TW200850047A - A color controlled light source and a method for controlling color generation in a light source - Google Patents

Description

200850047 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於固態照明，更特定言之係關於一種根據請 求項1之序言中的色彩控制光源，及根據一種請求項5之序 言中控制光源中色彩產生的方法。 ' 【先前技術】 為了實現固態照明中具多種色彩（例如不同之色溫）的_ 光源’於一裝置中使用不同色彩發光之LED。該等LED界 定色彩空間中之一子區域，該色彩空間指示可經由所有可 能之線性組合所實現之色域。因此可藉由個別led之信號 輸入來控制在該色彩空間之色譜内具所需強度的有色光。 應注意，該術語有色光包括白光。 與習知光源不同，有色LED由於改變LED之接面溫度、 電流、老化效應及方格化將會”色移”。當該光輸出因為溫 度及老化開始自預定義之色點變弱時，該光源之光輸出的 (/ 目標色點將變得扭曲。因此，該光源之色點必須以一控制 迴路來穩定。 為了監視來自一光源的光輸出之目的，使用RGB感測器 • 或真色感測器戲相當普遍，其靈敏度與標準觀察器相同或 . 逼近其曲線。或者，使用一或多個通量感測器，其可能與 一或多個溫度感測器結合。 然而，當該光偵測器偵測來自一光源之光輸出時，其可 能被其它光源干涉，例如周圍日光及/或其它有色led。結 果該測量之色彩強度通常是有瑕疵的，且不能單獨地表示 125776.doc 200850047 在該光源本身中來自該等LED之光輸出。因此對該控制迴 路之控制裝置的回授信號係不正確的。 【發明内容】 本發明之-目標為提供—光源及控制—光源中色彩產生 的一方法，其減輕上述色彩控制中的干涉問題。 本目標藉由根據本發明請求们中定義之一色彩控制光 源來達成。該隨附之子請求項定義本發明較佳之具體實施 例。 因此’根據本發明之一方面’其提供：一色彩控制光 源’其包含複數個有色光元件；一價測器，其债測該光源 之光輸出並產生一偵測信號；一色彩控制單元，其以該偵 測信號及該光狀純A的—狀目標色料基礎對該等 光元件產生驅動信號。 該光源進一步包含一調變器，其針對該等光元件之每一 者調變該驅動信號之個別記號，及—解調變器，其解調變 ，偵測信號，並藉由朗每-個敎縣擷取料光元件 每-者之光輸出的每-個實際值。另夕卜，該色彩控制單元 包含以下構件：決定構件，其用來決定每一光元件之光輸 出的標稱值以獲得該目標色點；比較構件，其用來比較‘ 操取實際值與該標稱值’及若存在—差異時，調整該等驅 動信號以將該差異最小化。 該等光元件每-者的記號調變基本上允許從全部光輸出 中識別並擷取來自一個別光元件之該真實/實際貢獻光輪 出。因此，任冑來自1陽或其它光源的周目光線將不^ 125776.doc 200850047 曲一單一光元件所測得之強度。所以可對該色彩控制單元 她亥有色光元件每一者之光輸出的一較精確的表示。接 著其可用來調整所需之驅動信號，該信號以一精確的方式 對應所需之輸出色點饋送至該等光元件之每一者。 因此:本發明可對—光源之每—個別色彩貢獻提供一強 持、只之决策，所決定之貢獻不受來自其它明亮光源之 干涉的影響。本發明可針對原色之任何任意量按比例來調 整。 一光元件之個別記號調變的使用已知本身來自㈣心等 ^之美國專利第^似戰^然而’其僅用在實現在一建 築物中決定—光接收器之—位置，其中用來照亮該等室内 之普通燈的輸出光經個別編碼。因此，此係一個不同的技 術領域。 根據如請求項2定義之色彩控制光源的一具體實施例， 上述之該記號調變由CDMA(分碼多向近接）調變來完成， /、以特定編碼方案來識別及/或擷取該等光元件每一者 的光輸出。CDMA係一種用來在該光譜之一分享部分中發 射同時U的方法，其仍允許全部信號擁有用來識別之自 特有的特疋編碼方案。此外Cdma編碼具有一主要的優 點，如在本發明中所使用的，其可同時提供一 LED之正常 照明驅動功能及該個別記號調變。 根據如味求項3定義之色彩控制光源的一具體實施例， 〆特疋編碼方案係有利地基於開關鍵控或雙相調變。 根據如明求項4定義之色彩控制光源的一具體實施例， 125776.doc 200850047 藉由一 RGB感測器、一 χγΖ感測器及一通量感測器中之一 者有利地完成偵測。該記號調變的特色帶來的好處為任何 該等感測器類型均適用於偵測該光源之光輸出，這係由^ 可從該等感測器中任一者之輸出信號中追溯及擷取該等個 另丨J LED。 根據本發明之另一方面，提供一種方法，其控制在包含 複數個有色光元件之一光源中的色彩產生。該方法包含： Γ 偵測該光源之光輸出並產生一偵測信號；及以該偵測信號 及該光源之光輸出之一預定目標色點為基礎對該等光元^ 產生驅動信號。

步包含向該等光元件的每一者個別記號調變 該光輸出之偵測包含藉由調變該偵測信號並 該方法進一 5亥驅動信號。 識別每一個別記號，以擷取該 的每一實際值。此外，該方法 出的標稱值以獲得該目標光點 才示稱值’以及若存在一差異時 最小化。 等光元件之每一者之光輸出 包含決定每一光元件之光輸 ，並比較該擷取實際值及該 ’調整該等驅動信號將差異 每-光元件之光輸出的標稱值依所使用之光元件的特性 (例如其分格資料)而定。如熟習本技術之人士所知，用來 決定該等標稱值之構件係基於（例如 > 解決結Μ目 及該等分格資料光元件之反矩陣問題為基礎。 以 需 根據該方法之具體實施例，上述之該記號調 CDMA(分碼多向近接）調變完成；該特定編碼系统可 要基於開關鍵控或雙相調變；及該偵測藉由臟感调 125776.doc 200850047 一 XYZ感測器及一 一通量感測器尹之一者。

之光源所達成的優點及效

，吾人 欲限制本發明之範_。 【實施方式】 以下所述的具體實施例 明，而非意 根據本發明之色彩控制光源的一第一 一具體實施例，如圖 1所示，該色彩控制光源101包含：η個有色光元件1〇2&至 l〇2d(在此例中η=4); 一偵測器1〇3,其用來偵測來自該等 光元件102 a至l〇2d的輸出光；一放大器1〇5，其連接至該 偵測器103之一輸出、一解調變器（其為一 CDMA解調變器） 106，其經由該放大器105連接至該偵測器1〇3 ; 一色彩控 制單元107，其連接至該解調變器106 ; 一調變器1〇8(為一 CDMA調變器），其連接至該色彩控制單元1〇7 ;及光元件 驅動器109a至l〇9d，其連接至該調變器108及該led l〇2a 至102d。該等光元件i〇2a至102d配置在一基板104上，且 可能為LED、OLED及（0) LED串中之任一者。以下將使用 LED作為一共通之術語。圖1中該等LED 102a至l〇2d之色 彩為綠、紅、藍及琥珀色，當然色彩的選擇係隨意的，且 依該裝置之要求而定。每一 LED 102a至l〇2d經由一 LED驅 動器109a至109d饋送。該等驅動器109a至109d之輸入係連 接至該CDMA調變器108。該CDMA調變器以一列矩形脈衝 125776.doc -10- 200850047 調變該驅動器l〇9a至l〇9d之每一者之該驅動信號（即該輸 入’例如電壓）。如此可實行識別該等有色光元件1〇2&至 102d中每一者的一記號調變方案。該矩形脈衝之特性係根 據所需強度定義，該強度值係接收自該色彩控制單元 。該色彩控制單元107控制每一光元件1〇2a至l〇2d的發 光量，以產生該預定目標色點110，其可由使用者給定或 預程式化該單元中。該等光元件1〇2&至1〇2(1之強度調整可 藉由調變脈衝之振幅或作用時間循環或兩者來完成。該色 彩控制單元107之回授係一解調變信號，其係接收自該 CDMA解調變器1〇6。當以該偵測器1〇3偵測及饋送一偵測 #说至該CDMA解調變器106時，該解調變器1〇6依序處理 測得之通量信號，其表示該光源丨〇丨的光輸出。更確切 的說，根據該記號調變方案，該CDMA解調變器將該偵測 信號解調變成該測得之通量信號，並藉由使該測得通量信 號與其個別的記號相互關聯，來擷取來自不同之LED 1〇2& 至102d的貢獻，然後向該色彩控制單元1〇7提供該結果作 為一解調變信號。 該CDMA調變使用一同步系統例示CDMA調變，其中使 用沃爾什哈達馬德碼（Walsh-Hadamard code)。沃爾什哈達 馬德碼為一演算法，其用來產生統計上獨一的數字組，其 用於加密及蜂巢式通信，且係已知為，，偽隨機雜訊碼”，常 用於直接序列展頻（DSSS)系統中，例如：qUALC〇mm的 CDMA，以及用來選擇下一個跳躍之目標頻率的跳頻展頻 (FHSS)系統。由該演算法產生之碼為，，正交，，數學碼。這表 125776.doc -11 - 200850047 示若兩個沃爾什碼經互相關聯，則該結果僅在該兩碼相同 時才可讀。因此，一沃爾什哈達馬德編碼信號對一 cDMA 解調變器而言為隨機雜訊，除非該解調變器使用與用來調 變該傳入信號者相同之記號碼。藉由避免一沃爾什哈達馬 德碼組之所謂的DC碼，即相關於一平均dc信號成分的一 碼’該系統可穩定地不受恆定之周圍光的影響。 在该色彩控制光源101之一具體實施例中，該Cdma調 後：裔之特定編碼方案係基於開關鍵控。開關鍵控（OOK)調 變為調變之一類型，其以載波之存在或不存在表示數位資 料。在其最簡單之形式中，於一特定持續時間内一載波之 存在表示成二進位，而於同樣持續時間内其不存在表 示成二進位”0”，雖然原則上可能使用任何數位編碼系 統。 才曰派給母一光元件之記號調變碼之信號載送係利用開關 鍵控調變每一脈衝的第一部分，如圖2所示。在此顯示保 證所需之照明對該LED提供之驅動信號的兩項範例：丨·對 脈衝之第二部分施加脈衝寬度調變（PWM);及2·對脈衝施 加脈衝振幅調變（PAM)。圖2中，，碼片〇”及”碼片j，，將具不同 之寬度。原則上這將導致在該等lED之光輸出中的一變 動。雖然如此，可使用平衡碼來修正此問題，其意謂提供 相同數目之碼片〇及碼片丨。所以在一碼字内之平均脈衝寬 度恰等於’f碼片〇，，及，，碼片1，，寬度之間的平均值。 本發明之另一具體實施例中，如圖3所說明，該調變方 法為雙相（Bp)調變之一般化，其允許一任意之作用時間 125776.doc -12- 200850047 循環。當該作用時間循環相等於50%時，作用時間循環雙 相（DC-ΒΡ)退化成BP調變。在此例中，具體化包含每一光 元件文指派之個別記號的碼係藉由相應地傳輸，，碼片〇，，及 π碼片1”而在訊號中予以載送。為保證所需之照明，即該 等LEDs之光輸出位準，存在兩種選擇：丨·修正脈衝之作用 時間循環；及2.修正脈衝之振幅。 至於如上所提及之該光感測器103可有不同之類型，例 如一 RGB感測器或一 Χγζ感測器。該rgb感測器可同時偵 測該光之色彩資訊及強度，但色彩資訊係來自三個分離感 測凡件’其典型上具有相當窄的頻寬。該ΧΥΖ感測器建構 以使其具有與肉眼相同的傳輸功能，因此具有較該RGB感 測器高之精確性位準，但其將不會自動分離所測光中來自 個別LEDs的貢獻。 現參考圖4之流程圖，根據本發明控制一光源中色彩產 生之方法的一具體實施例包含如下步驟： 在一預定目標色點之基礎下，決定每一個別LED 102a至 l〇2d之光輸出的一標稱值，步驟4〇ι ; 根據該等光輸出之標稱值，對該LED驅動器l〇9a至109d 設定/調整該等驅動信號，同時對每一個別LED 102a至 l〇2d施加所指定之該CDMA記號調變，步驟402; 债測該光源101之光輸出，並產生一偵測信號，步驟 403 ； 藉由識別每一個別之記號，CDMA調變該偵測信號並擷 取每一個別LED l〇2a至102d之光輸出的實際值，步驟 125776.doc -13- 200850047 404 ； 比較每一個別LED 102a至l〇2d之光輸出的標稱值及每一 個別LED l〇2a至102d之光輸出的實際值，步驟4〇5 ;及 若該等實際值匹配該等標稱值，回到步驟4〇3之該债測 步驟’或 若該等光輸出值之一或多個不匹配，回到步驟4〇2進一 步調整該等個別驅動信號。 以上根據本發明之光源及方法的具體實施例皆已說 明。該等應僅視為非限制性之範例。對於熟習此技術之人 士’在疋義於隨附之申請專利範圍之本發明的範轉内，許 多修正與替代的具體實施例係皆為可能。 應注意的係，為此應用之目的與特別在其隨附之申請專 利範圍中，子詞"包含"並未排除其他元件或步驟，字詞” 一、” 一個”並未排除多數，其本質對於熟習此技術者將 係顯而易見。 【圖式簡單說明】 現將參考以下隨附圖式而更加詳細地說明本發明，其 中： ’、 圖1為根據本發明之一光源（SSL燈）之一具體實施例的一 示意圖； 、圖2顯不根據該光源之另_具體實施例中，使用具有脈 衝寬度調變（PWM)與脈衝振幅調變（pAM)之cdma開關 控調變； 圖3顯不根據該光源之一另_具體實施例中，使用具有 125776.doc -14- 200850047 作用時間循環調變與振幅調變之CDMA雙相（DC-ΒΡ)調 變； 圖4為根據本發明顯示控制一光源中色彩產生之方法之 一具體實施例的步驟之一流程圖。 【主要元件符號說明】 101 色彩控制光源 l〇2a 有色光元件 l〇2b 有色光元件 l〇2c 有色光元件 l〇2d 有色光元件 103 偵測器 104 基板 105 放大器 106 解調變器 107 色彩控制單元 108 調變器 109a 光元件驅動器 l〇9b 光元件驅動器 109c 光元件驅動器 109d 光元件驅動器 110 預定目標色點 125776.doc -15-

Claims (1)

1. 200850047 十、申請專利範圍： 1 · 一種色彩控制光源，其包含·· 複數個有色光元件； -横測器，其用來偵測該光源之光輸出並產生一谓測 信號；及 色心控制單元’其以該偵測信號及該光源之光輸出 的一預定目標色點為基礎向該等光元件產生若干驅動信 號， 其特徵為該光源進一步包含·· -調變器’其進行該等光元件每一者之驅動信號的 個別記號調變；及 一解調變器，其解調變該偵測信號，並藉由識別每 一個別記號來擷取該等光元件每一者之光輸出的每一實 際值； 其中該色彩控制單元包含用來決定每一光元件之光輸 c, 出之標稱值以獲得該目標色點的構件，以及比較該等榻 取實際值及該等標稱值的構件，並且若存在一差異時， 調整該等驅動信號以將該差異最小化。 2·如請求項丨之光源，其中該調變器為_cdma調變器，其 提供該等驅動信號之個別編碼調變。 3.如，月求項！或2之光源，其中該個別f己號調變係基於開關 鍵控及雙相調變中之一者。 4·如請求们之光源’其中該㈣器為―廳感測器、一 χΥΖ感測器及一通量感測器中之一者。 125776.doc 200850047 5· -種控制—光源中之色彩產生之方法，該光源包含複數 個有色光元件，該方法包含： 貞、i 4光源之光輸出並產生一偵測信號；及 偵；貝丨4號及該光源之光輸出的一預定目標色點為 基礎，向該等光元件產生若干驅動信號， 其特徵為·· 该方法進一步包含個別記號調變該等光元件每一者 之驅動信號； 忒偵測包含藉由解調變該偵測信號及識別每一個別 口己唬，以擷取該等光元件每一者之光輸出的每一實際 值；及 该方法進一步包含決定每一光元件之光輸出的標稱 、獲得該目標光點，並比較該等擷取之實際值及該等 標稱值，4 -j— » 及右存在一差異時，調整該等驅動信號以將 該差異最小化。

   如明求項5之方法，其中針對該等光元件每一者之驅動 化號的該個別記號調變係由該等驅動信號之個別編碼之 CDMA調變所組成。 如明求項5或6之方法，其中該個別記號調變係基於 鍵控及雙相調變中之一者。 、用關 如：求項5之方法，其中該光源之光輸出藉由- RGB感 ' XYZ感測器及一通量感測器中之一者來偵測。 125776.doc