CN102017798A - 用于控制led光源的色点的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制LED光源(50)的色点的设备和方法。色点控制对于白色和有色LED光源而言均为最令人感兴趣的特征。在用于RGB LED光源的颜色控制的已知方法中利用通量和颜色感测器。然而难以感测快速改变的环境光、深度调减的颜色、协调测量与LED的切换并且控制包括多个独立LED灯的LED光单元(例如分段的洗墙灯和LCD背光)中的颜色。根据本发明提出使用基于模型的前馈方式来控制LED光源(50)的颜色。针对不同颜色(和分段)将控制LED电流的参数与亮度进行相关的因子被存储并且被用于开环控制。缓慢运行的过程持续地测量和更新这些因子。尽管测量例如与PWM同步，但是过程本身可以明显更慢运行并且异步更新因子。

Description

用于控制LED光源的色点的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制LED光源的色点的设备和对应方法。

背景技术

发光二极管(LED)白光源有望对普通照明市场具有重大影响。基于加色混合(additive color mixing)的白色LED灯与基于荧光体转换的白色LED灯相较而言具有独特优点：潜在的更高效率、可调色温以及有可能产生有色光。色点控制对于白光和有色光而言均为最令人感兴趣的产品特征。对与制造扩展性/老化/温度/电流相关的颜色变化的电子补偿有可能实现实质性的成本优点并且可能甚至是仅有的商业可行解决方案。颜色稳定和可再现性对于大规模市场而言是很重要的因素：必须有可能操作相互接近的具有标称相同的色点的灯而无明显色差。另外必须有可能甚至在经年以后更换这些灯之一也无明显色差。需要颜色控制以实现这些目标。

对于RGB LED灯的颜色控制而言已知的最重要方法是基于使用通量感测器以及可能还有温度感测器或者使用颜色感测器。至于使用通量感测器，需要用于接通不同LED组合的四个通量感测器读数以确定红色、绿色和蓝色三个颜色的亮度。需要通量读数之一以考虑到环境光的影响。显然可以按照数目更大的通量读数以类似方式确定数目更大的LED颜色的组合的亮度值。

对于幅度调制LED，根据US 6,127,783已知在测量序列中取得所需通量读数集。在各测量序列内，触发通量测量的采样脉冲必须与LED电流脉冲同步。经常使用相等间距的采样脉冲。从测量序列获得的测量的通量值并入于LED灯的逐个循环的颜色控制中。

根据US 6,596,977还已知也在逐个循环的控制方案内对脉宽调制的LED应用类似的过程。然而，测量序列的时间长度不再能够随意地加以选择而是等于PWM周期。另外，必须对电流脉冲进行定时使得针对所需占空比接通各颜色。这对需要与电流脉冲同步并且恰当地放置于电流脉冲波形内的采样脉冲的恰当位置施加严格限制。

至于如在US 6,507,159中所述将颜色感测器用于颜色控制，颜色感测器通常包括三个通量感测器，各通量感测器由适当滤光器覆盖，使其分别主要在光谱的红色、绿色和蓝色部分中灵敏。使用这样的颜色感测器，可以同时测量灯发射的光的颜色和亮度。可以通过在与上文针对幅度调制LED描述的测量序列类似的其中灯在短时间内关断的间隔序列中测量环境光来考虑它的影响。这一颜色控制方法也可以延及使用多于三个原色的应用。

不同LED颜色的亮度可以比环境光的强度更易于测量。尽管对于不同LED颜色而言确切已知它们在具体采样脉冲是接通还是关断，但是环境光可能由于人为光源接通或者关断而从一个采样脉冲到下一个采样脉冲发生迅速改变。这可能篡改通量或者颜色测量、因而严重干扰LED灯的逐个循环的控制。最终，这可能导致LED灯闪烁。

如果通量感测器接收一个颜色的光比其它颜色的光明显地少，则可能希望增加涉及到这一颜色的测量部分。这在已知的硬性测量过程中是不切实际的。

在脉宽调制的情况下，电流脉冲和采样脉冲在PWM时段内的定时可能变得很复杂并且需要过量的计算工作。

这些问题对于如下LED灯而言将甚至更严重，这些LED灯包括可以例如布置成串列(例如洗墙灯)或者矩阵(例如LED背光)的若干LED光源。另外，对于这一种LED灯，希望LED光源中的全部或者至少一些共享部分硬件，例如感测器或者控制器。然后，将由一个感测器和控制器控制的LED串列(LED串列通常包括具有相同颜色并且供有相同LED电流的多个LED)的数目将比对于具有3个或者更多原色的灯而言明显更大。另外，将分段相互光隔离可能并不实际，这将导致分段之间的明显串扰、即各LED串列影响了实质上所有的光学感测器。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于更高效地控制LED光源的色点并且用于克服上文说明的问题的设备和对应方法。

在本发明的第一方面中，呈现一种用于控制LED光源的色点的设备，该设备包括：

-参数输入，用于接收表明所述LED光源的希望色点和亮度的色点信息和亮度信息，

-测量输入，用于接收表明所述LED光源的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度和/或所述LED光源的原色通量的温度信息和光学输出信息，

-前馈计算单元，用于基于所述色点信息、所述亮度信息、所述温度信息和前馈参数通过使用前馈算法来确定用于控制所述LED光源的色点的控制参数，

-参数输出，用于向所述LED光源输出所述控制参数，

-前馈参数存储单元，用于存储所述前馈参数，以及

-前馈参数纠正单元，用于基于由所述参数输入和所述测量输入接收的信息来确定实际前馈参数并且用于按照所述实际前馈参数更新存储于所述前馈参数存储单元中的前馈参数。

在本发明的又一方面中，呈现一种相对应的方法。

在从属权利要求中限定本发明的优选实施方式。将理解涉及方法和计算机程序的权利要求具有与涉及设备的从属权利要求类似和/或相同的优选实施方式。

本发明是基于如下思想：引起颜色变化的影响因素(具体为“温度”和“老化”)与PWM周期或者测量序列的时间长度相比而言缓慢改变。因此本发明提出使用基于模型的前馈方式来控制LED灯(包括至少一个LED光源和控制电子器件)的颜色。针对不同颜色(例如在LED灯包括若干LED灯的情况下为不同分段)将电流脉冲的电流幅度和/或占空比与亮度进行相关的因子被存储并且被用于开环控制。这对应于与LED电流的幅度和/或PWM调制结合使用提出的控制方法。

用于颜色控制的所有已知方法是基于如下假设：可以特别进行并且可以在颜色控制中迅速使用光学测量。利用任意设置的值并且在困难区域(快速改变其亮度的邻近灯)中并非总是满足这些假设从而导致灯的闪烁。

优选地，前馈计算单元确定不仅用于控制所述LED光源的色点而且还用于控制所述LED光源的亮度的控制参数。

根据本发明，即使并未满足这些假设，仍然抑制这一闪烁。即使未从感测器提供更多信息，仍然使用根据灯的先前使用而已知的信息以尽可能准确地设置颜色和亮度。通过本发明，温度测量是失败还是遗漏的关键性就低得多。在这一情况下可以有可能考虑到电流功耗来使用适当限定的典型工作温度。

重要的是注意提出的控制方法独立于用于LED电流的调制方案。优选地，缓慢运行的过程持续地测量和更新对LED电流的前馈控制进行确定的因子。如果关于例如环境光的快速改变所致的基本测量误差并无疑问才进行更新。

根据一个实施方式，该过程可以判决接着将应用哪些测量条件、例如接通的LED颜色的数目和类型。如果有用，则比其它种类的测量(例如涉及到(目前)小亮度的LED颜色的那些测量)更频繁地进行一些种类的测量。在PWM的情况下，如根据一个实施方式提出的那样，在各PWM时段内进行仅一次测量(或者少量测量)可能就足够了。对应的采样脉冲放置于PWM周期内，从而可以对电流脉冲便利地进行定时。

优选地，可以提供例如作为前馈参数纠正单元的部分的移动平均滤波器用于平均实际前馈参数。其功能和结构在本领域中众所周知的这一滤波器对来自最近(例如来自20次最近)测量的测量参数值进行平均并且丢弃“在范围外的”测量。

优选地，所述前馈参数纠正单元持续地活跃以持续地更新存储于所述前馈参数存储单元中的前馈参数，从而无需在检查到需要更新和/或进行更新之前等待某个(外部)信号。

另外，前馈参数纠正单元优选地适合于异步更新存储于所述前馈参数存储单元中的前馈参数。这一实施方式避免了时间关键事件并且简化了实施方式。

根据又一实施方式，所述前馈参数纠正单元适合于如果在所述实际前馈参数与存储于所述前馈参数存储单元中的所述前馈参数之间的偏离超过预定限制，则按照所述实际前馈参数更新存储于所述前馈参数存储单元中的前馈参数。这避免了设备的故障，然而如果移动平均滤波器正确地工作，则这些测量过时。可以例如通过估计所得颜色误差来获得预定限制；如果这一颜色误差超过例如0.5或者1％，则将进行更新。

一般而言，可以根据本发明将任何调制方案应用于控制LED光源。然而前馈参数计算单元优选地适合于确定脉宽调制参数或者幅度调制参数作为所述控制参数。

根据另一方面，本发明涉及一种LED光单元，该单元包括：

-LED光源，

-感测器单元，用于感测i)温度和ii)颜色和/或通量并且用于生成表明所述LED光源的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度以及所述LED光源的原色通量的温度信息和光学输出信息，

-如权利要求1所述的用于控制所述LED光源的色点的设备。

这里，LED光单元可以理解为LED灯(具有仅单个LED光源或者多个LED光源和所需控制电子器件)和包括多个LED灯的LED灯阵列。

优选地，感测器单元包括用于测量所述LED光源的颜色的颜色感测器。然而在一个更简单的实施方式中，感测器单元包括用于测量所述LED光源的亮度的仅(单个)光电二极管而不是这样的颜色感测器。在这一更简单的实施方式中，通过适当协调测量与控制信号(向LED光源提供控制参数)来仅测量各单个LED串列的亮度。

优选地，感测器单元适合于异步测量所述LED光源的i)温度和ii)颜色和/或所述LED光源的原色通量。

根据又一实施方式，LED光源包括两个LED串列而不是一般地三个LED串列(用于红色、绿色和蓝色这三个颜色)。就这一实施方式而言，可以仅近似颜色设置。然而通过这一实施方式有可能变化白光的色温。因此，这一实施方式准确性更低、但是更廉价。

根据又一实施方式，LED光源包括四个或者更多LED串列。可以实施与用于三个LED串列的控制类似的控制。附加自由度用来优化更多参数，例如能效和颜色再现。

在LED光单元中提供两个或者更多LED光源的情况下，有可能的是它们共享共同的参数输入、前馈参数纠正单元和/或用于感测所述LED光源的颜色和/或通量的光学感测器单元，因此减少元件数目和成本。这在比如分段的洗墙灯或者背光这样的应用中特别地有用。

根据另一方面，本发明也涉及一种计算机程序，该计算机程序包括用于在所述计算机程序执行于计算机上时使计算机进行要求保护的方法的步骤的程序代码装置。

附图说明

根据下文描述的实施方式将清楚并且参照这些实施方式将阐明本发明的这些和其它方面。在以下附图中：

图1示出了图示根据US 6,127,783的针对幅度调制的LED的通量测量的图，

图2示出了图示根据US 6,507,159的针对脉宽调制的LED的通量测量的图，

图3示出了分段的基于LED的LCD背光，

图4示出了用于两个LED灯的感测器和控制器的一个实施方式，

图5示出了根据本发明的用于脉宽调制的LED的通量测量，

图6示出了根据本发明的设备的第一实施方式的框图，

图7示出了根据本发明的设备的第二实施方式的框图，

图8示出了根据本发明的设备的第三实施方式的框图。

具体实施方式

在说明和图示本发明的细节之前将讨论加色混合的理论。

如果混合n个光源的光(加色混合)，则可以根据n个光源的光通量和色度坐标来计算混合光的光通量和色度坐标、即亮度和颜色。

功率谱密度为P_i(λ)，i＝1，...，n的n个光源的光的加法混合获得具有如下功率谱密度的混合光：

$P\left(\mathrm{\λ}\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(1\right)$

混合光的三色值如下：

$X=\underset{\mathrm{\λ}}{\∫}\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)P\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}---\left(2\right)$

$Y=\underset{\mathrm{\λ}}{\∫}\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)P\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}---\left(3\right)$

$Z=\underset{\mathrm{\λ}}{\∫}\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)P\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}---\left(4\right)$

其中

和

是分别与红色、绿色和蓝色对应的颜色匹配函数。混合光的三色值X、Y和Z是n个光源的三色值X_i、Y_i和Z_i之和：

$X=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i;$ $Y=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i;$ $Z=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_i---\left(5\right)$

已经选择绿色匹配函数y(λ)使得它与眼睛灵敏度函数V(λ)相同，即：

$\stackrel{\_}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\≡V\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(6\right)$

因此，混合光的光通量Φ_lum与它的Y三色值成比例：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{lum}}=683\frac{\mathrm{lm}}{W}\underset{\mathrm{\λ}}{\∫}V\left(\mathrm{\λ}\right)P\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}---\left(7\right)$

出于历史原因而已经引入恒定因子683lm/W。

混合光的色度坐标x和y如下：

$x=\frac{X}{X+Y+Z}---\left(8\right)$

$y=\frac{X}{X+Y+Z}---\left(9\right)$

它们是根据n个光源的色度坐标x_i和y_i以及光通量Φ_lum(或者三色值Yi，

)而获得的：

$x=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\frac{Y_i}{y_i}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_i}{y_i}}---\left(10\right)$

$y=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_i}{y_i}}---\left(11\right)$

混合光的光通量如下：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{lum}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{lum},i}---\left(12\right)$

LED的光通量和色度坐标的变化对应于它们的亮度和颜色的变化。LED的光输出特性(亮度和颜色/光通量和色度坐标)依赖于：

-制造扩展性，

-老化，

-结温度，以及

-正向电流。

可以通过校准来处理制造扩展性。

老化是缓慢过程。因此对于在校准之后的某一时间段，如果LED的结温度和正向电流已知/可知，则可以知LED的光输出。可以间接根据(i)电流比对电压的特征曲线与温度的依赖性(出于该目的，通常针对两个正向电流值必须测量正向电压)；(ii)根据附近温度感测器的温度来测量结温度。正向电流是颜色控制的设置点并且在LED驱动器内的内部控制环中调节成这一设置点。

US 6,411,046描述了如何可以将(分别为红色、绿色和蓝色LED的)色度坐标和光通量表示为用于RGB LED灯的散热器温度的二阶多项式函数。“散热器温度”在这里意味着使用与散热器有良好热接触的温度感测器而测量的温度。散热器也与LED有良好热接触。

经常保持正向电流恒定，并且经由PWM的占空比调节LED的光通量。因此，正向电流为零或者等于标称值，但是它随时间变化。然而也将有可能以与US 6,411,046针对与结温度的依赖性描述的方式类似的方式根据LED正向电流幅度对色度坐标和光通量进行建模。

使用二阶多项式，可以考虑到然而通常可忽略不计的在结温度与正向电流幅度的依赖性之间的串扰。

对于现有技术而言基本的是光通量与正向电流之间的关系随时间改变(老化)而色度坐标与结温度/正向电流之间的关系不随时间改变。温度前馈块获得LED结的温度。根据这些确定LED的色度坐标(例如，如在US 6,411,046中概述的那样)。

然后根据上述等式(10)、(11)和(12)确定LED的Y_i三色值/光通量值应当是什么。如果有3个LED颜色则这是唯一的。如果混合多于三个颜色，则存在可以用来例如优化灯效率和/或颜色呈现的附加自由度。

LED峰波长是确定的，因为用来测量光通量的感测器的灵敏度依赖于波长。这发生于何处无关紧要，但是必须在光通量控制器中可以获得这些值。

以这一方式，在温度前馈控制中处理独立于LED老化的每一项。如本发明提出的那样，通过在US 6,411,046中描述和上文概述的温度前馈控制类似的方式前馈控制光通量来消除光通量比对正向电流的特征曲线的影响。下文详细地说明这一点。

图1示出了图示根据US 6,127,783的针对幅度调制的LED的通量测量的图。通量测量10由采样脉冲11触发。在各测量序列12中确定用于红色、绿色和蓝色这三个颜色中的各颜色的通量10。触发通量测量10的采样脉冲11必须与LED电流脉冲13、14、15同步。经常使用相等间距的采样脉冲11。测量序列获得的测量通量值10并入于LED灯的逐个循环的颜色控制中。

图2示出了图示根据US 6,507,159的针对脉宽调制的LED的通量测量的图。测量序列12的时间长度不再能够随意地加以选择而是等于PWM周期。另外，必须对电流脉冲13、14、15进行定时使得针对所需占空比接通各颜色。这对需要与电流脉冲13、14、15同步并且恰当地放置于电流脉冲13、14、15的波形内的采样脉冲11的恰当位置施加严格限制。

图3示出了分段的基于LED的LCD背光20。在图3中所示例子中，背光20(也称为LED灯阵列或者更一般地称为LED灯单元)由布置成矩阵的7*12＝72个LED灯21(也称为分段或者LED灯单元)构成。在这样的LCD背光20中存在上述问题(电流脉冲和采样脉冲的定时复杂并且计算量大)。

另外，对于这一种LED光单元，希望LED灯中的全部或者至少一些共享部分硬件，例如如图所示用于图4中的两个LED灯21a、21b(即LED光单元20的分段)的感测器或者控制器。图3中所示分段的LCD背光20的两个LED灯(分段)21a和21b共享控制器22和感测器23。然而各分段具有其自己的驱动器24a、24b以及其自己的LED光源25a和25b。然后，一个感测器23和控制器22将控制的LED串列的数目将比针对具有三个或者更多原色的灯而言明显更大。另外，将分段相互光隔离可能并不实际，这将导致分段之间的明显串扰，即各LED串列影响实质上所有光学感测器。

如本发明提出的主要系统和硬件的设置与上文针对现有技术(例如在上文提到的US 6,596,977)所述相同。然而重要的是注意它也可以应用于其它系统/硬件配置。

图5示出了根据本发明的采样脉冲31和电流脉冲33、34、35的定时例子。有位于PWM周期的结束附近的一个采样脉冲31。做到这一点使得在接下来的PWM周期32开始之前完成测量。所有电流脉冲33、34、35通常始于PWM周期32的起始、因此将不到达采样脉冲31中。可以通过使电流脉冲的最大长度限于PWM周期的例如95％来保证这一点。在各PWM周期32中，一些电流脉冲33、34、35移向PWM周期32的结束使得当进行通量测量30时在采样脉冲31接通希望的LED颜色组合。对使占空比与亮度值相关的因子进行测量和更新的过程触发这些测量并且评估它们。尽管测量与PWM同步，但是过程本身可以明显更慢运行并且异步更新因子，因为如上文提到的那样影响因子也缓慢改变。

图6示出了包括设备40的LED灯的第一实施方式的框图，该设备实施根据本发明的基于模型的颜色控制。设备40适合于控制LED光源50的色点并且包括参数输入41，该参数输入用于接收表明LED光源50的希望色点和亮度的色点信息C和亮度信息B。另外，提供测量输入43用于从相应感测器单元51接收温度信息T和光学输出信号O，这些信息表明所述LED光源50的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度(优选地表明温度、颜色和亮度)以及所述LED光源50的原色通量。提供前馈计算单元42用于基于所述色点信息C、所述亮度信息B、所述温度信息T和前馈参数P通过使用前馈算法来确定用于控制所述LED光源50的色点的控制参数S。

优选地，前馈计算单元42以合适的方式针对所述LED光源50的各LED串列计算PWM的占空比和/或幅度AM控制信号S。有利地，前馈计算单元42实施于可编程逻辑中，例如实施为FPGA，但是其它实施(纯(逻辑或者数字)硬件、纯软件或者其混合)也是可能的。参数输出48将向所述LED光源50输出所述控制参数S。

提供前馈参数存储单元44用于存储所述前馈参数P，并且提供前馈参数纠正单元45用于基于由所述参数输入41和所述测量输入43接收的信息(即基于所述色点信息C、所述亮度信息B、所述温度信息T和所述光学输出信号O)来确定实际前馈参数P’并且用于按照实际前馈参数P’更新存储于所述前馈参数存储单元44中的前馈参数P。

在前馈参数纠正单元45中进行不同任务，为此必须进行逻辑判决：针对若干测量求平均(例如通过使用移动平均滤波器)；识别和丢弃如果在测量期间接通和关断单独灯则可能出现的错误测量；与存储于非易失性存储器中的更早测量/前馈参数比较。前馈参数纠正单元45由微控制器或者DSP实施，而其它实施方式以与上文针对前馈计算单元42提到的方式相同的方式也是可能的。

如图6中的虚线所示，也可以向前馈参数纠正单元45提供控制信号S。是否做到这一点依赖于详细实施方式。具体而言，如果应当节约计算时间，则优选地也向前馈参数纠正单元45提供控制信号S，但是如果储存器短缺，则并不转发它们。

因此根据本发明，前馈参数纠正单元45持续地活跃、因此在它变得活跃之前直至满足某一条件之前(例如直至某个温度超过预定温度限制之前)并不等待。以这一方式可以实现对LED光源50的色点的更佳和更稳定控制。

前馈参数存储单元44在可重写非易失性存储器中存储前馈算法为了根据接收的信息来确定用于LED光源50的控制变量而需要的参数(色点、亮度、测量温度并且如果必要则有控制信号)。在校准过程中，受制造变化影响的前馈参数存储于此。如果已经由于老化而变得需要更新，则参数校正算法更新这些数据。以这一方式，如果参数纠正算法完全不能工作或者不能以有意义的方式工作，则LED光单元50也仍然正确地工作。当LED光源50接通时前馈计算单元42也从储存器44读取存储的参数，这避免需要前馈计算单元42容纳它自己的持久储存器。

重要的是这里注意可以明显修改这一方案。没有必要在各PWM周期32中进行测量。另外，无需固定采样脉冲31在PWM周期32中的位置。

无需LED通量模型中的快速改变，因为LED系统的物理改变缓慢，从而可以使用更廉价的微控制器。

可以容易地存储模型参数，因而颜色从上电起(与环实施方式的插入(run-in)时间相比)正确。可以创建LED的退化和色移模型以减少感测器退化对前馈模型的影响。

下文将提供更详细的说明。LED灯将发射的光由它的色度坐标x和y(这是色点)以及它的光通量Φ_lum(这是亮度)指定。根据这些计算三色值X、Y和Z。

$Y=\frac{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{lum}}}{683\frac{\mathrm{lm}}{W}}$

$X=x\frac{Y}{y}$

$Z=z\frac{Y}{y}=(1-x-y)\frac{Y}{y}.$

参数输入41向前馈参数纠正单元45和前馈计算单元42提供x、y和Φ_lum或者X、Y和Z。

将三色值分组成矢量TV(三色值)。

$\underset{\‾}{\mathrm{TV}}=\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right).$

将用于红色、绿色和蓝色LED的驱动器的控制信号分组成矢量CS(控制信号)：

$\underset{\‾}{\mathrm{CS}}=\left(\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right).$

这些可以是用于脉宽调制控制的占空比或者用于幅度调制控制的电流幅度。

三色值以非线性方式依赖于控制信号。出于实际目的，这一关系可以表达为二阶多项式。

$\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{CS}}}=\left(\begin{array}{ccc}r& 0& 0\\ 0& g& 0\\ 0& 0& b\end{array}\right)$

$\underset{\‾}{\mathrm{TV}}=\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T1}}\·\underset{\‾}{\mathrm{CS}}+\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T2}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{CS}}}\·\underset{\‾}{\mathrm{CS}}$

$\underset{\‾}{\mathrm{TV}}=(\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T1}}+\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T2}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{CS}}})\·\underset{\‾}{\mathrm{CS}}.$

前馈参数存储单元44存储根据LED温度的知

(区分红色、绿色和蓝色)。

前馈计算单元42针对测量的LED温度提取

和

然后，它使用以下关系以迭代方式根据TV确定CS：

$\underset{\‾}{\mathrm{CS}}={(\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T1}}+\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T2}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{CS}}})}^{-1}\·\underset{\‾}{\mathrm{TV}}$

(从先前迭代步骤接收

更新

和

计算CS，向参数输出供给CS，按照CS的元素更新

的元素、进行下一迭代步骤)。

LED光输出特征曲线随正向电流幅度、结温度、制造扩展性和老化而变化。上述前馈控制考虑到与电流幅度、结温度和制造展性的依赖性。

老化的主要影响在于针对给出的正向电流幅度和结温度减少了LED亮度。在前馈参数纠正单元中考虑到这一点。在简单明了的简化模型中，定量描述LED亮度减少的因子存储于矩阵

中。

$\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{AR}}}=\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{ARr}& 0& 0\\ 0& \mathrm{ARg}& 0\\ 0& 0& \mathrm{ARb}\end{array}\right).$

然后给出实际光输出如下：

$\underset{\‾}{\mathrm{TV}}=(\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T1}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{AR}}}+\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T2}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{AR}}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{CS}}})\·\underset{\‾}{\mathrm{CS}}.$

然后使用以下关系来确定控制信号：

$\underset{\‾}{\mathrm{CS}}={(\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T1}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{AR}}}+\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2T2}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{AR}}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{CS}}})}^{-1}\·\underset{\‾}{\mathrm{TV}}.$

光输出的老化影响三色值和光学感测器读数。至于感测器读数，下文讨论颜色感测器。

将颜色感测器感测的值R、G和B分组成矢量SR(感测器读数)：

$\underset{\‾}{\mathrm{SR}}=\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right).$

与三色值类似，感测器读数依赖于控制信号：

$\underset{\‾}{\mathrm{SR}}=(\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2S1}}+\underset{\‾}{\underset{\‾}{C2S2}}\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{CS}}})\·\underset{\‾}{\underset{\‾}{\mathrm{AR}}}\·\underset{\‾}{\mathrm{CS}}$

这些是预测的感测器读数。可以根据比较测量的读数与预测的读数来确定

的元素。将不逐个循环而是代之以通过例如使用移动平均滤波器来更新

可以缓慢地或者甚至在如图7中所示包括根据本发明的设备的又一实施方式60的LED光单元(具体为LED灯阵列)的又一实施方式的框图中所示单独控制器上完成该计算的复杂部分(确定参数)。

在图7所示光单元中，两个LED光源50a、50b和两个对应感测器单元51a、51b将由设备60控制。为各LED光源50a、50b提供单独前馈计算单元42a、42b和单独前馈参数存储单元44a、44b。然而取代单独前馈参数纠正单元，提供集中参数输入46和集中前馈参数纠正单元47，该参数输入和前馈参数纠正单元接收与在参数输入46的LED光源的数目对应的控制点信息C和亮度信息B(N次)。换而言之，有可能若干LED光源共享共同的参数输入和/或共同的前馈参数纠正单元。

还有可能的是LED光源50a、50b共享共同感测器单元，这进一步减少在包括多于一个的LED光源的这样的系统中需要的硬件。这对于光学感测器比对于温度(热)感测器而言特别地更为有用。在图8中示出了LED光单元的这样的实施方式，其中各LED光源50a、50b具有它自己的热感测器52a、52b，但是它们共享共同的光学感测器53。共同的光学感测器53然后可以向共同的前馈参数纠正单元47直接转发测量的光学数据O。

用于控制RGB LED灯的颜色的本发明可以应用于诸多固态光源中。

概括而言，色点控制对于白色和有色LED光源而言均为最令人感兴趣的产品特征。用于RGB LED灯的颜色控制的已知方法包括使用通量和颜色感测器。然而难以快速感测环境光、深度调减的颜色、协调测量与LED的切换以及控制包括多个独立LED灯(例如分段的洗墙灯和LCD背光)的LED光源中的颜色。根据本发明提出通过使用基于模型的前馈方式来控制LED光源的颜色。针对不同颜色(和分段)将控制LED电流的参数与亮度进行相关的因子被存储并且被用于开环控制。缓慢运行的过程持续地测量和更新这些因子。尽管测量例如与PWM同步，但是过程本身可以明显更慢运行并且异步地更新因子。

尽管在附图中和在前文描述中已经详细图示和描述了本发明，但是认为这样的图示和描述为示例或者举例而非限制；本发明并不限于公开的实施方式。本领域技术人员可以在实施要求保护的本发明时根据对附图、公开内容和所附权利要求的研读来理解和实现对公开的实施方式的其它变化。

在权利要求中，字眼“包括”并不排除其它元件或者步骤，而不定冠词“一个/一种”并不排除多个/多种。单个元件或者其它单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这仅有的事实并不表明不能有利地使用这些措施的组合。

计算机程序可以存储/分发于适当介质(比如与其它硬件一起供应或者作为其它硬件的部分来供应的光学存储介质或者固态介质)上、但是也可以用其它形式(比如经由因特网或者其它有线或者无线电信系统)来分发。

权利要求中的标号不应理解为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于控制LED光源(50)的色点的设备，包括：

-参数输入(41)，用于接收表明所述LED光源(50)的希望的色点和亮度的色点信息(C)和亮度信息(B)，

-测量输入(43)，用于接收表明所述LED光源(50)的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度和/或所述LED光源(50)的原色通量的温度信息(T)和光学输出信息(O)，

-前馈计算单元(42)，用于基于所述色点信息(C)、所述亮度信息(B)、所述温度信息(T)和前馈参数(P)通过使用前馈算法来确定用于控制所述LED光源(50)的色点的控制参数(S)，

-参数输出(48)，用于向所述LED光源(50)输出所述控制参数(S)，

-前馈参数存储单元(44)，用于存储所述前馈参数(P)，以及

-前馈参数纠正单元(45)，用于基于由所述参数输入(41)和所述测量输入(43)接收的信息来确定实际前馈参数(P’)并且用于按照所述实际前馈参数(P’)更新存储于所述前馈参数存储单元(44)中的所述前馈参数(P)。

2.如权利要求1所述的设备，

其中所述前馈参数纠正单元(45)适合于如果在所述实际前馈参数(P’)与存储于所述前馈参数存储单元(45)中的所述前馈参数(P)之间的偏离超过预定限制，则按照所述实际前馈参数(P’)更新存储于所述前馈参数存储单元(44)中的所述前馈参数(P)。

3.如权利要求1所述的设备，

其中所述前馈参数纠正单元(45)持续地活跃以持续地更新存储于所述前馈参数存储单元(44)中的所述前馈参数(P)。

4.如权利要求1所述的设备，

其中所述前馈参数纠正单元(45)适合于异步更新更新存储于所述前馈参数存储单元(44)中的所述前馈参数(P)。

5.如权利要求1所述的设备，

其中所述前馈计算单元(42)适合于确定脉宽调制参数或者幅度调制参数作为所述控制参数(S)。

6.一种LED光单元，包括：

-LED光源(50)，

-感测器单元(51)，用于感测i)温度和ii)颜色和/或通量并且用于生成表明所述LED光源(50)的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度和/或所述LED光源(50)的原色通量的温度信息(T)和光学输出信息(O)，

-如权利要求1所述用于控制所述LED光源(50)的色点的设备(40，60)。

7.如权利要求6所述的LED光单元，

其中所述感测器单元(51)包括用于测量所述LED光源(50)的颜色的颜色感测器。

8.如权利要求6所述的LED光单元，

其中所述感测器单元(51)包括用于测量所述LED光源(50)的亮度的光电二极管。

9.如权利要求6所述的LED光单元，

其中所述感测器单元(51)适合于异步测量所述LED光源的i)温度和ii)颜色和/或所述LED光源(50)的原色通量。

10.如权利要求6所述的LED光单元，

其中所述LED光源(50)包括两个LED串列。

11.如权利要求6所述的LED光单元，

其中所述LED光源(50)包括四个或者更多LED串列。

12.如权利要求6所述的LED光单元，

包括两个或者更多LED光源(50a，50b)，其中所述两个或者更多LED光源(50a，50b)共享共同的参数输入(46)、前馈参数纠正单元(47)和/或用于感测所述LED光源(50a，50b)的颜色和/或通量的光学感测器单元(53)。

13.一种用于控制LED光源(50)的色点的方法，包括以下步骤：

-接收表明所述LED光源(50)的希望的色点和亮度的色点信息(C)和亮度信息(B)，

-接收表明所述LED光源(50)的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度和/或所述LED光源(50)的原色通量的温度信息(T)和光学输出信息(O)，

-基于所述色点信息(C)、所述亮度信息(B)、所述温度信息(T)和前馈参数(P)通过使用前馈算法来确定用于控制所述LED光源(50)的色点的控制参数(S)，

-向所述LED光源(50)输出所述控制参数(S)，

-存储所述前馈参数(P)，

-基于由所述参数输入(41)和所述测量输入(43)接收的信息来确定实际前馈参数(P’)；并且

-按照所述实际前馈参数(P’)更新所述前馈参数(P)。

14.一种计算机程序，包括用于在所述计算机程序执行于计算机上时使计算机进行如权利要求13所述的方法的步骤的程序代码装置。

Images