CN101238359A - 用于聚集和检测照明装置发出的光的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于聚集和检测从多个发光元件发出的光的方法和装置。这些发光元件经分组为一个或多个发光元件的两个或两个以上群集，该群集经配置以使得从每个群集发出的一部分光直接入射在中心轴上，其中，沿中心轴的每个点与每个群集的距离相等。将同样具有与其相关联的中心轴的光聚集构件进行放置使得群集的中心轴与光聚集构件的中心轴一致。光聚集构件聚集从每个群集聚集大体上相等部分的光，然后将聚集到的光传播至检测构件，该检测构件包括用于对表示由群集发出的光的电信号进行转换的光学传感器。可将由光检测构件所提供的电信号反馈给用于控制由发光元件所发出的光的特性的控制器。

Description

用于聚集和检测照明装置发出的光的装置和方法

技术领域

本发明涉及照明系统的领域，更具体地，涉及一种用于聚集和检测从一个或多个发光元件发出的光以提供包括照明反馈控制特征的方法和装置。

背景技术

半导体发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)的开发方面的最新进展已使得这些固态设备适用于一般照明应用，这些应用包括(例如)建筑、娱乐和道路照明。同样，这些设备正在变得愈加可与诸如白炽、荧光和高强度放电灯的光源相比较。鉴于包括效率、低成本和独立调节光输出的色度和亮度的能力的若干原因，具有红色、绿色、蓝色、琥珀色的多色发光部件和/或其他有色LED以及具有各种色温的白色LED的发光体引起特别注意。

需要用LED技术解决的重要问题之一是设备特征(诸如，光输出、主波长和正向电压)的变化。这些参数波动是因为制造条件的变化。这些参数同样强烈依赖于温度。然而，可确定参数随温度的改变，温度依赖性对于每个颜色而言并非为统一的。为了使得这个情况更进一步地复杂，设备特征同样在LED的寿命周期期间改变。

为了控制基于LED的光源的光输出，必须精确地监控总的传送的光。此要求以来自每个光源的光强度的已知部分截断传感器中的一个或多个的方式来放置光传感器(例如，光电二极管或其他类型的光检测设备)。此外，感测到的光量必须足以确保用于反馈回路的运作的良好信噪比以控制光源的功能性。

例如，第6,741,351号美国专利披露了一种用于安置一个或多个红色、绿色或蓝色光电二极管以检测来自LED光源(包括红色、绿色和蓝色LED的阵列)的光的方法。从每个LED取样光的相等部分以用于精确监控总的光输出，使用反射元件改变从LED到光电二极管的光的方向来执行监控。通过脉冲调制LED并随后使用特殊光电二极管或与光电二极管组合的滤色器来顺序地测量个别颜色，以检测来自LED的光。然而，LED和光学部件的配置可导致LED与光电二极管之间的光学路径长度比较大，此可导致检测到的信号不精确。此外，此配置导致了光源的总尺寸比较大。

美国第6,803,732号专利披露了一种具有多个LED链的LED阵列，每个LED链具有至少一个LED且并联。LED阵列具有至少一个输出以用于将所产生的辐射反馈给电源单元。将至少一个参考LED链与所述LED链并联且提供感光组件，该感光组件检测参考LED链所发出的辐射。感光组件以依赖于参考LED链所产生的辐射的方式产生一个测量信号，该信号用于对电源单元提供反馈。

美国第6,498,440号专利披露了一种能够利用多个光源来产生所要结果色调且包括一个处理器、一个存储器和多个光源和一个检测器的照明器组件。所述存储器连接至所述处理器且储存数据和信息。多个光源中的每一个连接至所述处理器且产生不同颜色。处理器能够独立控制每个光源的强度以产生所要结果色调。检测器同样连接至处理器。检测器对处理器提供信息，该处理器在确定如何调节每个光源的强度时利用这些信息以提供所要结果色度。

美国第6,614,358号专利披露了一种理想地适用于具备光学反馈的流量控制(Traffic Control)信号以较佳通过检测来自集中于LED阵列上的扩散器的反向散射光来实现恒定光输出的固态光装置。控制逻辑允许单独驱动LED，且在设备的寿命过程中，使得其驱动特征随时间改变以确保在符合DOT标准的强度产生统一的光束。光学反馈同样建立与感测到的环境光的功能统一的光束强度等级以辨别白天和黑夜操作。

美国第20030087231号专利申请披露了一种控制提供给投影系统中的一个或多个发光二极管的功率的方法，包括测量来自一个或多个发光二极管的光输出。至少基于测量出的光输出，修改提供给发光二极管中的至少一个的功率。

美国第6,689,999号专利披露了一种发光二极管照明装置，该装置包括：用于提供固定直流电的电源；用于发光的发光二极管头；和用于调节所述头上的所述光输出的程度并补偿改变所述功率头中的所述光的作用的效率的控制器，藉此该控制器接收用于光学反馈稳定性、温度补偿和短期电流改变的检测的信号以调节所述光和效率。

美国第5,783,909号专利披露了一种用于维持发光二极管(LED)的照明强度的电路，该电路包括用于产生照明强度的至少一个发光二极管(LED)；用于感测与LED的照明强度成比例的情形并用于产生照明强度信号的传感器；电性连接至LED以用于将电能的脉冲供应给LED的电源；且其中该电源包括对照明强度信号敏感的切换设备以用于调节由每个时间单元的脉冲所供应的电能以调节通过LED的电流的均衡以将LED的照明强度维持在预定程度。在一个实例中，传感器包括用于感测LED的操作温度的改变的构件。在第二实例中，传感器包括用于感测LED的照明输出的改变的构件。由每个时间单元的脉冲所供应的电能通过改变频率、改变脉冲宽度、频率和宽度的组合货调节AC正弦波型内的脉冲的相位中的任意一个来调节。

美国第5,471,052号专利披露了一种传感器系统，该系统用于使用两个或两个以上不同特征色度的主要光源和一个主要感光元件(其在反射离开目标物件之后从光源接收光)和一个次要感光元件(其在反射离开目标之前从光源接收光)来识别物件的颜色。沿着从物件反射的光来确定主要光源的光的颜色。两个信号的适当处理产生物件的颜色。或者，可将所反射的光用于反馈回路中以控制主要光源。使用光导纤维束(其可为分离的)将从光源发出的光带到物件，并将光指向测量光并使用信号来调节光源的输出的次要接收器。同样可将该次要接收器放置于具有光源的光盒中。此外，光导纤维束以及具有直接在光源对面的传感器都可导致系统的总尺寸不必要地大。

美国第5,838,451号专利披露了一种具有固态发射器和检测器以测量从物件反射或通过物件透射的光的光谱强度分布的装置。同样，在此发明中，使用光学部件，以在光入射到检测器上之前改变光的方向。此外，此发明的实施例使用基于温度的反馈回路以控制由固态发射器所发出的光，此要求系统组件的精细校准。

美国第6,127,783号专利披露了一种具有彩色的红色、绿色和蓝色中的每一个的LED的白光光源。光导纤维聚集由LED发射的光的一部分且将其指向提供用于反馈控制电路的输出的光电二极管，该反馈控制电路控制通过LED的电流。控制电路关闭LED以获得在一系列时间脉冲中未测量的颜色且将每个颜色的测量出的光输出与所需输出相比较。具有了这样的配置，每个LED与光电二极管之间的路径长度可显著变化进而导致了检测到的信号的不精确。

美国第5,739,915号专利披露了一种经设计为将颜色文件扫描至电信号中以复制颜色文件的电光系统。该电光系统包括用于产生白光束以照明待扫描的颜色文件的白光源。使用由棒形透镜的至少第一行、第二行和第三行组成的自聚焦透镜阵列来将从颜色文件反射的光聚焦至线性光电传感器阵列上。为了将所反射的光分离为RGB分量，将第一条红色滤光薄膜附着至棒形透镜的第一行的一端；将第二条绿色滤光薄膜附着至棒形透镜的第二行的一端；且将第三条蓝色滤光薄膜附着至棒形透镜的第三行的一端。通过自聚焦透镜阵列的光导致线性光电传感器阵列产生表示所反射的光中红色、绿色和蓝色分量的量的电信号。颜色过滤薄膜为低成本的且易于组装，从而允许电光系统的制造成本得到显著地降低。

虽然存在用于聚集由诸如LED的光源所产生的照明的许多先前技术方法和系统，但是这些先前技术系统的设计通常为复杂的且可具有不精确的检测信号。因此，例如，需要一种用于聚集和检测来自光源的光的新方法和装置以用于对光源进行反馈和控制。

提供此背景信息以披露本申请人所认为的可能与本发明相关联的信息。这些并非意欲对本发明的许可范围进行任何限制，也不应用于对本发明的许可范围进行解释，前述任何信息只是构成相对于本发明的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于聚集和检测由发光装置所发出的光的装置和方法。根据本发明的一个方面，提供经配置为用于进行光聚集和检测且经调适为连接至电源的发光装置，该发光装置包括：一个或多个用于光发射的发光元件中的两个或两个以上群集，所述群集围绕第一中心轴配置且每个群集大体上与该第一中心轴等距；用于聚集由所述两个或两个以上群集中每个发出的光的一部分的光聚集构件，该光聚集构件具有第二中心轴，该光聚集构件经放置以使得该第二中心轴与该第一中心轴对准；和光连接至该光聚集构件的光检测构件，该光检测构件用于接收光的该部分且将光的该部分转换为表示该光的电信号。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于聚集和检测由发光元件的两个或两个以上群集发出的光的方法，该方法包括以下步骤：提供光连接至两个或两个以上群集的光聚集构件和光连接至该光聚集构件的光检测构件，所述两个或两个以上群集围绕第一中心轴配置且每个群集大体上与该第一中心轴等距，该光聚集构件具有第二中心轴且该光聚集构件经放置以使得该第二中心轴与该第一中心轴对准；使用该光聚集构件来聚集由发光元件的所述两个或两个以上群集中的每个发出的光的一部分；和使用该光检测构件来检测光的该部分且将光的该部分转换为表示该光的电信号。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的群集和光传感器的配置的俯视图。

图2示出了根据本发明的另一个实施例的群集和光传感器的配置的俯视图。

图3A示出了根据本发明的一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

图3B示出了图3A的实施例的俯视图。

图4A示出了根据本发明的另一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

图4B示出了图4A的实施例的俯视图。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

图6示出了根据本发明的另一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

图7示出了根据本发明的另一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

图8示出了根据本发明的另一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

图9A示出了根据本发明的另一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

图9B示出了图9A的俯视图。

图10示出了本发明的一个实施例的用于使所聚集的光重指向光传感器并拒绝环境光的光学元件的透视图。

图11示出了根据本发明的一个实施例的用于聚集检测光的系统的一部分的横截面图。

图12示出了图10中连接至与发光元件的群集相关联的光学部件的的光学元件的特写。

图13A示出了根据本发明的一个实施例的光聚集和重指向光学部件的第一纵向横截面配置。

图13B示出了根据本发明的一个实施例的光聚集和重指向光学部件的第二纵向横截面配置。

图13C示出了根据本发明的一个实施例的光聚集和重指向光学部件的第三纵向横截面配置。

图14示出了根据本发明的另一个实施例的用于聚集和检测光的系统的横截面图。

具体实施方式

定义

使用术语“发光元件”来定义在任何区域或电磁谱的区域的组合(例如，可见区域、红外和/或紫外区域)中发出辐射的任何设备，所述设备通过(例如)将电位差施加于其上或使电流通过其中来实现启动。因此，发光元件可具有单色、准单色、多色或宽带频谱发射特征。如将由本技术领域人员容易地了解，发光元件的实例包括半导体、有机或聚合物/聚合体发光二极管、涂有光学抽吸磷光体的发光二极管、光学抽吸纳晶体发光二极管或任何其他类似的发光设备。另外，使用术语发光元件来定义发出辐射的特定设备，例如LED冲模(die)，且同样可用以定义发出辐射的特定设备连同其内放置有特定设备的外壳或包装的组合。

可交换地使用术语“光”和“颜色”来定义在特殊区域或电磁谱的区域的组合(例如，可见区域、红外和/或紫外区域)中的特殊频率或频率范围的电磁辐射。

如本文中所使用，术语“约”指与正常值偏差+/-10％。将了解，在本文提供的任何给定值中始终包括此偏差(无论是否特别提及该值)。

除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与此项技术(此发明属于此项技术)的一般技术人员中的任何人所共同了解的意义相同的意义。

本发明提供用于聚集和检测从多个发光元件发出的光的方法和装置。所述多个发光元件经分组为一个或多个发光元件的两个或两个以上群集，所述群集经配置以使得从每个群集发出的一部分光直接入射于中心轴上，其中沿所述中心轴的每个点与每个群集等距离。相对于每个群集之间的距离而言，通常将每个群集内的发光元件放置得彼此靠近。对于群集的所有发光元件而言，入射于沿中心轴的每个点上的来自每个发光元件的光的光学路径长度大体上是相等的。同样具有与中心轴相关联的的光聚集构件经放置得使得群集的中心轴与光聚集构件的中心轴一致。光聚集构件聚集来自每个群集的光的大体上相等部分且将聚集到的光传播至光检测构件，该光检测构件包括一个或多个光学传感器以用于转换为表示由群集所发出的光的电信号。因此，本发明在从每个群集到光检测构件之间提供大体上相等的光学路径长度，且可确保光聚集构件将来自每个群集的光的大体上相等的部分传播至光检测构件。

在一个实施例中，可将光检测构件所提供的电信号反馈至用于控制(例如)由发光元件所发出的光的特性的控制器。如将容易地了解，可要求控制器的校准以根据从光检测构件获得的电信号来确定诸如由两个或两个以上群集所发出的光的通量、色度和色温的特性。

例如，如图1中所说明，可用圆形设计来配置发光元件703的六个群集710，从而使得在通过圆形700的中心709的轴上的每个点与每个群集之间的距离为等距离。将光学传感器702放置于穿过圆形700的中心709垂至于群集的平面的轴上，且将光学传感器702用以聚集与检测从群集710发出的光。

图2根据本发明说明群集的配置的另一实例，其中以每个群集之间角距为120°的圆形设计来配置发光元件群集810且同样以每个光学传感器之间角距为120°的圆形设计来围绕圆形800配置光学传感器802。圆形800和8000中的每一个的中心轴一致且通过彼此的中心。因此，尽管每个光学传感器可聚集来自每个群集810的光的不同部分，但是光学传感器802一起作为一个组来聚集来自群集810中的每一个的光的大体上相等部分。此项技术的一般技术人员将容易地了解群集和光学传感器的其他配置，此可确保来自每个群集的光的大体上相等部分由一组光学传感器聚集。

如将容易地了解，发光元件群集、光聚集构件和光检测构件的许多配置为可能的。发光元件由电源启动且控制器可用以控制电源的电平和类型，该控制器大体上控制诸如从(例如)发光元件群集所发出的光的光通量、辐射通量和色度的性质。

本发明可通过一起检测来自所有群集的光替代轮流检测方法(如此项技术的当前状态中所常见)来减少光检测构件(例如，光传感器)的数目。对光检测构件的简化可提供在制造成本和零件方面的减少。

根据本发明的发光元件的群集的配置在于可使得发光元件与一个或多个光学传感器之间的路径长度变小，从而使得杂散光成为可能，或者使得(例如)可导致减少光检测的不精确的其他作用成为可能。此外，本发明的实施例可通过将光学传感器放置于接近群集的中心轴或放置于群集的中心轴上来使得减少组件的数目且从而使得减小发光系统的总尺寸成为可能。另外，本发明的实施例允许在诸如印刷电路板(PCB)的单一基板上实施发光元件、一个或多个光学传感器和任何反馈回路电路的群集。此外，通过将单一光学传感器用于光检测，因而开发出的反馈回路可比通过使用轮流检测方法定义的反馈回路快。

发光元件可为各种类型，例如，如将容易地了解，其可为LED、小分子有机LED(OLED)，聚合物LED(PLED)或任何其他主要或次要发射发光元件。群集内的发光元件可发出各种颜色，例如，每个群集可含有红色、绿色和蓝色或红色、绿色、蓝色和琥珀色发光元件以用于产生白光或发光元件(例如，涂有磷光体的LED)也可发出各种色温的白光。

光聚集

在本发明的一个实施例中，光聚集构件可包括用于执行提取(Extract)、聚集来自发光元件的群集的光并将其指引至光检测构件中的一个或多个的光学或其他构件。在一个实施例中，来自发光元件的群集的光可直接入射于放置有检测构件的中心轴上的点上，其中所述点可由群集的配置来限定。在一个实施例中，可通过光学传感器来聚集光，且因此，光学传感器提供聚集构件与检测构件。

在另一个实施例中，可将来自发光元件的光朝着由群集配置确定的中心轴上的点指引，且随后将其重指向至光检测构件。例如，来自群集的光可入射于与由群集配置确定的中心轴上的点一致的窗上，且随后将其指引至从那个位置移除的光学传感器。

在一个实施例中，发光元件的群集包括用于将光指引到各种需要的方向上的额外光学部件。与群集相关联的群集光学部件可确定光聚集构件所聚集的光量。在本发明的一个实施例中，如此项技术的一般技术人员将容易地了解，群集光学部件可包括诸如混合抛物线聚集器(CPC)的电介质总内部反射型聚集器(DTIRC)，或可包括诸如反射CPC的镜面型反射光学部件，或可包括光管或反射、DTIRC和折射或其他光学部件的组合。当使用DTIRC或其他此类光学部件时，光学部件的侧面漏出的光可足以提供群集所发出的光的足够辐射强度级以使得聚集与检测成为可能。

在一个实施例中，当(例如)需要较高光级时，DTIRC或其他群集光学部件可经设计以使得在所需位置可产生群集光学部件中的“缺陷”或集成特性，将光指向朝向光检测构件或增加(例如)光学部件漏出的光的级别。可在群集光学部件中模制在群集光学部件中制造的集成特性，或(例如)可将该特性机器制造至群集光学部件中或附着至群集光学部件。

在一个实施例中，光聚集构件可全部或部分与群集光学部件结集成。在一个实施例中，光聚集构件包括经配置以与群集光学部件匹配以提取由群集的发光元件所发出的光的一部分的光提取光学部件。该光提取光学部件可将光的所述部分直接指向至光检测构件。

在一个实施例中，光聚集构件包括与群集光学部件光耦合以提取由发光元件所产生的光的一部分的光提取光学部件。光聚集构件还包括光耦合至光提取光学部件的光聚集光学部件，其中光聚集光学部件聚集光的所述部分且将其指引至光检测构件。

在一个实施例中，可使用包括光聚集光学部件或光聚集光学系统的光聚集构件来聚集由群集所发出的光的样本，该光聚集光学系统光耦合至群集且经设计以从每个群集获得少量光并将该光指引至光检测构件，以使得来自每个群集的大体上相等量的光入射于光检测构件上。所述光聚集光学部件可为固体或空心光管，可具有折射和/或反射光学元件且可(例如)具有漫射或镜面反射表面。所述光聚集光学部件可提供用于聚集光并将光指引至光检测构件的构件。在本发明的一个实施例中，所述独立光聚集光学部件还可混合所聚集到的光。

在本发明的一个实施例中，位于光聚集光学部件内的光学元件(例如，透镜)可用以提供用于将由光聚集光学部件聚集的光集中和/或聚焦于光检测构件上的构件。此集中过程可增加入射于光检测构件上的光量，藉此可增加光检测构件的精确度。

在一个实施例中，位于光聚集光学部件内的光学部件可将光聚集光学部件的出口孔径重新成像于光检测构件上，藉此减少噪声级并增加至光检测构件上的光通量。

在本发明的另一个实施例中，可将滤光器放置于沿光聚集光学部件的长度的位置处。例如，可将该滤光器放置于光聚集光学部件的的顶部、底部或中部。该滤光器可为中性滤光器以降低总信号级或诸如红外滤光器、紫外滤光器或彩色滤光器的选择滤光器以选择性地阻挡电磁频谱的区域。滤光器类型的选择可基于其所要滤光能力和特定应用的要求(例如，光学传感器的类型)。例如，日光和由白炽和荧光源发出的光含有显著的红外含量，这会影响光检测构件，且因此可需要使用红外滤光器的抑制。

在一个实施例中，可将滤光器并入光检测构件中。例如，可使用具有涂成红色、绿色、蓝色、琥珀色或红外辐射的彩色滤光器的硅光电二极管来检测聚集到的光的选定部分。

在本发明的一个实施例中，单一光提取光学部件可经配置为发光元件的一个或多个群集共用的。例如，在包括多个群集的光源中，可使用单一光提取光学部件来定形从每个群集发出的光束且取样由每个群集发出的光。在一个实施例中，此光提取光学部件可用以支持所有或部分光聚集光学部件或形成所有或部分光聚集光学部件。

在本发明的一个实施例中，光聚集构件包括可用以限制环境光的检测的光阻挡元件(例如，光学或其他结构)。例如，不透明或反射元件可经放置以使得阻止所有或部分环境光进入光聚集光学元件和/或阻止其到达光学传感器。

在本发明的一个实施例中，光聚集构件包括经配置以提取来自群集的光并阻挡环境光到达光检测构件的光学元件。在一个实施例中，此光学元件可由具有上表面涂覆不透明物的透明材料形成。在一个实施例中，该光学元件可经放置以提取来自与群集相关联的群集光学部件的光并将该光指引至光聚集光学部件中。涂覆于此光学元件的上表面上的反射不透明物可经配置以在抵制环境光的同时将来自群集的光反射至光聚集光学部件中并朝向光检测构件。

光检测

可将各种类型的光学传感器用作能够检测来自群集的光的光检测构件。例如，如此项技术的一般技术人员将容易地了解，光学传感器可为半导体光电二极管、光电传感器、LED或其他光学传感器。此外，光学传感器可经配置以检测一个或多个频率范围的光。

可使用不同光学传感器来检测不同频率范围的光，例如，对红光敏感的特殊光学传感器可用以检测群集发出的光的红色部分，而对绿光或蓝光敏感的其他光学传感器可分别用以检测光的绿色或蓝色部分。另外，可使用一个或多个彩色滤光器来为朝向光学传感器的方向选择特定波长范围。可将滤光器放置于光检测构件(例如，硅光电二极管)上。

在一个实施例中，光检测构件可包括多于一个的光学传感器以将来自一个或多个发光元件的一个或多个群集的光转换为电信号。可将光学传感器放置于任何需要的位置处，例如，在沿着或围绕由群集配置所确定的中心轴的任何点处、在此中心轴上或围绕此中心轴的多于一个点处、安装有群集的基板中、在群集外围或在相同平面或与群集交替的平面中的另一位置处。

在一个实施例中，光学传感器可聚集并检测发光元件的一个或多个群集所发出的光。此外，光学传感器的放置可利用群集配置的对称性藉此消除对额外光聚集光学部件的需要。

图3A和3B说明本发明的一个实施例，其中图3A说明横截面图且图3B说明其俯视图。包括有四个发光元件103的群集110以圆形设计配置，且在与发光元件的群集相同的基板105上，光学传感器102被放置于沿由群集配置所确定的中心轴的点上。每个群集110具有与其相关联的群集光学元件107以用于将来自发光元件103的光朝着可包括扩散器的输出窗104指引。额外光提取光学元件106(例如，所设计的缺陷或光导或光反射管)可增加来自发光元件103的光的提取并指向从群集提取的光以使得足够部分的光入射于光学传感器102上。在图4A和图4B中分别说明不具有光提取光学元件的实施例的横截面图和俯视图。

在一个实施例中，群集光学元件107的预定部分或所有由诸如丙烯酸或任何其他聚合材料的透明材料形成，且因此可以不需要光提取光学元件106，因为光可通过透明材料从群集漏出且变得入射于光学传感器102上。

在一个实施例中，如果群集光学元件107经设计得在需要位置具有缺陷(例如，经机器制造或经模制的有洞)藉此增强来自发光元件103的光的提取，那么可以不需要光提取光学元件106。基板105可为(例如)PCB，且可包括用于将来自光学传感器102的信号反馈至发光元件的控制电路(未图示)的反馈回路，此可展示于基板105上。

在一个实施例中，为了保护光学传感器免受环境光，可将不透明元件101耦合至图3A中所说明的输出窗104的下侧。可将该不透明元件101放置于沿光学传感器102与输出窗104之间的轴120的任何位置，假设该输出窗104可被支撑且使得其不干扰光学传感器102与光提取光学元件106之间的光学路径。图4A说明用于将不透明元件101支持于输出窗104的水平下的支撑结构。当环境光的强度足够小的时候，可以不需要不透明元件101。

图5说明本发明的另一个实施例，其中窗204捕获从基板205上的群集210发出的光的一部分且光学连接至光提取元件201(诸如，光管)。来自群集210的一些光在窗204中传播，且中心对准的光提取元件201提取所述光的一部分且将其指引至光学传感器202。以此方式，将来自群集210的光指向至光学传感器202并藉此将其聚集和检测。与每个群集相关联的群集光学部件207可提供由发光元件所产生的光的视准，藉此形成(例如)光束。光学传感器202将检测到的光转换为表示入射光(其提供由群集210所发出的光的强度的指示)的电信号。可将所述信号反馈给群集210内的发光元件203的控制电路。可将不透明元件放置于窗204和光学传感器202上以阻挡环境光直接进入光学传感器。

图6说明本发明的另一个实施例，其中群集310经几何配置且来自发光元件303的光由群集光学部件307定形为光束。将还可包括额外光束定形元件(诸如，扩散器)的窗304放置于群集光学部件307上。当所述光的大部分穿过窗304，所述光的一部分可被俘获于所述窗中且沿着所述窗传播。例如，诸如空心或固体光管的光导308随后可将光指引至基板305上的光学传感器302。由于群集310的该配置，所以从每个发光元件将大体上相等量的光聚集于所述窗304中且将这些光指向光学传感器302。

在一个实施例中，可将多于一个光学传感器放置于群集外围，其中每个光学传感器与中心点之间具有不变的角度。例如，三个光学传感器可经放置分开120°。当与检测所聚集到的光的单一光学传感器相比时，以此配置的光学传感器的放置可从每个群集到所有信号之间提供相对相等的光贡献。

图7说明本发明的另一个实施例，其中群集510经几何配置且围绕发光元件503的群集光学元件507由不透明材料形成。可将不透明材料涂覆反射材料以有效地指引光。在每个群集光学元件507中存在洞(可为钻孔的或机器制造的通道)，以使得允许来自发光元件503的一部分光通过与所述洞相关联的光导517进入光聚集光学部件511。光导517可经放置以使得其允许由发光元件503所产生的光到达光聚集光学部件511同时减少环境光的影响。光导517的壁可为扩散的或镜面反射的。可在光聚集光学部件511的顶上覆盖经配置以防止环境光进入光聚集511的光学元件501。光聚集光学部件可提供用于将所聚集的光指向朝向光学传感器的构件，且在一个实施例中，光聚集光学部件可额外地提供用于进一步混合所聚集的光的构件。光学元件501还可经设计以将光朝着(例如)光学传感器502指引。另外，滤光器或如将容易地了解的其他构件可与光学传感器结合使用以减少总通量或特定频谱范围内的通量并藉此调节光学传感器所检测到的照明程度。

图8说明本发明的另一个实施例，其中群集810经几何配置且围绕发光元件803的群集光学元件807由不透明材料形成且可将透明透镜812放置于每个群集的顶部。少量光可从每个透镜812的边缘漏出且可向下透射至集中于光聚集光学部件811中的光学传感器802。在装配环中含有透镜812，所述装配环具有间隙以允许其中俘获的一些光从透镜的边缘漏出并进入光聚集光学部件811中。可在光聚集光学部件811上覆盖经配置以防止环境光进入光聚集光学部件中的光学元件801。所述光聚集光学部件可提供用于将所聚集的光朝着光学传感器指引的构件，且在一个实施例中，光聚集光学部件可额外地提供用于进一步混合所聚集的光的构件。光学元件801还可经设计以将光朝着(例如)光学传感器802指引。类似地，光聚集光学部件811(包括放置于光聚集光学部件上的光学元件801)的所有壁可以是扩散的或镜面反射的且可根据需要来定形。由于群集810的配置，所以从每个发光元件803聚集到大体上相等量的光且将所述光指向光学传感器802。

图9A和图9B说明本发明的另一个实施例，其中群集910经几何配置且围绕发光元件903的光学元件907由不透明材料形成。群集光学元件907提供用于视准(Collimating)和混合由发光元件所产生的光的构件。可将透明透镜912(例如，平凸透镜)光学放置于与每个群集相关联的群集光学元件907上。光提取光学元件901由表面上涂覆有反射物的透明材料形成。光提取光学元件901与透镜912接合且与群集光学元件907的输出孔匹配，藉此对来自每个群集的一部分光进行取样，可表示每个群集的发射的色度和光通量。光提取光学元件901可经定形且外表面可经镜面涂覆以使得由光提取光学元件901所取样的光第一次入射于光提取光学元件901的反射表面、经朝着中心轴指引且第二次入射于光提取光学元件901的第二中心反射表面、经向下朝着集中于光聚集光学部件911中的光学传感器902指引，如由光线980所说明。光提取光学元件901可额外防止环境光进入光聚集光学部件911。光聚集光学部件还可提供用于将所聚集的光朝着光学传感器指引的构件，且在一个实施例中，光聚集光学部件可额外地提供用于进一步混合所聚集的光的构件。光聚集光学部件911的壁可为(例如)扩散的或镜面反射的。光提取光学元件901的形状可允许较大量的光进入光聚集光学部件911同时提供所需要程度的环境光抑制。由于群集910的配置，所以从每个发光元件903聚集到大体上相等量的光且将所述光指向光学传感器902。

在本发明的另一个实施例中，与每个群集的光学部件907和光提取光学元件901相关联的透明透镜912可由一片材料制成，例如，聚碳酸酯或玻璃材料或如本领域技术人员了解的其他适合材料。这种类型的配置可通过移除一光学界面来增加透射至光聚集光学部件911的光量。

图10说明光提取光学元件901的透视图，可将光提取光学元件901放置于光聚集和重指向光学部件911上。光提取光学元件包括和与发光元件的群集相关联的透镜912或群集光学部件907的一部分相匹配的臂1080。臂1080提供用于提取来自群集光学部件内的光的构件。光提取光学元件901中的凹陷1090经配置以帮助将提取到的光重指向朝向光学传感器902。此外，可将光提取光学元件901的上表面反射地涂覆并使其不透明。光提取光学元件901的光学特征的此配置可提供将所聚集的光重指向朝向光学传感器且可额外地帮助抑制环境光进入光聚集光学部件911。

图11说明在形成光聚集光学部件1050的顶部的光提取光学元件1000之间匹配的实施例，且群集光学部件1030和透镜1080与发光元件1040的群集相关联。通过光提取光学元件1000的臂1010从群集光学部件1030提取由经指向朝着光提取光学元件1000指引的发光元件1040所发出的光。随后由光提取光学元件1000内的凹陷1014通过光聚集光学部件1050来将所述被提取的光1012重指向朝向光学传感器1060。光聚集光学部件1050可额外地提供用于在所聚集的光与光学传感器1060相互作用之前将其混合的构件。为了帮助对与发光元件的群集相关联的群集光学部件1030所提取的光的提取和重指向，可将光提取光学元件1000的上表面形成为不透明且反射的表面。以此方式，可将所提取的光重指向(Redirect)朝向光学传感器1060且可抑制环境光进入光聚集光学部件1050。

在本发明的一个实施例中，可将滤光器1070放置于光聚集光学部件1050中。可将滤光器放置于靠近光学传感器1060或放置于沿着光聚集光学部件1050的高度的任何需要位置处。所述滤光器可提供用于限制经指向朝向光学传感器1060的聚集到的光的量或可选择性地过滤掉不想要的波长的光。滤光器1070可以是宽带中性滤光器以调节入射于光学传感器1060上的总光级。滤光器1070可交替地或额外地为能够选择电磁频谱的特定区域(例如，红外、紫外或可见频谱的一个或多个区域)的频谱选择性滤光器。滤光器可随意提供特定滤光器类型的组合的过滤特征。

图12根据图11中所说明的实施例说明在光聚集光学元件1000、与发光元件的群集相关联的透镜1080和群集光学部件1030之间的匹配连接的放大图，其中光聚集光学元件1000围住光聚集光学部件1050。

在本发明的一个实施例中，可形成得具有各种横截面形状中的一个的光聚集光学部件，例如，圆形、椭圆形、正方形、六角形或其他形状。横截面形状可取决于与其相关联的发光元件的群集的配置。此外，如图13A、13B和13C中所说明，光聚集光学部件的纵向横截面可为各种形状中的一个，例如，矩形、圆锥形或抛物线形或其他形状。纵向横截面形状可由所聚集的光的重指向的需要程度、所聚集的光的额外混合的需要程度和所重指向的光的聚焦的需要程度来确定。

在本发明的另一个实施例中，可将透镜放置于沿光聚集光学部件的高度的任何位置处。透镜可提供用于将所聚集的光聚焦于光学传感器上的构件。

图14说明根据本发明用于聚集和检测光的装置的另一个实施例。光聚集光学部件1101可经配置为光导(Light Guide)且可放置于接近发光元件1103且经配置以获得由发光元件所发出的光1145的量。在一个实施例中，将光聚集光学部件1101放置于与发光元件1103相关联的群集光学元件1150的底部，且光聚集光学部件1101提供用于通过内部反射将所聚集的光指引朝向光学传感器1102的构件。与位于接近光学传感器1102的位置的光聚集光学部件1101相关联的提取位置1114经配置以将此聚集到的光指向朝向光学传感器1102。此提取位置1114可包括经配置以将聚集到的光重指向朝向光学传感器1102的凹槽、其他表面构造或变形。

在一个实施例中，光聚集光学部件可以和与发光元件的每个群集相关联的群集光学元件一起起作用。群集光学元件可经配置以从群集提取大量的光且随后将所述光透射至光聚集光学部件。在另一个实施例中，将光聚集光学部件放置于接近发光元件群集与群集光学元件之间的界面。光聚集光学部件可经配置以提取从发光元件的群集与群集光学元件之间的界面漏出的光。

如将容易地了解，根据本发明的其他配置是可能的。此外，对于不同群集设计，可能需要本发明的不同配置。例如，归因于传感器的敏感度，传感器可能需要较大部分的光来获得可接受的信噪比且因此可能需要允许聚集较大部分的光的配置。如将容易地了解，其他因素可控制将本发明的哪一配置用于特殊应用的决定。

以上所述仅为本发明的过程及方法实施例，并不用以限制本发明，而且，对于本领域普通技术人员而言，对本发明的变化和修改现在应该是显然的，这些变化和修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的如权利要求限定的保护范围和精神之内。

Claims (22)

1、一种经配置以用于光聚集和检测并经调适以用于与电源相连的照明装置，所述照明装置包括：

a)用于发光的一个或多个发光元件的两个或两个以上群集，所述群集围绕第一中心轴配置且每个群集与所述第一中心轴大体上等距离；

b)用于聚集由所述两个或两个以上群集中的每个群集发出的一部分光的光聚集构件，所述光聚集构件具有第二中心轴，所述光聚集构件经放置以使所述第二中心轴与所述第一中心轴对准；以及

c)光学耦合至所述光聚集构件的光检测构件，所述光检测构件用于接收所述部分光并将所述部分光转换为表示所述光的电信号。

2、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：其中，所述群集中的每一个均包括群集光学部件。

3、根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集构件包括由所述群集光学部件中的每一个形成的集成零件，所述集成零件中的每一个经配置以使来自所述群集的光指向所述光检测构件。

4、根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于：其中，所述集成零件被装配在所述群集光学部件内。

5、根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集构件包括经配置为与每个群集光学部件匹配以提取来自所述两个或两个以上群集的每个群集的所述部分光的光提取光学部件。

6、根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集构件包括与所述群集光学部件耦合以提取来自每个群集的所述部分光并将所述部分光导向所述光检测构件的光提取光学部件。

7、根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集构件进一步包括光学耦合至所述光提取光学部件的光聚集光学部件，所述光聚集光学部件用于将来自每个群集的所述部分光指向所述光检测构件。

8、根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集光学部件还混合来自每个群集的所述部分光。

9、根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集光学部件为固体光管或空心光管。

10、根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集光学部件包括用于将来自每个群集的所述部分光集中和/或聚焦到所述光检测构件上的光学透镜。

11、根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集光学部件包括滤光器。

12、根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于：其中，所述滤光器为中性滤光器或选择滤光器。

13、根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于：其中，所述选择滤光器为红外滤光器、紫外滤光器、或彩色滤光器。

14、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集构件包括用于限制环境光进入所述光聚集构件的光阻挡元件。

15、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：其中，滤光器被集成到所述光检测构件中。

16、根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于：其中，在所述群集光学部件的每个群集光学部件上放置透明透镜。

17、根据权利要求16所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集构件包括被配置为与每个群集光学部件上的所述透明透镜匹配的光提取光学部件，所述光提取光学部件用于提取来自所述群集的每个群集的所述部分光。

18、根据权利要求17所述的照明装置，其特征在于：其中，所述光聚集构件还包括光学耦合至所述光提取光学部件的光聚集光学部件，所述光聚集光学部件用于将来自每个群集的所述部分光指向所述光检测构件。

19、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：其中，所述检测构件包括一个或多个光学传感器。

20、根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于：其中，所述一个或多个光学传感器被配置为检测一个或多个频率范围的光。

21、根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于：其中，所述一个或多个光学传感器为半导体光电二极管、光电传感器、或LED。

22.一种用于聚集和检测由发光元件的两个或两个以上群集发出的光的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供光学耦合至所述两个或两个以上群集的光聚集构件和光学耦合至所述光聚集构件的光检测构件，所述两个或两个以上群集围绕第一中心轴配置且每个群集与所述第一中心轴大体上等距离，所述光聚集构件具有第二中心轴，并且放置所述光聚集构件以使所述第二中心轴与所述第一中心轴对准；

b)使用所述光聚集构件来聚集由发光元件的所述两个或两个以上群集中的每个群集发出的一部分光；以及

c)使用所述光检测构件来检测所述部分光并将所述部分光转换为表示所述光的电信号。

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