CN103891412A - 基于电流-电压模型来控制照明装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明装置，其包括数个LED、用于接收输入信号的构件、用于基于所述输入信号来产生用于所述LED中的至少一者的激活信号的构件。所述照明装置进一步包括用于获得跨所述LED的电压和通过所述LED的电流的构件，并且所述用于产生所述激活信号的构件适于基于所述电压、所述电流以及与LED相关的电流-电压模型来产生所述激活信号。所述电流-电压模型定义所述电流、所述电压与由LED发射的所述光的色度性质之间的关系。本发明还涉及一种控制此类照明装置的方法和一种校准此类照明装置的方法。

Description

基于电流-电压模型来控制照明装置的方法

技术领域

本发明涉及一种照明装置，其包括发射光的数个LED、用于接收至少指示颜色和/或亮度的输入信号的构件以及用于基于所述输入信号来产生用于所述LED中的至少一者的激活信号的构件。本发明还涉及控制此类照明装置的方法以及校准此类照明装置的方法。

背景技术

创造各种效果的灯具正越来越多地应用于娱乐行业中，以便结合现场表演、电视表演、体育赛事来创造各种灯光效果和情境照明，或用作建筑安装的一部分。

通常，此类变色光源包括多个可单独控制的光源，使得每个可单独控制的光源发射预定颜色的光。举例来说，在RGB系统中，变色光源可包括最常见原色（红、蓝和绿）的可单独控制的光源。通过控制不同原色的相应的可单独控制的光源的相对亮度，可借助于相应原色的加性混合来产生可见光谱中的几乎任何颜色，从而得到所要颜色和强度的输出光。

US6,016,038和US6,806,659公开了与能够产生光（例如用于照明用途）的LED系统相关的系统和方法。所述发光LED可由处理器控制以更改所产生的光的亮度和/或颜色，例如，通过使用脉宽调制信号。所公开的照明装置包括包含至少两种不同颜色的LED；开关装置，其插入在所述LED与共用电势参考之间，包括对应于两种不同颜色LED的电流路径的至少两个开关；控制器，其根据预定工作周期来断开和闭合所述开关。不同颜色的LED以LED组来提供，所述LED组各自优选地含有相同颜色的LED的串联/并联阵列，并且这些LED可单独由控制器控制。

US6,016,038和US6,806,659所公开的多色照明装置可产生许多不同颜色，并且所述照明装置通常被指示创造某个目标颜色和/或亮度（例如，通过指示颜色和/或亮度的输入信号）。当来自若干此类照明装置的光被组合成一个照明（例如，以便用同一颜色照明建筑结构或大型舞台区）时，可能会发生色差，尽管不同的照明装置被指示创造相同的目标颜色。这是因为难以制造发射完全相同颜色和亮度的光源。这个问题是LED所存在的广为人知的问题，并且LED制造商已经通过在发货之前将LED预分类为较小可变性范围来帮助照明装置提供商。对LED进行分类减小了每一批LED的颜色和/或亮度多样性，并且使用同一批LED制造的照明装置因此经历较少颜色和/或亮度变化。然而，能够接受的颜色和亮度重现仍然是一项要求很高的任务，因为即使经过预分类的批次的LED也具有相当大范围的性能变化，并且经过预分类的批次的成本要比普通批次的LED高得多。另外，组合多个照明装置的最终用户可能具有来自不同生产批次的照明，在使用不同批次的LED的情况下，此类照明装置的颜色和/或亮度变化甚至更大。

已知有可能通过结合制造工艺校准照明来补偿多色照明装置中的某一类型/颜色的LED的颜色和/或亮度的差异。校准数据定义LED的颜色和/或亮度性质，并且照明装置适于基于校准数据来调整LED的颜色和/或亮度。因此，可在驱动照明装置时考虑LED的颜色和/或亮度的差异。例如，US8,013,281和WO2007/062662描述了此类系统。

US8,013,281公开了一种用于校准从LED输出的光的系统和方法。所述系统包括上面定位LED的支撑件、用以测量从LED输出的光的光传感器以及用于校准并调整LED的光输出的构件。通过测量从LED输出的光、将所述输出与参考值进行比较并且依据参考值调整所测量的输出来完成校准。

WO2007/062662公开了一种用于控制变色光源的控制装置，所述变色光源包括多个可单独控制的彩色光源。所述控制装置包括用于响应于指示颜色和亮度的输入信号来产生用于所述可单独控制的彩色光源中的每一者的相应激活信号的控制单元。所述控制单元经配置以根据输入信号且根据指示用于可单独控制的光源中的每一者的至少一组颜色值的预定校准数据来产生激活信号。

另外，已知LED的颜色和/或亮度随着LED的结温度而变化。通常，LED制造商提供关于LED的颜色和/或亮度如何根据结温度来变化的信息。因而，所述照明进一步适于基于制造商所提供的信息和结温度来调整LED的颜色和/或亮度。然而，难以获得LED的精确结温度，因为这通常是根据上面安装LED的PCB的温度测量和LED制造商所提供的温度公式来估计的。因此，在此类照明装置中仍然可能存在颜色和/或亮度变化。

US7,626,345公开了一种用于在各个LED组合件内部存储所测量得的光输出的制造工艺以及由所述工艺实现的LED组合件。所述工艺利用制造测试系统来将LED光组合件固持为与光谱输出测量工具成某一受控距离和角度。针对每个基色LED来测量用于如此制造的组合件的光谱坐标、正向电压和环境测量值。将所述测量值记录到在LED组合件内部的存储装置。那些所存储的测量值可接着在LED组合件使用中使用以便提供对LED组合件所输出的光的准确且精确的控制。

还已知其中基于传出光的现场/在线测量来调节LED的颜色和/或亮度的照明装置。US6,894,442公开了一种光源及其控制方法。所述光源利用光产生器，所述光产生器产生具有由控制信号设定的强度的某一波长的光信号。所述控制信号由伺服机构控制，所述伺服机构监视光产生器的光输出并且将所监视得的值与目标值进行比较。当目标值改变时，最初由基于新目标值的预测控制信号而非伺服机构中所产生的错误信号取代所述控制信号。这使伺服机构有时间适应新的目标值。在一个实施方案中，控制信号包括周期性信号，其在致使光产生器产生所述波长的光的值与光产生器不产生所述波长的光所在的第二值之间切换。

WO02/080625、US2007/0108846、WO2008/153642和WO02/47438（全部在下文中简述）也公开了其中基于光源所产生的光的现场/在线测量来调节光源的强度的系统，如US6,894,442所公开的系统。一般来说，此类系统实施起来较复杂，因为它需要光传感器不测量环境光或系统考虑环境光。然而，这在娱乐表演中非常困难，其中环境光经常改变，因为来自邻近灯的光可能会击中灯具且因此影响光测量。光传感器本身也可能在也未被正确校准且/或提供具有大公差的测量值的情况下引入误差。光传感器和所需要的技术还因此使灯具增加了额外成本，例如，因为具有低公差的准确光传感器是昂贵的。

WO02/080625公开了一种用于控制基于RGB的LED发光体的系统，其跟踪反馈和参考两者的三色刺激值，借此根据馈入三色刺激值与参考三色刺激值之间的误差来调整驱动LED发光体的正向电流，直到误差为零。

US2007/0108846公开了一种用于控制数控照明器的色度和光通量输出的方法和系统。所述照明器包括一个或多个发光元件和一个或多个光传感器，所述光传感器可提供光学反馈，其中这个光学反馈被过滤以移除不需要的频率。所述方法和系统包括控制系统，其可根据预定的反馈取样频率方案对来自光传感器的经过滤的信号进行取样，其中这种方案被特定配置来提供反馈循环的充足迭代来执行以便调整发光元件的色度和光通量输出，而没有可感知的视觉闪烁或瞬时色度偏移。

WO2008/153642公开了一种校准照明面板的方法，所述照明面板包括多个片段，相应的片段被配置来响应于具有相应工作周期的脉宽调制控制信号发射第一颜色的光和第二颜色的光，所述方法包括激活所述多个片段来同时发射第一和第二颜色的光。在测量位置处测量所述多个片段的组合光输出以获得总体发射数据。基于所述总体发射数据来确定用于第一和第二颜色的光的单独发射数据。举例来说，可基于外推总体发射数据以及用于第一和第二颜色的光的预期发射数据来导出用于第一和第二颜色的光的单独发射数据。还论述了相关的校准系统。

WO02/47438公开了一种用于向LED光源提供电力以产生所要光颜色的LED发光体系统包括被配置来提供DC电流信号的电力供应级。光混合电路耦合到所述电力供应级，并且包括具有红色、绿色和蓝色颜色的多个LED光源以产生具有所要色温的各种所要光。控制器系统耦合到电力供应级，并且被配置来向电力供应级提供控制信号，以便将DC电流信号维持在所要电平以用于维持所要的光输出。控制器系统进一步被配置来基于LED光源的结温度和待在光混合电路处产生的所要光的色度坐标来估计与LED光源相关联的流明输出分数。光混合电路进一步包括用于测量与LED光源相关联的温度的温度传感器和用于测量LED光源所产生的光的流明输出水平的光检测器。基于所测量的温度，控制器系统确定每个LED光源需要产生以便实现所要的混合光输出的输出流明量，并且光检测器连同反馈回路维持每个LED光源的所需流明输出。

发明内容

本发明的目的是解决与现有技术有关的上述限制。这由如独立权利要求项中所定义的一种照明装置和一种控制照明装置的方法来实现。附属权利要求项描述了本发明的可能实施方案。在具体实施方式中描述了本发明的优点和益处。

附图说明

图1示出根据本发明的照明装置；

图2a到图2c示出一个LED的数个电流-电压函数；

图3a到图3c示出一串LED的数个电流-电压函数；

图4示出根据本发明的控制照明装置的方法的流程图；

图5示出根据本发明的另一照明装置的功能图；

图6示出根据本发明的校准照明装置的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的照明装置100的结构框图。所述照明装置包括发射具有第一颜色的光103a的第一LED101a和发射具有第二颜色的光103b的第二LED101b。

所述照明装置包括控制单元105，所述控制单元包括处理器107、存储器109、接收构件111、第一LED驱动器113a和第二LED驱动器113b。

接收构件111适于接收指示至少与照明装置必须创造的光的颜色和/或亮度相关的多个控制参数的输入信号115。然而，所述输入信号还可指示例如选通、位置（在照明装置是摇头灯具的情况下）、灯光效果、预定灯光效果函数或智能照明领域中已知的其它种类的参数等参数。输入信号可例如基于DMX、ARTnet、以太网或任何其它通信协议。接收构件因此适于从输入信号115提取控制参数并且将控制参数传递到处理器105，如箭头117所示出。或者，输入信号还可为在照明装置内部的电子信号，例如携载于从内部存储器传输数据的数据总线上。这使得有可能提供独立照明装置，其中控制指令存储在存储器中。

来自第一和第二LED的光可被组合成光束，并且处理器可通过调节照明的强度来控制光束的颜色，如加性颜色混合领域中已知。处理器107因此适于基于从输入信号115接收的控制参数来控制第一LED101a和第二LED101b，并且适于将第一控制信号119a和第二控制信号119b分别传递到第一LED驱动器113a和第二LED驱动器113b。

第一LED驱动器113a适于产生用于第一LED101a的第一激活信号，并且第一LED101a响应于第一激活信号来发射光103a。第二LED驱动器113b适于产生用于第二LED101b的第二激活信号，并且第二LED101b响应于第二激活信号来发射光103b。第一和第二激活信号可为分别能够激活第一LED103a和第二LED103b的任何电信号。例如，第一和第二LED驱动器可适于迫使电流I_a和I_b通过第一和第二LED，借此LED将发射光。因而，跨第一和第二LED产生电压V_a和V_b。因此，由处理器控制第一和第二激活信号，并且可通过增大电流来增大每个LED的强度且通过减小电流来减小其强度。电流可作为DC、AC、PWM或任何组合来调节，如智能照明和电力电子学领域中已知。

照明装置还包括用于获得跨所述第一LED的第一电压V_a的构件和用于获得通过第一LED的第一电流I_a的构件。这些构件进一步适于将指示第一电压V_a和第一电流I_a的值传递到处理器107，分别由虚线箭头121a和123b示出。

提供类似的用于获得跨第二LED的第二电压V_b的构件和用于获得通过第二LED的第二电流I_b的构件。这些构件还适于将指示第二电压V_b和第二电流I_b的值传递到处理器107，分别由虚线箭头121b和123b示出。在所示出的实施方案中，这些构件被实施为如电子测量构件领域中已知的那样，并且适于直接测量第一电压V_a、第一电流I_a、第二电压V_b和第二电流I_b，但所述值也可间接地从其它测量和数个计算获得。另外，用于获得电流的构件可适于从第一控制信号119a和/或第二控制信号119b获得电流I_a或I_b，因为第一和第二控制信号可指示第一电流I_a和第二电流I_b。另外，用于获得第一电流和第二电流的构件可适于从LED驱动器113a或113b获得电流I_a或I_b，因为LED驱动器设定通过LED的电流。而且，用于获得第一电流和第二电流的构件可适于从处理器/在处理器内获得第一和第二电流，因为处理器可适于设定第一和第二电流。

在根据本发明的照明装置中，处理器107进一步适于基于第一电压V_a、第一电流I_a和第一电流-电压模型来控制第一LED101a。第一电流-电压模型存储在存储器109中，并且定义第一电流I_a、第一电压V_a与由第一LED发射的光的色度性质之间的第一关系。处理器使用第一电流I_a和第一电压V_a参数作为对电流-电压模型的输入，并且接收当在第一电压V_a和第一电流I_a下驱动时与第一LED相关的色度性质。处理器因此基于第一电压V_a、第一电流I_a和第一电流-电压模型来产生第一控制信号119a，并且因而，第一LED驱动器基于这些参数来产生第一激活信号。

类似地，处理器适于基于第二电压V_b和第二电流I_b以及第二电流-电压模型来控制第二LED。第二电流-电压模型存储在存储器109中并且定义第二电流I_b、第二电压V_b与由第二LED发射的光的色度性质之间的第二关系。处理器使用第二电流I_b和第二电压V_b参数作为对电流-电压模型的输入，并且接收当在第二电压V_b和第二电流I_b下驱动时与第二LED相关的色度性质。处理器接着适于基于第二电压V_b、第二电流I_b和第二电流-电压模型来创建第二控制信号119b，并且因而，第二LED驱动器基于这些参数来产生第一激活信号。

因而，能够在例如由于环境条件改变引起的不同驱动条件下非常准确且精确地控制照明装置的颜色和/或亮度。能够实现这点是因为当控制照明装置时能够考虑来自第一和第二LED的光的色度性质的变化，并且能够基于第一和第二电流-电压模型来非常准确地确定色度性质的变化。

LED与所发射的光的色度性质的电流-电压关系取决于驱动条件、如温度、湿度等环境参数、照明装置的从LED移除热量的能力。这些参数的变化导致电流-电压关系和由LED发射的光的色度性质两者的变化。发明人已经展示了，电流-电压关系和所发射的光的色度性质两者均与这些参数的变化成比例，并且所发射的光的色度性质对于每种电流-电压关系是大致恒定的。发明人还进一步展示了，有可能基于电流-电压关系和与LED相关的电流-电压模型来确定所发射的光的色度性质，其中已经从电流-电压关系的数个测量和所发射的光的对应色度性质导出所述电流-电压模型。换句话说，电压与电流的组合导致相同的色度性质（颜色和亮度）。因此，能够非常准确地驱动LED，因为能够直接测量与LED相关的电压和电流，这使得有可能提供对LED的非常准确的校准。另外，这使得有可能避免基于LED的温度和/或其它环境参数来校准LED，这减小了照明装置的复杂性并且还提供非常准确的校准。

电流-电压模型可实施为包括数个校准点的查找表，其中每个校准点包括实测电压和实测电流以及从在所述实测电压和电流下驱动的LED发射的光的实测色度性质。可根据校准方法来获得所述校准点，如结合图6所描述。例如，实测色度性质可为描述所发射的光的颜色和/或光谱的值，例如颜色空间（CIE1931颜色空间、CIE1976颜色空间等）中的三色刺激值、色环/色轮的色调、饱和度和亮度值。举例来说，查找表可实施为这样一种表格，其中对于实测电压与电流的每种组合，颜色空间中的三色刺激值X、Y、Z可作为集合存储在查找表中。处理器可适于识别具有与所获得的电压和电流值最接近的电压和电流值的数据集并且基于这些值来控制LED。

表1：查找表的实施例

请注意，查找表可包括更少或更多的校准点。并且，可通过将所述XYZ值乘以683来将所述值计算成光度。

电流电压还可实行为电流-电压函数，其中对所述函数的输入为跨LED的电压和通过LED的电流，并且输出为所发射的光的色度性质。电流-电压可基于数个校准点来导出，所述校准点包括实测电压和实测电流以及从在所述实测电压和电流下驱动的LED发射的光的实测色度性质。电流-电压函数可为拟合到函数校准点的多项式。电流-电压函数可由以下等式定义：

等式1 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_{0,X}\\ a_{0,Y}\\ a_{0,Z}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{a}_{1,X}\\ a_{1,Y}\\ a_{1,Z}\end{array}\right]I+\left[\begin{array}{c}{a}_{2,X}\\ a_{2,Y}\\ a_{2,Z}\end{array}\right]I^2+\left[\begin{array}{c}{a}_{3,X}\\ a_{3,Y}\\ a_{3,Z}\end{array}\right]I^3+\left[\begin{array}{c}{a}_{4,X}\\ a_{4,Y}\\ a_{4,Z}\end{array}\right]V+\left[\begin{array}{c}{a}_{5,X}\\ a_{5,Y}\\ a_{5,Z}\end{array}\right]V^2$

其中X Y Z是所发射的光的三色刺激值，V是跨LED的电压，且I是通过LED的电流。通过将校准点拟合到多项式函数来确定常数a_0,X到a_5,Z。所述等式使得有可能基于跨LED的电压和通过LED的电流来确定所发射的光的三色刺激值。照明装置的处理器可适于根据这点来控制LED的强度。电流-电压函数使得有可能估计在尚未测量的点处所发射的光的色度性质，并且因此可减少校准数目。

LED的电流-电压函数的实施例

二极管的正向电压与结温度和正向电流两者成比例且二极管色度性质取决于结温度和正向电流的事实使得有可能构造仅基于二极管的电流和电压的瞬时值来估计色度性质的模型。必须在各种结温度以及（如果将使用AM或混合调光的话）各种电流电平下测量二极管的三色刺激性质和正向电压以便创建模型。将测试二极管放置在热控散热片上。在5到55℃范围内以10℃的增量来设定温度。在标称电流范围的10到100％内控制电流，从而允许二极管在每次变化之后达到热稳定状态。在那点处，测量电流、电压和三色刺激值。使用四线设置来收集电参数以便避免端子和电缆上的电压降。

将所收集的数据拟合到如上文在等式Eq.1中所描述的多项式向量函数。基于所收集的数据来确定常数a_0,X到a_5,Z，并且在以下表2中汇总所述常数。

表2：单个LED的等式1的常数值

	a0	a1	a2	a3	a4	a5
							X	-21,6016	49,4033	-35,9338	13,7914	17,8229	-3,5965
Y	64,4199	150,4281	-126,8380	48,3485	-63,3557	15,6206
							Z	44,5720	15,3010	-11,6136	4,8460	-36,8834	7,6600

用以表示所述数据的多项式的阶次越高，使用所述模型所需要的计算功率就越多。而且，所述模型可能过度拟合，在所述情况下将在模型中可看到测量误差。

图2a到图2c示出作为通过LED的电流和跨LED的电压的函数并且由具有表2中所指示的常数的多项式向量函数定义的XYZ三色刺激值的等高线图。图2a示出X三色刺激值，图2b Y示出Y三色刺激值，并且图2c示出Z三色刺激值。所述等高线图展示当所通过的电流和两端的电压变化时，所有XYZ三色刺激值均变化。三个等高线图中所指示的点201X、201Y和201Z表示用以创建多项式函数的测量值。请注意，多项式向量函数在测量点附近最准确，并且多项式函数可能在远离测量点的区域中不可行。例如，由于LED中的物理限制而可能无法获得一些电流和电压值，并且因此将永远不使用多项式函数的对应部分，因为永远不能获得这些值。例如，在典型的驱动情形中，所述模型可能永远不会应用于图中所指示的虚线203X、203Y、203Z左侧的电流-电压值。

为了测试DC电流条件下所创建的模型的准确性，用具有各种工作周期的PWM电流来驱动测试二极管。PWM波形的频率为大约200Hz。在每次测量之前，先允许二极管达到热稳定状态。通过在多个PWM周期上进行积分来测量光学参数。使用12位ADC以250kS/s的速度记录电流和电压波形。从波形中提取少数周期，并且使用先前所创建的模型将瞬时电流和电压值转换成三色刺激值。将所得数据进行积分并且除以所测量得的时间周期以获得平均三色刺激值和所得颜色点。

在以下表3中所汇总的结果展示，所述模型准确地预测二极管的色移。因此，有可能使用这个模型来预测在不同驱动条件下所发射的光的颜色和色移。因而，电流-电压模型可用以解决由于LED的变化的驱动条件引起的色移。

表3：实测和建模XYZ值。

其中Z、Y、Z值是1976CIE色图中的坐标，并且

是表达为连接由实测值所定义的点与由建模值所定义的点的向量的长度的色差。

描述二极管的行为所需要的测量点的数目取决于模型的复杂性以及所要的操作点。如果将使用PWM方案来对二极管进行调光，那么使用变化的散热片温度在单个正向电流下测量所述参数是足够的。

如果还建模所发射的光的辐射通量，那么其可以与系统的热模型一起使用来完整地描述照明器的行为。从输入电功率减去光功率给出了二极管结构中的功率损耗。这种损耗将根据热流路径的热描述来相对于散热片温度形成温度升高。结中所得到的温度升高可转化为正向电压变化，这导致将新的操作点反馈到电流-电压模型。

非常常见的照明器由多串串联连接的发光二极管组成。有可能单独地对每个二极管进行建模并且基于用于每个LED的这些电流-电压模型的组合来调整通过所述串的电流。然而，结合具有大量LED的灯具，收集校准点可能是费时的过程。

整个串的电流-电压因此将是有益的。

LED串的电流-电压函数的实施例。

对包括来自同一批次的三个LED的LED串执行类似测量。在这个实施方案中，测量通过LED串的电流和跨所有三个LED的电压。在对应的电压和电流值处测量由所有三个LED发射的光的XYZ三色刺激值。

将所收集的数据拟合到如上文在等式Eq.1中所描述的多项式向量函数。基于所收集的数据来确定常数a_0,X到a_5,Z，并且在以下表4中汇总所述常数。

表4：用于具有三个LED的串的等式1的常数值。

	a0	a1	a2	a3	a4	a5
							X	-252,8207	258,1163	-208,6552	103,2652	69,6372	-4,7233
Y	90,8846	825,3661	-726,7483	327,8889	-56,0428	6,4406
							Z	307,8647	96,6934	-66,5980	35,1820	88,3342	6,3342

用以表示所述数据的多项式的阶次越高，使用所述模型所需要的计算功率就越多。而且，所述模型可能过度拟合，在所述情况下将在模型中可看到测量误差。

图3a到图3c示出作为通过LED串的电流和跨LED串的电压的函数并且由具有表4中所指示的常数的多项式向量函数定义的值的XYZ三色刺激的等高线图。图3a示出X三色刺激值，图3b Y示出Y三色刺激值，且图3c示出Z三色刺激值。所述等高线图展示当所通过的电流和两端的电压变化时，所有XYZ三色刺激值均变化。三个等高线图中所指示的点301X、301Y和301Z表示用以创建多项式函数的测量值。请注意，多项式向量函数在测量点附近最准确，并且多项式函数可能在远离测量点的区域中不可行。例如，由于LED中的物理限制而可能无法获得一些电流和电压值，并且因此将永远不使用多项式函数的对应部分，因为永远不能获得这些值。例如，在典型的驱动情形中，所述模型可能永远不会应用于图中所指示的虚线303X、303Y、303Z左侧的电流-电压值。

图4示出根据本发明的方法400的流程图，并且所述方法例如可用以控制图1所示的照明装置。

最初在401处，处理器适于开始并根据预定初始化来设定照明装置。照明装置接着接收指示数个控制参数的输入信号115，所述控制参数至少指示颜色和/或亮度，如上文所述。照明装置在步骤403中从输入信号提取颜色和/或亮度参数，并且将颜色和/或亮度参数存储405在存储器109a中以供稍后使用。例如，将颜色和/或亮度参数存储为描述目标颜色的颜色和亮度的颜色向量

等式2 $\stackrel{\→}{\mathrm{TC}}=\left[\begin{array}{c}{X}_T\\ Y_T\\ Z_T\end{array}\right]$

其中X_T、Y_T、Z_T是根据CIE1931颜色空间的三色刺激值。在步骤407中，从电压测量构件（未图示）获得409跨第一和第二LED的电压（V_a、V_b），并且将指示第一和第二电压的值存储411在存储器中。在步骤413中，例如从电流测量构件（未图示）获得415通过第一和第二LED的电流（I_a、I_b）；根据来自LED驱动器113a或113b、来自LED驱动器113a和113b或从处理器/在处理器内获得的第一控制信号119a和第二控制信号119b，将指示电流的值存储417在存储器中。

在步骤419中，从存储在存储器109b（示出为单独存储器109b，技术人员认识到所述存储器可与存储器109a相同，在存储器109a中存储其它参数）中的第一和第二电流-电压模型获得第一和第二LED的色度性质。先前所获得并存储的电压和电流参数用作输入参数，如箭头421所示，并且返回423与从第一和第二LED发射的光相关的第一色度性质和第二色度性质。第一和第二色度性质可例如指示为第一颜色向量

和第二颜色向量

等式3 $\stackrel{\→}{C_a}=\left[\begin{array}{c}{X}_a\\ Y_a\\ Z_a\end{array}\right]$

等式4 $\stackrel{\→}{C_b}=\left[\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\end{array}\right]$

其中X_a、Y_a、Z_a、X_b、Y_b、Z_b是CIE1931颜色空间中的坐标。

在步骤425中，产生分别用于第一LED和第二LED的第一和第二激活信号。激活信号被发送到LED并且用以激活LED，借此LED产生光。在这个实施方案中，第一和第二激活信号适于调整427a、427b由人类观测者感知的第一LED101a和第二LED101b的强度。激活信号可例如为DC信号或PWM信号，其中在DC信号的情况下调节振幅以便调节第一和第二LED的强度，并且在PWM信号的情况下调节工作周期以便调节第一和第二LED的强度。在PWM调节的情况下，第一激活信号具有第一工作周期D_a且第二激活具有工作周期D_b，并且在DC调节的情况下，第一激活信号具有第一电流电平C_a且第二激活具有第二电流电平C_b。

基于目标颜色、第一和第二颜色向量来确定激活信号，使得第一工作周期和第二工作周期被优化以使得第一和第二向量的总和尽可能接近于目标颜色。如加性照明领域中已知的各种技术可在确定第一和第二工作周期或第一和第二电流电平时使用。

通过基于目标颜色来产生激活信号，第一和第二颜色向量提供非常准确的颜色调整，因为基于第一和第二LED的实际驱动条件来确定第一和第二颜色向量。

决策429确定是否必须关闭照明装置。如果这个决策是肯定的，那么在步骤431中停止照明装置。如果决策429是否定的，那么重复所述方法以便调节所产生的颜色。决策433确定照明装置是否已经接收到新的输入信号。在决策433为肯定的情况下，从步骤403开始重复所述方法，并且根据从输入信号接收的新目标颜色来调节颜色。然而，如果决策433是否定的，那么从步骤407开始重复所述方法，这仅仅导致以下事实：第一和第二激活信号响应于跨LED的电压和/或通过LED的电流的最终变化而变化。结果是如果通过LED的电流和/或跨LED的电压变化，例如归因于变化的环境条件，那么照明装置自动调整去往LED的激活信号。结果是照明装置的颜色可在变化的环境条件下保持恒定。

图5示出根据本发明的一个方面的照明装置的功能图。所述照明装置包括发射具有第一颜色的光503R的第一LED501R、发射具有第二颜色的光503G的第二LED501G和发射具有第三颜色的光503B的第三LED501B。在这个实施方案中，第一颜色是红色，第二颜色是绿色，且第三颜色是蓝色。然而，技术人员认识到，还可使用发射其它颜色的LED。

第一、第二和第三LED分别由第一LED驱动器513R、第二LED驱动器513G和第三LED驱动器513B控制，所述LED驱动器适于通过对通过第一、第二和第三LED的电流I_R、I_G、I_B进行振幅调节来激活LED。

LED驱动器由第一控制信号519R、第二控制信号519G和第三控制信号519B控制，所述控制信号分别指示必须引导通过第一、第二和第三LED的电流I_R、I_G、I_B。

分别基于第一颜色控制方法525R、第二颜色控制方法525G和第三颜色控制方法525B来产生控制信号519R、519B和519B，所述颜色控制方法由处理器实行。

照明装置接收指示目标颜色的输入信号（图5中未示出），所述目标颜色被表达为目标颜色向量，如等式2中所描述。处理器适于将目标颜色向量的X_T、Y_T、Z_T三色刺激值分别传递到第一、第二和第三颜色控制方法。然而，X_T、Y_T、Z_T三色刺激值并不是直接传递到颜色控制方法，因为在求和函数527R、527G和527B中，从目标X_T、Y_T、Z_T三色刺激值减去照明装置的当前三色刺激值X_present、Y_present、Z_present。因而，将目标三色刺激值与当前三色刺激值之间的差值X_diff、Y_diff、Z_diff分别传递到第一、第二和第三颜色控制方法525R、525G、525B，所述方法产生指示必须引导通过第一、第二和第三LED的电流I_R,set、I_G,set、I_B,set的第一、第二和第三控制519R、519G、519B。

基于存储在存储器509R、509G和509B中的第一、第二和第三电流-电压模型来导出照明装置的当前三色刺激值X_present、Y_present、Z_present。（出于简单起见将所述存储器示出为单独存储器，然而技术人员认识到，电流-电压模型可在同一存储器中分类。）如上文所述，所述电流-电压模型使得有可能基于跨LED的电压和通过LED的电流来非常准确地预测LED的色度性质。在所示出的实施方案中，第一、第二和第三电流-电压模型的输出分别为第一颜色向量

第二颜色向量

和第三颜色向量

等式5 $\stackrel{\→}{C_R}=\left[\begin{array}{c}{X}_R\\ Y_R\\ Z_R\end{array}\right]$

等式6 $\stackrel{\→}{C_G}=\left[\begin{array}{c}{X}_G\\ Y_G\\ Z_G\end{array}\right]$

等式7 $\stackrel{\→}{C_B}=\left[\begin{array}{c}{X}_B\\ Y_B\\ Z_B\end{array}\right]$

将X_R、X_G和X_B三色刺激值传递到求和函数529R，在所述求和函数处对其求和，从而得到照明装置的当前X_present三色刺激值。X_present三色刺激值因此表示由照明装置发射的全部光的X三色刺激值，因为来自所有LED的X三色刺激值的贡献被相加在一起。

类似地，将Y_R、Y_G和Y_B三色刺激值传递到求和函数529G，在所述求和函数处对其求和，从而得到照明装置的当前Y_present三色刺激值。Y_present三色刺激值因此表示由照明装置发射的全部光的Y三色刺激值，因为来自所有LED的Y三色刺激值的贡献被相加在一起。

另外，将Z_R、Z_G和Z_B三色刺激值传递到求和函数529B，在所述求和函数处对其求和，从而得到照明装置的当前Z_present三色刺激值。Z_present三色刺激值因此表示由照明装置发射的全部光的Z三色刺激值，因为来自所有LED的Z三色刺激值的贡献被相加在一起。

将目标三色刺激值与当前三色刺激值之间的差值X_diff、Y_diff、Z_diff传递到第一、第二和第三颜色控制函数，并且可表达为：

等式8X_diff＝X_T-X_B-X_G-X_B

等式9Y_diff＝Y_T-Y_R-Y_G-Y_B

等式10Z_diff＝Z_T-Z_R-Z_G-Z_B

第一、第二和第三颜色产生函数，其产生指示必须引导通过第一、第二和第三LED的电流I_R,set、I_G,set、I_B,set的第一控制519R、第二控制519G和第三控制519B。

第一LED501R正发射红光503R并且向当前X_present三色刺激值提供最大贡献。可因此通过调节第一LED的强度来最有效地调节X_present三色刺激值。例如，在X_diff为负的情况下，需要更多红光以便实现目标颜色的X_T三色刺激值。因而，第一颜色控制函数调整第一控制信号519R，使得其指示通过第一LED501R的电流，并且I_R,set值大于通过第一LED501R的当前电流I_R。另外，在X_diff为正的情况下，指示需要较少红光以便实现目标颜色的X_T三色刺激值。因而，第一颜色控制函数525R调整第一控制信号519R，使得其指示通过第一LED501R的电流，并且I_R,set值小于通过第一LED的当前电流I_R。另一方面，在X_diff为零的情况下，第一颜色产生函数将不调整第一控制信号519R，X_diff为零指示照明装置已经在发射具有与X_T三色刺激目标值匹配的X三色刺激值的光。

基于第一、第二和第三电流-电压函数来确定当前X_present三色刺激值，并且因此当调节第一LED时考虑来自第二和第三LED的光的对X三色刺激值的贡献。

第二LED501G正发射绿光503G并且向当前Y_present三色刺激值提供最大贡献，并且可因此通过调节第二LED的强度来最有效地调节Y_present三色刺激值。类似于第一LED，第二控制信号将在Y_diff为负的情况下指示通过第二二极管的渐增电流I_G,set，在Y_diff为正的情况下指示通过第二二极管的渐减电流，并且在Y_diff为零的情况下将通过第二二极管的电流维持在相同电平。

第三LED501B正发射蓝光503B并且向当前Z_present三色刺激值提供最大贡献，并且可因此通过调节第三LED的强度来最有效地调节Z_present三色刺激值。类似于第一和第二LED，第三控制信号将在Z_diff为负的情况下指示通过第三二极管的渐增电流I_B,set，在Z_diff为正的情况下指示通过第二二极管的渐减电流，并且在Z_diff为零的情况下将通过第三二极管的电流维持在相同电平。

第一、第二和第三LED作用于由照明装置发射的光的所有XYZ三色刺激值，并且当控制照明装置时考虑来自每个LED的贡献。在接通照明装置的同时将连续重复所描述的过程，并且照明装置将因此连续调节第一、第二和第三LED的强度。因而，基于目标颜色来调节由照明装置发射的光的颜色，并且基于LED的驱动条件（I、V）来对其进行进一步调节，借此实现对照明装置的非常准确的颜色调整。这作为电流-电压函数来实现，向控制构件提供对当前XYX三色刺激值的非常准确的反馈。另外，如果一个LED的驱动条件在操作期间变化，那么照明装置能够响应于这种变化来控制第一、第二和第三LED的强度，借此有可能甚至在变化的驱动条件下也保持相同颜色。

基于通过LED的当前电流和跨LED的当前电压来确定电流-电压模型所提供的颜色向量。可通过使用如电子测量构件领域中已知的测量构件来获得跨LED的电流和电压。然而，在所示出的实施方案中，由LED驱动器513R、513F、513B基于指示通过LED的电流的控制信号519R、519G、519B来控制通过LED的电流。这使得有可能使用所述控制信号作为对电流-电压模型的输入来代替测量通过LED的电流。

在所示出的实施方案中，调节LED的强度的激活信号为DC信号，其中调节电流电平以便调节LED的强度。然而，本领域技术人员认识到，激活信号可替代地为PWM信号，其中通过调节PWM信号的工作周期来调节LED的强度。

本发明还涉及一种校准照明装置的方法，所述照明装置包括发射光的数个LED。图6示出所述方法的流程图，所述方法在步骤601中以预定初始化来开始。预定初始化可例如包括预热期，其中将LED激活一段预定时间，以便达到照明装置的典型操作温度。一旦初始化步骤601已经完成，便通过激活603LED602来开始所述校准方法，借此LED发射光604。在第一驱动条件下执行激活LED的步骤。在步骤605中，获得跨LED的电压，例如通过测量电压或通过在预定电压电平下驱动LED。在步骤607中，获得通过LED的电流，例如通过测量电流或通过在预定电流电平下驱动LED。在步骤609中，使用光谱测量装置606测量色度性质，所述光谱测量装置能够测量所发射的光的色度性质。

在步骤611中，将所获得的电流、所获得的电压和所测量得的色度性质作为校准点存储在存储器608中以供稍后使用。

接着在LED的不同驱动条件下将先前步骤603、605、607、609重复613数次。因而，在执行先前步骤603、605、607、609之前执行改变驱动条件的步骤615。可用许多不同方式改变驱动条件，并且其用以确保在不同驱动条件下校准照明装置，这改进了校准的有效性。例如，可通过改变通过LED的电流（例如，通过增大或减小通过LED的电流）来改变驱动条件，并且跨LED的电压将在电流改变时自动改变。还可通过改变跨LED的电压（例如，通过增大或减小跨LED的电压）来改变驱动条件，并且通过LED的电流将自动改变。还有可能改变LED的环境温度，这导致以下事实：LED的结温度改变并且因此有可能在相同电流下获得不同电压，因为电压通常在一定量的电流下随温度升高而下降。相反情况也是可能的，其中有可能在相同电压下获得不同电流。

例如，通过增大通过LED的电流和LED的结温度两者来创建上文所描述的电流-电压模型。通过热量可调整的散热片来调节LED的结温度。然而，在典型的照明装置中，散热片是被动散热片并且无法控制。因此无法通过散热片来改变结温度。在这种情况下，有可能将照明装置放置在可改变环境温度的房间中，这使得有可能改变结温度，因为结温度取决于环境温度。通常，这需要时间来达到稳定驱动条件，因为照明装置的温度花时间来达到稳定状态。

然而，有可能在不调节环境温度的情况下在不同结温度下创建校准点。这可通过在恰好使得LED发射光的电流下开始校准方法来实现。逐渐增大电流，直到其达到最大电流为止，并且在增大电流的同时在数个点处测量电压和所发射的光的色度性质。当达到最大电流时，就在此后从最低电流开始重复相同的校准。散热片温度将由于电流增大而增大。然而，散热片冷却需要时间，并且LED的结温度将因此在执行第二校准时增大。因而，有可能获得在不同结温度下的电流、电压和色度性质。还有可能通过改变跨LED的电压来执行类似校准。

在步骤617中使用所获得的数个校准点创建与LED相关的电流-电压模型。通常，将电流-电压模型例如作为查找表或作为电流-电压函数存储在照明装置的存储器610中，如上文所述。

请注意，可单独地对每个LED实行所述校准方法或者对由相同激活信号驱动的数个LED（例如，串联或并联耦合的LED）实行所述校准方法。

请进一步注意，根据本发明的照明装置、控制方法和校准方法可作为其中不同颜色的LED串联或并联耦合并且相同颜色的LED由相同激活信号控制的照明装置来并入/实施。

Claims (24)

1.一种照明装置，其包括：

·发射光的多个LED；

·用于接收至少指示颜色和/或亮度的输入信号的构件；

·用于基于所述输入信号来产生用于所述LED中的至少一者的激活信号的构件；

其特征在于所述照明装置包括：

·用于获得跨所述至少一个LED的电压的构件；

·用于获得通过所述至少一个LED的电流的构件；

其中所述用于产生所述激活信号的构件适于基于所述电压、所述电流以及与所述至少一个LED相关的电流-电压模型来产生所述激活信号，其中所述电流-电压模型定义所述电流、所述电压与由所述至少一个LED发射的所述光的色度性质之间的关系。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述照明装置包括：

·发射具有第一颜色的光的至少一个第一LED；

·用于获得跨所述第一LED的第一电压的构件；

·用于获得通过所述第一LED的第一电流的构件；

·用于基于所述输入信号、所述第一电压、所述第一电流以及与所述第一LED相关的第一电流-电压模型来产生用于所述第一LED的第一激活信号的构件，其中所述第一电流-电压模型定义所述第一电流、所述第一电压与由所述第一LED发射的所述光的色度性质之间的关系；

·发射具有第二颜色的光的至少一个第二LED；

·用于获得跨所述第二LED的第二电压的构件；

·用于获得通过所述第二LED的第二电流的构件；

·用于基于所述输入信号、所述第二电压、所述第二电流以及与所述第二LED相关的第二电流-电压模型来产生用于所述第二LED的第二激活信号的构件，其中所述第二电流-电压模型定义所述第二电流、所述第二电压与由所述第二LED发射的所述光的色度性质之间的关系；

·发射具有第三颜色的光的至少一个第三LED；

·用于获得跨所述第三LED的第三电压的构件；

·用于获得通过所述第三LED的第三电流的构件；

·用于基于所述输入信号、所述第三电压、所述第三电流以及与所述第三LED相关的第三电流-电压模型来产生用于所述第三LED的第三激活信号的构件，其中所述第三电流-电压模型定义所述第三电流、所述第三电压与由所述第三LED发射的所述光的色度性质之间的关系。

3.根据权利要求1到2所述的照明装置，其特征在于所述关系中的至少一者由包括多个实测校准点的查找表来定义，其中所述校准点中的每一者包括跨所述LED的实测电压、通过所述LED的实测电流以及与由所述LED发射的所述光相关的实测色度性质。

4.根据权利要求1到3所述的照明装置，其特征在于所述关系中的至少一者由电流-电压函数定义，其中所述电流-电压函数是基于多个实测校准点来定义的，其中所述校准点中的每一者包括跨所述LED的实测电压、通过所述LED的实测电流以及与由所述LED发射的所述光相关的实测色度性质。

5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于所述电流-电压函数是多项式函数，其中所述多项式函数的输出与所述LED的所述色度性质相关，并且所述多项式函数的输入是跨所述LED的所述电压和通过所述LED的所述电流。

6.根据权利要求1到5所述的照明装置，其特征在于所述激活信号中的至少一者指示通过所述LED的所述电流。

7.根据权利要求1到5所述的照明装置，其特征在于所述激活信号指示跨所述LED的所述电压。

8.根据权利要求1到7所述的照明装置，其特征在于包括存储器，在所述存储器中存储所述电流-电压模型中的至少一者。

9.根据权利要求2到8所述的照明装置，其特征在于所述用于产生所述激活信号的构件中的至少一者进一步适于基于由所述LED中的另一者发射的光的所述色度性质中的至少一者来产生所述激活信号。

10.根据权利要求1到9所述的照明装置，其特征在于所述所获得的跨所述LED中的所述至少一者的电压中的至少一者是基于以下至少一者来获得的：

·连接到所述LED的电压测量构件；

·用于所述LED的所述激活信号；

·与所述LED相关的所述电流-电压模型。

11.根据权利要求1到10所述的照明装置，其特征在于所述所获得的通过所述至少一个LED的电流中的至少一者是基于以下至少一者来获得的：

·连接到所述LED的电流测量构件；

·用于所述LED的所述激活信号；

·与所述LED相关的所述电流-电压模型。

12.一种控制包括发射光的多个LED的照明装置的方法，所述方法包括以下步骤：

·接收至少指示颜色和/或亮度的输入信号；

·产生用于所述LED中的至少一者的激活信号，其中基于所述输入信号来产生所述激活信号；

其特征在于所述方法包括以下步骤：

·获得跨所述LED的电压；

·获得通过所述LED的电流；

其中基于所述电压、所述电流以及与所述LED相关的电流-电压模型来产生所述第一激活信号，其中所述电流-电压模型定义所述电流、所述电压与由所述LED发射的光的色度性质之间的关系。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述获得跨所述至少一个LED的电压的步骤包括以下步骤：

·获得跨第一LED的第一电压，所述第一LED发射具有第一颜色的光；

·获得跨第二LED的第二电压，所述第二LED发射具有第二颜色的光；

·获得跨第三LED的第三电压，所述第三LED发射具有第三颜色的光；

并且其特征在于所述获得通过所述至少一个LED的电流的步骤包括以下步骤：

·获得通过所述第一LED的第一电流；

·获得通过所述第二LED的第二电流；

·获得通过所述第三LED的第三电流；

并且其特征在于所述产生用于所述LED中的至少一者的激活信号的步骤包括以下步骤：

·基于所述第一电压、所述第一电流以及与所述第一LED相关的第一电流-电压模型来产生用于所述第一LED的第一激活信号，其中所述第一电流-电压模型定义所述第一电流、所述第一电压与由所述第一LED发射的光的色度性质之间的关系；

·基于所述第二电压、所述第二电流以及与所述第二LED相关的第二电流-电压模型来产生用于所述第二LED的第二激活信号，其中所述第二电流-电压模型定义所述第二电流、所述第二电压与由所述第二LED发射的光的色度性质之间的关系；

·基于所述第三电压、所述第三电流以及与所述第三LED相关的第三电流-电压模型来产生用于所述第三LED的第三激活信号，其中所述第三电流-电压模型定义所述第三电流、所述第三电压与由所述第三LED发射的光的色度性质之间的关系。

14.根据权利要求12到13所述的方法，其特征在于所述关系中的至少一者由包括多个实测校准点的查找表来定义，其中所述校准点中的每一者包括跨所述LED的实测电压、通过所述LED的实测电流以及与由所述LED发射的所述光相关的实测色度性质。

15.根据权利要求12到14所述的方法，其特征在于所述关系中的至少一者由电流-电压函数定义，其中所述电流-电压函数是基于数个实测校准点来定义的，其中所述校准点中的每一者包括跨所述LED的实测电压、通过所述LED的实测电流以及与由所述LED发射的所述光相关的实测色度性质。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述电流-电压函数是多项式函数，其中所述多项式函数的输出与所述LED的所述色度性质相关，并且所述多项式函数的输入是跨所述LED的所述电压和通过所述LED的所述电流。

17.根据权利要求12到16所述的方法，其特征在于所述激活信号中的至少一者指示通过所述LED中的至少一者的所述电流。

18.根据权利要求10到17所述的方法，其特征在于所述激活信号中的至少一者指示跨所述LED中的至少一者的所述电压。

19.根据权利要求13到17所述的方法，其特征在于所述产生所述激活信号的步骤中的至少一者进一步适于基于由所述LED中的另一者发射的光的所述色度性质中的至少一者来产生所述激活信号。

20.根据权利要求12到19所述的方法，其特征在于所述获得跨所述LED中的至少一者的电压的步骤包括以下步骤中的至少一者：

·使用连接到所述LED的电压测量构件测量跨所述LED的所述电压；

·基于用于所述LED的所述激活信号来获得跨所述LED的所述电压；

·基于与所述LED相关的所述电流-电压模型来获得跨所述LED的所述电压。

21.根据权利要求12到20所述的方法，其特征在于所述获得通过所述LED中的至少一者的电流的步骤包括以下步骤中的至少一者：

·使用连接到所述LED的电流测量构件测量通过所述LED的所述电流；

·基于用于所述LED的所述激活信号来获得通过所述LED的所述电流；

·基于与所述LED相关的所述电流-电压模型来获得通过所述LED的所述电流。

22.一种校准包括发射光的多个LED的照明装置的方法，所述方法包括以下步骤：

·在一驱动条件下激活所述LED中的至少一者；

·在所述驱动条件下获得通过所述LED的电流；

·在所述驱动条件下获得跨所述LED的电压；

·在所述驱动条件下测量由所述LED发射的所述光的色度性质；

·将所述所获得的电流、所述所获得的电压以及所述所测量的色度性质存储为校准点；

·改变所述驱动条件；

·将所述激活所述LED、获得通过所述LED的电流、获得跨所述LED的电压、测量由所述LED发射的所述光的色度性质、将所述所获得的电流、所述所获得的电压以及所述所测量的色度性质存储为另一校准点以及改变所述驱动条件的步骤重复多次；

·使用所述多个校准点创建与所述至少一个LED相关的电流-电压模型。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于所述改变所述驱动条件的步骤包括以下步骤中的至少一者：

·改变通过所述LED的电流；

·改变跨所述LED的电压；

·改变所述LED的结温度。

24.根据权利要求22到23所述的方法，其特征在于所述创建所述电流-电压模型的步骤包括基于所述多个校准点来创建至少一个多项式函数的步骤。

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