專利名稱：Adaptive modulation and data embedding in light for advanced lighting control的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于控制包括至少一個光源的光源組的光輸出的方法，其中光源 組的光輸出信號由包括個體(individual)信息的調制信號來調制。進一步地，本發(fā)明涉及 一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括檢測器設備和主控制器，其被設置成根據(jù)所述方法控制光 輸出。
背景技術：
為了實現(xiàn)照明系統(tǒng)的高級控制，已開發(fā)了其中每個光源的光輸出由調制信號調制 的設備和方法。該調制信號包括個體信息，例如識別碼或關于光源屬性的數(shù)據(jù)等。通過這 樣為每個光輸出信號提供這種個體信息，可以例如遠程檢查光源的狀態(tài)，或有助于識別每 個光源對遠程檢測的(即在離光源一段距離處檢測的)總的光輸出的貢獻。在現(xiàn)有技術中已知的一個這種照明系統(tǒng)在W02006/111927中公開，其中不同光源 的光強度單獨地受到控制。該照明系統(tǒng)包括多個光源、檢測器設備和主控制器。每個光源 由驅動信號驅動，驅動信號包括功率信號和調制功率信號的調制信號。調制信號攜帶信息 內容，而功率信號提供確定光源光強度的基本功率。借助于檢測器設備，總的光輸出得以遠 程檢測，并且借助于包括識別信息的個體調制信號，來自各個光源的個體貢獻得以識別。進 一步地，每個調制信號包括關于相關聯(lián)的光源的附加數(shù)據(jù)，例如狀態(tài)信息。估計每個光源的 光屬性，例如強度。這樣獲得的信息被發(fā)送給主控制器，該主控制器確定光源光輸出的任何 必需的調整。調整數(shù)據(jù)被發(fā)送給光源的驅動設備以調整所述功率信號。W02006/111927的已知控制方法和控制設備，以及其他類似的方法和設備不依賴 于照明系統(tǒng)的實際配置。它們對于不同光源的給定裝配(setup)不是最優(yōu)的。典型地，不同 的光源具有到檢測器的不同距離、具有不同的光強度并且相對于檢測器具有不同的方向。 即使對于大量的光源，還是希望獲取檢測個體信息和光屬性的高可靠性。在現(xiàn)有技術概念 中，這只有通過針對具有最差情況性能的光源進行設計才有可能。這固有地以不必要高的 程度減小了照明系統(tǒng)的調光范圍(即在光輸出的最低可能強度和最高可能強度之間的范 圍)和數(shù)據(jù)率(datarate)。應當注意，調光范圍受到正是由所述調制信號使用的功率的影 響。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種減輕上述現(xiàn)有技術的缺陷的控制方法和設備，并提供用 于優(yōu)化系統(tǒng)性能的條件。通過如在權利要求1中限定的根據(jù)本發(fā)明的用于控制光源組的光輸出信號的方 法和如在權利要求15中限定的包括檢測器設備和被設置成控制光源組的光輸出信號的主 控制器的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)所述目的。本發(fā)明基于這樣的見解光輸出控制取決于在檢測器處執(zhí)行的測量的質量(例如 可靠性)，以及通過正是調整所述調制信號的屬性，可以在以最低可能程度不希望地影響總的光屬性的同時獲得良好的質量。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于控制由包括至少一個光源的光源 組發(fā)射的光輸出信號的方法，其中所述光輸出信號包括攜帶個體信息的調制信號，該方法 循環(huán)地(recurrently)包括-遠程地檢測所述光源組的光輸出信號；-確定光輸出信號的所述遠程檢測的至少一個質量度量(measure)；和
-基于所述至少一個質量度量來調整調制信號。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于控制由包括至少一個光源的光源組 發(fā)射的光輸出信號的系統(tǒng)，其中所述光輸出信號包括攜帶個體信息的調制信號，該系統(tǒng)包 括-遠程檢測器設備；-主控制器，其被設置成接收來自檢測器設備的被檢測的數(shù)據(jù)；和-光源驅動單元組，其被設置成接收來自所述主控制器的控制數(shù)據(jù)，其中所述驅動 單元的每一個連接至所述光源的相應(respective) —個；其中-所述遠程檢測器設備被設置成檢測所述光源組的光輸出信號；和-所述主控制器被設置成確定所述檢測的至少一個質量度量；和-基于所述至少一個質量度量為所述光源驅動單元組生成控制信號，如果必要，所 述控制信號攜帶調制信號的調整。因此，根據(jù)本發(fā)明，為了獲取或保持期望的光輸出信號檢測的可靠性，如果必須調 整可靠性，則調制信號同樣地被調整。通過使用調制信號作為調節(jié)器(moderator)，而不是 像現(xiàn)有技術中那樣僅調整功率信號，更容易修改可靠性而沒有不利地影響光屬性。在此，應 當注意，調整可靠性可能意味著增加或者降低它。例如，為了不以減小的調光范圍為代價過 度補償不足，后者是有利的。另外，在一些應用中，僅對捕獲由調制信號攜帶的信息感興趣。 而且，當嘗試提高檢測該信息的可靠性時，僅調整功率信號有時將起不到效果或起到很少 的效果。本方法和控制系統(tǒng)提供了在為檢測和控制獲取合理條件的同時保持調光范圍盡可 能大的機會。光源組可以是一個或若干個光源。在后一種情況中，典型地相同的驅動信號 被饋送至所有光源，這些光源發(fā)射包括公共個體信息的光。根據(jù)該方法的一個實施例，如在權利要求2中所限定，確定質量度量的步驟包括-估計在所述光源組與進行遠程檢測的位置之間延伸的傳輸鏈路的至少一個性能 參數(shù)；和-將所述至少一個性能參數(shù)用于所述確定至少一個質量度量。該實施例有益地考慮了傳輸鏈路的情況，即光傳輸和檢測發(fā)生的環(huán)境。根據(jù)該方法的一個實施例，如在權利要求3中所限定，所述至少一個質量度量包 括信噪比、被檢測的個體光輸出信號的信號幅度和被檢測的個體光輸出信號的噪聲等級中 的至少一個。這些是做出質量度量的良好確定的吸引人的參數(shù)的實例。根據(jù)該方法的一個實施例，如在權利要求4中所限定，所述調整調制信號的步驟 包括調整調制信號的調制深度、頻率和強度中的至少一個。這些是為了獲得良好效果而要 調整的適當信號屬性的實例。調制深度在一些不同的調制技術(例如PWM(脈寬調制))中 是有益的，強度也是這樣，它通常是通過調整調制信號的幅度來調整的。
5
根據(jù)該方法的一個實施例，如在權利要求5中所限定，所述確定質量度量的步驟 包括-確定質量的當前等級；和-比較質量的當前等級和質量的期望等級。這是提供有用質量度量的有益方法，其通過讓用戶可設置質量的期望等級來附加 地放開了可能的用戶影響。根據(jù)該方法的一個實施例，如在權利要求6中所限定，所述遠程檢測光輸出信號 的步驟包括從光輸出信號提取所述個體信息；并且其中所述確定至少一個質量度量的步驟 包括確定所述個體信息的提取的質量度量。因此，該實施例特別地聚焦于所述檢測如何設 法提取由調制信號攜帶的信息。根據(jù)該方法的實施例，如在權利要求7至9中所限定，個體信息被表示為在光輸出 信號的每個時間周期(例如工作循環(huán))內的一個或多個比特。然后，所述質量度量可被選 擇為與例如在預定時間周期期間不正確地檢測的比特數(shù)相關，或被選擇為不正確地檢測的 比特和正確地檢測的比特的比率。這提供了使調整調制信號的步驟包括調整在所述時間周 期內的比特數(shù)的選項。根據(jù)該方法的一個實施例，如在權利要求10中所限定，強調了檢測的范圍涉及估 計光輸出信號的至少一個光屬性，以及確定至少一個質量度量的范圍涉及確定所述估計的 質量度量。因此，一個或多個光屬性的估計(其本身是已知的)也可以是該方法的一部分。根據(jù)該方法的一個實施例，如在權利要求11中所限定，限定了除了調制信號外輸 出光信號也包括功率信號，功率信號也被調整。該調整可以是確保合適的可靠性等級和/ 或避免光輸出信號色點(colorpoint)移位或調光范圍減小的一部分，這又涉及將功率信 號調整基于調制信號的調整，如在權利要求12中所限定。根據(jù)以下描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面、特性和優(yōu)點將變得清楚，并參 考這些實施例得以解釋。


現(xiàn)在將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中圖1示意性地圖示了包括根據(jù)本發(fā)明控制系統(tǒng)的一個實施例的控制系統(tǒng)的照明 系統(tǒng)；圖2a和2b示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明控制方法的不同實施例的兩種調制技術的 時序圖；圖3是借助于根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例執(zhí)行的適應過程的功能圖。
具體實施例方式參照圖1，示例性照明系統(tǒng)包括四組光源1-4，它們被安裝在諸如大樓中的房間之 類的結構的天花板5上。每一組由單個光源構成。光源1-4可以是能調光的并提供以在此 描述的方式被調制的能力的任何類型。類型的典型實例是LED光源、熒光燈、高強度放電 燈、白熾燈和鹵素燈。它們可以是白色或有色的。為了簡單起見，以下稱四個光源1-4為燈。 該照明系統(tǒng)進一步包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括驅動單元6-9，其中的每個驅動單元與燈
61-4中相應的一個連接，更特別地被安裝在其中。該控制系統(tǒng)進一步包括檢測器設備10 (以 下也稱為檢測器)和主控制器11 (以下也稱為主設備)。在該實施例中檢測器10和主設 備11是分離的物理實體，但可替換地它們也可以是同一個物理實體。檢測器設備10與主 控制器11無線通信，主控制器11又與驅動單元6-9無線通信。可替換地，如果在特殊應用 中更合適的話，該通信可以是有線的。檢測器10檢測來自燈1-4組的總的光輸出，即一小部分由每盞燈發(fā)射的光撞擊在 檢測器10的傳感器部分12上。如從圖1可以理解的，典型地，所述部分的量是有差異的，并 且有時該差異還很大。例如，在圖1中，所檢測到的源自離檢測器10最遠的并且附加地相 對于檢測器10不利地定向的燈4的光的部分顯著地小于源自最近的燈1的光的部分。這 同樣適用于所檢測的來自不同燈1-4的光強度，其中來自不同燈的光輸出的強度同樣也有 影響。例如，圖1旨在示出左側的第二燈2比其他燈1、3、4具有更高的強度。如前結合現(xiàn)有技術所述，這樣的差異通?；蛘邔е乱馃艚M光輸出的低質量控制 和所接收的個體信息的低可靠性的所檢測光的質量的不足，或者導致諸如針對最差情況場 景設計照明系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)之類的過度補償。借助于現(xiàn)在將要更詳細地解釋和例示的本 方法，以更復雜的方式處理所述差異。每盞燈1-4發(fā)射或生成光輸出信號。在該實施例中，如圖2a示意性所示，驅動單元 6-9中的每一個向相應的光發(fā)射元件13-16饋送由功率信號22和調制功率信號22的調制 信號21構成的驅動信號。功率信號是PWM信號。PWM調制被用來設置光輸出信號的強度。 功率信號22附加地由調制信號21調制，調制信號21在每個功率信號脈沖的開始處作為短 脈沖被增加。短脈沖表示一個比特。短脈沖的出現(xiàn)表示邏輯“1”，沒有它表示邏輯“0”。假 設平均地調制信號的比特的一半為1。為了保持每盞燈1-4的光輸出信號的強度不受所增 加的調制信號的功率影響，功率信號22的脈沖寬度因此被減少調制信號21的脈沖寬度的 一半。由此，例如個體光輸出信號的光輸出等級或調光等級(其為最大輸出的百分比輸出) 保持不變。調制信號21包含包括識別信息的個體信息，識別信息被表示為1和0的獨特組 合的復數(shù)個連續(xù)比特形式的碼。檢測器10被設置在希望控制光條件和/或檢測個體信息的位置中。被檢測的光 包含來自所有四盞燈1-4的貢獻，由于獨特的個體碼，檢測器10能夠整理出哪個貢獻來自 哪盞燈。進一步地，檢測器10估計每個個體光輸出信號的強度。另外，檢測器10為各盞燈 1-4和檢測器10之間的所有光路徑17-20確定路徑性能參數(shù)。更特別地，檢測器10典型地 確定光路徑17-20的信噪比、表示信息比特的個體光輸出信號的被檢測部分的幅度和正確 地接收的數(shù)據(jù)比特和不正確地接收的數(shù)據(jù)比特的比率(例如比特誤碼率)。路徑性能參數(shù) 被看作個體信息提取的質量等級。檢測器10通過第一控制鏈路Cl向主設備11發(fā)送所有被檢測和被確定的數(shù)據(jù)。主 設備11通過比較從檢測器10接收的當前質量等級和存儲在由主設備11保存的查找表中 的期望質量等級來確定質量度量。如果該比較揭示在當前的質量等級和期望的質量等級之 間有顯著的差異，則主設備11將調整調制信號以使將在隨后的檢測中確定的質量等級更 接近期望的質量等級。如圖2a所示，可依照調制深度(md)(即脈寬)和調制信號的每個脈 沖的幅度(A)來修改調制信號。調制信號21的調制深度和/或幅度的增加也將導致個體 信息的提取質量等級的增加。然而，主設備11考慮調光等級。如果調光等級非常高或非常低，則將不能獲得高調制深度。調制信號的調整通過主設備11經(jīng)由第二控制鏈路C2向燈 1-4的驅動單元6-9發(fā)送用于生成調制信號的控制值來實現(xiàn)。驅動單元6-9生成對應的調 制信號21，并將其饋送給光發(fā)射元件13-16。除了所述的調制信號21的屬性外，主設備11還決定調制信號21的數(shù)據(jù)率。如果 個體信息的提取的質量等級足夠高，則可以通過在相同的調制信號脈沖持續(xù)時間內發(fā)送多 個比特來增加數(shù)據(jù)率。該持續(xù)時間將被稱為時隙。因此，代替如圖2a中的情況一個比特， 如圖2b所示可以在每個時隙中傳輸兩個比特。決定調制信號調整后，主設備11于是確定是否也調整功率信號以在檢測器10的 位置處維持或獲得期望的光強度等級。當主設備11為功率信號22確定控制值時，除了基 本強度要求之外，它還考慮任何影響來自正在討論的燈的光強度的調制信號的調整。進一 步地，主設備11將考慮該光的顏色以保持它不變。從而，至少在該實施例中，功率信號22 的等級取決于上述所有條件。因此，概括地說，參考圖3的功能圖或流程圖，在本自適應控制中循環(huán)執(zhí)行的步驟 流程為借助于光發(fā)射元件13-16在光源1-4中生成光，參見框301 ；借助于檢測器設備10 檢測光輸出，框302中，測量光路徑性能和光屬性的值并檢測個體數(shù)據(jù)，并將該值發(fā)送給主 控制器11，參見框303 ；確定與期望值的偏差，框304 ；確定調制信號和功率信號調整，并將 它們發(fā)送給驅動單元6-9，框305 ；生成包括功率信號和調制信號的驅動信號并將該驅動信 號饋送給光發(fā)射元件13-16，參見框306。然后該過程在框301處繼續(xù)。期望的質量等級和諸如強度或色點之類的光屬性是預設的，但是對于照明系統(tǒng)用 戶來說通過直接向主控制器11輸入或通過光源1-4間接輸入來改變那些值也是可能的。在 后一種情況中，新的值(s)從驅動單元6-9發(fā)送到主控制器11。作為上述查找表的選擇或附加，主控制器11采用控制算法。許多不同的已知算法 是適用的，例如基于Kalman過濾器、LMS過濾器或RLS過濾器的算法。應當注意控制鏈路Cl、C2可以是無線的或有線的，其中優(yōu)選無線的替代方案。然 而，關于第一控制鏈路，如果檢測器10和主控制器11被設置在同一個物理實體中，則該鏈 路典型地是硬件的內部部件。以上已描述了根據(jù)如在所附權利要求書中限定的本發(fā)明的控制方法和控制系統(tǒng) 的實施例。這些應當僅僅被視為非限制性的實例。如技術人員理解的，在本發(fā)明的范圍內 許多修改和可替換實施例是可能的。例如，在可替換實施例中，數(shù)據(jù)率的確定基于性能參數(shù)的多于一個估計，即共同使 用若干結果(consecutive)估計。進一步地，在可替換實施例中，調制信號通過一個或多個CDMA(碼分多址)碼。于 是為了增加提取具有低質量等級的光源的個體信息的質量等級，為該光源分配多個CDMA 碼?？商鎿Q地，CDMA碼的長度可增加。這可以如同針對調制信號的其他屬性進行的那樣自 適應地進行。在方法的可替換實施例中，借助于檢測器10來檢測光輸出信號，通過只測量背景 光來確定質量度量，該質量度量隨后被用于調整調制信號。在另一個可替換實施例中，僅調整調制信號和/或遠程檢測光輸出信號的步驟包 括從光輸出信號提取個體信息，并且確定至少一個質量度量的步驟包括確定個體信息的所述提取的質量度量。如本領域技術人員所理解的，在如由所附權利要求書限定的本發(fā)明的范圍內，甚 至用于確定質量度量的參數(shù)的其他組合和僅調整調制信號或也調整功率信號的選擇是可 能的。應當注意，出于本申請的意圖，特別是對于所附權利要求書，詞“包括”不排除其他 元件或步驟，詞“一”或“一個”不排除復數(shù)，這本身對于本領域技術人員來說是清楚的。
權利要求
一種用于控制由包括至少一個光源的光源組發(fā)射的光輸出信號的方法，其中所述光輸出信號包括攜帶個體信息的調制信號，該方法循環(huán)地包括 遠程地檢測所述光源組的光輸出信號； 確定該光輸出信號的所述遠程檢測的至少一個質量度量；和 基于所述至少一個質量度量調整所述調制信號。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述確定質量度量的步驟包括-估計在所述光源組和進行遠程檢測的位置之間延伸的傳輸鏈路的至少一個性能參 數(shù)；和-將所述至少一個性能參數(shù)用于所述確定至少一個質量度量。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中所述至少一個質量度量包括信噪比、被檢測的個體光 輸出信號的信號幅度和被檢測的個體光輸出信號的噪聲等級的至少一個。
4.根據(jù)權利要求1、2或3的方法，其中所述調整調制信號的步驟包括調整該調制信號 的調制深度、頻率和強度的至少一個。
5.根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其中所述確定質量度量的步驟包括-確定當前的質量等級；和-比較當前的質量等級和期望的質量等級。
6.根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其中所述遠程檢測光輸出信號的步驟包括從 所述光輸出信號提取所述個體信息；并且其中所述確定至少一個質量度量的步驟包括確定 個體信息的所述提取的質量度量。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述個體信息被表示為在所述光輸出信號的每個時間 周期內的至少一個比特。
8.根據(jù)權利要求7的方法，其中個體信息的所述提取的質量度量與不正確地檢測的比 特數(shù)相關。
9.根據(jù)權利要求7或8的方法，其中所述調整所述調制信號的步驟包括調整在所述時 間周期內的比特數(shù)。
10.根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其中所述遠程檢測所述光輸出信號的步驟 包括估計所述光輸出信號的至少一個光屬性；并且其中所述確定至少一個質量度量的步驟 包括確定至少一個光屬性的所述估計的質量度量。
11.根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其中所述光輸出信號進一步包括由所述調 制信號調制的功率信號，其中所述遠程檢測所述光輸出信號的步驟包括估計所述光輸出信 號的至少一個光屬性，并且其中該方法進一步包括循環(huán)地基于至少一個光屬性的所述估計 來調整所述功率信號。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中所述調整功率信號的步驟進一步基于所述調制信號 的調整。
13.根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其中所述個體信息包括識別所述光源組的 識別信息。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其中所述識別信息是至少一個識別碼，其中所述調整所 述調制信號的步驟包括調整碼長度和調整分配的識別碼的數(shù)目的至少一個。
15.一種用于控制由包括至少一個光源的光源組發(fā)射的光輸出信號的控制系統(tǒng)，其中所述光輸出信號包括攜帶個體信息的調制信號，該系統(tǒng)包括 “遠程檢測器設備；“主控制器，其被設置成接收來自所述檢測器設備的被檢測的數(shù)據(jù)；和 -光源驅動單元組，其被設置成接收來自所述主控制器的控制數(shù)據(jù)，其中所述驅動單元 的每一個連接至所述光源的相應一個； 其中“所述遠程檢測器設備被設置成檢測所述光源組的光輸出信號； “所述主控制器被設置成確定所述檢測的至少一個質量度量；并且 -基于所述至少一個質量度量為所述光源驅動單元組生成控制信號，如果必要，所述控 制信號攜帶所述調制信號的調整。
全文摘要
文檔編號H05B37/02GK101953232SQ20098010506
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權日2008年2月12日
發(fā)明者Tim C W Schenk, Lorenzo F Feri, Yang Hongming 申請人:Koninkl Philips Electronics Nv