預配置光模塊的製作方法
2023-09-20 22:27:50
專利名稱：預配置光模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及光源。
背景技術：
發光二極體(LED)是用於替代諸如白熾燈和螢光光源之類的傳統光源的有力候選者。LED具有較高的光轉換效率和較長的壽命。不幸的是，LED在相對較窄的光譜帶中產生光。因此，為了生成具有任意顏色的光源，通常利用具有多個LED的複合光源，或者來自單一LED的光的一部分必須被轉換成具有第二波長的光，所述具有第二波長的光和來自初始LED的光混合。例如，提供被人類觀察者認為是白色的發射的基於LED的白色光源可以通過將來自發紅光、藍光和綠光LED的陣列的光相結合來構造。類似地，其他光譜發射的光可以通過改變紅、藍和綠光LED輸出的強度而從同樣的陣列產生，以生成期望的顏色輸出。通過改變穿過LED的電流，或者通過使用確定了LED產生的光的平均強度的佔空度(dutycycle)來將LED切換為接通或切斷，可以改變來自每個陣列的光的強度。
光源設計者通常知道光源的按照標準化紅、藍和綠光強度的期望輸出顏色。原則上，假若單色光的強度被調整到匹配所要求的紅、藍和綠的強度，則可以使用由紅、藍和綠光LED所構造的光源。不幸的是，LED製造過程提供的LED的發射光和效率在不同LED之間存在略微變化。如果設計者通過假定LED全部相同而構造LED發光系統，則該變化導致在所感知的光的光譜中發生顏色偏移。這樣的變化通常是不能接受的。這個問題的一種解決辦法涉及選擇LED，使得所選擇的LED具有恰好正確的發射效率和光譜。不幸的是，這種解決辦法降低了產品產量並且增加了成本。
原則上，每個光源都可以被調整以提供期望的輸出光譜。這樣的過程涉及通過改變電流以及用標準化相機(standardized camera)檢查光源輸出來確定要施加到每個光源中的LED有色陣列中的每個的電流。可以採用上述原則來構造具有光譜反饋的LED光源系統(「LED發光反饋系統」)。標準化相機向用於調整LED驅動電流的光源控制器連續發送測量信息。標準化相機可以是被配置成密切響應CIE(國際照明委員會)配色函數(CMF)的相機。這種相機將生成對應於CIE標準顏色方案的測量。也可以使用對應於其他標準的相機。這些標準化相機通常比較昂貴，因為它們的響應被調節成對應於標準光譜響應。CIE配色函數是標準光譜響應的一個示例。較便宜的替代方式是利用對可見光譜的紅、綠和藍光區域敏感的CMOS三色傳感器。這些傳感器可購買得到，並且具有類似於PDA和行動電話中所使用的CMOS相機的構造。這些傳感器通常不符合標準顏色方案。使用這種傳感器的一個問題是需要校準過程以將傳感器的光譜響應映射到LED光源光譜輸出。這需要LED發光反饋系統的製造商在製造商的生產線上安裝並維護這種類型的校準設備，並且為所生產的每個光源設置校準值。這增加了建立生產線所需的資金投入。如果向LED發光反饋系統的製造商提供發射具有已知CIE坐標的光的複合光源，那麼因為用於每個複合光源的校準值是已知的而無需測量，所以儘管校準過程仍是必需的，但卻變得比較便宜和簡單。
發明內容
本發明包括具有N個光發生器、接收器和接口電路的光源。每個光發生器發射不同波長的光，第k個發生器所產生的光的強度由耦合到該光發生器的信號Ik確定。接收器接收包括N個顏色分量Ck的顏色坐標，k從1到N，其中N大於1。接口電路從所接收的顏色分量和多個校準參數產生Ik，k從1到N。校準參數依賴於光發生器中的製造變化。校準參數具有這樣的值，這些值被選擇使得通過組合從每個光發生器發射的光而產生的光信號比當Ik和Ck成比例(k從1到N)時所產生的光信號更少地依賴於光發生器中的製造變化。在一個實施例中，Ik中的一個和Ck值的加權總和成比例，加權總和使用依賴於校準參數的權重參數。在另一實施例中，每個光發生器包括LED。在另一實施例中，N＝3，並且光發生器中的一個產生處於光譜的紅光區域中的光，光發生器中的另一個產生處於光譜的藍光區域中的光，並且剩下的光發生器產生處於光譜的綠光區域中的光。在另一實施例中，顏色分量對應於CIE顏色標準，並且校準參數被選擇使得當所接收的顏色分量具有下述值時，通過組合從每個光發生器發射的光而產生的光信號由CIE顏色標準中的顏色分量C』k表徵，所述值中Ck＝C』k，k從1到3。
圖1是現有技術的複合光源10。
圖2是根據本發明一個實施例的複合光源100的框圖。
圖3是利用不同數目的加權函數的本發明的另一實施例。
具體實施例方式
本發明提供了一種用於構造在發光系統中使用的預配置的複合光源的方法，其採用光譜反饋來控制所發射的光，使得可以進行傳感器的校準而無需昂貴的測試設備。通過參照示出了現有技術的複合光源10的圖1，可以更容易地理解本發明提供其優點的方式。光源10是由14～16所示的三個LED的陣列來構造的。陣列14～16分別發射處於紅、綠和藍光光譜範圍的光。使用每種顏色的LED陣列而不是單個LED以增加光源的光輸出。每個陣列所產生的光的強度是通過流過該陣列中的LED的電流或者通過施加到每個LED的脈衝信號的佔空度來確定的。為了討論的目的，將假定強度是通過改變流過LED的電流來改變的。但是，本發明也可以用於下述系統，在該系統中，用控制「開」時間和「關」時間的比率來提供期望的光輸出的方式對LED進行脈衝式的開和關。這個電流是由驅動器11～13響應於輸入到該驅動器的紅、綠和藍光使能信號來設置的。使能信號可以是簡單的邏輯信號，該邏輯信號以驅動器電路中設置的預定電流來打開相應的陣列。或者，使能信號可以是多值信號，該多值信號設置流過相應陣列的實際電流電平。
如上面所提到的，在每個陣列的LED中發生製造變化。結果，每個陣列的電流-光(current-to-light)輸出函數特性在不同陣列之間存在變化。此外，在製造過程中對於不同陣列存在光譜變化，這也導致光源10所產生的光中的顏色偏移。
圖2中示出了本發明用以克服這些問題的方法，圖2是根據本發明的一個實施例的複合光源100的框圖。由101～103所示出的3個LED陣列構造了光源100。陣列101～103分別產生標稱紅、綠和藍色的光。每個陣列所產生的光的強度是由流過該陣列的LED的電流來決定的，該電流又是由連接到該陣列的驅動器來設置的。在104～106分別示出了對應於陣列101～103的驅動器。
如上面所提到的，理想的光源接受被指定為標準顏色規格方案(例如CIE方案)中的三個值的顏色，並且產生具有指定CIE顏色坐標的光。即，如果在輸出標準化顏色方案中的三個值的分光計中測量輸出光，則分光計的輸出將與被提供給光源的輸入值相匹配。本發明提供了一種控制方案，該控制方案降低陣列之間的變化，並且此外還提供這種標準化顏色規格方案。本發明提供了用於接受紅、藍和綠光的強度值的接口電路120，並且為每個陣列提供合適的電流。電流是通過以下面所討論的方式調整9個權重因子來確定的。理想地，當使用正確的權重因子時，光源將獨立於不同LED之間的LED光轉換效率中的變化以及同一顏色的不同LED之間的光譜中的任何變化，而產生由輸入值指定的CIE顏色坐標。為每個光源確定權重因子並且將該權重因子存儲於光源中。因此，從使用光源的電路設計者的角度，每個光源都表現為如下的理想光源當同樣的紅、綠和藍光強度的值被輸入到光源時，產生由標準分光計測量的相同CIE顏色坐標。此外，所產生的光譜符合標準光譜方案。由於所有的校準和修正電路都包含於光源中，所以製造商被免除了與提供校準電路和在製造商的設備中使用光源之前調整每個光源的校準相關聯的任務。即，設計者只需要知道按照標準化RGB顏色坐標的期望顏色輸出。
在圖2中所示出的實施例中，每個標準化顏色值被相應的控制電路接收。在108～110分別示出了用於與紅、綠和藍光相對應的標準化輸入值的控制電路。為簡化下面的討論，對控制電路的輸入將被寫為(Rv，Gv，Bv)形式的三元組。接口120的目標是向LED驅動器提供電流值，使得由(Rv，Gv，Bv)產生的光譜與標準顏色方案中所指定的相同，並且由(Rv，Gv，Bv)產生的光的強度與Rv、Gv與Bv值線性相關。即，由(Rv，Gv，Bv)產生的光的強度是由(2Rv，2Gv，2Bv)產生的光的強度的一半，並且兩個光輸出具有同樣的光譜形狀。與其中驅動電流的大小被調整的LED相比，在脈衝調製的LED的情況中，強度是平均驅動電流的線性函數的範圍較大。
在圖2中所示出的實施例中，每個控制電路產生與要被施加到三個LED陣列上的電流相對應的值。當輸入顏色值(Rv，Gv，Bv)被應用以控制電路時，控制電路108產生的值是Rvw1，j，j＝1到3。類似地，控制電路109和110產生的值分別是Gvw2，j，j＝1到3，以及Bvw3，j，j＝1到3。響應於此輸入三元組而施加到LED陣列101上的電流是Rvw1，1+Gvw2，1+Bvw3，1。類似地，施加到LED陣列102和103上的電流分別是Rvw1，2+Gvw2，2+Bvw3，2和Rvw1，3+Gvw2，3+Bvw3，3。
在圖2中所示出的實施例中，接口120是由控制電路108～110和驅動電流電路107構造的。驅動電流電路107對由每個控制電路提供的數額加總，以產生應用於每個LED陣列的驅動器的信號，並且設置要流過每個LED陣列的實際電流。
在本發明的一個實施例中，標準化輸入對應於CIE標準顏色方案。用於每個控制電路的權重值是通過調整權重使得輸出光符合相應的CIE顏色坐標而確定的。因此，為了找到用於紅光控制電路的權重，將三元組(1，0，0)應用於光源輸入。通過在CIE顏色坐標方案中進行校準的分光計來觀察光源所產生的光。然後調整權重值，使得光源所產生的光對應於CIE顏色值(XRv，YRv，ZRv)，其中(XRv，YRv，ZRv)被稱為「虛擬」紅光LED顏色坐標，並且是依賴於分光計的某個預定值。接著，使用(0，1，0)形式的輸入三元組以相似的方式得到對應於綠光控制電路的權重，並調整該權重，使得相機輸出值(XGv，YGv，ZGv)，即「虛擬」綠光LED顏色坐標。最後，當(0，0，1)被輸入到控制電路時，以相似的方式產生對應於藍光控制電路的權重，以提供輸出(XBv，YBv，ZBv)，即藍光「虛擬」LED顏色坐標。用於確定權值的搜索算法對本領域而言是公知的，所以這裡將不對其進行詳細討論。「虛擬」LED功能提供了下述意義上的理想光源當給以同樣的輸入三元組時，每個如此的理想光源將產生相同的CIE顏色坐標。
在本發明的一個實施例中，每個控制電路具有用於接收將被該控制電路使用的權重值的埠。在121～123示出了示例性的權重輸入埠。每個控制電路都包含非易失存儲器，用於存儲在與該控制電路相關聯的權重輸入埠上接收到的權重值。
上述實施例使用了3色標準化顏色表示方案。但是，也可以構造使用其他顏色表示方案的本發明的實施例。例如，在印刷領域中，利用4色的顏色坐標系統是公知的。在基於這樣的坐標系統的本發明的實施例中，四分量顏色向量將被輸入到接口電路。接口電路然後將產生為指定4個光發生器中的每個的輸出所需的四個電流。在一個這樣的實施例中，每個光發生器將在名義上產生與所討論的坐標系統中的分量之一相對應的波長的光。校準參數將被選擇使得當在提供四色坐標系統中的輸出的分光計上觀察時，光源的輸出與被輸入到光源的四分量顏色向量相匹配。
上述實施例利用了9參數加權系統來校準光源。在圖2中所示出的實施例中，接口被劃分為控制電路和驅動電流電路。現參照圖3，圖3示出了利用更一般的接口電路的本發明的另一實施例，光源200包括由校準接口電路220驅動的三個LED陣列201～203，所述校準接口電路220接收確定光源輸出的虛擬顏色值(Rv，Gv，Bv)。接口電路220存儲多個校準參數Pi，i＝1到Np。
在通常情況下，接口電路所需的參數的最少數目對於3色分量系統來說可以示出為9。接口電路可以被看作在下述兩個坐標系統之間提供簡單坐標變換的電路被輸入到本發明的虛擬顏色坐標(Rv，Gv，Bv)以及坐標系統(IR，IG，IB)，其中IR、IG和IB是在紅、綠和藍光陣列中流動的平均電流。這樣的坐標變換可以通過矩陣乘法來完成，其中向量(Rv，Gv，Bv)乘以一個3×3的矩陣，以產生向量(IR，IG，IB)。由於3×3的矩陣包含9個參數，所以在3分量顏色系統中，可以用9個權重參數執行一般變換。上述過程提供了一種用於確定權重參數的方法。但是，權值也可以由(IR，IG，IB)和當這些電流值被應用於LED陣列時CIE分光計所測量的(R，G，B)顏色值之間的關係的9個獨立測量來計算得到。在利用N色系統的更一般的情況下，必須確定N2個權重。權重是N×N矩陣中的係數，用來將虛擬顏色坐標測量變換成正確的N個驅動電流。
本發明的上述實施例利用了3個光發生器，其中每個光發生器包括LED陣列。但是，也可以構造其中利用其他形式光發生器的實施例。例如，光發生器可以由半導體雷射器來構造。
對本領域的技術人員來說，通過前述說明和附圖，本發明的各種改變將變得顯而易見。因此，本發明僅通過權利要求的範圍來限定。
權利要求
1.一種光源，包括N個光發生器，每個光發生器發射不同波長的光，第k個發生器產生的光的強度通過耦合到該光發生器的信號Ik確定；接收器，用於接收包括N個顏色分量Ck的顏色坐標，k從1到N，其中N大於1；和接口電路，用於從所述所接收的顏色分量和多個校準參數產生Ik，k從1到N，所述校準參數依賴於所述光發生器中的製造變化，並且具有值，使得通過組合從所述光發生器中的每個發射的所述光而產生的光信號比當Ik與Ck，k從1到N，成比例的時候所產生的光信號更少地依賴於所述光發生器中的所述製造變化。
2.根據權利要求1所述的光源，其中，所述Ik中的一個與所述Ck值的加權總和成比例，所述加權總和利用依賴於所述校準參數的權重參數。
3.根據權利要求1所述的光源，其中，所述光發生器中的每個包括發光二極體。
4.根據權利要求1所述的光源，其中，所述光發生器中的每個包括雷射器。
5.根據權利要求1所述的光源，其中N＝3，並且其中所述光發生器中的一個產生處於光譜的紅光區域中的光，所述光發生器中的另一個產生處於光譜的藍光區域中的光，並且剩下的光發生器產生處於光譜的綠光區域中的光。
6.根據權利要求5所述的光源，其中，所述顏色分量對應於國際照明委員會顏色標準，並且其中，所述校準參數被選擇使得當所接收的顏色分量具有下述值時，通過組合從所述光發生器中的每個發射的所述光而產生的所述光信號由所述國際照明委員會顏色標準中的顏色分量C』k表徵，所述值中Ck＝C』k，k從1到3。
7.一種用於響應於包括N個顏色分量Ck的顏色坐標而產生光的方法，k從1到N，其中N大於1，所述方法包括從所述所接收的顏色分量和多個校準參數產生Ik，k從1到N；用N個光發生器產生N個光分量，第i個光分量具有由Ik確定的強度以及與其他光分量不同的波長，其中，所述校準參數依賴於所述光發生器中的製造變化，並且具有值，使得通過組合從所述光發生器中的每個發射的所述光而產生的光信號比當Ik和Ck，k從1到N，成比例的時候所產生的光信號更少地依賴於所述光發生器中的所述製造變化；以及組合所述N個光分量以形成所述所產生的光。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述Ik中的一個和所述Ck值的加權總和成比例，所述加權總和利用依賴於所述校準參數的權重參數。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，所述光發生器中的每個包括發光二極體。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，所述光發生器中的每個包括雷射器。
11.根據權利要求7所述的方法，其中N＝3，並且其中所述光發生器中的一個產生處於光譜的紅光區域中的光，所述光發生器中的另一個產生處於光譜的藍光區域中的光，並且剩下的光發生器產生處於光譜的綠光區域中的光。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述顏色分量對應於國際照明委員會顏色標準，並且其中，所述校準參數被選擇使得當所接收的顏色分量具有下述值時，通過組合從所述光發生器中的每個發射的所述光而產生的所述光信號由所述國際照明委員會顏色標準中的顏色分量C』k表徵，所述值中Ck＝C』k，k從1到3。
全文摘要
本發明提供了一種預配置光模塊。本發明包括具有N個光發生器、接收器和接口電路的光源。每個光發生器發射不同波長的光，第k個發生器產生的光的強度由耦合到該光發生器的信號I
文檔編號H05B37/02GK1629710SQ20041008665
公開日2005年6月22日 申請日期2004年12月10日 優先權日2003年12月18日
發明者林練力, 李永作, 李察嘉華 申請人:安捷倫科技有限公司