ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СО МНОЖЕСТВОМ ОСНОВНЫХ ЦВЕТОВ Российский патент 2012 года по МПК G09G3/32 

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему, по меньшей мере, четыре излучателя света с разными основными цветами, и к способу для управления таким осветительным устройством.

Заявка US 2005/008331 А1 раскрывает способ преобразования трех цветовых координат в вектор цветовых координат с четырьмя или более компонентами, содержащими белый цвет. Способ основывается на особенном разделении двумерной (CIE) диаграммы цветности на треугольные области и не уделяет внимание оптимизированному управлению объединенными излучателями света.

Заявка US 2003/128174 А1 раскрывает матричный дисплей с пикселями, содержащими четыре светоизлучающих диода LED разных основных цветов. В объединенном алгоритме управления LED запускаются таким образом, что их общий выходящий свет соответствует трем установленным заданным значениям, в то время как дополнительно функция запускающих команд минимизирована. Примерами минимизированной функции являются потребляемая мощность, ток или рабочее время одного из LED.

Заявка WO 2006/109237 А описывает способ определения команд управления, по меньшей мере, для четырех источников света. Команды для заданной точки в цветовом пространстве получают, учитывая дополнительную точку в цветовом пространстве известных признаков, которое источники света могут создать.

US-A-6 014 457 раскрывает устройство, в котором выполняются преобразования координат между разными цветовыми пространствами.

На основании этой ситуации объект настоящего изобретения раскрывает альтернативное средство для управления, по меньшей мере, четырьмя излучателями света с разными цветами, в котором желательно, чтобы управление было быстрым и/или чтобы могли быть выполнены определенные критерии оптимизации.

Эта цель достигается с помощью осветительного устройства в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения и способа в соответствии с пунктом 8 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы.

Осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит следующие компоненты.

а) Некоторое число из N, состоящее, по меньшей мере, из четырех излучателей света с разными основными цветами, т.е. с разными спектрами излучения при сопоставимых рабочих условиях (температура, токи запуска в цепи и т.д.). Каждый излучатель света может быть одной лампой или комбинацией нескольких, одинаковых или разных, ламп. Более того, понятно, что выходящий свет всего осветительного устройства представляет собой совмещение выходящего света всех его N излучателей света.

b) Блок определения заданных значений для определения числа 1 ≤ s < N вторичных заданных значений, которые функционально связаны с запускающими командами для излучателей света, где термин «вторичные» используется для того, чтобы отличить эти выведенные заданные значения от числа 1 ≤ p < N «основных» заданных значений для выходящего света осветительного устройства, которые просто предоставляются устройству, например, пользователем или каким-либо устройством управления высшего уровня.

Что касается общего числа (p+s) (основных или вторичных) заданных значений и числа N излучателей света, можно различить три случая: если (p+s)>N, то главным образом недостаточно независимых управляющих переменных (т.е. основных цветов), чтобы сравнить все заданные значения; взамен тогда может быть испробована оптимальная аппроксимация заданных значений. Если (p+s)=N, то, как правило, есть уникальный набор запускающих команд излучателей света, с помощью которого заданные значения могут быть воспроизведены. Предложенное осветительное устройство в высокой степени подходит для использования этого случая. Окончательно, если (p+s)<N, то доступное число основных цветов обеспечивает повышенную степень свободы. Поэтому заданные значения могут, в основном, быть воспроизведены, но проблема управления становится нетривиальной.

с) Запускающий блок для определения отдельных запускающих команд для излучателей света на основании вышеупомянутых основных и вторичных заданных значений. «Запускающие команды» могут, например, представлять собой прямые токи, подаваемые к Светоизлучающим Диодам (LED) при определенном напряжении. Другим важным примером запускающих команд являются рабочие циклы, с которыми излучатели света запускаются в схеме импульсно-широтной модуляции (PWM), т.е. отрезки времени, за которые электрический сигнал (например, напряжение или ток) переключается в переменное двоичное состояние питания включено/выключено упомянутого сигнала.

Осветительное устройство имеет то преимущество, которое позволяет сравнительно просто и быстро определять N отдельных запускающих команд для излучателей света, так как вводит число вторичных заданных значений, которые используются дополнительно к числу p заранее определенных основных заданных значений. Поэтому вторичные заданные значения понижают степень свободы в выборе запускающих команд, допуская единственное решение в идеальном случае (p+s)=N.

Вообще запускающий блок может осуществлять любое подходящее (например, нелинейное) преобразование (p+s) основных и вторичных заданных значений в N отдельных запускающих команд, необходимых для излучателей света. В предпочтительном случае это преобразование линейно, что означает, что запускающий блок может содержать «модуль перемножения матриц» для оценки линейного соотношения между вектором запускающих команд и (p+s)-размерным «заданным вектором», который является выведенным из основных и вторичных заданных значений. В наиболее простом случае вышеупомянутый заданный вектор может просто содержать в качестве компонентов основные и вторичные заданные значения. Однако возможно также, что существует некоторое нетривиальное преобразование этих основных и вторичных заданных значений в компоненты заданного вектора. Таким образом, цветовая точка х, у и поток, установленные как основные заданные значения, могут, например, быть преобразованы в XYZ систему цветовых координат в заданном векторе. Матричное перемножение имеет то преимущество, что оно может быть легко выполнено и оценено в реальном времени. Более того, объединенные матрицы могут быть обычно получены с помощью процедуры прямой калибровки (содержащей включение только одного из излучателей света на время и измерение результирующих рабочих параметров и выходящего света) и матричного преобразования. Следует заметить в этом контексте, что возможность однозначного матричного обращения обычно требует, чтобы (p+s)=N.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок определения заданных значений сконструирован так, чтобы он мог определять вторичные заданные значения в зависимости от установленных основных заданных значений. Таким образом, можно гарантировать, что вторичные заданные значения не будут находиться в противоречии с основными заданными значениями, т.е. установлены граничные условия, которые не могут быть не выполнены.

Вторичные заданные значения могут в принципе содержать любую величину, которая может быть выражена как функция запускающих команд. Желательно, чтобы вторичные заданные значения зависели линейно от запускающих команд, так как это значительно упрощает связанные расчеты. Один конкретный пример возможного вторичного заданного значения представляет собой потребляемую каким-либо одним или всеми излучателями света мощность, т.е. энергию, потребляемую блоком за время, которое необходимо рассматриваемым излучателям света для стимулирования их собственного светового излучения. Так как излучатели света обычно запускаются с помощью электрической мощности, то расход мощности соответствует количеству прикладываемого напряжения и тока.

Практически важными примерами возможных заданных значений являются цветовая точка и поток осветительного устройства.

Обычно будет множество (или даже непрерывное множество) возможных вторичных заданных значений, которые совместимы с возможными запускающими командами, т.е. которые могут быть получены с помощью подходящей комбинации запускающих команд. Поэтому блок определения заданных значений содержит «устройство оценки диапазона», который может определять диапазон допустимых вторичных заданных значений, определяемых с помощью возможных запускающих команд и с помощью, по меньшей мере, поднабора основных заданных значений. Допустимые вторичные заданные значения могут, например, принимать в расчет, что токи, прикладываемые к излучателям света, имеют диапазон от нуля до некоторого верхнего предела.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения запускающие команды для излучателей света представляют собой рабочие циклы PWM. Запускающие команды могут, следовательно, только принимать значения между нулем и единицей, соответствуя рабочим циклам 0% (излучатели света выключены) и 100% (излучатели света постоянно включены). Это обеспечивает единственный и известный диапазон для запускающих команд, которые упрощают в вышеупомянутом варианте осуществления определение диапазона допустимых вторичных заданных параметров.

В дополнительном выполнении варианта осуществления, в котором блок определения заданных значений содержит устройство оценки диапазона, причем блок определения заданных параметров выбирает вектор V вторичных заданных значений из допустимого диапазона (определенного устройством оценки диапазона) в соответствии с соотношением

V = (Ф_t/Ф_x)·V_х,

где V_х представляет собой вектор вторичных заданных значений из допустимого диапазона, который соответствует максимальному объединенному основному заданному значению Ф_x и в котором Ф_t является установленным основным заданным значением. Как указывает его символ Ф, основное заданное значение может, главным образом, быть потоком общего выходящего света всех излучателей света. Когда диапазон допустимых вторичных заданных значений определен, подходящий набор вторичных заданных значений может быть легко вычислен с помощью данной формулы для любого значения рассмотренного основного заданного значения Ф_t.

В другом варианте осуществления, содержащем устройство оценки диапазона, выбирается диапазон допустимых вторичных заданных значений для установленных основных заданных значений в соответствии с некоторым критерием оптимизации. Типичными примерами такого критерия оптимизации служат минимизация расхода мощности (для всех или некоторых излучателей света) или минимизация наивысшего рабочего цикла всех запускающих команд (в PWM управлении).

Так как излучатели света могут быть в принципе лампами любого вида (или группой ламп), желательно, чтобы они содержали светоизлучающие диоды (LED), люминофорные преобразованные LED, органические LED (ОLED), лазеры, люминофорные преобразованные лазеры, цветные флуоресцентные лампы, цветные галогеновые лампы с фильтром, цветные разрядные лампы высокой интенсивности (HID) с фильтром и/или цветные лампы Ультра Высокой Эффективности (UHP) с фильтром.

Изобретение далее относится к способу управления осветительным устройством, содержащим некоторое число N излучателей света, состоящее, по меньшей мере, из четырех излучателей света с разными основными цветами, при этом упомянутый способ содержит следующие этапы:

а) определение s < N вторичных заданных значений, которые функционально связаны с запускающими командами для излучателей света;

b) определение отдельных запускающих команд для излучателей света на основании вышеупомянутых вторичных заданных значений и числа p < N установленных основных заданных значений для выходящего света осветительного устройства.

Способ содержит в общем виде этапы, которые могут быть выполнены осветительным устройством описанного выше типа. Поэтому ссылка сделана к предыдущему описанию для большей информации о деталях, преимуществах и выполнениях этого способа.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из варианта(ов) осуществления и пояснены ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные ниже. Эти варианты осуществления будут пояснены примером с помощью сопутствующих чертежей, в которых:

Фиг.1 схематично показывает осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 содержит формулу, относящуюся к подходу к управлению настоящего изобретения;

Фиг.3 иллюстрирует пример диапазона допустимых значений расхода мощности для установленного значения потока с помощью первого подхода к управлению в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.4 показывает итоговые рабочие циклы и индексы цветопередачи как функции выбранного заданного значения расхода мощности в допустимом диапазоне в соответствии с Фиг.3;

Фиг.5 показывает подобные диаграммы, как на фиг.4 для значений потока 50 лм (верхняя), 75 лм (средняя) и 100 лм (нижняя);

Фиг.6 иллюстрирует пример сложения диапазона допустимых значений расхода мощности, определенных для произвольных значений потока с помощью второго подхода к управлению в соответствии с настоящим изобретением.

Одинаковые ссылочные позиции на чертежах относятся к одинаковым или похожим компонентам.

Обычные осветительные источники света нуждаются в довольно высоких характеристиках цветопередачи. Трех основных цветов достаточно, чтобы получить источник света, который может генерировать свет практически всех цветов, включая белые цвета в месте расположения абсолютно черного тела. К сожалению, характеристики цветопередачи таких трехцветных источников света не очень хорошие. Чтобы улучшить характеристики цветопередачи может быть добавлен четвертый цвет, например желтый (А), к системе красного/зеленого/синего (RGB) цвета. Если цвета в месте расположения черного тела более важны, то можно также решиться добавить источник белого цвета (W) вместо желтого. С источником белого цвета максимальный выходящий световой поток будет существенно выше, чем с источником желтого цвета при той же самой или даже лучшей цветопередаче.

Обычный ввод пользователя для осветительного устройства представляет собой ввод координат цвета и потока в цветовую систему, подобную CIE1931 xyY, или любую другую цветовую систему. Система управления цветом осветительного устройства затем способна воспроизвести цвет и световой поток очень точно при поддерживании высокого Индекса (CRL) Цветопередачи.

Из-за того что цвет и поток всегда имеют три параметра (т.е. xyY, uvY, XYZ, RGB, Lab и т.д.), только трехцветовая система обладает одним единственным решением. Трудность с четырехцветовыми системами заключается в том, что не существует единственного решения; линейный поднабор решений всегда включает требования цвета и потока. Следующие примеры описывают подход к использованию цветовых систем с четырьмя или более цветами для генерирования света определенного цвета и светового потока со следующими преимуществами:

- можно использовать всю цветовую гамму основных цветов;

- он может быть использован для цветовых систем с основными цветами, для которых, по меньшей мере, один находится внутри и почти в середине цветовой гаммы других цветов, например RGBW системы;

- теоретический абсолютный максимальный световой поток может быть получен для каждого цвета в цветовой гамме;

- по выбору он может быть оптимизирован для самой низкой полной электрической мощности или цветового восприятия, независимо от требуемого светового потока, и наилучшего срока службы;

- характеристики действительной цветопередачи в основном определяются выбором длин волн основных цветов. С коммерчески доступными RGBW светоизлучающими диодами LED индекс Ra8 цветопередачи с минимумом 85 может быть достигнут без слишком больших потерь светового потока.

Фиг.1 показывает осветительное устройство 10 в соответствии с примером варианта осуществления настоящего изобретения. Осветительное устройство 10 содержит четыре излучателя света разных цветов, например красный LED 11R, зеленый LED 11G, синий LED 11B и белый LED 11W. Следует заметить, что другие цвета (например, желтый вместо белого) и/или дополнительные цвета также могут быть успешно использованы. Светоизлучающие диоды LED 11R-11W запускаются отдельно, используя импульсно-широтную модуляцию (PWM), в которой команды управления представляют собой рабочие циклы r,g,b и w для LED 11R, 11G, 11В и 11W соответственно. Полная электрическая мощность, которая подается к LED, обозначается буквой Р. При включении четыре LED генерируют общий выходной свет, который может, например, быть измерен спектрометром 20 для определения действительных значений цветовой точки х_m,y_m и светового потока Ф_m осветительного устройства.

Важным аспектом осветительного устройства 10 является управляющая схема для определения вектора (r,g,b,w) запускающих команд на основании установленных «основных» заданных значений, которые задаются, например, пользователем или контроллером высшего уровня. В дальнейшем, желательные цветовая точка х,у и поток Ф будут рассмотрены в качестве особенно важного примера основных заданных значений, хотя также могут быть выбраны другие переменные.

Вектор (х, у, Ф) основных заданных значений дополнительно сначала преобразовывается в «блоке 12 преобразования координат» в другие координаты. В описанном примере поданные извне основные заданные значения основаны на хyY CIE1931 системе цветовых координат и преобразованы блоком 12 преобразования координат в систему координат XYZ. Соответствующие соотношения приведены в уравнении (1) на Фиг.2 (любые упоминания об уравнении будут в следующей ссылке на фиг.2).

Преобразованные основные заданные значения затем подаются параллельно на блок 13 определения заданных значений и запускающий блок 14. Как будет описано более подробно ниже, блок 13 определения заданных значений определяет «вторичное заданное значение», которое находится в соответствии с поданными основными заданными значениями и возможными управляющими командами r,g,b,w. Полный расход Р мощности светоизлучающих диодов LED 11R-11W будет в последующем рассмотрен как пример вторичного заданного значения, хотя также можно использовать и другие характеристики. Однако, чтобы упростить расчеты, желательно, чтобы вторичные заданные значения линейно зависели от запускающих команд r,g,b,w, как и в случае примера полного расхода Р мощности.

При вычислении заданного значения расхода Р мощности блок 13 определения заданных значений может использовать информацию, хранящуюся в запускающем блоке 14. Основная задача запускающего блока 14 заключается, однако, в определении запускающих команд r,g,b,w, на основании вектора (X,Y,Z) поданных извне (преобразованных) основных заданных значений X,Y,Z и заданного значения Р расхода мощности, поданного блоком 13 определения заданных значений. Как будет объяснено далее со ссылкой на выражения на фиг.2, работа запускающего блока 14 может просто означать перемножение заранее определенной матрицы M^-1.

В каждом осветительном устройстве с N основными цветами есть однозначное преобразование из N управляющих команд в заданный вектор, содержащий координаты цветовой точки x,y и поток Ф устройства. В линейном случае это преобразование выражено с помощью «калибровочной матрицы», которая может, например, быть определена в процессе калибровки, в котором только один цвет за один раз активируется, и наблюдаются результирующая цветовая точка и поток. С целью управления калибровочная матрица должна быть обратно преобразована. Поэтому N-цветовая система нуждается в N×N калибровочной матрице, потому что иным образом обратное преобразование не однозначно и не может быть решено. В соответствии с уравнением (2) калибровочная матрица М в рассматриваемой RGBW системе поэтому дополнена значениями для полного расхода Р мощности при 100% рабочем цикле. Вектор управляющих команд (рабочие циклы r,g,b,w) затем может быть вычислен с помощью обратно преобразованной калибровочной матрицы M^-1 из установленных заданных значений цветовых координат XYZ и полного расхода Р мощности, как указано в уравнении (3).

Теперь осталась одна трудность: только заданные значения X,Y,Z зафиксированы и известны из установленных основных заданных значений x,y,Y = Ф. Вторичное заданное значение полного расхода Р мощности однако не известно и должно быть получено разными путями. Поэтому результат матричного перемножения должен быть переписан, как указано в уравнениях (4) и (5), т.е. как сумма двух векторов, которые пропорциональны заданному расходу Р энергии и заданному потоку Ф соответственно, где компоненты последнего вектора установлены в соответствии с уравнением (5) с помощью калибровочной матрицы и заданных цветовых значений x,y.

Следует заметить, что разделение членов в уравнении (4) с помощью расхода Р мощности показывает, что при определенном значении эффективности, Ф/Р = const, соответствующие соотношения между рабочими циклами r,g,b,w не изменяются с потоком Ф.

Теперь должно быть соблюдено условие, заключающееся в том, что рабочие циклы r,g,b,w не могут быть ниже чем 0% или выше 100%. Это ведет к неравенству (6), которое определяет диапазон допустимых заданных значений расхода Р мощности в зависимости от заданного потока Ф.

Неравенство (6) будет далее первым, которое должно быть проверено для случая, когда заданный поток Ф рассматривается как равный своему установленному значению. Затем для каждого из четырех цветов с = R,G,B и W интервал допустимых заданных значений расхода Р мощности определяется неравенствами Р_min,c ≤ Р ≤ Р_max,c. Фиг.3 иллюстрирует примерный диапазон допустимых заданных значений потребляемой мощности Р (дополнительными параметрами для цветов R,G,B,W являются: доминирующая длина волны λd: R = 604,8 нм, G = 537,9 нм, B = 452,6 нм; отдельные потоки: R = 32 лм, G = 42 лм, В = 9 лм, W = 44 лм; ССТ: W=5100К; заданный цвет устанавливается при 4000К и полном световом потоке Ф в 50 лм).

Поскольку требования рабочего цикла должны быть предъявлены к каждому цвету, действительно допустимый диапазон расходов мощности (обозначенный индексом «Все» на фиг.2) представляет собой пересечение всех интервалов для цветов R,G,B,W, т.е. интервал примерно от Р_min=1,392 Вт до P_max=1,592 Вт.

Для каждого разрешенного расхода Р мощности из вышеупомянутого интервала существует решение для рабочих циклов r,g,b,w, создающих выходящий свет, которое согласовывает заданные значения цветовых координат X,Y,Z. Фиг.4 показывает на диаграмме эти решения для рабочих циклов r,g,b,w («DTC» на левой вертикальной оси) и объединенный Индекс Цветопередачи (CRI Ra8 на правой вертикальной оси). Самый низкий предел Рmin и самый верхний предел Рmax обозначены вертикальными точечными линиями. Вертикальная центральная линия (примерно 1,51 Вт) отмечает полный расход Р мощности, при котором наивысший рабочий цикл из всех четырех рабочих циклов r,g,b,w является наименьшим.

На фиг.5 рабочие циклы r,g,b,w графически нанесены напротив световой эффективности, т.е. полный поток Ф при полном расходе Р мощности, в 50 лм (верхняя диаграмма), в 75 лм (средняя диаграмма) и в 100 лм (нижняя диаграмма). Все данные относятся к одной и той же установке цвета (влиянием температуры можно пренебречь), а вертикальные оси имеют то же самое значение, как и на предыдущем чертеже. Диаграммы показывают, что правый и левый пределы Рmin и Рmax смещаются с полным потоком Ф по направлению к центральной вертикальной линии, которая остается на том же самом эффективном значении (примерно 33,1 лм/Вт). При максимально возможном значении потока левый и правый пределы Рmin и Рmax совместятся с вышеупомянутой вертикальной линией. Таким образом, даже для рассматриваемой системы с четырьмя цветами существует только одно решение рабочего цикла для максимально возможного выходящего света.

Выше рассмотренные соображения приводят к трем потенциально благоприятным вариантам выбора со все еще высокой степенью свободы, т.е. переменной Р, которые могут быть сделаны.

1. Самый низкий полный расход мощности

Самый низкий полный расход мощности соответствует левому пределу Рmin на фиг.4 и правым пределам на фиг.5. Преимущество заключается в том, что полное тепловое рассеяние самое низкое, таким образом, отвод теплоты будет наименьшим. Однако один из четырех цветов, обычно белый, будет возбуждаться при максимальном рабочем цикле 100%. Поэтому этот цвет имеет относительно высокую температуру и будет стареть быстрее, чем другие цвета. Другим аспектом является то, что характеристики цветопередачи будут зависеть от требуемого светового потока; в конце концов, когда требуемый световой поток возрастает, белый цвет остается на 100%, а другие цвета RGB пропорционально его дополняют, что будет изменять характеристики цветопередачи. Более того, если калибровочная матрица не является абсолютно точной, то смешанный цвет будет изменяться со световым потоком.

2. Цветовое восприятие постоянно при изменении светового потока

В середине вертикальной линии на фиг.4 и 5 максимальный рабочий цикл самый низкий. Это соответствует настройке, когда взаимные соотношения между рабочими циклами будут постоянны со световым потоком, пока поток не станет максимально возможным: если поток изменяется, то рабочие циклы r,g,b,w всех цветов изменяются в том же соотношении, т.е. если поток удвоится, то r удвоится, g удвоится, b удвоится и w удвоится. Соответствующий вклад четырех цветов останется тем же самым, и в результате характеристики цветопередачи также останутся теми же самыми. Неточности в калибровочной матрице не приведут к изменениям цвета, когда заданный световой поток изменяется. Из-за того что максимальный рабочий цикл самый низкий, для белого заданного цвета не существует основного цвета, который функционирует на более высоком уровне, чем другие цвета. Поскольку срок службы системы определяется сроком службы быстрее всех состарившегося цвета, то это улучшает срок службы всей системы.

3. Лучшие характеристики цветопередачи

Характеристики цветопередачи связаны с соответствующими вкладами основных цветов. К сожалению, нелегко подсчитать Индекс CRI Цветопередачи и найти величину полной электрической мощности, при которой CRI самый высокий, потому что для этого нужен подсчет спектра всех цветов. Особенно для маленьких микроконтроллеров время вычисления будет относительно долгим. Однако эффективный выбор (доминирующих) длин волн основных цветов может установить оптимальный CRI на приблизительно той же величине мощности, что и в предыдущем случае. Благодаря выбору длин волн это выполняется для примера на фиг.4.

Для большинства применений предпочтительный выбор представляет собой вариант 2, объединенный с эффективным выбором (доминирующих) длин волн основных цветов, так что характеристики цветопередачи достаточно хорошие.

Далее система неравенств (6) будет решена с помощью второго подхода для случая, когда заданный поток Ф рассматривается как имеющий перемеренное значение. Одно из преимуществ этого подхода заключается в том, что он может отрегулировать заданный световой поток до максимально возможного светового потока при поддерживании одних и тех же цветовых координат в случае, когда установленный заданный световой поток выше, чем максимальный световой поток.

Когда обе величины - расход Р мощности и полный поток Ф являются переменными, система (6) неравенств должна быть представлена в (Р, Ф) - пространстве, как показано на фиг.6. В этом представлении каждое неравенство системы (6) соответствует одной из диагональных групп R,G,B,W в четырех диаграммах на левой стороне чертежа и содержит (Р, Ф) кортежи, которые находятся в соответствии с возможными рабочими циклами для одного цвета. Каждая группа имеет две параллельные границы, одна проходит через (0,0) и относится к рабочему 0% циклу, а другая относится к 100% рабочему циклу. Внутри группы рабочий цикл находится между 0% и 100%. Ширина, угол и положение групп определяются калибровочной матрицей М и координатами х,у заданного цвета, соответствующими уравнениям (1)-(6), но не заданным световым потоком Ф.

Перекрывание четырех групп представляет собой область А, описанную в диаграмме на правой стороне Фиг.6, где все цвета удовлетворяют условию (6) рабочего цикла. Поэтому решение для заданного цвета и потока должно быть где-то в этой области А.

В подходе, который обсуждался выше в отношении фиг.3-5, (Р,Ф)-пространство было уменьшено до одноразмерного Р-пространства с помощью рассмотрения диаграмм на фиг.6 только для установленного заданного значения потока Ф = Ф_t (фиг.3 соответствует, например, горизонтальным разрезам групп на фиг.6 на высоте Ф_t). В усовершенствованной стратегии, обсуждаемой сейчас, взаимные соотношения между рабочими циклами r,g,b,w, которые соответствуют максимально возможному световому потоку Ф_х, определены первыми. Как уже упоминалось, соотношения рабочих циклов не зависят от потока Ф для постоянной эффективности Ф/Р; поэтому требуемое решение будет находиться где-то на прямой линии L между (0,0) и угловой точкой (Р_х, Ф_х) области А (так как эффективность постоянна на этой линии L). Рабочие циклы, которые соответствуют угловой точке (Р_х, Ф_х), могут быть определены из уравнения (4). Они масштабируются на последнем этапе в соответствии с уравнением (7) до тех пор, пока световой поток не сравняется с заданным значением Ф_t.

Уравнение (8) показывает, что взаимные соотношения между рабочими циклами будут независимы от заданного светового потока Ф_t (которые гарантируют, что цветовое восприятие не будет зависеть от светового потока), причем подстрочный индекс х обозначает установку на максимально возможном световом потоке Ф_х, а t - установку на заданном световом потоке Ф_t.

Уравнение также показывает, что условие для рабочих циклов выполняется автоматически, когда заданный световой поток ниже или равен максимальному световому потоку.

Точка (Р_х,Ф_х) с наивысшим световым потоком может быть найдена с помощью первого вычисления всех точек промежутка между группами на фиг.6, а затем выделена для точки с наивысшим световым потоком Ф_х, все еще находящейся во всех группах. Например, четыре точки промежутка между группами, соответствующими красному и зеленому цветам, могут быть вычислены из уравнения (9), причем с_r и c_g - постоянные, которые могут быть равны 0 или 1, соответствуя рабочему циклу 0 и 100% соответственно.

Можно проверить, лежит ли промежуточная точка в других группах, вычислив «расстояние» от промежуточной точки (Р,Ф) до обеих границ проверяемой группы. Это выражается в уравнении (10) для примера группы, соответствующей синему цвету. Здесь c_b определяет тестируемую границу (c_b = 0 для границы, соответствующей 0% рабочему циклу, и c_b = 1, соответствующей 100%). Если знаки расстояния v₀ и v₁ не одинаковы, то тогда промежуточная тестируемая точка располагается в тестируемой группе.

Вышеописанная технология может быть применена к сборке LED, использующей любую комбинацию из четырех цветов, включая белый. Она специально приспособлена для общего освещения, но также может применяться в других прикладных областях, где очень важны выходящий свет и цветопередача. Более того, как уже указывалось, для этого алгоритма нужна одна независимая переменная, чтобы найти наилучшую рабочую точку с наивысшим световым потоком. Хотя в вышеуказанных примерах это был расход Р мощности, эта переменная может быть любой другой переменной, которая линейна относительно рабочего цикла.

Следовательно, способ может быть расширен до 5, 6,... N основных цветов (= рабочим циклам) с помощью нахождения лучшей рабочей точки в многомерном пространстве. Для пяти цветов, например, нужно две независимые переменные Р1, Р2; графическое представление групп в двумерном (Р, Ф)-пространстве, использованное выше для четырех цветов, должно быть затем заменено каким-либо типом трехмерных групп в трехмерном (Р1,Р2,Ф)- пространстве. Аналогично, каждый дополнительный цвет добавляет одну мерность к (Р1, Р2, Р3,... Ф) - пространству.

В заключение указано, что в настоящей заявке термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, что использование элементов в единственном числе не исключает их использование во множественном числе и что одиночное устройство обработки данных или другой блок может выполнять функции нескольких средств. Изобретение обладает правами на каждый и новый признак и каждую и новую комбинацию признаков. Более того, ссылки в пунктах формулы не следует рассматривать в качестве ограничивающих их объем.

Изобретение относится к области светотехники, осветительному устройству (10) с, по меньшей мере, четырьмя излучателями (11R, 11G, 11B, 11W) света разных основных цветов, которыми нужно управлять в соответствии с установленными основными заданными значениями, например заданными значениями для цветовой точки (x,y) и потока (Ф). Техническим результатом является повышение скорости управления. Технический результат достигается определением вторичных заданных значений, например, для полного расхода (Р) мощности излучателей света, которые согласуются с основными заданными значениями и с возможными управляющими командами (r,g,b,w) (например, рабочие циклы между 0% и 100%). Устанавливая вторичные заданные значения, управляющие команды для излучателей света могут быть определены однозначно, в предпочтительных вариантах осуществления - с помощью простого матричного перемножения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Осветительное устройство (10), содержащее:
a) некоторое число из N≥4 излучателей (11R, 11G, 11B, 11W) света с разными основными цветами;
b) блок (13) определения заданных значений для определения некоторого числа из s<N вторичных заданных значений (Р), которые могут быть выражены как функция запускающих команд (r,g,b,w) для излучателей света;
c) запускающий блок (14) для определения отдельных запускающих команд (r,g,b,w) для излучателей света, основанных на вторичных заданных значениях (Р) и на некотором числе из р<N установленных заданных основных значений (x,y,Ф) для света, выходящего из осветительного устройства, причем блок (13) определения заданных значений
- содержит устройство оценки диапазона для определения диапазона допустимых вторичных заданных значений (P), которые находятся в соответствии с допустимыми запускающими командами (r,g,b,w), и поднабором установленных основных заданных значений (x,y,Ф);
- выбирает вектор V вторичных заданных значений из допустимого диапазона, соответствующего соотношению:
V=(Ф_t/Ф_x)·V_х,
с V_x, являющимся вектором вторичных заданных значений из допустимого диапазона, который соответствует максимальному основному заданному значению Ф_x, и с Ф_t, являющимся установленным основным заданным значением.

2. Осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что запускающий блок (14) содержит модуль перемножения матриц для оценки линейного соотношения между вектором запускающих команд (r,g,b,w) и заданным вектором (X,Y,Z,P), выведенным из основных и вторичных заданных значений.

3. Осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок (13) определения заданных значений определяет вторичные заданные значения (P) в зависимости от установленных основных заданных значений (x,y,Ф).

4. Осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что вторичные заданные значения содержат расход (Р) мощности поднабора излучателей (11R, 11G, 11B, 11W) света и/или тем, что основные заданные значения содержат цветовую точку (x,y) и поток (Ф) осветительного устройства.

5. Осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что запускающие команды представляют собой рабочие циклы (r,g,b,w) импульсно-широтной модуляции.

6. Осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок (13) определения заданных значений выбирает для установленных основных заданных значений (x,y,Ф) вторичные заданные значения (P) из допустимого диапазона, соответствующего какому-либо критерию оптимизации, главным образом, соответствующего минимизации расхода мощности или минимизации запускающей команды наивысшего рабочего цикла.

7. Осветительное устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатели (11R, 11G, 11B, 11W) света содержат светоизлучающие диоды (LED), люминофорный преобразованный LED, органический LED (OLED), лазер, люминофорный преобразованный лазер, цветную флуоресцентную лампу, цветную галогеновую лампу с фильтром, цветную разрядную лампу высокой интенсивности (HID) с фильтром и/или цветную лампу ультра высокой эффективности (UHP) с фильтром.

8. Способ для управления осветительным устройством (10), содержащий некоторое число из N≥4 излучателей (11R, 11G, 11В, 11W) света с разными основными цветами, содержит этапы:
a) определения s<N вторичных заданных значений (P), которые могут быть выражены как функция запускающих команд (r,g,b,w) для излучателей света;
b) определения отдельных запускающих команд (r,g,b,w) для излучателей света, основанных на вторичных заданных значениях (P) и на числе p<N установленных основных заданных значений (x,y,Ф) для света, выходящего из осветительного устройства;
причем способ дополнительно содержит подэтапы:
- определения диапазона допустимых вторичных заданных значений (P), которые находятся в соответствии с допустимыми запускающими командами (r,g,b,w) и поднабора установленных основных заданных значений (x,y,Ф);
- выбора вектора V вторичных заданных значений из допустимого диапазона в соответствии с соотношением:
V=(Ф_t/Ф_x)·V_x,
с V_x, являющимся вектором вторичных заданных значений из допустимого диапазона, который соответствует максимальному основному заданному значению Ф_x, и с Ф_t, являющимся установленным основным заданным значением.