СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЖЕКТОРНОГО ОСВЕЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ В ПРИЛОЖЕНИЯХ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ СЦЕНЫ Российский патент 2014 года по МПК F21S8/00 F21V29/02 H05B33/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение посвящено главным образом освещению, а в частности - воплощению осветительных приборов на основе светоизлучающих диодов (СИДов) и управления ими для приложений для освещения сцены.

Предшествующий уровень техники

Осветительные приборы много лет использовались для направленного освещения и освещения сцены в различных приложениях для освещения в театре, на телевидении и в архитектуре. В типичном случае каждый прибор включает в себя лампу накаливания, устанавливаемую рядом с вогнутым отражателем, который отражает свет посредством линзовой сборки для проецирования луча света по направлению к театральной сцене или аналогичному месту. На переднем конце прибора может быть установлен цветной светофильтр для пропускания выбранных длин волн света, излучаемого лампой, с одновременным поглощением, и/или отражения других длин волн. Это обеспечивает проецируемый луч с конкретным спектральным составом.

Цветные светофильтры (обычно именуемые также «гели»), используемые в таких осветительных приборах, как правило, содержат стекло или пленки из пластмассы, например, из полиэстера или поликарбоната, несущие диспергированную химическую краску. Краски пропускают определенные длины волн света, поглощая другие длины волн. Посредством таких фильтров можно обеспечить несколько сотен разных цветов, а некоторые из этих цветов нашли широкое признание в качестве стандартных цветов в промышленности.

Хотя они обычно эффективны, такие цветные светофильтры из пластмассы, как правило, имеют ограниченные сроки службы из-за своей потребности в рассеивании больших количеств тепла, обуславливаемого поглощаемыми длинами волн. В частности, для фильтров составила проблему передача длин волн синего и зеленого цветов. Кроме того, хотя множество цветов, которые могут быть реализованы цветными светофильтрами, велико, выбор цветов все же ограничивается доступностью промышленно поставляемых красок и совместимостью этих красок с подложками из стекла или пластмассы. Помимо этого, самому механизму поглощения не выбираемых длин волн по сути неэффективен в том, что значительная энергия теряется на нагрев.

В некоторых приложениях освещения лампы накаливания заменены газоразрядными лампами, а цветные светофильтры заменены дихроичными фильтрами. Такие дихроичные фильтры, как правило, имеют форму стеклянной подложки, несущей многослойное дихроичное покрытие, которое отражает определенные длины волн и пропускает остальные длины волн. Эти альтернативные осветительные приборы в общем случае обладают повышенной эффективностью, а их дихроичные фильтры не являются причиной обесцвечивания или другого ухудшения качества, вызванного перегревом. Однако дихроичные фильтры предлагают лишь ограниченное управление цветом, и приборы не могут воспроизводить многие из сложных цветов, которые создаются поглощающими фильтрами и приняты в качестве промышленных стандартов.

В некоторых приложениях освещения часто желательно изменять цвет света, создаваемого конкретным осветительным прибором. Соответственно, в последние годы разработаны несколько цветоизменяющих устройств с дистанционным управлением. Одно такое устройство представляет собой блок прокрутки цветов, который включает в себя прокрутку, в типичном случае содержащую 16 поглощающих заранее выбранных светофильтров. Фильтры в блоке прокрутки цветов подвержены тем же проблемам затухания и деформации, что и индивидуальные поглощающие фильтры. Другое такое устройство представляет собой дихроичный цветовой круг, который включает в себя вращающийся круг, несущий заранее выбранные дихроичные покрытия. Эти цветовые круги не подвержены вышеупомянутым проблемам затухания и деформации, но способны нести меньше цветов (как правило, около восьми) и значительно дороже, чем блок прокрутки цветов.

Цифровые технологии освещения, т.е. освещения на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (СИДы), предлагают жизнеспособную альтернативу обычным флуоресцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды СИДов включают в себя высокую эффективность преобразования энергии и оптическую эффективность, долговечность, малые эксплуатационные расходы и многие другие. Недавние достижения в технологии СИДов обеспечили эффективные и устойчивые источники освещения спектра, которые делают возможным множество осветительных эффектов во многих приложениях. Некоторые из приборов, воплощающие эти источники, отличаются осветительным модулем, включающим в себя один или более СИДов, способных создавать разные цвета, например, красный, зеленый и синий, а также процессор для независимого управления выходными сигналами СИДов с целью генерирования множества цветов и эффектов освещения с изменением цветов, например, такие, как подробно описано в патентах США №6016038 и 6211626, упоминаемых здесь для справок.

Недавно в некоторых осветительных приборах СИДы заменили лампы накаливания и газоразрядные лампы. Типично применялись одинаковые количества СИДов красного, зеленого и синего цветов, расположенные в надлежащей матрице. Некоторые приборы на СИДах дополнительно включали в себя равное количество СИДов янтарно-желтого цвета. За счет подвода электрической мощности в выбранных количествах к этим СИДам, как правило, с помощью электрического тока, подвергнутого широтно-импульсной модуляции, можно проецировать свет, имеющий множество цветов. Эти приборы исключают потребность в цветных светофильтрах, тем самым повышая эффективность предшествующих приборов, включающих в себя лампы накаливания или газоразрядные лампы.

Осветительные приборы, включающие в себя СИДы красного, зеленого и синего цвета, т.е. приборы на основе RGB СИДов, могут проецировать лучи света, имеющего видимый цвет белого, в частности, когда освещают белую или иную полностью отражающую поверхность. Вместе с тем, реальный спектр этого видимого белого цвета вовсе не является таким же, как у белого света, создаваемого приборами, включающими в себя лампы накаливания. Это происходит потому, что СИДы излучают свет в узких полосах длин волн, а комбинированный свет, выводимый от разных СИДов трех цветов, недостаточен для охвата полной видимой области спектра. Окрашенные объекты, освещаемые такими осветительными приборами на RGB-СИДах, часто не кажутся имеющими их истинные цвета. Например, объект, который отражает только желтый цвет, а значит - и выглядит желтым при освещении белым светом, будет казаться черным при освещении светом, имеющим видимый желтый цвет и создаваемый красным и зеленым СИДами прибора на RGB-СИДах. Следовательно, такие приборы считаются обеспечивающими плохую цветопередачу, при освещении художественного оформления, например, театральной сцены, телевизора, интерьера здания или окна дисплея. Ограниченное количество осветительных приборов на основе СИДов включали в себя не только СИДы, излучающие красный, зеленый и синий свет, но и СИДы, излучающие янтарно-желтый свет. Такие приборы иногда называют приборами на основе RGBA-СИДов. Эти приборы подвержены тем же недостаткам, что и приборы на основе RGB-СИДов, но в несколько меньшей степени.

Краткое изложение существа изобретения

Из вышеизложенного описания должно быть ясно, что существует потребность в усовершенствованных осветительных устройствах и способах, которые пригодны для использования в осветительном приборе, включающем индивидуально окрашенные источники цвета, т.е. СИДы, которые улучшают выход по энергии относительно приборов, включающих в себя лампы накаливания и газоразрядные лампы, да еще и могут создавать лучи света, имеющие спектры светового потока, которыми можно точнее управлять, а также которые могут близко имитировать спектры известных осветительных приборов и вследствие этого обеспечивать повышенную цветопередачу.

Ввиду вышеизложенного, различные аспекты и варианты осуществления данного изобретения посвящены способу и устройству для обеспечения театрального освещения на основе СИДов. В одном примерном варианте осуществления театральный осветительный прибор улучшает рассеивание тепла и использует источники света на основе СИДов для обеспечения спектральных профилей, которые полезны во множестве приложений, включая освещение в театре. Другие аспекты данного изобретения относятся к способам обеспечения спектральных профилей, полезных для упомянутого множества приложений.

Например, в одном аспекте изобретение посвящено модульному осветительному прибору для обеспечения театрального освещения. Осветительный прибор содержит корпус, по существу, цилиндрической формы, причем корпус включает в себя, по меньшей мере, одно первое отверстие для обеспечения пути воздуха через осветительный прибор. Прибор дополнительно содержит осветительную сборку на основе СИДов, расположенную в корпусе, причем осветительная сборка на основе СИДов содержит модуль СИДов, включающий в себя множество источников света на СИДах, имеющих разные цвета и/или разные цветовые температуры и расположенных на печатной плате, по меньшей мере, одну первую схему управления для управления множеством источников света на СИДах и, по меньшей мере, один вентилятор для обеспечения потока охлаждающего воздуха вдоль пути воздуха через осветительный прибор. Прибор дополнительно содержит концевой блок, съемно присоединенный к корпусу, причем концевой блок включает в себя, по меньшей мере, одно второе отверстие для обеспечения пути воздуха через осветительный прибор и, по меньшей мере, одну вторую схему управления, расположенную в концевом блоке, причем по меньшей мере одна вторая схема управления электрически соединена с по меньшей мере одной первой схемой управления и, по существу, теплоизолирована от нее. Осветительная сборка на основе СИДов сконфигурирована направлять поток охлаждающего воздуха к по меньшей мере одной первой схеме управления, чтобы эффективно отводить тепло, вырабатываемое по меньшей мере (упомянутой) по меньшей мере одной схемой управления.

В других аспектах упомянутая, по меньшей мере, одна первая схема управления содержит, по меньшей мере, одну схемную плату источника питания и, по меньшей мере, одну схемную плату возбуждения. В еще одних аспектах осветительная сборка на основе СИДов дополнительно содержит теплоотвод, соединенный с модулем СИДов, причем теплоотвод содержит множество ребер (пластин), по существу, выровненных с упомянутым, по меньшей мере, одним первым отверстием в корпусе, кожух, расположенный вблизи теплоотвода и сконфигурированный направлять поток охлаждающего воздуха к упомянутой, по меньшей мере, одной схемной плате источника питания и упомянутой, по меньшей мере, одной схемной плате возбуждения, и монтажную плату (374) для монтажа, по меньшей мере, упомянутой, по меньшей мере, одной схемной платы источника питания и упомянутой, по меньшей мере, одной схемной платы возбуждения, причем монтажная плата имеет проем для обеспечения пути воздуха через осветительный прибор.

Еще один аспект данного изобретения посвящен способу обеспечения театрального освещения от осветительного прибора, включающего в себя множество источников света на СИДах, имеющих разные цвета и/или цветовые температуры. Способ содержит: А) прием, по меньшей мере, одного входного сигнала, представляющего желаемый выходной цвет или цветовую температуру для освещения; и В) обработку упомянутого, по меньшей мере, одного входного сигнала, чтобы обеспечить, по меньшей мере, один управляющий сигнал, представляющий команду освещения, включающую в себя n- элементный кортеж канальных значений, причем n-элементный кортеж канальных значений включает в себя одно значение для каждого отличающегося цвета или цветовой температуры множества источников света на СИДах.

В одном примерном воплощении упомянутый, по меньшей мере, один входной сигнал включает в себя представление желаемого выходного цвета в многомерном цветовом пространстве, а В) содержит: преобразованные представления желаемого выходного цвета в многомерном цветовом пространстве в команду освещения, включающую в себя n-элементный кортеж канальных значений. В другом примерном воплощении упомянутый, по меньшей мере, один входной сигнал включает в себя представление желаемого выходного цвета в форме пары «источник, фильтр», определяющей спектр источника и цвет гель-фильтра, а В) содержит: преобразование пары "источник, фильтр" в команду освещения, включающую в себя n-элементный кортеж канальных значений.

Здесь, поскольку используется в целях данного изобретения, термин «СИД» следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или систему иного типа, основанную на переходе инжекции носителей, 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 т.п.

В частности, термин «СИД» обозначает светоизлучающие диоды всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть сконфигурированы генерировать излучение 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 инфракрасных СИДов, ультрафиолетовых СИДов, красных СИДов, синих СИДов, зеленых СИДов, желтых СИДов, янтарных СИДов, оранжевых СИДов и белых СИДов (подробнее рассматриваемых ниже). Следует также понять, что можно предусмотреть конфигурирование СИДов и/или управление ими для генерации излучения, имеющего различные полосы пропускания (например, полные ширины на половине максимума (ПШПМ (FWHM))) для заданного спектра (например, узкую полосу пропускания, широкую полосу пропускания), и множество доминирующих длин волн в пределах заданной общей категоризации цветов.

Например, одно воплощение СИДа, сконфигурированного генерировать, по существу, белый свет (например, белый СИД), может включать в себя некоторое количество кристаллов, которые соответственно излучают разные спектры электролюминесценции, которые в комбинации смешиваются, образуя, по существу, белый свет. В другом воплощении СИД белого света может быть связан с люминофорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в отличающийся второй спектр. В одном примере этого воплощения электролюминесценция, имеющая относительно короткие длины волн и узкий спектр полосы пропускания, «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 модульный тип СИДа. Например, как описано выше, термин «СИД» может относиться к одиночному светоизлучающему устройству, имеющему многочисленные кристаллы, сконфигурированные соответственно испускать 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, некоторых типов белых СИДов). Вообще говоря, термин «СИД» может относиться к СИДам в корпусном исполнении, СИДам в безкорпусном 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 более из множества источников излучения, включая - но не в ограничительном смысле - источники на основе СИДов (включающие в себя один или более вышеописанных СИДов), источники света с нитью накала (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники, люминесцентные источники, 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, дуговые источники излучения с угольными электродами), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), катодно-люминесцентные источники, 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 комбинации обоих. Здесь термины «свет» и «излучение» употребляются взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве неотъемлемого компонента один или более фильтров (например, цветных светофильтров), линз или других оптических компонентов. Следует также понять, что источники света могут быть сконфигурированы для многих приложений, включая - но не в ограничительном смысле - указание, отображение и/или освещение. «Источник освещения» - это источник света, сконфигурированный особым образом генерировать излучение, имеющее достаточную интенсивность для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте термин «достаточная интенсивность» относится к достаточной мощности излучения в видимой области спектра, генерируемого в пространстве или среде (для выражения суммарного выхода света от источника света во всех направлениях применительно к мощности излучения или «световому потоку» часто употребляются такие единицы измерения, как «люмены») 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 более частотам (или длинам волн) излучения, создаваемого одним или более источниками света. Соответственно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только в видимом диапазоне, но и к частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой или других областях всего электромагнитного спектра. Кроме того, заданный спектр может иметь относительно узкую полосу пропускания (например, ПШПМ, имеющую, по существу, немного компонент частот или длин волн) или относительно широкую полосу пропускания (несколько компонент 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 многочисленных 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 многочисленным спектрам, имеющим разные составляющие длин волн и/или полосы пропускания. 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 образца заданного излучения обычно характеризуется согласно температуре в градусах Кельвина (К) излучателя из абсолютно черного тела, которое излучает, по существу, тот же самый спектр, что и образец излучения, о котором идет речь. Цветовые температуры излучателя из абсолютно черного тела обычно находятся в диапазоне от приблизительно 700 градусов К (как правило, считающиеся первой различимой для человеческого глаза) до свыше 10000 градусов К; белый свет обычно воспринимается при цветовых температурах свыше 1500-2000 градусов К.

Пониженные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную красную составляющую или «ощущаемый как более теплый», а повышенные цветовые температуры обычно указывают на белый свет, имеющий более значительную синюю составляющую или «ощущаемый как более холодный». В качестве примера отметим, что огонь имеет цветовую температуру приблизительно 1800 градусов К, обычная лампа накаливания имеет цветовую температуру приблизительно 2848 градусов К, дневной свет ранним утром имеет цветовую температуру приблизительно 3000 градусов К, а пасмурное полуденное небо имеет цветовую температуру приблизительно 10000 градусов К. Цветное изображение, рассматриваемое в белом свете, имеющем цветовую температуру приблизительно 3000 градусов К, имеет относительно красноватый тон, тогда как то же самое цветное изображение, рассматриваемое в белом свете, имеющем цветовую температуру приблизительно 10000 градусов К, имеет относительно синеватый тон.

Употребляемый здесь термин «осветительный прибор» относится к воплощению или расположению одного или более осветительных устройств в конкретном типе исполнения, сборке или корпусе. Употребляемый здесь термин «осветительное устройство» используется для ссылки на устройство, включающее в себя один или более источников света одинакового типа или разных типов. Заданное осветительное устройство может иметь любую одну из множества схем расположения для источника (источников) света, оболочных/корпусных расположений и форм, и/или конфигураций электрических и механических соединений. Кроме того, заданное осветительное устройство может быть - по выбору - связано с различными другими компонентами (например, включать в себя 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, сконфигурированных соответственно генерировать разные спектры 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, такими, 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 некоторых функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных с ними схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, применимые в различных вариантах осуществления данного изобретения, включают в себя - но не в ограничительном смысле - обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (ППВМ (FPGAs)).

В различных воплощениях процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителей информации (называемые здесь как правило «запоминающее устройство», например, энергозависимое и энергонезависимое запоминающее устройство компьютера, такое как RAM (ОЗУ), PROM (ППЗУ), EPROM (СППЗУ) и EEPROM (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 общем 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 источниками света или осветительными устройствами, другими устройствами, не связанными с освещением, и т.д.), сконфигурированному принимать информацию (например, данные), предназначенную для многочисленных устройств, включая само устройство, и избирательно отвечать на конкретную информацию, предназначенную для него. Термин «адресуемое» часто употребляется в связи с сетевой средой (или «сетью», подробно рассматриваемой ниже), в которой многочисленные устройства подключены друг к другу через некое средство или средства 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, во взаимосвязи «ведущее устройство - ведомое устройство»). В другом воплощении сетевая среда может включать в себя один или более специально выделенных контроллеров, которые сконфигурированы управлять одним или более устройствами, подключенными к сети. В общем случае каждое из многочисленных устройств, подключенных к сети, может иметь доступ к данным, которые присутствуют на средстве (средствах) связи; вместе с тем заданное устройство может быть «адресуемым» в том смысле, что оно сконфигурировано избирательно обмениваться данными с сетью (например, принимать данные из нее и/или передавать данные в нее) на основании, например, одного или более конкретных идентификаторов (например, «адресов»), присвоенных ему.

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 применять любой из множества протоколов связи. Кроме того, в различных сетях, соответствующих данному изобретению, любое одно 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/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, ползуны, мышь, клавиатуру, клавишную панель, 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 концепций и дополнительных концепций, 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 заявляемого объекта изобретения, приводимые в конце этого описания, рассматриваются как часть заявляемого объекта изобретения, описываемого здесь. Следует также понять, что терминологию, употребляемую здесь в явном виде и также могущую присутствовать в описании любого изобретения, упоминаемого здесь для справок, следует считать имеющей смысл, наиболее соответствующий конкретным понятиям, описываемым здесь.

Краткое описание чертежей

На чертежах одинаковые позиции в общем случае обозначают одни и те же части на всех различных видах. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, а основное внимание на них в общем случае уделяется иллюстрации принципов изобретения.

На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая управляемое осветительное устройство на основе СИДов, которое обеспечивает концептуальную основу для различных вариантов осуществления данного изобретения.

На фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая сетевую систему многочисленных осветительных устройств на основе СИДов согласно фиг.1.

На фиг.3А изображен осветительный прибор в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.3В изображен частичный вид в разобранном состоянии осветительного прибора согласно фиг.3А, при этом половина корпуса не показана.

На фиг.3С изображен частичный вид в разобранном состоянии осветительной сборки на основе СИДов, показанного на фиг.3А-3В, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.3D представлена блок-схема, схематически иллюстрирующая поток мощности и данных среди различных компонентов осветительной сборки на основе СИДов, показанного на фиг.3С, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.3Е схематически изображен модуль СИДов осветительного прибора, показанного фиг.3А-3С.

На фиг.3F представлен вид в разобранном состоянии заднего конца осветительного прибора, показанного на фиг.3А-3В, включая различные компоненты, заключенные в нем, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.4А и 4В соответственно иллюстрируются общий вид и сечение коллиматора для использования с модулем СИДов, показанным на фиг.3Е, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.4С и 4D соответственно иллюстрируются вид сверху и общий вид держателя коллиматора, показанного на фиг.4А и 4В, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

Подробное описание

Ниже приводится описание различных воплощений и связанных с ними изобретательских замыслов, включая некоторые варианты осуществления, относящиеся конкретно к источникам света на основе СИДов. Вместе с тем, следует понять, что данное изобретение не ограничивается никаким конкретным методом воплощения и что различные варианты осуществления, рассматриваемые здесь в явном виде, приводятся главным образом в целях иллюстрации. Например, различные идеи, 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, сред, которые включают в себя и СИДы, и источники света других типов в сочетании, и сред, которые включают в себя устройства, не связанные с освещением, отдельно или в сочетании с источниками света различных типов.

Фиг.1 иллюстрирует пример управляемого осветительного устройства 100 на основе СИДов, которое обеспечивает концептуальную основу для различных вариантов осуществления данного изобретения. Некоторые общие примеры осветительных устройств на основе СИДов, аналогичных тем, которые описаны ниже в связи с фиг.1, можно обнаружить, например, в патенте США № 6,016,038, выданном 18 января 2000 г. Меллеру (Meller) и др., под названием «Способ освещения и осветительное устройство многоцветных СИДах» (“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus”), и в патенте США № 6,211,626, выданном 3 апреля 2001 г.Лысу (Lys) и др. под названием «Компоненты освещения» (“Illumination Components”), причем оба эти патента упоминаются здесь для справок.

В различных воплощениях осветительное устройство 100, показанное на фиг.1, можно использовать отдельно или вместе с другими аналогичными осветительными устройствами в системе осветительных устройств (например, такой как описываемая ниже в связи с фиг.2). Используемое отдельно или в сочетании с другими осветительными устройствами, осветительное устройство 100 можно применять во множестве приложений, включая - но не в ограничительном смысле - подсветку прямого или непрямого наблюдения внутреннего или внешнего пространства (например, архитектурных сооружений) и освещение в целом, прямое и непрямое освещение объектов или пространств, а также подсветку для создания театральных или других эффектов, основанных на зрелищах, и/или специальных эффектов.

Осветительное устройство 100 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 генерировать излучение разных цветов (например, красного, зеленого, синего); в этой связи, как рассматривалось выше, каждый из источников света разных цветов генерирует 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 осветительное устройство в этой связи не ограничено, поскольку в источнике света 104 можно применять разные количества и различные типы источников света (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.

Осветительное устройство 100 может включать в себя контроллер 105, который сконфигурирован выдавать один или более управляющих сигналов для возбуждения источников света с целью генерирования света различных интенсивностей из источников света. Например, в одном воплощении контроллер 105 может быть сконфигурирован выдавать, по меньшей мере, один управляющий сигнал для каждого источника света с целью независимого управления интенсивностью света (например, мощностью излучения в люменах), генерируемого каждым источником света; в альтернативном варианте контроллер 105 может быть сконфигурирован выдавать один 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), амплитудно-импульсно-модулированные сигналы (АИМ), кодово-импульсно-модулированные сигналы (КИМ), 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 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 потенциальных нежелательных или непредсказуемых изменений в выходном сигнале СИДа, которые могли бы возникнуть, если бы применялся изменяемый ток возбуждения СИДа. В других воплощениях 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 (выходная мощность излучателя) излучения, генерируемого одним или более источниками света, пропорциональна средней мощности, поставляемой 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, поставляемой 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).

В одном возможном воплощении метода управления посредством ШИМ для каждого канала осветительного устройства через заданный источник света, составляющий канал, периодически прикладывается фиксированное заранее определенное напряжение V_{источника}. Приложение напряжения V_{источника} можно осуществлять через один или более переключателей, не показанных на фиг.1 и управляемых контроллером 105. Когда напряжение V_{источника} прикладывается к источнику света, обеспечивается протекание фиксированного заранее определенного тока I_{источника} (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_{источника} может быть приложено к группе СИДов, составляющих этот источник, а ток I_{источника} может потребляться этой группой СИДов. Фиксированное напряжение V_{источника} на источнике света, когда тот запитан, и регулируемый ток I_{источника}, потребляемый источником света, когда тот запитан, определяют величину мгновенной рабочей мощности Р_{источника} источника света (Р_{источника}=V_{источника}×I_{источника}). Как упоминалось выше, использование регулируемого тока для источников света на основе СИДов ослабляет потенциально нежелательные или непредсказуемые изменения в выходном сигнале СИДа, которые могли бы возникнуть, если бы применялся изменяемый ток возбуждения СИДа.

В соответствии с методом ШИМ, путем периодического приложения напряжения V_{источника} к источнику света и изменения времени, напряжение прикладывается в течение заданного цикла включения-выключения, и можно модулировать среднюю мощность, поставляемую к источнику света с течением времени (среднюю рабочую мощность). В частности, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую приложение напряжения V_{источника} к заданному источнику света импульсным образом (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 воспринимает, по существу, непрерывное генерирование света. Регулируя длительность импульсов (т.е. время включения или «коэффициент заполнения») циклов включения-выключения 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 рассматривается ниже, контроллер 105 может иметь конфигурацию, обеспечивающую управление каналом каждого отличающего источника света многоканального осветительного устройства предопределенной 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 источников, 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 выходные мощности излучателя 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 разных 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 многочисленных 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 света, ультрафиолетового или инфракрасного. 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 сконфигурировано 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 смешанного окрашенного света (включая, по существу, белый свет, имеющий множество цветовых температур). В частности, цвет (или цветовую температуру) смешанного окрашенного света можно изменять путем изменения одной или более соответствующих интенсивностей (выходную мощность излучения) источников света (например, в ответ на один или более управляющих сигналов, выдаваемых контроллером 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 множеством цветовых температур) осветительных эффектов. С этой целью контроллер может включать в себя процессор 102 (например, микропроцессор), запрограммированный предоставлять такие управляющие сигналы в один или более источников света. В различных воплощениях процессор 102 может быть запрограммирован предоставлять такие управляющие сигналы автономно в ответ на команды освещения или в ответ на различные вводы пользователя или сигналов.

Таким образом, осветительное устройство 100 может включать в себя множество цветов СИДов в различных комбинациях, включая два или более из красного, зеленого и синего СИДов для получения цветовой смеси, а также один или более других СИДов для создания изменяющихся цветов и/или цветовых температур белого света. Например, красный, зеленый и синий цвета могут быть смешаны с янтарным, белым, ультрафиолетовым, оранжевым, инфракрасным или другими цветами СИДов. Кроме того, можно использовать многочисленные белые СИДы, имеющие разные цветовые температуры (например, один или более первых белых СИДов, которые генерируют первый спектр, соответствующий первой цветовой температуре, и один или более вторых белых СИДов, которые генерируют второй спектр, соответствующий второй цветовой температуре, отличающейся от первой цветовой температуры), в осветительном устройстве, все СИДы которого белые, или в комбинации с СИДами других цветов. Такие комбинации СИДов разных цветов и/или белых СИДов с разными цветовыми температурами в осветительном устройстве 100 могут облегчить точное воспроизведение массы желаемых спектров условий освещения, примеры которых включают в себя - но не в ограничительном смысле - множество эквивалентов внешнего дневного света в разные времена суток, различные условия внутреннего освещения, условия освещения 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 114 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), а также данные (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. Такие идентификаторы могут быть заранее запрограммированы, например, фирмой-изготовителем и могут быть после этого изменяемыми или неизменяемыми (например, посредством некоторых типов интерфейса пользователя, находящегося на осветительном устройстве, посредством одного или более сигналов данных или управления, принимаемых осветительным устройством, и т.д.). В альтернативном варианте такие идентификаторы могут быть определяемыми во время первоначального использования осветительного устройства на месте, а после этого - опять изменяемыми или не изменяемыми.

Один вопрос, который может возникнуть в связи с управлением многочисленными источниками света в осветительном устройстве 100 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 заметно разной. Такое различие в светоотдаче может быть отнесено на счет различных факторов, включая, например, незначительные различия в изготовлении между источниками света, происходящий со временем обычный износ источников света, которые могут по-разному 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 не известна, 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 красного света и первый источник некалиброванного синего света, 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 представляет доступную максимальную мощность излучения (например, 100%) из источника света. В целях этого примера, если команда для красного задана нулевой, а команда для синего - ненулевой, то генерируется синий свет, а если команда для синего задана нулевой, а команда для красного - ненулевой, то генерируется красный свет. 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 пурпурного). В частности, возможно, когда конкретный желаемый цвет (например, бледно-лиловый) задается командой для красного, имеющей значение 125, и командой для синего, имеющей значение 200. Рассмотрим теперь второе осветительное устройство, включающее в себя второй источник некалиброванного красного света, по существу, аналогичный первому источнику некалиброванного красного света первого осветительного устройства, и второй источник некалиброванного синего света, по существу аналогичный первому источнику некалиброванного синего света первого осветительного устройства. Как сказано выше, даже если управление обоими источниками некалиброванного красного света осуществляется в ответ на соответствующие идентичные команды, фактическая интенсивность света (например, мощность излучения, выражаемая в люменах), выдаваемого каждым источником красного света, может оказаться заметно разной. Аналогично, даже если управление обоими источниками некалиброванного синего света осуществляется в ответ на соответствующие идентичные команды, фактический свет, выдаваемый каждым источником синего света, может оказаться заметно разным.

Учитывая вышеизложенное, следует понять, что если множество источников некалиброванного света совместно используются в осветительных устройствах для получения смешанного окрашенного света, как сказано выше, наблюдаемый цвет (или цветовая температура) света, создаваемого разными осветительными устройствами при идентичных условиях управления, может быть ощутимо разным. В частности, рассмотрим снова вышеописанный пример «бледно-лилового»; «первый бледно-лиловый», создаваемый первым осветительным устройством с помощью команды для красного, имеющей значение 125, и команды для синего, имеющей значение 200, может ощутимо отличаться от «второго бледно-лилового», создаваемого вторым осветительным устройством с помощью команды для красного, имеющей значение 125, и команды для синего, имеющей значение 200. Если обобщить, то первый и второй осветительные устройства генерируют некалиброванные цвета посредством своих источников некалиброванного света. Соответственно, в некоторых воплощениях настоящего изобретения осветительное устройство 100 включает в себя калибровочную систему для облегчения генерирования света, имеющего калиброванный (например, предсказуемый, воспроизводимый) цвет в любой заданный момент времени. В одном аспекте калибровочная система может быть сконфигурирована регулировать (например, масштабировать) светоотдачу, 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 сконфигурирован управлять 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 излучения, имеющего 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 применять соответствующие значения калибровки к управляющим сигналам (командам) для соответствующих источников света для генерирования калиброванных интенсивностей. Одно или более значений калибровки может быть определено один раз (например, в течение фазы изготовления или тестирования осветительного устройства) и сохранено в запоминающем устройстве 114 для использования процессором 102. В другом аспекте процессор 102 может быть сконфигурирован динамически (например, время от времени) получать одно 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 наблюдаться 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 таким образом источником света. Процессор может быть запрограммирован сравнивать измеренную интенсивность и, по меньшей мере, одно опорное значение (например, представляющее интенсивность, которую номинально 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 управляющего сигнала/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 разным диапазонам управляющего сигнала/выходной интенсивности, для приближения нелинейной калибровочной функции кусочно-линейным образом.

В некоторых вариантах осуществления осветительное устройство 100 также может включать в себя один или более интерфейсов 118 пользователя, которые предусмотрены для облегчения 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, которые должны быть сгенерированы осветительным устройством, изменения и/или выбора различных параметров выбранных осветительных устройств, 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 следит за интерфейсом 118 пользователя и управляет одним или более источниками 104А, 104В, 104С и 104D света на основании, по меньшей мере частично, работы пользователя интерфейса. Например, контроллер 105 может быть сконфигурирован отвечать на работу интерфейса пользователя путем инициирования одного или более управляющих сигналов для управления одним или более источниками света. В альтернативном варианте процессор 102 может быть сконфигурирован отвечать путем выбора одного или более заранее запрограммированных управляющих сигналов, хранимых в запоминающем устройстве, модификации управляющих сигналов, генерируемых путем исполнения программы освещения, выбора и исполнения новой программы освещения из запоминающего устройства, или иного воздействия на излучение, генерируемое одним или более источниками света.

В частности, в одном воплощении интерфейс 118 пользователя может представлять собой один или более переключателей (например, стандартных настенных выключателей), которые прерывают питание контроллеру 105. В одном аспекте этого воплощения контроллер 105 сконфигурирован следить за мощностью как управляется интерфейсом пользователя и - в свою очередь - управлять одним или более источниками света на основании, по меньшей мере частично, длительности прерывания подачи питания, обуславливаемой работой интерфейса пользователя. Как говорилось выше, контроллер может быть, в частности, сконфигурирован отвечать на заранее определенную длительность прерывания подачи питания, например, путем выбора одного или более заранее запрограммированных управляющих сигналов, хранимых в запоминающем устройстве, модификации управляющих сигналов, генерируемых за счет исполнения программы освещения, выбора и исполнения новой программы освещения из запоминающего устройства или иного воздействия на излучение, генерируемое одним или более источниками света.

Фиг.1 также показывает, что осветительное устройство 100 может быть сконфигурировано принимать один или более сигналов 122 от одного или более других источников 124 сигналов. В одном воплощении контроллер 105 осветительного устройства может использовать сигнал (сигналы) 122 или по отдельности или в сочетании с другими управляющими сигналами (например, сигналами, генерируемыми за счет исполнения программы освещения, одним или более выходными сигналами от интерфейса пользователя, и т.д.) с целью управления одним или более источниками 104А, 104В, 104С и 104D света образом, сходным с рассмотренным выше в связи с интерфейсом пользователя.

Примеры сигнала (сигналов) 122, которые могут быть приняты и обработаны контроллером 105, включают в себя - но не в ограничительном смысле - один или более из аудиосигналов, видеосигналов, сигналов мощности, сигналов данных различных типов, сигналов, представляющих информацию, получаемую из сети (например, Internet), сигналов, представляющих одно или более обнаруживаемых или воспринимаемых условий, сигналов от осветительных устройств, сигналов, состоящих из модулированного света, и т.д. В различных воплощениях источник (источники) 124 сигналов может (могут) находиться удаленно от осветительного устройства 100 или может (могут) быть включен(ы) в это осветительное устройство в качестве его компонента. В одном варианте осуществления сигнал от одного осветительного устройства 100 можно передавать через сеть в другое осветительное устройство.

Некоторые примеры источника 124 сигналов, который можно применять в осветительном устройстве 100 или использовать в связи с ним, включают в себя любой из множества датчиков или измерительных преобразователей, которые генерируют один или более выходных сигналов 122 в ответ на стимулирующее воздействие. Примеры таких датчиков включают в себя - но не в ограничительном смысле - различных типов датчики состояния окружающей среды, термоустойчивые (например, температурные, инфракрасные) датчики, датчики влажности, датчики движения, фотодатчики или светочувствительные датчики (например, фотодиоды, датчики, которые чувствительны к одному или более конкретных спектров электромагнитного излучения, таких как спектрорадиометры или спектрофотометры, и т.д.), различных типов съемочные камеры, датчики звука или вибраций, либо другие измерительные преобразователи давления или силы (например, микрофоны, пьезоэлектрические устройства), и т.п.

Дополнительные 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/биологические характеристики (например, кислотность, присутствие одного или более конкретных химических или биологических веществ, бактерий и т.д.), и обеспечивают один или более выходных 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 или 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 одним из многих доступных устройств генерирования сигналов, такие как медиаплееры, МР3-плееры, компьютеры, DVD-плееры, CD-плееры, источники телевизионных сигналов, источники сигналов съемочных камер, микрофоны, динамики, телефоны, сотовые телефоны, устройства мгновенного обмена сообщениями, SMS-устройства, беспроводные устройства, устройства типа электронных секретарей и многие другие.

В некоторых вариантах осуществления осветительное устройство 100 может включать в себя один (одно) или более оптических элементов или средств 130 для обработки излучения, генерируемого источниками 104А, 104В, 104С и 104D света. Например, один или более оптических элементов 130 могут быть сконфигурированы изменять одно или оба из пространственного распределения и направления распространения генерируемого излучения (например, в ответ на некоторое электрическое и/или механическое воздействие). В частности, один или более оптических элементов могут иметь конфигурацию, обеспечивающую изменение угла рассеяния генерируемого излучения. 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. Один или более оптических элементов 130 также может включать в себя фосфоресцирующий материал, люминесцентный материал или другой материал, способный реагировать на генерируемое излучение или взаимодействовать с ним.

В некоторых вариантах осуществления 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 способствовать связи многочисленных осветительных устройств друг с другом в виде сетевой осветительной системы, в которой, по меньшей мере, некоторые или все из осветительных устройств 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 120 связи, может, по меньшей мере частично, относиться к информации об адресах, впоследствии используемой осветительным устройством, а осветительное устройство может быть выполнено с возможностью приема и 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 сетевой осветительной системы, рассматриваемой ниже (например, в связи с фиг.2), данные передаются через сеть, контроллер 105 каждого осветительного устройства, подключенного к сети, может быть сконфигурирован быть отзывчивым на конкретные данные (например, команды управления освещением), которые к нему относятся (например, в некоторых случаях, как диктуется соответствующими идентификаторами сетевых осветительных устройств). Как только заданный контроллер идентифицирует конкретные данные, предназначенные для него, он может считывать 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. 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 любого одного из множества методов управления аналоговыми или цифровыми сигналами, включая различные методы импульсной модуляции, о которых шла речь выше).

В одном аспекте процессор 102 заданного осветительного устройства, подключенного или не подключенного к сети, может быть сконфигурирован интерпретировать инструкции/данные освещения, которые принимаются согласно протоколу DMX (рассматриваемому, например, в патентах США № 6,016,038 и 6,211,626). DMX является протоколом команд освещения, обычно применяемым в индустрии освещения для некоторых приложений программируемого освещения. В протоколе DMX инструкции освещения передаются в осветительное устройство в качестве управляющих данных, которые отформатированы в «пакеты», включающие в себя 512 байт данных, при этом каждый байт данных составляет 8 бит, представляющих цифровое значение между нулем и 255. Этим 512 байтам данных предшествует байт «кода начала». В иллюстративном выполнении DMX весь «пакет», включающий в себя 513 байт (код начала плюс данные), передается последовательно со скоростью 250 кбит/с в соответствии с уровнями напряжения RS-485 и практиками 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 в качестве команды освещения 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 красного, зеленого и синего СИДов (т.е. осветительное устройство R-G-B), команда освещения в протоколе DMX может задавать каждую из команды канала красного, команды канала зеленого и команды канала синего как 8-битные данные (т.е. байт данных), представляющие значение от 0 до 255. Максимальное значение 255 для любого одного из каналов цвета инструктирует процессор 102 управлять соответствующим источником (соответствующими источниками) света для работы с максимальной доступной мощностью (т.е. 100%) для канала, таким образом генерируя максимальную доступную мощность излучения для этого цвета (такую структуру команды для осветительного устройства R-G-B обычно называют 24-битным контролем цвета). Следовательно, команда формата [R, G, B]=[255, 255, 255] должна заставлять осветительное устройство генерировать максимальную мощность излучения для каждого из красного, зеленого и синего светов (тем самым образуя белый свет).

Линия связи, применяющая протокол DMX, обычно может поддерживать до 512-ти различных каналов осветительного устройства, а заданное осветительное устройство, предназначенное для приема сообщений, отформатированных в протоколе DMX, может быть сконфигурировано отвечать 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). Конкретный байт (конкретные байты) данных, в которых заинтересовано конкретное осветительное устройство, могут быть определены на основании их положения во всей последовательности 512 байт данных в пакете. С этой целью осветительные устройства на основе протокола DMX могут быть оснащены механизмом выбора адресов, конфигурация которого обеспечивает определение конкретного положения байта (байтов) данных, на которые реагирует осветительное устройство, в заданном пакете, DMX.

Однако следует понять, что осветительные устройства, пригодные для использования с вариантами осуществления данного изобретения, не ограничиваются использованием формата команд DMX, поскольку осветительные устройства, соответствующие различным вариантам осуществления, могут быть сконфигурированы быть отзывчивыми на протоколы связи или форматы команд освещения других типов с целью управления соответствующими им источниками света. Вообще говоря, процессор 102 может быть сконфигурирован отвечать на команды освещения во множестве форматов, выражающие предписываемые рабочие мощности для каждого отличающегося канала многоканального осветительного устройства с соответствии с некоторым масштабом, представляющим доступную рабочую мощность от нуля до максимума для каждого канала.

Например, в некоторых вариантах осуществления процессор 102 заданного осветительного устройства может быть сконфигурирован интерпретировать инструкции/данные освещения, которые принимаются в обычном протоколе Ethernet (или аналогичном протоколе, основанном на концепции Ethernet). Ethernet - хорошо известная технология объединения компьютеров в сеть, 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 уникальные адреса, а данные для одного или более адресуемых устройств в сети организованы как пакеты. Каждый Ethernet-пакет включает в себя «заголовок», который задает адрес назначения и адрес источника, после чего следует «полезная нагрузка», включающая в себя несколько байтов данных (например, в протоколе Ethernet-кадров II типа полезная нагрузка может быть 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, предназначенных для заданных осветительных устройств, сконфигурированных принимать сообщения в протоколе Ethernet, может включать в себя информацию, которая отображает соответствующие предписанные мощности излучения для разных доступных спектров света (например, разных каналов цвета), который способен быть сгенерированным осветительным устройством.

В еще одном варианте осуществления процессор 102 заданного осветительного устройства может быть сконфигурирован интерпретировать инструкции/данные освещения, которые принимаются в соответствии с протоколом связи на основе последовательной передачи, как описано, например, в патенте США № 6,777,891. 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 одного или более портов 120 связи, образуя последовательное соединение осветительных устройств (например, цепочечную или кольцевую топологию), при этом каждое осветительное устройство имеет входной порт связи и выходной порт связи. Инструкции/данные освещения, передаваемые в осветительные устройства, могут быть 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, использующим протокол связи на основе последовательной передачи, изобретение в этом аспекте ограничений не имеет, а другие примеры топологий осветительных сетей, предусматриваемые данным изобретением, подробно рассматриваются ниже в связи с фиг.2.

В одном варианте осуществления, где применяется протокол связи на основе последовательной передачи, когда процессор 102 каждого осветительного устройства в последовательном соединении 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 многочисленных трехканальных (например, “R-G-B”) осветительных устройств, три многобитовых значения (по одному многобитовому значению на канал) может извлекаться каждым трехканальным осветительным устройством из принимаемой последовательности данных. Каждое осветительное устройство в последовательном соединении, в свою очередь, может повторять эту процедуру, а именно, стирание или извлечение одной (одного) или более начальных частей (многобитовых значений) принимаемой последовательности 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, частично, от желаемой разрешающей способности для каждого канала.

В еще одном возможном воплощении протокола связи на основе последовательной передачи, с каждой частью последовательности данных, отображающей данные для многочисленных каналов заданного осветительного устройства, может быть связан флаг, а всю последовательность данных для многочисленных осветительных устройств можно передавать полностью от осветительного устройства к осветительному устройству в последовательном соединении. Когда осветительное устройство в последовательном соединении принимает последовательность данных, оно может осуществлять поиск части последовательности данных, содержащей флаг, который указывает, что заданная часть (представляющая один или более каналов) еще не считана никаким осветительным устройством. Обнаружив такую часть, осветительное устройство может считывать и обрабатывать часть последовательности данных, обеспечивая соответствующую световую отдачу и устанавливая вследствие этого соответствующий флаг, указывающий, что эта часть считана. Таким образом, в этом воплощении можно передавать всю последовательность данных от осветительного устройства к осветительному устройству, при этом состояние флагов, ассоциированных с последовательностью данных, указывает следующую часть последовательности данных, доступную для считывания и обработки осветительными устройствами.

В другом варианте осуществления для использования с протоколом связи на основе последовательной передачи контроллер 105 заданного осветительного устройства, сконфигурированный для протокола связи на основе последовательной передачи, может быть воплощен как специализированная интегральная схема (ASIC). ASIC может быть предназначена для особой обработки принимаемого потока инструкций/данных освещения в соответствии с процессом «стирания/извлечения данных» или процессом «модификации флага», описанными выше. Например, в одном варианте осуществления, предусматривающем многочисленные осветительные устройства, соединенные друг с другом в последовательном соединении для образования сети, каждое осветительное устройство может включать в себя контроллер 105, воплощенный в виде ASIC и обладающий функциональными возможностями, описанными выше для процессора 102, запоминающего устройства 114 и порта (портов) 120 связи, показанных на фиг.1 (необязательные интерфейс 118 пользователя и источник 124 сигналов не требуется включать в некоторые воплощения). Такой вариант осуществления подробно рассмотрен в патенте США № 6,777,891.

В одном варианте осуществления осветительное устройство 100 может включать в себя или может быть подключенным к одному или более источникам 108 питания. В различных аспектах примеры источника (источников) 108 питания включают в себя - но не в ограничительном смысле - источники питания АС, источники питания DC, аккумуляторные батареи, источники питания на основе солнечных батарей, источники питания на основе термоэлектрической или механической части и т.п. Кроме того, в одном аспекте источник (источники) 108 питания может (могут) включать в себя или может (могут) быть связан(ы) с одним или более устройств преобразования мощности либо схем преобразования мощности (например, в некоторых случаях являющихся внутренними к осветительному устройству 100), которые преобразуют мощность, получаемую с помощью внешнего источника питания, в форму, пригодную для работы различных внутренних схемных компонентов и источников света осветительного устройства 100. В одном возможном воплощении, рассматриваемом в заявках № 11/079,904 и 11/429,715 на патент США, контроллер 105 осветительного устройства 100 может быть сконфигурирован принимать стандартное линейное напряжения переменного тока от источника 108 питания и предоставлять соответствующую рабочую мощность DC для источников света и других схем осветительного устройства на основе концепций, связанных с преобразованием DC-DC, или концепций «коммутируемого» источника питания. В одном аспекте таких воплощений контроллер 105 может включать в себя схему как для получения стандартного линейного напряжения АС, так и гарантии, что мощность линейного напряжения отбирается со значимо высоким коэффициентом мощности.

Заданное осветительное устройство 100 также может иметь любую одну из множества монтажных схем для источника (источников) света, оболочных/корпусных расположений и форм, предназначенных для частичного или полного заключения в них источников света, и/или конфигураций электрических и механических соединений. В частности, в некоторых воплощениях осветительное устройство может быть сконфигурировано в качестве замены или «усовершенствования» средства, вводимого в электрический и механический контакт обычным цоколем или компоновкой прибора (например, резьбовым цоколем Эдисона, компоновкой галогенного прибора, компоновкой флуоресцентного прибора и т.д.)

Кроме того, один или более оптических элементов, о которых говорилось выше, могут быть частично или полностью интегрированы в компоновку кожуха или корпуса 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, способствующие передаче данных в осветительное устройство или из него, и т.д.), могут быть заключены в корпуса разными путями; например, в одном аспекте любое подмножество или все компоненты осветительного устройства, а также другие компоненты, которые могут быть связаны с осветительным устройством, могут быть заключены в корпус вместе. В еще одном аспекте подмножества компонентов, заключенные в корпуса, могут быть связаны вместе электрически и/или механически множеством способов.

Фиг.2 иллюстрирует пример сетевой осветительной системы 200 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения. В варианте осуществления согласно фиг.2 некоторое количество осветительных устройств 100, аналогичных тем, что описаны выше, связаны вместе, образуя сетевую осветительную систему. Вместе с тем, следует понять, что конкретная конфигурация и расположение осветительных устройств, показанных на фиг.2, приведены лишь в целях иллюстрации, и что изобретение не ограничивается конкретной топологией системы, показанной на фиг.2.

Кроме того, хотя это и не показано явно на фиг.2, следует понять, что сетевая осветительная система 200 может иметь гибкую конфигурацию и включать в себя один или более интерфейсов пользователя, а также один или более источников сигналов, таких как датчики или измерительные преобразователи. Например, один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов, таких как датчики или измерительные преобразователи (как указанные выше в связи с фиг.1), могут быть связаны с любым одним или более из осветительных устройств сетевой осветительной системы 200. В качестве альтернативы (или дополнения к вышеизложенному) один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов могут быть воплощены как «обособленные» компоненты в сетевой осветительной системе 200. Независимо от того, связаны ли обособленные компоненты конкретным образом с одним или более осветительными устройствами 100, осветительные устройства сетевой осветительной системы могут использовать эти компоненты «совместно». Иначе говоря, один или более интерфейсов пользователя и/или один или более источников сигналов, таких как датчиков или измерительных преобразователей, могут представлять собой «совместно используемые ресурсы» в сетевой осветительной системе, которые можно использовать в связи с управлением любым одним или более из осветительных устройств этой системы.

Как показано на фиг.2, осветительная система 200 может включать в себя один или более контроллеров (именуемых далее «КОУ») 208А, 208В, 208С и 208D осветительных устройств, причем каждый КОУ отвечает за связь с одним или более осветительными устройствами 100, соединенными с ним, а в общем случае - и за управление ими. Хотя на фиг.2 изображены два осветительных устройства 100, подключенных 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 (например, посредством последовательных соединений, параллельных соединений, комбинаций последовательных и параллельных соединений и т.д.) с помощью множества разных сред связи и протоколов.

В некоторых вариантах осуществления каждый КОУ может быть подключен к центральному контроллеру 202, конфигурация которого обеспечивает связь с одним или более КОУ. Хотя на фиг.2 показаны четыре КОУ, подключенные к центральному контроллеру 202 через общее соединение 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 количества КОУ. Кроме того, в соответствии с различными вариантами осуществления данного изобретения, КОУ и центральный контроллер 202 могут быть связаны вместе во множестве конфигураций с использованием множества разных сред связи и протоколов для образования сетевой осветительной системы 200. Более того, следует понять, что взаимосвязь КОУ и центрального контроллера и взаимосвязь осветительных устройств с соответствующими КОУ может быть достигнута любым из множества путей (например, с использованием разных конфигураций, сред связи и протоколов).

Например, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, центральный контроллер 202 может быть сконфигурирован осуществлять связи на основе Ethernet с КОУ, а КОУ в свою очередь могут быть сконфигурированы осуществлять одну из связей из связей по протоколу на основе 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 № 6,777,891). В частности, в одном аспекте этого варианта осуществления каждый КОУ может быть сконфигурирован как адресный контроллер на основе Ethernet и соответственно может быть идентифицируемым для центрального контроллера 202 через посредство особого уникального адреса (или уникальной группы адресов и/или других идентификаторов) с использованием протокола на основе Ethernet. Таким образом, центральный контроллер 202 может быть сконфигурирован поддерживать обмен сообщениями по Ethernet через сеть связанных КОУ, а каждый КОУ может отвечать на предназначенные для него сообщения. В свою очередь, каждый КОУ может передавать данные об управлении освещением в одно или более осветительных устройств, подключенных к нему, например, через Ethernet, DMX или протокол на основе последовательной передачи в ответ на обмен сообщениями Ethernet с центральным контроллером 202 (при этом осветительные устройства имеют надлежащую конфигурацию, обеспечивающую интерпретацию информации, получаемой от КОУ в протоколах Ethernet, DMX или на основе последовательной передачи).

В соответствии с одним вариантом осуществления, КОУ 208А, 208В и 208С могут быть сконфигурированы «интеллектуальными» 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 направить 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 особом расположении осветительных устройств друг относительно друга. В этом примере оператор может обеспечить простую команду "радужной рамки" в центральный контроллер 202, а центральный контроллер, в свою очередь, может передать в один или более КОУ с помощью одного или более протокола на основе Ethernet команды высокого уровня для генерирования «радужной рамки». Эта команда может (эти команды могут) содержать, например, информацию о синхронизации, интенсивности, оттенках, насыщенности или другую релевантную информацию. Когда заданный КОУ получает такую команду(ы), он может интерпретировать команду(ы) и передавать дальнейшую команду(ы) в одно или более осветительных устройств с помощью любого одного 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).

В соответствии с другим вариантом осуществления, один или более КОУ осветительной сети могут быть подключены к последовательному соединению многочисленных осветительных устройств 100 (см., например, КОУ 208А согласно фиг.2, который подключен к двум последовательно соединенным осветительным устройствам 100). В одном аспекте такого варианта воплощения 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. 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 инструкции или данные освещения в протоколе на основе Ethernet и передающий инструкции в многочисленные последовательно соединенные осветительные устройства с использованием протокола на основе последовательной передачи. Конечно, следует понять, что в других сетевых воплощениях, содержащих осветительные устройства на основе DMX, скомпонованных во множестве возможных топологий, заданный КОУ можно аналогичным образом рассматривать как преобразователь протокола, который принимает инструкции или данные освещения в протоколе на основе Ethernet, а передает инструкции, отформатированные в протоколе DMX. Следует также понять, что предыдущий пример использования многочисленных различных воплощений связи (например, Ethernet/DMX) в осветительной системе, соответствующей одному варианту осуществления настоящего изобретения, приведен лишь в иллюстративных целях и что изобретение не ограничивается этим конкретным примером.

Из вышеизложенного можно понять, что одно или более осветительных устройств, как рассмотренные выше, способны генерировать хорошо управляемый свет изменяемых цветов в широком диапазоне цветов, а также белый свет с изменяемой цветовой температурой в широком диапазоне цветовых температур.

Некоторые аспекты данного изобретения относятся к осветительным приборам, которые в целом рассмотрены в патенте США № 6683423, выданном Каннингэму (Cunningham) (далее - патент США № 6683423 Каннингема), упоминаемом здесь для справок, а более конкретно - к осветительному устройству, подходящему для использования в качестве части таких осветительных приборов и имеющему конфигурацию, обеспечивающую получение света, имеющего выбранный цвет. Некоторые аспекты данного изобретения также относятся к способу эксплуатации таких осветительных приборов для обеспечения спектров света, полезных в театральных приложениях.

Например, один аспект данного изобретения относится к осветительному устройству для создания луча света, имеющего управляемый спектр светового потока, включающий в себя, например, спектры, эмулирующие спектр луча света, создаваемого заранее определенным источником света, при наличии или отсутствии цветного светофильтра. Осветительное устройство включает в себя множество групп светоизлучающих устройств, причем каждая такая группа сконфигурирована излучать свет, имеющий особый спектр светового потока с пиковой длиной волны потока и предопределенной спектральной полушириной. В возможных неограничительных воплощениях спектральная полуширина каждой группы может быть меньше, чем примерно 40 нанометров (нм), а группы могут быть сконфигурированы так, что пиковая длина волны потока каждой группы отстоит менее чем примерно на 50 нм от пиковой длины волны потока другой группы. Осветительное устройство может дополнительно включать в себя контролер, конфигурированный подавать электрическую мощность в выбираемых количествах в группы светоизлучающих устройств таким образом, что эти группы взаимодействуют для создания составного луча света, имеющего предписанный спектр светового потока.

Другой аспект данного изобретения посвящен осветительному устройству, пригодному для использования в качестве части осветительного прибора для создания луча света, имеющего спектр светового потока, эмулирующий спектр светового потока луча света, создаваемого заранее определенным источником света, имеющим лампу накаливания, причем такой источник света не содержит фильтр, который модифицирует спектр светового потока света, излучаемого этой лампой. Осветительное устройство включает в себя множество групп светоизлучающих устройств и дополнительно включает в себя контроллер, конфигурируемый подавать выбранные количества электрической мощности в группы светоизлучающих устройств. Эти группы взаимодействуют для создания составного луча света, имеющего предписанный спектр светового потока, который имеет нормализованное среднее отклонение по видимой области спектра менее чем примерно 30% по отношению к спектру светового потока луча света, создаваемого заранее определенным источником света, который подлежит эмуляции.

Еще один аспект данного изобретения посвящен осветительному устройству для создания луча света, имеющего предписанный спектр светового потока, причем, по меньшей мере, две из множества групп светоизлучающих устройств включают в себя разные количества устройств. Осветительное устройство дополнительно включает в себя контроллер, конфигурируемый подавать электрическую мощность в выбираемых количествах в группы светоизлучающих устройств таким образом, что они взаимодействуют, создавая составной луч света, имеющий предписанный спектр светового потока. Конкретные количества устройств в каждой группе могут быть выбраны для обеспечения некоторых преимуществ, когда осветительное устройство используется для эмуляции спектра светового потока, выдаваемого конкретным источником света. Например, эти количества можно выбрать так, что если контроллер подает максимальную электрическую мощность во все группы, то результирующий составной луч света будет иметь спектр светового потока, близко совпадающий со спектром светового потока, луча света, который надлежит эмулировать.

Еще один аспект данного изобретения посвящен осветительному устройству, которое включает в себя пять или более групп светоизлучающих устройств, и дополнительно включает в себя контроллер, конфигурируемый подавать электрическую мощность в выбираемых количествах в пять или более групп светоизлучающих устройств таким образом, что эти группы взаимодействуют для создания составного луча света, имеющего предписанный спектр светового потока. В некоторых вариантах осуществления осветительное устройство может включать в себя восемь или более таких групп светоизлучающих устройств, чтобы облегчить большее управление спектром светового потока составного луча света, генерируемого осветительным устройством. В конкретном варианте осуществления каждая из групп светоизлучающих устройств может включать в себя множество светоизлучающих диодов (СИДов). Кроме того, в осветительном устройстве возможно - по выбору - применение оптической сборки, которая собирает излучаемый свет и проецирует составной луч света из осветительного устройства, как подробнее описано ниже.

В некоторых воплощениях данное изобретение предусматривает осветительный прибор, сконфигурированный проецировать луч света, имеющий выбранный цвет. Этот осветительный прибор может включать в себя матрицу СИДов, сконфигурированных излучать свет в диапазоне узкополосных цветов. Контроллер, подключенный к матрице СИДов, может быть сконфигурирован подавать электрическую мощность в выбранных количествах в СИДы таким образом, что комбинированный свет, излучаемый из прибора, имеет предписанный составной спектр светового потока. Матрица СИДов может быть установлена на теплоотводе внутри корпуса, чтобы облегчить рассеивание тепла от СИДов. В некоторых воплощениях полосы длин волн групп СИДов могут простираться, по существу, по всей видимой области спектра, т.е. от примерно 420 нанометров (нм) до примерно 680 нм. СИДы для излучения света в требуемых цветах и при высоких интенсивностях, пригодные для использования с вариантами осуществления данного изобретения, можно получить, например, от фирмы Cree, Inc., Дарем, штат Северная Каролина, или фирмы Philips Lumileds, Сан-Хосе, штат Калифорния, США.

На фиг.3А-4D изображен театральный осветительный прибор и несколько его компонентов, пригодные для театрального освещения, в соответствии с различными аспектами данного изобретения. В частности, как подробнее рассмотрено ниже, данное изобретение предусматривает осветительный прибор, который обеспечивает повышенную эффективность использования энергии, пониженный вес и/или длительный срок службы прибора по сравнению с обычными осветительными приборами. В различных вариантах осуществления, описываемых здесь, в осветительном приборе возможно применение одного или более осветительных устройств на СИДах и одного или более теплоотводов для обеспечения пути охлаждающего воздуха, который эффективно уносит тепло, генерируемое и осветительными устройствами на СИДах, и/или различными электрическими компонентами. Вариант осуществления осветительного прибора в соответствии с данным изобретением обеспечивает возможность в реальном времени динамического управляемого цвета изменения. В одном воплощении театральный осветительный прибор в соответствии с данным изобретением генерирует на выходе свет, который эмулирует спектры света, генерируемого обычными осветительными приборами.

В некоторых вариантах осуществления данного изобретения, осветительный прибор 300 включает в себя светозащитную бленду 310, одну или более линз 315, корпус 320, концевой блок 330, скобу 340 и осветительную сборку 350 на основе СИДов, как показано на фиг.3А и 3В. Осветительная сборка 350 на основе СИДов может включать в себя один или более источников 104 света, как говорилось выше. Различные компоненты осветительного прибора 300 можно собирать как модульные элементы для облегчения разборки прибора, чтобы обеспечить обслуживание компонентов, простоту хранения и т.д. При эксплуатации, например, в приложениях, связанных со сценой или иным помещением, осветительный прибор 300 можно устанавливать на любой обычной несущей конструкции (не показана) в любой желаемой ориентации посредством зажимов, прикрепляемых к скобе 340.

В одном варианте осуществления светозащитная бленда 310 может состоять из литого под давлением алюминия или пластмассы, такого как поликарбонат, и корпус 320 и концевой блок 330 могут также содержать пластмассу, такую как поликарбонат. Некоторые или все из вышеупомянутых осветительных компонентов могут быть изготовлены с использованием подходящих способов, таких как формование, литье под давлением, штамповка или подобные им способы. В одном воплощении светозащитная бленда 310 может быть сконфигурирована принимать одну или более взаимозаменяемых оптических линз 315. Одна или более оптических линз 315 могут включать в себя, например, собирающую линзу и рассеивающую линзу, хотя также предусматриваются и другие конфигурации. Оптическую линзу (оптические линзы) 315 можно выбирать с тем, чтобы достичь желаемого осветительного эффекта или рисунка (например, чтобы обеспечить непрерывный луч света под желаемым углом). Например, в некоторых воплощениях в осветительном приборе 300 применяют двухступенчатую оптическую систему, включающую в себя коллиматоры СИДов и рассеивающую линзу для обеспечения эффекта размытости. Получаемая в результате светоотдача может быть равномерным рисунком света при различных углах луча. В некоторых вариантах осуществления также возможно применение рассеивателя, а этот рассеиватель может быть размещен, например, на расстоянии около 100 мм от коллиматорной линзы.

Как упоминалось выше, в некоторых вариантах осуществления светозащитная бленда 310 может иметь такую конфигурацию, что оптические линзы 315 могут быть взаимозаменяемыми, а воплощать эту возможность можно либо перед установкой, либо после установки осветительным прибором 300 на несущую конструкцию, чтобы получить желаемое рассеивание луча. Например, в некоторых воплощениях, по меньшей мере, могут быть достигнуты четыре основных распределения света: рисунок очень узкого прожектора можно реализовать с помощью прозрачной собирающей линзы и коллиматора; узкий прожектор можно реализовать с помощью лишь рассеивателя (например, рассеиватель ±5 градусов); а средний (например, угол луча 12 градусов на 18 градусов) или широкий (например, угол луча 17 градусов на 27 градусов) заливающий свет может быть реализован с помощью рассеивающей линзы с рассеивателем. В некоторых воплощениях оптические линзы могут включать в себя рассеиватель или оптическую подушку для обеспечения желаемых углов лучей. Коллиматоры СИДов в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения подробнее описаны ниже со ссылками на фиг.4А-4D.

В некоторых вариантах осуществления осветительная сборка 350 на основе СИДов включает в себя модуль 360 СИДов, теплоотвод 364, кожух 366, схемную плату 368 высоковольтного источника питания, схемные платы 370 и 372 возбуждения, монтажную плату 374 и вентилятор 376, как показано на фиг.3С. В различных воплощениях корпус 320 может быть сконфигурирован способствовать эффективному рассеиванию тепла, генерируемого сборкой 350, за счет определения количества отверстий 325 для впуска воздуха. Как подробнее описано ниже, различные варианты осуществления предусматривают конфигурацию, обеспечивающую путь охлаждающего воздуха для отвода тепла, генерируемого модулем 360 СИДов, и силовыми и управляющими компонентами осветительного прибора 300, что приводит к повышенной эффективности использования энергии и улучшенной рабочей характеристике осветительной сборки 350.

В некоторых вариантах осуществления модуль 360 СИДов включает в себя многочисленные источники света 104 и может быть выполнен в виде одиночной печатной платы 362 (как показано на фиг.3Е), рассматриваемой ниже. Модуль 360 СИДов может быть прикреплен к теплоотводу 364 с помощью винтов, которые расположены между соседними источниками 104 света, или с помощью любых других подходящих крепежных средств, включая - но не в ограничительном смысле - болты или клеи. Модуль 360 СИДов может дополнительно содержать промежуточную разделительную прокладку, расположенную на теплоотводе 364, для обеспечения тепловой связи и поддержания электрической изоляции между печатной платой 362 и теплоотводом 364. Обращаясь к фиг.3А-3С, теплоотвод 364 может включать в себя пластины 365 для увеличения площади поверхности теплоотвода в контакте с охлаждающим воздухом, который засасывается в осветительный прибор 300 под действием вентилятора 376 в и через теплоотвод 364 и кверху через кожух 366. Соответственно, тепло может передаваться от модуля 360 СИДов через пластины 365 теплоотвода 364 и переноситься потоком воздуха, устанавливаемого вентилятором 376. В одном воплощении пластины 365, по существу, выровнены с отверстиями 325 в корпусе 320. Теплоотвод 364 может быть создан из алюминия или любого другого теплопроводного материала, например, путем литья под давлением или механической обработки. В других воплощениях данного изобретения для увеличения площади поверхности теплоотвода для улучшенного отвода тепла можно использовать конфигурацию, отличающуюся от ребер 365 или дополняющую их.

В одном варианте осуществления кожух 366 направляет поток охлаждающего воздуха к схемной плате 368 высоковольтного источника питания и схемным платам 370 и 372 возбуждения, тем самым отводя тепло, генерируемое ими. Кожух 366 может быть выполнен из алюминия или пластмассы и может быть изготовлен путем формования, литья, штамповки или с помощью любых других подходящих средств. В некоторых вариантах осуществления монтажная плата 374 содержит листовой металл и может быть изготовлена путем штамповки. Вентилятор 376 может быть выбран из любого количества легкодоступных вентиляторов, известных специалистам в данной области техники. В частности, можно использовать малошумящий вентилятор. Вентилятор 376 может тянуть охлаждающий воздух через отверстие в монтажной плате 374 в концевой блок 330. Соответственно, осветительный прибор 300 обеспечивает эффективный отвод тепла генерируемого и модулем 360 СИДов, и одним или более различными силовыми и управляющими компонентами. Улучшенное рассеяние тепла, в свою очередь, приводит к улучшенному преобразованию энергии и лучшей рабочей характеристике и повышенной долговечности компонентов, а в конечном счете - к повышенной надежности и улучшенной рабочей характеристике прибора.

Как показано на фиг.3А-3D, в некоторых воплощениях схемная плата 368 высоковольтного источника питания может быть сборкой печатной платы, которая берет универсальный входной сигнал АС (85-264 В АС, 50/60 Гц) и выдает приблизительно 400 В DC до 350 ватт. Кроме того, источник 368 питания может быть с коррекцией коэффициента мощности и может иметь эффективность 90% или более при низком линейном напряжении (85 В АС) и эффективность свыше 95% при 110 В АС и выше. В одном воплощении источник 368 питания может быть построен на базе чипа контроллера L6563 PFC, поставляемого фирмой STMicroelectronics (Кэрролтон, штат Техас, США), используемого в конфигурации с «фиксированным временем выключения» для высокой выходной мощности. В одном возможном воплощении источник 368 питания может быть выполнен со стандартными, поставляемыми со склада (серийными) компонентами и по меньшей мере, одним заказным индуктором. В схемную плату 368 источника питания может быть встроен большой экструдированный алюминиевый теплоотвод, а на теплоотвод с пограничным слоем из термопасты могут быть установлены диодный мостик, переключающий ПТ и переключающий диод, так что теплоотвод и переключающий диод являются электрически изолированными друг от друга. Источник 368 питания может также обеспечить выходной сигнал смещения низкого напряжения DC, составляющий 12 В DC на 500 микроампер в плату 384 управления мощностью (дополнительно рассматриваемую ниже в связи с фиг.3D) и вентилятор 376. В одном воплощении можно использовать схему TNY интегрирования мощности (от фирмы Power Integrations, lnc., Саннивейл, штат Калифорния, США), адаптированную для выставления напряжения на шине 400 В DC. Такая схема может потребовать малого заказного трансформатора, предусматривающего регулирование количества обмоток и провода обмоток для достижения желаемой конфигурации.

Как показано на фиг.3D, источники света 104 модуля 360 СИДов соединены со схемными платами 370 и 372 возбуждения. К возбудителям 370 и 372 также могут быть подведены сигналы из датчиков температуры, расположенных на модуле 360 СИДов. В иллюстрируемом примере, согласно фиг.3А-3D, каждый из возбудителей 370, 372 может возбуждать 4 цепочки СИДов с помощью метода индуктивного возбуждения. Платы 370, 372 возбуждения могут получать напряжение 400 В DC на шине от высоковольтного источника 368 питания, а передача сигналов управления освещением (или команд освещения) от платы 384 управления к платам 370, 372 возбуждения может осуществляться по оптически изолированной высокоскоростной последовательной шине с полудуплексной дифференциальной конфигурацией «ведущий - ведомый». В одном варианте осуществления платы 370, 372 возбуждения могут быть ведомыми последовательной шины, а плата 384 управления, подробнее описываемая ниже со ссылками на фиг.3F, может быть ведущим последовательной шины.

В одном аспекте каждая из плат 370, 372 возбуждения может включать в себя два микропроцессора: процессор широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и процессор обратной связи. Процессор ШИМ может интерпретировать команды освещения от платы 384 управления и может генерировать цифровые сигналы ШИМ для каждого из 4-х индуктивных возбудителей СИДов. В одном аспекте, как подробнее рассматривается ниже, задаваемая команда освещения, выдаваемая платой 384 управления и обрабатываемая процессором ШИМ, может включать в себя n-элементный кортеж канальных значений, причем n-элементный кортеж канальных значений включает в себя одно значение для каждого отличающегося цвета или цветовой температуры множества источников света на СИДах в модуле СИДов (см., например, вышеизложенные рассуждения в связи с фиг.1 касательно формата команд (R-G-B)). Процессор обратной связи может выполнять функции калибровки и мониторинга, такие как мониторинг напряжения и тока по каждой цепочке СИДов, а также мониторинг входных сигналов датчиков температуры. Один или оба микропроцессора могут быть расположены на оптически изолированной последовательной шине, и они также могут иметь прямые изолированные цифровые соединения, чтобы обеспечить быстрое обнаружение ошибки отклика и неработоспособность канала. В одном воплощении процессор ШИМ и возбудитель СИДов могут обращаться к стороне низкого потенциала входа 400 В DC, а процессор обратной связи обращается к стороне высокого потенциала. В одном варианте осуществления можно запитать последовательную шину от платы 384 управления и организовать ее обращение к этой плате.

В одном воплощении модуль 360 СИДов включает в себя источники 104 света, которые имеют конфигурацию в виде матрицы на схемной плате 362. Как показано на фиг.3Е, с помощью источников 104 цвета можно представить восемь разных цветов: ярко-синий (λ=455-460 нм), синий (λ=470-475 нм), бирюзовый (λ=505-510 нм), зеленый (λ=525-530 нм), янтарный 1 (λ=585-590 нм), янтарный 2 (λ=595-600 нм), красно-оранжевый (λ=615-620 нм) и красный (λ=630-635 нм). В этом отношении данное изобретение ограничений не имеет, и в рамках объема притязаний и существа изобретения предусмотрены другие множества и подмножества цветов.

В некоторых воплощениях источники 104 света данного цвета могут быть соединены последовательно, чтобы обеспечить восемь цепочек источников 104 света, по одной цепочке на цвет. Как показано на фиг.3Е, источники 104 света могут быть расположены в приблизительно круглой гексагонально-упакованной структуре со случайным распределением цветов, способствующим смешению цветов для составного выходного луча из осветительного прибора 300. Вместе с тем, следует признать, что источники 104 света могут иметь конфигурацию в виде любой подходящей компоновки, и варианты осуществления данного изобретения в этом отношении ограничений не имеют. В нижеследующей таблице 1 представлен пример конфигурации источников 104 света и их рабочих характеристик.

Таблица 1    

В одном возможном воплощении источники 104 света могут включать в себя блок СИДов XR-E 7090 от фирмы Cree, Inc., Дарем, штат Северная Каролина, США.

В некоторых вариантах осуществления в модуле 360 СИДов возможно дополнительное применение датчиков температуры (не показаны), распределенных по печатной плате 362. Датчики температуры могут включать в себя, например, термисторы или другие подходящие чувствительные к температуре устройства, известные специалистам в данной области техники. В одном воплощении печатная плата 362 может иметь 4 слоя, при этом нижний слой представляет собой непрерывную плоскость из меди, имеющую множество переходных отверстий для теплопередачи. Маршрутизация сигналов может происходить в верхнем слое, рядом с источниками 104 света, и двух внутренних слоях. В одном воплощении между верхним слоем и внутренними слоями могут быть предусмотрены глухие переходные отверстия для снижения риска коротких замыканий между нижним слоем и теплоотводом 364. Хотя конкретная компоновка слоев в печатной плате 362 описана в связи с фиг.3Е, следует понять, что различные осуществления могут включать в себя любую из множества разных конфигураций печатных плат, имеющих один или более слоев.

Обращаясь к фиг.3F, в одном воплощении в концевом блоке 330 могут быть заключены различные схемы/устройства управления для осветительного прибора 300. В одном аспекте в концевом блоке 330 могут быть заключены три печатные платы: плата 384 управления (рассмотренная выше в связи с фиг.3D), плата 380 соединителя и плата 382 карты памяти. В одном аспекте плата 384 управления, а также другие платы, расположенные в концевом блоке, по существу, теплоизолированы от плат возбуждения и платы источника питания осветительной сборки 350 на основе СИДов.

Плата 384 управления может включать в себя основной процессор управления, в котором применяется, например, микрочип, такой как чип dsPIC33FJ256GP710 от фирмы Microchip Technology, Inc. (Чендлер, штат Аризона, США). В некоторых воплощениях плата 384 управления может иметь конфигурацию, обеспечивающую прием входного сигнала DMX и/или входного сигнала Ethernet (через один или более соединителей платы 380 соединителей, показанной на фиг.3F), и выдачу выходного сигнала Ethernet (например, для управления возбудителями 370 и 372). Например, первый микрочип (например, Microchip ENC28J60) можно использовать для обеспечения 10 мегабитного Ethernet-интерфейса, а второй микрочип (например, Microchip TC664) можно использовать для обеспечения управления вентилятором и обратной связи. Такие микрочипы можно получить от фирмы Microchip Technology, Inc. (Чандлер, штат Аризона, США) или из других подходящих источников. Плата 384 управления может быть обеспечена входной мощностью 12 В DC из высоковольтного источника 368 питания. В некоторых вариантах осуществления входную мощность можно регулировать с понижением до 5 В DC посредством переключающего регулятора (например, переключающего регулятора LM2594), и можно дополнительно понизить ступенчатым образом до 3,3 В DC посредством линейного регулятора (например, линейного регулятора LT1521). Вышеупомянутые регуляторы могут поставляться, например, от фирмы Semtech, Corp., Ньюбури Парк, штат Калифорния, США. Для генерирования питания смещения 12 В DC для дисплея на ОСИДах (или дисплея любого другого подходящего типа) под управлением процессора можно использовать повышающий преобразователь (например, преобразователь MAX8574 от фирмы IC Plus, Inc., Торранс, штат Калифорния, США).

В одном воплощении плата управления принимает, по меньшей мере, один входной сигнал, представляющий желаемый выходной цвет или цветовую температуру для генерируемого освещения и обрабатывает, по меньшей мере, один входной сигнал для обеспечения, по меньшей мере, одного сигнала управления, представляющего команду освещения, включающую в себя n-элементный кортеж канальных значений, при этом n-элементный кортеж канальных значений включает в себя одно значение для каждого отличающегося цвета или цветовой температуры множества источников света на СИДах. Например, в воплощениях, где имеются восемь разных цветов источников света на СИДах, плата управления может обеспечить в качестве выходного сигнала команды освещения, в которых каждая команда включает в себя восемь разных относительных значений интенсивности для соответствующих разных цветов, так что когда восемь цветов смешиваются в конкретных пропорциях, достигается желаемый выходной цвет или цветовая температура освещения. В одном воплощении входной сигнал (входные сигналы) в плату управления включает (включают) в себя представление желаемого выходного цвета в многомерном цветовом пространстве, а плата управления имеет конфигурацию, обеспечивающую отображение представления желаемого выходного цвета в многомерном цветовом пространстве в команду освещения, включающую в себя n-элементный кортеж канальных значений. В качестве примера, дополнительно рассматриваемого ниже, многомерное цветовое пространство может включать в себя цветовое пространство «оттенок - насыщение - яркость» (HSB), цветовое пространство «красный - зеленый - синий» (RGB) или цветовое пространство CIE. В другом возможном воплощении, также подробнее рассматриваемом ниже, входной сигнал (входные сигналы) в плату управления может (могут) включать в себя представление желаемого выходного цвета в форме пары «источник, фильтр», определяющей спектр источника и цвет гель-фильтра, а плата управления может иметь конфигурацию, обеспечивающую отображение пары «источник, фильтр» в команду освещения, включающую в себя n-элементный кортеж канальных значений.

В одном аспекте плата 384 управления вычисляет значения ШИМ для управления цепочками источников 104 света на основании, по меньшей мере частично, ввода команды (например, принимаемой в формате DMX или Ethernet посредством платы 380 соединителей) и обратной связи от датчиков температуры и других параметров. Плата 384 управления также может обновлять и контролировать интерфейс пользователя (подробнее описываемого ниже) и управлять скоростью вентилятора 376 на основании выбора управляемого пользователем режима и/или температурной обратной связи. Основной процессор управления также может иметь конфигурацию, обеспечивающую осуществление электрической калибровки осветительного прибора 300 посредством данных, получаемых из процессоров калибровки в возбудителях 370 и 372.

В некоторых вариантах осуществления плата 384 управления может дополнительно содержать интерфейс 385 пользователя, включающий в себя графический дисплей 387 и кнопки 389 тактильного переключения, как показано на фиг.3F. Графический дисплей может быть, например, дисплеем на органических светоизлучающих диодах (ОСИДах). В одном воплощении интерфейс 385 пользователя может иметь конфигурацию, дающую пользователю возможность задавать цвет света, который должен быть выведен осветительным устройством, за счет выбора одного из множества цветовых режимов. Например, в первом цветовом режиме пользователь может задать выбор цвета для каждого из значений цепочки СИДов непосредственно. Это может быть осуществлено с помощью, например, 8-битного сниженного/или 16-битного полного разрешения. Во втором цветовом режиме пользователь может выбрать стандартное цветовое пространство, такое как оттенок - насыщение - яркость (HSB) или красный - зеленый - синий (RGB). В третьем цветовом режиме пользователь может выбрать режим белого света, в котором цветовая температура белого света, выдаваемого из осветительного устройства, может изменяться. В четвертом цветовом режиме пользователь может выбрать координату Международной комиссии освещения (CIE) в цветовом пространстве CIE. В отличие от цветовых пространств HSB и RGB, которые являются трехмерными пространствами, цветовое пространство CIE является двумерным пространством.

В пятом цветовом режиме пользователь может выбрать пару «источник, фильтр», определяющую лампу-источник и номер геля, соответствующие стандартным значениям, используемым в известных осветительных системах. В пятом цветовом режиме данный осветительный прибор, когда он обеспечен стандартными значениями «источник, фильтр», может генерировать светоотдачу, которая вплотную приближается к светоотдаче известных осветительных систем, где применяются лампы накаливания или газоразрядные лампы, а также стандартные цвета или дихроичные светофильтры. Более конкретно, в различных воплощениях данное изобретение предусматривает способ задания предписываемого выходного цвета для многоспектрального источника цвета за счет предоставления пользователю возможности выбора спектра источника (например, HPL750) и цвета гель-фильтра (например, Rosco 85 или R85) таким образом, что осветительный прибор на СИДах вследствие этого копируется как можно точнее. В некоторых воплощениях такой командный способ команд может включать в себя (i) фотометрическое измерение спектров источников и спектров поглощения геля; (ii) точное измерение и калибровку каждого из множества спектральных источников на СИДах; и (iii) встроенное программное обеспечение многоспектрального прибора, которое может преобразовывать из пары «источник, фильтр» в n-элементный кортеж отдельных канальных значений, регулируя рабочую температуру и параметры фотометрии отдельных каналов. Функциональные возможности спектрального управления источников освещения, описанных здесь, могут гарантировать регулирование спектра проецируемого света на основании известных профилей поглощения света для освещаемых поверхностей. В различных воплощениях способы, соответствующие данному изобретению, для преобразования пары «источник, фильтр» в n-элементный кортеж отдельных канальных значений, могут использовать одну или более методологий математической оптимизации для приближения решения к системе уравнений, которые представляют или описывают театральную осветительную систему.

Хотя здесь описаны пять разных цветовых режимов, следует понять, что интерфейс пользователя и связанные с ним схемы на плате 384 управления можно запрограммировать или сконфигурировать, чтобы обеспечить любую из множества желаемых светоотдач, и варианты осуществления данного изобретения в этой связи не ограничены.

В некоторых воплощениях плата 384 основного процессора может дополнительно использовать различные соединители для соединений с входом мощности, платой 380 соединителя, платой 382 карты памяти, дисплеем на ОСИДах или выходом вентилятора. Плата 384 управления может дополнительно включать предоставление последовательной шины платам 370, 372 возбуждения, как сказано выше в связи с фиг.3D. По выбору плата 382 карты памяти может включать в себя защищенную цифровую карту (SD) или другое подходящее запоминающее устройство для хранения на цифровых носителях. В одном воплощении карту SD (или другой носитель информации) можно использовать для сохранения данных конфигурации для осветительного прибора 300.

В соответствии с другими аспектами данного изобретения, для изменения направления или фокуса света, излучаемого из источников 104 света, можно использовать различные оптические средства. Как показано на фиг.4А и 4В, коллиматор 400 может полностью огораживать одиночный источник 104 света, перенаправляя свет, генерируемый этим источником 104 света в квазиколлимированный луч. Например, если свет, выдаваемый из огороженного источника 104 света, ограничивает конус с углом 110 градусов, то коллиматор 400 может перенаправлять этот свет в конус света с углом 10 градусов.

Обращаясь снова к фиг.3Е, в одном иллюстрируемом примере каждый источник 104 света может быть подключен к своему собственному коллиматору 400. В одном воплощении, по меньшей мере, некоторые из коллиматоров 400 могут быть коллиматоры с полным внутренним отражением, имеющими центральную линзовую оптику и выполненные из поликарбонатного материала. Такой коллиматор 400 может иметь отверстие, которое обеспечивает простой процесс формования во время изготовления. Обращаясь к фиг.4В, в одном аспекте расстояние центральной линзовой оптики от СИДа может быть выбрано, так, что в нем будет содержаться изображение СИДа в пределах 10-градусной полной ширины на уровне полумаксимума (ПШПМ), а другие поверхности коллиматора могут иметь конфигурацию сложных кривых с в сплайнами, которые разворачиваются в поверхности, перенаправляющие свет в 10-градусную область ПШПМ.

В некоторых вариантах осуществления коллиматор 400 может быть прикреплен к печатной плате 360 с помощью механического держателя, такого как держатель 410 коллиматора, показанный на фиг.4С и 4D, хотя в других вариантах осуществления фокусирующая оптика и держатель могут быть объединены с одну скрепляемую структуру. Держатель 410 коллиматора может быть выполнен из пластмассы, может быть изготовлен, например, посредством процесса формования и может иметь форму, облегчающую обеспечение конфигурации матрицы источников 104 света, как показано на фиг.3Е. В конкретном воплощении, изображенном на фиг.4С и 4D, один держатель 410 коллиматора имеет форму, обеспечивающую зазоры между соседними держателями 410 коллиматора, когда прикреплен к печатной плате 362. Такая конструкция облегчает доступ к винтам/соединителям, которые соединяют модуль 360 СИДов с теплоотводом 364.

В одном воплощении данного изобретения, во время процесса изготовления осветительного прибора 300 держатели 401 коллиматора крепятся к печатной плате 362. Тогда коллиматоры 400 можно помещать в держатели 410 и закреплять в нужное положение, например, с помощью штырьков 412 горячей установки. В некоторых воплощениях держатели 410 коллиматора могут быть выровнены с источниками 104 света с помощью прессовой посадки. После крепления держателя 410 к печатной плате 362 коллиматор 400 можно помещать в держатель 410. Как показано на фиг.4D, держатель 410 может иметь одно или более направляющих ребер 414 (например, три) внутри держателя для гарантии, что коллиматор 400 не имеет никакого касания или наклона. Один или более штырьков 412 горячей установки можно использовать для закрепления коллиматора 4400 в нужное положение относительно печатной платы 362.

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 находится 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, следует считать лишь примерами и что фактические параметры, размеры, материалы и конфигурации будут зависеть от конкретного приложения или конкретных приложений, для которых используется конкретное утверждение (используются конкретные утверждения) изобретения. Специалисты в данной области техники признают или смогут получить, воспользовавшись не более чем тривиальными экспериментами, многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. То есть 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 иначе, чем конкретно описано и заявлено. Варианты осуществления данного изобретения посвящены каждому отдельному признаку, системе, 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 охарактеризованные и 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» из элементов, так объединяемых, т.е. элементы, которые одновременно присутствуют в некоторых случаях и раздельно присутствуют в других случаях. Несколько элементов, перечисленных с употреблением выражения «и/или», следует понимать так же, т.е. в смысле «один … или более» элементов, так объединяемых. По выбору могут присутствовать другие элементы, отличающиеся от тех, которые указаны посредством формулировки «и/или», как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничительного примера 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 - по выбору - элементов, отличающихся от В), в другом варианте осуществления - только к В (с включением - по выбору - элементов, отличающихся от А), а в еще одном варианте осуществления - и к А, и к В (с включением - по выбору - других элементов), и т.д.

Так, как употребляется в описании и формуле изобретения, «или» следует понимать как имеющее тот же смысл, что и «и/или», описанное выше. Например, при разделении элементов 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, у 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 термин «или», как употребляется здесь, следует интерпретировать 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.

Так, как 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 одного или более элементов в списке элементов, но не обязательно включающее в себя, по меньшей мере, один из каждого и всякого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов, и не исключая любые комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает ситуацию, что - 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 «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 чем одно А при отсутствии В (и - по выбору - включая в себя элементы, отличающиеся от В), в другом варианте осуществления - по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более чем одно 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 чем одно А и, по меньшей мере, к одному, по выбору - включая в себя более чем одно 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», «заключающий в себе», «составленный из» и т.п., следует понимать как допускающие изменения (открытые формулировки), 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 переходные формулировки, соответственно.

Предложены способы и устройства для обеспечения театрального освещения. В одном примере модульный осветительный прибор (300) имеет корпус (320), по существу, цилиндрической формы, включающий в себя первые отверстия (325) для обеспечения пути воздуха через осветительный прибор. В корпусе расположена осветительная сборка (350), которая содержит модуль (360) СИДов, включающий в себя множество источников (104) света на СИДах, первую схему (368, 370, 372) управления для управления источниками света и вентилятор (376) для обеспечения потока охлаждающего воздуха вдоль пути воздуха. С корпусом съемно соединен концевой блок (330), который имеет вторые отверстия (332). В концевом блоке расположена вторая схема (384) управления, электрически подключенная к первой схеме управления и по существу теплоизолированная от нее. Осветительная сборка сконфигурирована направлять поток охлаждающего воздуха к упомянутой, по меньшей мере, одной первой схеме управления так, чтобы эффективно отводить от нее тепло. Повышение надежности и улучшение рабочих характеристик осветительного устройства является техническим результатом заявленного изобретения. 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Модульный осветительный прибор для обеспечения театрального освещения, причем осветительный прибор содержит:
корпус, по существу, цилиндрической формы, причем корпус включает в себя по меньшей мере одно первое отверстие для обеспечения пути воздуха через осветительный прибор;
осветительную сборку на основе СИДов, расположенную в корпусе, причем осветительная сборка на основе СИДов содержит:
модуль СИДов, включающий в себя множество источников света на СИДах, имеющих разные цвета и/или разные цветовые температуры и расположенных на печатной плате;
по меньшей мере одну первую схему управления для управления множеством источников света на СИДах; и
по меньшей мере один вентилятор для обеспечения потока охлаждающего воздуха вдоль пути воздуха через осветительный прибор;
концевой блок, соединенный съемно с корпусом,
по меньшей мере одну вторую схему управления, расположенную в концевом блоке, причем упомянутая по меньшей мере одна вторая схема управления электрически связана с и, по существу, теплоизолирована от упомянутой по меньшей мере одной первой схемы управления,
по меньшей мере одно второе отверстие для обеспечения пути воздуха через осветительный прибор,
при этом осветительная сборка на основе СИДов сконфигурирована направлять поток охлаждающего воздуха к упомянутой по меньшей мере одной первой схеме управления так, чтобы эффективно отводить тепло, вырабатываемое по меньшей мере упомянутой по меньшей мере одной первой схемой управления, и
теплоотвод, связанный с модулем СИДов, причем теплоотвод включает в себя множество пластин, по существу, выровненных с упомянутым по меньшей мере одним первым отверстием в корпусе.

2. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна первая схема управления содержит:
по меньшей мере одну схемную плату источника питания; и по меньшей мере одну схемную плату возбуждения.

3. Осветительный прибор по п.2, отличающийся тем, что осветительная сборка на основе СИДов дополнительно содержит: кожух, расположенный вблизи теплоотвода и сконфигурированный направлять поток охлаждающего воздуха к упомянутой по меньшей мере одной схемной плате источника питания и упомянутой по меньшей мере одной схемной плате возбуждения; и
монтажную плату для монтажа по меньшей мере упомянутой по меньшей мере одной схемной платы источника питания и упомянутой по меньшей мере одной схемной платы возбуждения, причем монтажная плата имеет проем для обеспечения пути воздуха через осветительный прибор.

4. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит светозащитную бленду, связанную с корпусом для приема одной или более оптических линз.

5. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит скобу, соединенную с корпусом для установки осветительного прибора.

6. Осветительный прибор по п.1, в котором множество источников света на СИДах включают в себя по меньшей мере восемь разных цветов источников света на СИДах.

7. Осветительный прибор по п.2, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна схемная плата возбуждения воплощает метод индуктивного возбуждения для возбуждения множества источников света на СИДах.

8. Осветительный прибор по п.6, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна схемная плата возбуждения включает в себя:
первую схемную плату возбуждения для управления первой группой из четырех цветов из упомянутых по меньшей мере восьми разных цветов источников света на СИДах; и
вторую схемную плату возбуждения для управления второй группой из четырех цветов из упомянутых по меньшей мере восьми разных цветов источников света на СИДах.

9. Осветительный прибор по п.2, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна вторая схема управления сконфигурирована принимать по меньшей мере один входной сигнал, представляющий желаемый выходной цвет для осветительного прибора, и при этом на основании входного сигнала упомянутая по меньшей мере одна вторая схема управления предоставляет в упомянутую по меньшей мере одну плату возбуждения по меньшей мере один управляющий сигнал, представляющий команду освещения, включающую в себя n-элементный кортеж канальных значений, при этом п-элементный кортеж канальных значений включает в себя одно значение для каждого отличающегося цвета или цветовой температуры множества источников света на СИДах.

10. Осветительный прибор по п.9, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один входной сигнал включает в себя представление желаемого выходного цвета в многомерном цветовом пространстве, и при этом упомянутая по меньшей мере одна вторая схема управления преобразует представление желаемого выходного цвета в многомерном цветовом пространстве в команду освещения, включающую в себя упомянутый n-элементный кортеж канальных значений.

11. Осветительный прибор по п.6, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один входной сигнал включает в себя представление желаемого выходного цвета в форме пары «источник, фильтр», определяющей спектр источника и цвет гель-фильтра, и при этом упомянутая по меньшей мере одна вторая схема управления преобразует пару «источник, фильтр» в команду освещения, включающую в себя упомянутый n-элементный кортеж канальных значений.

12. Осветительный прибор по п.6, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна вторая схема управления сконфигурирована принимать упомянутый по меньшем мере один входной сигнал в качестве по меньшей мере одного входного сигнала, отформатированного по DMX и/или отформатированного по Ethernet, и предоставлять упомянутый по меньшей мере один управляющий сигнал к упомянутой по меньшей мере одной плате возбуждения в качестве по меньшей мере одного управляющего сигнала, отформатированного по Internet.

13. Осветительный прибор по п.2, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна вторая схема управления включает в себя интерфейс пользователя, включающий в себя графический дисплей, при этом интерфейс пользователя позволяет пользователю задавать цвет света, подлежащего выдаче за счет выбора одного из множества цветовых режимов.

14. Осветительный прибор по п.1, отличающийся тем, что модуль СИДов дополнительно включает в себя коллиматор для каждого источника света из множества источников света на СИДах.