CN102246597A - 具有时分环境光反馈响应的基于发光二极管的照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种照明系统包括针对环境光的时分光输出感测和调节。在至少一个实施例中，时发光输出感测涉及调节送到发光二极管(LED)组的功率，且LED组包括一个或多个LED。在至少一个实施例中，LED组中的每个LED包含在单个灯内，且在至少一个实施例中，LED的组包含在多个灯中。在至少一个实施例中，对于每个灯，控制器通过使用时分算法选择性地降低送到LED组的功率来调制送到LED组的功率，从而允许光传感器在LED组的影响降低情况下感测环境光的亮度。在至少一个实施例中，照明系统还包括对于不同光谱的LED的时分光输出感测和调节。

Description

具有时分环境光反馈响应的基于发光二极管的照明系统
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2008年12月12日提交的、名称为“ingle 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，并且更具体地，涉及用于不同光谱的发光二极管的时分光输出感测和调节的系统和方法。
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减少汞的环境动机。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，减小提供给LED的电流会使LED变暗。可以通过直接降低送到LED的直流电流水平或者通过占空比调制降低平均电流改变电流。
图1描绘照明系统100，其包括灯102。灯102包括产生人造光106的光源104。光106从灯102的外壳的内表面反射，通过扩散器108传播，从而产生光110。照明系统100还包括环境光传感器112以促进光捕获。光捕获涉及用自然光114补充人造光110，将人造光的调节与自然光的变化相关联。环境光传感器112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112物理地附连于灯102的外部。环境光传感器202在灯外壳208外部上的位置帮助最小化人造光204对灯传感器202接收的环境光206的影响。在至少一个实施例中，环境光传感器112被远程定位，并且使用任何可用的通信技术与控制器124通信。
灯102接收来自电源电压源116端子118和120的交流(AC)电压VAC_SUPPLY。电压源116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。
照明系统100包括功率控制系统122，其包括控制器124以控制提供给光源104的功率，因此控制由光源104产生的人造光110的亮度。控制器124生成控制信号CS0，并将控制信号CS0提供给灯驱动器126，以控制由灯驱动器126传送给光源104的功率。灯驱动器126的具体配置与设计选择有关，并且部分地取决于光源104的配置。光源104可以是任何类型的光源，诸如白炽的、萤光的或基于LED的光源。灯驱动器126根据控制信号CS0给光源104提供功率。
环境光传感器112产生感测信号SEN1。感测信号SEN1表示环境光的亮度。如果环境光相对太低或者太高，控制器124使灯驱动器126增大或降低人造光110的亮度。
因为由环境光传感器112感测的环境光包括人造光110的影响，照明系统100的光捕获不能准确说明光110的亮度。
发明内容
在本发明的一个实施例中，一种设备包括：控制器，其配置成耦连到传感器和灯的第一发光二极管(LED)。所述控制器进一步配置成降低送到与所述控制器耦连的第一发光二极管(LED)的功率，并在送到所述第一LED的功率降低时，接收来自传感器的表示由所述传感器接收的光的亮度的信号。所述控制器还配置成根据亮度相关目标值调节所述第一LED的亮度。
在本发明的另一个实施例中，一种设备包括具有至少第一发光二极管(LED)的灯。所述设备还包括感测接收光的亮度的传感器。所述设备进一步包括耦连到所述灯和所述传感器的控制器。所述控制器配置成降低送到所述第一LED的功率，并在送到所述第一LED的功率降低时，接收来自所述传感器的表示由所述传感器接收的光的亮度的信号。所述控制器进一步配置成根据亮度相关目标值，调节所述第一LED的亮度。
在本发明的又一个实施例中，一种用于光捕获的方法包括降低送到第一发光二极管(LED)的功率。所述方法进一步包括在送到所述第一LED的功率降低时，接收表示光亮度的信号，并根据亮度相关目标值调节所述第一LED的亮度。
在本发明的另一个实施例中，一种用于光捕获的设备包括用于降低送到第一发光二极管(LED)的功率的装置。所述设备进一步包括在送到所述第一LED的功率降低时接收表示光亮度的信号的装置，以及根据亮度相关目标值调节第一LED的亮度的装置。
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)描绘用于光捕获的照明系统。
图2描绘具有针对光捕获的时分光输出感测和调节的照明系统。
图3描绘用于光捕获的时分算法。
图4描绘光感测/驱动电流调制时序图。
图5、图6和图7描绘具有多个灯及同步方案的各照明系统。
图8描绘具有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9描绘图8的照明系统的一个实施例。
图10描绘用于感测、调节图9照明系统中的光亮度的时分调节算法。
图11描绘LED驱动电流信号的时序图，其图解说明用于图10算法的间隔时分(interspacing time division)。
图12描绘LED驱动电流信号的时序图，其图解说明用于图10算法的分散时分。
图13描绘LED驱动电流信号的时序图，其图解说明用于图10算法的单一时分。
图14描绘图9的照明系统的时分调节算法的另一实施例。
图15描绘图8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，照明系统包括针对环境光的时分光输出感测和调节。在至少一个实施例中，时分光输出感测涉及调制送到一组LED的功率，该组LED包括一个或多个LED。在至少一个实施例中，LED组中的每个LED包括在单个灯中，在至少一个实施例中，LED组包含于多个灯中。在至少一个实施例中，对于每个灯，控制器通过时分算法选择性地降低送到LED组的电流调制送到LED组的功率，从而允许光传感器以来自LED组的减小的影响感测环境光的亮度。在至少一个实施例中，功率可以通过将电流降低到0而降低，因此，使灯中的每个LED“关断”，或者功率可以被降低到大于0的值。在至少一个实施例中，控制器将环境光的确定亮度和亮度的目标值进行比较，调节LED组发射的光的亮度，以满足目标值。
在至少一个实施例中，多个灯的功率调制是同步的，使得减少来自使用一个或多个LED作为光源的多个灯的光(在本文称作“LED灯”)，以允许一个或多个光传感器以减小的(包括消除的)LED灯影响感测环境光。人眼通常要花费1-10毫秒(ms)来感测光亮度的变化。光传感器可以在少于1ms的时间内感测光亮度变化。因此，在至少一个实施例中，在1ms或更少时间内降低送到LED的电流，以允许光传感器在对人眼没有明显影响情况下感测环境光。
在至少一个实施例中，对于具有多个LED的照明系统，除了感测环境光之外，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亮度调节。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间中改变送到多个LED的子组的功率、在功率降低期间检测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的改变调制送到LED不同子组的多个LED的功率，例如随时间的改变改变电流。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，控制器通过在有限的持续时间中选择性降低送到具有感兴趣光谱的一个或多个LED的子组的功率，调制送到LED的功率，并使时分算法为具有感兴趣光谱的每组LED重复功率降低，执行LED的时分功率调制。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的因素造成的操作特征的一个或多个变化。
图2描绘照明系统200，其例如通过调节提供给LED组202的功率以补偿感测的环境光204的亮度，从而便于光捕获。LED组202包括一个或多个LED。LED组202中的每个LED的具体类型和光谱与设计选择有关。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LED106发射蓝-绿光，红色光谱LED108发射红色光。例如，LED组202的光谱可以是红色、绿色、蓝色、琥珀色、白色等，包括前述颜色的任何组合。照明系统200的灯206包括功率控制系统208。功率控制系统208包括控制LED驱动电流iLED_1的控制器210和LED驱动器212。LED组202的亮度与LED驱动电流iLED_1成正比。控制器210包括时分模块214以便于时分功率调制，从而以LED组202的减小的影响感测环境光204。在至少一个实施例中，时分功率调制指在一段时间中改变提供给一个或多个LED的功率。灯206接收来自功率源216的功率。功率源216可以是任何功率源，如AC电压源110(图1)。
光传感器218感测到达光传感器218的光的亮度，生成感测信号SENAL。感测信号SENAL代表由光传感器218感测的光的亮度。光传感器218将感测信号SENAL提供给控制器210。如下文更详细描述的，在至少一个实施例中，控制器210利用感测信号SENAL来调节LED组202的亮度。光传感器218可以是任何类型的光传感器。在至少一个实施例中，光传感器218是基于光电晶体管或光电二极管，其可以在1ms或更少时间内感测由光传感器218接收的光的亮度。灯用户接口220是照明系统200的可选组件，其向控制器210提供目标参数，以设置用于调节LED组202的亮度的目标数据的值。在至少一个实施例中，灯用户接口220是灯206的集成部件。功率控制系统208、LED组202和光源218的物理布置与设计选择有关。在至少一个实施例中，灯206封闭功率控制系统208、LED组202和光传感器218。在至少一个实施例中，灯206包括位于灯206的灯座处的扩散器，以混合并使LED组202提供的光变柔和。光传感器218可以是能够产生感测信号SENAL的任何类型的光传感器。在至少一个实施例中，光传感器218是基于光电二极管或光电晶体管的光传感器。
图3描绘用于光捕获的时分算法300，时分算法300代表允许控制器210(图2)执行时分功率调制以感测环境光的算法的一个实施例。控制器210和时分算法300的具体实施方式与设计选择有关。控制器210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210被制造为集成电路。在至少一个实施例中，控制器210包括处理器，时分算法300以代码实现，并由处理器执行。代码可以存储在控制器210中包括的或控制器210可访问的存储器(未显示)中。
图4描绘光感测/驱动电流调制的时序图400，其代表由控制器210的时分模块214使用的功率调制和环境光感测时序图的一个实施例。
参照图2、图3和图4，在至少一个实施例中，为了获得更高级的光捕获，控制器210利用时分算法300根据光感测/驱动电流调制时序图400来调节LED组202的亮度，从而补偿环境光204。在操作301中，在时刻t0，通过从功率源216给灯206施加功率“打开”灯206。当灯最初在时刻t0打开时，在时刻t0和t3之间，控制器210将LED驱动电流iLED_1设置成预定值。在至少一个实施例中，如LED驱动电流时间线402所示，预定值是0。LED驱动电流iLED_1的预定值可以是与LED组202的已知亮度对应的任何值。
在操作302中，如环境光感测时间线404中所示的，在时刻t1和t2之间，光传感器218感测由光传感器218接收的环境光204，并生成感测信号SENAL。光传感器218将感测信号SENAL提供给控制器206。在接收感测信号SENAL之后，在操作304中，控制器210将由感测信号SENAL代表的环境光的值与目标数据进行比较。目标数据被设置成使目标数据与环境光的值的比较表明控制器210是否应该通过增加或减小LED驱动电流iLED_1来调节LED驱动电流iLED_1。在至少一个实施例中，如果LED驱动电流iLED_1在时刻t0和t3之间是0，则目标数据代表由LED组202生成的人造光加上自然光的期望亮度。如果LED驱动电流iLED_1在时刻t0和t3之间不设置为0，则LED组202对由光传感器218接收的光的亮度有影响，因此，该影响表示在感测信号SENAL中。因此，如果LED驱动电流iLED_1不设置成0，则控制器210补偿LED组202对由感测信号SENAL代表的环境光204亮度的影响，以便确定对LED驱动电流iLED_1的任何调节。在至少一个实施例中，为了补偿LED组202的影响，目标数据与感测信号SEN1的比较包括LED组202的亮度的已知影响。因此，将目标数据与感测信号SEN1比较消除了LED组202对由感测信号SEN1代表的环境光的影响。
目标数据中表示的自然光加上人造光的亮度水平可以存储在控制器210可访问的存储器(未显示)中，或者可以传送给控制器210。在至少一个实施例中，灯用户接口220是手动输入装置，其允许用户设置代表自然光加上人造光的期望的亮度水平的目标数据。例如，在至少一个实施例中，灯用户接口220是数字装置，其允许用户输入与期望的亮度水平对应的设置。在至少一个实施例中，灯用户接口220是指示期望的亮度水平的具有电阻的电位计。在至少一个实施例中，亮度水平是经由单独的有线或无线连接从远程输入装置(未显示)，诸如，调光器或远程位置的灯用户接口220接收的。在至少一个实施例中，该连接专用于与灯206的通信。在至少一个实施例中，经由端子222和224接收调光器信号，控制器210截获由调光器信号指示的变暗水平，作为目标数据的亮度水平。调光器信号可以是任何类型的调光器信号，如来自传统的基于三端双向可控硅开关元件的调光器的相位改变信号。
在操作306中，控制器210调节LED电流iLED_1，以调节LED组202的亮度，从而获得人造光加上自然光的目标亮度。在至少一个实施例中，如果感测信号SEN1表明环境光亮度增加，则控制器210减小LED电流iLED_1的值，使得LED组202的亮度降低与环境光的亮度增加的相同的量。同样，如果感测信号SEN1表明环境光亮度降低，则控制器210增大LED电流iLED_1的值，使得LED组202的亮度增加与环境光的亮度降低的相同的量。操作306可包括积分函数，使得对LED驱动电流iLED_1的调节随时间积分，以降低人眼对LED组202的亮度变化的觉察。
操作308停止时分算法300，直到执行操作310和重复操作302-308的时间到来。时分算法300的重复频率与设计选择有关。在至少一个实施例中，时分算法300每秒重复一次。在至少一个实施例中，时分调节算法300通常被重复到足以感测环境光的变化和LED组202的亮度变化，使得对LED组202发射的光的亮度调节实际上对人眼是不可觉察的。在至少一个实施例中，时分算法300以8.3ms或10ms的倍数重复，8.3ms或10ms代表整流后60Hz和50Hz公共用电电压的相应周期。
在操作310中，在图4的时刻t4，时分模块214引起控制器210将LED驱动电流iLED_1降低为0(如LED驱动电流时间线402所示，或如前面所述降低到大于0的值)。在时刻t5和t6，操作302重复，使得光传感器218感测由光传感器218在时刻t5和t6之间接收的光的亮度。在时刻t6和t7之间，控制器210重复操作304和306。LED驱动电流直线406表明在光传感器218检测的环境光在时刻t2和t5之间降低时，LED驱动电流iLED_1增加。LED驱动电流直线408表明在光传感器218检测的环境光在时刻t2和t5之间增加时，LED驱动电流iLED_1减小。
控制器210以各种方式中的任何一种产生控制信号CS1。于2007年9月28日提交的发明人为JohnL.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作LED的驱动电流的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“MelansonII”，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 Control OfSecondary-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作LED的驱动电流的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，实现控制器210，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控制信号CS1，不同之处是时分模块214的操作，这在随后进行描述。在至少一个实施例中，控制器210使用线性电流控制来控制驱动电流iLED1。
图5描绘具有N+1个灯502.0-502.N的照明系统500，“N”是大于或等于1的整数。在至少一个实施例中，除灯502.0之外，每个灯502.0-502.N与灯206是相同的，这将在随后进行描述。灯502.0-502.N执行时分算法300。为了在不知道一个或多个灯502.0-502.N的影响的情况下感测环境光的亮度，灯502.0包括同步模块504，以
同步相应操作310和302中的使用时分进行LED功率调制和感测环境光。在至少一个实施例中，灯502.0经由信号路径506向灯502.1-502.N发送同步信号，使得灯502.0-502.N以同步时序利用输出重映射delta-sigma调制器模块400。通过使用同步时序，灯502.0-502.N同时执行时分算法300，没有一个灯502.0-502.N会对感测的环境光产生未知的光亮度影响。
图6描述具有N+1个灯602.0-602.N的照明系统600，“N”是大于或等于1的整数。在至少一个实施例中，除灯602.0之外，每个灯602.0-602.N与灯206是相同的，这将在随后进行描述。灯602.0-602.N执行时分算法300。为了在不知道一个或多个灯602.0-602.N的影响的情况下感测环境光的亮度，灯602.0包括同步模块604，以使用时分并在各个操作310和302中感测环境光，使LED功率的调制同步。在至少一个实施例中，灯602.0经由无线信号向灯602.1-602.N发送同步信号，使得灯602.0-602.N以同步时序利用输出重映射delta-sigma调制器模块400。在至少一个实施例中，灯602.0通过调制灯602.0发射的光的亮度来发送同步信号，灯602.1-602.N被配置成感测亮度调制，并利用亮度调制作为同步信号，使得灯602.0-602.N以同步时序利用输出重映射delta-sigma调制器模块400。通过使用同步时序，灯602.0-602.N同时执行时分算法300，没有一个灯602.0-602.N向感测的环境光影响未知的光亮度。
图7描述具有N+1个灯702.0-702.N的照明系统700，“N”是大于或等于1的整数。在至少一个实施例中，每个灯702.0-702.N与灯206是相同的。灯702.0-702.N执行时分算法300。为了在不知道一个或多个灯702.0-702.N的影响的情况下感测环境光的亮度，控制器704经由信号路径706向灯702.0-702.N发送同步信号，以同步相应操作310和302中的使用时分进行LED功率调制和感测环境光。在至少一个实施例中，灯702.0-702.N以同步时序利用输出重映射delta-sigma调制器模块400。通过
使用同步时序，灯702.0-702.N同时执行时分算法300，没有一个灯702.0-702.N会对感测的环境光产生未知的光亮度影响。在至少一个实施例中，信号路径706是电源信号路径，控制器704使用协议，如X10协议来向灯702.0-702.N发送同步信号。在至少一个实施例中，控制器704还可以经由无线信号发送同步信号。也可以用其它许多方式来实现多个灯诸如灯206的多个拷贝的同步。具体的同步过程与设计选择有关。
图8描绘包括灯802的照明系统800。灯802包括由单独的各个LED驱动器810.0-810.N驱动的N+1个LED808.0-808.N。“N”是大于或等于1的整数。灯802包括具有时分模块812的控制器806以产生控制信号CS10-CS1N来控制各个LED驱动器810.0-810.N，因此控制各个LED驱动电流iLED_0-iLED_N。在至少一个实施例中，功率控制系统804的控制器806和时分模块812与相应控制器210和时分模块214相同，不同之处是控制器806为每个驱动器810.0-810.N产生单独的控制信号。每个LED驱动器810.0-810.N将相应LED驱动电流iLED_0-iLED_N提供给相应LED组808.0-808.N。LED组808.0-808.N可以是LED颜色的任意组合，以便产生几乎无限种光谱。LED组808.0-808.N中每一个都包括一个或多个LED。在至少一个实施例中，控制器806利用时分算法和输出重映射delta-sigma调制器模块400以进行光捕获。
除了光捕获之外，在至少一个实施例中，照明系统800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。照明系统800包括功率控制系统802，其在至少一个实施例中接收来自功率源216的功率。
在至少一个实施例中，LED组808中的每个LED具有近似相同的光谱。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。
照明系统800包括光传感器814，以感测光传感器814接收的光的亮度。在至少一个实施例中，光传感器814是单个的广谱光传感器，其感测由LED组808.0-808.N发射的光的所有光谱。光传感器814的物理位置与设计选择有关。
控制器806包括时分模块812，以便例如选择性地调制送到LED组808.0-808.N的功率，以允许控制器806确定LED组808.0-808.N中的至少两组的亮度。在至少一个实施例中，控制器806根据时分算法降低送到LED组808.0-808.N的功率，这允许控制器806确定LED组808.0-808.N中的至少两组发射的光816的亮度。控制器806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806的具体实现方式与设计选择有关。控制器806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806被制造为集成电路。在至少一个实施例中，控制器806包括处理器，由控制器806执行的算法被以代码实现，并由处理器执行。代码可以存储在控制器806中包括的或控制器806可访问的存储器(未显示)中。
图9描绘照明系统900，照明系统900代表照明系统300的一个实施例。灯902经由端子901和903接收来自功率源304的功率。灯902包括LED 904、LED 906和LED 908，它们分别具有不同的相应光谱。出于描述目的，LED 904、LED 906和LED 908将分别作为红色、绿色和蓝色LED来进行讨论，即，LED 904发射红色光谱的光，LED 906发射绿色光谱的光，LED 908发射蓝色光谱的光。灯902还包括功率控制系统910，其代表功率控制系统302的一个实施例。功率控制系统910包括控制器912，以控制LED驱动器914、916和918，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912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912代表控制器306的一个实施例。
照明系统900还包括光传感器920，以感测来自LED 904、906和908的进入光922和环境光923，并产生感测信号SEN1。环境光923代表光传感器920接收的不由LED 904、906和908产生的光。在至少一个实施例中，环境光923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 904、906和908的光922，并感测环境光923。
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 904、906和908的功率，并因此降低亮度，光传感器920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920接收的光922的亮度。在至少一个实施例中，光传感器920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920与设计选择有关。控制器912包括时分模块924。下文将更详细解释，时分模块924与LED驱动器914、916和918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912确定LED 904、906和908的各自亮度。通过确定LED904、906和908的各自亮度，在至少一个实施例中，控制器912分别调节驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B以获得各LED 904、906和908发射的光的目标亮度。
图10描绘用来感测、调节照明系统900的LED 904、906和908发射的光的亮度的示例时分感测及LED调节算法1000(本文称作“时分调节算法1000”)。通常，时分调节算法1000获得环境光的亮度值，并随时间改变降低LED 904、906和908的子组的亮度，确定LED 904、906和908中的每一个的亮度。
图11描绘用于LED 904、906和908的功率调制的间隔时分1100(图9)。通常，在间隔时分1100中，环境光的亮度是通过降低送到所有LED904、906和908的功率来确定的，然后每次降低送到LED 904、906和908中的两个的电流并因此降低亮度，直到来自LED 904、906和908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912可以确定来自LED904、906和908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 904、906和908中每一个的光的亮度。在至少一个实施例中，来自LED 904、906和908中每一个的光的亮度是通过增加或降低送到LED 904、906和908的电流来调节的。增大电流，亮度增加，减小电流，亮度降低。在间隔时分1100中，送到LED 904、906和908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9、图10和图11，照明系统900的示例性操作涉及时分调节算法1000和间隔时分1100。在至少一个实施例中，为了感测LED 904、906和908中的每一个发射的光的亮度，在操作1002中，照明系统900感测环境光923。在至少一个实施例中，环境光是光传感器920接收的不是由LED 904、906或908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被减小到0，从而“关断”LED 904、906或908。光传感器920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920感测的环境光923的量。在操作1004中，控制器912存储由信号SEN1表示的感测环境光的值。在操作1006中，时分模块924通过在时刻t2和t3之间使LED驱动器914和916将驱动电流iLED_R和iLED_G减小到0，来调制送到LED 904和906的功率。光传感器920感测环境光923和LED 908发射的光，在操作1008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，被以时分调节算法1000中的LED驱动电流减小时间t0-t1，t2-t3，t4-t5和t6-t7指示的送到LED 904、906和908的功率的每个时分具有1ms或更少的持续时间，使得人们在时分调节算法1000中觉察不到“关断”和“接通”LED 904、906和908。
在操作1010中，控制器912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 908发射的光的组合的目标亮度。在操作1012中，控制器912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 908的亮度低，则控制器912增大驱动电流iLED_B。如果比较表明LED 908的亮度高，则控制器912减小驱动电流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LED908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，以防止人们能够立即注意到的变化。
控制器912通过调节提供给灯驱动器918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912根据MelansonII或MelansonIII产生控制信号CSB，使得灯驱动器918提供期望的驱动电流iLED_B。
在操作1014中，控制器912判定对于所有LED 904、906和908，操作1006-1012是否已经完成。如果没有完成，那么时分调节算法1000返回操作1006，为下一LED重复操作1006-1012。在当前描述的实施例中，在操作1006中，时分模块924在时刻t4和t5之间将驱动电流iLED_R和iLED_B减小到0。如操作1012所示，操作1008-1012然后重复以调节驱动电流iLED_G。此外，在操作1014中，控制器912判定对于所有LED 904，906和908，操作1006-1012是否已经完成。在当前描述的实施例中，在操作1006中，时分模块924在时刻t6和t7之间，将驱动电流iLED_G和iLED_B减小到0。如操作1012所示，操作1008-1012然后重复以调节驱动电流iLED_R。在对LED904、906和908执行操作1008-1012之后，时分调节算法1000从操作1014进行到操作1016。操作1016使时分调节算法1000停止，直到下一周期。下一周期如之前描述地重复操作1002-1016，以重新估计来自LED 904，906和908的光的亮度。
重复时分调节算法1000的频率与设计选择有关，可以是例如大约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。在至少一个实施例中，每秒重复一次时分调节算法1000。在至少一个实施例中，时分调节算法1000通常被重复到足以感测环境光的变化和LED 904、906和908的亮度变化，使得离开扩散器928的光926的亮度是恒定的，或者至少近似是恒定值。另外，每个功率调制周期之间，例如，时刻t1和t2、t3和t4等等之间的定时与设计选择有关。具体选择例如足够长，以便在为下一个LED重复操作1006-1014之前，为一个LED执行操作1006-1014。
在至少一个实施例中，在操作1006-1012中，只考虑LED 904、906和908的子组的亮度。例如，如果假设红色LED904随时间改变维持相对恒定的亮度，则不执行操作1006中时刻t6和t7之间LED 906和908的功率调制以及操作1008-1012中LED 904的后续处理。此外，时分调节算法1000中送到LED 904、906和908的功率降低的量与设计选择有关。间隔时分1100描绘驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B在时分功率调制时间中减小到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被减小到大约10％和90％之间的一个特定百分比。在确定操作1012中进行的调节时，通过将驱动电流iLED_R、iLED_G和/或iLED_B减小到低于额定值的一个值，控制器912考虑(account for)所有LED 904、906和908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 904、906和/或908中的每一个代表单个LED。在至少一个实施例中，LED 904、906和908中的一个、两个或全部代表包括具有相同光谱的多个LED的一组LED。例如，在至少一个实施例中，LED 904代表多个红色LED，LED 906代表多个绿色LED，和LED 908代表多个蓝色LED。不管LED 904、906和908中的LED的数目为多少，时分调节算法1000都适用。
时分调节算法1000还包括校准目标数据的可选操作1018。在至少一个实施例中，光传感器920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920的温度升高时，对于光传感器920接收的相同亮度水平的光922，感测信号SEN1的值变化。然而，在至少一个实施例中，光传感器920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920给控制器912提供温度信息，或者控制器912感测光传感器920内部或附近的温度。通过使用该关系，控制器912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920自补偿温度变化，因此，不需要可选的操作1018。在至少一个实施例中，在时分调节算法1000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920相关的操作特性。例如，在至少一个实施例中，广谱光传感器920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的制造商或分销商在校准测试过程中进行调节。
时分调节算法1000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900中一个或多个LED的亮度。照明系统900可以使用的时分调节算法的次数实际上是无限的。例如，可以为LED 904、906和908中每一个执行操作1006和1008，为LED 904、906和908中的每一个存储感测信号SEN1，并为LED 904、906和908中的每一个重复操作1010和1012。此外，在间隔时分1100中，时分功率调制的功率降低的时间间隔，诸如t2和t1、t4和t3之间的时间间隔等等，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900的亮度变化从而觉察到功率降低的时间量。
图12描绘LED电流驱动的时序图1200。时序图1200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的功率降低之间的定时明显显示为随时间分散之外，时序图1200类似于间隔时分1100。如同时分调节算法1000与间隔时分1100一起作用一样，时分调节算法1000相同地与分散时分1200一起作用。使用分散的时分1200会延长在驱动电流iLED_R、iLED_G和iLED_B减小之间的时间，从而降低在执行时分调节算法1000时改变光926的亮度的可觉察性。
图13描绘LED电流驱动的时序图1300。时序图1300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1300中的单一时分在相应周期t2-t3、t6-t7和t4-t5中每次一个地减小送到LED 904、906和908的电流。图14描绘用于实现单一时分的时分调节算法1400。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1000，以例如包括操作1402-1406。在操作1006中，时分模块924根据LED电流驱动时序1300调制送到LED 904、906和908的功率。操作1402对于送到LED904、906和908的每个功率降低，将感测信号SEN1的每个值存储在控制器912中或控制器912可访问的存储器(未显示)中。在操作1008中为在时刻t2-t3中感测的亮度水平产生感测信号SEN1。操作1404使操作1006、1008和1402重复，直到在操作1008中为在时刻t6-t7和t4-t5中感测的亮度水平产生感测信号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912在操作1406中确定LED 904、906和908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 904、906和908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1006中LED904、906和908中的功率不降低的两个LED的相应亮度影响。由于环境光BAL的亮度通过操作1002和1004已知，在至少一个实施例中，控制器912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1402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+BLED906+BLED908  [2]，
在时刻t6：
SEN1＝BAL+BLED904+BLED906  [3]，
在时刻t7：
SEN1＝BAL+BLED904+BLED908  [4].
由于BAL和SEN1的值已知，方程式[2]可根据BLED908求解，得到BLED906，再代入方程式[3]中。在代入之后，方程式[3]可根据BLED908求解，并代入方程[4]中。在代入之后，方程式[4]可求解，得到BLED908的值。通过BLED908的值，可以通过方程式[2]及之后通过方程式[3]求解BLED906和BLED904。
图15描绘控制器1500，其代表控制器912的一个实施例。控制器1500包括用于产生相应控制信号CS10和CS1N的控制信号发生器1502.0-1502.N和脉冲宽度调制器1504.0-1504.N。在至少一个实施例中，控制信号发生器1502.0-1502.N和脉冲宽度调制器1504.0-1504.N中的每一个根据时分调节算法1000或时分调节算法1400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值1506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1502.0-1502.N使控制信号CS10和CS1N在操作1002(图10和图14)中的环境光感测过程中没有脉冲。
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，以考虑环境光以及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 (39)

1.一种设备，包括：
控制器，所述控制器配置成耦连到传感器和灯的第一发光二极管(LED)，其中所述控制器进一步配置成：
i.降低送到与所述控制器耦连的第一发光二极管(LED)的功率；
ii.在送到所述第一LED的功率降低时，接收来自传感器的指示由所述传感器接收的光的亮度的信号；和
iii.根据亮度相关目标值调节所述第一LED的亮度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器配置成将送到所述第一LED的功率降低为0。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器配置成将送到所述第一LED的功率降低为大于0的值。
4.根据权利要求1所述的设备，其中降低送到所述第一LED的功率包括减小送到所述第一LED的电流。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被进一步配置成使多个控制器同步，其中多个控制器中每一个控制器配置成：
i.在耦连到其它控制器中每一个控制器的LED的功率降低的相同时间段中，降低送到与所述控制器耦连的LED的功率；
ii.在耦连到所述控制器的LED的功率降低时，接收来自传感器的指示所述传感器接收的光的亮度的信号；和
iii.根据亮度相关目标值，调节耦连到所述控制器的LED的亮度。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器进一步配置成：
i.接收指示在第一时间接收的光的亮度的第一信号；
ii.接收指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，并且其中所述第一LED发射的光具有与所述第二LED发射的光不同的光谱；
iii.使用所述信号中的信息，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。
7.根据权利要求6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。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一LED是具有近似相同光谱的第一组多个LED的成员，所述第二LED是具有近似相同光谱的第二组多个LED的成员。
9.根据权利要求6所述的设备，其中所述控制器进一步配置成：
调节所述第一LED和所述第二LED的亮度，以补偿随着时间过去的(a)LED发热和(b)光输出变化中的至少一个。
10.根据权利要求6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。
11.根据权利要求10所述的设备，其中单个广谱传感器提供指示所述第一时间和所述第二时间的亮度的信号。
12.根据权利要求6所述的设备，其中所述控制器进一步配置成：
调制送到所述第一LED和所述第二LED的电流，使得对由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。
13.根据权利要求12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。
14.根据权利要求12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，并且在所述第一时间中，向所述第一LED提供低于所述第二LED的平均电流。
15.根据权利要求12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。
16.根据权利要求12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：
在时间上分散送到所述第一LED和所述第二LED的电流的减小。
17.一种设备，包括：
具有至少第一发光二极管(LED)的灯；
感测接收的光的亮度的传感器；和
耦连到所述灯和所述传感器的控制器，其中所述控制配置成：
i.降低送到所述第一LED的功率；
ii.在送到所述第一LED的功率降低时，接收来自所述传感器的指示由所述传感器接收的光的亮度的信号；和
iii.根据亮度相关目标值，调节所述第一LED的亮度。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述控制器配置成将送到所述第一LED的功率降低为0。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述控制器配置成将送到所述第一LED的功率降低为大于0的值。
20.根据权利要求17所述的设备，其中降低送到所述第一LED的功率包括减小送到所述第一LED的电流。
21.根据权利要求17所述的设备，其中所述控制器被进一步配置成使多个控制器同步，其中多个控制器中每一个控制器配置成：
i.在耦连到其它控制器中每一个控制器的LED的功率降低的相同时间段中，降低送到与所述控制器耦连的LED的功率；
ii.在耦连到所述控制器的LED的功率降低时，接收来自传感器的指示所述传感器接收的光的亮度的信号；和
iii.根据亮度相关目标值，调节耦连到所述控制器的LED的亮度。
22.根据权利要求17所述的设备，其中所述控制器被进一步配置成：
i.接收指示在第一时间接收的光的亮度的第一信号；
ii.接收指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，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；
iii.使用所述信号中的信息，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。
23.一种用于光捕获的方法，包括：
降低送到第一发光二极管(LED)的功率；
在送到所述第一LED的功率降低时，接收指示光的亮度的信号；和
根据亮度相关目标值调节所述第一LED的亮度。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述控制器配置成将送到所述第一LED的功率降低为0。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述控制器配置成将送到所述第一LED的功率降低为大于0的值。
26.根据权利要求23所述的方法，其中降低送到所述第一LED的功率包括减小送到所述第一LED的电流。
27.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
同步操作多个控制器，其中同步操作多个控制器包括：
在耦连到其它控制器中的每一个控制器的LED的功率降低的相同时间段中，降低送到与所述控制器耦连的LED的功率；
在耦连到所述控制器的LED的功率降低时，接收来自传感器的指示所述传感器接收的光的亮度的信号；和
根据亮度相关目标值，调节耦连到所述控制器的LED的亮度。
28.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：
接收指示在第一时间接收的光的亮度的第一信号；
接收指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，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；
使用所述信号中的信息，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。
29.根据权利要求28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。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一LED是具有近似相同光谱的第一组多个LED的成员，所述第二LED是具有近似相同光谱的第二组多个LED的成员。
31.根据权利要求28所述的方法，进一步包括：
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发热和(b)光输出变化中的至少一个。
32.根据权利要求28所述的方法，其中所述传感器中的至少一个是广谱光传感器。
33.根据权利要求32所述的方法，其中单个广谱传感器提供指示所述第一时间和所述第二时间的亮度的信号。
34.根据权利要求28所述的方法，进一步包括：
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。
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的电流。
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：
在时间上分散送到所述第一LED和所述第二LED的电流的减小。
39.一种用于光捕获的设备，包括：
用于降低送到第一发光二极管(LED)的功率的装置；
用于在送到所述第一LED的功率降低时接收指示光的亮度的信号的装置；和
用于根据亮度相关目标值调节第一LED的亮度的装置。
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