CN1150882A - 在日光级影响下控制人造光色温的照明系统 - Google Patents

在日光级影响下控制人造光色温的照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种照明系统，它包括至少一个光源(100)，用于提供人造光，还包括一个控制装置(120)，用于控制光源。光源(100)具有可调节的色温。控制装置(120)包括产生控制信号的装置，而控制信号取决于日光级数。控制装置(120)根据日光级和人造光色温间预先确定的关系调节光源的色温。测试表明，测试者选择这样一种照明系统，其中日光级和人造光色温间的预定关系意指当办公桌上测得的日光级大致从400勒增至800勒时，色温则从大约3300k增至4300k。

Description

在日光级影响下控制人造光色温 的照明系统
本发明涉及一种照明系统，它包括至少一个提供人造光的光源，以及控制光源的控制装置，控制装置包括产生控制信号的装置，而控制信号取决于日光级。本发明也涉及用于这种照明系统的控制装置。
这种类型的照明系统已得到广泛采用，特别是用于办公大楼的照明。在已知的照明系统中，用于产生控制信号(该信号取决于日光级数)的装置一般包括一个感光器，用于测定日光的级数。当测得的日光级数下降到预定的最小值之下时，则用控制装置打开人造光，而与此相反，当测得的日光级数超过预定的最大值时，就关掉人造光，这种类型的照明系统也已用于街道的照明系统中。特别是已经知道，在办公室照明系统中，控制装置主要按与日光级成反比的关系调节人造光的强度。
大规模的研究已经揭示，对于85％的办公室工作人员来说，适宜的光照大大有利于办公人员的舒适感[Harris Louis：Office lighting，comfort and productivityhow the workers feel.Lighting Design andApplication第10期，1980年7月]。已经知道，在此方面，光线既可起到视觉作用也可以起到非视觉的作用。至于视觉作用，很明显，重要的是，要完成某项特定的工作需要采用合适的光照强度和光照类型，而对于非视觉作用来说，已经知道人体内的各种作用都受到光照的影响。这些作用的例子包括人体睡眠活动周期以及某些激素产生过程的24小时节律(生理节律)。因此，光线的非视觉作用对人的行为和效率具有间接影响。
前面强调了光的重要作用。在许多环境下，如办公室，工厂以及起居室，光线是由入射的日光和附加的人造光共同产生的。在许多情况下，日光不能被用户所控制或者仅有程度有限的作用，例如，打开或者关闭窗帘。这就使得人造光源的控制显得更加重要。
本发明的目的是提供这种类型的照明系统，这种系统考虑了人的喜好(preferences)。
总之，按本发明的照明系统，其特征在于光源具有可调节色温的功能，控制装置根据日光级与人造光色温之间预先确定的关系调节光源的色温。
本发明的基础在于测试者的感受(insight)(由测试获得)，即测试者表示出对人造光某一给定色温的喜好，这一色温取决于入射日光的强度。例如，通过一个感光器测定入射日光的级别，控制器就能够按测得的日光级数调节人造光的色温。
根据本发明照明系统的一个实施例，其特征在于，用于产生控制信号的装置包括一个计日装置(day calendar unit)，用于确定一年中的具体日期，并根据日期与平均日光级数之间预先确定的关系产生出控制信号。在该实施例的一种简单型式中，日光级的估计是在采用计日装置确定日期的同时完成的。根据日期与平均日光级数之间预先确定的关系，就能够估计出日光级数，用于调节色温。
所说实施例有一种较简单的型式，其特征在于，产生控制信号的装置还包括一个时钟，并根据日期和一天中的具体时间分别与平均日光级数之间的预定关系产生出控制信号。由于采用了时钟，因此，一天中任何时间的日光级数均可简单而较准确地估计出来，故能够更好地调节人造光的色温。
所说实施例还有一个更为先进的型式，其特征在于，用于产生控制信号的装置还包括一个感光器，用以测定实际的日光级数，而且其特征还在于，控制装置至少储存了两种不同的日光级与色温之间的预定关系，控制装置根据测得的实际日光级数选择出所说的两种关系之一。例如，通过存储不同类型天气(如晴、阴或晴间阴，阴间晴)的不同关系，并根据测得的日光级选择出最适合者，就可以对人造光色温作更好的调节。
根据本发明照明系统的一个实施例，其特征在于，控制装置存储了至少两种不同的日光级和色温之间预定的关系，而且还在于，控制装置包括第一控制件，用于选择所说关系之一。通常认为，人的喜好千差万别。这对于光线背景(setting)的不同喜好来说也如此。有些人喜爱“暖色光”，而另一些人则更喜爱“冷光”。为了以一种简单的方式来满足不同人的喜好，本系统后一个实施例就给用户提供了一种从至少两种预定的关系中做出选择的方法。
按本发明照明系统的一个实施例，其特征在于，控制装置中包括修正设备，它用于修定日光级和色温间的预定关系。为了更好地满足用户的要求，本系统这一实施例提供了对预定关系进行修定的可能性。如同前面述及的实施例，一方面，该实施例能够对特定的办公大楼的控制系统进行优化，例如，考虑大楼的状况和总体布局。另一方面，如果可对办公室单独进行控制，那么，每一办公室都可以采用一种关系以适应用户各自的需要。根据本发明照明系统这一实施例的改进型式，其特征在于，控制装置包括第二控制件，它用于对调节过的色温进行再调节，并且启用修正设备。在前面述及的实施例中，用户只能间接地通过对一种关系的选择或修定来影响色温控制，而与此相反，在本实施例中，用户可以直接对色温做出再调节。在再调节基础上，本系统也对所需的日光级和色温间的关系做出修正。个人的喜好也因此可以得到更好的满足。
按本发明照明系统的一个实施例，其特征在于，日先级数与人造光色温之间预先确定的关系(由用户调节)主要表现为色温随着日光级数的增加而增加。测试表明，在日光级数和人造光色温之间存在正相关，因此，满足这些要求的照明系统也能满足普通人的需要。
根据本发明照明系统的一个实施例，其特征在于，日光级和人造光色温之间预先确定的关系是指，当办公室桌面上测得的日光级数从大约400勒(lux)增至1800勒(lux)时，色温则由大约3300k增至4300k。测试表明，这样的关系式适当反映了普通测试者的要求。以这种关系式为基础的照明系统可以大大满足用户关于色温调节的要求。
本发明的这些和其它方面将通过和参照下面描述的实施例得到清晰的说明。
附图中：
图1示出测试者选择的平均日光级和人造光平均色温之间的关系；
图2示出本发明照明系统的概略方框图；
图3为图2所示照明系统第一实施例框图；
图4为第二实施例框图；
图5为第三实施例框图；
图6为第四实施例框图；
图7为第五实施例框图；
图8为第六实施例框图。
图1表示确定人们对于办公室环境下人造光背景喜好的测试结果。该测试是在两个相同的办公室内进行的，测试时间为14个月。所优选出的光照背景是从大约100个测试者测得的，每一个测试者使用一个办公室至少一天时间。办公室装备成普通办公室，测试者在其中正常工作。测试者可以调节人造光的强度，也可以调节其色温。光的强度可以在大约400到2000勒的范围内调节，色温的调节范围约为2700到2400k。而且也测定了入射日光的强度和色温。光的总强度(包括日光和人造光)是在一个水平桌面上测定的。在一个按比例缩小了的模型中做了类似的测定，在该模型中，日光即入射光，但没有采用人造光。标定之后，办公室中的日光级数就能从最后的测量中得出。为了能够确定日光对所选择的光照背景的影响，在一天中关掉人造光数次，之后，测试者必须再次调整人造光。
测试显示，在有入射日光的影响下，测试者只对人造光的强度做轻微的再调整。不管日光的级数如何，人造光平均只增加大约800勒克斯。在日光非常强的情况下，例如入射到桌面上的日光大于2000勒克斯，常常不关掉人造光，反而增大其强度。相反，若有很高的日光级数，则通过部分关闭窗帘的办法降低人造光的强度。
令人吃惊的发现是，测试者确实在有入射日光的影响下对人造光的色温进行了很大程度的再调节。已很明显发现，入射光的级数对人造光色温的调节起着重要的作用。但还没有发现日光的色温有什么重要作用。因此，从测量中可以得出入射日光平均级数和人造光色温之间的关系，这种关系如同测试者选择的那样。
图1表示了这一关系。图中所示的测定是在1993年1月至1994年2月期间完成的。为了获得对色温背景(color temperature setting)的感知(insight)(色温背景为天气类型和一年中具体日期的函数)，将各次测量均成组表示出来。对于每一个做过测量的日子，其天气类型可表述为晴、阴或两者的混合(晴间阴或阴间晴)。做了整整一个月的测量可对每一种天气类型进行综合。原则上，这种形成了每月三个柱子，柱子的中心代表所选色温的平均值，而柱的高度则代表标准偏差的两倍，因此也构成了一个关于个人喜好差异以及背景设定(settings)散布的指标。
图1中，将日光对光照强度E(以勒克斯为单位)的平均作用列于水平轴上，而将人造光的平均色温Tk(以k为单位)列于垂直轴上。可以由测量导出，随日光级数提高，所需的人造光色温也增加。可以很明显看出，当日光级数从大致400勒增至1800勒时，色温则从大约3300k增至4300k。在许多照明系统中，日光级和人造光色温之间的线性增长关系就适合于满足普通人的要求。许多人不喜欢过高的色温，例如高于4200k的色温。从图1可以导出，在日光级为1500勒条件下，所需要的色温不会增大至超过接近4000k的点。在有些情况下，甚至可以发生这样的情况，即当日光级大约超过1800勒时，所需色温会降低。采用图1中曲线10所代表的日光级和色温关系的照明系统可以较好地满足普通人的要求。
这种类型的照明系统可用于人们停留空间的人工照明，如办公室，工厂大厅，学校和公共建筑。日光也能进入这些房屋，例如通过窗户或天窗。图中未示出房屋。
图2示出基于上述观点的本发明照明系统的一般性框图。该照明系统至少包括一个光源100，用于提供人造光，该光源为具有可调节色温的类型。光源用于照亮房间的相应部位，如书桌，平台和墙面。制作这种具有可调节色温的光源，例如可采用将至少两个可遮挡光源组合在一起的方法，其中，每一个光源都有一个固定的而且不同的色温。适合于组合的灯为Philips荧光灯，型号为HFD(高频可遮挡)TLD。当将固定色温为2700k的灯(如TLD色82)和固定色温为6500k的灯(如TLD色86)相组合时，色温就可以在一个很大的范围内调节。最好保持总光通量不变，而改变灯的光通量比来调节色温。很明显，在许多用途中，小范围的调节(例如从3500k到4000k)就已经足够了。显然，可以将组合的灯装配成一个灯。其它具有可调节色温的光源见于欧洲专利申请EP-A439861，EP-A439862，EP-A439863，EP-A439864，EP-A504967和德国专利申请DE-A4200900。
本照明系统还包括装置110，它用于产生取决于日光级数的控制信号。装置110可以包括：例如感光器(感光器本身是已知的)，而且还包括信号处理器，用于将感光器提供的信号转换成适合于照明系统其它部件的控制信号。感光器的安装方式最好使其测得的入射光具有代表性。光敏电阻和光敏二极管就是已知的感光器实例。
本照明系统还包括控制装置120，用于控制光源(或多个光源)。该控制装置根据日光级和人造光色温之间预定的关系调节光源的色温。日光级和人造光色温之间的关系最好如上面描述的那样。Philips控制装置800-IFS就是适合用于本发明控制装置的实例。可以调整该控制装置的程序以执行上述控制操作，日光级和色温之间的关系存储于控制装置的ROM(或RAM)存储器中。
图3表示按本发明照明系统一个实施例的方框图，其中，用于产生控制信号(控制信号取决于日光级的装置110包括计日器130，计日器130用于确定一年中的具体日期。装置110还包括信号处理器135，它根据的一年中的具体日期和平均日光级间预先确定的关系产生控制信号。适合于确定一年中具体日期的计日器一般来说是已有的。当采用包括微控制器的控制装置120时，计日器130可以有效地与微控制器的时钟功能连在一起。将信号处理器135和控制装置120组合还可以获得进一步的好处。因此，可以采用一个控制装置，该装置根据一年中的具体日期和人造光色温之间预定的关系(一方面是一年中的具体日期与平均日光级之间的关系，另一方面是平均日光级和人造光色温间关系这两个关系的组合)调节光源的色温。
图4为另一个实施例方框图，其中，用于产生控制信号(取决于日光级)的装置110还包括一个时钟140，它用于确定一天中的具体时间。信号处理器135根据一个预定的关系，即一方面是一年中的具体日期和一天中的具体时间，另一方面是平均日光级，即它们之间的关系产生控制信号。适合于确定一天中具体时间的时钟一般来说是已有的。当采用包括微控制器的控制装置120时，微控制器的时钟功能可以有效地当做时钟140。将信号处理装置135与控制装置120结合起来，可以得到更好的效果。因此，可以采用按照预先确定的一年中的具体日期和一天中的具体时间分别与人造光色温之间的关系调节光源色温的控制装置。
图5为另一个实施例的方框图，其中，用于产生控制信号(取决于日光级)的装置110还包括一个感光器180，用于测定实际的日光级。还安装了信号处理装置135，用于将感光器提供的信号转换成适合于照明系统其它部分的第二控制信号。控制装置120存储了至少两个不同的日光级和色温间的预定关系。例如，可存储三种关系，相当于天气类型为“晴”、“阴”以及它们的“混合型”，如图1所示。安装控制装置120，用以根据第二控制信号选择所说的关系之一。
图6为根据本发明装置的一个实施例方框图，其中，控制装置120存储了至少两个不同的日光级与色温间的预定关系。控制装置120还包括一个第一控制件150，它用于选择所说的关系之一。控制件150可以装上一个旋钮(举例来说)，旋钮所指的位置即代表所选的关系。另一个办法是，有可能给控制装置120加上一个显示屏，用以显示所要选择的关系，那样，控制件150则要装上一个键盘或鼠标。很显然，控制件150还可以装上一个遥控器或开关。
图7为根据本发明装置的另一个实施例方框图，其中，控制装置120包括修定设备160，它作于修正日光级与色温间预先确定的关系。要修正这种关系，已有许多已知的方法。例如，在此方面，可以考虑对每一日光级进行相同的色温增减。如果将这种关系存储在控制装置的ROM或RAM存储器上，则足以在一个永久存储器中存储一个补偿值(offset)，如EEPROM。特别是，如果这种关系是线性的，则另一种修正方法就只需修改初始点的色温(如400勒克斯，3300k)和(或)末端的色温(如200勒克斯，4300k)。那样，就足以在永久存储器中存储初始点和末端点的色温。
在上述两种实施例中，还可以获得另外的优点，方法是利用可在很大范围内调节的光源，如从2700k到5400k，这种光源便于对所述关系进行修正或选择，故可以利用光源的整个范围。因此，个人对“暖光”或“冷光”的喜好也可以得到更好的满足。
图8为本发明照明系统另一实施例的方框图，其中，控制装置包括第二控制件170。第二控制件170用于对已调节过的色温做再次调节，并操作修正装置160。第二控制件170的类型可以与第一控制件150相同。第二控制件最好装上遮光器，以便对色温做简单再调节。
很显然，本发明的照明系统可以与人造光强度受控于日光级的照明系统结合在一起。这样的照明系统也包括至少一个具有可调节光强度的光源。另外，本系统包括控制装置，用以根据日光级与人造光强度间预先确定的关系调节光源的强度。在这种照明系统中，采用强度和色温均可调节的光源是有利的。那么，就可以设置根据日光级控制人造光的强度以及色温的控制装置。
对于光照的控制来说，很重要的是考虑人的感受。而人的感受可以按定量的尺度来表达，例如，“如果室外变暗，则人造光变强和变暖”。因此，采用尺度标定控制装置(rule-oriented control anit)，如“模糊逻辑”控制器就极其适合于在本发明的照明系统中使用。模糊逻辑控制装置提供了主要的优点，特别是在本发明照明系统的高级实施例中更是如此。例如，对于也考虑了季节或天气条件(如晴或阴天，有遮挡和云量变化)的照明系统来说，为了达到人造光色温或强度的特殊设定，这也有效。这种控制光线强度的照明系统在未预先发表的申请EP-A-0 652 692(PHF93.577)中有所描述。将所说的已知照明系统与本发明的照明系统结合起来特别有利。

Claims (10)

1.一种照明系统，它包括至少一个光源，用以提供人造光，还包括控制光源的控制装置，控制装置包括按日光级产生控制信号的装置，其特征在于：
光源的类型为具有可调节色温的种类，控制装置根据日光级和人造光色温间预先确定的关系调节光源的色温。
2.如权利要求1的照明系统，其特征在于，用于产生控制信号的装置包括计日器用以确定一年中的具体日期，并根据一年中的具体日期与平均日光级间预先确定的关系产生控制信号。
3.如权利要求2的照明系统，其特征在于，产生控制信号的装置还包括时钟，并根据一年中的具体日期和一天中的具体时间分别与平均日光级之间预先确定的关系产生控制信号。
4.如权利要求3的照明系统，其特征在于，产生控制信号的装置还包括感光器，用以测定实际的日光级，控制装置存储了至少两个不同的，日光级和色温间预先确定的关系，而且控制装置根据测得的实际日光级选择所说的关系之一。
5.如权利要求1至3中的任何一个照明系统，其特征在于，控制装置存储了至少两个不同的，日光级和色温间预先确定的关系，控制装置包括第一控制件，用于选择所说关系之一。
6.如上述任何一项权利要求中的照明系统，其特征在于，控制装置包括修正装置，用于修正日光级和色温间的预定关系。
7.如权利要求6的照明系统，其特征在于，控制装置包括第二控制件，用于对已调节过的色温做再次调节，并操作修正装置。
8.如上述任何一项权利要求中的照明系统，其特征在于，日光级和人造光色温间的预定关系主要为随日光级增加色温增加。
9.如权利要求8的照明系统，其特征在于，日光级和人造光色温间的预定关系的含义是指，当办公桌上测得的日光级从大约400勒增至大约800勒时，色温则从大约3300k增至大约4300k。
10.如上述任何一项权利要求中的照明系统的控制装置。
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