CN103620357A - 用于光平衡的装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于光平衡的装置。该装置提供光平衡和鲁棒的通量反馈，并且包括光源阵列、布置为多个个体发光二极管串的多个光源、至少一个光导结构和至少一个光学传感器。该装置提供关于该多个个体发光二极管串中的每一串的光学贡献的反馈，并且由此将发射光保持在平衡水平。

Description

用于光平衡的装置

技术领域

本发明涉及用于光平衡的装置。更具体地，本发明涉及具有光源阵列和光导结构的用于光平衡的装置。

背景技术

彩色光被用于其中场景布景和氛围营造很重要的应用领域。在剧场照明、建筑照明、城市美化照明和用于商店、饭店、餐馆、医院、学校和办公空间的照明的领域存有应用的示例。现今其通常通过将白色光源与彩色滤色器组合以便获得所需的颜色来实现。

作为备选，可以使用具有多种颜色LED的系统。此类系统是吸引人的，因为它们产生所需的色彩而无需滤色器。其具有效率优势，并且更重要的是可以通过电子装置改变颜色：无需更换滤色器以改变颜色；可以通过组合多个不同原色的LED直接得到所有颜色。具有电子调节的颜色允许使用各种自动编程方法以控制照明系统，并且省略了滤色器这一事实实现了更简单的供应链(不需移除滤色器)并且颜色稳定性(替换的滤色器可能引入变化)。随着LED性能的改善，这些系统的市场正在迅速地扩大。

在多通道、高通量LED应用中，以及在(用于电影院、巡回、舞台、摄影棚应用的)多种颜色娱乐场所中，常使用具有封装在小阵列上的大量LED的多通道LED光源。在这些专业应用中，既在一开始也在整个工作寿命期间，LED产品之间的的颜色一致性是主要的考量和需求。因此人们做出努力以兼具初始校准、温度前馈和光反馈，以便获得鲁棒(robust)的和可靠的LED光源。在US2009／0237003中公开了反馈控制的照明系统的一个示例。

然而，还是需要向此类应用提供鲁棒的通量感应和光反馈的高效解决方案。

发明内容

鉴于以上所述，期望提供用于可以提供鲁棒的通量反馈的光平衡的装置。为了精确地测量系统的光输出，需要在多色LED阵列中或者靠近多色LED阵列的位置集成光反馈。由于反射器中的大量反射，因而期望高效使用以很大角度从LED发射的光，从而只有很小的可能达到被附接到LED阵列的反射器的出口孔。因此将光的该特定部分用于感测是一个高效解决方案，因为无论如何它对场所只有很小的或可以忽略的贡献。

进一步期望允许针对每个个体通道的通量感测。换言之，期望获得针对每个LED串的基本上平衡的信号，即使得每种颜色对通量信号具有基本上相等的传感器贡献。

本发明的一个目的是提供解决或者至少减轻上述问题的装置。

根据本发明的第一个方面，这个和其它目的通过用于光平衡的装置而达成，该装置包括：包括多个发光光源的光源阵列，其中所述多个光源表示多个个体的色彩通道，并且被布置为多个个体发光二极管串；至少一个位于该光源阵列的光导结构，使得该至少一个光导结构被布置成收集由该多个光源中的至少一个发射的光的部分并将其引导至至少一个光学传感器中，所述光的部分包括基本上垂直于光轴发射的光，该光轴被定义为从所述光源阵列垂直地延伸，其中所述光的部分不包括意图进入沿所述光轴放置的反射器的孔的光，其中所述至少一个光学传感器位于所述光导结构并且能够测量被收集的光的光通量，由此估计来自所述多个个体色彩通道中的每一个通道的光学贡献；并且其中所述至少一个光导结构和所述至少一个光学传感器被布置成提供关于该光学贡献的反馈以便调节所述多个个体发光二极管串中的每一串，由此将发射的光保持在平衡水平。

有利地，这样的设备可以针对包括与LED阵列十分接近地定位的多个集成光导(波导或光纤)的多通道LED光源提供鲁棒的通量反馈。这实现了(对每个个体通道的)通量的感测，以及用于每个LED串的基本上平衡的信号。换言之，每种颜色对通量信号具有基本相等的传感器贡献。

根据本发明的装置对装配公差相对地不敏感，允许制造鲁棒的产品。

可以在该光导结构中完成混合。然而并不需要完美的混合，因为可以在包括LED阵列的模块中存储初始校准、以及感测和反馈。

根据本发明的装置可以有利地和混合及准直喇叭形反射器一起被实现。可以为良好地混合色彩设计反射器。因此在入口附近它可以几乎是平行的，并且可以在出口附近变得较宽。该“喇叭形”通过多次反射在入口附近混合光，并且在出口附近准直光。这种反射器形状导致的一个后果是，由于大量的反射，以很大的角度从LED发射的光只有很小的可能到达反射器的出口孔。本发明基于这样一个事实，让传感器使用此光是有利的。这无论如何优化了不能对场景有贡献的该光的使用。

在一个实施例中，该光导结构可以被附接到该光源阵列。将该光导结构置于接近该光源阵列的位置允许对该装置的光输出进行精确的测量，因此实现了更佳的光反馈。

根据本发明的第二个方面，可以通过包括上述装置的LED光源达到以上目的和其它目的。

根据本发明的第三个方面，可以通过包括上述装置的灯具达到以上目的和其它目的。

要注意的是，本发明涉及权利要求中所述的特征的所有可能组合。因此，第一方面的所有特征和优势同样分别适用于第二和第三方面。

附图说明

本发明的各个方面，包括它的特定特征和优势，将通过下列详细描述和所附的附图被容易地理解，其中：

图1图示了根据一个实施例的LED阵列；

图2图示了根据一个实施例的包括LED阵列和管状反射器的装置；以及

图3-6图示了根据一个实施例的包括LED阵列和光导结构的装置。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中对本发明进行更全面地描述，其中示出了本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以实现为许多不同形式，并且不应被认为限于本文阐述的实施例；相反，为了全面性和完整性、以及为了向本领域技术人员全面传达本发明的范围而提供这些实施例。全文中，相同的附图标记指代相同的元件。

图1图示了高密度封装的光源阵列1。图示的光源阵列，附接于基板3，具有大约为29mm的直径，包括6个色彩通道，并且具有120个LED2。可以在用于光平衡的装置中使用如图1所示的一个或多个光源阵列1。

根据实施例，光源阵列1通常可以包括至少一组被布置成发射第一颜色的光的光源2，以及至少一组被布置成发射不同于第一颜色的第二颜色的光的光源2。可以由单个光源限定一组光源2。类似地，一组光源2可以包括两个或更多被一起布置在一个组里的光源。例如，可以以数个发光二极管(LED)组成的线的形式提供光源组2。根据一个实施例，光源包括多个LED。优选地，光源包括5到250个LED。更优选地，光源包括20到200个LED。甚至更优选地，光源包括70到150个LED。光源数量的增加可以导致输出的光通量(单位1m)的增加。光源数量的增加还可以导致可由装置获得的不同颜色的数量的增加。

根据本发明的一个实施例，光源包括2-8种不同颜色的LED。例如，LED可以具有白色(W)、中性白色(NW)、暖白(WW)、红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、琥珀色(A)、青色(C)、深红色(dR)和／或深蓝色(dB)发射光谱。通过将其组合，可以获得落在由WRGBAdRdB开始LED的色彩坐标构成的色彩空间内的任何所期望的的光谱。根据一个实施例，光源从而包括多种颜色，诸如(RGB)、(NW+WW)、(RGBA)、(RGBAW)、(RGBW)、(RGBAC)、(RGBAdR)、(RGBACdR)、(RGBACdRW)、(RGBACdRdB)等等。

例如，根据LED的数量、要达到的照明效果和要与光源阵列使用的反射器(见下文)的类型，光源阵列可以具有不同的形状。

根据本发明的一个实施例，光源阵列可以具有多边形形状，优选地为四至八个面(facet)。

图2是基于装置4的高亮度LED光源的透视图。装置4包括高密度封装的LED阵列1以及混合和／或准直管状反射器5(也被称为喇叭形反射器)。管状反射器5具有入口孔6a和出口孔6b。来自LED阵列1的光在入口孔6a被接收，并且经混合的和／或经准直的光在出口孔6b被发射。根据图2所示的实施例，包括多个光源2的光源阵列1可以被布置成在管状反射器的入口孔6a将光发射到管状反射器中。因此可以接近或紧邻管状反射器(的入口孔6a)放置光源阵列1。

此外，因此可以形成从光源阵列1朝向管状反射器5的出口孔6b的光轴7。

管状反射器5通常可以具有可反射的内表面、入口孔6a和比该入口孔更大的出口孔6b，并且装置4和管状反射器5可以被布置为使得从光源阵列1发射的光在入口孔6a进入管状反射器，并且可以在管状反射器5中形成将在出口孔6b输出的均匀颜色混合光的准直光束。

通常，管状反射器5可以具有多边形(优选地是矩形、正方形、五边形、六边形、七边形或八边形)截面或者圆形或椭圆形的截面。根据优选的实施例，管状反射器5可以包括多个面，优选地是七个。

装置4适用于场所照明应用中的光平衡。如上所述，在这些类型的应用中，实现鲁棒的且可靠的LED光源是合意的。以巧妙的方式组合诸如初始校准、温度前馈和光反馈之类的不同因素可以导致鲁棒的且可靠的LED光源。

然而，管状反射器的形状导致的结果是，以很大角度从LED阵列发射的光的特定部分，由于在反射器中的大量反射，只有很小的可能达到反射器的出口孔。

为了解决上述问题，并且改进该装置的光反馈，已经发现了向LED阵列提供光导结构是高效的解决方案。光导结构可以包括多个集成光纤的波导结构。此种光导结构允许针对每个个体通道的通量感测，并且针对每个LED串提供基本平衡的信号。换言之，每种颜色对通量信号具有基本相等的传感器贡献。

光导结构可以被附接至管状反射器的入口孔。

因为可以将LED阵列与其它准直或混合光学器件组合，模块化可以被实现。

特别地，已经证实该装置与每个色彩通道包括大量LED(4-50个)的LED阵列工作得很好，并且其中已经令人信服地仿真了差别老化(differential ageing)。差别老化的一个示例是红色LED与蓝色、绿色和白色LED的组合。红色LED比其余颜色LED老化得更快，并且如果不通过调节电流或占空比为此做出补偿，尽管提供了相同的控制输入，老光源的颜色看起来将与新光源的颜色不同。

图3图示了这样的装置8。装置8包括根据一个实施例的光源阵列1和光导结构9a。如以上关于图1所描述的，装置8通常可以包括具有多个发光光源的光源阵列。多个光源可以表示多个个体色彩通道，并且可以被布置为多个个体二极管串。

装置8可以包括至少一个位于光源阵列1的光导结构9a，使得至少一个光导结构9a被布置成收集由多个光源中的至少一个发射的光的部分并将其引导至至少一个光学传感器(未示出)中。如上所述，光的这部分可以包括基本垂直于光轴发射的光，此光轴被定义为从光源阵列垂直地延伸。光的这部分不包括意图进入将沿光轴放置的反射器(例如上述反射器5)的孔的光，其中至少一个光学传感器可以被放置在光导结构9a处，并且能够测量被收集的光的光通量，由此估计来自多个个体色彩通道的每一个通道的光学贡献。至少一个光导结构9a和至少一个光学传感器可以进一步被布置成提供关于光学贡献的反馈以便调节多个个体发光二极管中的每一串，由此将发射的光保持在平衡的水平。

通常，光导结构9a可以具有许多不同的形状，并且可以将来自不同的LED的光集成到收集器件中，通量传感器附接到该收集器件。通常地，光导结构9a可以包括用于平衡的光反馈的间隔环10a和集成波导结构(环)。间隔环10a可以充当在LED阵列和混合／准直光学器件之间的机械和光学接口。通常，多个光馈探针可以以多种方式从间隔环延伸，并且可以在外部环上放置通量传感器，并且该传感器可以感测每个LED串的光贡献。通量传感器可以为光电二极管。该装置允许计算从LED阵列中不同的LED位置耦合入光导结构的光的贡献的可能性。这可以由将该LED阵列划分为行和列达到，由此产生不同的位置。独立计算来自每个位置和每种颜色的光贡献。

在图3中的光导结构9a具有多个光馈探针，其中一个由附图标记11a标识，并且其可以被布置为圆形。更具体地，光馈探针可以被布置为漩涡形状。以这种方式，可以在不使该装置更大的前提下，给光馈探针指定相对较长的长度。

至少一个光导结构9a可以附接到光源阵列。这允许在十分接近LED阵列的位置放置光馈探针，这对于本发明是有益的，因为改善了该装置的鲁棒性。

可以以时间顺序模式，例如在高频，执行上述通量感测。此外，在每天的每星期受限的时间应用光反馈可能就足够了，例如仅在系统启动时应用。

在一个优选的实施例中，可以测量每个个体的(串中的)LED的贡献。对来自每个个体的LED贡献进行这样详细的测量，可以导致良好平均的色彩通量信号。

至少一个光导结构可以包括透射部分，属于来自包括透射玻璃和／或透射聚合材料的组中的至少一个，该透射聚合材料是PET、PMMA、聚碳酸酯、环烯烃共聚物(COC)、聚苯乙烯(PS)、聚砜、聚酰胺、聚醚酰亚胺(PEI)、聚甲基丙烯酰甲亚胺(PMMI)、苯乙烯-丙烯-腈(SAN)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、聚苯砜(PPSU)和聚醚砜树脂(PES)中的一个。

至少一个光导结构可以属于来自包括波导、光纤、TIR光学器件和反射光通道的组中的至少一个。

在一个实施例中，该装置还可以包括设置在光源阵列上的基本上透明的材料。该透明材料可以与至少一个光导结构的至少部分相接触。该材料充当用于保护该LED和引线键合的密封剂，但也可以增强从LED向外耦合的光。优选地，该透明材料具有透镜或多重微透镜的形状。为了实现鲁棒的装置，优选地，可以在LED阵列或至少其部分的顶上应用透明保护层。可以在潮湿、沾污和非故意损伤方面保护该组件(LED)和引线键合。这可以通过悬浮硅(类似圆顶封装体)，通过覆盖成型(over-molding)，或通过底部填充技术实现。

根据一个优选的实施例，透明材料可以与透明光导或波导结构的入射窗的至少部分相邻或光连接。

多个光馈探针中的每一个可以位于与光源阵列的面中的相应面相对应位置。

光馈探针的端面可以相对该光馈探针主体呈45°角，使得光基本上垂直于主体向外耦合。以这种方式，特别有效地将光导向光电二极管或另一个光传感器。以这种方式，传感器可以被布置成基本上平行于LED阵列，根据一个实施方式甚至在相同平面内或者甚至在与LED一样在相同的板上。根据另一个实施例，传感器可以位于与LED板不同但平行的板上。

相似地，光馈探针的入射面可以超向LED成一定角度，从而增加光进入耦合(1ight incoupling)。

可以在光馈探针端面和传感器之间形成光学链，例如通过光学胶、硅酮等。

图4图示了根据一个实施例的装置12，包括光源阵列1、光导结构9b和间隔环10b。图4中的光导结构9b具有多个光馈探针，其中一个由附图标记11b标识。光馈探针具有与如上所述的相同的功能，并且可以被布置为从间隔环以图示形状延伸。

图5a图示了根据一个实施例的装置13，包括光源阵列1、光导结构9c和间隔环10c。图5a中的光导结构9c具有多个光馈探针，其中一个由附图标记11c标识。光导结构9c还具有多个光学传感器，其中一个由附图标记14a标识。光馈探针具有如上所述的相同的功能，并且可以被布置为从七边形间隔环的每个角延伸。

根据另一个可选方案，图5b图示了装置15，与图5a的装置13相似。装置15包括光源阵列1、光导结构9d和间隔环10d。图5b中的光导结构9d具有多个光馈探针，其中一个由附图标记11d标识。光导结构9d还具有多个光学传感器，其中一个由附图标记14b标识。光馈探针具有如上所述的相同的功能，并且可以被布置为从七边形间隔环的每个面延伸。

图6图示了根据又一个实施例的装置16，包括光源阵列1、较高的光导结构9e和较低的光导结构9f。光源阵列1、光导结构9e、9f的功能已经在上文中相关的图3中讨论，并且以相似的方式工作。

总之，本发明公开了一种用于光平衡的装置。该装置包括具有多个光源的光源阵列，该多个光源被布置成发光进入管状反射器(优选地有不同光谱含量和／或不同颜色)。该系统还包括至少一个光导结构以及至少一个光学传感器。光源阵列、光导结构和光学传感器被布置成提供光反馈，并且使发射光保持在平衡水平。

本领域技术人员应意识到本发明决不限于上述优选的实施例。相反地，在所附权利要求的范围内可以有多种修改和变化。例如，公开的装置可以为LED光源的部分。因此，LED光源可以包括如上公开的一个或多个装置。相似地，公开的装置可以为灯具的部分。

Claims (15)

1.一种用于光平衡的装置，包括：

光源阵列，包括多个发光的光源，其中所述多个光源表示多个个体色彩通道，并且被布置为多个个体发光二极管串；

至少一个光导结构，位于所述光源阵列处，使得所述至少一个光导结构被布置成收集由所述多个光源中的至少一个光源发射的光的部分并将其引导至至少一个光学传感器中，所述光的部分包括基本上垂直于光轴发射的光，所述光轴被定义为从所述光源阵列垂直延伸，其中所述光的部分不包括意图进入沿所述光轴放置的反射器的孔的光，其中所述至少一个光学传感器位于所述光导结构，并且能够测量所述被收集的光的光通量，由此估计来自所述多个个体色彩通道中的每一个通道的光学贡献；并且其中所述至少一个光导结构以及所述至少一个光学传感器进一步被布置成提供关于所述光学贡献的反馈以便调节所述多个个体发光二极管串中的每个串，由此将所发射的光保持在平衡水平。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述反射器是管状反射器，所述装置进一步包括所述管状反射器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述管状反射器具有反射的内表面、入口孔和比所述入口孔大的出口孔，所述装置和所述管状反射器被布置为使得从所述光源阵列发射的光在所述入口孔进入所述管状反射器，并且在所述管状反射器中形成将在所述出口孔输出的均匀颜色混合光的准直光束。

4.根据权利要求2-3中的任一项所述的装置，其中所述光导结构附接至所述管状反射器的所述入口孔。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的装置，其中所述光导结构附接至所述光源阵列。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的装置，其中所述光源阵列具有多边形外形，其中，优选地为四至八个面。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的装置，其中所述至少一个光导结构包括多个以圆形布置的光馈探针。

8.根据权利要求7所述的装置，当从属于权利要求6时，其中所述多个光馈探针中的每一个探针位于与所述光源阵列的所述面中的相应面相对应的位置。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述光馈探针被布置为漩涡形。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的装置，其中所述至少一个光导结构包括透射部分，所述透射部分属于来自包括透射玻璃和／或透射聚合材料的组中的至少一个，所述透射聚合材料是PET、PMMA和聚碳酸酯中的一个。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的装置，其中所述至少一个光导结构属于来自包括波导、光纤、全内反射光学器件和反射光通道的组中的至少一个。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的装置，进一步包括设置在所述光源阵列上的基本上透明的材料，其中所述透明材料与所述至少一个光导结构的至少部分相接触。

13.根据权利要求1-12中的任一项所述的装置，其中所述多个光源包括至少一组被布置成发射第一颜色的光的光源以及至少一组被布置成发射第二颜色的光的光源，其中第二颜色与所述第一颜色不同。

14.一种LED光源，包括根据权利要求1-13中的任一项所述的装置，以及

管状反射器，具有反射的内表面、入口孔和比所述入口孔大的出口孔，其中所述装置和所述管状反射器被布置为使得从所述光源发射的光在所述入口孔进入所述管状反射器，并且在所述管状反射器中形成将在所述出口孔输出的均匀颜色混合光的准直光束。

15.一种灯具，包括根据权利要求1-13中的任一项所述的装置。

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