CN1460394A - 控制光源的方法和系统 - Google Patents

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S·穆图
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Abstract

本发明公开了一光输出(11)的控制系统，用于实现一种检测该三色刺激值(30a)的方法，该方法用来控制从以LED为基础的照明设备(10)发出的光输出(11)。该系统包括一个或多个滤波器/光电二极管的传感器，用来检测该光输出(11)的第一组三色刺激值(30a)和提供其表示信号。该信号被用于转换矩阵(32)中，由此获得第二组三色刺激值(30a)。该系统(60)将该光输出(11)作为该第二组三色刺激值(30a)的函数来控制。

Description

控制光源的方法和系统
本发明一般涉及照明设备的控制。本发明特别涉及三色刺激值(tri-stimulus value)的检测，以便对来自照明设备的照明光输出的反馈控制，该照明设备包括多个发出各种色光的发光二极管(LED)。
以红LED，绿LED，和蓝LED(RGB LED)为基础的白光的产生在本技术领域内是众所周知的。还知道，即使用同样的制造过程生产时，在一批产品中各个RGB LED的光学特性也可能是显著不同的，该LED的特性随正向电流，环境温度和老化而变化。因此，由每个以个别RGBLED为基础的照明设备所产生的白光的品质也将发生变化。这样，为了使以RGB LED为基础的照明设备所产生的白光品质的变化，即使不消除，也要减至最小，就需要建立一反馈系统和不断地将以该RGB LED为基础的照明设备的色(由标准量热系统，如CommissionInternational de l’Eclairage(CIE)1931色度坐标，所定义)和照明水平两者保持在标准水平上。
因此，该反馈控制系统必须接收表示以RGB LED为基础的照明设备的实际色和实际照明水平的信号，以便控制该色温和该照明水平。包括滤波器和光电二极管的传感器可产生这样的信号用于该反馈控制系统，这与标准量热系统，如CIE 1931的xy色空间的调色功能相匹配。但是，这样的传感器在制造上是极端困难和很昂贵的，因而在商业上是不可行的。这样，在本发明之前，对于以RGB LED为基础的照明设备所要求的反馈系统的实现是不可能达到的。
本发明涉及检测用来控制包括LED，特别是RGB LED的照明设备的三色刺激值的方法和系统。本发明的各方面都是新颖的，不明显的，而且具有各种优点。尽管这里掩藏的本发明的实际性质只有借助附录的权利要求才能确定，但某些特点却可简要地描述如下，这些特点都是这里公开的实施例的特征。
本发明的第一种形式是控制从包括两个或多个发光二极管的照明设备发出的照明光输出的方法。检测该光输出的第一组三色刺激值。将该第一组三色刺激值转变成第二组三色刺激值。该第二组三色刺激值是表示一标准量热系统的特征。该光输出被当做该第二组三色刺激值的函数来控制。
本发明的第二种形式是在光输出控制系统中选择地使用一组传感器的方法。对包括两个或多个发光二极管的照明设备发出的光输出的第一组三色刺激值和第一组xy坐标与流明进行测量。该标准色空间，如CIE 1931色空间，就是为此目的而使用的。该光输出的第二组三色刺激值被多个传感器所检测。转换矩阵的系数被当做第一组三色刺激值的函数来计算。当该转换矩阵包含复数时，该传感器就被拒绝(reject)。当该转换矩阵是线性的时，该第一组xy坐标和流明与第二组xy坐标和流明被比较，该xy坐标和流明都是由该转换矩阵在第二组三色刺激值上的应用决定的。当该第一组xy坐标和流明与该第二组xy坐标和流明之间的差分误差超过最大误差极限时，该传感器就被拒绝。当该转换矩阵是线性的而且第一组xy坐标和第二组xy坐标之间的该差分误差在该最大误差极限以内时，该传感器组就被使用在光输出控制系统中。
本发明的第三种形式是一用来控制包括一个或多个发光二极管的照明设备的照明光输出的系统。该系统包括多个传感器和一控制器。该传感器可运作来检测该光输出的第一组三色刺激值和向该控制器提供多个表示该第一组三色刺激值的信号。该控制器可运作来将第一组三色刺激值转换成第二组三色刺激值和作为该第二组三色刺激值的函数来确定该光输出的一组xy坐标和流明。
本发明的前述的形式和其它的形式，特点和优点都将从下述的一些优选实施例的详细描述，并结合附图阅读而成为显而易见。该详细描述和附图仅只是本发明的例证说明，而不是本发明的限制和范围，该限制和范围由附录的权利要求和其等效条款所规定。
图1A是按照本发明的转换技术的流程图；
图1B是说明实现图1A的转换技术的一典型转换的方框图；
图1C是按照本发明的一传感器选择程序的一个实施例的流程图；
图2A是按照本发明的光源检测系统的一个实施例的方框图；
图2B是按照本发明的图2A所示光源检测系统的运作程序的一个
实施例的流程图。
图1A图示出按照本发明的一转换技术20，而图1B图示出该技术20的原理。
参看图1A和图1B，制造与给定精度的标准量热系统的色调节函数匹配的传统滤波器/光电二极管的传感器33是困难的，因而这种滤波器/光电二极管的传感器33是不可能从市场上获得来直接检测标准量热系统的三色刺激值和色度坐标。转换技术20克服了这个问题。在技术20的步骤S22时，用来将标准量热系统30转换成一等效的量热系统31，它具有可用来被某些，不一定是全部，传统的滤波器/光电二极管传感器33检测的色调节函数。
在一个实施例中，量热系统30是一国际照明委员会(CIE)的色测量系统，用色调节函数表示，包括一三色刺激值30a和一xy坐标与流明30b。此外，量热系统31是一以RGB LED为基础的色测量系统，用一与三色刺激值30a和xy坐标和流明30b等效的三色刺激值31a和xy坐标和流明31b表示。按下述方程(1)该转换矩阵32可表示为：
[T]＝[XYZ]T 3XM·[RGB]MX3·inv{([RGB]T 3XM·[RGB]MX3)}(1)
其中，T是一转换矩阵32；X，Y和Z是该系统30的三色刺激值30a；而R，G和B是系统31的三色刺激值31a；M是测量样品数，它大于或等于3。
运作来提供表示三色刺激值31a或其可接受的近似值的滤波器/光电二极管的传感器33是在技术20的步骤S24获得的。在一个实施例中，实施如图1C所示的传感器的选择程序40以便适当选择具有需要工作能力的滤波器/光电二极管的传感器33。
另外参看图1C，在程序49的步骤S42期间，三色刺激值30a和xy坐标及流明30b被确定。在一个实施例中，光输出11是从多个以RGBLED为基础的照明设备10发出的，因此三色刺激值30a和xy坐标与流明30b可用传统的分光计测量。在程序40的步骤S44期间，N个数目的滤波器/光电二极管的传感器33被运作来检测以RGB LED为基础的照明设备10发出的光输出，以便提供表示三色刺激值31a和xy坐标与流明31b的信号。在程序40的步骤S46上，转换矩阵32的系数可由执行方程[1]来确定，其方法是将在步骤S42测量的三色刺激值30a和在步骤44检测的三色刺激值31a用作矩阵22的输入值。
下面的表1说明了涉及五(5)个以RGB LED为基础的照明设备在步骤S42和S44上的典型测量，和由三个滤波器/光电二极管的传感器33所检测的三色刺激值31a的平均值：
                                       表1
照明设备10     三色刺激值30a     三色刺激值31a
    X     Y     Z     R     G     B
  1   5.6872   3.0260   33.224   356.635   1038.7   1752.1
  2   6.0465   4.2065   36.649   413.283   1357.8   2015.1
  3   5.8046   4.3627   35.444   402.296   1378.7   1972.1
  4   4.8144   4.6453   30.531   369.840   1397.4   1779.3
  5   3.9970   4.5803   25.677   332.097   1321.2   1550.4
从表1得到的转换矩阵22的系数为：
     8.7823-2.935 3.1918
[T]＝5.4023 4.5093-2.0497×10-3
     2.6367-9.3567 23.9657
在程序40的步骤S48上，确定是否转换矩阵22是线性的，也就是，是否任何所得的系数都是复数。如果所得系数的任何一个都是复数，则在步骤S44上运作的滤波器/光电二极管的传感器33都被拒绝，程序40被终止。如果所得系数没有一个是复数，就象对表1的转换矩阵的例子一样，则程序40就进行到程序40的步骤S50，由此，每个个别的滤波器/光电二极管传感器33都被运作来检测从每个以多个RGBLED为基础的照明设备的光输出11，以便由此提供表示三色刺激值31a的信号。
在程序40的步骤S52上，将在步骤S50期间对由滤波器/光电二极管的传感器33所提供的31a应用该转换矩阵所获得的该xy坐标和流明与在步骤S42期间测量的该xy坐标和流明30b进行比较，以确定该第一坐标和该xy坐标30b之间的差分误差是在最大误差极限以内或在该最大误差极限以外。下一表2示出了该xy坐标30b和该xy坐标31b之间的典型的差分误差。
                                      表2
照明设备10   xy坐标30b     xy坐标(转换后) 在UV空间的误差
    x    yt     x    yt
 1  0.1356  0.0722  0.1354  0.0720  0.2120e-3
 2  0.1289  0.0897  0.1293  0.0899  0.2378e-3
 3  0.1273  0.0956  0.1269  0.0955  0.4656e-3
 4  0.1204  0.1162  0.1206  0.1163  0.5976e-3
 5  0.1167  0.1337  0.1165  0.1336  0.2717e-3
在程序40的步骤S54上，当每个读数都是在可接受的范围内时，系统就使用滤波器/光电二极管传感器33来控制光输出11。否则，程序40就终止。
图2A图示出一光输出控制系统60，而图2B图示出一由系统60实施的运作程序90，用于控制由以RGB LED为基础的照明设备10的光输出11。从系统60和程序90的下述描述，本技术的业内人士都会理解应用于任何以LEI为基础的照明设备，如包括橙色LED和蓝LED的照明设备的系统60和程序90的功能。
参看图2A和图2B，系统60包括一传感装置70和一光输出控制器80。传感装置20包括一色传感器71a色传感器71b，色传感器71c，放大器72，以及转换矩阵控制器73。在一个实施例中，传感装置70被做成一单片。
在程序90的步骤S92上，按照程序40用来检测三色刺激值31A(图1B)所使用的色传感器71a-71c都是传统的滤波器/发光二极管组合。在该图示的实施例中，色传感器71a根据光输出11以模拟的方式提供一色信号Cs1给放大器72。色传感器71b根据光输出11以模拟的方式提供一色信号Cs2给放大器72。色传感器71c根据光输出11以模拟的方式提供一色信号Cs3给放大器72。色信号Cs1，色信号Cs2，和色信号Cs3集合起来表示三色刺激值31a。
放大器72包括模拟和/或数字电路用来以模拟的方式给控制器73提供一色信号Cs4，作为色信号Cs1的放大；以模拟的方式给控制器73提供一色信号Cs5，作为色信号Cs2的放大，和以模拟的方式给控制器73提供一色信号Cs6，作为色信号Cs3的放大。当色传感器71a可运作来提供转换控制器73所需要的模拟水平的色信号Cs1，色传感器71b可用来提供转换控制器73所需要的模拟水平的色信号Cs2，和色传感器71c可用来提供转换控制器73所需要的模拟水平的色信号Cs3时，放大器72就可从传感装置实施例70上省去。
转换控制器73是一由一个或多个部件构成的电子电路，这些部件被组装成一公共单元。转换控制器73可以由模拟电路，和/或数字电路组成。而且，转换控制器73还是可编程的一专用的状态机，或可编程的和专用的硬件的混合组合。为了实现本发明的原理，转换控制器73还可包括任何的控制时钟，接口，信号调节器，滤波器，模拟-数字(A/D)转换器，数字-模拟(D/A)转换器，通信端口，或对于具有该技术的普通技能的那些人来说总出现的其它类型的操作机构。
在该所示的实施例中，转换控制器73包括一模拟-数字(A/D)转换器(未画出)，一集成处理单元(未画出)，和一固态存储装置(未画出)。该存储装置包含转换矩阵22的程序设计(图1B)。在所示实施例中，在程序90的一任选步骤S94上，系数调节信号CAs可被一外源(未画出)选择地提供给控制器73，由此就可按需要调节矩阵22的系数。
在步骤S94上控制器73根据色信号Cs4，色信号Cs5，色信号Cs6执行转换矩阵22来将三色刺激值31a(图1B)转变成三色刺激值30a，此后，进行到程序90的步骤S96，以便照惯例作为三色刺激值30a的函数来计算光输出11的xy坐标和流明30b(图1B)。从转换和计算，控制器73以数字形式将三色刺激值信号TSVs作为光输出11的三色刺激值30a的表示提供给光输出控制器80，将xy坐标和流明信号xyLs以数字方式作为光输出11的xy坐标和流明30b提供给光输出控制器80。
光输出控制器80是由一个或多个部件构成的电子电路，这些部件被组装成一公共单元。光输出控制器80可以由模拟电路，和/或数字电路组成。而且，光输出控制器80还是可编程的一专用的状态机，或可编程的和专用的硬件的混合组合。为了实现本发明的原理，光输出控制器80还可包括任何的控制时钟，接口，信号调节器，滤波器，模拟-数字(A/D)转换器，数字-模拟(D/A)转换器，通信端口，或对于具有该技术的普通技能的那些人来说总出现的其它类型的操作机构。根据三色刺激值信号TSVs和xy坐标与流明信号xyLs，在程序90的步骤S98上，控制器80选择性地给照明设备10提供光输出调节信号LOAs，由此，就可按需要调节光输出11的光学特性。
在系统60的另一实施例中，控制器73和控制器80都是集成的。
尽管在此公开的本发明的所有实施例现在都被认为是优选的，但却还可进行各种变化和改进，而并不偏离本发明的精神和范围。本发明的范围被表明在附录的权利要求中，而且在此，还打算包含所有在意图和范围上等效的变化。

Claims (18)

1.一种用于控制由包括至少一个发光二极管的照明设备(10)发出的光输出(11)的方法，所述方法包括：
-检测该光输出(11)的第一组三色刺激值(31a)；
-将所述第一组三色刺激值转换成第二组三色刺激值(30a)，所述第二组三色刺激值(30a)是表示标准量热系统(30)的特征；及
-将该光输出(11)作为该第二组三色刺激值(30a)的函数来控制。
2.权利要求1的方法，还包括：
-测量从多个照明设备(10)发出的多个光输出(11)的第三组三色刺激值，每个照明设备(10)都包括多个发光二极管；
-检测所述多个光输出(11)的第四组三色刺激值；
-将转换矩阵作为所述第二组三色刺激值和所述第三组三色刺激值的函数来确定；及
-当所述转换矩阵(32)是线性的时，将该转换矩阵(32)应用到所述第一组三色刺激值(31a)上，以便由此将所述第一组三色刺激值(31a)转换成所述第二组三色刺激值(30a)
3.权利要求2的方法，还包括：
-将多个传感器相对于所述多个照明设备(10)定位，以便由此检测光输出(11)的所述第四组三色刺激值；及
-将所述多个传感器中的至少两个传感器(71a-71c)相对于该照明设备(10)定位，以便由此检测该光输出(11)的所述第一组三色刺激值(31a)
4.权利要求1的方法，还包括：
-测量从多个照明设备(10)发出的多个光输出(11)的第三组三色刺激值和第一组xy坐标与流明，每个照明设备(10)包括多个发光二极管；
-检测所述多个光输出(11)的第四组三色刺激值和第二组xy坐标与流明；
-将转换矩阵(32)作为所述第二组三色刺激值(30a)和所述第三组三色刺激值的函数来确定；及
-将该转换矩阵(32)应用到所述第一组三色刺激值(31a)，以便当所述转换矩阵(32)是线性的而且所述第一组xy坐标与流明和所述第二组xy坐标与流明之间的差分误差在最大误差极限之内时，将所述第一组三色刺激值(31a)转换成所述第二组三色刺激值(30a)；
5.权利要求4的该方法，还包括：
-将多个传感器相对于所述多个照明设备(10)定位，以便由此检测所述多个光输出(11)的所述第四组三色刺激值和所述第一组xy坐标与流明；及
-将所述多个传感器中的至少两个传感器(71a-71c)相对于该照明设备(10)定位，以便检测该光输出(11)的所述第一组三色刺激值(31a)。
6.权利要求1的方法，还包括：
-将该光输出(11)的第-组xy坐标与流明(30b)作为所述第二组三色刺激值(30a)的函数来确定；及
-将该光输出(11)作为该第二组三色刺激值(30a)和该第一组xy坐标与流明(30b)的函数来控制。
7.权利要求6的方法，还包括：
-测量从多个照明设备(10)发出的多个光输出(11)的第三组三色刺激值，每个照明设备(10)都包括多个发光二极管；
-检测所述多个光输出(11)的第四组三色刺激值；
-将转换矩阵(32)作为所述第二组三色刺激值(30a)和所述第三组三色刺激值的函数来确定；及
-当所述转换矩阵是线性的时，将该转换矩阵(32)应用到所述第一组三色刺激值(31a)，以便将所述第一组三色刺激值(31a)转换成所述第二组三色刺激值(30a)。
8.权利要求7的方法，还包括：
-将多个传感器相对于所述多个照明设备(10)定位，以便检测所述第四组三色刺激值；及
-将所述多个传感器中的至少两个传感器(71a-71c)相对于该照明设备(10)定位，以便检测该光输出(11)的所述第一组三色刺激值(31a)。
9.权利要求6的方法，还包括：
-测量从多个照明设备(10)发出的多个光输出(11)的第三组三色刺激值和第二组xy坐标与流明，每个照明设备(10)包括多个发光二极管；
-检测所述多个光输出(11)的第四组三色刺激值和第三组xy坐标与流明；
-将转换矩阵(32)作为所述第二组三色刺激值(30a)和所述第三组三色刺激值的函数来确定；及
-将该转换矩阵(32)应用到所述第一组三色刺激值(31a)，以便当所述转换矩阵(32)是线性的而且所述第二组xy坐标与流明和所述第三组xy坐标与流明之间的差分误差在最大误差极限之内时，将所述第一组三色刺激值(31a)转换成所述第二组三色刺激值(30a)；
10.权利要求9的方法，还包括：
-将多个传感器相对于所述多个照明设备(10)定位，以便检测所述多个光输出(11)的所述第四组三色刺激值和所述第三组xy坐标与流明；及
-将所述多个传感器中的至少两个传感器(71a-71c)相对于该照明设备(10)定位，以便检测该光输出(11)的所述第一组三色刺激值(31a)。
11.在光输出控制器系统(60)内选择地使用多个传感器中的至少两个传感器(71a-71c)的方法，所述方法包括：
-测量至少一光输出(11)的第一组三色刺激值和第一组xy坐标与流明；
-使多个传感器运作以便检测所述至少一个光输出(11)的第二组三色刺激值和第二组xy坐标与流明；及
-将转换矩阵(32)作为该第一组三色刺激值和该第二组三色刺激值的函数来计算。
12.权利要求11的方法，还包括：
-当所述转换矩阵(32)是非线性的时，拒绝该多个传感器；及
-当该转换矩阵(32)是线性的时，就使用该系统(60)的多个传感器中至少两个传感器(71a-71c)。
13.权利要求11的方法，还包括：
-当所述转换矩阵(32)是线性的时，计算所述的第一组xy坐标和所述的第二组xy坐标与流明，以便获得差分误差；
-当所述差分误差超出最大误差范围时，则拒绝使用该多个传感器；及
-当所述差分误差在最大误差范围以内时，则使用该系统(60)的多个传感器中的至少两个传感器(71a-71c)。
14.一种用来控制从包括多个发光二极管的照明设备(10)发出的光输出(11)的方法，所述方法包括：
-检测该光输出(11)的第一组三色刺激值(31a)；
-将所述第一组三色刺激值(31a)转换成第二组三色刺激值(30a)；
-将一组xy坐标与流明(30b)作为第二组三色刺激值(30a)的函数来确定；
-将光输出的色和照明水平作为该第二组三色刺激值(30a)和所述组的xy坐标与流明(30b)的函数来控制。
15.一种用来控制从包括多个发光二极管的照明设备(10)发出的光输出(11)的系统(60)，所述系统(60)包括：
-多个传感器(71a-71c)，能运作来提供表示该光输出(11)的第一组三色刺激值(31a)的第一组信号(Cs1-Cs3)；及
-第一控制器(73)，可运作用来使转换矩阵(32)应用到如所述第一组信号(Cs1-Cs3)所表示的所述第一组三色刺激值(31a)上来确定该光输出(11)的第二组三色刺激值(30a)和一组xy坐标与流明(30b)。
16.权利要求15的系统(60)，其中，所述的第一控制器(73)还可运作来给该照明设备(10)提供信号(LOAs)，所述信号(LOAs)表示考虑到光输出(11)的所述第二组三色刺激值(30a)和所述组的xy坐标与流明(30b)的所述光输出(11)的调节。
17.权利要求15的系统(60)，还包括：
-第二控制器(80)，可运作来给该照明设备(10)提供信号(LOAs)，所述信号(LOAs)表示考虑到该光输出(11)的所述第二组三色刺激值(30a)和所述组的xy坐标与流明(30b)的所述光输出(11)的调节；及
-其中，所述第一控制器(73)还可运作来给第二控制器(80)提供表示所述第二组三色刺激值(30a)和所述组的xy坐标与流明(30b)的第二组信号(TSVs和xyLs)。
18.一种在计算机可读介质中的计算机程序产品，所述计算机程序产品用来控制从照明设备(10)发出的光输出(11)，所述计算机程序产品包括：
-第一计算机可读码，用于将转换矩阵(32)应用到该光输出(11)的第一组三色刺激值(31a)，以便确定该光输出(11)的第二组三色刺激值(30a)和一组xy坐标与流明(30b)；及
-第二计算机可读码，以便将该光的输出(11)作为该光输出(11)的所述第二组三色刺激值(30a)和所述组的xy坐标与流明(30b)的函数来控制。
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