專利名稱：具有多種基色的照明設(shè)備的制作方法
具有多種基色的照明設(shè)備
.明涉
且涉及用于控制這種照明設(shè)備的方法。
US2005/008331A1公開了 一種將三顏色坐標(biāo)映射到具有四個(gè)或更多 分量(包括白色)的顏色坐標(biāo)矢量上的方法。該方法基于二維(CIE) 色度坐標(biāo)到三角形區(qū)域的特定細(xì)分并且沒有關(guān)注相關(guān)光發(fā)射器的最優(yōu) 化控制。
基于這種情況，本發(fā)明的目的是提供用于控制具有不同顏色的至少 四個(gè)光發(fā)射器的可替換裝置，其中希望該控制是快速的和/或可以滿足特 定的最優(yōu)化準(zhǔn)則。
這個(gè)目的是通過依照權(quán)利要求1的照明設(shè)備和依照權(quán)利要求10的方 法來實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求中記載了優(yōu)選的實(shí)施例。
依照本發(fā)明的照明設(shè)備包括以下部件
a) 同等工作條件(溫度、驅(qū)動(dòng)電流等等)下具有不同基色(即具 有不同發(fā)射光譜)的數(shù)量N為至少四個(gè)的光發(fā)射器。每個(gè)光發(fā)射器可以 是單個(gè)燈或者多個(gè)相同或不同燈的組合。而且，應(yīng)當(dāng)理解的是，整個(gè)照 明設(shè)備的光輸出是其所有N個(gè)光發(fā)射器的光輸出的疊加。
b) 目標(biāo)確定單元，其用于確定功能上與用于光發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)命令 有關(guān)的數(shù)量為1 S s < N的次級(jí)目標(biāo)值，其中措詞"次級(jí)，，用來區(qū)分這些導(dǎo) 出的目標(biāo)值與數(shù)量為1《p < N的"初級(jí)"目標(biāo)值，所述初級(jí)目標(biāo)值用于照 明設(shè)備的光輸出，例如由用戶或者某個(gè)更高級(jí)別的管理員(controller) 提供給設(shè)備。
關(guān)于(初級(jí)和次級(jí))目標(biāo)值的總數(shù)(p+s)以及光發(fā)射器的數(shù)量N,可 以區(qū)分三種情況如果(p+s)〉N，那么通常不存在足夠的獨(dú)立控制變量 (即基色)匹配所有的目標(biāo)值；于是可以改為嘗試目標(biāo)值的最佳近似。 如果(p+s)-N,那么通常存在光發(fā)射器的唯一驅(qū)動(dòng)命令集合，通過所述 驅(qū)動(dòng)命令可以復(fù)現(xiàn)(reproduce)目標(biāo)值。所提出的照明設(shè)備特別適于處 理這種情況。最后，如果(p+s)〈N,那么可用的基色數(shù)量提供了過多的自由度。因此，通?？梢詮?fù)現(xiàn)目標(biāo)值，但是控制問題變得非平凡。
C)驅(qū)動(dòng)單元，其用于基于上述次級(jí)和初級(jí)目標(biāo)值確定用于光發(fā)射 器的各驅(qū)動(dòng)命令。"驅(qū)動(dòng)命令"可以例如表示在特定電壓下施加到發(fā)光二
極管(LED)的正向電流。驅(qū)動(dòng)命令的另一個(gè)重要的實(shí)例是在脈寬調(diào)制 (PWM)方案中利用其驅(qū)動(dòng)光發(fā)射器的占空比，即電信號(hào)(例如電壓或 電流)在所述信號(hào)的交替二元開/關(guān)供應(yīng)中打開所用的時(shí)間分?jǐn)?shù)(fraction of time )。
所述照明設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)在于，它允許相對(duì)簡單而快速地確定用于 光發(fā)射器的N個(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)命令，因?yàn)樗肓顺藬?shù)量為p個(gè)的預(yù)定初 級(jí)目標(biāo)值之外所使用的數(shù)量為s個(gè)的次級(jí)目標(biāo)值。這些次級(jí)目標(biāo)值因而 降低了驅(qū)動(dòng)命令的選擇中的自由度，允許在(p+s)-N的理想情況下得到 唯一解。
通常，所述驅(qū)動(dòng)單元可以實(shí)現(xiàn)(p+s)個(gè)初級(jí)和次級(jí)目標(biāo)值到光發(fā)射器 所需的N個(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)命令的任何適當(dāng)?shù)?例如非線性的映射)。在優(yōu)選 的情況下，這種映射是線性的，這意味著該驅(qū)動(dòng)單元可以包括用于計(jì)算 驅(qū)動(dòng)命令矢量與從初級(jí)和次級(jí)目標(biāo)值中導(dǎo)出的(p+s)維"目標(biāo)矢量"之間 的線性關(guān)系的"矩陣乘法模塊"。在最簡單的情況下，上述目標(biāo)矢量可以 簡單地包括作為分量的初級(jí)和次級(jí)目標(biāo)值。然而，也可能存在這些初級(jí) 和/或次級(jí)目標(biāo)值到目標(biāo)矢量的分量的非平凡映射。因此，可以在目標(biāo)矢 量中例如將作為初級(jí)目標(biāo)值而給出的色點(diǎn)x、 y和通量轉(zhuǎn)換成XYZ顏色坐 標(biāo)系統(tǒng)。矩陣乘法具有的優(yōu)點(diǎn)在于，它可能易于實(shí)現(xiàn)以及實(shí)時(shí)計(jì)算。而 且，關(guān)聯(lián)的矩陣通?？梢酝ㄟ^直接的校準(zhǔn)過程(包括一次只打開一個(gè)所 述光發(fā)射器并且測量得到的工作參數(shù)和光輸出)和矩陣轉(zhuǎn)換而獲得。應(yīng) 當(dāng)指出的是，在這種情況下，唯一矩陣求逆的可能性典型地要求 (p+s) = N。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述目標(biāo)確定單元被設(shè)計(jì)成使得它根據(jù) 給定的初級(jí)目標(biāo)值來確定次級(jí)目標(biāo)值。因此，可以保證次級(jí)目標(biāo)值不會(huì) 與初級(jí)目標(biāo)值沖突，即確立不能滿足的邊界條件。
所述次級(jí)目標(biāo)值原則上可以包括能夠表示成驅(qū)動(dòng)命令的函數(shù)的任 何量。優(yōu)選地，這些次級(jí)目標(biāo)值將線性依賴于驅(qū)動(dòng)命令，因?yàn)檫@顯著地 簡化了關(guān)聯(lián)的計(jì)算。可能的次級(jí)目標(biāo)值的一個(gè)特定實(shí)例是一些或所有光 發(fā)射器的功耗，即單位時(shí)間內(nèi)由所考慮的光發(fā)射器為了激勵(lì)其照明發(fā)射而吸收的能量。由于光發(fā)射器典型地由電功率驅(qū)動(dòng)，因而功耗相應(yīng)于施 加的電壓和電流的乘積。
可能的初級(jí)目標(biāo)值的實(shí)際重要的實(shí)例是照明設(shè)備的色點(diǎn)和通量。 通常，將存在多個(gè)(或者甚至連續(xù)的)可能的次級(jí)目標(biāo)值，其與可 能的驅(qū)動(dòng)命令兼容，即可以由驅(qū)動(dòng)命令的適當(dāng)組合產(chǎn)生。所述目標(biāo)確定 單元因而優(yōu)選地包括"范圍估計(jì)器"，該范圍估計(jì)器可以確定根據(jù)定義與 所迷可能的驅(qū)動(dòng)命令以及依照初級(jí)目標(biāo)值的至少子集的可允許次級(jí)目 標(biāo)值的范圍。這些可允許次級(jí)目標(biāo)值可以例如考慮到施加給光發(fā)射器的
電流必須處于o和某個(gè)上限的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用于光發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)命令是PWM的占空 比。因此，這些驅(qū)動(dòng)命令可以Y義采取0和1之間的值，其相應(yīng)于0%(光發(fā) 射器關(guān)閉)和100%(光發(fā)射器連續(xù)打開)的占空比。這提供了用于驅(qū)動(dòng) 命令的唯一和已知的范圍，其在前述實(shí)施例中簡化了可允許次級(jí)目標(biāo)值 的范圍的確定。
在其中所述目標(biāo)確定單元包括范圍估計(jì)器的實(shí)施例的特定實(shí)現(xiàn)中， 該目標(biāo)確定單元依照以下關(guān)系從可允許范圍(由范圍估計(jì)器確定)中選 擇次級(jí)目標(biāo)值的矢量V:
V =(拳x) . Vx
其中Vx是來自可允許范圍的與最大關(guān)聯(lián)初級(jí)目標(biāo)值Ox相應(yīng)的次級(jí)
目標(biāo)值的矢量，并且其中Ot是給定初級(jí)目標(biāo)值。如它的符號(hào)o所示，初
級(jí)目標(biāo)值特別地可以是所有光發(fā)射器的公共光輸出的通量。 一旦確定了 可允許次級(jí)目標(biāo)值的范圍，就可以容易地通過給定公式針對(duì)所考慮初級(jí) 目標(biāo)值。t的任何值計(jì)算次級(jí)目標(biāo)值的適當(dāng)集合。
在包括范圍估計(jì)器的實(shí)施例的另 一種變型中，依照某種最優(yōu)化準(zhǔn)則 針對(duì)給定初級(jí)目標(biāo)值選擇可允許次級(jí)目標(biāo)值的范圍。這種最優(yōu)化準(zhǔn)則的 典型實(shí)例是(所有或一些光發(fā)射器的)功耗的最小化或者所有驅(qū)動(dòng)命令
的最高占空比的最小化(在PWM控制中)。
雖然所述光發(fā)射器原則上可以是任何種類的燈(或燈組)，但是優(yōu) 選的是它們包括LED、磷光體轉(zhuǎn)換的LED、有機(jī)LED(OLED)、激光器、 磷光體轉(zhuǎn)換的激光器、彩色熒光燈、濾波(彩色)囟素?zé)?、濾波(彩色) 高強(qiáng)度放電(HID)燈和/或?yàn)V波(彩色)超高性能(UHP)燈。
本發(fā)明還涉及用于控制照明設(shè)備的方法，所述照明設(shè)備包括具有不
6同基色的數(shù)量N為至少四個(gè)的光發(fā)射器，所述方法包括以下步驟
a) 確定功能上與用于光發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)命令有關(guān)的s < N個(gè)次級(jí)目標(biāo)值。
b) 基于上述次級(jí)目標(biāo)值以及用于所述照明設(shè)備的光輸出的數(shù)量為 p < N個(gè)的給定初級(jí)目標(biāo)值，確定用于光發(fā)射器的各驅(qū)動(dòng)命令。
所述方法總體上包括可以利用上述類型的照明設(shè)備執(zhí)行的步驟。因 此，參照前面的描述以獲得有關(guān)該方法的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)的更多信息。
本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實(shí)施例將是清楚明白的， 并且將參照這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。這些實(shí)施例將借助于附圖通過舉例的 方式來進(jìn)行描述，在附圖中
圖1示意性地示出了依照本發(fā)明的照明設(shè)備；
圖2包括與本發(fā)明的控制方法有關(guān)的公式；
圖3示出了針對(duì)給定通量值由依照本發(fā)明的第一種控制方法確定的 可允許功耗值的示例性范圍；
圖4示出了得到的占空比和顏色再現(xiàn)(render)指數(shù)與依照?qǐng)D3的 可允許范圍內(nèi)的選定功耗目標(biāo)值的函數(shù)關(guān)系；
圖5示出了針對(duì)50 1m (上)、75 1m (中)和1001m (下)的通量 值的與圖4類似的圖表；
圖6示出了針對(duì)任意通量值由依照本發(fā)明的第二種方法確定的可允 許功耗值范圍的示例性組成。
在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。
普通的照明光源需要足夠高的顏色再現(xiàn)特性。三基色足以形成能夠 產(chǎn)生黑體軌跡(locus)上的幾乎所有顏色(包括白色)的光的光源。不 幸的是，這樣的三色光源的顏色再現(xiàn)特性不是非常好。為了改善顏色再 現(xiàn)特性，可以向紅色/綠色/藍(lán)色(RGB)顏色系統(tǒng)添加第四種顏色，例 如琥珀色(A)。如果黑體軌跡上的顏色更加重要，那么也可以選擇添 加白色源(W)而不是琥珀色。利用白色源，最大流明輸出通常將高于 利用琥珀色源的情況，且仍然處于相同或者甚至更佳的顏色再現(xiàn)》
照明設(shè)備的典型用戶輸入是提供顏色系統(tǒng)(比如CIE 1931 xyY或者 任何其他的顏色系統(tǒng))中的顏色或通量坐標(biāo)。照明設(shè)備的顏色控制系統(tǒng) 因而應(yīng)當(dāng)能夠在維持高的顏色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)的同時(shí)非常精確地復(fù)現(xiàn)顏色和光通量。
由于顏色和通量總是伴隨有三參數(shù)(即xyY、 uvY、 XYZ、 RGB、 Lab等等)，因而只有三色系統(tǒng)具有一個(gè)唯一解。四色系統(tǒng)的問題在于 不存在唯一解；解的線性子集都滿足顏色和通量要求。下面的實(shí)例描述 了^f吏用具有四種或更多顏色的顏色系統(tǒng)以產(chǎn)生一定顏色和光通量的光 的方法，其具有以下優(yōu)點(diǎn)
-可以利用基色的整個(gè)色域；
_其可以用于這樣的具有基色的顏色系統(tǒng)，其中至少一種基色位于 其他顏色的色域內(nèi)并且?guī)缀跆幱谠撋虻闹虚g，例如RGBW系統(tǒng)；
-對(duì)于色域內(nèi)的每種顏色可以達(dá)到理論的絕對(duì)最大光通量；
-可選地可以針對(duì)最低的總的電功率或色覺與需要的光通量和最佳 壽命無關(guān)地對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化；
-實(shí)際的顏色再現(xiàn)特性主要由基色的波長的選擇決定。對(duì)于商業(yè)上 可獲得的RGBW LED,可以實(shí)現(xiàn)最小值為85的顏色再現(xiàn)指數(shù)Ra8,而 不過多地犧牲光通量。
圖1示出了依照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的照明設(shè)備10。照明設(shè)備 10包括不同顏色的四個(gè)光發(fā)射器，例如紅色LED11R、綠色LED11G、 藍(lán)色LED 11B以及白色LED IIW。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，也可以使用 其他的顏色(例如琥珀色而不是白色)和/或附加的顏色。使用脈寬調(diào)制 (PWM)單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)LED 11R-11W,其中控制命令分別是用于LED UR、 IIG、 IIB和11W的占空比r、 g、 b和w。輸送給這些LED的總 的電功率由字母P表示。當(dāng)激活時(shí)，這四個(gè)LED產(chǎn)生公共的光輸出， 該光輸出可以例如由分光計(jì)20測量以確定照明設(shè)備的光通量Om和色點(diǎn) xm、 ym的實(shí)際值。
照明設(shè)備10的一個(gè)重要方面是用于基于例如由用戶或某個(gè)更高級(jí) 別的管理員提供的給定"初級(jí)，，目標(biāo)值而確定驅(qū)動(dòng)命令的矢量(r, g,b， w) 的控制方案。在下文中，希望的色點(diǎn)x、 y和希望的通量O將作為初級(jí) 目標(biāo)值的實(shí)際重要的實(shí)例來加以考慮，但是也可以選擇其他的變量。
可選地，首先在"坐標(biāo)變換單元"12中將初級(jí)目標(biāo)值的矢量(x,y, O) 變換成其他的坐標(biāo)。在所描述的實(shí)例中，外部提供的初級(jí)目標(biāo)值基于xyY CIE 1931顏色坐標(biāo)系統(tǒng)并且由坐標(biāo)變換單元12變換成XYZ坐標(biāo)系統(tǒng)。 圖2的方程(1)中給出了相應(yīng)的關(guān)系(在下文中，方程的任何引用都參照?qǐng)D2)。
然后，并行地將轉(zhuǎn)換的初級(jí)目標(biāo)值提供給目標(biāo)確定單元13和驅(qū)動(dòng) 單元14。如下面將要更詳細(xì)地描述的，目標(biāo)確定單元l3確定依照提供 的初級(jí)目標(biāo)值和可能的控制命令r、 g、 b、 w的"次級(jí)目標(biāo)值，，。在下 文中，LED 11R-11W的總功耗P將作為次級(jí)目標(biāo)值的實(shí)例來加以考慮， 但是也可以使用其他的量。然而，為了簡化計(jì)算，優(yōu)選的是次級(jí)目標(biāo)值 線性依賴于驅(qū)動(dòng)命令r、 g、 b、 w，這是針對(duì)示例性總功耗P的情況。
當(dāng)計(jì)算功耗目標(biāo)值p時(shí)，目標(biāo)確定單元13可以利用存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)單
元14中的信息。然而，驅(qū)動(dòng)單元14的主要任務(wù)是基于外部提供(轉(zhuǎn)換) 的初級(jí)目標(biāo)值X、 Y、 Z以及目標(biāo)確定單元13提供的功耗目標(biāo)值P來確 定驅(qū)動(dòng)命令r、 g、 b、 w。如下面將要參照?qǐng)D2的表達(dá)式來解釋的，驅(qū)動(dòng) 單元13的操作可以簡單地等同于與預(yù)定矩陣M"相乘。
在具有N種基色的每個(gè)照明設(shè)備中，存在從所述N個(gè)控制命令到 包括該設(shè)備的通量O)和色點(diǎn)坐標(biāo)x、 y的目標(biāo)矢量的唯一映射。在線性情 況下，該映射由"校準(zhǔn)矩陣，，表示，所述校準(zhǔn)矩陣可以在校準(zhǔn)過程中確 定，在所述校準(zhǔn)過程中， 一次只激活一種顏色并且觀察得到的色點(diǎn)和通 量。為了控制的目的，必須對(duì)校準(zhǔn)矩陣求逆。因此，N色系統(tǒng)需要NxN 校準(zhǔn)矩陣，因?yàn)榉駝t所述逆就不唯一并且不能求解。因此，依照方程(2), 利用100%占空比下的總的電功率P的值對(duì)所考慮的RGBW系統(tǒng)中的校 準(zhǔn)矩陣M進(jìn)行擴(kuò)展。于是，可以借助于校準(zhǔn)矩陣的逆M"由給定目標(biāo)三 刺激值XYZ和總的電功率P計(jì)算出控制命令(占空比r、 g、 b、 w)的 矢量，如方程(3)所示。
現(xiàn)在，存在一個(gè)困難只有目標(biāo)值X、 Y、 Z是固定的并且根據(jù)給 定初級(jí)目標(biāo)值x、 y、 Y二O是已知的。然而，總的電功率P的次級(jí)目標(biāo)值 未知，并且必須以不同的方式來提供。因此，如方程(4)和(5)所示 重寫該矩陣乘積，即寫成分別與目標(biāo)功耗P和目標(biāo)通量d)成比例的兩個(gè) 矢量的和，其中后一矢量的分量由校準(zhǔn)矩陣和目標(biāo)顏色值x、 y依照方 程(5)給出。
應(yīng)當(dāng)指出的是，將方程(4)中的項(xiàng)除以功耗P表明，在效率的特 定值下，O/P-常數(shù)，占空比r、 g、 b、 w之間的相對(duì)比值隨著通量O)的 變化而保持恒定。
現(xiàn)在，必須遵守占空比r、 g、 b、 w不能低于0。/?；蛘吒哂?00%的
9條件。這導(dǎo)致不方程(6),其確定依賴于目標(biāo)通量O的可允許目標(biāo)功耗 值P的范圍。
在下文中，將首先針對(duì)認(rèn)為目標(biāo)通量O)固定到其給定值的情況考察 不方程(6)。對(duì)于四種顏色c-R、 G、 B和W中的每一種，于是由不
方程Pmin,c ^ P ^ Pmax,c確定可允許目標(biāo)功耗P的區(qū)間。圖3示出了可允許
目標(biāo)功耗P的示例性范圍(對(duì)于顏色R、 G、 B、 W的另外的參數(shù)是 主波長R=604.8 nm, G = 537.9 nm, B = 452.6 nm;各個(gè)通量 R = 321m， G = 421m， B = 91m, W = 441m; CCT: W = 5100K;目標(biāo) 顏色處于4000K并且總的光通量(D處于50 1m)。
由于對(duì)于每種顏色都必須滿足所述占空比要求，因而目標(biāo)功耗的實(shí) 際可允許范圍(在圖2中用標(biāo)號(hào)"All"表示)是對(duì)應(yīng)顏色R、 G、 B、 W的所有區(qū)間的交集，即從大約Pmin= 1.392 W到Pmax = 1.592 W的 區(qū)間。
對(duì)于來自上述區(qū)間的每個(gè)允許的功耗P,存在給出匹配目標(biāo)三刺激 值X、 Y、 Z的光輸出的占空比r、 g、 b、 w的解。圖4以圖表示出了占 空比r、 g、 b、 w的這些解(左邊豎直軸上的"DTC")以及關(guān)聯(lián)的顏 色再現(xiàn)指數(shù)(右邊豎直軸上的CRI Ra8 )。下限Pmin和上限Pmax由豎 直點(diǎn)線表示。豎直中心線(在大約1.51 W處)標(biāo)記了所有四個(gè)占空比r、 g、 b、 w的最高占空比最低所在的總的電功率。
在圖5中，繪出了 501m (上圖)、75 lm (中圖)和100 1m (下圖) 下占空比r、 g、 b、 w與發(fā)光效率(即單位總功耗P的總通量O)的關(guān)系。 所有數(shù)據(jù)都涉及相同的顏色設(shè)置(忽略了溫度效應(yīng))，并且豎直軸與前 面的圖具有相同的含義。這些圖表表明，左和右極限Pmin和Pmax隨著 總通量O的變化而移向停留在相同效率值(約為33.1 lm/W)處的中心豎 直線。在最大的可能的通量下，左和右極限Pmin和Pmax將與所述豎直 線重合。因此，即使對(duì)于所考慮的四色系統(tǒng)，對(duì)于最大的可能的光輸出 也只有一個(gè)占空比解。
上面的考慮導(dǎo)致對(duì)于仍然開放的自由度(即變量P)的三種潛在的 有益選擇，所述選擇可以如下做出 1.最低的總的電功率
最低的總的電功率相應(yīng)于圖4左極限Pmin和圖5的右極限。其益 處在于，總的熱耗是最低的，因而熱沉(heat sink)溫度將是最低的。然而，四種染料(dye)之一 (典型地是白色染料)將在100%的最大占 空比下被驅(qū)動(dòng)。因此，該染料具有相對(duì)較高的溫度并且將比其他染料老 化得更快。另一個(gè)方面在于，顏色再現(xiàn)特性將依賴于需要的光通量；畢 竟，當(dāng)需要的光通量增加時(shí)，白色停留在100%處，并且其他顏色RGB 成比例出現(xiàn)，這將改變顏色再現(xiàn)特性。而且，當(dāng)校準(zhǔn)矩陣不十分精確時(shí)， 混合色將隨著光通量的變化而變化。
2. 色覺隨著通量的變化而保持恒定
在圖4和圖5的中間豎直線處，最大占空比是最低的。這是其中所 述占空比之間的相對(duì)比值將隨著通量的變化而保持恒定直到最大的可 能的通量的設(shè)置。當(dāng)通量變化時(shí)，所有顏色的占空比r、 g、 b、 w都以 相同的比值變化，即當(dāng)通量加倍時(shí)，r加倍，g加倍，b加倍并且w加倍。 四種顏色的相對(duì)貢獻(xiàn)保持相同，結(jié)果，顏色再現(xiàn)特性也保持相同。當(dāng)目 標(biāo)光通量變化時(shí)，校準(zhǔn)矩陣的不精確性不會(huì)導(dǎo)致顏色的改變。由于最大 占空比是最低的，因而對(duì)于白目標(biāo)顏色，不存在工作于比其他顏色更高 級(jí)別的基色。由于系統(tǒng)的壽命由最快退化的顏色的壽命決定，因而這提 高了整個(gè)系統(tǒng)的壽命。
3. 最佳的顏色再現(xiàn)特性
顏色再現(xiàn)特性與基色的相對(duì)貢獻(xiàn)有關(guān)。不幸的是，不容易計(jì)算出顏 色再現(xiàn)指數(shù)CRI以及找出該CRI最高所在的總的電功率的設(shè)置，因?yàn)閷?duì) 于這種計(jì)算而言，需要所有顏色的光譜。尤其對(duì)于小的微控制器而言， 計(jì)算時(shí)間將相對(duì)較長。然而，基色的(主)波長的巧妙選擇可以迫使
CRI最佳值大約處于與前一選項(xiàng)相同的功率設(shè)置下。通過波長的選擇， 針對(duì)圖4的實(shí)例實(shí)現(xiàn)了這點(diǎn)。
對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，優(yōu)選的選擇是選項(xiàng)2,其與基色的(主)波 長的巧妙選擇相結(jié)合，使得顏色再現(xiàn)特性充分好。
在下文中，將以第二種方法針對(duì)認(rèn)為目標(biāo)通量O)具有可變的值的情 況考察不方程系統(tǒng)(6)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)之一是，在其中給定目標(biāo)光 通量高于最大光通量的情況下，它可以將目標(biāo)光通量調(diào)節(jié)到最大的可能 的光通量，同時(shí)保持相同的顏色坐標(biāo)。
當(dāng)功耗P和總通量O可變時(shí)，必須如圖6所示在(P, (D)空間表示 不方程系統(tǒng)(6)。在這種表示中，系統(tǒng)(6)的每個(gè)不方程相應(yīng)于該圖 的左側(cè)的四個(gè)圖表中的傾斜帶R、 G、 B、 W之一，并且包含依照一種顏色的可能的占空比的(P, O)多元組。每個(gè)帶具有兩條平行邊； 一條 邊通過(O, 0)并且屬于占空比0%,另一條邊屬于占空比100%。在該 帶內(nèi)，占空比介于0%與100%之間。帶的寬度、角度和位置由校準(zhǔn)矩陣 M和目標(biāo)顏色坐標(biāo)x、 y依照方程(1) - (6)限定，而不是由目標(biāo)光通 量O限定。
四個(gè)帶的重疊是圖6的右側(cè)的圖表中所繪的區(qū)域A,其中所有的顏 色滿足占空比條件(6)。因此，目標(biāo)顏色和通量的解必定在該區(qū)域A 中的某處。
在上面參照?qǐng)D3-5討論的方法中，通過僅針對(duì)給定通量目標(biāo)值 O-O)t考慮圖6的圖表將(P, 0)空間簡化成一維P空間(圖3相應(yīng)于 例如在高度巾t處通過圖6的帶的水平截面)。在現(xiàn)在考慮的改進(jìn)的策略 中，首先確定與最大的可能的光通量Ox相應(yīng)的占空比r、 g、 b、 w之間 的相對(duì)比值。如前面已經(jīng)提到的，對(duì)于恒定的效率OVP而言，占空比的 比值與通量O無關(guān)；所需要的解因此將在(O， O)與區(qū)域A的角點(diǎn)(Px, 0>x)之間的直線L上的某處(因?yàn)樾试谠撝本€L上是恒定的)。與角 點(diǎn)(Px, 0>x)相應(yīng)的占空比可以根據(jù)方程(4)來確定。在最后的步驟 中，依照方程(7)對(duì)它們進(jìn)行縮放，直到光通量等于目標(biāo)值O)t。
方程(8 )表明，占空比之間的相對(duì)比值將與目標(biāo)光通量(Dt無關(guān)(這 保證了色覺將與光通量無關(guān))，其中下標(biāo)x表示最大的可能的光通量O)x 下的設(shè)置，t表示目標(biāo)光通量Ot下的設(shè)置。
該方程還表明，當(dāng)目標(biāo)光通量低于或等于最大光通量時(shí)，針對(duì)占空 比的條件自動(dòng)滿足。
具有最高光通量的點(diǎn)(Px， CDJ可以通過首先計(jì)算圖6的帶的交集 的所有點(diǎn)并且然后識(shí)別仍然位于所有帶上的具有最高光通量Ox的點(diǎn)來 尋找。例如，與紅色和綠色相應(yīng)的帶之間的交集的四個(gè)點(diǎn)可以根椐方程
(9) 來計(jì)算，其中Cr和Cg是可以為分別與占空比0%和100%相應(yīng)的0
或1的常數(shù)。
可以通過計(jì)算交點(diǎn)(P， (D)到受測試的帶的兩條邊的"距離"來檢 查交點(diǎn)是否位于其他帶上。對(duì)于與藍(lán)色相應(yīng)的帶的實(shí)例，這表示在方程
(10) 中。這里，Cb確定受測試的邊(對(duì)于相應(yīng)于0。/o占空比的邊，cb=0, 并且cfl相應(yīng)于100%)。如果距離vo和vi的符號(hào)不等，那么受測試的 交點(diǎn)位于受測試的帶內(nèi)。
12過使用四種顏色(包括白色)的任意組合來
應(yīng)用到LED器具(fixture)上。它尤其適用于普通的照明，但是也可以 應(yīng)用到其中流明輸出和顏色再現(xiàn)非常重要的其他應(yīng)用領(lǐng)域中。而且，已 經(jīng)指出，所述算法需要一個(gè)獨(dú)立變量來搜索具有最高光通量的最佳工作 點(diǎn)。盡管在上面的實(shí)例中這是功耗P，但是它也可以是與占空比成線性 關(guān)系的任何其他變量。
此外，所述方法可以通過在多維空間中尋找最佳工作點(diǎn)來擴(kuò)展到5、
6........ N種基本顏色(=占空比)。五種顏色需要例如兩個(gè)獨(dú)立變量
Pl、 P2;于是，上面針對(duì)四種顏色使用的二維(P,①)空間中的帶的 圖形表示必須用一種三維(Pl， P2, O)空間中的立體帶代替。類似地， 每種額外的顏色向(Pl, P2, P3, ...， (D)空間添加一個(gè)維度。
最后，應(yīng)當(dāng)指出的是，在本申請(qǐng)中，措詞"包括"或"包含"并沒 有排除其他的元件或步驟，"一"或"一個(gè)"并沒有排除復(fù)數(shù)，并且單 個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)若干裝置的功能。本發(fā)明存在于每一種新 穎的特有特征以及特有特征的每一種組合中。此外，權(quán)利要求中的附圖 標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被一見為對(duì)權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種照明設(shè)備(10)，包括a)具有不同基色的數(shù)量為N≥4的光發(fā)射器(11R，11G，11B，11W)；b)目標(biāo)確定單元(13)，其用于確定功能上與用于所述光發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)命令(r，g，b，w)有關(guān)的數(shù)量為s＜N的次級(jí)目標(biāo)值(P)；c)驅(qū)動(dòng)單元(14)，其用于基于次級(jí)目標(biāo)值(P)以及用于所述照明設(shè)備的光輸出的數(shù)量為p＜N的給定初級(jí)目標(biāo)值(x，y，Φ)確定用于所述光發(fā)射器的各驅(qū)動(dòng)命令(r，g，b，w)。
2. 依照權(quán)利要求l的照明設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元包括用于計(jì)算驅(qū)動(dòng)命令矢量(r, g, b, w)與從所述初級(jí)和次級(jí)目標(biāo)值中導(dǎo)出的目標(biāo)矢量(X, Y， Z, P)之間 的線性關(guān)系的矩陣乘法模塊(14)。
3. 依照權(quán)利要求l的照明設(shè)備，其特征在于，所述目標(biāo)確定單元(13)根據(jù)給定初級(jí)目標(biāo)值(x， y, 0>)來確定次級(jí)目標(biāo)值(P)。
4. 依照權(quán)利要求l的照明設(shè)備，其特征在于，所述次級(jí)目標(biāo)值包括光發(fā)射器(UR， 11G, 11B, 11W) 的子集的功耗(P)和/或所述初級(jí)目標(biāo)值包括所述照明設(shè)備的色點(diǎn)(x, y )和通量($)。
5. 依照權(quán)利要求l的照明設(shè)備，其特征在于，所述目標(biāo)確定單元(3)包括范圍估計(jì)器，該范圍估 計(jì)器用于確定依照所述可允許驅(qū)動(dòng)命令(r, g, b, w)以及所述給定初 級(jí)目標(biāo)值(x, y, O)的至少子集的可允許初級(jí)目標(biāo)值(P)的范圍。
6. 依照權(quán)利要求l的照明設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)命令是脈寬調(diào)制的占空比(r, g, b, w)。
7. 依照權(quán)利要求5的照明設(shè)備，其特征在于，所述目標(biāo)確定單元(13)依照以下關(guān)系從所述可允許 范圍中選擇次級(jí)目標(biāo)值的矢量V:<formula>formula see original document page 2</formula>Vx是來自所述可允許范圍的與最大初級(jí)目標(biāo)值Ox相應(yīng)的次級(jí)目標(biāo) 值的矢量，并且Ot是給定初級(jí)目標(biāo)值。
8. 依照權(quán)利要求5的照明設(shè)備，其特征在于，所迷目標(biāo)確定單元(13)依照某種最優(yōu)化準(zhǔn)則針對(duì)給 定初級(jí)目標(biāo)值(x， y, 0>)從所述可允許范圍中選擇次級(jí)目標(biāo)值(P)， 特別是依照功耗的最小化或者最高占空比驅(qū)動(dòng)命令的最小化來進(jìn)行選 擇。
9. 依照權(quán)利要求l的照明設(shè)備，其特征在于，所述光發(fā)射器(11R， 11G, UB， 11W)包括LED、 磷光體轉(zhuǎn)換的LED、有機(jī)LED(OLED)、激光器、磷光體轉(zhuǎn)換的激光器、 彩色熒光燈、濾波(彩色)鹵素?zé)簟V波(彩色)高強(qiáng)度放電(HID) 燈和/或?yàn)V波(彩色)UHP燈。
10. —種用于控制照明設(shè)備(10)的方法，所述照明設(shè)備包括具有 不同基色的數(shù)量為N》4的光發(fā)射器(IIR， IIG， IIB， 11W),所述方法 包括以下步驟a) 確定功能上與用于所述光發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)命令(r, g， b， w)有關(guān) 的s〈N個(gè)次級(jí)目標(biāo)值(P),b) 基于所述次級(jí)目標(biāo)值(P)以及用于所述照明設(shè)備的光輸出的數(shù) 量為p〈N的給定初級(jí)目標(biāo)值(x, y, O),確定用于所述光發(fā)射器的各 驅(qū)動(dòng)命令(r, g, b， w)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有不同基色的至少四個(gè)光發(fā)射器(11R，11G，11B，11W)的照明設(shè)備(10)，所述光發(fā)射器應(yīng)當(dāng)依照給定初級(jí)目標(biāo)值來進(jìn)行控制，所述目標(biāo)值例如對(duì)應(yīng)色點(diǎn)(x，y)和通量(Φ)的目標(biāo)值。這個(gè)目的是通過確定次級(jí)目標(biāo)值來實(shí)現(xiàn)的，所述次級(jí)目標(biāo)值例如光發(fā)射器的總功耗(P)，其依照初級(jí)目標(biāo)值以及可能的控制命令(r，g，b，w)(例如0％與100％之間的占空比)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，通過固定次級(jí)目標(biāo)值，可以由簡單的矩陣乘法唯一地確定用于光發(fā)射器的控制命令。
文檔編號(hào)G09G3/32GK101568952SQ200780047557
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
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