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Stand der Technik
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Lichtemittierende
Dioden (LEDs) sind attraktive Kandidaten für das Ersetzen herkömmlicher Lichtquellen
auf der Basis von Glüh-
und Leuchtstofflampen. LEDs haben beträchtlich höhere Energiewirkungsgrade als
Glühlampen
und besitzen eine viel höhere
Lebensdauer. Außerdem
erfordern LEDs keine Hochspannungssysteme, die für Leuchtstofflampen erforderlich
sind, und können
Lichtquellen bereitstellen, die sich "Punktlichtquellen" eher annähern. Das letztere Merkmal
ist für
Lichtquellen besonders wichtig, die Bündelungs- oder andere Bildgebungsoptiken verwenden.
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LEDs
emittieren Licht in einem relativ schmalen Spektralband. Um also
eine Lichtquelle mit einer beliebigen wahrgenommenen Farbe bereitzustellen, muss
das Licht von einer Reihe von LEDs in einem einzigen Beleuchtungskörper kombiniert
werden, oder es muss eine Form von Phosphorumwandlungsschicht verwendet
werden, um das schmalbandige Licht in Licht der gewünschten
Farbe umzuwandeln. Obwohl dies den Aufbau einiger LED-Lichtquellen
kompliziert macht, stellt es auch die Grundlage für Lichtquellen
dar, die eine Farbe haben, welche durch Ändern des Anteils des Lichts,
das von den verschiedenen farbigen LEDs emittiert wird, oder einer
Intensität
durch Variieren der Leistung für
alle LEDs variiert werden kann. Im Gegensatz dazu emittieren herkömmliche
Lichtquellen auf der Grundlage von Leuchtstofflampen Licht einer
festen Farbe und Intensität.
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Eine
Lichtquelle, die auf einer einzigen LED beruht, ist in Bezug auf
die Lichtmenge, die die Lichtquelle erzeugen kann, relativ beschränkt. LEDs
haben normalerweise Verlustleistungen, die weniger als ein paar
Watt betragen. Um also eine Lichtquelle hoher Intensität bereitzustellen,
um herkömmliche
Beleuchtungskörper
zu ersetzen, muss eine relativ große Anzahl von LEDs in jeder
Lichtquelle verwendet werden.
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Außerdem altern
die LEDs mit dem Gebrauch. Die Lichtabgabe nimmt normalerweise mit dem
Gebrauch ab, und in einigen Fällen
verändert sich
das Spektrum, das von der LED emittiert wird, mit dem Altern, was
zu Farbverschiebungen führt. LEDs,
die Licht verschiedener Farbe emittieren, haben im allgemeinen unterschiedliche
Alterungsmerkmale, da das Alterungsprofil einer LED vom Herstellungsprozess
und Herstellungsmaterialien sowie anderen Faktoren abhängt. In
einer Lichtquelle, die auf drei verschiedenen Farb-LEDs beruht,
bewirkt die Verschiebung von Intensität und/oder Spektrum, dass das
Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, sich in seiner Farbe
verändert.
Um diese Probleme zu beheben, weisen viele LED-Lichtquellen eine Form
von Fotodetektor auf, der das Licht misst, welches von den LEDs
erzeugt wird, und die Treiberströme
zu jeder LED einstellt, um die gewünschte Farbe beizubehalten.
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Der
größte Teil
der Bemühungen,
der für
die Konstruktion von LED-Lichtquellen
aufgewendet wurde, wurde auf das Überwinden der Probleme gerichtet,
die oben diskutiert werden, welche die umfangreiche Verwendung der
LED-Lichtquelle als Ersatz für
herkömmliche
Lichtquellen verhindern. Obwohl die entstandenen Konstruktionen
die LED-Lichtquellen dem Ziel nähergebracht
haben, ihr Potential als Ersatz für herkömmliche Lichtquellen auszuschöpfen, haben
diese Vorrichtungen keinen Vorteil aus vielen anderen Merkmalen
gezogen, die den LED-Lichtquellen innewohnen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst eine Beleuchtungseinheit, die einen
Lichterzeugungsabschnitt, einen Lichtanalyseabschnitt, einen Controller und eine
erste Kommunikationsschnittstelle aufweist. Der Lichterzeugungsabschnitt
und der Lichtanalyseabschnitt befinden sich in einem Gehäuse, das
ein transparentes Fenster aufweist. Der Lichterzeugungsabschnitt
umfasst mehrere Gruppen von LEDs, wobei jede Gruppe Licht eines
anderen Spektrums als die anderen Gruppen emittiert. Mindestens
eine der Gruppen umfasst mehrere LEDs. Der Lichtanalyseabschnitt
erzeugt ein Intensitätssignal,
das sich auf die Intensität
des Lichtes bezieht, welches von jeder der Gruppen erzeugt wird.
Der Controller stellt einen Strom durch jede der LEDs als Reaktion
auf die Intensitätssignale
ein. Die erste Kommunikationsschnittstelle wird vom Controller zur
Kommunikation mit einer Vorrichtung, die sich außerhalb der Beleuchtungseinheit
befindet, zum Empfang von Befehlen und/oder Senden von Informationen
während
des Betriebs der Beleuchtungseinheit genutzt. Der Lichtanalyseabschnitt
erzeugt auch ein Umgebungsintensitätssignal, das sich auf die
Intensität
des Lichtes bezieht, welches seinen Ursprung an einem Ort außerhalb
des Gehäuses
hat. In einer Erscheinungsform der Erfindung kann der Controller
den Strom durch eine der LEDs als Reaktion auf eine Änderung im
Umgebungsintensitätssignal ändern, um Änderungen
im Umgebungslicht zu kompensieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann eine der Gruppen eine Ersatz-LED
umfassen, die Licht im Spektrum dieser Gruppe emittiert. Wenn der
Controller eine LED feststellt, die in dieser Gruppe defekt ist,
bewirkt der Controller, dass die Ersatz-LED anstelle der defekten
LED angeschlossen wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung sendet der Controller Informationen,
die das Umgebungslichtintensitätssignal
beschreiben, an die erste Kommunikationsschnittstelle.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die erste Kommunikationsschnittstelle
einen Detektor zum Empfangen von Lichtsignalen von außerhalb
des Gehäuses.
Die Lichtsignale können
von einer tragbaren Steuereinheit bereitgestellt werden, die von
einem Benutzer verwendet wird, um Befehle an die Beleuchtungseinheit
zu senden und die Beleuchtungseinheit zu programmieren.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine LED-Beleuchtungseinheit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Schemazeichnung eines Lichterzeugungsabschnitts gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 3A-3C sind
schematische Zeichnungen von drei grundlegenden Ansteuerungsformen.
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4 zeigt
einen Lichtanalyseabschnitt gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
Art, wie die vorliegende Erfindung ihre Vorteile bereitstellt, ist
unter Verweis auf 1 leichter zu verstehen, die
eine LED-Beleuchtungseinheit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die LED-Beleuchtungseinheit 20 umfasst
einen Lichterzeugungsabschnitt 21, der mehrere LEDs aufweist,
einen Lichtanalyseabschnitt 31, der das Licht misst, welches
den Analysator von den LEDs und von dem Hintergrund erreicht, in
dem die LED arbeitet, eine Kommunikationsschnittstelle 41 und
einen Controller 51.
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Wenden
wir uns nun 2 zu, die eine Schemazeichnung
eines Lichterzeugungsabschnitts gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Der Lichterzeugungsabschnitt 210 umfasst
im Allgemeinen mehrere LEDs 23, die in Gruppen von LEDs 22 unterteilt
werden können,
in denen jede LED in einer Gruppe Licht desselben Spektrums emittiert,
wobei unterschiedliche Gruppen unterschiedliche Spektren emittieren.
Die LEDs werden von einem Ansteuerelement 24 betrieben,
welches unten detaillierter beschrieben wird. Die Zahl von LEDs
in jeder Gruppe wird durch das maximale Licht dieser Farbe, das
von der LED-Beleuchtungseinheit 20 erzeugt werden soll,
und dem gewünschten
Grad an Zuverlässigkeit
für die
Lichtquelle bestimmt.
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In
einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind Ersatz-LEDs in jeder Gruppe vorgesehen.
Wenn eine LED in einer bestimmten Gruppe ausfällt, wird eine der Ersatz-LEDs
in dieser Gruppe eingeschaltet, um die ausgefallene LED zu ersetzen.
Wenn die Zahl der Ersatz-LEDs einen vorgegebenen kritischen Punkt
erreicht, teilt ein Controller 51 diese Tatsache dem Benutzer
oder einem zentralen Controller mit, so dass die Lichtquelle ausgewechselt werden
kann, bevor sie vollständig
ausfällt.
Wenn das Gebäude,
in dem die Lichtquelle betrieben wird, einen zentralen Controller
umfasst, wie unten beschrieben, sendet der Controller 51 lediglich
eine Mitteilung an den Controller, in der er die fragliche Lichtquelle
angibt. Wenn kein zentraler Controller vorhanden ist, könnte Controller 51 dem
Benutzer Signale durch Ändern
der Ausgabefarbe, Blinken zu Anfang nach dem Einschalten oder durch
Takten oder periodisches Blinken senden, um einen bevorstehenden Ausfall
anzuzeigen oder dass die Lichtquelle bald ausgewechselt werden sollte.
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Die
Menge an Licht, die von jeder LED pro Zeiteinheit erzeugt wird,
hängt vom
durchschnittlichen Strom durch diese LED während des fraglichen Zeitabschnitts
ab. Der durchschnittliche Strom kann durch Einstellen eines konstanten
Stroms durch die LED oder durch Ein- und Ausschalten der LED mit
einer Frequenz eingestellt werden, die zu hoch ist, um von den Augen
der Betrachter wahrgenommen zu werden. Im letzteren Fall wird der
Strom während
der "Einschaltperioden" auf den maximalen
gewünschten
Strom eingestellt, und der durchschnittliche Strom wird durch Einstellen
des Anteils des Zykluses eingestellt, während dessen die LED eingeschaltet ist.
Wenn das Spektrum, das von der LED emittiert wird, sich als Funktion
des Stroms durch die LED ändert,
wird der letztere Fall, da der Strom, der durch die LEDs fließt, bei
jeder Lichtintensität
derselbe ist und daher ändert
sich das Spektrum nicht, auch wenn sich die wahrgenommene Lichtintensität ändert. Wie
unten detaillierter beschrieben wird, ist das letztere Schema auch
für bestimmte
Steuerungsformen besser geeignet. Es sollte jedoch beachtet werden,
dass im Prinzip auch ein Steuerungsschema mit einer Kombination
beider Strategien verwendet werden kann.
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Die
Menge an Licht, die von jeder LED erzeugt werden soll, wird durch
die wahrgenommene Farbe des Lichtes, die von der LED-Beleuchtungseinheit 20 emittiert
werden soll, und der Intensität
dieses Lichtes bestimmt. In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst der Lichterzeugungsabschnitt drei Gruppen von
LEDs, die Licht im roten, grünen
und blauen Bereich des Spektrums emittieren. Die wahrgenommene Farbe
von Licht, das erzeugt wird, wird durch das Verhältnis der Intensitäten des
Lichts aus jeder Gruppe von LEDs bestimmt. Es ist zu bemerken, dass
andere Farbschemata, die mehr oder weniger Gruppen von LEDs verwenden,
je nach dem gewünschten
Bereich von Farben, die von der LED-Beleuchtungseinheit 20 emittiert
werden sollen, oder zum Steuern und Optimieren zusätzlicher
Parameter, wie zum Beispiel des Farbwiedergabeindex, verwendet werden
können.
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Wie
oben angeführt,
sind die LEDs zu Gruppen zusammengefasst, in denen alle LEDs Licht
desselben Spektrums emittieren. Es gibt drei grundlegende Ansteuerungsformen
für die
LEDs. Wenden wir uns nun den 3A-3C zu,
die schematische Zeichnungen der drei grundlegenden LED-Ansteuerungsformen
sind. In einem Schema sind alle LEDs in einer gegebenen Gruppe in
Reihe geschaltet, wie in 3A gezeigt,
und daher wird jede LED mit demselben Strom angesteuert. Bei diesem
Schema wird der Strom durch eine einzige Ansteuerschaltung 241 gesteuert,
die von Controller 51 gesteuert wird, um die gewünschte Lichtabgabe
aus der Gruppe bereitzustellen. Dieses Schema benötigt nur
eine Ansteuerschaltung. Dieses Schema weist jedoch eine Reihe von
Problemen auf. Wenn eine LED durch Bilden eines offenen Kreises
ausfällt,
geht das Licht von der ganzen Gruppe verloren. Außerdem wird
bei diesem Schema angenommen, dass alle LEDs identisch sind und
daher derselbe Strom für
jede LED geeignet ist. Um eine Ersatz-LED aufzunehmen, ist ein zweiter
Ansteuerungskreis, der normalerweise "aus" geschaltet
ist, erforderlich.
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Bei
einem zweiten Schema werden alle LEDs parallel betrieben, wie in 3B gezeigt.
Dieses Schema benötigt
ebenfalls nur eine Ansteuerschaltung 242. Wenn jedoch eine
der LEDs durch Kurzschluss ausfällt,
fällt die
ganze Gruppe aus. Außerdem
wird bei diesem Schema angenommen, dass ein gemeinsames Ansteuerungspotential
für jede
LED optimal ist. Um eine Ersatz-LED aufzunehmen, ist ein zweiter
Ansteuerungskreis, der normalerweise "aus" geschaltet
ist, bei diesem Schema ebenfalls erforderlich.
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Beim
dritten Schema wird jede LED mit einer separaten Ansteuerung 243 angesteuert,
und jeder Strom wird separat eingestellt. Diese Form erfordert mehr
Ansteuerungsschaltungen, ermöglicht
aber jede LED getrennt zu optimieren. Wenn außerdem eine LED aus irgendeinem
Grund ausfällt,
funktionieren die übrigen
LEDs weiter normal. Diese Form ist besonders in Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, bei denen Ersatz-LEDs in jeder Gruppe
enthalten sind. In solchen Ausführungsformen
können
eine Ersatz-LED und eine Ansteuerung aktiviert werden, um das Licht
zu ersetzen, das auf Grund einer ausgefallenen LED fehlt, ohne die
Ersatz-LED anders als die übrigen
LEDs zu behandeln. Es ist zu bemerken, dass einzelne LEDs normalerweise
voneinander abweichen, selbst wenn sie auf derselben Fertigungslinie
hergestellt sind. Diese Ausführungsformen
können
also so betrieben werden, dass jede LED dieselbe Menge an Licht,
unabhängig
von den Unterschieden zwischen den LEDs, erzeugt. Der Strom durch
jede LED wird hier so eingestellt, dass jede LED dieselbe Menge
an Licht erzeugt, wenn sie eingeschaltet ist. Das Tastverhältnis der
LEDs wird dann eingestellt, um für
die gewünschte
Lichtabgabe von der Gruppe von LEDs zu sorgen, wenn Lichtstärken gewünscht werden,
die kleiner als der maximale Pegel sind.
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Außerdem ist
zu bemerken, dass die LEDs mit dem Gebrauch altern. Wenn die LEDs
altern, muss also der Strom durch jede LED normalerweise erhöht werden,
um die Lichtabgabe der LED auf dem gewünschten Wert zu halten. Wieder
sind hier Ausführungsformen,
die getrennte Ansteuerungen verwenden, bei der Korrektur von Alterungseffekten
vorteilhaft, die von LED zu LED variieren.
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Um
den richtigen Strom zu bestimmen, der für jede LED zu verwenden ist,
muss der Controller 51 in der Lage sein, das Licht zu überwachen,
das von jeder LED erzeugt wird, und optional das Licht aus dem Bereich überwachen,
der die LED-Beleuchtungseinheit 20 umgibt. Diese Funktion
erfüllt
der Lichtanalysator 31. Wenden wir uns nun 4 zu, die
eine Ausführungsform
eines Lichtanalysators gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Der Lichtanalysator 311 misst das Licht,
das von jeder LED emittiert wird, und auch das Umgebungslicht im
Raum 312, in dem die LED-Beleuchtungseinheit arbeitet, indem
das Licht überwacht
wird, das den Lichtanalysator aus dem Raum erreicht, wenn alle LEDs
ausgeschaltet sind.
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Der
Lichtanalysator 311 ist aus einer Reihe von Fotodetektoren
aufgebaut, wobei jeder Fotodetektor eine Fotodiode 324 und
ein Bandpassfilter 325 umfasst. Beispielhafte Fotodioden
werden mit 321 und 322 bezeichnet. Jede Fotodiode
detektiert Licht, das von einer der Gruppen von LEDs ausgeht. Außerdem sind
eine oder mehrere Fotodioden so angeordnet, dass sie Licht messen,
welches von dem Bereich außerhalb
der LED-Beleuchtungseinheit 20 ausgeht. Als Alternative
kann eine einzelne Fotodiode dazu verwendet werden, alle LEDs zu
messen, wobei ein Zeitfolgeschema verwendet wird, das dem unten
diskutierten ähnlich
ist.
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Neben
der Steuerung der Ströme
durch jede der LEDs, um für
eine Lichtquelle mit einer bestimmten Farbe zu sorgen, misst der
Controller 51 das Umgebungslicht im Raum, d.h. im Bereich 312 außerhalb
der LED-Beleuchtungseinheit 20.
In einem Modus erhöht
oder verringert der Controller 51 das Licht aus der LED-Beleuchtungseinheit 20,
um so Änderungen
im Umgebungslicht im Raum auszugleichen. Wenn das Licht, das von
anderen Quellen als der LED-Beleuchtungseinheit 20 stammt,
sich verstärkt, schwächt Controller 51 das
Licht ab, das von der LED-Beleuchtungseinheit 20 erzeugt
wird, und umgekehrt, um so den Helligkeitspegel im Raum so nahe
wie möglich
auf einem bestimmten Wert zu halten. Es muss bemerkt werden, dass
dieser Wert auch als Reaktion auf andere Faktoren variiert werden kann,
wie zum Beispiel Tageszeit oder ob der Raum benutzt wird oder nicht.
In solchen Ausführungsformen
könnte
der Controller 51 andere Hardware umfassen, wie zum Beispiel
eine Uhr und Software zum Berechnen des Datums.
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Der
Controller 51 verwendet die Ausgaben dieser Fotodioden
im Lichtanalysator 311, um das Licht festzustellen, das
von jeder LED stammt. Da jede Gruppe von LEDs mehrere LEDs umfasst,
die dasselbe Spektrum emittieren, muss der Controller 51 das
Licht, das von jeder LED emittiert wird, von dem, welches von den
anderen LEDs in der Gruppe emittiert wird, unterscheiden. In einer
Ausführungsform
schaltet Controller 51 alle LEDs in der Gruppe, außer der,
die gerade gemessen wird, aus, so dass das Licht, das von dieser
LED erzeugt wird, separat gemessen werden kann. Wie oben angeführt, werden
die LEDs vorzugsweise in einem Impulsbetriebsmodus betrieben. Da
die Reaktion der Fotodioden schnell im Vergleich zur Zeitauflösung des
menschlichen Auges ist, kann diese Kalibiermessung ausgeführt werden,
ohne dass eine Person im Raum den kurzen Zeitabschnitt bemerkt,
wenn alle außer
einer LED abgeschaltet sind.
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Wenn
die LED-Beleuchtungseinheit 20 nur benötigt wird, um die Stärke des
Umgebungslichtes im Raum einzustellen, kann eine einzige Fotodiode verwendet
werden, da nur die Umgebungslichtstärke gemessen werden muss. In
einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kompensiert jedoch der Controller 51 auch
Farbverschiebungen im Umgebungslicht. In diesem Fall umfassen die
Umgebungslichtsensoren mehrere Fotodioden, die die Stärke des
Lichts in verschiedenen Spektralbereichen im Raum messen, und stellen
sowohl die Farbe als auch die abgegebene Intensität des Lichtemissionsabschnitts
ein, um alle Verschiebungen in Lichtstärke und/oder Farbe im Raum
auszugleichen.
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Die
Fotodioden, die zum Messen des Umgebungslichts verwendet werden,
müssen
so angeordnet werden, dass sie Licht aus dem Bereich außerhalb
der Lichtquelle aufnehmen. Die Fotodioden, die das Licht von den
LEDs messen, müssen
ebenfalls so angeordnet werden, dass sie das Licht, das von den
LEDs emittiert wird, erfassen. In einer Ausführungsform sind die Fotodioden
so angeordnet, dass sie Licht von außerhalb der Lichtquelle aufnehmen, und
ein Spiegel 341 oder ähnlicher
Gegenstand wird zum Reflektieren eines Teils des Lichts von den
LEDs in die Fotodioden des Lichtanalysators verwendet.
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Die
LED-Beleuchtungseinheit 20 umfasst auch eine Kommunikationsschnittstelle 41.
Anders als eine herkömmliche
Beleuchtungseinheit weist die LED-Beleuchtungseinheit 20 viele
Merkmale zusätzlich
zu der normalen "Ein-Aus-Funktion" einer Lichtquelle
auf. Die LED-Beleuchtungseinheit 20 überwacht
zum Beispiel, wie oben angeführt,
auch die Beleuchtungsbedingungen im Raum, in dem sie sich befindet,
und kann variierende Beleuchtungsfunktionen bereitstellen, die von
der Tageszeit oder anderen Faktoren abhängen. Außerdem sorgt der Lichtanalyseabschnitt
für die
Messung der Umgebungslichtbedingungen im Raum, die für einen
zentralen Controller oder ein Heimkontrollsystem nützlich sein
können. Diese
Informationen können
vom Controller 51 und auch vom zentralen Controller verwendet
werden, der, unter der Voraussetzung, dass es mehrere solcher Lichtquellen
gibt, die Beleuchtung koordiniert und der Daten von den verschiedenen
Lichtquellen sammelt.
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Die
Kommunikationsschnittstelle 41 stellt im Allgemeinen einen
Kommunikationsweg zum Empfangen und Senden von Informationen bereit,
die von der LED-Beleuchtungseinheit 20 genutzt bzw. erzeugt
werden. Im Hinblick darauf kann der Controller 51 eine
eindeutige Adresse aufweisen, welche die spezielle Beleuchtungseinheit
identifiziert, in der er sich befindet. Die Art, wie diese Adresse
eingegeben wird, wird detaillierter unten beschrieben.
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Die
Schnittstelle kann eine Reihe von unterschiedlichen Kommunikationswegen
nutzen. Die LED-Beleuchtungseinheit 20 ist zum Beispiel
mit der Stromversorgung durch Klemmen verbunden, die in 1 gezeigt
werden. Anordnungen zum Senden und Empfangen von Daten über die
Stromversorgungsleitungen in einem Gebäude sind im Fachgebiet bekannt
und werden daher hier nicht im Detail diskutiert. Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung reicht es aus zu bemerken, dass die Informationen
bei Frequenzen gesendet und empfangen werden, die beträchtlich über der
60 Hz-Netzfrequenz
liegen und daher leicht von den Oszillationen der Stromversorgung
zu unterscheiden sind. Da die LED-Beleuchtungseinheit 20 auch
ohne dieses Merkmal an die Stromversorgung angeschlossen werden
muss, sind die Kosten für
die Nutzung der Stromversorgungsleitungen für die Daten- und Befehlskommunikation
relativ gering, und dies stellt einen geeigneten Mechanismus für die Kommunikation von
Informationen zwischen den LED-Beleuchtungseinheiten an verschiedenen
Abschnitten eines Gebäudes
und zwischen solchen LED-Beleuchtungseinheiten und einem zentralen
Controller bereit.
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Obwohl
Versorgungsleitungsverbindungen für die Mitteilung von Daten
zwischen Vorrichtungen geeignet sind, erfordern die Mitteilungen
zwischen einer Person und der Beleuchtungseinheit zusätzlich zu
den Versorgungsleitungen eine gewisse Art von Schnittstelle. Diese
kann von einer Vorrichtung bereitgestellt werden, die an das Stromnetz
in einem Gebäude
angeschlossen wird; es kann jedoch auch eine tragbare Vorrichtung,
die vom Benutzer transportiert werden kann, genutzt werden.
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In
einer Ausführungsform
verwendet die LED-Beleuchtungseinheit 20 auch Lichtsignale
zur Übermittlung
von Daten und Befehlen zwischen einem Benutzer und der LED-Beleuchtungseinheit 20. Der
Benutzer kann eine tragbare Meldeeinrichtung 71 verwenden,
die Befehle, welche auf Drucktasten auf der Meldeeinrichtung 71 eingegeben
werden, in Lichtsignale übersetzt,
die von dem Lichtanalyseabschnitt 31 festgestellt werden.
Die Lichtsignale können
mit einer bestimmten Frequenz moduliert werden, um die Signale vom
umgebenden Hintergrundlicht zu unterscheiden. Alternativ könnten die
Lichtsignale von der Vorrichtung 71 einen anderen Bereich
des Spektrums nutzen. In diesem Fall würde der Lichtanalyseabschnitt 31 einen
separaten Detektor für
diese Lichtsignale umfassen.
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Es
sollte bemerkt werden, dass die LED-Beleuchtungseinheit 20 bereits
eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger umfasst, nämlich den
Lichterzeugungsabschnitt bzw. den Teil des Lichtanalysators, der
das Umgebungslicht misst. Daher kann die LED-Beleuchtungseinheit 20 Daten
durch Erzeugen und Empfangen von gepulsten Lichtsignalen senden und
empfangen. Da die Lichtquelle und der Lichtempfänger bereits vorhanden sind,
sind die Kosten für
die Implementierung der Datenkommunikation unter Verwendung solcher
Lichtsignale relativ gering. Außerdem
kann die Vorrichtung 71 eine Richtungsselektivität besitzen
und kann daher jeweils eine Beleuchtungseinheit in einem Raum ansprechen,
der mehrere solche Einheiten enthält. Die optische Kommunikationsoption
ist besonders in Ausführungsformen
vorteilhaft, bei denen die Vorrichtung 71 ein tragbarer
Sender ist, der an einer Schlüsselkette
oder dergleichen getragen werden kann. Bei solchen Ausführungsformen
richtet der Benutzer die Vorrichtung auf die Beleuchtungseinheit
und drückt
eine bestimmte Taste an der Vorrichtung. Ein Benutzer kann daher
das Licht ein- oder ausschalten, ohne dass er einen Lichtschalter
benutzen muss. Dies ermöglicht es,
eine Reihe von Beleuchtungseinheiten in derselben Schaltung anzuordnen
und sie trotzdem getrennt zu steuern. Die tragbare Vorrichtung kann
zum Beispiel einen schwachen Laser zum Senden der gewünschten
Befehle umfassen. Zusätzlich
zu den Ein- und Ausschaltfunktionen kann der Benutzer die Helligkeit
im Raum oder die Farbe des Lichts einstellen, das von den einzelnen
LED-Beleuchtungseinheiten erzeugt
wird.
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Und
schließlich
kann der Benutzer die Vorrichtung 71 zum Programmieren
von dem Controller 51 verwenden. In Ausführungsformen,
die einen Systemcontroller verwenden, der mit den einzelnen Beleuchtungseinheiten über die
Stromleitungsschnittstelle kommuniziert, muss jede Beleuchtungseinheit eine
eindeutige Adresse erhalten. Bei herkömmlichen stromleitungsgesteuerten
Vorrichtungen hat jede Vorrichtung normalerweise eine Form von mechanischem
Schalter, mit dem sie vom Benutzer eine Adresse erhalten kann. Die
Kosten solcher Schalter sind beträchtlich. Alternativ kann jede
Vorrichtung, die vom Hersteller bereitgestellt wird, mit einer eindeutigen
Adresse programmiert werden. Da die Zahl der Vorrichtungen, die
hergestellt wird, sehr groß ist, sind
die Adressen sehr große
Zahlen. An einem bestimmten Punkt bei der Einrichtung des Systems muss
der Benutzer sich mit diesen großen Adressen beschäftigen,
entweder durch Eingeben derselben in das System oder durch Korrelieren
einer Vorrichtung, die vom System gefunden wird, mit dem physischen Ort
der Vorrichtung. In jedem Fall ist der Prozess fehleranfällig. Die
vorliegende Erfindung vermeidet diese, indem sie dem Benutzer ermöglicht,
die Adresse auf einen Wert einzustellen, der sich auf den Ort der Vorrichtung
bezieht.
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Außerdem kann
der Benutzer den Controller 51 programmieren, um andere
Funktionen auszuführen,
wie zum Beispiel Ein- und Ausschalten des Lichts zu festgelegten
Zeiten des Tages oder zu festgelegten Datumswerten. Der Controller 41 kann
auch Signale von einem Bewegungssensor empfangen und einen festgelegten
Befehl ausführen,
wenn Bewegung festgestellt wird, wie zum Beispiel Einschalten der
Leuchten, wenn jemand den Raum betritt.
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Es
muss bemerkt werden, dass die LED-Beleuchtungseinheiten, die sowohl
optische wie auch Stromleitungskommunikationsschnittstellen haben, bei
der Automatisierung der Beleuchtung in einem Haus oder in anderen
Gebäuden
besonders nützlich sind.
Die Stromleitungskommunikationsschnittstelle stellt eine Verbindung
mit einem zentralen Steuerungssystem oder Steuerungssystemen bereit,
die es ermöglichen,
den Status der Beleuchtung im gesamten Gebäude anzuzeigen und von einem
oder mehreren Schlüsselorten
aus zu steuern. Die optische Schnittstelle stellt ein Verfahren
bereit, um einem einzelnen Benutzer zu ermöglichen, die Beleuchtungseinheiten,
die in dem bestimmten Raum in Betrieb sind, in dem sich der Benutzer
befindet, zu steuern, ohne die Beleuchtungseinheiten in anderen Räumen zu
stören
und ohne sich zum Ort eines Wandschalters oder eines zentralen Controllers
begeben zu müssen.
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Obwohl
optische und Stromleitungskommunikation besonders attraktiv sind,
können
auch andere Formen der Kommunikation verwendet werden. Die Kommunikationsschnittstelle 41 könnte zum
Beispiel eine HF-Kommunikationsverbindung 46,
wie zum Beispiel eine WiFi-Verbindung, umfassen, die zum Kommunizieren
mit einem lokalen Controller oder einem entfernten Controller verwendet
wird. Analog könnte
die LED-Beleuchtungseinheit 20 einen
fest verdrahteten Kommunikationsport 45 von der Art umfassen,
die in verdrahteten Ethernet-Netzen oder dergleichen verwendet wird.
Zusätzlich könnte auch
eine akustische Kommunikationsanordnung eingesetzt werden, indem
ein Mikrofon und Schallwandler innerhalb der Kommunikationsschnittstelle
enthalten sind.
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Die
Lichtanalysefunktionen der vorliegenden Erfindung können genutzt
werden, um andere nützliche
Informationen bereitzustellen, wenn die Fotodetektoren in anderen
Wellenlängenbereichen
selektiv empfindlich sind. Wenn zum Beispiel einer der Umgebungslichtsensoren
Licht im Infrarotbereich misst, kann die LED-Beleuchtungseinheit 20 auch
Informationen bezüglich
der Temperatur in dem Bereich bereitstellen, der die LED-Beleuchtungseinheit 20 umgibt.
Solch eine Funktion könnte
eine Form von Branderkennung sein.
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Außerdem können die
Funktionen der Lichterzeugung und der Lichtanalyse genutzt werden,
um die Funktion eines Rauchmelders zu erfüllen. Das Licht, das vom Lichterzeugungsabschnitt
erzeugt wird, kann vom Umgebungslicht außerhalb der LED-Beleuchtungseinheit
durch Modulieren des Lichtes mit einer vorgegebenen Frequenz, das
in der LED-Beleuchtungseinheit erzeugt wird, und Feststellen des
Anteils der Ausgabe der entsprechenden Fotodetektoren bei der Modulationsfrequenz
unterschieden werden. Wenn der Bereich außerhalb der Lichtquelle sich
mit Rauch füllt,
wird ein viel höherer Anteil
des Lichtes, das im Lichterzeugungsabschnitt erzeugt wird, zurück in den
Lichtanalysator reflektiert als in dem Fall, wenn der Bereich nicht
mit Rauch gefüllt
ist. Der Controller 51 kann also eine Rauchmeldefunktion
erfüllen.
Die Ergebnisse der Rauchfeststellung könnten an einen zentralen Controller
geleitet werden, der einen Alarm auslöst.
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Die
oben beschriebene Rauchmeldefunktion ist nur in Betrieb, wenn der
Lichterzeugungsabschnitt 21 gerade Licht erzeugt. Durch
Einfügen
einer zusätzlichen
LED, die Licht im Infrarotbereich erzeugt und ständig impulsgetastet wird, kann
jedoch diese Funktion bereitgestellt werden, wenn der Lichterzeugungsabschnitt
gerade kein Licht im sichtbaren Bereich erzeugt.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung verwenden Fotodetektoren, die auf Fotodioden
beruhen. Es können
jedoch andere Formen von Fotodetektoren verwendet werden, wie zum
Beispiel Fototransistoren.
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Verschiedene
Modifizierungen der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute
auf diesem Gebiet aus der vorhergehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich. Dementsprechend wird die vorliegende Erfindung nur
durch den Geltungsbereich der folgenden Ansprüche begrenzt.