CN101384114A

CN101384114A - 一种光源控制系统及光源箱

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Publication number: CN101384114A
Application number: CNA2007100769269A
Authority: CN
Inventors: 李立; 黄镇生; 林峰
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: CN101384114B

Abstract

本发明适用于光学照明领域，提供了一种光源控制系统及光源箱，所述系统包括：调整控制单元，用于接收色温和亮度调整控制参数；电路调节单元，与所述调整控制单元连接，用于根据所述调整控制单元接收的色温和亮度调整控制参数，产生对应的电流；LED光源电路，包括红、绿、蓝和白色4路LED灯电路，与所述电路调节单元连接，用于在所述电路调节单元产生的电流的作用下发光，利用色光组合输出对应色温和亮度的光。本发明采用多种颜色的LED灯进行组合，通过调节不同颜色的LED灯的电流值对光源的色温和亮度进行线性调节。

Description

一种光源控制系统及光源箱

技术领域

本发明属于光学照明领域，尤其涉及一种光源控制系统及光源箱。

背景技术

目前，用于测试方面的光学照明设备需要达到各种色温或者亮度的要求，一般在光源箱中装配多种色温的灯管，当需要改变色温或者亮度时，通过按键切换的方式选择不同色温的灯管，或者通过更换相应色温的灯管的方式，达到改变色温或者亮度的目的。采用这种方式改变光源的色温或者亮度时，操作不方便，对色温和亮度难以进行线性调节，影响测试效果。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光源控制系统，旨在解决现有技术中在对光源的色温或者亮度进行调节时，操作不便，难以线性调节的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种光源控制系统，所述系统包括:

调整控制单元，用于接收色温和亮度调整控制参数；

电路调节单元，与所述调整控制单元连接，用于根据所述调整控制单元接收的色温和亮度调整控制参数，产生对应的电流；

LED光源电路，包括红、绿、蓝和白色4路LED灯电路，与所述电路调节单元连接，用于在所述电路调节单元产生的电流的作用下发光，利用色光组合输出对应色温和亮度的光。

本发明实施例的另一目的在于提供一种光源箱，包括箱体，所述箱体包括:

光源控制装置，以LED作为光源，利用红、绿、蓝和白色LED灯的色光组合输出对应色温和亮度的光；以及

背光板，置于所述箱体内部两侧，将所述光源控制装置的LED点光源变成均匀面光源。

本发明实施例采用多种颜色的LED灯进行组合，通过调节不同颜色的LED灯的电流值对光源的色温和亮度进行线性调节，方便用户灵活调节得到所需要的各种光源，而且由于采用的是LED灯，加上合理的背光技术，因此具有光照均匀、寿命长、可靠性高等特点。

附图说明

图1a是本发明实施例提供的光源箱的结构示意图；

图1b是本发明实施例提供的光源箱的俯视示意图；

图2是本发明实施例提供的背光板的分层结构图；

图3是本发明实施例提供的光源控制电路的结构图；

图4是本发明实施例提供的LED光源的电路结构图；

图5是本发明实施例提供的电流源单元的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，采用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为光源，将多种颜色的LED灯进行组合，通过调节不同颜色LED灯的电流值调整LED灯的色温和亮度，经过组合后可以得到不同的色温和亮度，以达到对色温和亮度进行线性调节的目的。

本发明实施例对色温的控制采用特殊点测量然后分线段直线拟合的方式。首先，将整个色温区域分成若干段，由于常用的色温都是一些整数色温数据，例如6500K、5500K等，因此选取相邻的间隔点(例如每100K～200K一个点)对色温区域进行分段。然后，测量各个端点上各种色光的亮度值，两个端点间采用线段的近似方式，即将整个色温区域分成不同的线段空间，因此可以采用分段函数的方式得到色温区域与各色LED灯亮度的近似关系，即:

T＝k1*R+k2*G+k3*B+g(w)

其中，T1≤T≤T2，k1、k2、k3分别为拟合线段上红色、绿色和蓝色LED灯的比例系数，R、G、B为红、绿和蓝色光的色温，g(w)为白色光的色温，T1、T2为色温分段的界值，即拟合分段的界值。

由于色温主要是相对白色光而言，因此白色光的色温g(w)本身是增加亮度的，对混色的影响在于有所偏移，所以白色光与色温的关系是基准相加的关系，例如需要得到6500K的色温，而当前使用的白色光色温值是6300K，于是为得到所需的色温，将R、G、B三色LED灯通过混合得到高于6500K色温的混光，一高一低两色温的光根据一定比例再次混合后可以得到6500K色温的光，具体可以通过公式中各系数的设置来实现。

函数g(w)表示白色光所产生的色温在最终得到的光中所占的比例，而R、G、B的混光则用k1、k2、k3进行比例设置。其中，k1、k2、k3先表示红、绿、蓝色光在三色混光中的比例系数，是一个比值关系，它们混合后得到的色温值是根据白色光色温偏移的值，如上述所需的是某个大于6500K色温的光，然后根据白色光所占比例确定三色混光所占比例，即还要再同时乘以相应的百分比。因此k1、k2、k3是包含了三种色光各自在混光中的比例关系，以及在整个混色光中比例关系的参数。

由于光的亮度可以近似地看成全部LED灯亮度的叠加，所以实际亮度是通过测量流过各种色光的LED灯的电流，根据测量的电流和LED灯亮度的关系换算成亮度进行相加得到，因此亮度可以近似表示为:

L＝R_L+G_L+B_L+W_L，L1≤L≤L2

其中，R_L、G_L、B_L、W_L分别为红、绿、蓝和白色LED灯的亮度值，L1、L2为亮度分段的界值，即拟合分段的界值。

由于不同亮度范围下色温能取到的范围有所不同，因此结合上述两式，最后选择的可调节色温区域是在全部亮度范围内能都能取到的色温的最小范围。这样，不同色光的LED灯不同亮度的组合就实现了不同的色温和亮度。

图1a示出了本发明实施例提供的光源箱的结构，箱体的下部中空，用于放置需要测试的物体，一般放置于靠近背板中部的位置。

控制面板11上设有相应的控制按键11a，在本发明实施例中，控制按键11a为1个按钮和2个带按钮的旋钮，通过按钮和旋钮，可以输入相应的控制参数，其中按钮用来进行模式的选择及复位，一个旋钮用来进行菜单选择以及粗调，另一个旋钮用来进行细调。控制面板11还设置有一个显示屏11b，用来显示光源当前的色温及亮度值。控制面板11之后的箱体部分放置有可以对光源的色温和亮度进行控制的控制电路。

如图1b所示，背光板12斜放于光源箱内部两侧，其上下两边装有导轨13，通过背板上衔接的部件进行滑动，可以改变背光板12的照射方向，从而调节光的照射角度，使得光线能均匀地照射在箱内背板上。

由于LED灯为点光源，多个LED灯会产生光照不均，色彩不一的情况，在本发明实施例中，背光板12采用多层结构，如图2所示，导光板3为一块密度不均匀的有机玻璃板，表明其折射率是不同的。多个LED灯7安装于导光板3的侧边上，从而形成侧面发光的形式。全反射板1用于将LED灯发出的光反射回去，使其只能从一面射出，与全反射板1并行的光栅2与导光板3一同起导光作用，使得光源发出的侧面平行光变成平面垂直光，再经过与光栅2和导光板3并行的扩散片4和柔光片5，使其均匀扩散和偏向。这样，LED灯7的点光源通过反射和折射混合后就变成均匀的面光源，以起到照明作用。侧边夹板6将1～5层固定和保护作用，相当于背光板12的外框。

图3示出了本发明实施例提供的光源控制系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

调整控制单元31接收色温和亮度调整控制参数，电路调节单元32与调整控制单元31连接，根据调整控制单元31接收的色温和亮度调整控制参数，产生对应的电流。LED光源电路33包括红、绿、蓝和白色4路LED灯电路，与电路调节单元32连接，在电路调节单元32产生的电流的作用下发光，利用色光组合输出对应色温和亮度的光。

输入控制单元311连接控制面板11上的控制按键11a，并直接连接到单片机控制电路321上，通过改变相应的电平达到触发的功能，输出相应色温和亮度对应的控制信号。初始化的数据以及通过按键保存的数据都储存在单片机控制电路321内部的闪存(Flash)中。通过相应的存取档功能，可以将默认的色温亮度组合值与用户保存的色温亮度值进行记录和读取，方便用户使用。

调节色温值时，通过控制按键11a进入相应界面，再通过旋钮进行调节。当旋钮调节至某个值时，单片机控制电路321根据所选择的值进行判断，找到其所处的分段函数的区间，调用相应区间的函数计算式，在亮度的限定条件下计算，根据计算式计算得到相应LED灯的亮度值，转换成为电流值后，将其送入数模转换器322，控制电流源单元323向LED光源电路33中的各色LED灯输出不同的电流，从而使其发出相应亮度的光，进而混合得到相应色温的光。

调节亮度值时也是类似，当旋钮调节至某个值，单片机控制电路321根据所选择的值进行判断，确定当前色温值所处的区间，找到其亮度的区间范围，在色温值的限定条件下进行计算，得到所需要亮度值中各个色光的亮度值，再通过数模转换器322产生模拟控制信号，控制电流源单元323向LED光源电路33中的各色LED灯输出不同的电流，达到调节亮度的目的。

当调节到达可调节范围的边界时，单片机控制电路321会控制不再增加或减少数值，以保证调节不会出错。

LED光源电路33包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色LED灯和白色4路LED灯电路，每种颜色的LED灯为一路，通过红、绿、蓝三种色光可以组合形成不同色温和亮度的光，而白色光则用于增强亮度。考虑到功率和实际开关电源的情况，在本发明实施例中，如图4所示，采用5个同色的LED灯(LED灯1、LED灯2、LED灯3、LED灯4以及LED灯5)与一个限流电阻R串联组成LED灯电路。限流电阻R在整个电路中起保护作用。电源提供的电压是恒定的，除去线路上的损耗和电流源单元323上的损耗，加在LED灯电路上的电压有最大值，而由于每个LED灯都有压降，不同色光的LED灯压降不同，于是通过设置不同阻值的限流电阻R，使最后限流电阻R能在设定电流最大时得到最大的电压值，因此通过电路的电流也就被限制了，使得电路的电流不会过大以致烧坏LED灯。

电流源单元323是控制LED灯电路的电流源部分，包括4路电路，分别对应4路LED灯电路，4路电路的结构都是类似的，因每路所需的电流有所不同，采样电阻有所改变。

如图5所示，电流源电路51的OUT端接数模转换器322输出的一个端口，该端口的输入对电流源电路51进行调节，产生施加在LED光源电路33上的电流。具体实现时，通过分压电阻R1、R4分压得到的输入电压，按一定比例送入运算放大器Amp1的正输入端以提供电压。利用运算放大器Amp1的负反馈作用，使其作用于采样电阻Ro上，便得到了流过LED灯电路的相应电流。由于要保证电阻的精度，因此需要减小其发热量，于是采样电阻Ro采用大功率低阻值的电阻。MOS管则用于电路电压的调节，保证其上端LED灯和下端采样电阻Ro的电压。

将采样电阻Ro两端的电压作为采样检测电路52的输入，通过适当的比例变化，得到合适的电压通过AIN端口送入模数转换器324的输入端，进而反馈给单片机控制电路321。具体可以通过一个电压串联负反馈网络实现，将采样电阻Ro两端的电压作为采样检测电路52的输入，送入运算放大器Amp2的正输入端，并以电阻R1、R2分压的方式将运算放大器Amp2的输出电压的一部分作为反馈电压，输入至运算放大器Amp2的负输入端，运算放大器Amp2的电压放大倍数则由电阻R1、R2的电阻值决定。运算放大器Amp2的输出电压作为采样电压经过采样检测电路52的AIN端口送入模数转换器324的输入端。模数转换器324将采样电阻Ro的电压采样后转换成数字信号反馈给单片机控制电路321，由单片机控制电路321输出给显示单元312，再显示于液晶显示屏11b上。其中，模数转换器324的输入端有4个作为采样电阻Ro的采样端，另外四个作为电流源电路51中运算放大器输出的监控。

由于实际的电压与单片机控制电路321通过数模转换器322输出的电压可能有所不同，所以实际的电流值以模数转换器324采样得到的为准，而不是直接将输出电压作为准确值。当输入电压过高时，LED灯电路由于限流电阻的作用电压不能再变化，运算放大器的输出则会突然变成最大值，通过监控其状态，就可以知道电路当前的工作状态。

在本发明实施例中，由于电路中不同的部分需要的电压不同，电源采用多路电源的供电模式，包括+18V、+12V和-5V三组电源。其中，+18V用于LED光源电路33的电源供应，+12V通过转换后用于数字电路部分的电源供应，提供+5V和+3.3V电压，-5V则用于运算放大器和数模转换器322的负电源供应，以提供合适的偏置电压。

在本发明实施例中，电路的保护主要通过三个部分完成，一是LED光源电路33的限流电阻，可以限制电流的大小；另一个是模数转换器324的输出受到其基准电压的限制，因而控制的电压受到了限制，从而可以使得电路不会因过载而出错，最后一个是电源接入部分设置有一个4A额定电流的自保险丝。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种光源控制系统，其特征在于，所述系统包括:

调整控制单元，用于接收色温和亮度调整控制参数；

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电路调节单元包括:

单片机控制电路，与所述调整控制单元连接，用于根据所述调整控制单元接收的色温和亮度调整控制参数，输出对应的色温和亮度值；

数模转换单元，与所述单片机控制电路连接，用于将所述色温和亮度值转换成模拟控制信号；以及

电流源电路，与所述数模转换单元连接，用于根据所述模拟控制信号将对应的电压施加在所述LED光源电路上。

3、如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电路调节单元进一步包括:

采样电阻，与电流源电路连接；

采样检测电路，与所述采样电阻连接，用于对所述采样电阻两端的电压进行采样，输出反馈电压；

模数转换单元，与所述采样检测电路连接，用于将所述反馈电压转换为数字信号后输出至所述单片机控制电路。

4、如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述调整控制单元进一步包括:

显示单元，与所述单片机控制电路连接，用于显示所述单片机控制电路根据所述反馈电压数字信号输出的光源当前的色温和亮度值。

5、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述LED灯电路包括多个串联的同色LED灯，以及与所述LED灯串联的限流电阻。

6、如权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述LED光源电路输出的光的色温根据下式计算:

T＝k1*R+k2*G+k3*B+g(w)；

其中，T为色光组合的色温，L为色光组合的亮度，T1≤T≤T2，k1、k2、k3分别为拟合线段上红色、绿色和蓝色LED灯的比例系数，R、G、B为红、绿和蓝色光的色温，g(w)为白色光的色温，T1、T2为色温分段的界值。

7、如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述LED光源电路输出的光的亮度根据下式计算:

L＝R_L+G_L+B_L+W_L，L1≤L≤L2；

R_L、G_L、B_L、W_L分别为红、绿、蓝和白色LED灯的亮度值，L1、L2为亮度分段的界值。

8、一种光源箱，包括箱体，其特征在于，所述箱体包括:

9、如权利要求8所述的光源箱，其特征在于，所述光源控制装置包括:

调整控制单元，用于接收色温和亮度调整控制参数；

10、如权利要求8所述的光源箱，其特征在于，所述背光板包括:

全反射板，用于将LED灯发出的光反射回去，从所述背光板的一面射出；

与所述全反射板并行的光栅和导光板，用于将LED光源发出的侧面平行光变成平面垂直光；

导光板，其侧边安装有多个LED灯，产生侧面LED光；

与所述导光板并行的扩散片和柔光片，将LED光进行均匀扩散和偏向，变成均匀的面光源；以及

对所述全反射板、光栅、导光板、扩散片以及柔光片固定的侧边夹板。