CN102246596A - 针对发光二极管的不同光谱的时分光输出感测和亮度调节 - Google Patents

针对发光二极管的不同光谱的时分光输出感测和亮度调节 Download PDF

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    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/22—Controlling the colour of the light using optical feedback

Abstract

在至少一个实施例中，通过在不同时间改变送到多个LED的子组的功率并在功率减小过程中检测LED的亮度，来调节多个LED的亮度。在至少一个实施例中，一旦确定LED的亮度，控制器判定该亮度是否满足目标亮度值，如果不满足，控制器以满足目标亮度值为目的来调节每个LED。在至少一个实施例中，随时间变化改变送到多个LED的子组的功率并调节LED的亮度的过程被称作“时分光输出感测和调节”。因此，在至少一个实施例中，照明系统包括针对不同光谱的发光二极管(LED)的时分光输出感测和调节。

Description

针对发光二极管的不同光谱的时分光输出感测和亮度调节
相关申请的交叉引用
根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求2008年12月12日提交的、名称为“Single Photo-Detector for Color Balance of Multiple LED Sources”的美国临时申请61/122,198的权益。美国临时申请61/122,198包括示例性的系统和方法，通过引用其全文合并于此。
技术领域
本发明一般涉及照明和信号处理领域，且更具体地涉及时分光输出感测和调节发光二极管发射的不同光谱的光的亮度的系统和方法。
背景技术
发光二极管(LED)作为主流光源正变得特别受欢迎的一部分原因是通过高效率光输出达到节能以及诸如降低汞的环境激励。LED是一种半导体器件，由直流电驱动。LED的亮度(即发光强度)大致与流过LED的电流成正比例变化。因此，增大提供给LED的电流会增大LED的强度，降低提供给LED的电流会使LED变暗。通过直接降低送到LED的直流电流水平或者通过占空比调制降低平均电流可以改变电流。
LED具有元件间差异。例如，对于一个特定电流，一个LED相比另一LED的亮度可以相差人们可觉察的一个量。此外，由于诸如寿命的因素，LED的亮度可随时间变化。
图1描绘灯100，灯100包括包围灯100的元件的外壳101。灯100还包括窄带光传感器102和控制器104，以响应于LED 106的光输出变化来调节送到LED 106的功率。“窄带”光传感器感测窄光谱带中的光。例如，窄带红色光传感器感测红光，但不感测其它任何颜色的光。除了LED106之外，灯100还包括LED 108。LED 106和LED 108具有不同光谱。因此，LED的“光谱”指LED发射的光的一个或若干波长。光的波长确定光的颜色。因此，LED的光谱指LED发射的光的颜色。例如，在一个实施例中，蓝-绿光谱LED 106发射蓝-绿光，红色光谱LED 108发射红色光。灯100通过输入端子112和113接收来自电源电压源110的交流(AC)电压VAC_SUPPLY。电压源110例如是公用电，AC电源电压VAC_SUPPLY例如在美国是60Hz/110V线电压，或者在欧洲是50Hz/220V线电压。功率控制系统116包括灯驱动器114和115，它们分别向LED 106和108提供驱动电流iLED1和iLED2。驱动电流iLED1和iLED2是直流电(DC)。改变DC电流iLED1和iLED2的值会改变各自的LED 106和108的亮度。
控制器104控制灯驱动器114和115，以控制驱动电流iLED1和iLED2的各自值。灯驱动器114和115是开关功率变换器。控制器104向灯驱动器114提供脉冲宽度调制开关控制信号CS00以控制灯驱动器114的开关(未显示)，控制器104向灯驱动器115提供脉冲宽度调制开关控制信号CS01以控制灯驱动器115的开关(未显示)。驱动电流iLED1和iLED2的值与各自的控制信号CS00和CS01的脉冲宽度和占空比成比例。
光传感器102是限带(limited band)光传感器，其感测LED 106的亮度，但对于LED 108发射的光不敏感。LED 106和108发射的光118从外壳101的内表面反射，通过扩散器120传播，产生广谱光122。LED 106和108发出的一些光反射和/或直接传输到光传感器102。光传感器102感测来自LED 106的蓝-绿光的亮度，并将表示LED 106发射的光的亮度的信号SEN0发送到控制器104。如果LED 106的光的亮度相对于预定目标亮度值太低，则控制器104增大驱动电流iLED1，如果LED 106的光的亮度相对于预定目标亮度值太高，则降低驱动电流iLED1。预定目标亮度值与设计选择相关。
LED的亮度随时间的变化有时与随着时间的过去由LED使用的功率量有关。在至少一个实施例中，随着时间的过去由LED使用的功率与LED的亮度随时间变化直接成正比例。因此，使用更多功率的LED的亮度很可能在使用较少功率的相似质量的LED的亮度出现任何变化之前随时间变化。例如，LED 108仅接收给LED 106和108提供的总功率中的小百分比，如5％。结果，LED 108的亮度相对不受时间的影响。LED 106接收95％的功率，因此，LED 106的亮度最有可能随时间变化。此外，光122的红色分量的功率相对较小。由于假设LED 108的亮度在照明系统100的寿命中是大致恒定的，所以不给控制器104提供调节LED 108的亮度的任何反馈。因此，照明系统100避免附加光传感器、反馈电路的费用以及感测、调节LED 108的红色光的控制器的复杂度。
图2描绘照明系统200。照明系统200包括环境光传感器202，以促进光捕获。光捕获涉及用自然光206补充人造光204，将人造光的调节与自然光的变化相关联。在至少一个实施例中，“自然光”指不由人工方式，即通过灯等，产生的光。在至少一个实施例中，“自然光”指太阳光和反射的太阳光。环境光传感器202的物理位置与设计选择有关。在至少一个实施例中，环境光传感器202物理上附连于灯的外壳208的外部。环境光传感器202在灯的外壳208的外部上的位置帮助最小化人造光204对由灯传感器202接收的环境光206的影响。
功率控制系统211包括控制器210，其控制给光源214提供的功率，因此控制由光源214产生的人造光204的亮度。控制器210产生控制信号CS1，并将控制信号CS1提供给灯驱动器212，以控制由灯驱动器212传送给光源214的功率。灯驱动器212的具体配置与设计选择有关，部分程度上取决于光源214的配置。光源214可以是任何类型的光源，诸如白炽的、荧光的或基于LED的光源。灯驱动器212根据控制信号CS1给光源214提供功率。环境光传感器202产生感测信号SEN1。感测信号SEN1表示环境光的亮度。如果环境光太低或者太高，控制器210使灯驱动器212增大或降低人造光204的亮度。
参照图1和图2，照明系统100包括具有不同光谱的LED 106和108。光源214还可以包括具有不同光谱的个别光源，诸如LED。尽管照明系统100区分具有不同光谱的光源，但照明系统100在光传感器和光源光谱之间具有一对一的对应，即对于发射特定颜色光的光源，光传感器仅感测具有该特定颜色的光。照明系统100通过不感测来自LED 108的光来节省费用，因此避免了增加另外的光传感器。因为广谱光传感器不能区分来自LED 106的亮度和来自LED 108的亮度，所以照明系统100不使用单个的广谱光传感器感测来自LED 106和LED 108的光。相应地，控制器104不能检测LED 106和/或LED 108的亮度是否随时间发生了变化。因此，照明系统100以较低费用换取LED 108亮度的准确度和控制。照明系统200不区分不同光谱的光源，因此不基于光源的光谱定制对光源亮度的调节。
发明内容
在本发明的一个实施例中，一种设备包括控制器，其配置成至少调节第一发光二极管(LED)发射的光的亮度，并调节第二LED发射的光的亮度，其中，在所述控制器操作过程中，所述第一LED发射的光具有与所述第二LED发射的光不同的光谱。所述控制器进一步被配置成接收表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号，并接收表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号，其中所述第一LED和所述第二LED对亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的。控制器进一步被配置成使用来自所述的信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度，并根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。
在本发明的另一实施例中，一种设备包括具有至少第一发光二极管(LED)和第二LED的灯，其中，在操作过程中，所述第一LED的光输出具有与所述第二LED的光输出不同的光谱。所述设备还包括感测接收的光的亮度的一个或多个传感器。所述设备进一步包括耦连到灯和传感器的控制器。所述控制器配置成至少接收来自传感器中至少一个的第一信号，其表示在第一时间接收的光的亮度。所述控制器还配置成接收来自传感器中至少一个的第二信号，其表示在第二时间接收的光的亮度，其中所述第一LED和所述第二LED对亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的。所述控制器进一步被配置成使用来自所述的信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。所述控制器还被配置成根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。
在本发明的又一实施例中，一种至少调节第一发光二极管(LED)发射的光的亮度并调节第二LED发射的光的亮度的方法，其中所述第一LED发射的光具有与所述第二LED发射的光不同的光谱，所述方法包括接收表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号。所述方法还包括接收表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号，其中所述第一LED和所述第二LED对亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的。所述方法进一步包括使用来自所述的信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。所述方法还包括根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。
附图说明
通过参照附图可以更好地理解本发明，其各种目标、特征和优点对本领域技术人员是很显然的。在几幅图中使用相同的附图标记来指示相同或相似元件。
图1(标示为现有技术)描绘包括控制器和窄带光传感器来调节LED的亮度的照明系统。
图2(标示为现有技术)描绘用于光捕获的照明系统。
图3描绘具有针对不同光谱的发光二极管的时分光输出感测和亮度调节的照明系统。
图4描绘图3的照明系统的一个实施例。
图5描绘用于感测和调节图4的照明系统中光的亮度的时分调节算法。
图6描绘LED驱动电流信号的时序图，其图解说明用于图5算法的间隔时分(interspacing time division)。
图7描绘LED驱动电流信号的时序图，其图解说明用于图5算法的间隔时分。
图8描绘LED驱动电流信号的时序图，其图解说明用于图5算法的单一时分。
图9描绘用于图4的照明系统的时分调节算法的又一实施例。
图10描绘图3的照明系统的控制器的一个实施例。
具体实施方式
在至少一个实施例中，多个LED发射的光的亮度是通过在不同时刻改变送到多个LED的子组的功率，并在功率降低过程中检测LED的亮度来调节的。在至少一个实施例中，一旦确定LED的亮度，控制器就判定该亮度是否满足目标亮度值，如果不满足，控制器就以满足目标亮度值为目标来调节每个LED。在至少一个实施例中，随时间改变送到多个LED的子组的功率并调节LED的亮度的过程被称作“时分光输出感测和调节”。因此，在至少一个实施例中，照明系统包括针对不同光谱的发光二极管(LED)的时分光输出感测和调节。
在至少一个实施例中，LED组是一组亮度被共同调节的一个或多个LED。例如，第一组LED可以包括4个红色LED，第二组LED可以包括3个蓝色LED。每组LED的亮度可以被共同确定、调节。在至少一个实施例中，时分光输出感测涉及随时间调制送到LED不同子组的多个LED的功率，例如随时间改变电流。每个子组中LED的数目与设计选择有关，可以是单个LED。在至少一个实施例中，控制器通过调制送到LED的功率，来执行LED的时分功率调制，这是通过选择性地在有限时段中降低送到具有感兴趣光谱的一个或多个LED组成的子组的功率，并使用时分算法对具有感兴趣光谱的每个LED组重复功率降低来进行的。时分功率调制允许控制器确定每组LED对由一个或多个传感器接收的光的亮度的相对影响。在至少一个实施例中，控制器根据LED的时分功率调制，将不同时刻感测的接收的光的不同亮度关联，来确定各组LED的亮度。在至少一个实施例中，控制器将确定的各组LED的亮度与目标值比较，调节LED发射的光的亮度以满足目标值。
在至少一个实施例中，LED发射的光的光谱与设计选择有关。在至少一个实施例中，LED代表至少两个不同光谱。在至少一个实施例中，一个或多个传感器是光敏晶体管，其被校准以补偿由于诸如升高的工作温度等因素造成的操作特征的一个或多个变化。
图3描绘包括针对不同光谱的发光二极管的时分光输出感测和调节的照明系统300。照明系统300包括功率控制系统302，其在至少一个实施例中接收来自功率源304的功率。在至少一个实施例中，功率源304是外部电源，诸如电压源110(图1)。功率源304的具体类型与设计选择有关。
照明系统300还包括控制器306，以控制N+1个LED的电流iLED_0-iLED_N的值。“N”是大于或等于1的任何整数。N的值取决于LED组308.0-308.N的数目。LED组308.0-308.N中的每一个都包括一个或多个LED。在至少一个实施例中，LED组308中的每个LED具有基本相同的光谱。具体光谱与设计选择有关，包括红色、蓝色、琥珀色、绿色、蓝-绿色和白色。控制器306生成控制信号CS10-CS1N，并将控制信号提供给灯驱动器310.0-310.N。在至少一个实施例中，灯驱动器310.0-310.N是开关功率变换器，控制信号CS10-CS1N是脉冲宽度调制控制信号。在至少一个实施例中，灯驱动器310.0-310.N是相同的开关功率变换器，开关功率变换器的一个示例性实施例在发明人为John L.Melanson、受让人为Cirrus Logic，Inc、于2007年12月31日提交的标题为“Power Control SystemUsing A Nonlinear Delta-Sigma Modulator With Nonlinear Power ConversionProcess Modeling”的美国专利申请11/967,269中有描述。美国专利申请11/967,269在本文中称作“Melanson I”，其全部内容在此合并于本文中。
控制器306以各种方式产生控制信号CS10-CS1N。于2007年9月28日提交的发明人为John L.Melanson、代理人案号为1692-CA、标题为“Time-Based Control of a System having Integration Response”的美国专利申请11/864,366描述了一种产生可以用来驱动LED的驱动电流控制信号的示例性系统和方法。美国专利申请11/864,366在本文称作“Melanson II”，其全部内容通过引用合并于此。于2009年3月31日提交的发明人为JohnL.Melanson、代理人案号为1812-IPD、标题为“Primary-Side Based ControlOf Secondary-Side Current For An Isolation Transformer，”的美国专利申请12/415,830也描述了一种产生可以用来驱动LED的驱动电流控制信号的示例性系统和方法。美国专利申请12/415,830在本文称作“Melanson III”，其全部内容通过引用结合于此。在至少一个实施例中，控制器306被实现，并以与Melanson II或Melanson III中描述的产生控制信号的相同方式，产生每个控制信号CS10-CS1N，不同之处是时分模块312的操作，这在随后进行描述。控制信号CS10-CS1N控制各自的LED驱动电流iLED_0-iLED_N。在至少一个实施例中，控制器306使用线性电流控制来控制驱动电流iLED_0-iLED_N。
照明系统300包括光传感器314，以感测光传感器314接收的光的亮度。在至少一个实施例中，光传感器314是单个的广谱光传感器，其感测由LED组308.0-308.N发射的光的所有光谱。光传感器314的物理位置与设计选择有关。
控制器306包括时分模块312，以例如选择性调制送到LED组308.0-308.N的功率，以允许控制器306确定LED组308.0-308.N中的至少两个的亮度。在至少一个实施例中，控制器306根据时分算法降低送到LED组308.0-308.N的功率，这允许控制器306确定LED组308.0-308.N中的至少两个发射的光316的亮度。控制器306降低送到LED组的不同子组的功率，以允许控制器确定各组LED的亮度。时分算法的实施例在下文更详细讨论。
控制器306的具体实现方式与设计选择有关。控制器306可以使用数字、模拟或数模技术实现。在至少一个实施例中，控制器306被制造为集成电路。在至少一个实施例中，控制器306包括处理器，由控制器306执行的算法以代码实现，并由处理器执行。代码可以存储在控制器306中包括的或控制器306可访问的存储器(未显示)中。
图4描绘照明系统400，其代表照明系统300的一个实施例。灯402经由端子401和403接收来自功率源304的功率。灯402包括LED 404、LED 406和LED 408，它们分别具有不同的光谱。出于描述目的，LED 404、LED 406和LED 408将分别作为红色、绿色和蓝色LED来进行讨论，即LED 404发射红色光谱的光，LED 406发射绿色光谱的光，LED 408发射蓝色光谱的光。灯402还包括功率控制系统410，其代表功率控制系统302的一个实施例。功率控制系统410包括控制器412，以控制LED驱动器414、416和418，因此控制各个LED驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B。在至少一个实施例中，控制器412以与控制器306产生控制信号CS10-CS1N，N＝2，相同的方式，产生控制信号CSR、CSG和CSB。控制器412代表控制器306的一个实施例。
照明系统400还包括光传感器420，以感测来自LED 404、406和408的进入光422和环境光423，并产生感测信号SEN1。环境光423代表光传感器420接收的不由LED 404、406和408产生的光。在至少一个实施例中，环境光423代表来自其它人造光源的光或诸如太阳光的自然光。在至少一个实施例中，光传感器314是广谱传感器，其感测来自LED 404、406和408的光422，并感测环境光423。
人眼通常不能觉察持续时间为1毫秒(ms)或更少时间的光源亮度降低。因此，在至少一个实施例中，根据时分功率调制算法，在1ms或更少时间内降低送到LED 404、406和408的功率，并因此降低亮度，光传感器420感测在1ms或更少时间内亮度降低的光，并产生感测信号SEN1，以表示光传感器420接收的光422的亮度。在至少一个实施例中，光传感器420是任何可购买的能检测光的亮度并产生感测信号SEN1的光敏晶体管型或二极管型光传感器。具体的光传感器420与设计选择有关。控制器412包括时分模块424。下文将更详细解释，时分模块424与LED驱动器414、416和418结合，根据时分算法选择性地调制驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B，这允许控制器412确定LED 404、406和408的各自亮度。通过确定LED 404、406和408的各自亮度，在至少一个实施例中，控制器412分别调节驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B以获得各LED 404、406和408发射的光的目标亮度。
图5描绘一个示例性的时分感测及LED调节算法500(本文称作“时分调节算法500”)，以用来感测、调节照明系统400的LED 404、406和408发射的光的亮度。通常，时分调节算法500获得环境光的亮度值，并随时间降低LED 404、406和408的子组的亮度，确定LED 404、406和408中的每一个的亮度。
图6描绘用于LED 404、406和408的功率调制的间隔时分600(图4)。通常，在间隔时分600中，环境光的亮度是通过降低送到所有LED 404、406和408的功率来确定的，然后每次降低送到LED 404、406和408中的两个的电流并因此降低亮度，直到来自LED 404、406和408中的每一个的光加上环境光的亮度被感测到。由于环境光的亮度已知，控制器412可以确定来自LED 404、406和408中每一个的光的个别亮度，将每个亮度与目标数据比较，并根据比较结果调节来自LED 404、406和408中每一个的光的亮度。在至少一个实施例中，来自LED 404、406和408中每一个的光的亮度是通过增加或降低送到LED 404、406和408的电流来调节的。增大电流，亮度增加，降低电流，亮度降低。在间隔时分600中，送到LED 404、406和408的功率被降低到0。不过，降低的具体量与设计选择有关。
参照图4、图5和图6，照明系统400的示例性操作涉及时分调节算法500和间隔时分600。在至少一个实施例中，为了感测LED 404、406和408中的每一个发射的光的亮度，在操作502中，照明系统400感测环境光423。在至少一个实施例中，环境光是光传感器420接收的不是由LED404、406或408发射的光。为了仅感测环境光，在时刻t0和t1之间，LED驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B被降低到0，从而“关断”LED 404、406或408。光传感器420在时刻t0和t1之间感测环境光，产生信号SEN1，该信号代表光传感器420感测的环境光423的量。在操作504中，控制器412存储由信号SEN1表示的感测环境光的值。在操作506中，时分模块424通过在时刻t2和t3之间使LED驱动器414和416将驱动电流iLED_R和iLED_G降低到0，来调制送到LED 404和406的功率。光传感器420感测环境光423和LED 408发射的光，在操作508中，生成表示感测光的亮度值的感测信号SEN1。
如前面讨论的，人眼通常不能觉察持续时间为1毫秒(ms)或更少时间的光源亮度降低。因此，在至少一个实施例中，送到LED 404、406和408的功率的每个时分由LED驱动电流降低时间t0-t1、t2-t3、t4-t5和t6-t7表示，在时分调节算法500中，每个时分具有1ms或更少的持续时间，使得人们觉察不到在时分调节算法500中“关断”和“接通”LED 404、406和408。
在操作510中，控制器412将感测信号的值与目标数据的值进行比较。目标数据包括针对感测信号SEN1的目标亮度值，其中目标亮度值代表环境光和蓝色LED 408发射的光的组合的目标亮度。在操作512中，控制器412基于目标亮度值和由感测信号SEN1表示的亮度值之间的比较，来调节LED驱动电流iLED_B。如果比较表明LED 408的亮度低，则控制器412增大驱动电流iLED_B。如果比较表明LED 408的亮度高，则控制器412降低驱动电流iLED_B。确定驱动电流iLED_B的变化量和变化速率与设计选择有关。在至少一个实施例中，驱动电流iLED_B的变化量是基于LED 408的亮度-电流关系以及目标亮度值和由感测信号SEN1表示的感测光的亮度值之间的差来确定的。在至少一个实施例中，驱动电流iLED_B的变化速率足够低，例如小于1ms，以使人们能够预防立即注意到的变化。
控制器412通过调节提供给灯驱动器418的控制信号CSB，来调节驱动电流iLED_B。在至少一个实施例中，控制器412根据Melanson II或Melanson III产生控制信号CSB，使得灯驱动器418提供期望的驱动电流iLED_B。
在操作514中，控制器412判定对于所有LED 404、406和408，操作506-512是否已经完成。如果没有完成，那么时分调节算法500返回操作506，对下一LED重复操作506-512。在当前描述的实施例中，在操作506中，时分模块424在时刻t4和t5之间将驱动电流iLED_R和iLED_B降低到0。操作508-512然后重复以调节驱动电流iLED_G，如操作512所示。再一次，在操作514中，控制器412判定对于所有LED 404、406和408，操作506-512是否已经完成。在当前描述的实施例中，在操作506中，时分模块424在时刻t6和t7之间，将驱动电流iLED_G和iLED_B降低为0。操作508-512然后重复以调节驱动电流iLED_R，如操作512所示。在对LED 404、406和408执行操作508-512之后，时分调节算法500从操作514进行到操作516。操作516使时分调节算法500停止，直到下一周期。下一周期如之前描述地重复操作502-516，以重新估计来自LED 404、406和408的光的亮度。
重复时分调节算法500的频率与设计选择有关，可以是例如1秒或若干秒、1分钟或若干分钟、1小时或若干小时、1天或若干天的量级。在至少一个实施例中，每秒重复一次时分调节算法500。在至少一个实施例中，通常重复时分调节算法500到足以感测环境光的变化和LED 404、406和408的亮度变化，使得离开扩散器428的光426的亮度是恒定的，或者至少基本是恒定值。另外，每个功率调制周期，例如时刻t1和t2、t3和t4等等，之间的时序与设计选择有关。具体选择例如是足够长，以对一个LED执行操作506-514之后，对下一LED重复操作506-514。
在至少一个实施例中，在操作506-512中，只考虑LED 404、406和408的子组的亮度。例如，如果假设红色LED 404随时间维持相对恒定的亮度，则不执行操作506中时刻t6和t7之间LED 406和408的功率调制以及操作508-512中LED 404的后续处理。此外，在时分调节算法500中，送到LED 404、406和408的功率降低的量与设计选择有关。间隔时分600描绘驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B在时分功率调制时间中降低为0。降低量与设计选择有关。在至少一个实施例中，驱动电流iLED_R、iLED_G和/或iLED_B降低介于大约10％和90％之间的一个特定百分比。在确定操作512中进行的调节时，通过将驱动电流iLED_R、iLED_G和/或iLED_B降低到低于额定值的一个值，控制器412计算(account for)所有LED 404、406和408对于由感测信号SEN1表示的亮度的亮度影响。
在至少一个实施例中，LED 404、406和/或408各代表一个LED。在至少一个实施例中，LED 404、406和408中的一个、两个或全部代表包括多个具有相同光谱的LED的一组LED。例如，在至少一个实施例中，LED 404代表多个红色LED，LED 406代表多个绿色LED，和LED 408代表多个蓝色LED。不管LED 404、406和408中的LED的数目为多少，时分调节算法500都适用。
时分调节算法500还包括校准目标数据的可选操作518。在至少一个实施例中，光传感器420对温度变化敏感，温度变化影响提供的感测信号SEN1的值的准确性。例如，在至少一个实施例中，当光传感器420的温度升高时，对于光传感器420接收的相同亮度水平的光422，感测信号SEN1的值变化。不过，在至少一个实施例中，光传感器420的温度变化和感测信号SEN1之间的关系是已知的。在至少一个实施例中，光传感器420给控制器412提供温度信息，或者控制器412感测光传感器420内部或附近的温度。通过使用该关系，控制器412相应地校准目标数据，来补偿温度对感测信号SEN1的值的准确性的影响。在至少一个实施例中，光传感器420自补偿温度变化，因此，不需要可选的操作518。在至少一个实施例中，在时分调节算法500中，温度对感测信号SEN1的值的准确性的影响可忽略或不考虑。也可以调节目标数据，来补偿与光传感器420相关的操作特性。例如，在至少一个实施例中，广谱光传感器420执行的接收在光谱上是不一致的。可以调节目标数据以解决该不一致性。在至少一个实施例中，由灯402的制造商或销售商在校准测试过程中进行调节。
时分调节算法500代表时分调节算法的一个实施例，其可以用来感测并在适当时调节照明系统400中一个或多个LED的亮度。照明系统400可以使用的时分调节算法的次数实际上是无限的。例如，对于LED 404、406和408中的每一个，可以执行操作506和508，为LED 404、406和408中的每一个存储感测信号SEN1，并对于LED 404、406和408中的每一个重复操作510和512。此外，在间隔时分600中，时分功率调制的功率降低的时间间隔，诸如在t2和t1之间、t4和t3之间等等，与设计选择有关，功率降低的范围与设计选择有关。在至少一个实施例中，功率降低的时间间隔小于人们通过觉察照明系统400的亮度变化从而觉察到功率降低的时间量。
图7描绘LED电流驱动的时序图700。时序图700图解说明分散(interspersed)时分，其代表时分功率调制方案的另一实施例。除对于不同LED的功率降低之间的时序明显显示为随时间分散之外，时序图700类似于间隔时分600。如同时分调节算法500与间隔时分600一起作用一样，时分调节算法500与分散时分700同样地一起作用。使用分散时分700会延长在驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B降低之间的时间，从而降低在执行时分调节算法500时改变光426的亮度的可觉察性。
图8描绘LED电流驱动的时序图800。时序图800图解说明单一(unitary)时分，其代表时分功率调制方案的又一实施例。时序图800中的单一时分在各自的周期t2-t3、t6-t7和t4-t5中一次降低一个送到LED404、406和408的电流。图9描绘用于实现单一时分的时分调节算法900。在至少一个实施例中，为了利用单一时分，修改时分调节算法500，以例如包括操作902-906。在操作506中，时分模块424根据LED电流驱动时序800，调制送到LED 404、406和408的功率。操作902对于送到LED 404、406和408的每个功率降低，将感测信号SEN1的每个值存储在控制器412中或控制器412可访问的存储器(未显示)中。在操作508中产生在时刻t2-t3中感测的亮度水平的感测信号SEN1。操作904使操作506、508和902重复，直到在操作508中产生在时刻t6-t7和t4-t5中感测的亮度水平的感测信号SEN1。
一旦在每个功率调制周期t2-t3、t6-t7和t4-t5中确定亮度水平，控制器412在操作906中确定LED 404、406和408中每一个的亮度。存储的感测信号SEN1的每个值代表环境光的亮度和LED 404、406和408中的两个的影响，这在方程式[1]中列出：
SEN1＝BAL+BLEDx+BLEDy  [1]，
其中BAL＝环境光的亮度，BLEDx和BLEDy等于在操作506中LED404、406和408中功率不降低的其中两个的各自亮度影响。由于环境光BAL的亮度通过操作502和504已知，在至少一个实施例中，控制器412通过利用方程式[1]的3个实例，使用多变量线性方程求解过程来求解操作902中存储的感测信号SEN1的3个值。具体的线性方程求解过程与设计选择有关。例如，在时刻t3：
SEN1＝BAL+BLED406+BLED408  [2]，
在时刻t6：
SEN1＝BAL+BLED404+BLED406  [3]，
在时刻t7：
SEN1＝BAL+BLED404+BLED408  [4]。
由于BAL和SEN1的值已知，方程式[2]可根据BLED408求解，得到BLED406，再代入方程式[3]中。在代入之后，方程式[3]可根据BLED408求解，并代入方程[4]中。在代入之后，方程式[4]可求解，得到BLED408的值。通过BLED408的值，可以通过方程式[2]及之后通过方程式[3]求解BLED406和BLED404。
图10描绘控制器1000，其代表控制器412的一个实施例。控制器1000包括用于产生各自的控制信号CS10和CS1N的控制信号发生器1002.0-1002.N和脉冲宽度调制器1004.0-1004.N。在至少一个实施例中，控制信号发生器1002.0-1002.N和脉冲宽度调制器1004.0-1004.N中的每一个根据时分调节算法500或时分调节算法900操作，以确定具有不同光谱的至少两个LED的光的亮度，并根据与代表LED的目标亮度的目标数据1006的值的比较来调节亮度。在Melanson II中示意性描述了一般使用脉冲宽度调制控制信号CS10和CS1N来调节送到LED的电流。在至少一个实施例中，控制信号发生器1002.0-1002.N使控制信号CS10和CS1N在操作502(图5和图9)中感测环境光的过程中没有脉冲。
因此，照明系统包括针对不同光谱的发光二极管(LED)的时分光输出感测调节。在至少一个实施例中，时分光输出感测调节允许照明系统分别调节LED的亮度，以计算环境光以及LED的亮度变化。
尽管已经详细描述了本发明，但应理解，在不偏离如所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种变化、替代和更改。

Claims (40)

1.一种设备，包括：
控制器，所述控制器被配置成至少调节第一发光二极管(LED)发射的光的亮度，并调节第二LED发射的光的亮度，其中，在所述控制器操作过程中，所述第一LED发射的光具有与所述第二LED发射的光不同的光谱，所述控制器进一步被配置成至少：
i.接收表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号；
ii.接收表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号，其中所述第一LED和所述第二LED对亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的；
iii.使用来自所述信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度；和
iv.根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
接收表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号包括接收来自至少第一传感器的表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号；
和
接收表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号包括接收来自最少一个传感器的表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中：
接收表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号包括接收来自至少第一传感器的表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号；
和
接收表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号包括接收来自至少第二传感器的表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一LED和所述第二LED是由以下各项组成的组中的成员：红色和绿色、红色和黄色、琥珀色和蓝色、绿色和蓝色以及红色和蓝色。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一LED是具有基本相同光谱的第一组多个LED的成员，所述第二LED是具有基本相同光谱的第二组多个LED的成员。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置成：调节所述第一LED和所述第二LED发射的光的亮度，以补偿随着时间的过去的(a)LED温度变化和(b)光输出变化中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器中的至少一个是广谱光传感器。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，单个的广谱传感器提供表示所述第一时间和所述第二时间的亮度的信号。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置成：
调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流，使得对所述一个或多个传感器接收的光的亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在所述第一时间中，将送到所述第一LED的电流降为0，同时向所述第二LED提供电流；和
在所述第二时间中，将送到所述第二LED的电流降为0，同时向所述第一LED提供电流。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在所述第一时间中，向所述第一LED提供低于所述第二LED的平均电流，在所述第一时间中，向所述第一LED提供低于所述第二LED的平均电流。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在连续时间中调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
随时间变化分散送到所述第一LED和所述第二LED的电流的降低。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置成调节至少第三LED发射的光的亮度，其中在所述控制器操作过程中，所述第三LED发射的光具有与所述第一LED和所述第二LED发射的光不同的光谱，其中所述控制器进一步被配置成至少：
i.接收表示在第三时间接收的光的亮度的第三信号，其中所述第一、第二和第三LED对于亮度的相对影响在所述第一、第二和第三时间是不同的；
ii.使用来自所述信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度、所述第二LED发射的光的亮度和所述第三LED发射的光的亮度；和
iii.根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度、所述第二LED发射的光的亮度和所述第三LED发射的光的亮度。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第一LED是红色LED，所述第二LED是绿色LED，所述第三LED是蓝色LED。
16.一种设备，包括：
具有至少第一发光二极管(LED)和第二LED的灯，其中，在操作过程中，所述第一LED的光输出具有与所述第二LED的光输出不同的光谱；
感测接收的光的亮度的一个或多个传感器；和
耦连到所述灯和所述传感器的控制器，其中所述控制器被配置成至少：
i.接收来自传感器中的至少一个的第一信号，所述第一信号表示在第一时间接收的光的亮度；
ii.接收来自传感器中的至少一个的第二信号，所述第二信号表示在第二时间接收的光的亮度，其中所述第一LED和所述第二LED对亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的；
iii.使用来自所述信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度；和
iv.根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第一LED和所述第二LED是由以下各项组成的组中的成员：红色和绿色、红色和黄色、琥珀色和蓝色、绿色和蓝色以及红色和蓝色。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第一LED是具有基本相同光谱的第一组多个LED的成员，所述第二LED是具有基本相同光谱的第二组多个LED的成员。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置成：
调节所述第一LED和所述第二LED的亮度，以补偿随着时间的过去的(a)LED温度变化和(b)光输出变化中的至少一个。
20.根据权利要求16所述的设备，其中，所述传感器中的至少一个是广谱光传感器。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，单个的广谱传感器提供表示所述第一时间和所述第二时间的亮度的信号。
22.根据权利要求16所述的设备，其中，所述控制器进一步被配置成：
调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流，使得对所述一个或多个传感器接收的光的亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在所述第一时间中，将送到所述第一LED的电流降为0，同时向所述第二LED提供电流；和
在所述第二时间中，将送到所述第二LED的电流降为0，同时向所述第一LED提供电流。
24.根据权利要求22所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在所述第一时间中，向所述第一LED提供低于所述第二LED的平均电流，在所述第一时间中，向所述第一LED提供低于所述第二LED的平均电流。
25.根据权利要求22所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在连续时间中调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流。
26.根据权利要求22所述的设备，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
随时间变化分散送到所述第一LED和所述第二LED的电流的降低。
27.根据权利要求16所述的设备，其中，所述灯包括至少一个第三LED，其中，在所述控制器操作过程中，所述第三LED发射的光具有与所述第一LED和所述第二LED发射的光不同的光谱，其中所述控制器进一步被配置成至少：
i.接收表示在第三时间接收的光的亮度的第三信号，其中所述第一、第二和第三LED对于亮度的相对影响在所述第一、第二和第三时间是不同的；
ii.使用来自所述信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度、所述第二LED发射的光的亮度和所述第三LED发射的光的亮度；和
iii.根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度、所述第二LED发射的光的亮度和所述第三LED发射的光的亮度。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述第一LED是红色LED，所述第二LED是绿色LED，所述第三LED是蓝色LED。
29.一种至少调节第一发光二极管(LED)发射的光的亮度并调节第二LED发射的光的亮度的方法，其中，所述第一LED发射的光具有与所述第二LED发射的光不同的光谱，所述方法包括：
接收表示在第一时间接收的光的亮度的第一信号；
接收表示在第二时间接收的光的亮度的第二信号，其中所述第一LED和所述第二LED对亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的；
使用来自所述信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度；和
根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度和所述第二LED发射的光的亮度。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一LED和所述第二LED是由以下各项组成的组中的成员：红色和绿色、红色和黄色、琥珀色和蓝色、绿色和蓝色以及红色和蓝色。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一LED是具有基本相同光谱的第一组多个LED的成员，所述第二LED是具有基本相同光谱的第二组多个LED的成员。
32.根据权利要求29所述的方法，进一步包括：
调节所述第一LED和所述第二LED发射的光的亮度，以补偿随着时间的过去的(a)LED温度变化和(b)光输出变化中的至少一个。
33.根据权利要求29所述的方法，进一步包括：
从单个的广谱传感器接收表示在所述第一时间和所述第二时间接收的光的亮度的信号。
34.根据权利要求29所述的方法，进一步包括：
从一个或多个传感器接收表示在所述第一时间和所述第二时间接收的光的亮度的信号；和
调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流，使得对所述一个或多个传感器接收的光的亮度的相对影响在所述第一时间和所述第二时间是不同的。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在所述第一时间中，将送到所述第一LED的电流降为0，同时向所述第二LED提供电流；和
在所述第二时间中，将送到所述第二LED的电流降为0，同时向所述第一LED提供电流。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在所述第一时间中，向所述第一LED提供低于所述第二LED的功率，在所述第一时间中，向所述第一LED提供低于所述第二LED的功率。
37.根据权利要求34所述的方法，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
在连续时间中调制送到所述第一LED和所述第二LED的功率。
38.根据权利要求34所述的方法，其中，调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流包括：
随时间变化分散送到所述第一LED和所述第二LED的功率的降低。
39.根据权利要求29所述的方法，其中，所述灯包括至少一个第三LED，其中，在所述控制器操作过程中，所述第三LED的光输出具有与所述第一LED和所述第二LED的光输出不同的光谱，所述方法进一步包括：
接收表示在第三时间接收的光的亮度的第三信号，其中，所述第一、第二和第三LED对于亮度的相对影响在第一、第二和第三时间是不同的；
使用来自所述信号的信息，确定所述第一LED发射的光的亮度、所述第二LED发射的光的亮度和所述第三LED发射的光的亮度；和
根据一个或多个亮度相关目标值，调节所述第一LED发射的光的亮度、所述第二LED发射的光的亮度和所述第三LED发射的光的亮度。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述第一LED是红色LED，所述第二LED是绿色LED，所述第三LED是蓝色LED。
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