用於確定照明單元特性的設備的製作方法
2023-06-04 14:24:41 1
專利名稱：用於確定照明單元特性的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於確定照明單元特性的設備和方法。本發明還涉及包括這樣一種設備的照明系統。
背景技術：
混合多種顏色的發光二極體以便獲得混合的顏色是在照明設備中產生白光或彩色光的常用方法。所產生的光由所用的發光二極體的類型以及混合比確定。然而，在發光二極體部件的壽命周期期間，發光二極體的光學特性是變化的，並且當在操作期間發光二極體的溫度升高時，通量輸出減小，並且峰值波長移動。結果，發光設備發出的光的強度和波長根據溫度和部件的老化是要變化的。
為了克服或解決這個問題，已經提出了各種不同的顏色控制系統，以便補償發光二極體在使用中光學特性的這些變化。例如，在US6617795中公開了一種系統，其用於測量來自光源(多晶片發光二極體封裝)的定量(quantitative)(光的強度)信息和光譜(波長)信息。這些信息又提供給外部控制器，外部控制器使用這些信息來校正光源的定量變化和光譜變化。所說的系統使用了光傳感器和熱傳感器這兩者來實現可靠的測量結果。這樣就對所公開的系統產生了限制，因為這些傳感器必須熱耦合到導熱的支撐部件上，所說的光源耦合到這個支撐部件上。進而，為了對光源中的定量和光譜變化實現合理的校正，光源的初始質量必須是已知的(裝箱(binning))，光源對於溫度的變化是如何發生作用的，以及光源是如何隨時間的變化而變化的(老化)。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種用於確定光源特性的設備，所說的設備基本上克服了現有技術設備和系統的缺點，同時在成本、空間和製造方便性方面提供了進一步的改進。
上述目的是通過如在所附的權利要求1和權利要求15中分別限定的用於確定照明單元特性的設備和方法來實現的。而且，在權利要求8中限定了使用這樣一種設備的有益的照明系統。所附的從屬權利要求限定了按照本發明的有益的實施例。
按照本發明的一個方面，提供了用於確定照明單元特性的設備，所說的設備包括至少兩個通量傳感器，每個通量傳感器具有不同的波長特性，並被安排成測量照明單元發出的光，產生兩個測量結果；和用於根據所說的測量結果以及傳感器的波長特性計算所說照明單元的主波長和實際通量的裝置。
本發明基於如下的理解通過利用具有不同波長特性的(至少)兩個通量傳感器來測量來自照明單元的光，可以使用這些測量結果以及有關傳感器的波長特性的數據，來直接計算照明單元的主波以及實際通量，不需要有關所說光源的預定的數據，或者不進行例如使用溫度測量結果的附加測量。在本文中，不同的波長特性應該理解成意指每個通量傳感器具有不同的光譜響應(波長靈敏度)。
在本發明的一個優選實施例中，至少兩個所述通量傳感器具有不同的波長依賴性，對於每個傳感器產生與波長有關的通量測量結果。不同的波長依賴性在本文中應該理解成意指每個通量傳感器具有不同的光譜響應(波長靈敏度)。由於對於通量傳感器具有這種不同的光譜響應，測量結果對於每個通量傳感器將是不同的，因此允許根據所述至少兩個通量傳感器的波長依賴性測量結果以及通量傳感器的波長依賴性，對於照明單元的主波長和實際通量進行簡單的計算。因此，本發明的這一方面提供了主波長和實際通量的直接計算，而不需要有關所說光源的預定的數據，或者不執行例如使用溫度測量結果的附加測量。最好藉助濾波傳感器來提供波長依賴性通量測量結果，其中使用不同的濾波窗口來修整通量傳感器的光譜響應以適應應用場合。這樣的濾波傳感器是廉價的標準部件，由此可以成本有效地實施所說的設備。
在另一個優選實施例中，至少一個所述通量傳感器是與波長有關的，產生與波長有關的通量測量結果，如上所述，並且至少一個所述通量傳感器是與波長無關的，或者基本上是與波長無關的，產生與波長無關的通量測量結果。基本上與波長無關的通量測量結果優選藉助具有基本上平的光譜響應的傳感器來提供，即藉助在感興趣的波長範圍具有基本上與波長無關的靈敏度的傳感器來提供。在典型的照明單元中，這個令人感興趣的波長範圍約為380納米到750納米。在這個實施例中，具有基本上平的光譜響應的傳感器對於由照明單元發出的光提供總的通量，濾波傳感器與具有基本上平的光譜響應的傳感器一起將給出相對於校準值的波長移動。
優選的是，為了計算波長和通量，計算裝置適合於求解由至少兩個方程組成一組方程，其中每個方程都包括針對不同傳感器的測量結果和波長依賴性，主波長和實際通量是未知的。例如，在其中使用兩個傳感器的一種情況下，通過線性組合求解兩個方程的方程組，從而提供了給出主波長和實際通量這兩者的簡單計算。
優選的是，傳感器i的波長靈敏度可以用公式描述。這個公式的最簡單形式大體上是 φi＝φs(ci+αiλs) 在這裡，φi代表與波長有關的通量測量結果，φs代表實際通量，ci和αi是描述傳感器波長依賴性的常數，λs代表主波長。然而，在本發明中使用的傳感器可能具有不同的表現。例如，一個或兩個所述常數可能是φs的指數形式的或2次方形式的關係。在通量傳感器之一是與波長基本無關的通量傳感器的實施例中，描述傳感器波長依賴性的常數αi對於與波長無關的傳感器來說是0。
進而，每個方程優選包括另一個常數Ki，常數Ki描述傳感器的光學損耗，於是，φi進一步還取決於Ki。常數Ki優選在單個的校準步驟中確定。光學損耗通常涉及傳感器相對於所述至少一個光源的位置的布置。
所說的設備進一步還可包括溫度傳感器，該溫度傳感器用於補償所說通量傳感器中的溫度依賴性。這提供了改進的測量精度，並且進一步補償了在某些情況下將影響通量傳感器的光譜響應的溫度變化。
按照本發明的另一方面，提供了一種照明系統，所說的照明系統包括照明單元、以上所述的用於確定照明單元特性的設備和用於按照由所說設備確定的波長和與波長無關的通量中的至少一個來調節照明單元的輸出，以補償所說照明單元的特性變化的裝置。
用於調節照明單元的輸出的裝置例如可以安排成比較期望的色點和/或色溫與實際的測量結果，並且，根據差值針對與例如照明單元的老化和周圍溫度有關的強度和波長變化來調節照明單元的輸出。由此有可能維持期望的設定值，與老化或周圍溫度無關。
照明單元例如可以是顏色可變的照明單元，並且照明單元可以是基於發光二極體的照明單元。進而，照明單元可以包括至少兩個不同顏色的光源，每個光源例如包至少一個發光二極體，因此能產生在不同色溫的白光或彩色光。為了對於包括不同顏色光源的照明單元提供更加精確的控制和調節，一次只對一種顏色進行確定，優選是按照順序進行。這就能確定每種所述顏色的主波長和實際通量。如果對於每種所述顏色給定新的主波長和實際通量，就能計算新的色點，從而維持初始的(或期望的)整個色點。換言之，有可能對於主波長λs以及對於實際通量φs獨立地施加所需的校正。而且，通過縮放每種顏色的通量，能計算照明系統的總通量。
取決於實施方案的類型，能連續地進行所述確定和調節。這在例如周圍溫度發生快速變化的情況下提供直接調節。
進一步地，針對強度和波長變化對照明單元輸出進行的調節可以根據所用的顏色校正調節算法直接地進行或間接地進行。直接調節例如可以是與設定點值的比較，所說設定點值代表的是照明單元的期望輸出，其中差值應該接近0；而間接調節可以是設定點值的補償或重新計算，所說設定點值代表的是照明單元的期望輸出。
按照本發明的又一個方面，提供了用於確定光源特性的方法，所說方法包括如下步驟藉助至少兩個通量傳感器測量照明單元發出的光，每個通量傳感器具有不同的波長特性，從而產生兩個通量測量結果；根據所說的測量結果和傳感器的波長特性，計算照明單元的主波長和實際通量。這種方法的優點與以上所述的先前討論過的本發明的各個方面類似。
現在參照表示本發明的當前優選的實施例的附圖，更加詳細地描述本發明的這些方面和其它方面。
圖1是按照本發明當前優選的實施例的照明系統的方塊圖； 圖2是表示按照本發明當前優選的實施例的兩個濾波通量傳感器的與波長有關的相對響應的曲線； 圖3是表示按照本發明另一個優選實施例的一個濾波通量傳感器和一個具有基本上平的光譜響應的通量傳感器的與波長有關的相對響應的曲線； 圖4表示測量循環，其中照明單元包括3個不同顏色的光源。
具體實施例方式 在圖1中，表示了按照本發明當前優選的實施例的照明系統100。照明系統100包括照明單元101、用於確定照明單元101的特性的設備102和用於調節照明單元101發出的光的調節裝置103，所說照明單元101包括3個不同顏色的光源，如3個發光二極體L1-L3。調節裝置103耦合到設備102和照明單元101這兩者上。
而且，設備102還包括兩個與波長有關的通量傳感器S1、S2，用於產生對應每個傳感器S1、S2的與波長有關的通量測量結果；與傳感器S1、S2耦合的計算裝置104，用於根據所說的測量結果和傳感器的波長依賴性計算每個發光二極體的主波長和實際通量。
在照明系統100操作時，在一開始時輸入與期望的顏色對應的用戶輸入。期望的顏色是通過調節照明單元101的輸出(通過調諧3個發光二極體L1-L3的輸出量，例如調諧一個紅色、一個綠色和一個藍色發光二極體的輸出量)來實現的。當然，還可以使用3個以上的發光二極體和/或至少兩個發光二極體。
然而，如上所述，發光二極體的輸出在操作期間取決於溫度和部件老化在強度和波長方面都有變化的趨勢。所以，在照明系統操作時，使用所述兩個與波長有關的通量傳感器S1、S2來逐個地測量來自每個所述發光二極體的光，例如通過每個所述發光二極體的輸出隨時間的移動來進行這樣的測量。在此之後，計算裝置104計算每個所述發光二極體的主波長和實際通量。
現在詳細描述該設備的操作。每個所述傳感器的方程如上所述基本上是 φi＝φsKi(ci+αiλs) 在這裡，φi代表與波長有關的通量測量結果，φs代表實際通量，Ki代表傳感器的光學損耗，ci和αi是描述傳感器波長依賴性的常數，λs代表主波長。
然而，還可能代替所述兩個與波長有關的通量傳感器S1、S2，讓設備102包括一個與波長有關的通量傳感器S1，產生如上所述的與波長有關的通量測量結果；和一個與波長無關的通量傳感器S2，產生與波長無關的通量測量結果。藉助這兩個傳感器S1、S2，還可以如下所述根據這些測量結果和傳感器的波長特性計算每個所述發光二極體的主波長和實際通量。
圖2用曲線圖表示了兩個示例性通量傳感器S1、S2的與波長有關的相對響應。為了表徵包括3個例如紅、綠、藍色的發光二極體光源的照明單元的特徵，這兩個通量傳感器都測量對應每種所述顏色的通量(例如通過分時復用，在這裡一個光源在一個時間段發射光，下面參照圖4對此作進一步的描述)。在其中設備102包括兩個傳感器S1、S2的一種情況下，通過使用線性組合來組合如以上所述的兩個通量傳感器的方程(i＝1和i＝2)，計算每個所述發光二極體的主波長λs和實際通量φs，從而得到 由於這兩個通量傳感器S1、S2具有不同的波長依賴性(即所述傳感器的波長依賴性常數ci和αi中的至少一個是不同的)，所以線性組合是可能的。有關傳感器波長依賴性常數的知識當然是需要的。
然而，如上所述，還能包括一個與波長有關的通量傳感器S1和一個基本上與波長無關的通量傳感器S2，即在令人感興趣的波長範圍內具有基本上平的靈敏度響應(響應性)的傳感器。圖3表示了這樣一種情況，其中曲線表示相對於一個濾波通量傳感器S1和一個具有基本上平的光譜響應的通量傳感器S2的響應的波長依賴性。在這種情況下，相對于波長具有基本上平的響應的通量傳感器S2對於所有所述顏色提供通量；而相對于波長具有有關響應的通量傳感器，即通量傳感器S1，與通量傳感器S2一起，產生相對於校準值的波長移動。這是以上討論的方程的一種特殊情況，其中傳感器S2的波長依賴性是0，即α2＝0。
回到照明系統100，其中在精確計算主波長和實際通量之後，通過連續計算每個所述發光二極體的主波長和實際通量、比較這些新值與早些時候的值並且根據差值針對與照明單元的溫度和老化有關的強度和波長變化來調節照明單元的輸出，就可以進行正確的調節了。由此，可以維持初始的顏色設定值，而與老化和周圍溫度無關，而且不需要知道所述發光二極體的裝箱、老化和/或溫度靈敏度數據。已經使用3個光源描述了當前優選的實施例，但是本領域技術人員認識到，這個方法對於使用2個或更多光源(發光二極體)也是行得通的。而且，有可能增加傳感器的數目以提高測量的精度。
在另一個實施例中，其中設備102包括一個與波長有關的通量傳感器S1和一個與波長無關的通量傳感器S2，可以在開始時校準照明系統，產生參考波長值λ和參考絕對通量值。可以將這些參考值存儲在計算裝置104中。所有未來的測量結果都將參照這些值，從這些值可以計算校準因子。在這種情況下，通量傳感器S2測量絕對通量，並且將這個值與初始校準期間測量的校準值進行比較。這將允許計算裝置104與調節裝置103一起補償例如由於例如溫度或由於發光二極體L1-L3壽命減少引起的絕對通量的增加或減小。當通過利用通量傳感器S2的測量知道了絕對通量值時，就能計算相對於參考波長值λ的波長移動，參考波長值是在初始校準時計算出來的。利用這兩個值，就有可能維持照明系統100在溫度和壽命上的基本上不變的顏色輸出。當如上所述利用兩個與波長有關的通量傳感器時，可以使用這些參考值。
現在回到圖4，其中表示了時分測量開關模式的一個例子，所說模式可以在圖1的照明系統中使用。如圖4所示的開關模式是一個順序開關模式，其中所有的發光二極體L1-L3在t1時刻是斷開的。在t1和t2之間的某個時刻計算裝置104將採樣所說的通量傳感器S1、S2，由此獲得與環境照明有關的通量信息。如果期望的話，可以使用這個環境通量信息來調節環境照明的後續測量結果。正如熟練的收信人或被尋地址(addressee)所理解的那樣，有可能對於每個所述測量結果進行多次採樣以實現較高的精度。在時刻t2，紅色發光二極體L1導通，計算裝置104將採樣通量傳感器S1、S2。隨後在t3，紅色發光二極體L1截止，綠色發光二極體L2導通。計算裝置104再一次採樣通量傳感器S1、S2，以獲得綠色發光二極體L2的測量結果。對於藍色發光二極體L3，重複相同的測量步驟。在此之後，計算裝置104將計算每個所述發光二極體的色點，使它們與期望的色點進行比較，並且對於每個所述發光二極體調節這些驅動信號，以獲得期望的顏色。
應該理解，有可能使用任何其它類型的預先確定的開關模式。例如，與圖4所示的開關模式相比，有可能使用倒置類型的開關模式，其中不是斷開所有所述發光二極體L1-L3，而是在某一時刻只斷開一個所述發光二極體。藉助方程組，有可能對於每個所述不同顏色的發光二極體計算出各個色點。然而，這需要更加複雜的去卷積過程，同時還要求計算裝置104適合於進行更加複雜的信號處理。對於成本而言，這可能是不希望的，但卻有可能讓設計和實施方法確定應該使用什麼類型的開關模式。而且，在脈衝寬度調製系統(PWM)中，有可能在不止一個脈衝寬度調製循環上「伸長」開關模式，以獲得儘可能高的接近100％的脈衝寬度調製。該序列在激活之前還可以跳過某些脈衝寬度調製循環。
本領域技術人員應該認識到，本發明決不限於以上所述的優選實施例。相反，在所附的權利要求書的範圍內，許多修改和變化都是可能的。例如，可以使用溫度傳感器補償與周圍溫度變化有關的通量傳感器的光譜響應變化。而且，本發明還可以有益地與其它類型的光源一起使用，這些光源例如OLED(有機發光二極體)、PLED(聚合物發光二極體)、無機發光二極體、雷射器、CCFL、HCFL、等離子體燈及其組合。
權利要求
1、用於確定照明單元特性的一種設備，所說的設備包括
至少兩個通量傳感器，每個通量傳感器具有不同的波長特性，並將所述通量傳感器安排成測量所說的照明單元發出的光，產生兩個測量結果；和
用於根據所說的測量結果以及所說的傳感器的波長特性計算所說照明單元的主波長和實際通量的裝置。
2、根據權利要求1所述的設備，其中至少兩個所說通量傳感器具有不同的波長依賴性，對於每個傳感器產生與波長有關的通量測量結果。
3、根據權利要求1所述的設備，其中至少一個所說的通量傳感器是與波長有關的，產生與波長有關的通量測量結果，並且至少一個所說通量傳感器是與波長無關的，產生與波長無關的通量測量結果。
4、根據前述權利要求中任何一個所述的設備，其中計算裝置還適合於求解由至少兩個方程組成的一組方程，其中
每個方程都包括對於不同傳感器的測量結果和波長特性，
所說主波長和所說實際通量是未知的。
5、根據前述權利要求中任何一個所述的設備，其中所說傳感器中的傳感器i的方程大體上是
φi＝φs(ci+αiλs)
在這裡，φi代表通量測量結果，φs代表實際通量，ci和αi是描述傳感器波長特性的常數，λs代表主波長。
6、根據前述權利要求中任何一個所述的設備，其中所說的設備進一步還包括溫度傳感器，該溫度傳感器用於補償所說通量傳感器中的溫度依賴性。
7、根據權利要求4或5所述的設備，其中每個方程進一步還包括常數Ki，該常數描述傳感器的光學損耗，這個常數最好在單個校準步驟中確定。
8、一種照明系統，包括
照明單元；
根據權利要求1-7中任何一個所述的用於確定所說照明單元的特性的設備；和
用於按照由所說設備確定的主波長和實際通量中的至少一個來調節所說照明單元的輸出以補償所說照明單元的特性變化的裝置。
9、根據權利要求8所述的照明系統，其中所說的照明單元是顏色可變的照明單元。
10、根據權利要求8或9所述的照明系統，其中所說的照明單元是基於發光二極體(LED)的照明單元。
11、根據權利要求8-10中任何一個所述的照明系統，其中所說照明單元包括不同顏色的至少兩個光源。
12、根據權利要求8-11中任何一個所述的照明系統，其中所說的確定是在一個時間針對一種顏色進行的，最好是依次進行的。
13、根據權利要求8-12中任何一個所述的照明系統，其中所說的確定和調節是連續進行的。
14、根據權利要求8-13中任何一個所述的照明系統，其中所說的調節是直接的或間接的。
15、用於確定光源特性的方法，所說方法包括如下步驟
藉助至少兩個通量傳感器測量照明單元發出的光，每個通量傳感器具有不同的波長特性，產生兩個測量結果；
根據所說的測量結果和所說的傳感器波長特性，計算所說照明單元的主波長和實際通量。
全文摘要
本發明涉及用於確定照明單元特性的一種設備，所說的設備包括至少兩個通量傳感器，每個通量傳感器具有不同的波長特性，並將所述通量傳感器安排成測量照明單元發出的光，產生兩個測量結果；和用於根據所說的測量結果以及傳感器的波長特性計算所說照明單元的主波長和實際通量的裝置。本發明提供主波長和實際通量的直接計算，不需要有關所說光源的預定的數據，或者不需要進行例如使用溫度測量結果的附加測量。本發明還涉及使用這種設備的系統和用於確定照明單元特性的相應方法。
文檔編號H05B33/08GK101326860SQ200680045951
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月1日 優先權日2005年12月9日
發明者J·A·M·范埃普, W·A·G·蒂默斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司