CN102405689B - 用于无线控制照明元件的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开照明技术，包括使用二维控制信号的光发送以操控照明元件的系统、装置以及方法。该照明装置可以包括具有红外LED阵列的投影器以将像素信息无线发送到目标空间上。该像素信息控制目标空间内的照明元件。该二维控制信号可以包括对应于控制阵列中的照明元件的子区域。该照明元件可以是包括红外和/或可见波长的所期望波长的光。在示例性实施例中LED可以用作光源。

Description

用于无线控制照明元件的方法及系统

相关申请 

本申请要求享有2009年4月20日提交的美国申请No.12/426531的权益。每一个在先申请的全部内容均以引用的方式纳入于此。 

技术领域

本公开涉及照明控制装置以及相关方法。更具体地，照明控制装置可以使用并且发送无线控制信号以操作和控制远程照明元件。 

背景技术

诸如灯泡和发光二极管（LED）之类的照明元件的控制一直是照明设计中重要的因素。在任何照明的实施中都期望快速和有效地操控照明元件。当前，控制照明元件的方法包括硬接线控制单独的照明元件。 

涉及几乎所有照明装置的另一个设计是控制照明行为。在照明元件用于各种功能时，例如发出彩色光，间断定时发光或其他方式，设计人员可以开发用于控制这些光学特性的方案。而且，目前的方法包括硬连线控制每一个照明元件以管理光学特性。 

涉及大多数照明装置的一个设计是功率损耗和控制。设计人员正在日益转变到替代设计来控制照明元件的功率使用，这最终有助于消费者降低运行成本。例如，一个替代设计在于实现在没有活动触发运动传感器的时间段后自动关闭照明开关。类似地，远程控制照明元件是打开和关闭照明元件的另一个方法。 

设计人员的另一个关注在于空间内照明元件的移动性。在某些应用中，照明元件不是固定的，并且系统需要控制移动的照明元件的光学特性。如果照明系统用于在空间内照明不同的区域，则最优的系统操作会要求该系统内的照明元件是移动的，同时保持控制它们的光学特性。例如，在舞台照明中，常规地操控照明分布，以使得照明元件必须移动，同时保持控制 它们的光学特性。 

鉴于这些考虑，期望有效地无线控制照明元件及其光学特性。期望通过控制照明元件以有助于减少功率损耗的系统和方法。照明元件的高速、有效的无线控制在需要远程控制照明元件的光学行为的某些照明实施中是有吸引力的特征。而且，移动照明元件的无线控制也是照明装置和方法所期望的特征，从而允许用户容易地操控待照亮空间内的照明分布。 

发明内容

本公开涉及提供照明元件的无线控制的照明装置。更具体地，本公开描述用于发送的投影器系统和用于接收光控制信号以操控模块上的照明元件的模块。投影器可以将两维控制信号发送到目标空间以控制该目标空间内的照明元件。 

根据本发明的一方面，提供了一种无线接收二维光控制信号以控制多个照明元件的方法，所述方法包括：使用多个反应模块，从投影器接收投射在其位置上或投射到其位置的二维光控制信号，每个反应模块包括光接收器和照明元件，该投影器包括一透镜，其中所述接收的二维控制图象包括多个光源的一阵列的多个子图像，每一个子图像与一个光源相对应；将所述二维光控制信号转换成多个数字信号；将所述多个数字信号解码成用于控制所述多个反应模块的这些照明元件的多个指令；将一指令相应地发送到所述多个反应模块的各照明元件；以及根据所述多个指令控制所述这些照明元件。 

根据本发明的另一方面，提供了一种反应模块系统，用于接收、解译、以及实现二维控制信号，所述反应模块系统包括：多个光接收器，每一个光接收器配置成接收投射在其位置上或投射到其位置的二维控制信号的一部分，并且产生检测的控制信号，其中该二维控制信号包括多个光源的一阵列的多个子图像，每一个子图像与一个光源相对应；多个照明元件，每一个照明元件连接到所述多个光接收器中相应的一个；以及多个计算单元，每一个计算单元连接到一光接收器和一照明元件，其中每一个计算单元配置成将所述检测控制信号转换成用于控制连接至其的所述照明元件的指令。 

在一个实施例中，投影器系统可以时间复用地发送控制图像以连续地将二维控制图像发送到一个或多个目标空间上和通过该目标空间。该投影器系统可以包括红外（IR）发光二极管（LED）的阵列以光发送二维控制图像。投影器系统还可以包括一个或多个简单透镜以放大和指向控制图像。 

在实施例中，用于接收光控制信号的模块可以接收红外信号。在替代实施例中，由用于接收光控制信号的模块控制的照明元件可以包括LED。 

应该理解，尽管在本申请中描述了某些实施例/方面，而对于本领域技术人员根据本公开，从以下具体描述中，其他实施例/方面将变得显而易见，其中通过说明的方式展示和描述示例性实施例。该技术可以具有其他不同的实施例，并且其细节可以以各种其他方式来修改。因此，附图和详细描述实质上是作为说明性的，而并非限制性的。 

附图说明

通过以下描述并在结合附图一起来阅读时可以更加充分理解本公开的各个方面和实施例，这在实质上应理解为是说明性的，而非限制性的。附图不必按比例绘制，相反重点在于本公开的原理。在附图中： 

图1示出无线信号投影器的实施例； 

图2所示为将图像转换成控制信号图像的方法的流程图； 

图3示出反应模块的实施例； 

图4所示为控制反应模块上的照明元件的方法的流程图； 

图5示出根据本公开示例性实施例的照明装置的实施例； 

图6示出图5的实施例的替代视图；以及 

图7至图14示出根据本公开的反应照明模块的不同应用。 

尽管在附图中示出某些实施例，然而在本领域的技术人员可以理解所示出的实施例是说明性的，并且所示实施例的变型及在此描述的其他实施例在本公开的范围内可以预见并可实施。 

具体实施方式

本公开总体上涉及用于照明元件的无线控制的方法和装置。更具体地，所公开的照明装置和方法使用投影器将控制信号作为一个或多个投影图像 无线传送至包含反应模块（接收器）的空间上或通过该空间，该反应模块包括照明元件。通过这种技术无线地发送控制信号，可以远程、快速、有效地操控照明元件。而且，可以基于照明元件的位置，而并非它们的身份（identity）来控制它们。所公开的技术可以包括用于无线地发送控制信号的投影器和用于接收那些命令的一个或多个反应模块。 

一般而言，本公开的一个实施例构想使用控制信号的二维投影图像来无线控制任何照明元件。如下面进一步描述的，投影图像的类似像素部分可以表示发送到包含一个或多个反应模块的目标空间或该目标空间上的不同控制信号。在示例性实施例中，投影器用于将二维控制图像投射在三维空间或体积上或通过该三维空间或体积，以由反应模块接收。投影器可以包括配置成以所需形状的阵列光发送二维控制图像的多个光源或元件。因为投影器可以利用多个光源，因此投影控制图像可以包括子图像，其中每一个子图像与一个光源相对应。通过控制（例如，调制）阵列中单独的光源或元件，子图像的作用就像投影控制图像的像素。 

如下面进一步详细描述的，投影图像可以用于将控制信号有效地发送到反应模块（其包括照明元件），该反应模块位于投射有控制图像的空间或体积内，例如音乐会的观众区、听众席等。因此，包围在投射有子图像的目标空间内的反应模块由包含在子图像中的接收控制信号来控制。在这样的实施例中，照明元件并不是由它们各自的模块来控制，而是由它们相对于投影控制图像的位置以及投影器内其每个光源/元件的所包含图像（“像素”）来控制。例如，在音乐会上，可以控制由单独听众成员佩戴的反应模块上的照明元件，以使得听众作为一个整体能够用于显示图像或图案。 

现在参照图1，示出用于实施所公开的照明装置的投影器10的实施例。该投影器10包括电路板12、红外（IR）LED14的阵列，以及用于投射控制信号图像18的透镜系统16。投影器10提供待投射到目标空间或区域上的光控制图像。该光控制图像由阵列中布置的每一个单独的红外LED来表示。一个或多个红外LED可以用作控制图像中的“像素”，并且可以发送控制信号以控制接收器。在一个实施例中，如下面进一步详细描述的，对每一个像素的控制信号通过例如合适的脉宽调制技术进行脉冲编码。因为可能需要投影器对于不同的应用覆盖不同尺寸的面积，例如不同的音乐会， 因此，可以选用不同焦距的投影器镜头；也可以使用变焦光学装置。在一些实施例中，可以使用红外灵敏摄像头（或其他红外观察设备）来监视/观察由投影器照射的区域。本公开的各种实施例可以使用大致750nm与1micron之间的红外波长，尽管在本公开的范围内也可使用其他波长，包括例如中长波红外和/或可见光。本公开的示例性实施例可以使用采用大约850nm或大约940nm的峰值输出波长进行操作的红外LED。 

在使用红外LED进行无线传输的实施例中，阵列中的每个红外LED14由单独的驱动电路来驱动，以使得每个红外LED14可以发出独立于并且区别于阵列中其他红外LED14的信号。预期的实施例允许在每个红外LED，或“像素”处同时发送不同的控制信号。可选择地，阵列中的每个红外LED14可以连续地发送控制信号，以使得通过红外LED在其自身的时隙中驱动控制信号，即以时间复用的方式。例如，在时间复用的实施例中，可以通过红外LED阵列14一次一个像素，在预定的时隙中传输控制图像。该实施例的一个优点在于减少发送信号的信噪比：如果所有红外LED在同一时间发送，则总体光眩光（optica lglare）将相当大地减少该信噪比。在时间复用示例中，在40×50“像素”的情况下，将需要2000个时隙。如果在以10Hz的速率刷新图像，那么每个时隙将具有1/2000×100ms=50μs的长度。而且，在这个示例中，如果每个像素控制信号是位编码脉冲数据流并且该脉冲数据流以10位ASCII格式编码，那么比特率将必须稍微高于5μs。因此，在本示例中，1μs脉冲率将对于每个帧允许五倍过采样。 

在使用红外作为无线传输模式的实施例中，通过一个或多个LED驱动电路以及一个或多个红外LED产生控制图像。在一个非限定性示例中，这些红外LED可以是Sharp红外发光二极管或LG电子设备。红外LED14可以直接安装在印刷电路板（PCB）12上。 

通过透镜系统16发送产生的控制图像。结合或者替代这样的透镜系统16或透镜的组合，可以使用诸如反射镜的其他合适的光学元件用于投射该控制图像。透镜系统16可以包括一个或多个透镜以有效地指引、投射和/或放大控制图像至包围着反应模块的空间上。在示例性示例中，透镜系统16可以包括诸如由Pentax或Minolta提供的标准的市售透镜，这些标准的市售透镜配置成放大光源（例如，LED）阵列的图像。如果需要也可以校 准投影图像。因为需要投影器可以覆盖不同区域，因此可以使用各种透镜以改变焦距、放大率或其他调节。以该方式，可以将控制图像投射至目标空间上或通过该目标空间。对于示例性实施例，投影器透镜系统可以是任何具有正（+）屈光度值的简单透镜。透镜系统可以是简单的放大镜（一个双凸或平凸配置的无涂层透镜）。使用对控制图像使用产生模糊效果的透镜，该效果可以用于填充投影图像的像素之间的区域。 

现在参照图2，流程图20示出一种产生要发送到目标空间上显示的图像的方法。首先，照明装置的操作员选择用于投射到空间上的图像22。例如，图像22可以是例如来自于电视、视频摄影机、DVD播放器、或蓝光播放器的视频的快照。该图像也可以是照片或任何图案。因此，(例如视频的)任何帧、图案、照片、其它图像、或序列可以通过反应模块播放它来“投射”到空间上，下面将进一步详细描述。 

接下来，图像22被数字化24成像素信息。可以使用PC视频卡来实现这一数字化以产生预定的或期望分辨率的数字图像。该像素信息描述图像22的相应像素的特征和特性，例如颜色、亮度、强度或其他。然后，像素信息被编码26成用于投射的控制信号图像。CPU可以执行这样的编码。在一个实施例中，可以通过发送位信息作为脉冲流来实现编码过程。在40×50像素图像的示例中，将产生2000个数据元素，并且每个元素可以编码为8位ASCII字符。 

各对应于原始图像22中的像素的控制信号共同构成投射在目标空间上或通过目标空间的控制图像。在示例性实施例中，图像22可以数字化为具有与投影器阵列，例如图1中示出的红外（IR）LED14阵列中的照明元件的数量匹配（或几乎匹配）的像素分辨率。 

然后，可以将每个控制信号发送28到红外LED阵列14中的其相应的红外LED。如流程图20所示，通过时钟化28每个控制信号到用于阵列14中的每个红外LED的合适的驱动电路来实现这一发送。 

图3示出一个示例性反应模块30。该反应模块30包括检测器32、计算单元34、照明元件36、以及电源38。在一个实施例中，投影图像18无线发送到包围反应模块30的目标空间，其中投影图像18的每个“像素”定义空间内用以显示原始图像22的相应像素的区域。因此，投影图像指示 反应模块30的行为。反应模块30接收被发送到目标空间内其区域的控制信号，并且随后通过改变亮度、颜色、强度、时序、或其它特征或特性对该命令做出反应。如果投影图像经由红外发送，那么反应模块30的检测器32可以是红外光检测器40。可以通过在光晶体管上放置红外滤波器来构建红外光检测器。为了移动性，电源可以是供电电池38。 

在图4中示出这一反应。反应模块30上的检测器32检测控制信号，该控制信号表示投影图像18和相应的原始图像22的像素。红外检测器40可以耦合到计算单元34以解译所接收的信号。如果无线信号被位编码为脉冲数据，脉冲检测器电路34,42耦合到信号检测器32,40以检测模拟信号的上升沿和/或下降沿。可以使用时钟信号以正确定时这些沿的检测。接下来，计算单元34中的解码器接收该数字信息并且将其转换44为用于照明元件36的指令。例如，如果照明元件36是一个或多个LED（以及它们的相应驱动电路），那么该命令被传送到用于LED48的LED驱动电路46。在这个示例中，LED驱动电路根据指令、投影图像18、以及最终该原始视频图像22来驱动LED48。 

反应模块30可以具有多个检测器32以最大化所接收的信号。利用多个检测器，可以增加信号以提供最大信噪比。而且，以不同角度放置检测器32可以有助于在其它检测器没有接收到无线信号的情况下，接收信号。 

图5和图6公开在音乐会或活动场地实施的照明装置的实施例。该实施例包括将光图像18投射到具有反应模块30的听众上的投影器10。红外LED阵列14的每个红外LED通过控制信号将像素信息发送到观众51的相应区域以及其中的反应模块30上。在实施例中，反应模块可以出现在由听众成员所佩戴的各种物品上，例如帽子61。 

在图7至图14中示出这些衣服或配件物品的其他实施例。反应模块可以附着在帽子61上（例如，如图7所示）、衬衣82的口袋夹80内（例如，如图8所示）、和/或项链90上（例如，如图9所示）。反应模块可以设计为附着到更小尺寸的物品上，例如皮带100（例如，如图10所示）和/或领带夹110（例如，如图11所示）。对于小的应用，反应模块可以设计成表面安装组件。这些应用可以包括眼镜120（例如，如图12所示）、手腕带和/或手表130（例如，如图13所示），和/或手镯/脚镯或项链/领结140（例如， 如图14所示）。使用不同的封装技术，实际上，任何可以想象到的物品都可以结合反应模块以用在这个公开的装置中。 

反应模块30可以具有任意颜色的诸如LED的照明元件。在一个实施例中，在单个反应模块中使用不同颜色，例如红、蓝和绿的多个LED，以提供可以复制的完整的调色板。在示例性实施例中，预期的LED可以包括由Osram或Nichia制造的市售的LED，但也可预期其他照明元件。可以使用这些LED以产生用于控制图像的可见光和/或来自反应模块的期望的照明效果。 

每个反应模块可以接收被投射在其位置上或投射到其位置的控制信号。因此，同一反应设备22在不同位置将接收来自投影器的不同信号。如果同一反应模块在像素之间移动，则其会做出不同的反应。因此，目标空间的不同区域中的反应模块30显示不同的输出，并且，可以调整整个目标空间以显示任何所期望的图案或图像。 

如果在投影器中LED非常接近，则投射在目标空间上的图像在像素之间仅具有非常小或可忽略的间隙。来自于周围的反射或散射将填充这些间隙。当反应模块位于两个像素的尖点并且能够正确地显示任何一个时，直接位于两个像素之间的缝中的任何反应模块将采集一个信号或另一个信号，并且无法区分哪一个。在示例性实施例中，从控制信号的散射中接收的噪声可以通过滤波所接收的过采样数据流来充分消除，例如通过使用误差校正算法滤波以消除噪声。 

为了最大化无线图像的接收，可以涂布或涂覆地板和其他周围物以反射无线传输的介质。例如，如果传输方式是红外，则可以使用红外反射涂料来涂布漆地板，该红外反射涂料可以构造成几乎任何可见的涂料。 

在使用所公开的方法和装置的实施例中，活动或音乐会的听众可以佩戴各包含一个或多个照明元件的一个或多个反应模块。可以通过在空间或体积上的投影控制图像来远程控制照明元件的光学特性，例如，亮度、强度、时序、以及其它特性，其中空间和投影图像被分割成类似像素部分。该远程控制允许通过将观众包含在该活动的照明结构中来参与到该活动中，例如根据声音操控照明元件。而且，因为操作员控制每个反应模块上的照明元件，听众作为一个整体可以用于显示图片或视频、移动图案或任 何其它图像。因此，通过位置而不是它们的身份（identity）来控制照明元件，可以“显示”图像或视频帧。 

可选择地，所公开的装置和方法可以无线操控诸如舞台照明的照明元件的光学特性。在这种情况下，可以使用投影器来远程控制舞台或区域照明，并且不同区域中的照明元件可以独立管理。传统上，使用单独电缆控制舞台照明元件。然而，利用所公开的装置和方法，可以使用二维投影图像来无线地控制舞台照明。投影图像内的子图像可以控制投射有子图像的区域内的舞台照明元件。接收模块可以放置在舞台照明元件上以接收和解译用于控制该舞台照明元件的控制信号。因此，实施公开的方法和装置，可以基于照明元件的位置，而不是照明元件的身份来无线控制舞台照明或其他区域照明。 

所公开的装置和方法的另一个应用是用作显示屏。在这样的实施例中，显示屏包括用作屏幕像素的若干个反应模块。使用投影器将二维控制图像投射在该显示屏上，通过控制屏幕内的反应模块的照明元件的光学特性，可以在该显示屏上显示图像。该系统的优点在于：屏幕中的坏像素，即反应模块，可以采用另一个反应模块简单更换，而不需要改变系统的剩余部分。 

尽管以上示出和描述了各种实施例，然而应该理解也可以做出其他各种修改。例如，LED阵列可以采用任意形状，并不必是矩形的。而且，与反应设备的无线通信类型可以改变。在其他实施例中，可以基于照明装置设计，以任何合适的无线通信编码方案来编码像素信息。该公开还设想实现具有结合或替代折射光学元件（透镜）的反射光学元件的投影器。无线投射控制图像的任何光波导或其他方法均被预期在本公开的范围内。 

本领域技术人员可以理解本公开的实施例和/或实施例的部分可以在计算机可读存储介质中/用计算机可读存储介质（例如，硬件、软件、固件、或其任意的组合）来实施，并且可以在一个或多个网络上分布和/或实施。在此描述的步骤或操作（或其部分），包括由本公开的实施例使用和/或产生的获取、学习的处理功能，或计算公式和/或数学模型，可以通过一个或多个合适的处理器来处理，例如，以任何合适的语言（机器依赖、机器独立）实施合适的代码/指令的中央处理单元（“CPU”）。 

因此，本申请所描述的实施例，以及如所附权利要求所限定的，在各个方面均应视为是本公开的说明性而并非限制性的。 

Claims (14)

1.一种无线接收二维光控制信号以控制多个照明元件的方法，所述方法包括：

使用多个反应模块，从投影器接收投射在其位置上或投射到其位置的二维光控制信号，每个反应模块包括光接收器和照明元件，该投影器包括一透镜，其中所述接收的二维控制图象包括多个光源的一阵列的多个子图像，每一个子图像与一个光源相对应；

将所述二维光控制信号转换成多个数字信号；

将所述多个数字信号解码成用于控制所述多个反应模块的这些照明元件的多个指令；

将一指令相应地发送到所述多个反应模块的各照明元件；以及

根据所述多个指令控制所述这些照明元件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个反应模块还包括电源，所述电源向所述光接收器以及照明元件中的一个或多个供电。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电源包括电池。

4.根据权利要求1所述的方法，其中各光接收器被配置并设置成接收红外信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中各照明元件包括发光二极管。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述发光二极管发出蓝光、红光、绿光或白光可见光谱。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个反应模块附着到多件衣服或衣物配件上。

8.一种反应模块系统，用于接收、解译、以及实现二维控制信号，所述反应模块系统包括：

多个光接收器，每一个光接收器配置成接收投射在其位置上或投射到其位置的二维控制信号的一部分，并且产生检测的控制信号，其中该二维控制信号包括多个光源的一阵列的多个子图像，每一个子图像与一个光源相对应；

多个照明元件，每一个照明元件连接到所述多个光接收器中相应的一个；以及

多个计算单元，每一个计算单元连接到一光接收器和一照明元件，其中每一个计算单元配置成将所述检测的控制信号转换成用于控制连接至其的所述照明元件的指令。

9.根据权利要求8所述的反应模块系统，还包括电源，所述电源向所述多个光接收器、所述多个照明元件和所述多个计算单元中的一个或多个供电。

10.根据权利要求9所述的反应模块系统，其中所述电源包括电池。

11.根据权利要求8所述的反应模块系统，其中所述光接收器配置并设置成接收红外信号。

12.根据权利要求8所述的反应模块系统，其中所述多个照明元件中的一个或多个包括发光二极管。

13.根据权利要求12所述的反应模块系统，其中所述发光二极管发射蓝光、红光、绿光、或白光可见光谱中的一个或多个。

14.根据权利要求8所述的反应模块系统，其中所述多个光接收器和所述多个照明元件中的一个或多个附着到多件衣服或衣物配件上。