CN101473697B

CN101473697B - 用于调节灯光的色点的方法及装置和包括这种装置的系统

Info

Publication number: CN101473697B
Application number: CN2007800233438A
Authority: CN
Inventors: V·舒尔茨
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: EP2044811B1; CN101473697A; ATE463146T1; JP2009541926A; US20090279293A1; DE602007005652D1; EP2044811A1; WO2007148254A1; US7916296B2

Abstract

通过计算光源的排列，对于每一个排列计算光源的贡献来获得目标色点，将光源的贡献分别加入总体贡献，并根据它们的总体贡献操作光源来获得使用多于三原色光源的目标色点。

Description

用于调节灯光的色点的方法及装置和包括这种装置的系统

技术领域

本专利申请一般地涉及调节灯的色点。

背景技术

在目前的照明系统中，使用的是固态照明(SSL)装置，例如发光二极管(LED)。这些LED提供一定波长的光。为了操作具有不同颜色的灯，将不同颜色的LED组装在一个灯内。当操作时，LED提供原色，原色被叠加起来产生灯的输出颜色。

LED可以限定在显示颜色的颜色空间内的区域，颜色可以由灯通过LED光通量的线性组合实现。在本领域中，对于包含三个LED的灯来说，调节每个LED的光通量以便于对灯的总体颜色产生影响是已知的。在例如由三色值(X_t、Y_t、Z_t)限定的目标色点和三原色的平均光通量Φ之间存在的确切关系是已知的。还已知的是，可以用操作LED的持续时间限定平均光通量Φ。例如，在基于脉宽调制(PWM)的系统中，可以用

给出第i种颜色的平均光通量 Φ，而p_i表示第i种原色的占空比(一个周期中操作的持续时间除以周期的总长度)以及是光通量的峰值。在三色系统中，也就是，具有三种不同原色的灯中，由此可以计算获取一种给定色点所必需的每一种原色的占空比。

FR2878064A公开了一种用于屏幕的背后照明装置，在其中使用两个或者三个不同颜色的光源，例如LED。根据制造者或者用户确定的目标，可以调节总体光发射的色点。尤其可以通过脉宽调制控制LED。

US2002/180973A1公开了一种实现例如电影镜头等所需照明的方法。通过没有详细描述的算法，根据预定的目标光谱或者三色值调节一组光源。

JP2001272938A描述了一种电控制单个LED的光输出的方法。

然而，在现有技术中，如果在灯中使用了多于三原色，则不能计算原色对获得目标色点的贡献。

发明内容

因此，本专利申请的第一个目的是提供简单的色点计算。本专利申请的另一个目的是提供一种灯，其发射出具有高显色指数的光。本专利申请的另一个目的是提供一种色点计算的简单实现。本专利申请的另一个目的是，提供使用脉宽调制系统的色点计算。

该专利申请的这些和其它目的通过调节灯的色点的方法来实现，其中该方法包括：限定目标色点，操作灯内的N≥4个的不同光源，其中光源发射不同波长的光，调节N个光源中M＜N个光源对由灯发射的总体光的贡献，用以便于获得所述目标色点，其中，所述调节包括：计算光源组合的

排列，对于至少两个计算的排列计算光源对由灯发射的总体光的贡献用以满足所述色点，将来自至少两个计算的排列的每个光源的计算贡献分别加到每个光源的总体贡献中，以及用所有光源产生的总体贡献操作所述灯。

已发现，利用具有多个不同光源的灯，通过将用于至少两个排列的光源贡献增加到总体贡献中并根据它们自身的总体贡献操作光源，可以获得目标色点。尤其有用的是，在CIE xyz颜色空间，也称为CIE 1931色空间，限定目标色点。根据这种定义，人眼具有用于不同波长的感受器(receptor)，例如，蓝、绿和红。由此，这三个参数原则上足以描述色感。为了描述对人眼很好色感的色点，可以使用三色值，标记为X、Y和Z值，其分别描述红、绿和蓝三元组色。已经发现，在由X，Y，Z值限定的颜色三角内发现了人眼能感知的颜色。

尽管通过增加光源的一种可能组合的贡献可以满足目标色点，但是还发现这种灯的颜色表征可能具有低显色指数。显色指数可以用作发出相同颜色光的光源之间的品质差异。可以将例如黑体发射器等的参考源限定为具有显色指数100。用具有相同色温的测试源与其相比，并可以使用标准公式比较在参考光源之下和测试照明之下感知到的颜色，也就是在CIE色空间中测试到的颜色。因此，本专利申请提供了对光源组合的可能排列的计算，以获得目标色点。用N个不同的光源，并使用其中的M个来获得色点，将可以计算光源组合的

排列，优选为

排列。计算组合的排列可以包括计算

(\begin{matrix} N \\ 3 \end{matrix}) = \frac{N!}{(N - 3)! 3!}

排列。

对于这些排列中的每一个来说，可以计算N个不同光源中M个光源对获得目标色点的贡献。然后，在计算对于排列的N个光源每一个的贡献之后，将来自不同排列的所有光源的贡献相加，以获得总体贡献。这个总体贡献构成了不同排列内光源的所有贡献。在已经分别获得了每个光源的总体贡献之后，通过操作具有其总体贡献的每个光源可以操作灯。这导致了获得目标色点和具有高显色指数的光发射。

根据本发明的方法提供了具有N大于2，优选为3个光源，尤其是例如LED等的固态光源的灯的色点计算。每个光源贡献的计算简单迅速。算法能简单实现。

已经发现，具有N＝4个不同光源的灯提供了很好的显色指数结果。优选地，N＝5个光源提供了甚至更好的显色指数。例如，可以使用具有红、绿、蓝、琥珀和黄颜色的光源。

优选地，在一个排列中用对总体光有贡献的N个光源中的M个(M等于或者大于3)来计算贡献。

光源对总体光的贡献可以理解为每个光源的光通量。加入每一个排列的不同光源的光通量可能导致满足目标色点。

尤其是在脉宽调制系统中，每一个光源的贡献可以理解为，在时间帧内光源的激活持续时间。尤其优选的是，在每个排列内计算每一个光源的脉宽占空比，以获得目标色点。

如前面所指出的，三色值的颜色三角限定了人可感知的目标色点的区域。因此，优选考虑每一个排列的可见性，也就是，在排列内发现的M个光源的叠加贡献是否在颜色三角之内并因此可以被观看者看见。在这个方面，优选的是每个光源的计算占空比在0和1之间。

在检查哪种方案能够提供在颜色三角内和需要在范围0和1之间的占空比的目标色点之后，获得很多可能的解决方案m。对于这个数m，可以假定虚拟脉宽调制周期

T_{i} = \frac{T}{m},

其中T表示PWM系统的周期。每个光源的贡献可以与该虚拟脉宽调制周期T_i成比例。因此，每个排列固定、相同的时间帧可以是T_i，每一个光源的占空比可以是p_i。这可能导致光源总体贡献的加权叠加计算为：

p_{i} = \frac{1}{m} Σ_{k = 1}^{m} p_{ik}

为了获得很好的显色指数，可以在脉宽调制周期T的每一个固定脉冲之内用所有光源的总体贡献来操作灯。因为在对于每一个排列的非相等时间帧内计算用于每一个光源的脉宽占空比，所以还可以改善显色指数。

本专利申请的另一个方面是操作灯的装置，其包括：目标色点限定单元；调节装置，布置为调节N个不同光源中的M个光源对由灯发射的总体光的贡献以获得目标色点；排列装置，布置为计算光源的组合的

排列；计算装置，布置为对于至少两个计算的排列计算光源对由灯发射的总体光的贡献以获得目标色点，以及加法装置，布置为将来自至少两个计算排列中的每个光源的计算贡献分别加到每个光源的总体贡献中。

本专利申请的另一个方面涉及一种系统，包括具有发射不同波长光的N个不同光源的灯，以及权利要求13的装置。

最后，根据权利要求15的用途也是本专利申请的一个方面。

参考下述的附图，本专利申请的这些和其它方面将是显而易见的并得到解释说明。

附图说明

在图中：

图1是根据实施例的系统的示意图；

图2是根据实施例的方法的流程图；

图3是说明根据实施例的排列的表格；

图4a是说明根据排列的光源占空比的图表；

图4b是说明累积占空比的图表。

具体实施方式

图1描述了系统100，根据本发明实施例，该系统布置用于操作灯116。

系统100包括调节灯116的色点的装置102。该装置102包括目标色点限定单元104和调节单元106。调节单元106包括排列单元108、计算单元110和加法单元112，以及控制单元114。所述单元104-114可以彼此配合。

控制单元114可以布置成控制灯116中的光源118a-e。光源118a-e可以是固态光源，例如LED。光源118位于灯116的壳体内并通过光学系统120发光，使得从光源118a-e发射的光重叠，以提供灯116的总体照明印象。

将参考图2更详细地描述系统100的操作。

图2描述了一种方法200，用于根据实施例操作所述系统100。在第一个步骤202中，将色点限定在色点限定单元104之内。色点是灯116所希望的颜色并可以通过其三色值X、Y、Z来限定。其它的色点限定方法也可以在本专利申请的范围之内。

将限定的色点发送给调节单元106。在步骤204中，排列单元(permutationunit)108计算排列。例如，如所示的，在灯116中设置五个不同的光源118a-e，并通过三个三色值限定色点。在这种情况中，排列单元108可以计算

排列。这产生了10种可能的光源三元组，如图3所示。

如图3所看到的，设置了10个排列T₁-T₁₀，每个排列包括光源118a-e的贡献(contributions)D_A、D_B、D_C、D_D、D_E。为了获得目标色点，可以在步骤206中计算对于每个排列的每个光源118a-e的平均光通量。例如在基于PWM的系统中，在一定的时间帧(time frame)内平均光通量可以是光源118a-e的占空比的函数。步骤206中，对于每个排列T₁-T₁₀，可以在计算所包含的三原色的占空比D。

排列单元118将可能的排列传送给计算单元110。在步骤206中，计算单元110计算包含在排列T₁-T₁₀之内的每个光源118a-e的贡献(contribution)。计算单元110还在步骤208中检查各个光源118a-e的计算占空比是否位于0和1之间。只有在这种情况下，通过以固定时间帧用脉宽调制操作所述系统100，才能获得目标色点。

另外，在步骤208中，计算单元110检查每一个排列的计算占空比是否导致目标色点在三色值限定的允许颜色三角之内发射。只有满足上述两种条件的那些排列才考虑进行进一步的处理。

图4a描述了用于不同排列不同占空比的例子。如所看到的，在第一个虚拟脉宽调制周期

中，计算单元110已经为排列T₁计算占空比D_A1、D_B1和D_C1。在第二个周期

中，计算排列T4的贡献D_A4、D_C4和D_D4，以及在第三个周期中，计算排列T₆的贡献D_A6、D_D6和D_E6。在所述的例子中，计算单元110已经在步骤208中计算出：仅仅排列T₁、T₄和T₆提供具有可行占空比的可行目标色点。因此，仅仅考虑将这三个排列T₁、T₄、T₆用来产生目标色点。这m(等于三)个排列占用(account for)整个脉宽调制周期T的虚拟(virtual)脉宽调制周期

在步骤210中，加法单元112中还处理了计算排列和它们的占空比。加法单元112计算光源118a的占空比D_A1、D_A4、D_A6之和。对于光源118b，总体贡献(overall contribution)是D_B1。对于光源118c，总体贡献是D_C4+D_C6。对于光源118d，总体贡献是D_D4+D_D6。对于光源118e，总体贡献是D_E6。总体贡献可以由此计算：

p_{i} = \frac{1}{m} Σ_{k = 1}^{m} p_{ik}

用p_i作为光源118i的总体贡献，m是合理排列的数量。如图4b所示，可以将总体贡献合计为一个总体的占空比。

还可以使用权重值w_k来加权计算颜色(0＜＝p_ik＜＝1)的贡献，并相加加权贡献。这将导致：

p_{i} = Σ_{k = 1}^{m} w_{k} p_{ik}

其中

p_{i} = \frac{1}{m} Σ_{k = 1}^{m} p_{ik}

借助于该加权可以改善显色指数。

在步骤212中，将这些合计的占空比传送到控制单元114。控制单元114 根据在一个脉宽调制周期T之内各个合计的贡献操作所述光源118a-e。优选的是，总体贡献占用(account for)在一个周期T之内光源118的操作时间。

应当注意的是，可以使用贡献p_i来计算应用到光源118a-e的恒定电流。光通量电流特性使得可以得到驱动光源118a-e的电流值。并非须要用脉宽调制驱动光源118a-e，用具有电流值的恒定驱动也是可能的。还可以将围绕所需平均光通量变化的电流提供给具有计算贡献的光源。

通过灯116光学系统120的光输出获得目标色点，并具有很高的显色指数。容易实现计算多于三个光源118的贡献，并且该方法使得可以计算具有多于三个原色光源的目标色点。这可以使用脉宽调制系统来完成。

尽管在附图和前述的说明书中详细地解释和描述了本发明，但是这些解释和描述认为是示意性或者说明性的，而不是限制性的；本发明不局限于公开的实施例。

从对附图、公开内容和附带的权利要求的研究，在实践所要求保护的本发明中本领域技术人员可以理解和实现对公开的实施例的其它变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或者步骤，非限定冠词“一”不排除多个。单个处理器或者其它单元可以完成权利要求中所陈述的几个项目的功能。唯一的事实是，在相互不同的从属权利要求中引用的某些方法不预示着不能使用这些方法的组合产生有益效果。可以将计算机程序存储/分配在适当的媒介上，例如可以和其它硬件的一起使用或者作为其它硬件的一部分的光存储介质或者固态介质上，但是也还可以以其它方式分配，例如通过Internet或者其它有线或者无线通讯系统。在权利要求中的任何附图标记不构成对范围的限制。

Claims

1.一种用于调节灯光的色点的方法，该方法包括：

限定目标色点，

操作灯内N≥3个不同的光源(118)，其中光源(118)发射具有不同波长的光，和

调节N个光源(118)中M＜N个光源对由灯(116)发射的总体光的贡献，以便于获得所述目标色点，

其中，所述调节动作包括：

计算光源(118)组合的

排列，

对于至少两个计算的排列，计算光源(118)对由灯(116)发射的总体光的贡献，以获得所述目标色点，

将来自至少两个计算的排列的每个光源(118)的计算贡献分别加到每个光源(118)的总体贡献中，以及

用所有光源(118)的合成总体贡献来操作所述灯(116)。

2.如权利要求1的方法，其中，操作具有N个不同光源(118)的灯(116)包括：操作具有至少N个不同光源的灯，N等于或者大于4。

3.如权利要求1的方法，其中，调节M个光源(118)的贡献包括：调节M个光源的贡献，M等于或者大于2。

4.如权利要求1的方法，其中，光源(118)的计算贡献具有相应的权重因数。

5.如权利要求1的方法，其中，对于计算的排列计算光源(118)的贡献包括：计算每个光源(118)的光通量，用以获得所述色点。

6.如权利要求5的方法，其中，计算光通量包括：计算每个光源(118)的激活持续时间。

7.如权利要求1的方法，其中，计算光通量包括：计算每个光源(118)的脉宽占空比。

8.如权利要求6的方法，还包括：检查计算占空比是否是0≤p≤1。

9.如权利要求1的方法，还包括：检查每个光源(118)的计算贡献是否位于由色点的颜色三角限定的允许范围之内。

10.如权利要求6的方法，还包括：在下述的至少一个内，计算每个光源(118)的脉宽占空比：

A)对于每个排列的相等时间帧

B)不相等的时间帧。

11.如权利要求1的方法，其中，用所有光源(118)的总体贡献操作所述灯(116)包括：使用光源(118)总体贡献的加权叠加。

12.一种用于调节灯光的色点的装置，包括：

目标色点限定单元(104)，

调节装置(106)，布置为调节N≥3个不同光源(118)中的M＜N个光源对由灯(116)发射的总体光的贡献，以便于获得所述目标色点，

排列装置(108)，布置为计算光源(118)组合的

排列，

计算工具(110)，布置为对于至少两个计算的排列计算光源(118)对由灯(116)发射的总体光的贡献，用以获得目标色点，以及

加法装置(112)，布置为将来自至少两个计算的排列的每个光源(118)的计算贡献分别加到每个光源(118)的总体贡献中。

13.一种用于操控灯光的系统，包括具有发射有不同波长的光的N个不同光源(118)的灯(116)，以及权利要求12的装置。