用於led發光體中的精確色彩控制、耦合輸出和背景抑制的角選擇光傳感器結構的製作方法

2023-11-11 21:18:22

專利名稱：用於led發光體中的精確色彩控制、耦合輸出和背景抑制的角選擇光傳感器結構的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及光的測量，尤其涉及用於測量光的器具和包括 這種用於測量光的器具的發光體。
背景技術：
在照明領域中，公知將多個發光二極體(LED)與不同的光譜性 能組合以獲得白色光。這通常通過如組合紅色、藍色和綠色LED來實現。
為了適當地保持白色光，不應改變每個現場的LED的光學特徵。 不過，LED的光學特徵隨著溫度、正向電流和使用時間而變化。
升高的溫度將LED的光譜移至較長的波長，這就意味著LED的 色彩將會變化。此外會出現光譜加寬，這就意味著LED的色彩不會像 在較低溫度時那樣易辨。而且，LED的光強度會隨著升高的溫度而降 低。
不過，增加的正向電流將LED的光譜移至較短的波長，這就意味 著會出現色彩的相反變化。而且，光強度會增加。
由於LED的老化，會出現光強度的降低和光譜的變化，這就對組 合的白色光造成進一步的影響。
另一方面是批次至批次的變動，這例如就意味著出於製造環境的 原因，峰值波長展開度和強度展開度可以變化。
因此，為了從包括具有不同光譜性能的多個LED的白色光發光體 提供適當的白色光，必須考慮這些LED的溫度相關性、正向電流和老 化。這可通過在這種發光體中引入反饋系統來進行。
這種反饋系統連續不斷地確定來自這些LED的光性能以確保每種 類型的LED以正確方式促成這種組合的白色光。
為了確定光的性能，採用這樣的光測量布置，該光測量布置用於 測量每種類型的LED或優選每個單個LED的性能。為了儘可能正確
4地進行這種測量，周圍的LED和周圍的光的影響應儘可能低。
US 2003/0030808提出了這種解決方案，在該專利中，公開了 一種 LED發光體，這種LED發光體組合了紅色、綠色和藍色LED陣列和 反饋布置以保持所希望的色彩平衡。將單光電二極體或光電二極體陣 列定位以阻截從置於這種LED陣列組合輸出路徑中的局部反射元件所 反射的光。通過將這些LED和光電二極體進行脈動或通過濾色鏡的使 用來依次測量各單獨的色彩。

發明內容
出於上述原因，本發明的目的在於提供一種用於測量來自LED的 光輸出的器具，這種器具受到外部源(如其它LED、其它發光體和周圍 的光)的較少影響。
簡要地來講，從一種觀點來看，可將本發明描述為一種用於測量 單獨LED的光輸出的器具，其中，這種布置的性能降低外部光的影響， 而並不要求這些LED的特別性能，如脈動性能。
本發s，的第一方面是一種用於測量來自處於第一位置的第一發光 設備的光一器具，這種器具包括具有至少三個表面的光傳送設備以及 光傳感器。該三個表面即第一表面、第二表面和第三表面。其中，可 將第一表面布置成用於入射來自該第一位置的光；可將第二表面布置 成用於在該光傳送設備內反射入射光；且可將第三表面布置成使輸出 光入射到該光傳感器上。
有利的是，可將該光傳送設備的第二表面布置成用於反射來自該 光傳送設備外部的另 一位置的入射光，以使來自該另 一位置的光入射 在該光傳感器之外。
本發明的此方面的有益效果在於將來自一種方向(這種方向即該 第一位置所處的方向)的光傳送到該光傳感器，而將來自其它方向的 光反射離開該光傳感器。這就意味著將環境光和其它光源的影響降低。
在該第一方面的一個實施例中，該光傳感器的長度可短於該第三 表面的長度。
這種布置的有益效果在於較少的光會直接入射到該光傳感器上， 或者，換言之，在撞擊在該光傳感器上的光入射到該光傳感器之前， 該光傳送設備的第二表面以較大程度將這種光反射。這就意味著在較大程度上將撞擊在該光傳感器上的光收集。
另一種有益效果在於在較大程度上將環境光降低，這種環境光經 由該第一表面入射、由於寬角度的原因而在該第三表面上反射且然後 在該第二表面上向下反射到該第三表面。
在該第一方面的另一個實施例中，可將帶有開口的擋光件置於該 光傳送設備的第三表面與該光傳感器之間。
該實施例的有益效果與使光傳感器短於該第三表面長度的有益效 果相同。
有利的是，該第二表面可塗覆有反射層。 這種布置的有益效果在於在較大程度上將這種光反射。 而且，這種反射層可以是金屬層，如鋁層。
在再一個實施例中，這種器具包括用於在一種波長範圍內選擇光 的幹擾濾光器，其中，可將這種幹擾濾光器置於該光傳送設備的第三 表面於該光傳感器之間。
本發明的此方面的有益效果在於在該第二表面上反射的光入射到 更集中的該第三表面上，這就意味著將幹擾濾光器的角相關性降低。
有利的是，這種幹擾濾光器是Fabry-Perot濾光器。 在再一個實施例中，這種器具還包括一種置於該光傳送設備內的 角限制結構。
這種布置的有益效果在於在更大程度上將入射到該光傳感器上的 光收集。
有利的是，這種角限制結構是半球透鏡結構。
在一個實施例中，這種器具還包括置於該角限制結構上的角限制 結構幹擾濾光器。
有利的是，用丙烯酸酯製成這種光傳送設備。
有利的是，該第二表面和第三表面形成一種角度，且該第一表面 與這種角度相對。
本發明的第二方面是一種發光體，這種發光體包括光源、根據前 面的權利要求中的任一項的用於測量從該光源發射的光的器具和用於 確定所測量的光是否在預定的區間之內的電氣設備。
此方面的有益效果在於可檢測這種光源內的變化。這在對光要求 高的應用中非常有用，如在將來自多個LED的光混合成白色光的情形中非常有用。
在一個實施例中，這種發光體還包括用於對該光源進行控制的控 制器，這種控制基於由該電氣設備所進行的所述確定來進行。
該實施例的有益效果在於可對這種光的性能進行控制以滿足預定 要求。
將會從下面的具體說明、從所附的從屬權利要求以及從附圖明白 本發明的其它目的、特徵和有益效果。
一般來講，除非另有明確說明，按照技術領域中的一般意義對用 在權利要求書中的所有術語進行解釋。除非另有明確說明，當引用元 件、設備、元器件、裝置、步驟等的至少一種實例時，對於"一種/這
種元件、設備、元器件、裝置、步驟等r，的所有引用都要進行開放性 理解。除非另有明確說明，未必以在這裡所公開的精確順序來履行本 發明中所公開的任何方法中的步驟。


將會通過下面參考附圖進行的本發明的優選實施例的示範性非限 制性詳細描述更好地理解本發明的上述和其它目的、特徵和有益效果，
在這些附圖中，相同的附圖標記用於類似的元件，其中
圖1示意性地示出了包括多個LED和用於測量光的器具的發光體 的一般原理。
圖2示意性地示出了用於測量光的器具的更多細節以及通過這種 布置的光傳送設備所傳送的光的光學路徑.
圖3示意性地示出了本發明的第一實施例。
圖4示意性地示出了本發明的第二實施例。
圖5示意性地示出了本發明的第三實施例。
圖6示意性地示出了本發明的第四實施例。
圖7示意性地示出了以半球透鏡形式的角限制結構。
圖8示意性地示出了本發明的第五實施例。
圖9示意性地示出了本發明的笫六實施例。
圖IO示意性地示出了本發明的第七實施例。
圖11示意性地示出了本發明的第八實施例。
圖12示意性地示出了包括用於測量光的器具的發光體。
具體實施例方式
圖1示出了用於測量光的器具100的一般原理。
用於測量來自LED的光的器具IOO可包括光傳送設備101和光傳 感器112，且還可有利地包括幹擾濾光器110。
光傳送設備101置於電路板102上並具有楔形形狀，因此包括第 一表面、第二表面和第三表面。光傳送設備101的第三表面指向該電 路板，第一表面指向第一 LED 104，且第二表面連接第一表面和第三 表面。
第一 LED 104置於第一位置且第一 LED 104還是將要進行測量的 光源。從第一LED 104發射的光入射到光傳送設備101內且由光束A 示出。
該第一位置使得從第一 LED 104發射的光容易地入射到器具100 內，這就意味著該第一位置處於光傳送設備IOI的第一表面之前。
第二LED 106置於第二位置。從第二LED 106發射的光由光束B示出。
第二位置使得從第二LED 106發射的光入射到光傳送設備101的 第二表面上並因此而反射離開器具100。
環境光或雜散光可從其它光源出現並由光束C示出。在所示出的 情形中，這種光束入射到第二表面上並反射離開器具IOO。
為了改進第二表面的反射率，可用金屬層108塗覆該表面。這種 金屬層例如可以是鋁層。
該第二表面並不僅僅反射外部光或環境光，而且還反射光傳送設 備101內的光，外部光如示為光束B的來自第二LED 106的光，環境 光示為光束C，光傳送設備IOI內的光如示為光束A的來自第一LED 104的光。
在已將示為光束A的來自第一 LED 104的光反射在第二表面上之 後，這種光可入射到幹擾濾光器110上。該幹擾濾光器的目的在於將 帶有特定波長的光濾去，例如，若第一LED104是一種帶有520nm的 波長的綠色LED，則將帶有520nm的波長的光濾去。例如，這種幹擾 濾光器可以是一種Fabry Perot幹涉儀。
由於入射到幹擾濾光器上的光已經由第一表面進入光傳送設備101內且已反射在第二表面上，所以用於入射到幹擾濾光器上的光的入 射角的區間已變得更窄。將會結合圖2對這一點進一步進行描述。
通過使光帶有更窄的入射角區間，可降低幹擾濾光器110的濾光 器響應的角相關性。
在通過幹擾濾光器110傳送之後，這種光入射到光傳感器112上， 該光傳感器112記錄光的量。
在圖2中更詳細地示出了器具200的光傳送設備201和第一LED
204。
用兩種不同的光束Al和A2來示例入射到器具200的第一表面上 的、源自第一LED204的光。光束A1表示直接入射到第一表面上的光 以角(^撞擊在第二表面上，且A2表示在第一表面的端部附近入射的 光以角P2撞擊在第二表面上。
通過選擇笫一表面與第三表面之間的角度、該楔形的長度、該楔 形的高度和該器具的第二表面與該第一 LED之間的距離，可對入射到 該幹擾濾光器上的入射角的區間進行調節。以下將第一表面與第三表 面之間的角度稱為a,將該楔形的長度稱為a，將該楔形的高度稱為h， 並將該器具的第二表面與該第一 LED之間的距離稱為x。
若假設第一 LED 204是一種點光源(LED基本上是一種點光源)， 且進一步假設將該第一LED置於該楔形高度的中部，則撞擊在幹擾濾
光器210上的極限入射角可由下式給出
formula see original document page 9
通過將楔形的長度選擇至lOjim (a = 10nm)、第一表面與第二表 面之間的角度選擇至44° (a = 44°)且第一表面與該第一 LED之間的 距離選擇至138nm (x = 138nm)，則入射角的變化小於4°。在圖3 中示出了本發明的第一實施例。
在本發明的該替代實施例中，光傳感器312僅覆蓋光傳送設備301 的第三表面的長度的一部分。通過僅覆蓋該第三表面的一部分，來自 第一 LED的較少的光會直接入射到光傳感器312上，且較少的光會首 先反射在第三表面上，然後反射在第二表面上，最後反射到光傳感器 312上。
在圖4中示出了本發明的第二實施例。除了覆蓋光傳感器412的幹擾濾光器410之外，該實施例與第一 實施例相同。
通過僅具有幹擾濾光器410，將帶有預定波長的光傳送到光傳感器
412。
在圖5中示出了本發明的第三實施例。
在此實施例中，光傳感器512的一部分由擋光件514覆蓋。該實 施例是第二實施例的替代實施例並具有與示於圖4中的第二實施例相 同的有益效果。
在圖6中示出了本發明的第四實施例。
除了覆蓋光傳感器612的幹擾濾光器610之外，該實施例與笫三 實施例相同。
通過僅具有幹擾濾光器610，將帶有預定波長的光傳送到光傳感器
612。
在圖7中示出了呈半球透鏡結構形式的角限制結構700。 將該光傳送設備形成為楔形的原因之一在於撞擊到該光傳感器上
的光的入射角的區間變得更窄。這種布置的效果在於降低該幹擾濾光
器的角相關性。通過引入角限制結構700會進一步降低這種角相關性。 球面透鏡置於該半球透鏡的球面上，且在該半球透鏡的平面上，
將光傳感器712置於該透鏡的中心。利用這種設計，僅有以與該半球
透鏡的球面成小角度撞擊的光會到達光傳感器712。優選該傳感器長度
小於該半球透鏡的直徑。
圖中示出了四種示例性光束Dl、 D2、 D3和D4。
Dl以0。的入射角和距該半球透鏡的中心線的距離Xi撞擊到該半球
透鏡上。光束Dl在進入該半球透鏡時折射並在光傳感器712的一個端
部處撞擊。
D2在該中心線處以0。的入射角撞擊到該半球透鏡上。這種光束繼 續進入該半球透鏡而並不折射，且在光傳感器712的中部撞擊。
D3以30。的入射角和距該中心線的距離X3撞擊到該半球透鏡上。 由於該入射角在入射位置處對應於該半球透鏡的角度，所以這種光束 繼續進入該半球透鏡而並不折射，且在光傳感器712的中部進行撞擊。
D4以30。的入射角和距該中心線的距離X4撞擊到該半球透鏡上。 由於該入射角在當前的點處並不對應於該半球透鏡的角度，所以在這種光束撞擊到光傳感器712上之前將這種光束折射。 在圖8中示出了本發明的第五實施例。
在該圖中示為半球透鏡的角限制結構816處於光傳送設備801內， 除此之外，該實施例與示於圖5中的第三實施例相同。通過使角限制 結構816出現，撞擊到光傳感器812上的光的入射角變得更窄。
在圖9中示出了本發明的第六實施例。
將角限制結構幹擾濾光器918置於角限制結構916的表面上，該 表面位於朝向光傳送設備901的第二表面的位置，除此之外，該實施 例與示於圖8中的第五實施例相同。若角限制結構916是一種半球透 鏡，則該表面是該半球透鏡的球面。
通過具有角限制結構幹擾濾光器918，僅將具有對應於該幹擾濾光 器的預定波長的光通過角限制結構916傳送，這就意味著會在大程度 上與將要進行測量的光源具有不同波長的光將被阻擋，以不通過幹擾 濾光器916。
在圖10中示出了本發明的第七實施例。
除了將幹擾濾光器1010置於角限制結構1016與光傳感器1012之 間之外，該實施例與示於圖8中的第五實施例相同。
通過將幹擾濾光器1010置於角限制結構1016與光傳感器1012之 間，僅將在對應於該幹擾濾光器1010的處於預定波長範圍之內的光傳 送到光傳感器1012，這就意味著會在大程度上將並不具有與將要進行 測量的光源相同的波長的光阻擋而不進行傳送。
在圖11中示出了本發明的第八實施例。
該實施例是第六實施例和第七實施例的結合，這樣，如第六實施 例中的角限制結構幹擾濾光器1118和如第七實施例中的幹擾濾光器
ino均出現。
通過具有兩個幹擾濾光器，會在大程度上將並不具有與光源相同 的波長的光阻擋而不撞擊在該光傳感器上，這兩個幹擾濾光器中的一 個在這種光進入角限制結構1116之前，且另一個在這種光離開角限制 結構1116之後。
在圖12中，發光體包括光源1200、根據前面所提及的實施例中的 任一例的用於測量來自光源1200的光的器具1202和用於確定所測量 的光是否在預定的區間之內的電氣設備1204。
ii而且，這種發光體還可包括基於電氣設備1204所進行的確定來控 制光源1200的控制器1206。
已參考幾個實施例對本發明進行了描述。不過，正如本領域技術 人員所容易地理解的那樣，在所附的專利權利要求書所限定的本發明 的範圍內，前面所公開的實施例之外的其它實施例同樣可行。
權利要求
1. 一種用於測量來自處於第一位置的第一發光設備(104)的光的器具(100)，所述器具包括光傳送設備(101)，所述光傳送設備(101)具有至少三個表面；第一表面、第二表面和第三表面；以及光傳感器(112)；其中，將所述第一表面布置成用於入射來自所述第一位置的光；將所述第二表面布置成用於在所述光傳送設備(101)內反射入射光；以及將所述第三表面布置成使輸出光入射到所述光傳感器(112)上。
2. 如權利要求1所述的器具(100)，其特徵在於將所述第二 表面布置成用於反射來自所述光傳送設備(101)外部的另一位置的入 射光，以使來自所述另一位置的光入射在所述光傳感器(112)之外。
3. 如前面的權利要求中的任一項所述的器具(100)，其特徵在 於所述光傳感器(112)的長度短於所述第三表面的長度。
4. 如權利要求1或2所述的器具(100)，其特徵在於將帶有 開口的擋光件(514)置於所述光傳送設備(501)的所述第三表面與 所迷光傳感器(512)之間。
5. 如前面的權利要求中的任一項所述的器具(100)，其特徵在 於所述第二表面塗覆有反射層(108)。
6. 如權利要求5所述的器具(100),其特徵在於所述反射層 (108)是金屬層。
7. 如權利要求6所述的器具(100)，其特徵在於所述金屬層 是鋁層。
8. 如前面的權利要求中的任一項所述的器具(100)，其特徵在 於還包括用於在一種波長範圍內選擇光的幹擾濾光器(110)，其中，將所 述幹擾濾光器(110)置於所述光傳送設備(101)的所述第三表面與 所述光傳感器(112)之間。
9. 如權利要求8所述的器具(100)，其特徵在於所述幹擾濾 光器(110)是Fabry-Perot濾光器。
10. 如前面的權利要求中的任一項所述的器具(100)，其特徵在於還包括角限制結構(816),所述角限制結構(816)置於所述光傳送設 備(801 )內。
11. 如權利要求10所述的器具(100)，其特徵在於所述角限 制結構(816)是半球透鏡結構。
12. 如權利要求10或11所述的器具(100)，其特徵在於還包括置於所述角限制結構(916)上的角限制結構幹擾濾光器(918)。
13. 如前面的權利要求中的任一項所述的器具(100)，其特徵在 於用丙烯酸酯製成所述光傳送設備(101)。
14. 如前面的權利要求中的任一項所述的器具(100)，其特徵在 於所述第二表面和所述第三表面形成一種角度，且所述第一表面與 所述角度相對。
15. —種發光體，所述發光體包括 光源(1200)，根據前面的權利要求中的任一項的用於測量從所述光源(1200) 發射的光的器具(1202)，以及用於確定所測量的光是否在預定的區間之內的電氣設備(1204)。
16. 如權利要求15所述的發光體，其特徵在於還包括 控制器(1206)，用於基於由所述電氣設備(1204)所進行的確定來對所述光源(1200)進行控制。
全文摘要
本發明涉及一種用於測量光的器具和包括這種器具的發光體。這種器具測量來自位於第一位置的第一發光設備的光並包括光傳送設備和光傳感器，該光傳送設備具有至少三個表面第一表面、第二表面和第三表面。將第一表面布置成用於入射來自該第一位置的光；將第二表面布置成用於在該光傳送設備內反射入射光；且將第三表面布置成使輸出光入射到該光傳感器上。
文檔編號G01J1/32GK101473200SQ200780022374
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月13日 優先權日2006年6月15日
發明者E·J·梅傑, R·A·M·希克梅特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司