间的窗户108，所述日光能够有或没有太阳光。每个照明器102提供有光传感器110和控制器112。然而，替换地，单独的光传感器能够被使用。因此，照明器102被与光传感器110和控制器112共同布置在第一水平面104。第二水平面114是工作空间平面，即人们通常在其上工作的水平面。例如，桌子的表面被定位在第二水平面114。

控制可调光照明器的方法的第一实施例被优选地用在其中光传感器110被集成在照明器102中的***中。如果光传感器110被单独地布置，则所述方法的性能将随着照明器与光传感器之间的距离增加而劣化。根据所述方法的这个第一实施例，第一动作是确定输出路径参数p，其表示从照明器102发射的光量L与在第二水平面上的照明器光照值 I_lum之间的关系，所述照明器光照值I_lum由所发射的光量产生。在这个实施例中，输出路径参数p的关系被简单地设置为p=I_lum/L。随后，构成照明器的连续操作的一些动作被以预定时间间隔重复。它们包括借助于目前发射的光量L的值、输出路径参数 p以及源自于光传感器110的光信息来确定在第二水平面的外部光照值I_ext，所述外部光照值I_ext表示通过照明器102外的其它源的光照。更特别地，根据这个实施例，源自于光传感器110的光信息构成已检测的光量，其被以照明器部分S_lum和外部部分S_ext进行划分。该划分是基于源自于照明器102的光的某种识别的，所述识别诸如光的某种编码。编码可以是任何已知类型的编码，诸如 PWM、OOK等，如由本领域的技术人员所了解的那样。

外部光照值I_ext的确定是基于外部光部分S_ext与照明器部分S_lum之间的比率和外部光照值I_ext与照明器光照值I_lum之间的比率相等的近似假设：

等式1。

因此，外部光照值I_ext被获得为：

等式2。

所述假设是有很好基础的，如从以下说明中将明显的那样。假定这样的照明器102，其发射具有对称波束剖面（beam profile）B(α)的光，α为相对于照明器102的出射窗的法线的角。光传感器110具有隔膜（diaphragm）以将光传感器110的检测锥限制于角β。通常，一般照明以宽波束剖面被实施，典型地以具有约2×45度的FWHM被实施。相比之下，光传感器110的角范围必须被限制以便避免例如由窗所引起的伪影。常见的检测锥是约β=25°。由照明器102在光传感器110的检测锥内所发射的通量φ由等式3给出：

等式3。

在这里，假定强度函数在相对小的检测锥内是基本上持平的。被感测到的在第二水平面上的面积由等式4给出：

等式4。

在这里，H是照明器102和检测面积之间的距离。这对应于照明器102与第二水平面114之间的距离。在第二水平面114上的照明器光照值然后由等式5给出：

等式5。

在这里，假定β是小的，出于这个计算的目的，所述假设是足够准确的。B(0)的值通过波束剖面和调光水平而被确定，这两者对于照明器102来说是已知的。B(0)的值能够在它被运送（shipped）之前在照明器的存储器中被快擦写（flashed），并且调光水平通过驱动器本身而被确定/设置。可能地，照明器的光输出还可以通过使用在照明器内部的光电传感器而被自我校准，所述光电传感器跟踪照明器通过老化或灰尘的流明衰减。因此，唯一未知因素是高度H，并且是输出路径参数 p的一部分，因为：

等式6。

高度的确定将在下面被更详细地讨论。应指出，在详细的强度分布和检测锥被考虑的条件下，结论不会改变很多，因为这些细节对于被使用的照明器102和光传感器110来说全部可以是已知的。

由光传感器110所检测到的光的信号照明器部分S_lum是成比例的：

等式7

其中R是在第二水平面114上的检测面积A的平均反射系数。在这里，假定β是小的，投影余弦已被忽略。检测面积A和高度H对于自然光和人造编码光来说是相同的。我们还能够假定反射因素是几乎相同的，特别是对于具有良好彩色再现的人造光来说。结果，以上等式1的比较将工作得很好。附加地，如果由照明器102所引起的光照是已知的，则它能够被用于光传感器110的自我校准。

已经如此确定了外部光照值I_ext以及照明器光照值I_lum，在第二水平面114上（即在工作空间平面中）的总光照是已知的，并且最后照明器102的调光水平必要时被调整。调整的大小可借助于输出路径参数来确定，因为照明器102的光输出的所希望的调整与在第二水平面上的总光照的所希望的调整相关，如∆L=−∆I_tot/p。然而，光照的改变仅仅是外部光照的改变，以及因此调整也能够像在以下等式12中那样被确定。调整将被执行与否取决于针对总光照的预定光照条件，其例如可以是间隔。这意味着如果总光照值是在所述间隔内，则无调整被作出。典型地，存在针对最小光照的标准，所述标准必须被满足，并且为了节约尽可能多的能源，照明器102的光输出被控制，使得标准被实现有小余量（minor margin）以确保上面所提到的近似值不会引起低于准则（norm）的真实光照。如上面所提到的那样，高度H是计算的唯一未知因素，其继而给出输出路径参数p。存在在初始动作期间确定高度H的不同方式。

一种方式是使用默认高度。办公室高度在高度上示出相对小的差，典型地在2.4 m与3.0 m之间。3 m的最坏情况能够被用来确保在第二水平面上的500 lux的最小照度(lux)值。在那种情况下，实际的自然光照水平将被低估到它的H²/3²。例如，当天花板是2.5 m而不是3.0 m时，***将不调光到例如500 lux的标称水平，替代地而是720 lux。然而，这个余量相当于现今被普遍采用的余量，以便说明背向反射因素中的不确定性。

确定输出路径参数/高度的另一方式是执行初始试运行，其中照明器光照值借助于在第二水平面上的光传感器被测量。换句话说，***在开始被用照度表校准一次。输出路径参数p以及高度H简单地由照明器102的已知光输出B(0)和所测量的照明器光照值产生。

高度H还能够被照明器102中的其它高度传感器自动地测量。例如，来自超声真实存在检测器的飞行信号的时间也能够被使用。然后照明器102能够被以自主的方式真正地自动校准。能够提供距离信息的其它传感器是例如话筒、微波存在检测传感器或TOF相机。

照明器控制方法的第一实施例已在上面被描述了。根据所述方法的第二实施例，类似于第一实施例，第一动作是确定输出路径参数p，其表示从照明器102所发射的光量L与在第二水平面上的照明器光照值I_lum之间的相互关系，所述照明器光照值I_lum由所发射的光量产生。然后，构成照明器的连续操作的一些动作被以预定时间间隔重复。它们包括借助于目前发射的光量L的值、输出路径参数p以及源自于光传感器110的光信息来确定在第二水平面上的外部光照值I_ext，所述外部光照值I_ext表示通过照明器102之外的其它源的光照。更特别地，根据这个第二实施例，源自于光传感器110的光信息是照明器部分S_lum和外部部分S_ext的和。典型地，源自于照明器102的光被编码，如在第一实施例的描述中所提到的那样。

第一动作作为如针对第一实施例在上面所描述的试运行被执行。然而，替换地，输出路径参数或在第二水平面114上的光照(其与如上面所描述的输出路径参数相关)是默认值，即是被典型地储存在控制器112的存储器中的预定值。

为了从光传感器110获得有用的信息，照明器的光输出在输出高的光量的状态与输出低的光量的状态(L_高与L_低)之间被切换，并且光传感器110检测对应的接收到的功率S_高和。

这些功率由下面给出：

S_高 = k(I_ext+ p L_高) ，以及 等式8

S_低 = k (I_ext + p L_低) 等式9。

控制器112针对两个未知因素k 和I_ext来求解这两个等式，其中k是描述第二水平面的光照与在光传感器110处的所检测的光量之间的关系的返回路径参数。这导致：

k = (S_高– S_低) / p(L_高– L_低)，以及 等式10

I_ext = p(L_高 S_低– L_低 S_高) / (S_高– S_低) 等式11。

然后确定在第二水平面114上的总光照值以及必要时调整照明器102的连续设定以便实现预定标准是可能的。典型地，对调整的需要是由外部光照中的改变引起的。因此，调整可确定为：

∆L = −∆I_ext/p 等式12。

应指出，当在房间中存在数个发射编码光的可调光照明器102 (这是典型情况)时，每个照明器以及整组照明器能够通过每个照明器102检测来自它本身以及来自其它照明器102的编码光而从此受益。数个不同的替代方案是可行的，如由本领域的技术人员自身所知道的那样。

根据本发明的所述方法的上述实施例已被描述了。这些应该仅被视为仅仅非限制性例子。如由本领域的技术人员所了解的那样，在本发明的范围内的许多修改和可替换的实施例是可能的。

应当指出，出于他的申请的目的，以及特别地关于所附权利要求，词“包括”不排除其它元件或步骤，并且词“一”或“一个”不排除多个，这本身对于本领域的技术人员而言将是明显的。

Claims (11)

1.一种控制与光传感器(110)共同布置在房间的第一水平面(104)并且照射所述房间的第二水平面（114）的可调光照明器(102)的方法，包括：

- 确定表示从所述照明器发射的光量与在所述第二水平面上的照明器光照值之间的关系的输出路径参数，所述照明器光照值由所发射的光量产生；并且

重复地：

- 借助于目前发射的光量的值、所述输出路径参数以及源自于所述光传感器的光信息来确定在所述第二水平面上的外部光照值，所述外部光照值表示通过所述照明器之外的其它源的光照；以及

- 在所述外部光照值的基础上控制所述照明器的调光水平以便满足对于在所述第二水平面上的总光照的预定的光照条件。

2.根据权利要求1所述的方法，所述确定在所述第二水平面上的外部光照值进一步包括：

- 检测由所述光传感器所接收的光量；以及

- 以照明器部分和外部光部分来划分所检测到的光量；

其中，源自于所述光传感器的所述光信息是所述外部光部分。

3.根据权利要求2所述的方法，包括对从所述照明器发射的光进行编码，其中所述以照明器部分和外部光部分来划分所检测到的光量包括借助于所述编码来标识所述照明器部分。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述确定在所述第二水平面上的外部光照值包括：

- 做出所述外部光部分与所述照明器部分之间的比值等于所述外部光照值与所述照明器光照值之间的比值的近似假设，以及

- 按所述照明器光照值乘以所述外部光部分和所述照明器部分的商来计算所述外部光照值。

5.根据权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中所述输出路径参数借助于初始试运行而被确定，所述初始试运行包括借助于在所述第二水平面上的光传感器来测量所述照明器光照值。

6.根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，其中所述输出路径参数与所述照明器与所述第二水平面之间的距离相关，并且其中所述距离被作为默认值提供。

7.根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，其中所述输出路径参数与所述照明器与所述第二水平面之间的距离相关，并且其中所述距离借助于人工输入被提供。

8.根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，其中所述输出路径参数与所述照明器与所述第二水平面之间的距离相关，并且其中所述距离借助于与所述照明器共同布置的距离传感器被提供。

9.根据权利要求1所述的方法，所述确定在所述第二水平面上的外部光照值包括：

- 在输出高的光量的状态与输出低的光量的状态之间切换所述照明器；以及

- 检测由所述光传感器在不同状态下所接收的光量并且提供相关联的检测值；

其中，所述检测值构成源自于所述光传感器的所述光信息。

10.根据权利要求9所述的方法，所述确定在所述第二水平面上的外部光照值包括求解以下各项的等式组：

S_高 = k (I_ext + pL_高) 和

S_低 = k (I_ext+ pL_低)

其中S_高和S_低是借助于所述光传感器所获得的检测值，I_ext是所述外部光照值，L_高和 L_低是由所述照明器所输出的相应的高的光量和低的光量，p是所述输出路径参数，以及k是返回路径参数，其中所述等式组针对外部光照值I_ext和返回路径参数k的未知因素被求解。

11.根据权利要求1-3以及权利要求9-10中任何一项所述的方法，其中所述传感器被集成在所述照明器中。