使用內部反射來提供受控照明的系統、顯示設備和方法
2023-04-22 20:56:11
專利名稱：使用內部反射來提供受控照明的系統、顯示設備和方法
背景技術：
八十多年以來，交通燈信號和行人信號在潛在危險道路的十字路口處引導駕車者和行人以避免車輛事故。這些受照交通標記的設計和結構一直保持相對不變，直到最近發光二極體(LED)技術的發展。
隨著開發出更亮的LED，在很多照明應用中這些半導體器件現在正被用作光源，其中包括一直使用傳統光源(諸如白熾燈、滷素燈和螢光燈等等)的受照交通標記。這一部分是由於LED具有許多優於傳統光源的優點這一事實。這些優點包括更長的使用壽命、更低的功耗和更小的尺寸。
但是，由於受照交通標記必須與規定標準相符合(例如國際交通ITS協議(NTCIP))，因此利用LED來建立受照交通標記的當前方法很複雜，而且需要許多領域的專長，包括視頻攝影機系統、視頻系統視角、視距分析以及設備設置和校準。這些傳統方法典型地包括在現場進行設置之前產生作為基準的白色基礎信號來校準受照交通標記，從而確保按照所需標準所規定的那樣來製造、安裝和操作受照交通標記。然後，在現場將該基準點用作校準點，以便產生具有適當的紅、綠和藍的比率的經過白平衡的標記。為了產生這些經過白平衡的標記，需要顏色分類(color binning)的正確比率，這包括一系列的混合搭配來產生白色基礎點。通過改變發光強度、主導波長以及正向電壓，該處理包括數千個顏色混合矩陣。
與這些傳統受照交通標記相關的一個問題在於，由於電流應力，LED的光輸出會隨著時間降低，從而導致這些標記的經校準的顏色和亮度偏離它們的最初設置。可以對這些交通標記進行再校準以便補償LED光輸出降低。但是，再校準需要完整的測量工具設置並且很耗時。
鑑於上述問題，需要一種可以補償LED光輸出隨著時間降低的用於提供照明的受照交通標記和方法。
發明內容
一種用於提供照明的系統、顯示設備和方法使用內部反射來監測和控制所述照明，該照明由來自多個光源裝置(諸如發光二極體)的光所產生。由所述光源裝置產生的一些光被透射到所述光源裝置和基底之間的光學透明區域，在那裡，光在該光學透明區域中被內部反射。使用定位在該光學透明區域內的光學傳感器來測量該光學透明區域內的光的光學屬性，從而可以選擇性地調節由所述光源裝置產生的光，以便控制照明。
依據本發明一個實施例的照明系統包括基底；定位在該基底上的多個光源裝置，所述光源裝置被配置來發光；在所述光源裝置和該基底之間的光學透明區域；在該光學透明區域上的反射層，其用來在該光學透明區域中內部反射從所述光源裝置發射的部分光；以及定位在該光學透明區域內的光學傳感器，其用來接收該光學透明區域內的部分光，以便測量來自所述光源裝置的光的光學屬性。
依據本發明一個實施例的受照顯示設備包括至少一個用於提供照明的系統。該系統包括基底；定位在該基底上的多個光源裝置，所述光源裝置被配置來發光；在所述光源裝置和該基底之間的光學透明區域；在該光學透明區域上的反射層，其用來在該光學透明區域中內部反射從所述光源裝置發射的部分光；定位在該光學透明區域內的光學傳感器，其用來接收該光學透明區域內的部分光，以便測量來自所述光源裝置的光的光學屬性；以及控制器，其適於連接到該光學傳感器和所述光源裝置。該控制器被配置成響應於由該光學傳感器測量的光學屬性而產生驅動信號。所述驅動信號被選擇性地施加到所述光源裝置，以便調節從所述光源裝置發射的光的光學屬性。
依據本發明一個實施例的用於提供照明的方法包括響應於施加到光源裝置上的驅動信號而在定位於基底上的所述光源裝置處產生光，其中包括將部分光透射到所述光源裝置和該基底之間的光學透明區域中；在該光學透明區域中內部反射部分光；在該光學透明區域內測量所述光的光學屬性；以及修改所述驅動信號，以便調節由所述光源裝置產生的光的光學屬性。
下面結合附圖以舉例的方式對本發明原理進行詳細描述，本發明的其他方面和優點將由此變得顯而易見。
圖1示出依據本發明一個實施例的交通燈信號形式的受照顯示設備。
圖2是依據本發明一個實施例的彩色照明系統的圖示，其可以被用在圖1的受照顯示設備中。
圖3是依據本發明一個實施例的用於提供照明的方法的處理流程圖。
具體實施例方式
參考圖1，其中描述了依據本發明一個實施例的受照顯示設備10。該受照顯示設備10使用半導體光源裝置(諸如發光二極體(LED))來提供一種或多種顏色的照明。圖1中所示的受照顯示設備10是交通燈信號。但是，該受照顯示設備10可以是任何類型的受照交通標記(諸如行人信號)或者是以一種或多種顏色照明的任何類型的顯示裝置。如下面將更詳細地描述的那樣，如果需要的話，該受照顯示設備10被設計成監測和調節所述照明的光學屬性，以使得所述照明的光學屬性在該設備的使用壽命期間保持在所需的設置。因此，通過選擇性地調節所述半導體光源裝置，可以校正由於受照顯示設備10中的一個或多個半導體光源裝置的光輸出降低而導致的任何照明降低。此外，由於受照顯示設備10可以自我調節照明的顏色和亮度以符合特定標準(例如國際交通ITS協議(NTCIP))，因此不需要在顏色或亮度方面對該受照顯示設備10進行校準。
在所示實施例中，受照顯示設備10包括彩色照明系統12、14和16。彩色照明系統12在激活時提供紅色照明。類似地，彩色照明系統14在激活時提供黃色照明，而彩色照明系統16在激活時提供綠色照明。每個彩色照明系統12、14和16包括若干LED以產生特定的照明。因此，依據照明的顏色，每個彩色照明系統包括一個或多個不同顏色的LED。作為一個例子，彩色照明系統14可以僅包括紅色LED 18(即產生紅光的LED)，以便產生紅色照明。類似地，作為一個例子，彩色照明系統16可以僅包括綠色LED 20(即產生綠光的LED)，以便產生綠色照明。但是，作為一個例子，彩色照明系統14可以包括紅色和綠色LED 18和20，以便產生黃色照明。如下面將詳細描述的那樣，每個彩色照明系統被配置成監測由該系統的各LED提供的照明，以便確保在受照顯示設備10的操作期間保持適當的光輸出和/或照明顏色。儘管在所示實施例中的受照顯示設備10包括三個彩色照明系統，但是在其他實施例中的該受照顯示設備可以包括更少或更多的彩色照明系統。
現在轉到圖2，其中示出依據本發明一個實施例的彩色照明系統22。該彩色照明系統22是包含在圖1的受照顯示設備10中的彩色照明系統12、14和16的一個例子。如圖2所示，彩色照明系統22包括連接到基底32的多個LED 24、26、28和30。儘管在圖2中僅示出了四個LED 24、26、28和30，但是彩色照明系統22可以包括更多的LED。在其他實施例中，彩色照明系統22可以包括其他類型的光源裝置。每個LED 24、26、28和30都發光，其與其他LED所發射的光組合在一起以產生彩色照明。包含在彩色照明系統22中的LED 24、26、28和30的顏色類型取決於由彩色照明系統22提供的想要的照明顏色。因此，在某些實現方式中，彩色照明系統22可以僅包括一種顏色的LED，例如紅色或者綠色LED。在其他實現方式中，彩色照明系統22可以包括兩種或者更多不同顏色的LED，例如紅色和綠色LED。LED 24、26、28和30以電和物理的方式連接到基底32，該基底在本實施例中是印刷電路板(PCB)。然而，基底32可以是任何類型的基底，其中LED 24、26、28和30可以連接到該基底上。PCB 32具有反射上表面34，該上表面34是面向LED 24、26、28和30的表面。
彩色照明系統22還包括定位在PCB 32上的光學透明區域36、反射層38和黑色共形塗層(conformal coating)40。光學透明區域36定位在LED 24、26、28和30與PCB 32之間。在一個實施例中，光學透明區域36是由光學透明矽製成的。但是，在其他的實施例中，光學透明區域36可以由任何合適的光學透明材料(諸如透明塑料材料)製成。光學透明區域36是一種介質，其中可以透射從LED 24、26、28和30發出的部分光。反射層38定位在光學透明區域36上，從而該光學透明區域夾在該反射層和PCB 32之間。反射層38和PCB32的反射上表面34用於在光學透明區域36中內部反射光。反射層38可以由任何能夠反射光的材料製成。作為一個例子，反射層38可以是白色反射薄膜、聚酯薄膜或者反射鏡薄膜。黑色共形塗層40定位在反射層38上，從而該反射層夾在該黑色共形塗層和光學透明區域36之間。黑色共形塗層40用作保護層。作為一個例子，黑色共形塗層40可以由矽橡膠製成，矽橡膠具有良好的防水屬性。
彩色照明系統22還包括光學傳感器42和控制器44。光學傳感器42安裝在PCB 32上，並且定位在光學透明區域36內。因此，光學傳感器42以電和物理的方式連接到PCB 32。在該實施例中，光學傳感器42是顏色傳感器。光學傳感器42測量入射光的光學屬性，諸如入射光的強度和顏色。由於光學傳感器42定位在光學透明區域36內，因此該光學傳感器能夠測量從LED 24、26、28和30發射的光的光學屬性，其中部分光通過反射層38和PCB 32的反射上表面34在該光學透明區域中被內部反射。所測量的光學信息可以作為數位訊號從光學傳感器42輸出。儘管示出並描述了具有單個光學傳感器的彩色照明系統22，但是其他實施例中的彩色照明系統可以包括另外的光學傳感器，它們被安裝在PCB 32上並且定位在光學透明區域36內。
控制器44連接到光學傳感器42以便接收所測量的光學信息。控制器44還連接到LED 24、26、28和30，以便向各LED提供驅動信號，所述驅動信號激活各LED以便產生光。與光學傳感器42類似，控制器44也可以安裝在PCB32上。由於施加到LED 24、26、28和30的其中之一上的特定驅動信號確定該LED的光輸出，因此控制器44可以控制所有的LED 24、26、28和30的光輸出，從而控制從LED光產生的照明的亮度和顏色。控制器44被編程來處理來自光學傳感器42的所測量的光學信息，從而監測由LED 24、26、28和30產生的光。如果所測量的強度或者顏色偏離預先定義的設置，那麼控制器44改變施加到LED 24、26、28和30上的驅動信號，以便選擇性地調節各LED的光輸出，從而控制照明的光學屬性。作為一個例子，當需要提高特定LED的光輸出時，控制器44提高施加到該LED上的驅動信號的頻率。按照這種方式，控制器44可以控制每個LED 24、26、28和30的光輸出，從而控制由彩色照明系統22提供的照明的亮度或顏色。可以通過減小或增大某些或全部LED24、26、28和30的光輸出來控制照明的亮度。可以通過選擇性地減小或增大特定顏色的LED的光輸出來控制照明的顏色。作為一個例子，如果所需要的照明顏色是黃色並且所測量的照明顏色是略帶紅色的黃色的話，控制器44將增大綠色LED的光輸出，以便將照明調節到所需的顏色。
在操作中，控制器44產生驅動信號，所述驅動信號被施加到LED 24、26、28和30以便激活它們。響應於所施加的驅動信號，每個LED產生光。所產生的大部分光是在遠離PCB 32的方向上發射的，如圖2中的箭頭46所示，在該方向上，所述光與從其他LED發射的光組合在一起以便提供彩色照明。該照明的顏色取決於LED 24、26、28和30的顏色類型以及每個LED的光輸出，而每個LED的光輸出則取決於施加到該LED上的驅動信號。
從LED 24、26、28和30發射的部分光還被透射到光學透明區域36內，如圖2的箭頭48所示。在光學透明區域36內，來自LED 24、26、28和30的光通過反射層38和PCB 32的反射上表面38而被內部反射。光學透明區域36內的部分光由光學傳感器42接收，該光學傳感器42測量所接收到的光的強度和顏色。然後將所測量的強度和顏色信息以例如數位訊號的形式傳送到控制器44。
控制器44接收並處理所測量的強度和顏色信息，以便確定由彩色照明系統22提供的彩色照明在亮度和顏色方面是否具有合適的光學屬性。如果不是，則控制器44選擇性地修改所述驅動信號，從而改變所選擇的LED 24、26、28和30的光輸出，以便調節由彩色照明系統22提供的彩色照明。因此，控制器44可以確保由彩色照明系統22提供的彩色照明滿足適當的規範，例如NTCIP規範。
下面將參考圖3的處理流程圖描述依據本發明一個實施例的用於提供照明的方法。在方框302處，響應於施加到光源裝置的驅動信號，定位在基底上的各光源裝置產生光。此外，部分光被透射到所述光源裝置和該基底之間的光學透明區域內。作為一個例子，所述光源裝置可以是半導體發光裝置，比如LED。接下來，在方框304處，部分光在該光學透明區域中被內部反射。接下來，在方框306處，測量該光學透明區域內的光的光學屬性。接下來，在方框308處，修改所述驅動信號以便調節由所述光源裝置產生的光的光學屬性。
儘管已經描述和說明了本發明的特定實施例，但是本發明並不局限於所描述和說明的具體形式或部件排列。本發明的範圍由所附權利要求書及其等效表述限定。
權利要求
1.一種照明系統，包括基底；定位在所述基底上的多個光源裝置，所述光源裝置被配置來發光；在所述光源裝置和所述基底之間的光學透明區域；在所述光學透明區域上的反射層，其用來在所述光學透明區域中內部反射從所述光源裝置發射的部分所述光；以及定位在所述光學透明區域內的光學傳感器，其用來接收所述光學透明區域內的部分所述光，以便測量來自所述光源裝置的所述光的光學屬性。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述光源裝置包括發光二極體。
3.如權利要求1所述的系統，其中，所述光學透明區域是由光學透明矽製成的。
4.如權利要求1所述的系統，其中，所述光學傳感器是顏色傳感器，其用來測量來自所述光源裝置的所述光的顏色。
5.如權利要求1所述的系統，其中，所述反射層是白色反射薄膜、聚酯薄膜和反射鏡薄膜當中的一種。
6.如權利要求1所述的系統，還包括在所述反射層上的黑色共形塗層。
7.如權利要求6所述的系統，其中，所述黑色共形塗層是由矽橡膠製成的。
8.如權利要求1所述的系統，還包括適於連接到所述光學傳感器和所述光源裝置的控制器，所述控制器被配置成響應於由所述光學傳感器測量的所述光學屬性而產生驅動信號，所述驅動信號被選擇性地施加到所述光源裝置，以便調節來自所述光源裝置的所述光的所述光學屬性。
9.一種受照顯示設備，包括至少一個用於提供照明的系統，所述系統包括基底；定位在所述基底上的多個光源裝置，所述光源裝置被配置來發光；在所述光源裝置和所述基底之間的光學透明區域；在所述光學透明區域上的反射層，其用來在所述光學透明區域中內部反射從所述光源裝置發射的部分所述光；定位在所述光學透明區域內的光學傳感器，其用來接收所述光學透明區域內的部分所述光，以便測量來自所述光源裝置的所述光的光學屬性；以及適於連接到所述光學傳感器和所述光源裝置的控制器，所述控制器被配置成響應於由所述光學傳感器測量的所述光學屬性而產生驅動信號，所述驅動信號被選擇性地施加到所述光源裝置，以便調節來自所述光源裝置的所述光的所述光學屬性。
10.如權利要求9所述的設備，其中，所述光源裝置包括發光二極體。
11.如權利要求9所述的設備，其中，所述光學透明區域是由光學透明矽製成的。
12.如權利要求9所述的設備，其中，所述光學傳感器是顏色傳感器，其用來測量來自所述光源裝置的所述光的顏色。
13.如權利要求9所述的設備，其中，所述反射層是白色反射薄膜、聚酯薄膜和反射鏡薄膜當中的一種。
14.如權利要求9所述的設備，其中，所述系統還包括在所述反射層上的黑色共形塗層。
15.如權利要求14所述的設備，其中，所述黑色共形塗層是由矽橡膠製成的。
16.一種用於提供照明的方法，所述方法包括響應於施加到光源裝置上的驅動信號而在定位於基底上的所述光源裝置處產生光，其中包括將部分所述光透射到所述光源裝置和所述基底之間的光學透明區域中；在所述光學透明區域中內部反射部分所述光；在所述光學透明區域內測量所述光的光學屬性；以及修改所述驅動信號，以便調節在所述光源裝置處產生的所述光的所述光學屬性。
17.如權利要求16所述的方法，其中，所述產生步驟包括響應於施加到發光二極體的所述驅動信號，在定位於所述基底上的所述發光二極體處產生所述光。
18.如權利要求16所述的方法，其中，所述產生步驟包括將部分所述光透射到所述光學透明區域內，所述光學透明區域由所述光源裝置和所述基底之間的光學透明矽製成。
19.如權利要求16所述的方法，其中，所述測量步驟包括在定位於所述光學透明區域內的光學傳感器處接收所述光學透明區域內的部分所述光。
20.如權利要求16所述的方法，其中，所述內部反射步驟包括在所述光學透明區域上的反射層和所述基底的上表面之間內部反射所述光學透明區域內的部分所述光。
全文摘要
一種用於提供照明的系統、顯示設備和方法使用內部反射來監測和控制所述照明，所述照明由來自若干光源裝置(諸如發光二極體)的光產生。由所述光源裝置產生的部分光被透射到所述光源裝置和基底之間的光學透明區域內，在那裡，所述光在該光學透明區域中被內部反射。使用定位在該光學透明區域內的光學傳感器來測量該光學透明區域內的光的光學屬性，從而可以選擇性地調節由所述光源裝置產生的光，以便控制照明。
文檔編號F21W111/02GK1967048SQ20061014638
公開日2007年5月23日 申請日期2006年6月30日 優先權日2005年7月1日
發明者L·Y·王, K·P·林, K·P·馮 申請人:阿瓦戈科技Ecbuip(新加坡)股份有限公司