TWI481309B - 色溫與亮度調整系統以及方法 - Google Patents

色溫與亮度調整系統以及方法 Download PDF

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Description

色溫與亮度調整系統以及方法
本發明主要為一種色溫與亮度調整裝置，特別係為一種控制脈衝寬度調變的色溫與亮度調整裝置。
目前關於發光二極體光源的亮度以及色溫的調整方式，一般僅利用脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation或PWM)的操作週期(Duty Cycle)與亮度的簡單線性關係來完成。然而由於發光二極體在各種不同溫度與電路結構中具有不相同的特性，發光二極體的亮度與色溫與其操作週期(Duty Cycle)的關係並非為簡單的線性關係，因此目前的調整方式仍難以準確地輸出對應亮度以及光源。再者，目前的燈源裝置皆利用內部的微控制器進行脈衝調變的計算，然而受限於內部的微控制器的效能，難以完成更精細的演算，且若要進行更複雜的演算，會造成燈源裝置的反應速度降低。
根據本發明一實施例所述之色溫與亮度調整系統，包括：一色溫與亮度調整裝置，包括：一中央處理器單元，接收一光通量值以及一色溫值，並根據一第一關係式與一第二關係式產生一第一脈衝寬度調變值以及一第二脈衝寬度調變值；一記憶體單元，儲存上述第一關係式以及上述 第二關係式，其中上述第一關係式為上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值與上述光通量值之關係，上述第二關係式為上述第二脈衝寬度調變值以及上述第一脈衝寬度調變值與上述色溫值之關係；以及一通信單元，輸出上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值；一燈具裝置，包括：一燈具通信單元，接收一第一脈衝寬度調變值以及一第二脈衝寬度調變值；一第一發光模組；一第二發光模組；一第一脈衝寬度調變驅動單元，以上述第一脈衝寬度調變值驅動上述第一發光模組；以及一第二脈衝寬度調變驅動單元，以上述第二脈衝寬度調變值驅動上述第二發光模組，其中上述第一發光模組以及上述第二發光模組具有不同色溫。
根據本發明一實施例所述之色溫與亮度調整方法，一種色溫與亮度調整方法，包括：取得一光通量值以及一色溫值；根據一第一關係式與一第二關係式產生一第一脈衝寬度調變值以及一第二脈衝寬度調變值，其中上述第一關係式為上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值與上述光通量值之關係，上述第二關係式為上述第二脈衝寬度調變值以及上述第一脈衝寬度調變值與上述色溫值之關係；將上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值傳送至一外部燈具裝置；以上述第一脈衝寬度調變值驅動上述外部燈具裝置之一第一發光模組；以及以上述第二脈衝寬度調變值驅動上述外部燈具裝置之一第二發光模組，其中上述第一發光模組以及上述第二發光模組具有不同色溫。
以下敘述顯示許多藉本發明完成之實施例。其敘述用以說明本發明之基本概念並不帶有限定之含意。本發明之範圍在後附之申請專利範圍中有最佳的界定。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之色溫與亮度調整裝置100之方塊圖。色溫與亮度調整裝置100，包括中央處理器單元110、通信單元120以及記憶體單元130。燈具裝置200，包括燈具通信單元210，脈衝寬度調變驅動單元220、222，以及發光模組230、232，其中發光模組230、232具有不同色溫。在一些實施例中，發光模組為發光二極體(LED)。
由於燈具裝置200的發光模組230、232具有不同的色溫，因此發光模組230、232於不同亮度組合下所產生的混光可具有不同亮度和色溫。另外，由於發光模組230、232可分別藉由不同脈衝寬度調變(PWM)的工作週期(duty cycle)驅動以產生不同的亮度，因此可分別設定驅動發光模組230、232脈衝寬度調變的工作週期PWM1以及PWM2(以下簡稱脈衝寬度調變值)，以調整燈具裝置所產生的混光亮度和色溫。
在本發明一些實施例中，當使用者或應用程式調整燈具裝置200的光源所產生的色溫值CCT以及光通量值L時，可藉由使用者介面UI將色溫值CCT以及光通量值L輸入至中央處理器單元110。當色溫與亮度調整裝置100的中央處理器單元110接收到色溫值CCT以及光通量值L 時，中央處理器單元110將根據色溫值CCT、光通量值L以及儲存於記憶體單元130的第一關係式以及第二關係式進行計算。其中第一關係式主要表示脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2與光通量值L之關係，如下：PWM2=A(L)+B(L)*PWM1，其中A(L)=a1+a2L，B(L)=b1+b2L，其中a1,a2,b1,b2為常數。需注意到，不同規格的發光模組或不同的發光模組組合所對應常數a1,a2,b1,b2的並不相同，常數a1,a2,b1,b2可藉由實驗以及非線性統計回歸取得。舉例來說，藉由實驗的方式可取得如表1中之實驗數據，取得於不同光通量值下脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2的數據組合，接著根據表1的數據可計算出一固定光通量值下脈衝寬度調變值PWM1與PWM2之間的近似關係方程式。例如，在表1中的數據可表示出5個脈衝寬度調變值PWM1與PWM2之關係方程式，分別對應至光通量值250lm、350lm、400lm、550lm、600lm，如下列關係式：PWM2=-1.3829+120.39*PWM1(600lm)、PWM2=-1.4514+111.98*PWM1(550lm)、PWM2=-1.3935+89.593*PWM1(400lm)、PWM2=-1.4091+68.818*PWM1(350lm)、PWM2=-1.5138+49.22*PWM1(250lm)，並可在座標軸上表示如第2A圖所示之曲線。接著將上述5個關係方程式比對第一關係式PWM2=A(L)+B(L)*PWM1可取得A(600lm)=-1.3829，B(600lm)=120.39，A(550lm)=-1.4514，B(550lm)=111.98，A(400lm)=-1.3935，B(400lm)=89.593，A(350lm)=-1.4091，B(350lm)=68.818，A(250lm)=-1.5138， B(250lm)=49.22，因此可根據上述的數值來求得近似的A(L)=0.0003L-1.5537與B(L)=0.2039L-0.5584。最後再藉由比對A(L)=a1+a2L，B(L)=b1+b2L，可了解常數a1,a2,b1,b2分別為-1.5537、0.0003、-0.5584、0.2039。需注意到，上述取得的數據僅用以舉例說明，並非用以限制本發明。
另一方面，第二關係式表示脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2與色溫值CCT之關係，如下：PWM2/PWM1=c1*e-CCT/c2+c3，其中，c1,c2,c3為常數，e為自然對數常數。需注意到，不同規格的發光模組或不同的發光模組組合所對應常數c1,c2,c3的並不相同，常數c1,c2,c3可藉由實驗以及非線性統計回歸取得，舉例來說，藉由實驗的方式可取得複數組脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2的比值與色溫值CCT的數據組合，接著根據這些數據組合藉由非線性回歸計算出近似的脈衝寬度調變比值PWM2/PWM1與色溫值CCT關係方程式，接著比對第二關係式的係數以取得常數c1,c2,c3值，且可在座標軸上表示如第2B圖所示之曲線。
可以了解到，中央處理器單元110可將使用者所要求的色溫值CCT、光通量值L代入第一關係式以及第二關係式，藉以取得二組關於脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2的關係式，再根據代入色溫值CCT、光通量值L的關係式可求得所對應的脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2。舉例來說，如第2C圖所示，當光通量值L為250lm，色溫值CCT為4000K時，將250lm以及4000K分別代入第一關係式以及第二關係式中，則可表示等亮度線250lm上之脈衝寬度調變值PWM1與PWM2之間的關係式以及等色溫線4000K上之脈衝寬度調變值PWM1與PWM2之間關係式。最後中央處理器單元110再根據這二個關係式取得相對應的的解，如交點A所對應的脈衝寬度調變值PWM1與PWM2。
另一方面，為了使脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2與色溫值CCT的對應關係更精準，在一些實施例中，第二關係式可為PWM2/PWM1=c1*e-CCT/c2+c3*e-CCT/c4+c5，其中，c1,c2,c3,c4,c5為常數，e為自然對數常數，相同地，不同規格的發光模組或不同的發光模組組合所對應常數c1,c2,c3,c4,c5的並不相同，常數c1,c2,c3,c4,c5可藉由實驗取得複數組數據後，再根據該些數據藉由非線性統計回歸計算出近似的脈衝寬度調變比值PWM2/PWM1與色溫值CCT關係方程式，接著比對第二關係式的係數以取得。
在一些實施例中，當中央處理器單元110求得所對應的脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2之後，將藉由通信單元120傳送脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2至燈具通信 單元210。接著，燈具通信單元210將脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2傳送至脈衝寬度調變驅動單元220、222，使得脈衝寬度調變驅動單元220、222可根據脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2來驅動發光模組230、232。藉此，發光模組230、232所產生的混光則可具有使用者所要求之色溫值CCT以及光通量值L，更可藉由本發明來完成固定光通量值下調整色溫值或是固定色溫值下調整光通量值。
應了解到，由於計算上述第一關係式以及第二關係式對於一般燈具裝置中的控制器來說較為複雜，且一般燈具裝置中的微控制器無法作浮點運算，計算結果較不精確。因此本發明更藉由在中央處理器單元110先作運算後，再將對應的脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2傳送至燈具裝置200，接著燈具裝置200再直接以計算完成的脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2驅動發光模組230、232，而不需要進行另外的計算，藉此更能增加燈具裝置200的反應速度，且亦提升控制色溫值CCT以及光通量值L的精確度。
另外，在本發明一些實施例，中央處理器單元110更可根據人眼照度對脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2作調整，使得使用者的感受更能接近色溫值CCT以及光通量值L。中央處理器單元110亦可根據燈具裝置200的溫度對脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2進行校正，以完成更準確的色溫及亮度輸出。
第3圖係顯示根據本發明第1圖所示之色溫與亮度調整系統之方法實施例之操作流程圖。於步驟S302中，中 央處理器單元110接收色溫值CCT以及光通量值L，接著於步驟S304中，中央處理器單元110取得記憶體單元130中第一關係式以及第二關係式，並將所接收到的色溫值CCT以及光通量值L代入第一關係式以及第二關係式進行運算，以產生脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2。在步驟S306中，通信單元120將中央處理器單元所計算之脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2傳送至燈具通信單元210。在步驟S308中，燈具通信單元210將脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2傳送至脈衝寬度調變驅動單元220、222。最後於步驟S310中，脈衝寬度調變驅動單元220、222可根據脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2來驅動發光模組230、232。藉此，發光模組230、232所產生的混光則可具有使用者所要求之色溫值CCT以及光通量值L。
本發明雖已敘述較佳之實施例如上，但應了解上述所揭露並非用以限制本發明實施例。相反地，其涵蓋多種變化以及相似的配置(熟知此技術者可明顯得知)。此外，應根據後附之申請專利範圍作最廣義的解讀以包含所有上述的變化以及相似的配置。
100‧‧‧色溫與亮度調整裝置
250lm、350lm、400lm、550lm、600lm‧‧‧等亮度線
110‧‧‧中央處理器單元
120‧‧‧通信單元
130‧‧‧記憶體單元
200‧‧‧燈具裝置
210‧‧‧燈具通信單元
220、222‧‧‧脈衝寬度調變驅動單元
230、232‧‧‧發光模組
3500K、4000K、5000K、5500K‧‧‧等色溫線
A‧‧‧交點
CCT‧‧‧色溫值
L‧‧‧光通量值
PWM1、PWM2‧‧‧脈衝寬度調變值
UI‧‧‧使用者介面
由閱讀以下詳細說明及配合所附圖式之舉例，可更完整地了解本發明所揭露，如下：第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之色溫與亮度調整系統之方塊圖；第2A圖係顯示本發明一實施例於各個光通量值L下之脈衝寬度調變值PWM1與PWM2的對應關係圖；第2B圖係顯示本發明一實施例之脈衝寬度調變值PWM1以及PWM2的比值與色溫值CCT的實驗數據表格；第2C圖係顯示本發明一實施例在不同光通量值L以及不同色溫值CCT下之脈衝寬度調變值PWM1與PWM2的對應關係圖；第3圖係顯示根據本發明第1圖所示之色溫與亮度調整系統之方法實施例之操作流程圖。
100‧‧‧色溫與亮度調整裝置
110‧‧‧中央處理器單元
120‧‧‧通信單元
130‧‧‧記憶體單元
200‧‧‧燈具裝置
210‧‧‧燈具通信單元
220、222‧‧‧脈衝寬度調變驅動單元
230、232‧‧‧發光模組
CCT‧‧‧色溫值
L‧‧‧光通量值
PWM1、PWM2‧‧‧脈衝寬度調變值
UI‧‧‧使用者介面

Claims (4)

  1. 一種色溫與亮度調整系統，包括：一色溫與亮度調整裝置，包括：一中央處理器單元，接收一光通量值以及一色溫值，並根據一第一關係式與一第二關係式產生一第一脈衝寬度調變值以及一第二脈衝寬度調變值；一記憶體單元，儲存上述第一關係式以及上述第二關係式，其中上述第一關係式為上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值與上述光通量值之關係，上述第二關係式為上述第二脈衝寬度調變值以及上述第一脈衝寬度調變值與上述色溫值之關係；以及一通信單元，輸出上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值；一燈具裝置，包括：一燈具通信單元，接收上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值；一第一發光模組；一第二發光模組；一第一脈衝寬度調變驅動單元，以上述第一脈衝寬度調變值驅動上述第一發光模組；以及一第二脈衝寬度調變驅動單元，以上述第二脈衝寬度調變值驅動上述第二發光模組，其中上述第一發光模組以及上述第二發光模組的輸出具有不同色溫，其中，上述第一關係式為PWM2=A(L)+B(L)*PWM1，其中A(L)=a1+a2L， B(L)=b1+b2L，L為上述光通量值，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，a1,a2,b1,b2為常數，以及上述第二關係式為PWM2/PWM1=c1*e-CCT/c2+c3，其中，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，c1,c2,c3為常數，e為自然對數常數，以及CCT為色溫值。
  2. 一種色溫與亮度調整系統，包括：一色溫與亮度調整裝置，包括：一中央處理器單元，接收一光通量值以及一色溫值，並根據一第一關係式與一第二關係式產生一第一脈衝寬度調變值以及一第二脈衝寬度調變值；一記憶體單元，儲存上述第一關係式以及上述第二關係式，其中上述第一關係式為上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值與上述光通量值之關係，上述第二關係式為上述第二脈衝寬度調變值以及上述第一脈衝寬度調變值與上述色溫值之關係；以及一通信單元，輸出上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值；一燈具裝置，包括：一燈具通信單元，接收上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值；一第一發光模組；一第二發光模組；一第一脈衝寬度調變驅動單元，以上述第一脈衝寬度調變值驅動上述第一發光模組；以及 一第二脈衝寬度調變驅動單元，以上述第二脈衝寬度調變值驅動上述第二發光模組，其中上述第一發光模組以及上述第二發光模組的輸出具有不同色溫，其中，上述第一關係式為PWM2=A(L)+B(L)*PWM1，其中A(L)=a1+a2L，B(L)=b1+b2L，L為上述光通量值，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，a1,a2,b1,b2為常數，以及上述第二關係式為PWM2/PWM1=c1*e-CCT/c2+c3*e-CCT/c4+c5，其中，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，c1,c2,c3,c4,c5為常數，e為自然對數常數，以及CCT為色溫值。
  3. 一種色溫與亮度調整方法，包括：取得一光通量值以及一色溫值；根據一第一關係式與一第二關係式產生一第一脈衝寬度調變值以及一第二脈衝寬度調變值，其中上述第一關係式為上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值與上述光通量值之關係，上述第二關係式為上述第二脈衝寬度調變值以及上述第一脈衝寬度調變值與上述色溫值之關係；將上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值傳送至一外部燈具裝置；以上述第一脈衝寬度調變值驅動上述外部燈具裝置之一第一發光模組；以及以上述第二脈衝寬度調變值驅動上述外部燈具裝置之 一第二發光模組，其中上述第一發光模組以及上述第二發光模組的輸出具有不同色溫，其中，上述第一關係式為PWM2=A(L)+B(L)*PWM1，其中A(L)=a1+a2L，B(L)=b1+b2L，L為上述光通量值，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，a1,a2,b1,b2為常數，以及上述第二關係式為PWM2/PWM1=c1*e-CCT/c2+c3，其中，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，c1,c2,c3為常數，以及CCT為色溫值。
  4. 一種色溫與亮度調整方法，包括：取得一光通量值以及一色溫值；根據一第一關係式與一第二關係式產生一第一脈衝寬度調變值以及一第二脈衝寬度調變值，其中上述第一關係式為上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值與上述光通量值之關係，上述第二關係式為上述第二脈衝寬度調變值以及上述第一脈衝寬度調變值與上述色溫值之關係；將上述第一脈衝寬度調變值以及上述第二脈衝寬度調變值傳送至一外部燈具裝置；以上述第一脈衝寬度調變值驅動上述外部燈具裝置之一第一發光模組；以及以上述第二脈衝寬度調變值驅動上述外部燈具裝置之一第二發光模組，其中上述第一發光模組以及上述第二發光模組的輸出具有不同色溫，其中，上述第一關係式為 PWM2=A(L)+B(L)*PWM1，其中A(L)=a1+a2L，B(L)=b1+b2L，L為上述光通量值，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，a1,a2,b1,b2為常數，以及上述第二關係式為PWM2/PWM1=c1*e-CCT/c2+c3*e-CCT/c4+c5，其中，PWM1為上述第一脈衝寬度調變值，PWM2為上述第二脈衝寬度調變值，c1,c2,c3,c4,c5為常數，以及CCT為色溫值。
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