CN101422087A - 用于调暗生成具有可变颜色的光的光生成系统的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于调暗能够发出具有可变颜色的光(L)的照明系统(20)的方法。该照明系统(20)包括三个可调暗光源(21，22，23)，这些光源生成具有彼此互不相同的颜色(C1，C2，C3)的各个光(L1，L2，L3)。该方法包括步骤：减小三个可调暗光源(21，22，23)的光强度(I1，I2，I3)，同时维持色点，直到所述光源中的一个(21)达到调暗下限(I_MIN)。所述方法还包括步骤：将所述一个光源(21)的光强度(I1)维持在其调暗下限(I_MIN)处，减小其他两个可调暗光源(22，23)的光强度(I2，I3)，以便维持色调。

Description

用于调暗生成具有可变颜色的光的光生成系统的方法

技术领域

本发明总的涉及一种用于生成具有可变颜色的光的照明系统，更特别地涉及一种用于驱动包括三个颜色相互不同的荧光灯的照明系统的控制系统。

背景技术

用于生成具有可变颜色的光的系统是已知的。例如，参见US-5384519，它公开了一种具有三个独立光源的系统，每个光源产生具有特定颜色的光，这三种特定颜色互不相同。由该系统产生的光总体上包含三个独立光源产生的光的混合，光混合的颜色是这三种特定颜色的混合。为了改变光混合的颜色，可以以某个比例设置三个独立光源的相对光强度。

每个光源具有标称输出功率，可以调暗每个光源，使得这个光源的实际光输出功率低于标称输出功率。设置三个独立光源的相对光强度是通过合适地设置所述三个光源的各个调暗系数来完成的。

如愿设置了光混合的颜色，系统的输出强度可以从总体上进行改变，同时保持颜色不变。为此，改变三个独立光源的光强度，使得相对光强度的比例维持不变以使颜色保持不变。这方面的问题在于，每个光源的光强度只能在由最小强度水平和最大强度水平限定的一定范围内改变，所述最大强度水平典型地对应于标称强度。当具有最高相对强度的光源达到其最大强度水平时，总体上达到系统的最大输出强度：强度的进一步增大对于这个光源而言是不可能的。当具有最低相对强度的光源达到其最小强度水平时，总体上达到系统的最小输出强度：强度的进一步减小对于这个光源而言是不可能的。对于其中三个独立光源的光强度基本相等的颜色而言，可变强度范围是最大的。对于其中三个独立光源的光强度相差非常大的颜色而言，可变强度范围较低。对于靠近色域外边缘的颜色而言，可变强度范围是最低的。

在所述文献US-5384519中，公开了一种用于获得某个期望调暗水平的特定期望输出颜色的系统。三个光源的相应控制信号从存储器中取出，从存储器读出的这三个相应的控制信号控制所述三个光源。然后，测量实际的输出光，并检查该实际的输出光是否与所述的设置一致。如果发现光源中的第一个没有产生足够的光，那么调节其他两个光源的控制信号，以便以这样的方式减小其他两个光源的光输出，即所述混合具有期望的颜色；然而，结果便是混合光的强度比预期的要小。

如果所述其他两个光源中的一个处于其最小强度，那么减小这一个光源的光输出是不可能的。于是，调节所述第一个光源的控制信号，以便增大该第一光源的光输出，并调节其他两个光源的控制信号，以便获得期望的颜色比率，因此所述混合具有期望的颜色；然而，结果便是混合光的强度比预期的要高。因此，这个公开旨在保持色点不变，但是以牺牲光强度为代价。

本发明旨在解决或至少缓解上述问题。更具体地，本发明旨在提供一种光生成系统，该光生成系统能够在扩大的调暗范围上被调暗，同时维持颜色。

发明内容

根据本发明的一个重要方面，当具有最低相对强度的光源达到其最小强度水平并且期望进一步调暗时，其他两个光源的输出强度减小但是处于其最小强度水平的所述光源的输出强度以这样的方式维持不变，即色调保持不变。结果，尽管光混合的实际颜色发生了改变，但是对于观察者而言，颜色印象保持相同。

附图说明

现在将通过下面参考附图的描述进一步说明本发明的这些和其他方面、特征和优点，附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，其中：

图1示意性地表示了色度图；

图2是示意性表示照明系统的框图；

图3是图示系统调暗系数β和单个灯调暗系数之间关系的曲线图；

图4是与图3相似的曲线图，图示了扩展的调暗；

图5是与图1相似的曲线图，图示了所述扩展的调暗的终点条件

具体实施方式

图1示意性表示了xy色度图。这张图是众所周知的，因此对它的说明保持最少。点(1，0)，(0，0)和(0，1)分别表示理想的红色、蓝色和绿色，这些都是虚拟颜色(virtual color)。曲线1代表纯的光谱颜色。波长用纳米(nm)表示。虚线2连接曲线1的末端。由曲线1和虚线2包围的区域3包含所有的可见颜色；与曲线1的纯光谱颜色形成对照，区域3的颜色是混合颜色，它们可以通过混合两种或多种纯的光谱颜色来获得。相反地，每个可见颜色可以由色度图中的坐标表示；色度图中的点将表示为“色点”。

应当注意，本领域技术人员应该清楚的是，还可以使用不同图形的颜色表示，例如RGB色度图。

当混合了两种纯的光谱颜色时，得到的混合颜色的色点位于连接这两种纯色的色点的线上，得到的色点的确切位置取决于混合比例(强度比例)。例如，当混合紫色和红色时，得到的混合颜色紫红色的色点位于虚线2上。如果两种颜色能够混合产生白光，那么这两种颜色称为“互补颜色”。例如，图1表示了连接蓝色(480nm)和黄色(580nm)的线4，该线穿过白点，表示蓝光和黄光的适当强度比例将被察觉为白光。应当注意，光混合实际上仍然包含不同波长的两个光谱成分。这对于任何其他的互补颜色组也是适用的：在对应的适当强度比例的情况下，所述光混合将被察觉为白光。

如果两个互补颜色(灯)的光强度分别表示为I1和I2，那么混合光的总体强度Itot将由I1+I2定义，而得到的颜色将由比例I1/I2定义。例如，假设第一颜色是强度为I1的蓝色，第二颜色是强度为I2的黄色。如果I2＝0，那么得到的颜色是纯蓝色，得到的色点位于曲线1上。如果I2增大，那么色点沿着线4向白点行进。只要色点位于纯蓝色和白色之间，那么相应的颜色还是被察觉为带蓝色(blue-ish)的，但是越靠近白点，得到的颜色越淡。

在下面，词“颜色”将用于与短语“色点”相关的区域3中的实际颜色。颜色的“印象”将由词“色调”来表示；在上面的实例中，色调是蓝色的。应当注意，色调与曲线1的光谱颜色相关；对于每个色点，可以通过将这个色点沿着穿过白点的线投射到曲线1上来找出相应的色调。

另外，颜色是否是或多或少淡的色调这个事实由短语“饱和度”来表达。如果色点位于曲线1上，那么相应的颜色是纯的光谱颜色，也被表示为完全饱和的色调(饱和度＝1)。当色点朝着白点行进时，所述饱和度减少(更少饱和的色调或更淡的色调)；在白点处，根据定义，饱和度为零。

应当注意，如从图1容易看到的，许多可见颜色可以通过混合两种颜色来获得，但是这不适用于所有的颜色。为了能够产生具有任何期望的颜色的光，需要产生三种不同颜色的三个灯。可以使用更多的灯，但这不是必要的。

图2是示意性地表示照明系统20的框图，包括三个荧光灯21，22，23和控制系统30。第一灯21产生具有第一颜色C1的第一光L1；第二灯22产生具有第二颜色的C2的第二灯L2；第三灯23产生具有第三颜色C3的第三光L3，其中三个灯L1，L2，L3的三种颜色C1，C2，C3互不相同。为了说明起见，可以认为每个灯21，22，23产生基本上只具有一个波长(或只具有窄的波谱)的纯光谱的光。然而在实践中，荧光灯不产生只有一个波长的光，而且其颜色不会是曲线1上的颜色，而是在区域3内某处的颜色。在一个合适的实施例中，第一颜色C1是红色，第二颜色C2是绿色，第三颜色C3是蓝色，如图1中以放大的形式所示。

第一灯21具有的标称光强度用Inom(1)表示。同样，第二灯22具有的标称光强度用Inom(2)表示，第三灯23具有的标称光强度用Inom(3)表示。这三个标称光强度相互之间可以相等，但这不是必要的。替代将之称为光输出强度，还可以将之称为电功率消耗。

所述灯21，22，23中的每一个都是可调暗的灯，即能够接收调暗控制信号，以便分别设置输出光强度的实际级别I1，I2，I3。

控制系统30具有第一输出端31，用于产生第一控制信号Sc1，以便控制第一灯21的第一光的强度。响应于接收第一控制信号Sc1，第一灯21在由介于0和1之间的第一灯调暗系数δ1限定的调暗条件下操作，使得实际的输出光强度I1可以写为：

I1＝δ1·Inom(1)                     (1)

显然，调暗系数δ1是控制信号Sc1的函数。

类似地，控制系统30具有第二输出端32，用于产生第二控制信号Sc2，以便控制第二灯22的第二光的强度；还具有第三输出端33，用于产生第三控制信号Sc3，以便控制第三灯23的第三光的强度。响应于接收第二控制信号Sc2，第二灯22在由第二灯调暗系数δ2限定的调暗条件下操作，使得实际的输出光强度I2可以写为：

I2＝δ2·Inom(2)                          (2)

响应于接收第三控制信号Sc3，第三灯23在由第三灯调暗系数δ3限定的调暗条件下操作，使得实际的输出光强度I3可以写为：

I3＝δ3·Inom(3)                          (3)

照明系统20的总体输出光表示为L，它是三个光L1，L2，L3的混合。根据前面的说明，应该清楚的是，组合的输出光L的色点由三个实际的输出光强度I1，I2，I3确定。控制系统30具有第一用户控制输入端36，用于接收用户控制信号S_COLOUR，利用这个S_COLOUR用户可以设置照明系统20的输出光的色点。控制系统30适合于产生它的输出控制信号Sc1，Sc2，Sc3，使得各个灯21，22，23的各个强度具有对应所需色点的合适的相互比例。输入色点和对应的输出控制信号Sc1，Sc2，Sc3之间的关系由灯设置系数α1，α2，α3来定义，灯设置系数α1，α2，α3可以存储在控制系统30的存储器中。如果期望的话，控制系统30可以具有与各个灯21，22，23关联的灯检测器，以便监视相应的灯强度I1，I2，I3并在必要时调节相应的输出控制信号Sc1，Sc2，Sc3，但这没有在附图中示出。

控制系统30具有第二用户控制输入端37，用于接收用户控制信号S_DIM，利用这个S_DIM，用户可以调暗照明系统20的输出光。调暗控制信号S_DIM的性质是不相关的；以说明的方式，假设调暗控制信号S_DIM指示连续可变的系统调暗系数β，系数β在从表示为“1”的最大设置到表示为“0”，的最小设置的范围内。当改变所述调暗控制信号S_DIM时，用户的意图在于改变系统20的组合输出光L的总体光强度，而维持色点。这可以通过添加代表强度并垂直于图1平面延伸的第三轴来进行图形化的解释说明：然后用户的意图会相当于沿着平行于所述第三轴的线向下行进到强度零。

基于颜色设置(由灯设置系数α1，α2，α3定义)和调暗设置(由系统调暗系数β定义)，控制系统30按照下面的公式计算各个灯的调暗系数δ1，δ2，δ3：

δ1＝β·α1                                      (4)

δ2＝β·α2                                      (5)

δ3＝β·α3                                      (6)

并相应地产生其输出控制信号Sc1，Sc2，Sc3。

关于色点的设置，应当注意，如果全部的灯21，22，23的各个光强度都乘以相同的系数β，那么这个设置不变。在这三个单个的灯设置系数α1，α2，α3中，通常有一个具有最高值，而其他两个将具有较低的值(尽管也可以发生：所述系数中的两个一样高，而第三个系数较低)。因此，可以缩放这三个调暗系数，使得所述一个调暗系数的值等于1；因为这些缩放的值对应β＝1时系统输出光L的最高总体光强度的情形，将假设这些缩放的值是存储在控制系统的所述存储器中的值。在下面的说明中，假设α3＝1，α2<1，α1<1。

图3是图示系统调暗系数β(水平轴)和三个单个灯调暗系数δ1，δ2，δ3(垂直轴)之间关系的曲线图。

因为这三个单个灯调暗系数δ1，δ2，δ3都乘以相同的系数β，所

以当总体强度减少(在图3中，朝右行进)时色点不发生偏移。在理想的情况下，当β达到零时，总体强度达到零。然而，一个实际的问题在于，灯具有物理决定的更低的调暗极限I_MIN，对应于灯调暗系数的更低的极限δ_MIN＝I_MIN/Inom。这个更低的极限在图3中表示为水平的虚线5。应当注意，三个灯21，22，23可以具有相互不同的更低的调暗极限，但这在图中没有示出。为了便于论证，后面假设对于所有的灯，较低的调暗极限I_MIN是相等的。

图3示出当系统调暗系数β达到值β1时，第一灯21达到其较低调暗极限δ_MIN。如果用户仍然进一步减小系统调暗系数β，那么控制系统30不能通过减小该第三灯的光强度来遵照。因此常规的控制系统30将维持其输出控制信号的设置，使得即使用户将系统调暗系数β减小到低于β1，光也不被调暗到超过β1。换言之，色点的这个设置的有效调暗范围是从β＝1到β＝β1。

根据本发明的第一方面，第一灯21的强度维持在其最小调暗等级时，继续调暗所述系统。可以按照公式(5)和(6)继续调暗，接受色点位置的小变化。然而，在优选实施例中，本发明建议保持色调不变地继续调暗。对于用户，最重要的效果是光强度确实如用户要求的那样减小了，而因为维持了色调，色点的变化难以察觉。

如上面说明的，维持色调的同时改变色点可以呈现为在色度图中沿直线朝白点行进。用公式来说明，这可以如下表达：

对于β<β1，δ1＝β1·α1     (7)

对于β<β1，δ2＝λ(β)·α2   (8)

对于β<β1，δ3＝μ(β)·α3   (9)

注意第一强度I1维持不变，由作为β的函数的系数λ和μ调暗第二和第三灯22和23，选择这些系数，使得λ(β1)＝β1和μ(β1)＝β1，以及这些函数联合地定义了不变色调线。当然，精确的函数取决于原始的色点。应当注意，取决于原始色点的位置，可以缩放所述系数λ和μ，使得这些系数中的一个总是等于β。

原则上，可以继续直到下一个灯达到其最小调暗等级，或者直到达到了白点。然而，那时用户可能已经注意到颜色已经改变。因此，在一个优选实施例中，在达到白点之前，停止进一步的调暗过程。所述进一步的调暗过程的终点可以简单地通过定义终值β_END<β1来定义；如果调暗系数β达到这个终值β_END，那么响应系统调暗系数β的进一步降低的进一步调暗被禁止。然而，在一个优选实施例中，终点条件是根据饱和度定义的：如果饱和度(将由ζ表示)已经达到预定义的阈值ζ_T，那么禁止进一步的调暗。在优选实施例中，ζ_T选为等于0.5。

对于调暗系数β的某个值β_T(β_T低于β1)，将达到所述预定义阈值ζ_T。因此，现在有效调暗范围是从β＝1到β＝β_T：根据本发明，有效调暗范围已经超出β1。

图4是与图3相似的曲线图，图示了扩展的调暗。该图示出：对于β_T<β<β1，第一灯21的强度I1维持不变，第三灯23的强度I3根据调暗系数β进行调暗，第二灯22的强度I2根据系数λ(β)<β进行调暗。

图5是与图1相似的曲线图。三角形55(它的角与三个灯21，22，23的色点C1，C2，C3重合)定义了能用这三个灯产生的全部颜色的区域。线50将饱和度ζ＝0.5的所有色点连接起来。原始色点在51处表示，白点在W处表示。连接色点51和白点W的虚线52定义具有与色点51相同色调的所有颜色。这条虚线52与线50在交点53相交。实线54指示了当调暗系数β根据本发明从β1降低到β_T时，照明系统20输出光L的色点的行进轨迹。

应当注意，在上面参考了白点，表明只存在一个白点。取决于定义，白点的位置可以改变。可替换地，可以定义白点，对于上面的说明，还可以使用点W，点W与所定义的白点非常接近，但不必与其相同。

还应当注意的是，可以关于曲线1的纯色来定义饱和度。这将用短语“绝对饱和度”来表示。在这种情况下，连接50％绝对饱和度的所有点的线50具有的形状相当于曲线1的形状。饱和度的这样的解释对应于本发明的一个实施例。然而在上面的说明和图5中，饱和度是关于所有颜色的区域的边界55来定义的，这些颜色可能可以用实际系统的特定的灯21，22，23来实现：这将用短语“相对饱和度”来表示。所述边界55(在三个灯的情况下是三角形)对应于100％的相对饱和度(但是小于100％的绝对饱和度)，连接50％相对饱和度的所有点的线50具有的形状相当于边界55的形状，如图所示。

应当注意，本发明提供的扩展量取决于原始色点的位置。如果这个色点接近所述边界55，如图5中所示，那么这些灯中的一个灯的相对强度相对较低，该灯将相对较早地到达其最小调暗等级，因而导致相对较窄的调暗范围[1；β1]。同时，原始色点的相对饱和度ζ将接近1，调暗系数β在到达β_T之前可以充分地更低。如果原始色点已经具有接近0.5的相对饱和度ζ，那么“原始”调暗范围[1；β1]将已经相对较宽，本发明提供的扩展将相对较小。对于用户的感知而言，重要的是，对于接近所述边界55的颜色以及离所述边界55更远的颜色而言，有效的调暗范围[1；β_T]将或多或少地相同。

对于本领域技术人员清楚的是，本发明不限于上面讨论的典型实施例，而是在所附权利要求书中限定的本发明的保护范围内，可以进行若干变化和修改。

例如，替代等于固定值(例如50％)的预定饱和度ζ_T(绝对或相对)，可以使用不同的定义，例如围绕着白点W或者接近白点的点的曲线(例如圆)。

另外，本发明的应用不限于具有三个光源的系统：本发明的原理还适用于具有四个或更多光源的系统的情况。

以上针对如下问题说明了本发明，这个问题就是所述灯(或者所述灯中的至少一个灯)具有调暗下限(lower dim limit)：不可能将这样的灯的光强度进一步减小到它的调暗下限以下。然而，灯也具有调暗上限(upper dim limit)：不可能将这样的灯的光强度进一步增大到它的调暗上限以上(至少在不损害灯的情况下是不可能的)。通常，这个调暗上限稍微高于标称光强度，但是通常这样来控制，即灯具有等于它们的标称光强度的实际上限，以便防止损害。对于这样的情况，本发明的原理也适用：这个灯的光强度保持不变，而所有其他灯的光强度增大，以便保持色调不变。因为短语“调暗”暗示“减小光强度”，所以将使用短语“沿特定方向改变光强度”，其中“特定方向”可以是“增大”或“减小”。对于增大光强度的情况，还可以将预定阈值饱和度值(ζ_T)定义为低于100％，但在实践中，这不是必须的。

以上参考框图说明了本发明，所述框图图示了根据本发明的设备的功能块。应当理解，这些功能块中的一个或多个可以用硬件来实现，其中这样的功能块的功能由各个硬件元件来实现，但是这些功能块中的一个或多个可以用软件来实现，这样，这种功能块的功能由计算机程序的一个或多个程序行或诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器等等之类的可编程设备来完成。

Claims (6)

1.沿特定方向改变照明系统(20)的光强度的方法，该照明系统(20)能够发射具有可变颜色的光(L)，照明系统(20)包括至少三个可调暗光源(21，22，23)，这些光源生成具有彼此互不相同的颜色(C1，C2，C3)的各种光(L1，L2，L3)；

所述方法包括步骤：沿所述特定方向改变所有可调暗光源(21，22，23)的光强度(I1，I2，I3)，同时维持色点，直到所述光源中的一个(21)达到调暗极限(I_MIN)；

所述方法的特征在于步骤：将所述一个光源(21)的光强度(I1)维持在其调暗极限(I_MIN)，并且沿相同的特定方向改变其他可调暗光源(22，23)的光强度(I2，I3)，以便维持色调。

2.根据权利要求1的方法，其中沿所述特定方向改变所述其他可调暗光源(22，23)的光强度(I2，I3)，直到绝对或相对饱和度(ζ)达到预定阈值(ζ_T)。

3.根据权利要求1的方法，其中所述特定方向是强度的减小，并且所述预定阈值饱和度值(ζ_T)约等于0.5。

4.生成混合光(L)的照明系统(20)，包括至少三个可调暗光源(21，22，23)，这些光源用于生成具有彼此互不相同颜色(C1，C2，C3)的各种光(L1，L2，L3)，每个光源(21，22，23)具有标称强度(Inom(1)，Inom(2)，Inom(3))，所述光源中的至少一个(21)具有调暗极限(I_MIN)；

所述系统还包括用于生成控制信号(Sc1，Sc2，Sc3)的控制系统(30)，所述控制信号用于控制可调暗光源(21，22，23)；

所述控制系统(30)具有第一输入端(36)，用于接收定义色点(51)的第一用户输入信号(S_COLOUR)，并且具有第二输入端(37)，用于接收第二用户输入调暗信号(S_DIM)；

其中所述控制系统(30)设计成根据第一用户输入信号(S_COLOUR)计算灯设置系数(α1，α2，α3)；

其中所述控制系统(30)设计成根据第二用户输入调暗信号(S_DIM)计算系统调暗系数(β)；

其中所述控制系统(30)设计成根据公式β1＝I_MIN/(α1·Inom(1))计算第一调暗极限值(β1)，对于该第一调暗极限值，所述一个光源(21)达到它的调暗极限(I_MIN)，

其中β1代表所述第一调暗极限值，

其中α1代表所述一个光源(21)的灯设置系数，

其中I_MIN代表所述一个光源(21)的调暗极限，

并且其中Inom(1)代表所述一个光源(21)的标称强度；

其中所述控制系统(30)设计成只要系统调暗系数(β)没有达到第一调暗极限值(β1)，便将灯调暗系数(δ1，δ2，δ3)计算为系统调暗系数(β)和灯设置系数(α1，α2，α3)的乘积，并生成其控制信号(Sc1，Sc2，Sc3)，以便所有的可调暗光源(21，22，23)由计算的灯调暗系数(δ1，δ2，δ3)来调暗；

其特征在于：

所述控制系统(30)设计成如果系统调暗系数(β)达到第一调暗极限值(β1)，便将所述一个光源(21)的灯调暗系数(δ1)计算为所述第一调暗极限值(β1)和第一灯设置系数(α1)的乘积，并计算其他可调暗光源(22，23)的灯调暗系数(δ2，δ3)，以便沿特定方向改变所述其他可调暗光源(22，23)的强度，同时维持混合光(L)的色调。

5.根据权利要求4的照明系统，其中所述控制系统(30)设计成继续沿所述特定方向改变所述其他两个可调暗光源(22，23)的强度，直到所述系统调暗系数(β)达到第二调暗极限值(β2)，其中混合光(L)的绝对或相对饱和度(ζ)具有预定义的阈值(ζ_T)。

6.根据权利要求5的照明系统，其中所述特定方向是强度的减小，并且所述预定义的饱和度阈值(ζ_T)约等于0.5。

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