WO2014207280A1 - Method and system for the spectral reconstruction of standardized light sources - Google Patents
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- WO2014207280A1 WO2014207280A1 PCT/ES2014/070502 ES2014070502W WO2014207280A1 WO 2014207280 A1 WO2014207280 A1 WO 2014207280A1 ES 2014070502 W ES2014070502 W ES 2014070502W WO 2014207280 A1 WO2014207280 A1 WO 2014207280A1
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- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/20—Controlling the colour of the light
Abstract
The invention relates to a method and a system for the spectral reconstruction of standardised light sources. It involves providing a plurality of electro-optical light sources, selecting a colour temperature and/or a value for the colour rendering of a plurality of points of the target light spectrum, calculating a light flow, a colour temperature and a colour rendering resulting from said electro-optical light sources, and providing, by means of a combination of said sources, an optimised level of lighting, said electro-optical light sources (10) being quasi-monochromatic and being controlled individually for an adjustment of the quasi-monochromatic spectrum generated (21) by each one thereof, taking into account said colour temperature and said colour rendering value of the target light spectrum (20).
Description
Método y sistema para reconstrucción espectral de fuentes estandarizadas de Method and system for spectral reconstruction of standardized sources of
luz light
Campo de la invención Field of the Invention
La presente invención hace referencia en un primer aspecto a un método de reconstrucción espectral sintonizable y de alta calidad colorimétrica de fuentes luminosas de espectro continuo a partir de una pluralidad de fuentes de luz electroópticas cuasi-monocromáticas. The present invention refers in a first aspect to a tunable and high colorimetric spectral reconstruction method of continuous spectrum light sources from a plurality of quasi-monochromatic electro-optical light sources.
La invención aporta también un sistema para la optimización de las intensidades específicas (individuales) en una luminaria (matriz) compuesta por un conjunto de fuentes de luz cuasi-monocromáticas en particular constituidas por ejemplo por LEDs monocromáticos, si bien susceptible de ser implementado con cualquier tipo de fuente electroóptica de luz, para ajusfar espectral y colorimétricamente fuentes de luz de espectro continuo estandarizadas (luz día promedio, otras fases de luz solar, iluminantes E, A, F2, F11 , etc). The invention also provides a system for the optimization of specific (individual) intensities in a luminaire (matrix) composed of a set of quasi-monochromatic light sources in particular constituted for example by monochromatic LEDs, although capable of being implemented with any type of electro-optical light source, to spectrally and colorimetrically adjust standardized continuous spectrum light sources (average daylight, other phases of sunlight, illuminators E, A, F2, F11, etc).
Estado de la técnica State of the art
Una vía de innovación hacia la modulación de la calidad espectral y colorimétrica de fuentes de luz artificiales se ha obtenido por la combinación de tecnologías, como la de luminiscencia convencional con la de LEDs (WO 2010/0110682), o el dopado o variación en la composición química de los materiales electroluminiscentes con nuevos compuestos, aún en proporciones muy pequeñas, para conseguir variaciones espectrales de emisión luminosa (WO 03/019072; WO 2009/117286; WO 2011/062915). Otras innovaciones recientes, además, se han centrado en la medida en tiempo real de la luz incidente en la escena o actividad humana, incluso en combinación con la luz ambiental existente del entorno, para modular en tiempo real la emisión de luz de luminarias basadas en LEDs o tecnologías afines (WO 2006/0018118; WO 2012/092956). A way of innovation towards the modulation of the spectral and colorimetric quality of artificial light sources has been obtained by the combination of technologies, such as conventional luminescence with that of LEDs (WO 2010/0110682), or the doping or variation in the Chemical composition of electroluminescent materials with new compounds, even in very small proportions, to achieve spectral variations of light emission (WO 03/019072; WO 2009/117286; WO 2011/062915). Other recent innovations, in addition, have focused on the real-time measurement of incident light on the scene or human activity, even in combination with the existing ambient light, to modulate in real time the light emission of luminaries based on LEDs or related technologies (WO 2006/0018118; WO 2012/092956).
El ritmo de innovación en luminarias electroópticas, especialmente las basadas en un conjunto de LEDs, o multi-LEDs, ha sido muy alto en los últimos años, si bien muchas de dichas luminarias se han centrado en diseños específicos y optimizados para el control individual seguro, electrónico y digital del conjunto, como por ejemplo las invenciones descritas en los documentos de patente EP2187112,
US20040245946, WO2006062047, US20070229042, WO2007062662, WO2009109387, US20110062873, WO2011113950. The pace of innovation in electro-optical luminaires, especially those based on a set of LEDs, or multi-LEDs, has been very high in recent years, although many of these luminaires have focused on specific designs and optimized for safe individual control. , electronic and digital of the set, such as the inventions described in patent documents EP2187112, US20040245946, WO2006062047, US20070229042, WO2007062662, WO2009109387, US20110062873, WO2011113950.
Otras invenciones se han basado en el diseño geométrico, o la disposición plana o tridimensional de los emisores electroópticos, como las descritas en las patentes FR2640791 y WO9910867, para esparcir de forma más inteligente la luz emitida por todo el conjunto o sistema de fuentes de luz individuales. Other inventions have been based on the geometric design, or the flat or three-dimensional arrangement of the electro-optical emitters, such as those described in patents FR2640791 and WO9910867, to more intelligently spread the light emitted by the whole set or system of light sources individual.
Por lo anteriormente indicado con el avance de las tecnologías electroópticas de emisión de luz, sean cuasi-monocromáticos o no, los dispositivos o sistemas multi- LED, o basados en un conjunto óptimo de LEDs aplicados al ajuste espectral sintonizable de luz natural o estandarizada por la CIE son una apuesta clara y rentable de investigación e innovación. For the aforementioned with the advance of electro-optical light emission technologies, whether quasi-monochromatic or not, multi-LED devices or systems, or based on an optimal set of LEDs applied to the tunable adjustment of natural light or standardized by The CIE is a clear and profitable research and innovation commitment.
Una vanante científica y tecnológica atractiva es la selección y diseño de una luminaria de LEDs basada exclusivamente en LEDs coloreados o casi- monocromáticos, y no solamente tres o de tipo RGB (US 2004/0245946; WO 2006/0018118), como se requiere mínimamente para la mezcla aditiva de luces para la percepción cromática humana, sino un conjunto mucho más amplio, que cubra al menos de forma homogénea el espectro visible, de 400 a 700 nm. An attractive scientific and technological vacancy is the selection and design of an LED luminaire based exclusively on colored or almost monochromatic LEDs, and not only three or RGB type (US 2004/0245946; WO 2006/0018118), as minimally required for the additive mixture of lights for human chromatic perception, but a much broader set, which covers at least homogeneously the visible spectrum, from 400 to 700 nm.
En las patentes WO2006062047 y US20110062873 se describen propuestas para simular o reproducir espectros luminosos de referencia con una alta calidad, con la ayuda de un conjunto de fuentes de luz o diodos electroluminiscentes LED operando en grupos. Otras propuestas similares se hallan descritas en los documentos US7710369, US8436556, y US7972028, que utilizan diferentes procedimientos para generar un espectro equivalente a un iluminante dado, en particular luz solar, y para optimizar una combinación de fuentes de luz LED operando en grupos. Patents WO2006062047 and US20110062873 describe proposals to simulate or reproduce reference light spectra with high quality, with the help of a set of LED light sources or LEDs operating in groups. Other similar proposals are described in documents US7710369, US8436556, and US7972028, which use different procedures to generate a spectrum equivalent to a given illuminant, in particular sunlight, and to optimize a combination of LED light sources operating in groups.
Por consiguiente existe en la actualidad un reto científico y tecnológico claro para producir luz de forma artificial con nuevas o actuales tecnologías con un balance energético y de calidad luminotécnica óptimos para replicar al máximo nivel de exigencia espectral y colorimétrica la luz natural a la que se ha adaptado especialmente el sistema visual humano. Therefore, there is currently a clear scientific and technological challenge to produce light artificially with new or current technologies with an optimal energy and lighting quality balance to replicate the natural light at which the spectral and colorimetric requirement is maximized specially adapted the human visual system.
La presente invención aporta un método y un sistema para la reconstrucción o replicación espectral de fuentes estandarizadas de luz, todas de espectro continuo, a partir de un conjunto numeroso, pero variable, de fuentes de luz electroópticas, casi monocromáticas. En particular la invención permite aplicando como fuentes de luz
LEDs coloreados, con picos de emisión espectral cubrir homogéneamente desde 400 a 700 nm o incluso rangos superiores y/o inferiores, abarcando la luz ultravioleta y el infrarrojo cercano. Breve exposición de la invención The present invention provides a method and system for the reconstruction or spectral replication of standardized light sources, all of continuous spectrum, from a numerous, but variable, set of electro-optical, almost monochromatic light sources. In particular the invention allows applying as light sources Colored LEDs, with spectral emission peaks cover homogeneously from 400 to 700 nm or even higher and / or lower ranges, covering ultraviolet light and near infrared. Brief exposition of the invention
A tal efecto la invención aporta un método para reconstrucción espectral de fuentes estandarizadas de luz para iluminación de alta calidad espectral y colorimétrica útil en múltiples aplicaciones, siendo dichas fuentes estandarizadas de espectro continuo, comprendiendo según técnicas ya conocidas, en parte recogidas en los antecedentes anteriormente referidos la siguientes etapas For this purpose, the invention provides a method for spectral reconstruction of standardized light sources for high spectral and colorimetric illumination useful in multiple applications, said standardized sources being of continuous spectrum, comprising according to known techniques, partly collected in the background above. referred the following stages
- proporcionar una pluralidad de fuentes electroópticas de luz, en particular de tecnología LED; - provide a plurality of electro-optical light sources, in particular LED technology;
- seleccionar una temperatura de color y/o un valor de rendimiento de color de una pluralidad de puntos del espectro de luz objetivo; y - select a color temperature and / or a color performance value of a plurality of points of the target light spectrum; Y
- calcular un flujo luminoso resultante, una temperatura de color y un rendimiento de color a partir de dichas fuentes de luz electroóptica para reproducir el espectro a reconstruir; - calculate a resulting luminous flux, a color temperature and a color yield from said electro-optical light sources to reproduce the spectrum to be reconstructed;
- proporcionar por una combinación de dichas fuentes electroópticas un nivel de iluminación optimizado teniendo en cuenta dicha temperatura de color y rendimiento de color seleccionados; - provide by a combination of said electro-optical sources an optimized lighting level taking into account said selected color temperature and color performance;
Según la propuesta de esta invención, las citadas fuentes electroópticas de luz son cuasi-monocromáticas y cubren en conjunto la banda del espectro de luz objetivo a reproducir que está dentro de un rango de longitudes de onda que incluye total o parcialmente al menos uno de los siguientes espectros de luz: visible, ultravioleta e infrarrojo cercano. Además las citadas fuentes electroópticas de luz cuasi monocromáticas están controladas individualmente para un ajuste del espectro casi monocromático generado por cada una de ellas, teniendo en cuenta dicha temperatura de color y dicho valor de rendimiento de color del espectro de luz objetivo. De acuerdo con esta invención el referido control individual de dichas fuentes electroópticas de luz cuasi-monocromáticas comprende adicionalmente un control de cada fuente electroóptica a nivel fotométrico, es decir en relación con la potencia lumínica irradiada. According to the proposal of this invention, the aforementioned electro-optical light sources are quasi-monochromatic and together cover the band of the target light spectrum to be reproduced which is within a range of wavelengths that includes totally or partially at least one of the following light spectra: visible, ultraviolet and near infrared. In addition, said quasi-monochromatic electro-optical light sources are individually controlled for an almost monochromatic spectrum adjustment generated by each of them, taking into account said color temperature and said color performance value of the target light spectrum. According to this invention, said individual control of said quasi-monochromatic electro-optical light sources additionally comprises a control of each electro-optic source at the photometric level, that is to say in relation to the radiated light power.
El referido control individual de dichas fuentes electroópticas de luz cuasi-
monocromáticas se realiza electrónica y digitalmente y se calcula de forma integral y simultáneamente con el resto de fuentes electroópticas utilizadas para reproducir el espectro de luz objetivo constituyendo un vector característico único. The said individual control of said quasi-light electro-optical sources Monochromatic is done electronically and digitally and is calculated integrally and simultaneously with the rest of the electro-optical sources used to reproduce the target light spectrum constituting a unique characteristic vector.
El espectro de luz objetivo a reproducir es cubierto según la invención con solapamiento por las diferentes fuentes electroópticas cuasi-monocromáticas individuales utilizadas. The target light spectrum to be reproduced is covered according to the invention with overlapping by the different individual quasi-monochromatic electro-optical sources used.
La invención aporta asimismo un sistema para reconstrucción espectral de fuentes estandarizadas de luz, de espectro continuo que comprende una pluralidad de fuentes electroópticas de luz, en particular de tecnología LED y que de acuerdo con la invención son cuasi monocromáticas y cubren en conjunto el espectro de luz objetivo y un dispositivo de control el cual controla individualmente cada una de dichas fuentes electroópticas de luz, cuasi-monocromáticas, mediante el cual se pone en práctica el método anteriormente explicado. The invention also provides a system for spectral reconstruction of standardized light sources, of continuous spectrum comprising a plurality of electro-optical sources of light, in particular LED technology and which according to the invention are quasi-monochromatic and together cover the spectrum of objective light and a control device which individually controls each of said electro-optical light sources, quasi-monochromatic, by means of which the method explained above is put into practice.
De acuerdo con un ejemplo de realización de la invención dichas fuentes electroópticas de luz comprenden un conjunto de 31 LEDs cuasi-monocromáticos cubriendo todo el rango visible, desde 400 a 700 nm, ampliable o reducible en número. According to an embodiment of the invention said electro-optical light sources comprise a set of 31 quasi-monochromatic LEDs covering the entire visible range, from 400 to 700 nm, expandable or reducible in number.
De acuerdo con una realización de la invención dicha pluralidad de fuentes electroópticas de luz cuasi-monocromáticas están dispuestas en una matriz simétrica y sobre una superficie plana o tridimensional que puede adoptar diversas geometrías. According to an embodiment of the invention said plurality of electro-optical sources of quasi-monochromatic light are arranged in a symmetrical matrix and on a flat or three-dimensional surface that can adopt various geometries.
El dispositivo de control implementa un algoritmo que permite calcular, dadas la cantidad y características individuales de los emisores electroópticos casi monocromáticos disponibles en la matriz, los ajustes de potencia y longitud de onda dominante necesarios de cada uno de ellos, y su distribución por la matriz, con tal de conseguir el espectro de luz objetivo, y que este sea homogéneo. The control device implements an algorithm that allows calculating, given the quantity and individual characteristics of the almost monochromatic electro-optical emitters available in the matrix, the necessary dominant power and wavelength adjustments of each of them, and their distribution by the matrix , in order to achieve the target light spectrum, and that this is homogeneous.
Descripción de las figuras Description of the figures
Las anteriores y otras características y ventajas resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: The foregoing and other features and advantages will become more apparent from the following detailed description of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings, in which:
la Fig. 1 muestra la distribución espectral de un conjunto de LEDs cuasi- monocromáticos, considerando su radiancia espectral normalizada;
la Fig. 2 muestra seis gráficos comparativos de seis espectros de luz objetivo o iluminantes estándar (línea de trazos) y los correspondientes seis espectros de luz generados (línea sólida) por la fuente de luz constituida por una matriz de 31 LEDs, reproduciendo sus cualidades; Fig. 1 shows the spectral distribution of a set of quasi-monochromatic LEDs, considering their normalized spectral radiance; Fig. 2 shows six comparative graphs of six spectra of standard light or standard illuminants (dashed line) and the corresponding six spectra of light generated (solid line) by the light source consisting of a matrix of 31 LEDs, reproducing their qualities ;
la Fig. 3 muestra tres gráficos del espectro de luz generado (línea sólida) mediante la luminaria objeto de la presente invención, en comparación con un espectro de luz objetivo (línea de trazos) del tipo Iluminante D65, mostrando tres diferentes niveles de luminancia; Fig. 3 shows three graphs of the generated light spectrum (solid line) by means of the luminaire object of the present invention, in comparison with a target light spectrum (dashed line) of the Illuminating type D65, showing three different levels of luminance;
la Fig. 4 muestra la distribución espectral de los LEDs utilizados considerando su radiancia espectral absoluta; Fig. 4 shows the spectral distribution of the LEDs used considering their absolute spectral radiance;
la Fig. 5 muestra seis gráficos comparativos de seis espectros de luz objetivo o iluminantes estándar (línea de trazos) y los correspondientes seis espectros de luz generados (línea sólida) por la fuente de luz constituida por una matriz de 29 LEDs, reproduciendo sus cualidades; Fig. 5 shows six comparative graphs of six spectra of standard light or standard illuminants (dashed line) and the corresponding six spectra of light generated (solid line) by the light source consisting of a matrix of 29 LEDs, reproducing their qualities ;
la Fig. 6 muestra seis gráficos comparativos de seis espectros de luz objetivo o iluminantes estándar (línea de trazos) y los correspondientes seis espectros de luz generados (línea sólida) por la fuente de luz constituida por una matriz de 23 LEDs, reproduciendo sus cualidades; y Fig. 6 shows six comparative graphs of six spectra of standard light or standard illuminants (dashed line) and the corresponding six spectra of light generated (solid line) by the light source consisting of a matrix of 23 LEDs, reproducing their qualities ; Y
la Fig. 7 muestra un ejemplo de realización con una matriz de 62 LEDs, lo que proporcionarían hasta 31 longitudes de onda dominantes, conectada a una placa de control y conmutación del tipo utilizado como dispositivo de control de la luminaria. Fig. 7 shows an exemplary embodiment with a matrix of 62 LEDs, which would provide up to 31 dominant wavelengths, connected to a control and switching plate of the type used as a luminaire control device.
Descripción detallada de un ejemplo de realización Detailed description of an embodiment example
La presente invención dispone de una pluralidad de fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromáticas dispuestas en una matriz 11 , que según un ejemplo de realización, constará de treinta y un emisores de luz LED dispuestos en una matriz 11 regular, como la mostrada en la Fig. 7. Dichas fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromática están conectadas a un dispositivo de control 30 (Fig. 7) de forma que dicho dispositivo de control 30 pueda regular individualmente el espectro casi monocromático generado 21 por cada uno de dichas fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromáticas. The present invention has a plurality of almost monochromatic electro-optical light sources 10 arranged in a matrix 11, which according to an exemplary embodiment, will consist of thirty-one LED light emitters arranged in a regular matrix 11, as shown in Fig. 7. Said electro-optical sources 10 of almost monochromatic light are connected to a control device 30 (Fig. 7) so that said control device 30 can individually regulate the almost monochromatic spectrum generated 21 by each of said electro-optical sources 10 of Almost monochrome light.
Dicho control individual de cada fuente electroóptica 10 de luz cuasi monocromática se realiza mediante un algoritmo matemático, en sí conocido, que tiene como
objetivo minimizar las diferencias entre dichos valores de temperatura de color y rendimiento de color generados por cada una de las fuentes electroópticas 10 de luz cuasi monocromática o por un conjunto de dichas fuentes que cubre una determinada franja o región del espectro de luz objetivo 20. De este modo es posible diferenciar entre la calidad de la reproducción espectral de dos fuentes de luz, comprendiendo cada una varias fuentes LED distintas. Said individual control of each electro-optical source 10 of quasi-monochromatic light is carried out by means of a mathematical algorithm, in itself known, which has as its objective to minimize the differences between said values of color temperature and color yield generated by each of the electro-optical sources 10 of quasi-monochromatic light or by a set of said sources covering a certain strip or region of the target light spectrum 20. From This mode makes it possible to differentiate between the quality of the spectral reproduction of two light sources, each comprising several different LED sources.
Así, utilizando dicho algoritmo se construye matemáticamente la función objetivo o de mérito a minimizar calculando la intensidad individual de cada una de dichas fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromático, en consonancia con el resto de fuentes electroópticas 10 de la matriz 11 para replicar, por emisión conjunta, un espectro de luz objetivo 20 estandarizado, siempre de espectro continuo más o menos amplio, y de perfil concreto, pudiendo estar preferiblemente dentro de la banda visible de 400 a 700 nm, pero pudiendo asimismo estar en la banda de la luz ultravioleta y/o infrarrojo cercano, según otro ejemplo de realización. Thus, using said algorithm, the objective or merit function to be minimized is mathematically constructed by calculating the individual intensity of each of said electro-optical sources 10 of almost monochromatic light, in line with the rest of the electro-optical sources 10 of the matrix 11 to replicate, by joint emission, a standardized objective light spectrum 20, always of a more or less broad continuous spectrum, and of concrete profile, preferably being able to be within the visible band of 400 to 700 nm, but also being able to be in the ultraviolet light band and / or near infrared, according to another embodiment.
Este algoritmo de cálculo integral de las intensidades individuales de cada fuente electroóptica 10 de luz se diferencia de propuestas previas divulgadas (Fryc, et al., 2005; Mackiewicz, et al. , 2012), y permite evaluar la bondad del conjunto de fuentes electroópticas 10 individuales para reconstruir uno u otro espectro de luz objetivo 20, y por consiguiente el nivel de calidad espectral (Imai, Rosen, Berns, 2002) y colorimétrica (CIE 2007) del espectro de luz generado 22 por el conjunto de fuentes electroópticas 10 integradas dentro de la matriz 11 formando la luminaria 12. This algorithm for the integral calculation of the individual intensities of each electro-optical light source 10 differs from previous proposals disclosed (Fryc, et al., 2005; Mackiewicz, et al., 2012), and allows to assess the goodness of the set of electro-optical sources 10 individual to reconstruct one or the other spectrum of objective light 20, and therefore the level of spectral quality (Imai, Rosen, Berns, 2002) and colorimetric (CIE 2007) of the spectrum of light generated 22 by the set of integrated electro-optical sources 10 inside the matrix 11 forming the luminaire 12.
El método de reconstrucción espectral propuesto puede esquematizarse en las siguientes etapas: The proposed spectral reconstruction method can be schematized in the following stages:
dividir el espectro de luz objetivo 20 a reconstruir en fracciones cuasi monocromáticas de longitud de onda, y asignar una potencia objetivo a cada una de esas fracciones; divide the target light spectrum 20 to be reconstructed into quasi-monochromatic wavelength fractions, and assign an objective power to each of those fractions;
asignar al menos una de dichas fuentes electroópticas 10 de luz de luz cuasi- monocromática individuales a cada una de dichas fracciones, regulándola (por un control electrónico y digital) individualmente (tanto a nivel fotométrico como colorimétrico) para que emita en la longitud de onda dominante asignada a dicha fracción; assign at least one of said individual quasi-monochromatic light sources 10 to each of said fractions, regulating it (by electronic and digital control) individually (both photometric and colorimetric) to emit at the wavelength dominant assigned to said fraction;
ajusfar mediante dicho control individual de dicha pluralidad de fuentes electroópticas 10 de luz cuasi monocromáticas el espectro de luz generado 22 para
que la potencia total de emisión sea igual o inferior a la suma de la potencia máxima de emisión de las fuentes electroópticas 10 de luz cuasi monocromáticas emisoras individuales, de modo que tras dicho ajuste el espectro de luz generado 22 mantenga una temperatura de color y un rendimiento de color lo más próxima posible al espectro de luz objetivo 20, y adjusting by said individual control of said plurality of electro-optical sources 10 of quasi-monochromatic light the spectrum of light generated 22 to that the total emission power is equal to or less than the sum of the maximum emission power of the quasi-monochromatic individual emitting light sources 10, so that after said adjustment the generated light spectrum 22 maintains a color temperature and a color performance as close as possible to the target light spectrum 20, and
controlar la potencia de cada fuente electroóptica 10 de luz cuasi monocromática a nivel individual de modo que la suma de la potencia de emisión de todas las fuentes electroópticas 10 individuales que emiten con la misma longitud dominante, sea igual a la potencia objetivo asignada a dicha fracción. control the power of each electro-optical source 10 of quasi-monochromatic light at the individual level so that the sum of the emission power of all the individual electro-optical sources 10 emitting with the same dominant length is equal to the target power assigned to said fraction .
A continuación se procede a realizar una descripción del procedimiento matemático implementado para conocer los ajustes individuales necesarios de cada una de las fuentes electroópticas 10 para obtener un espectro de luz generado 22 que reproduzca el espectro de luz objetivo 20. Next, a description is made of the mathematical procedure implemented to know the necessary individual settings of each of the electro-optical sources 10 to obtain a spectrum of generated light 22 that reproduces the target light spectrum 20.
El principio de mezcla aditiva de luces, y por tanto de color percibido, es aplicable a nivel colorimétrico, con solamente los valores triestímulo XYZ de las fuentes o colores individuales de la mezcla, y a nivel espectral, con las contribuciones individuales de las radiancias espectrales Le(ü ), en W/sr m2, los niveles de intensidad individuales (controlados de forma electrónica y digital) de cada elemento deben ser usados de forma integral, tanto a nivel colorimétrico como espectral, puesto que actúan como niveles moduladores individuales e independientes dentro de toda la luminaria 12. The principle of additive mixing of lights, and therefore of perceived color, is applicable at the colorimetric level, with only the XYZ tristimulus values of the individual sources or colors of the mixture, and at the spectral level, with the individual contributions of the spectral radiations L e (ü), in W / sr m 2 , the individual intensity levels (electronically and digitally controlled) of each element must be used integrally, both colorimetrically and spectrally, since they act as individual modulating levels and independent within the entire luminaire 12.
Por tanto, aunque a nivel computacional es más fácil trabajar a nivel algorítmico con valores triestímulo XYZ de las luces individuales (Ries, et al. , 2004; Lin, 2010), esto no garantiza siempre la máxima calidad colorimétrica (Tc y Ra), ni mucho menos la máxima calidad espectral o reconstrucción perfecta. Aunque se seleccione un conjunto amplio de n fuentes electroópticas 10 individuales, cubriendo rangos de longitudes de onda de 10 ó 20 nm desde 400 a 700 nm, la mezcla de luces a nivel radiométrico implica establecer un conjunto de M ecuaciones lineales simultáneas con n (contribución individual o peso) incógnitas, siendo n « M. A partir de aquí, la solución matemática del vector característico p (pi , P2, ... , pn) se puede plantear con métodos convencionales, pero debe cumplir simultáneamente varios requisitos, condiciones o ligaduras, para que la solución pueda ser factible o realizable a nivel físico.
El principal requisito o de viabilidad radiométrica es que las intensidades individuales deben estar entre 0 y 1 simultáneamente (o sea, siempre positivos) para todo el conjunto de n fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromáticas, aunque cada uno de ellos tenga de partida un nivel específico de radiancia o luminancia total. A partir de aquí, seleccionado el espectro de luz objetivo 20 a reconstruir, se debe seleccionar un nivel de iluminación (en Ix) alcanzable con la suma espectral y fotométrica del conjunto de fuentes electroópticas 10 integradas dentro de la matriz 11 . Con estos condicionantes, se construye matemáticamente la función objetivo o de mérito a minimizar incluyendo simultáneamente todas las M ecuaciones para obtener una única solución p(pi , p2, ... , pn) posible, y físicamente comprobable. Therefore, although at the computational level it is easier to work at the algorithmic level with triestimulus values XYZ of the individual lights (Ries, et al., 2004; Lin, 2010), this does not always guarantee the maximum colorimetric quality (T c and R a ), much less the maximum spectral quality or perfect reconstruction. Although a wide set of n individual electro-optical sources 10 is selected, covering ranges of wavelengths of 10 or 20 nm from 400 to 700 nm, the mixing of lights at the radiometric level implies establishing a set of M simultaneous linear equations with n (contribution individual or weight) unknowns, being n «M. From here, the mathematical solution of the characteristic vector p (pi, P2, ..., p n ) can be raised with conventional methods, but must simultaneously meet several requirements, conditions or ligatures, so that the solution can be feasible or achievable on a physical level. The main requirement or radiometric feasibility is that the individual intensities must be between 0 and 1 simultaneously (that is, always positive) for the whole set of n almost monochromatic light sources 10, even if each one has a starting level specific radiance or total luminance. From here, selecting the target light spectrum 20 to be reconstructed, a level of illumination (in Ix) attainable with the spectral and photometric sum of the set of electro-optical sources 10 integrated within the matrix 11 must be selected. With these conditions, the objective or merit function to be minimized is constructed mathematically, including simultaneously all the M equations to obtain a single possible p (pi, p 2 , ..., p n ) solution, and physically verifiable.
En función de la función de mérito a minimizar, y del conjunto de n fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromática disponibles, su potencia radiométrica, y el grado de muestreo espectral (M), la bondad o nivel de calidad espectral y colorimétrica puede variar drásticamente. Depending on the merit function to be minimized, and the set of n available almost monochromatic light sources 10, its radiometric power, and the degree of spectral sampling (M), the goodness or level of spectral and colorimetric quality can vary dramatically .
La propuesta aquí descrita se diferencia de otras aplicadas tales como Fryc et al. (2005) y Mackiewicz, et al. (2012) en la función de mérito a minimizar, que se ha considerado clave, y obviamente de la luminaria 12, pero también resulta clave el rango dinámico de variación digital de contribución individual de cada una de dichas fuentes electroópticas 10, de al menos de 0 a 100, en pasos de 1 en 1 , y radiométricamente mensurables. The proposal described here differs from others applied such as Fryc et al. (2005) and Mackiewicz, et al. (2012) in the merit function to be minimized, which has been considered key, and obviously of the luminaire 12, but also the dynamic range of digital variation of individual contribution of each of said electro-optical sources 10, of at least 0 to 100, in steps of 1 in 1, and radiometrically measurable.
En la presente invención, en función del espectro de luz objetivo 20 a reconstruir, se pueden proporcionar varias soluciones físicamente posibles, y con diferentes niveles de iluminación (en Ix), y siempre con la misma calidad espectral y colorimétrica, como se muestra en la Fig. 3. In the present invention, depending on the spectrum of objective light 20 to be reconstructed, several physically possible solutions can be provided, and with different levels of illumination (in Ix), and always with the same spectral and colorimetric quality, as shown in the Fig. 3.
Por otro lado, esta misma metodología expuesta en esta invención, permite evaluar la importancia o relevancia individual de cada fuente electroóptica 10 de luz individual para cada tipo de espectro de luz objetivo 20. On the other hand, this same methodology set forth in this invention allows the individual importance or relevance of each individual light source 10 for each type of objective light spectrum 20 to be evaluated.
Según otro ejemplo de realización, se pueden integrar algunas fuentes electroópticas 10 de luz que no sean casi monocromáticas dentro de la matriz, o se pueden configurar algunas de las fuentes electroópticas 10 para que emitan luz no monocromática, pudiendo incluso utilizarse fuentes de luz blanca. Dichas fuentes de luz blanca se integrarían, conjuntamente con las fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromáticas, del mismo modo arriba descrito, y con el mismo objetivo, de
modo que cada una de dichas fuentes electroópticas 10 de luz no monocromática pudiera emitir simultáneamente en una pluralidad de longitudes de onda y, junto con la luz emitida por las fuentes electroópticas 10 de luz casi monocromáticas, obtener igualmente un espectro de luz generado 22 igual o próximo al espectro de luz objetivo 20 a reconstruir.
According to another embodiment, some electro-optical light sources 10 that are not almost monochromatic can be integrated into the matrix, or some of the electro-optical sources 10 can be configured to emit non-monochromatic light, even white light sources can be used. Said white light sources would be integrated, together with the almost monochromatic light sources 10, in the same manner described above, and with the same objective, of so that each of said electro-optical sources 10 of non-monochromatic light could simultaneously emit in a plurality of wavelengths and, together with the light emitted by electro-optical sources 10 of almost monochromatic light, also obtain a spectrum of generated light 22 equal or next to the target light spectrum 20 to rebuild.
REFERENCIAS REFERENCES
Michal Mackiewicz, Stuart Crichton, Steve Newsome, et al: "Spectrally tunable LED illuminator for visión research". Proceeding of CGIV (Color on Graphics, Imaging and Vision 2012), 372-377 (2012). Michal Mackiewicz, Stuart Crichton, Steve Newsome, et al: "Spectrally tunable LED illuminator for vision research". Proceeding of CGIV (Color on Graphics, Imaging and Vision 2012), 372-377 (2012).
I Fryc, S.W. Brown, Y. Ohno: "Spectral matching with an LED-based spectrally tunable light source". Proc. SPIE (Fifth International Conference on Solid State Lighting), 5941 , 59411 -9 (2005). I Fryc, S.W. Brown, Y. Ohno: "Spectral matching with an LED-based spectrally tunable light source". Proc. SPIE (Fifth International Conference on Solid State Lighting), 5941, 59411-9 (2005).
F.H. Imai, M.R. Rosen, R.S. Berns: "Comparative study of metrics for spectral match quality". Proc. CGIV (European Conference on Colour Graphics, Imaging and Vision), 1 , 492-496 (2002).
F.H. Imai, M.R. Rosen, R.S. Berns: "Comparative study of metrics for spectral match quality". Proc. CGIV (European Conference on Color Graphics, Imaging and Vision), 1, 492-496 (2002).
Claims
1 . - Método para reconstrucción espectral de fuentes estandarizadas de luz para iluminación de alta calidad espectral y colorimétrica en múltiples aplicaciones, siendo dichas fuentes estandarizadas de espectro continuo, comprendiendo: one . - Method for spectral reconstruction of standardized light sources for high quality spectral and colorimetric lighting in multiple applications, said standardized sources being continuous spectrum, comprising:
- proporcionar una pluralidad de fuentes electroópticas de luz; - provide a plurality of electro-optical sources of light;
- seleccionar una temperatura de color y/o un valor de rendimiento de color de una pluralidad de puntos del espectro de luz objetivo; y - select a color temperature and / or a color performance value of a plurality of points of the target light spectrum; Y
- calcular un flujo luminoso resultante y una temperatura de color y un rendimiento de color a partir de dichas fuentes de luz electroópticas para reproducir el espectro a reconstruir; - calculate a resulting luminous flux and a color temperature and a color yield from said electro-optical light sources to reproduce the spectrum to be reconstructed;
- proporcionar por una combinación de dichas fuentes electroópticas un nivel de iluminación optimizado teniendo en cuenta dicha temperatura de color y rendimiento de color seleccionados; - provide by a combination of said electro-optical sources an optimized lighting level taking into account said selected color temperature and color performance;
caracterizado porque characterized because
dichas fuentes electroópticas (10) de luz son cuasi monocromáticas y cubren en conjunto la banda del espectro de luz objetivo (20) a reproducir; y said electro-optical light sources (10) are quasi-monochromatic and together cover the band of the target light spectrum (20) to be reproduced; Y
dichas fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromáticas están controladas individualmente para un ajuste del espectro casi monocromático generado (21 ) por cada una de ellas, teniendo en cuenta dicha temperatura de color y dicho valor de rendimiento de color del espectro de luz objetivo (20). said electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light are individually controlled for an adjustment of the almost monochromatic spectrum generated (21) by each of them, taking into account said color temperature and said color performance value of the target light spectrum ( twenty).
2. - Método según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho control individual de dichas fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromáticas comprende adicionalmente un control de cada fuente electroóptica (10) a nivel fotométrico. 2. - Method according to claim 1, characterized in that said individual control of said electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light additionally comprises a control of each electro-optical source (10) at the photometric level.
3.- Método según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho espectro de luz objetivo (20) es cubierto con solapamiento por las diferentes fuentes electroópticas (10) cuasi monocromáticas individuales utilizadas. 3. Method according to claim 1, characterized in that said target light spectrum (20) is covered with overlap by the different quasi-monochromatic individual electro-optical sources (10) used.
4. - Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el espectro de luz objetivo (20) está dentro de un rango de longitudes de onda que incluye total o parcialmente al menos uno de los siguientes espectros de luz: visible, ultravioleta e infrarrojo cercano. 4. - Method according to any one of the preceding claims characterized in that the target light spectrum (20) is within a range of wavelengths that includes totally or partially at least one of the following light spectra: visible, ultraviolet and near infrared
5. - Método según la reivindicación 1 , caracterizado porque dichas fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromáticas están basadas en tecnología LED.
5. - Method according to claim 1, characterized in that said electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light are based on LED technology.
6. - Método según la reivindicación 1 , caracterizado porque el control individual de cada fuente electroóptica (10) de luz cuasi monocromática se calcula de forma integral y simultáneamente con el resto de fuentes electroópticas (10) utilizadas para reproducir el espectro de luz objetivo (20), constituyendo un vector característico único. 6. - Method according to claim 1, characterized in that the individual control of each electro-optical source (10) of quasi-monochromatic light is calculated integrally and simultaneously with the rest of the electro-optical sources (10) used to reproduce the target light spectrum ( 20), constituting a unique characteristic vector.
7. - Método según la reivindicación 1 o 6 caracterizado porque dicho control individual de dichas fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromáticas se realiza electrónica y digitalmente. 7. - Method according to claim 1 or 6, characterized in that said individual control of said electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light is carried out electronically and digitally.
8. - Método según la reivindicación 1 o 6, caracterizado porque comprende: dividir el espectro de luz objetivo (20) a reconstruir en fracciones cuasi monocromáticas de longitud de onda, y asignar una potencia objetivo a cada una de esas fracciones; 8. - Method according to claim 1 or 6, characterized in that it comprises: dividing the target light spectrum (20) to be reconstructed into quasi-monochromatic wavelength fractions, and assigning an objective power to each of these fractions;
asignar al menos una de dichas fuentes electroópticas (10) de luz cuasi- monocromática, individuales, a cada una de dichas fracciones, regulándola para que emita en la longitud de onda dominante asignada a dicha fracción; assign at least one of said electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light, individual, to each of said fractions, regulating it so that it emits in the dominant wavelength assigned to said fraction;
ajusfar mediante dicho control individual de dicha pluralidad de fuentes electroópticas (10) de luz cuasi-monocromática el espectro de luz generado (22) para que la potencia total de emisión sea igual o inferior a la suma de la potencia máxima de emisión de las fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromáticas emisoras individuales, de modo que tras dicho ajuste el espectro de luz generado (22) mantenga una temperatura de color y un rendimiento de color lo más próxima posible al espectro de luz objetivo (20), y adjust by said individual control of said plurality of electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light the spectrum of light generated (22) so that the total emission power is equal to or less than the sum of the maximum emission power of the sources electro-optic (10) quasi-monochromatic individual emitting light, so that after said adjustment the generated light spectrum (22) maintains a color temperature and color performance as close as possible to the target light spectrum (20), and
controlar la potencia de cada fuente electroóptica (10) de luz cuasi monocromática a nivel individual de modo que la suma de la potencia de emisión de todas las fuentes individuales que emiten con la misma longitud dominante, sea igual a la potencia objetivo asignada a dicha fracción. control the power of each electro-optical source (10) of quasi-monochromatic light at the individual level so that the sum of the emission power of all the individual sources emitting with the same dominant length is equal to the target power assigned to said fraction .
9. - Método según la reivindicación 8 caracterizado por que se proporcionan adicionalmente algunas fuentes de luz emisoras individuales que emiten luz blanca, asignándoseles simultáneamente varias fracciones cuasi monocromáticas del espectro de diferentes longitudes de onda. 9. - Method according to claim 8 characterized in that some individual emitting light sources that emit white light are additionally provided, simultaneously assigning several quasi-monochromatic fractions of the spectrum of different wavelengths.
10. - Método según la reivindicación 1 o 6 caracterizado por que se realiza un control diferenciado en intervalos determinados de longitudes de onda del espectro de luz objetivo (20).
10. - Method according to claim 1 or 6, characterized in that a differentiated control is carried out at certain intervals of wavelengths of the target light spectrum (20).
11 . - Método según la reivindicación 10, caracterizado uno de dichos intervalos de longitudes de onda individualizado comprende una franja de longitudes de onda comprendidas entre los 400 y los 550 nm. eleven . - Method according to claim 10, characterized in that one of said individual wavelength ranges comprises a range of wavelengths between 400 and 550 nm.
12. - Método según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho control individual de cada fuente electroóptica (10) de luz cuasi monocromática se realiza mediante un algoritmo que minimiza las diferencias entre dichos valores de temperatura de color y rendimiento de color generados por cada una de las fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromática o por un conjunto de dichas fuentes que cubre una determinada franja o región del espectro de luz objetivo (20). 12. - Method according to claim 6, characterized in that said individual control of each electro-optical source (10) of quasi-monochromatic light is carried out by means of an algorithm that minimizes the differences between said values of color temperature and color yield generated by each of the electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light or by a set of said sources covering a certain strip or region of the target light spectrum (20).
13.- Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el conjunto de dichas fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromática se disponen en una matriz (11 ), de forma que a una distancia superior a la distancia necesaria para que se produzca la integración espacio-visual, la medida espectroradiométrica que abarca toda la matriz (11 ) corresponde al espectro de luz generado (22) por la suma de las emisiones de las fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromática individuales, que se asemeja al espectro de luz objetivo (20). 13. Method according to any one of the preceding claims characterized in that the set of said electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light are arranged in a matrix (11), so that at a distance greater than the distance necessary for it to occur the space-visual integration, the spectroradiometric measurement that covers the entire matrix (11) corresponds to the spectrum of light generated (22) by the sum of the emissions of the electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic individual light, which resembles the spectrum of objective light (20).
14.- Método según la reivindicación 13, caracterizado por que dicha matriz (11 ) de fuentes electroópticas (10) de luz es simétrica. 14. Method according to claim 13, characterized in that said matrix (11) of electro-optical sources (10) of light is symmetrical.
15.- Método según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende un conjunto de 31 LEDs cuasi monocromáticos cubnendo todo el rango visible, desde 400 a 700 nm, ampliable o reducible en número. 15. Method according to claim 5, characterized in that it comprises a set of 31 quasi-monochromatic LEDs covering the entire visible range, from 400 to 700 nm, expandable or reducible in number.
16.- Sistema para reconstrucción espectral de fuentes estandarizadas de luz, para iluminación, siendo dichas fuentes estandarizadas de espectro continuo, del tipo que comprenden: 16.- System for spectral reconstruction of standardized sources of light, for lighting, said standardized sources being of continuous spectrum, of the type comprising:
una pluralidad de fuentes electroópticas (10) de luz; a plurality of electro-optical sources (10) of light;
un dispositivo de control (30), a control device (30),
caracterizado por que: characterized by:
- dichas fuentes electroópticas (10) de luz son cuasi monocromáticas y cubren en conjunto el espectro de luz objetivo (20); y - said electro-optical light sources (10) are quasi-monochromatic and together cover the target light spectrum (20); Y
dicho dispositivo de control (30) controla individualmente cada una de dichas fuentes electroópticas (10) de luz,cuas¡ monocromáticas, implementando el método descrito en una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores. said control device (30) individually controls each of said electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light, implementing the method described in any one of the previous claims.
17.- Sistema, según la reivindicación 16, caracterizado por que dicha pluralidad de fuentes electroópticas (10) de luz cuasi monocromáticas están dispuestas en una matriz (11 ) simétrica y sobre una superficie plana o tridimensional. 17. System according to claim 16, characterized in that said plurality of electro-optical sources (10) of quasi-monochromatic light are arranged in a symmetrical matrix (11) and on a flat or three-dimensional surface.
18.- Sistema según la reivindicación 16 o 17, caracterizado porque comprende un conjunto de 31 LEDs cuasi monocromáticos (10) cubriendo todo el rango visible, desde 400 a 700 nm, ampliable o reducible en número.
18. System according to claim 16 or 17, characterized in that it comprises a set of 31 quasi-monochromatic LEDs (10) covering the entire visible range, from 400 to 700 nm, expandable or reducible in number.
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