顏色受控光源以及對光源中的顏色生成進行控制的方法

2023-12-08 14:16:26 2

專利名稱：顏色受控光源以及對光源中的顏色生成進行控制的方法
技術領域：
本發明涉及固態照明，更具體地涉及根據權利要求1前序部分的
顏色受控光源，以及根據權利要求5前序部分的對光源中的顏色生成 進行控制的方法.
背景技術：
為了在固態照明中實現多色(例如不同的色溫)光源，發出不同 顏色的光的發光二極體被用於一個設備中。這些LED在顏色空間中定 義子區域，以指示能夠通過所有可能的線性組合來實現的色域。因此， 可以通過各個LED的信號輸入對顏色空間的色譜中所期望強度的彩色 光進行控制。應該注意到，術語彩色光中也包括白光。
與傳統的光源不同，由於結溫的變化、電流、老化效應和LED的 裝箱的原因，彩色LED將"色移"隨著由於溫度和老化的原因，光輸 出從預定義的色點(color point)開始變弱，光源的光輸出的目標色 點將變得失真(distorted)。
因此，光源的色點必須通過控制迴路來穩定。
為了監測來自光源的光輸出，普遍使用RGB傳感器，或者具有與 標準觀察器相同的靈敏度或逼近這些曲線的真色度傳感器。可選地， 可能與一個或多個溫度傳感器一起使用 一個或多個通量傳感器(flux sensor )。
然而，當光探測器檢測到輸出自光源的光時，其可能被例如周圍 的日光和/或其他彩色LED的其他光源幹擾。因此，測量的顏色強度經 常是有缺陷的，並且不能單獨代表來自光源本身中的LED的光輸出。 因此，到控制迴路的控制設備的反饋信號是不適當的。

發明內容
本發明的目的是提供一種光源，以及一種對光源的顏色生成進行 控制的方法，其緩解了顏色控制中的上述幹擾問題。
通過依據如權利要求1限定的本發明的顏色受控光源來達到該目的。附屬的從屬權利要求對本發明的優選實施例進行了限定。
因此，根據本發明的一個方面，這裡提供了一種顏色受控光源，
其包括多個彩色光元件，用於檢測光源的光輸出並生成檢測信號的 探測器，以及用於根據所述檢測信號和光源光輸出的預定目標色點來 產生所述光元件的驅動信號的顏色控制單元。
所述光源進一步包括用於對每個所述光元件的驅動信號進行單 獨特性調製(signature modulation)的調製器，和用於對檢測信號 進行解調，並通過識別每一個單獨特性來提取每個所述光元件的光輸
出的每個實際值的解調器。顏色控制單元還包括用於確定每個光元件 的光輸出的額定值以獲得所述目標色點的裝置，以及用於將所述提取 的實際值與所述額定值進行比較、以及如果存在差，調整所述驅動信 號從而將差最小化的裝置。
對每一個光元件的特性調製基本上允許識別來自單個光元件的真 實/實際的所貢獻(contributed)的光輸出，並將之從總的光輸出中 提取出來。所以，來自於太陽或其他光源的任何環境光將不會使單個 光元件的所測量強度失真。因此，為顏色控制單元提供了對每一個彩 色光元件的光輸出的更準確表示。這反過來又用於調節所需要的驅動 信號，該驅動信號以精確的方式饋送至每一個光元件以對應於所期待 的輸出色點。
因此，本發明提供了對光源的每個單獨顏色貢獻的穩健而連續的 確定，所確定的貢獻不因其他明亮光源的幹擾而受到影響。本發明可 擴展至任意數量的原色。
使用光元件的單獨的特性調製本身在Perkins等人在美國專利號 6， 542， 270中公開。但是，其僅用於實現建築物中光接收器的位置的 確定，其中對用於房間照明的普通燈的輸出光進行單獨編碼。因此， 這是不同的技術領域。
根據如權利要求2限定的顏色受控光源的實施例，通過CDMA (碼 分多址)調製完成上述的特性調製，該CDMA調製具有特定編碼方案 來識別和/或提取每一個光元件的光輸出。CDMA是一種在允許所有的信 號有其用於識別的特定編碼方案的同時，通過頻譜的共享部分傳輸同 時信號的方法。此外，CDMA編碼具有很大的優勢，因為可以與本發明 中所使用的單獨特性調製一起同時提供LED的普通照明驅動功能。根據如權利要求3定義的顏色受控光源的實施例，所述特定編碼方 案有利地基於開-關鍵控(On-Off Keying)或雙相調製。
根據如權利要求4限定的顏色受控光源的實施例，藉助於RGB傳感 器、XYZ傳感器和通量傳感器中的一個來有利地完成檢測。由於單獨的 LED能夠從這些傳感器中的任何一個的輸出信號進行提取並跟蹤，因此 特性調製的特徵帶來這樣的優勢，即這些傳感器類型中任一種都適於 檢測光源的光輸出。
根據本發明的另一個方面，提供一種用於對包括多個彩色光元件 的光源中的顏色生成進行控制的方法。本方法包括檢測光源的光輸出 並產生檢測信號，以及根據所述檢測信號以及光源光輸出的預定目標 色點來產生到所述光元件的驅動信號。
本方法進一步包括對每一個所述光元件的驅動信號進行單獨的特 性調製。對光輸出的檢測包括通過解調所述檢測信號並識別每個單獨 特性來提取每一個所述光元件的光輸出的每個實際值。另外，本方法 還包括確定每個光元件的光輸出的額定值以獲得所述目標色點，並且 將所述提取的實際值與所述額定值進行比較，如果存在差，則調節所 述驅動信號從而將差最小化。
每個光元件的光輸出的額定值取決於所使用的光元件的特徵(例 如其裝箱(bin)信息)。確定這些額定值的裝置(如本領域技術人員 所了解的)基於例如解決耦合目標色點和裝箱信息光元件的逆矩陣問 題。
根據本方法的實施例，通過CDMA (碼分多址)調製來完成上述特
性調製；特定編碼方案可以可選地基於開-關鍵控或雙相調製；並且借
助於RGB傳感器、XYZ傳感器或通量傳感器中的一個來完成檢測。
本方法提供與通過如上所述的本發明的光源所獲得的那些相類似 的優勢和效果。
根據在下文中描述的實施例以及參考其進行的說明，本發明的這 些和其他方面將顯而易見。應該理解，詳細描述和具體實例雖然說明 本發明優選實施例，但也僅僅用來舉例說明，而不是用於對本發明的 範圍進行限制。


現在，將根據附圖對本發明進行更詳細的說明，其中
圖l是根據本發明的光源一個實施例(SSL燈)的示意圖2示出根據光源的另一個實施例使用具有脈寬調製(PMP)和脈
幅調製的CDMA開-關鍵控調製。
圖3示出了根據光源的其他實施例，使用具有佔空比調製和幅度調
制的CDMA雙相(DC-BP )調製。
圖4示出了根據本發明用於控制光源的顏色生成的方法的實施例
步驟的流程圖。
具體實施例方式
根據本發明的顏色受控光源的第一個實施例，如圖1所示，顏色受 控光源101包括n個彩色光元件102a-d (這裡作為示例n=4 )，用於 檢測來自光元件102a-d的輸出光的探測器103,與探測器103的輸出 端連接的放大器105，經由放大器105連接到探測器103的作為CDMA 解調器的解調器106，連接到解調器106的顏色控制單元107，連接到 顏色控制單元107的作為CDMA調製器的調製器108，連接到調製器108 和LED 102a-d的光元件驅動器109a-d。將光元件102a-d布置在襯底 104上，可以是任何LED、 OLED和(0) LED串。在下面將LED作為一 個通用術語使用，在圖1中，LED102a-d的顏色是綠色、紅色、藍色 和琥珀色，但是顏色的選擇當然是可選的，並取決於設備的需要。每 一個LED 102a-d通過LED驅動器109a-d饋送。驅動器109a-d的輸 入端連接到CDMA調製器108。 CDMA調製器用一串矩形脈衝對每一個驅 動器109a-d的驅動信號即輸入(如電壓)進行調製。由此執行特性調 制方案，對每個彩色光元件102a-d進行識別。在從顏色控制單元107 接收強度值的同時，根據所需要的強度對矩形脈衝的特徵進行限定。 顏色控制單元107控制每個光元件102a-d的發光量，用於產生預定目 標色點110，這個預定目標色點可以由用戶給定或者預編程到單元中。 可以通過調製脈衝的幅度或佔空比或者兩者來完成對光元件102a-d的 強度的調節。到顏色控制單元107的反饋是從CDMA解調器106接收到 的已解調信號。CDMA解調器106依次處理經測量的通量信號，該通量 信號代表探測器103檢測到的光源101的光輸出，並作為檢測信號饋 送給CDMA解調器106。更具體地，根據所述特性調製方案，通過將所述測量的通量信號與它們的各個特性進行關聯，CDMA解調器將檢測信 號解調成測量的通量信號，並從不同的LED 102a-d中提取貢獻 (contribution)，然後將結果作為已解調的信號提供給顏色控制單 元107。
CDMA調製被例示為使用其中應用了 Walsh-Hadamard碼的同步系 統的CDMA調製。Walsh-Hadamar是一種用於產生用於加密和蜂窩通信 的統計上唯一的若干組數的算法，其也被稱為"偽隨機噪聲碼"，經 常用於直接序列擴頻(DSSS)系統(例如QUALO醒的CDMA)以及用於 為下一個跳頻選擇目標頻率的跳頻擴頻(FHSS)系統。算法所產生的 碼是"正交，，數學碼。這意味著如果兩個Walsh碼是相關聯的，只有當 這兩個碼相同時，結果才是可理解的。所以，Walsh-Hadamard編碼信 號對於CDMA解調器來說看起來似乎是隨即噪聲，除非解調器將同樣的 特性編碼用作用於對輸入信號進行調製的碼。通過避免所謂的 Walsh-Hadamard碼組的DC碼(即與平均DC信號分量有關的一個碼)， 將系統製造得很穩健以免於持續的環境光的影響。
在顏色受控光源101的一個實施例中，CDMA調製器的特定編碼方 案以開-關鍵控為基礎。開-關鍵控(00K)調製是這樣一種調製，即其 中數位訊號被表示為載波的有無。雖然原則上可以使用任何數字編碼 方案，但在最簡單的形式中，載波在特定持續時間內存在表示二進位1 ， 在特定持續時間內不存在表示二進位0。
如圖2所示，通過對每個脈衝的第一部分進行開-關鍵控調製，分 配給每個光元件的特性調製編碼被攜帶在信號中。這裡示出關於驅動 信號至LED以保證所需要的照明的兩個例子l.對脈衝的第二部分應用 脈衝寬度調製(PWM)，以及2.對脈衝應用脈衝幅度調製(PAM)。在 圖2中，"碼元(chip) 0"和"碼元l"將具有不同的寬度。原則上， 這將導致LED的光輸出的變化。不過可以使用平衡碼來對此進行修補， 這意味著這裡提供相同數目的碼元0和1。因此脈衝寬度(在一個碼字 上進行平均)將確切地為"碼元0"和"碼元l"寬度之間的平均值。
在本發明的另一個實施例中，如圖3所示，調製方法是雙相(BP) 調製的概括，使得可以具有任意的佔空比。當佔空比等於50%時，佔空 比雙相(DC-BP)退化為BP調製。在這種情況下，通過相應地傳送"碼 元0"和"碼元1"，體現每個光元件被分配的單獨特性的碼被載於信號中。為了保證所需要的照明(即LED的光輸出級別)，這裡有兩種選擇l.修改脈衝的佔空比，以及2.修改脈衝的幅度。
至於光探測器103，如上所述其可以具有不同的類型，比如RGB傳感器或XYZ傳感器。RGB傳感器能夠探測顏色信息和光的強度這二者，
但是顏色信息來自於三個分開的傳感器元件，它們一般具有非常窄的帶寬。XYZ傳感器構造為與人類眼睛具有相同的傳遞函數，並因此相對於RGB傳感器具有更高等級的精確度，但是將不能對被測量的光中來自各個LED的貢獻進行自動分離。
參考圖4的流程圖，根據本發明的用於控制光源中的顏色生成的方法的實施例包括如下步驟
- 根據預定目標色點，確定每個單獨LED 102a-d的光輸出的額定值，方框401;
- 根據光輸出的額定值，設置/調節LED驅動器109a-d的驅動信號，並同時應用針對每個單獨的LED 102a-d所指定的CDMA特性調製，方框402;
- 檢測光源101的光輸出，並產生檢測信號，方框403;
- 對檢測信號進行CDMA解調，並通過識別每個單獨特性，提取出每個單獨LED 102a-d的光輸出的實際值，方框404;
- 將每個單獨LED 102a-d的光輸出的額定值與每個單獨LED102a-d的光輸出的實際值進行比較，方框405;
- 如果實際值與額定值相匹配，則返回至方框403中的檢測步驟，或
- 如果一個或多個光輸出值不匹配，則返回至方框402來進一步調節各個驅動信號。
上面已經對根據本發明的光源和方法的實施例進行了描述。應該將這些看作是非限制性的示例。正如本領域技術人員所理解的，任何可能的修改和變形實施例都處於本發明所附權利要求所限定的範圍內。
應該注意到，為了應用的目的，特別是關於所附權利要求，詞語"包括"不排除其他元件或步驟，詞語"一"不排除多個，這本身對本領域的技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種顏色受控光源，包括-多個彩色光元件；-用於檢測光源的光輸出並產生檢測信號的探測器；以及-根據所述檢測信號以及光源的光輸出的預定目標色點來產生到所述光元件的驅動信號的顏色控制單元，-其特徵在於所述光源還進一步包括-用於對每一個所述光元件的驅動信號進行單獨特性調製的調製器；以及-用於解調所述檢測信號並通過識別每個單獨特性來提取每一個所述光元件的光輸出的每個實際值的解調器；-其中所述顏色控制單元包括用於確定每個光元件的光輸出的額定值以便獲得所述目標色點的裝置，和用於將所述提取到的實際值與所述額定值進行比較以及如果存在差，則調節所述驅動信號以將差最小化的裝置。
2. 如權利要求l所述的光源，其中調製器是CDMA調製器，其提 供對所述驅動信號的單獨編碼調製。
3. 如權利要求1或2所述的光源，其中所述單獨的特性調製基於 開-關鍵控和雙相調製其中之一。
4. 如權利要求l到3中任一項所述的光源，其中所述探測器是RGB 傳感器、XYZ傳感器和通量傳感器中的一個。
5. —種對包括多個彩色光元件的光源中的顏色生成進行控制的方 法，所述方法包括- 檢測光源的光輸出，並產生檢測信號；以及- 根據所述檢測信號以及光源光輸出的預定目標色點來產生所 述光元件的驅動信號，其特徵在於- 該方法進一步包括對每一個所述光元件的驅動信號進行單獨 的特性調製；- 所述檢測包括通過解調所述檢測信號和識別每個單獨特性來 提取每個所述光元件的光輸出的每個實際值；以及- 該方法進一步包括確定每個光元件的光輸出的額定值以獲得 所述目標色點，並將所述提取的實際值與所述額定值進行比較，如果存在差，則調節所述驅動信號以將差最小化。
6. 如權利要求5所述的方法，其中所述對每一個光元件的驅動信 號進行的單獨特性調製包括對所述驅動信號進行編碼CDMA調製。
7. 如權利要求5或6所述的方法，其中所述單獨特性調製基於開 -關鍵控和雙相調製其中之一。
8. 如權利要求5-7中任一項所述的方法，其中藉助於RGB傳感器、 XYZ傳感器和通量傳感器中的一個對光源的光輸出進行檢測。
全文摘要
本發明涉及一種顏色受控光源，包括多個彩色元件，用於檢測光源光輸出並產生檢測信號的探測器；以及根據所述檢測信號以及光源光輸出的預定目標色點，來產生提供給所述光元件的驅動信號的顏色控制單元。為了能夠檢測單獨光元件對光源光輸出的貢獻，光源進一步包括對所述每一個光元件的驅動信號進行單獨特性調製的調製器，以及相應的對所述檢測信號進行解調並產生單獨光元件光輸出的實際值即測量值的解調器。顏色控制單元確定每個光元件光輸出的額定值，以獲得所述目標色點，並將實際值與額定值進行比較。如果存在差，則調節驅動信號以將差最小化。
文檔編號H05B33/08GK101529980SQ200780040080
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月23日 優先權日2006年10月27日
發明者B·阿克曼, L·弗裡, V·舒爾茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司