Adaptivemodulationanddataembeddinginlightforadvancedlightingcontrol的製作方法

2023-05-24 07:43:21

專利名稱：Adaptive modulation and data embedding in light for advanced lighting control的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於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)信息的調製信號來調製。進一步地，本發明涉及 一種照明系統，該照明系統包括檢測器設備和主控制器，其被設置成根據所述方法控制光 輸出。
背景技術：
為了實現照明系統的高級控制，已開發了其中每個光源的光輸出由調製信號調製 的設備和方法。該調製信號包括個體信息，例如識別碼或關於光源屬性的數據等。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，或有助於識別每 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。在現有技術中已知的一個這種照明系統在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製功率信號的調製信號。調製信號攜帶信息 內容，而功率信號提供確定光源光強度的基本功率。藉助於檢測器設備，總的光輸出得以遠 程檢測，並且藉助於包括識別信息的個體調製信號，來自各個光源的個體貢獻得以識別。進 一步地，每個調製信號包括關於相關聯的光源的附加數據，例如狀態信息。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。調整數據被發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 於照明系統的實際配置。它們對於不同光源的給定裝配(setup)不是最優的。典型地，不同 的光源具有到檢測器的不同距離、具有不同的光強度並且相對於檢測器具有不同的方向。 即使對於大量的光源，還是希望獲取檢測個體信息和光屬性的高可靠性。在現有技術概念 中，這隻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的調光範圍(即在光輸出的最低可能強度和最高可能強度之間的範 圍)和數據率(datarate)。應當注意，調光範圍受到正是由所述調製信號使用的功率的影 響。

發明內容
本發明的目的是提供一種減輕上述現有技術的缺陷的控制方法和設備，並提供用 於優化系統性能的條件。通過如在權利要求1中限定的根據本發明的用於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 控制器的控制系統來實現所述目的。本發明基於這樣的見解光輸出控制取決於在檢測器處執行的測量的質量(例如 可靠性)，以及通過正是調整所述調製信號的屬性，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，根據本發明的一個方面，提供了一種用於控制由包括至少一個光源的光源 組發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製信號，該方法 循環地(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
-基於所述至少一個質量度量來調整調製信號。根據本發明的另一個方面，提供了一種用於控制由包括至少一個光源的光源組 發射的光輸出信號的系統，其中所述光輸出信號包括攜帶個體信息的調製信號，該系統包 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據；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據，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-基於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 述控制信號攜帶調製信號的調整。因此，根據本發明，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，則調製信號同樣地被調整。通過使用調製信號作為調節器(moderator)，而不是 像現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範圍為代價過 度補償不足，後者是有利的。另外，在一些應用中，僅對捕獲由調製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。本方法和控制系統提供了在為檢測和控制獲取合理條件的同時保持調光範圍盡可 能大的機會。光源組可以是一個或若干個光源。在後一種情況中，典型地相同的驅動信號 被饋送至所有光源，這些光源發射包括公共個體信息的光。根據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；和-將所述至少一個性能參數用於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，即光傳輸和檢測發生的環境。根據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的實例。根據該方法的一個實施例，如在權利要求4中所限定，所述調整調製信號的步驟 包括調整調製信號的調製深度、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。調製深度在一些不同的調製技術(例如PWM(脈寬調製))中 是有益的，強度也是這樣，它通常是通過調整調製信號的幅度來調整的。
5
根據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；並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於所述檢測如何設 法提取由調製信號攜帶的信息。根據該方法的實施例，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)內的一個或多個比特。然後，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。這提供了使調整調製信號的步驟包括調整在所述時間周 期內的比特數的選項。根據該方法的一個實施例，如在權利要求10中所限定，強調了檢測的範圍涉及估 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範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，限定了除了調製信號外輸 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)移位或調光範圍減小的一部分，這又涉及將功率信 號調整基於調製信號的調整，如在權利要求12中所限定。根據以下描述的實施例，本發明的這些和其他方面、特性和優點將變得清楚，並參 考這些實施例得以解釋。


現在將參考附圖更詳細地描述本發明，其中圖1示意性地圖示了包括根據本發明控制系統的一個實施例的控制系統的照明 系統；圖2a和2b示意性地圖示了根據本發明控制方法的不同實施例的兩種調製技術的 時序圖；圖3是藉助於根據本發明的方法的一個實施例執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可以是能調光的並提供以在此 描述的方式被調製的能力的任何類型。類型的典型實例是LED光源、螢光燈、高強度放電 燈、白熾燈和滷素燈。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。 該照明系統進一步包括控制系統，該控制系統包括驅動單元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，並 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最遠的並且附加地相 對於檢測器10不利地定向的燈4的光的部分顯著地小於源自最近的燈1的光的部分。這 同樣適用於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。如前結合現有技術所述，這樣的差異通常或者導致引起燈組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 景設計照明系統及其控制系統之類的過度補償。藉助於現在將要更詳細地解釋和例示的本 方法，以更複雜的方式處理所述差異。每盞燈1-4發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射元件13-16饋送由功率信號22和調製功率信號22的調製 信號21構成的驅動信號。功率信號是PWM信號。PWM調製被用來設置光輸出信號的強度。 功率信號22附加地由調製信號21調製，調製信號21在每個功率信號脈衝的開始處作為短 脈衝被增加。短脈衝表示一個比特。短脈衝的出現表示邏輯「1」，沒有它表示邏輯「0」。假 設平均地調製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 加的調製信號的功率影響，功率信號22的脈衝寬度因此被減少調製信號21的脈衝寬度的 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。調製信號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 合的複數個連續比特形式的碼。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，由於獨特的個體碼，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。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 地接收的數據比特和不正確地接收的數據比特的比率(例如比特誤碼率)。路徑性能參數 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發送所有被檢測和被確定的數據。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將調整調製信號以使將在隨後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，可依照調製深度(md)(即脈寬)和調製信號的每個脈 衝的幅度(A)來修改調製信號。調製信號21的調製深度和/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，則將不能獲得高調製深度。調製信號的調整通過主設備11經由第二控制鏈路C2向燈 1-4的驅動單元6-9發送用於生成調製信號的控制值來實現。驅動單元6-9生成對應的調 制信號21，並將其饋送給光發射元件13-16。除了所述的調製信號21的屬性外，主設備11還決定調製信號21的數據率。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製信號脈衝持續時間內發送多 個比特來增加數據率。該持續時間將被稱為時隙。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。決定調製信號調整後，主設備11於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製信號的調整。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 的等級取決於上述所有條件。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執行的步驟 流程為藉助於光發射元件13-16在光源1-4中生成光，參見框301 ；藉助於檢測器設備10 檢測光輸出，框302中，測量光路徑性能和光屬性的值並檢測個體數據，並將該值發送給主 控制器11，參見框303 ；確定與期望值的偏差，框304 ；確定調製信號和功率信號調整，並將 它們發送給驅動單元6-9，框305 ；生成包括功率信號和調製信號的驅動信號並將該驅動信 號饋送給光發射元件13-16，參見框306。然後該過程在框301處繼續。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，但是對於照明系統用 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 後一種情況中，新的值(s)從驅動單元6-9發送到主控制器11。作為上述查找表的選擇或附加，主控制器11採用控制算法。許多不同的已知算法 是適用的，例如基於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，其中優選無線的替代方案。然 而，關於第一控制鏈路，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 路典型地是硬體的內部部件。以上已描述了根據如在所附權利要求書中限定的本發明的控制方法和控制系統 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，在本發明的範圍內 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，數據率的確定基於性能參數的多於一個估計，即共同使 用若干結果(consecutive)估計。進一步地，在可替換實施例中，調製信號通過一個或多個CDMA(碼分多址)碼。於 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。可替換地，CDMA碼的長度可增加。這可以如同針對調製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，藉助於檢測器10來檢測光輸出信號，通過只測量背景 光來確定質量度量，該質量度量隨後被用於調整調製信號。在另一個可替換實施例中，僅調整調製信號和/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，並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明的範圍內，甚 至用於確定質量度量的參數的其他組合和僅調整調製信號或也調整功率信號的選擇是可 能的。應當注意，出於本申請的意圖，特別是對於所附權利要求書，詞「包括」不排除其他 元件或步驟，詞「一」或「一個」不排除複數，這本身對於本領域技術人員來說是清楚的。
權利要求
一種用於控制由包括至少一個光源的光源組發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製信號，該方法循環地包括 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 基於所述至少一個質量度量調整所述調製信號。
2.根據權利要求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；和-將所述至少一個性能參數用於所述確定至少一個質量度量。
3.根據權利要求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.根據權利要求1、2或3的方法，其中所述調整調製信號的步驟包括調整該調製信號 的調製深度、頻率和強度的至少一個。
5.根據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；並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 特數相關。
9.根據權利要求7或8的方法，其中所述調整所述調製信號的步驟包括調整在所述時 間周期內的比特數。
10.根據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；並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 制信號調製的功率信號，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，並且其中該方法進一步包括循環地基於至少一個光屬性的所述估計 來調整所述功率信號。
12.根據權利要求11的方法，其中所述調整功率信號的步驟進一步基於所述調製信號 的調整。
13.根據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 述調製信號的步驟包括調整碼長度和調整分配的識別碼的數目的至少一個。
15.一種用於控制由包括至少一個光源的光源組發射的光輸出信號的控制系統，其中所述光輸出信號包括攜帶個體信息的調製信號，該系統包括 「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據；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據，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；並且 -基於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 制信號攜帶所述調製信號的調整。
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 優先權日2008年2月12日
發明者Tim C W Schenk, Lorenzo F Feri, Yang Hongming 申請人:Koninkl Philips Electronics Nv