用于匹配来自LED照明器的光输出的系统和方法与流程

用于匹配来自led照明器的光输出的系统和方法
技术领域
[0001]
本公开总体上涉及自动照明器，并且更具体地涉及用于匹配来自发光二极管(led)照明器的光输出的方法。


背景技术：

[0002]
具有自动和远程可控功能的照明器(称为自动照明器)在娱乐照明市场和建筑照明市场中是众所周知的。这样的产品通常用于剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其他场所。典型的自动照明器从照明器的摇动和倾斜功能的远程位置提供控制，从而允许操作者控制照明器指向的方向，并且因此控制光束在舞台上或工作室中的位置。通常，这种位置控制是通过在通常被称为摇动和倾斜的两个正交旋转轴线上控制照明器的位置来完成的。许多自动照明器附加地或替代性地从远程位置提供对其他参数的控制，所述其他参数比如为从照明器发射的光束的强度、聚焦、光束尺寸、光束形状和/或光束图案。特别地，通常提供对输出光束的颜色的控制，其可以通过控制二色性滤色器跨光束的插入来提供。


技术实现要素：

[0003]
在第一实施方式中，照明器包括发光二极管(led)光源、光传感器和控制系统。led光源发射光束。光传感器光耦接至led光源，测量光束的强度，并且基于所测量的强度产生强度信号。控制系统电耦接至led光源、非易失性存储器和光传感器。控制系统经由数据链路接收测量命令，该测量命令指示照明器测量led光源的光束的当前强度。控制系统响应于测量命令而从光传感器获得强度信号，将表示强度信号的当前强度数据存储在非易失性存储器中，获得表示led光源的光束的先前测量的强度的先前强度数据，选择指示色以表示当前强度数据小于先前强度数据的量，并且使照明器发射具有指示色的光束。控制系统还经由数据链接接收调整命令，该调整命令具有表示来自led光源的强度减小的光束的总强度减少量。控制系统响应于调整命令而获得表示当前强度数据小于先前强度数据的量的当前减少量，确定总强度减少量是否大于当前减少量，并且当总减少量大于当前减少量时使led光源发射强度减小的光束。
[0004]
在第二实施方式中，照明器包括led光源、光传感器和控制系统。led光源发射光束。光传感器光耦接至led光源，测量光束的强度，并且基于所测量的强度产生强度信号。控制系统电耦接至led光源、非易失性存储器和光传感器。控制系统从光传感器获得强度信号，将表示强度信号的当前强度数据存储在非易失性存储器中，获得表示由led光源发射的光束的先前测量的强度的先前强度数据，选择指示色以表示当前强度数据小于先前强度数据的量，并且使照明器发射具有指示色的光束。
[0005]
在第三实施方式中，照明器包括led光源和控制系统。led光源发射光束。控制系统电耦接至led光源，并且经由数据链路接收调整命令，该调整命令具有表示来自led光源的强度减小的光束的总强度减少量。控制系统响应于该命令而获得表示led光源的全强度光
束的当前强度小于led光源的全强度光束的先前测量的强度的量的当前减少量，确定总强度减少量是否大于当前减少量，并且当总减少量大于当前减少量时使led光源发射强度减小的光束。
附图说明
[0006]
为了更完整地理解本公开，现在结合附图且参照以下简要描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的特征。
[0007]
图1呈现了根据本公开的照明器系统的示意图；
[0008]
图2呈现了根据本公开的用于照明器的控制系统的框图；
[0009]
图3呈现了根据本公开的照明器的包括led光引擎的光学系统的示意图；
[0010]
图4呈现了根据本公开的光测量过程的框图；
[0011]
图5呈现了根据本公开的照明器的系统，其中，每个照明器均指示光输出；
[0012]
图6呈现了根据本公开的光调节过程的流程图；以及
[0013]
图7a和图7b呈现了根据本公开的照明器的系统。
具体实施方式
[0014]
在附图中示出了优选实施方式，相同的附图标记用于指代各个附图的相同和对应的零部件。
[0015]
图1呈现了根据本公开的照明器系统10的示意图。照明器系统10包括根据本公开的多个照明器12。照明器12各自包含颜色改变系统、光调制装置、以及用来控制照明器12的头部的方向的摇动和/或倾斜系统中的一者或更多者，以及板载光源。如参照图2更详细地描述的，用以控制照明器12的参数的机械驱动系统包括联接至控制系统的马达或其他合适的致动器，该控制系统构造成控制马达或其他致动器。
[0016]
除了直接或通过配电系统连接至市电之外，每个照明器12的控制系统还通过数据链路14以串联或并联的方式连接至一个或更多个控制台15。在由操作者致动时，控制台15经由数据链路14发送控制信号，其中，控制信号由照明器12中的一个或更多个照明器的控制系统接收。照明器12中的一个或多个照明器的接收控制信号的的控制系统可以通过改变接收照明器12的参数中的一个或更多个参数来响应。控制信号由控制台15使用dmx-512、art-net、acn(用于控制网络的架构)、流式acn、或其他合适的通信协议发送至照明器12。
[0017]
照明器12可以包括步进马达，用以为内部光学系统提供运动。这样的光学系统的示例包括遮光罩轮、效果轮和颜色混合(或其他颜色改变)系统、以及棱镜、虹膜、快门和透镜移动系统。
[0018]
一些照明器12包括基于led的光源，该光源设计成通过安装在照明器12中的光学系统对光进行定向和引导。led光源连同相关联的准直和引导光学器件在本文中称为光引擎。一些led光引擎包括单一颜色的led，比如白色。其他led光引擎包括一系列颜色的led，每个led的亮度或者每种颜色的led可单独控制，以提供led输出的加性混合。
[0019]
在这样的光引擎中使用的一些led在led的寿命期间容易损失光输出(或光强度)。如本文所使用的，“光输出”意指光束强度的测量，比如与勒克斯、尺烛光或坎德拉成比例的测量。时间、温度和操作条件是可能影响光输出损耗速率的一些因素。即使所有照明器同时
进入使用，重度使用的照明器中的led仍可能比相同系统中的其他更轻度使用的照明器中的led更快地损失光输出。
[0020]
led照明器可以在制造时被校准，使得每个照明器的光输出基本上相同，例如在5％的允许公差内。然而，当照明器经历不同的使用模式时，它们的光输出可能以不同的速率减小(或劣化)，并且随着时间的推移，照明器的光输出将不再是基本上相同的。光输出的这种差异对于系统的使用者可能变得可见，但是使用者难以确定要对各个灯具的命令强度做出什么改变以补偿光输出的差异。在一些照明器系统中，通过反复试验来确定这样的变化，或者单独地测量和记录每个灯具的光输出。根据本公开的照明器系统10使得使用者能够更容易地确定来自系统中的照明器中的每个照明器的光输出的减少量，并且另外地调节来自照明器中的一些或全部照明器的光输出，使得它们更紧密地匹配。
[0021]
图2呈现了根据本公开的用于照明器12的控制系统(或控制器)200的框图。控制系统200适合于与根据本公开的led光引擎和其他系统一起使用。控制系统200还适合于控制照明器系统10的其他控制功能。控制系统200包括电耦接至存储器204的处理器202。处理器202由硬件和软件实现。处理器202可以被实现为一个或更多个中央处理单元(cpu)芯片、核(比方说例如，多核处理器)、可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)和数字信号处理器(dsp)。
[0022]
处理器202进一步电耦接至通信接口206并与该通信接口206通信。通信接口206耦接至数据链路14，并且通信接口206配置成经由数据链路14进行通信。处理器202还经由控制接口208耦接至一个或更多个传感器、马达、致动器、控制器和/或其他装置，所述一个或更多个传感器、马达、致动器、控制器和/或其他装置可以控制遮光罩轮、效果轮和颜色混合(或其他颜色改变)系统、以及棱镜、光圈、快门和透镜移动系统中的一者或更多者。在照明器12中，产生表示由光传感器测量的光强度的模拟或数字信号的光级度传感器通过控制接口208电耦接至处理器202。处理器202进一步电耦接至led光引擎300并与led光引擎300通信。处理器202配置成经由通信接口206从数据链路14接收控制信号，并且配置成作为响应控制led光引擎以及照明器12的其他机构。
[0023]
led光引擎300还可以包含类似于控制系统200的控制系统，并且led光引擎300配置成从处理器202接收信号和向处理器202发送信号。在其他实施方式中，led灯引擎300可以包括通过一个或更多个串行链路和/或数据总线通信地耦接至处理器202的电子电路。
[0024]
控制系统200适合于实现如本文中公开的过程、模块控制、led亮度控制和其他功能，这些过程、模块控制、led亮度控制和其他功能可以被实现为存储在存储器204中并由处理器202执行的指令。存储器204包括一个或多个磁盘和/或固态驱动器，并且可以用于存储在程序执行期间读取和写入的指令和数据。存储器204可以是易失性和/或非易失性的，并且可以是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、三进制内容可寻址存储器(tcam)和/或静态随机存取存储器(sram)。类似地，led灯引擎300可以包含处理器和存储器，处理器和存储器至少包括可写非易失性存储器比如闪存并且在移除电力时保留其内容。
[0025]
图3呈现了根据本公开的照明器12的光学系统350的示意图。光学系统350包括根据本公开的led光引擎300(或其他led光源)。led光引擎300包括安装在基板302上的多个led发射器304。led光引擎300还包括电连接器308，电连接器308配置成向led发射器304供电并且发送和接收数据。在一些实施方式中，电子电路306安装在基板302上。在一些这样的
实施方式中，电子电路306包括处理器、非易失性存储器和逻辑部件。在这样的实施方式中，参照图2所描述的控制系统200适合用作电子电路306。在一些实施方式中，led光引擎300包括电耦接至电子电路306的近通信(nfc)模块310。nfc是用于短距离、低功率无线通信的标准协议，并且可以在诸如蜂窝电话之类的装置中得到支持。
[0026]
led光引擎300还包括光学装置314，光学装置314配置成接收由led发射器304发射的光束312a并且发射经修改的光束312b。在一些实施方式中，光学装置314包括准直和均匀化系统、以及光学系统，所述光学系统比如为遮光板、虹膜、色轮、成帧快门、可变焦透镜系统、和其他适用于剧院照明器的光学装置。在光学系统是投影光学系统的实施方式中，经修改的光束312b在离开照明器之前穿过投影透镜系统316。
[0027]
在经修改的光束312b中在位置318a处定位有光传感器318，在位置318a处，光传感器318光耦接至led光引擎300，并且配置成测量与从led发射器304输出的当前光成比例的光级度。在其他实施方式中，光传感器318可以定位在光束312a中。在一些实施方式中，光传感器318配置成仅测量其所位于的光束的部分的光级度(或光强度)。
[0028]
在其他实施方式中，光传感器318配置成测量光级度和光谱颜色信息。在一些这样的实施方式中，光传感器318包括分光光度计。在其他这样的实施方式中，光传感器318包括多个光传感器，每个光传感器均由使所选择的色带的光通过的滤色器覆盖。这样的色带可以根据包括led光引擎300的led的颜色来选择。在这样的实施方式中，光传感器318不仅测量其所位于的光束的物理部分，而且还测量其被过滤的光束的光谱部分。
[0029]
在一些实施方式中，光传感器318安装在诸如臂或轮的机构上，该机构配置成使光传感器318移动至位置318b，在该位置318b处，光传感器318不在经修改的光束312b的范围内。在其他实施方式中，光传感器318安装至光学装置314中的一个光学装置，比如棱镜，并且构造成使得当棱镜插入经修改的光束312b中时光传感器318也是如此。
[0030]
在一些实施方式中，光传感器318电连接且通信地连接至照明器12的控制系统200。在其他实施方式中，光传感器318电连接且通信地连接至led光引擎300的电子电路306。
[0031]
图4呈现了根据本公开的光测量及指示过程400的框图。根据本公开的照明器12配置成确定照明器12的光输出从开始产生起减弱的量，并且通过从照明器发射的光束的临时颜色来用信号指示减弱的量。根据本公开的这种照明器还可以配置成将照明器的光输出调整至低于照明器能够输出的水平。
[0032]
在步骤402中，照明器12的控制系统200的处理器202经由数据链路14接收测量命令，该测量命令指示照明器12执行光级度读取。响应于测量命令，处理器202首先获得由光传感器318产生的强度信号，该信号表示由led光引擎300发射的光束的强度。
[0033]
在步骤404中，处理器202将光传感器318移动到光束中，如参照图3所描述的。一旦光传感器318就位，则在步骤406中，处理器202从光传感器318接收与光束的强度有关的测量信号。在步骤408中，在从光传感器318接收到测量信号之后，处理器202将光传感器318从光束移出。如参照图2所描述的，在一些实施方式中，从光传感器318接收的信号是数字信号。在其他实施方式中，该信号是在控制接口208中进行数字化的模拟信号。
[0034]
在步骤410中，处理器202将表示光束的当前强度的当前强度数据(如由光传感器318测量的)存储在led光引擎300的电子电路306的非易失性存储器和/或控制系统200的存
储器204的非易失性存储器中。在步骤412中，处理器202将当前强度数据与表示led光引擎300的先前测量的光输出(或标称光输出)的先前强度数据进行比较。这样的先前的测量可以在将led光引擎300在工厂中首次安装到照明器12中时或者在随后的校准过程中已被执行。标称光输出也存储在led光引擎300的非易失性存储器中。在步骤412中，处理器202还计算测得的光输出相对于led光引擎300的已存储的标称光输出的减少。
[0035]
在本文公开的实施方式中，计算出的减少表示为光输出的百分比下降(或减少)。在其他实施方式中，减少量可以以诸如流明、勒克斯、尺烛光或坎德拉之类的光强度或照度为单位表示。
[0036]
在其中led光引擎300包括发射多种颜色的光的led并且光传感器318包括分光光度计或多个滤光传感器的照明器12的实施方式中，在步骤406中获得的测量值可以包括多个测量值，所述多个测量值指示来自led的光输出，该led具有共同颜色或具有处于颜色光谱范围内的颜色。在这样的实施方式中，在步骤412中计算出的测得的光输出的减少可以基于多个测量值中的所有测量值来计算，或者可以仅基于经历光输出的最大减少的颜色或颜色范围来计算。
[0037]
在一些实施方式中，步骤412包括处理器202，该处理器202存储与测得的光输出的计算出的百分比下降有关的数据。数据可以存储在led光引擎300的电子电路306的非易失性存储器和/或控制系统200的存储器204的非易失性存储器中。
[0038]
在步骤414中，处理器202选择指示色以表示测得的光输出的计算出的减少量——在该实施方式中为测得的光输出的计算出的百分比下降。例如，在一些实施方式中，将指示色蓝色分配给其光输出下降5％或更少的照明器，将指示色绿色分配给其下降在5％与10％之间的照明器，将指示色橙色分配给其下降在10％与20％之间的照明器，并且将指示色红色分配给其下降在20％与30％之间的照明器。应当理解的是，这些指示色和范围仅是示例，并且可以将任何指示色分配给任何百分比范围。另外，在其他实施方式中，范围可以具有与所公开的实施方式中的范围不同的大小。例如，在一些实施方式中，范围可以是0至2％、3％至4％、5％至6％等，或者是0至5％、6％至10％、11％至15％等。
[0039]
在步骤414中，处理器202还启用光学设备314的颜色机构，以使照明器12发射选定指示色的光束。在其中led光引擎300包括一系列颜色的led的实施方式中，处理器202命令电子电路306向led发射器304区别地供电以生成选定指示色的光。在一些实施方式中，在步骤414中，处理器202还启用照明器12的摇动和/或倾斜机制，以使光束从照明器12以预定的(或用户选择的)方向发射，比如笔直向下地发射到舞台或地板上，以便使用户更容易识别颜色。
[0040]
图5示出了根据本公开的照明器的系统500，每个照明器指示照明器的led光引擎300在执行参照图4所述的光测量及指示过程400之后的光输出。照明器502、504、506和508分别向下指向舞台并投射光束512、514、516和518。照明器502投射蓝色光束512，蓝色光束512向用户指示照明器502的光输出具有在标称光输出的5％以内的下降。照明器504投射绿色光束514，该绿色光束514向用户指示照明器504的光输出具有在标称光输出的5％与10％之间的下降。照明器506投射橙色光束516，该橙色光束516向用户指示照明器506的光输出具有在标称光输出的10％与20％之间的下降。并且，照明器508投射红色光束518，该红色光束518向用户指示照明器508的光输出具有在标称光输出的20％与30％之间的下降。用户可
以从光束512、514、516和518的颜色中确定哪些照明器最亮，并且哪些照明器的输出损失最多。
[0041]
使用该信息，用户可以将光输出下降较大的照明器移动到系统500中用户认为对表演的性能不太关键的位置。替代性地，用户可以用系统500中当前未使用的具有较高光输出的照明器来替换光输出下降较大的照明器。用户可以附加地或替代性地使用下面描述的光调整过程600。
[0042]
图6示出了根据本公开的光调整过程600的流程图。根据本公开的照明器12配置成从控制台15接收调整命令(如下面参照图7a和7b更详细地描述的)并且根据在接收到的调整命令中指定的调整量来调整照明器12的led光引擎300的光输出。调整量是指定光输出相对于led光引擎300的在出厂校准时的标称光输出的总减少数据。
[0043]
在步骤602中，照明器12的控制系统200的处理器202经由数据链路14接收调整命令信号。调整命令包括控制参数值。在步骤604中，处理器202确定接收到的控制参数是清除标志数据，还是指定总减少量以将led光引擎300的光输出相对于其出厂时的标称光输出减少的调整参数。清除标志数据可以是单个位，也可以是多位数据值。如果接收到的控制参数是清除标志，则在步骤606中，处理器向led光引擎300发送以全(或未减少的)光输出进行操作的命令，并且清除存储在led光引擎300和/或控制系统200中的任何其他减少量。
[0044]
在步骤608中，处理器202通过将led光引擎300的最新测得的光输出与led光引擎300的在出厂校准时的标称光输出进行比较来计算led光引擎300的光输出的当前百分比下降。在其中与先前计算的百分比下降有关的数据存储在非易失性存储器中的实施方式中，可以通过从这种非易失性存储器中读取而不是通过重新计算来获得当前百分比下降。
[0045]
同样在步骤608中，处理器202将调整命令的调整参数中指定的总减少量(或总减少数据)与led光引擎300的光输出的当前百分比下降进行比较。在步骤610中，如果总减少量指定的减少大于led光引擎300的光输出的当前百分比下降，则处理器将调整参数中指定的总减少量存储在led光引擎300的非易失性存储器和/或控制系统200中。
[0046]
如将参照图7a和图7b更详细地说明的，总减少量是由用户选择的光输出，使得照明器12中的执行光调整过程600的至少一些照明器将能够以指定的减少的输出级度发射光。在步骤612中，如果在调整参数中指定的总减少量指示的减少大于led光引擎300的光输出的当前百分比下降，则处理器202计算led光引擎300必须将其超出其光输出的当前百分比下降的光输出减少以达到调整参数中指定的总减少量的额外减少量。如果总减少量指定的减少小于led光引擎300的光输出的当前百分比下降，则不需要额外减少量。
[0047]
同样在步骤612中，处理器202通过向led光引擎300发送命令信号使led光引擎300将其光输出进一步减少额外减少量(如果有的话)。在一些实施方式中，处理器202进一步使led光引擎300将表示额外减少量(如果有的话)的数据存储在非易失性存储器中。在这样的实施方式中，通过将数据存储在非易失性存储器中或者通过发送单独的命令信号，处理器202还使得led光引擎300每次在照明器12从断电状态上电时继续将其光输出减少额外减少量(如果有的话)，直到在步骤606中处理器202接收到调整命令中的清除标志并且命令led光引擎300返回至全功率为止。
[0048]
在一些实施方式的步骤610中，处理器202将在调整命令的调整参数中指定的总减少量存储在led光引擎300的电子电路306的非易失性存储器和/或控制系统200的存储器
204的非易失性存储器中。在这样的实施方式中，当执行光测量及指示过程400时，处理器202执行额外步骤：检索已存储的总减少量，基于光输出的新测得的当前百分比下降来重新计算达到总减少量所需要的额外减少量(如果有的话)。在这样的实施方式中，处理器202还使led光引擎300将其光输出进一步减少该新计算出的额外减少量(如果有的话)，将表示该新计算出的额外减少量的数据存储在非易失性存储器中，并且每次照明器12从断电状态上电时继续将其光输出减少此额外减少量(如果有的话)，直到在步骤606中通过接收到调整命令中的清除标志来命令照明器12返回至全功率为止。在这样的实施方式的步骤606中，处理器202另外清除存储在非易失性存储器中的总减少量。
[0049]
图7a和图7b展示了根据本公开的照明器702、704、706和708的系统700。在图7a中，照明器已经执行光测量及指示过程400并且正在指示其光输出。在图7b中，照明器已经执行光调整过程600并且正在指示其新的经调整的光输出级度。
[0050]
在图7a中，照明器702、704、706和708已接收到测量命令并且执行参照图4描述的光测量及指示过程400。照明器702、704、706和708此时向下指向舞台并分别投射光束712、714、716和718。光束的指示色表明，照明器702和706的输出下降在其标称光输出值的5％内，照明器704的输出下降在5％与10％之间，并且照明设备708的输出下降在10％与20％之间。
[0051]
通过观测光束的指示色，系统700的用户能够确定照明器708的光输出减少了10％至20％。响应于该确定，并非根据照明系统中的照明器的光输出对照明器重新定位，而是如上所述地用户可以使系统700中的一些照明器根据需要减少其光输出，以便使照明器708的输出更密切地匹配。
[0052]
为了获得该结果，用户通过数据链路14发送带有调整参数的调整命令，该调整参数要求所有照明器调整其输出以产生减少的光输出，如上文参考光调整过程600所描述的。调整命令中指定的调整参数值可以是10％、15％、20％或者用户认为会将灯具之间的光输出的可见差异减少至可接受量的任何其他选定值。照明器702、704、706和708中的每个照明器基于其当前测得的光输出来对该命令进行响应。在图7b所示的场景中，指定的调整参数为20％，并且每个灯具将其当前光输出与标称光输出的20％下降进行比较，并且在其各自的光输出中引入下述下降：该下降被选定成使光输出相对于标称光输出产生整体20％的下降。
[0053]
在图7a和图7b所示的场景中，响应于调整命令，由于照明器708的光输出已经降低了10％至20％，因此照明器708的输出没有任何变化。照明器704已经通过将其输出从其当前的10％的下降减少至20％的下降而响应，并且照明器702和706已经通过将其输出从其当前的5％的下降减少至20％的下降而响应。该调整过程导致图7b中所示的配置，其中，所有照明器702、704、706和708产生的输出具有更密切匹配的光束强度722、724、726和728。
[0054]
在一些实施方式中，在执行光调整过程600之后，照明器重新执行光测量及指示过程400。在这样的实施方式中，图7b中所示的指示色表示如在调整命令中指定的调整参数的应用之后测得的——而不是在调整参数的应用期间计算出的——照明器的减少的光输出。
[0055]
在参照图7a和图7b描述的场景中，在执行光测量及指示过程400之后，用户已决定光输出的10％至20％的减少仍然为照明性能提供可接受的照明级度，并且已经执行光调整过程600。在另一种场景中，一个或多个照明器的光输出可以低到使得用户选择不将所有其
他照明器降低至该级度。在这种场景中，用户可以结合上述两种策略：(i)执行光测量及指示过程400，(ii)更换系统中的光输出最低的灯具，(iii)重复光测量及指示过程400，以及(iv)当与灯具相匹配的所需的光输出减少量可用时，执行光调整过程600。
[0056]
尽管在本文中仅描述了本公开的一些实施方式，但是受益于本公开的本领域技术人员将领会的是，可以设计出不背离本文的公开内容的范围的其他实施方式。尽管已经详细描述了本公开，但是应当理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种变型、替换和替代方案。