用于在若干区段内单独地调节光颜色的照明设备本发明涉及能够使光颜色在照明域内的不同区段之间变化的照明设备。
背景技术
存在要求朝向要被光照的总体域内的分离区段定向具有变化频谱特征的光的照明设备的应用。事实上，具有不同相应颜色的元素或制造品可以各自利用合适颜色的光来光照，以用于使该物品更加吸引观察者。对于实现在商店橱窗（例如服饰橱窗或食品展示架）中的照明设备而言特别地存在这样的要求。对于陈列具有绿色蔬菜和肉类的食物盘的示例，当利用泛绿的光来对蔬菜进行照明并且利用泛红的光来对肉类进行照明时，可以增强颜色。然后，可以使组合食物盘更加吸引消费者。但是如果具有错误颜色的光重叠在对应于另一颜色的食物部分上，则所获得的效果将被减损或甚至被破坏。在以上示例中，如果绿色光的部分撞击在肉类而不是蔬菜上，则针对组合食物盘中的肉类部分的吸引力被破坏。
存在其中可以实现具有不同相应光颜色的多个照明设备的情形。对于布置在商店橱窗中的若干服饰而言就是如此。然后，每一个照明设备可以取决于服饰颜色而朝向所期望的服饰取向。然而，每一个光设备产生不与存在于商店橱窗中时的衣服轮廓匹配的光束，使得消费者注意到照明效果。另一缺陷是为适应商店橱窗的任何内容及其在空间中的布置而必要的多个照明设备的总成本。再一缺陷是使操作者朝向所陈列的正确物品定向所有照明设备的光束所必要的时间。但是还存在其中使用多个照明设备不恰当的应用，因为要利用不同颜色光照的元素彼此靠近。例如当从距盘子大约30到50厘米光照组合食物盘时就是如此。
文档US5,752,766描述了一种适合用于修改所感知的光颜色的基于LED的设备。设备提供有布置在集群中的LED的阵列，每一个集群包括一个蓝色LED、一个绿色LED和一个红色LED。每一个颜色的LED可以在所选时间段内和/或利用不同程度的强度来激励，使得所感知的光颜色可以在宽范围之上变化，而同时仍旧获得在任何情况下投射的光的均匀颜色域。
文档US2010/0194291描述了一种光照装置，包括图像传感器、算法单元、控制单元和光源单元。光源单元可以辐照至少红色、绿色和蓝色光。图像传感器对光源单元光照的对象拍取照片。算法单元在所拍取的图像的基础上计算分布在对象上的颜色分量。控制单元根据由算法单元计算的对象上所分布的颜色分量来控制光源单元的颜色光。
从该情形开始，本发明的一个目的在于提供一种照明设备，其能够利用不同光颜色的射束同时光照场景内的分离区段。
本发明的另外的目的在于使具有不同颜色的光束分别匹配包含在场景中的元素的轮廓，而同时减少相邻元素上的所不希望的射束重叠。
本发明的再一目的在于提供不要求来自操作者的用于关于场景元素调节所投射的光束的工作时间的这样的照明设备。
再一目的在于提供低成本、易于安装并且具有减小的尺寸的这样的照明设备。
发明内容
为了满足这些目的或其它目的中的至少一个，本发明的第一方面提出了根据权利要求1的照明设备，其适合于关于要光照的元素调节光颜色。
因而，由于发明设备能够进行光检测和光产生，因此利用中间数据处理，其可以将具有不同频谱特征的射束调节到包含在所光照的场景中的若干元素的空间位置和轮廓。在光照之前基于相应频谱测量彼此单独地标识元素。然后根据对应于频谱测量的颜色范围来设置定向到每一个元素上的光照光。针对每一个区段或元素的颜色范围的中间使用允许与可能存在于同一个元素内的颜色调制的兼容性，例如由于元素表面的取向中的变化。因此，发明照明设备能够利用不同光颜色的射束同时光照场景内的分离区段。
由于光系统各自可以与扫描系统组合地操作为光检测器和光源，因此还根据不同的相应目标强度来光照被标识为对应于不同颜色范围的区段，其中区段轮廓在步骤/1/中的检测与步骤/3/中的光照之间维持。因而，具有不同颜色的光束匹配包含在场景中的元素的轮廓，其中相邻元素上具有减少的射束重叠。
有利地，处理单元还可以适配成控制步骤/1/至/3/的自动执行。因而几乎没有来自操作者的动作是必要的。在输出域的内容可能随时间变化的情况下，照明设备还可以适配用于自动重复步骤/1/至/3/，以便更新所测量的强度、在输出域内标识的区段的轮廓、颜色范围和目标强度。
一个光系统的频谱源特征可以对应于第一给定频谱范围，并且另一光系统的频谱源可以对应于不同于第一频谱范围的第二给定频谱范围。例如，一个第一光系统的频谱源特征可以对应于红色（R）光，一个第二光系统的频谱源特征可以对应于绿色（G）光，并且一个第三光系统的频谱源特征可以对应于蓝色（B）光。
在另一示例性实施例中，一个第一光系统的频谱源特征可以对应于白色光，例如连续频谱白色，而一个第二光系统的频谱源特征可以对应于给定颜色光。
为了改进定向到分离元素上的光束的颜色，以及增加对观察者的吸引力，至少一个光系统的频谱源特征可以对应于白色光，或者至少一个光系统的频谱检测范围可以对应于白色光，或者二者可以组合。
为了改进定向到分离元素上的光束的颜色，以及增加对观察者的吸引力，可以使用最大数目的具有不同波长的光系统以便提供更丰富的频谱分辨率并且改进照明设备性能，或者光系统的频谱检测范围可以对应于不同波长的光系统的最大者。
可替换地或者与这样的白色光组合地，可以使用一个或两个其它波长。
可替换地或者与这样的白色光频谱特征和/或范围组合地，至少三个光系统的频谱源特征可以分别对应于蓝色光、绿色光和红色光，并且这三个光系统的相应频谱检测范围还可以对应于蓝色光、绿色光和红色光。然后可以实现RGB颜色系统。
在本发明的优选实施例中，每一个光系统可以基于连接到电源的LED以便操作为光检测器或光源。这样的实施例是低成本的，并且提供步骤/1/中所涉及的光检测方向与步骤/3/中所涉及的光产生方向之间的精确匹配。因此，具有不同颜色的光束可以甚至更精确地匹配包含在场景中的元素的轮廓，其中更加减少相邻元素上的射束重叠。
在这样的基于LED的实施例中，处理单元还可以适配用于在步骤/3/期间控制LED和扫描系统。然而，其还可以适配用于在依照目标强度定向区段内的光时，实现利用至少一个光系统的强度时间调制、通过至少两个光系统对区段的不同个体的同时照明，或者这样的时间调制和同时照明二者的组合。这样，可以获得更高效的照明，连同更好的颜色设置和降低的能量消耗一起。
独立地或者与前述优点和/或优选实施例组合地，扫描系统可以包括数字镜像设备。这样的扫描系统在尺寸方面减小、在商业上可得到，并且其实现是公知的。使用LED和数字镜像设备二者的组合实现甚至更加有利，因为它们允许利用可能地以扫描速率调制的即时光颜色对输出域的快速扫描。高达100Hz（赫兹）或更高的扫描速率值可以以此方式获得，从而产生非常良好的视觉渲染而同时最小化闪烁效果。
同样为了进一步改进轮廓匹配，照明设备还可以包括光学系统，其布置用于以相比于相同光系统操作为光源而言与该光系统操作为光检测器时相同的方式将输出域光学耦合到每一个光系统。优选地，光学系统可以适配用于形成包含在输出域中的元素的图像，其被聚焦到数字镜像设备的有源表面上。换言之，光学系统设置用于在步骤/1/中将所接收的光聚焦到数字镜像设备上，并且这样的聚焦条件在步骤/3/中维持。
对于发明照明设备的一些应用，处理单元还可以适配用于在步骤/2/中确定目标强度，使得如在步骤/3/期间光照的至少一个元素的平均颜色饱和度值高于从在步骤/1/中针对相同元素所测量的强度导出的平均颜色饱和度值。可替换地或组合地，目标强度可以在步骤/2/中确定，使得如在步骤/3/期间光照的至少一个元素的平均色调值等于从在步骤/1/中针对相同元素所测量的强度导出的平均色调值。
现在将参照附图来描述本发明的这些和其它特征，附图涉及本发明的优选但非限制性实施例。
附图说明
图1图示了根据本发明的照明设备特别适合于的应用；
图2表示本发明的例示性实施例；以及
图3表示本发明的实际实施例。
为了清楚起见，在这些图中出现的元素大小不对应于实际尺寸或尺寸比例。而且，在这些图中的不同个体中指示的相同参考标号指代具有相同功能的元素中的相同元素。
具体实施方式
在图1中，参考标记Z0指代包含不同颜色的若干食物元素的组合食物盘：鱼类部分Z1、绿色蔬菜Z2和番茄Z3。这样的盘例如要在饭店演示中陈列。要使用布置在盘Z0上方、距盘Z0约40cm处的照明设备100来对其进行光照。为了吸引饭店消费者，要利用指代为B1并且利用单箭头标记的白色或泛蓝光束光照鱼类部分Z1，要利用指代为B2并且利用双箭头标记的泛绿光束光照蔬菜，并且利用具有三箭头的泛红光束B3光照番茄。但是如果泛绿光束B2或泛红光束B3还撞击到鱼类部分Z1上，则这样的吸引力增强效果将被破坏，可能地向消费者给出鱼类部分略有腐烂的极差印象。因此，射束B1至B3应当相当精确地限于对应食物元素，而不会过多地超出该元素的外围轮廓。此外，这些要求应当甚至在推动或旋转盘的情况下维持。显然，类似的条件适用于其它食物元素，但是其中光颜色适配于食物元素的类型以便在所有情况中吸引消费者。
在图2和3中，以下参考数字指代照明设备100的现在指示的组件：
1a至1d所有一起形成整体指代为1的光装置的四个光系统
2扫描系统，其对于本发明的大多数应用是二维的，但是也可以是一维的
3处理单元，可能地包括集成电路并且此外优选地具有对光系统1a至1d和扫描系统2的操作的控制功能
4光学系统，其可以是成像类型，例如正透镜。
在现在描述的优选发明实施例中，每一个光系统1a至1d包括受控制且电气连接的LED，使得其可以操作为光检测器或光源。应当观察到的是，在其它实施例中，光系统可以包括发光单元和检测单元，发光单元和检测单元具有基本上对准的光轴，即具有充分接近彼此的相应光学图像使得它们可以被观察者视为协同定位的。由于这是公知常识，因此操作为光检测器的任何LED对于检测受限地处于频谱检测范围（其可以根据波长来表述）内的光是高效的。同样，操作为光源的任何LED在电气激励时根据限定的频谱源特征产生光。实际上，频谱检测范围和频谱源特征二者由形成LED的有源部分的半导体材料确定。检测范围和源特征以此方式彼此相关，但是它们可以不同。此外，为了改进对所光照的盘Z0的观察者的颜色印象，优选的是一个LED在对人眼可见的光的整个波长范围之上是高效的。因而出于例示目的，假定标记为1a的LED为白色LED，假定标记为1b的LED为蓝色LED，并且标记为1c和1d的那些分别为绿色LED和红色LED。每一个LED适当地连接到合适的电源（未示出），并且这样的连接可以在分别对应于LED的检测操作和源操作的两个连接模式之间切换。例如，到电源的LED连接的极性在两个模式之间反向。为了使照明设备100是紧凑且易于组装的，可以将四个LED1a至1d安装到公共支撑物10上。
在图2的实施例中，扫描系统2包括两个转筒2a和2b，每一个具有平行于旋转轴的筒外围上所布置的反射镜。通过优选为步进器的马达（未示出）关于垂直于彼此的相应旋转轴以受控速度驱动筒2a和2b旋转。以此方式，通过光装置1全局产生的光束B由扫描系统2定向成通过光学系统4，平行于照明设备100的输出域内的方向A。扫描系统2的操作沿着二维扫描轨道遍及整个输出域移动方向A。由于相同光线的相反路径，沿着射束形状B内的方向A进入到照明设备100中的外部光被定向到光系统1a至1d上并且在这些光系统被控制成操作为光检测器时由其检测。然后可以根据LED频谱检测范围来分析该外部光，并且扫描系统2的操作允许可以针对遍及输出域的方向A的所有扫描定位来执行外部光的这样的分析。
在图3的实施例中，扫描系统2包括根据二维矩阵布置并且各自可以在取向上单独控制的微镜20的集合。这样的微镜矩阵是公知的，在商业上可得到并且通常称为数字微镜设备。例如，每一个微镜20可以是具有20μm（微米）大小的方形，并且矩阵可以是800x600或更大。对于该实施例，光学系统4优选地适配用于将包含在照明设备100的输出域中的元素的图像形成到包括所有微镜20的数字微镜设备的表面上。例如，指代为P1和P2的点与组合食物盘Z0有关，其中P1位于鱼类部分Z1上并且P2在绿色蔬菜Z2上。可能地，可以在焦距方面调节光学系统4使得可以在数字微镜设备的表面处获得场景元素的锐利图像，而不管照明设备100距这些场景元素的距离如何。然而，本发明不要求形成在数字微镜设备的表面处的场景图像非常锐利，并且具有散焦模糊的粗糙图像可能是足够的。
同样优选地，光装置1可以在大小方面减小，其中LED1a至1d彼此接近。所有光系统适当地布置以使每一个能够在相同时间光照数字微镜设备的整个表面。
数字微镜设备和光装置1布置在空间中使得每一个微镜20针对微镜20的第一取向通过光学系统4将来自光装置1的光朝向输出域反射，并且针对不同于第一取向的微镜20的第二取向将来自光装置1的光反射离开光学系统4的瞳孔。例如，微镜20的第二取向可以朝向合适的光沉（未示出）定向如由光装置1产生的光。
当光装置1的LED1a至1d操作为检测器时，每一个微镜20在处于第一取向时朝向LED1a至1d定向源自与该反射镜配对的场景中的点的外部光以用于检测和频谱分析。源自场景并且进入照明设备100中的光一般是被场景元素反射散射的光，但是其还可以是由光源产生的光，如果这样的源贡献于输出域的照明的话。通过依次、一次一个地将所有微镜20控制到第一取向中而其它微镜被控制在朝向针对外部光适当布置的光沉的第三取向中来扫描整个场景。这形成采集步骤或检测步骤，其是光设备100的使用序列中的第一步骤。该检测步骤可以由处理单元3控制，以用于执行微镜扫描以及针对接连地处于第一取向中的每一个微镜20由每一个LED1a至1d所测量的光强度的记录。
在优选实施例中，还可以不诉诸于光沉和微镜20的第二或第三取向，控制和处理单元1然后以使得在适当的时间段期间没有光从光装置1发射或者由光装置1检测的这样的方式进行配置。
然后由处理单元3执行处理步骤或分析步骤。在该处理步骤期间，分析之前测量的强度，以用于标识输出域（例如组合食物盘）内的区段，其对应于不同颜色范围。使用颜色范围允许具有略微变化的颜色的区域与相同的一个标识区段相关。颜色范围可以从所存储的查找表选择，或者从所测量的强度的分析确定。在本领域中出于该目的的合适算法是公知的。这样的处理步骤导致具有包含在输出域中的区段的颜色范围的列表，其中所测量的强度对应于包含在一个颜色范围中的颜色。参照图1中所表示的场景示例，第一颜色范围对应于中性色调，从灰色到白色，并且与鱼类部分Z1所占据的输出域中的区段相关联。第二颜色范围对应于绿色色调，无论饱和度和亮度值如何，并且与蔬菜Z2所占据的输出域中的区段相关联。并且第三颜色范围对应于红色色调，同样无论饱和度和亮度如何，并且与番茄Z3的输出域区段相关联。
然后，处理单元3针对每一个所标识的区段确定要由操作为光源的每一个LED1a至1d产生的目标光强度。这些目标强度是基于区段的相应颜色范围。在大多数应用中，每一个颜色范围内的平均颜色的饱和度和亮度将得到增强，而同时基本上维持色调值。RGB坐标可以用于从所测量的强度导出颜色范围和对应平均颜色。然后选择针对饱和度和亮度的增加的值而同时维持几乎恒定的色调值，并且可以将这些值转换回到RGB坐标以用于确定要由每一个LED1a至1d针对每一个区段产生的目标强度。为了更好的颜色渲染，当前描述的序列使用RGB颜色坐标实现，但是利用白色分量进一步完善。在此应当注意的是，如以上提到的，可以通过可能地添加其它波长来获得更好的视觉渲染。
使用序列的第三且最后的步骤是照明步骤。在该最后的步骤期间，控制所有LED1a至1d以用于操作为光源，并且用于根据之前已经确定的目标强度以及根据LED的相应光源特征并且与扫描系统2所执行的扫描同步地产生光。以此方式，使用就包含在该区段中的食物元素而言适当的光颜色来光照在输出域内所标识的每一个区段。微镜扫描需要足够快以便不被观察者感知到。典型地，扫描速率可以高于100Hz（赫兹）。
为了特别地改进输出光强度，处理单元3可以使用针对要产生的即时光强度的时间调制来确定要朝向所有区段定向的目标强度，并且还时间共享专用于至少两个区段的光照的时间段。时间调制在于时间上变化的即时光强度，其在相同的一个微镜20维持于第一取向中时由至少一个LED1a至1d产生，以用于朝向输出域区段反射LED产生的光。当该时间调制足够快时，其不能被所光照的场景的观察者感知到。时间共享在于具有被控制成同时处于第一取向中的两个或更多微镜20。场景中的对应点因而以相同的即时光颜色同时光照，但是最终得到的光颜色可以通过以下过程以针对这些场景点不同的方式进一步修改：实现针对这些点的附加照明时间段，以及还有可能地不同时间调制。这样的时间调制和时间共享可以在通过处理单元3的处理步骤期间组合，并且在照明步骤期间相应地实现。因而，如由处理单元3初始确定的目标强度对应于在照明步骤期间执行的完整扫描之上实际定向到场景的即时光强度的时间平均值。特别地，时间共享对于减少在照明步骤期间浪费的所产生的光量是高效的。
可以适配以上描述的照明设备和操作的一些方面而保留所引述的优点中的至少一些。例如，可以使用另外的附加LED，可能地具有琥珀色或任何其它附加颜色。同样每一个光系统可以具有不同于LED的结构。其可以包括例如分束器，或者与位于板一侧上的光检测器以及位于板另一侧上的分离光源组合的部分反射板。滤色器也可以专用于每一个光系统。具有不同结构的光系统可以组合在根据本发明的一个相同照明设备的光装置内。