专利名称：照明设备和用于控制照明设备的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制照明设备的方法。本发明还涉及包括用于实 现这样一种方法的装置的照明设备。
背景技术：
近来，在提高发光二极管(LED)亮度方面有许多进展。结果， 发光二极管已经变得足够地明亮和便宜，因此可用作例如照明系统和 前后投影显示器中的光源，所述照明系统例如可调节颜色的灯、直视 液晶显示器(LCD)。通过混合不同颜色的发光二极管，可以产生任何数目的颜色，如 白色。可调颜色的照明系统通常是通过使用一系列原色构成的，在一 个例子中，使用的是三原色红、绿、蓝。所产生的光的颜色是由所 用的发光二极管的颜色以及混合比确定的。为了产生"白色"，所有3 个发光二极管都必须导通。发光二极管的控制通常涉及脉冲宽度调制(PWM)，它调节亮度， 因此可以调节发光二极管的混合比。通过控制发光二极管导通和断开 的时间，并且在控制时进行得足够快，发光二极管看起来似乎是连续 地。由于流过整个的电流较少，发光二极管显得不太明亮。但是，使 用脉冲宽度调制控制发光二极管，涉及昂贵的脉冲宽度调制驱动器。 而且，脉沖宽度调制在实施驱动器方面有些麻烦，在没有明显过冲的情 况下需要满足导通和断开的要求，因为过冲在系统中将产生电流尖峰， 因而缩短发光二极管的寿命，而且影响颜色控制的准确性。US 6507159公开了脉冲宽度调制的一种可替换方案，通过使用模 拟正向电流来控制基于RGB (红、绿、蓝)的发光体，该发光体安排 成产生混合光。通过调节提供给发光二极管的电流的幅度，就可能控 制发光二极管的亮度。显然，在用不同的电流密度驱动发光二极管时， 这个驱动方案将导致颜色变化。解决这个问题的方法是测量混合光的 色点，并将其调节到期望的颜色。然而，因为要测量混合颜色，所以需要一个复杂的去巻积电路来获得不同颜色的发光二极管的各个色点。因此，本发明的 一个目的是提供一种改进的方法来控制照明设备， 这种方法基本上克服了现有技术的缺点，同时在成本和制造方便方面 提供进一步的改进。发明内容上述的目的是通过下面的权利要求1定义的用于控制照明设备的方法和根据权利要求7所述的包括用于实现这样一种方法的装置的照 明设备满足的。所附的从属权利要求定义了按照本发明的有益实施例。按照本发明的一个方面，提供用于控制照明设备的方法，所述的 照明设备包括通量检测单元和至少两个不同颜色的光源，所述的方法 包括如下步骤按照预先确定的模式接通和断开每个所述的光源；按 照所述的预先确定的模式在预先确定的时间间隔借助所述的通量检测 单元获取测量值；根据所述的测量值对于每个所述的光源计算色点； 计算所述的色点和对应的参考色点之间的差；和调节所述光源的模拟 电流驱动电平；其中，使所述的差变成最小，以获得期望的颜色。为 使所述的差最小，例如可以使用比例-积分-微分(PID)控制器。"按照预先确定的模式接通和断开，，这一表达意味着，以这样的方 式接通和断开光源实现测量值的简单去巻积是可能的，从而可以计 算不同颜色光源的各个色点。本发明的这个方面为更加准确地校正由于驱动电流、温度、和老 化效应的变化引起的颜色的变化提供了可能性。由于光源是使用模拟 电流驱动电平通过修改电流的幅度进行控制的，而不是脉沖宽度调制 控制，切换要求不那么苛刻，因此控制驱动器可以不那么复杂，其结 果是，照明设备不那么昂贵。按照本发明的方法主要用在测量周期期 间， 一般发生在照明设备期望颜色的开始和改变时。但是测量周期当 然可以发生在照明设备的规则使用期间，但是在这种情况下，测量周 期最好是快速的，因为光源将在测量周期期间立即接通和断开。而且， 按照本发明的控制方法不要求光源的工厂校准，或者不要求知道特定 的批量装箱信息，这明显降低了通常与工厂校准和特定的批量装箱信 息有关的成本，所述的特定的批量装箱信息用于获得与电流或温度有 关的光源特性。优选的是，预先定义的切换模式是顺序切换模式。这就是说，在 获取测量值期间， 一次只接通一个光源。在这种情况下，因为要获得 测量值不需要任何一个去巻积过程，所以对于控制器单元实现这些动 作的要求可能放宽。而且，由于甚窄带的光源(如发光二极管)在一般情况下有一个波长拖尾(wavelengthtail),对于每个不同颜色的光 源，在没有来自其它颜色光源的干扰条件下获得各个测量值，将得到 改进的测量结果。作为顺序切换模式的部分，所有的光源都可能断开， 从而可以得到来自照明设备外部的环境光的测量值，在本发明的一个优选实施例中，通量检测单元包括具有滤光片的 至少一个通量检测器，例如至少一个光电二极管，所述的滤光片适合 于选择性地允许由所述的光源发出的光透射过去。当使用滤光的通量 检测器(filtered flux sensor)时，这里的滤光片在不止一个波长范围 内可透射光，有可能减小实现上述测量所需的检测器数目。这将在成 本方面和制造方便性方面提供改进，因为这样一种检测器在布置包括 在照明设备中的通量检测单元当中可提供更多的自由。例如，在一个 实施方案中，照明设备是一个可调的、颜色可变的照明设备，包括3 个窄带的不同颜色的光源，例如红、绿、蓝色的发光二极管(LED), 并且，通量检测单元包括单个滤光的通量检测器，该检测器适合于选 择性地允许透过红、绿、蓝色光。进一步，在包括4个不同颜色光源 的一个系统中，可以使用涂有"多峰滤光片，，的两个通量检测器，在这 里，在通量检测器上涂敷的滤光片的每一个可以透过由4个光源中的 两个光源发出的光。而且，在通量检测单元中能包括非滤光的通量检 测器。可以与至少一个滤光的通量检测器结合使用这种非滤光的通量 检测器(unfiltered flux sensor )以实现较高的测量精度。优选的是，通量检测器涂以法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉滤光 片。法布里-珀罗干涉滤光片的透射率主要取决于电介质层的厚度和 入射光的角度。如果仔细选择电介质层的厚度，并且与折射率组合， 就有可能在可见光谱内具有多个透射峰。本领域的普通技术人员可以 理解，还可以使用其它类型的干涉滤光片来实现与以上所述相同的结 果。在本发明的一个可替换实施例中，通量检测单元对于每个所述的 不同颜色的光源包括一个滤光的通量检测器。在某些实施方案中，这会是一个优选的解决方案。然而，由于不需要任何复杂的去巻积过程 就可以获得测量值，因此，对于实现这些动作的控制器单元的要求如以上所迷可能就会降低。例如在一个实施方案中，照明设备包括3个 不同颜色的光源(红、绿、蓝)，通量检测单元将包括用于检测"红光" 的一个通量检测器、用于检测"绿光"的一个通量检测器、用于检测"蓝 光"的一个通量检测器。当然，对于每个所述的不同颜色的光源，还可 以使用不止一个通量检测器。在另一个优选实施例中，将色点与对应的参考色点之间的差与预 先确定的阈值电平进行比较，并且重复进行以上所述的方法步骤，一 直到所述的差低于所述的阈值电平时为止。由于本发明是按迭代的方 式实现的，所以有可能让光源在期望的色点稳定下来，例如在用户选 择的色点稳定下来。有益的作法是，通过使所述的差接近0来使所述 的差最小，但是，当然还可能限制迭代的次数为预选的最大值。按照本发明的另一方面，提供一种照明设备，所述的照明设备包 括 一个通量检测单元；至少两个不同颜色的光源；用于按照预先确 定的模式切换每个所述的光源接通和断开的装置；用于按照所述的预 先确定的模式在预先确定的时间间隔从所述的通量检测单元获取测量 值的装置；用于根据所述的测量值计算每个所述的光源的色点的装置； 用于计算所述的色点和对应的参考色点之间的差的装置；和用于调节 所述的光源的模拟电流驱动电平的装置；其中，使所述的差变为最小， 以获得期望的颜色。借助本发明的这个方面，与参照本发明的第一方 面的如上所述的类似的方式，有可能更加准确地校正由于驱动电流、 温度、和老化效应的变化所引起的颜色变化。优选的是，将用户接口连接到照明设备。这将允许用户调节由照 明设备发出的光的颜色，从而发出新的期望的颜色。当调节照明设备 时，最好进行一个新的测量周期以便发出正确的颜色。本发明有益地用作例如一个背光照明系统中(但不限于此)的一 个部件。而且，按照本发明的照明设备可以与显示设备中的显示器一 起使用。当仔细研究所附的权利要求书和下面的描述以后，本发明的其它 特征和优点都将是显而易见的。本领域的普通技术人员知道，本发明 的不同特征可以组合，产生除以下所述的实施例以外的实施例。
下面参照附图更详细描述本发明的这些和其它方面，附图表示的是本发明的当前优选的实施例，其中图1是表示按照本发明当前优选的实施例的一个照明设备的方块图；图2是表示按照本发明的一个实施例的方法步骤的流程图； 图3是表示滤光的通量检测器的光谱响应的曲线图，所述的通量 检测器在可见光谱内有多个透射峰；图4表示使用两个滤光的通量检测器的发光二极管之一的峰值测量；图5表示一个测量周期，这里的照明设备包括3个光源。
具体实施方式
图l是表示按照本发明当前优选的实施例的一个可调照明设备100 的方块图。在这个典型的实施例中，照明设备IOO包括3个发光二极 管光源红色102、绿色103、和蓝色104，每个光源都连接到对应于 驱动电路105、 106、 107。正如本领域的普通技术人员所知，当然可以 使用多于3个不同颜色的光源。而且，还可以使用单个光源或者相同 颜色的一串光源。当照明设备IOO通电时，照明控制电路108将从用户接口 109获取 照明设备100将要发出的期望的颜色，所述的用户接口 109或者通过 有线连接或者通过无线连接与照明控制电路108连接。用户接口 109 可以包括用户输入装置，如按钮和可调控制器，用于产生可由照明控 制电路108读出的信号或电压。这个电压可以是与一个高数字状态和 一个低数字状态对应的数字信号。如果这个电压是模拟电压的形式， 可能使用一个模拟到数字的转换器(A/D),将电压转换成可用的数 字形式。来自A/D的输出以数字信号提供给照明控制电路108，照明 控制电路108可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器、 或者另外的可编程设备。照明控制电路108此外还可以包括专用集成 电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备、或数字信 号处理器。只要照明控制电路108包括一个可编程设备，例如上述的微处理器或微控制器，所述的处理器就可以进一步还包括用于控制可 编程设备操作的计算机可执行代码。照明控制电路108使用本领域中众所周知的技术计算色域和对应 的色点(即白色点)以便得到期望的颜色，并且向每个发光二极管驱 动器105- 107提供与计算的色点对应的驱动信号，发光二极管驱动器 105- 107又为发光二极管102- 104提供模拟驱动电流。与此同时，激 活通量检测单元101，将通量检测单元101安排成来自所有3个发光二 极管的光都将击在所述的通量检测单元101上。照明控制电路108按照预先确定的模式例如如图4所示的顺序模 式(下面对此还要进行比较详细的描述)启动每个发光二极管的接通 和断开。相应地，通量检测单元101将按照上述的预先确定的模式在 预先确定的时间间隔测量由发光二极管发出的光。使用一个A/D转换 器(未示出)将模拟通量信号转换成对应的数字信号，并且以反馈的 形式向后提供给照明控制电路108。对于每个发光二极管，将数字反馈信号转换成对应的色点，并且 与较早计算的色点进行比较。如果差值大于预先确定的阈值，则要相 应地调节提供给发光二极管驱动器105- 107的驱动信号。此外，为使 差值最小，例如可以使用比例-积分-微分(PID)控制器.正如本领 域的普通技术人员所知，在通量检测单元是一个无源部件的情况下， 通量检测单元一直是激活的，并且照明控制电路108将如以上所迷在 预先确定的时间间隔"采样，，通量检测单元101。可以将照明设备100进一步配置成按照迭代的方式实现上述的方 法步骤(即，如以上所述的切换、获取、计算、比较和调节)，以使 测量的色点和期望的色点之间的差值最小，低于阈值。还有可能根据 在调节驱动信号时所用的调节方法的类型将迭代的数目最大化到合适 的数目。在适当的时间间隔重复按照本发明的方法(如每小时1次)，以 补偿环境温度和老化引起的改变。而且，当调节用户接口 109时，要 适当地重复这些方法步骤。在图2中总结了如以上所述的由照明设备 100实现的按照本发明的方法。在典型的实施例中，通量检测单元101包括至少两个通量检测器 Sl、 S2，通量检测器S1、 S2具有适合于选择性地允许发光二极管102-104发出的光透过的滤光片和至少一个非滤光的通量检测器。这种滤 光片的光谱响应如图3所示。第二滤光片的响应相对于第一滤光片略 有移动。有可能组合来自具有略有移动的滤光片的至少两个滤光的通 量检测器Sl和S2的结果，并且计算每个发光二极管102 - 104的峰值 波长。这将通过计算来自第 一 和第二检测器的测量结果之间的比例， 并将这个比例与第二峰值波长进行比较来实现，其中利用先前知道的 第一和第二检测器S1、 S2略有移动的峰值波长。在图4中可以看见对 于发光二极管102- 104之一的有关说明。使用非滤光的通量检测器来 测量环境照明。优选的是，使用法布里-珀罗干涉滤光片。法布里-珀罗干涉滤 光片的透射主要取决于电介质层的厚度和入射光与滤光片表面法线所 成的角度kX = 2ndcos (1)在这里，k是一个整数，表示谐振的阶数，X是透射光的峰值波长，n 是电介质层的折射率，d是电介质层的厚度，0是入射光束和法布里-珀罗标准器具的表面法线之间的角度。如果将电介质层的厚度选择得 足够薄，对于k-1，在可见光谱(380-780纳米)内只有一个透射峰。 但如果将电介质层厚度(与折射率结合)选择得较厚，则在可见光谱 内可能有几个透射峰，如图3所示。这就意味着，如果通量检测单元 101的通量检测器涂以这样一个滤光片，则这个通量检测器就可以作为 红色区(在图3中约为700纳米)中的、绿色区(约为550纳米)中的、 以及蓝色区(约400和460纳米)中的滤光片起作用。通过使用如以上所述的通量检测单元101，并且与按照本发明的方 法相结合，这里的发光二极管102- 104按照预先确定的模式切换成导 通和断开，有可能减小检测器的数目，由此可减小检测器通道的数目。 按照另一种方式，组合多个标准的滤光的通量检测器是可能的，这里 的每个通量检测器的滤光片可调谐成可透过由每种不同颜色的发光二 极管发出的光。例如，如在典型实施例中所示的，这里的照明设备IOO 包括3种不同颜色的光源(红色发光二极管102、绿色发光二极管103、 蓝色发光二极管104)，通量检测单元101将包括用于检测"红光，，的一个通量检测器，用于检测"绿光"的一个通量检测器，和用于检测"蓝光" 的一个通量检测器。现在转到图5，其中表示预先确定的切换模式的一个例子。图5中 所示的切换模式是一个顺序切换模式，在这里，在初始状态tl，所有 的发光二极管102- 104断开。在tl和t2之间的某个时刻，照明控制 电路108将采样通量检测单元101,由此获得有关环境照明的通量信息。 如果需要，可以使用这个环境通量信息调节针对环境照明的随后测量。 正如本领域的读者(addressee)可以理解的，有可能执行每一测量的 多次采样以实现较高的精度。在t2，红色发光二极管102导通，照明 控制电路108采样通量检测单元101。随后，在t3，红色发光二极管 102断开，绿色发光二极管103导通。照明控制电路108再一次地采样 通量检测单元IOI，以获取对于绿色发光二极管103的测量。对于蓝色 发光二极管104重复同样的测量步骤。在此之后，如以上参照图1所 述，照明控制电路108对于每个发光二极管计算色点，将它们与期望 的色点进行比较，并且对于每个发光二极管调节模拟驱动信号，以获 得期望的颜色。应该理解，有可能使用任何其它类型的预先确定的切换模式。例 如，与图5中所示的切换模式相比，有可能使用倒置类型的切换模式， 其中替代断开所有的发光二极管101-104， 一次只断开一个发光二极 管。然后，有可能借助一个方程组计算每个不同颜色的发光二极管的 各个色点。然而，这将需要一个比较复杂的去巻积过程，还需要一个 适合于实现更加复杂的信号处理的照明控制电路108。相对于成本来 说，这会是不期望的，但这会有可能让设计和实施方法确定应该使用 什么类型的预先确定的切换模式。本领域的普通技术人员认识到，本发明决不限于以上所述的优选 实施例。相反，在所附的权利要求书的范围内，许多改进和变化都是 可行的。例如，有可能使用温度传感器来补偿通量检测器的光谱响应 中相对于环境温度变化而发生的改变。而且，用其它类型的光源能有 益地使用本发明，其它类型的光源例如OLED、 PLED、有机发光二极 管、激光器、CCFL、 HCFL、等离子体灯或它们的组合。
权利要求
1、用于控制照明设备(100)的方法，所述的照明设备(100)包括一个通量检测单元(101)和至少两个不同颜色的光源(102、103、104)，所述的方法包括如下步骤-按照预先确定的模式接通和断开每个所述的光源(102、103、104)；-按照所述的预先确定的模式在预先确定的时间间隔借助所述的通量检测单元(101)获取测量值；-根据所述的测量值对于每个所述的光源(102、103、104)计算色点；-计算所述的色点和对应的参考色点之间的差；和-调节所述光源的模拟电流驱动电平；其中，使所述的差变成最小，以获得期望的颜色。
2、 根据权利要求l所述的方法，其中所述的预先确定的切换模 式是顺序切换模式。
3、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中所述的通量 检测单元(101)包括具有滤光片的至少一个通量检测器，所述的滤光 片适合于选择性地允许由所述的光源发出的光透射过去。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中所述的至少一个通量检测 器涂以法布里-珀罗干涉滤光片。
5、 根据权利要求1和2中任何一个所述的方法，其中所述的通 量检测单元(101)对于每个所述的不同颜色的光源都包括一个滤光的 通量检测器。
6、 根据前述权利要求中任何一个所述的方法，所述的方法进一步 还包括如下步骤-比较所述的差值与预先确定的阈值；以及 画重复在权利要求l中所述的步骤，一直到所述的差值小于所述的 阈值电平。
7、 一种照明设备(100)，所述的照明设备包括 隱 一个通量检测单元(101);-至少两个不同颜色的光源(102、 103、 104);-用于按照一个预先确定的模式(108)切换每个所迷的光源接通和断开的装置；-用于按照所述的预先确定的模式在预先确定的时间间隔从所述 的通量检测单元(101)获取测量值(108)的装置；-用于根据所迷的测量值对于每个所述的光源(102、 103、 104) 计算色点(108)的装置；-用于计算所述的色点和对应的参考色点(108)之间的差值的装 置；以及陽用于调节所述的光源(102、 103、 104 )的模拟电流驱动电平(108 ) 的装置，使所述的差变成最小，以获得期望的颜色。
8、 根据权利要求7所述的照明设备(100),其中所述的照明 设备(100)进一步包括一个用户接口 (109)，用于允许用户选择所 述的期望颜色。
9、 根据权利要求7或8中任何一个所述的照明设备(100)，其 中-.所述的预先确定的切换模式是一个顺序切换模式。
10、 根据权利要求7、 8、或9中任何一个所述的照明设备(100)， 其中所述的通量检测单元(101)包括具有滤光片的至少一个通量检 测器，所述的滤光片适合于选择性地允许由所述的光源发出的光透过。
11、 根据权利要求10所述的照明设备，其中所述的至少一个通 量检测器涂以法布里-珀罗干涉滤光片。
12、 一种背光照明系统，包括一个根据权利要求7-11中任何一 个所述的照明设备(100)。
13、 一种显示设备，包括一个显示器和根据权利要求7-11中任 何一个所述的照明设备(100)。
全文摘要
本发明涉及用于控制照明设备(100)的方法，所述的照明设备(100)包括一个通量检测单元(101)和至少两个不同颜色的光源(102、103、104)，所述的方法包括如下步骤按照预先确定的模式接通和断开每个所述的光源；按照所述的预先确定的模式在预先确定的时间间隔借助所述的通量检测单元获取测量值；根据所述的测量值对于每个所述的光源计算色点；计算所述的色点和对应的参考色点之间的差；以及调节所述光源的模拟电流驱动电平；其中，使所述的差变成最小，以获得期望的颜色。本发明提供以比较准确的方式校正由于驱动电流温度、和老化效应的变化引起的颜色的变化的可能性。而且，按照本发明的控制方法不需要工厂校准，不需要知道特定批量的装箱信息，就可以获得光源的有关电流或温度的特性，因此明显地降低了通常有关工厂校准和特定批量的装箱信息的成本。另外，本发明还涉及照明设备(100)，该照明设备(100)包含用于实现这样一种方法的装置。
文档编号H05B33/02GK101331798SQ200680047272
公开日2008年12月24日 申请日期2006年12月7日 优先权日2005年12月16日
发明者C·马蒂尼, E·J·梅杰, M·温特, P·阿姆布罗休森, V·舒尔茨 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司