СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ Российский патент 2012 года по МПК H05B37/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области освещения и, в частности, управлению цветом и интенсивностью, излучаемого источником света.

Уровень техники

Достижения в развитии и усовершенствовании светового потока светоизлучающих устройств, например твердотельных полупроводниковых и органических светодиодов (СИД), сделали эти устройства пригодными для использования в применениях общего освещения, включающих в себя архитектурное, увеселительное и дорожное освещение. Светодиоды составляют все большую конкуренцию таким источникам света, как лампы накаливания, люминесцентные лампы и газоразрядные лампы высокой интенсивности.

Одна из задач в связи с твердотельным освещением состоит в разработке системы и/или способа, которые могут устанавливать и поддерживать интенсивность и цветность смешанного света, излучаемого множеством цветных, например, синих и желтых или красных, зеленых и синих СИД. Это может быть проблемой, поскольку свет, излучаемый СИД, может изменяться в зависимости от условий эксплуатации, отличных от электрических токов, обеспечиваемых на СИД. Традиционно, системы, которые могут исправлять эту зависимость, используют оптическую обратную связь на основании сигналов, обеспечиваемых одним или более оптическими датчиками. Датчики могут воспринимать часть излучаемого света, и их можно использовать для определения цветности и интенсивности воспринимаемого света. В свою очередь, информация о цветности и интенсивности можно, соответственно, использовать для регулировки токов возбуждения СИД. Однако для возможности эффективного управления с обратной связью нужно устранить ряд эффектов. Например, во-первых, спектральная чувствительность известных недорогих цветовых датчиков RGB, в практических целях, недостаточно точно повторяет спектральную чувствительность человеческого глаза. Во-вторых, спектральные распределения мощности (SPD) СИД могут изменяться с рабочей температурой СИД.

Например, на фиг.1 показана нормализованная спектральная чувствительность стандартного наблюдателя-человека, представленная функциями согласования цветов CIE , совместно с чувствительностью типичных коммерчески доступных цветовых датчиков RGB. Легко видеть, что характеристики датчика не полностью согласуются с характеристиками стандартного наблюдателя-человека. Спектральные рассогласования, даже меньшие, чем показаны на фигуре, могут приводить к нежелательным световым эффектам в системах на основе разноцветных СИД с управлением посредством обратной связи.

В технике общеизвестно, что SPD, описанную посредством , можно преобразовать в соответствующие трехцветные значения CIE, определив средние значения SPD, взвешенные соответствующими функциями согласования цветов. Это можно выразить в нижеследующих уравнениях для вышеупомянутых функций согласования цветов CIE:

и

Следовательно, трехцветные значения, определенные на основании сигналов, обеспечиваемых цветовыми датчиками RGB с недостаточно точными чувствительностями, могут не обеспечивать практически полезные указания трехцветных значений CIE. Общеизвестно, что другие функции согласования цветов можно использовать для определения соответствующих основных цветов в соответствующем цветовом пространстве.

Известные решения, например, представленные в патенте США № 6,507,159, раскрывают способ и систему для управления осветительным прибором на основе RGB СИД, которые позволяют отслеживать трехцветные значения опорного сигнала и сигнала обратной связи определенным образом. Прямые токи, возбуждающие осветительный прибор на основе СИД, регулируются на основании сравнения между трехцветными значениями сигнала обратной связи и опорными трехцветными значениями до тех пор, пока сравнение не перестанет показывать разность между ними. Трехцветные значения определяются с использованием определенной комбинации фильтров и датчиков. Однако согласование фильтров и датчиков для точного воспроизведения функций согласования цветов CIE, даже в лабораторных условиях управляемой температуры, представляет собой сложную задачу. Поэтому полезные комбинации фильтров и датчиков могут быть дорогими, что обсуждается в работе G. P. Eppeldauer, "A Reference Tristimulus Colorimeter," Proceedings of the Ninth Congress of the International Color Association of the Optical Engineering Society, SPIE 4421, стр. 749-752, (2002), Bellingham, WA, USA. Кроме того, управление с обратной связью, основанное только на трехцветных значениях CIE, не позволяет отделить цветность (т.е. цвет) от интенсивности и поэтому может оказаться неэффективным при подавлении ряда нежелательных флуктуаций цветности.

В работе B. T. Barnes "A Four-Filter Photoelectric Colorimeter," Journal of the Optical Society of America 29, (10), стр. 448-452, (1939) описано, как разложить функцию согласования цветов на и по диапазону длин волны, и как это упрощает требования к спектральной чувствительности датчиков RGB. Barnes задает:

(2a)

(2b)

где l и s обозначают диапазон длинных и коротких волн, соответственно. Для приборов, качество которых ниже лабораторного, в уровне техники нередко используются надлежащим образом масштабированные версии пары синий фильтр/детектор для представления спектральных чувствительностей и и . Однако этот подход, в общем случае, не позволяет ослабить нежелательные эффекты рассогласований спектральной чувствительности датчика RGB в ходе эксплуатации.

В работе B. A. Wandell и J. E. Farrell "Water into Wine: Converting Scanner RGB to Tristimulus XYZ" Device-Independent Color Imaging and Imaging Systems Integration, Proc. SPIE 1909, стр. 92-101, (1993) описано, как преобразовывать данные датчиков RGB в трехцветные значения XYZ с использованием матрицы преобразования, которую можно заранее определить методом наименьших квадратов на этапе калибровки. На этапе калибровки используются данные от идеальных датчиков согласования цветов CIE, и калибровочные данные от неидеальных датчиков RGB получаются путем измерений набора SPD для каждого датчика. Однако Wandell не предлагает использовать метод наименьших квадратов для аппаратов с обратной связью в реальном времени, а также применять его для управления источником света. Преобразование также применяется к измеренным данным цветовых датчиков RGB для каждого пикселя изображения.

В работе G. D. Finlayson и M. S. Drew "Constrained Least-Squares Regression in Color Spaces," Journal of Electronic Imaging 6, (4), стр. 484-493, (1997) описан способ, аналогичный решению, предложенному в вышеупомянутой работе Wandell и др., который страдает теми же ограничениями.

На фиг.2 показан пример SPD света, излучаемого модулем RGB СИД при двух разных рабочих температурах, но в остальном в одинаковых стационарных условиях эксплуатации. Температура окружающей среды один раз составляла 25°C, а в другой раз 70°C. Помимо эффектов разной рабочей температуры различие в токах возбуждения СИД в СИД разных цветов может приводить к различию в скоростях рассеяния мощности и, следовательно, к различию в температуре перехода СИД. Это различие может проявляться при сравнении SPD в различных сдвигах пиковой длины волны и различном расширении SPD и, следовательно, может быть причиной нелинейного изменения цветности смешанного света в зависимости от токов возбуждения и рабочих температур каждого СИД. Кроме того, теплообмен между СИД разных цветов может приводить к возникновению взаимозависимостей между температурами перехода СИД. Следовательно, общеизвестные законы аддитивности цветов Грассмана не могут обеспечить точные описания цвета смешанного света без учета эффектов самонагрева и взаимного нагрева СИД и любых оптических датчиков, применяемых для измерения генерируемого света.

Таким образом, на работе систем управления осветительными приборами с обратной связью могут негативно сказываться некоторые эффекты, в том числе тот, что датчики RGB с разными чувствительностями будут обеспечивать разные уникальные отклики на свет с одним и тем же SPD. Изменения в SPD цветного СИД, как описано выше, также будут приводить к изменениям в откликах датчиков RGB. Поэтому изменения сигналов датчиков RGB в ответ на изменения SPD также будут уникальными. Кроме того, датчики RGB, которые приближены к идеальным датчикам, будут, в ответ на одно и то же SPD, обеспечивать различные сигналы по сравнению с идеальными датчиками. Кроме того, чувствительность датчика RGB также может изменяться с его температурой.

Поэтому существует необходимость в системе и способе управления осветительными приборами, которые позволяют эффективно управлять светом, генерируемым осветительным прибором.

Эта информация об уровне техники призвана раскрыть информацию, которую заявитель, предположительно, считает имеющей отношение к настоящему изобретению. Не следует делать никаких предположений и не следует толковать в том смысле, что какая-либо часть вышеприведенной информации составляет предпосылки настоящего изобретения.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа управления осветительными приборами. Согласно аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ для управления одним или более светоизлучающими элементами (СИЭ), возбуждаемыми прямыми токами, для генерации смешанного света. Способ содержит этапы сбора данных датчиков, представляющие смешанный свет; обеспечения данных контрольной точки, представляющие требуемый смешанный свет; преобразования данных датчиков в первые данные, выраженные в координатах заранее определенной системы цветовых координат; преобразования данных контрольной точки во вторые данные, выраженные в координатах упомянутой заранее определенной системы цветовых координат; сравнения первых и вторых данных и определения разности между первыми и вторыми данными; регулирования упомянутых прямых токов в ответ на разность между первыми и вторыми данными, для того чтобы уменьшить разность между упомянутыми первыми данными и вторыми данными.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрена система для управления одним или более светоизлучающими элементами (СИЭ), возбуждаемыми прямыми токами, для генерации смешанного света. Система содержит один или более оптических датчиков для сбора данных датчиков, представляющих смешанный свет; пользовательский интерфейс для обеспечения данных контрольной точки, представляющих требуемый смешанный свет; контроллер, причем контроллер преобразует данные датчиков в первые данные, выраженные в координатах заранее определенной системы цветовых координат, причем контроллер дополнительно преобразует данные контрольной точки во вторые данные, выраженные в координатах заранее определенной системы цветовых координат, причем контроллер дополнительно сравнивает первые и вторые данные и определяет разность между первыми и вторыми данными, причем контроллер дополнительно регулирует упомянутые прямые токи в ответ на разность между первыми и вторыми данными; при этом контроллер выполнен с возможностью уменьшать разность между упомянутыми первыми данными и упомянутыми вторыми данными, пока абсолютное значение упомянутой разности не упадет ниже заранее определенного порога.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает нормализованную спектральную чувствительность стандартного наблюдателя-человека, представленная функциями согласования цветов CIE , и чувствительность набора типичных коммерчески доступных цветовых датчиков RGB.

Фиг.2 показывает пример двух SPD для модуля RGB СИД, эксплуатируемого при температуре окружающей среды 25°C и 70°C.

Фиг.3 показывает архитектуру системы обратной связи и управления для осветительного прибора на основе СИЭ согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 показывает пример рекурсивного треугольного разбиения цветового пространства RGB согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 показывает блок-схему иллюстративного способа компенсации рабочей температуры СИЭ согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 показывает блок-схему иллюстративного процесса преобразования белого режима согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 показывает блок-схему иллюстративного процесса отображения цветовой гаммы для преобразования режима цветности согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 показывает блок-схему иллюстративного способа общего преобразования согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 показывает схему системы обратной связи и управления, в которой используется ПИ схема управления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Определения

Термин "светоизлучающий элемент" (СИЭ) используется для определения устройства, которое испускает излучение в диапазоне или комбинации диапазонов электромагнитного спектра, например в видимом диапазоне, инфракрасном и/или ультрафиолетовом диапазоне, будучи активированным, например, за счет подачи на него разности потенциалов или пропускания через него тока. Поэтому светоизлучающий элемент может иметь монохроматическую, квазимонохроматическую, полихроматическую или широкополосную спектральную характеристику излучения. Примерами светоизлучающих элементов служат полупроводниковые, органические или полимерные светодиоды, светодиоды с фосфорным покрытием оптической накачки, нанокристаллические светодиоды с оптической накачкой или другие аналогичные устройства, что хорошо известно специалисту в данной области техники. Кроме того, термин светоизлучающий элемент используется для определения конкретного устройства, которое испускает излучение, например кристалл СИД, и в равной степени может использоваться для определения комбинации конкретного устройства, которое испускает излучение, совместно с корпусом или кожухом, в котором располагается/ются конкретное/ые устройство или устройства.

Используемый здесь термин "около" относится к +/-10% отклонению от номинального значения. Следует понимать, что такое отклонение всегда включено в любое данное значение, обеспеченное здесь, независимо от того, имеется ли на него ссылка.

Если не указано обратное, все технические и научные термины, используемые здесь, имеют тот же смысл, в котором их обычно понимают специалисты в данной области техники, к которой принадлежит изобретение.

Настоящее изобретение обеспечивает систему обратной связи и управления для управления электрическими токами, предоставляемыми на один или более СИЭ в осветительном приборе. Система обратной связи и управления может взаимодействовать с оптическими датчиками для восприятия части света, излучаемого СИЭ, пользовательским интерфейсом для обмена информацией с пользователем и системой температурных датчиков. Система температурных датчиков может содержать систему температурных датчиков на основе перехода СИЭ для мониторинга температуры СИЭ и, дополнительно, в необязательном порядке, систему температурных датчиков для мониторинга температуры оптических датчиков.

Согласно настоящему изобретению система обратной связи и управления может быть выполнена так, чтобы определенные сигналы, используемые в ней, коррелировали с цветом или интенсивностью света в координатах выбранного заранее определенного требуемого цветового пространства. Степень корреляции может быть прямо линейно пропорциональной. Эти сигналы могут включать в себя входные и выходные сигналы системы или сигналы, получаемые из них путем преобразования в заранее определенное требуемое цветовое пространство. Эти сигналы могут включать в себя сигналы, указывающие контрольную точку системы. Контрольная точка системы описывает требуемый выход системы и может изменяться пользователем в ходе эксплуатации, инициирующим переход между двумя требуемыми состояниями. Система может быть выполнена с возможностью выполнять переход несколькими, обычно заранее определенными способами.

Для управления с обратной связью выход и сигнал контрольной точки можно сравнивать в целях определения разности между ними. Разность обычно рассматривается как отклонение выхода от контрольной точки. Каждая разность затем используется для определения изменений соответствующего электрического тока возбуждения для каждой группы СИЭ, что необходимо для уменьшения разности между соответствующим мгновенным и требуемым выходом осветительного прибора. Поэтому информация, закодированная в сигнале контрольной точки или сигнале датчика или в обоих сигналах, должна быть доступна в общем цветовом пространстве до того, как они будут сравнены. Следовательно, может потребоваться преобразование одного или обоих сигналов в выбранное общее цветовое пространство. Согласно настоящему изобретению общее цветовое пространство является рассмотренным выше заранее определенным требуемым цветовым пространством. В общем случае, контроллер выполнен с возможностью регулировать, в ответ на сравнение мгновенного и требуемого выхода, токи возбуждения на светоизлучающие элементы. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения токи возбуждения регулируются для уменьшения разности между данными датчиков RGB с обратной связью, которые выражают мгновенный выход, и данными контрольной точки RGB, описывающими требуемый выход, пока абсолютное значение разности не станет меньше заранее определенного порога.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения общее цветовое пространство может задаваться чувствительностью оптических датчиков в некоторых заранее определенных условиях эксплуатации оптических датчиков. В частности, каждая из чувствительностей может использоваться в качестве базисной функции системы координат, которая используется для задания заранее определенного требуемого цветового пространства.

Заметим, что вышеописанный мгновенный выход относится к выходу в моменты, когда свет, излучаемый СИЭ осветительного прибора, взаимодействует с соответствующим датчиком. Мгновенный выход обычно обрабатывается позже, и задержка зависит от характера системы обратной связи. Как известно, мгновенное значение сигнала обратной связи в моменты времени, когда он фактически обрабатывается, обычно соответствует более ранним выходам, зависящим от времени, необходимого для распространения выходного сигнала через участки системы обратной связи, пока он не будет обработан системой обратной связи и управления. В цифровых системах управления могут возникать дополнительные задержки, поскольку выборки выходного сигнала обратной связи можно брать только в интервалах или в определенные моменты времени. Задержки в системах обратной связи и управления также могут возникать вследствие удержания данных из дискретизированных сигналов в хранилище до обработки.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения система обратной связи и управления выполнена с возможностью преобразовывать данные датчиков RGB в координаты опорных данных и сравнивать их. Согласно другому варианту осуществления система обратной связи и управления выполнена с возможностью преобразовывать опорные данные в координаты данных датчиков RGB и сравнивать их. Согласно другому варианту осуществления система обратной связи и управления выполнена с возможностью преобразовывать опорные данные и данные датчиков RGB в координаты заранее определенного цветового пространства, которое отличается как от цветового пространства опорных данных, так и данных датчиков RGB. В общем случае, система обратной связи и управления выполнена с возможностью регулировать прямые токи возбуждения на светоизлучающие элементы, в ответ на сравнение выходных или дискретизированных сигналов и сигналов контрольной точки, для уменьшения разности между упомянутыми данными датчиков RGB и опорными данными RGB, пока абсолютное значение разности не перестанет превышать требуемый заранее определенный порог.

Методы управления и динамика системы обратной связи и управления

Согласно настоящему изобретению всякий раз, когда система обратной связи и управления обрабатывает входные значения или значения контрольной точки или выходные сигналы, например, для того, чтобы определять отклонения выхода от контрольной точки, может потребоваться учет определенных условий эксплуатации и информации о режиме работы системы. Система может работать в статическом режиме, в котором входные и выходные параметры системы, доступные пользователю, не изменяются, а также система может работать в переходном режиме, когда выходные параметры изменяются в результате изменений входных параметров. Хотя входные и выходные параметры могут не изменяться, внутренние параметры системы и переменные, описывающие состояние системы, или ее компоненты могут меняться. Переходные режимы включают в себя, например, случай, когда цвет или интенсивность света, излучаемого осветительным прибором, переходят от начального значения к требуемому целевому значению. Следовательно, система обратной связи и управления должна обнаруживать и адекватно обрабатывать состояние системы также, когда переходные режимы активны.

Согласно настоящему изобретению цифровая система обратной связи и управления, например, может осуществлять переход ступенчатым итерационным образом, изменять цвет или цветность, или и то, и другое шагами приращения заранее определенной или динамически определяемой величины каждый раз, пока не будет достигнут требуемый выход. Если переход осуществляется в данный момент, и принимается команда, которая требует нового перехода, система обратной связи и управления может ожидать завершения начального перехода прежде, чем она инициирует новый переход. Альтернативно, система может, в ходе начального перехода, обновлять параметры перехода и, при необходимости, регулировать хронирование перехода, что позволяет добиться его согласно заранее определенному или иному требуемому расписанию. Другие варианты осуществления могут использовать эти различные подходы в различных других комбинациях.

Система управления также может выполнять перекрывающиеся переходы в режиме мультиплексирования по времени и может быть выполнена с возможностью завершать, обновлять или даже прерывать один или более действующих переходов заранее определенным образом. Система управления также может быть выполнена с возможностью синхронизировать перекрывающиеся мультиплексированные по времени переходы, для того чтобы достигать требуемых эффектов освещения. Разные варианты осуществления могут быть выполнены с возможностью выполнения ступенчатых переходов в разном темпе или частотами. Например, ступенчатые регулировки интенсивности можно выполнять на частоте 50 Гц.

Когда система обратной связи и управления определяет новые токи возбуждения для СИЭ осветительного прибора, она также может проверять, что токи возбуждения не превышают максимально допустимые токи возбуждения согласно конструкции и условиям эксплуатации системы в целом, включающей в себя осветительный прибор во времени. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения система обратной связи и управления может масштабировать в сторону уменьшения токи возбуждения от первоначально определенных значений, для того чтобы предотвращать одного или более эффектов, которые могут быть нежелательными или вредными для компонентов системы, включая осветительный прибор. Такие эффекты могут включать в себя перегрев, мерцание и нежелательные цветовые сдвиги вследствие, например, увеличения интенсивности. Токи возбуждения можно масштабировать в сторону уменьшения несколькими разными заранее определенными способами, которые могут отличаться в зависимости от конкретного случая или эффекта, который нужно ослабить. Это может включать в себя затемнение одного или более СИЭ, которые сами даже могут не перегреваться, но которые нужно затемнять, например, для того чтобы поддерживать требуемую цветность, поскольку ток возбуждения для одного или более других СИЭ необходимо снизить во избежание их перегрева.

Заметим, что токи возбуждения можно обеспечивать в нескольких различных форматах, включающих в себя, например, аналоговые или импульсные форматы. Импульсные форматы могут включать в себя токи возбуждения с широтно-импульсной модуляцией, импульсно-кодовой модуляцией или модуляцией плотности импульсов. Заметим также, что схема пульсации может дополнительно модулироваться по частоте, амплитуде или длительности импульса, для того чтобы улучшать разрешение усредненного по времени тока возбуждения, подавление нежелательного мерцания при низких средних токах возбуждения или кодирование дополнительной информации в свете, например, генерируемом в ответ на ток возбуждения. Поэтому для управления током возбуждения и его масштабирования может потребоваться регулировка токов возбуждения, например, по ширине импульса, амплитуде импульса или плотности импульсов. Заметим, что разные варианты осуществления могут использовать одну из этих или другую общеизвестную цифровую, а также аналоговую схему управления током возбуждения или их комбинацию.

Система может выполнять переходы интенсивности на основании перцептивно линейной зависимости, включающие в себя, например, затемнение по квадратичному или логарифмическому закону, или может использовать другие альтернативные требуемые заранее определенные кривые затемнения.

Для улучшения стабильности и времени отклика система обратной связи и управления может быть выполнена с возможностью изменять ряд внутренних параметров управления заранее определенным образом в зависимости от величин токов возбуждения или силы сигналов обратной связи или датчиков. Внутренние параметры управления могут быть калибровочными коэффициентами для определения соответствующих пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) разностных сигналов или других известных параметров, которые можно регулировать, для того чтобы осуществлять динамику системы обратной связи и управления. С этой целью система обратной связи и управления может собирать и поддерживать данные о характерных условиях эксплуатации и использовать эти данные для целей самокалибровки и улучшения управления. Разные варианты осуществления могут сохранять эти данные в энергонезависимой памяти и применять оценивание самокалибровки по температуре на основании заранее определенных схем, например, при работе в заранее определенном диапазоне условий эксплуатации или, например, в заранее определенных интервалах или частотах.

Архитектура системы на основе осветительных приборов, в которой используется система обратной связи и управления

На фиг.3 показана иллюстративная архитектура комбинации осветительного прибора, использующего систему обратной связи и управления согласно настоящему изобретению. Осветительный прибор содержит один или более СИЭ 40 для генерации света. СИЭ 40 электрически подключены к источнику 30 питания через формирователи 35 тока. Источник 30 питания может быть на основе, например, выпрямителя или преобразователя постоянного тока. Осветительный прибор с разноцветными СИЭ может содержать отдельные формирователи тока для каждого цвета. Отдельные формирователи тока можно использовать для одновременной подачи разных прямых токов на разные цветные СИЭ 40.

Предусмотрены один или более датчиков 50 RGB, которые можно калибровать так, чтобы они воспринимали выход светового потока света, генерируемого осветительным прибором. В одном варианте осуществления отдельные датчики 50 света предусмотрены для каждого цвета СИЭ 40. Кроме того, цветной светофильтр может быть связан с одним или более датчиками 50 света. Каждый датчик 40 RGB электрически подключен к усилителю и преобразователю 55 сигнала, который может преобразовывать воспринятый сигнал в электрический сигнал, который может обрабатываться системой 60 управления.

Как показано, система 60 управления может управлять усилением и интегрированием сигналов управления усилителя и преобразователя 55 сигнала. Очевидно, что каждый датчик 50 RGB может обнаруживать величину светового потока, которая достаточна для обеспечения стабильного фототока и которая обеспечивает сигнал с адекватным отношением сигнал/шум. Датчики 50 RGB могут быть экранированы, чтобы подавлять паразитный или окружающий свет, воспринимаемый ими. Однако альтернативные варианты осуществления могут быть выполнены с возможностью, например, обнаруживать окружающий свет.

Пользовательский интерфейс 65 подключен к системе 60 управления и обеспечивает средство для получения информации, относящейся к требуемой цветовой температуре, цветности и/или требуемому выходу светового потока для осветительного прибора от пользователя или другого устройства управления, например, таймера, программируемого на 24 часа, пульта театрального освещения или другого подходящего устройства, которое хорошо известно специалисту в данной области техники. Вся система, включающая в себя пользовательский интерфейс, может быть выполнена несколькими разными способами, позволяющими по-разному управлять светом, излучаемым одним или более осветительными приборами. Возможные конфигурации системы могут предоставлять пользователю разнообразные возможности от непосредственного изменения излучаемого света до ввода информации для перепрограммирования программы освещения, которая автоматически может выполняться системой в требуемые моменты времени, интервалы и т.п.

Информация, обеспечиваемая пользовательским интерфейсом, преобразуется в соответствующие опорные электрические сигналы для использования системой 60 управления. Система 60 управления дополнительно принимает данные обратной связи от датчиков 50 света, относящиеся к выходу светового потока из осветительного прибора. Таким образом, система 60 управления может определять соответствующие сигналы управления для передачи на формирователи 35 тока, для того чтобы получать требуемый световой поток и цветность света, генерируемого осветительным прибором. Система 60 управления может быть микроконтроллером, микропроцессором или другой системой обработки цифрового сигнала, которая хорошо известна специалисту в данной области техники.

В одном варианте осуществления, показанном на фиг.3, система 60 управления может, в необязательном порядке, быть оперативно подключена к одному или более датчикам 45 температуры СИЭ. Датчики 45 температуры СИЭ обеспечивают информацию о температуре СИЭ 40 в условиях эксплуатации. Информацию о температуре СИЭ 40 затем можно использовать для компенсации температурных изменений светового потока и характерных температурных сдвигов пиковой длины волны для каждого СИЭ.

Например, температуру СИЭ 40 можно определить путем измерения прямого напряжения на этом СИЭ путем измерения сопротивления термистора, находящегося в тепловом контакте с СИЭ, или напряжения термопары. Следовательно, система 60 управления может управлять формирователями 35 тока для адаптации тока возбуждения к группе СИЭ 40 в режиме прямой связи.

Аналогично, один или более элементов 45 датчика температуры могут обеспечивать информацию о рабочей температуре оптических датчиков 50 RGB. Эту информацию можно использовать для учета температурно-зависимых изменений спектральной чувствительности оптических датчиков и компенсации соответствующих нежелательных эффектов.

В одном варианте осуществления система 60 управления реагирует на сигналы как от датчиков 50 RGB, так и датчиков 45 температуры, тогда как цифровая система 60 управления с обратной связью, реагирующая только на датчики 50 света, может демонстрировать более низкую долговременную стабильность в поддержании постоянных выхода светового потока и цветности.

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения элемент датчика температуры может быть системой датчика прямого напряжения или другим элементом датчика температуры для определения рабочей температуры СИЭ осветительного прибора. Как показано на фиг.3, варианты осуществления системы управления могут быть выполнены с возможностью обработки сигналов, обеспечиваемых одним или более элементами 70 датчика напряжения. Элементы датчика напряжения оперативно подключены к СИЭ осветительного прибора, для того чтобы контролировать прямое напряжение СИЭ 40. Как известно из уровня техники, сигналы датчика напряжения можно обрабатывать на основании мгновенных токов возбуждения соответствующих СИЭ, для того чтобы определять температуру перехода СИЭ. Например, сигналы датчика напряжения можно фильтровать на полосовом фильтре с центральной частотой, вдвое превышающей частоту переменного тока питающей линии. Система 60 управления может, в необязательном порядке, постоянно дискретизировать сигналы датчика напряжения для измерения остаточного пульсирующего тока, который может возникать от неполной фильтрации источника питания, и регулировать коэффициент заполнения ШИМ сигналов возбуждения, поступающих на формирователи 35 тока, для того чтобы ослаблять нежелательные влияния на выход светового потока из СИЭ 40. Частоту дискретизации сигналов датчика напряжения можно задать так, чтобы она обычно превышала 300 Гц, для того чтобы минимизировать визуальное мерцание.

Ниже изобретение будет описано со ссылкой на конкретный пример. Очевидно, что нижеследующие примеры призваны описывать варианты осуществления изобретения и не призваны никоим образом ограничивать изобретение.

Примеры

Пример 1

В первом примере система управления может быть выполнена с возможностью считывать данные датчиков RGB и для применения заранее определенного преобразования, для того чтобы выводить приближенные значения трехцветных значений X, Y и Z CIE света, излучаемого СИЭ. Это можно выполнять, например, путем программирования системы управления линейным алгебраическим соотношением

с использованием матрицы преобразования 3x3

где N ^T - транспонированная матрица и N ⁺ - матрица, псевдообратная матрице N. M - матрица n×3 идеальных трехцветных значений M _ij и N - соответствующая матрица n×3 данных цветовых датчиков RGB для того же набора из n SPD. M и N можно определить на этапе калибровки, где используется n SPD, и они характеризуются с помощью цветовых датчиков RGB для определения N и, например, с помощью точно откалиброванного спектрометра для определения M. Затем можно определить T, например, методом наименьших квадратов, путем минимизации функции ошибок:

Этот способ может обеспечивать средство уменьшения среднеквадратической ошибки в трехцветном пространстве между измеренными данными датчиков RGB и измеренными данными идеальных датчиков для обучающего набора SPD. Заметим, что которые получаются из для SPD с использованием T, полученной в процессе калибровки, являются линейно интерполированными приближениями.

В технике общеизвестно, что

и

где интенсивность представлена трехцветным значением Y CIE. В одном варианте осуществления контроллер выполнен с другой заранее определенной матрицей T _xyY для преобразования значений в координатное пространство с координатами x, y цветности и интенсивности Y, в каковом случае

Заметим, что каждый набор значений RGB связан с конкретной цветностью и интенсивностью. Если коэффициенты усиления датчиков RGB масштабируются, в практических целях, достаточно линейно с интенсивностью, поэтому требуемые изменения в интенсивности могут осуществляться системой управления путем адекватного масштабирования всех значений RGB.

Кроме того, можно использовать функции ошибок, отличные от той, которая использовалась в Уравнении 5, например сумму абсолютных разностей. Кроме того, каждому из значений в матрицах и/или можно присваивать разные весовые коэффициенты в функции ошибок, для того чтобы достигать разных требуемых эффектов управления.

Процедура минимизации может использовать координатные пространства, отличные от . Заметим, что координаты x и y цветности CIE 1931 перцептивно нелинейны, и что с учетом того, что система цветовой обратной связи управляет источником света, предпочтительно линеаризовать x и y в перцептивном смысле. Например, координаты цветового пространства с равномерной шкалой цветности (UCS) CIE 1976 обеспечивают такого рода линеаризацию и даны посредством (CIE 2004) в виде

и

Поэтому координаты можно использовать согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Заметим, что возможно также преобразование в другие перцептивно однородные цветовые пространства, например CIELAB, где метрикой является разность цветов. Это подразумевает нелинейное преобразование трехцветных значений, что может потребовать более сложной обработки.

Преимущество использования координат xyY или u'v'Y для управления с цветовой обратной связью состоит в том, что цвет и интенсивность представлены по отдельности. Поэтому требуемые изменения в интенсивности могут осуществляться путем масштабирования Y без необходимости в дополнительных вычислениях на xy или u'v'. Разделение на несвязанные параметры цвета и интенсивности, которые могут практически независимо изменяться, по существу, не влияя друг на друга, может помочь уменьшить нежелательные сдвиги цветности вследствие ошибок квантования при вычислении с плавающей точкой, в ходе цифровой обработки.

Пример 2

В другом варианте осуществления может быть выгодно, в отношении эффективности вычислений, чтобы система управления работала с использованием непосредственно необработанных данных датчиков RGB обратной связи. В таком варианте осуществления уже не требуется, чтобы система управления преобразовывала данные датчиков RGB каждый раз при использовании обратной связи. Вместо этого заданные пользователем входные данные преобразуются в координаты датчика RGB из таких координат, как трехцветные координаты XYZ или координаты цветности xyY и интенсивности, чтобы система управления сравнивала контрольную точку с данными цветовой обратной связи RGB. В таком варианте осуществления преобразование необходимо, только когда заданные пользователем входные данные изменяются. В этом варианте осуществления система управления работает в координатах датчика RGB для установления и поддержания требуемой цветности и интенсивности.

Для заранее определенного преобразования T целевые значения RGB можно определить из:

Заметим, что преобразование T, используемое в Уравнении 11, можно определить, как описано выше. Альтернативно, T ^-1 можно определить непосредственно таким же образом, как описано выше, но с соответствующей функцией ошибок, заданной в координатах цветового пространства XYZ, а не со значениями RGB в координатах цветового пространства RGB, используемых в Уравнении 5.

Если , и , где R _max, G _max и B _max - максимально достижимые значения для соответствующих выходов цветовых датчиков RGB, когда СИЭ работают на полную мощность, то заданные пользователем значения XYZ или другие, например xyY, находятся в цветовой и яркостной гамме СИЭ. Если какое-либо из этих условий не выполняется, то указанные цвет и/или интенсивность не могут быть достигнуты посредством СИЭ.

Пример 3

В этом варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью преобразовывать каждый из одного или более заранее определенных данных датчиков RGB в соответствующее заранее определенное требуемое цветовое пространство, например, в данные XYZ, тогда как остаток обучающего набора данных датчиков RGB преобразуется вышеописанным образом, даже если среднеквадратическая ошибка для остальных данных увеличивается. Этот вариант осуществления можно использовать, чтобы гарантировать, что система управления может выполнять процесс калибровки, который сохраняет данные датчиков RGB белого света как таковые.

Дополнительное ограничение для способа калибровки можно выразить в виде M _w=N _w T, где N _w - данные датчиков RGB заранее определенного "белого" SPD, и M _w - соответствующие трехцветные значения XYZ. Матрицу преобразования можно определить в виде:

где T _j - j-й столбец T, M _j - j-й столбец M и .

В одном варианте осуществления контроллер выполнен с координатами u' и v' цветового пространства UCS CIE 1976 и интенсивностью Y вместо трехцветных значений XYZ CIE.

Пример 4

В одном варианте осуществления настоящего изобретения разновидность метода наименьших квадратов можно использовать для преобразования между системами цветовых координат. Решения наименьших квадратов и ограниченных наименьших квадратов являются линейными аффинными преобразованиями между координатами RGB и трехцветными координатами XYZ. Это неявно подразумевает, что нелинейности формирователя СИД и цветовых датчиков RGB достаточно малы, благодаря чему максимальную ошибку можно выразить в виде:

и она достаточно мала для всех практических целей и данных датчиков RGB для этого варианта осуществления.

Если, например, E _max превышает заранее определенный порог, цветовую гамму RGB СИЭ в координатах цветового пространства RGB можно подвергнуть разбиению. С этой целью можно увеличить количество выборочных точек для интерполяции и применить более тонкий растр выборки цветового пространства. Это можно сделать, например, как показано на фиг.4. На фиг.4 показан пример рекурсивного треугольного разбиения цветового пространства RGB. Соответствующие целевые координаты, например u'v' или u'v'Y, вершин каждого треугольника t затем можно использовать для вычисления одной матрицы T _t преобразования для каждого треугольника t. В этом случае набор координат цветового пространства RGB в гамме СИЭ попадает в один конкретный треугольник и затем может преобразовываться с использованием матрицы T _t преобразования для этого треугольника.

Момент, который следует учитывать при определении матриц {T _t} преобразования, состоит в том, что пара этих матриц, расположенных по соседству, преобразуют данные вдоль общих граней и вершин в одни и те же целевые координаты независимо от того, какая из двух матриц используется в преобразовании векторов RGB. Для этого выгодно использовать соответствующие граничные условия для функций ошибок при определении решения наименьших квадратов для треугольной сетки.

Например, имея измеренный вектор RGB, необходимо определить, какой треугольник он занимает, и, таким образом, какую матрицу преобразования следует применить. Иллюстративный способ содержит:

// Нормализовать значения RGB датчика

// Определить индексы массива

// Определить индекс матрицы преобразования

где n=2^s, s - уровень рекурсивного разбиения и M - трехмерный массив сохраненных индексов треугольников. Около трех четвертей элементов массива непригодны, поскольку их нельзя индексировать посредством xyz. Если необходимо экономить память, M можно хранить как разреженный массив с использованием известных в компьютерной технике методов, или массив можно реализовать программными средствами с использованием дерева решений. Рекурсивное решение треугольников также описано в патенте США № 7140752, где функция многих переменных, задающая гиперплоскость, представляющую постоянные силу света и цветность представлена кусочно-линейной функцией, а не радиальной базисной функцией.

Пример 5

В вышеприведенных вариантах осуществления систему управления можно, в необязательном порядке, комбинировать со способом температурной компенсации. Как отмечено, SPD для СИЭ, а также канальные коэффициенты усиления цветовых датчиков RGB могут демонстрировать значительные температурные зависимости. Следовательно, данные цветовых датчиков RGB могут зависеть от рабочей температуры СИЭ и, возможно, от температуры датчиков RGB, причем эти зависимости можно идентифицировать в одной или более из матриц T преобразования, заданных выше.

В одном варианте осуществления температурные зависимости SPD и канальные коэффициенты усиления RGB можно линейно интерполировать по всему диапазону их рабочих температур, и систему управления можно выполнить с использованием матриц преобразования для заранее определенных одной или более низких рабочих температур и других одной или более матриц преобразования для заранее определенных одной или более высоких рабочих температур. Преобразование данных датчиков RGB, например, в u'v'Y или xyY, при измеренных одной или более температурах подлежит линейной интерполяции преобразованных данных датчиков RGB высоко- и низкотемпературных преобразований. В этом варианте осуществления система обратной связи может быть снабжена средством для получения температуры СИЭ и/или датчиками RGB. Для рабочих температур между этими предельными значениями два набора параметров системы цветовой обратной связи можно определить с использованием обеих матриц, и требуемые параметры можно линейно интерполировать между этими значениями для каждого цветового канала.

В другом варианте осуществления система управления может быть выполнена с возможностью кусочно-линейной интерполяции в каждом из набора заранее определенных непрерывных интервалов рабочих температур. Интервалы рабочих температур могут охватывать весь требуемый диапазон рабочих температур. Это позволяет подавлять генерацию воспринимаемых артефактов освещения, обусловленных линейной интерполяцией по всему диапазону рабочих температур с использованием только одного интервала.

На фиг.5 показана блок-схема иллюстративного способа компенсации рабочей температуры СИЭ согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На первом этапе определяется рабочая температура СИЭ, например, на основании сигналов, полученных от датчиков температуры или датчиков прямого напряжения. Заметим, что для цифровой обработки сигналы датчиков можно преобразовывать из аналогового формата в цифровой. Рабочие температуры СИЭ для осветительного прибора СИЭ на основе RGB с соответствующим количеством датчиков можно определить согласно нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: T_LEE - температура подложки СИЭ
PWM_(R,G,B) - текущие уровни ШИМ Выход: Tj_(R,G,B) - температура перехода СИЭ Константы: Q_k(R,G,B) - тепловая нагрузка
_ss - тепловое сопротивление, от подложки к датчику
_js(R,G,B) - тепловое сопротивление, от перехода к подложке Преобразование: См. нижеследующие уравнения для Tj_(R,G,B)

Для белого света можно дополнительно вычислять коэффициент температурной коррекции. Этот коэффициент коррекции можно получить путем калибровки температуры в двух точках на линии цветностей абсолютно черного тела. Затем эти константы могут линейно изменяться на протяжении линии цветностей на основании ввода текущей целевой CCT в миреках. Иллюстративная реализация этого вычисления приведена в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: CCT - целевая коррелированная цветовая температура
CP_(R,G,B) - цветовая точка, без масштабирования интенсивности Выход: T_LK(R,G,B) - коэффициенты температурной коррекции СИД Константы: M_w - значение калиброванной теплой CCT в миреках
M_c - значение калиброванной холодной CCT в миреках
T_LKW(R,G,B) - коэффициент температурной коррекции теплой CCT
T_LKC(R,G,B) - коэффициент температурной коррекции холодной CCT Преобразование: См. нижеследующие уравнения для T_LK(R,G,B)

Вышеупомянутые коэффициенты коррекции для белого света, обычно вычисляемые для данной CCT или значения в миреках, затем можно применять для вычисления надлежащей температурной коррекции светоизлучающего элемента с использованием, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, формул в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: T_LK(R,G,B) - коэффициенты температурной коррекции СИЭ
CPI_(R,G,B) - цветовая точка, с масштабированием интенсивности
Tj_(R,G,B) - температура перехода СИЭ

Выход: CPI_TC(R,G,B) - значения температурной коррекции цветовой точки
Y_0(R,G,B) - целевые значения фотодиода с температурной поправкой Константы: нет Преобразование:

Как известно специалисту в данной области техники, аналогичные расчеты можно реализовать для окрашенного света.

Аналогично, температурную компенсацию сигналов датчиков можно применять согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Сигналы можно получать из нескольких разных датчиков температуры и затем подвергать их аналого-цифровому преобразованию с использованием А/Ц преобразования. В нижеследующей таблице представлена реализация использования сигналов датчика с температурной коррекцией, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

  Смысл Вход: T_PHD - температура фотодиода из термистора
P_(R,G,B) - измеренные значения фотодиода Выход: P_TC(R,G,B) - температурные коррекции фотодиода
Y_(R,G,B) - измеренные значения фотодиода с температурной поправкой
Dk_(RGB) - темное смещение Константы: T_PK(R,G,B) - коэффициенты температурной коррекции фотодиода Преобразование:

В другом варианте осуществления настоящего изобретения температурную компенсацию сигнала датчика можно аппроксимировать на основании контрольной точки S _(R,G,B) вместо фактического мгновенного сигнала датчика. В этом варианте осуществления температурную коррекцию датчика можно задать следующим образом:

В этом варианте осуществления константу P_TC(R,G,B) можно обновлять быстрее, поскольку она основана на контрольной точке, а не на мгновенном сигнале.

Пример 6

Общеизвестно, что чувствительность человеческого глаза к изменениям в интенсивности света является нелинейной. Другими словами, относительные изменения в интенсивности не воспринимают как такое же относительное изменение в яркости. В книге Rea, M., Ed. 2000 "The IESNA Lighting Handbook", Ninth Edition. New York, NY: Illuminating Engineering Society of North America, стр. 27-4 описано, как использовать затемнение по квадратичному закону для аппроксимации линейного затемнения яркости. Как известно, перцептивно линейного затемнения можно добиться, нормализовав и затем возведя в квадрат требуемую интенсивность. Для достижения перцептивно линейного затемнения с разноцветными источниками света, например, осветительными приборами на основе RGB СИД, сначала необходимо определить начальные отношения интенсивностей цветов и затем поддерживать эти отношения в ходе затемнения, чтобы также иметь возможность поддерживать одну и ту же цветность при требуемой новой интенсивности. В одном варианте осуществления система управления может быть выполнена для затемнения по квадратичному закону с использованием следующей процедуры:

// Нормализовать целевые значения RGB

// Найти максимальное значение

// Возвести в квадрат нормализованные значения RGB

// Вывести квадраты значений RGB

Пример 7

Как известно, законы аддитивности цветов Грассмана выполняются в любом линейном цветовом пространстве, например, цветности CIE 1931, UCS CIE 1976 или RGB, зависящем от осветительного прибора, и т.д. Поэтому для плавного затухания между двумя заданными пользователем цветами достаточно линейно интерполировать цветности по прямой линии между двумя указанными цветами. Однако для этого могут потребоваться инструкции с плавающей точкой при реализации в микроконтроллере или аналогичной системе обработки, что может снижать производительность системы управления. Поэтому для затухания в режиме реального времени между начальным и требуемым целевым цветами и интенсивностями полезно производить интерполяцию по прямой линии с использованием алгоритма дифференциального цифрового анализатора, описанного, например, в работе Ashdown "Radiosity: A Programmer's Perspective", New York, NY: John Wiley & Sons, стр. 200-202, (1994).

Пример 8

В другом варианте осуществления, пригодном, например, для применений, где требуется генерировать белый свет, система управления может быть выполнена непрерывным набором кусочно-линеаризованных интервалов линии цветностей абсолютно черного тела, которые охватывают требуемый диапазон цветовых температур. Плавное затухание белого света между двумя заданными пользователем цветовыми температурами (CT) затем осуществляется путем линейной интерполяции цветности по кусочно-линеаризованной линии цветностей абсолютно черного тела между двумя заданными пользователем CT. В одном варианте осуществления интервалы CT вдоль линии цветностей абсолютно черного тела равномерно разнесены по шкале обратной цветовой температуры. Единица измерения, которая обычно используется в технике, представляет собой 10^-6 K^-1, также именуемый обратным микрокельвином или миреком. Таким образом, линейная интерполяция в цветовом пространстве UCS CIE 1976 приблизительно эквивалентна линейной интерполяции в пространстве обратной CT, и систему можно калибровать для использования практически близких разрешений, которые, например, удобно выражать в миреках.

Пример 9

Для применений, требующих, по существу, максимального выхода светового потока из осветительного прибора, можно использовать следующий способ:

// Определить максимальное целевое значение RGB

// Нормализовать значения RGB

// Определить масштабный коэффициент

// Максимизировать целевые значения RGB

где Rt, Gt и Bt - целевые значения RGB до применения снижения интенсивности. Этот алгоритм позволяет гарантировать, что, в отсутствие снижения интенсивности, красные, зеленые и синие СИД работают при, по существу, максимальной интенсивности и заданном пользователем цвете.

Целевые значения RGB, которые необходимо преобразовывать в коэффициенты D заполнения широтно-импульсной модуляции для формирователей СИЭ, как описано выше, или, эквивалентно, коэффициенты токов для аналоговых формирователей СИЭ. Это может быть совершено вычислением:

где:

в котором каждый элемент матрицы соответствует генерируемым значениям соответствующего датчика RGB, когда красные, зеленые и синие СИЭ работают при полной интенсивности.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, масштабирование интенсивности на входе вследствие рабочей температуры может потребоваться по двум разным причинам. В общем случае интенсивность будет ограничена нижним из двух полученных пределов. Первое масштабирование интенсивности происходит ограничением рабочей температуры СИЭ. Согласно варианту осуществления, когда температура СИЭ превышает заранее определенную максимальную рабочую температуру СИЭ, например, около 90°C, максимально допустимая интенсивность подвергается обратному масштабированию согласно заранее определенной таблице снижения номинального значения температуры. Иллюстративная таблица приведена ниже. Это позволяет гарантировать, что температура СИЭ не превышает максимальную температуру СИЭ независимо от контрольных точек цветности или интенсивности. Заметим, что в практических целях температура перехода СИЭ может не превышать температуру, выводимую из выделенного датчика температуры, расположенного поблизости, более чем на определенную температуру смещения, например, около 10°C. Поэтому таблица снижения номинального значения температуры может ограничиваться около 80°C. Однако температуру перехода СИЭ можно непосредственно вывести из его прямого напряжения, из-за чего значительные температурные сдвиги в конфигурации системы управления с обратной связью могут быть не нужны.

В вариантах осуществления с управлением ШИМ второй алгоритм масштабирования интенсивности может гарантировать постоянную цветность в случае, когда один из каналов ШИМ достигает своего максимума. В одном варианте осуществления максимально допустимая интенсивность снижается, когда уровень ШИМ достигает первого порогового значения. Максимальная интенсивность будет возрастать, если и когда наибольшее значение ШИМ падает ниже второго порогового значения.

В общем случае, как указано выше, система обычно использует более низкую интенсивность из вышеупомянутых двух допустимых значений интенсивности. В нижеследующей таблице приведен пример снижения номинального значения интенсивности и обеспечены иллюстративные значения порога и масштабного коэффициента согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

  Смысл Вход: ШИМ (из предыдущей итерации)
текущая интенсивность
T_PHD - температура фотодиода из термистора Выход: Текущая масштабированная интенсивность Константы: Таблица снижения номинального значения температуры
пороги снижения и увеличения ШИМ Преобразование: См. ниже

Температура (°C) подложки Максимальная интенсивность, масштабированная согласно температуре <=76 100 77 100 78 98 79 96 80 92 81 88 82 82 83 76 84 68 85 60 86 50 87 40 88 30 89 20 90 10 >90 0

Значение ШИМ Максимальная интенсивность, масштабированная согласно ШИМ, достигающей своего максимума 65280 Снизить максимальную интенсивность на 1% 64640 Увеличить максимальную интенсивность на 1%

Пример 10

Как было описано, система обратной связи и управления манипулирует различными данными и параметрами. На фиг.6, 7 и 8 показаны дополнительные подробности, касающиеся аспектов вариантов осуществления превращений, представлений и преобразований данных согласно настоящему изобретению. Схематически проиллюстрированные варианты осуществления используемых способов включают в себя три разных типа данных, включающие в себя локальные параметры, устойчивые свойства и глобальные переменные. Локальные параметры обозначены сплошными стрелками и представляют параметры вызова функций, передаваемые для исключительного использования в данной функции. Устойчивые свойства обозначены пунктирными стрелками, регулируются отдельным программно-аппаратным модулем регулировки управления и поддерживаются в энергонезависимом хранилище. Глобальные переменные обозначены жирными стрелками и включают в себя временные переменные глобальной среды, которые необходимы для различных программно-аппаратных модулей. Эти варианты осуществления можно реализовать программно-аппаратными средствами.

На фиг.6 показана блок-схема иллюстративного процесса преобразования белого режима, используемого как часть способа, применяемого для генерации белого света. Способ содержит процесс сужения гаммы CCT (коррелированной цветовой температуры) и процесс интерполяции CCT. Процессы можно использовать для отображения входных CCT или цветностей, которые превышают гамму осветительного прибора, обратно в соответствующие достижимые значения CCT и цветности.

Процесс сужения гаммы CCT гарантирует, что требуемая CCT заключена в диапазоне, поддерживаемом осветительным прибором. Данные можно калибровать в миреках и реализовать, как описано в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: CCT Выход: CCT Константы: Минимальная CCT
Максимальная CCT Преобразование: Если Вход<Максимальной CCT
Выход=Максимальной CCT
ELSE
Если Вход>Минимальной CCT
Выход=Минимальной CCT
ELSE
Выход=Вход
Endif
Endif

Согласно варианту осуществления процесс интерполяции CCT используется для отображения входных значений CCT в значения контрольной точки для одного или более оптических датчиков. Процесс интерполяции, представленный в нижеприведенной таблице, таким образом, осуществляется для каждого цветового канала, например, три раза для осветительного прибора на основе RGB, для вычисления целевых сигналов датчиков в целевом цветовом пространстве.

  Смысл Вход: CCT Выход: CP_(RGB) - цветовая точка, без масштабирования интенсивности

Константы: Массив калибровки CCT Преобразование: Линейная интерполяция производится среди калиброванных точек CCT. Для этого осуществляются следующие этапы (Примечание: Нижеследующий алгоритм предусматривает, что значения CCT сохраняются в последовательном порядке, от меньшего к большему, в процессе калибровки, и что требуемая CCT находится между самой низкой и самой высокой калиброванными точками)
Если CCTi, заданная пользователем, равна одной из точек калибровки CCT, например CCTn
CCTi.red=CCTn.red
CCTi.green=CCTn.green
CCTi.blue=CCTn.blue
ELSE
Найти две точки калибровки, между которыми оказывается CCTi, заданная пользователем, например CCT1 и CCT2.
Выполнить линейную интерполяцию между двумя контрольными точками и CCTi, заданной пользователем
cct_step=CCT2.cct - CCT1.cct

На фиг.7 показана блок-схема иллюстративного процесса отображения цветовой гаммы для преобразования режима цветности, используемого как часть способа, применяемого для генерации окрашенного света требуемой цветности в требуемом цветовом пространстве. Преобразование режима цветности сходно с преобразованием CCT, показанным на фиг.6. Процесс отображения гаммы используется для отображения/сужения входных цветностей, которые находятся вне гаммы осветительного прибора, обратно в цветность, близкую по гамме. Иллюстративный вариант осуществления с использованием координат цветности uV показан в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: u'v' Выход: u'v' Константы: Угловые точки поддерживаемой гаммы Преобразование: Выходное значение u'v' из сужения гаммы должно быть точкой пересечения линии между входной точкой u'v' и центральной точкой цветовой гаммы и самой цветовой гаммой.
ml1=((pi.coor2)-D65.coor2)/((pi.coor1)-D65.coor1);
bl1=D65.coor2-(mll*D65.coor1);
ml2=(Gx.coor2-Rx.coor2)/(Gx.coor1-Rx.coor1);
bl2=Rx.coor2-(ml2*Rx.coor1);
pc.coor1=(bl2-bl1)/(ml1-ml2);
pc.coor2=(ml2*pc.coor1)+bl2;

Модуль цветовой интерполяции, показанный на фиг.7, используется для вывода целевой цветовой точки, например, R_tG_tB_t, и его можно реализовать в одном варианте осуществления, как описано в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: XYZ Выход: R_tG_tB_t - цветовая точка, без масштабирования интенсивности

Константы: M - массив калибровки XYZ Преобразование:
Определить максимальное целевое значение RGB

Нормализовать целевые значения RGB

Определить масштабный коэффициент

Максимизировать целевые значения RGB

На фиг.8 показана блок-схема иллюстративного способа общего преобразования, используемого в обоих описанных способах преобразования цветного и белого режима. В нижеследующих таблицах представлены иллюстративные реализации каждого подмодуля способа общего преобразования.

Переход интенсивности можно выполнять и реализовывать, как описано в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: Текущая интенсивность % (CI)
Целевая интенсивность % (TI)
Оставшееся время перехода интенсивности (RITT) Выход: Текущая интенсивность
Оставшееся время перехода Константы: Время цикла (промежуток времени между циклами алгоритма) (CT) Преобразование:

Переход цветности можно выполнять и реализовывать, как описано в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: Цель текущего датчика для красного, зеленого и синего (CST_X)
Цель целевого датчика для красного, зеленого и синего (TST_X)
Оставшееся время перехода цветности (RCTT) Выход: Цель текущего датчика для красного, зеленого и синего (CST_X)
Оставшееся время перехода цветности Константы: Время цикла (промежуток времени между циклами алгоритма) (CT) Преобразование:

Масштабирование R_tG_tB_t можно выполнять и реализовывать, как описано в нижеследующей таблице.

  Смысл Вход: Текущий R_tG_tB_t
Текущая интенсивность
Кривая затемнения

Выход: Активный R_tG_tB_t Константы: Таблица кривой затемнения (DCT) Преобразование: Активный R_t=Текущий R_t * DCT(Кривая затемнения, текущая интенсивность)
Активный G_t=Текущий G_t * DCT(Кривая затемнения, текущая интенсивность)
Активный B_t=Текущий B_t * DCT(Кривая затемнения, текущая интенсивность)

Пример 11

Иллюстративный вариант осуществления системы обратной связи и управления, в которой используется пропорционально-интегральная (ПИ) схема управления на основе обратной связи, схематически показан на фиг.9. Пример можно реализовать с использованием уравнений, представленных в нижеследующей таблице. Как показано, вариант осуществления не выводит сигнал производной (D) из сигнала разности между контрольной точкой и мгновенным выходом. Легко видеть, что существует совокупность альтернативных комбинаций элементов управления P, I или D.

  Смысл Вход: Y_0(RGB) - целевые значения фотодиода с температурной поправкой, с масштабированием интенсивности
Y_(RGB) - измеренные значения фотодиода с температурной поправкой
_SUM(RGB) - сумма всех предыдущих ошибок процесса Выходы: _(RGB)- ошибка процесса
PWM_(RGB) - форма волны ШИМ, выводимая на формирователи СИД Константы: K_P - коэффициент пропорциональности
K_I - постоянная интегрирования

Преобразование: Уравнения для реализации этого преобразования включают в себя:

Очевидно, что вышеприведенные варианты осуществления изобретения носят иллюстративный характер и допускают разнообразные изменения. Такие настоящие и будущие изменения не следует рассматривать как отход от сущности и объема изобретения, и все подобные модификации, что очевидно специалисту в данной области техники, подлежат включению в объем нижеследующей формулы изобретения.

Настоящее изобретение предусматривает систему и способ для управления одним или более светоизлучающими элементами, которые возбуждаются прямыми токами, для генерации смешанного света, для использования, например, в осветительном приборе. Технический результат заключается в повышении эффективности управления осветительными приборами. Система имеет один или более датчиков света для сбора данных датчиков для осуществления оптической обратной связи и пользовательский интерфейс для обеспечения опорных данных, представляющих требуемый смешанный свет. Система также имеет контроллер для преобразования либо данных датчиков, либо опорных данных в координатное пространство другого из этих типов данных и для определения разности между данными датчиков и опорными данными в этом координатном пространстве. Контроллер выполнен с возможностью регулировать прямые токи в условиях эксплуатации таким образом, чтобы данные датчиков совпадали с данными контрольной точки. Настоящее изобретение также предусматривает систему и способ, которые могут, по меньшей мере частично, компенсировать определенные эффекты, вызываемые температурой при преобразовании данных оптических датчиков или опорных данных. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ для управления одним или более светоизлучающими элементами (СИЭ), возбуждаемыми прямыми токами, для генерации смешанного света, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых
a) собирают данные датчиков, представляющие смешанный свет,
b) обеспечивают данные контрольной точки, представляющие требуемый смешанный свет,
c) преобразуют данные датчиков в первые данные, выраженные в координатах заранее определенной системы цветовых координат,
d) преобразуют данные контрольной точки во вторые данные, выраженные в координатах упомянутой заранее определенной системы цветовых координат,
e) сравнивают первые и вторые данные и определяют разность между первыми и вторыми данными,
f) регулируют упомянутые прямые токи в ответ на разность между первыми и вторыми данными, для того чтобы уменьшить разность между упомянутыми первыми данными и упомянутыми вторыми данными, и повторяют этапы (a)-(f) до тех пор, пока абсолютное значение упомянутой разности не упадет ниже заранее определенного порога.

2. Способ по п.1, в котором заранее определенная система цветовых координат соответствует системе координат цветности xyY CIE.

3. Способ по п.1, в котором заранее определенная система цветовых координат соответствует системе координат цветности u'v'Y CIE.

4. Способ по п.1, в котором данные датчиков обеспечиваются одним или более оптическими датчиками, причем каждый обеспечивает чувствительность в заранее определенных условиях эксплуатации соответствующего датчика, причем каждая чувствительность задает одну базисную функцию заранее определенной системы цветовых координат.

5. Способ по п.1, в котором данные датчиков содержат информацию, представляющую взвешенные средние значения одной или более функций отклика.

6. Способ по п.1, в котором данные контрольной точки обеспечиваются через пользовательский интерфейс.

7. Способ по п.1, в котором линейные изменения интенсивности света, будучи выражены в заранее определенной системе цветовых координат, соответствуют, по существу линейным воспринимаемым изменениям интенсивности излучаемого света.

8. Способ по п.1, в котором данные датчиков обеспечиваются заранее определенным количеством датчиков, и заранее определенное количество соответствует количеству разных номинальных цветов одного или более СИЭ.

9. Способ по п.8, в котором заранее определенное количество датчиков соответствует количеству прямых токов.

10. Способ по п.1, в котором преобразование данных датчиков содержит выполнение первого линейного преобразования.

11. Способ по п.1, в котором преобразование данных контрольной точки содержит выполнение второго линейного преобразования.

12. Способ по любому из пп.1-11 для использования в системе управления с обратной связью.

13. Система для управления одним или более светоизлучающими элементами (СИЭ), возбуждаемыми прямыми токами, для генерации смешанного света, причем система содержит
a) один или более оптических датчиков для сбора данных датчиков, представляющих смешанный свет,
b) пользовательский интерфейс для обеспечения данных контрольной точки, представляющих требуемый смешанный свет,
c) контроллер, причем контроллер преобразует данные датчиков в первые данные, выраженные в координатах заранее определенной системы цветовых координат, причем контроллер дополнительно преобразует данные контрольной точки во вторые данные, выраженные в координатах упомянутой заранее определенной системы цветовых координат, причем контроллер дополнительно сравнивает первые и вторые данные и определяет разность между первыми и вторыми данными, причем контроллер дополнительно регулирует упомянутые прямые токи в ответ на разность между первыми и вторыми данными, при этом контроллер выполнен с возможностью уменьшать разность между упомянутыми первыми данными и упомянутыми вторыми данными, пока абсолютное значение упомянутой разности не упадет ниже заранее определенного порога.

14. Система по п.13, в которой заранее определенная система цветовых координат соответствует системе координат цветности xyY CIE.

15. Система по п.13, в которой заранее определенная система цветовых координат соответствует системе координат цветности u'v'Y CIE.

16. Система по п.13, в которой каждый из упомянутого одного или более оптических датчиков обеспечивает чувствительность в заранее определенных условиях эксплуатации, и каждая чувствительность задает одну базисную функцию заранее определенной системы цветовых координат.

17. Система по п.13, в которой данные датчиков содержат информацию, представляющую взвешенные средние значения одной или более функций отклика.

18. Система по п.13, в которой линейные изменения интенсивности света, будучи выражены в заранее определенной системе цветовых координат, соответствуют, по существу, линейным воспринимаемым изменениям интенсивности излучаемого света.

19. Система по п.13, в которой данные датчиков обеспечиваются заранее определенным количеством датчиков, и заранее определенное количество соответствует количеству разных номинальных цветов одного или более СИЭ.

20. Система по п.13, в которой заранее определенное количество датчиков соответствует количеству прямых токов.

21. Система по п.13, в которой преобразование данных датчиков содержит выполнение первого линейного преобразования.

22. Система по п.13, в которой преобразование данных контрольной точки содержит выполнение второго линейного преобразования.