ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ, ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ В СЕТИ, И СПОСОБЫ ИХ ПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИМИ
LIGHTING APPLIANCES BASED ON LIGHT-EMITTING DIODES SUITABLE FOR OPERATION IN GRID, AND METHODS OF THEIR SUPPLY AND CONTROL

Появление цифровых технологий освещения, т.е. иллюминации на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (СИДы), предлагает жизнеспособную альтернативу традиционным флуоресцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности света и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды СИДов включают в себя высокую эффективность преобразования энергии и высокую оптическую эффективность, устойчивость к внешним воздействиям, пониженные издержки эксплуатации и многие другие. Меньший размер СИДов, длительный срок службы, малое энергопотребление и долговечность делают их наилучшим выбором во многих приложениях, связанных с освещением. Например, становится все более популярным создание осветительных сетей устройств на основе СИДов, как описано в патентах США №№ 6016038, 6150774 и 6166496, причем все они упоминаются здесь для справок. Эти осветительные устройства имеют встроенные микропроцессоры для управления имеющимися в этих устройствах источниками света на СИДах и могут создавать любой цвет и любую последовательность цветов с изменяющимися интенсивностями, делая возможным широкий круг бросающихся в глаза осветительных эффектов, в приложениях, связанных как с освещением, так и с прямой видимостью.
Этими осветительными системами и эффектами, которые они дают, обычно управляют и координируют посредством сети (хотя существует и множество несетевых приложений), при этом поток данных, содержащий пакеты информации, передается в осветительные устройства. Каждое из осветительных устройств может регистрировать все пакеты информации, проходящей через систему, а отвечать только на пакеты, которые адресованы этому конкретному устройству. Как только прибывает должным образом адресованный пакет, осветительное устройство может прочитать этот пакет и выполнить команды на основании информации, содержащейся в пакете. Эта компоновка требует, чтобы каждое из осветительных устройств имело адрес, а эти адреса должны быть однозначно определяемыми по отношению к другим осветительным устройствам в сети. Адреса обычно задают путем настройки переключателей на каждом из осветительных устройств во время установки. Настройка переключателей проявляет тенденцию к затратам времени и подвержена ошибкам.
Осветительные системы для мест проведения зрелищных мероприятий, розничной торговли и расположения архитектурных достопримечательностей, таких как театры, казино, тематические парки, магазины и торговые пассажи, требуют ассортимента детально разработанных осветительных приборов и систем управления для эксплуатации средств освещения. Обычные осветительные устройства, объединяемые в сеть, имеют свои адреса, задаваемые посредством ряда переключателей, таких как дисковые номеронабиратели, микропереключатели в корпусах с двухрядным расположением выводов (микропереключатели в корпусах DIP) или кнопки. Конкретные адреса этих устройств приходится задавать индивидуально, и этот процесс может быть обременительным. Фактически, одну из наиболее трудных задач проектировщиков освещения - конфигурирование системы - приходится решать после установки всех средств освещения. Эта задача, как правило, требует участия, по меньшей мере, двух человек и обуславливает необходимость подойти к каждому осветительному приспособлению или прибору, а также определить и задать сетевой адрес для него посредством использования выключателей или дисковых номеронабирателей, после чего определить параметры наладки и соответствующий элемент на щите управления освещением или в компьютере. Неудивительно, что конфигурирование осветительной сети может занимать много часов в зависимости от местонахождения и сложности. Например, на новой аллее парка с аттракционами могут использоваться сотни осветительных приборов, управляемых от сети, которые не находятся на линии прямой видимости ни друг с другом, ни с каким-либо отдельным пунктом. Каждый прибор нужно идентифицировать и соотнести с его заданными параметрами на щите управления освещением. Неразбериха и путаница являются обычными явлениями во время этого процесса. При удовлетворительном планировании и конфигурировании выбор и задание этого адреса априори провести можно, но это по-прежнему требует значительного времени и сил.
Существуют несколько других недостатков, связанных с этими осветительными системами, в частности теми, которые предназначены для приложений, предусматривающих прямую видимость. А именно, существуют многочисленные осветительные установки, которые требуют длинных линий составляющих приборов, размещаемых в ряд или в другой конфигурации при попытках получить прерывную линию осветительных средств, чтобы отобразить эффект, визуально приятный для потребителя, например очертить периметр здания направленным освещением. Вместе с тем, в промежутках между соседними приборами обычные осветительные сети часто дают мало света или вообще не дают его, что создает тенденцию к отходу от предназначенного внешнего вида этих осветительных установок. Кроме того, поскольку адресация каждого из компонентов проводится индивидуально, степень координации осветительных эффектов, т.е. «разрешение» приложения, ограничивается размером компонентов. Например, в линейной осветительной установке, имеющей некоторое количество компонентов длиной 304,8 мм (1 фут), адресацию компонентов нельзя провести с приращениями менее 304,8 мм (1 фута). Есть также другой недостаток этих систем, заключающийся в том, что когда СИДы непосредственно видны, они кажутся дискретными излучателями света до тех пор, пока между осветительным средством и зрителем не оказывается достаточное расстояние. Даже когда зритель находится относительно далеко от осветительной системы, эта осветительная система не склонна давать очень яркие или безусловно воспринимаемые осветительные эффекты.
Еще один недостаток, связанный со многими обычными осветительными системами, заключается в том, что питание их компонентов осуществляется извне, так что и линии связи, и шины питания ведутся через концы корпусов в распределительные коробки в начале и конце каждого составляющего прибора. Три шины - питания, заземления и данных - проходят через каждый конец, а затем пропускаются по длине прибора. Каждый осветительный элемент в корпусе будет иметь отвод к этим трем шинам для получения питания и данных. Установка приборов является весьма дорогостоящей и обременительной, поскольку воплощается посредством распределительных коробок. Каждое осветительное средство требует установки двух распределительных коробок на стене или другой установочной поверхности, а между коробками нужно провести провода и короба, чтобы обеспечить соединение двух осветительных устройств друг с другом.
Соответственно, в данной области техники существует потребность в универсальных осветительных приборах на основе СИДов, которые выполнены с возможностью создания визуально приятных и цветоизменяющих осветительных эффектов с повышенным разрешением по управлению и эффективным регулированием мощности, а также с возможностью простой установки в сети.
Краткое изложение существа изобретения
Технология, описываемая здесь, направлена на устранение вышеупомянутых недостатков и дефектов и в целом относится к осветительным устройствам множества типов и конфигураций, включая линейные осветительные приборы, содержащие многочисленные осветительные устройства на основе СИДов, пригодные для иллюминации или обеспечения направленного освещения для больших пространств, таких как наружные и внутренние поверхности зданий. Также предложены способы и системы питания этих осветительных приборов и систем, в которых используется много таких приборов, и управления ими, а также методы адресации данных управления для таких приборов и систем.
В различных вариантах осуществления и воплощениях, эта технология и ее изобретательские аспекты направлены на создание осветительных приборов, которые включают в себя одну или более монтажных плат и множество источников света, например СИДов, расположенных вдоль монтажной платы (монтажных плат). Монтажная плата (монтажные платы) и источники света находятся в корпусе, связанном со светопропускающим кожухом. Соединительное средство корпуса обеспечивает соединение первого осветительного прибора конец к концу со вторым осветительным прибором без промежутка (видимого, например, при воспринимаемом излучении света) между корпусами. Например, соединительное средство может включать в себя проходной канал, который обеспечивает выход шин питания и/или данных из корпуса в месте, отличном от конца корпуса. Среди других возможных форм, монтажная плата (монтажные платы) и корпус могут быть, по существу, прямолинейными, криволинейными, изогнутыми, разветвленными либо имеющими Т- или V-образную форму.
Во многих вариантах осуществления изобретения, корпус включает в себя первую часть, выполненную из экструдированного алюминия, механически связанную и предпочтительно соединенную со второй частью, содержащей полупрозрачный оптический кожух (который может быть выполнен, например, из поликарбоната). Множество источников света расположено на монтажной плате (монтажных платах) для обеспечения, по существу, равномерного свечения, по меньшей мере, части кожуха, расположенной на монтажной плате (монтажных платах). Иными словами, существенная часть света из источников света проецируется в пределах угла раствора луча, ориентированного с возможностью проецирования света на внутреннюю поверхность оптического средства, и эта ориентация оптимизирована для генерирования, по существу, равномерного свечения части оптического средства, видимой зрителю. В некоторых воплощениях, СИДы расположены на монтажной плате (монтажных платах) в два ряда, так что угол раствора луча образуется светом, излучаемым двумя рядами СИДов.
Каждая монтажная плата также может включать в себя процессор, например специализированную интегральную схему (СИС (ASIC)), конфигурация которого (которой) обеспечивает прием и передачу потока данных, как подробно описано в патенте США № 6777891, упоминаемом здесь для справок. Соответственно, в некоторых воплощениях предлагаемая технология предусматривает расположение множества осветительных устройств в последовательной конфигурации в пределах осветительного прибора и управление всеми ими с помощью потока данных соответствующих СИС каждого из них, при этом каждое осветительное устройство реагирует на первый немодифицированный бит данных в потоке, модифицирует этот бит данных и передает поток в следующую СИС.
Также может быть предусмотрено средство связи, с помощью которого осветительный прибор реагирует на данные из источника сигнала, находящегося снаружи от осветительного прибора. Источник сигнала может быть источником радиосигнала и может генерировать сигнал на основании записанной программы освещения для этого осветительного прибора. В конкретном воплощении, технология, описываемая здесь, предполагает наличие модуля преобразования данных и/или сигналов для приема управляющего сигнала посредством протокола Ethernet и преобразования его в формат, читаемый соответствующими СИС осветительных устройств осветительного прибора.
Данная технология дополнительно предусматривает наличие источника питания, предназначенного для питания осветительного прибора, например двухкаскадного источника питания с управлением по коэффициенту мощности. Модуль коррекции коэффициента мощности источника питания может включать в себя энергоаккумулирующий конденсатор и преобразователь постоянного тока в постоянный, разделенные шиной. В конкретных воплощениях, каждое осветительное устройство осветительного прибора включает в себя модуль питания, дающий этим устройствам возможность получать линейное напряжение, что упрощает установку и повышает надежность осветительных устройств, как описано в патенте США № 7233115, упоминаемом здесь для справок.
Управление осветительным прибором может быть основано на назначении осветительных устройств прибора в качестве объектов в объектно-ориентированной компьютерной программе (например, авторской системе, которая соотносит атрибуты в виртуальной системе с атрибутами реального мира осветительных систем, включая положения отдельных осветительных устройств осветительной системы).
В некоторых воплощениях вышеописанные осветительные приборы с многочисленными осветительными устройствами можно располагать в виде матрицы на здании и придавать конфигурацию, обеспечивающую (i) облегчение отображения, по меньшей мере, одного из числа, слова, буквы, логотипа, бренда и символа и/или (ii) отображение светового шоу с различными эффектами на временной основе. В других приложениях, описываемые здесь осветительные приборы имеют конфигурацию, обеспечивающую их заключение в нишу или аналогичную впадину.
Вообще говоря, в одном аспекте, изобретение посвящено созданию осветительного прибора, включающего в себя корпус, имеющий, по меньшей мере, первую часть и вторую часть, и, по меньшей мере, одну монтажную плату питания и управления, находящуюся на первой части корпуса. Монтажная плата питания и управления включает в себя, по меньшей мере, один коммутируемый источник питания для приема линейного напряжения переменного тока и выдачи выходного напряжения постоянного тока и преобразователь протокола связи для приема первых команд освещения, отформатированных в соответствии с первым протоколом связи, и преобразования, по меньшей мере, некоторых из первых команд освещения во вторые команды освещения, отформатированные в соответствии со вторым протоколом связи. Осветительный прибор дополнительно включает в себя множество модульных монтажных плат, находящихся во второй части корпуса и подключенных к упомянутой, по меньшей мере, одной монтажной плате питания и управления. Каждая модульная монтажная плата множества модульных монтажных плат включает в себя множество осветительных устройств на основе СИДов, подключенных к выходному напряжению постоянного тока и реагирующих на вторые команды освещения, отформатированные в соответствии со вторым протоколом связи.
В другом аспекте, изобретение посвящено созданию модульного осветительного прибора на основе СИДов, который включает в себя (i) входной разъем для приема линейного напряжения переменного тока и первых команд освещения, отформатированных в соответствии с первым протоколом связи, (ii) выходной разъем для выдачи линейного напряжения переменного тока и первых команд освещения, отформатированных в соответствии с первым протоколом связи, (iii) преобразователь протокола связи, подключенный к входному разъему, для преобразования, по меньшей мере, некоторых из первых команд освещения, отформатированных в соответствии с первым протоколом связи, во вторые команды освещения, отформатированные в соответствии со вторым протоколом связи, и (iv) множество осветительных устройств на основе СИДов, подключенных к преобразователю протокола связи и имеющих конфигурацию, обеспечивающую прием вторых команд освещения, отформатированных в соответствии со вторым протоколом связи. Каждое осветительное устройство на основе СИДов из множества осветительных устройств на основе СИДов является индивидуально и независимо управляемым в ответ, по меньшей мере, на некоторые из вторых команд освещения.
В еще одном аспекте, изобретение направлено на создание осветительного прибора на основе СИДов, который включает в себя (i) входной разъем для приема линейного напряжения переменного тока и первых команд освещения, отформатированных в соответствии с протоколом на основе Ethernet, (ii) выходной разъем для выдачи линейного напряжения переменного тока и первых команд освещения, отформатированных в соответствии с протоколом на основе Ethernet, (iii) по меньшей мере, один источник питания, подключенный к входному разъему, для преобразования линейного напряжения переменного тока в выходное напряжение постоянного тока, и (iv) множество осветительных устройств на основе СИДов, подключенных к выходному напряжению постоянного тока. Каждое осветительное устройство на основе СИДов из множества осветительных устройств на основе СИДов является индивидуально и независимо управляемым на основании информации, содержащейся в первых командах освещения.
Кроме того, в еще одном аспекте, изобретение посвящено линейному осветительному прибору, который включает в себя множество последовательно соединенных модульных монтажных плат. Каждая модульная монтажная плата включает в себя множество индивидуально и независимо управляемых, последовательно соединенных осветительных устройств на основе СИДов, так что все осветительные устройства на основе СИДов на всех соединенных модульных монтажных платах являются взаимно соединенными последовательно. Каждое осветительное устройство на основе СИДов включает в себя (i) по меньшей мере, один первый СИД для генерирования первого излучения, имеющего первый спектр, (ii) по меньшей мере, один второй СИД для генерирования второго излучения, имеющего второй спектр, отличающийся от первого спектра, и (iii) специализированную интегральную схему (СИС) для управления, по меньшей мере, первой интенсивностью первого излучения и второй интенсивностью второго излучения в ответ на первые команды освещения, отформатированные в соответствии с протоколом связи на основе последовательной передачи.
В изобретении также предусмотрена осветительная система, которая включает в себя первое множество последовательно соединенных модульных осветительных приборов. По меньшей мере, первый модульный осветительный прибор первого множества последовательно соединенных модульных осветительных приборов имеет конфигурацию, обеспечивающую прием и линейного напряжения переменного тока, и сообщений связи на основе Ethernet посредством первого одиночного многожильного кабеля. Каждый модульный осветительный прибор включает в себя (i) по меньшей мере, один коммутируемый источник питания для приема линейного напряжения переменного тока и выдачи выходного напряжения постоянного тока, (ii) преобразователь протокола связи для преобразования сообщений связи на основе Ethernet в команды освещения, отформатированные в соответствии с протоколом на основе последовательной передачи, и (iii) множество осветительных устройств на основе СИДов, подключенных к напряжению постоянного тока, для генерирования света изменяемого цвета, изменяемой цветовой температуры и/или изменяемой интенсивности на основании команд освещения, отформатированных в соответствии с протоколом на основе последовательной передачи.
Релевантная терминология
В том смысле, в каком он употребляется в целях данного описания, термин «СИД» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или систему, основанную на наличии перехода и инжекции носителей заряда, и/или иного типа систему, способную генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин «СИД» включает в себя - но не в ограничительном смысле - различные структуры на основе полупроводников, излучающие свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИДы), электролюминесцентные полоски и аналогичные средства.
В частности, термин «СИД» обозначает светоизлучающие диоды всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которым можно придать конфигурацию, обеспечивающую генерирование излучения в одной (одном) или более из инфракрасной области спектра, ультрафиолетовой области спектра и различных участков видимой области спектра (в целом включающих в себя длины волн излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИДов включает в себя - но не в ограничительном смысле - различные типы СИДов инфракрасного диапазона, СИДов ультрафиолетового диапазона, СИДов красного цвета, СИДов синего цвета, СИДов зеленого цвета, СИДов желтого цвета, СИДов янтарно-желтого цвета, СИДов оранжевого цвета и СИДов белого цвета (подробнее рассматриваемых ниже). Следует также понять, что можно предусмотреть конфигурирование СИДов и/или управление ими таким образом, что при этом обеспечивается излучение, имеющее различные полосы пропускания (например, полные ширины на уровне полумаксимума (ПШУМ (FWHM)) для заданного спектра (например, узкую полосу пропускания, широкую полосу пропускания), и множество доминирующих длин волн в пределах заданной общей классификации цветов.
Например, одно воплощение СИДа, имеющего конфигурацию, обеспечивающую генерирование, по существу, белого света (например, СИДа белого цвета), может включать в себя некоторое количество матриц, которые соответственно излучают разные спектры электролюминесценции, которые в совокупности смешиваются, образуя, по существу, белый свет. В других воплощениях, СИДы, излучающие белый свет, могут быть связаны с люминофорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличающийся второй спектр. В одном примере этого воплощения, электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкую ширину полосы, «накачивает» люминофорный материал, который, в свою очередь, испускает излучение большей длины волны, имеющее несколько более широкий спектр.
Следует также понять, что термин «СИД» не ограничивает физический и/или электрический тип блока СИДа. Например, как описано выше, термин «СИД» может относиться к светоизлучающему устройству, имеющему многочисленные матрицы, конфигурация которых соответственно обеспечивает испускание излучения разных спектров (например, которые могут быть или не быть индивидуально управляемыми). Кроме того, СИД может быть связан с люминофором, который рассматривается как неотъемлемая часть СИДа (например, в некоторых типах СИДов белого цвета). Вообще говоря, термин «СИД» может относиться к СИДам в корпусном исполнении, СИДам в бескорпусном исполнении, СИДам поверхностного монтажа, СИДам в исполнении «перевернутый чип на плате», СИДам монтажа в Т-образном корпусе, СИДам в радиальном корпусе, СИДам силовых модулей, СИДам, включающим в себя некоторого типа кожух и/или оптический элемент (например, диффузионную линзу), и т.д.
Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким из множества источников излучения, включая - но не в ограничительном смысле - источники на основе СИДов (включающие в себя один или более вышеописанных СИДов), температурные источники света (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники света, газоразрядные источники высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалогенные лампы), лазеры, электролюминесцентные источники других типов, пиролюминесцентные источники (например, факелы), свечелюминесцентные источники (например, калильные сетки газовых фонарей, источники излучения с дугами между угольными электродами), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), источники с катодной люминесценцией, использующие электронное насыщение, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, источники с экранной люминесценцией, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, звуколюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.
Заданному источнику света можно придать конфигурацию, обеспечивающую генерирование электромагнитного излучения в пределах видимой области спектра, вне видимой области спектра или генерирование комбинации обоих этих случаев. Здесь термины «свет» и «излучение» употребляются взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один (одну) или более фильтров (например, цветных светофильтров), линз или других оптических компонентов. Следует также понять, что источникам света можно придать конфигурации, подходящие для многих приложений, включая - но не в ограничительном смысле - указание, отображение и/или освещение. «Источник освещения» - это источник света, конфигурация которого обеспечивает конкретно генерирование излучения, имеющего достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте термин «достаточная интенсивность» относится к той мощности излучения в видимой области спектра, генерируемого в пространстве или среде излучения (для выражения суммарного света, выдаваемого из источника света во всех направлениях, применительно к мощности излучения или «световому потоку» часто употребляются такие единицы измерения, как «люмены»), которая достаточна для того, чтобы обеспечить освещение в окружающем пространстве (т.е. свет, который может восприниматься непосредственно и который может, например, отражаться от одного или более из множества промежуточных поверхностей перед тем, как будет воспринят полностью или частично).
Термин «спектр» следует понимать как относящийся к любой одной или нескольким частотам (или длинам волн) излучения, создаваемого одним или более источниками света. Соответственно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только в видимой области спектра, но и к частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой или других областях всего электромагнитного спектра. Кроме того, заданный спектр может иметь относительно малую ширину полосы (например, ПШУМ, имеющую, по существу, лишь немного составляющих частот или длин волн) или относительно большую ширину полосы (несколько составляющих частот (или длин волн), имеющих разные относительные интенсивности). Следует также понять, что заданный спектр может быть результатом смешения двух или более других спектров (например, смешения излучений, соответственно испускаемых из нескольких источников света).
В целях, преследуемых этим описанием, термин «цвет» употребляется взаимозаменяемо с термином «спектр». Вместе с тем, термин «цвет» обычно употребляется для обозначения главным образом свойства излучения, которое воспринимается наблюдателем (хотя это употребление не следует считать ограничивающим объем этого термина). Соответственно, термины «разные цвета» неявно относятся к нескольким спектрам, имеющим разные составляющие длин волн и/или ширины полос. Следует также понять, что термин «цвет» можно употреблять в связи как с белым, так и с небелым светом.
Термин «цветовая температура» обычно употребляется здесь в связи с белым светом, хотя это употребление не следует считать ограничивающим объем этого термина. Термин «цветовая температура», по существу, относится к конкретному цветовому содержанию или оттенку (например, красноватому, синеватому) белого света. Соответственно, цветовая температура выборки заданного излучения обычно характеризуется в Кельвинах (К) излучателя, считающегося абсолютно черным телом, которое излучает, по существу, тот же самый спектр, что и в выборке излучения, о которой идет речь. Цветовые температуры излучателя, считающегося абсолютно черным телом, обычно находятся в диапазоне от приблизительно 700 К (эту температуру, как правило, считают первой различимой для человеческого глаза) до свыше 10000 К; белый свет обычно воспринимается при цветовых температурах свыше 1500 - 2000 К.
Пониженные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную составляющую красного цвета или «ощущаемый как более теплый», а повышенные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную составляющую синего цвета или «ощущаемый как более холодный». В качестве примера отметим, что огонь имеет цветовую температуру приблизительно 1800 К, обычная лампа накаливания имеет цветовую температуру приблизительно 2848 К, дневной свет ранним утром соответствует цветовой температуре приблизительно 3000 К, а свет небес в пасмурный полдень соответствует цветовой температуре приблизительно 10000 К. Цветное изображение, видимое в дневном свете, соответствующем цветовой температуре приблизительно 3000 К, имеет относительно красноватый тон, тогда как то же самое цветное изображение, видимое в дневном свете, соответствующем цветовой температуре приблизительно 10000 К, имеет относительно синеватый тон.
Употребляемый здесь термин «осветительный прибор» относится к одному или более осветительным устройствам, воплощенным с конкретными конструктивными параметрами в сборке или корпусе. Употребляемый здесь термин «осветительное устройство» относится к устройству, включающему в себя один или более источников света одинакового типа или разных типов. Заданное осветительное устройство может иметь одну из множества установочных компоновок для источника (источников) света, компоновок и форм оболочек, и/или кожухов, и/или конфигураций механических соединений. Кроме того, заданное осветительное устройство может быть - по выбору - связано с другими компонентами (например, может включать в себя такие компоненты, быть подключенным к ним и/или установленным в корпусе вместе с ними) (например, со схемами управления), связанными с работой источника (источников) света. Термин «осветительное устройство на основе СИДов» относится к осветительному устройству, которое включает в себя один или более вышеуказанных источников света на основе СИДов по отдельности или в сочетании с другими источниками света не на основе СИДов. Термин «многоканальное осветительное устройство» относится к осветительному устройству на основе СИДов или не на основе СИДов, которое включает в себя, по меньшей мере, два источника света, конфигурация которых обеспечивает соответственное генерирование разных спектров излучения, при этом спектр каждого отличающегося источника света можно назвать «каналом» многоканального осветительного устройства.
Термин «контроллер» употребляется здесь в основном для описания различных устройств, связанных с работой одного или более источников света. Контроллер может быть воплощен многочисленными способами (например, таким как в виде специализированных аппаратных средств) для выполнения различных функций, рассматриваемых здесь. «Процессор» является одним из примеров контроллера, в котором применяются один или более микропроцессоров, которые можно запрограммировать с использованием программных средств (например, микрокода) для выполнения различных функций, рассматриваемых здесь. Контроллер может быть воплощен с применением или без применения процессора, а также может быть воплощен в виде совокупности специализированных аппаратных средств для выполнения различных функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных с ними схем) для выполнения других функций. Примеры составных частей контроллера, применимые в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, включают в себя - но не в ограничительном смысле - обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (СИС) и программируемые логические матрицы (ПЛМ (FPGAs)).
В различных воплощениях, процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителями информации (которым здесь присвоено родовое название «запоминающее устройство», например энергонезависимое запоминающее устройство компьютера, такое как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ) и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флоппи-диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых воплощениях, носители информации могут быть закодированы одной или более программами, которые при их исполнении на одном или более процессорах и/или контроллерах выполняют, по меньшей мере, некоторые из рассматриваемых здесь функций. Различные носители информации могут быть установлены внутри процессора или контроллера либо могут быть транспортируемыми таким образом, что одну или более хранящихся на них программ можно загружать в процессор или контроллер для воплощения различных аспектов данного изобретения, рассматриваемых здесь. Термины «программа» или «компьютерная программа» употребляются здесь в родовом смысле для обозначения компьютерного кода любого типа (например, кода программного обеспечения или микрокода), который можно применять для программирования одного или более процессоров или контроллеров.
Употребляемый здесь термин «адресуемое» относится к устройству (например, источнику света в целом, осветительному устройству или прибору, контроллеру или процессору, связанному с одним или более источников света или осветительных устройств, других устройств, не связанных с освещением, и т.д.), имеющему конфигурацию, обеспечивающую прием информации (например, данных), предназначенной для многочисленных устройств, включая само посылающее устройство, и избирательный ответ на конкретную информацию, предназначенный для последнего. Термин «адресуемое» часто употребляется в связи с сетевой средой (или «сетью», подробно рассматриваемой ниже), в которой многочисленные устройства подключены друг к другу посредством одного и того же средства (одних и тех же средств) связи.
В одном сетевом воплощении, одно или более устройств, подключенных к сети, могут служить в качестве контроллера для одного или более других устройств, подключенных к сети (например, с созданием взаимосвязи типа «ведущее устройство - ведомое устройство». В других воплощениях, сетевая среда может включать в себя один или более специально выделенных контроллеров, которые имеют конфигурацию, обеспечивающую управление одним или более устройствами, подключенными к сети. В общем случае, каждое из многочисленных устройств, подключенных к сети, может иметь доступ к данным, которые представлены на средстве (средствах) связи; вместе с тем, заданное устройство может быть «адресуемым» в том смысле, что его конфигурация обеспечивает избирательный обмен данными с сетью (например, примем данных из нее и/или передачу данных в нее) на основании, например, одного или более конкретных идентификаторов (например, «адресов»), присвоенных этому устройству.
Употребляемый здесь термин «сеть» относится к любой взаимосвязи двух или более устройств (включая контроллеры или процессоры), которая облегчает транспортировку информации (например, для управления устройствами, хранения данных, обмена данными и т.д.) между любыми двумя или более устройствами и/или среди многочисленных устройств, подключенных к сети. Как должно быть совершенно ясно, различные воплощения сетей, подходящие для взаимосвязи многочисленных устройств, могут включать в себя любую из множества топологий сетей и предусматривать применение любого из множества протоколов связи. Кроме того, в различных сетях, соответствующих данному изобретению, любое соединение между двумя устройствами может представлять собой специально выделенное соединение между двумя системами или - в альтернативном варианте - соединение, не являющееся специально выделенным. В дополнение к несению информации, предназначенной для двух устройств, такое соединение, не являющееся специально выделенным, может нести информацию, не обязательно предназначенную для любого из этих двух устройств (например, это может быть соединение открытой сети). Помимо этого, должно быть совершенно ясно, что в рассматриваемых здесь различных сетях устройств возможно применение одной или более беспроводных, проводных или кабельных и/или волоконно-оптических линий связи для облегчения транспортировки информации через сеть.
Употребляемый здесь термин «интерфейс пользователя» относится к интерфейсу между человеком-пользователем или оператором и одним или более устройствами, создающему возможность связи между пользователем и устройством (устройствами). Примеры интерфейсов пользователя, которые применимы в различных воплощениях данного изобретения, включают в себя - но не в ограничительном смысле - переключатели, потенциометры, кнопки, наборные диски, мышь, клавиатуру, клавишное поле на основной клавиатуре, игровые контроллеры различных типов (например, джойстики), трекболы, отображающие экраны, различных типов графические интерфейсы пользователя (ГИПы), сенсорные экраны, микрофоны и датчики других типов, которые могут принимать в некоторой форме стимулирующее воздействие, генерируемое человеком, и генерировать сигнал в ответ на него.
Следует понять, что все комбинации вышеизложенных понятий и дополнительных понятий, подробно рассматриваемых ниже (при условии, что эти понятия не являются взаимно несовместимыми), предполагаются составляющими часть заявляемого объекта изобретения, описываемого здесь. В частности, предполагается, что все комбинации заявляемых объектов изобретения, приводимые в конце этого описания, составляют часть заявляемого объекта изобретения, описываемого здесь. Следует также понять, что терминологию, употребляемую здесь в явном виде и также могущую присутствовать в описании любого изобретения, упоминаемом здесь для справок, следует считать имеющей смысл, наиболее соответствующий конкретным понятиям, описываемым здесь.
Родственные патенты и заявки на патенты
Нижеследующие патенты и заявки на патенты упоминаются здесь для справок:
патент США № 6016038, выданный 18 января 2000 г. под названием “Multicolored LED Lighting Method and Apparatus” («Способ освещения на основе многоцветных СИДов и устройство для его осуществления»);
патент США № 6211626, выданный 3 апреля 2001 г. под названием “Illumination Components” («Иллюминационные компоненты»);
патент США № 6608453, выданный 19 августа 2003 г. под названием “Methods and Apparatus for Controlling Devices in a Networked Lighting System” («Способы и аппараты для управления устройствами в осветительной системе сетевой структуры»);
патент США № 6777891, выданный 17 августа 2004 г. под названием “Methods and Apparatus for Controlling Devices in a Networked Lighting System” («Способы и аппараты для управления устройствами в осветительной системе сетевой структуры»);
патент США № 6717376, выданный 6 апреля 2004 г. под названием “Automotive Information Systems” («Передвижные информационные системы»);
патент США № 7161311, выданный 9 января 2007 г. под названием “Multicolored LED Lighting Method and Apparatus” («Способ освещения на основе многоцветных СИДов и устройство для его осуществления»);
патент США № 7202613, выданный 10 апреля 2007 г. под названием “Controlled Lighting Methods and Apparatus” («Способы управляемого освещения и устройства для их осуществления»);
патент США № 7233115, выданный 19 июня 2007 г. под названием “Multicolored LED Lighting Power Control Methods and Apparatus” («Способы управления мощностью освещения многоцветными СИДами и устройства для их осуществления»);
публикация № 2005-0213353 заявки на патент, поданной 29 сентября 2005 г. под названием “LED Power Control Methods and Apparatus” («Способы управления мощностью СИДов и устройства для и их осуществления»);
публикация № 2005-0248299 заявки на патент, опубликованная 10 ноября 2005 г. под названием “Light System Manager” («Устройство управления осветительной системой»);
публикация № 2006-0002110 заявки на патент, опубликованная 5 января 2006 г. под названием “Methods and Systems for Providing Lighting Systems” («Способы и системы для создания осветительных систем»); и
публикация № 2007-0188114 заявки на патент, опубликованная 17 августа 2007 г. под названием “Methods and Apparatus for High Power Factor Controlled Power Delivery Using a Single Switching Stage per Load” («Способы и устройства для энергоснабжения, управляемого по коэффициенту мощности, с использованием одного переключающего каскада на каждую нагрузку»).
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая осветительное устройство в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.2 изображены возможные конструктивные параметры для осветительного устройства согласно Фиг.1, основанные, по существу, на прямолинейной конфигурации или криволинейной конфигурации, в соответствии с различными вариантами осуществления.
На Фиг.3 представлена схема, иллюстрирующая осветительную систему сетевой структуры в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.4 представлена схема, иллюстрирующая сеть осветительных устройств, каждое из которых имеет прямолинейную конфигурацию и расположено в двухмерной матрице, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.5 показана матрица согласно Фиг.4, при этом некоторые осветительные устройства показаны как включенные или генерирующие свет, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.6 показана временная диаграмма для всей матрицы, показанной на Фиг.4 и 5, или одной строки матрицы, демонстрирующая тот факт, что путем управления разными осветительными устройствами матрицы для генерирования различных световых выходных сигналов во времени можно создать любой из множества осветительных эффектов в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.7, 8А, 8В и 8С иллюстрируют различные конструкторские аспекты одного варианта осуществления настоящего изобретения, который направлен на создание модульного, по существу, линейного осветительного прибора, имеющего конфигурацию, обеспечивающую заключение в нем многочисленных осветительных устройств, аналогичных тем, которые описаны выше в связи с Фиг.1-6.
Фиг.9 иллюстрирует возможную компоновку различных компонентов линейного осветительного прибора согласно Фиг.7 и 8 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.10 изображена принципиальная схема коммутируемого источника питания осветительного прибора согласно Фиг.9 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг.11 изображен один конкретный пример осветительного устройства цветовой системы «красный - зеленый - синий» (цветовой системы RGB), которое может быть использовано в осветительном приборе согласно Фиг.9.
Фиг.12 иллюстрирует возможную компоновку различных компонентов линейного осветительного прибора согласно Фиг.7 и 8 в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.13 изображена осветительная система сетевой структуры, содержащая осветительные приборы, аналогичные тем, которые показаны на Фиг. 9 и 12, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.
Подробное описание
Ниже приводится описание различных вариантов осуществления настоящего изобретения, включая некоторые варианты осуществления, относящиеся конкретно к источникам света на основе СИДов. Вместе с тем, следует понять, что данное описание не ограничивается никаким конкретным способом воплощения и что различные варианты осуществления, рассматриваемые здесь в явном виде, приводятся главным образом в целях иллюстрации. Например, различные понятия, рассматриваемые здесь, могут быть должным образом воплощены во множестве сред, включающих в себя источники света на основе СИДов, источники света других типов, не включающие в себя СИДы, среды, которые включают в себя и СИДы, и источники света других типов в сочетании, и среды, которые включают в себя устройства, не связанные с освещением, отдельно или в сочетании с источниками света других типов.
Фиг.1 иллюстрирует один пример осветительного устройства в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Несколько общих примеров осветительных устройств на основе СИДов, аналогичных тем, которые описываются ниже в связи с Фиг.1, можно найти, например, в патенте США №6016038 (Mueller и др.), выданном 18 января 2000 г. под названием “Multicolored LED Lighting Method and Apparatus” («Способ освещения многоцветными СИДами и устройство для его осуществления»), и патенте США №6211626 (Lys и др.), выданном 3 апреля 2001 г. под названием “Illumination Components” («Иллюминационные компоненты»), причем эти патенты во всей их полноте упоминаются здесь для справок.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения, осветительное устройство 100, показанное на Фиг.1, можно использовать отдельно или вместе с другими аналогичными осветительными устройствами в системе (например, такой как описываемая ниже в связи с Фиг.3). Используемое отдельно или в сочетании с другими осветительными устройствами осветительное устройство 100 можно применять во множестве приложений, включая - но не в ограничительном смысле - освещение и подсветку всего внутреннего или внешнего пространства (например, архитектурных сооружений) с обеспечением прямого обзора или непрямого обзора, прямую и косвенную подсветку объектов или пространств, освещение для создания театральных или других эффектов, основанных на зрелищах, и/или специальных эффектов, декоративное освещение, освещение, ориентированное на цели безопасность, освещение, связанное с демонстрациями и/или товарами или их подсветку (например, для рекламных акций и/или в условиях розничной продажи или потребительской среды), комбинированные системы освещения или подсветки и связи и т.д., а также преследующие различные указательные, демонстрационные и информационные цели.
Осветительное устройство 100, показанное на Фиг.1, может включать в себя один или более источников 104А, 104В, 104С и 104D света (вместе обозначенных позицией 104), при этом один или более источников света могут быть источником света на основе СИДов, который включает в себя один или более СИДов. Любые два или более источников света могут быть выполнены с возможностью излучения света разных цветов (например, красного, зеленого, синего); в этой связи отметим, что, как обсуждалось выше, каждый из источников света разных цветов излучает отличающийся спектр источника, который составляет отличающийся «канал» «многоканального» осветительного устройства. Хотя на Фиг.1 показаны четыре источника 104А, 104В, 104С и 104D света, следует понять, что на осветительное устройство в этой связи ограничения не накладываются, поскольку в осветительном устройстве 100 можно применять разные количества и различные типы источников света на основе СИДов (все источники света на основе СИДов, источники света на основе СИДов и источники света не на основе СИДов в сочетании и т.д.), выполненных с возможностью генерирования излучения множества разных цветов, включая, по существу, белый (дневной) свет, как подробнее рассматривается ниже.
По-прежнему обращаясь к Фиг.1 отмечаем, что осветительное устройство 100 также может включать в себя контроллер 105, который имеет конфигурацию, обеспечивающую выдачу одного или более управляющих сигналов для возбуждения источников света с целью генерирования света различных интенсивностей из источников света. Например, в одном воплощении контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую выдачу, по меньшей мере, одного управляющего сигнала для каждого источника света с целью независимого управления интенсивностью света (например, мощностью излучения, выражаемой в люменах), генерируемого каждым источником света; в альтернативном варианте, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую выдачу одного или более управляющих сигналов для коллективного управления группой из двух или более источников света идентичным образом. Некоторые примеры управляющих сигналов, которые может генерировать контроллер для управления источниками света, включают в себя - но не в ограничительном смысле - импульсно-модулированные сигналы, широтно-импульсно-модулированные сигналы (ШИМ-сигналы), амплитудно-импульсно-модулированные сигналы (АИМ-сигналы), кодово-импульсно-модулированные сигналы (КИМ-сигналы), аналоговые управляющие сигналы (например, управляющие сигналы тока, управляющие сигналы напряжения), комбинации и/или модуляции вышеуказанных сигналов или другие управляющие сигналы. В некоторых воплощениях, в частности в связи с источниками света на основе СИДов, один или более методов модуляции обеспечивают изменяемое управление с использованием фиксированного уровня тока, прикладываемого к одному или более СИДам, с целью ослабления нежелательных или непредсказуемых изменений в выходном сигнале СИДа, которые могли бы возникнуть, если бы применялся изменяемый ток возбуждения СИДа. В других приложениях, контроллер 105 может управлять другой специально выделенной схемой (не показанной на Фиг.1), которая, в свою очередь, управляет источниками света с целью изменения их соответствующих интенсивностей.
Вообще говоря, интенсивность (излучаемая выходная мощность) излучения, генерируемого одним или более источниками света, пропорциональна средней мощности, подводимой к источнику (источникам) света в течение заданного периода времени. Соответственно, один метод изменения интенсивности излучения, генерируемого одним или более источниками света, включает в себя модуляцию мощности, подводимой к источнику (источникам) света (например, его (их) рабочей мощности). Для некоторых типов источников света, включая источники на основе СИДов, этого можно эффективно достигать с помощью метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
источника
источника
источника
источника
источника
источника
источника
источника
источника
источника
источника
источника
В одном возможном воплощении метода управления посредством ШИМ, для каждого канала осветительного устройства к заданному источнику света, составляющему канал, периодически прикладывается фиксированное заранее определенное напряжение V. Приложение напряжения V можно осуществлять посредством одного или более переключателей, не показанных на Фиг.1 и управляемых контроллером 105. Когда напряжение V прикладывается к источнику света, обеспечивается протекание фиксированного заранее определенного тока I (например, определяемого регулятором тока, также не показанным на Фиг.1) через источник света. И опять напомним, что источник света на основе СИДов может включать в себя один или более СИДов, так что напряжение V может быть приложено к группе СИДов, составляющих этот источник, а ток I может потребляться этой группой СИДов. Фиксированное напряжение V на источнике света, когда тот запитан, и регулируемый ток I, потребляемый источником света, когда тот запитан, определяют величину мгновенной рабочей мощности Р источника света (Р = V × I). Как упоминалось выше, использование регулируемого тока для источников света на основе СИДов ослабляет нежелательные или непредсказуемые изменения в выходном сигнале СИДа, которые могли бы возникнуть, если бы применялся изменяемый ток возбуждения СИДа.
источника
источника
В соответствии с методом ШИМ, путем периодического приложения напряжения V к источнику света и изменения момента времени приложения напряжение прикладывается в течение заданного цикла включения-выключения, и можно модулировать среднюю мощность, подводимую к источнику света с течением времени (среднюю рабочую мощность). В частности, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую приложение напряжения V к заданному источнику света в импульсном режиме (например, путем выдачи управляющего сигнала, который приводит в действие один или более переключателей для приложения напряжения к источнику света), предпочтительно на частоте, которая больше, чем та, которую способен обнаружить человеческий глаз (например, больше чем приблизительно 100 Гц). Таким образом, наблюдатель света, генерируемого источником света, не воспринимает дискретные циклы включения-выключения (обычно называемые «эффектом мерцания»), а вместо этого интегрирующая функция глаза обеспечивает восприятие, по существу, непрерывного генерирования света. Регулируя длительность импульсов (т.е. время включения или «коэффициент заполнения») циклов включения управляющего сигнала, контроллер изменяет среднюю величину времени, в течение которого источник света запитывается, в любой заданный период времени и поэтому изменяет среднюю рабочую мощность источника света. Таким образом, можно, в свою очередь, изменять воспринимаемую яркость генерируемого света из каждого канала.
Как подробнее обсуждается ниже, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую управление каждым отличающимся каналом-источником света многоканального осветительного устройства с определенной средней рабочей мощностью, получая соответствующую выходную мощность излучения для света, генерируемого каждым каналом. В альтернативном варианте, контроллер 105 может принимать инструкции (например, «команды освещения») из множества пунктов отправления, таких как интерфейс 118 пользователя, источник 124 сигналов либо один или более портов 120 связи, которые задают предписанные рабочие мощности для одного или более каналов, а значит, и соответствующие излучаемые выходные мощности для света, генерируемого соответствующими каналами. За счет изменения предписанных рабочих мощностей для одного или более каналов (например, в соответствии с разными инструкциями или командами освещения) осветительное устройство может генерировать свет воспринимаемых цветов и уровней яркости.
В некоторых воплощениях осветительного устройства 100, как упоминалось выше, один или более источников 104А, 104В, 104С и 104D света, показанных на Фиг.1, могут включать в себя группу из нескольких СИДов или источников света других типов (например, различные параллельные и/или последовательные соединения СИДов или источников света других типов), которые совместно управляются контроллером 105. Кроме того, следует понять, что один или более источников света могут включать в себя один или более СИДов, которые выполнены с возможностью генерирования излучения, имеющего любой из множества спектров (т.е. длин волн или полос длин волн), включая - но не в ограничительном смысле - различные видимые цвета (включая, по существу, белый свет), различные цветовые температуры белого, ультрафиолетового или инфракрасного света. В различных воплощениях осветительного устройства 100 можно применять СИДы, имеющие множество ширин полос спектров (например, узкую полосу, более широкую полосу).
Осветительное устройство 100 может быть выполнено и скомпоновано с возможностью получения широкого диапазона цветоизменяемого излучения. Например, в одном воплощении, осветительное устройство 100 может быть выполнено, в частности, таким образом, что свет, имеющий управляемую изменяемую интенсивность (т.е. изменяемую мощность излучения), генерируемый двумя или более источниками света, объединяется с получением света смешанных цветов (включая, по существу, белый свет, имеющий множество цветовых температур). В частности, цвет (или цветовую температуру) света смешанных цветов можно изменять путем изменения одной или более соответствующих интенсивностей (выходную мощность излучения) источников света (например, в ответ на один или более управляющих сигналов из контроллера 105). Кроме того, контроллер 105 может, в частности, иметь конфигурацию, обеспечивающую управляющие сигналы для одного или более источников света с тем, чтобы генерировать множество статических или изменяющихся во времени (динамических) многоцветных (или с изменяющейся цветовой температурой) осветительных эффектов. С этой целью контроллер может включать в себя процессор 102 (например, микропроцессор), запрограммированный на выдачу таких управляющих сигналов в один или более источников света. В различных воплощениях, процессор 102 может быть запрограммирован на выдачу таких управляющих сигналов автономно в ответ на команды освещения или в ответ на различные вводы данных пользователя или сигналов.
Таким образом, осветительное устройство 100 может включать в себя СИДы, обеспечивающие широкое разнообразие цветов, в различных комбинациях, включая два или более СИДов красного, зеленого и синего цвета для получения цветовой смеси, а также один или более других СИДов для создания изменяющихся цветов и цветовых температур белого света. Например, красный, зеленый и синий цвета могут быть смешаны с янтарно-желтым, белым, ультрафиолетовым, оранжевым или инфракрасным цветами СИДов. Кроме того, можно использовать многочисленные СИДы белого цвета, имеющие разные цветовые температуры (например, один или более СИДов белого цвета, которые генерируют первый спектр, соответствующий первой цветовой температуре, и один или более других СИДов, которые генерируют второй спектр, соответствующий второй цветовой температуре, отличающейся от первой цветовой температуры), в осветительном устройстве, все СИДы которого являются СИДами белого цвета или представляют собой комбинацию с СИДами других цветов. Такие комбинации СИДов разных цветов и/или СИДов белого цвета с разными цветовыми температурами в осветительном устройстве 100 могут облегчить точное воспроизведение массы желаемых спектров согласно условиям освещения, примеры которых включают в себя - но не в ограничительном смысле - множество эквивалентов дневного света на открытом воздухе в разные времена суток, различные условия освещения в помещениях для имитации сложного многоцветного фона и т.п. Другие желаемые условия освещения можно создавать путем удаления конкретных участков спектра, которые могут, в частности, поглощаться, ослабляться или отражаться в некоторых средах. Например, вода склонна поглощать и ослаблять большинство не синих и не зеленых цветов света, так что в подводных приложениях можно получить выгоду от условий освещения, которые создаются специально для подчеркивания или ослабления некоторых элементов спектра относительно других.
Как показано на Фиг.1, осветительное устройство 100 также может включать в себя запоминающее устройство 114 для хранения различных данных. Например, запоминающее устройство 100 может применяться для хранения одной или более команд освещения или программ, исполняемых процессором 102 (например, для генерирования одного или более управляющих сигналов для источников света) в качестве данных (например, калибровочной информации, подробнее рассматриваемой ниже) различных типов, полезных для генерирования излучения изменяемого цвета. Запоминающее устройство 114 также может хранить один или более конкретных идентификаторов (например, порядковый номер, адрес, и т.д.), которые можно использовать либо локально, либо на системном уровне для идентификации осветительного устройства 100. В различных вариантах осуществления, такие идентификаторы могут быть заранее запрограммированы, например, фирмой-изготовителем и могут в дальнейшем изменяться или не изменяться (например, посредством некоторых типов интерфейса пользователя, находящегося на осветительном устройстве, посредством одного или более информационных или управляющих сигналов, принимаемых осветительным устройством, и т.д.). В альтернативном варианте, такие идентификаторы могут быть определяемыми во время первоначального использования осветительного устройства в полевых условиях, а после этого - опять изменяемыми или не изменяемыми.
Один вопрос, который может возникнуть в связи с управлением многочисленными источниками света в осветительном устройстве согласно Фиг.1 и управлением многочисленными осветительными устройствами 100 в осветительной системе (например, такой, как обсуждаемая ниже в связи с Фиг.2), связан с потенциально воспринимаемыми различиями в светоотдаче между, по существу, аналогичными источниками света. Например, если задать два, в сущности, идентичных источника света, возбуждаемых соответствующими идентичными управляющими сигналами, то фактическая интенсивность света (т.е. мощность излучения, выражаемая в люменах), выдаваемая каждым источником света, может оказаться разной при измерении. Такое различие в светоотдаче может быть отнесено на счет различных факторов, включая, например, незначительные различия в изготовлении между источниками света, происходящие со временем обычный износ и истирание источников света, которые могут изменять соответствующие спектры генерируемого излучения, и т.д. В целях, преследуемых в данном обсуждении, источники света, для которых конкретная зависимость между управляющим сигналом и результирующей выходной мощностью излучения неизвестна, называются источниками «некалиброванного» света. Использование одного или более источников некалиброванного света в осветительном устройстве 100 может привести к генерированию света, имеющего непредсказуемый или «некалиброванный» цвет либо непредсказуемую или «некалиброванную» цветовую температуру. Рассмотрим, например, первое осветительное устройство, включающее в себя первый источник некалиброванного света красного цвета и первый источник некалиброванного света синего цвета, управление каждым из которых осуществляется в ответ на соответствующую команду освещения, имеющую регулируемый параметр в диапазоне от нуля до 255 (0-255), при этом максимальное значение 255 отображает доступную максимальную мощность излучения (например, 100 %) из источника света. В целях этого примера, если команда красного света задана нулевой, а команда синего цвета - ненулевой, то генерируется синий цвет, а если команда синего цвета задана нулевой, а команда красного света - ненулевой, то генерируется красный цвет. Однако если обе команды изменяются от ненулевых значений, то можно получить множество ощутимо разных цветов (например, в этом случае возможны, самое малое, многие различные оттенки пурпурно-красного цвета). В частности, возможен вариант, когда конкретный желаемый цвет (например, бледно-лиловый) задается командой красного цвета, имеющей значение 125, и командой синего цвета, имеющей значение 200. Рассмотрим теперь второе осветительное устройство, включающее в себя второй источник некалиброванного света красного цвета, по существу, аналогичный первому источнику некалиброванного света красного цвета первого осветительного устройства, и второй источник некалиброванного света синего цвета, аналогичный первому источнику некалиброванного света синего цвета первого осветительного устройства. Как сказано выше, даже если управление обоими источниками некалиброванного света красного цвета осуществляется в ответ на соответствующие идентичные команды, фактическая интенсивность света (например, мощность излучения, выражаемая в люменах), выдаваемая каждым источником света красного цвета, может оказаться разной при измерении. Аналогично, если управление обоими источниками некалиброванного света синего цвета осуществляется в ответ на соответствующие идентичные команды, фактический свет, выдаваемый каждым источником света синего цвета, может оказаться разным при измерении.
Учитывая вышеизложенное, следует понять, что если несколько источников некалиброванного света совместно используются в осветительных приборах для получения света смешанных цветов, как сказано выше, наблюдаемый цвет (или цветовая температура) света, создаваемого разными осветительными устройствами при идентичных условиях управления, могут быть ощутимо разными. В частности, рассмотрим снова вышеописанный пример «бледно-лилового цвета»; «первый бледно-лиловый цвет», создаваемый первым осветительным устройством с помощью команды красного цвета, имеющей значение 125, и команды синего цвета, имеющей значение 200, может ощутимо отличаться от «второго бледно-лилового цвета», создаваемого вторым осветительным устройством с помощью команды красного цвета, имеющей значение 125, и команды синего цвета, имеющей значение 200. Если обобщить, то первый и второй осветительные приборы генерируют некалиброванные цвета посредством своих источников некалиброванного света. Соответственно, в некоторых воплощениях предлагаемой технологии, осветительное устройство 100 включает в себя калибровочное средство для облегчения генерирования света, имеющего калиброванный (например, предсказуемый, воспроизводимый) цвет в любой заданный момент времени. В одном аспекте, калибровочное средство имеет конфигурацию, обеспечивающую регулирование (например, масштабирование) светоотдачи, по меньшей мере, некоторых источников света осветительного устройства для компенсации ощутимых различий между аналогичными источниками света, используемыми в разных осветительных устройствах. Например, в одном варианте осуществления процессор 102 осветительного устройства 100 имеет конфигурацию, обеспечивающую управление одним или более источниками света с тем, чтобы выдавать излучение с калиброванной интенсивностью, которая, по существу, заранее определенным образом соответствует управляющему сигналу для источника (источников) света. В результате смешения излучений, имеющих разные спектры и соответствующие калиброванные интенсивности, получается калиброванный свет. В одном аспекте этого варианта осуществления, по меньшей мере, одно значение калибровки для каждого источника света хранится в запоминающем устройстве 114, а процессор запрограммирован на применение соответствующих значений калибровки к управляющим сигналам (командам) для соответствующих источников света для генерирования калиброванных интенсивностей. Одно или более значений калибровки может быть определяемым один раз (например, в течение фазы изготовления или тестирования осветительного устройства) и хранимым в запоминающем устройстве 114 для использования процессором 102. В другом аспекте, процессор 102 может иметь конфигурацию, обеспечивающую динамическое (например, время от времени) получение одного или более значений калибровки, например, с помощью одного или более фотодатчиков. В различных вариантах осуществления, фотодатчик может (фотодатчики могут) быть одним или более наружными компонентами, подключенными к осветительному устройству, или - в альтернативном варианте - могут быть встроены в само осветительное устройство как его часть. Фотодатчик является одним примером источника сигналов, который может быть встроен в осветительное устройство 100 или связан с ним иным образом и может управляться процессором 102 в связи с работой осветительного устройства. Другие примеры таких источников сигналов дополнительно рассматриваются ниже в связи с источником 124 сигналов, показанным на Фиг.1. Один возможный способ, который можно воплотить посредством процессора 102 для получения одного или более значений калибровки, включает в себя приложение опорного управляющего сигнала к источнику света (например, соответствующего максимальной выходной мощности излучения) и измерение (например, посредством одного или более фотодатчиков) интенсивности излучения (например, мощности излучения, падающего на фотодатчик), генерируемого за счет такого приложения источником света. Процессор может быть запрограммирован на последующее сравнение измеренной интенсивности и, по меньшей мере, одно опорное значение (например, отображающее интенсивность, которую в обычном случае можно было бы ожидать в ответ на опорный управляющий сигнал). На основании такого сравнения процессор может определять одно или более значений калибровки (например, масштабных коэффициентов) для источника света. В частности, процессор может получать значение калибровки таким образом, что, когда оно применяется к опорному управляющему сигналу, источник света выдает излучение, имеющее интенсивность, которая соответствует опорному значению (т.е. «ожидаемой» интенсивности, например, ожидаемой мощности излучения, выражаемой в люменах). В различных аспектах, можно получать одно значение калибровки для всего диапазона управляющих сигналов или выходных интенсивностей для заданного источника света. В альтернативном варианте, можно получать многочисленные значения калибровки для заданного источника света (например, можно получать некоторое количество «выборок» значений калибровки), которые соответственно применяются по всем диапазонам управляющих сигналов или выходных интенсивностей, для приближения нелинейной калибровочной функции кусочно-линейным образом.
По-прежнему обращаясь к Фиг.1, отмечаем, что осветительное устройство 100 может - по выбору - включать в себя один или более интерфейсов 118 пользователя, которые предусмотрены для отработки любой из некоторого количества выбираемых пользователем уставок или функций (например, в общем случае - управления светоотдачей осветительного устройства 100, изменения и/или выбора различных заранее запрограммированных осветительных эффектов, установления конкретных идентификаторов, таких как адреса или порядковые номера для осветительного устройства, и т.д.). В различных вариантах осуществления, связь между интерфейсом 118 пользователя и осветительным устройством может осуществляться посредством передачи по проводу, кабелю или беспроводной передачи.
В одном воплощении, контроллер 105 осветительного устройства контролирует интерфейс 118 пользователя и управляет одним или более источниками 104А, 104В, 104С и 104D света на основании, по меньшей мере частично, работы, выполняемой пользователем интерфейса. Например, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую ответ на работу интерфейса пользователя путем выдачи одного или более управляющих сигналов для управления одним или более источниками света. В альтернативном варианте, процессор 102 может иметь конфигурацию, обеспечивающую ответ путем выбора одного или более заранее запрограммированных сигналов управления, хранимых в запоминающем устройстве, модификации управляющих сигналов, генерируемых путем исполнения программы освещения, выбора новой программы освещения из запоминающего устройства и ее исполнения или осуществляемого иным образом воздействия на излучение, генерируемое одним или более источниками света.
В некоторых вариантах осуществления, интерфейс 118 пользователя может включать в себя один или более переключателей (например, стандартных настенных выключателей), которые прерывают подачу питания в контроллер 105. В одном варианте осуществления, контроллер 105 имеет конфигурацию, обеспечивающую контроль мощности под управлением интерфейса пользователя, и - в свою очередь - управление одним или более источниками света на основании, по меньшей мере частично, длительности прерывания подачи питания, обуславливаемой работой интерфейса пользователя. Как говорилось выше, контроллер может иметь, в частности, конфигурацию, обеспечивающую ответ на заранее определенную длительность прерывания подачи питания, например, путем выбора одного или более заранее запрограммированных сигналов управления, хранимых в запоминающем устройстве, модификации управляющих сигналов, генерируемых за счет исполнения программы освещения, выбора новой программы освещения из запоминающего устройства и ее исполнения или осуществляемого иным образом воздействия на излучение, генерируемое одним или более источниками света.
На Фиг.1 также показано, что осветительное устройство 100 может иметь конфигурацию, обеспечивающую прием одного или более сигналов 122 из одного или более других источников 124 сигналов. В одном воплощении, контроллер 105 осветительного устройства может использовать сигнал (сигналы) 122 по отдельности или в сочетании с другими управляющими сигналами (например, сигналами, генерируемыми за счет исполнения программы освещения, одним или более выходными сигналами из интерфейса пользователя, и т.д.) с целью управления одним или более источниками 104А, 104В, 104С и 104D света тем образом, который рассмотрен выше в связи с интерфейсом пользователя.
Примеры сигнала (сигналов) 122, которые могут быть приняты и обработаны процессором 105, включают в себя - но не в ограничительном смысле - один или более из аудиосигналов, видеосигналов, сигналов мощности, информационных сигналов различных типов, сигналов, отображающих информацию, получаемую из сети (например, Internet), сигналов, отображающих одно или более обнаружимых или воспринимаемых условий, сигналов из осветительных устройств, сигналов, соответствующих модулированному свету, и т.д. В различных воплощениях, источник (источники) 124 сигналов могут находиться на расстоянии от осветительного устройства 100 или могут быть включены в это осветительное устройство в качестве его компонента. В одном варианте осуществления, сигнал из осветительного устройства 100 можно было бы посылать через сеть в другое осветительное устройство 100.
Некоторые примеры источника 124 сигналов, который можно применять в осветительном устройстве 100 согласно Фиг.1 или использовать вместе с ним, включают в себя любой из множества датчиков или измерительных преобразователей, которые генерируют один или более сигналов 122 в ответ на некоторое стимулирующее воздействие. Примеры таких датчиков включают в себя - но не в ограничительном смысле - различных типов датчики состояния окружающей среды, датчики движения, фотодатчики или светочувствительные датчики (например, фотодиоды, датчики, которые чувствительны к одному или более конкретных спектров электромагнитного излучения, такие как спектрорадиометры или спектрофотометры, и т.д.), различных типов съемочные камеры или датчики вибраций либо другие измерительные преобразователи давления или силы (например, микрофоны, пьезоэлектрические устройства) и т.п.
Примеры источника 124 сигналов включают в себя различные измерительные и/или обнаруживающие устройства, которые контролируют электрические сигналы или характеристики (например, напряжение, ток, мощность, сопротивление, емкость, индуктивность и т.д.), либо химические или биологические характеристики (например, кислотность, присутствие одного или более конкретных химических или биологических веществ, бактерий и т.д.) и выдают один или более сигналов 122 на основании измеренных значений сигналов или характеристик. Еще одни примеры источника 124 сигналов включают в себя различных типов сканеры, системы распознавания образов, системы распознавания речи и других звуков, системы искусственного интеллекта и робототехнические системы и т.п. Источник 124 сигнала также может быть осветительным устройством 100, другим контроллером или процессором или любым из многих имеющихся в наличии устройств генерирования сигналов, таких как устройства воспроизведения аудиовизуальной информации (медиаплееры), устройства воспроизведения в формате МР3 (МР3-плееры), компьютеры, устройства воспроизведения компакт-дисков (CD-плееры), устройства воспроизведения универсальных цифровых дисков (DVD-плееры), источники телевизионных сигналов, источники сигналов съемочных камер, микрофоны, динамики, телефоны, сотовые телефоны, устройства мгновенной пересылки сообщений, устройства службы передачи коротких сообщений (SMS-устройства), радиоустройства, устройства типа электронных секретарей и многие другие.
Осветительное устройство 100, показанное на Фиг.1, также может включать в себя один (одно) или более оптических элементов или средств 130 для оптической обработки излучения, генерируемого источниками 104А, 104В, 104С и 104D света. Например, один или более оптических элементов могут иметь конфигурацию, обеспечивающую изменение одного из пространственного распределения и направления распределения генерируемого излучения либо их обоих. В частности, один или более оптических элементов может иметь конфигурацию, обеспечивающую изменение угла диффузии генерируемого излучения. В одном аспекте этого варианта осуществления, один или более оптических элементов 130 может иметь, в частности, конфигурацию, обеспечивающую изменяемое изменение одного из пространственного распределения и направления распределения генерируемого излучения либо их обоих (например, в ответ на некоторое оптическое и/или механическое стимулирующее воздействие). Примеры оптических элементов, которые могут входить в состав осветительного устройства 100, включают в себя - но не в ограничительном смысле - отражающие материалы, преломляющие материалы, полупрозрачные материалы, фильтры, линзы, зеркала и волоконно-оптические средства. Оптический элемент 130 также может включать в себя фотофосфорецирующий материал, полупрозрачный материал или другой материал, способный реагировать на генерируемое излучение или взаимодействовать с ним.
Как также показано на Фиг.1, осветительное устройство 100 может включать в себя один или более портов 120 связи для осуществления связи осветительного устройства 100 с любым из множества других устройств, включая одно или более других осветительных устройств. Например, один или более портов 120 связи могут осуществлять многочисленные связи друг с другом в виде осветительной системы сетевой структуры, в которой, по меньшей мере, некоторые из осветительных устройств или все они являются адресуемыми (например, имеют конкретные идентификаторы или адреса) и/или реагирующими на конкретные данные, передаваемые через сеть. В другом аспекте, один или более портов 120 связи могут быть выполнены с возможностью приема и/или передачи данных посредством проводной или беспроводной передачи. В одном варианте осуществления, информация, принимаемая через порт связи, может быть, по меньшей мере, частично связана с информацией об адресах, впоследствии используемой осветительным устройством, а осветительное устройство может быть выполнено с возможностью приема и последующего хранения информации об адресах в запоминающем устройстве 114 (например, осветительное устройство может быть выполнено с возможностью использования хранимого адреса в качестве своего адреса, предназначенного для использования при приеме последующих данных через один или более портов связи).
В частности, поскольку в среде осветительной системы сетевой структуры, рассматриваемой ниже (например, в связи с Фиг.2), данные передаются через сеть, контроллер 105 каждого осветительного устройства подключенного к сети, может иметь конфигурацию, обеспечивающую реакцию на конкретные данные (например, команды управления освещением), которые к нему относятся (например, в некоторых случаях, как диктуется соответствующими идентификаторами осветительных устройств сетевой структуры). Как только заданный контроллер идентифицирует конкретные данные, предназначенные для него, он может считывать эти данные и, например, изменять условия освещения, создаваемые его источниками света, в соответствии с принятыми данными (например, путем генерирования подходящих управляющих сигналов для источников света). В одном аспекте, в запоминающее устройство 114 каждого осветительного устройства, подключенного к сети, может быть загружена таблица сигналов управления освещением, которые соответствуют данным, принимаемым процессором 102 контроллера. Как только процессор 102 принимает данные из сети, процессор может обратиться к таблице, чтобы выбрать управляющие сигналы, которые соответствуют принятым данным, и соответственно управлять источниками света осветительного устройства (например, с помощью одного или более из множества методов управления аналоговыми или цифровыми сигналами, включая различные методы импульсной модуляции, о которых шла речь выше).
В одном аспекте этого варианта осуществления, процессор 102 заданного осветительного устройства, подключенного или не подключенного к сети, может иметь конфигурацию, обеспечивающую интерпретацию команд или данных освещения, которые принимаются в протоколе цифрового матричного коммутатора (DMX) (рассматриваемого, например, в патентах США №№6016038 и 6211626), который является протоколом команд освещения, обычно применяемым в осветительной промышленности для некоторых приложений программируемого освещения. В протоколе DMX команды освещения передаются в осветительное устройство в качестве управляющих данных, которые отформатированы в пакеты, включающие в себя 512 байт данных, при этом каждый байт данных образован 8-ю битами, отображающими цифровое значение между нулем и 255. Этим 512 байтам данных предшествует байт «кода начала». Весь «пакет», включающий в себя 513 байт (код начала плюс данные), передается последовательно со скоростью 250 кбит/с в соответствии с уровнями напряжения стандартного интерфейса RS-485 передачи данных и методиками кабельной связи, при этом начало пакета обозначается прерыванием, по меньшей мере, на 88 микросекунд.
В протоколе DMX каждый байт данных из 512 байт в заданном пакете предназначен для использования в качестве команды для конкретного «канала» многоканального осветительного устройства, причем цифровое значение «нуль» обозначает отсутствие выходной мощности излучения для заданного канала осветительного устройства (т.е. выключение канала), а цифровое значение 255 обозначает полную выходную мощность излучения (100%-ную доступную мощность) для заданного канала осветительного устройства (т.е. полное включение канала). Например, в одном аспекте, рассматривая в данный момент трехканальное осветительное устройство на основе СИДов красного, зеленого и синего цвета (т.е. осветительное устройство цветовой системы R-G-B), получаем, что команда освещения в протоколе DMX может задавать каждую из команды канала красного цвета, команды канала зеленого цвета и команды канала синего цвета как 8-битные данные (например, байт данных), отображающие значение от 0 до 255. Максимальное значение 255 для любого из каналов цвета предписывает процессору 102 управление соответствующим источником (соответствующими источниками) света для работы с максимальной доступной мощностью для этого цвета (такую структуру команды для осветительного устройства цветовой системы RGB обычно называют 24-битным управлением цветами). Следовательно, команда формата [R, G, B] = [255, 255, 255] должна заставлять осветительное устройство генерировать максимальную мощность излучения для каждого из красного, зеленого и синего цветов (тем самым образуя белый свет).
Таким образом, заданная линия связи, на которой применяется протокол DMX, обычно может поддерживать 512 различных каналов осветительного устройства. Заданное осветительное устройство, предназначенное для приема сообщений, отформатированных в протоколе DMS, в общем случае имеет конфигурацию, обеспечивающую ответ только на один или более конкретных байтов данных из 512 байт в пакете, соответствующих количеству каналов осветительного устройства (например, в рассмотренном примере трехканального осветительного устройства, это осветительное устройство использует три байта), и игнорирование остальных байтов на основании конкретного положения желаемого байта (желаемых байтов) данных в общей последовательности 512 байт данных в пакете. С этой целью осветительные устройства, использующие протокол DMX, могут быть оснащены механизмом выбора адресов, настройку которого пользователь может осуществлять вручную, определяя конкретное положение байта (байтов) данных, на которые реагирует осветительное устройство, в заданном пакете, использующем протокол DMX.
Однако следует понять, что осветительные устройства, пригодные в целях данного изобретения, не ограничиваются форматом команд протокола DMX, поскольку осветительные устройства, соответствующие различным вариантам осуществления, могут иметь конфигурацию, обеспечивающую реакцию на протоколы связи или форматы команд освещения других типов с целью управления соответствующими им источниками света. Вообще говоря, процессор 102 может иметь конфигурацию, обеспечивающую ответ на команды освещения во множестве форматов, выражающие предписываемые рабочие мощности для каждого отличающегося канала многоканального осветительного устройства с соответствии с некоторым масштабом, отображающим доступную рабочую мощность от нуля до максимума для каждого канала.
Например, в другом варианте осуществления, процессор 102 заданного осветительного устройства может иметь конфигурацию, обеспечивающую интерпретацию команд или данных освещения, которые принимаются в обычном протоколе Ethernet (или аналогичном протоколе, основанном на понятиях Ethernet). Ethernet - хорошо известная технология организации сетей компьютеров, часто применяемая для локальных сетей (LAN), которая определяет требования к проводам и передаче сигналов для взаимосвязанных устройств, образующих сеть, а также к форматам кадров и протоколам для данных, передаваемых через сеть. Устройства, подключенные к сети, имеют соответствующие особые адреса, а данные для одного или более адресуемых устройств в сети организованы в форме пакетов. Каждый Ethernet-пакет включает в себя «заголовок», который задает адрес получателя (по которому следует пакет) и адрес отправителя (откуда пришел пакет), после чего следует «полезная нагрузка», включающая в себя несколько байтов данных (например, в протоколе Ethernet-кадров II типа полезная нагрузка может занимать от 46 байт данных до 1500 байт данных). Пакет заканчивается кодом исправления ошибок или «контрольной суммой». Как и в случае рассмотренного выше протокола DMX, полезная нагрузка последовательных Ethernet-пакетов, направленных в заданное осветительное устройство, имеющее конфигурацию, обеспечивающую прием сообщений в протоколе Ethernet, может включать в себя информацию, которая отображает соответствующие предписанные мощности излучения для разных доступных спектров света (например, разных каналов цвета), которые способно генерировать осветительное устройство.
В еще одном варианте осуществления, процессор 102 заданного осветительного устройства может иметь конфигурацию, обеспечивающую интерпретацию команд или данных освещения, которые принимаются в соответствии с протоколом связи на основе последовательной передачи, как описано, например, в патенте США № 6777891. В частности, в соответствии с одним вариантом осуществления, основанным на протоколе связи на основе последовательной передачи, многочисленные осветительные устройства 100 соединены друг с другом посредством портов 120 связи, образуя последовательное соединение (например, топологию с последовательным опросом или кольцевую топологию), при этом каждое осветительное устройство имеет входной порт связи и выходной порт связи. Команды или данные освещения, передаваемые в осветительное устройство, скомпонованы последовательно на основании относительного положения каждого осветительного устройства в последовательном соединении. Следует понять, что хотя осветительная сеть, основанная на последовательном соединении осветительных устройств, рассматривается конкретно в связи с вариантом осуществления, воплощающим протокол связи на основе последовательной передачи, изобретение в этом аспекте ограничений не имеет, поскольку другие примеры топологий осветительных сетей, предусматриваемые данным изобретением, подробно рассматриваются ниже в связи с Фиг.3.
В одном варианте осуществления, в котором применяется протокол связи на основе последовательной передачи, когда процессор 102 каждого осветительного устройства принимает данные, он «стирает» или извлекает одну или более начальных частей последовательности данных, предназначенной для него, и передает остаток последовательности данных в следующее осветительное устройство в последовательном соединении. Например, рассматривая опять последовательную взаимосвязь трехканальных осветительных устройств (например, цветовой системы “R-G-B”), отмечаем, что три многобитовых значения (по одному многобитовому значению на канал) извлекаются каждым трехканальным осветительным устройством из последовательности принимаемых данных. Каждое осветительное устройство в последовательном соединении, в свою очередь, повторяет эту процедуру, а именно стирание или извлечение одного или более начальных частей (многобитовых значений) последовательности принимаемых данных и передачу остатка последовательности. Начальная часть последовательности данных, стираемая, в свою очередь, каждым осветительным устройством, может включать в себя соответствующие предписываемые мощности излучения для разных доступных спектров света (например, каналов разных цветов), которые способно генерировать осветительное устройство. Как сказано выше в связи с протоколом DMX, в различных воплощениях каждое многобитовое значение, приходящееся на канал, может быть 8-битовым значением или содержать другое количество битов (например, 12, 16, 24 и т.д.) на канал, зависящее, в частности, от желаемой разрешающей способности управления для каждого канала.
В еще одном возможном воплощении протокола связи на основе последовательной передачи, вместо стирания начальной части последовательности принимаемых данных, с каждой частью последовательности данных, отображающей данные для многочисленных каналов заданного осветительного устройства, связывают флаг, а всю последовательность данных передают полностью от осветительного устройства к осветительному устройству в последовательном соединении. Когда осветительное устройство в последовательном соединении принимает последовательность данных, оно ищет первую часть последовательности данных, в котором флаг указывает, что заданная часть (отображающая один или более каналов) еще не считана никаким осветительным устройством. Обнаружив такую часть, осветительное устройство считывает и обрабатывает эту часть, выдавая соответствующий выходной световой сигнал, и устанавливает соответствующий флаг, указывая, что эта часть считана. И опять, вся последовательность данных передается полностью от осветительного устройства к осветительному устройству, при этом состояние флагов указывает следующую часть последовательности данных, доступную для считывания и обработки.
В одном варианте осуществления, связанном с протоколом связи на основе последовательной передачи, контроллер 105 заданного осветительного устройства, конфигурация которого обеспечивает протокол связи на основе последовательной передачи, может быть воплощен в форме специализированной интегральной схемы (СИС), предназначенной, в частности, для обработки принимаемого потока команд или данных освещения в соответствии с процессом «стирания или извлечения данных» или процессом «модификации флагами», описанными выше. Более конкретно, в одном возможном варианте осуществления многочисленных осветительных устройств, соединенных друг с другом в последовательной взаимосвязи для образования сети, каждое осветительное устройство включает в себя контроллер 150, воплощенный в форме СИС и обладающий функциональными возможностями процессора 102, запоминающего устройства 114 и порта (портов) 120 связи, показанных на Фиг.1 (устанавливаемые по выбору интерфейс 118 пользователя и источник 124 сигналов, конечно же, не обязательно должны присутствовать в некоторых воплощениях). Такое воплощение подробно рассмотрено в патенте США № 6777891.
В одном варианте осуществления, осветительное устройство 100 согласно Фиг.1 может включать в себя один или более источников 108 питания либо может быть подключено к нему или ним. В различных аспектах, примеры источника (источников) 118 питания включают в себя - но не в ограничительном смысле - источники питания переменного тока, источники питания постоянного тока, аккумуляторные батареи, источники питания на основе солнечных батарей и т.п. Кроме того, в одном аспекте источник (источники) 118 питания могут включать в себя один (одну) или более устройств преобразования мощности либо схем преобразования мощности (например, в некоторых случаях являющихся внутренними по отношению к осветительному устройству 100), или может быть связан с такими устройствами или схемами, которые преобразуют мощность, получаемую с помощью внешнего источника питания, в некоторую форму, пригодную для работы различных внутренних схемных компонентов источников света осветительного устройства 100. В одном возможном воплощении, рассмотренном в заявках №№ 11/079904 и 11/429715 на патенты США, контроллер 105 осветительного устройства 100 может иметь конфигурацию, обеспечивающую получение стандартного линейного напряжения переменного тока из источника 108 питания и выдачу соответствующей рабочей мощности постоянного тока для источников света и других схем осветительного устройства на основе концепций, связанных с преобразованием постоянного тока в постоянный или концепций «коммутируемого» источника питания. В одном аспекте таких воплощений, контроллер 105 осветительного устройства 100 может включать в себя схемы, не только предназначенные для получения стандартного линейного напряжения переменного тока, но и гарантирующие, что мощность этого линейного напряжения отбирается со значимо высоким коэффициентом мощности.
Хотя это и не показано явно на Фиг.1, осветительное устройство 100 может быть воплощено в любой из нескольких разных конструктивных конфигураций, соответствующих различным вариантам осуществления данного изобретения. Примеры таких конфигураций включают в себя - но не в ограничительном смысле - по существу, прямолинейную или криволинейную конфигурацию, круговую конфигурацию, овальную конфигурацию, прямоугольную конфигурацию, комбинации вышеуказанных конфигураций, конфигурации различных других геометрических форм, различные двух- или трехмерные конфигурации и т.п.
На Фиг.2 изображены возможные конструктивные параметры для осветительного устройства 100 согласно Фиг.1, основанные, по существу, на прямолинейной конфигурации 404 или криволинейной конфигурации 408, в соответствии с одним вариантом осуществления. В частности, по существу, прямолинейный или удлиненный корпус может включать в себя один или более источников 104А-104D света, а также контроллер 105 и другие компоненты, рассмотренные выше в связи с Фиг.1. В одном аспекте, источники 104А-104D света могут располагаться, по существу, линейно на одной или более монтажных плат внутри корпуса. Такое осветительное устройство, имеющее прямолинейную конфигурацию 404 или криволинейную конфигурацию 408, может быть размещено конец к концу с другими прямолинейными или криволинейными осветительными устройствами либо осветительными устройствами, имеющими другие формы, для получения более длинных линейных осветительных систем, состоящих из многочисленных осветительных устройств 100 в различных формах. В еще одних конфигурациях, корпуса, включающие в себя внутренние стыки, могут быть образованы с помощью разветвлений - Т-образных или Y-образных - для создания осветительного устройства, имеющего ветвящуюся конфигурацию 410, а осветительные устройства также могут быть воплощены с коленчатой конфигурацией 412, которая включает в себя один или более V-образных элементов. Для создания осветительной системы, такой как осветительная система, имеющая форму буквы, цифры, символа, логотипа, предмета, структуры или аналогичной конфигурации, можно использовать комбинации различных конфигураций, включающие в себя прямолинейные конфигурации 404, криволинейные конфигурации 408, ветвящиеся конфигурации 410 и коленчатые конфигурации 412.
Заданное осветительное устройство также может иметь одну из множества установочных компоновок источника (источников) света, расположений и форм оболочек или корпусов, предназначенных для частичного или полного заключения в них источников света, и/или конфигураций электрических и механических соединений. Кроме того, один или более оптических элементов, о которых говорилось выше, могут быть частично или полностью встроены в компоновку кожухов или корпусов для осветительного устройства. Помимо этого, различные компоненты осветительного устройства, о которых говорилось выше (например, процессор, запоминающее устройство, источник питания, интерфейс пользователя и т.д.), а также другие компоненты, которые могут быть связаны с осветительным устройством в различных воплощениях (например, датчики или измерительные преобразователи, другие компоненты для передачи информации в осветительное устройство или из него), могут быть заключены в корпуса разными путями; например, в одном аспекте любое подмножество различных компонентов или все компоненты осветительного устройства, а также другие компоненты, которые могут быть связаны с осветительным устройством, могут быть заключены в корпус вместе. В другом аспекте, подмножества компонентов, заключенные в корпуса, могут быть подключены друг к другу электрически и/или механически множеством способов.
Фиг.3 иллюстрирует пример осветительной системы 200 сетевой структуры в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. В варианте осуществления согласно Фиг.3, некоторое количество осветительных устройств 100, аналогичных тем, о которых шла речь в связи с Фиг.1, подключены друг к другу, образуя осветительную систему сетевой структуры. Вместе с тем, следует понять, что конкретная конфигурация и компоновка осветительных устройств, показанных на Фиг.3, приведены лишь в целях иллюстрации и что изобретение не ограничивается конкретной топологией системы, показанной на Фиг.3.
Кроме того, хотя это и не показано явно на Фиг.3, следует понять, что осветительная система 200 сетевой структуры может иметь гибкую конфигурацию и включать в себя один или более интерфейсов пользователя, а также один или более источников сигналов, в частности датчиков или измерительных преобразователей. Например, один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов, в частности датчиков или измерительных преобразователей (как говорилось выше в связи с Фиг.1), могут быть связаны с любым или любыми из осветительных приборов осветительной системы 200 сетевой структуры. В качестве альтернативы (или дополнения к вышеизложенному) отметим, что один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов могут быть воплощены как «автономные» компоненты в осветительной системе 200 сетевой структуры. Независимо от того, являются ли компоненты автономными или конкретным образом связанными с одним или более осветительными устройствами 100, осветительные устройства осветительной системы сетевой структуры могут использовать эти компоненты «совместно». Несмотря на то, что они разные, один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов, в частности датчиков или измерительных преобразователей, могут представлять собой «совместно используемые ресурсы» в осветительной системе сетевой структуры, которые можно использовать в связи с управлением любым или любыми из осветительных устройств этой системы.
Как показано в варианте осуществления согласно Фиг.3, осветительная система 200 может включать в себя один или более контроллеров 208А, 208В, 208С и 208D осветительных устройств (именуемых далее «КОУ»), причем каждый КОУ отвечает за связь с одним или более осветительными устройствами 100, соединенными с ним, или за управление ими. Хотя на Фиг.3 изображены два осветительных устройства 100, подключенные к КОУ 208А, и одно осветительное устройство 100, подключенное к каждому КОУ 208В, 208С и 208D, следует понять, что изобретение в этом отношении не ограничено, поскольку разные количества осветительных устройств 100 могут быть подключены к заданному КОУ во множестве разных конфигураций (посредством последовательных соединений, параллельных соединений, комбинаций последовательных и параллельных соединений и т.д.) с помощью множества разных сред и протоколов связи.
В системе согласно Фиг.3 каждый КОУ может быть подключен к центральному контроллеру 202, конфигурация которого обеспечивает связь с одним или более КОУ. Хотя на Фиг.3 показаны четыре КОУ, подключенные к контроллеру 202 посредством группирующего соединения 204 (которое может включать в себя любое количество из множества обычных подключающих, коммутирующих и/или образующих сеть устройств), следует понять, что в соответствии с различными вариантами осуществления, к центральному контроллеру 202 могут быть подключены разные количеств КОУ. Кроме того, в соответствии с различными вариантами осуществления данного изобретения, КОУ и центральный контроллер 202 могут быть подключены друг к другу во множестве конфигураций с использованием множества разных сред и протоколов связи для образования осветительной системы 200 сетевой структуры. Более того, следует понять, что взаимосвязь КОУ и центрального контроллера и взаимосвязь осветительных устройств с соответствующими КОУ может быть достигнута разными путями (например, с использованием разных конфигураций, сред и протоколов связи).
Например, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, центральный контроллер 202, показанный на Фиг.3, может иметь конфигурацию, обеспечивающую воплощение связи на основе Ethernet с КОУ, а КОУ в свою очередь могут иметь конфигурацию, обеспечивающую воплощение одного из таких вариантов связи, как на основе протоколов Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи, с осветительными устройствами 100 (как говорилось выше, возможные протоколы на основе последовательной передачи, пригодные для различных сетевых воплощений, подробно рассмотрены в патенте США № 6777891). В частности, в одной версии этого варианта осуществления, каждый КОУ может иметь конфигурацию адресуемого контроллера на основе Ethernet и соответственно может быть идентифицируемым для центрального контроллера 202 посредством особого адреса (или особой группы адресов и/или других идентификаторов) с использованием протокола Ethernet. Таким образом, центральный контроллер 202 может иметь конфигурацию, обеспечивающую поддержку обмена сообщениями по протоколу Ethernet через сеть связанных КОУ, а каждый КОУ может отвечать на предназначенные для него сообщения связи. В свою очередь, каждый КОУ может передавать информацию об управлении освещением в одно или более осветительных устройств, подключенных к ней, например, посредством протокола Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи в ответ на обмен сообщениями связи по протоколу Ethernet с центральным контроллером 202 (при этом осветительные приборы имеют надлежащую конфигурацию, обеспечивающую интерпретацию информации, получаемой от КОУ в соответствии с протоколами Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи).
КОУ 208А, 208В и 208С, показанные на Фиг.3, могут иметь конфигурацию «интеллектуальных» в том смысле, что центральный контроллер 202 может иметь конфигурацию, обеспечивающую передачу в КОУ команд более высокого уровня, которые должны быть интерпретированы КОУ перед тем, как можно будет переслать информацию об управлении освещением в осветительные устройства 100. Например, оператор осветительной системы может захотеть генерировать цветоизменяющий эффект, который изменяет цвета от осветительного устройства к осветительному устройству с тем, чтобы генерировать внешний вид распространяющейся радуги цветов («радужную рамку») при заданном расположении осветительных устройств относительно друг друга. В этом примере оператор может выдать простую команду в центральный контроллер 202 для осуществления этого, а центральный контроллер, в свою очередь, может передать в один или более КОУ с помощью протокола Ethernet команду высокого уровня для генерирования «радужной рамки». Эта команда может содержать, например, информацию о синхронизации, целостности, оттенках, насыщенности или другую релевантную информацию. Когда заданный КОУ получает такую команду, он может интерпретировать ее и передавать другие команды в одно или более осветительных устройств с помощью любого из множества протоколов (например, Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи), в ответ на что происходит управление соответствующими источниками осветительных устройств посредством любого из множества методов передачи сигналов (например, ШИМ).
Один или более КОУ осветительной сети могут быть подключены к последовательному соединению многочисленных осветительных устройств 100 (см., например, КОУ 208А согласно Фиг.3, который подключен к двум последовательно соединенным осветительным устройствам 100). Например, каждый КОУ, подключенный таким образом, может иметь конфигурацию, обеспечивающую связь с многочисленными осветительными устройствами с использованием протокола связи на основе последовательной передачи, примеры которого рассмотрены выше. Более конкретно, в одном возможном воплощении заданный КОУ может иметь конфигурацию, обеспечивающую связь с центральным контроллером 202 и/или одним или более другими КОУ с использованием протокола на основе Ethernet и - в свою очередь - осуществление связи с многочисленными осветительными устройствами с использованием протокола связи на основе последовательной передачи. Таким образом, КОУ можно рассматривать в одном смысле как преобразователь протокола, принимающий команды или данные освещения в протоколе на основе Ethernet и пропускающий эти команды в многочисленные последовательно соединенные осветительные устройства с использованием протокола на основе последовательной передачи. Конечно, следует понять, что в других сетевых воплощениях, предусматривающих наличие осветительных устройств на основе DMX, скомпонованных во множестве возможных топологий, заданный КОУ можно аналогичным образом рассматривать как преобразователь протокола, который принимает команды или данные освещения в протоколе Ethernet, а пропускает команды, отформатированные в протоколе DMX. Следует также понять, что предыдущий пример использования различных воплощений связи (например, Ethernet/DMX) в осветительной системе, соответствующей одному варианту осуществления предлагаемой технологии, приведен лишь в иллюстративных целях и что упомянутая технология не ограничивается этим конкретным примером.
Из вышеизложенного можно понять, что одно или более таких осветительных устройств, как рассмотренные выше, способны генерировать хорошо управляемый свет изменяемых цветов в широком диапазоне цветов, а также белый свет изменяемой цветовой температуры в широком диапазоне цветовых температур.
На Фиг.4 показана сеть осветительных устройств 100, имеющих прямолинейную конфигурацию 404 и расположенных в двухмерной матрице 700. Осветительные устройства 100 могут быть электрически соединены для образования матрицы сетевой структуры, показанной на Фиг.4, любым из множества способов, рассмотренных выше в связи с Фиг.3. Как показано на Фиг.4, осветительные устройства 100, имеющие прямолинейную конфигурацию 404, могут быть физически расположены конец к концу, образуя матрицу произвольного большого размера. Осветительные устройства 100, имеющие прямолинейную конфигурацию 404, могут быть разных размеров, например, представляя собой сегменты длиной 22,9 см (один фут) и 91,4 см (четыре фута), или могут быть одинаковыми по размеру. Каждым осветительным устройством 100 можно управлять индивидуально, как говорилось выше (посредством центрального контроллера 202 и подходящей схемы адресации и/или подходящего протокола связи), обеспечивая изменения цвета, оттенка, интенсивности, насыщения и цветовой температуры. Таким образом, матрица 700 может давать любую комбинацию цветов на основе состояния включения и выключения, цвета и интенсивности отдельных линейных осветительных устройств матрицы 700. Например, на Фиг.5 показана матрица 700 осветительных устройств 100, имеющих прямолинейную конфигурацию 404, при этом некоторые устройства 100А включены (т.е. генерируют воспринимаемый световой выходной сигнал). Устройства 100А, которые включены, могут демонстрировать одинаковый цвет или разные цвета, например, под управлением центрального контроллера 202, показанного на Фиг.3.
На Фиг.6 изображена временная диаграмма для матрицы 700, показанной на Фиг.4 и 5, демонстрирующая тот факт, что путем управления разными осветительными устройствами матрицы для генерирования различных световых выходных сигналов во времени можно создать любой из множества осветительных эффектов. Стрелка 902 на Фиг.6 показывает, что по мере прохождения времени (движения вниз на Фиг.6) разные осветительные устройства 100А матрицы 700 включаются и выключаются. В одном аспекте, протекающий процесс включения со временем осветительных устройств 100А отображает «движущийся элемент» матрицы 700, который передвигается вниз поперек матрицы и обратно, очевидно следуя по пути, обозначенному стрелкой 904.
В альтернативном варианте, вместо отображения всей двухмерной матрицы, содержащей несколько рядов линейных осветительных устройств, временная диаграмма согласно Фиг.6 может отображать единственную линию линейных осветительных устройств, при этом каждый ряд, изображенный на Фиг.6, представляет собой один и тот же ряд в разные моменты времени. Таким образом, с прохождением каждого периода времени запитанное осветительное устройство в ряду «движется» вправо, а затем обратно - влево. В результате, конкретный цвет света может «скакать» взад и вперед между концами ряда линейных осветительных элементов или может «скакать» вокруг «стенок» матрицы (между концами заданного ряда). Запитанному осветительному устройству можно придавать атрибуты, такие как простое гармоническое движение, эффект маятника или аналогичные атрибуты. С помощью надлежащего алгоритма можно заставить «скачку» следовать правилам, которые придают ей «трение» или «гравитацию» (вызывая замедление эффекта скачки) или «антигравитацию» (вызывая ускорение эффекта скачки). В еще одном примере осветительного эффекта, многочисленные осветительные устройства в заданном ряду можно также запитывать так, чтобы они «следовали» друг за другом, вследствие чего некоторый цвет обрамляет другие цвета вдоль строки или по всей матрице в виде эффекта «радужной рамки цветов».
Любой из вышеупомянутых эффектов и многие другие можно аналогичным образом воплотить с помощью других комбинаций конфигураций осветительных устройств, таких как криволинейная конфигурация 408, ветвящаяся конфигурация 410 или коленчатая конфигурация 412, как говорилось выше в связи с Фиг.2. Следует отметить, что любая форма или конфигурация для осветительного устройства 100 может, по существу, напоминать точечный источник, если смотреть с достаточно большого расстояния. Например, отдельные, по существу, линейные осветительные устройства большей сборки, или матрицы, или компоновки либо осветительные устройства, имеющие другие геометрические конфигурации, могут иметь вид, подобный «пикселям» на стороне здания, если смотреть с достаточно большого расстояния.
Фиг.7, 8А, 8В и 8С иллюстрируют различные конструкторские аспекты одного варианта осуществления настоящего изобретения, который направлен на создание модульного, по существу, линейного осветительного прибора, имеющего конфигурацию, обеспечивающую заключение в нем многочисленных осветительных устройств 100, аналогичных тем, которые описаны выше в связи с Фиг.1-6. В различных аспектах настоящего изобретения, осветительный прибор 600 может включать в себя корпус, который включает в себя несколько частей, например первую часть 610, представляющую собой часть, выполненную из экструдированного алюминия, поверх которого расположена вторая часть, включающая в себя, по существу, прямолинейный цилиндрический оптический кожух. Первая часть 610 образует оболочку, содержащую одну или более монтажных плат, на которых воплощены различные схемы, связанные с питанием и связанные с сетью. Как подробнее рассматривается ниже в одном возможном воплощении, одна или более монтажных плат, на которых расположены многочисленные осветительные устройства 100, могут находиться внутри второй части 620, образованной оптическим кожухом, будучи отделенными от других компонентов, связанных с питанием и связанных с сетью, расположенных в первой части 610.
Как показано на Фиг.8 и в Таблице 1, приводимой ниже, для модульного осветительного прибора 600 предусмотрено некоторое количество конфигураций с разными размерами, при этом в конфигурациях большего размера заключены большие количества осветительных устройств, как подробнее рассматривается ниже. Например, в нижеследующей Таблице 1 приведены три возможных размера (длины) осветительных приборов, а именно 0,457 м (18 дюймов), 1,219 м (48 дюймов) и 2,438 м (96 дюймов), и приведены различные возможные указанные размеры для соответствующих размеров приборов. Хотя в Таблице 1 указаны три возможных размера приборов, следует понять, что осветительные приборы 600, соответствующие данному изобретению, не обязательно имеют ограничения в этой связи, поскольку размеры, указанные на Фиг.8, представлены главным образом в целях иллюстрации, и возможны другие размеры.
Таблица 1
Размер прибора (мм)
А (дюйм/см)
В (дюйм/см)
С (дюйм/см)
D (дюйм/см)
Кол-во мест крепления для прибора
Вес (фунт/кг)
18/45,72
0,13/0,33
3,63/9,22
10,88/27,64
12,38/31,45
6
3,4/1,5
48/121,92
0,38/0,97
8,06/20,47
16,13/40,97
42,38/107,65
10
9,3/4/2
96/242,84
0,50/1,27
12,06/30,63
24,13/61,29
90,38/229,57
14
19,0/8,6
Фиг.9 иллюстрирует возможную компоновку различных компонентов линейного осветительного прибора 600 согласно Фиг.7 и 8 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. Как показано на Фиг.9, монтажная плата 550 питания и управления осветительного прибора 600 находится в первой части 610 прибора (например части, выполненной из экструдированного алюминия). На Фиг.9 также показано, что три модульные монтажные платы 520А, 520В и 520С СИДов находятся во второй части 620 прибора, в целом огражденной оптическим кожухом, при этом каждая монтажная плата 520А-С СИДов включает в себя пять многоканальных осветительных устройств 100. Входной разъем 560А и выходной разъем 560В могут обеспечивать подвод питания из источника питания и подачу инструкций освещения (т.е. команд или данных освещения) в осветительный прибор 600 и из него, вследствие чего можно соединять многочисленные осветительные приборы друг с другом, образуя осветительную систему сетевой структуры. Как упоминалось выше, разъемы 550А,В включают в себя проходной канал, который обеспечивает выход шин питания и/или информационных шин из корпуса в месте, не являющемся концом корпуса. В различных вариантах осуществления изобретения, 550А, 550В имеют конфигурацию и расположение в первой части 610 корпуса, при которых два или более осветительных приборов 600 могут быть соединены конец к концу без зазора между вторыми частями 620 их корпусов, а значит, и без видимого прерывания воспринимаемого излучения света из соседствующих приборов.
В свою очередь, ниже рассматриваются различные функциональные аспекты этих компонентов.
В одной версии варианта осуществления, показанного на Фиг.9, осветительный прибор 600 имеет конфигурацию, обеспечивающую получение питания из источника 108 рабочей мощности посредством входного разъема 550 А в форме стандартного или обычного линейного напряжения переменного тока (например, со среднеквадратическим значением 120 В или среднеквадратическим значением 240 В). Это линейное напряжение переменного тока также подключено непосредственно к выходному разъему 550 В для снабжения одного или более других осветительных приборов, которые, в свою очередь, могут быть подключены с возможностью последовательного опроса к осветительному прибору 600. Внутри осветительного прибора 600 линейное напряжение переменного тока подключено к монтажной плате 500 питания и управления, которая включает в себя коммутируемый источник 520 питания с коррекцией по коэффициенту мощности (например, на основе преобразователя постоянного тока в постоянный), который выдает выходное напряжение постоянного тока в различные схемы, связанные с сетью, а также в многочисленные осветительные устройства 100 прибора 600. Коммутируемый источник 530 питания может также иметь конфигурацию, обеспечивающую выходное напряжение постоянного тока того порядка, которое составляет приблизительно 20 В (например, 24 В постоянного тока (ВПТ)), и способную выдавать приблизительно 20 Вт мощности. Принципиальная схема коммутируемого источника 530 питания в соответствии с одним возможным воплощением показана на Фиг.10.
В еще одной версии варианта осуществления, показанного на Фиг.9, осветительный прибор 600 имеет конфигурацию, обеспечивающую прием команд и данных освещения для многочисленных осветительных устройств прибора с использованием протокола на основе Ethernet. С этой целью и входной разъем 550 А, и выходной разъем 550 В подключены к парам 515 передающих и принимающих проводов для переноса сообщений связи на основе Ethernet в монтажную плату 550 питания и управления осветительного прибора 600. Более конкретно, пары 515 проводов, несущие сообщения связи на основе Ethernet, подключены к контроллеру осветительного устройства или КОУ 208, аналогичному тем, которые рассмотрены выше в связи с Фиг.3, и образующему часть схемы 550 питания и управления, показанной на Фиг.9. Вообще говоря, КОУ 208 имеет конфигурацию, обеспечивающую обработку сообщений связи на основе Ethernet и - в свою очередь - связь с многочисленными осветительными устройствами 100 прибора 600 с использованием протокола связи на основе последовательной передачи, примеры которого рассмотрены выше. Соответственно, КОУ 208, по существу, функционирует как преобразователь протокола связи, который принимает команды или данные освещения в соответствии с протоколом на основе Ethernet и пропускает эти команды в многочисленные осветительные устройства прибора с использованием протокола на основе последовательной передачи.
С этой целью КОУ 208, показанный на Фиг.8, включает в себя Ethernet-переключатель 510, который имеет конфигурацию, обеспечивающую обработку поступающего трафика пакетов на основе Ethernet в приборе 600. В одном аспекте, Ethernet-переключатель имеет такую конфигурацию, что трафик пакетов можно передавать в прибор и из него со скоростью 100 Мбит/с. КОУ 208 осветительного прибора 600 имеет присвоенный ему особый адрес, соответствующий протоколу управления доступом к (передающей) среде или протоколу Internet (MAC/IP-адрес) (и, возможно, другие идентификаторы, такие как порядковый номер и название устройства), а Ethernet-переключатель 515 имеет конфигурацию, обеспечивающую идентификацию (на основании адреса и/или других особых идентификаторов для осветительного прибора) конкретных пакетов в трафике поступающих пакетов, которые специально предназначены для осветительного прибора 600. КОУ 208 также включает в себя микропроцессор 570, который принимает от Ethernet-переключателя 510 конкретные пакеты, предназначенные для осветительного прибора. В одном аспекте, микропроцессор 570 может включать в себя встроенный Ethernet-интерфейс емкостью 10 Мбит, посредством которого соединяются микропроцессор и Ethernet-переключатель. Микропроцессор 570 извлекает из принимаемых им Ethernet-пакетов команды и данные освещения для многочисленных осветительных устройств прибора и - в свою очередь - передает эти команды и данные освещения с использованием протокола на основе последовательной передачи.
Как тоже показано на Фиг.9, рабочая мощность постоянного тока для многочисленных осветительных устройств 100 осветительного прибора 600, а также команды и данные освещения в протоколе на основе последовательной передачи выдаются из монтажной платы 550 питания и управления в первую монтажную плату 520А СИДов через первый жгут 540 проводов. В одной возможной конфигурации, жгут 540 проводов имеет один вывод, подключенный к монтажной плате 550 питания и управления через 8-ми штырьковый соединитель 545, и другие выводы, подключенные к монтажной плате 550 питания и управления через 11-ти штырьковое паяное соединение. Монтажные платы 520А, 520В и 520С СИДов являются модульными по своей природе и включают в себя сопрягающие и/или блокирующие соединители 555 (например, 9-штырьковые соединители Samtec), позволяющие получать модульные последовательные взаимные соединения монтажных плат СИДов в пределах заданного осветительного прибора.
В некоторых вариантах осуществления, осветительные устройства 100 на основе СИДов расположены на модульных монтажных платах 520А, 520В и 520С СИДов таким образом, что они отстоят друг от друга на расстояние приблизительно 2,54 см (один дюйм). Например, в одном возможном воплощении, каждая из монтажных плат 520А, 520В и 520С СИДов, показанных на Фиг.9, имеет длину приблизительно 15,2 см (шесть дюймов) и включает в себя пять индивидуально управляемых осветительных устройств 100 (обеспечивая тем самым массу уставок для архитектурных или развлекательных целей).
вх
вых
В некоторых версиях этого воплощения, каждое из осветительных устройств 100 может быть трехканальным осветительным устройством цветовой системы R-G-B. На Фиг.11 изображен один конкретный пример осветительного устройства 100 цветовой системы R-G-B, характерное как одно из осветительных устройств монтажной платы СИДов, на которой канал красного цвета каждого осветительного устройства включает в себя девять СИДов 104R красного цвета, соединенных последовательно, канал зеленого цвета включает в себя пять СИДов 140G зеленого цвета, соединенных последовательно, и канал синего цвета включает в себя пять СИДов синего цвета, соединенных последовательно. В еще одной версии, показанной на Фиг.11, контроллер 105 каждого осветительного устройства может быть воплощен в виде специализированной интегральной схемы (СИС), предназначенной, в частности, для обработки потока команд и данных освещения, принимаемых во входном порте 120 связи, в соответствии с процессом «стирания или извлечения данных» или процессом «модификации флагами», рассмотренными выше в связи с возможными протоколами связи на основе последовательной передачи, и пропускания потока команд и данных освещения через выходной порт 120 связи в последующее осветительное устройство в последовательном взаимном соединении. Более конкретно, пять осветительных устройств 100 каждой монтажной платы 520А, 520В и 520С СИДов соединены друг с другом в последовательном взаимном соединении, а эти монтажные платы в свою очередь также соединены друг с другом в последовательном взаимном соединении через соединители 555, так что вся совокупность пятнадцати осветительных устройств находится в последовательном взаимном соединении, при этом каждое осветительное устройство включает в себя контроллер 105, воплощенный в виде СИС и обладающий функциональными возможностями процессора 102, запоминающего устройства 114 и порта (портов) 120 связи, показанных на Фиг.1.
Фиг.12 иллюстрирует возможную компоновку различных компонентов линейного осветительного прибора 600 согласно Фиг.7 и 8 в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения. Прибор, показанный на Фиг.12, представляет собой укрупненную версию показанного на Фиг.9, в которой восемь модульных монтажных плат 520 СИДов расположены в области прибора, в основном окруженной оптическим кожухом 610, и в которой монтажные платы 550А, 55В питания и управления расположены в области прибора, в целом ограниченной алюминиевым корпусом 620. Подобно монтажным платам 520 СИДов, в одном аспекте монтажные платы 550А, 550В питания и управления являются модульными по своей природе. Однако в тех вариантах осуществления, в которых в заданном приборе применяются несколько монтажных плат питания и управления, обычно лишь одна из монтажных плат питания и управления включают в себя КОУ 208, а все монтажные платы включают в себя коммутируемый источник 530 питания. Это гарантирует, что заданный осветительный прибор имеет только один адрес для связи на основе Ethernet, но при этом можно обеспечить адекватное питание для всех осветительных устройств и схем осветительного прибора (в одном возможном воплощении, каждая монтажная плата 520 СИДов потребляет приблизительно 4 Вт мощности, а каждый коммутируемый источник 530 питания обеспечивает приблизительно 20 Вт мощности; соответственно, прибору с восемью монтажными платами 520 СИДов требуются два источника 530 питания).
На Фиг.13 изображена осветительная система 1000 сетевой структуры, содержащая осветительные приборы 600, аналогичные тем, которые показаны на Фиг.9 и 12, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Вообще говоря, осветительная система 1000 заимствует некоторые признаки осветительной сети, рассмотренной выше в связи с Фиг.3, причем каждый из осветительных приборов 600 включает в себя КОУ 208 и многочисленные осветительные устройства 100. В системе 1000 согласно Фиг.13 центральный контроллер 202 подключен через Ethernet-переключатель 204 к многочисленным распределительным коробкам 800 питания и данных, которые получают питание 108 от стандартного линейного напряжения переменного тока, а также получают сообщения связи на основе Ethernet из Ethernet-переключателя 204 и - в свою очередь - выдают и сообщения связи на основе Ethernet, и линейное напряжение, через единственный кабель в соответствующие «полосы» взаимно соединенных осветительных приборов 600 (через входной разъем 560А одного из осветительных приборов). В одном аспекте изобретения, центральный контроллер может быть воплощен в виде «устройства управления осветительной системой» или «устройства управления видеосистемой», как подробно описано в публикация №2005-0248299 заявки на патент, опубликованной 10 ноября 2005 г. под названием “Light System Manager” («Устройство управления осветительной системой»), для обеспечения точного управления освещением каждого осветительного устройства в пределах каждого осветительного прибора 600 системы 1000. Как упоминалось выше, этот точный уровень управления дает приборам 600 возможность запускать видеоэффекты, графические эффекты и замысловатые постановочные эффекты в массе уставок для архитектурных и развлекательных приложений.
В одном возможном воплощении осветительной системы 1000, показанной на Фиг.13, осветительные приборы могут быть расположены в одно- или двухмерных матрицах (как показано, например, на Фиг.4-6), в которых каждым осветительным устройством каждого осветительного прибора можно управлять, обеспечивая широкий круг осветительных эффектов (скажем, в одном примере, с управляемым разрешением, выражаемым приращениями по 3 см (1,2 дюйма), как говорилось выше в связи с Фиг.9). Таким образом, двухмерная матрица, образованная осветительными приборами 600 системы 1000, также может обеспечить крупномасштабную систему воспроизведения текстовой, графической и/или видеоинформации, в которой каждым осветительным устройством заданного осветительного прибора или группами осветительных устройств можно управлять как индивидуальными пикселями дисплея для воспроизведения содержания текстовой, графической и/или видеоинформации. Осветительную систему 1000 также можно гибко развертывать в трехмерной среде, например, на нескольких сторонах здания, а также очерчивать весь периметр здания или его часть, либо различные архитектурные детали внутреннего или внешнего пространств, обеспечивая управляемое многоцветное освещение для этих сред. Кроме того, как говорилось выше в связи с Фиг.2, следует понять, что осветительные приборы, аналогичные тем, которые рассмотрены здесь в связи с Фиг.9 и 12, могут быть воплощены с другими конструктивными параметрами, например, такими как криволинейные конфигурации, ветвящиеся конфигурации, коленчатые конфигурации и т.п., для обеспечения широкого круга возможностей воплощения в ряде сред.
Хотя здесь описаны и проиллюстрированы несколько вариантов осуществления изобретения, обычные специалисты в данной области техники легко смогут предусмотреть множество других средств и/или конструкций для выполнения функций и/или получения результатов и/или одного более преимуществ, описанных здесь, и предполагается, что каждое из таких изменений и/или каждая из таких модификаций предполагается находящейся в рамках объема притязаний вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. Более обобщенно, специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и/или конфигурации, описанные здесь, будут зависеть от конкретного приложения или конкретных приложений, для которых применяется или применяются положение или положения данного изобретения. Специалисты в данной области техники поймут или будут способны разработать с помощью не более чем самых обычных экспериментов многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления, описанных здесь. Поэтому должно быть очевидным, что вышеуказанные варианты осуществления представлены лишь в качестве примера и что в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты осуществления изобретения могут быть воплощены на практике не теми способами, которые конкретно описаны и заявлены. Различные варианты осуществления данного изобретения посвящены каждому отдельному признаку, каждой отдельной системе, каждому отдельному изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанным здесь. Кроме того, любая совокупность двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, находится в рамках объема притязаний данного изобретения.
Все употребляемые здесь определения следует понимать, руководствуясь словарными определениями, определениями, указанными в документах, приведенных для справок, и/или в обычном смысле определяемых терминов.
Если явно не указано противоположное, то признаки единственного числа существительных, употребляемые в описании и формуле изобретения, следует понимать в смысле «по меньшей мере, один (одна, одно)».
Выражение «и/или», употребляемое в описании и формуле изобретения, следует понимать в смысле «любой из … или оба» применительно к элементам, объединяемым этим союзом, т.е. элементам, которые, будучи объединены союзом «и», присутствуют в некоторых случаях и, будучи разъединены союзом «или», присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленных с употреблением выражения «и/или», следует понимать одинаково, т.е. в смысле «любой из … или оба» применительно к элементам, объединяемым этим словосочетанием. По выбору, могут присутствовать и элементы, отличающиеся от тех, которые указаны посредством формулировки с выражением «и/или», как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничительного примера отметим, что указание «А и/или В», употребляемое совместно с формулировкой, допускающей изменения, такой как «содержащие», может в одном варианте осуществления относиться только к А (с включением в список - по выбору - элементов, отличающихся от В), в другом варианте осуществления - только к В (с включением в список - по выбору - элементов, отличающихся от А), а в еще одном варианте осуществления - и к А, и к В (с включением в список - по выбору - других элементов) и т.д.
А том смысле, в каком он употребляется в описании и формуле изобретения, союз «или» следует понимать как имеющий тот же смысл, что и словосочетание «и/или», описанное выше. Например, при разделении терминов в списке, «или» либо «и/или» будет интерпретироваться во включительном смысле, т.е. как включение, по меньшей мере, одного, а также включение более чем одного, некоторого количества или списка элементов, а по выбору - и дополнительных элементов, не перечисленных в списке. Только термины, явно указывающие противоположное, такие как «только один из», «точно один из» или - при употреблении в формуле изобретения - «состоящий из», будут относиться к включению только одного элемента из некоторого количества или списка элементов. Вообще говоря, в том смысле, в каком он употребляется здесь, термин «или» будет интерпретироваться только как указывающий исключительные альтернативы (т.е. «тот или другой, но не оба»), когда ему предшествуют такие термины исключительности, как «любой из», «один из», «только один из» или «точно один из». Выражение «состоящий, по существу, из», когда оно употребляется в формуле изобретения, будет иметь свой обычный смысл, в котором оно используется в области патентного права.
В том смысле, в каком оно употребляется в описании и формуле изобретения, выражение «по меньшей мере, один» применительно к списку из одного или более элементов следует понимать как означающее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого или любых элементов в списке элементов, но не обязательно включающее, по меньшей мере, один из каждого и всякого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов. Это определение также допускает ситуацию, в которой по выбору могут присутствовать элементы, отличающиеся от тех элементов, конкретно указанных в пределах списка элементов, к которому относится выражение «по меньшей мере, один», как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничительного примера отметим, что указание «по меньшей мере, один из А и В» (либо эквивалентное «по меньшей мере, один из А или В», либо эквивалентное «по меньшей мере, один из А и/или В») может в одном варианте осуществления относиться, по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, А при отсутствии В), в другом варианте осуществления - по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, В при отсутствии А (и - по выбору - включая в себя элементы, отличающиеся от А), а в еще одном варианте осуществления - по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, А и, по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более одного, В (и - по выбору - включая в себя другие элементы), и т.д.
Следует также понять, что если ясно не указано противоположное, то в любых способах, заявляемых здесь, которые включают в себя более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничивается тем порядком, в котором этапы или действия способа представлены.
В формуле изобретения, а также в вышеизложенном описании, все переходные выражения, такие как «содержащий», «включающий в себя», «несущий», «имеющий», «вмещающий», «предусматривающий», «вмещающий», «объединяющий в себе» и т.п., следует понимать как допускающие изменения, т.е. означающие включение, но не в ограничительном смысле. Только переходные выражения «состоящий из» и «состоящий, по существу из» следует понимать как формулировки, не допускающие изменения (закрытые формулировки) или полузакрытые формулировки, соответственно, как изложено в Руководстве по методике патентной экспертизы Патентного ведомства США, раздел 2111.03.