CN104322148B - 可调照明系统 - Google Patents

Abstract

一种用于从能够发射x‑y颜色平面中的照明系统颜色色域（202）内的光的照明系统（100）提供光输出的方法，包括以下步骤：接收（302）包括目标色点（210,219）和目标通量的光输出目标；将目标色点与照明系统颜色色域（202）比较（304）；以及如果目标色点在颜色色域之外：基于目标色点与第一近似色点（212,220）之间的x‑y颜色平面中的距离的最小化来确定（310）颜色色域内的第一近似色点；确定（312）第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量；如果第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量等于或者大于目标通量，控制（309）照明系统提供由第一近似色点和目标通量所限定的光；以及如果第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量低于目标通量，基于第一近似色点与第二近似色点（214,222）之间的x‑y颜色平面中的距离的最小化来确定（314）第二近似色点，照明系统在第二近似色点处能够提供目标通量；以及控制（315）照明系统提供由第二近似色点和目标通量所限定的光。

Description

可调照明系统

技术领域

本发明涉及可变颜色照明系统和用于控制这样的可变颜色照明系统的颜色输出的方法和控制器。特别地，本发明涉及用于确定可变颜色照明系统中的色点的方法。

背景技术

照明中的当前趋势是光越来越被用于营造气氛而不只是用于光照。适合作为“气氛提供者”的照明系统需要能够发射不同颜色以及在强度中可变（可调光）的光。理想地，这样的照明系统应当在由人眼可感知的整个颜色三角形之上（例如在CIE XYZ-系统的xy-平面中）是可变的。然而，实际上，颜色可变照明系统仅可以跨颜色三角形的一部分。对于特定颜色可变照明系统而言，颜色三角形的该部分被称为照明系统的颜色色域。而且，不同的照明系统一般具有不同的颜色色域。

US 5 384 519公开了这样的可变颜色照明系统的示例，其中混合来自至少三个可调光单色光源的光以便发射期望颜色的光。当不同的LED在颜色空间中相距甚远时（如RGB的情况），制作范围的中心中的颜色（白色）相对简单并且可能的范围和通量相对独立于原色的确切位置。然而，这样的系统的缺点是色点关于色温的敏感性和相当有限的显色指数（CRI）。

由于任何可变颜色照明系统的颜色色域仅跨颜色三角形的一部分，因此总是存在用户可能请求照明系统的颜色色域之外的颜色的光的可能性。由于颜色系统中的光源可能归因于制造过程中的不可控的变化而在一个系统与下一个之间略微不同，因此两个显然类似的照明系统可能提供略微不同的颜色色域。可以例如通过将模块的可允许的色域限制到总是可以保证的最小色域来消除照明系统可以提供的颜色中的不确定性。然而，这样的限制在大多数情况中将是过度的。

另外，存在用于如果所请求的颜色处于可允许的色域之外则近似可允许的色域内的色点的已知解决方案。然而，仅近似可允许的色域内的新色点（例如色域内的最近点）可能提供被感知为就色温和CRI而言与所请求的颜色明显不同的颜色。

发明内容

本发明的目的是提供经改进的照明系统和用于控制这样的照明系统的方法。

根据本发明的第一方面，该目的和其它目的通过用于从能够发射x-y颜色平面中的照明系统颜色色域内的光的照明系统提供光输出的方法实现，方法包括以下步骤：接收包括目标色点和目标通量的光输出目标；将目标色点与照明系统颜色色域比较；以及如果目标色点在颜色色域之外：基于目标色点与第一近似色点之间的x-y颜色平面中的距离的最小化来确定颜色色域内的第一近似色点；确定第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量；如果第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量等于或者大于目标通量，控制照明系统提供由第一近似色点和目标通量所限定的光；以及如果第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量低于目标通量，基于第一近似色点与第二近似色点之间的x-y颜色平面中的距离的最小化来确定第二近似色点，照明系统在第二色点处能够提供目标通量；以及控制照明系统提供由第二近似色点和目标通量所限定的光。

照明系统的通量是指由包括在照明系统中的光源的组合所提供的辐射通量。可以通过控制包括在系统中的各个光源的占空比来控制系统的通量输出以及颜色输出。

x-y颜色平面在本上下文中应当被理解为其中可以通过x坐标和y坐标描述颜色的颜色系统中的颜色平面。这样的颜色系统的示例包括但不限于CIEXYZ、CIELUV、CIELAB、CIEUVW、RGB以及CMYK。

本发明是基于以下认识：当照明系统出于各种原因接收到针对可能颜色色域之外的光输出的请求时，仅提供色域内的最近色点可能不提供当被用户感知时与所请求的光输出最相似的光输出，以及可以通过考虑所请求的光输出的通量来实现较好近似。因此，存在对于能够以令人满意的方式处置所请求的色域外色点的经改进的照明系统的需要。

因此，可以通过在x-y颜色平面中将所接收的目标色点移动到最接近相似于所请求的颜色的可能颜色色域内的色点来实现与所请求的光输出更相似的光输出，其中可以实现所请求的目标通量。由此，可以通过照明系统发射就显色指数和色温而言的在颜色色域之外的所请求的色点的经改进的近似。

贯穿根据本发明的方法的各种实施例，可以近似在照明系统颜色色域之外的所请求的色点，使得用户大部分时间没有意识到已经请求色域外颜色。这样的结果将不可能通过在接收到对应于照明设备不可达到的输出的颜色请求时仅被动地允许包括在照明系统中的一个或多个光源饱和来获取。

本发明一般相关于可调照明系统，并且特别地相关于供在家庭以及诸如办公室照明和零售之类的专业应用二者中使用的可调白色照明系统。

根据本发明的一个实施例，确定第一近似色点的步骤可以包括将第一近似色点确定为色域内的最近色点。近似在颜色色域之外的所请求的色点的直接方式是选择色域内的最近色点。

在本发明的一个实施例中，确定第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量的步骤可以包括确定针对第一近似色点处的包括在照明系统中的光源的最大占空比。当已经找到色域内的色点时，确定目标通量在第一近似色点处是否可实现。可以通过计算使得维持x-y颜色平面中的相同色点的针对包括在照明系统中的光源的最大占空比来确定给定色点处的最大可实现通量。如果在第一近似色点处可以达到目标通量，该色点被用于提供照明系统的光输出。

根据本发明的一个实施例，如果第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量比目标通量低预定义阈值，可以确定第二近似色点。一般地，如果在第一近似色点处不能实现目标通量，确定能够提供足够通量的第二近似色点。然而，对于一些情况而言，即使不能实现目标通量，如果最大可实现通量接近目标通量，使用第一近似点作为光输出点也可以是合期望的。例如，如果可实现通量在目标通量的预定阈值内（诸如至少95%），第一近似点可以用作光输出点。

在本发明的一个实施例中，照明系统颜色色域可以是由三个光源限定的x-y颜色平面中的三角形色域。在照明系统中可以使用三个任意不同的光源来限定可实现的颜色色域。

根据本发明的一个实施例，确定第二近似色点的步骤可以包括确定从第一近似色点到离第一近似色点最大距离处的三角形色域的角的x-y颜色平面中的直线上的最近点，其具有等于目标通量的通量。在第一近似点处不能够满足通量目标的一个原因可能是三个光源之一的利用明显低于其它两个的利用。在这样的情形中，可以通过在x-y颜色平面中朝向具有最低利用的光源（其是在x-y颜色平面中离第一近似点最大距离处的光源）移动来实现具有足够通量的色点。因此，第二近似点可以确定为朝向最低利用的光源的线上的点，其中可以实现等于目标通量点的通量。

在本发明的一个实施例中，确定第二近似色点的步骤可以包括确定从第一近似色点到其中两个最远光源中的每一个的占空比等于一的点的x-y颜色平面中的直线上的最近点，其具有等于目标通量的通量。在第一近似点处不能够满足通量目标的另一原因可能是三个光源中的两个的利用明显低于其余一个的利用。在这样的情形中，可以通过在x-y颜色平面中朝向其中两个最远光源具有等于一的占空比的点移动来实现具有足够通量的色点，假定针对最接近第一近似点的第三光源的零占空比。在限定色域的边界的两个光源之间的线上找到其中两个光源具有最大占空比的点。因此，可以将第二近似点确定为朝向用于其中可以实现等于目标通量点的通量的两个最远光源的组合的最大通量点的线上的点。

根据一个实施例，光输出目标可以在黑体线上。在用于家庭使用和办公室照明系统中二者的许多照明应用中，提供具有预定色温的黑体线上的白光可以是合期望的。

在本发明的一个实施例中，光输出目标可以具有2000K与3800K之间的色温。

根据本发明的第二方面，提供一种照明系统，包括：至少三个光源，其限定x-y颜色平面中的照明系统颜色色域；以及照明系统控制器，其被配置成控制来自照明系统的光输出，其中照明系统控制器被配置成：接收包括目标色点和目标通量的光输出目标；将目标色点与照明系统颜色色域比较；以及如果目标色点在颜色色域之外：基于目标色点与第一近似色点之间的x-y颜色平面中的距离的最小化来确定颜色色域内的第一近似色点；确定第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量；如果第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量等于或者大于目标通量，控制照明系统提供由第一近似色点和目标通量所限定的光；以及如果第一近似色点处的照明系统可实现的最高可能通量低于目标通量，基于第一近似色点与第二近似色点之间的x-y颜色平面中的距离的最小化来确定第二近似色点，照明系统在第二近似色点处能够提供目标通量；以及控制照明系统提供由第二近似色点和目标通量所限定的光。

照明系统控制器可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或者另一可编程设备。照明系统控制器还可以，或者作为替代，包括专用集成电路、可编程门阵列或者可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或者数字信号处理器。在照明系统控制器包括诸如以上所提及的微处理器、微控制器或者可编程数字信号处理器之类的可编程设备的情况下，处理器还可以包括控制可编程设备的操作的计算机可执行代码。

在本发明的一个实施例中，照明系统中的光源中的每一个可以包括多个发光设备。

另外，照明系统可以被配置使得光源中的每一个在x-y颜色平面中离黑体线预定距离内发射光。在其中具有给定色温和高显色指数的白光合期望的应用中，选择发射尽可能接近黑体线的光的光源可以是有利的。

根据本发明的一个实施例，离黑体线的前述预定距离可以有利地小于3 SDCM（颜色匹配的标准偏差）。x-y颜色平面中的3 SDCM的颜色差异对于观察者而言是几乎注意不到的。因此，为观察者提供与黑体线相差小于3 SDCM的白光以不检测到白光中的颜色的色调或者显色中的任何差异是合期望的。

在本发明的一个实施例中，光源可以有利地本质上发射具有不同色温的白光。

另外，光源可以有利地发射分别具有近似等于2000K、2700K和4400K的色温的光。

本发明的该第二方面的另外的效果和特征很大程度上类似于以上结合本发明的第一方面所描述的那些。

当研究随附的权利要求和以下描述时，本发明的另外的特征和关于本发明的优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，可以组合本发明的不同特征以创建除以下所描述的那些之外的实施例而不脱离于本发明的范围。

附图说明

现在将参考示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的该方面和其它方面。

图1示意性地示出图示了根据本发明的照明系统的实施例的框图；

图2a和2b是在x-y颜色平面中示意性地图示了根据本发明的实施例的一般方法的图；以及

图3是概述根据本发明的实施例的方法的一般步骤的流程图。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参考用于提供白光的照明系统来讨论根据本发明的照明系统的各种实施例。应当指出，这绝不限制等同地适用于可变颜色照明系统的本发明的范围。

在图1中，示意性地示出根据本发明的照明系统100的实施例的框图表示。

参考图1，示出了可调照明系统100，其包括三个光源102a-c、光源接口103、包括微处理器104、诸如RAM或者非易失性存储器之类的存储器105的照明系统控制器108以及外部接口106。经由外部电力连接107对示例性照明系统100供电。当然，也可以使用诸如电池之类的内部电源。光源接口103和外部接口106也可以是无线接口。

微处理器104经由外部接口106接收光输出请求，并且跟随处理，经由光源接口103将请求转发到光源102a-c。

光源102a-c是强度可控的（可调光），并且可以被控制成在从0%到100%的相对强度或者占空比处输出具有其相应颜色的光。

在图2a和2b中，在示出由三个色点204、206和208所限定的颜色x-y平面中的可允许的颜色色域202的图200和230中示意性地图示了根据本发明的实施例的方法，色点204、206和208对应于三个光源102a、102b和102c，其用于两个不同的颜色目标210和219。在本示例中，三个光源被视为本质上发射具有不同色温的白光，其中光源204具有近似2000K的色温，光源206具有近似2700K的色温并且光源208具有近似4400K的色温。图200中包括黑体线203以供参考。三个光源可以例如构成提供中性白光（208）、暖白光（206）和磷光体转换琥珀光（204）的发光设备。所选磷光体转换琥珀（PC-琥珀）发光设备204一般具有如在CIE 1931 xy色品图中所限定的针对x坐标在0.55与0.585之间和针对y坐标在0.41与0.44之间的色点范围。

图3是概述将参考图1中图示的照明系统100和图2a中示出的x-y颜色平面200描述的根据本发明的实施例的方法的一般步骤的流程图300。

首先，在步骤302中，通过照明系统接收光输出目标。光输出目标包括目标颜色（图示为图200中的点204）和目标通量。在步骤304中，将目标色点210与颜色色域202比较。如果色点210在色域202内，可以通过照明系统提供308根据目标色点210的光输出。在本示例中，在步骤306中推断出，目标色点210在颜色色域202之外。然后，下一步骤310是确定在色域内的色点，此处被称为第一近似色点212。第一近似色点212被限定为在颜色色域202内的最接近目标色点210的点。接着，在步骤312中，做出关于第一近似色点212处的照明系统可实现的最高可能通量是否等于或者大于目标通量的比较。如果目标通量在第一近似色点212处可实现，可以通过照明系统提供309根据第一近似色点212的光输出。

如果在步骤312中推断出目标通量在第一近似色点212处不可实现，步骤314涉及确定其中目标通量可实现的色点，此处被称为第二近似色点214。一旦已经确定该第二近似色点214，在步骤315中提供光输出。第二近似色点214的确定是基于第一近似色点212与能够实现目标通量的色点之间的x-y颜色平面中的距离的最小化。特别地，在图2a和图2b中图示了如何可以取决于第一近似色点位于哪里来确定第二近似色点的两个示例。

在图2a中，相比于距离其它两个光源204和208，第一近似色点212明显更接近光源之一，此处为206。在这样的场景中，可以在从第一近似色点212到其中两个最远光源中的每一个的占空比等于一的点218的x-y颜色平面中的直线216上找到第二近似色点214。点218表示针对两个光源204和208的组合的最大通量点。

在图2b中，对于颜色目标点219而言，第一近似色点220在到光源中的两个（204和206）的近似相等距离处，这意味着第三光源208利用不足。在这样的场景中，可以在从第一近似色点220到离第一近似色点220最大距离处的光源208的x-y颜色平面中的直线224上找到第二近似色点222。

应当指出，图2a和图2b中的图未按比例绘制，并且它们仅图示了根据本发明的实施例的方法和系统的一般原理。

由于通过不同光源之间的通量的关系确定色域中的每个色点，因此可以确定针对色域内的每个色点的可实现通量范围。另外，基于以上示例，由于可以使用基本三角学或者矢量计算来计算给定色点与色域内或者色域外的任何其它点之间的距离，因此可以计算其中可以实现目标通量的色域内的色点。

根据本发明的各种实施例的照明系统还可以包括前馈控制，其中可以基于包括在光源中的发光设备的结温度和热沉温度连续计算每个光源的实际通量。因此，可以连续地更新光源的占空比以保持光输出色点恒定。

尽管已经参考其具体示例性实施例描述了本发明，但是许多不同更改、修改等等对于本领域技术人员而言将变得显而易见。例如，可以使用具有不同颜色的光源，并且根据本发明的实施例的方法可以被用于一般地降低期望的色点与照明系统中的近似色点之间的感知差异。

此外，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，通过研究附图、公开内容和随附的权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能被用于获益。

Claims (14)

1.用于从包括至少三个光源的限定x-y颜色平面中的照明系统颜色色域（202）的照明系统（100）提供光输出的方法，包括以下步骤：

接收包括目标色点（210,219）和目标通量的光输出目标；

将所述目标色点与所述照明系统颜色色域（202）比较；以及

如果所述目标色点在所述颜色色域之外：

基于所述目标色点与第一近似色点（212,220）之间的所述x-y颜色平面中的距离的最小化来确定所述颜色色域内的所述第一近似色点；

其特征在于，

通过确定针对所述第一近似色点处的包括在照明系统中的光源的最大占空比来确定所述第一近似色点处的所述照明系统可实现的最高可能通量；如果所述第一近似色点处的照明系统可实现的所述最高可能通量等于或者大于所述目标通量，控制所述照明系统提供由所述第一近似色点和所述目标通量所限定的光；以及

如果所述第一近似色点处的照明系统可实现的所述最高可能通量低于所述目标通量，基于所述第一近似色点与第二近似色点（214,222）之间的所述x-y颜色平面中的距离的最小化来确定所述第二近似色点，所述照明系统在所述第二近似色点处能够提供所述目标通量；以及

控制所述照明系统提供由所述第二近似色点和所述目标通量所限定的光。

2.根据权利要求1的方法，其中确定第一近似色点的步骤包括将所述第一近似色点确定为色域内的最近色点。

3.根据前述权利要求中的任何一项的方法，其中如果所述第一近似色点处的照明系统可实现的所述最高可能通量比所述目标通量低预定义阈值，确定所述第二近似色点。

4.根据权利要求1或2的方法，其中所述照明系统颜色色域是由三个光源所限定的x-y颜色平面中的三角形色域。

5.根据权利要求4的方法，其中确定所述第二近似色点（222）的步骤包括确定从所述第一近似色点（220）到离所述第一近似色点最大距离处的色域的角的x-y颜色平面中的直线（224）上的最近点，其具有等于所述目标通量的通量。

6.根据权利要求4的方法，其中确定所述第二近似色点（214）的步骤包括确定从所述第一近似色点（212）到其中两个最远光源中的每一个的占空比等于一的点（218）的x-y颜色平面中的直线（216）上的最近点，其具有等于所述目标通量的通量。

7.根据权利要求1或2的方法，其中所述光输出目标在黑体线（203）上。

8.根据权利要求1或2的方法，其中所述光输出目标具有2000K与3800K之间的色温。

9.一种照明系统（100），包括：

至少三个光源，其限定x-y颜色平面中的照明系统颜色色域（202）；以及

照明系统控制器（108），其被配置成控制来自所述照明系统的光输出，其中所述照明系统控制器被配置成：

接收包括目标色点（210,219）和目标通量的光输出目标；

将所述目标色点与所述照明系统颜色色域（202）比较；以及

如果所述目标色点在所述颜色色域之外：

基于所述目标色点与第一近似色点（212,220）之间的所述x-y颜色平面中的距离的最小化来确定所述颜色色域内的所述第一近似色点；

其特征在于，所述照明系统控制器还配置成

通过确定针对所述第一近似色点处的包括在照明系统中的光源的最大占空比来确定所述第一近似色点处的所述照明系统可实现的最高可能通量；

如果所述第一近似色点处的照明系统可实现的所述最高可能通量等于或者大于所述目标通量，控制所述照明系统提供由所述第一近似色点和所述目标通量所限定的光；以及

如果所述第一近似色点处的照明系统可实现的所述最高可能通量低于所述目标通量，基于所述第一近似色点与第二近似色点（214,222）之间的所述x-y颜色平面中的距离的最小化来确定所述第二近似色点，所述照明系统在所述第二近似色点处能够提供所述目标通量；以及

控制所述照明系统提供由所述第二近似色点和所述目标通量所限定的光。

10.根据权利要求9的照明系统，其中所述光源中的每一个包括多个发光设备。

11.根据权利要求9或10的照明系统，其中所述光源中的每一个在x-y颜色平面中离黑体线预定距离内发射光。

12.根据权利要求11的照明系统，其中所述预定距离小于3 SDCM（颜色匹配的标准偏差）。

13.根据权利要求9至10中的任何一项的照明系统，其中所述光源本质上发射具有不同色温的白光。

14.根据权利要求13的照明系统，其中所述光源发射分别具有近似等于2000K、2700K和4400K的色温的光。