专利名称：光源和用于优化光源照明特性的方法
技术领域：
本发明涉及发光领域，且尤其涉及光源和用于优化光源照明特性 的方法、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
背景技术：
诸如固态半导体和有机发光二极管(LED)之类的发光装置的光 通量的发展和改进中的进步使得这些装置适用于包括建筑、娱乐和道 路照明的通用照明应用。和诸如白炽、荧光和高强度放电灯之类的光 源相比，发光二极管变得越来越有竟争力。
具体而言，已经提出了某些通用目的LED基光源来提供具有与当 前使用的通用目的光源可比拟的好的显色性能。例如，已经开发了某 些类型的涂敷了磷光剂的LED (pcLED)以提供相当好的白光光源， 其中来自LED的发射引起磷光涂层的发射，且有时与来自磷光涂层的 发射相组合以产生白光。
一般地，也公开了通过组合至少三个LED的发射以提供白光的其 他的LED基光源，该至少三个LED的波长经过专门的选择以优化公 开的光源的显色指数(CRI)。例如，在Doughty等人于1998年12月 22日发布的关于发光二极管白光光源的美国专利No.5，851，063中，公 开了一种至少三个多色LED的系统，该系统通过每个LED的波长的 适当选择获得优化的CRI。由于其优化的CRI，公开的系统被认为可 用于通用照明目的。在美国专利No.7，008,078和6,817,735中，公开了 一种包括4种不同类型的LED的光源，这4种LED光源分别是蓝色 LED、蓝绿LED、桔色LED和红色LED,它们每一个分别发射预定 范围选择波长内的光，以提供高的功效和高的显色性能。
已经公开了包括反馈系统的其他LED基光源，使得作为反馈信号 的功能，这些光源能够调节光源的LED的输出，以基本维持所需的输 出。例如，与光源输出颜色、强度或操作温度相关的反馈信号用于调 节光源的输出，以基本维持预设的操作条件。这些光源的示例在美国 专利No.6，411,046、美国专利申请No.2005/0237733、 2005/016586和2004/0211888以及国际申请WO 2004/025998和WO 2004/100611中提供。
然而，仍需要解决某些挑战以使得当前和未来的LED技术适用于 通用照明应用。例如，为使通用目的LED基光源可与当前可得的通用 光源竟争并最终超越后者，必须发展技术以经由优化的驱动参数改善 和优选地优化这种LED基装置的通用照明特性。即，尽管已经公开了 基于LED的技术以通过选择导致这种优化的特定LED波长来优化 LED基光源的CRI，但这些波长优化技术一般仅适用于指定的相关的 色温(CCT)，且实际上，可能导致与制造这些优化光源所需的重新分 级(binning)排序相关的成本问题。于是，对使用当前可得的LED和 /或其他这种发光元件的光源解决方案或同样对使用新研发的发光元件 的光源解决方案存在这样的需要一一这些解决方案不仅改善和/或优化 这些光源的CRI，还可选地改善和/或优化这些装置的其他选择的照明 特性，诸如，色彩品质等级(CQS)、发光功效和/或输出功率。
提供这些背景信息以公开申请人认为可能与本发明相关的信息。 不言自明，上述信息不应理解为组成与本发明相反的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种光源和用于优化光源照明特性的方法。 根据本发明的一个方面，提供一种光源，包括四个或更多的发光元 件，其中每一个发光元件具有相应的发射光谱；选择模块，用于选择 光源将被优化的一个或多个照明特性；计算模块，用于从每个所述相 应发射光谱指示的值计算用于驱动所述光源的优化的驱动参数，以基 本上获得所述所选的一个或多个照明特性；以及驱动模块，用于根据 所述优化的驱动参数驱动所述四个或更多的发光元件中的每一个发光 元件。
根据本发明的另一方面，提供一种用于根据优化光源的一个或多 个照明特性的驱动参数驱动该光源的方法，该光源包括每个都具有相 应发射光谱的四个或更多的发光元件，该方法包括为所述四个或更 多的发光元件中每一个发光元件识别指示其相应发射光谱的一个或多 个值；选择所述光源将被优化的一个或多个照明特性；使用每个所述 一个或多个值，计算优化所述所选的一个或多个照明特性的驱动参数；
7以及根据所述计算的驱动参数驱动所述光源。
根据本发明的另一方面，提供一种嵌入了指令的计算机可读存储 介质，该指令用于根据下面的方法操作计算模块以确定用于优化光源 的一个或多个所选照明特性的驱动参数，该光源包括每一个均具有相
应的发射光谱的四个或更多的发光元件，该方法为对于所述四个或 更多的发光元件中每一个发光元件，接收指示相应发射光谱的一个或 多个值作为输入；接收所述一个或多个选择的照明特性作为选择输入； 从每个所述一个或多个指示值和所述选择输入计算优化所选一个或多 个照明特性的驱动参数；以及输出所述计算的驱动参数，以用于根据 所选的一个或多个照明特性驱动所述光源。
图1是根据本发明的一个实施例的RAGB光源的示意表达。
图2是根据本发明的一个实施例的控制面板的正视图，该控制面 板可操作地耦合到光源以提供可选的用户接口 ，该用户接口用于交互 地控制光源的一个或多个照明特性的优化。
图3是说明根据本发明的一个实施例的用于优化光源的一个或多 个照明特性的计算装置所示意性执行的方法步骤的高级流程图。
图4是RAGB光源的非优化照明特性和驱动参数的图示。
图5是根据本发明的一个实施例判断的用以提供优化的输出功率 的RAGB光源的照明特性和驱动参数的图示。
图6是根据本发明的一个实施例判断的用以提供优化的CRI的 RAGB光源的照明特性和驱动参数的图示。
图7是根据本发明的一个实施例判断的用以同时提供优化的CRI 和发光功效的RAGB光源的照明特性和驱动参数的图示。
具体实施例方式
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术语"发光元件"用于定义当通过在其上应用电势差或使得电流流 经它而被激励时，在一个区域或者在例如可见区域、红外和/或紫外区 域的电磁谱区域的组合中发射射线的装置。因此，发光元件可以具有 单色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。发光元件的示例包括半导
8体、有机或聚合体/聚合的发光二极管、光学泵浦磷光涂层发光二极管、 光学泵浦纳米晶体发光二极管或本领域技术人员容易理解的其他类似 的装置。而且，术语发光元件用于定义发射射线的特定装置，例如，
LED芯片，且可以等同地用于定义发射射线的特定装置与放置该特定 装置或多个装置的外壳或封装的组合。
术语"照明特性"用于定义可以经由本发明的实施例优化的给定光 源的特性。这些照明特性可以包括但不限于，给定光源的显色指数 (CRI)、色彩质量等级(CQS)、功率输出、色度和发光功效。当参考 下面的公开内容时，其他的这种照明特性对于本领域技术人员而言是 显而易见的，因而不应被认为是本发明的一般范围和本质的偏离。应 当理解，如此处根据本发明的不同实施例更详细定义的，可以使用任 意合适的数学的、分析的、数值的、定量和/或定性的定义限定上述示 例性照明特性，而不偏离本公开的一般范围和本质。
术语"驱动参数"用于定义用于驱动、操作和/或控制给定光源而限 定的任意参数和/或属性。使用本发明的各种实施例，这些"驱动参数" 可以被确定和/或设置以优化给定光源的一个或多个照明特性。这些驱 动参数可以包括但不限于包括在给定光源中的发光元件的占空比、这 些发光元件的相对强度、用于驱动发光元件的(多个)电流、驱动机 制的类型(例如，脉冲宽度调制、脉冲编码调制等)及其参数、操作 或结温等。当参考下面的公开内容时，其它这些驱动参数对于本领域 技术人员而言是显而易见的，且因而不应被理解为偏离了本公开的一 般范围和本质。
当在此使用时，术语"约"表示距离标定值的+/-10%的偏离。应当 理解，不论是否被具体引用，这种变化总是被包括在此处提供的任意 给定值中。
除非明确定义，此处使用的所有技术和科学术语具有本发明所属 领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明提供一种光源以及用于优化光源一个或多个照明特性的方 法、计算机可读存储介质和计算机程序产品。具体而言，本发明提供 包括四个或更多发光元件的光源或其分组、群集或阵列，每个发光元 件具有相应的发射光谱，这些相应的发射光谱然后根据给定的强度比 例组合，以特定色温提供照明。根据本发明的一个实施例，光源可以包括如上所述用于选择将被优化的一个或多个照明特性的内部和/或外部选择模块(例如，开关、按钮、滑片或滚动条、控制杆和其他这种物理选择模块、硬连接
(hardwired)的开关、软件应用程序/图形用户界面选择模块、固件模块、硬件模块和/或其他这种选择装置)，以及也如上所述用于优化光源的驱动参数的内部和/或外部计算模块(例如，处理器、计算平台、通信链接的个人电脑和/或PDA、远程控制平台和/或其他这种计算装置)，以提供所选的一个或多个优化的照明特性。
在一个实施例中，使用本发明的方法、计算机可读存储介质和/或计算机程序产品的实施例，光源可以被硬连接和/或预配置以根据选择的预定驱动参数操作，以优化光源的一个或多个预选的照明特性。
如本领域中已知的，对于诸如泛光灯之类的由红色、绿色和蓝色发光元件(例如LED)组成的光源，存在将给出特定色温的发光元件的唯一组合。于是，对于包括三个发光元件的系统，每个这种元件的相对强度不被优化，而是给出确定的解。
与此相对照，在包括至少四个发光元件的光源或其分组、群集或阵列中，每个发光元件具有相应的发射光谱，对于给定色温的至少四个发光元件之间的强度比的判断是无定解问题，且因而具有多个解。例如，对于包括一个或多个红色发光元件(R)、 一个或多个琥珀色发光元件(A)、 一个或多个绿色发光元件(G)以及一个或多个蓝色发光元件(B)的光源，对于给定色温，R:A:G:B比例是无定解问题。因此，依赖于更适于使用光源的应用的(多个)照明特性，这些解中某一些解提供比其他解更好的照明特性。
出于下面的讨论的目的，将参考包括红色、琥珀色、绿色和蓝色发光元件的光源(即RAGB光源)描述示例。应当意识到，在这里也可以考虑其他颜色组合而不偏离本公开的一般范围和本质，因为如上围内。
本发明的一个方面提供用于优化给定光源的驱动参数的方法、计算机可读存储介质和计算机程序产品，该光源包括四个或更多发光元件的光源或其分组、群集或阵列，以优化最适合用于使用给定光源的应用的一个或多个照明特性。
10在一个实施例中，驱动参数被确定以优化一个照明特性。 在一个实施例中，驱动参数被确定以同时优化两个照明特性。 在一个实施例中，向光源的用户提供用于选择驱动参数优化哪个 照明特性的选项。其他的这种实施例对于本领域技术人员而言是显而 易见的，因而并不意味着偏离了本公开的一般范围和本质。
如下面更详细描述的，可以在这种优化中平衡的照明特性可以包
括但不限于仅作为几个例子的显色指数(CRI)、色彩质量等级(CQS)、 总输出(适光)功率和发光功效等。在本发明的一个实施例中，CRI 和发光功效被分配以相对权重，且给定光源的R:A:G:B平衡根据该权 重而优化。在一个实施例中，考虑光源的总输出(适光)功率和色彩 质量等级(CQS)值。在一个实施例中，CRI、 CQS、功效和输出功率 都被考虑，或备选地，选择性地考虑为分别分配给每个这些特性的权 重的函数。其他的这种实施例和备选实施例对于本领域技术人员而言 是显而易见的。即，当参考下面的描述时，本领域技术人员将理解， 可以认为涉及上述和其他这种照明特性组合的优化的各种方案不偏离 本公开的一般范围和本质。例如，在一个实施例中， 一个或多个照明 特性被独立优化，而在另一实施例中，各个照明特性被同时优化。
另外，由于对于大量当前可用的发光元件而言共同的高热敏度， 发光元件强度的优化平衡一般随着温度变化。例如，如下面进一步讨 论的，当其基板被加热时，AlInGaPLED的输出功率将一般急剧下降， 使得用于在25。C操作这些LED的系统所确定的解决方案与用于在 95。C操作的相同系统的解决方案不同。因此，为了使用这种LED维持 基本恒定的输出，例如，其占空比一般随着系统的操作温度的增加而 增加。因此，在本发明的一个实施例中，温度对发光元件性能的影响 包括在优化程序中，使得用于给定系统的解决方案根据该系统的实际 的或预期的操作温度而优化。
本领域技术人员应当理解，上面的描述不限于RAGB系统。可以 直接将其应用于包含不同颜色发光元件的各种组合的系统，该发光元 件可以包括四个或更多的不同发光元件或其分组、群集或阵列。
参考图1和2,现在将描述一般使用数字IO参考且根据本发明的
ii一个实施例的光源。光源IO—般包括至少四个发光元件，如元件12、14、 16和18，它们被配置以根据相应发射光谱发射相应颜色的光(例如，红色、琥珀色、绿色和蓝色-RAGB)。例如，给定发光元件的发射光谱可以通过峰值发射波长、典型带宽(例如全宽或在半峰宽等)等的任意组合定义。应当理解，尽管示出光源10包括不同颜色的四个分立的发光元件，但也可以考虑这种元件的各种组合、配置、聚结、分组和/或阵列而不偏离本>^开的一般范围和本质。
光源10还示意性地包括外壳20和灯座单元22(baseunit)，通过该外壳20可以投射发光元件12、 14、 16、 18的组合输出，且该灯座单元22被调适以操作地耦合到内部和/或外部电源24。可以包括但不限于图形用户界面、物理硬连接开关装置、电开关装置等任意组合的可选的用户接口 26也可用于选择地操作和定制光源10的一个或多个照明特性的优化。
如对本领域技术人员来说显而易见的，图1中示出的光源10仅作为示例提供。可以考虑各种光学和/或操作配置而不偏离本公开的一般范围和本质。例如，如上面陈述和下面进一步详细描述的，尽管在该图中仅示出了四个发光元件12、 14、 16和18，但在给定光源10中可以组合不同数目的发光元件和/或发光元件的组合以提供优化的照明特性。即，如上所述，光源IO可以包括任意位置的四个独立的发光元件，或者用于每个所选颜色的这种元件的一个或多个阵列(例如，红色发
光元件阵列、琥珀色发光元件阵列、绿色发光元件阵列以及蓝色发光元件阵列等)，即，任意组合和/或空间配置。而且，外壳20可以包括
任意数目的光学和/或非光学组件以提供各种光学效果。这些组件可以包括但不限于以不同组合使用以提供所需效果的一个或多个反射表面、透镜、散射体等。
灯座单元22 —般提供用于驱动和/或控制光源10的驱动模块(例如，电路、硬件、固件、软件等)。即，如下面进一步讨论的，灯座单元22可以被配置以根据确定的驱动参数驱动发光元件12、 14、 16和18优化一个或多个所选的照明特性。如本领域技术人员所理解的，这种驱动和/或控制装置可以包括但不限于硬件、固件、软件和/或固定和/或可变控制电路的组合。如图1所示，如图所示被电源24供电的该灯座单元可以封装在与光源10集成的单个模块中，或以与光源10可操作连接的单独模块提供。备选地，驱动和/或控制装置/模块(例如，电 路、软件、硬件、固件和/或其他这样的控制器/驱动器)可以分布在集
成灯座单元(如单元22中)和外部控制单元(未示出)之间。
一般而言，灯座单元22可以被配置以根据预编程到光源10的优 化参数或可选地被其用户或程序员改变的优化参数来操作光源10。例 如，在一个实施例中，光源10的灯座单元22被预配置以根据被确定 以优化光源IO的一个或多个预选照明特性的预定驱动参数操作。在该 实施例中，优化的驱动参数在光源IO的制作过程中定义，且可以被硬 连接或预编程以产生一个或多个预选的优化照明参数。
在一个实施例中，光源可以经由可选的用户接口 26可操作，该用 户接口 26被配置以提供其用户控制，通过该用户控制，照明特性被优 化。图2示出了根据本发明的一个实施例的控制面板28,其中该控制 面板用作用户接口 26。例如可以经由集成到光源IO的固件用来实施一 个或多个所选照明特性优化的该面板28提供例如包括滑动条30和选 择开关32和34的选择模块，用于选择光源10将被优^匕所需的照明特 性。显示器，如在显示器36中，也示意性地提供用于显示表示从所选 优化得出的光源IO的各种照明特性的值。
本领域技术人员应当理解，对于上述和其他本发明的实施例中任 意一个，可以考虑各种其他类型的用户输入和/或接口，而不偏离本公 开的一般范围和本质。例如，在制造过程中在光源10内硬连接优化驱 动参数的实施例中，可以向光源设计者和/或制造者提供用户接口以根 据为优化而预选的一个或多个照明特性来优化每个项或每一批相似 项。该接口然后可以同样硬连接到设计和/或制造系统，该设计和/或制 造系统运行计算机程序产品的实施例或包括本发明的计算机可读存储 介质，或与该计算机程序产品或计算机可读存储介质的独立操作的实 施例相结合地提供。下面将参考图3至7进一步提供关于这些实施例 的操作、使用和输出的进一步的细节。
如上所述，本发明提供光源的一个或多个照明特性的优化。例如， 如在图1的光源10中，包括至少四个发光元件，如元件12、 14、 16 和18(例如，RAGB泛光灯)。如上所述，下面为可以根据本发明的各
13个实施例而优化的光源定义了大量的照明特性。本领域技术人员应当理解可以考虑其他的这些照明特性来进行优化而不偏离本公开的 一般范围和本质。
虛悉潜炎fc/^,是光源呈现色彩的良好程度的测量。在一个实施例中，对于给定光源，它通过此处引用其全部内容作为参考的国际发
光照明委员会(CIE) 13.3， 1995定义的细节计算。
具体而言，本技术中已知的这些手册基于测试对象或样品的所得颜色偏移提供测量和规定光源的显色属性的方法。 一般而言，尽管此处考虑八(8)个测试颜色样品，但依赖于使用光源的应用，可以使用十四(14)个或更多的测试颜色样品。
一般而言，根据这些手册计算的CRI比较当经历测试光源和具有与测试光源的色度相近色度的参考光源时测试颜色样品的色差。在本发明的各个实施例中，使用测试和参考光源的已知的、计算的(例如，插值的、模拟的、外推的等)和/或测量的照明特性，可以使用很多数值、数学和/或实验方法计算这种比较。例如，当测试光源的显色特性与参考光源的那些显色特性相近时，显色指数CRI接近最大值一百(100)。而且，例如，当测试光源的显色特性明显不同于参考光源的显色特性时，显色指数CRI将下降到最小值零(0)。
发'^^放&J是可见光谱中光源的效率的测量，它一般如下计算
其中"c。"^是特定发光元件或其分组、群集或阵列的占空比，且其中^。,。"W是特定发光元件、分组、或阵列的发光功效。例如，颜色l至4被选择以包括红色、琥珀色、绿色和蓝色，其中，这些颜色中每一种颜色的发光元件的占空比和发光功效用在光源发光功效的计算中。备选地，颜色1至4可以包括其他颜色组合，它们可以包括红色、桔色、绿色、蓝色和/或靛色的各种颜色深浅以及各种类型的白色发光元件。本领域技术人员应当理解，上面列出的颜色表示示例且可以根据用于给定光源的特定发光元件而变化，如上所述，发光元件的总数不限于4。输出功率(尸。",)是光度输出功率的测量，在一个实施例，其被定
义为
J380nm
其中A:是常数，57^(^)是光源的光谱，且K(^是此处引用其全部 内容作为参考的CIE 15.2，表2.1， 1996定义的人眼响应曲线。如技术 人员所已知的，A:典型地为约683 lm/W，然而当仅考虑相对功率时该 值一般并不重要。
一般而言，给定光源的净光谱5^/YW—般可以通过每个LED的光 谱的总和定义，即，对于具有四个发光元件的光源， ^尸"C-^SP/VKy尸ZVKSP2^+5PZ^。此外，如上所述，给定光源中的发光 元件总数不必限制为4，在任意情况下，净光谱被定义为发光元件中每 一个发光元件的所有独立谱的总和。
在一个实施例中，如此处引用其全部内容作为参考的Ohno， Y.， "Toward an Improved Colour Rendering Metric" SPIE 2005中描述的， 假设每个光谱SPDi可以合理地如下近似
卿,丫;i,;i。，；i!/〕丄lV;i,;i。，；i^/〕+2g5f;i，；i。，；i』 (6)
其中
g( H义i
=g
(w) .
(7)
其中义是波长，义0是峰值波长，义M是半峰宽(FWHM )且/0是 强度。如上所述，为了获得给定光源的净光谱，使用用于每个相应发 光元件的相应参数义。和^/2来相加光谱SPDi，这些相应参数可以针对 每个发光元件或其分组、群集或阵列实验性得出，或者从这种发光元
15件的制造者获得，且由此一般指示提供的每个发光元件的相当精确的值。
^糸〕资量爭焱fC^S^是类似于当前在美国国家标准技术研究院(NIST)发展的CRI的测量。然而，不像CRI， CQS表示测量总的光的质量，而不仅仅是色保真度。怎样计算CQS的细节在此处引用其全部内容作为参考的Ohno， Y.， "Toward an Improved Colour RenderingMetric" SPIE 2005中描述。用于给定光源的CQS的计算容易,皮本领域技术人员实现，且在本语境中可以代替显色指数计算或作为显色指数计算的补充而同样应用。
，裙银橫^W遂举々炎'^用于优化的大多数现有方法与最小化相关。该工作中描述的问题是一种最大化(例如，最大化的C及J、 " P。w、 Cg^等)。为简单起见，因而，改写加权照明特性目标函数的最小值例如表达为
/(U二-Z(。,c,， (3)
其中JC,代表相应的照明特性，且(7;代表与其相关的相应优化权
在一个实施例中，加权照明特性目标函数表达为
卩 rr 、％
/(0 /,勿)=-(J,Ci /2 ( 4 )
、 Ax少J
其中q是每个值的加权参数，且其中
~ = x。)2少o)2 (5)
其中fx，力是光源的色度坐标，且(^，J;"是所需的色度坐标。
在一个实施例中，.上述优化程序确定发光元件的最佳强度比。可以通过选择优化的驱动参数(诸如每个发光元件的占空比、每个发光 元件的驱动幅度等)且根据这些优化的驱动参数操作光源实施这种优 化。如对本领域技术人员来说显而易见的，也可以考虑诸如用于驱动 发光元件的(多个)电流、驱动机制的类型(例如，脉冲宽度调制、 脉冲编码调制等)及其参数、操作或结温等之类的其他驱动参数以进 行优化。
因为该方法和算法可以优化多于一个的特性，权重(或重要级别)
一般被分配给每个特性(例如，0 /， s、 JjcjO。可以以4艮多方式确定 这些加权参数ff,-: (a )试误法；
(b) 选择w和q，从而给予c及/和f相同的权重，且对于z/xj;X) (或者对于Jxj^与光源的色度需求相关的某一容差)选择。>>(^+<7"，
且对于其他条件选择q = 0;
(c) 根据它们感觉的重要性选择C/"々的任意权重，且依照选项 (b)选择。；
(d) 选择。=1， q = 0且依照选项(b)选择"3以仅优化c及/;
(e) 选择。=0， 。 = 1且依照选项(b)选择&以仅优化e。 在一个实施例中，还可以对输出功率尸。 ,和/或CgS执行最大化。
因此，等式(4)可以修改如下
CT 、
(6)
为了避免等式(6)的无意义解，加权参数q将被审慎地选择。例
如， 一般设置。=0或<75 = 0，从而不同时优化c及/和qgs。同样地，
还一般地，设置(72-0或<73 = 0，从而不同时优化￡和/ 。 ,。
为了最小化丌c及/,&zix力或yrci /，&A^,尸。w,c^^，在一个实施例
中，使用如Lagarias J" Reeds J" Wright M.和Wright P" "Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Method in Low Dimensions", SIAM Journal of Optimisation, 9(1)， 1998中指出的Nelder-Mead单纯 性方法，此处引用该文献的全部内容作为参考。可以使用Matlab子程 序或任意其他这种数学建模软件和/或硬件实施该方法。
17Nelder-Mead单纯性方法一般与无定解问题一起使用。然而，存在关于该问题的很多限制，使得目标必须经过修正，以对于限制之外的值接近零。例如，每个发光元件必须具有正强度和1至100%之间的占空比。其他这些限制对本领域技术人员而言是显而易见的。
另外，在高温时可能尤其需要强调每个发光元件的功率级(一般以毫瓦或流明表达)之间的差异。例如，如上所述，用于制造红色和琥珀色LED的AlGalnP半导体的输出功率在高温明显减小。因此，在一个实施例中，上述优化方法被配置以得出仅限定可得功率级的解决方案。例如，优化方法可以被配置以在光源的投射的操作温度考虑每个发光元件的强度。
在本发明的各个实施例中可以考虑的其他影响可以包括但不限于仅作为例子的光谱扩展、峰值波长偏移和正向电压变化等。这些类别的变化可能影响优化解决方案所需的相对强度，于是可以在上述模型中考虑。
如对本领域技术人员来说显而易见的，其他的基于微商的算法，诸如最速下降算法，也可用于提供类似的结果。例如，若干其他的基于微商的优化方法也可以用于评估目标函数(等式(3 )、 ( 4 )和/或(6 ))。这些方法可能偶尔比这里提出的Nelder-Mead方法更加有效，但是需要微商的数值近似。这种近似在远离评估点的点处可能是不精确的。不过它们可用于提供类似的结果。
参考图3，如上所述且根据本发明的实施例的用于优化光源照明特性的方法100可以示例性描述如下。在第一步骤102中，在计算装置等(如在装置104)中键入或存储输入值。这些输入值可以包括但不限于包括在光源10中的每个发光元件或其分组、群集或阵列的峰值发射波长(例如，义。)、峰值宽度(例如义M)、热衰减和输出功率参数的任意组合。
不论是否在各种配置和/或组合中与每个发光元件单独相关，或与光源IO整体相关，与光源10的一般显色和/或质量属性相关的参数以及与任意参考和/或测试光源相关的属性可以被存储在装置104中以用于上述各种优化计算。例如，预定显色和/或质量函数可以被存储，以
18使用各个发光元件和/或组合光源10的各种已知和/或测量的输出参数， 计算光源IO的各种照明特性(例如，从样品、测试和/或批数据直接计
算、插值和/或外推，从光学/电学反馈测量的迭代计算等)。其他的这 种输入参数对于本领域技术人员而言是显而易见的。
在步骤106，该方法的用户(例如光源设计者、制造者、用户等) 选捧驱动参数将被优化的一个或多个照明特性。如上所述，这可以经
由交互耦合到硬件、软件、固件和/或其组合的任意类型的用户接口 (例 如，图形用户接口、电子面板接口、物理开关等和/或其组合)(在图3 中示意性示出为计算装置104)实施。
一旦经由步骤102和106鍵入了输入值和选择，在步骤108,如上 所述，计算装置106计算优化所选照明参数的光源的驱动参数。然后 在步骤110，这些参数被输出且在步骤112可选地可视地提供给用户(如 图2和5至7所示)，或在计算装置104操作地与光源耦合的情况下， 在步骤114可选地直接用于控制光源的输出。
例如，在一个实施例中，包括在给定光源中的发光元件的相对强 度经由脉冲宽度调制器(PWM)或其他类似的驱动技术被转换成使用 的占空比，以驱动给定光源以提供所选的优化照明特性。直接驱动优 化的其他示例对于本领域技术人员而言是显见的，因此，不应被认为 偏离了本公开的一般范围和本质。
现在将参考特定示例描述本发明。应当理解下面的示例旨在描述 本发明的实施例而并不旨在以任意方式限制本发明。
示例 示例1:
图4提供了 RAGB光源的照明特性和驱动参数的图示。在该示例 中，光源没有根据本发明的实施例而优化，于是不提供任意优化的照 明特性。 示例2:
图5提供了 RAGB光源的照明特性和驱动参数的图示。在该示例 中，根据本发明的实施例，优化了光源的驱动参数(例如，占空比)， 以提供优化的输出功率(即，在等式(6)中。=。=(75 = 0， ^=1)。 结果是在约80。C的操作温度和约3500 k的色温获得的。示例3:
图6提供了 RAGB光源的照明特性和驱动参数的图示。在该示例中，根据本发明的实施例，优化了光源的驱动参数(例如，占空比)，以提供优化的CRI (即，在等式(6)中。=1，且。-~ = <75 = 0)。结果是在约80。C的操作温度和约3500 k的色温获得的。示例4:
图7提供了 RAGB光源的照明特性和驱动参数的图示。在该示例中，根据本发明的实施例，优化了光源的驱动参数(例如，占空比)，以同时提供优化的CRI和发光功效(即，在等式(6)中<7/ =。且~=<75 = 0))。结果是在约卯。C的操作温度和约4000k的色温获得的。示例5:
如上所述，图2提供了根据本发明的一个实施例的控制面板28的正视图，其中该控制面板可以与RGAB光源(如图1的光源IO)耦合，以提供用于交互地控制光源的一个或多个照明特性的优化的可选用户接口。在该示例中，分别设置选择开关32和34，以提供光源的CQS和功效的可变优化，而滑动条30被定位，从而为CQS提供比功效更高的可变大小的权重。显示装置36提供通过用户选择的优化权重确立的光源照明特性的读出。
本发明的上述实施例是示例性的且可以以^f艮多方式变化。这些当前或未来的变型并不被认为是本发明的精神和范围的偏离，且对于本领域技术人员而言，显而易见的是，所有这些修改旨在被包括在下面的权利要求的范围内。
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权利要求
1. 一种光源，包括四个或更多的发光元件，其中每一个发光元件具有相应的发射光谱；选择模块，用于选择光源将被优化的一个或多个照明特性；计算模块，用于从每个所述相应发射光谱指示的值计算用于驱动所述光源的优化的驱动参数，以基本上获得所述所选的一个或多个照明特性；以及驱动模块，用于根据所述优化的驱动参数驱动所述四个或更多的发光元件中的每一个发光元件。
2. 根据权利要求l所述的光源，其中所述照明特性选自包括所述光源的CRI、 CQS、发光功效和输出功率的组。
3. 根据权利要求l所述的光源，所述选择模块被配置以关联相应的优化权重与两个或更多所述照明特性，其中当计算所述优化的驱动参数时，每个所述相应优化权重被所述计算模块使用。
4. 根据权利要求3所述的光源，其中每个所述相应优化权重范围基本为0至1。
5. 根据权利要求3所述的光源，其中用于所述照明特性中给定一个照明特性的所述相应优化权重的选择自动地根据预定关系，选择用于所述照明特性中另 一个照明特性的所述相应优化权重。
6. 根据权利要求5所述的光源，其中用于所述照明特性中给定一个照明特性的所述相应优化权重和用于所迷照明特性中另一个照明特性的所述相应优化权重相加为1。
7. 根据权利要求3所述的光源，其中所述照明特性中所述给定一个照明特性和所述另一个照明特性分别选自包括所述光源的CRI和CQS以及所述光源的发光功效和输出功率的组。
8. 根据权利要求l所述的光源，其中所述驱动参数选自包括输出强度、相对输出强度、驱动电流、相对驱动电流、占空比、相对占空比以及驱动信号调制参数的组。
9. 根据权利要求l所述的光源，其中所述选择模块选自包括一个或多个硬连接的选择模块、 一个或多个物理选择模块、 一个或多个软件选择模块、 一个或多个固件选择模块及它们的组合的组。
10. 根据权利要求1所述的光源，其中所述选择模块包括用户接口，该用户接口使得用户能够选择所述光源将被优化的所述一个或多个照明特性。
11. 根据权利要求1所述的光源，还包括反馈模块，该反馈模块可操作地耦合到所述计算模块，用于向所述计算模块提供指示所述光源的一个或多个操作特性的反馈信号，其中所述计算模块还被配置以说明所述一个或多个操作特性并相应地调节所述优化的驱动参数。
12. 根据权利要求1所述的光源，所述发光元件中的每一个发光元件包括一种或多种相应类型的发光元件。
13. 根据权利要求12所述的光源，每种所述相应类型选自包括一个或多个基本红色发光元件、 一个或多个基本琥珀色发光元件、一个或多个基本桔色发光元件、 一个或多个基本绿色发光元件、 一个或多个基本蓝色发光元件、 一个或多个基本白色发光元件的组。
14. 根据权利要求12所述的光源，每个所述所选类型包括一个或多个单发光元件、类似发光元件的分组、类似发光元件的阵列、类似发光元件的群集及它们的组合。
15. 根据权利要求l所述的光源，其中所述光源是RAGB光源。
16. 根据权利要求3所述的光源，其中每个所述相应优化权重被所述计算模块使用，以经由表达为加权照明特性目标函数的最小值的自动优化程序计算所述优化驱动参数。
17. 根据权利要求16所述的光源，其中所述加权照明特性目标函数表达为其中jc,.代表所述两个或更多照明特性中相应的一个或多个照明特性，且(7;代表与之相关的所述相应优化权重。
18. 根据权利要求17所述的光源，其中所述加权照明特性目标函数表达为<formula>formula see original document page 4</formula>其中所述两个或更多照明特性中所述相应一个或多个照明特性包括可计算显色指数(C及J)、可计算发光功效(s)以及来自所需色度坐标的光源色度变化(z/xj;)。
19. 根据权利要求16所述的光源，其中所述加权照明特性目标函数经由Nelder-Mead单纯性方法最小化。
20. —种用于根据优化光源的一个或多个照明特性的驱动参数驱动该光源的方法，该光源包括每个都具有相应发射光谱的四个或更多的发光元件，该方法包括为所述四个或更多的发光元件中每一个发光元件识别指示其相应发射光谱的一个或多个值；选择所述光源将被优化的一个或多个照明特性；使用每个所述一个或多个值，计算优化所述所选的一个或多个照明特性的驱动参数；以及根据所述计算的驱动参数驱动所述光源.
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述计算步骤经由自动优化程序执行。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述自动优化程序包括Needier-Mead优化程序。
23. 根据权利要求21所述的方法，其中通过计算模块实施所述自动优化程序，所述计算模块操作地耦合所述光源的驱动模块且被配置以自动向所述光源的驱动模块通信所述计算的驱动参数，以据此驱动所述光源。
24. 根据权利要求20所述的方法，其中所述选择步骤经由所述光源的用户接口实施。
25. 根据权利要求20所述的方法，还包括在所述选择步骤之后，关联相应优化权重到所述一个或多个所选照明特性中每一个照明特性的步骤，所述计算步骤包括根据每个所述相应优化权重计算驱动参数。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中每个所述相应优化权重用于经由表达为加权照明特性目标函数的最小值的自动优化程序计算驱动参数'
27. 根据权利要求26所述的方法，其中所述加权照明特性目标函数表达为其中/C;代表所述两个或更多照明特性中相应之一或多个照明特性，且(7;代表与其相关的所述相应优化权重。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述加权照明特性目标函数表达为广 、％、 乂其中所述两个或更多照明特性中所述相应 一个或多个照明特性包括可计算显色指数(C及/)、可计算发光功效(s)以及来自所需色度坐标的光源色度变化(JJ90。
29. —种计算机程序产品，包括用于实施权利要求20所述的步骤的装置。
30. —种嵌入了指令的计算机可读存储介质，该指令用于根据下面的方法操作计算模块以确定用于优化光源的一个或多个所选照明特性的驱动参数，该光源包括每一个均具有相应的发射光诿的四个或更多的发光元件，该方法为对于所述四个或更多的发光元件中每一个发光元件，接收指示相应发射光谱的一个或多个值作为输入；接收所述一个或多个选择的照明特性作为选择输入；从每个所述一个或多个指示值和所述选择输入计算优化所选一个或多个照明特性的驱动参数；以及输出所述计算的驱动参数，以用于根据所选的一个或多个照明特性驱动所述光源。
全文摘要
本发明提供一种光源、用于优化光源一个或多个照明特性的方法、计算机可读存储介质和计算机程序产品。具体而言，本发明提供一种光源，该光源包括四个或更多的发光元件、或其分组或阵列，发光元件中每一个发光元件具有相应的预定发射光谱，当根据给定强度比组合时，该相应的预定发射光谱以特定色温提供照明。该光源可以包括用于选择将被优化的一个或多个照明特性的内部和/或外部选择模块以及用于优化光源的驱动参数的内部和/或外部计算模块，以提供选择的优化照明特性。该光源可以可选地硬连接，以使用本发明的方法、计算机可读存储介质和/或计算机程序产品，根据所选的预定驱动参数操作，以优化预选的照明特性。
文档编号H05B37/02GK101491160SQ200780026514
公开日2009年7月22日 申请日期2007年7月12日 优先权日2006年7月13日
发明者I·阿什当, M·萨尔斯伯里 申请人:Tir科技公司