CN101889479B - 用于调节色度坐标的方法和装置以及发光*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于调节色度坐标的方法和装置，其中：设置有n个光源，其中预先调节或者已经预先调节了n-3个光源；确定n个光源的与期望色度坐标的色度坐标差；以及调节3个未被预先调节的光源，使得达到期望色度坐标。此外，还提出了一种包括用于调节色度坐标的装置的发光***。

Description

用于调节色度坐标的方法和装置以及发光***

本发明涉及一种用于调节色度坐标的方法和装置以及一种发光***。

为了调节和稳定色度坐标，需要三种颜色。这些单色的每一个都通过三个彩色化合价(Farbvalenzen)XYZ来描述。三种颜色的混合通过具有三个方程和三个未知数的方程组来唯一地确定。

对于照明技术的应用而言，基于三种单色的发光***在其发光特征方面并不令人满意，特别是观察者认为这种发光特征是不舒适的。

因此，在发光***中可以使用多于三种的单色。在针对一个色度坐标将多于三种单色混合的情况下，得到超定方程组。

在发光***中使用不同的发光装置、尤其是发光二极管和/或不同波长的发光二极管的组合作为光源。

本发明的任务是，避免前面提及的缺点并且尤其是给出一种用于特别有效地调节包括多于三个的光源的发光***的色度坐标的可能性。

该任务根据独立权利要求的特征来解决。本发明的改进方案也由从属权利要求中得到。

为了解决该任务，提出了一种用于调节色度坐标的方法，其中

-设置有n个光源，其中预先调节或者已经预先调节了n-3个光源；

-确定n个光源的与期望色度坐标的色度坐标差；

-调节3个未被预先调节的光源，使得达到期望色度坐标。

色度坐标尤其是以色彩空间的坐标的形式来确定。所述3个光源的强度可以被修改为使得调节或者达到在色彩空间中的坐标(也被称为期望色彩值)。

在此要说明的是，每个光源都可以包括多个发光装置，例如LED。有利的是，每个光源可以包括分别具有基本上相同波长的多个LED。也可能的是，光源具有多个不同波长的LED。

所述n-3个光源的预先调节可以有利地离线地进行，其方式是考虑光学参数以及物理参数(光源的波长、发射特征、物理构型)以及包括光源的发光***(光源彼此的距离、伸展等等)。由此，可以缩减超定方程组(3个光源足以调节色度坐标)，使得可以有效地借助其余的3个光源来调节期望色度坐标。

一个改进方案是，借助至少一个传感器来确定n个光源的色度坐标差，其中所述至少一个传感器尤其是以下传感器之一：

-亮度传感器，尤其是分析V_λ的亮度传感器；

-温度传感器；

-色彩传感器。

另一改进方案是，针对每个光源或者针对一组光源分别设置至少一个传感器。

特别地，可以针对包括光源的发光***设置传感器，该传感器确定色度坐标的总强度以及温度。

特别地，一个改进方案是，借助n个光源来调节色度坐标，使得如下目标量

-显色指数；

-色度品质指数；

-与应用相关的光谱分布

的至少之一尽可能好地达到预先给定的值。

相应地，可以关于所提及的目标量的至少之一来进行目标值优化，其中该优化根据目的地事先进行，并且存储或者保存在用于调节光源的控制和/或调节单元中或者针对用于调节光源的控制和/或调节单元而存储或者保存。

另一改进方案是，事先进行关于所述至少一个目标量的优化并且尤其是作为针对所述3个未被预先调节的光源的激励信息被提供。

此外，一个改进方案是，所述至少一个目标量的调节根据n个光源借助以下参数至少之一来进行：

-光通量；

-光照强度；

-发光强度；

-光密度。

在一个附加的改进方案的范围中，所述3个未被预先调节的光源在CIE x-y图中张开一个三角形，其中该三角形尤其是具有尽可能大的面积。

下一个改进方案是，n个光源覆盖宽的发光光谱。

一种扩展方案是，n个光源或者n个光源的一部分在其相应的光谱中仅仅具有较少的交叠直到不具有交叠。

由此，有利地可能的是，光源的一部分分别对总光谱有自己的贡献，另外其余的光源的至少一部分没有这种贡献。

一种可替选的实施形式是，光源包括至少一个发光二极管。

下一个扩展方案是，所述3个未被预先调节的光源重复地调节为使得达到期望色度坐标。

由此，该方法可以用作在确定的时刻重复的规则。

另一种扩展方案是，为了调节期望色度坐标，附加地以可调节的方式预先给定相对或者绝对的期望色度坐标和/或亮度信息。

例如，有利地在包括光源的灯或者发光装置的情况下用户可以调节总亮度以及色调(例如在预先给定的区域的范围中)。光源调节到由此得到的期望色度坐标。

前面提及的任务也通过一种用于调节色度坐标的装置来解决，该装置包括处理器单元或者计算机，该处理器单元或者计算机设计为使得其能够实施这里所描述的方法。

此外，上面提及的任务通过一种用于调节色度坐标的装置来解决，其包括：

-多于三个的光源，其中第一组包括三个光源，第二组包括其余的光源；

-至少一个传感器，用于确定光源的与期望色度坐标的色度坐标差；

-用于确定第一组光源的调节以达到期望色度坐标的单元。

在此，该装置尤其是可以实施为或者包括控制单元和/或调整单元(或者色彩管理***)。

另一改进方案是，设置有用于借助至少一个传感器来确定色度坐标差的单元。该单元可以与用于确定第一组光源的调节的单元一同实施。

一种附加的扩展方案是，设置有用于调节光源的激励单元。

另一扩展方案是，所述至少一个传感器包括以下传感器之一：

-亮度传感器，尤其是分析V_λ的亮度传感器；

-温度传感器；

-色彩传感器。

为了解决该任务，也提出了一种包括如在此所述的装置的发光***。

此外，该发光***可以实施为发光模块、灯、发光装置或者前灯。

下面借助附图来示出和阐述本发明的实施例。

其中：

图1示出了借助色彩管理***来调节或者调整期望色度坐标的可能性；

图2示出了用于达到包括多个(5)光源的发光***的最佳色彩再现的激励曲线；

图3示出了用于调节色度坐标的方法的流程图。

这里所提出的方式尤其是能够实现借助色彩管理***来调节以及持续地和/或重复地调整色度坐标，其中优选的是使用多于三个的、具有不同波长的发光二极管。

示例性地假设的是，发光***具有n个光源，这些光源优选构建为LED。

首先，借助以下参数的至少之一来确定n个光源：

-光通量；

-光照强度；

-发光强度；

-光密度。

在此，可以针对n个光源调节前面提及的参数的关系，使得尽可能好地达到以下可预先给定的目标量的至少之一：

-显色指数(CRI)；

-色度品质指数(CQS)；

-与应用相关的光谱分布。

为此可以使用合适的优化。

例如可能的是，选择或者预先给定n个光源，使得它们具有相应地有利的并且在发光***的情况下对于观察者而言感觉为舒适的光谱分布。这可以通过使用如下光源来实现：这些光源在发光***的发光光谱中分别表现出相对于其他光源的补充的贡献。如果例如一个光源、例如LED具有在发光***的所希望的光谱内的非常有限的光谱伸展，则可以设置另外的LED，它们的光谱补充地在其他频率范围中。由此由各光源的光谱的叠加得到总光谱。

特别地，可以设置具有相应地宽的光谱的、(基本上)白色的光源。

由此，在调节发光***的色度坐标的情况下可以实现的是，由于相应地优化的光谱，发光***以对于观察者而言舒适的并且均匀的方式和方法再现所调节的或者预先选择的色彩。

优选的是，预先给定n-3个确定的参数作为彩色化合价Y4…Yn。

基于预先给定的n-3个分别具有确定的彩色化合价的光源，可以确定与要调节的期望色度坐标的色度坐标差，例如色度坐标差别。为此，尤其是存在如下可能性：发光***的期望色度坐标以及亮度例如由用户来调节。

为了确定色度坐标差，将期望彩色化合价Y-Gesamt优选设置为100％或者设置为***要达到的值(用户的亮度预先给定)。

现在有带有其预先给定的色彩的3个光源以供使用，以便实现调节到期望色度坐标。为此，这3个光源尤其是预先给定为使得通过它们在CIE-x-y图中张开尽可能大的面(例如尽可能大的三角形)。

可以如下确定用于调节3个光源的参数：

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{Diff}}\\ Y_{\mathrm{Diff}}\\ Z_{\mathrm{Diff}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\frac{x_1}{y_1}& \frac{x_2}{y_2}& \frac{x_3}{y_3}\\ 1& 1& 1\\ \frac{z_1}{y_1}& \frac{z_2}{y_2}& \frac{z_3}{y_3}\end{array}\right)\•\left(\begin{array}{c}{Y}_1\\ Y_2\\ Y_3\end{array}\right)$

该方程能够实现要设置的光技术的量或者参数Y₁、Y₂、Y₃的色度学计算，用于调节差别色度坐标或者用于达到期望色度坐标。

在此要说明的是，所述3个光源的每个也可以包括多于一个的发光装置或者多于一个的LED。在此，例如可以将具有基本上相同的彩色化合价的多个LED合并为一个光源。相应地，也可以将不同彩色化合价的多个LED合并为根据上述描述的一个光源。

发光***的至少一个控制量和/或调整量的测量借助尤其是包括以下传感器的至少一个传感器来进行：

-至少一个亮度传感器，尤其是至少一个分析V_λ的亮度传感器；

-至少一个温度传感器；

-至少一个色彩传感器。

基于所测量的发光***的至少一个控制量和/或调整量，可以确定光源的各个色彩的彩色化合价以及必要的偏移(x，y)以达到期望色度坐标。

此外，调整可以重复地、连续地和/或在确定时刻地进行，使得控制单元(色彩管理***)(借助对发光***的所述至少一个控制量和/或调整量的重新测量)新确定要设置的彩色化合价Y，并且由此例如针对出现的LED的阻挡层温度的变化通过重新调节到期望色度坐标或者稳定期望色度坐标来进行反应。

对于光源包括可调整的白色光源的情况，会出现如下情况：根据期望色度坐标并不特别需要单色来达到期望色度坐标。由此可能共同使用控制信道。

这里所描述的方式在使用多于3个的光源(每个光源在此尤其是可以包括至少一个发光二极管)的情况下能够实现的是，可以借助对三种颜色的调整来稳定色彩空间内的可自由地预先给定的色度坐标并且可以确定针对一个或者多个目标量而优化的光谱，其中所述3个光源有利地具有不同的并且张开尽可能大的色彩空间。

此外，光谱关于确定的目标量的优化尤其是可以一次性地事先确定。这种优化例如可以是费事的并且耗费时间，并且由此可以有利地不在发光模块本身上进行。优化用作调整(色彩管理***)的输入，用于借助能够自由调节的光源来达到或者调节期望色度坐标。用于借助三个光源调节期望色度坐标的方程组的解可以快速并且高效地针对发光模块来实施。

图1示出了用于借助色彩管理***101来调整或者调节期望色度坐标的一种可能性。在此，包括期望色度坐标连同关联的亮度的期望色度坐标总强度用作输入量102。色彩管理***101的另一输入量103是根据如图2中所示的激励曲线的、n个光源的色彩的优化的强度。基于n个光源，例如光源4至n的强度依照根据图2的激励曲线由色彩管理***101借助事先确定的按照至少一个目标量的优化来确定。该预先给定被用于调节其余的光源1至3，以便实现期望色度坐标。

色彩管理***101包括用于确定差别色度坐标的单元104和用于计算单色的强度Y1、Y2和Y3的单元105。由此，色彩管理***101提供光源1至n的强度Y1至Yn作为输出信号，这些强度被驱动器108用于调节光源，在此为LED光源106。

使用了至少一个传感器107，以便确定包括LED光源106的发光***的期望色度坐标。针对每个LED或者光源的当前色度坐标和/或总色度坐标连同关联的温度被转发给色彩管理***101。在那里，确定与期望色度坐标的差并且相应地确定光源的强度Y1、Y2和Y3，并且与针对温度而存储的、光源Y4至Yn的强度一同转发给驱动器108用于调节LED光源。

在图2中示出了用于实现发光***的优化的(并且有利地事先确定的)色彩再现的激励曲线。

沿着横坐标是单位为开尔文的色温，而沿着纵坐标是通过脉宽调制PWM要调节的、相应光源的以百分比给出的亮度。

例如，在图2中示出了针对5个发光二极管的激励曲线。激励曲线201示出了针对白色LED的曲线走向，激励曲线202示出了针对绿色LED的曲线走向，激励曲线203示出了针对红色LED的曲线走向，激励曲线204示出了针对黄色LED的曲线走向，其中从大约4700K开始，激励曲线204具有大约0％的亮度，而激励曲线205表现出对蓝色LED的曲线走向，其中激励曲线205直至大约4700K具有大约0％的亮度。

从4700K开始，从黄色LED到蓝色LED的通道切换是可能的。

激励曲线201至205的曲线走向例如可以借助发光***的仿真来确定。

图3示出了一种用于调节色度坐标的流程图。

在步骤301中有利地根据相应的发光***进行目标值优化，使得选择或者确定n个光源的参数，从而使得尽可能好地达到预先给定的目标值。例如以下量的至少之一可以用作参数：光通量；光照强度；发光强度；和/或光密度。例如，可以使用以下目标量的至少之一用于优化目标值：显色指数；色度品质指数；和/或与应用相关的光谱分布。

在步骤302中，借助目标值优化来预先给定n-3个光源的彩色化合价Y4至Yn。

在步骤303中进行发光***的至少一个控制量和/或调整量的测量。特别地，可以针对每个光源确定至少一个这种控制量和/或调整量。

在步骤304中进行所测量的控制量和/或调整量与期望预先给定值、尤其是期望色彩值之间的比较。由此消除所确定的偏差并且调节期望色彩值，其方式是进行所述3个未被预先给定的光源的调节(步骤305)。任选地，在步骤305之后可以分支到步骤303，并且由此实现期望色度坐标的重复的调整或者调节。

这里所提出的方式尤其是可以在发光***中实施，例如在包括处理器单元或者计算机或者调节单元的发光单元或者发光模块中实施，用于确定和调节期望色度坐标。在此，发光***可以包括多个光源，其每个尤其是具有至少一个LED。

所描述的发光***或者发光模块尤其是可以使用在前灯和/或灯和/或发光装置中。亮度或者色调优选可以在一定限度内由用户预先给定。这样，例如可以实现从蓝色直到红色光的色调，其中灯借助这里所提出的方式保持所选择的各色调和关联的亮度。

Claims (26)

1.一种用于调节色度坐标的方法，其中

-设置有n个光源，其中预先调节或者已经预先调节了n-3个光源，其中n为大于3的整数；

-确定n个光源的与期望色度坐标的色度坐标差；以及

-调节3个未被预先调节的光源，使得达到期望色度坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其中借助至少一个传感器来确定n个光源的色度坐标差，其中所述至少一个传感器是以下传感器之一：

-亮度传感器；

-温度传感器；

-色彩传感器。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述亮度传感器是分析V_λ的亮度传感器。

4.根据权利要求2所述的方法，其中针对每个光源或者针对一组光源分别设置至少一个传感器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中借助n个光源来调节色度坐标，使得如下目标量

-显色指数；

-色度品质指数；

-与应用相关的光谱分布

的至少之一尽可能好地达到预先给定的值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中事先进行关于所述至少一个目标量的优化。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述优化是作为针对所述n-3个光源的激励信息被提供。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个目标量的调节借助n个光源通过以下参数至少之一来进行：

-光通量；

-光照强度；

-发光强度；

-光密度。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中所述3个未被预先调节的光源在CIE x-y图中张开一个三角形。

10.根据权利要求9所述的方法，其中该三角形具有尽可能大的面积。

11.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中n个光源覆盖宽的发光光谱。

12.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中n个光源或者n个光源的一部分在其相应的光谱中仅仅具有较少的交叠直到不具有交叠。

13.根据权利要求9所述的方法，其中n个光源或者n个光源的一部分在其相应的光谱中仅仅具有较少的交叠直到不具有交叠。

14.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中光源包括至少一个发光二极管。

15.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中所述3个未被预先调节的光源重复地调节为使得达到期望色度坐标。

16.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中为了调节期望色度坐标，附加地以可调节的方式预先给定相对或者绝对的期望色度坐标和/或亮度信息。

17.一种用于调节色度坐标的装置，包括：

-多于三个的光源，其中第一组包括三个光源，第二组包括其余的光源；

-至少一个传感器，用于确定光源的与期望色度坐标的色度坐标差；

-用于确定第一组光源的调节以达到期望色度坐标的单元。

18.根据权利要求17所述的装置，其中设置有用于借助至少一个传感器来确定色度坐标差的单元。

19.根据权利要求17所述的装置，其中设置有用于调节光源的激励单元。

20.根据权利要求18所述的装置，设置有用于调节光源的激励单元。

21.根据权利要求17至20中的任一项所述的装置，其中所述至少一个传感器包括以下传感器之一：

-亮度传感器；

-温度传感器；

-色彩传感器。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述亮度传感器是分析Vλ的亮度传感器。

23.一种发光***，包括根据权利要求17至22中的任一项所述的装置。

24.根据权利要求23所述的发光***，其中该发光***是灯。

25.根据权利要求23所述的发光***，其中该发光***是发光装置。

26.根据权利要求23所述的发光***，其中该发光***是前灯。

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