專利名稱：利用超聲的方向可控照明單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明單元及其控制，更特別地，涉及方向可控照明單元、包括至少一個(gè) 方向可控照明單元的可控照明系統(tǒng)以及用于控制具有至少一個(gè)方向可控照明單元的照明 系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
方向可控照明單元是已知的并且例如在夜總會(huì)和劇院中用在例如用于娛樂(lè)目的 的照明中。在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“方向可控”將用來(lái)表示照明單元，其具有定向光發(fā)射，即與 各向同性光發(fā)射相反具有特定的方向(例如聚光燈)，其中該光發(fā)射的方向可自動(dòng)(非人 工)地控制。W02007/072314公開(kāi)了一種照明單元在燈具內(nèi)的照明系統(tǒng)以及遙控設(shè)備。該遙 控設(shè)備通過(guò)其中的收發(fā)器發(fā)射信號(hào)。在接收到信號(hào)時(shí)，燈具發(fā)送響應(yīng)信號(hào)。于是，遙控器 可以用來(lái)例如通過(guò)控制用于搖動(dòng)(pan)和傾斜操作的電機(jī)或過(guò)濾設(shè)備而控制最近光源的 各種參數(shù)，例如其光束方向。此外，遙控器例如通過(guò)三角測(cè)量、信號(hào)強(qiáng)度、飛行時(shí)間或者光 束方向計(jì)算其相對(duì)于燈具的位置或者距離。收發(fā)器上的通信可以是無(wú)線電通信，例如紫蜂 (Zigbee)或藍(lán)牙，但也可以是RFID或超聲標(biāo)簽。遙控器可以被配置成例如通過(guò)改變方向來(lái) 控制燈朝它的位置的方向性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供有利于方向控制，特別是自動(dòng)方向控制的方向可控照明單兀。依照本發(fā)明，這個(gè)目的是通過(guò)依照權(quán)利要求1的方向可控照明單元、依照權(quán)利要 求5的照明系統(tǒng)以及依照權(quán)利要求10的用于控制照明系統(tǒng)的方法來(lái)解決的。從屬權(quán)利要 求涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)有方向可控照明單元和控制系統(tǒng)提供很少的可以適當(dāng)?shù)赜?于自動(dòng)方向控制的信息。因此，本發(fā)明的基本思想是在照明單元處提供至少兩個(gè)超聲發(fā)射 器和/或接收器單元，其被設(shè)置成使得它們的超聲發(fā)射(發(fā)射器)或超聲接收(接收器) 不同。因此，相應(yīng)的照明單元可以發(fā)射和/或接收可以有利地用于以希望的方式控制該照 明單元的光發(fā)射的方向的超聲信號(hào)。依照本發(fā)明的照明單元是方向可控的，并且因而包括用于將光發(fā)射定向到不同方 向的裝置。在下面的詳細(xì)描述中將變得清楚明白的是，這種光定向裝置可以被廣義地理解 為覆蓋適合改變光發(fā)射方向(例如改變被定義為發(fā)射的光管束(bundle)或光束的強(qiáng)度中 心的光軸的角度)的任何裝置。這種裝置包括機(jī)械裝置(例如用于光源燈具或光學(xué)元件 (例如可旋轉(zhuǎn)透鏡)的電機(jī))以及電氣裝置(例如使用電壓敏感光學(xué)設(shè)備)。此外，依照本 發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的方面，方向可控照明單元也可以包括面向不同固定方向的多個(gè)光源以及 用于控制這些光源以便改變得到的匯總光發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度并且因而影響該匯總光發(fā)射的方向的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)裝置。此外，依照本發(fā)明，存在在照明單元處提供的第一超聲裝置，其包括至少兩個(gè)超聲 發(fā)射器和/或接收器單元。它們?cè)O(shè)置在照明單元處，使得它們具有不同的空間接收或發(fā)射 特性。在發(fā)射器的情況下，這意味著它們提供不同的超聲發(fā)射。這些不同的發(fā)射可以通 過(guò)將發(fā)射器設(shè)置在不同的位置處(即彼此相距一定距離)而實(shí)現(xiàn)，或者在定向(即非各向 同性發(fā)射模式)的情況下，設(shè)置在不同的方向，使得它們以一定角度設(shè)置而實(shí)現(xiàn)。同樣地， 超聲發(fā)射可以在形狀上不同(例如窄發(fā)射/寬發(fā)射)，或者可以組合上面提到的任何差異。 因此，在發(fā)射器的情況下，發(fā)射的超聲將不同，從而在接收位置處，由所述兩個(gè)發(fā)射器發(fā)射 的超聲信號(hào)將例如在幅度和/或相位方面不同地接收。在接收器單元的情況下，這些也不同地設(shè)置在照明單元處。它們可以在位置和/ 或方向(如果它們具有定向的，即非各向同性接收靈敏度)上不同。可替換地或者此外，它 們可以具有不同形狀的接收靈敏度空間分布(例如寬/窄)。在兩個(gè)超聲接收器的情況下， 因而將存在其中來(lái)自發(fā)射器位置的超聲發(fā)射將在接收器單元處不同地接收，例如具有不同 的幅度和/或相位。照明單元處的這樣提供的第一超聲裝置用來(lái)給出可以用于控制照明單元的方向 的附加信息。這可以用在這樣的照明系統(tǒng)中，該照明系統(tǒng)具有至少一個(gè)如上所述的方向 可控照明單元以及帶有第二超聲裝置的活動(dòng)(mobile)控制元件，所述第二超聲裝置與照 明單元的第一超聲裝置互補(bǔ)(即，如果照明單元具有發(fā)射器，則該活動(dòng)控制元件將具有至 少一個(gè)接收器；如果照明單元具有接收器，則該活動(dòng)控制元件將具有至少一個(gè)關(guān)聯(lián)的發(fā)射 器)O為了控制方向可控照明單元關(guān)于活動(dòng)控制元件位置的方向，超聲信號(hào)從發(fā)射器發(fā) 送并且由接收器接收。如果照明單元具有兩個(gè)接收器，那么控制元件中的發(fā)射器發(fā)射由照 明單元中的所述兩個(gè)接收器單元接收的超聲信號(hào)。由于照明單元中接收器的不同布置或接 收特性的原因，信號(hào)將由所述兩個(gè)接收器不同地接收。類似地，如果照明單元具有兩個(gè)發(fā)射 器，那么這二者發(fā)射在控制元件處接收的超聲信號(hào)。由于發(fā)射器的位置、方向或特性之間的 差異的原因，那里的超聲接收器不同地接收來(lái)自所述兩個(gè)發(fā)射器的信號(hào)。隨后，評(píng)估信號(hào)之間的所述差異以便確定方向可控照明單元相對(duì)于活動(dòng)控制元件 位置的相對(duì)方向。然后，可控照明單元的方向可以通過(guò)使用該信息來(lái)控制，例如以便使照明 單元指向控制元件的位置。在一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例中，如果照明單元具有指向右邊的第一超聲發(fā)射器以及指向左 邊的第二超聲發(fā)射器，那么將接收的超聲識(shí)別為來(lái)自第一發(fā)射器的觀察器可以據(jù)此推斷照 明單元指向其左邊這一信息。在觀察器同時(shí)接收來(lái)自兩個(gè)發(fā)射器的超聲的情況下，接收的 信號(hào)強(qiáng)度的比較可以給出照明單元是否正好指向觀察器(從而以相同的強(qiáng)度接收來(lái)自兩 個(gè)發(fā)射器的信號(hào))或者偏移量是否仍然存在的信息。因此，依照本發(fā)明的照明單元可以大大地有利于與自動(dòng)控制照明單元的方向有關(guān) 的任何類型的控制任務(wù)。存在本發(fā)明的各種優(yōu)選的可選方面。照明單元的光源當(dāng)然可以是任何已知的類 型，例如白熾燈、放電燈、熒光燈或者LED燈?？刂圃腔顒?dòng)的，優(yōu)選地手持的設(shè)備，其可以是有線連接的，但是優(yōu)選地為無(wú)線的?？刂蒲b置可以設(shè)置在照明單元內(nèi)、活動(dòng)控制元件內(nèi) 或者別處。它們可以實(shí)現(xiàn)為適當(dāng)?shù)碾娮悠骷鐖?zhí)行相應(yīng)程序的微控制器或者微處理器。 應(yīng)當(dāng)指出的是，控制裝置無(wú)需一定為單個(gè)專用組件，而是也可以由除其他任務(wù)外用于控制 目的的組件實(shí)現(xiàn)，例如將控制程序作為用于不同目的的若干程序之一而執(zhí)行的主處理器。此外，優(yōu)選的是，向控制裝置提供到光學(xué)傳感器和照明單元的某種類型的連接 (例如電纜，比如方向控制連接或輸電線，以及無(wú)線連接，例如無(wú)線電或紅外)?？刂蒲b置基 于從活動(dòng)控制元件接收的信息自動(dòng)地控制照明單元的方向(借助于通過(guò)所述連接驅(qū)動(dòng)其 定向裝置)。
依照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，照明單元處的第一超聲裝置包括至少兩個(gè)超聲發(fā)射器單 元，其發(fā)射可區(qū)分的超聲信號(hào)。這些信號(hào)可以通過(guò)許多方式來(lái)區(qū)分，例如作為不同頻率的超 聲信號(hào)。同樣地，可以對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行不同的調(diào)制，例如幅度或頻率調(diào)制。通過(guò)這種方式， 可以將標(biāo)識(shí)符與每個(gè)超聲發(fā)射器單元關(guān)聯(lián)，其中該標(biāo)識(shí)符在所述兩個(gè)超聲發(fā)射器之間是不 同的(并且在包括多個(gè)如上所述的可控照明單元的照明系統(tǒng)中，優(yōu)選地在所有超聲發(fā)射器 之間是唯一的)。通過(guò)提供這樣的標(biāo)識(shí)符，從發(fā)射器發(fā)射的超聲信號(hào)變得可由適當(dāng)?shù)挠^察器區(qū)分， 所述觀察器即具有例如通過(guò)分析頻率或者通過(guò)解調(diào)接收的信號(hào)識(shí)別標(biāo)識(shí)符的能力的超聲 接收器。由于發(fā)射器被安裝成發(fā)射具有不同空間分布的超聲，因而有關(guān)所述不同超聲信號(hào) 的接收的信息包含有關(guān)方向可控照明單元相對(duì)于觀察器的方向的信息。依照一個(gè)實(shí)施例，所述可控照明單元包括用于定向光發(fā)射的可機(jī)械運(yùn)動(dòng)的元件。 這可以是其上安裝了一個(gè)或多個(gè)光源的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)?？商鎿Q地，也可能該可運(yùn)動(dòng)元件為光學(xué) 元件，例如透鏡或反射器，其通過(guò)其運(yùn)動(dòng)將來(lái)自一個(gè)多個(gè)照明單元的光定向到不同的方向。 雖然有可能將超聲裝置設(shè)置在照明單元處的固定位置，但是依照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，它們 被設(shè)置成與可運(yùn)動(dòng)元件一起運(yùn)動(dòng)。這允許使用上述裝置不僅獲得有關(guān)照明單元的位置與活 動(dòng)控制元件的相對(duì)取向的信息，而且反而獲得有關(guān)當(dāng)前燈方向與活動(dòng)控制元件的位置的相 對(duì)取向的信息，其可以更容易地用于控制目的，尤其是用于反饋控制。 在其中不使用可機(jī)械運(yùn)動(dòng)的元件對(duì)照明單元的光發(fā)射定向的可替換實(shí)施例中，優(yōu) 選的是，第一超聲裝置設(shè)置在照明單元處的固定位置。通過(guò)使用接收的信號(hào)之間的差異的 上述處理，于是可能獲得有關(guān)照明單元的位置與活動(dòng)控制元件的相對(duì)取向的信息，并且相 應(yīng)地控制光發(fā)射的方向。作為沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的方向可控照明單元的一個(gè)實(shí)例，可以提供面向不同的固 定方向的多個(gè)光源。得到的總和光發(fā)射可以通過(guò)控制來(lái)自這些光源的光發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度來(lái) 定向。因此，光發(fā)射可以通過(guò)以第一強(qiáng)度水平驅(qū)動(dòng)第一光源且以第二強(qiáng)度水平驅(qū)動(dòng)第二光 源來(lái)定向到例如第一方向，以及通過(guò)以第三強(qiáng)度水平驅(qū)動(dòng)第一光源且以第四強(qiáng)度水平驅(qū)動(dòng) 第二光源來(lái)定向到第二方向。如果第一和第二水平的商不同于第三和第四水平的商，那么 得到的總和光發(fā)射將指向不同的方向。依照另外的發(fā)展，所評(píng)估的差異與接收的信號(hào)的相位和/或幅度有關(guān)。例如，可以 評(píng)估相位差和/或幅度商以便獲得有關(guān)所述相對(duì)位置或取向的信息。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí) 施例中，第一超聲裝置包括發(fā)射可區(qū)分超聲信號(hào)的發(fā)射器，并且分析在活動(dòng)控制元件處接 收的得到的超聲信號(hào)，從而確定依賴于信號(hào)之間的相位和/或幅度差的參數(shù)。特別優(yōu)選的是，這些信號(hào)可以通過(guò)使用諸如CDMA、TDMA或FDMA之類的多址技術(shù)來(lái)區(qū)分。在與活動(dòng)控制元件有關(guān)地控制照明單元期間，當(dāng)然有可能僅使用活動(dòng)控制元件的 位置作為參考，并且使光源指向依賴于該位置的方向，但是不完全對(duì)準(zhǔn)該活動(dòng)控制元件。然 而，為了有利于控制的處理，優(yōu)選的是調(diào)節(jié)可控照明單元以指向活動(dòng)控制元件的位置。通過(guò) 這種方式，用戶可以非常容易地例如通過(guò)將活動(dòng)控制元件放置在希望的位置來(lái)對(duì)光斑定向 以指向那里。系統(tǒng)中包含的多個(gè)照明單元可以單獨(dú)地、一起或者以選定的組進(jìn)行控制。作 為另一特征，有可能僅在照明單元的方向控制模式下激活第一超聲裝置，而在隨后的正常 照明(操作模式)中使該第一超聲裝置失活。



本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述將變得清楚明 白，其中圖1示出了方向可控?zé)舻牡谝粚?shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖2示出了圖1照明單元的元件的電氣連接的示意性表示；圖3示出了包括如圖1中所示的方向可控?zé)舻恼彰飨到y(tǒng)；圖4以示意形式示出了圖3系統(tǒng)的活動(dòng)控制元件；圖5示出了方向可控?zé)舻牡诙?shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖6示出了圖3照明單元的元件的電氣連接的示意性表示；圖7示出了方向可控?zé)舻牡谌龑?shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖8示出了方向可控?zé)舻牡谒膶?shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖9a、圖9b示出了方向可控?zé)舻牟煌瑢?shí)施例；圖10示出了包含多個(gè)方向可控?zé)舻恼彰飨到y(tǒng)的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1以側(cè)視圖示出了方向可控照明單元(照明器)10的第一實(shí)施例。照明單元包 括安裝部件12和燈具14，其在電機(jī)驅(qū)動(dòng)接頭(joint) 16中可相對(duì)于安裝部件12機(jī)械運(yùn)動(dòng)。燈具14承載光源18和超聲裝置，其在第一實(shí)施例的實(shí)例中為超聲發(fā)射器20a、 20b。光源18發(fā)射圍繞中心光軸23的定向光束22(聚光)，其方向分布(立體角)由適當(dāng) 的反射器(未示出)實(shí)現(xiàn)。超聲發(fā)射器20a、20b設(shè)置在燈具14處以發(fā)射具有中心軸為26a、26b的空間強(qiáng)度 分布的超聲信號(hào)24a、24b。超聲發(fā)射器20a、20b的超聲發(fā)射24a、24b因此在空間強(qiáng)度分布 上是不同的。在所示的優(yōu)選實(shí)例中，它們?cè)谖恢煤桶l(fā)射方向上均不同，即軸26a、26b以角度 α設(shè)置。同樣地，超聲發(fā)射器20a、20b的超聲發(fā)射24a、24b不同于來(lái)自光源18的光發(fā)射 22的方向，即在軸26a、26b與主光源18的光發(fā)射22的中心光軸23之間存在角度β?？商鎿Q地，也有可能超聲發(fā)射器20a、20b如圖所示設(shè)置在一定距離處，但是將超 聲發(fā)射到平行的方向。圖7中示出了這點(diǎn)。作為另一可替換方案，如圖8中所示，如果這些 發(fā)射具有不同的形狀，例如第一寬發(fā)射24a和第二窄發(fā)射24b，那么它們可以在相同的方向 上，甚至具有公共軸26。應(yīng)當(dāng)指出的是，這里示出的可控照明單元10僅僅被示意性地表示。電機(jī)驅(qū)動(dòng)接頭16沒(méi)有詳細(xì)地示出。照明單元的不同種類的電機(jī)驅(qū)動(dòng)可活動(dòng)安裝本身對(duì)于技術(shù)人員是已知的。光源18的類型可以在諸如白熾燈、弧光放電燈、熒光燈和高功率LED之類的可用光源 之間完全不同地選擇，只要它們適合用于照明目的，即以高得足以照亮特定區(qū)域(例如房 間的部分)的強(qiáng)度提供可見(jiàn)光。此外，可以存在作為主光源而提供的多個(gè)光源，例如LED陣 列、多個(gè)白熾燈或者甚至不同類型光源的組合。應(yīng)當(dāng)指出的是，在圖1的實(shí)例中，照明單元的運(yùn)動(dòng)僅被示為圍繞一個(gè)軸(即接頭16 的軸)的旋轉(zhuǎn)。因此，可以將運(yùn)動(dòng)描述為平面角Y，其可以在光源18的中心光軸23與水平 方向之間定義。盡管有可能提供其方向僅在所示的一個(gè)維度上可控的照明單元10，但是技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，隱含的構(gòu)思當(dāng)然可以擴(kuò)展到多維運(yùn)動(dòng)，從而方向于是可以通過(guò)立體 角而不是平面角來(lái)定義。這當(dāng)然也適用于超聲發(fā)射器20a、20b相對(duì)于彼此(軸26a、26b之 間的角度)以及相對(duì)于光源18的光軸23的布置。圖2示出了燈具14與超聲發(fā)射器20a、20b和光源18的簡(jiǎn)化示意圖。電氣連接28 被提供來(lái)供應(yīng)電能。為了提供可區(qū)分的超聲信號(hào)，這些發(fā)射器工作于相同的基本超聲頻率 下，但是具有不同的調(diào)制。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，提供了調(diào)制驅(qū)動(dòng)器電路30a、30b以便依照調(diào)制方 案驅(qū)動(dòng)發(fā)射器20a、20b。調(diào)制可以是發(fā)射器20a、20b的簡(jiǎn)單接通/關(guān)斷控制。然而，特別優(yōu)選的是，使用 稱為“碼分多址”(CDMA)的擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)調(diào)制發(fā)射的超聲信號(hào)。在這里可以分別指定為“A” 或“B”的單獨(dú)的代碼彼此正交，即代碼的自相關(guān)的值顯著高于兩個(gè)不同代碼的互相關(guān)的值。 因此，解調(diào)器可以使用預(yù)定的代碼來(lái)辨別不同源20a、20b的調(diào)制的超聲信號(hào)的同時(shí)發(fā)射。 此外，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可以應(yīng)用異步CDMA代碼，例如偽噪聲(PN)序列，因?yàn)樗鼈?對(duì)于不同的發(fā)射器不需要公共的時(shí)鐘。在更進(jìn)一步的解決方案中，可以分別使用“時(shí)分多 址”(TDMA)或“頻分多址”(FDMA)在時(shí)域或頻域區(qū)分不同發(fā)射器的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器單元30a、30b于是調(diào)制超聲發(fā)射器20a、20b的超聲發(fā)射24a、24b，使得它們 包含不同的識(shí)別代碼。例如，第一發(fā)射器20a發(fā)射的信號(hào)24a可以包含代碼“A”，而從第二 發(fā)射器20b發(fā)射的信號(hào)24b包含代碼“B”。具有指向不同方向26a、26b的所述調(diào)制的發(fā)射器20a、20b的可控照明單元10的 使用將參照?qǐng)D3來(lái)解釋，圖3示出了例如在房間中的具有多個(gè)光源的照明系統(tǒng)40。提供了 例如安裝在房間天花板處的常規(guī)固定光源42。此外，可控照明單元10也安裝在那里。照明 單元10連接到控制單元44，使得控制單元44可以控制光發(fā)射的方向，該方向在上面解釋的 實(shí)例中可以通過(guò)角度Y來(lái)描述?；顒?dòng)控制元件46設(shè)置在可以由照明單元10照射的區(qū)域內(nèi)。控制元件46連接到 控制單元44。圖4以示意形式示出了控制元件46。它包括接收超聲信號(hào)并且產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào) 的超聲接收器(麥克風(fēng))50。該電信號(hào)由解調(diào)單元52解調(diào)以便提取接收的信號(hào)的那些依照 代碼“A”和“B”調(diào)制的部分。調(diào)制單元52將信號(hào)的相應(yīng)解調(diào)的部分輸送給測(cè)量設(shè)備54a、 54b，其輸送代表分別利用代碼“Α”和“B”調(diào)制的接收的信號(hào)部分的相位和/或幅度的值。 所述值然后傳送到接口單元56并且輸送到控制單元44。因此，雖然圖3照明系統(tǒng)40中的活動(dòng)控制元件46可能接收來(lái)自除了發(fā)射器20a、 20b之外的其他源的超聲信號(hào)貢獻(xiàn)，但是傳送給控制單元44的信號(hào)僅包含有關(guān)來(lái)自可控照明單元10的調(diào)制的信號(hào)24a、24b的接收的強(qiáng)度的信息。這允許控制單元44控制照明單元10的方向。例如，可能希望對(duì)照明單元10定向 以指向控制元件46的位置。關(guān)于如圖3中所示照明單元10的位置，應(yīng)當(dāng)清楚的是，照明單 元被定向成太偏向右邊。這導(dǎo)致來(lái)自第一超聲發(fā)射器20a的相對(duì)較強(qiáng)的入射信號(hào)24a，其依 照代碼“A”進(jìn)行調(diào)制，而沒(méi)有或者只有少量利用代碼“B”調(diào)制的信號(hào)接收自第二超聲發(fā)射 器20b。根據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧?4的該信息，單元44可以確定照明單元10被定向成太偏向 右邊。接收的強(qiáng)度的商甚至?xí)o出未對(duì)準(zhǔn)的角度值的特定度量?？刂茊卧?4因而發(fā)送相應(yīng)的控制命令給電機(jī)接頭16以便使照明單元10向左運(yùn) 動(dòng)一定距離。接著，由控制元件46實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)幅度的另外的測(cè)量，使得控制單元44接收 指示調(diào)整(alignment)現(xiàn)在是否正確(相同強(qiáng)度的超聲發(fā)射24a、24b被接收)或者進(jìn)一步 向左(發(fā)射24a更強(qiáng))或者甚至向右(發(fā)射24b更強(qiáng))校正是否必要的信息?？刂茊卧?4 于是可以采用閉環(huán)控制以準(zhǔn)確地定向照明單元10，使得其光軸23定向到控制元件46的位 置?？商鎿Q地，控制元件46可以評(píng)估來(lái)自源20a和20b的信號(hào)之間的相位差。當(dāng)相位 差最小化時(shí)，燈指向控制元件。圖5示出了照明單元11的可替換實(shí)施例。照明單元11大體對(duì)應(yīng)于結(jié)合圖1所描 述的照明單元10。相同的部件用相同的附圖標(biāo)記來(lái)引用。在下文中，將僅對(duì)不同的部件進(jìn) 行進(jìn)一步的解釋。代替像第一實(shí)施例中那樣的兩個(gè)超聲發(fā)射器的是，依照第二實(shí)施例的照明單元11 包括兩個(gè)超聲接收器(麥克風(fēng))21a、21b。在當(dāng)前實(shí)例中示出的接收器具有定向的接收特 性，從而它們的接收靈敏度不是各向同性的，而是依賴于方向而不同。這些方向特性在圖5 中象征性地表示為接收區(qū)域23a、23b。當(dāng)然，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，麥克風(fēng)的實(shí)際方向接 收特性由三維形狀定義。對(duì)于每個(gè)接收區(qū)域23a、23b，可以存在定義的中心軸26a、26b。在圖5的實(shí)例中，超聲接收器21a、21b在機(jī)械運(yùn)動(dòng)燈具14上設(shè)置在相距彼此的一 定距離處。此外，它們?cè)O(shè)置在不同的方向上，即使得它們的中心軸26a、26b以一定角度設(shè) 置。由此得到，在兩個(gè)接收器21a、21b處接收來(lái)自發(fā)射器位置的超聲信號(hào)的方式通常 不同(在所示實(shí)例中，只有從中心軸23上的位置發(fā)射的超聲信號(hào)將由兩個(gè)接收器相等地接 收)。這用來(lái)在照明系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)照明單元11的自動(dòng)控制，其中活動(dòng)控制單元(未示出)具 有單個(gè)超聲發(fā)射器。該超聲發(fā)射器發(fā)射超聲信號(hào)，該超聲信號(hào)可以是恒定的或者例如利用標(biāo)識(shí)符或代 碼調(diào)制的。像在照明系統(tǒng)的第一實(shí)例中一樣，在這種情況下具有超聲發(fā)射器的活動(dòng)控制元件 置于可以被照明單元11照射的區(qū)域內(nèi)。來(lái)自發(fā)射器的超聲信號(hào)由兩個(gè)接收器21a、21b接 收。如圖6中所示，在照明單元11內(nèi)，設(shè)置了連接到電氣連接28的處理電路27。處理電路 27處理接收器21a、21b處接收的信號(hào)，這通過(guò)在兩個(gè)信號(hào)中——從可能的噪聲之間——識(shí) 別來(lái)自發(fā)射器的貢獻(xiàn)并且通過(guò)比較這兩個(gè)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果利用代碼調(diào)制發(fā)射的超聲信號(hào)，那么它可以更好地與其他超聲信號(hào)或噪聲影 響區(qū)分。在這種情況下，可以存在在如圖6中所示的處理電路27中通過(guò)將接收的信號(hào)與現(xiàn)
9有已知代碼相關(guān)而實(shí)現(xiàn)的解調(diào)。這將抑制其他信號(hào)貢獻(xiàn)并且得到用于以后的比較的僅包含 有關(guān)信息的信號(hào)。當(dāng)然，在非調(diào)制的超聲信號(hào)的情況下，處理電路27中的相關(guān)器單元可以 省略。在第一變體中，所述比較涉及信號(hào)的幅度。幅度商被確定并且傳送到控制單元29。 控制單元29依照該商的值控制方向控制裝置——在當(dāng)前實(shí)例中為電機(jī)驅(qū)動(dòng)接頭16。例如， 如果接收器21a中接收的信號(hào)幅度除以接收器21b中接收的信號(hào)幅度的商高于1，那么照 明單元在接收器21b的方向上(即在圖5的實(shí)例中向右)運(yùn)動(dòng)，否則在相反的方向上運(yùn)動(dòng)。 這被重復(fù)，直到商達(dá)到值1，從而現(xiàn)在照明單元11正好指向活動(dòng)控制元件(使得那里的超聲 發(fā)射器位于中心軸23上)。在另一變體中，針對(duì)相位對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行比較。相位差被確定并且傳送到控制單 元29?？刂茊卧?9控制方向控制裝置16以最小化該相位差，這也導(dǎo)致其中照明單元11將 指向活動(dòng)控制元件的配置。像在第一實(shí)施例中一樣，依照第二實(shí)施例的照明系統(tǒng)也可以使用通過(guò)適當(dāng)連接 (例如電力供應(yīng)28上的輸電線通信)實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步的外部控制。雖然在前面的實(shí)施例中照明單元被示為可由可機(jī)械運(yùn)動(dòng)的燈具14進(jìn)行方向調(diào) 節(jié)，但是如接下來(lái)將結(jié)合圖9a、圖9b所解釋的，也可能以不同的方式實(shí)現(xiàn)照明單元的光發(fā) 射的方向控制。應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管在前面的附圖中描述和示出的實(shí)例可能將電機(jī)接頭稱 為用于控制方向的裝置，但是這僅僅作為實(shí)例而給出并且不應(yīng)當(dāng)被視為是限制性的。相反 地，如接下來(lái)將描述的，有可能將所示和描述的具有電機(jī)接頭的照明單元與可替換照明單 元交換。如圖9a中所示，將光發(fā)射定向到不同方向(這里指定為_(kāi)2…2)可以通過(guò)置于光 源18(在這種情況下被示為L(zhǎng)ED，但是光源18當(dāng)然可以是任何其他類型)的光束路徑上的 光學(xué)設(shè)備60的機(jī)械運(yùn)動(dòng)(例如旋轉(zhuǎn))來(lái)實(shí)現(xiàn)。所示的光學(xué)設(shè)備可以是例如透鏡或漫射器， 并且可以例如通過(guò)電機(jī)使其運(yùn)動(dòng)?？商鎿Q地，該光學(xué)設(shè)備可以是反射器。光學(xué)設(shè)備的位置 控制光發(fā)射的方向。像在上面描述的燈具14的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的情況中一樣，不僅所示平面內(nèi)的 旋轉(zhuǎn)，而且圍繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)都是可能的。在圖9b中所示的另一實(shí)施例中，照明單元11包括多個(gè)單獨(dú)可控的光源64，其安裝 在公共主體66上，使得它們將定向光發(fā)射發(fā)射到不同的方向。來(lái)自照明單元11的可能的 光發(fā)射的整個(gè)范圍在圖％中被標(biāo)為束型68，并且通過(guò)形成來(lái)自各光源64的光發(fā)射的邊界 而構(gòu)成。可替換地，光發(fā)射可以重疊。提供了控制電路70，其接收關(guān)于來(lái)自照明單元11的光發(fā)射的希望的強(qiáng)度和方向 的輸入命令，并且驅(qū)動(dòng)各光源64以實(shí)現(xiàn)作為得到的總和輸出的希望的發(fā)射。這在沒(méi)有照明 單元11的任何部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)。例如，如果僅希望方向0上的發(fā)射，那么控 制設(shè)備70可以控制光源64，使得它們除了指向“0”方向的中心光源之外都關(guān)斷。類似地， 如果希望光束方向“_2”，那么只有左邊的光源64會(huì)接通。在希望的光發(fā)射介于提供光源 64所在的兩個(gè)方向之間的情況下，例如對(duì)于光方向“-1. 5”，這可以通過(guò)在部分調(diào)暗的狀態(tài) 下操作特定光源64，例如通過(guò)在50%的光貢獻(xiàn)下操作兩個(gè)最左邊的LED來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，照明單元11可以實(shí)現(xiàn)充分的范圍68內(nèi)的定向照明，而無(wú)需任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部 件。
如圖所示，這里示出的光源64優(yōu)選地為L(zhǎng)ED，但是可替換地當(dāng)然可以為其他優(yōu)選 地可調(diào)光類型的光源。同樣安裝在照明單元11處的是超聲裝置，其在所示實(shí)例中為多個(gè)(這里示出4 個(gè))超聲接收器21，也以機(jī)械固定的方式安裝。如上所述，可以處理超聲接收器21接收的超 聲信號(hào)以便確定朝超聲發(fā)射器的相對(duì)取向，該超聲發(fā)射器的信號(hào)在每個(gè)超聲接收器21中 接收。例如，可以使用已知的利用各接收器21處接收的信號(hào)的相位差的陣列處理技術(shù)，例 如 Hamid Krim禾口Mats Viberg在 IEEE Signal ProcessingMagazine, July 1996, pp 67—94 上的論文 “Two Decades of Array SignalProcessing Research，，中所描述的。在這樣確定朝具有超聲發(fā)射器的活動(dòng)控制元件的相對(duì)取向之后，控制設(shè)備70可 以相應(yīng)地控制照明單元11的光源64以指向確定的方向。圖10示出了另一照明系統(tǒng)80，以便以實(shí)例說(shuō)明可以如何控制多個(gè)方向可控照明 單元10、10'。應(yīng)當(dāng)指出的是，可以由電機(jī)接頭控制的所示類型的方向可控照明單元10、 10'具有作為主光源的鹵素?zé)?，具有僅作為實(shí)例而給出的作為第一超聲裝置的兩個(gè)發(fā)射 器，并且當(dāng)然可以由任何另外描述的照明單元、控制光源的方向和類型的方法替換。在如圖10的照明系統(tǒng)80中所示的多個(gè)方向可控照明單元的情況下，源的超聲發(fā) 射中的嵌入的代碼是唯一的。因此，例如第一方向可控照明單元10的左邊的超聲發(fā)射器可 以通過(guò)其嵌入的代碼不僅與相同照明單元的其他發(fā)射器區(qū)分，而且與其他照明單元的所有 其他超聲發(fā)射器區(qū)分。希望控制照明系統(tǒng)80的用戶如下繼續(xù)首先，識(shí)別要首先控制其方向的方向照明單元。這可以例如通過(guò)保持活動(dòng)控制元 件46靠近照明單元的超聲發(fā)射部分來(lái)完成，使得控制元件46現(xiàn)在識(shí)別被發(fā)射以識(shí)別照明 單元的代碼。另一種方法可以是使用識(shí)別可控照明設(shè)備的用戶接口設(shè)備。選擇的照明單元 可以開(kāi)始閃爍，使得用戶能夠識(shí)別當(dāng)前選擇的照明單元。另一種方法是將控制設(shè)備置于光斑的光束上?；诔蓪?duì)的代碼/標(biāo)識(shí)符/信號(hào)的 幅度/相位的差異，設(shè)備可以選擇要控制的燈，例如其中來(lái)自兩個(gè)源的信號(hào)具有最低的相 位/幅度差的燈。在實(shí)現(xiàn)所述選擇之后，將控制元件46置于假定從方向光源發(fā)射的光要對(duì)準(zhǔn)的位 置。然后，用戶啟動(dòng)自動(dòng)控制，使得控制單元44自動(dòng)地調(diào)節(jié)選擇的照明單元10以指向該位置。通過(guò)測(cè)量在控制元件46處接收的信號(hào)中單獨(dú)編碼的超聲發(fā)射的貢獻(xiàn)并且將解調(diào) 的信息傳送到控制單元44來(lái)如上所述實(shí)現(xiàn)控制。在這里，通過(guò)閉環(huán)控制算法基于當(dāng)前的測(cè) 量或者與一組先前的測(cè)量一起計(jì)算照明單元10的希望的方向。將該方向傳送到方向可控 照明單元10，使得照明單元10基于傳送的控制數(shù)據(jù)改變其發(fā)射方向(所述變化可以例如依 照上面描述的實(shí)施例之一來(lái)實(shí)現(xiàn))。重復(fù)上面描述的測(cè)量和調(diào)節(jié)步驟，直到實(shí)現(xiàn)了令人滿意的結(jié)果。在控制單元44內(nèi)，于是依照一定控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，該控制算法在每個(gè)步驟中 得到照明單元10的新方向?？刂扑惴ǖ囊粋€(gè)實(shí)例可以是嘗試一組離散的可能方向并且依 照評(píng)估準(zhǔn)則選擇具有最高分?jǐn)?shù)的方向。其他方法可以基于自適應(yīng)濾波(LMS、RLS算法)或 者本身對(duì)于技術(shù)人員已知的其他最優(yōu)化技術(shù)。
在這樣調(diào)節(jié)了第一照明單元10的方向之后，用戶現(xiàn)在可以繼續(xù)調(diào)節(jié)第二可控照 明單元10'的方向。該照明單元可以定向到相同位置，或者可以使控制元件46運(yùn)動(dòng)以將第 二照明單元10'定向到不同的位置?？商鎿Q地，也可能同時(shí)控制照明系統(tǒng)80中的方向可控照明單元的全部?jī)蓚€(gè)(或者 在另外的可用照明單元的情況下，所有或至少子集)，使得它們?nèi)慷ㄏ虻焦鈱W(xué)傳感器46 的位置。盡管在上面描述的實(shí)例中，僅在2D平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)方向控制，但是所述構(gòu)思當(dāng)然也適 用于3維。在附圖和前面的描述中圖示和描述了本發(fā)明。這樣的圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō) 明性或示例性的，而不是限制性的；本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。存在多個(gè)另外的可能的特征，例如-具有偏移量的光斑對(duì)準(zhǔn)活動(dòng)控制元件在上面的實(shí)例中，示出了可以如何控制照明單元以便正好指向控制元件46。應(yīng)當(dāng) 指出的是，當(dāng)然也可能自動(dòng)地獲得具有預(yù)定的——固定的或可變地選擇的——偏移角的照 明方向。例如，操作者可以選擇調(diào)節(jié)光斑，使得它應(yīng)當(dāng)指向控制元件46的位置以上的預(yù)定 角度，比如10°。_發(fā)射超聲信號(hào)的時(shí)間在前面的正文中，已經(jīng)結(jié)合它們的發(fā)射或接收利于控制的超聲信號(hào)的特殊特征描 述了照明單元和超聲發(fā)射器。當(dāng)然，提供用于照明的希望的照度仍然是照明單元的主要目 的。因此，在已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了控制之后，上面描述的發(fā)射器可以繼續(xù)發(fā)射調(diào)制的超聲信 號(hào)，優(yōu)選地處于操作模式下，其中禁用超聲裝置，直到通過(guò)進(jìn)入新的方向控制模式而重新激 活。事實(shí)上，在具有多個(gè)照明單元的系統(tǒng)中，每個(gè)照明單元的超聲發(fā)射器可以以一定 方式來(lái)操作，使得它們僅當(dāng)其照明單元被特別地選擇用于控制時(shí)才發(fā)射超聲信號(hào)。因此，操 作者可以選擇有限數(shù)量的或者甚至僅僅一個(gè)照明單元以用于控制?？刂茊卧谑菍⒎峙浯?碼給選擇的照明單元的發(fā)射器。這將大大地利于代碼的操作，因?yàn)闉榱擞行У目刂?，代碼需 要是唯一的。如果僅當(dāng)特別地需要時(shí)才因而使用代碼，那么有限數(shù)量的代碼就可以滿足。甚 至可能的是，在多個(gè)照明單元的每一個(gè)中，發(fā)射器具有相同的代碼，如果確保它們不被同時(shí) 操作(控制)的話。-強(qiáng)度和顏色的附加控制通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)，除了照明單元的方向之外，還可能控制光發(fā)射的強(qiáng)度和/或 顏色。這可以在例如位于控制元件46處的用戶接口處手工地完成，或者通過(guò)借助于控制單 元44實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制來(lái)完成。例如，強(qiáng)度根據(jù)照明單元的取向而增大以便在目標(biāo)位置實(shí)現(xiàn) 恒定的光強(qiáng)度。在權(quán)利要求書(shū)中，措詞“包括/包含”并沒(méi)有排除其他的元件，并且不定冠詞“一” 并沒(méi)有排除復(fù)數(shù)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳述特定技術(shù)措施這一事實(shí)并不意味著這 些技術(shù)措施的組合不可以加以利用。權(quán)利要求書(shū)中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)被視為對(duì)范圍 的限制。
權(quán)利要求
方向可控照明單元，包括-用于將光發(fā)射定向到不同方向的裝置(16)-以及包括至少兩個(gè)超聲發(fā)射器和/或接收器單元的第一超聲裝置(20a，20b，21，21a，21b)-其中所述至少兩個(gè)超聲發(fā)射器/接收器單元設(shè)置在所述照明單元處，使得它們?cè)谝韵轮辽僖粋€(gè)方面不同位置，發(fā)射的空間強(qiáng)度分布的方向，發(fā)射的空間強(qiáng)度分布的形狀，接收靈敏度空間分布的方向，或者接收靈敏度空間分布的形狀。
2.依照權(quán)利要求1的單元，其中_所述第一超聲裝置包括至少兩個(gè)超聲發(fā)射器單元(20a，20b)并且所述超聲發(fā)射器單 元可操作來(lái)發(fā)射可區(qū)分的超聲信號(hào)(24a，24b)。
3.依照上面的權(quán)利要求之一的單元，其中-所述用于定向光發(fā)射的裝置包括用于定向所述光發(fā)射的可機(jī)械運(yùn)動(dòng)的元件(14，60)，-其中所述超聲裝置(20a，20b)設(shè)置在所述可運(yùn)動(dòng)元件處以便隨其運(yùn)動(dòng)。
4.依照上面的權(quán)利要求1、2之一的單元，其中-所述用于定向光發(fā)射的裝置包括驅(qū)動(dòng)裝置(70)，該驅(qū)動(dòng)裝置控制面向不同固定方向 的多個(gè)光源(64)以定向得到的總和光發(fā)射(68)，_其中所述總和光發(fā)射(68)通過(guò)控制來(lái)自所述光源(64)的光發(fā)射的相對(duì)強(qiáng)度來(lái)定向。
5.照明系統(tǒng)，包括-至少一個(gè)依照上面的權(quán)利要求之一的方向可控照明單元(10，10')， -包括第二超聲裝置(50)的活動(dòng)控制元件(46)，其中或者所述第一超聲裝置包括至 少兩個(gè)超聲發(fā)射器單元(20a，20b)并且所述第二超聲裝置包括至少一個(gè)超聲接收器單元 (50)，或者所述第一超聲裝置包括至少兩個(gè)超聲接收器單元(21，21a，21b)并且所述第二 超聲裝置包括至少一個(gè)超聲發(fā)射器單元，-以及評(píng)估至少一個(gè)接收器單元(21a，21b，21，50)處接收的信號(hào)的控制裝置(44)，其 中在相同接收器單元(50)處接收的不同發(fā)射器單元(20a，20b)的信號(hào)之間的差異或者由 不同接收器(21，21a，21b)從相同發(fā)射器接收的信號(hào)之間的差異用來(lái)確定所述方向可控照 明單元(10)與所述控制元件(46)的相對(duì)方向，并且根據(jù)所述相對(duì)方向控制所述可控照明 單元(10)的方向。
6.依照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中-所述控制裝置(44)被設(shè)置成控制所述可控照明單元(10)，使得其方向被調(diào)節(jié)成指向 所述活動(dòng)控制元件(46)的位置。
7.依照權(quán)利要求5或6的系統(tǒng)，其中-所述控制裝置(46)被設(shè)置成評(píng)估與所述信號(hào)的相位或幅度中的至少一個(gè)有關(guān)的所 述差異。
8.依照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中-所述第一超聲裝置包括至少兩個(gè)超聲發(fā)射器單元(20a，20b)， -并且所述超聲發(fā)射器單元可操作來(lái)發(fā)射可區(qū)分的超聲信號(hào)(24a，24b)，其中兩個(gè)所 述信號(hào)在所述接收器單元(50)處接收，-其中所述控制裝置(44)被設(shè)置成分析與所述信號(hào)之間的差異有關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)， 其中所述參數(shù)依賴于所述信號(hào)的相位或幅度中的至少一個(gè)，-并且其中所述信號(hào)可通過(guò)使用時(shí)間、代碼和/或頻率多址技術(shù)來(lái)區(qū)分。
9.依照權(quán)利要求5-8之一的系統(tǒng)，其中-所述控制裝置(44)被設(shè)置成僅在所述照明單元(10)的其中要對(duì)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)的方 向控制模式下激活所述第一超聲裝置，-并且在其中對(duì)于照明操作對(duì)調(diào)節(jié)的方向保持恒定的操作模式下使所述第一超聲裝置 失活。
10.控制照明系統(tǒng)的方法，該照明系統(tǒng)包括至少一個(gè)依照上面的權(quán)利要求1-4之一的 方向可控照明單元(10)以及包括第二超聲裝置(50)的活動(dòng)控制元件(46)，其中或者所 述第一超聲裝置包括至少兩個(gè)超聲發(fā)射器單元(20a，20b)并且所述第二超聲裝置包括至 少一個(gè)超聲接收器單元(50)，或者所述第一超聲裝置包括至少兩個(gè)超聲接收器單元(21， 21a, 21b)并且所述第二超聲裝置包括至少一個(gè)超聲發(fā)射器單元，所述方法包括步驟_評(píng)估所述接收器單元(50)處接收的來(lái)自所述發(fā)射器單元(20a，20b)的信號(hào)， -確定在不同接收器單元(21a，21b，21)處從相同發(fā)射器單元接收的信號(hào)之間的差異 或者在相同接收器單元(50)處接收的不同發(fā)射器單元(20a，20b)的信號(hào)之間的差異， _使用所述差異確定所述方向可控照明單元(10)與所述控制元件(46)的相對(duì)方向， -以及根據(jù)所述確定的相對(duì)方向控制所述可控照明單元(10)的方向。
全文摘要
描述了用在照明系統(tǒng)中的方向可控照明單元10。照明單元10的光發(fā)射可以例如通過(guò)使用可機(jī)械運(yùn)動(dòng)的元件14、60來(lái)定向到不同的方向。至少兩個(gè)超聲發(fā)射器20a、20b或者超聲接收器21a、21b設(shè)置在照明單元10處，使得它們?cè)谖恢蒙匣蛘咴诳臻g強(qiáng)度分布或接收靈敏度空間分布的方向或形狀上不同。活動(dòng)控制元件46具有至少一個(gè)相應(yīng)的超聲發(fā)射器或接收器50。在多個(gè)接收器處接收的來(lái)自發(fā)射器的信號(hào)或者在單個(gè)接收器處接收的多個(gè)發(fā)射器的信號(hào)之間的差異用來(lái)確定所述方向可控照明單元10與所述控制元件46的相對(duì)方向，并且根據(jù)所述相對(duì)方向控制所述照明單元10的方向。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101861761SQ200880116194
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者H·T·G·M·彭寧德夫里斯, L·弗里, T·C·W·申克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司