专利名称：Adaptive modulation and data embedding in light for advanced lighting control的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制包括至少一个光源的光源组的光输出的方法，其中光源 组的光输出信号由包括个体(individual)信息的调制信号来调制。进一步地，本发明涉及 一种照明系统，该照明系统包括检测器设备和主控制器，其被设置成根据所述方法控制光 输出。
背景技术：
为了实现照明系统的高级控制，已开发了其中每个光源的光输出由调制信号调制 的设备和方法。该调制信号包括个体信息，例如识别码或关于光源属性的数据等。通过这 样为每个光输出信号提供这种个体信息，可以例如远程检查光源的状态，或有助于识别每 个光源对远程检测的(即在离光源一段距离处检测的)总的光输出的贡献。在现有技术中已知的一个这种照明系统在W02006/111927中公开，其中不同光源 的光强度单独地受到控制。该照明系统包括多个光源、检测器设备和主控制器。每个光源 由驱动信号驱动，驱动信号包括功率信号和调制功率信号的调制信号。调制信号携带信息 内容，而功率信号提供确定光源光强度的基本功率。借助于检测器设备，总的光输出得以远 程检测，并且借助于包括识别信息的个体调制信号，来自各个光源的个体贡献得以识别。进 一步地，每个调制信号包括关于相关联的光源的附加数据，例如状态信息。估计每个光源的 光属性，例如强度。这样获得的信息被发送给主控制器，该主控制器确定光源光输出的任何 必需的调整。调整数据被发送给光源的驱动设备以调整所述功率信号。W02006/111927的已知控制方法和控制设备，以及其他类似的方法和设备不依赖 于照明系统的实际配置。它们对于不同光源的给定装配(setup)不是最优的。典型地，不同 的光源具有到检测器的不同距离、具有不同的光强度并且相对于检测器具有不同的方向。 即使对于大量的光源，还是希望获取检测个体信息和光属性的高可靠性。在现有技术概念 中，这只有通过针对具有最差情况性能的光源进行设计才有可能。这固有地以不必要高的 程度减小了照明系统的调光范围(即在光输出的最低可能强度和最高可能强度之间的范 围)和数据率(datarate)。应当注意，调光范围受到正是由所述调制信号使用的功率的影 响。
发明内容
本发明的目的是提供一种减轻上述现有技术的缺陷的控制方法和设备，并提供用 于优化系统性能的条件。通过如在权利要求1中限定的根据本发明的用于控制光源组的光输出信号的方 法和如在权利要求15中限定的包括检测器设备和被设置成控制光源组的光输出信号的主 控制器的控制系统来实现所述目的。本发明基于这样的见解光输出控制取决于在检测器处执行的测量的质量(例如 可靠性)，以及通过正是调整所述调制信号的属性，可以在以最低可能程度不希望地影响总的光属性的同时获得良好的质量。因此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制由包括至少一个光源的光源 组发射的光输出信号的方法，其中所述光输出信号包括携带个体信息的调制信号，该方法 循环地(recurrently)包括-远程地检测所述光源组的光输出信号；-确定光输出信号的所述远程检测的至少一个质量度量(measure)；和
-基于所述至少一个质量度量来调整调制信号。根据本发明的另一个方面，提供了一种用于控制由包括至少一个光源的光源组 发射的光输出信号的系统，其中所述光输出信号包括携带个体信息的调制信号，该系统包 括-远程检测器设备；-主控制器，其被设置成接收来自检测器设备的被检测的数据；和-光源驱动单元组，其被设置成接收来自所述主控制器的控制数据，其中所述驱动 单元的每一个连接至所述光源的相应(respective) —个；其中-所述远程检测器设备被设置成检测所述光源组的光输出信号；和-所述主控制器被设置成确定所述检测的至少一个质量度量；和-基于所述至少一个质量度量为所述光源驱动单元组生成控制信号，如果必要，所 述控制信号携带调制信号的调整。因此，根据本发明，为了获取或保持期望的光输出信号检测的可靠性，如果必须调 整可靠性，则调制信号同样地被调整。通过使用调制信号作为调节器(moderator)，而不是 像现有技术中那样仅调整功率信号，更容易修改可靠性而没有不利地影响光属性。在此，应 当注意，调整可靠性可能意味着增加或者降低它。例如，为了不以减小的调光范围为代价过 度补偿不足，后者是有利的。另外，在一些应用中，仅对捕获由调制信号携带的信息感兴趣。 而且，当尝试提高检测该信息的可靠性时，仅调整功率信号有时将起不到效果或起到很少 的效果。本方法和控制系统提供了在为检测和控制获取合理条件的同时保持调光范围尽可 能大的机会。光源组可以是一个或若干个光源。在后一种情况中，典型地相同的驱动信号 被馈送至所有光源，这些光源发射包括公共个体信息的光。根据该方法的一个实施例，如在权利要求2中所限定，确定质量度量的步骤包括-估计在所述光源组与进行远程检测的位置之间延伸的传输链路的至少一个性能 参数；和-将所述至少一个性能参数用于所述确定至少一个质量度量。该实施例有益地考虑了传输链路的情况，即光传输和检测发生的环境。根据该方法的一个实施例，如在权利要求3中所限定，所述至少一个质量度量包 括信噪比、被检测的个体光输出信号的信号幅度和被检测的个体光输出信号的噪声等级中 的至少一个。这些是做出质量度量的良好确定的吸引人的参数的实例。根据该方法的一个实施例，如在权利要求4中所限定，所述调整调制信号的步骤 包括调整调制信号的调制深度、频率和强度中的至少一个。这些是为了获得良好效果而要 调整的适当信号属性的实例。调制深度在一些不同的调制技术(例如PWM(脉宽调制))中 是有益的，强度也是这样，它通常是通过调整调制信号的幅度来调整的。
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根据该方法的一个实施例，如在权利要求5中所限定，所述确定质量度量的步骤 包括-确定质量的当前等级；和-比较质量的当前等级和质量的期望等级。这是提供有用质量度量的有益方法，其通过让用户可设置质量的期望等级来附加 地放开了可能的用户影响。根据该方法的一个实施例，如在权利要求6中所限定，所述远程检测光输出信号 的步骤包括从光输出信号提取所述个体信息；并且其中所述确定至少一个质量度量的步骤 包括确定所述个体信息的提取的质量度量。因此，该实施例特别地聚焦于所述检测如何设 法提取由调制信号携带的信息。根据该方法的实施例，如在权利要求7至9中所限定，个体信息被表示为在光输出 信号的每个时间周期(例如工作循环)内的一个或多个比特。然后，所述质量度量可被选 择为与例如在预定时间周期期间不正确地检测的比特数相关，或被选择为不正确地检测的 比特和正确地检测的比特的比率。这提供了使调整调制信号的步骤包括调整在所述时间周 期内的比特数的选项。根据该方法的一个实施例，如在权利要求10中所限定，强调了检测的范围涉及估 计光输出信号的至少一个光属性，以及确定至少一个质量度量的范围涉及确定所述估计的 质量度量。因此，一个或多个光属性的估计(其本身是已知的)也可以是该方法的一部分。根据该方法的一个实施例，如在权利要求11中所限定，限定了除了调制信号外输 出光信号也包括功率信号，功率信号也被调整。该调整可以是确保合适的可靠性等级和/ 或避免光输出信号色点(colorpoint)移位或调光范围减小的一部分，这又涉及将功率信 号调整基于调制信号的调整，如在权利要求12中所限定。根据以下描述的实施例，本发明的这些和其他方面、特性和优点将变得清楚，并参 考这些实施例得以解释。
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中图1示意性地图示了包括根据本发明控制系统的一个实施例的控制系统的照明 系统；图2a和2b示意性地图示了根据本发明控制方法的不同实施例的两种调制技术的 时序图；图3是借助于根据本发明的方法的一个实施例执行的适应过程的功能图。
具体实施例方式参照图1，示例性照明系统包括四组光源1-4，它们被安装在诸如大楼中的房间之 类的结构的天花板5上。每一组由单个光源构成。光源1-4可以是能调光的并提供以在此 描述的方式被调制的能力的任何类型。类型的典型实例是LED光源、荧光灯、高强度放电 灯、白炽灯和卤素灯。它们可以是白色或有色的。为了简单起见，以下称四个光源1-4为灯。 该照明系统进一步包括控制系统，该控制系统包括驱动单元6-9，其中的每个驱动单元与灯
61-4中相应的一个连接，更特别地被安装在其中。该控制系统进一步包括检测器设备10 (以 下也称为检测器)和主控制器11 (以下也称为主设备)。在该实施例中检测器10和主设 备11是分离的物理实体，但可替换地它们也可以是同一个物理实体。检测器设备10与主 控制器11无线通信，主控制器11又与驱动单元6-9无线通信。可替换地，如果在特殊应用 中更合适的话，该通信可以是有线的。检测器10检测来自灯1-4组的总的光输出，即一小部分由每盏灯发射的光撞击在 检测器10的传感器部分12上。如从图1可以理解的，典型地，所述部分的量是有差异的，并 且有时该差异还很大。例如，在图1中，所检测到的源自离检测器10最远的并且附加地相 对于检测器10不利地定向的灯4的光的部分显著地小于源自最近的灯1的光的部分。这 同样适用于所检测的来自不同灯1-4的光强度，其中来自不同灯的光输出的强度同样也有 影响。例如，图1旨在示出左侧的第二灯2比其他灯1、3、4具有更高的强度。如前结合现有技术所述，这样的差异通常或者导致引起灯组光输出的低质量控制 和所接收的个体信息的低可靠性的所检测光的质量的不足，或者导致诸如针对最差情况场 景设计照明系统及其控制系统之类的过度补偿。借助于现在将要更详细地解释和例示的本 方法，以更复杂的方式处理所述差异。每盏灯1-4发射或生成光输出信号。在该实施例中，如图2a示意性所示，驱动单元 6-9中的每一个向相应的光发射元件13-16馈送由功率信号22和调制功率信号22的调制 信号21构成的驱动信号。功率信号是PWM信号。PWM调制被用来设置光输出信号的强度。 功率信号22附加地由调制信号21调制，调制信号21在每个功率信号脉冲的开始处作为短 脉冲被增加。短脉冲表示一个比特。短脉冲的出现表示逻辑“1”，没有它表示逻辑“0”。假 设平均地调制信号的比特的一半为1。为了保持每盏灯1-4的光输出信号的强度不受所增 加的调制信号的功率影响，功率信号22的脉冲宽度因此被减少调制信号21的脉冲宽度的 一半。由此，例如个体光输出信号的光输出等级或调光等级(其为最大输出的百分比输出) 保持不变。调制信号21包含包括识别信息的个体信息，识别信息被表示为1和0的独特组 合的复数个连续比特形式的码。检测器10被设置在希望控制光条件和/或检测个体信息的位置中。被检测的光 包含来自所有四盏灯1-4的贡献，由于独特的个体码，检测器10能够整理出哪个贡献来自 哪盏灯。进一步地，检测器10估计每个个体光输出信号的强度。另外，检测器10为各盏灯 1-4和检测器10之间的所有光路径17-20确定路径性能参数。更特别地，检测器10典型地 确定光路径17-20的信噪比、表示信息比特的个体光输出信号的被检测部分的幅度和正确 地接收的数据比特和不正确地接收的数据比特的比率(例如比特误码率)。路径性能参数 被看作个体信息提取的质量等级。检测器10通过第一控制链路Cl向主设备11发送所有被检测和被确定的数据。主 设备11通过比较从检测器10接收的当前质量等级和存储在由主设备11保存的查找表中 的期望质量等级来确定质量度量。如果该比较揭示在当前的质量等级和期望的质量等级之 间有显著的差异，则主设备11将调整调制信号以使将在随后的检测中确定的质量等级更 接近期望的质量等级。如图2a所示，可依照调制深度(md)(即脉宽)和调制信号的每个脉 冲的幅度(A)来修改调制信号。调制信号21的调制深度和/或幅度的增加也将导致个体 信息的提取质量等级的增加。然而，主设备11考虑调光等级。如果调光等级非常高或非常低，则将不能获得高调制深度。调制信号的调整通过主设备11经由第二控制链路C2向灯 1-4的驱动单元6-9发送用于生成调制信号的控制值来实现。驱动单元6-9生成对应的调 制信号21，并将其馈送给光发射元件13-16。除了所述的调制信号21的属性外，主设备11还决定调制信号21的数据率。如果 个体信息的提取的质量等级足够高，则可以通过在相同的调制信号脉冲持续时间内发送多 个比特来增加数据率。该持续时间将被称为时隙。因此，代替如图2a中的情况一个比特， 如图2b所示可以在每个时隙中传输两个比特。决定调制信号调整后，主设备11于是确定是否也调整功率信号以在检测器10的 位置处维持或获得期望的光强度等级。当主设备11为功率信号22确定控制值时，除了基 本强度要求之外，它还考虑任何影响来自正在讨论的灯的光强度的调制信号的调整。进一 步地，主设备11将考虑该光的颜色以保持它不变。从而，至少在该实施例中，功率信号22 的等级取决于上述所有条件。因此，概括地说，参考图3的功能图或流程图，在本自适应控制中循环执行的步骤 流程为借助于光发射元件13-16在光源1-4中生成光，参见框301 ；借助于检测器设备10 检测光输出，框302中，测量光路径性能和光属性的值并检测个体数据，并将该值发送给主 控制器11，参见框303 ；确定与期望值的偏差，框304 ；确定调制信号和功率信号调整，并将 它们发送给驱动单元6-9，框305 ；生成包括功率信号和调制信号的驱动信号并将该驱动信 号馈送给光发射元件13-16，参见框306。然后该过程在框301处继续。期望的质量等级和诸如强度或色点之类的光属性是预设的，但是对于照明系统用 户来说通过直接向主控制器11输入或通过光源1-4间接输入来改变那些值也是可能的。在 后一种情况中，新的值(s)从驱动单元6-9发送到主控制器11。作为上述查找表的选择或附加，主控制器11采用控制算法。许多不同的已知算法 是适用的，例如基于Kalman过滤器、LMS过滤器或RLS过滤器的算法。应当注意控制链路Cl、C2可以是无线的或有线的，其中优选无线的替代方案。然 而，关于第一控制链路，如果检测器10和主控制器11被设置在同一个物理实体中，则该链 路典型地是硬件的内部部件。以上已描述了根据如在所附权利要求书中限定的本发明的控制方法和控制系统 的实施例。这些应当仅仅被视为非限制性的实例。如技术人员理解的，在本发明的范围内 许多修改和可替换实施例是可能的。例如，在可替换实施例中，数据率的确定基于性能参数的多于一个估计，即共同使 用若干结果(consecutive)估计。进一步地，在可替换实施例中，调制信号通过一个或多个CDMA(码分多址)码。于 是为了增加提取具有低质量等级的光源的个体信息的质量等级，为该光源分配多个CDMA 码。可替换地，CDMA码的长度可增加。这可以如同针对调制信号的其他属性进行的那样自 适应地进行。在方法的可替换实施例中，借助于检测器10来检测光输出信号，通过只测量背景 光来确定质量度量，该质量度量随后被用于调整调制信号。在另一个可替换实施例中，仅调整调制信号和/或远程检测光输出信号的步骤包 括从光输出信号提取个体信息，并且确定至少一个质量度量的步骤包括确定个体信息的所述提取的质量度量。如本领域技术人员所理解的，在如由所附权利要求书限定的本发明的范围内，甚 至用于确定质量度量的参数的其他组合和仅调整调制信号或也调整功率信号的选择是可 能的。应当注意，出于本申请的意图，特别是对于所附权利要求书，词“包括”不排除其他 元件或步骤，词“一”或“一个”不排除复数，这本身对于本领域技术人员来说是清楚的。
权利要求
一种用于控制由包括至少一个光源的光源组发射的光输出信号的方法，其中所述光输出信号包括携带个体信息的调制信号，该方法循环地包括 远程地检测所述光源组的光输出信号； 确定该光输出信号的所述远程检测的至少一个质量度量；和 基于所述至少一个质量度量调整所述调制信号。
2.根据权利要求1的方法，其中所述确定质量度量的步骤包括-估计在所述光源组和进行远程检测的位置之间延伸的传输链路的至少一个性能参 数；和-将所述至少一个性能参数用于所述确定至少一个质量度量。
3.根据权利要求2的方法，其中所述至少一个质量度量包括信噪比、被检测的个体光 输出信号的信号幅度和被检测的个体光输出信号的噪声等级的至少一个。
4.根据权利要求1、2或3的方法，其中所述调整调制信号的步骤包括调整该调制信号 的调制深度、频率和强度的至少一个。
5.根据前述权利要求中任意一项的方法，其中所述确定质量度量的步骤包括-确定当前的质量等级；和-比较当前的质量等级和期望的质量等级。
6.根据前述权利要求中任意一项的方法，其中所述远程检测光输出信号的步骤包括从 所述光输出信号提取所述个体信息；并且其中所述确定至少一个质量度量的步骤包括确定 个体信息的所述提取的质量度量。
7.根据权利要求6的方法，其中所述个体信息被表示为在所述光输出信号的每个时间 周期内的至少一个比特。
8.根据权利要求7的方法，其中个体信息的所述提取的质量度量与不正确地检测的比 特数相关。
9.根据权利要求7或8的方法，其中所述调整所述调制信号的步骤包括调整在所述时 间周期内的比特数。
10.根据前述权利要求中任意一项的方法，其中所述远程检测所述光输出信号的步骤 包括估计所述光输出信号的至少一个光属性；并且其中所述确定至少一个质量度量的步骤 包括确定至少一个光属性的所述估计的质量度量。
11.根据前述权利要求中任意一项的方法，其中所述光输出信号进一步包括由所述调 制信号调制的功率信号，其中所述远程检测所述光输出信号的步骤包括估计所述光输出信 号的至少一个光属性，并且其中该方法进一步包括循环地基于至少一个光属性的所述估计 来调整所述功率信号。
12.根据权利要求11的方法，其中所述调整功率信号的步骤进一步基于所述调制信号 的调整。
13.根据前述权利要求中任意一项的方法，其中所述个体信息包括识别所述光源组的 识别信息。
14.根据权利要求13的方法，其中所述识别信息是至少一个识别码，其中所述调整所 述调制信号的步骤包括调整码长度和调整分配的识别码的数目的至少一个。
15.一种用于控制由包括至少一个光源的光源组发射的光输出信号的控制系统，其中所述光输出信号包括携带个体信息的调制信号，该系统包括 “远程检测器设备；“主控制器，其被设置成接收来自所述检测器设备的被检测的数据；和 -光源驱动单元组，其被设置成接收来自所述主控制器的控制数据，其中所述驱动单元 的每一个连接至所述光源的相应一个； 其中“所述远程检测器设备被设置成检测所述光源组的光输出信号； “所述主控制器被设置成确定所述检测的至少一个质量度量；并且 -基于所述至少一个质量度量为所述光源驱动单元组生成控制信号，如果必要，所述控 制信号携带所述调制信号的调整。
全文摘要
文档编号H05B37/02GK101953232SQ20098010506
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月9日 优先权日2008年2月12日
发明者Tim C W Schenk, Lorenzo F Feri, Yang Hongming 申请人:Koninkl Philips Electronics Nv