CN101529980A - 颜色受控光源以及对光源中的颜色生成进行控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种颜色受控光源，包括多个彩色元件，用于检测光源光输出并产生检测信号的探测器；以及根据所述检测信号以及光源光输出的预定目标色点，来产生提供给所述光元件的驱动信号的颜色控制单元。为了能够检测单独光元件对光源光输出的贡献，光源进一步包括对所述每一个光元件的驱动信号进行单独特性调制的调制器，以及相应的对所述检测信号进行解调并产生单独光元件光输出的实际值即测量值的解调器。颜色控制单元确定每个光元件光输出的额定值，以获得所述目标色点，并将实际值与额定值进行比较。如果存在差，则调节驱动信号以将差最小化。

Description

颜色受控光源以及对光源中的颜色生成进行控制的方法
技术领域
本发明涉及固态照明，更具体地涉及根据权利要求1前序部分的颜色受控光源，以及根据权利要求5前序部分的对光源中的颜色生成进行控制的方法。
背景技术
为了在固态照明中实现多色(例如不同的色温)光源，发出不同颜色的光的发光二极管被用于一个设备中。这些LED在颜色空间中定义子区域，以指示能够通过所有可能的线性组合来实现的色域。因此，可以通过各个LED的信号输入对颜色空间的色谱中所期望强度的彩色光进行控制。应该注意到，术语彩色光中也包括白光。
与传统的光源不同，由于结温的变化、电流、老化效应和LED的装箱的原因，彩色LED将“色移”随着由于温度和老化的原因，光输出从预定义的色点(color point)开始变弱，光源的光输出的目标色点将变得失真(distorted)。
因此，光源的色点必须通过控制回路来稳定。
为了监测来自光源的光输出，普遍使用RGB传感器，或者具有与标准观察器相同的灵敏度或逼近这些曲线的真色度传感器。可选地，可能与一个或多个温度传感器一起使用一个或多个通量传感器(fluxsensor)。
然而，当光探测器检测到输出自光源的光时，其可能被例如周围的日光和/或其他彩色LED的其他光源干扰。因此，测量的颜色强度经常是有缺陷的，并且不能单独代表来自光源本身中的LED的光输出。因此，到控制回路的控制设备的反馈信号是不适当的。
发明内容
本发明的目的是提供一种光源，以及一种对光源的颜色生成进行控制的方法，其缓解了颜色控制中的上述干扰问题。
通过依据如权利要求1限定的本发明的颜色受控光源来达到该目的。附属的从属权利要求对本发明的优选实施例进行了限定。
因此，根据本发明的一个方面，这里提供了一种颜色受控光源，其包括：多个彩色光元件，用于检测光源的光输出并生成检测信号的探测器，以及用于根据所述检测信号和光源光输出的预定目标色点来产生所述光元件的驱动信号的颜色控制单元。
所述光源进一步包括：用于对每个所述光元件的驱动信号进行单独特性调制(signature modulation)的调制器，和用于对检测信号进行解调，并通过识别每一个单独特性来提取每个所述光元件的光输出的每个实际值的解调器。颜色控制单元还包括用于确定每个光元件的光输出的额定值以获得所述目标色点的装置，以及用于将所述提取的实际值与所述额定值进行比较、以及如果存在差，调整所述驱动信号从而将差最小化的装置。
对每一个光元件的特性调制基本上允许识别来自单个光元件的真实/实际的所贡献(contributed)的光输出，并将之从总的光输出中提取出来。所以，来自于太阳或其他光源的任何环境光将不会使单个光元件的所测量强度失真。因此，为颜色控制单元提供了对每一个彩色光元件的光输出的更准确表示。这反过来又用于调节所需要的驱动信号，该驱动信号以精确的方式馈送至每一个光元件以对应于所期待的输出色点。
因此，本发明提供了对光源的每个单独颜色贡献的稳健而连续的确定，所确定的贡献不因其他明亮光源的干扰而受到影响。本发明可扩展至任意数量的原色。
使用光元件的单独的特性调制本身在Perkins等人在美国专利号6,542,270中公开。但是，其仅用于实现建筑物中光接收器的位置的确定，其中对用于房间照明的普通灯的输出光进行单独编码。因此，这是不同的技术领域。
根据如权利要求2限定的颜色受控光源的实施例，通过CDMA(码分多址)调制完成上述的特性调制，该CDMA调制具有特定编码方案来识别和/或提取每一个光元件的光输出。CDMA是一种在允许所有的信号有其用于识别的特定编码方案的同时，通过频谱的共享部分传输同时信号的方法。此外，CDMA编码具有很大的优势，因为可以与本发明中所使用的单独特性调制一起同时提供LED的普通照明驱动功能。
根据如权利要求3定义的颜色受控光源的实施例，所述特定编码方案有利地基于开-关键控(On-Off Keying)或双相调制。
根据如权利要求4限定的颜色受控光源的实施例，借助于RGB传感器、XYZ传感器和通量传感器中的一个来有利地完成检测。由于单独的LED能够从这些传感器中的任何一个的输出信号进行提取并跟踪，因此特性调制的特征带来这样的优势，即这些传感器类型中任一种都适于检测光源的光输出。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于对包括多个彩色光元件的光源中的颜色生成进行控制的方法。本方法包括检测光源的光输出并产生检测信号，以及根据所述检测信号以及光源光输出的预定目标色点来产生到所述光元件的驱动信号。
本方法进一步包括对每一个所述光元件的驱动信号进行单独的特性调制。对光输出的检测包括通过解调所述检测信号并识别每个单独特性来提取每一个所述光元件的光输出的每个实际值。另外，本方法还包括确定每个光元件的光输出的额定值以获得所述目标色点，并且将所述提取的实际值与所述额定值进行比较，如果存在差，则调节所述驱动信号从而将差最小化。
每个光元件的光输出的额定值取决于所使用的光元件的特征(例如其装箱(bin)信息)。确定这些额定值的装置(如本领域技术人员所了解的)基于例如解决耦合目标色点和装箱信息光元件的逆矩阵问题。
根据本方法的实施例，通过CDMA(码分多址)调制来完成上述特性调制；特定编码方案可以可选地基于开-关键控或双相调制；并且借助于RGB传感器、XYZ传感器或通量传感器中的一个来完成检测。
本方法提供与通过如上所述的本发明的光源所获得的那些相类似的优势和效果。
根据在下文中描述的实施例以及参考其进行的说明，本发明的这些和其他方面将显而易见。应该理解，详细描述和具体实例虽然说明本发明优选实施例，但也仅仅用来举例说明，而不是用于对本发明的范围进行限制。
附图说明
现在，将根据附图对本发明进行更详细的说明，其中：
图1是根据本发明的光源一个实施例(SSL灯)的示意图；
图2示出根据光源的另一个实施例使用具有脉宽调制(PMP)和脉幅调制的CDMA开-关键控调制。
图3示出了根据光源的其他实施例，使用具有占空比调制和幅度调制的CDMA双相(DC-BP)调制。
图4示出了根据本发明用于控制光源的颜色生成的方法的实施例步骤的流程图。
具体实施方式
根据本发明的颜色受控光源的第一个实施例，如图1所示，颜色受控光源101包括n个彩色光元件102a-d(这里作为示例n＝4)，用于检测来自光元件102a-d的输出光的探测器103，与探测器103的输出端连接的放大器105，经由放大器105连接到探测器103的作为CDMA解调器的解调器106，连接到解调器106的颜色控制单元107，连接到颜色控制单元107的作为CDMA调制器的调制器108，连接到调制器108和LED 102a-d的光元件驱动器109a-d。将光元件102a-d布置在衬底104上，可以是任何LED、OLED和(0)LED串。在下面将LED作为一个通用术语使用，在图1中，LED 102a-d的颜色是绿色、红色、蓝色和琥珀色，但是颜色的选择当然是可选的，并取决于设备的需要。每一个LED 102a-d通过LED驱动器109a-d馈送。驱动器109a-d的输入端连接到CDMA调制器108。CDMA调制器用一串矩形脉冲对每一个驱动器109a-d的驱动信号即输入(如电压)进行调制。由此执行特性调制方案，对每个彩色光元件102a-d进行识别。在从颜色控制单元107接收强度值的同时，根据所需要的强度对矩形脉冲的特征进行限定。颜色控制单元107控制每个光元件102a-d的发光量，用于产生预定目标色点110，这个预定目标色点可以由用户给定或者预编程到单元中。可以通过调制脉冲的幅度或占空比或者两者来完成对光元件102a-d的强度的调节。到颜色控制单元107的反馈是从CDMA解调器106接收到的已解调信号。CDMA解调器106依次处理经测量的通量信号，该通量信号代表探测器103检测到的光源101的光输出，并作为检测信号馈送给CDMA解调器106。更具体地，根据所述特性调制方案，通过将所述测量的通量信号与它们的各个特性进行关联，CDMA解调器将检测信号解调成测量的通量信号，并从不同的LED 102a-d中提取贡献(contribution)，然后将结果作为已解调的信号提供给颜色控制单元107。
CDMA调制被例示为使用其中应用了Walsh-Hadamard码的同步系统的CDMA调制。Walsh-Hadamar是一种用于产生用于加密和蜂窝通信的统计上唯一的若干组数的算法，其也被称为“伪随机噪声码”，经常用于直接序列扩频(DSSS)系统(例如QUALOMM的CDMA)以及用于为下一个跳频选择目标频率的跳频扩频(FHSS)系统。算法所产生的码是“正交”数学码。这意味着如果两个Walsh码是相关联的，只有当这两个码相同时，结果才是可理解的。所以，Walsh-Hadamard编码信号对于CDMA解调器来说看起来似乎是随即噪声，除非解调器将同样的特性编码用作用于对输入信号进行调制的码。通过避免所谓的Walsh-Hadamard码组的DC码(即与平均DC信号分量有关的一个码)，将系统制造得很稳健以免于持续的环境光的影响。
在颜色受控光源101的一个实施例中，CDMA调制器的特定编码方案以开-关键控为基础。开-关键控(OOK)调制是这样一种调制，即其中数字信号被表示为载波的有无。虽然原则上可以使用任何数字编码方案，但在最简单的形式中，载波在特定持续时间内存在表示二进制1，在特定持续时间内不存在表示二进制0。
如图2所示，通过对每个脉冲的第一部分进行开-关键控调制，分配给每个光元件的特性调制编码被携带在信号中。这里示出关于驱动信号至LED以保证所需要的照明的两个例子：1.对脉冲的第二部分应用脉冲宽度调制(PWM)，以及2.对脉冲应用脉冲幅度调制(PAM)。在图2中，“码元(chip)0”和“码元1”将具有不同的宽度。原则上，这将导致LED的光输出的变化。不过可以使用平衡码来对此进行修补，这意味着这里提供相同数目的码元0和1。因此脉冲宽度(在一个码字上进行平均)将确切地为“码元0”和“码元1”宽度之间的平均值。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，调制方法是双相(BP)调制的概括，使得可以具有任意的占空比。当占空比等于50％时，占空比双相(DC-BP)退化为BP调制。在这种情况下，通过相应地传送“码元0”和“码元1”，体现每个光元件被分配的单独特性的码被载于信号中。为了保证所需要的照明(即LED的光输出级别)，这里有两种选择：1.修改脉冲的占空比，以及2.修改脉冲的幅度。
至于光探测器103，如上所述其可以具有不同的类型，比如RGB传感器或XYZ传感器。RGB传感器能够探测颜色信息和光的强度这二者，但是颜色信息来自于三个分开的传感器元件，它们一般具有非常窄的带宽。XYZ传感器构造为与人类眼睛具有相同的传递函数，并因此相对于RGB传感器具有更高等级的精确度，但是将不能对被测量的光中来自各个LED的贡献进行自动分离。
参考图4的流程图，根据本发明的用于控制光源中的颜色生成的方法的实施例包括如下步骤：
-根据预定目标色点，确定每个单独LED 102a-d的光输出的额定值，方框401；
-根据光输出的额定值，设置/调节LED驱动器109a-d的驱动信号，并同时应用针对每个单独的LED 102a-d所指定的CDMA特性调制，方框402；
-检测光源101的光输出，并产生检测信号，方框403；
-对检测信号进行CDMA解调，并通过识别每个单独特性，提取出每个单独LED 102a-d的光输出的实际值，方框404；
-将每个单独LED 102a-d的光输出的额定值与每个单独LED102a-d的光输出的实际值进行比较，方框405；
-如果实际值与额定值相匹配，则返回至方框403中的检测步骤，或
-如果一个或多个光输出值不匹配，则返回至方框402来进一步调节各个驱动信号。
上面已经对根据本发明的光源和方法的实施例进行了描述。应该将这些看作是非限制性的示例。正如本领域技术人员所理解的，任何可能的修改和变形实施例都处于本发明所附权利要求所限定的范围内。
应该注意到，为了应用的目的，特别是关于所附权利要求，词语“包括”不排除其他元件或步骤，词语“一”不排除多个，这本身对本领域的技术人员来说是显而易见的。

Claims (8)

1.一种颜色受控光源，包括：
-多个彩色光元件；
-用于检测光源的光输出并产生检测信号的探测器；以及
-根据所述检测信号以及光源的光输出的预定目标色点来产生到所述光元件的驱动信号的颜色控制单元，
-其特征在于所述光源还进一步包括：
-用于对每一个所述光元件的驱动信号进行单独特性调制的调制器；以及
-用于解调所述检测信号并通过识别每个单独特性来提取每一个所述光元件的光输出的每个实际值的解调器；
-其中所述颜色控制单元包括用于确定每个光元件的光输出的额定值以便获得所述目标色点的装置，和用于将所述提取到的实际值与所述额定值进行比较以及如果存在差，则调节所述驱动信号以将差最小化的装置。
2.如权利要求1所述的光源，其中调制器是CDMA调制器，其提供对所述驱动信号的单独编码调制。
3.如权利要求1或2所述的光源，其中所述单独的特性调制基于开-关键控和双相调制其中之一。
4.如权利要求1到3中任一项所述的光源，其中所述探测器是RGB传感器、XYZ传感器和通量传感器中的一个。
5.一种对包括多个彩色光元件的光源中的颜色生成进行控制的方法，所述方法包括：
-检测光源的光输出，并产生检测信号；以及
-根据所述检测信号以及光源光输出的预定目标色点来产生所述光元件的驱动信号，其特征在于：
-该方法进一步包括对每一个所述光元件的驱动信号进行单独的特性调制；
-所述检测包括通过解调所述检测信号和识别每个单独特性来提取每个所述光元件的光输出的每个实际值；以及
-该方法进一步包括确定每个光元件的光输出的额定值以获得所述目标色点，并将所述提取的实际值与所述额定值进行比较，如果存在差，则调节所述驱动信号以将差最小化。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述对每一个光元件的驱动信号进行的单独特性调制包括对所述驱动信号进行编码CDMA调制。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中所述单独特性调制基于开-关键控和双相调制其中之一。
8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，其中借助于RGB传感器、XYZ传感器和通量传感器中的一个对光源的光输出进行检测。
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