JP5554992B2 - Lighting fixture control system and method - Google Patents

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Description

本発明は、照明の分野に関し、特に、光源によって放射される光の色及び強度の制御に関する。   The present invention relates to the field of lighting, and in particular to controlling the color and intensity of light emitted by a light source.

ソリッドステート半導体及び有機発光ダイオード(LED)などの発光装置の輝度光束の開発及び改善における進歩は、これらの装置を、建築用、エンターテイメント用、及び道路用照明を含む一般照明応用例における使用に関して適するものにしてきた。発光ダイオードは、白熱灯、蛍光灯、及び高輝度放電灯などの光源に対して益々競争力を増してきている。   Advances in the development and improvement of luminous flux of light emitting devices such as solid state semiconductors and organic light emitting diodes (LEDs) are suitable for use in general lighting applications including architectural, entertainment, and road lighting. I have made it. Light emitting diodes are becoming increasingly competitive with light sources such as incandescent lamps, fluorescent lamps, and high intensity discharge lamps.

ソリッドステート照明における課題のうちの一つは、例えば、青色及び黄色、又は赤色、緑色及び青色のLEDなどの複数の色によって放射される混合光の強度及び色度を設定及び維持し得るシステム及び/又は方法を設計することである。このことは、LEDによって放射される光がLEDへ供給される電流以外に動作条件に依存して変化し得るので、困難であり得る。従来的には、この依存性を是正し得るシステムは、1つ以上の光学センサによって提供される信号に基づき光学的フィードバックを用いる。このセンサは、放射光の一部を感知し、感知された光の色度及び強度を決定するのに使用され得る。そして、色度及び強度に関する情報は、LEDの駆動電流を適宜調整するのに使用され得る。しかし、効果的なフィードバック制御を可能にするために、複数の効果が対処されなければならない。例えば、第1に、既知の費用効果的なRGB色センサのスペクトル応答性は、実用目的に関して、人間の目のスペクトル応答性を十分に詳しく再現しない。第2に、LEDのスペクトルパワー分布(SPD)は、LED動作温度とともに変化し得る。   One of the challenges in solid state lighting is a system that can set and maintain the intensity and chromaticity of mixed light emitted by multiple colors, such as, for example, blue and yellow, or red, green and blue LEDs Designing the method. This can be difficult because the light emitted by the LED can vary depending on operating conditions other than the current supplied to the LED. Traditionally, systems that can correct this dependency use optical feedback based on signals provided by one or more optical sensors. This sensor can be used to sense a portion of the emitted light and determine the chromaticity and intensity of the sensed light. Information on chromaticity and intensity can then be used to adjust the LED drive current as appropriate. However, multiple effects must be addressed to enable effective feedback control. For example, first, the spectral responsiveness of known cost-effective RGB color sensors does not reproduce the spectral response of the human eye in sufficient detail for practical purposes. Second, the spectral power distribution (SPD) of the LED can change with the LED operating temperature.

例えば、図1は、CIE色一致関数

Figure 0005554992
によって表わされる標準的な人である観察者の正規化されたスペクトル応答性を、一般的に商業的に入手可能なRGB色センサの応答性とともに例証する。センサ特性が標準的な人である観察者の特性に厳密に一致しないことは明らかに確認され得る。スペクトルの不一致は、例示されるものよりも小さいものでも、フィードバック制御の多色LED型システムにおいて不所望な光効果を生じさせ得る。 For example, FIG. 1 shows the CIE color matching function.
Figure 0005554992
Illustrates the normalized spectral responsiveness of a standard human observer represented by the responsiveness of generally commercially available RGB color sensors. It can clearly be seen that the sensor characteristics do not closely match those of a standard human observer. Even if the spectral mismatch is less than that illustrated, it can cause unwanted light effects in feedback controlled multicolor LED type systems.

当業分野においてよく知られるように、Φ(λ)によって記されるSPDは、対応する色一致関数を用いて重み付けされたSPDの平均を決定することによって、対応するCIE三刺激値へ変換され得る。このことは、上述のCIE色一致関数に関して以下の数式で表わされ得る。

Figure 0005554992
As is well known in the art, the SPD denoted by Φ (λ) is converted to the corresponding CIE tristimulus value by determining the average of the weighted SPD using the corresponding color matching function. obtain. This can be expressed in terms of the above CIE color match function by the following formula:
Figure 0005554992

不十分な精度の応答性を用いてRGB色センサによって供給される信号に基づき決定されるこのような三刺激値は、CIE三刺激値の実用的に有用な指示を提供し得ない。よく知られるように、他の色一致関数も、対応する色空間における対応する刺激値を決定するのに使用され得る。   Such tristimulus values determined based on signals supplied by an RGB color sensor with insufficiently accurate responsiveness may not provide a practically useful indication of CIE tristimulus values. As is well known, other color matching functions can also be used to determine the corresponding stimulus values in the corresponding color space.

米国特許第6,507,159号に例示されるような知られる対処法は、特定の手法でフィードバック及び参照の両方の三刺激値を追跡するRGBのLEDに基づく照明器具を制御する方法及びシステムを開示する。LED照明器具を駆動させるフォワード電流は、フィードバック三刺激値と参照三刺激値との間の比較に基づき、比較値が2つの間で何の差も生じさせなくなるまで、調整される。三刺激値は、特定のフィルタセンサの組み合わせを用いて決定される。しかし、温度制御された実験室条件の下であっても、CIE色一致関数を正確に再現するためにフィルタ及びセンサを一致させることは、複雑である。したがって、「G.P.Eppeldauer, "A Reference Tristimulus Colorimeter," Proceedings of the Ninth Congress of the International Color Association of the Optical Engineering Society, SPIE 4421, pp749-752, (2002), Bellingham, WA, USA」において説明される有用なフィルタセンサの組み合わせは高価であり得る。更に、CIE三刺激値のみに基づくフィードバック制御は、強度から色度(すなわち色)を分離せず、したがって、多数の不所望な色度変動を抑制するのに効果的でないかもしれない。   A known approach, as exemplified in US Pat. No. 6,507,159, discloses a method and system for controlling a luminaire based on RGB LEDs that tracks both feedback and reference tristimulus values in a specific manner. The forward current that drives the LED luminaire is adjusted based on the comparison between the feedback tristimulus value and the reference tristimulus value until the comparison value does not produce any difference between the two. Tristimulus values are determined using specific filter sensor combinations. However, even under temperature controlled laboratory conditions, matching filters and sensors to accurately reproduce the CIE color matching function is complex. Therefore, it is described in “GPEppeldauer,“ A Reference Tristimulus Colorimeter, ”Proceedings of the Ninth Congress of the International Color Association of the Optical Engineering Society, SPIE 4421, pp749-752, (2002), Bellingham, WA, USA”. Useful filter sensor combinations can be expensive. Further, feedback control based solely on CIE tristimulus values does not separate chromaticity (ie, color) from intensity, and therefore may not be effective in suppressing a large number of undesirable chromaticity variations.

B.T.Barnesは、「"A Four-Filter Photoelectric Colorimeter," Journal of the Optical Society of America 29, (10), pp 448-452, (1939)」において、色一致関数

Figure 0005554992
を波長範囲によって
Figure 0005554992
及び
Figure 0005554992
へ分割する方法、及び、このことがいかにRGBセンサに関するスペクトル応答性要件を簡素化するかを説明している。Barnesは、
Figure 0005554992
を規定し、ここで、l及びsは、長波長領域及び短波長領域を表わす。実験室品質の器具以外に関して、従来技術において、
Figure 0005554992
及び
Figure 0005554992
スペクトル応答性の両方を表わすために青色フィルタ検出器対応答の適切なスケールのものを使用することが通常の慣行である。しかし、この対処法は、動作時において、RGBセンサスペクトル応答性の不一致の不所望な効果を軽減させる方法を対処していない。 BTBarnes is a color matching function in "A Four-Filter Photoelectric Colorimeter," Journal of the Optical Society of America 29, (10), pp 448-452, (1939).
Figure 0005554992
Depending on the wavelength range
Figure 0005554992
as well as
Figure 0005554992
And how this simplifies the spectral responsiveness requirements for RGB sensors. Barnes
Figure 0005554992
Where l and s represent the long wavelength region and the short wavelength region, respectively. For non-laboratory quality instruments, in the prior art,
Figure 0005554992
as well as
Figure 0005554992
It is normal practice to use an appropriate scale of the blue filter detector pair response to represent both spectral responsiveness. However, this remedy does not address a method that reduces the undesirable effects of RGB sensor spectral responsiveness mismatch during operation.

B.A.Wandell及びJ.E.Farrellは、「"Water into Wine: Converting Scanner RGB to Tristimulus XYZ" Device-Independent Color Imaging and Imaging Systems Integration, Proc. SPIE 1909, pp 92-101, (1993)」において、RGBセンサデータを、較正ステップにおいて、最小二乗法から事前決定され得る変換行列を用いることによって、XYZ三刺激値へ変換する方法を説明する。較正ステップは、理想的なCIE色一致センサからのデータを活用し、非理想的なRGBセンサからの較正データはセンサ毎の一群のSPDの測定から得られる。しかし、Wandellは、リアルタイムフィードバック装置を用いた最小二乗法の使用、又は光源制御へのその適用を教示しない。変換は、画像の各画素の測定RGB色センサデータへのみ適用される。   BAWandell and JEFarrell published RGB sensor data in "Water into Wine: Converting Scanner RGB to Tristimulus XYZ" Device-Independent Color Imaging and Imaging Systems Integration, Proc. SPIE 1909, pp 92-101, (1993). In the calibration step, a method for converting to XYZ tristimulus values by using a transformation matrix that can be pre-determined from the least squares method is described. The calibration step utilizes data from an ideal CIE color match sensor, and calibration data from a non-ideal RGB sensor is obtained from a group of SPD measurements per sensor. However, Wandell does not teach the use of the least squares method with a real-time feedback device or its application to light source control. The transformation is applied only to the measured RGB color sensor data for each pixel of the image.

G.D.Finlayson及びM.S.Drewは、「"Constrained Least-Squares Regression in Color Spaces," Journal of Electronic Imaging 6, (4), pp 484-493, (1997)」において、同一の制限を被る、上述のWandellらによる対処法に類似する方法を説明する。   GDFinlayson and MSDrew described the above mentioned Wandell et al. In "" Constrained Least-Squares Regression in Color Spaces, "Journal of Electronic Imaging 6, (4), pp 484-493, (1997). A method similar to the method of dealing with will be described.

図2は、2つの異なる動作温度で、しかしそれ以外は同一の静的動作条件で、RGBのLEDモジュールによって放射される光のSPDの例を示す。環境温度は、1つは25℃及びもう1つは75℃である。異なる動作温度の効果に加えて、異なる色LEDにおける異なるLED駆動電流は、電力損失の異なる比率、そして結果として、異なるLEDジャンクション温度を生じさせ得る。このことは、SPDを比較する場合に、異なるピーク波長がシフトし、そして異なるSPDが異なって広がり、これにより、混合光の色度が各LEDの駆動電流及び動作温度に依存して非線形に変化することを生じさせ得ることを明らかにし得る。加えて、異なる色のLED間の温度結合は、LEDジャンクション温度間の相互依存性を生じさせ得る。結果として、色追加性のよく知られるグラスマン(Grassman)の法則は、LED及び生成光を感知するために用いられるいずれかの光学センサの半分及びクロスの熱効果の考慮をすることなく、混合光の色の正確な記述を提供し得ない。したがって、照明器具フィードバック制御システムは、異なる感知性を有するRGBセンサが同一のSPDの光に異なった固有の応答を適用するという問題を含む多数の効果を被り得る。上述の色付LEDのSPDにおける変化は、RGBセンサの応答における変動も生じさせ得る。したがって、SPDの変動に応答したRGBセンサ信号の変動も固有であり得る。更に、理想的なセンサを近似するRGBセンサは、同一のSPDに応答して、理想的なセンサと比較されて、異なる信号を提供し得る。更に、RGBセンサの応答性は、その温度によっても変動し得る。   FIG. 2 shows an example of SPD of light emitted by an RGB LED module at two different operating temperatures, but otherwise under the same static operating conditions. The ambient temperature is one at 25 ° C and the other at 75 ° C. In addition to the effects of different operating temperatures, different LED drive currents in different color LEDs can result in different ratios of power loss and consequently different LED junction temperatures. This means that when comparing SPDs, the different peak wavelengths shift and the different SPDs spread differently, so that the chromaticity of the mixed light changes nonlinearly depending on the drive current and operating temperature of each LED It can be made clear that it can cause In addition, temperature coupling between different colored LEDs can cause interdependencies between LED junction temperatures. As a result, the well-known Grassman's law of color additivity mixes without taking into account the thermal effects of half of any optical sensor used to sense the LED and generated light and the cloth. It cannot provide an accurate description of the color of light. Thus, luminaire feedback control systems can suffer from a number of effects including the problem that RGB sensors with different sensitivities apply different intrinsic responses to the same SPD light. Changes in the SPD of the colored LED described above can also cause variations in the response of the RGB sensor. Thus, variations in RGB sensor signals in response to variations in SPD can also be unique. In addition, RGB sensors that approximate the ideal sensor may provide different signals compared to the ideal sensor in response to the same SPD. Furthermore, the responsiveness of the RGB sensor can vary depending on its temperature.

したがって、照明器具によって生成される光を効果的に制御し得る照明器具制御器システム及び方法に関する必要性が存在する。   Accordingly, there is a need for a luminaire controller system and method that can effectively control the light generated by the luminaire.

この背景情報は、出願人によって、本発明に関連し得る情報を開示するために提供されている。上述の情報のいかなるものも本発明に対して先行技術を構成するということの何の承認も必ずしも意図されておらず、且つそう解釈されるべきでない。   This background information is provided by the applicant to disclose information that may be relevant to the present invention. No admission that any of the above information constitutes prior art to the present invention is necessarily intended and should not be so construed.

本発明の目的は、照明制御システム及び方法を提供することである。本発明の一つの態様に従うと、混合光を生成するためにフォワード電流によって駆動される1つ以上の発光要素(発光要素)を制御する方法が提供される。当該方法は、前記混合光を表わすセンサデータを取得するステップと、所望な混合光を表わす設定点データを供給するステップと、前記センサデータを所定の色座標系の座標で表わされる第1データへ変換するステップと、前記設定点データを前記所定の色座標系の座標で表わされる第2データへ変換するステップと、前記第1及び第2データを比較して、前記第1及び第2データ間の差を決定するステップと、前記第1及び第2データ間の差を減少させるために、前記第1及び第2データ間の差に応答して前記フォワード電流を調整するステップと、を有する。   An object of the present invention is to provide a lighting control system and method. According to one aspect of the invention, a method is provided for controlling one or more light emitting elements (light emitting elements) driven by a forward current to produce mixed light. The method includes obtaining sensor data representing the mixed light, supplying set point data representing the desired mixed light, and converting the sensor data into first data represented by coordinates in a predetermined color coordinate system. A step of converting, a step of converting the set point data into second data represented by coordinates of the predetermined color coordinate system, and comparing the first and second data to determine between the first and second data Determining a difference between the first and second data, and adjusting the forward current in response to the difference between the first and second data to reduce the difference between the first and second data.

本発明の別の態様に従うと、混合光を生成するためにフォワード電流によって駆動される1つ以上の発光要素(発光要素)を制御するシステムが提供される。当該システムは、前記混合光を表わすセンサデータを取得する1つ以上の光学センサと、所望な混合光を表わす設定点データを供給するユーザインターフェイスと、前記センサデータを所定の色座標系の座標で表わされる第1データへ変換し、更に、前記設定点データを前記所定の色座標系の座標で表わされる第2データへ変換し、更に、前記第1及び第2データを比較して、前記第1及び第2データ間の差を決定し、更に、前記第1及び第2データ間の差を減少させるために、前記第1及び第2データ間の差に応答して前記フォワード電流を調整する、制御器と、を含み、前記制御器が、前記差の絶対値が所定のしきい値より下に下がるまで、前記第1及び第2データ間の差を減少させるように構成される。   According to another aspect of the invention, a system is provided for controlling one or more light emitting elements (light emitting elements) driven by a forward current to produce mixed light. The system includes one or more optical sensors that acquire sensor data representing the mixed light, a user interface that supplies set point data representing the desired mixed light, and the sensor data in coordinates of a predetermined color coordinate system. Is converted into first data represented, and further, the set point data is converted into second data represented by coordinates of the predetermined color coordinate system, and the first and second data are compared, and the first data is compared. Determining a difference between the first and second data, and further adjusting the forward current in response to the difference between the first and second data to reduce the difference between the first and second data. A controller, wherein the controller is configured to reduce the difference between the first and second data until the absolute value of the difference falls below a predetermined threshold.

図1は、CIE色一致関数によって表わされる標準的な人である観察者の正規化されたスペクトル応答性、及び一般的に商業的に入手可能なRGB色センサの一群の応答性を示す。FIG. 1 shows the normalized spectral response of a standard human observer represented by a CIE color matching function, and a group of responsiveness of commonly commercially available RGB color sensors. 図2は、25℃及び75℃の環境温度で動作された、RGBのLEDモジュールに関する2つのSPDの例を示す。FIG. 2 shows two SPD examples for RGB LED modules operated at ambient temperatures of 25 ° C. and 75 ° C. 図3は、本発明に従う発光要素ベースの照明器具に関するフィードバック及び制御システムのアーキテクチャを示す。FIG. 3 shows the architecture of a feedback and control system for a light emitting element based luminaire according to the present invention. 図4は、本発明に従うRGB色空間の再帰的三角分割の例を示す。FIG. 4 shows an example of recursive triangulation of the RGB color space according to the present invention. 図5は、本発明の実施例に従う例示的な発光要素動作温度補償方法のブロック図を示す。FIG. 5 shows a block diagram of an exemplary light emitting element operating temperature compensation method according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施例に従う例示的な白色モード変換に関する例示的な処理のブロック図を示す。FIG. 6 shows a block diagram of an exemplary process for an exemplary white mode conversion in accordance with an embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施例に従う色度モード変換に関する例示的な色域マッピング処理のブロック図を示す。FIG. 7 shows a block diagram of an exemplary gamut mapping process for chromaticity mode conversion according to an embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施例に従う例示的な共通変換方法に関するブロック図を示す。FIG. 8 shows a block diagram for an exemplary common conversion method according to an embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施例に従うPI制御スキームを用いるフィードバック及び制御システムを示す。FIG. 9 illustrates a feedback and control system using a PI control scheme according to an embodiment of the present invention.

定義
「発光要素」(発光要素)という用語は、両端に電位差を印加する又は電流を通すことなどによって活性化される場合に、例えば可視光領域、赤外線及び/又は紫外線領域などの電気磁気的スペクトルの領域又は領域の組み合わせにおいて放射物を発する装置である。したがって、発光要素は、単色、疑似単色、多色、又は広帯域スペクトル放射の特性を有し得る。発光要素の例は、当業者によって直ちに理解され得るように、半導体、有機若しくはポリマ/重合体発光ダイオード、光学的励起蛍光体被膜の発光ダイオード、光学的励起ナノ結晶発光ダイオード、又は他の類似の装置を含む。更に、発光要素という用語は、例えばLEDダイなどの放射物を発する特定の装置を規定するように使用され、且つ、放射を発する特定の装置及び1つ又は複数の当該特定の装置が配置される筐体又はパッケージとの組み合わせを規定するようにも等しく使用され得る。
Definitions The term “light emitting element” (light emitting element) refers to an electromagnetic spectrum such as, for example, the visible light region, the infrared light and / or the ultraviolet light region, when activated by applying a potential difference across it or passing an electric current. A device that emits radiation in a region or combination of regions. Thus, the light emitting elements can have the properties of monochromatic, pseudo-monochromatic, multicolored, or broadband spectral emission. Examples of light-emitting elements are semiconductor, organic or polymer / polymer light-emitting diodes, optically-excited phosphor-coated light-emitting diodes, optically-excited nanocrystalline light-emitting diodes, or other similar, as can be readily appreciated by those skilled in the art Including equipment. Further, the term light emitting element is used to define a particular device that emits radiation, such as an LED die, and the particular device that emits radiation and one or more such particular devices are arranged. It can equally be used to define a combination with a housing or package.

本文書で使用されるように、「おおよそ(about)」という用語は、定格値から+/-10%の変動を参照する。このような変動は、具体的に参照されるか否かに関わらず、本文書において提供されるいかなる値にも常に含まれることを理解されるべきである。   As used in this document, the term “about” refers to a +/− 10% variation from the rated value. It should be understood that such variations are always included in any value provided in this document, whether specifically referenced or not.

別段規定されない場合、本文書で使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

本発明は、照明器具において1つ以上の発光要素へ供給される電流を制御するフィードバック及び制御システムを提供する。フィードバック及び制御システムは、発光要素によって発される光の一部を感知する光学センサと、ユーザ及び温度センサシステムとの情報交換用のユーザインターフェイスとを組み込み得る。温度センサシステムは、発光要素の温度を監視する発光要素ジャンクション温度センサシステム、及び、任意選択的に、光学センサの温度を監視するセンサ温度システムを更に有し得る。   The present invention provides a feedback and control system that controls the current supplied to one or more light emitting elements in a luminaire. The feedback and control system may incorporate an optical sensor that senses a portion of the light emitted by the light emitting element and a user interface for information exchange with the user and the temperature sensor system. The temperature sensor system may further comprise a light emitting element junction temperature sensor system that monitors the temperature of the light emitting element, and optionally a sensor temperature system that monitors the temperature of the optical sensor.

本発明に従うと、フィードバック及び制御システムは、これらによって使用される特定の信号が、選択される所定の所望な色空間の座標における光の色及び強度と相関するように、構成され得る。相関性の程度は、直接的に線形比例であり得る。これらの信号は、システムの入力及び出力信号、並びに所定の所望な色空間への変換によりこれらの信号から導出される信号を含み得る。これらの信号は、システムの設定点を示す信号を含み得る。システムの設定点は、システムの所望な出力を記述し、動作時においてユーザによって変更され得、これにより、2つの所望な状態間でのトランジションをトリガし得る。システムは、多数の一般的な所定の手法でのトランジションを実行するように構成され得る。   In accordance with the present invention, the feedback and control system can be configured such that the particular signals used by them correlate with the color and intensity of light at the coordinates of the predetermined desired color space that is selected. The degree of correlation can be directly linearly proportional. These signals may include system input and output signals, as well as signals derived from these signals by conversion to a predetermined desired color space. These signals may include signals indicative of system set points. The system set point describes the desired output of the system and can be changed by the user during operation, thereby triggering a transition between the two desired states. The system can be configured to perform transitions in a number of common predetermined ways.

フィードバック制御に関して、出力及び設定点信号は、2つの間の差を決定する目的で比較され得る。差は、通常、設定点からの出力の偏差として考慮される。各差は、この場合、照明器具の対応する瞬間的な出力及び所望な出力間の差を低減するのに必要とされる、発光要素の群毎の対応する電気駆動電流への変更を決定するのに使用される。したがって、設定信号若しくはセンサ信号又は両方において符号化される情報は、これらが比較され得る前に、共通色空間において利用可能である必要がある。したがって、信号のいずれか一つ又は両方は、選択された共通色空間へ変換される必要があり得る。本発明に従うと、共通色空間は、上述の所定の所望な色空間である。一般的に、制御器は、瞬間的な出力及び所望な出力の比較に応答して、発光要素への駆動電流を調整するように構成される。本発明の実施例に従うと、駆動電流は、瞬間的な出力を表わすフィードバックRGBセンサデータと、所望な出力を記述する設定点RGBデータとの差を、差の絶対値が所望なしきい値より小さくなるまで、低減するように調整される。   For feedback control, the output and set point signals can be compared to determine the difference between the two. The difference is usually considered as the deviation of the output from the set point. Each difference in this case determines the change to the corresponding electrical drive current for each group of light emitting elements that is required to reduce the difference between the corresponding instantaneous output of the luminaire and the desired output. Used to. Therefore, the information encoded in the setting signal or sensor signal or both needs to be available in a common color space before they can be compared. Thus, either one or both of the signals may need to be converted to the selected common color space. According to the present invention, the common color space is the predetermined desired color space described above. Generally, the controller is configured to adjust the drive current to the light emitting element in response to a comparison of the instantaneous output and the desired output. In accordance with an embodiment of the present invention, the drive current is calculated as the difference between feedback RGB sensor data representing instantaneous output and set point RGB data describing the desired output, the absolute value of the difference being less than the desired threshold. It is adjusted to reduce until it becomes.

本発明のある実施例に従うと、共通色空間は、光学センサの特定の所定の動作条件での、光学センサの応答性によって規定され得る。具体的には、応答性のそれぞれは、所定の所望な色空間を規定するために用いられる座標系の基礎関数として使用され得る。
上述の瞬間的な出力は、照明器具の発光要素によって放射される光が対応するセンサと相互作用していた時の出力を参照することを特記される。瞬間的な出力は、通常、後に処理され、遅延はフィードバックシステムの性質に依存する。知られるように、実際に処理される時のフィードバック信号の瞬間値は、通常、フィードバック及び制御システムによって処理されるまで、フィードバックシステムの一部分を通じて出力信号を伝播するのに掛かる時間に依存して、以前の出力に対応する。デジタル制御システムにおいて、追加的な遅延は、供給戻される出力信号のサンプルが間隔毎に又は特定の時間においてのみ取得され得るので、生じ得る。フィードバック及び制御システムにおける遅延は、処理されるまで記憶装置におけるサンプルされる信号からのデータを保持することからも生じ得る。
According to an embodiment of the present invention, the common color space may be defined by the responsiveness of the optical sensor at certain predetermined operating conditions of the optical sensor. Specifically, each of the responsiveness can be used as a basis function of a coordinate system used to define a predetermined desired color space.
It is noted that the instantaneous output mentioned above refers to the output when the light emitted by the light emitting element of the luminaire is interacting with the corresponding sensor. The instantaneous output is usually processed later and the delay depends on the nature of the feedback system. As is known, the instantaneous value of the feedback signal when it is actually processed typically depends on the time it takes to propagate the output signal through a portion of the feedback system until it is processed by the feedback and control system, Corresponds to previous output. In digital control systems, additional delays can occur because samples of the output signal that are fed back can only be taken at intervals or at specific times. Delays in the feedback and control system can also result from holding data from the sampled signal in the storage device until processed.

本発明のある実施例に従うと、フィードバック及び制御システムは、RGBセンサデータを参照データの座標系へ変換し、この2つを比較する様に構成される。別の実施例に従うと、フィードバック及び制御システムは、参照データをRGBセンサデータの座標系へ変換し、この2つを比較する様に構成される。別の実施例に従うと、フィードバック及び制御システムは、参照データ及びRGBセンサデータを、参照データ及びRGBセンサデータの両方の色空間とは異なる所定の色空間の座標へ変換するように構成される。一般的に、フィードバック及び制御システムは、RGBセンサデータ及び前記参照RGBデータの差を、この差の絶対値が所定のしきい値より下に下がるまで減少させるために、出力すなわちサンプル信号及び設定信号の比較に応答して、発光要素へのフォワード駆動電流を調整するように構成される。   According to one embodiment of the present invention, the feedback and control system is configured to convert RGB sensor data to a reference data coordinate system and compare the two. According to another embodiment, the feedback and control system is configured to convert the reference data into a coordinate system of RGB sensor data and compare the two. According to another embodiment, the feedback and control system is configured to convert the reference data and RGB sensor data to coordinates in a predetermined color space that is different from both the reference data and RGB sensor data color spaces. In general, feedback and control systems output or sample signals and setting signals to reduce the difference between RGB sensor data and the reference RGB data until the absolute value of this difference falls below a predetermined threshold. In response to the comparison, the forward drive current to the light emitting element is adjusted.

フィードバック及び制御システムの制御方法及び動力学
本発明に従うと、例えば、フィードバック及び制御システムが、設定点からの出力の偏差を決定するなどのために、入力若しくは設定点、又は出力信号を処理する場合はいつでも、特定の動作条件及びシステムの動作モードに関する情報が、考慮される必要があり得る。システムは、ユーザに対して明らかであるシステムの入力及び出力パラメータは変化しない静的動作モードであり得る、又は、システムは、出力パラメータが入力パラメータへの変更の結果として変化するトランジションモードで動作し得る。入力及び出力パラメータは変化しないものの、システム又はそのコンポーネントの状態を記述する内部システムパラメータ及び変数は、変化し得る。トランジションモードは、例えば、照明器具によって発される光の色又は強度が初期値から所望のターゲット値へトランジションする場合等を含む。結果として、フィードバック及び制御システムは、トランジションモードが有効である場合にも、システム状態を検出し且つ適切に処理する必要がある。
Feedback and Control System Control Method and Dynamics According to the present invention, for example, when the feedback and control system processes an input or set point, or output signal, such as to determine an output deviation from a set point. At any time, information regarding specific operating conditions and operating modes of the system may need to be considered. The system can be in a static mode of operation where the system input and output parameters that are apparent to the user do not change, or the system operates in a transition mode where the output parameters change as a result of changes to the input parameters. obtain. Although input and output parameters do not change, internal system parameters and variables that describe the state of the system or its components can change. The transition mode includes, for example, a case where the color or intensity of light emitted by the luminaire transitions from an initial value to a desired target value. As a result, the feedback and control system needs to detect and properly handle system conditions even when the transition mode is enabled.

本発明に従うと、例えば、デジタルフィードバック及び制御システムは、所定の出力が達成されるまで、所定の又は動的に決定されるサイズのインクリメンタルステップで、色若しくは色度又は両方を変化させる、ステップ的反復手法でトランジションを実行し得る。トランジションが進行中であり、且つ新しいトランジションを必要とするコマンドが受信される場合、フィードバック及び制御システムは、新しいトランジションを開始する前に、初期トランジションの完了を待機し得る。代替的に、システムは、初期トランジションが実行中に、トランジションパラメータを更新し、必要であれば、トランジションのタイミングを、それが所定の又は所望のスケジュールに従い達成され得るように、調整し得る。異なる実施例は、様々な組み合わせにおいてこれらの異なる対処法を活用し得る。   In accordance with the present invention, for example, the digital feedback and control system changes the color or chromaticity or both in incremental steps of a predetermined or dynamically determined size until a predetermined output is achieved. Transitions can be performed in an iterative manner. If a transition is in progress and a command requiring a new transition is received, the feedback and control system may wait for the completion of the initial transition before initiating a new transition. Alternatively, the system may update the transition parameters while the initial transition is running, and adjust the timing of the transition, if necessary, so that it can be achieved according to a predetermined or desired schedule. Different embodiments may take advantage of these different approaches in various combinations.

制御システムは、時間多重形式で重複トランジションをも実行し得、所定の形式で、実行中のトランジションの1つ又は複数のものを完了、更新又は中断さえもするように構成され得る。制御システムは、所望な発光効果を得るために、重複時間多重化トランジションを同期するようにも構成され得る。異なる実施例は、異なる比率又は周波数でステップ的なトランジションを実行するように構成され得る。例えば、ステップ的な強度調整は、50Hzで実行され得る。   The control system may also perform overlapping transitions in a time multiplexed manner and may be configured to complete, update or even suspend one or more of the ongoing transitions in a predetermined manner. The control system can also be configured to synchronize overlapping time multiplexed transitions to obtain the desired lighting effect. Different embodiments may be configured to perform stepped transitions at different ratios or frequencies. For example, stepwise intensity adjustment can be performed at 50 Hz.

フィードバック及び制御システムが照明器具の発光要素に関する新しい駆動電流を決定するので、フィードバック及び制御システムは、駆動電流が、その瞬間における照明器具を含む全体システムの設計及び動作条件に従い許容され得る最大駆動電流を越えないことも検証し得る。本発明の実施例に従うと、フィードバック及び制御システムは、照明器具を含むシステムコンポーネントにとって不所望な又は有害であり得る1つ以上の効果を防ぐために、駆動電流を初期決定値から縮小し得る。このような効果は、例えば、強度の増加が原因による、オーバーヒート、フリッカ、及び不所望なカラードリフトを含み得る。駆動電流は、軽減されるべき特定の原因又は効果に依存して異なり得る多数の異なる所定の手法で縮小され得る。このことは、1つ以上の発光要素に関する駆動電流が発光要素のオーバーヒートを防ぐために低減される必要があるので、発光要素自体はオーバーヒートをしていないかも知れないが、例えば、所望な色度を維持するために減光される必要がある減光を含み得る。   Since the feedback and control system determines a new drive current for the light emitting element of the luminaire, the feedback and control system is the maximum drive current that the drive current can tolerate according to the design and operating conditions of the entire system including the luminaire at that moment It can also be verified that it does not exceed. In accordance with an embodiment of the present invention, the feedback and control system may reduce the drive current from the initial determined value to prevent one or more effects that may be undesirable or harmful to system components including lighting fixtures. Such effects can include, for example, overheating, flicker, and unwanted color drift due to increased intensity. The drive current can be reduced in a number of different predetermined ways that can vary depending on the particular cause or effect to be mitigated. This means that the drive current for one or more light emitting elements needs to be reduced to prevent overheating of the light emitting elements, so the light emitting elements themselves may not overheat, but for example, the desired chromaticity It may include dimming that needs to be dimmed to maintain.

駆動電流は、例えば、アナログ又はパルス形式を含む多数の異なる形式で提供され得ることを特記される。パルス形式は、パルス幅変調、パルス符号変調、又はパルス密度変調の駆動電流を含み得る。パルス化スキームは、時間平均駆動電流解像度を向上させるため、低平均駆動電流での不所望なフリッカを抑制するため、又は例えば、駆動電流に応答して生成される光において追加的な情報を符号化するために、周波数、振幅又はパルス持続時間によって追加的に変調され得ることも特記される。したがって、駆動電流制御及びスケーリングは、例えば、駆動電流のパルス幅、パルス振幅、又はパルス密度などの調整の問題であり得る。異なる実施例は、これらの又は他のよく知られるデジタル及びアナログ駆動電流制御スキーム又はこれらの組み合わせのうちの一つを用い得ることを特記される。   It is noted that the drive current can be provided in a number of different formats including, for example, analog or pulse formats. The pulse format may include pulse width modulation, pulse code modulation, or pulse density modulation drive current. The pulsing scheme encodes additional information in the light generated in response to the drive current, to improve time-average drive current resolution, to suppress unwanted flicker at low average drive currents, or for example. It is also noted that additional modulation by frequency, amplitude, or pulse duration can be made. Thus, drive current control and scaling can be a matter of adjusting, for example, the pulse width, pulse amplitude, or pulse density of the drive current. It is noted that different embodiments may use one of these or other well-known digital and analog drive current control schemes or combinations thereof.

システムは、例えば二乗法(square law)又は対数減光(logarithmic dimming)等を含む知覚的に線形な形式に基づき強度トランジションを実行し得る、又は、他の代替的な所望な所定の減光曲線が使用され得る。   The system can perform intensity transitions based on a perceptual linear form such as, for example, square law or logarithmic dimming, or other alternative desired predetermined dimming curve Can be used.

改善される安定性及び応答時間に関して、フィードバック及び制御システムは、駆動電流の大きさ又はフィードバック又はセンサ信号の強さに依存する所定の手法で、ある数の内部制御パラメータを変更するように構成され得る。内部制御パラメータは、対応するPID(proportional integral differential)信号、又はフィードバック及び制御システムの力学に影響を及ぼすために調整され得る他の知られるパラメータを決定する較正因数であり得る。この目的に関して、フィードバック及び制御システムは、特徴的な動作条件についてのデータを取得及び維持し得、このデータを自己較正目的及び制御の改善に関して活用し得る。異なる実施例は、このデータを不揮発性メモリに記憶し、例えば、所定の動作条件の範囲において又は所定の間隔若しくは周波数などで動作する場合などの、所定のスキームに基づき、自己温度評価を実行し得る。   For improved stability and response time, the feedback and control system is configured to change a number of internal control parameters in a predetermined manner that depends on the magnitude of the drive current or the strength of the feedback or sensor signal. obtain. The internal control parameter may be a calibration factor that determines the corresponding proportional integral differential (PID) signal or other known parameters that can be adjusted to affect the dynamics of the feedback and control system. For this purpose, the feedback and control system can acquire and maintain data about characteristic operating conditions, which can be utilized for self-calibration purposes and control improvements. Different embodiments store this data in non-volatile memory and perform a self-temperature assessment based on a predetermined scheme, such as when operating within a range of predetermined operating conditions or at a predetermined interval or frequency, for example. obtain.

フィードバック及び制御システムを用いる照明器具ベースのシステムのアーキテクチャ   Architecture of luminaire-based systems using feedback and control systems

図3は、本発明に従う発光要素ベースの照明器具に関するフィードバック及び制御システムのアーキテクチャを示す。照明器具は、光を生成するために、1つ又は複数の発光要素を含む。発光要素40は、電流駆動装置35を介して電源30へ電気的に接続される。電源30は、例えば、AC/DC又はDC/ACコンバータに基づき得る。多色の発光要素を含む照明器具は、各色に関して個別の電流駆動装置を含み得る。個別の電流駆動装置は、ある時点において、異なる色の発光要素へ異なるフォワード電流を供給するのに使用され得る。   FIG. 3 shows the architecture of a feedback and control system for a light emitting element based luminaire according to the present invention. The luminaire includes one or more light emitting elements to generate light. The light emitting element 40 is electrically connected to the power supply 30 via the current driver 35. The power supply 30 may be based on, for example, an AC / DC or DC / AC converter. A luminaire that includes a multicolored light emitting element may include a separate current driver for each color. Separate current drivers can be used to provide different forward currents to light emitting elements of different colors at a point in time.

照明器具によって発される光の輝度光束出力を感知するのに較正され得る1つ以上のRGBセンサ50が、設けられる。一つの実施例において、個別の光センサ50が、発光要素40の各色に関して設けられる。加えて、色フィルタは、1つ以上の色センサ50と関連付けられ得る。各RGBセンサ50は、感知信号を、制御システム60によって処理され得る電気信号へ変換し得る増幅器/信号変換器55へ電気的に接続される。   One or more RGB sensors 50 are provided that can be calibrated to sense the luminous flux output of the light emitted by the luminaire. In one embodiment, a separate light sensor 50 is provided for each color of the light emitting element 40. In addition, a color filter may be associated with one or more color sensors 50. Each RGB sensor 50 is electrically connected to an amplifier / signal converter 55 that can convert the sensed signal into an electrical signal that can be processed by the control system 60.

示されるように、制御システム60は、増幅器/信号変換器55の増幅及び統合制御信号を制御し得る。各RGBセンサ50は、安定な光電流を供給するのに十分であり、適切な信号対雑音比率を有する信号を提供する輝度光束の量を検出し得ることを理解される。RGBセンサ50は、漂遊又は環境光がこのセンサによって感知されるのを抑えるために、遮蔽され得る。しかし、代替的な実施例は、例えば、環境光を検出するように構成され得る。   As shown, control system 60 may control the amplification and integrated control signals of amplifier / signal converter 55. It will be understood that each RGB sensor 50 is sufficient to provide a stable photocurrent and can detect the amount of luminous flux that provides a signal with an appropriate signal to noise ratio. The RGB sensor 50 can be shielded to prevent stray or ambient light from being sensed by this sensor. However, alternative embodiments may be configured to detect ambient light, for example.

ユーザインターフェイス65は、制御システム60へ結合され、照明器具に関する所望な色温度、色度及び/又は所望な輝度光束出力に関する情報をユーザから、又は例えば、プログラマブル24時間タイマ、劇場照明コンソール又は当業者によって直ちに理解され得るように他の適切な装置などの、他の制御装置から得るための手段を提供する。ユーザインターフェイスを含む全体システムは、1つ以上の照明器具によって発される光を制御する様々な手法を可能にする多数の様々な手法で構成され得る。可能なシステム構成は、ユーザに、放射光を直接変更させることから、システムによって自動的に所望な時間及び間隔などで実行され得る照明プログラムを事前プログラムするために情報を入力することに及ぶ能力を与え得る。   The user interface 65 is coupled to the control system 60 and provides information about the desired color temperature, chromaticity and / or desired luminance flux output for the luminaire from the user or, for example, a programmable 24 hour timer, a theater lighting console or one of ordinary skill in the art. Provides means for obtaining from other control devices, such as other suitable devices, as can be readily understood by. The overall system, including the user interface, can be configured in a number of different ways that allow different ways to control the light emitted by one or more luminaires. Possible system configurations range from allowing the user to change the emitted light directly, to entering information to pre-program a lighting program that can be automatically executed by the system at a desired time and interval, etc. Can give.

ユーザインターフェイスによって与えられる情報は、制御システム60によって使用する適切な電気的参照信号へ変換される。制御システム60は、これによって、照明器具によって生成される光の所望な輝度光束及び色度を得るために、電流駆動装置35への伝送のための適切な制御信号を決定し得る。制御システム60は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又は当業者によって直ちに理解されえる他のデジタル信号処理システムであり得る。   Information provided by the user interface is converted into an appropriate electrical reference signal for use by the control system 60. The control system 60 can thereby determine an appropriate control signal for transmission to the current driver 35 to obtain the desired luminance flux and chromaticity of the light produced by the luminaire. The control system 60 can be a microcontroller, a microprocessor, or other digital signal processing system that can be readily understood by those skilled in the art.

一つの実施例において、及び図3に示されるように、制御システム60は、任意選択的に、1つ以上の発光要素温度センサ45へ動作可能に結合され得る。発光要素温度センサ45は、動作状況下における発光要素40の温度に関する情報を提供する。この場合、発光要素40の温度に関する情報は、温度誘因輝度光束変動及び特徴的な発光要素特定温度誘因ピークセンタ波長のシフトを補償するのに使用され得る。   In one embodiment, and as shown in FIG. 3, the control system 60 can optionally be operably coupled to one or more light emitting element temperature sensors 45. The light emitting element temperature sensor 45 provides information regarding the temperature of the light emitting element 40 under operating conditions. In this case, information regarding the temperature of the light emitting element 40 can be used to compensate for temperature induced luminance flux variations and characteristic light emitting element specific temperature induced peak center wavelength shifts.

例えば、発光要素40の温度は、その発光要素フォワード電圧を測定することによって、発光要素と熱的接触するサーミスタの抵抗値を測定することによって、又は熱的結合の電圧を測定することによって、決定され得る。結果的に、制御システム60は、フィードフォワード形式で発光要素40の一群に関する駆動電流を適合させるように、電流駆動装置35を制御し得る。   For example, the temperature of the light emitting element 40 is determined by measuring the forward voltage of the light emitting element, by measuring the resistance of a thermistor in thermal contact with the light emitting element, or by measuring the voltage of the thermal coupling. Can be done. As a result, the control system 60 can control the current driver 35 to adapt the drive current for the group of light emitting elements 40 in a feed forward manner.

同様に、1つ以上の温度センサ要素45は、光学RGBセンサの動作温度についての情報を提供し得る。この情報は、光学センサのスペクトル応答性への温度依存変化を考慮すること、及び不所望な対応効果を補償することのために使用され得る。   Similarly, one or more temperature sensor elements 45 may provide information about the operating temperature of the optical RGB sensor. This information can be used to account for temperature dependent changes to the spectral response of the optical sensor and to compensate for unwanted response effects.

一つの実施例について、制御システム60は、RGBセンサ50及び温度センサ45の両方からの信号に応答するが、その理由は、光センサ50にのみ応答するデジタルフィードバック制御システム60は、一定の輝度光束及び色度の維持において低い長期的安定性を呈し得るからである。   For one embodiment, the control system 60 is responsive to signals from both the RGB sensor 50 and the temperature sensor 45 because the digital feedback control system 60, which is responsive only to the light sensor 50, has a constant luminous flux. And low long-term stability in maintaining chromaticity.

本発明の実施例に従うと、温度センサ要素は、フォワード電圧センサシステム、又は照明器具の発光要素の動作温度を決定する他の温度センサ要素であり得る。図3に示されるように、制御システムの実施例は、1つ以上の電圧センサ要素70によって提供される信号を処理するように構成され得る。電圧センサ要素は、発光要素40のフォワード電圧を感知するために、照明器具の発光要素へ動作可能に接続される。当業分野において知られ得るように、電圧センサ信号は、発光要素のジャンクション温度を決定するために、対応する発光要素の瞬間的な駆動電流に基づき処理される。例えば、電圧センサ信号は、ACライン周波数の中心周波数の約2倍に等しい中心周波数を有するバンドパスフィルタでフィルタされ得る。制御システム60は、任意選択的に、不完全電源フィルタリングから生じ得る残留リップル電流を測定するために電圧センサを継続的にサンプルし得、そして、発光要素40からの輝度光束出力における不所望な効果を軽減させるために、駆動装置35へのPWM駆動信号のデューティサイクルを調整し得る。電圧センサ信号のサンプリング周波数は、通常、視覚的フリッカを最小化するために、約300Hzより大きくなるように構成され得る。   According to embodiments of the present invention, the temperature sensor element may be a forward voltage sensor system or other temperature sensor element that determines the operating temperature of the light emitting element of the luminaire. As shown in FIG. 3, an embodiment of the control system may be configured to process signals provided by one or more voltage sensor elements 70. The voltage sensor element is operatively connected to the light emitting element of the luminaire to sense the forward voltage of the light emitting element 40. As can be known in the art, the voltage sensor signal is processed based on the instantaneous drive current of the corresponding light emitting element to determine the junction temperature of the light emitting element. For example, the voltage sensor signal may be filtered with a bandpass filter having a center frequency equal to about twice the center frequency of the AC line frequency. The control system 60 may optionally sample the voltage sensor continuously to measure residual ripple current that may result from incomplete power supply filtering, and undesired effects on the luminous flux output from the light emitting element 40. In order to reduce this, the duty cycle of the PWM drive signal to the drive device 35 can be adjusted. The sampling frequency of the voltage sensor signal can typically be configured to be greater than about 300 Hz in order to minimize visual flicker.

本発明は、特定の例を参照にして以下に説明され得る。以下の例は、本発明の実施例を説明するように意図され、いかなるようにも本発明を制限するようには意図されないことを理解される。   The present invention may be described below with reference to specific examples. It will be understood that the following examples are intended to illustrate embodiments of the invention and are not intended to limit the invention in any way.

例示
例1
第1の例において、制御システムは、RGBセンサデータ[R G B]を読み取り、そして、発光要素によって発される光のCIE三刺激値X、Y及びZの適切な値を導出するために、所定の変換を適用するように構成され得る。このことは、例えば、線形代数関係

Figure 0005554992
及び、3×3の変換行列
Figure 0005554992
を用いて制御システムをプログラミングすることによって実行され得る。NTは転置であり、NはNの偽逆数である。Mは理想的三刺激値Mijのn×3行列であり、Nは、n個のSPDの同一セットに関するRGB色センサデータの対応するn×3行列である。M及びNは、n個のSPDを活用する較正ステップにおいて決定され得、これらを、Nを決定するためにRGB色センサを用いて、及び、例えば、Mを決定するために正確に較正されたすスペクトロメータを用いて、特徴付け得る。Tは、その後、例えば、エラー関数
Figure 0005554992
を最小化することによって、例えば最小二乗法などにより、決定され得る。この方法は、トレーニングセットのSPDに関して測定された理想的なセンサデータと測定されたRGBセンサデータとの間の三刺激値空間における平均RMS値を抑制する手段を提供し得る。較正処理において得られたTを用いるSPDの[R G B]から得られる[X Y Z]は、線形補間近似であることを特記される。 Example 1
In a first example, the control system reads RGB sensor data [RGB] and derives the appropriate values for the CIE tristimulus values X, Y and Z of the light emitted by the light emitting element. It may be configured to apply a transformation. This is, for example, a linear algebraic relationship
Figure 0005554992
And 3 × 3 transformation matrix
Figure 0005554992
Can be implemented by programming the control system using. N T is the transpose, and N + is the false reciprocal of N. M is an n × 3 matrix of ideal tristimulus values M ij and N is the corresponding n × 3 matrix of RGB color sensor data for the same set of n SPDs. M and N may be determined in a calibration step that utilizes n SPDs, and these were accurately calibrated using RGB color sensors to determine N and, for example, to determine M It can be characterized using a spectrometer. T then, for example, an error function
Figure 0005554992
Can be determined, for example, by the least squares method. This method may provide a means to suppress the mean RMS value in the tristimulus value space between the ideal sensor data measured for the training set SPD and the measured RGB sensor data. It is noted that [XYZ] obtained from [RGB] of SPD using T obtained in the calibration process is a linear interpolation approximation.

当業分野においてよく知られるように、

Figure 0005554992
Figure 0005554992
であり、強度は、CIE三刺激値Yによって表わされる。一つの実施例において、制御器は、異なる所定の行列TxyYを用いて、[R G B]値を、直接色度座標x、y及び強度Yを有する座標空間[x y Y]へ変換するように構成され、この場合、
Figure 0005554992
である。 As is well known in the art,
Figure 0005554992
Figure 0005554992
And the intensity is represented by the CIE tristimulus value Y. In one embodiment, the controller is configured to convert [RGB] values directly into a coordinate space [xy Y] having chromaticity coordinates x, y and intensity Y using a different predetermined matrix T xyY. And in this case
Figure 0005554992
It is.

RGB値のそれぞれの群は特定の色度及び強度と関連付けられることを特記される。RGBセンサのゲインが、実用目的に関して、強度とともに十分線形にスケールされる場合、強度における所望な変化は、したがって、全てのRGB値を適切にスケールすることによって制御システムによって実現され得る。   It is noted that each group of RGB values is associated with a specific chromaticity and intensity. If the gain of the RGB sensor is scaled sufficiently linear with intensity for practical purposes, the desired change in intensity can therefore be realized by the control system by appropriately scaling all RGB values.

加えて、数式5以外のエラー関数、例えば、絶対値差の合計も、使用され得る。更に、[X Y Z]及び/又は[R G B]行列における値のそれぞれは、異なる所望な制御効果を得るために、エラー関数において異なる重み付けを与えられ得る。   In addition, error functions other than Equation 5, such as the sum of absolute value differences, can also be used. Furthermore, each of the values in the [X Y Z] and / or [R G B] matrix may be given different weights in the error function to obtain different desired control effects.

最小化処理は、[X Y Z]以外の座標空間を用い得る。CIE1931色度座標x及びyは知覚的に非線形であり、そして、色フィードバックシステムが光源を制御する場合、知覚的な意味において、x及びyを線形化することは有利であり得ることを特記される。例えば、CIE1976のUCS(Uniform Chromaticity Scale)色空間座標は、この形式の線形化を提供し、(CIE2004)によって

Figure 0005554992
Figure 0005554992
として与えられる。 The minimization process may use a coordinate space other than [XYZ]. It is noted that the CIE 1931 chromaticity coordinates x and y are perceptually non-linear and it may be advantageous to linearize x and y in a perceptual sense when the color feedback system controls the light source. The For example, the CIE 1976 Uniform Chromaticity Scale (UCS) color space coordinates provide this form of linearization, according to (CIE 2004)
Figure 0005554992
Figure 0005554992
As given.

座標[u' v' Y]は、したがって、本発明の実施例において使用され得る。計測規準が色差

Figure 0005554992
であるCIELABなどの、他の知覚UCSへ変換することも可能であることを特記される。このことは、より複雑な処理を必要とし得る、三刺激値の非線形な変換を伴う。 The coordinates [u ′ v ′ Y] can therefore be used in embodiments of the present invention. Measurement standard is color difference
Figure 0005554992
It is noted that conversion to other perceptual UCSs such as CIELAB is also possible. This involves a non-linear conversion of tristimulus values that may require more complex processing.

xyY又はu'v'Y座標を色フィードバック制御に関して使用することの有利な点は、色及び強度が個別に表わされることである。したがって、強度における所望な変化は、xy又はu'v'における追加的な計算を必要とすることなくYをスケーリングすることによって実現され得る。実質的に別のものに影響を与えることのない、実用的に独立して変化され得る結合されていない色及び強度への分離は、デジタル処理における浮動点計算の量子化が原因である不所望な色度シフトを低減するのを助け得る。   The advantage of using xyY or u'v'Y coordinates for color feedback control is that color and intensity are represented separately. Thus, the desired change in intensity can be achieved by scaling Y without requiring additional calculations in xy or u′v ′. Separation into uncoupled colors and intensities that can be varied practically independently without substantially affecting another is undesirable due to the quantization of floating point calculations in digital processing Can help reduce chromaticity shifts.

例2
別の実施例において、フィードバック生RGBセンサデータを用いて直接制御システムを動作させることが、計算効率に関して、有利であり得る。このような実施例においては、制御システムが、RGBセンサデータを、それが共有される毎に、変換する必要はもはや無い。代わりに、ユーザ特定入力データが、例えば、制御システムがRGB色フィードバックデータと設定点を比較するなどのために、XYZ三刺激値又はxyY色度及び強度などの座標からRGBセンサ座標へ変換される。このような実施例において、変換は、ユーザ特定入力データが変化する場合にのみ、発生する必要がある。この実施例において、制御システムは、所望な色度及び強度を設定及び維持するために、RGBセンサ座標において動作する。
Example 2
In another embodiment, operating the control system directly with feedback raw RGB sensor data may be advantageous with respect to computational efficiency. In such an embodiment, the control system no longer needs to convert the RGB sensor data each time it is shared. Instead, user-specific input data is converted from coordinates such as XYZ tristimulus values or xyY chromaticity and intensity to RGB sensor coordinates, for example, for the control system to compare setpoints with RGB color feedback data. . In such an embodiment, the conversion needs to occur only when the user specific input data changes. In this embodiment, the control system operates on RGB sensor coordinates to set and maintain the desired chromaticity and intensity.

所定の変換Tに関して、ターゲットRGB値は、

Figure 0005554992
から決定され得る。数式11において使用される変換Tは、上述されるように決定されることを特記される。代替的に、T-1は、数式5において使用されるRGB色空間座標におけるRGB値よりむしろ、XYZ色空間座標において規定される対応する色関数を用いることを除いて、上述と同一な手法で直接決定され得る。 For a given transformation T, the target RGB value is
Figure 0005554992
Can be determined from It is noted that the transformation T used in Equation 11 is determined as described above. Alternatively, T −1 is in the same manner as described above, except that it uses the corresponding color function defined in the XYZ color space coordinates, rather than the RGB values in the RGB color space coordinates used in Equation 5. Can be determined directly.

0≦RT≦Rmax、0≦GT≦Gmax、及び0≦BT≦Bmaxであり、且つ、Rmax、Gmax及びBmaxが、発光要素が全出力で動作される場合の対応するRGB色センサ出力に関する最大到達可能値である場合、ユーザ特定XYZ又は、他の、例えば、xyY値は、発光要素の色及び強度色域内にある。これらの条件のいずれかが満たされない場合、特定される色及び強度は、発光要素によって到達され得ない。 0 ≦ R T ≦ R max , 0 ≦ G T ≦ G max , and 0 ≦ B T ≦ B max , and R max , G max, and B max are when the light emitting element is operated at full power If it is the maximum reachable value for the corresponding RGB color sensor output, the user specific XYZ or other, eg, xyY value is in the color and intensity gamut of the light emitting element. If any of these conditions are not met, the specified color and intensity cannot be reached by the light emitting element.

例3
この実施例において、制御器は、1つ以上の所定のRGBセンサデータのうちのそれぞれを、例えばXYZデータなどの対応する所定の所望な色空間へ変換する一方で、RGBセンサデータのトレーニングセットの残りのものは、データの残りのものに関する平均最小二乗エラーが増加される場合であっても、上述されるように変換される。この実施例は、制御システムがこのような白色RGBセンサデータを維持する較正処理を実行し得ることを保証するために用いられ得る。
Example 3
In this embodiment, the controller converts each of the one or more predetermined RGB sensor data to a corresponding predetermined desired color space, such as XYZ data, while the training set of RGB sensor data. The rest is transformed as described above even if the mean least squares error for the rest of the data is increased. This embodiment can be used to ensure that the control system can perform a calibration process that maintains such white RGB sensor data.

較正方法に関する追加的な制限は、Mw=NwTとして表わされ得、ここで、Nwは所定の「白色」SPDのRGBセンサデータであり、Mwは、対応するXYZ三刺激値である。変換行列は、

Figure 0005554992
によって決定され、ここで、TjはTのj番目の列であり、MjはMのj番目の列であり、Mwは[1 1 1]である。 An additional limitation on the calibration method may be expressed as M w = N w T, where N w is the RGB sensor data for a given “white” SPD and M w is the corresponding XYZ tristimulus value. It is. The transformation matrix is
Figure 0005554992
Where T j is the j th column of T, M j is the j th column of M, and M w is [1 1 1].

一つの実施例において、制御器は、CIE三刺激値XYZを支持する、CIE1976UCS色空間座標u'及びv'、並びに強度Yを用いて構成される。   In one embodiment, the controller is configured with CIE 1976 UCS color space coordinates u ′ and v ′ and intensity Y that support CIE tristimulus values XYZ.

例4
本発明の実施例において、最小二乗法の形式が、色座標系間における変換に関して使用され得る。最小二乗法及び制限された最小二乗法は、両方とも、RGB座標及びXYZ三刺激値座標間における線形アフィン変換である。このことは、黙示的に、LED駆動装置及びRGB色センサの非線形性が十分に小さいことを保証し、これにより、最大エラーが、

Figure 0005554992
であり、これが、この実施例に関する全ての実用目的及びRGBセンサデータに関して許容可能に小さいようにされる。 Example 4
In an embodiment of the present invention, a least squares format may be used for conversion between color coordinate systems. Both the least squares method and the restricted least squares method are linear affine transformations between RGB coordinates and XYZ tristimulus values coordinates. This implicitly ensures that the nonlinearity of the LED driver and the RGB color sensor is sufficiently small, so that the maximum error is
Figure 0005554992
This is made to be acceptable small for all practical purposes and RGB sensor data for this embodiment.

例えば、ΔEmaxが所定のしきい値を超える場合、RGB色空間座標におけるRGB発光要素の色域は、細分され得る。このことは、補間に関するサンプル点の数を増加させ、且つ、色空間のより細かいサンプルラスタを用いることによって促進され得る。このことは、例えば、図4に例示されるように促進され得る。図4は、RGB色空間の再帰的三角細分の例を示す。各三角形tの頂点の、例えば、u'v'又はu'v'Y等の対応するターゲット座標は、この場合、各三角形tに関して、1つの変換行列Ttを計算するのに使用され得る。発光要素の色域内の一群のRGB色空間座標は、この場合、1つの特定の三角形内に含まれ得、この場合、この三角形に関して変換行列Ttを用いて変換され得る。 For example, if ΔE max exceeds a predetermined threshold, the color gamut of the RGB light emitting elements in the RGB color space coordinates can be subdivided. This can be facilitated by increasing the number of sample points for interpolation and using finer sample rasters in the color space. This can be facilitated, for example, as illustrated in FIG. FIG. 4 shows an example of recursive triangular subdivision in the RGB color space. Corresponding target coordinates, such as u′v ′ or u′v′Y, of the vertices of each triangle t can in this case be used for calculating one transformation matrix T t for each triangle t. A group of RGB color space coordinates within the color gamut of the light emitting element can then be contained within one particular triangle, in which case it can be transformed with respect to this triangle using a transformation matrix T t .

変換行列{Tt}を決定する場合に考慮する一つの態様は、これらの行列の隣接する対が、共通の縁及び頂点に沿ったデータを、2つの行列のうちの一つがRGBベクタの変換において使用されているかにかかわらず、同一のターゲット座標へ変換することである。このことは、三角形化された格子に関して最小二乗法を決定する場合に適切な境界条件をエラー関数へ用いることによって促進され得る。 One aspect to consider when determining the transformation matrix {T t } is that adjacent pairs of these matrices are data along a common edge and vertex, and one of the two matrices is an RGB vector transformation. Conversion to the same target coordinates, regardless of whether they are used in This can be facilitated by using appropriate boundary conditions for the error function when determining the least squares method for the triangulated grid.

例えば、測定されたRGBベクトルが与えられる場合、それがどの三角形を占めるのか、及びしたがってどの変換行列が適用されるべきであるのかを決定する必要がある。例示的な方法は、以下の:

Input: R, G, B
const n = 4
Array: M[n][n][n]

//RGBセンサ値を正規化する
Rnorm = R / Rmax
Gnorm = G / Gmax
Bnorm = B / Bmax

//アレイインデックスを決定する
x = R * n / (R + G + B)
y = G * n / (R + G + B)
z = B * n / (R + G + B)

//変換行列インデックスを決定する
t = M[x][y][z]

を含み、ここで、n=2s且つsは再帰的細分のレベルであり、Mは記憶された三角形インデックスを有する3次元アレイである。アレイ要素の約4分の3は無効であり得るが、その理由は、それらが、xyzによってインデックス化され得ないからである。メモリを節約する必要がある場合、Mは既知の計算機科学技術を用いてスパースアレイとして記憶され得る、又はアレイは、決定ツリーを用いてプログラム的に実施され得る。再帰的三角形対処法は、米国特許第7,140,752号においても記載され、一定輝度強度及び色度を表わす超平面を規定する多変数関数は、動径型の(radial)関数よりむしろ、区分的線形関数によって表わされる。
For example, given a measured RGB vector, it is necessary to determine which triangle it occupies and thus which transformation matrix should be applied. An exemplary method is as follows:

Input: R, G, B
const n = 4
Array: M [n] [n] [n]

// Normalize RGB sensor values
Rnorm = R / Rmax
Gnorm = G / Gmax
Bnorm = B / Bmax

// determine array index
x = R * n / (R + G + B)
y = G * n / (R + G + B)
z = B * n / (R + G + B)

// Determine transformation matrix index
t = M [x] [y] [z]

Where n = 2 s and s is the level of recursive subdivision, and M is a three-dimensional array with stored triangle indices. About three quarters of the array elements can be invalid because they cannot be indexed by xyz. If it is necessary to save memory, M can be stored as a sparse array using known computer technology, or the array can be implemented programmatically using a decision tree. A recursive triangle approach is also described in US Pat. No. 7,140,752, where the multivariate function defining a hyperplane representing constant intensity intensity and chromaticity is a piecewise linear function rather than a radial function. Is represented by

例5
上述の実施例において、制御システムは、温度補償方法を用いて任意選択的に組み合わせられ得る。特記されるように、発光要素のSPD、及びRGB色センサのチャネルゲインは、重大な温度依存性を呈し得る。結果的に、RGB色センサデータは、発光要素の動作温度、及び場合によってはRGBセンサの動作温度、に依存し得、この場合、これらの依存性は、上述の1つ以上の変換行列において識別され得る。
Example 5
In the embodiments described above, the control system can be optionally combined using temperature compensation methods. As noted, the SPD of the light emitting element and the channel gain of the RGB color sensor can exhibit significant temperature dependence. As a result, the RGB color sensor data may depend on the operating temperature of the light emitting elements, and possibly the operating temperature of the RGB sensor, where these dependencies are identified in one or more of the transformation matrices described above. Can be done.

一つの実施例において、SPD及びRGBチャネルゲインの温度依存性は、動作温度の全範囲にわたり線形補間され得、制御システムは、所定の1つ以上の低動作温度に関する変換行列及び所定の1つ以上の高動作温度に関する別の1つ以上の変換行列を用いて構成され得る。この場合、RGBセンサデータを、例えば測定された1つ以上の温度でu'v'Y又はxyYなどに変換することは、高及び低温度変換の変換RGBセンサデータを線形に補間するという問題である。この実施例において、フィードバックシステムは、発光要素及び/又はRGBセンサの温度を得る手段を具備され得る。これらの極値間の動作温度に関して、2つの群の色フィードバックシステムパラメータが、両方の行列を用いて決定され得、所望なパラメータは、各色チャネルに関するこれらの値の間において線形に補間され得る。   In one embodiment, the temperature dependence of the SPD and RGB channel gains can be linearly interpolated over the full range of operating temperatures, and the control system can determine the transformation matrix for the given one or more low operating temperatures and the given one or more. May be constructed using another one or more transformation matrices for a high operating temperature of In this case, converting RGB sensor data to, for example, u'v'Y or xyY at one or more measured temperatures is a problem of linearly interpolating converted RGB sensor data for high and low temperature conversion. is there. In this embodiment, the feedback system may be provided with means for obtaining the temperature of the light emitting element and / or the RGB sensor. With respect to the operating temperature between these extremes, two groups of color feedback system parameters can be determined using both matrices, and the desired parameters can be linearly interpolated between these values for each color channel.

別の実施例において、制御システムは、それぞれの一群の所定の隣接動作温度間隔内において区分的に線形に補間するように構成され得る。動作温度間隔は、動作温度の完全な所望な範囲を覆い得る。このことは、1つの間隔のみを用いて動作温度の完全な範囲にわたり線形補間することによって生じさせられる知覚可能な照明アーチファクトの生成を軽減する助けになり得る。   In another embodiment, the control system may be configured to interpolate in a piecewise linear fashion within each group of predetermined adjacent operating temperature intervals. The operating temperature interval can cover the complete desired range of operating temperatures. This can help mitigate the generation of perceptible lighting artifacts caused by linear interpolation over a full range of operating temperatures using only one interval.

図5は、本発明の実施例に従う例示的な発光要素動作温度補償方法のブロック図を示す。第1のステップにおいて、例えば、温度センサ又はフォワード電圧センサから得られる信号に基づき、発光要素動作温度が決定される。デジタル処理に関して、センサ信号は、アナログからデジタルへの形式変換がされ得ることを特記される。対応する数のセンサを有するRGB型発光要素照明器具に関する発光要素動作温度は、以下のテーブルに従い決定され得る。

Figure 0005554992
FIG. 5 shows a block diagram of an exemplary light emitting element operating temperature compensation method according to an embodiment of the present invention. In the first step, for example, the light emitting element operating temperature is determined based on a signal obtained from a temperature sensor or a forward voltage sensor. With respect to digital processing, it is noted that the sensor signal can be converted from analog to digital form. The light emitting element operating temperature for an RGB type light emitting element luminaire having a corresponding number of sensors can be determined according to the following table.
Figure 0005554992

白色光に関して、更なる温度補正因数が計算され得る。この補正因数は、黒体軌跡における2つの点における温度較正からなり得る。これらの定数は、この場合、電流ターゲットCCTのミレック(mirek)入力に基づき軌跡にわたり線形に変化され得る。この計算の例示的な実施例は、以下の表に示される。

Figure 0005554992
For white light, additional temperature correction factors can be calculated. This correction factor may consist of temperature calibration at two points in the blackbody locus. These constants can in this case be varied linearly over the trajectory based on the mirek input of the current target CCT. An illustrative example of this calculation is shown in the table below.
Figure 0005554992

所与のCCT又はミレック値に関して概して計算される、白色光に関する上述の補正因数は、この場合、本発明の実施例に従い以下のテーブルにおける公式を用いて適切な発光要素温度補正を計算するために適用され得る。

Figure 0005554992
The above correction factor for white light, which is generally calculated for a given CCT or Mirek value, in this case, in order to calculate the appropriate luminous element temperature correction using the formula in the following table according to an embodiment of the present invention: Can be applied.
Figure 0005554992

当業者に明らかであるように、同様な計算が色付の光に関しても実行され得る。   Similar calculations can be performed for colored light, as will be apparent to those skilled in the art.

同様に、センサ信号の温度補償は、本発明の実施例において用いられ得る。A/Dコンバータを用いてアナログからデジタルへ変換され得る信号は、複数の異なる温度センサから獲得され得る。以下のテーブルは、本発明の実施例に従い、温度補正センサ信号の使用の実施例を提供する。

Figure 0005554992
Similarly, temperature compensation of the sensor signal can be used in embodiments of the present invention. Signals that can be converted from analog to digital using an A / D converter can be obtained from a number of different temperature sensors. The following table provides an example of the use of the temperature correction sensor signal in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 0005554992

本発明の別の実施例において、センサ信号の温度補償は、実際の瞬間的なセンサ信号の代わりに、設定点S(R,G,B)に基づき近似され得る。この実施例において、センサ温度補償は、以下の:

PTC(R,G,B)=TPHD×S(R,G,B)×TPK(R,G,B)-Dk(R,G,B)

のように規定され得る。
In another embodiment of the invention, the temperature compensation of the sensor signal can be approximated based on the set point S (R, G, B) instead of the actual instantaneous sensor signal. In this embodiment, sensor temperature compensation is as follows:

P TC (R, G, B) = T PHD × S (R, G, B) × T PK (R, G, B) -Dk (R, G, B)

Can be defined as follows.

この実施例において、PTC(R,G,B)定数は、この定数が、瞬間的な信号よりむしろ設定点に基づくものであるので、より素早く更新され得る。 In this embodiment, the PTC (R, G, B) constant can be updated more quickly because this constant is based on the set point rather than the instantaneous signal.

例6
光強度における変化に対する人間の目の感応性は非線形であることはよく知られている。言い換えると、強度における相対的変化は、明るさにおける同一の相対変化として知覚されない。Rea,M.,Ed.2000は、「"The IESNA Lighting Handbook", Ninth Edition. New York, NY: Illuminating Engineering Society of North America, p. 27-4」において、線形明るさ減光に対して二乗法の減光を用いる方法を記載している。知られるように、知覚的線形減光は、正規化しそして所望な強度を二乗することによって達成され得る。知覚的線形減光を、例えばRGBのLEDベース照明器具などの多色光源を用いて達成するために、初めに色強度の初期比率を決定し、そして、所望な新しい強度における同一の色度を維持することも可能にするために、これらの比率を減光の間において維持する必要がある。一つの実施例において、制御システムは、以下の処理を用いて二乗法の減光に関して構成され得る。

Input: Rt, Gt, Bt

//RGBターゲット値を正規化する
Rnorm = Rt / Rmax
Gnorm = Gt / Gmax
Bnorm = Bt / Bmax

//最大値を見つける
max = Rnorm
IF Gnorm > max
max = Gnorm
ENDIF
IF Bnorm > max
max = Bnorm
ENDIF

//RGB正規化値を二乗する
Rnorm = Rnorm * max
Gnorm = Gnorm * max
Bnorm = Bnorm * max

//二乗RGB値を出力する
R = Rnorm * Rmax
G = Gnorm * Gmax
B = Bnorm * Bmax
Example 6
It is well known that the sensitivity of the human eye to changes in light intensity is non-linear. In other words, a relative change in intensity is not perceived as the same relative change in brightness. Rea, M., Ed. 2000 is the second to linear brightness dimming in "The IESNA Lighting Handbook", Ninth Edition. New York, NY: Illuminating Engineering Society of North America, p. 27-4. A method using multiplicative dimming is described. As is known, perceptual linear dimming can be achieved by normalizing and squaring the desired intensity. In order to achieve perceptual linear dimming using a multicolor light source such as an RGB LED-based luminaire, first determine the initial ratio of color intensity and then obtain the same chromaticity at the desired new intensity. These ratios need to be maintained during dimming in order to be able to be maintained. In one embodiment, the control system may be configured for squared dimming using the following process.

Input: Rt, Gt, Bt

// Normalize RGB target values
Rnorm = Rt / Rmax
Gnorm = Gt / Gmax
Bnorm = Bt / Bmax

// find the maximum
max = Rnorm
IF Gnorm> max
max = Gnorm
ENDIF
IF Bnorm> max
max = Bnorm
ENDIF

// Square RGB normalized value
Rnorm = Rnorm * max
Gnorm = Gnorm * max
Bnorm = Bnorm * max

// Output squared RGB values
R = Rnorm * Rmax
G = Gnorm * Gmax
B = Bnorm * Bmax

例7
良く知られるように、色の加法性のグラスマンの法則は、例えば、CIE1913色度、CIE1976UCS、又は照明器具特有のRGB等の、いかなる線形色空間においても満たされる。したがって、2つのユーザ特定色間においてスムースにフェードするために、2つの特定される色の間における直線に沿って線形的に色度を補間することで十分である。しかし、このことは、マイクロコントローラ又は同様の処理システムにおいて実行される場合に浮動点命令を必要とし得、制御システムの性能を遅くさせ得る。初期及び所望なターゲット色及び強度の間でフェードする実時間に関して、したがって、例えば、Ashdownによる「"Radiosity: A Programmer's Perspective", New York, NY: John Wiley & Sons, pp. 200-202, (1994)」などに記載される差分デジタルアナライザアルゴリズムを用いて、直線に沿って補間することが有用である。
Example 7
As is well known, Glassman's law of color additivity is satisfied in any linear color space, such as CIE 1913 chromaticity, CIE 1976 UCS, or luminaire specific RGB. Therefore, in order to smoothly fade between two user specific colors, it is sufficient to interpolate the chromaticity linearly along a straight line between the two specified colors. However, this may require floating point instructions when executed in a microcontroller or similar processing system and may slow down the performance of the control system. For real time fading between initial and desired target colors and intensities, therefore, for example, "" Radiosity: A Programmer's Perspective "by Ashdown, New York, NY: John Wiley & Sons, pp. 200-202, (1994 It is useful to interpolate along a straight line using a differential digital analyzer algorithm such as

例8
白色光の生成を必要とする応用例などに適した別の実施例において、制御システムは、所望な色温度の範囲を覆う黒体軌跡の区分毎線形化された間隔の隣接する一群を用いて構成され得る。この場合、2つのユーザ特定色温度(CT)間においてフェードするスムースな白色光は、2つのユーザ特定色温度CT間における区分的に線形化された黒体軌跡に沿って色度を線形補間することによって、実行される。一つの実施例において、黒体軌跡に沿ったCT間隔は、逆数色温度で均一に間隔を開けられる。当業分野において通常使用される単位は10-6K-1であり、(microreciprocal Kelvin)又はミレック(mirek)単位とも称される。この場合、CIE1976UCS色空間における線形補間は、逆CTにおける線形補間と近似的に等価であり、システムは、例えば、便宜的にミレックで定量化されるなど、実用的な関連対処法を使用するために較正され得る。
Example 8
In another embodiment, such as suitable for applications that require the generation of white light, the control system uses an adjacent set of linearized intervals for each section of the blackbody locus that covers the desired color temperature range. Can be configured. In this case, smooth white light fading between two user specific color temperatures (CT) linearly interpolates the chromaticity along a piecewise linearized black body locus between the two user specific color temperatures CT. Is executed. In one embodiment, CT intervals along the blackbody locus can be evenly spaced at reciprocal color temperatures. The unit commonly used in the art is 10 −6 K −1 , also referred to as (microreciprocal Kelvin) or mirek unit. In this case, linear interpolation in the CIE 1976 UCS color space is approximately equivalent to linear interpolation in inverse CT, and the system uses a practical relevant countermeasure, for example, quantified with Mirek for convenience. Can be calibrated.

例9
照明器具からのほぼ最大の輝度光束出力を必要とする応用例に関して、以下の方法が使用され得る。

Input: Rt, Gt and Bt

const Rmax, Gmax, Bmax
var Rnorm, Gnorm, Bnorm
var scale
var max

//最大ターゲットRGB値を決定する
max = Rt
IF max < Gt
max = Gt
ENDIF
IF max < Bt
max = Bt
ENDIF

//RGB値を正規化する
Rnorm = Rt / max
Gnorm = Gt / max
Bnorm = Bt / max

//スケーリング因数を決定する
scale = Rnorm / Rmax
IF scale < Gnorm / Gmax
scale = Gnorm / Gmax
ENDIF
IF scale < Bnorm / Bmax
scale = Bnorm / Bmax
ENDIF

//RGBターゲット値を最大化する
Rt = Rnorm / scale
Gt = Gnorm / scale
Bt = Bnorm / scale

ここで、Rt、Gt及びBtは、強度減光が適用される前のターゲットRGB値である。このアルゴリズムは、強度減光がない場合に、赤、緑及び青色LEDがほぼ最大の強度及びユーザ特定色で動作されることを保証し得る。
Example 9
For applications that require near maximum luminous flux output from the luminaire, the following method can be used.

Input: Rt, Gt and Bt

const Rmax, Gmax, Bmax
var Rnorm, Gnorm, Bnorm
var scale
var max

// Determine the maximum target RGB value
max = Rt
IF max <Gt
max = Gt
ENDIF
IF max <Bt
max = Bt
ENDIF

// Normalize RGB values
Rnorm = Rt / max
Gnorm = Gt / max
Bnorm = Bt / max

// determine the scaling factor
scale = Rnorm / Rmax
IF scale <Gnorm / Gmax
scale = Gnorm / Gmax
ENDIF
IF scale <Bnorm / Bmax
scale = Bnorm / Bmax
ENDIF

// Maximize RGB target value
Rt = Rnorm / scale
Gt = Gnorm / scale
Bt = Bnorm / scale

Here, Rt, Gt, and Bt are target RGB values before intensity dimming is applied. This algorithm may ensure that red, green and blue LEDs are operated at approximately maximum intensity and user specific color in the absence of intensity dimming.

ターゲットRGB値は、上述の発光要素駆動装置、又は等価的に、アナログ発光要素駆動装置に関する電流乗算器、に関するパルス幅変調デューティ因数Dへ変換される必要がある。このことは、

Figure 0005554992
を計算することによって達成され得、ここで、
Figure 0005554992
であり、各行列要素は、赤、緑及び青色発光要素が全強度で動作される場合に関する生成される対応RGBセンサ値に対応する。 The target RGB value needs to be converted into a pulse width modulation duty factor D for the light emitting element driver described above, or equivalently, a current multiplier for the analog light emitting element driver. This means
Figure 0005554992
Which can be achieved by calculating
Figure 0005554992
And each matrix element corresponds to a corresponding RGB sensor value generated for the case where the red, green and blue light emitting elements are operated at full intensity.

本発明の実施例に従うと、動作温度により入力強度スケーリングが、2つの異なる理由により必要とされ得る。一般的に、強度は、2つの得られる制限のうちの低い方に制限される。第1の強度スケーリングは、制限される発光要素動作温度から生じる。実施例に従うと、発光要素温度が、例えば90℃などの所定の最大発光要素動作温度を超える場合、最大許容強度は、所定の温度低減テーブルに従いスケールを縮小される。例示的なテーブルが以下に与えられる。これは、発光要素温度が、色度又は強度設定点に関わらず、最大発光要素温度を超えないことを保証する。実用的な目的に関して、発光ジャンクション温度は、特定のオフセット温度、例えば約10℃などの以上に、近傍に位置される専用温度センサから推測される温度を超え得ないことを特記される。したがって、温度低減(de-rating)テーブルは、約80℃に制限され得る。しかし、発光要素のジャンクション温度は、フォワード電圧から直接推測され得、このことは、フィードバック制御システムの構成における温度オフセットを考慮することを不必要にし得る。   In accordance with embodiments of the present invention, input intensity scaling with operating temperature may be required for two different reasons. In general, the intensity is limited to the lower of the two obtained limits. The first intensity scaling results from the light emitting element operating temperature being limited. According to an embodiment, if the light emitting element temperature exceeds a predetermined maximum light emitting element operating temperature, such as 90 ° C., the maximum allowable intensity is scaled down according to a predetermined temperature reduction table. An exemplary table is given below. This ensures that the light emitting element temperature does not exceed the maximum light emitting element temperature, regardless of chromaticity or intensity set point. For practical purposes, it is noted that the emission junction temperature cannot exceed a temperature estimated from a dedicated temperature sensor located in the vicinity above a specific offset temperature, such as about 10 ° C. Thus, the temperature de-rating table can be limited to about 80 ° C. However, the junction temperature of the light emitting element can be inferred directly from the forward voltage, which can make it unnecessary to consider temperature offsets in the configuration of the feedback control system.

PWM制御の実施例において、第2の強度スケーリングアルゴリズムは、PWMチャネルのうちの1つがその最大値に達する場合において一定色度を保証し得る。一つの実施例において、最大許容強度は、PWMレベルが第1しきい値に達する場合に、デクリメントされる。最大強度は、最大PWM値が第2しきい値より下に落ちる場合及び時に、インクリメントし得る。   In the PWM control embodiment, the second intensity scaling algorithm may guarantee constant chromaticity when one of the PWM channels reaches its maximum value. In one embodiment, the maximum allowable intensity is decremented when the PWM level reaches the first threshold. The maximum intensity can be incremented when and when the maximum PWM value falls below the second threshold.

一般的に、上述されるように、システムは、通常、上述の2つの許容可能強度値のうちの低い方の強度値を使用し得る。以下のテーブルは、強度低減を概説し、本発明の実施例に従う例示的なしきい値及びスケーリング値を提供する。

Figure 0005554992
In general, as described above, the system may typically use the lower of the two acceptable intensity values described above. The following table outlines the intensity reduction and provides exemplary threshold and scaling values according to an embodiment of the present invention.
Figure 0005554992

例10
上述されるように、様々なデータ及びパラメータが、フィードバック制御システムによって扱われる。図6、7及び8は、本発明のデータ変換、表現及び変形の実施例の一つの態様に関して更なる詳細を提供する。使用される方法の概略的に示される実施例は、ローカルパラメータ、持続属性及びグローバル変数を含む3つの異なる種類のデータを含む。ローカルパラメータは、実線矢印で示され、所与の関数においてのみ使用するために渡される関数呼び出しパラメータを表わす。持続属性は、点線矢印で示され、個別の制御管理ファームウェアモジュールによって管理され、そして不揮発性記憶装置に維持される。グローバル変数は、太線矢印で示され、様々なファームウェアモジュールにおいて必要とされるグローバル範囲の一時的変数を含む。これらの実施例は、ファームウェアで実施化され得る。
Example 10
As described above, various data and parameters are handled by the feedback control system. 6, 7 and 8 provide further details regarding one aspect of the data conversion, representation and variant embodiments of the present invention. The schematically illustrated embodiment of the method used includes three different types of data including local parameters, persistent attributes and global variables. Local parameters are indicated by solid arrows and represent function call parameters that are passed for use only in a given function. Persistent attributes are indicated by dotted arrows, are managed by a separate control management firmware module, and are maintained in non-volatile storage. Global variables are indicated by bold arrows and include global range temporary variables required by various firmware modules. These embodiments can be implemented in firmware.

図6は、白色光を生成するのに使用される方法の一部として使用される、白色モード変換に関する例示的な処理のブロック図を示す。この方法は、CCT(相関化色温度)色域低減処理及びCCT補間処理を含む。処理は、照明器具の色域を超える入力CCT又は色度を対応する達成可能なCCT及び色度へマッピングして戻すように使用され得る。   FIG. 6 shows a block diagram of an exemplary process for white mode conversion used as part of the method used to generate white light. This method includes a CCT (correlated color temperature) color gamut reduction process and a CCT interpolation process. The process may be used to map input CCTs or chromaticities that exceed the luminaire color gamut back to corresponding achievable CCTs and chromaticities.

CCT色域低減処理は、要求されたCCTが照明器具によって支持され得る範囲内にあることを保証する。データは、ミレックで較正され、以下のテーブルにおいて記載されるように実施化され得る。

Figure 0005554992
The CCT color gamut reduction process ensures that the requested CCT is in a range that can be supported by the luminaire. The data can be calibrated with Mirek and implemented as described in the table below.
Figure 0005554992

一つの実施例に従うと、CCT補間処理は、入力CCT値を、1つ以上の光学センサに関する設定値へマッピングするように使用される。以下のテーブルにおいて概略される補間処理は、したがって、ターゲット色空間におけるターゲットセンサ信号を計算するために、例えば、RGBベース照明器具に関しては3回など、各色チャネルに関して実行される。

Figure 0005554992
According to one embodiment, the CCT interpolation process is used to map input CCT values to set values for one or more optical sensors. The interpolation process outlined in the following table is therefore performed for each color channel, eg, three times for an RGB-based luminaire, to calculate the target sensor signal in the target color space.
Figure 0005554992

図7は、色空間における所望な色度の色付き光を生成するのに使用される方法の一部として使用される、色度モード変換に関する例示的な色域マッピング処理のブロック図を示す。色度モード変換は、図6において示されるCCT変換に類似する。色域マッピング処理は、照明器具の色域の外側にある入力色度を、色域内の近接する色度へマッピングして戻す/低減するのに使用される。u'v'色度座標を使用する例示的な実施例は、以下のテーブルに示される。

Figure 0005554992
FIG. 7 shows a block diagram of an exemplary gamut mapping process for chromaticity mode conversion used as part of the method used to generate colored light of desired chromaticity in the color space. The chromaticity mode conversion is similar to the CCT conversion shown in FIG. The gamut mapping process is used to map back / reduce input chromaticities that are outside the gamut of the luminaire to neighboring chromaticities within the gamut. An exemplary embodiment using u'v 'chromaticity coordinates is shown in the table below.
Figure 0005554992

図7に示される色補間モジュールは、例えばRtGtBtなどのターゲット色点を出力するのに使用され、ある実施例において、以下のテーブルにおいて説明されるように実施化され得る。

Figure 0005554992
The color interpolation module shown in FIG. 7 is used to output a target color point, such as, for example, R t G t B t and can be implemented in some embodiments as described in the following table.
Figure 0005554992

図8は、記載される色及び白色の両方の変換モード方法において使用される、例示的な共通変換方法に関するブロック図を示す。以下のテーブルは、共通変換方法の各サブモジュールの例示的な実施例を提供する。   FIG. 8 shows a block diagram for an exemplary common conversion method used in both the color and white conversion mode methods described. The following table provides an illustrative example of each sub-module of the common conversion method.

強度トランジションは、以下のテーブルにおいて説明されるように実行及び実施化され得る。

Figure 0005554992
Intensity transitions can be implemented and implemented as described in the following table.
Figure 0005554992

色度トランジションは、以下のテーブルにおいて説明されるように実行及び実施化され得る。

Figure 0005554992
Chromaticity transitions can be implemented and implemented as described in the following table.
Figure 0005554992

RtGtBtスケーリングは、以下のテーブルにおいて説明されるように実行及び実施化され得る。

Figure 0005554992
R t G t B t scaling may be performed and implemented as described in the following table.
Figure 0005554992

例11
PI(proportional-integral)フィードバック制御スキームを用いるフィードバック及び制御システムの例示的な実施例が図9に示される。例は、以下のテーブルにおいて提供される数式を用いて実施化され得る。例示されるように、この実施例は、設定点及び瞬間的な出力間における差信号から導関数(D)を導出しない。複数の代替P、I又はD制御要素の組み合わせが存在することは直ちに理解され得る。

Figure 0005554992
Example 11
An exemplary embodiment of a feedback and control system using a PI (proportional-integral) feedback control scheme is shown in FIG. The example may be implemented using the formulas provided in the following table. As illustrated, this embodiment does not derive a derivative (D) from the difference signal between the set point and the instantaneous output. It can be readily appreciated that there are multiple alternative P, I or D control element combinations.
Figure 0005554992

本発明の上述の実施例は例示であり、多くの手法で変更され得ることは明らかである。このような現在の又は将来の変更態様は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとしては見なされるべきでなく、当業者にとって明らかである全てのこのような修正態様は、添付の請求項の範囲に含まれるように意図される。   It will be appreciated that the above-described embodiments of the invention are illustrative and can be modified in many ways. Such present or future changes should not be construed as departing from the spirit and scope of the present invention, and all such modifications as will be apparent to those skilled in the art are included within the scope of the appended claims. It is intended to be included in the scope.

Claims (18)

混合光を生成するためにフォワード電流によって駆動される1つ以上の発光要素を制御する方法であって、
a)前記混合光を表わすセンサデータを取得するステップと、
b)所望な混合光を表わす設定点データを供給するステップと、
c)前記センサデータを所定の色座標系の座標で表わされる第1データへ変換するステップと、
d)前記設定点データを前記所定の色座標系の座標で表わされる第2データへ変換するステップと、
e)前記第1及び第2データを比較して、前記第1及び第2データ間の差を決定するステップと、
f)前記第1及び第2データ間の差を減少させるために、前記第1及び第2データ間の差に応答して前記フォワード電流を調整するステップと、
を有し、
更に、前記差の絶対値が所定のしきい値より下に下がるまで、ステップa)からf)を繰り返すステップを有し、
前記センサデータが1つ以上の光学センサによって提供され、各光学センサは、対応する光学センサの所定の動作条件での応答性を提供し、各応答性は、前記所定の色座標系の1つの基礎関数を規定
前記ステップc)におけるセンサデータの第1データへの変換は、1つ以上の温度センサにより提供される前記光学センサの温度に関する情報、及び/又は、前記発光要素のフォワード電圧を感知する1つ以上の電圧センサによって提供される信号、に依存する、
方法。
A method of controlling one or more light emitting elements driven by a forward current to produce mixed light comprising:
a) obtaining sensor data representing the mixed light;
b) providing set point data representing the desired mixed light;
c) converting the sensor data into first data represented by coordinates in a predetermined color coordinate system;
d) converting the set point data into second data represented by coordinates of the predetermined color coordinate system;
e) comparing the first and second data to determine a difference between the first and second data;
f) adjusting the forward current in response to the difference between the first and second data to reduce the difference between the first and second data;
Have
And a step of repeating steps a) to f) until the absolute value of the difference falls below a predetermined threshold value.
The sensor data is provided by one or more optical sensors, each optical sensor providing responsiveness at a predetermined operating condition of the corresponding optical sensor, each responsiveness being one of the predetermined color coordinate systems. It defines a basic function,
The conversion of the sensor data into the first data in step c) is one or more of sensing information about the temperature of the optical sensor provided by one or more temperature sensors and / or a forward voltage of the light emitting element. Depending on the signal provided by the voltage sensor,
Method.
請求項1に記載の方法であって、前記所定の色座標系が、CIExyY色度座標系に対応する、方法。   The method of claim 1, wherein the predetermined color coordinate system corresponds to a CIExyY chromaticity coordinate system. 請求項1に記載の方法であって、前記所定の色座標系が、CIEu'v'Y色度座標系に対応する、方法。   The method according to claim 1, wherein the predetermined color coordinate system corresponds to a CIEu'v'Y chromaticity coordinate system. 請求項1に記載の方法であって、前記センサデータが、1つ以上の応答関数の重み付け平均を表わす情報を含む、方法。   The method of claim 1, wherein the sensor data includes information representing a weighted average of one or more response functions. 請求項1に記載の方法であって、前記設定点データが、ユーザインターフェイスを介して提供される、方法。   The method of claim 1, wherein the setpoint data is provided via a user interface. 請求項1に記載の方法であって、前記混合光の強度の線形的変化が、前記所定の色座標系で表わされる場合に、前記混合光のほぼ線形の知覚される強度変化に対応する、方法。 The method according to claim 1, linear change in intensity of the mixed light, when represented by the predetermined color coordinate system, corresponding to substantially linear perceived intensity variations of the mixed light, Method. 請求項1に記載の方法であって、前記センサデータが、所定の数のセンサによって提供され、前記所定の数が、前記1つ以上の発光要素の異なる名目の色の数に対応する、方法。   The method of claim 1, wherein the sensor data is provided by a predetermined number of sensors, the predetermined number corresponding to a number of different nominal colors of the one or more light emitting elements. . 請求項1に記載の方法であって、前記センサデータを変換するステップが、第1の線形変換を実行するステップを含む、方法。   The method of claim 1, wherein transforming the sensor data includes performing a first linear transform. 請求項1に記載の方法であって、前記設定点データを変換するステップが、第2の線形変換を実行するステップを含む、方法。   The method of claim 1, wherein transforming the set point data includes performing a second linear transform. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の方法であって、フィードバック制御システムにおいて使用する、方法。 10. A method according to any one of claims 1 to 9 , for use in a feedback control system. 混合光を生成するためにフォワード電流によって駆動される1つ以上の発光要素(発光要素)を制御するシステムであって、
a)前記混合光を表わすセンサデータを取得する1つ以上の光学センサと、
b)所望な混合光を表わす設定点データを供給するユーザインターフェイスと、
c)前記センサデータを所定の色座標系の座標で表わされる第1データへ変換し、更に、前記設定点データを前記所定の色座標系の座標で表わされる第2データへ変換し、更に、前記第1及び第2データを比較して、前記第1及び第2データ間の差を決定し、更に、前記第1及び第2データ間の差に応答して前記フォワード電流を調整する、制御器と、
を含み、
前記制御器が、前記差の絶対値が所定のしきい値より下に下がるまで、前記第1及び第2データ間の差を減少させるように構成され、
前記1つ以上の光学センサのそれぞれが、所定の動作条件での応答性を提供し、各応答性は、前記所定の色座標系の1つの基礎関数を規定
前記c)におけるセンサデータの第1データへの変換は、1つ以上の温度センサにより提供される前記光学センサの温度に関する情報、及び/又は、前記発光要素のフォワード電圧を感知する1つ以上の電圧センサによって提供される信号、に依存する、

システム。
A system for controlling one or more light emitting elements (light emitting elements) driven by a forward current to produce mixed light,
a) one or more optical sensors for obtaining sensor data representative of the mixed light;
b) a user interface for supplying set point data representing the desired mixed light;
c) converting the sensor data into first data represented by coordinates in a predetermined color coordinate system; further converting the set point data into second data represented by coordinates in the predetermined color coordinate system; Control comparing the first and second data to determine a difference between the first and second data, and further adjusting the forward current in response to the difference between the first and second data And
Including
The controller is configured to reduce the difference between the first and second data until the absolute value of the difference falls below a predetermined threshold;
Each of the one or more optical sensors provides a responsivity at predetermined operating conditions, each responsivity defines one basis function of the predetermined color coordinate system,
The conversion of the sensor data into the first data in c) is one or more of sensing information about the temperature of the optical sensor provided by one or more temperature sensors and / or a forward voltage of the light emitting element. Depends on the signal provided by the voltage sensor,

system.
請求項11に記載のシステムであって、前記所定の色座標系が、CIExyY色度座標系に対応する、システム。 12. The system according to claim 11 , wherein the predetermined color coordinate system corresponds to a CIExyY chromaticity coordinate system. 請求項11に記載のシステムであって、前記所定の色座標系が、CIEu'v'Y色度座標系に対応する、システム。 12. The system according to claim 11 , wherein the predetermined color coordinate system corresponds to a CIEu'v'Y chromaticity coordinate system. 請求項11に記載のシステムであって、前記センサデータが、1つ以上の応答関数の重み付け平均を表わす情報を含む、システム。 12. The system according to claim 11 , wherein the sensor data includes information representing a weighted average of one or more response functions. 請求項11に記載のシステムであって、前記混合光の強度の線形的変化が、前記所定の色座標系で表わされる場合に、前記混合光のほぼ線形の知覚される強度変化に対応する、システム。 A system according to claim 11, linear change in intensity of the mixed light, when represented by the predetermined color coordinate system, corresponding to substantially linear perceived intensity variations of the mixed light, system. 請求項11に記載のシステムであって、前記センサデータが、所定の数のセンサによって提供され、前記所定の数が、前記1つ以上の発光要素の異なる名目の色の数に対応する、システム。 12. The system of claim 11 , wherein the sensor data is provided by a predetermined number of sensors, the predetermined number corresponding to a number of different nominal colors of the one or more light emitting elements. . 請求項11に記載のシステムであって、前記センサデータを変換するステップが、第1の線形変換を実行するステップを含む、システム。 12. The system of claim 11 , wherein converting the sensor data includes performing a first linear transformation. 請求項11に記載のシステムであって、前記設定点データを変換するステップが、第2の線形変換を実行するステップを含む、システム。 12. The system of claim 11 , wherein converting the set point data includes performing a second linear transformation.
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