CN101507363B - 具有光传感器光导的光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光源，其包括一个或者多个发光元件、一个或者多个光传感器以及光传感器光导，例如基本上平面的光导。光传感器光导通常配置成收集从一个或者多个发光元件发射的一些光并将其引导到与其光耦合的一个或者多个光传感器，感知到的光由此可用作控制一个或者多个发光元件的各自输出的基础。

Description

具有光传感器光导的光源
技术领域
本发明涉及照明领域，尤其是涉及具有光传感器光导的光源。
背景技术
例如固态半导体或者有机发光二极管(LED)等的发光器件光通量的研发和改善的进展已经使这些器件适用于通常的照明应用，包括建筑、娱乐和道路照明。发光二极管变得越来越与例如白炽灯、荧光灯和高强度放电灯等的光源不相上下。而且，随着从中挑选LED波长的选择增加，白色光和变色发光体变得更加流行。同样，始终存在对由这些发光体输出的光颜色的改善控制需求。
一般来说，白色光或者变色发光体包括不同的、单一波长的LED，例如红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和任意的琥珀色(A)LED。通过改变这些LED的相对强度，可以改变和/或优化由发光体输出的光的颜色。
然而，通常和白色光或者变色发光体有关的一个难点是：每个LED的输出随着环境和/或操作温度变化而不同地变化。如果LED中的平均驱动电流的比率没有变化去适应该情形，发光体的组合输出颜色可能变化通常可察觉到的、且一般非理想的量。可能影响输出颜色的其它因素可能包括LED的老化和发光体的输出强度。
因此，为了获得稳定的输出颜色，即：输出颜色基本保持相同，而不管环境和/或器件的温度变化、LED的老化和/或总输出强度的变化，可能有必要监控组合LED输出的色度并向其控制器提供反馈，这控制LED基本维持理想的输出颜色。这种反馈控制还可以应用来基本维持理想的发光体输出发光度、辐射功率，及其类似参数，也维持和/或优选发光体的颜色质量和/或显色效率。
下面提供了具有反馈控制系统的光源的一些例子。例如，在美国专利号6,964,500中，将液晶显示设备描述为具有指向并耦合到导光板内的红色、绿色和蓝色LED，用于经由具有印制微粒图案的扩散部分在板的很大输出表面区域上均匀地引导和扩散LED光。还提供了经由光屏蔽部件耦合到导光板侧表面上的光传感器，用于检测从导光板通过该侧表面发出的光，并根据该检测到的光控制LED的亮度。
在美国专利号6,753,661中，将用于从背后照亮电子显示器的设备和方法描述为使用LED和用于控制设备的发光度、辐射功率和颜色等级的反馈控制微处理器，由此维持基本恒定的白色背光级。还在2004年6月7日出版的PhilipsLumileds Company的文献标题为“LED Backlighting from Revolution toReality”(http://www.lumileds.com/pdfs/tp39_us_fpd_2004.pdf)中描述了类似的背光应用，然而在2002年4月25日出版的OSRAM Application Note on LightGuides(http://catalog.osramos.com/media/_en/Graphics/00026784_0.pdf)提供了一些关于平面光导的通用准则，因为它们涉及这种背光应用。
而且，在美国专利申请号6,741,351中描述了包括反馈控制系统的发光体，其中，白色发光LED发光体组合红色、绿色和蓝色LED的阵列，其中反馈布置配置成维持理想的彩色平衡。反馈布置包括光电二极管，其设置成遮断从放置在LED阵列的组合输出路径中的部分反射元件反射的光。可替换地，每个LED具有相关的光电二极管，以提供类似的结果，所述光电二极管或者嵌入到LED封装中或者在单独的封装中。
一般来说，上面和其它这些目前可用的光源具有不同的缺陷，也就是有关LED输出与反馈控制系统传感器的光耦合。例如，多余的环境光可能入射到传感器上，且导致反馈信号中的错误，到达传感器的光可能不足以提供足够的反馈信号，LED的各个贡献可能不充分平衡和/或传感器可能使光源的部分输出暗淡。
因此，需要克服已知光源一些缺陷的光源。
提供这些背景信息，以揭露申请人认为和本发明可能有关的信息。没必要企图允许，也不应当解释为，任何前述信息构成阻碍本发明的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有光传感器光导的光源。根据本发明的一个方面，提供了一种光源，其包括：基本上平面的光导，其包括一个或者多个向内耦合(in-coupling)部分和一个或者多个向外耦合(out-coupling)部分；一个或者多个发光元件，每一个发光元件配置成围绕各自光轴发光并设置成使得其轴向分量至少部分地射向光源的输出，以及使得其径向分量经由所述一个或者多个向内耦合部分至少部分地耦合进入所述基本上平面的光导；以及一个或者多个光传感器，其光耦合到所述一个或者多个向外耦合部分，用于根据由此感知到的向外耦合光控制所述一个或者多个发光元件的每一个的输出。
根据本发明另一个方面，提供了一种光源，其包括：一个或者多个发光元件；基本上平面的光导，其包括一个或者多个向内耦合部分和一个或者多个向外耦合部分，所述基本上平面的光导配置成经由所述一个或者多个向内耦合部分收集从所述一个或者多个发光元件发射的杂散光；以及一个或者多个光传感器，其光耦合到所述一个或者多个向外耦合部分，用于根据由此感知到的向外耦合光控制所述一个或者多个发光元件的每一个的输出。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例包括光传感器光导的光源的俯视图；
图2是沿着图1中线2-2的横截面；
图3是沿着图1中线3-3的放大横截面；
图4是根据本发明的另一个实施例包括光传感器光导的光源的放大横截面图；
图5是根据本发明的另一个实施例包括光传感器光导的光源的放大横截面图；
图6是根据本发明的另一个实施例包括光传感器光导的光源的俯视图；
图7是根据本发明的另一个实施例包括光传感器光导的光源的俯视图；
图8是根据本发明的另一个实施例包括光传感器光导的光源的俯视图；
图9是根据本发明的另一个实施例供包括光传感器光导的光源使用的光导盖的俯视图；
图10是图9的光导盖的底视图；
图11是包括光传感器光导和图9的光导盖的光源横截面，横截面沿着其中的线B-B；
图12是根据本发明的另一个实施例包括光传感器光导和光导盖的光源的一部分的横截面图；
图13是根据本发明的另一个实施例包括光传感器光导和层状光导盖涂层的光源的一部分的横截面图。
具体实施方式
定义
术语“发光元件”用来限定例如通过在两端施加电势差或者通过电流来触发时，在例如在可见光区域、红外和/或紫外区域等电磁光谱中的一个区域或者几个区域组合中发射辐射的器件。因此，发光元件可以具有单色、准单色、多色或者宽带频谱发射特性。发光元件的例子包括半导体、有机物或者聚合物/聚合体发光二极管、涂敷光泵浦磷光体的发光二极管、光泵浦纳晶发光二极管或者如本领域技术人员容易理解的其它类似器件。而且，术语发光元件用来限定例如LED芯片等的发射辐射的特定器件，且同样可用来限定发射辐射的特定器件与在其内放置特定器件或者器件组的壳体或者封装的组合。
术语“基本上平面的光导”用来限定通常配置成在2D表面上引导光的光导。例如，基本上平面的光导可以包括板块(slab)光导或者波导、扁平(flat)光导或者波导、表面(surface)光导或者波导或者如本领域技术人员容易理解的其它类似光或者波导结构。术语“基本上平面的光导”还进一步地被认为包括不同形状或者形式的不同2D光导或者波导，不管它是扁平的还是呈现不影响其光或者波导特征的弯曲部分或者圆形。
术语“向内耦合部分(in-coupling portion)”用来限定光传感器光导一部分，通过该部分，可以“收集”和/或“向内耦合”光以便于在其中引导光。向内耦合部分配置成基本允许光进入光导，然而，在一些情形下，一些光可以经由向内耦合部分离开光导。向内耦合部分容易被本领域技术人员理解为包括“向内耦合边缘部分”(例如，光导的外边缘或者其中机械加工的内边缘)，以例如在光导内产生不同形状的缝隙、孔、沟槽及其类似物。向内耦合边缘部分可以是扁平的，其基本上垂直于光导的主表面，根据需要可以是弯曲的、有角度的和/或有涂层的，以提供理想的向内耦合特征。还将理解的是，向内耦合部分还可以包括“向内耦合表面部分”，例如，调节成向内耦合照射到光导该部分上的光的表面部分。例如，向内耦合表面部分可以通过具有已经例如粗糙化、构成纹理化、机械加工和/或压痕表面的一部分光导来确定，以充当扩散器，由此允许和该部分相互作用的光被耦合进入光导。
术语“向外耦合部分(out-coupling portion)”用来限定光传感器光导一部分，通过该部分，可以将来自光导的光“提取”和/或“向外耦合”。向外耦合部分配置成主要允许光离开光导，然而，在一些情形下，一些光可能经由向外耦合部分进入光导。向外耦合部分将容易被本领域技术人员理解为包括“向外耦合边缘部分”(例如，光导的外边缘或者在其中机械加工的内边缘)，以例如在光导内产生不同形状的缝隙、孔、沟槽及其类似物。向外耦合边缘部分可以是扁平的，其基本上垂直于光导的主表面，根据需要是弯曲的、有角度的和/或有涂层的，以提供理想的向外耦合特征。还将理解的是，向外耦合部分还可以包括“向外耦合表面部分”，例如，调节成向外耦合在光导中所引导光的表面部分。例如，向外耦合表面部分可以通过具有已经例如粗糙化、构成纹理化、机械加工和/或压痕表面的一部分光导来确定，以充当扩散器，由此允许在光导内和该部分相互作用的光从光导提取出来。其它这种向外耦合技术应当容易被本领域技术人员所理解，因此也不意味着排除在本发明的限定之外。
术语“杂散光”用来限定从所给发光元件输出的光，杂散光通常不被认为参与了包括所给发光元件的光源的总输出。例如，即使发光元件可以配置成在预定方向发光，并且在预定方向发射的光可以任意地经由不同输出光布置来使用，以提供光源的通常输出，附加光还可以在其它方向上发射。一般来说，该附加光在整体光源输出设计中不是特别重要。杂散光的一个例子可以包括从额定正向发射的发光元件侧面发射的光(也就是，从具有基本上主要的轴向发射分量的发光元件径向发射的光)。可替换地，或者与其组合，杂散光可以包括指向轴向和/或径向远离发光元件主要输出方向的反向散射或者反射的光分量(例如，在发光元件封装内的内反射、反向散射掉的杂质、封装分量和/或局部的折射系数变动(例如，密封在发光元件封装材料内的气泡/气体，输出透镜中的缺陷，等等))。其它的这些例子对于本领域技术人员应该是显而易见的。一般来说，杂散光用来限定由所给发光元件发射的光分量，该光分量相对于主要发射分量(也就是，主要用来提供包括所给发光元件的光源理想输出的分量)最多是次要的。
如这里所使用的，术语“大约”指的是与标称值+/-10％的偏差量。应当理解的是，无论是否特别指出，这种偏差量总是包含在这里所提供的任何所给值内。
除非另外限定，这里所使用的所有科技术语具有本发明所属领域的技术人员通常所理解的相同含义。
本发明提供了一种具有光传感器(photosensor)光导的光源。尤其是，本发明提供了一种包括一个或者多个发光元件、一个或者多个光传感器、以及光传感器光导(例如，基本上平面的光导)的光源。光传感器光导通常配置成收集由一个或者多个发光元件发射的一些光且将所述光引向与其光耦合的一个或者多个光传感器，由此感测的光可用作控制一个或者多个发光元件的各自输出的基础。
一般来说，发光元件设置在光源中，使得每个发光元件发射的重要部分和/或主要分量射向光源的输出，然而，每个发光元件发射的较小部分和/或最多次要分量经由其一个或者多个向内耦合部分耦合进入光传感器光导(例如，基本上平面的光导)。然后耦合进入光传感器光导中的光可以引向光导的一个或者多个向外耦合部分，在该向外耦合部分，光可以被与其光耦合的一个或者多个光传感器感知。一般来说，感知到的光可以用作控制一个或者多个发光元件输出的基础，以例如基本上维持理想的光源输出。
任意地，光源还可以包括光导盖或者类似物。所述光导盖(light guidecover)可以相对于光导设置，例如便于增强光导的导光特性，和/或降低由于进入光导并影响在一个或者多个光传感器处读数的寄生光(例如，环境和/或多余的散射光)的渗透性。以下将进一步讨论的光导盖的例子可以包括但不局限于一个或者多个基本不透明的结构(例如，由塑料、金属等制成的盖板，等等)和/或一个或者多个层状涂层，例如喷涂、喷镀和/或以其它方式设置在光导的一个或者多个表面上的反射的和/或不透明的光涂层。
发光元件
光源通常包括一个或者多个发光元件。如上面所限定的，一个或者多个发光元件可以任意地包括发光元件封装，该封装包括不同组合形式的壳体、输出光学器件(例如，诸如半球状透镜、滤光器、涂层，等等)、驱动电路等等。在一个实施例中，发光元件经由可操作地耦合到驱动电路的衬底安装到光源上，所述驱动电路配置成驱动发光元件。例如，发光元件可以经由印刷电路板(PCB)及其类似物驱动，这或者可以特别地配置用于驱动单个发光元件，或者配置用于驱动按照不同串联和/或并联配置连接的发光元件组或阵列。
在一个实施例中，每个发光器件通常配置成在正向方向发光，也就是在沿着发光元件或者其封装的光轴的方向。由这些发光元件发射的光通常包括重要的轴向分量和次要的径向分量。例如，由这些发光元件发射的大部分光通常集中在发光元件和/或封装的光轴周围的立体角内，然而只有很少部分光径向或者侧向发射。
在一个实施例中，这些径向或者侧向发射包括杂散发射，所述杂散发射相对于发光元件的总输出没有特别的重要影响，并且通常对光源总输出的贡献有限。然而，杂散光可以用来监控一个或者多个发光元件的输出，也就是，通过将该杂散光耦合进入光传感器光导。在一个实施例中，由发光元件径向发射的和/或来自侧面的多余和/或杂散光耦合进入基本平面的光导中，用于下游检测。由几个不同发光元件发射的杂散光可以组合在基本上平面的光导内，并引向单一光传感器或者多于一个光传感器(例如，配置成检测具有不同颜色分量的光的不同光传感器，等等)。
在另一个实施例中，光源的一个或者多个发光元件分别配置成围绕各个光轴发射光，并设置使得其轴分量射向光源的输出，并使得其径向分量射向光传感器光导的一个或者多个向内耦合部分。
在另一个实施例中，一个或者多个发光元件配置成使得从其发射的杂散光射向光传感器光导的一个或者多个向内耦合部分。如上面所限定的，这些杂散光可以包括一个或者多个发光元件发射的至多次要分量，该次要分量主要不用于光源输出，例如，由主要轴向的和/或正向发射的发光元件发射的径向的、反向散射的和/或内反射的光，等等。
在另一个实施例中，一个或者多个发光元件配置成从其中发射的较小部分和/或至多次级分量的光射向光传感器光导的一个或者多个向内耦合部分，然而从其中发射的大部分和/或主要分量的光射向光源的输出。
本领域技术人员将容易理解的是，其它类似的光源配置可以认为落在本上下文范围内。也就是，可以认为，包括设置成既朝着光源输出发射光也朝着光传感器光导的向内耦合部分发射光以在其中引导光用于下游检测的一个或者多个发光元件的光源在本上下文范围内，而不脱离本发明所公开内容的通常范围和本质。
另外，在一个实施例中，一个或者多个发光元件包括一个或者多个单独的发光元件，所述发光元件的每一个都具有各自的发射光谱或者颜色。它们可以包括不同类型的高亮度和/或高强度发光元件，和/或其它类型的标准和/或常规强度发光元件。在一个这种实施例中，光源包括由红色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件构成的三个发光元件，所述三个发光元件的组合输出可控制成提供理想的彩色或者白色光输出。在另一个这样的实施例中，光源包括由红色发光元件、琥珀色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件构成的四个发光元件，所述四个发光元件的组合输出也可控制成提供理想的彩色或者白色光输出。其它的这种颜色组合对于本领域技术人员是显而易见的。
在另一个实施例中，一个或者多个发光元件包括一个或者多个组或阵列的发光元件，每一组或者阵列具有各自的发射光谱或者颜色。这一个或者多个组或者阵列可以包括不同类型的高亮度和/或高强度发光元件，和/或其它类型的标准和/或常规强度发光元件。在一个这样的实施例中，光源包括由红色发光元件组或阵列、绿色发光元件组或阵列和蓝色发光元件组或阵列构成的三个组或阵列的发光元件，所述三个组或阵列的发光元件的组合输出可控制成提供理想的彩色或者白色光输出。在另一个这样的实施例中，光源包括由红色发光元件组或阵列、琥珀色发光元件组或阵列、绿色发光元件组或阵列和蓝色发光元件组或阵列构成的四个组或阵列的发光元件，所述四个组或阵列的发光元件的组合输出可控制成提供理想的彩色或者白色光输出。其它的这种颜色组合对于本领域技术人员是显而易见的。
光传感器光导
光源包括光传感器光导，所述光传感器光导包括一个或者多个向内耦合部分，用于收集由一个或多个发光元件发射的一小部分光，和一个或者多个向外耦合部分，用于提取由与其光耦合的一个或者多个光传感器所感知的至少一些该小部分光。在一个实施例中，光传感器光导是基本上平面的光导。
如上所限定的，一个或者多个向内耦合部分可以包括：不同组合形式的一个或者多个向内耦合边缘部分和/或一个或者多个向内耦合表面部分。同样，一个或者多个向外耦合部分可以包括：不同组合形式的一个或者多个向外耦合边缘部分和/或一个或者多个向外耦合表面部分。
一般来说，光传感器光导可以包括：单个向内耦合部分，用于向内耦合由一个或者多个发光元件的全部或者小组发射的光，或者可以包括用于一个或者多个发光元件的每一个的各个向内耦合部分。例如，在一个实施例中，光导包括三个向内耦合部分，一个对应于光源的三个发光元件的一个(例如，RGB光源)。在另一个实施例中，光导包括四个向内耦合部分，一个对应于光源的四个发光元件的一个(例如，RAGB光源)。
在另一个实施例中，特殊的向内耦合部分可以设置成向内耦合由两个或者多个发光元件发射的光。例如，一个这样的实施例可以在光导的缝隙中对称地设置两个或者多个发光元件，其边缘提供向内耦合边缘部分，来自两个或者多个发光元件的光经由该边缘部分可以对称地向内耦合到光导。这种多元件配置的例子可以包括：对称设置在椭圆形缝隙中的两个发光元件、对称设置在三角形缝隙中的三个发光元件、对称设置在正方形或者矩形缝隙中的四个发光元件，以及被本领域技术人员容易理解的其它这种配置。
类似地，光传感器光导可以包括单一的向外耦合部分，用于将光射向一个或者多个光传感器的全部或者小组，或者可以包括用于一个或者多个光传感器的每一个的相应向外耦合部分。例如，在一个实施例中，光导包括三个向外耦合部分，一个对应于光源的三个光传感器(例如，分别配置成感知RGB光源中的红色、绿色和蓝色的光传感器)的一个。在另一个实施例中，光导包括四个向外耦合部分，一个对应于光源的四个光传感器(例如，分别配置成感知RAGB光源中的红色、琥珀色、绿色和蓝色的光传感器)的一个。可替换地，特殊的向外耦合部分可以配置成将光射向两个或者多个光传感器。
在另一个实施例中，提供单一的光传感器，以感知由光源的一个或者多个发光元件的全部所发射的光。在该实施例中，从一个或者多个发光元件向内耦合的光被混合，并引向单一的向外耦合部分，光传感器配置成感知混合光，所述混合光还可以包括例如红色、绿色和蓝色光的组合，红色、琥珀色、绿色和蓝色光的组合，以及其它这种颜色组合。
一般来说，全内反射出现在光导的内部，以有效地混合从不同发光元件向内耦合的光，并将至少一些混合光引向一个或者多个光传感器。在一个实施例中，发光元件和与其相关的向内耦合部分基本上围绕一个或者多个向外耦合部分对称设置，使得引导到那里的光传播基本上相同距离，而不管发射光的发光元件。不同的环绕结构可以用来提供这种特征，所述环形配置可以包括，但不局限于具有围绕一个或者多个在中心排列的光传感器对称设置的两个或者多个发光元件。
在另一个实施例中，发光元件和与其相关的向内耦合部分没有围绕一个或者多个光传感器对称设置。通过有效地混合由这些发光元件发射的光，例如经由在基本上平面的光导内引导传播，可以提供足够的光检测，由此降低与对称结构相关的空间限制。这种结构的例子可以包括远离单一光传感器一段距离设置的发光元件的线性阵列，以及对本领域技术人员显而易见的其它这样的结构。
在一个实施例中，光传感器光导包括：基本上平面的光导，所述光导成形且确定大小，使得其周长包围光源的一个或者多个发光元件和一个或者多个光传感器。在光导中提供相应的缝隙(aperture)，其设置成与一个或者多个发光元件的位置对应且对齐，缝隙足够大以套上各个发光元件的光学器件。那么(as such)，当光导设置在一个或者多个发光元件上面时，缝隙的内边缘由此限定相应的向内耦合边缘部分，用于向内耦合从各个发光元件径向或者侧向发射的光，同时，其基本上正向的发射基本维持不被光导阻拦。例如，可以使用这种配置，以采样从一个或多个发光元件径向或者侧向发射的光，这些光可能包括杂散光，或者对于产生理想光源输出所不需要或不想要的一个或者多个发光元件的发射分量。
光传感器光导可以由多种材料中的一种或者多种制成，使得这些材料在其中提供理想等级的光反射，同时附加地经过其中提供理想等级的光传输。例如，光传感器光导可以由塑料、丙烯酸、玻璃或者本领域技术人员容易理解的其它材料制成。
在一个实施例中，光导包括丙烯酸板，所述板足够薄以至于它不能减少从一个或者多个发光元件正向发射的光。设置光导，使得其收集通常不是光源有用输出部分的杂散、侧向发射光。在一个实施例中，丙烯酸板大约0.040″厚。
在另一个实施例中，一个或者多个向内耦合边缘部分限定在基本上平面的光导的外边缘内。在一个实施例中，这种外边缘部分部分地环绕或者围绕一个或者多个发光元件。
另外，在一个实施例中，光导通常包括设置成与一个或者多个光传感器的位置对应和对齐的各个向外耦合表面部分。那么，从一个或者多个发光元件收集的至少一些光可以混合，并通过光导引向一个或者多个向外耦合表面部分，且在那里提取以由各自的光传感器感知到。
如上面所限定的，一个或者多个向外耦合表面部分可以各自包括：例如已经粗糙化、构成纹理化、机械加工和/或压痕的光导表面部分，以使光导内部的光改向朝着一个或者多个光传感器。这种表面部分可以设置在例如和光传感器面对的光导表面上，或者在与其相对的表面上。而且，一个或者多个光传感器可以设置在光导的任一侧面上。其它的这种光提取方法和配置对于本领域技术人员来说应当是显而易见的，并因此不意味着脱离了本发明公开的一般范围和本质。
在另一个实施例中，一个或者多个光传感器可以耦合到或者由光导的内边缘部分(例如，光导内的缝隙/孔的内边缘)，或者由其外边缘限定的向外耦合边缘部分。
另外，本领域技术人员将理解的是，光传感器光导可以制造成具有适于将光从一个或多个发光元件引向一个或多个光传感器的不同形状和形式。例如，基本上平面的光导可以成形且确定尺寸，以适应光源的结构限制，也就是由其使用用途来限定，和/或适应被为提供满意或最佳结果的不同发光元件和光传感器配置(例如，参见图1和6至8)。
例如，在一个实施例中，光传感器光导由具有部分抛物线形状的基本平面的光导来限定，使得一个或者多个光传感器可以设置在其焦点处，并使得从一个或者多个发光元件发射的光可以从光导的边缘反射向该焦点。其它这种聚焦结构对于本领域技术人员应当是显而易见的。
可替换地，光传感器光导可以成形，以适应一个或者多个发光元件相对于一个或者多个光传感器的基本对称的设置。可以考虑圆形、长方形、正方形、三角形和其它这种形状，这对于本领域技术人员应当是显而易见的。还可以考虑不规则的形状，也就是设想成适应不规则光源和/或不是特别对称的发光元件和光传感器配置，而不脱离本发明的一般范围和本质。
而且，光传感器光导可以涂敷和/或装配有附加的光学元件，以增强光源的输出和/或增强其光向内耦合、向外耦合和/或引导特征。例如，在一个实施例中，基本上平面的光导的顶面可以镀银或者用一些其它反射材料涂敷，以减少进入光导的环境光量，同时还帮助将从一个或者多个发光元件发射的光反射出光源。
另外，在一些实施例中，镀银或者由一些其它反射材料涂敷的基本上平面的光导顶面还可以在反射涂层上方具有基本上不透明的外涂层(topcoat)，例如参见图13。这些实施例的外涂层可以例如至少部分地阻挡环境光，该环境光否则可以使传感器检测比由一个或者多个发光元件的每一个的向内耦合分量预期提供的光更多的光，和/或例如变化由传感器读出的色温和/或光谱空间分布。不理想的环境光源可能包括：例如经由光源中的优先散射(preferentialscatter)，和/或源自从光源外部进入的光(例如，日光和/或由相邻发光体等产生的光)所提供的光。
在一些实施例中，反射涂层设置在在光导顶上，其阻挡直至大约95％的环境光。在这些实施例中，附加的不透明涂层可以设置在反射涂层顶上，以进一步减少进入光导的光，使得可以阻挡甚至更多的环境光进入光导，在一个实施例中阻挡超过95％的环境光。作为选择，一个或者多个层状涂层的这种组合由此可以提供有效的光传感器光导盖，这将在下面更详细地讨论。
光传感器
光源包括一个或多个光传感器，其光耦合到光源的光传感器光导的一个或者多个向外耦合部分。一个或者多个光传感器通常用于监控光源一个或者多个发光元件的输出，感知信号通常用作下述的输出控制器和/或控制系统的一部分，用于基本上维持理想的光源输出。
一般来说，可以使用一个或者多个光传感器。在一个实施例中，经由单一光传感器监控一个或者多个发光元件的每一个的输出。在另一实施例中，单独的光传感器用于每一种发光元件，例如用于多色光源中的每一种颜色。
在一个实施例中，一个或者多个光传感器光耦合到光传感器光导的一个或者多个向外耦合表面部分。在另一个实施例中，一个或者多个光传感器光耦合到光传感器光导的一个或者多个向外耦合边缘部分。
在一个实施例中，一个或者多个光传感器安装在各自PCB上的光源内。在另一个实施例中，一个或者多个光传感器的至少一些安装在相同的PCB上，作为一个或者多个发光元件中的一个或者多个。
光传感器可以包括不同类型的光传感器，该光传感器提供将检测到的光发射转化成电信号的装置，其中，光传感器可以是宽带传感器或者窄带传感器。例如，光传感器可以是光敏晶体管、光传感器集成电路、非激发LED、硅光电二极管或者本领域技术人员容易理解的其它器件。在一个实施例中，宽带传感器和滤光器配合，这由此可以提供光发射检测的窄带。
输出控制
一般来说，光源包括一个或者多个发光元件，所述发光元件的输出形成光源总的光输出。通过监控一个或者多个发光元件的每一个的输出，可以获得可控的光源输出。例如，可以认为用于控制的不同输出参数包括，但不局限于辐射输出功率、输出发光度、及其类似参数，以及光源的色度、颜色质量和/或显色效率。对于本领域技术人员来说，其它这种参数应当是显而易见的，并因此不意味着超出了本发明的一般范围和本质。
如上所介绍的，光源包括一个或者多个光传感器，所述光传感器配置成经由光传感器光导监控一个或者多个发光元件的输出。一般来说，一个或者多个光传感器配置成产生表示一个或者多个发光元件的各自输出的电信号，然后该电信号可以由例如控制系统信号处理器(例如，控制器、微控制器、软件和/或硬件器件，等等)或者其它这种控制装置的控制器来使用，以评估光源的输出，并且在必要时调节一个或者多个发光元件的各自输出。
在一个实施例中，光源包括两个或者更多个发光元件，或者其组或阵列，每一个通常具有各自的发射光谱。通过组合两个或者多个发光元件的输出，提供组合的光源输出光谱或者颜色，该输出光谱或者颜色通常由每个发光元件的相对光谱贡献来决定。那么，通过控制两个或者多个发光元件的各自强度，还控制了光源的总输出光谱或者颜色。
在另一个实施例中，光源包括三个或者更多个发光元件，或者其组或阵列，每一个通常具有各自的发射光谱。还有，通过组合三个或者更多个发光元件的输出，提供组合的输出光谱或者颜色，这可能包括白色光。本领域技术人员将容易理解的是，白色光也可以通过使用替换的装置来产生，例如，使用涂敷磷光体的发光元件及其类似物，这种替换的装置也被认为是在本发明的范围之内。
在一个实施例中，光源包括红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)发光元件，所述发光元件设置成提供可控白色或者彩色输出。在另一个实施例中，光源包括红色(R)、琥珀色(A)、绿色(G)、和蓝色(B)发光元件，所述发光元件配置成提供可控白色或者彩色输出。可替换地，还可以考虑由两个、三个、四个或者更多个发光元件或者其组或阵列组成的其它组合，每一个组合都具有各自的发射光谱，可组合以提供选定的、变化的和/或优选的白色或者彩色输出，这被认为不脱离本发明公开内容的一般范围和本质。
如上所述，通过改变发光元件(例如，RGB、RAGB，等等)的相对强度，可以变化和/或优选光源输出的颜色。因此，通过监控光源和/或每一个发光元件、或者其组或阵列的输出，可以控制光源的输出。另外，由于每个发光元件的输出可以随着环境和/或操作温度的变化而不同地变化，或者还随着发光元件老化或者其输出强度(例如，发光效力、颜色、光谱形状，等等)的变化而变化，还可以进一步监控光源和/或每个发光元件、或者其组或阵列的输出，以检测这些变化并提供足够的补偿，以基本维持理想的输出。
因此，在一个实施例中，为了实现基本稳定的输出颜色，即，基本保持相同的输出颜色，而不管环境和/或器件温度的变化、发光元件的老化、和/或总输出强度的变动，组合发光元件输出的色度经由光传感器光导和与其耦合的一个或者多个光传感器来监控。由一个或者多个光传感器产生的信号可以用来向光源或者系统控制器提供反馈，其通常控制发光元件(例如，经由相应的驱动器和/或控制电路)以基本维持理想的输出颜色。在不同的实施例中，这种反馈控制也可以用来基本维持理想的输出亮度、辐射功率以及维持和/或优选光源的颜色质量和/或显色效率。
光学的光传感器光导盖
本发明的光源可以任意地包括光导盖，以例如阻挡环境光进入光导和/或增强光导的导光特性。
在一个实施例中，盖基本上是不透明的，并设置成增强光导的全内反射特征和/或避免从其中不希望的光提取。例如，光学盖可以由基本上不透明材料(例如塑料、金属，等等)，或者利用本领域技术人员应当显而易见的技术涂敷成不透明或者反射的透明材料形成。在另一个例子中，光盖是由直接设置在光导上的一个或者多个层状涂层构成，例如包括设置在光导表面上的反射涂层和设置在反射涂层上的附加的基本不透明涂层，以进一步减少环境光渗透进入光导。
在一个实施例中，为了增强光导的全内反射特征，设置盖，以便不与光导表面直接光接触。例如，光导盖可以由基本不透明的材料制成并配置成靠近光导但是又与其有一定距离地安装在光源内，以避免相互之间的直接接触(例如，参见图11的实施例)。√
在另一个实施例中，面对光导的盖表面和/或面对盖的光导表面是反射型表面。因此，盖可以设置成和光导表面直接光接触(也就是，经由反射涂层)，而不致负面地影响光导的全内反射特征。
为了减少对来自发光元件、且射向光源输出的光的不理想阻挡，盖的厚度可以减小，尤其是，当接近每个发光元件时还可以进一步减小(例如，参见图11和12的实施例)。例如，在一个实施例中，盖朝着发光元件逐渐变细(taper)，以便在靠近发光元件的地方它的厚度减小成刀刃(knife-edge)。
另外，在一些实施例中，光导盖配置作为光导安装和/或定位器件。在这些实施例中，光导盖与光导和发光元件衬底(例如，参见图12的实施例)和/或光源壳体(例如，参见图11的实施例)耦合。这些耦合可以以使用不同夹子、扣件、粘合剂、及其类似物来实现，这对本领域技术人员来说是显而易见的(例如，参见图9至12的实施例)。
现在将参考特定的例子描述本发明。将理解的是，下述的例子旨在描述本发明的实施例，不意味着以任何方式对发明进行限制。
实例
例1：
现在参考图1至3，现在将描述通常使用附图标记100来表示、且根据本发明的一个实施例的光源。光源100通常包括四个线性设置的发光元件如发光元件102、光传感器104和基本上平面的光导106，所述光导106用于收集、混合和向光传感器104引导由发光元件102径向发射的一小部分光。在该实例中，光源100通常是由红色、琥珀色、绿色和蓝色发光元件102构成的，其配置成根据预定的输出强度发光，所述预定输出强度提供理想的组合输出，例如，理想的输出颜色等级(例如，色度、色温，等)、理想的白光等级(例如，具有理想显色指数、颜色质量，等等)或者类似参数。
一般来说，每一个发光元件102安装在衬底108上，所述衬底108本身可操作地耦合到印刷电路板(PCB)110上。发光元件驱动器(如，驱动器112)配置成向PCB 110提供驱动信号，便于分别驱动发光元件102的每一个。光传感器104也通常安装到PCB 110上，并设置成向输出控制装置114(例如，反馈控制系统的信号处理器，或者其类似物(例如，数据处理器、微处理器、软件和/或硬件器件，等等))传递监控信号，所述输出控制装置114本身配置成控制驱动器112，以产生有利于提供和/或基本维持理想光源输出的驱动信号。通过经由光导106和光传感器104监控发光元件102的输出，发光元件102的各个输出可以经由控制装置114和驱动器112根据需要调节，以适合由环境和/或操作温度变化、发光元件102的老化、总输出强度的更改和/或本领域技术人员容易理解的其它这些参数所引起的发光元件102各个输出的相对变化。
在该实施例中，基本上平面的光导106通常成形且确定大小，使得其周长包围四个发光元件102和光传感器104。在光导106中提供各个缝隙(如，圆孔116)，其设置成与四个发光元件102位置对应且对齐，缝隙116足够大以套上各个发光元件102的光学器件。那么，当光导设置在发光元件102上时，缝隙116的内边缘由此限定各个向内耦合边缘部分，用来向内耦合从各个发光元件102径向或者侧向发射的光，同时，其基本上正向的发射基本维持不被光导阻挡(例如，参见图3)。
在一个实施例中，光导106包括丙烯酸板，所述板足够薄以至于其不能减少从发光元件102正向发射的光。尤其是，如上所述，可以设置所述板，使得其收集通常不是光源有用输出部分的杂散、侧向发射光。在一个实施例中，丙烯酸板大约是0.040″厚。
另外，光导106通常包括设置成与光传感器104的输入对齐的向外耦合表面部分118。那么，至少一些从发光元件102收集的光可以被混合，且由光导106引导到向外耦合表面部分118，此处光可以被光传感器104提取和感知(例如，参见图3)。
一般来说，向外耦合表面部分118包括例如粗糙化、构成纹理化、机械加工和/或压痕的表面，所述表面配置作为扩散器，用于向外耦合与该表面相互作用的光，并将至少一部分光射向光传感器。在该实施例中，该表面部分说明性地设置在光导106的一个表面上，该表面面对光传感器且与光源通常输出方向相反。
因此，来自发光元件102的径向和/或侧向发射光(例如，杂散光和/或径向或侧向发射光分量)可以在光导106内混合和引导。最后，一部分混合和引导光由光传感器104感知，所述光传感器104可以通过可操作地与其耦合的控制装置114来使用，以评估光源100的总输出，并在必要时进行调整，以维持理想的输出，即，发光元件102的各个输出。
例2：
现在参考图4，现在将描述通常使用附图标记200表示、且根据本发明的另一个实施例的光源。光源200类似于图1至3的光源100，不同之处在于，光导206的向外耦合表面部分218设置在最接近光传感器204的其内表面上，而不是和图1至3的实施例中向外耦合表面部分118一样设置在光导206的外表面上。为了完整，使用相应的附图标记表示与图1至3的实施例中所示的相应部分类似的图4中所示的其它部分。
例3：
现在参考图5，现在将描述通常使用附体标记300表示、且根据本发明的另一个实施例的光源。光源300类似于图1至3的光源100，不同之处在于，光传感器304设置在光导306的外表面上，和向外耦合表面部分318相同的一侧上。为了完整，使用相应的附图标记表示与图1至3的实施例中所示的相应部分类似的图5中所示的其它部分。
例4：
现在参考图6，现在将描述通常使用附图标记400来表示，且根据本发明的另一个实施例的光源。光源400类似于图1至3的光源100，不同之处仅仅在于，光源的四个发光元件402以正方形的配置围绕光传感器404对称设置在基本上圆形的光导406内。为了完整，使用相应的附图标记表示与图1至3的实施例中所示的相应部分类似的图6中所示的其它部分。
例5：
现在参考图7，现在将描述通常使用附图标记500来表示，且根据本发明的另一个实施例的光源。光源500类似于图1至3的光源100，不同之处仅仅在于，光源的四个发光元件502以成对地、基本上矩形的配置围绕光传感器504对称设置在基本椭圆形的光导506内。为了完整，使用相应的附图标记表示与图1至3的实施例中所示的相应部分类似的图7中所示的其它部分。
例6：
现在参考图8，现在将描述通常使用附图标记600来表示，且根据本发明的另一个实施例的光源。光源600类似于图1至3的光源100，不同之处仅仅在于，光源600仅仅包括三个发光元件602，例如包括红色、绿色和蓝色发光元件602，所述三个发光元件以大概三角形配置围绕光传感器604设置在大概三角形光导606内。为了完整，使用相应的附图标记表示与图1至3的实施例中所示的相应部分类似的图8中所示的其它部分。
例7：
现在参考图9至11，现在将根据本发明的另一个实施例描述包括光学光导盖750的光源700(参见图11)。光源700类似于图1至3的光源100，其包括可操作地耦合到衬底710并设置成突出于光导706各个孔716的许多发光元件102，每一个孔716提供向内耦合部分，用于接收来自发光元件702的光，并将其引向光传感器(未示出)。
在该例子中，光源700还包括光导盖750，所述光导盖750设置在光导706上，以减少其中环境光的渗透和/或减少不希望的从中向内耦合光的提取。光导盖750包括多个孔(例如，孔754)，用于发光元件702穿过，和安装结构756，每个安装结构756包括用于例如经由适当的扣件或者类似物将其安装到光源壳体(未示出)的安装缝隙758，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
光导盖750还包括光导耦合元件，例如设置夹子766，以将光导706保持在相对于盖750一段距离的适当位置，且因此保持在相对于光源壳体和发光元件702的适当位置。另外，配置夹子766和侧壁部分762，以保持发光元件衬底710在适当的位置。如这里所示的，对齐元件(例如，标签764)还可以设置在盖750的侧壁部分762上，以帮助光导706相对定位。在该例子中，标签764包括在盖750下表面上的凹痕。本领域技术人员清楚的是，这种对齐元件可以具有不同的配置和形状，例如包括贯穿盖厚度的标签，或者还包括例如配置成在其中接收从光导伸出的突起的凹槽。其它这种的对齐装置对于本领域技术人员来说应当是显而易见的，因此不认为是脱离了本发明的通常范围和本质。
在该例子中，在发光元件孔754附近减小盖750的厚度，以便于减少对由发光元件702发射向光源700输出的阻碍。例如，盖750的顶面包括在发光元件孔754附近的倾斜区域760，所述倾斜区域760朝着下表面倾斜，以便盖750的厚度在那儿减小，从而减少了对发射光的阻碍。在一个例子中，该区域760的倾斜表面可以是反射型的，以将入射在表面上的由发光元件702发射的光重新定向。
例8：
现在参考图12，现在将描述通常用附图标记800表示，且根据本发明的另一个实施例的光源。光源800类似于图1至3的光源100，其包括可操作地耦合到衬底810并设置成突出于光导806的各个孔816的一个或者多个发光元件802，每一个孔816提供向内耦合部分，用于接收来自各个发光元件802的光，并将其引向光传感器(未示出)。
在该例子中，光源800还包括光导盖850，所述光导盖850包括具有各自安装孔的一个或者多个安装结构856，用于经由适当的扣件870将其安装到衬底810(例如，印刷电路板或其类似物)上，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
盖850还包括光导耦合元件，例如，夹子866或其类似物，用于将其耦合到光导806并以预定的配置设置该元件。在该例子中，面对光导806、并与其直接接触的盖850的表面设置有反射型的涂层(未示出)，由此减少了对来自光导806的光的不理想提取。
在该例子中，在各个发光元件孔854附近再次减小盖850的厚度，以便于减少对由发光元件802发射向光源800输出的阻碍。例如，盖850的顶面包括在发光元件孔854附近的倾斜区域860，所述倾斜区域860朝着下表面倾斜，以便盖850的厚度在那儿减小，从而减少了对发射光的阻碍。在一个例子中，该区域860的倾斜表面可以是反射型的，以将入射在表面上的由发光元件802发射的光重新定向。
例9：
现在参考图13，现在将描述通常用附图标记900表示，且根据本发明的另一个实施例的光源。光源900类似于图1至3的光源100，其包括可操作地耦合到衬底910并设置成突出于光导906的各个孔916的一个或者多个发光元件902，每一个孔916提供向内耦合部分，用于接收来自发光元件902的光，并将其引向光传感器(未示出)。
在该例子中，光源900还包括光导盖950，所述光导盖950由设置在光导906上的一个或者多个层状涂层提供。例如，光导906包括反射涂层980和在其上的附加的不透明涂层990，以帮助进一步地减少环境光进入光导和/或减少从那儿提取向内耦合光。
明显可见的是，本发明的上述实施例是范例，并可以以很多方式变化。目前的这些或者将来的变化不应当认为是脱离了本发明的精神和范围，对于本领域技术人员显而易见的所有这些变形都认为是包括在下述权利要求的范围之内。

Claims (24)

1.一种光源，其包括：
基本上平面的光导，其包括一个或者多个向内耦合部分和一个或者多个向外耦合部分；
一个或者多个发光元件，每一个配置成围绕各自光轴发光，并设置使得其轴向分量至少部分地射向光源的输出，以及使得其径向分量经由所述一个或者多个向内耦合部分至少部分地耦合进入所述基本上平面的光导中；以及
一个或者多个光传感器，其光耦合到所述一个或者多个向外耦合部分，用于根据由此感知到的向外耦合光控制所述一个或者多个发光元件的每一个的输出，
其中，所述一个或者多个向内耦合部分的一个或者多个包括：向内耦合边缘部分，所述向内耦合边缘部分至少部分地限定所述一个或者多个发光元件的一个或者多个。
2.如权利要求1所述的光源，其中，所述向内耦合边缘部分限定缝隙，通过所述缝隙至少部分地设置所述一个或者多个发光元件的一个或者多个。
3.如权利要求1所述的光源，其中，所述一个或者多个向内耦合部分的每一个包括：在所述基本上平面的光导内限定缝隙的向内耦合边缘部分，通过所述缝隙至少部分地没置所述一个或者多个发光元件的相应一个。
4.如权利要求1所述的光源，其包括：两个或者多个发光元件，每一个包括用于提供细合光源输出的各自发射光谱，所述一个或者多个光传感器用于控制所述两个或者多个发光元件的相对输出，从而基本维持所述组合光源输出。
5.如权利要求4所述的光源，其中，所述组合光源输出基本上是白色光。
6.如权利要求4所述的光源，其中，所述两个或者多个发光元件包括：一个或者多个红色、绿色、琥珀色和蓝色发光元件中的每一个。
7.如权利要求1所述的光源，其还包括：输出控制器，其可操作地耦合到所述一个或者多个光传感器并配置成将所述一个或者多个发光元件驱动为由此感知的所述向外耦合光的函数。
8.如权利要求1所述的光源，其中，所述一个或者多个向外耦合部分包括：向外耦合表面部分。
9.如权利要求8所述的光源，其中，所述向外耦合表面部分包括：构成纹理化的表面部分。
10.如权利要求1所述的光源，其中，所述径向分量包括杂散光。
11.如权利要求1所述的光源，其中，所述径向分量对于所述轴向分量最多是次要的。
12.如权利要求1所述的光源，其中，所述光源成形，以提供基本抛物线的边缘，以及其中，所述一个或者多个向外耦合部分中的一个或者多个设置成围绕所述抛物线边缘的焦点。
13.如权利要求1所述的光源，其中，所述光导包括：两个或者多个向内耦合部分，其围绕单一向外耦合部分基本对称地设置。
14.如权利要求1所述的光源，其还包括光导盖，用于至少部分地阻挡环境光渗透到所述光导中。
15.如权利要求14所述的光源，其中，所述光导盖包括：一个或者多个光导耦合元件，用于将所述光导耦合到其上，并由此相对于光导耦合元件定位光导。
16.如权利要求14所述的光源，所述光导盖包括反射涂层，以在所述光导内基本上维持内反射。
17.如权利要求16所述的光源，其中，所述反射凃层设置在所述光导的表面上。
18.如权利要求17所述的光源，其中，所述光导盖还包括基本上不透明的涂层，其设置在所述反射涂层顶上，以进一步减少环境光渗透进入所述光导。
19.一种光源，其包括：
一个或者多个发光元件；
基本上平面的光导，其包括一个或者多个向内耦合部分和一个或者多个向外耦合部分；所述基本上平面的光导配置成经由所述一个或者多个向内耦合部分收集从所述一个或者多个发光元件发射的杂散光；以及一个或者多个光传感器，其光耦合到所述一个或者多个向外耦合部分，用于根据由此感知到的向外耦合光控制所述一个或者多个发光元件的每一个的输出，其中，所述一个或者多个向内耦合部分的一个或者多个包括：向内耦合边缘部分，所述向内耦合边缘部分至少部分地限定所述一个或者多个发光元件的一个或者多个。
20.如权利要求19所述的光源，其中，所述一个或者多个向内耦合部分的每一个包括：在所述基本上平面的光导内限定缝隙的向内耦合边缘部分，通过所述缝隙至少部分地设置所述一个或者多个发光元件的相应一个。
21.如权利要求19所述的光源，其中，所述杂散光包括：由所述一个或者多个发光元件发射的光的径向分量。
22.如权利要求21所述的光源，其中，所述径向分量相对于由所述一个或者多个发光元件发射的光的主要轴向分量至多是次要的。
23.如权利要求19所述的光源，其还包括：输出控制器，其可操作地耦合到所述一个或者多个光传感器，并配置成将所述一个或者多个发光元件按照驱动为此感知的所述向外耦合光的函数。
24.如权利要求19所述的光源，其包括：两个或者多个发光元件，每一个配置成以各自的波长发光，用于提供细合光源输出，所述一个或者多个光传感器用于控制所述两个或者多个发光元件的相对输出，从而基本维持所述组合光源的输出。
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