專利名稱：具有由分段的光傳感器上的圖像映射產(chǎn)生的光學反饋的led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含發(fā)射不同顏色光的LED (發(fā)光二極管)陣列的 光源，以及用于控制該光源的光輸出的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于若干種原因，人們對具有彩色LED陣列的光源，也稱作RGBLED 光源，諸如白色發(fā)光光源或色彩可調(diào)光源，感興趣。例如，它們成本低 而效率高，并且其光輸出的色度可調(diào)節(jié).
然而，在LED與LED之間，LED的光輸出不同，并且對于每個LED 的使用壽命也不同。另外，LED的光輸出隨著溫度反向變化，并且對于 不同的顏色該變化也不同.為了使這種光源實現(xiàn)穩(wěn)定的光輸出已經(jīng)嘗試 了許多解決辦法。在這些解決辦法中，引入了不同類型的反饋控制。由 此，檢測光輸出并將該檢測用于控制LED的增能。在US6，127， 783中披 露了一種現(xiàn)有技術(shù)的解決辦法，其中白色發(fā)光光源具有電調(diào)節(jié)的色彩平 衡。該光源包括為紅、綠和藍色的每一種顏色的多個LED,并具有針對 每種顏色的分離電源，以及設(shè)置為檢測所有LED的光輸出的光電二極管 形式的光敏元件陣列。每種顏色的光輸出通過電子控制電路測量，該電 子控制電路使在一個序列的時間脈沖內(nèi)沒有被測量到的顏色的LED關(guān) 斷。每種顏色的被測量的光輸出與所需要的輸出進行比較，該比較可以 由用戶輸入確定，并對每種顏色的電流進行相應的校正。
由此提供的LED光的光反饋控制需要時間脈沖測量以測量每種獨立 LED光顏色的光輸出，或者甚至是對每個LED進行測量。這是由于這樣 的事實，即如果所有的LED都用于該混合，那么該光源的光輸出M射 到光敏元件陣列。時間脈沖耗費時間并且嚴重地限制了光源的最大榆出， 特別是對于包含大量LED的光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于消除或減少現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，并提供一種光源，其中使不同的LED光顏色或各個LED的光輸出分開而不必通過時間
脈沖方法的方式使它們在時間上分離。
該目的通過如權(quán)利要求1所限定的根據(jù)本發(fā)明的光源來實現(xiàn)。 由此，根據(jù)其一個方面，本發(fā)明涉及一種光源，其包括發(fā)射不同顏
色光的LED陣列，以及用于控制該光源的光輸出的控制系統(tǒng)。該控制系
該陣列的各個LED的輸出的控制單元，該檢測單元包含光敏元件陣列， 成像單元，以及處理單元。該成像單元設(shè)置在該光敏元件陣列的前面以 便其將所述LED陣列的圖像映射到所述光敏元件陣列上。將該光敏元件 陣列分為多個子區(qū)域，每個子區(qū)域檢測從單個所述LED輸出的光。該處 理單元連接到所述光敏元件陣列用于產(chǎn)生與所述子區(qū)域相對應的信號。
由于將光敏元件陣列分隔為多個子區(qū)域并以使源自單個LED的光照 射到一個子區(qū)域的方式在其上映射LED陣列的困像，因此能夠在檢測該 光輸出的同時使所有的LED發(fā)射并且還能夠分辨各種顏色的貢獻，甚至 是各個LED的貢獻。每個子區(qū)域由一個或多個傳感器陣列元件構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求2和3所分別限定的，所 產(chǎn)生的信號可以是每一種顏色的總信號，或者是單個信號，其對于每個 LED有一個信號。這些實施例在等價的應用中是有用的.
根據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求5所限定的，每個子區(qū)域 由多個像素構(gòu)成，即，單個LED在若干個像素上成像。這為該控制提供 了健壯性。
根據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求6所限定的，將內(nèi)反射， 而不是直接照明或者外部反射器，用于進行成像。由于沒有額外的組件 并且在光路上沒有遮擋物體是必需的，因此這是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求7所限定的，使用在兩種 不同折射率的介質(zhì)之間的界面處的自然存在的部分反射。由此，不需要 附加的反射器元件。
根據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求8所限定的，使光敏元件 陣列遠離準直器，并因此遠離準直器內(nèi)的LED,由此與設(shè)置在準直器內(nèi) 部相比，簡化了對LED陣列所產(chǎn)生的熱的熱絕緣。為了降低由于熱波動 而對光敏元件陣列產(chǎn)生的影響，該絕緣是合乎需要的。
凈艮據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求9所限定的，將光敏元件 陣列與LED并排設(shè)置。這是有利的，因為在準直器外面沒有光學組件，并且通過將這些光學組件提供為一個組件，它們更易于對準。
根據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求io所限定的，將成像光學
元件設(shè)置在光敏元件陣列頂部或靠近光敏元件陣列設(shè)置。由此可實現(xiàn)光 敏元件陣列面積的減小。這進而又減小了沒有用于發(fā)光的有效面積。注 意，盡管這樣，光敏元件面積的減小可能以較小的像素尺寸為條件，其 反過來可能取決于光敏元件陣列的類型。
根據(jù)本發(fā)明的光源的實施例，如權(quán)利要求ll所限定的，成像單元的 光學部件與準直器的壁的一部分嚙合或構(gòu)成準直器的壁的一部分。由此， 所有或至少主要部分的成像單元設(shè)置在該光源的外圍與該光敏元件陣列 結(jié)合。另外，與其他實施例相比，較大部分的反射光在準直器之外與光
敏元件陣列耦合，如權(quán)利要求12所限定的，其中該光學部件遠離該準直 器。
另一方面，在后一實施例中，該光學部件更易于安裝。 本發(fā)明的這些和其他方面將通過參考下述的實施例變得清楚并結(jié)合 下述的實施例進行闡述。
附圖簡要說明
現(xiàn)在參考附圖詳細描述本發(fā)明，其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的光源的第一實施例的示意性截面圖2是根據(jù)本發(fā)明的光源的第二實施例的示意性截面圖3是根據(jù)本發(fā)明的光源的笫三實施例的示意性截面圖4是根據(jù)本發(fā)明的光源的第四實施例的示意性截面圖；以及
圖5是在根據(jù)本發(fā)明的光源中使用的控制系統(tǒng)的實施例的示意性框圖。
具體實施例方式
參考圖l，光源101包括杯形支撐結(jié)構(gòu)103，多個LED芯片或LED109， 該支撐結(jié)構(gòu)103具有底板105和環(huán)繞壁107，該LBD芯片或LED 109安 裝在底板105的頂部上或安裝在中間的下支架(submount)上(即在光 源101的內(nèi)側(cè)上)。另外，光源101包括光學準直器111，以M射器113， 該光學準直器111設(shè)置在該杯形支撐結(jié)構(gòu)103內(nèi)并圍繞LED 109，并且 其是有刻面的并且是絕緣體，該反射器113設(shè)置在具有平坦表面115的 準直器111的頂部上，該平坦表面115與反射器113的對應平坦表面117接合。反射器113朝向其外端變寬為大于支撐結(jié)構(gòu)103的寬度的寬度， 并且被壁107的上端支撐。反射器113也是有刻面的并且用于對從光源 101發(fā)射的光輸出的最終光束進行整形和均勻化，即顏色混合。光敏元 件陣列119安裝在底板105上或安裝在與LED 109相鄰的下支架或PCB 上并位于底板的中心處，即在光源101的縱軸處。硅膠的主體121覆蓋 LED陣列和光敏元件陣列119。主體121具有與準直器111的折射率相匹 配的折射率，并構(gòu)成LED 109和準直器111之間的光接觸。成像單元123 設(shè)置在光敏元件陣列119的正前方一定距離處，即如上面

圖1所示.成 像單元123由光學部件組成，并且尤其是由透鏡組成，其定位在硅膠主 體121和準直器111之間的界面處。透鏡123的折射率高于包圍材料的 折射率。在可替換的構(gòu)造中，透鏡123的折射率可以低于包閨材料的折 射率，這需要另一種形狀的透鏡。光源101還包括如圖5的虛線所示的 控制系統(tǒng)501。
實際上很大程度上由PCB(印刷電路板)上的硬件構(gòu)成的控制系統(tǒng)501 也可以安裝在支撐結(jié)構(gòu)103的底板105上。控制系統(tǒng)501通過為LED 515 提供激勵的電源單元513連接到LED 109，在圖5中用515表示，并包 含檢測器單元，該檢測器單元包含對應于光敏元件陣列119的光敏元件 陣列505，以及連接到檢測單元505的處理單元506。框圖大部分是示意 性的，并且主要出于披露控制系統(tǒng)的某些部件的目的，并且其打算對于 所有結(jié)構(gòu)不同的實施例同等相關(guān)而不考慮不同部件的實際位置，存在不 同的可替換可用光敏元件陣列，諸如光電二極管陣列，CMOS傳感器或 CCD。這些光敏元件陣列可以包括彩色濾光器，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解 的那樣。
控制系統(tǒng)501還包括用于根據(jù)所檢測的光對光源503 (用虛線示出) 的光輸出進行控制的控制單元507和連接到控制單元507的參考產(chǎn)生單 元509?？刂茊卧?07包括比較器511。
控制系統(tǒng)501如下那樣運行。檢測單元505檢測光源503的光輸出。 如上面解釋的那樣，被檢測的光是LED陣列515的圖像，其典型地由光 源503的內(nèi)反射光形成。檢測單元505的光敏元件陣列具有多個子區(qū)域， 其中每個子區(qū)域接收單個LED 515的光。處理單元506產(chǎn)生表示不同子 區(qū)域的照明(即不同LED 515的光輸出)的輸出信號。在比較器511中， 輸出信號(即實際值)與參考單元509產(chǎn)生的參考信號(即所需要的值) 進行比較。通過控制單元507對結(jié)果進行處理，控制單元507根據(jù)比較的結(jié)杲(即依賴于比較的結(jié)果)為電源單元513產(chǎn)生控制信號。由此， 可以借助于控制系統(tǒng)50個別地控制每個LED的光輸出，可替換地，LED 515 并不都是個別地驅(qū)動，而是成組地驅(qū)動，由此簡化了 LED的布線方案， 即減少了驅(qū)動通道的數(shù)量。在這種情況下，這些組的LED的光輸出可以 借助于控制系統(tǒng)501獨立地控制。
在圖2中示出了另一實施例。與圖1的實施例的不同在于將透鏡221 靠近光敏元件陣列219設(shè)置。
可替換地，在圖1和2所示的實施例中，將遮光元件設(shè)置在光敏元 件陣列119、 219和環(huán)繞LED 109、 209之間以確保阻止直接來自相鄰的 LED的光到達傳感器(即沒有在界面115、 215處反射就到達傳感器的光)。 這可以通過具有至少等于LED 109、 209的高度的高度的薄的遮光(優(yōu)選 為反射)壁來實現(xiàn)。
在圖3中示出了另一實施例。與上迷實施例相比，光敏元件陣列319 安裝在準直器311外部并且成像單元(即透鏡321)占據(jù)了準直器壁325 的一部分。換句話說，將透鏡321設(shè)置在準直器311和包圍介質(zhì)之間的 界面處，該介質(zhì)為空氣。優(yōu)選地，透鏡321與準直器311的模制同時構(gòu) 成。此處，首先使從LED 309發(fā)射的光在與透鏡321相對的壁325上部 分地反射，然后在到達透鏡321之前在準直器311的輸出表面315的內(nèi) 側(cè)反射。在本實施例中存在用于LED而不存在占據(jù)空間的任何光敏元件 陣列的全空間。另一方面，其需要光敏元件陣列319的精確對準以便得 到LED陣列309的良好圖像映射。
在圖3a中示出了另一實施例。其與圖3所示的實施例的不同僅在于 將透鏡移動到該被檢測的光僅被部分反射一次的位置。換句話說，通過 檢測器319檢測僅在界面315處反射的光。這種構(gòu)造使得能夠進行準直 器311和/或反射器313的其他光學設(shè)計.
在圖4中示出了另一實施例。與圖3的實施例相比其不同僅在于將 透鏡421靠近光敏元件陣列419設(shè)置，正好與圖2所示的上述實施例類 似。該靠近也可以用于圖3a的實施例。上面，已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的 光源的實施例，這些僅被看作非限定性的實例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理 解的那樣，在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠有許多改進和進一步的可替換實施例。
例如，處理單元可以產(chǎn)生不代表個別LED而代表個別光顏色的輸出 信號。然后將代表具有相同的發(fā)射光顏色的LED的信號通過該處理單元 組合。可替換地，該組合可以在檢測單元內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)，以便增加接收相同顏色的光的不同子區(qū)域產(chǎn)生的信號并提供從檢測器單元輸出到處理單 元的單個信號。
該成像單元可以包含多個透鏡和其他組件，也可以完全沒有透鏡而 用其他成像元件取代。
在圖3和4所示的實施例中，可以在成像元件和傳感器陣列之間提 供針孔以減少對不想要的光(背景或雜散光)的檢測。
另外，從成像元件到傳感器陣列或從針孔到傳感器陣列的光路可以 被光學遮蔽以防止傳感器陣列對還沒有穿過成像元件或針孔的光進行檢 測。
在可替換實施例中，將針孔用于對傳感器陣列上的光電二極管成像。 該針孔可以是在安裝在準直器和傳感器陣列之間的另外的遮光介質(zhì)內(nèi)的 小的透光區(qū)域。在這種情況下，沒有透鏡被用作成像元件。可替換地， 針孔是在提供到準直器的外側(cè)表面上的反射層內(nèi)的小的透光區(qū)域。在又 一構(gòu)造中，針孔是在實際上形成準直器的反射器內(nèi)的小的透光區(qū)域.在 后一情況下，與LED光學接觸的絕緣體具有圃頂形狀，即絕緣體具有遠 離與LED和安裝板和/或下支架相接觸的側(cè)面的凸的外表面(朝向遠離 LED),該圃頂位于準直反射器內(nèi)。在這種情況下需要附加的光學元件以 提供一些反射光用于檢測該照明系統(tǒng)的光輸出，例如通過在準直器和(笫 二)反射器之間提供玻璃板。該玻璃板可以具有平坦的底表面以提供傳 感器陣列的鏡面反射，以及或者平面或者粗糙的頂表面。粗糙的頂表面 給出了進一步提高LED發(fā)射的光的混合的可能性，并由此提高了照明系 統(tǒng)發(fā)射的光的均勻性?？梢栽卺樋缀蛡鞲衅麝嚵兄g提供附加的光學元 件(即， 一個或多個透鏡)以將圖像的尺寸調(diào)節(jié)到傳感器陣列的大小。 在后一情況下，可以在該附加的光學元件和傳感器陣列之間再提供笫二 針孔以減少對不想要的光的檢測。
由此，如通過上面的實施例所解釋的，由于將光敏元件陣列分隔為 多個子區(qū)域并且以這樣的方式在其上映射LED陣列的像，使源自單個LED 的光照射一個子區(qū)域，將不同LED光顏色或個別LED的光輸出分離而不 必通過時間脈沖方法的方式將其在時間上分離。
注意，出于本應用的目的，并且特別是關(guān)于附加的權(quán)利要求，術(shù) 語"包括"并不排除其他元件或步驟，術(shù)語"一"并不排除多個，其 實質(zhì)上對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。另外，如本領(lǐng)域技術(shù)人 員所理解的那樣，至少一部分上述硬件也可以通過軟件來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1. 一種光源，其包括發(fā)射至少一種顏色光的LED的陣列，以及用于控制該光源的光輸出的控制系統(tǒng)，其中該控制系統(tǒng)包括檢測該光源的光輸出的檢測單元和利用來自該檢測單元的信息控制所述陣列的各個LED的輸出的控制單元，所示檢測單元包括-光敏元件陣列；以及-成像單元，其設(shè)置在所述光敏元件陣列前面以便其將所述LED陣列的圖像映射到所述光敏元件陣列上；其中將所述光敏元件陣列分為多個子區(qū)域，其每個子區(qū)域檢測從所述LED中單獨一個輸出的光；以及-處理單元，其連接到所述光敏元件陣列用于產(chǎn)生與所述子區(qū)域相對應的信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的光源，其中所述產(chǎn)生的信號中的每一個對應于 不同的LED光顏色。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光源，其中所述產(chǎn)生的信號中的每一個與 單個LED的光輸出相關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光源，其中所述產(chǎn)生的信號中的每一個與 發(fā)射相同顏色光的一組LED的光輸出相關(guān)。
5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的光源，其中所述子區(qū)域中的每一個由光 敏元件陣列的多個像素構(gòu)成。
6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的光源，其中將所述成像單元定位為將光 源的內(nèi)反射光聚焦到光敏元件陣列上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的光源，其中該光源還包括具有輸出端表面的準 直器，該光源的一部分光輸出在該輸出端表面處被朝向該成像單元反射。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的光源，其中該光敏元件陣列設(shè)置在距該準直器 一定距離處。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的光源，其中該光敏元件陣列設(shè)置在該LED之間。
10. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的光源，其中所述成像單元包括靠近該 光敏元件陣列設(shè)置的光學部件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8的光源，其中所述成像單元包含構(gòu)成該準直器 和該周圍環(huán)境之間的界面的光學部件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8的光源，其中該成像單元包含距該準直器一定 距離設(shè)置的光學部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的光源，其中該光學部件靠近該光敏元 件陣列設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光源，其包括發(fā)射至少一種顏色光的LED的陣列，以及用于控制該光源的光輸出的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括用于檢測該光源的光輸出的光敏元件陣列。成像單元設(shè)置在該光敏元件陣列的前面以便其將所述LED陣列的圖像映射到所述光敏元件陣列上。將該光敏元件陣列分為多個子區(qū)域，每個子區(qū)域檢測從單個LED輸出的光。該控制系統(tǒng)將該子區(qū)域的輸出用于控制該光源光輸出。由此，能夠?qū)Σ煌琇ED光顏色或各個LED的光輸出起作用而不必通過時間脈沖方法將其在時間上分離。
文檔編號F21V23/00GK101438093SQ200580039602
公開日2009年5月20日 申請日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者C·G·A·霍倫, E·J·梅杰, E·蒂默林, J·P·M·安森斯, R·德科 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司