专利名称：用于控制led光源的色点的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制LED光源的色点的设备和对应方法。
背景技术：
发光二极管(LED)白光源有望对普通照明市场具有重大影响。基于加色混合 (additive color mixing)的白色LED灯与基于荧光体转换的白色LED灯相较而言具有独特 优点潜在的更高效率、可调色温以及有可能产生有色光。色点控制对于白光和有色光 而言均为最令人感兴趣的产品特征。对与制造扩展性/老化/温度/电流相关的颜色变化 的电子补偿有可能实现实质性的成本优点并且可能甚至是仅有的商业可行解决方案。颜 色稳定和可再现性对于大规模市场而言是很重要的因素必须有可能操作相互接近的具 有标称相同的色点的灯而无明显色差。另外必须有可能甚至在经年以后更换这些灯之一 也无明显色差。需要颜色控制以实现这些目标。对于RGB LED灯的颜色控制而言已知的最重要方法是基于使用通量感测器以 及可能还有温度感测器或者使用颜色感测器。至于使用通量感测器，需要用于接通不同 LED组合的四个通量感测器读数以确定红色、绿色和蓝色三个颜色的亮度。需要通量读 数之一以考虑到环境光的影响。显然可以按照数目更大的通量读数以类似方式确定数目 更大的LED颜色的组合的亮度值。对于幅度调制LED，根据US 6,127,783已知在测量序列中取得所需通量读数 集。在各测量序列内，触发通量测量的采样脉冲必须与LED电流脉冲同步。经常使用 相等间距的采样脉冲。从测量序列获得的测量的通量值并入于LED灯的逐个循环的颜色 控制中。根据US 6,596,977还已知也在逐个循环的控制方案内对脉宽调制的LED应用类 似的过程。然而，测量序列的时间长度不再能够随意地加以选择而是等于PWM周期。 另外，必须对电流脉冲进行定时使得针对所需占空比接通各颜色。这对需要与电流脉冲 同步并且恰当地放置于电流脉冲波形内的采样脉冲的恰当位置施加严格限制。至于如在US 6,507,159中所述将颜色感测器用于颜色控制，颜色感测器通常包 括三个通量感测器，各通量感测器由适当滤光器覆盖，使其分别主要在光谱的红色、绿 色和蓝色部分中灵敏。使用这样的颜色感测器，可以同时测量灯发射的光的颜色和亮 度。可以通过在与上文针对幅度调制LED描述的测量序列类似的其中灯在短时间内关断 的间隔序列中测量环境光来考虑它的影响。这一颜色控制方法也可以延及使用多于三个 原色的应用。不同LED颜色的亮度可以比环境光的强度更易于测量。尽管对于不同LED颜 色而言确切已知它们在具体采样脉冲是接通还是关断，但是环境光可能由于人为光源接 通或者关断而从一个采样脉冲到下一个采样脉冲发生迅速改变。这可能篡改通量或者颜 色测量、因而严重干扰LED灯的逐个循环的控制。最终，这可能导致LED灯闪烁。如果通量感测器接收一个颜色的光比其它颜色的光明显地少，则可能希望增加涉及到这一颜色的测量部分。这在已知的硬性测量过程中是不切实际的。在脉宽调制的情况下，电流脉冲和采样脉冲在PWM时段内的定时可能变得很复 杂并且需要过量的计算工作。这些问题对于如下LED灯而言将甚至更严重，这些LED灯包括可以例如布置成 串列(例如洗墙灯)或者矩阵(例如LED背光)的若干LED光源。另外，对于这一种 LED灯，希望LED光源中的全部或者至少一些共享部分硬件，例如感测器或者控制器。 然后，将由一个感测器和控制器控制的LED串列(LED串列通常包括具有相同颜色并且 供有相同LED电流的多个LED)的数目将比对于具有3个或者更多原色的灯而言明显更 大。另外，将分段相互光隔离可能并不实际，这将导致分段之间的明显串扰、即各LED 串列影响了实质上所有的光学感测器。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于更高效地控制LED光源的色点并且用于克 服上文说明的问题的设备和对应方法。在本发明的第一方面中，呈现一种用于控制LED光源的色点的设备，该设备包 括-参数输入，用于接收表明所述LED光源的希望色点和亮度的色点信息和亮度 fn息，-测量输入，用于接收表明所述LED光源的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度和 /或所述LED光源的原色通量的温度信息和光学输出信息，-前馈计算单元，用于基于所述色点信息、所述亮度信息、所述温度信息和前馈 参数通过使用前馈算法来确定用于控制所述LED光源的色点的控制参数，-参数输出，用于向所述LED光源输出所述控制参数，_前馈参数存储单元，用于存储所述前馈参数，以及-前馈参数纠正单元，用于基于由所述参数输入和所述测量输入接收的信息来确 定实际前馈参数并且用于按照所述实际前馈参数更新存储于所述前馈参数存储单元中的 前馈参数。在本发明的又一方面中，呈现一种相对应的方法。在从属权利要求中限定本发明的优选实施方式。将理解涉及方法和计算机程序 的权利要求具有与涉及设备的从属权利要求类似和/或相同的优选实施方式。本发明是基于如下思想引起颜色变化的影响因素(具体为“温度”和“老 化”)与PWM周期或者测量序列的时间长度相比而言缓慢改变。因此本发明提出使用 基于模型的前馈方式来控制LED灯(包括至少一个LED光源和控制电子器件)的颜色。 针对不同颜色(例如在LED灯包括若干LED灯的情况下为不同分段)将电流脉冲的电流 幅度和/或占空比与亮度进行相关的因子被存储并且被用于开环控制。这对应于与LED 电流的幅度和/或PWM调制结合使用提出的控制方法。用于颜色控制的所有已知方法是基于如下假设可以特别进行并且可以在颜色 控制中迅速使用光学测量。利用任意设置的值并且在困难区域(快速改变其亮度的邻近 灯)中并非总是满足这些假设从而导致灯的闪烁。
优选地，前馈计算单元确定不仅用于控制所述LED光源的色点而且还用于控制 所述LED光源的亮度的控制参数。根据本发明，即使并未满足这些假设，仍然抑制这一闪烁。即使未从感测器 提供更多信息，仍然使用根据灯的先前使用而已知的信息以尽可能准确地设置颜色和亮 度。通过本发明，温度测量是失败还是遗漏的关键性就低得多。在这一情况下可以有可 能考虑到电流功耗来使用适当限定的典型工作温度。重要的是注意提出的控制方法独立于用于LED电流的调制方案。优选地，缓慢 运行的过程持续地测量和更新对LED电流的前馈控制进行确定的因子。如果关于例如环 境光的快速改变所致的基本测量误差并无疑问才进行更新。根据一个实施方式，该过程可以判决接着将应用哪些测量条件、例如接通的 LED颜色的数目和类型。如果有用，贝批其它种类的测量(例如涉及到(目前)小亮度 的LED颜色的那些测量)更频繁地进行一些种类的测量。在PWM的情况下，如根据一 个实施方式提出的那样，在各PWM时段内进行仅一次测量(或者少量测量)可能就足够 了。对应的采样脉冲放置于PWM周期内，从而可以对电流脉冲便利地进行定时。优选地，可以提供 例如作为前馈参数纠正单元的部分的移动平均滤波器用于平 均实际前馈参数。其功能和结构在本领域中众所周知的这一滤波器对来自最近(例如来 自20次最近)测量的测量参数值进行平均并且丢弃“在范围外的”测量。优选地，所述前馈参数纠正单元持续地活跃以持续地更新存储于所述前馈参数 存储单元中的前馈参数，从而无需在检查到需要更新和/或进行更新之前等待某个(外 部)信号。另外，前馈参数纠正单元优选地适合于异步更新存储于所述前馈参数存储单元 中的前馈参数。这一实施方式避免了时间关键事件并且简化了实施方式。根据又一实施方式，所述前馈参数纠正单元适合于如果在所述实际前馈参数与 存储于所述前馈参数存储单元中的所述前馈参数之间的偏离超过预定限制，则按照所述 实际前馈参数更新存储于所述前馈参数存储单元中的前馈参数。这避免了设备的故障， 然而如果移动平均滤波器正确地工作，则这些测量过时。可以例如通过估计所得颜色误 差来获得预定限制；如果这一颜色误差超过例如0.5或者1%，则将进行更新。一般而言，可以根据本发明将任何调制方案应用于控制LED光源。然而前馈参 数计算单元优选地适合于确定脉宽调制参数或者幅度调制参数作为所述控制参数。根据另一方面，本发明涉及一种LED光单元，该单元包括-LED 光源，_感测器单元，用于感测i)温度和ii)颜色和/或通量并且用于生成表明所述 LED光源的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度以及所述LED光源的原色通量的温度信息和 光学输出信息，-如权利要求1所述的用于控制所述LED光源的色点的设备。这里，LED光单元可以理解为LED灯(具有仅单个LED光源或者多个LED光 源和所需控制电子器件)和包括多个LED灯的LED灯阵列。优选地，感测器单元包括用于测量所述LED光源的颜色的颜色感测器。然而在 一个更简单的实施方式中，感测器单元包括用于测量所述LED光源的亮度的仅(单个)光电二极管而不是这样的颜色感测器。在这一更简单的实施方式中，通过适当协调测量 与控制信号(向LED光源提供控制参数)来仅测量各单个LED串列的亮度。优选地，感测器单元适合于异步测量所述LED光源的i)温度和ii)颜色和/或所 述LED光源的原色通量。根据又一实施方式，LED光源包括两个LED串列而不是一般地三个LED串列 (用于红色、绿色和蓝色这三个颜色)。就这一实施方式而言，可以仅近似颜色设置。然 而通过这一实施方式有可能变化白光的色温。因此，这一实施方式准确性更低、但是更 廉价。根据又一实施方式，LED光源包括四个或者更多LED串列。可以实施与用于三 个LED串列的控制类似的控制。附加自由度用来优化更多参数，例如能效和颜色再现。在LED光单元中提供两个或者更多LED光源的情况下，有可能的是它们共享共 同的参数输入、前馈参数纠正单元和/或用于感测所述LED光源的颜色和/或通量的光 学感测器单元，因此减少元件数目和成本。这在比如分段的洗墙灯或者背光这样的应用 中特别地有用。根据另一方面，本发明也涉及一种计算机程序，该计算机程序包括用于在所述 计算机程序执行于计算机上时使计算机进行要求保护的方法的步骤的程序代码装置。
根据下文描述的实施方式将清楚并且参照这些实施方式将阐明本发明的这些和 其它方面。在以下附图中图1示出了图示根据US 6,127,783的针对幅度调制的LED的通量测量的图，图2示出了图示根据US 6,507,159的针对脉宽调制的LED的通量测量的图，图3示出了分段的基于LED的LCD背光，图4示出了用于两个LED灯的感测器和控制器的一个实施方式，图5示出了根据本发明的用于脉宽调制的LED的通量测量，图6示出了根据本发明的设备的第一实施方式的框图，图7示出了根据本发明的设备的第二实施方式的框图，图8示出了根据本发明的设备的第三实施方式的框图。
具体实施例方式在说明和图示本发明的细节之前将讨论加色混合的理论。如果混合η个光源的光(加色混合)，则可以根据η个光源的光通量和色度坐标 来计算混合光的光通量和色度坐标、即亮度和颜色。功率谱密度为巧(λ )，i = 1，…，n的n个光源的光的加法混合获得具有如下功 率谱密度的混合光
权利要求
1. 一种用于控制LED光源(50)的色点的设备，包括-参数输入(41)，用于接收表明所述LED光源(50)的希望的色点和亮度的色点信息 (C)和亮度信息(B)，-测量输入(43)，用于接收表明所述LED光源(50)的i)温度、ii)颜色和/或iii) 亮度和/或所述LED光源(50)的原色通量的温度信息(T)和光学输出信息(O)，_前馈计算单元(42),用于基于所述色点信息(C)、所述亮度信息(B)、所述温度信 息(T)和前馈参数(P)通过使用前馈算法来确定用于控制所述LED光源(50)的色点的控 制参数(S)，-参数输出(48)，用于向所述LED光源(50)输出所述控制参数(S)，-前馈参数存储单元(44)，用于存储所述前馈参数(P)，以及-前馈参数纠正单元(45)，用于基于由所述参数输入(41)和所述测量输入(43)接收 的信息来确定实际前馈参数(P’ )并且用于按照所述实际前馈参数(P’ )更新存储于所 述前馈参数存储单元(44)中的所述前馈参数(P)。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述前馈参数纠正单元(45)适合于如果在所述实际前馈参数(P’ )与存储于所 述前馈参数存储单元(45)中的所述前馈参数(P)之间的偏离超过预定限制，则按照所述 实际前馈参数(P’ )更新存储于所述前馈参数存储单元(44)中的所述前馈参数(P)。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述前馈参数纠正单元(45)持续地活跃以持续地更新存储于所述前馈参数存储 单元(44)中的所述前馈参数(P)。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述前馈参数纠正单元(45)适合于异步更新更新存储于所述前馈参数存储单元 (44)中的所述前馈参数(P)。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述前馈计算单元(42)适合于确定脉宽调制参数或者幅度调制参数作为所述控 制参数(S)。
6.—种LED光单元，包括-LED 光源(50)，-感测器单元(51)，用于感测i)温度和ii)颜色和/或通量并且用于生成表明所述 LED光源(50)的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度和/或所述LED光源(50)的原色通量 的温度信息(T)和光学输出信息(O)，-如权利要求1所述用于控制所述LED光源(50)的色点的设备(40，60)。
7.如权利要求6所述的LED光单元，其中所述感测器单元(51)包括用于测量所述LED光源(50)的颜色的颜色感测器。
8.如权利要求6所述的LED光单元，其中所述感测器单元(51)包括用于测量所述LED光源(50)的亮度的光电二极管。
9.如权利要求6所述的LED光单元，其中所述感测器单元(51)适合于异步测量所述LED光源的i)温度和ii)颜色和/或 所述LED光源(50)的原色通量。
10.如权利要求6所述的LED光单元，其中所述LED光源(50)包括两个LED串列。
11.如权利要求6所述的LED光单元，其中所述LED光源(50)包括四个或者更多LED串列。
12.如权利要求6所述的LED光单元，包括两个或者更多LED光源(50a，50b)，其中所述两个或者更多LED光源(50a， 50b)共享共同的参数输入(46)、前馈参数纠正单元(47)和/或用于感测所述LED光源 (50a, 50b)的颜色和/或通量的光学感测器单元(53)。
13.—种用于控制LED光源(50)的色点的方法，包括以下步骤-接收表明所述LED光源(50)的希望的色点和亮度的色点信息(C)和亮度信息(B),-接收表明所述LED光源(50)的i)温度、ii)颜色和/或iii)亮度和/或所述LED 光源(50)的原色通量的温度信息(T)和光学输出信息(O)，-基于所述色点信息(C)、所述亮度信息(B)、所述温度信息(T)和前馈参数(P)通 过使用前馈算法来确定用于控制所述LED光源(50)的色点的控制参数(S)， -向所述LED光源(50)输出所述控制参数(S)， -存储所述前馈参数(P)，_基于由所述参数输入(41)和所述测量输入(43)接收的信息来确定实际前馈参数 (P，)；并且-按照所述实际前馈参数(P’ )更新所述前馈参数(P)。
14.一种计算机程序，包括用于在所述计算机程序执行于计算机上时使计算机进行如 权利要求13所述的方法的步骤的程序代码装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制LED光源(50)的色点的设备和方法。色点控制对于白色和有色LED光源而言均为最令人感兴趣的特征。在用于RGB LED光源的颜色控制的已知方法中利用通量和颜色感测器。然而难以感测快速改变的环境光、深度调减的颜色、协调测量与LED的切换并且控制包括多个独立LED灯的LED光单元(例如分段的洗墙灯和LCD背光)中的颜色。根据本发明提出使用基于模型的前馈方式来控制LED光源(50)的颜色。针对不同颜色(和分段)将控制LED电流的参数与亮度进行相关的因子被存储并且被用于开环控制。缓慢运行的过程持续地测量和更新这些因子。尽管测量例如与PWM同步，但是过程本身可以明显更慢运行并且异步更新因子。
文档编号H05B33/08GK102017798SQ200980116495
公开日2011年4月13日 申请日期2009年5月4日 优先权日2008年5月9日
发明者B·阿克曼, C·马丁尼, D·亨特, E·尼乌夫兰德斯, G·绍尔拉恩德, M·文特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司