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维戈塞尔塔对埃瓦尔: 具有喚醒功能的照明設備.pdf

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具有 喚醒 功能 照明設備
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摘要
申請專利號:

CN201080049418.1

申請日:

2010.10.22

公開號:

CN102596302B

公開日:

2014.10.08

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61M 21/00申請日:20101022|||公開
IPC分類號: A61M21/00; H05B37/02; G04G11/00 主分類號: A61M21/00
申請人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
發明人: R·戈德利布
地址: 荷蘭艾恩德霍芬市
優先權: 2009.10.29 EP 09174416.9
專利代理機構: 北京市金杜律師事務所 11256 代理人: 吳立明;楊移
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201080049418.1

授權公告號:

102596302B||||||

法律狀態公告日:

2014.10.08|||2012.12.05|||2012.07.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種具有喚醒和/或入睡功能的照明設備(100)包括:至少一個可控制的光源(110);用于控制光源(110)的控制設備(120)。在穩定模式下,輸出光的顏色和強度被維持恒定在穩定顏色值和穩定強度值。在喚醒模式下,輸出光的強度逐漸地從零增加到穩定強度值;在入睡模式下,輸出光的強度逐漸地從穩定強度值減少到零??刂粕璞?120)包括用于接收定義穩定強度值的用戶輸入信號的用戶輸入(UI)??刂粕璞?120)產生用于可控制的光源(110)的控制信號以使得輸出光的顏色獨立于穩定強度值而行經顏色空間中的預定路徑。

權利要求書

1.一種具有喚醒和/或入睡功能的照明設備(100),能夠輸出
具有逐漸地增加或減少強度的光,該設備包括:
至少一個可控制的光源(110);
用于控制所述光源(110)的控制設備(120);
其中所述控制設備(120)能夠工作于穩定模式,在穩定模式期
間,輸出光的顏色和強度分別維持恒定在穩定顏色值和穩定強度值;
其中所述控制設備(120)能夠工作于喚醒模式,在喚醒模式期
間,輸出光的強度逐漸地從零增加到穩定強度值,和/或能夠工作于
入睡模式,在入睡模式期間,輸出光的強度逐漸地從穩定強度值減
少到零;
其中所述控制設備(120)包括用于接收定義所述穩定強度值的
用戶輸入信號的用戶輸入(UI);
其中所述光源(110)能夠產生顏色值獨立于輸出光強度可變的
輸出光;
其中所述用戶設備(120)被設計為依照第一時間函數來改變所
述光源(110)的整體強度以使得在喚醒模式結束時達到所述穩定強
度值或者以使得在入睡模式開始時以所述穩定強度值開始;
以及其中所述控制設備(120)被設計為依照獨立于所述第一函
數的第二時間函數來改變所述光源(110)的顏色值。
2.根據權利要求1所述的照明設備,其中所述光源(110)包
括至少兩個具有彼此不同顏色的光產生元件(111、112);其中所
述控制設備(120)被設計為按照所述第一時間函數來改變組合的所
有光產生元件的整體強度;并且其中所述控制設備(120)被設計為
按照所述第二時間函數來改變所述光產生元件的強度比率。
3.根據權利要求1所述的照明設備,其中喚醒模式的持續時間
和/或入睡模式的持續時間是恒定的。
4.根據權利要求1所述的照明設備,其中所述控制設備(120)
能夠接收定義喚醒模式的持續時間和/或入睡模式的持續時間的用戶
輸入信號。
5.根據權利要求1所述的照明設備,還包括存儲裝置(130),
其包含將所要行經的顏色路徑定義為時間的函數的信息。
6.根據權利要求5所述的照明設備,其中所述控制設備(120)
被設計為依照時間的函數、在所述存儲裝置(130)中的信息的基礎
上來計算色點,并依照時間的函數獨立地計算強度。
7.根據權利要求1所述的照明設備,還包括存儲裝置(140),
其包含將強度定義為時間的函數的信息。
8.根據權利要求1所述的照明設備,其中所述控制設備(120)
被設計為產生用于所述可控制的光源(110)的控制信號以使得輸出
光的顏色獨立于所述穩定強度值而行經顏色空間中的預定路徑。

說明書

具有喚醒功能的照明設備

技術領域

本發明大體上涉及能夠產生不同強度的光的照明設備。特別地,
本發明涉及一種所謂的喚醒燈,或相反地,所謂的入睡燈。

背景技術

喚醒燈是這樣一種燈,其包括一個或多個光源,光源的功率(對
應于光強度)在一定時間段,例如30分鐘之內緩慢地并逐漸地從零
(或接近零的起始值)增加到最大值,并在此之后維持功率。這樣
的燈用于模擬在日出的時候增加日光級的自然過程,這對喚醒人有
著積極影響。該過程也可以反過來運行,從而使得功率(對應于光
強度)緩慢地并逐漸地從最大值減少到零(或者接近零的最終值),
以模擬在日落的時候減少日光級的自然過程,這對于人入睡有著積
極影響。

喚醒燈和入睡燈是公知的,因此在此略去更為詳細的解釋。此
外,為了簡便,以下的解釋將集中于喚醒燈,但是加以必要的變更
則同樣的解釋適用于入睡燈,這一點對于本領域技術人員而言應是
清楚的。

喚醒燈可以采用不同類型的光源而實現。例如,使用的光源可
以是白熾燈、放電燈、LED等。改變光源的輸出功率通常通過改變
燈電流而實現。

發明內容

光源所產生的光的一個重要特性是其顏色。典型地,光色可以
取決于燈電流。例如,在白熾燈的情況下,在低燈電流時燈色是熾
熱的紅色到橙色(對應于相對低的燈絲溫度),而在高燈電流時燈
色是黃色到白色(對應于相對高的燈絲溫度)。如此,這是積極的
影響,因為它大概地對應于日出時日光的顏色的變化(以及,相反
地,日落)。在另一方面,也存在顏色恒定、與燈電流無關的光源。

在下文中,光強度在其期間緩慢增加或減少的所述時間段將被
分別指明為喚醒周期或入睡周期。此外,在完成喚醒周期之后輸出
的光強度將被指明為穩定狀態強度,對應于穩定狀態電流。通常,
穩定狀態電流等于為所關注的光源設計的最大或額定電流,并因此
穩定狀態強度等于最大或額定光強度。本發明的目的在于為用戶提
供設定穩定狀態強度的級別的可能性。

這一目的可以通過僅僅將燈電流限制于一定級別而容易地實
現。然而,隨之而來的問題是對應于這樣減少的穩定狀態電流的光
色不同于通常與全部完成喚醒周期相關聯的亮白色。這示于圖1中。

在左邊的圖表中,曲線1示出了作為時間(橫軸,分鐘)的函
數的燈電流或光強度(縱軸,任意單位),其在30分鐘的喚醒周期
內從零上升到300的最大值。相應的顏色變化由曲線2所指示。誠
然,難于在該圖表中將顏色形象化,但假定,對于顏色,縱軸代表
在顏色圖表中一條從紅到白的線。此外,為了說明,假定沿著這樣
一條顏色線的位置直接地正比于光強度。

右邊的圖表示出了這樣一個位置,用戶在這里將穩定狀態強度
設為100,或者最大值(曲線1′)的33%,而喚醒周期維持在30分
鐘(雖然這并非必要的)。曲線2′示出了光強度被僅僅限制為額定
100%的33%的簡單實現的相應的顏色變化。應能容易地理解,在喚
醒周期結束時實現的光色即是對應于色線的33%的光色?;謊災?,
在穩定狀態期間的光色(曲線2′的水平部分)不同于在100%狀況下
穩定狀態期間的光色(曲線2的水平部分)。

本發明的目的在于提供對于該問題的解決方案。

根據本發明的一個重要方面,在喚醒周期期間,輸出光的顏色
獨立于瞬時光強度而受控,以模擬日出的顏色變化,并且在喚醒周
期結束時所得到的光色是固定的,獨立于穩定狀態強度。在一個優
選的實施例中,用戶也可以設定該穩定狀態顏色。

另外的有利的闡述在獨立權利要求中提及。

本發明的效果形象化于圖2的右邊圖表中,左邊和中間的圖與
圖1相同以方便比較。曲線1″與曲線1′相同:光強度逐漸地上升到
額定100%的33%。曲線2″與曲線2相同:在顏色空間中的色點所行
經的顏色路徑與在額定100%狀況下所行經的顏色路徑是相同的。

注意到US7280439揭示了一種影響顏色變化以模擬日出的照明
系統。然而,該文件沒有揭示在穩定狀態期間的光強度的用戶可調
節的最大值,也沒有揭示顏色周期的結果。

US2004/0264193大體上揭示LED的控制,以使得控制色溫。

US-5327331揭示了這樣一種喚醒燈,其中色溫維持恒定,而光
輸出強度增加。

附圖說明

以下將參考附圖,通過下面的一個或多個優選實施例的描述進
一步解釋本發明的這些以及其他方面、特性和優點,附圖中相同的
附圖標記指示相同或類似的部分,以及其中:

圖1示出了對于不同狀況的光強度和光色作為時間的函數的圖
表;

圖2示出了光強度和光色作為時間的函數以說明本發明的圖表;

圖3是示意性地圖示根據本發明的照明設備的示例性實施例的
框圖;

圖4示意性地圖示了顏色圖表。

具體實施方式

圖3是示意性地圖示根據本發明的照明設備100的可能實施例
的框圖。照明設備100包括至少一個可控制的光源110,用于控制光
源110的控制設備120,與控制設備120相關聯的第一存儲器130,
以及與控制設備120相關聯的第二存儲器140??刂粕璞?20可以例
如被實現為合適地編程的微控制器,其為光源110產生控制信號,
從而引起光源110產生具有一定期望顏色以及一定期望強度的光。

通過非限定性示例的方式,光源110包括三個(或更多)LED
(或其他類型的光產生元件)111、112、113,每一個產生具有可區
別的理想單色的顏色的光,并且這些顏色彼此不同。例如,這些顏
色可以是紅(R)、綠(G)、藍(B)。如本領域技術人員所應知
道的,光源110的整體光輸出是這三個光輸出的混合,人眼感知該
整體的光輸出混合為具有混合顏色,該混合顏色取決于三種光貢獻
的相互比率。

盡管本領域技術人員應當知道,顏色理論的簡要概述仍將在下
面給出。

顏色能夠由三個彼此獨立的參數所表示;可以參考
CIE1931(XYZ)系統,其中X、Y、Z表示為了得到特定顏色所需要的
具有特別定義的顏色的強度,特別定義的顏色例如分別為紅700nm、
綠546.1nm和藍435.8nm。這里,“顏色”意味著色度和明度的組
合。在CIE1931(XYZ)系統中,X、Y或Z值之一的變化將引起色度
和明度的組合的變化??梢遠宰晗低辰斜湫?,其中色度和明度
彼此獨立。這樣一個系統例如為具有坐標x、y、Y的CIE(xyY)系統,
其中x和y是色度坐標而大寫Y指示亮度。關于顏色坐標的變形由
下式所定義:

x = X X + Y + Z - - - ( 1 a ) ]]>

y = Y X + Y + Z - - - ( 1 b ) ]]>

z = Z X + Y + Z - - - ( 1 c ) ]]>

這些公式仍然顯示三個變量x、y、z,但是z是冗余變量(即非
獨立變量),因為z能夠根據下式由x和y計算出來:

z=1-x-y??????(1d)

因此,所有顏色的色度能夠表示于二維的xy平面,如圖4所示,
其示意性地顯示了CIE(xy)色度圖。該圖是公知的,因此僅作最簡要
的解釋。點(1,0)、(0,0)、和(0,1)分別指示理想的紅、藍和綠,它們是
虛擬顏色。曲線41表示純光譜顏色。波長以納米(nm)為單位示出。
虛線42連接曲線41的端點。由曲線41和虛線42所圍起來的區域
43包含所有的可視顏色;相比于曲線41的純光譜顏色,區域43的
顏色是混合顏色,其能夠通過混合兩個或更多純光譜顏色而得到。
反過來,每一個可視顏色能夠由色度圖中的坐標來表示;色度圖中
的點將被指示為“色點”。

代替例如表示為流明的指示光的絕對值的“亮度Y”,在光源領
域習慣上使用“明度B”,其是相對參數。對于每一個色點(x,y),存
在最大可獲得亮度YMAX(x,y),當實際亮度Y具有值L,明度定義為

B=L/YMAX??(2)

這樣,明度是在0到1之間的值。

另外,代替顏色坐標x、y,也可能使用色調和飽和度。參考圖
4,色調、飽和度和明度的基本概念在CIE1931(x,y)顏色空間中得到
最容易地解釋,盡管在其他顏色空間能夠得到其他的定義。為了簡
單,下文中使用CIE1931(x,y)顏色空間。

當兩個純光譜顏色混合,最終混合顏色的色點位于連接兩個純
顏色的色點的線上,最終色點的確切位置取決于混合比率(強度比
率)。例如,當紫色和紅色混合,最終混合顏色紫紅色的色點位于
虛線42上。如果兩個顏色能夠混合產生白光,它們稱為“互補顏色”。
例如,圖4示出了連接藍(480nm)和黃(580nm)的線44,該線
穿過白點,指示藍光和黃光的正確強度比率將被感知為白光。同樣
的情況適用于任何其他組合的互補顏色:在相應的正確強度比率的
情況下,光混合將被感知為白光。注意到光混合實際上仍包含兩個
不同波長的光譜貢獻。

注意到許多可視顏色能夠通過混合兩種互補顏色而得到,但這
并不適用于所有顏色,如從圖4中能夠容易看到的。假設三個產生
不同顏色的分別具有對應于各自的色點C1(近于紅色)、C2(近于
綠色)、C3(近于藍色)的燈的組件:具有這樣的組件,能夠產生
在由這三個相應色點C1、C2、C3所定義的三角形之內的任何期望
的顏色。

在增加了具有色點C4(近于白色)的第四燈情況下,顏色不再
作為三種光輸出的獨特組合而得到,而能夠作為四種光輸出的組合
以幾種不同方式得到。在希望增強一定顏色例如黃色的貢獻時,這
可能尤其有用。

當太陽升起,其顏色從紅色經橙色和黃色變到白色;在日落時,
發生相反的顏色變化。曲線45是僅為了討論而給出的示例性的路徑,
其模擬日光的色點所行經的路徑。盡管日光的色點可能因為天氣環
境而變化,但由日光的色點所行經的實際路徑能被認為是固定事實,
而從業者能夠如期望的選擇模擬或近似真實路徑的實用路徑。根據
本發明,實用路徑的確切坐標是不相關的。根據本發明,有關的是
定義了這樣一個實用路徑的信息被保存在第一存儲器130中。該實
用路徑將在下文中被指示為“日出近似路徑”。

控制設備120被設計用于工作于如下所述的四種可能的模式。

在關閉模式,光源110關閉。

在穩定模式下,保持用于光源110的控制信號恒定,從而使得
輸出光顏色和輸出光強度為恒定。

在喚醒模式下,控制設備120為光源110依照時間的函數改變
其控制信號,從而使得輸出光色點行經從紅色端到白色端的日出近
似路徑,并且使得輸出光強度緩慢增加。

在入睡模式下,控制設備120為光源110依照時間的函數改變
其控制信號,從而使得輸出光色點沿著反方向行經日落近似路徑,
即從白色端到紅色端,并且使得輸出光強度緩慢減少。在一個變化
例中,第一存儲器130可以存儲兩個不同的路徑,一個日出近似路
徑和一個日落近似路徑,在該例中控制設備120使得輸出光色點在
入睡模式下行經日落近似路徑?!吧佟笨梢允嗆愣ǖ幕蛘嚦梢砸?br />照時間的函數而變化。

照明設備100的正常使用將典型地涉及到在早晨經歷關閉/喚醒/
穩定/關閉的順序,在晚上經歷關閉/穩定/入睡/關閉的順序。從關閉
模式到喚醒模式的轉變可以在喚醒定時器的基礎上自動地完成,但
為了簡單這并沒有示于附圖中。

控制設備120具有用戶輸入UI,用戶可以經由其輸入用戶設置。
用戶設置之一可以是喚醒模式和入睡模式的持續時間(這兩種模式
不必具有相同的持續時間)。一旦設置,喚醒模式的持續時間(或
者喚醒周期)可以被視為固定值;為了說明的目的,將假設該值等
于30分鐘;同樣的值適用于入睡模式的持續時間。

在本發明的上下文中的另一個用戶設置是在穩定模式期間的輸
出光強度,其將被指示為穩定狀態強度ISTEADY。優選地,穩定狀態
強度的設置也能夠在例如喚醒模式期間被改變,但在下文中穩定狀
態強度將被視為固定值。光源110在穩定模式下可能的最大強度將
被指示為IMAX。比率ISTEADY/IMAX將被指示為穩定明度β。

在喚醒模式期間的所有時間,控制設備120將在第一存儲器130
和第二存儲器140中的信息的基礎上產生其用于光源110的控制信
號;同樣的情況適用于入睡模式。用于光源110的控制信號事實上
由用于各個LED?111、112、113以及可能的附加白色或黃色或琥珀
色LED的各個控制信號所組成。如前面提到的,第一存儲器130包
含用于將整體輸出顏色定義為時間的函數的信息。該信息可以例如
是查詢表的形式,包含對于每一個光產生元件的每時間單位的輸出
電流的固定設置,或者例如是公式的形式,允許對于每一個光產生
元件的輸出電流依照時間的函數來計算。同樣地,第二存儲器140
包含將強度的發展定義為時間的函數的信息;該強度可以隨著時間
線性地變化,或者拋物線地變化(如圖2中所示),或者任何其他
期望的函數。

為了提供時間信號,裝置100包括時鐘設備150。假定喚醒模式
的額定持續時間等于30分鐘(1800秒),并且控制設備120采用
100級:這意味著控制設備120將額定地每18秒鐘查閱存儲器130、
140一次并調整其輸出信號。假定用戶設定了α·30分鐘的持續時間
(a小于或大于1):這意味著控制設備120將實際上每α·18秒鐘查
閱存儲器130、140一次并調整其輸出信號。即使沒有給出更為詳細
的解釋,本領域技術人員清楚怎樣能夠根據用戶設置的持續時間來
調整時間尺度。另外,應清楚控制設備120可以被設計為在離散的
級中改變其控制信號,每很多秒一次,但也可能控制設備120被設
計為連續地改變其控制信號。

在所有的時間t,控制設備120根據以下的公式計算每一個光產
生光元件111、112、113的個別強度Ie(t):

Ie(t)=IM(t)·R(t)·β

這里,IM(t)指示僅在第一存儲器130中的信息的基礎上計算出
來的強度。如果R=1并且β=1,這些強度以最大強度組合成準確的混
合輸出顏色。應注意到IM是時間的函數,因此依照時間的函數實施
顏色的改變,或者換言之,沿著顏色路徑45的行程。

R(t)指示由第二存儲器140中推導出的作為時間的函數的強度比
率(在0到1之間):這實施強度的增加/減少的期望的時間輪廓。

β指示如前面所定義的穩定明度:這實施用戶所指令的最大設
置。

應注意到,因為所有光產生元件的強度都和同一個因子β·R(t)
相乘,混合輸出光的色點仍然是相同的?;褂ψ⒁獾?,改變強度同
時維持個別光產生元件的顏色能夠通過占空比控制得以實現,如本
領域技術人員所清楚的。

總之,本發明提供了具有喚醒和/或入睡功能的照明設備100,
包括:

至少一個可控制的光源110;

用于控制光源110的控制設備120。

在穩定模式下,輸出光的顏色和強度被維持恒定在穩定的顏色
值和穩定的強度值。

在喚醒模式下,輸出光的強度從零逐漸地增加到穩定強度值;
在入睡模式下,輸出光的強度從穩定強度值逐漸地減少到零。

控制設備120包括用于接收定義穩定強度值的用戶輸入信號的
用戶輸入UI??刂粕璞?20產生用于可控制光源110的控制信號從
而引起輸出光的顏色行經顏色空間中的預定路徑,而獨立于穩定強
度值。

盡管本發明已經在附圖和前面的說明書中得到詳細的說明和描
述,本領域技術人員應能理解這樣的說明和描述應被視為說明性的
或示例性的而非限制性的。本發明不限于所揭示的實施例;相反,
在后附的權利要求書所定義的本發明的?;し段е?,可能有多種
變形和修改。

例如,如前面所描述的實施例,提供了兩個單獨的存儲器,一
個將沿著顏色路徑的行程定義為時間的函數,另一個將額定強度發
展定義為時間的函數。而一個單獨的存儲器包含將顏色和額定強度
發展定義為時間的函數的組合信息IM(t)·R(t)也是可能的。

另外,在前面所描述的實施例中,光源110包括多個光產生元
件,每一個具有固定的顏色;在這樣的情況下,本發明可以通過改
變這些元件的光輸出貢獻的相對權重而得以實現。然而,也可能使
用一個(或多個)產生光元件,每一個能夠產生可變顏色的光,其
顏色值可由控制設備調節。無論僅包含一個光產生元件或兩個或更
多,基本的相關問題只是光源110的顏色輸出和強度能夠獨立地受
控。

在上述實施例中,控制設備120被描述為特別地控制輸出光的
色點以特別地模擬日光效果。然而,也有實施例無需這么復雜。例
如,可能光源110僅包括兩個光產生元件,一個元件產生白光而另
一個元件產生更暖的光,其中兩個光產生元件均由控制設備120獨
立地控制以獨立于穩定強度而影響顏色變化。第一光產生元件可以
例如是CFL燈并且第二發光元件可以例如是氖燈(諸如用于夜燈或
冰箱)。

通過研究附圖、公開內容和所附權利要求書,本領域技術人員
在實施所要求?;さ姆⒚魘蹦芄煥斫獠⑹迪炙沂鏡氖凳├鈉淥?br />變化。在權利要求書中,詞語“包括”并不排除其他元件或步驟,
并且不定冠詞“一個”不排除多個。一個單獨的處理器或其他單元
可以完成權利要求書中提到的幾項的功能。某些手段出現在不同的
獨立權利要求中并不表示這些手段的組合不能被有利使用。計算機
程序可以被存儲/分布在合適的媒介上,諸如光存儲媒介或與其他硬
件一起提供或作為其他硬件的一部分而提供的固態媒介,但也可以
分布于其他形式,諸如經由互聯網或其他有線或無線電信系統。權
利要求書中的任何附圖標記不應被理解為限制?;し段?。

在上文中,已經參考框圖解釋了本發明,框圖示出了根據本發
明的功能???。需要理解的是,一個或多個這些功能??榭梢員皇?br />施為硬件,其中這樣一個功能??櫚墓δ苡傻ザ賴撓布蔥?,
但也可能一個或多個這些功能??榭梢員皇凳┪砑?,從而這樣一
個功能??櫚墓δ苡杉撲慊絳虻囊桓齷蚨喔齔絳蛐謝蛘咧釗縹⒋?br />理器、微控制器、數字信號處理器等的可編程設備所執行。

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