CN102843823B

CN102843823B - 照明设备

Info

Publication number: CN102843823B
Application number: CN201210212314.9A
Authority: CN
Inventors: 鸣尾诚浩; 井户滋; 江崎佐奈; 平松明则
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP5807200B2; EP2538754A2; JP2013004491A; US8841852B2; EP2538754B1; CN102843823A; US20120326617A1; EP2538754A3

Abstract

一种照明设备，用于通过对来自光源的光输出进行控制来输出期望色温的混色光，所述照明设备包括：光输出设置单元，用于输出用于对所述混色光的输出进行调整的表示设置值的设置信号；第一滤波器，用于对来自所述光输出设置单元的设置信号进行平滑；光输出调整单元，用于基于由所述第一滤波器进行平滑后的设置信号，对来自所述光源各自的光输出进行调整；以及多个第二滤波器，用于对从所述光输出调整单元输出至所述光源的信号分别进行平滑。所述多个第二滤波器各自的时间常数低于所述第一滤波器的时间常数。

Description

照明设备

技术领域

本发明涉及一种照明设备。

背景技术

传统上，提供了通过使波长不同的不同种类的光进行混色来照射出期望色温的光的照明系统(例如，参见特表2009-518799(JP2009-518799A)，第[0021]段~第[0023]段以及图1)。该照明系统包括：照明单元，其具有用于发出不同波长的光的多个LED；以及调整单元，用于对从该照明单元所照射的光的色温进行调整。在该照明系统中，当用户进行了调色操作时，调整单元对各LED的光输出进行调整，以使得从照明单元所照射的光具有与该调色操作相对应的色温。

如JP2009-518799A所述的照明系统那样，在基于与调色操作相对应的单一水平信号来对各颜色的LED的输出进行调整的情况下，在输出的变化程度过大时，各颜色的LED可能无法产生与所设置的输出比率相对应的光。如下说明其原因。

例如，为了根据微计算机所控制的输出来连续地改变流经各颜色的LED的电流以及从照明单元所照射的光的色温，优选使用PWM(脉冲宽度调制)定时器电路来抑制成本的增加。在这种情况下，利用低通滤波器来对针对各颜色的LED所设置的PWM定时器电路的输出进行平滑从而用作流经各颜色的LED的电流的指令值。此外，将PWM定时器电路的频率设置成范围为几百Hz~几kHz的值，并且对低通滤波器的时间常数进行设置以使PWM定时器电路的频率充分平滑。例如，当PWM定时器电路的频率为1kHz时，低通滤波器的时间常数可以为0.16，这对于使PWM定时器电路的频率平滑而言足够了。

这里，在稳定操作时，流经各颜色的LED的电流之间的比率是基于存储在微计算机的存储器中的值所确定的。然而，在输出的变化程度过大时，由于用于对PWM定时器电路的输出进行平滑的低通滤波器的延迟而导致该比率相对于设置值可能存在偏差。具体地，在低通滤波器的响应期间，流经各颜色的LED的电流基于该低通滤波器的特性而从设置改变之前的电流值连续地改变为设置改变之后的电流值，并且与先前所确定的值无关地对流经各颜色的LED的电流进行设置。因而，瞬时发出不期望颜色的光。通过减少用于对PWM定时器电路的输出进行平滑的低通滤波器的延迟来克服这种问题。然而，减少低通滤波器的延迟使得流经各颜色的LED的电流在PWM定时器电路的周期内改变，由此发生闪烁(flicker)。

为了防止闪烁，可以增加PWM定时器电路的频率。然而，由于对电流设置值的分辨率的限制而导致无法大幅增加PWM定时器电路的频率。例如，在定时器时钟为20MHz的情况下，16位定时器的分辨率为50ns。当PWM定时器电路的输出以16位定时器的频率而连续改变时，1周期为65536计数，并且频率约为300Hz。此外，在14位定时器的分辨率的情况下，频率约为1.2kHz。为了进一步增加频率，使分辨率降低，即，使定时器时钟增加。然而，由于连续调光特性而导致无法降低分辨率。此外，考虑到电力消耗或者发热，使定时器时钟增加并不可取。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种即使在光输出的变化程度过大时也能够通过使各光源的输出比率稳定来产生光的照明设备。

根据本发明的方面，提供一种照明设备，用于通过对发出不同波长的光的多个光源的光输出分别进行控制，来输出期望色温的混色光。

所述照明设备包括：光输出设置单元，用于输出用于对所述混色光的输出进行调整的、表示设置值的设置信号；第一滤波器，用于对来自所述光输出设置单元的设置信号进行平滑；光输出调整单元，用于基于由所述第一滤波器进行平滑后的设置信号，对各个所述光源的光输出进行调整；以及多个第二滤波器，用于对从所述光输出调整单元输出至各个所述光源的信号分别进行平滑。

所述多个第二滤波器各自的时间常数低于所述第一滤波器的时间常数。

随着所述光输出设置单元的设置值的变化量变大，所述光输出调整单元可以将所述第一滤波器的时间常数相对于所述多个第二滤波器各自的时间常数的比率调整得较大。

所述光输出调整单元可以周期性地重复点亮时间和熄灭时间或者周期性地重复所述点亮时间和低输出点亮时间，并且根据来自所述光输出设置单元的设置信号来改变所述点亮时间的时间比率，其中在所述点亮时间期间，所述光源点亮，在所述熄灭时间期间，所述光源熄灭，以及在所述低输出点亮时间期间，所述光源以比所述点亮时间期间的光输出低的光输出点亮。

即使在光输出的变化程度过大时，根据本发明的照明设备也能够通过使各光源的输出比率稳定来产生光。

附图说明

通过以下结合附图对优选实施例的说明，本发明的目的和特征将变得明显，其中：

图1是根据本发明实施例的照明设备的示意框图；

图2示出照明设备中的第一滤波器的操作；

图3A和3B是示出照明设备的操作的图；以及

图4是根据本发明实施例的照明设备的另一示例的示意框图。

具体实施方式

以下将参考构成本发明的一部分的附图来说明本发明的实施例。

将参考图1~4来说明根据本发明实施例的照明设备。本实施例的照明设备通过对来自发出不同波长的光的多种(在本实施例中为三种)LED 7A~7C的光输出分别进行控制来输出具有期望色温的混色光。

图1是根据本实施例的照明设备的示意框图。该照明设备包括调光器(光输出设置单元)1、微控制器(MCU)10、以及多个(在图1中为三个)LED(光源)7A~7C。微控制器10包括A/D转换器2、第一滤波器3、存储器4、多个(在图1中为三个)PWM定时器电路5A~5C、多个(在图1中为三个)第二滤波器6A~6C、以及用于进行整体控制的控制电路8。

LED 7A~7C分别发出不同波长的光。在本实施例中，LED7A发出红色光，LED 7B发出绿色光，并且LED 7C发出蓝色光，由此生成混色光、即白色光。

调光器1生成用于对混色光的输出进行调整的表示设置值的设置信号(调光信号)，并将该设置信号输出至A/D转换器2。在本实施例中，调光器1输出例如范围为0V~5V的模拟电压作为该设置信号。

A/D转换器2周期性地接收从调光器1所输出的设置信号并将该信号转换成数字信号Dx，以将数字信号Dx输出至第一滤波器3。将A/D转换器2的采样频率设置成范围为几百Hz~几kHz的值，这对于响应用户所进行的调光操作而言足够了。例如，当A/D转换器2为10位时，数字信号Dx的值的范围为0~1023，这与该设置信号的电压等级(例如，0V~5V)相对应。

第一滤波器3是用于使高于特定频率(截止频率)的频带衰减的低通滤波器，并且通过对从A/D转换器2所输出的数字信号Dx的变化进行平滑来控制闪烁。第一滤波器3对从A/D转换器2所输出的数字信号Dx进行平滑以输出信号值X，并且优选使10Hz以上的频率成分衰减。

这里，在本发明中，将从调光器1所输出的模拟电压(设置信号)转换成数字信号Dx。然而，可以按照原样使用从调光器1所输出的模拟电压。在这种情况下，该模拟电压可以为离散电压。因而，根据调光器1的操作速度，在该模拟电压中可能产生10Hz的低频成分。然而，当第一滤波器3被配置成一阶滤波器并且其时间常数为0.16时，截止频率为1Hz，因而10Hz的变动约为截止频率1Hz的变动的1/10。因而，在这种情况下，可以减少导致干扰性闪烁的模拟电压中所包括的频率成分。后面将说明第一滤波器3。

存储器4预先存储示出信号值X与各LED 7A~7C的输出值y 1~y3之间的关系的数据表，其中所述关系如图1的曲线图所示。当信号值X为X1时，LED 7A的输出值y1为y11，LED 7B的输出值y2为y21，并且LED 7C的输出值y3为y31。此外，将输出值y1~y3作为16位的数据存储在存储器4中，并且各输出值y1~y3的数据占有容量为2千字节。此外，在图1的示出信号值X和输出值y1之间的关系的曲线图中，区间X≤X2是输出值y1与来自调光器1的设置信号成比例的第一区间，并且区间X>X2是输出值y1与该设置信号成反比的第二区间。

将存储器4所读取的输出值y1~y3分别输入至PWM定时器电路5A~5C，并且PWM定时器电路5A~5C基于输出值y1~y3来确定各LED 7A~7C的占空比。例如，当PWM定时器电路各自为16位且其定时器时钟为20MHz时，相应的PWM定时器电路的分辨率为50ns并且将PWM信号的占空比设置为65536级。在本实施例中，根据从PWM定时器电路5A~5C所输出的PWM信号来周期性地重复LED 7A~7C点亮的点亮时间以及LED 7A~7C熄灭的熄灭时间，这即称为所谓的突发调光。在本实施例中，点亮时间的时间比率基于来自调光器1的设置信号而改变。

如第一滤波器3那样，第二滤波器6A~6C被配置成用于使高于特定频率(截止频率)的频带衰减的低通滤波器，并且对从各PWM定时器电路5A~5C所输出的PWM信号进行平滑。这里，在本实施例中，存储器4、PWM定时器电路5A~5C以及控制电路8构成光输出调整单元，并且第一滤波器3和第二滤波器6A~6C被配置成数字滤波器。

接着，将参考图2来说明第一滤波器3的操作的示例。针对作为一阶滤波器的第一滤波器3来进行以下说明，但第一滤波器3也可被配置成二阶滤波器。

第一滤波器3计算从A/D转换器2所输出的数字信号Dx与信号值(输出值)X之间的差Dx-X，将该差Dx-X除以系数τ，最后对相除结果(Dx-X)/τ进行积分，由此获得信号值X。这里，将运算周期定义为T，并将时间常数定义为A，例如，在T=1ms且τ=160的情况下，A=T×τ=0.001×160=0.16。

然而，将用于对来自调光器1的设置信号进行平滑的第一滤波器3的时间常数与用于对来自PWM定时器电路5A~5C的PWM信号进行平滑的第二滤波器6A~6C的时间常数进行比较，当第二滤波器6A~6C的时间常数等于或大于第一滤波器3的时间常数时，在LED 7A~7C处于调光状态的情况下，可能将与来自调光器1的设置信号相对应的输出输入至LED 7A~7C。然后，可能在LED 7A~7C的调光操作期间进行下一调光操作，因此瞬时发出不期望颜色的光。因此，在本实施例中，对第一滤波器3的时间常数以及第二滤波器6A~6C的时间常数进行设置，以使得第二滤波器6A~6C的时间常数小于第一滤波器3的时间常数。然后，在各LED 7A~7C完成调光操作之前不向各LED 7A~7C输入与下一调光信号相对应的输出，因而即使在光输出的变化程度过大时，LED 7A~7C也以稳定的色比率产生光。

在本实施例中，由于第一滤波器3和第二滤波器6A~6C被配置成数字滤波器，因此可以任意设置第一滤波器3的时间常数以及第二滤波器6A~6C的时间常数。在本实施例中，随着从调光器1所输出的设置值的变化量的变大，将第一滤波器3的时间常数调整得较大并且还将第一滤波器3的时间常数相对于第二滤波器6A~6C的时间常数的比率设置得较大。结果，即使在光输出的变化程度过大时，LED 7A~7C也以稳定的色比率产生光。

接着，将参考图3A和3B来说明照明设备的操作。将基于LED 7A的操作来进行以下说明。由于LED 7B和7C以与LED 7A相同的方式进行工作，因此这里省略了针对它们的说明。

图3A是示出信号值X(数据索引编号)和输出值y1(PWM数据)随着时间经过的变化的图，其中实线a表示信号值X的变化，并且实线b表示输出值y1的变化。根据该图，例如，当调光器1的调光等级(数字信号Dx)在时刻t=0附近从20改变为1000时，来自第一滤波器3的信号值X进行一阶延迟的响应。由于输出值y1是基于来自第一滤波器3的信号值X所确定的，因此如实线b所示，该输出值y1在时刻t=120ms达到峰值然后逐渐降低。

这里，用于表示信号值X和输出值y1之间的关系的数据有1024组。然而，存在尽管输出值y1改变但信号值X不变的情况，这是因为：输出值y1为16位，而信号值X为10位且其分辨率不足。在这种情况下，使信号值X扩展为27位(输出值y1的分辨率+数字信号Dx的分辨率+符号位)，从而在具有任意特性的数据表中，相对于输出值y1的分辨率，信号值X的分辨率充足，以下将该情况作为例子进行说明。

当进行运算时，第一滤波器3例如通过除法运算将10位的分辨率扩展为32位，并且通过使用除符号位以外的高位的10位来确定数据表。此外，第一滤波器3使用剩余的低位进行插值，由此对输出值y1进行校正以使其连续地改变(参见图3B)。即，第一滤波器3通过使用剩余的低位来对输出值y1进行插值，其中对信号值X的分辨率相对于输出值y1的分辨率的不足进行了补偿。在图3B中，虚线c表示插值之前的输出值y1，并且实线d表示插值之后的输出值y1。

图4是照明设备的另一示例的示意框图。图1示出用作数字滤波器的第二滤波器6A~6C，而图4示出用作模拟滤波器的第二滤波器6A~6C。其它的组件与图1所示的组件相同，对相同部件分配相同的附图标记，并且将省略针对这些部件的重复说明。

照明设备包括调光器1、微控制器10、以及多个(在图4中为三个)LED 7A~7C。微控制器10包括A/D转换器2、第一滤波器3、存储器4、多个(在图4中为三个)PWM定时器电路5A~5C、多个(在图4中为三个)第二滤波器6A~6C、以及用于进行整体控制的控制电路8。

这里，由于第二滤波器6A~6C是模拟滤波器，因此这些滤波器的时间常数具有预先确定的值。此外，由于第一滤波器3是数字滤波器，因此可以任意设置该滤波器的时间常数。在本实施例中，将第二滤波器6A~6C的时间常数设置为小于第一滤波器3的时间常数。此外，当来自调光器1的设置值的变化量较大时，将第一滤波器3的时间常数相对于第二滤波器6A~6C的时间常数的比率调整得较大。结果，如图1的照明设备那样，即使在光输出的变化程度过大时，LED 7A~7C也可以以稳定的色比率产生光。

根据本实施例，相对于来自调光器1的设置信号(调光信号)的延迟时间，将来自光输出调整单元的输出信号(PWM信号)的延迟时间调整得较短，因而即使在光输出的变化程度过大时，LED 7A~7C也以稳定的色比率产生光。此外，当来自调光器1的设置值的变化量较大时，将第一滤波器3的时间常数相对于第二滤波器6A~6C的时间常数的比率调整得较大，因此即使在光输出的变化程度过大时，LED 7A~7C也可以以稳定的色比率产生光。

此外，在如本实施例那样将第一滤波器3配置成数字滤波器的情况下，在微控制器10内对第一滤波器3的时间常数进行处理，由此防止了由于噪声而发生闪烁。此外，根据本实施例的照明设备使得各LED 7A~7C能够进行突发调光。

尽管本实施例示出了LED 7A~7C作为光源的例子，但光源并不局限于此。可以采用任何光源，只要该光源具有能够使从各光源所照射的不同颜色的光进行混色的结构即可。此外，光源的数量不限于本实施例的例子，并且可以是2个或者4个以上。在本实施例中，通过使点亮时间和熄灭时间重复出现来执行突发调光。可选地，代替熄灭时间，可以采用如下的低输出点亮时间，其中在该低输出点亮时间内，LED 7A~7C以比点亮时间期间的光输出低的光输出点亮。此外，可以使点亮时间和低输出点亮时间重复出现，由此进行突发调光。

尽管已经针对这些实施例示出和说明了本发明，但本领域技术人员应当理解，可以在没有背离如所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

Claims

1.一种照明设备，用于通过对发出不同波长的光的多个光源的光输出分别进行控制，来输出期望色温的混色光，所述照明设备包括：

光输出设置单元，用于输出用于对所述混色光的输出进行调整的、表示设置值的设置信号；

第一滤波器，用于对来自所述光输出设置单元的设置信号进行平滑；

光输出调整单元，用于基于由所述第一滤波器进行平滑后的设置信号，对各个所述光源的光输出进行调整；以及

多个第二滤波器，用于对从所述光输出调整单元输出至各个所述光源的信号分别进行平滑，

其中，所述多个第二滤波器各自的时间常数低于所述第一滤波器的时间常数。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，随着所述光输出设置单元的设置值的变化量变大，所述光输出调整单元将所述第一滤波器的时间常数相对于所述多个第二滤波器各自的时间常数的比率调整得较大。

3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，所述光输出调整单元周期性地重复点亮时间和熄灭时间或者周期性地重复所述点亮时间和低输出点亮时间，并且根据来自所述光输出设置单元的设置信号来改变所述点亮时间的时间比率，其中在所述点亮时间期间，所述光源点亮，在所述熄灭时间期间，所述光源熄灭，以及在所述低输出点亮时间期间，所述光源以比所述点亮时间期间的光输出低的光输出点亮。