CN101473200B - 用于led发光体中的精确色彩控制、耦合输出和背景抑制的角选择光传感器结构 - Google Patents

用于led发光体中的精确色彩控制、耦合输出和背景抑制的角选择光传感器结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测量光的器具和包括这种器具的发光体。这种器具测量来自位于第一位置的第一发光设备的光并包括光传送设备和光传感器，该光传送设备具有至少三个表面：第一表面、第二表面和第三表面。将第一表面布置成用于入射来自该第一位置的光；将第二表面布置成用于在该光传送设备内反射入射光；且将第三表面布置成使输出光入射到该光传感器上。

Description

用于LED发光体中的精确色彩控制、耦合输出和背景抑制的角选择光传感器结构
技术领域
本发明总体上涉及光的测量，尤其涉及用于测量光的器具和包括这种用于测量光的器具的发光体。
背景技术
在照明领域中，公知将多个发光二极管(LED)与不同的光谱性能组合以获得白色光。这通常通过如组合红色、蓝色和绿色LED来实现。
为了适当地保持白色光，不应改变每个现场的LED的光学特征。不过，LED的光学特征随着温度、正向电流和使用时间而变化。
升高的温度将LED的光谱移至较长的波长，这就意味着LED的色彩将会变化。此外会出现光谱加宽，这就意味着LED的色彩不会像在较低温度时那样易辨。而且，LED的光强度会随着升高的温度而降低。
不过，增加的正向电流将LED的光谱移至较短的波长，这就意味着会出现色彩的相反变化。而且，光强度会增加。
由于LED的老化，会出现光强度的降低和光谱的变化，这就对组合的白色光造成进一步的影响。
另一方面是批次至批次的变动，这例如就意味着出于制造环境的原因，峰值波长展开度和强度展开度可以变化。
因此，为了从包括具有不同光谱性能的多个LED的白色光发光体提供适当的白色光，必须考虑这些LED的温度相关性、正向电流和老化。这可通过在这种发光体中引入反馈系统来进行。
这种反馈系统连续不断地确定来自这些LED的光性能以确保每种类型的LED以正确方式促成这种组合的白色光。
为了确定光的性能，采用这样的光测量布置，该光测量布置用于测量每种类型的LED或优选每个单个LED的性能。为了尽可能正确地进行这种测量，周围的LED和周围的光的影响应尽可能低。
US 2003/0030808提出了这种解决方案，在该专利中，公开了一种LED发光体，这种LED发光体组合了红色、绿色和蓝色LED阵列和反馈布置以保持所希望的色彩平衡。将单光电二极管或光电二极管阵列定位以阻截从置于这种LED阵列组合输出路径中的局部反射元件所反射的光。通过将这些LED和光电二极管进行脉动或通过滤色镜的使用来依次测量各单独的色彩。
发明内容
出于上述原因，本发明的目的在于提供一种用于测量来自LED的光输出的器具，这种器具受到外部源(如其它LED、其它发光体和周围的光)的较少影响。
简要地来讲，从一种观点来看，可将本发明描述为一种用于测量单独LED的光输出的器具，其中，这种布置的性能降低外部光的影响，而并不要求这些LED的特别性能，如脉动性能。
本发明的第一方面是一种用于测量来自处于第一位置的第一发光设备的光的器具，这种器具包括具有至少三个表面的光传送设备以及光传感器。该三个表面即第一表面、第二表面和第三表面。其中，可将第一表面布置成用于入射来自该第一位置的光；可将第二表面布置成用于在该光传送设备内反射入射光，所述第二表面涂覆有反射层，用于反射来自所述光传送设备外部的另一位置的入射光，以使来自所述另一位置的光入射在所述光传感器之外；且可将第三表面布置成使输出光入射到该光传感器上。
有利的是，可将该光传送设备的第二表面布置成用于反射来自该光传送设备外部的另一位置的入射光，以使来自该另一位置的光入射在该光传感器之外。
本发明的此方面的有益效果在于将来自一种方向(这种方向即该第一位置所处的方向)的光传送到该光传感器，而将来自其它方向的光反射离开该光传感器。这就意味着将环境光和其它光源的影响降低。
在该第一方面的一个实施例中，该光传感器的长度可短于该第三表面的长度。
这种布置的有益效果在于较少的光会直接入射到该光传感器上，或者，换言之，在撞击在该光传感器上的光入射到该光传感器之前，该光传送设备的第二表面以较大程度将这种光反射。这就意味着在较大程度上将撞击在该光传感器上的光收集。
另一种有益效果在于在较大程度上将环境光降低，这种环境光经由该第一表面入射、由于宽角度的原因而在该第三表面上反射且然后在该第二表面上向下反射到该第三表面。
在该第一方面的另一个实施例中，可将带有开口的挡光件置于该光传送设备的第三表面与该光传感器之间。
该实施例的有益效果与使光传感器短于该第三表面长度的有益效果相同。
有利的是，该第二表面可涂覆有反射层。
这种布置的有益效果在于在较大程度上将这种光反射。
而且，这种反射层可以是金属层，如铝层。
在再一个实施例中，这种器具包括用于在一种波长范围内选择光的干扰滤光器，其中，可将这种干扰滤光器置于该光传送设备的第三表面于该光传感器之间。
本发明的此方面的有益效果在于在该第二表面上反射的光入射到更集中的该第三表面上，这就意味着将干扰滤光器的角相关性降低。
有利的是，这种干扰滤光器是Fabry-Perot滤光器。
在再一个实施例中，这种器具还包括一种置于该光传送设备内的角限制结构。
这种布置的有益效果在于在更大程度上将入射到该光传感器上的光收集。
有利的是，这种角限制结构是半球透镜结构。
在一个实施例中，这种器具还包括置于该角限制结构上的角限制结构干扰滤光器。
有利的是，用丙烯酸酯制成这种光传送设备。
有利的是，该第二表面和第三表面形成一种角度，且该第一表面与这种角度相对。
本发明的第二方面是一种发光体，这种发光体包括光源、根据前面的权利要求中的任一项的用于测量从该光源发射的光的器具和用于确定所测量的光是否在预定的区间之内的电气设备。
此方面的有益效果在于可检测这种光源内的变化。这在对光要求高的应用中非常有用，如在将来自多个LED的光混合成白色光的情形中非常有用。
在一个实施例中，这种发光体还包括用于对该光源进行控制的控制器，这种控制基于由该电气设备所进行的所述确定来进行。
该实施例的有益效果在于可对这种光的性能进行控制以满足预定要求。
将会从下面的具体说明、从所附的从属权利要求以及从附图明白本发明的其它目的、特征和有益效果。
一般来讲，除非另有明确说明，按照技术领域中的一般意义对用在权利要求书中的所有术语进行解释。除非另有明确说明，当引用元件、设备、元器件、装置、步骤等的至少一种实例时，对于“一种/这种[元件、设备、元器件、装置、步骤等]”的所有引用都要进行开放性理解。除非另有明确说明，未必以在这里所公开的精确顺序来履行本发明中所公开的任何方法中的步骤。
附图说明
将会通过下面参考附图进行的本发明的优选实施例的示范性非限制性详细描述更好地理解本发明的上述和其它目的、特征和有益效果，在这些附图中，相同的附图标记用于类似的元件，其中：
图1示意性地示出了包括多个LED和用于测量光的器具的发光体的一般原理。
图2示意性地示出了用于测量光的器具的更多细节以及通过这种布置的光传送设备所传送的光的光学路径。
图3示意性地示出了本发明的第一实施例。
图4示意性地示出了本发明的第二实施例。
图5示意性地示出了本发明的第三实施例。
图6示意性地示出了本发明的第四实施例。
图7示意性地示出了以半球透镜形式的角限制结构。
图8示意性地示出了本发明的第五实施例。
图9示意性地示出了本发明的第六实施例。
图10示意性地示出了本发明的第七实施例。
图11示意性地示出了本发明的第八实施例。
图12示意性地示出了包括用于测量光的器具的发光体。
具体实施方式
图1示出了用于测量光的器具100的一般原理。
用于测量来自LED的光的器具100可包括光传送设备101和光传感器112，且还可有利地包括干扰滤光器110。
光传送设备101置于电路板102上并具有楔形形状，因此包括第一表面、第二表面和第三表面。光传送设备101的第三表面指向该电路板，第一表面指向第一LED 104，且第二表面连接第一表面和第三表面。
第一LED 104置于第一位置且第一LED 104还是将要进行测量的光源。从第一LED 104发射的光入射到光传送设备101内且由光束A示出。
该第一位置使得从第一LED 104发射的光容易地入射到器具100内，这就意味着该第一位置处于光传送设备101的第一表面之前。
第二LED 106置于第二位置。从第二LED 106发射的光由光束B示出。
第二位置使得从第二LED 106发射的光入射到光传送设备101的第二表面上并因此而反射离开器具100。
环境光或杂散光可从其它光源出现并由光束C示出。在所示出的情形中，这种光束入射到第二表面上并反射离开器具100。
为了改进第二表面的反射率，可用金属层108涂覆该表面。这种金属层例如可以是铝层。
该第二表面并不仅仅反射外部光或环境光，而且还反射光传送设备101内的光，外部光如示为光束B的来自第二LED 106的光，环境光示为光束C，光传送设备101内的光如示为光束A的来自第一LED 104的光。
在已将示为光束A的来自第一LED 104的光反射在第二表面上之后，这种光可入射到干扰滤光器110上。该干扰滤光器的目的在于将带有特定波长的光滤去，例如，若第一LED 104是一种带有520nm的波长的绿色LED，则将带有520nm的波长的光滤去。例如，这种干扰滤光器可以是一种Fabry Perot干涉仪。
由于入射到干扰滤光器上的光已经由第一表面进入光传送设备101内且已反射在第二表面上，所以用于入射到干扰滤光器上的光的入射角的区间已变得更窄。将会结合图2对这一点进一步进行描述。
通过使光带有更窄的入射角区间，可降低干扰滤光器110的滤光器响应的角相关性。
在通过干扰滤光器110传送之后，这种光入射到光传感器112上，该光传感器112记录光的量。
在图2中更详细地示出了器具200的光传送设备201和第一LED204。
用两种不同的光束A1和A2来示例入射到器具200的第一表面上的、源自第一LED 204的光。光束A1表示直接入射到第一表面上的光以角β1撞击在第二表面上，且A2表示在第一表面的端部附近入射的光以角β2撞击在第二表面上。
通过选择第一表面与第三表面之间的角度、该楔形的长度、该楔形的高度和该器具的第二表面与该第一LED之间的距离，可对入射到该干扰滤光器上的入射角的区间进行调节。以下将第一表面与第三表面之间的角度称为α，将该楔形的长度称为a，将该楔形的高度称为h，并将该器具的第二表面与该第一LED之间的距离称为x。
若假设第一LED 204是一种点光源(LED基本上是一种点光源)，且进一步假设将该第一LED置于该楔形高度的中部，则撞击在干扰滤光器210上的极限入射角可由下式给出：
arctan ( 2 x h ) - 2 &alpha; < &Theta; incidence < 90 - arctan ( h 2 ( x + a ) ) - 2 &alpha;
通过将楔形的长度选择至10μm(a＝10μm)、第一表面与第二表面之间的角度选择至44°(α＝44°)且第一表面与该第一LED之间的距离选择至138μm(x＝138μm)，则入射角的变化小于4°。在图3中示出了本发明的第一实施例。
在本发明的该替代实施例中，光传感器312仅覆盖光传送设备301的第三表面的长度的一部分。通过仅覆盖该第三表面的一部分，来自第一LED的较少的光会直接入射到光传感器312上，且较少的光会首先反射在第三表面上，然后反射在第二表面上，最后反射到光传感器312上。
在图4中示出了本发明的第二实施例。
除了覆盖光传感器412的干扰滤光器410之外，该实施例与第一实施例相同。
通过仅具有干扰滤光器410，将带有预定波长的光传送到光传感器412。
在图5中示出了本发明的第三实施例。
在此实施例中，光传感器512的一部分由挡光件514覆盖。该实施例是第二实施例的替代实施例并具有与示于图4中的第二实施例相同的有益效果。
在图6中示出了本发明的第四实施例。
除了覆盖光传感器612的干扰滤光器610之外，该实施例与第三实施例相同。
通过仅具有干扰滤光器610，将带有预定波长的光传送到光传感器612。
在图7中示出了呈半球透镜结构形式的角限制结构700。
将该光传送设备形成为楔形的原因之一在于撞击到该光传感器上的光的入射角的区间变得更窄。这种布置的效果在于降低该干扰滤光器的角相关性。通过引入角限制结构700会进一步降低这种角相关性。
球面透镜置于该半球透镜的球面上，且在该半球透镜的平面上，将光传感器712置于该透镜的中心。利用这种设计，仅有以与该半球透镜的球面成小角度撞击的光会到达光传感器712。优选该传感器长度小于该半球透镜的直径。
图中示出了四种示例性光束：D1、D2、D3和D4。
D1以0°的入射角和距该半球透镜的中心线的距离x1撞击到该半球透镜上。光束D1在进入该半球透镜时折射并在光传感器712的一个端部处撞击。
D2在该中心线处以0°的入射角撞击到该半球透镜上。这种光束继续进入该半球透镜而并不折射，且在光传感器712的中部撞击。
D3以30°的入射角和距该中心线的距离x3撞击到该半球透镜上。由于该入射角在入射位置处对应于该半球透镜的角度，所以这种光束继续进入该半球透镜而并不折射，且在光传感器712的中部进行撞击。
D4以30°的入射角和距该中心线的距离x4撞击到该半球透镜上。由于该入射角在当前的点处并不对应于该半球透镜的角度，所以在这种光束撞击到光传感器712上之前将这种光束折射。
在图8中示出了本发明的第五实施例。
在该图中示为半球透镜的角限制结构816处于光传送设备801内，除此之外，该实施例与示于图5中的第三实施例相同。通过使角限制结构816出现，撞击到光传感器812上的光的入射角变得更窄。
在图9中示出了本发明的第六实施例。
将角限制结构干扰滤光器918置于角限制结构916的表面上，该表面位于朝向光传送设备901的第二表面的位置，除此之外，该实施例与示于图8中的第五实施例相同。若角限制结构916是一种半球透镜，则该表面是该半球透镜的球面。
通过具有角限制结构干扰滤光器918，仅将具有对应于该干扰滤光器的预定波长的光通过角限制结构916传送，这就意味着会在大程度上与将要进行测量的光源具有不同波长的光将被阻挡，以不通过干扰滤光器916。
在图10中示出了本发明的第七实施例。
除了将干扰滤光器1010置于角限制结构1016与光传感器1012之间之外，该实施例与示于图8中的第五实施例相同。
通过将干扰滤光器1010置于角限制结构1016与光传感器1012之间，仅将在对应于该干扰滤光器1010的处于预定波长范围之内的光传送到光传感器1012，这就意味着会在大程度上将并不具有与将要进行测量的光源相同的波长的光阻挡而不进行传送。
在图11中示出了本发明的第八实施例。
该实施例是第六实施例和第七实施例的结合，这样，如第六实施例中的角限制结构干扰滤光器1118和如第七实施例中的干扰滤光器1110均出现。
通过具有两个干扰滤光器，会在大程度上将并不具有与光源相同的波长的光阻挡而不撞击在该光传感器上，这两个干扰滤光器中的一个在这种光进入角限制结构1116之前，且另一个在这种光离开角限制结构1116之后。
在图12中，发光体包括光源1200、根据前面所提及的实施例中的任一例的用于测量来自光源1200的光的器具1202和用于确定所测量的光是否在预定的区间之内的电气设备1204。
而且，这种发光体还可包括基于电气设备1204所进行的确定来控制光源1200的控制器1206。
已参考几个实施例对本发明进行了描述。不过，正如本领域技术人员所容易地理解的那样，在所附的专利权利要求书所限定的本发明的范围内，前面所公开的实施例之外的其它实施例同样可行。

Claims (14)

1.一种用于测量来自处于第一位置的第一发光设备(104)的光的器具(100)，所述器具包括：
光传送设备(101)，所述光传送设备(101)具有至少三个表面；第一表面、第二表面和第三表面；以及
光传感器(112)；
其中，将所述第一表面布置成用于入射来自所述第一位置的光；
将所述第二表面布置成用于在所述光传送设备(101)内反射入射光，所述第二表面涂覆有反射层(108)，用于反射来自所述光传送设备(101)外部的另一位置的入射光，以使来自所述另一位置的光入射在所述光传感器(112)之外；以及
将所述第三表面布置成使输出光入射到所述光传感器(112)上。
2.如权利要求1所述的器具(100)，其特征在于：所述光传感器(112)的长度短于所述第三表面的长度。
3.如权利要求1所述的器具(100)，其特征在于：将带有开口的挡光件(514)置于所述光传送设备(501)的所述第三表面与所述光传感器(512)之间。
4.如前述权利要求中任一项所述的器具(100)，其特征在于：所述反射层(108)是金属层。
5.如权利要求4所述的器具(100)，其特征在于：所述金属层是铝层。
6.如权利要求1或2所述的器具(100)，其特征在于：还包括：
用于在一种波长范围内选择光的干扰滤光器(110)，其中，将所述干扰滤光器(110)置于所述光传送设备(101)的所述第三表面与所述光传感器(112)之间。
7.如权利要求6所述的器具(100)，其特征在于：所述干扰滤光器(110)是Fabry-Perot滤光器。
8.如权利要求1或2所述的器具(100)，其特征在于：还包括：
角限制结构(816)，所述角限制结构(816)置于所述光传送设备(801)内。
9.如权利要求8所述的器具(100)，其特征在于：所述角限制结构(816)是半球透镜结构。
10.如权利要求8所述的器具(100)，其特征在于：还包括：
置于所述角限制结构(916)上的角限制结构干扰滤光器(918)。
11.如权利要求1或2所述的器具(100)，其特征在于：用丙烯酸酯制成所述光传送设备(101)。
12.如权利要求1或2所述的器具(100)，其特征在于：所述第二表面和所述第三表面形成一种角度，且所述第一表面与所述角度相对。
13.一种发光体，所述发光体包括：
光源(1200)，
根据前面的权利要求中的任一项的用于测量从所述光源(1200)发射的光的器具(1202)，以及
用于确定所测量的光是否在预定的区间之内的电气设备(1204)。
14.如权利要求13所述的发光体，其特征在于：还包括：
控制器(1206)，用于基于由所述电气设备(1204)所进行的确定来对所述光源(1200)进行控制。
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