TW200810607A - Illumination system comprising a plurality of light sources - Google Patents

Description

200810607 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明通常係關於彩色照明領域。更明確地說，本發明 係關於一種包含複數個光源的照明裝置，其色彩與亮度位 準可控制。在以下的解說中，將假設每一光源係實施成一 LED，然而本發明亦可與其他光源類型一起實施，例如孔 燈、鹵素燈等。 【先前技術】 _ 一般而言，對於能夠產生光強度可變（調暗）且色彩可變' 之光的照明裝置有所需求。由於熟悉本技術人士應明白且 因此無須任何詳細解說，藉由包含三個產生色彩互不相同 之光之LED的系統可能產生色域之一大部分中之所有可处 色彩的光。於一典型範例中，一 LED產生紅色光，一第二 LED產生綠色光，而一第三LED產生藍色光。此等三個 LED之結合光輸出具有於此等三個LED之色彩所定義之色 馨 三角内的混合色彩，且此色三角内之精確色點取決於該等 三個LED之強度的相互比率。因此，可藉由改變該等三個 LED中之一者之相對強度來完成改變該系統之色點，而藉 ‘ 由改變所有LED之強度達相同程度可在維持該色點的同時 . 完成改變該光輪出之強度。 應注思’可能使用色於互不相同之三個以上之lej) ·、 此情況下，如同熟悉本技術人士將會明白，藉，適當調適， 亦可應用本發明。 為控制個別LED冬強度，該系統包含_控制器，其通常 121627.doc 200810607 實施成，一微控制器。該微控制器具省一輸入，其用於接收 一設定信號（例如來自一中央微控制器或^)。該微控制器 進一步具有三個控制輸出（每一 LED 一輸出），其用於控制 値別led的操作。通常，該等LED係以一可變負載循環來 操作以實現個別光強度的變化。從該微控制器至個別 的控制輸出信號係基於所接收輸入設定信號，以及基於一 記憶體中所儲存之公式或列表來產生，並在設定信號與個 審 別LED之設定點間定義一對一的關係。 就此方面而言之一問題係在於即便由一恆定控制信號所 控制時，該等LED之強度與色彩（波長）例如在溫度變化之 影響下，或例如因老化仍可改變的事實。該問題之一進一 步觀點在於値別LED未必受影響至相同轾度，故而變化會 有差別。結果，該系統之色點可隨溫度與時間而改變。為 能避免此色點變化，該控制器應具有某些補償機制。 此類控制器補償機制就其本身而言係已知。一第一補償 ， 機制係稱為”溫度前授”，簡稱為丁砰。該系統具有溫度偵 測構件，其债測該等LED之溫度，明確地說係該等個別 之接面*度。該g憶體含有基於所測量之溫度用於修 ^對關係的公式或列表。於一可能的具體實施例 中’邊七憶體包含與溫度成函數闕係之LED控制列表之一 矩陣，而該控制器會使用”正確，，列表，其對應目前溫度。 該記憶體亦可能包含與溫度成函數關係之修正因子之一矩 陣5而忒控制器會基於使用者設定讀取來自該列表的控制 信號並基於目前溫度應甩該等修正因子。此補償機制之一 I21627.doc 200810607 優點在於相當快，然而一缺點在於其依賴預定資料且不會 考慮與預定資料的可能偏差。此外，—缺點在於此補償機 制無法補償因老化所導致的變化。

第一補彳員機制係基於光輸出之回授(，，通量回授"，簡 無為FFB)。叆系統具有一光學感測器，其用於感測該筝個 別LED之μ際光輪出（通量 >，而該控制器會調適其驅動信 號使得該等LED之實傺光輪出等於所意欲之先輸出。此補 -機制之棱點在於不需事先具有決定關於溫度回應之資 料，且其永遠會考慮實際光輸出情形。然而，此補償機制 j 一缺點在於其需要三個光學感測器（每一 LED—光學感測 ) 而添加至硬體成本。為減輕此硬體問題，已知此 補償機制之-變化，其中㈣統僅包含—用於感測該等 led之結合光輸出之整體光的普通光學感測器。此機制進 -步需要該等個別LED的特定時序，以例如藉由確保具有 僅Λ等LED中之者係開啟而其他LED係關^的時間間 隔確保可此獲侍可導出該等個別光輸出的测量信號。現 在缺失在於通！測量需要一最小時間量。此使可對該 等LED設定之負載循環的下限受限，因此使可設定之色點 受限並使調暗範圍受限。 應注意，歐洲專利案1 ·346·6⑽揭示一種系統，其中一控 制器包含串聯操作之-TFF部分與一 FFB部分，其中該τρρ 部分與該FFB部分係同時作用。儘管於此系統中，該tff 部分可補償該FFB部分的 某些缺失，然而對該等LED可設 FFB部分所導致的一問 定之負载'循環、下P艮之，限制仍係該 12I627.doc 200810607 的係克服上述缺失 根據本發明之一重蓉崦科 下操作。於一箆，該控制器能夠在兩操作模式 者來執〜於一 Γ模式下，㈣係基於tff與贿兩 —^ ; 一弟二操作模式下，控制係僅基於TFF來執

I門視驗δ設施。該第—操作模式與該第二操作模 ㈡=換^於該等負載循環來完成：若該控制器發現 ^咖之負_環相至少—麵應短於執行該等通量 ^里所"之取叫^開啟間隔的持續時間，則該控制器 曰錄該第二操作模式，不然.(一般倩形）該控制器會選擇 該第一操作模式。 【實施方式】 ^示意性顯示一照明系統1之方塊圖，其包含用於產生 、。不相同之光之二個光源11、12、13的配置。一般而 ° 。亥等色形係紅色（R)、綠色（G)與藍色（Β)，然而亦可能 為爲他色彩。該系統1之光輸出整體係以乙來表示，並且係 名等個別光輸出R、G與6之結合（混合p如同熟悉本技術 人士應明白’此光混合具有於該等個別色彩反、G與b所定 義之色二角内的一色點。該等光源有利地傣實施成LED， 然而亦可能為其他光源類型，如（例如）TL燈、鹵素燈等。 應注意，一光源實際上可包含並聯或串聯配置之實質上相 同色衫的二或更多個LED，但以下將假設每一光源恰包含 一 LED 〇 121627.doc 200810607 該系统1進一半a人t 步包含與個別LEEM：g麟之驅動器21、22、 ?於w適當LED驅動信號、&(一般而言 直取丄遽）來驅動該等咖。由於LED驅動器就其本身而 ;、去同B寸該等驃動器之設計並非本發明之主旨，故 而b處不而要更加詳細地說明該等驅動器之設計與操作。 能舜說的係該等動器對控制信號〜 別um人所㈣）有反細反覆將料led切換成開啟與 Φ 關閉、LED係開啟之時間間隔將表示成開啟間隔，且持 續時間為—LED係關閉之時間間隔將表示成關閉間 隔持績時間為t〇FF。切換之總週期具有等於‘竹㈣的 # ^ W tPERl〇D 〇 _ ^ ^ # ^ Δ# ^ ^ ^ ^^t〇N/tpERl〇D 〇 ^ #- ^LEDT * # ^ ^ ^ #iS^ , Μ^ ^ # led^ 切換週期通常係相等。每一 LED經設計能以一標稱電流量 來操作。LED驅動器通常經設計而使該開啟間隔期間之電 流量等於標稱電流量。每一 LED具有當該led在該標稱電 _ 流量時以負載循環△ = 100%來操作時實現的標翁光輸出。 熟悉本技術人士應明白，改變一 LED之負載循環會導致該 LED之光輸出的對應變化，且改變該等三個led之光輸出 會導致該輸出光混合L之色彩的改變及/或該輸出光混合乙 之亮度的變化。 該系統1進一步包含一控制器30 ’其具有耦合至個別驅 動器21、22、23之控制輸入的三輪出31、32、33。該控制 器30經設計以產生個別驅動器21、22、23之控制信號 Sen、Sc2、Sc;，進而指示該等驅動器針對個別led〗!、 121627.doc -11 - 200810607 12、13設，定特定負載循環。一.般而言，一控制信號 So、So係一數位信號，其在該開啟間隔期間具有一值為1 並在該關閉間隔期間具有一值為〇，因此該控制信號不只 會決定該負載循環△之值，還會決定該開啟與該關閉間隔 的精確時間。 該控制器30具有一用:於接收來自使用:者輸入裝置仰之使 用者輸入信號Su的使用者控制輸入34。此使用者輸入裝置 φ 4〇例如可為一鍵盤，或使用者可用來鍵入其對一特定色點 與党度之選擇的任何其他適當裝置類型。基於該使用者輪 入信號Su '該控制器3〇會在其輪出31、32、33產生該等控 ^信號sci、Sc2、Sc3。該控制器3〇會基於一輕合至該控制 為3 0之圮憶體輪入3 5之相關記憶體5 〇中所儲存的資訊決定 應產生何控制仏心ei、Se2、;或者，該記憶體可為該 控制器本身之部分。該記憶體含有決定一方面之控制信號 (或負載循環）與另一方面之色點及亮度間之關係的資訊。 瞻 此育訊可以一查找表、一公式等形式存在。 一問題在於一LED之光輸出並非僅取決於該負載循環 (由諸如溫度與老化因子所導致），偏差仍可發生在色彩 上在通里上、或同時發生在兩者上。為補償此類.偏差， 忒系統1具有兩修正機制。一第一修正機制TFF係基於測量 該等LED的接面溫度。儘管該系統可包含一普通溫度感測 器乂然而圖1說明每一LED U、U、η具有一個別溫度感 測為61、62、63，以分別提供溫度測量信號ST/、ST2、 。由於測量一LED之接面溫度的方法就其本身而言係已 121627.doc -12- 200810607 知旦並可應用於本發明中，然而.本發明並不關於改良溫度 、'!里方去故而此處無彡㈣盡解說—溫度感卿的設鱼 操作。 例士攸負驗’爭先已知溫度的影響。該控制器⑽具有一 溫度修正記憶細（料合至—溫度修正輸人Μ，該記憶 體齡，式，例如為—矩陣、—查找表、―公式、或其 '、、物的貝訊，以通知該控制器3〇如何與溫度成函數關係

地修改其控制㈣、％2、s。。應注意該溫度修正記憶 體60可與該記憶體5〇結合。 一弟二修正機制FFB係基於測量該等個別的實際光 ，度（通1)。儘管該系統可包含個別通量偵測器，然而圖^ 說明該系統包含-普通通量偵測器71，其债測混合紅的 強度。由於測量光通量之痛測器就其本身而言係已知，並 可應用於本發明中，然而本發明並不關於改良光痛測器， 故而此處無須詳盡解說一光偵測器的設計與操作。 屬2係一時序圖，其說明可能使用一普通通量偵測器” 來測量每一個別！^〇的光強度。於一第一週期八中，第一 LED 11之開啟間’隔的時序係先於第二與第三的聘序； 决疋此時序之控制器知道從tn至一之測量間隔期間來自該 通里偵測器71之輸出信號僅代表該第一 LED 11的光強度。 於==二週期B中，該第二LED 12之開啟間隔的時序;先 於遠弟一與該第三LED的時序，因此從t2〗至^之測量揭隔 期間來自該通量偵測器71之輸出信號僅代表該第二LED 12 的光強度。於一第三週期C中，該第三LED 13之開啟間隔 121627.doc -13- 200810607 的料係先於該第-與該第二LED的時序，而使該控制器 在攸b〗至μ之測量間隔中僅能满量該第三i 3的光強 :在圖1中，代表該等個別LED之個別通量的通量測量 ^號係分別表示成Sjn、SF2、SF3。 /控制_ 30在一通χ測量輸入37接收該筝通量測量信號 一 F2 SF3基於使用者輸入信號su、來自該記憶體5〇 、、2訊…來自及酿度修正記憶體6〇之資訊，該控制器別知 C每LED的通夏應為何者；此將表示成”目標通量"。若 實際通量與該目標通量有偏差，則該控制器3時修改其控 制信號以（諸如）減少偏差。 此操作模式係於圖3中加以更詳細地說明。基於該使用 者輸入信號Su，從記憶體5〇獲得第一控制信號之一第一近 二,。基於該等溫度測量，從該溫度修正記憶體的獲得 -弟二修正值％，並如同所說肩的制—乘㈣8ι，藉由 使.亥第近似值S!與該第一修正值^相乘來計算該第一控 制信號之-第二近似值V。此第_修正值％會如同基於溫 度所預期的補償該等LED在色彩與通量上的偏差。 I此外’由此第二近似料'，該第一 led n之通量之目 標值STn係由一通量計算器82導出、 於一減法器83中，第一通量測量信號SF1係與該第-目 標值sTF1相減而產生一第—通量誤差信號&1。該第—通 量誤差信號SFE1可乘以—適當增益，然而此並未加以說 成一第二修正值· β 1。於一筐-+ P於弟一乘法器84中，該第二近似值 121627.doc -14- 200810607 S〗f係乘以該第二修正值β 值Ρ丨以產生第一控制信：號

Sci^Srarpi ° 應注意，圖3僅顯示該第—控制信號^的操作。如同熟 悉本技術人士應明白，該第-盥兮 弟一與漆弟三控制信號sC2^Sc3 之操作係相似’並因此為求簡明而沒有顯示。 根據本發明之—重要觀點，該控制器30會監控該等控制 信號Scl、Sc2、Sc3的負儀循環。若i少一負载循環低於一 如’於-實際具體實施例中’該等控制信號之週期具有的 持續時間tPE_為8咖，而該通量測量需要36〇恥。缺 後，該開啟間隔之持續時間t〇N必須至少等於36〜，即該 負儲^必須至少等於4.5 %。該第二操作㈣係於/4 t加以說明。圖2亦顯示一從一週期之起始…。直到第一開 LED均關閉，而使該控制器3G能執行—零測量。 一旦該控制II 3G發現至少—負载循環低於所需之最低位 準，該控制器30便會將該等第二修正值化、h、i之電流 值館存至-通量修正記憶體9G中。在進—步操作期間，= 控制It 3G將從此記憶㈣獲得所儲存之修正值，現分別表 =成"已記憶”修正值几^匕^^當然/此等值將怪 疋因此，補償機制僅基於TFF，且以通量為基礎之補償 ，作用及時桎定’當最低負载循環變得低於預定最小值時 、束=。亥Μ形。於此第二操作模式中忽視實際通量測量。 事貝上，由於不需要通量測量，故而在此第二模式中便不 I21627.doc .J5. 200810607 再需要’’熄滅”間隔（ti〇至tn)。該等LED可僅藉由該控制器 之解析度而調暗成較低值。 應注意，預期因忽視該等實際通量測量所導致之誤差將 相當低。因溫度改變所導致之可能通量偏差係基於實際測 里之溫度而由溫度修正記憶體6〇來補償。因老化所導致之 可能通量偏差係由比較器83與乘法器84來補償，然而此等 效應不太會隨時間而快速變化，所以就相地簡週 言可將此等職㈣缺，並可將其所詩償視為恆定㈣ 因而記憶體90提供適當的補償。 在此第二操作模式期間’該控制請會持續監控該等控 ^^sc^ sC2^sc^MMmm 0 而取J位準之上’則該控制器30會切換至圖场第一操作 s L唬SfE1、SFE2、SFE3係從減法器 83而非從記憶體90獲得。 悉本技，人士應清楚，本發明並不限於上文所討論之 本=明/、體貝知例，而可能在隨附夺請專利範圍所定義的 本舍狀保護性範W進行若干變化及修改。 例如，於以上的示範說明中，該等第二修正值㈠、 β3係儲存於記憶體90中 辨 2 模式切換至第二模二±憶體^^ 值一、一、Sm亦D t儲存於一記憶體中，且該等目標 S ς TF3/、可能與來自記億體90之通量洌量俨萝 sF1、sF2、sF3的”束結”值相對照。 …里“虎 此外，於圖4中.，記憶體9〇 為入 询係輕合至同一乘法器 121627.doc -16· 200810607 然而，亦可能使用一不同的乘 料以作為減法器83之輪出 法器。 旦此外’衿以上的示範說明十’基於溫度之色彩偏差與通 里偏差的補償均歸結於溫度修正記憶體·。然而，該溫度 修正記憶體60亦可能僅補償該等色彩偏差，且該通量計算 可能基於該使特輸人與㈣量溫度計算該通量之 目彳遠’換句喊’該通料算㈣亦可能基於溫度處 理對通量偏差的補償。該第一操作模式之此可能性係於圖.. 5A(其與圖3對照）中加以說明。該第二操作模式之對應方 鬼圖係於圖5B(其與圖4對照）中加以說明 操作模式的時候，該等第二修正值βι、β2、_^ = =90中。同樣地，對應目標通量信號8一‘、_ ㈣於記憶體辦’表示成"已記憶,,目標通量信號^卿、 STF3M。在操作期間，料量計算器82基於瞬間溫 ^計算—目標通量值Stf】。此瞬間目標通量值STF丨除以 Λ "己隱目軚通董信號Stf丨Μ(除法器8以一二 ，乘法器“使第二近似值Sl，乘以此第三』 以，取自記憶體90之已記億第二修正值^“、 W。因此’該控制信號Sci係基於該"已記憶·，通量資料來 生，然而仍考慮因溫度變化所導致的通臺偏差。 二已參考方塊圖來㈣本發明，該等方塊圖闊明 i發明之裝置的功能性組塊。應瞭解，可於硬體中實 =等功能性組塊之-或多個組塊.，其中藉由個別硬體組 件來執行此功能性組.塊之功能，但亦可能於軟體中實施此 12l627.doc -17 200810607 等功能性組塊之一 + 或夕個組塊，因此藉由一雷 可程式化裝置(諸如_❹田 猎由電^.式或一 理器等)之—或多 …咨、微控制器、數位信號處 【圖簡轉^ 來執行此功能性組塊之功能。 藉甴以下參考厨，々 苴他觀％ ^ 將進一步對本發明之此等及 示相m 解次，其中相同的參考號碼表 不相同或相似的部分，且其中： 圖[顯示根據本發明之_ 夕— 面… 月糸統之一不意方塊圖； 圖2係說明針對個別燈 夕 序圖； &制^唬之可能時序模式的時 圖3係不意性說明該照之 圖； 予无之弟一刼作模式的方塊

圖4係示意性說明該照明系統 之 圖 操作模式的方塊 圖5 A與5B分別係示意性說明 塊圖。 圖3與4之操作之變化的方 【主要元件符號說明】 1 照明系統 11 光源 12 光源 13 光源 21 驅動器 22 驅動器 23 . 驅動器 I21627.doc 200810607

3 0 控制器 31 輸出 32 輸出 33 輸出 34 使用者控制輸入 35 記憶體輸入 36 溫度修正輪入 37 通量測量輪入 40 使用者輸入裝置 50 相關記憶體 60 溫度修正記憶體/溫度前授構件 61 溫度感測/溫度前授構件 62 溫度感測器/溫度前授構件 63 溫度感測器/溫度前授構件 71 普通通量痛測器/通量回授構件 81 乘法裔/溫度前授構件 82 通量計算器/通量回授構件 83 減法器/通量回授構件/計算構件 84 第二乘法器/通量回授構件/補償構件 85 除法器 8 7 PID區塊/通量回授構件 90 通量修正記憶體 A 第一週期: B 第二週期V 121627.doc -19- 200810607 c 第三週期 FFB 通量回授 L 系統之光輸出整體(混合光) TFF 溫度前授 121627.doc -20-

Claims (1)

1. 200810607 十 ι· 、申請專利範圍： 照明系統（1>，其包含： 複數個光源（11、12、13)，其產生色彩互不相同之 光，每一光源具有一相關驅動器（21、22、23); 一控制器（30)，其用於產生控制該等個别驅動器的控 制信號（SC1、IS。、Sc3) ·， 溫度前授構件（60、61、62、63、81)，其用於建立一 溫度前授（TFF)修正機制； 通量回授構件（71、82、83、84)，其用於建立一通量 回授（FFB)修正機制； /、中名控制為（3〇)能夠在其中該溫度前授（TF]p)修正機 制與該通量回授(FFB)修正機制均作用之一第一操作模 式下操作； 广中忒控制器（30)能夠在其中該溫度前授（tff)修正機 制作用而該通量回授（FFB)修正機制不作 旱 作模式下操作；弟一知 其^該控制器㈣係經設計以監控該等控制信號 之^第-^^3)的負載循環並基於該等負载循環選擇其 或弟二操作模式。 2· 如請求項1之系統， 作：中::：器(30)係經設計以在該第， 至該第二摔二至少一負載循環低於-預定值，則切換 铢作拉式，·以及 其中該控制器（30)係 V…係I汉汁以在該第二操作模式下操 121627.doc 200810607 作日令—务現所有負載循環高於該預定值，則切換至 該第一操作模式。 / 3,如請求項2之系統，直由社 ，、中該等通量回授構件（71、82、 83、g4)包含計算構件 傅1干03)，其基於互相比較一目樣通量 #m(sTF3^ sTF2, Stf3)#_^^^ SF2^ SF3) 來々π通里。吳差仏號(8_、8脆、8阳），且其中1亥等 通量回授構件（71、82、83、料、87)包含補償構件 (84)，其接收從該通量誤差信號、Sfe2、Sfe3)導出 之一修正信號（βι、β2、M，並由一中間控制信號值 (Si’、S2'、S〆）計算-修正控制信號（Sci、Sc2、Sc3); 其中該系統（1)進一步包含一通量修正記憶體（90); 其中該控制器（30)係經設計以在該第一操作模式下操作 B寸，一旦發現至少一負載循環低於一預定值，則將該等 修正信號（β〗、β2、β3)之電流值儲存至該記憶體（9〇)中； 以及 其中該控制器（30)係經設計以在該第二操作模式下操 作時’從該記憶體(90)讀取已記憶修正信號（β1Μ、β2Μ、 Psm)以便由該中間控制信號值（s〆、S2,、S3f)計算該修正 控制信號（S C 1、s c 2、S c 3 )。 4·如請求項3之系統，其中該計算構件（83)包含一減法器 (83)，其在一第一輸入接收該目標通量信號（STn、 STF2、STF3)並在一第二輸入接收該測量通量信號（sFl、 Sf2 v SF3) ° 5.如請求項3之系統，其中該補償構件（84)包含一乘法器 121627.doc -2- 200810607 (8=’其在一第一输入接收該修正信號⑼並在 一第二輸入接收一中間控制信號值、s〆、心,）。 6.

   如請求項3之系統，其進一步舍合、、w < 夕巴δ /皿度感測構件（6 j、 62、63) ’其用於產生一溫度作获ν /皿反派;（bT1、ST2、sT3)以指示 该專光源（11、12、13)之一潘声，s甘士从丄 } ，置度且其中猎由使該使用 者輸入值仇、s2、s3)乘以基於該等溫度信號知、St2、 Sn)之一第一修正信鍊（αι、αζ、來從一使用者輪入值 (S!、S2、S3)叶异該中間控制信號值（s〆、S2,、s〆）。

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