CN110196529A - 一种光源控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光源控制系统及控制方法，包括激光器模块、温度传感器、光传感器、处理器、驱动板，以及温度控制模块；所述处理器接收来自温度传感器的温度信号和光传感器的三色光亮度值信号，并分别与预设的温度值、初始亮度值进行比较，最后输出温度控制信号至温度控制模块、输出亮度控制信号至驱动板；所述驱动板接收来自处理器的亮度控制信号，调节红、绿、蓝三色光的激光光源的电流，最终使三色光的亮度比达到初始亮度比。本发明在实现半导体激光器驱动电流和输出光亮度的调节和控制的同时也实现了温度的稳定控制，两者相互配合，共同完成激光器的控制工作，使激光器处于正常工作状态。

Description

一种光源控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及光源的控制技术领域，具体地说，是涉及一种光源控制系统及控制方法。

背景技术

半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的成本低、易于大量生产、体积小、寿命长等优点，因此，在显示、通讯、制造等领域得到了广泛的应用，到如今，半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域。在激光投影机中，使用激光器发出激光将显示内容到投影屏上显示，在长时间使用之后，由于环境粉尘的影响或RGB三种颜色的发光材料存在不同程度的老化，势必会出现单一颜色衰减严重的结果，导致三色光输出功率的改变，在RGB三色光混光出白色时，会出现明显色偏现象，严重影响投影显示画面的质量。因此，为提高投影质量，保证其输出亮度的稳定性，需要研制一套可以实时调控半导体激光器的激光投影机光源控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光源控制系统及控制方法，解决现有激光器在受到环境影响或发光材料老化时，出现输出亮度不稳定，影响投影质量的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种光源控制系统及控制方法，包括激光器模块、温度传感器、光传感器、处理器、驱动板，以及温度控制模块；

所述激光器模块为投影设备中用于发出激光的激光器；

所述温度传感器用于实时检测激光器的温度信号；

所述光传感器用于检测激光器模块的光路中红、绿、蓝三色光的亮度值；

所述处理器接收来自温度传感器的温度信号和光传感器的三色光亮度值信号，并分别与预设的温度值、初始亮度比进行比较，最后输出温度控制信号至温度控制模块、输出亮度控制信号至驱动板；

所述驱动板接收来自处理器的亮度控制信号，调节红、绿、蓝三色光的激光光源的电流，最终使三色光的亮度比达到初始亮度比；

所述温度控制模块用于调节激光器的温度，从而稳定激光器的输出波长。

具体的，所述温度控制模块包括制冷模块和温度调节模块，温度调节模块接收来自处理器的温度控制信号，并调节制冷模块的制冷速度，实现温度调节，最终使激光器的温度达到预设的温度值。

具体的，所述初始亮度比为初始白平衡状态下红、绿、蓝三色光的初始亮度值配比。

基于上述光源控制系统，本发明还提供了该控制系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)通过光传感器检测红光、绿光、蓝光的实时亮度值X’、Y’、Z’，并将三色光的亮度值传输给处理器；

(2)处理器将实际亮度比X’：Y’：Z’与初始亮度比X：Y：Z进行比较，根据实测亮度值的亮度比与初始亮度比的差异，控制驱动板驱动电流补偿缺损的色光，再执行步骤(1)，直至实测亮度值的亮度比达到初始亮度比。

具体的，实时亮度值X’、Y’、Z’和：初始亮度值X、Y、Z做如下归一化处理：

X_基准＝X/(X+Y)，Y_基准＝Y/(X+Y)，Z_基准＝Z/(X+Y+Z)；

其中，X、Y、Z分别为红、绿、蓝光的初始亮度值。

X_实际＝X’/(X’+Y’)，Y_实际＝Y’/(X’+Y’)，Z_实际＝Z’/(X’+Y’+Z’)；

其中，X’、Y’、Z’分别为红、绿、蓝光的实时亮度值；

具体的，步骤(2)中的三色光光源的驱动电流调节方法如下：

(a)若0.98*X_基准≤X_实际≤1.02*X_基准，则执行步骤(b)；若X_实际＞1.02*X_基准，则降低红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(a)；若X_实际＜0.98*X_基准，则提高红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(a)；

(b)若0.98*Y_基准≤Y_实际≤1.02*Y_基准，则执行步骤(c)；反之，则通过提高红光亮度精度调整红光光源的驱动电流I_红来调整绿光的亮度，并执行步骤(b)；

(c)若0.98*Z_基准≤Z_实际≤1.02*Z_基准，则三色光的亮度比调节完成；若Z_实际＞1.02*Z_基准，则降低蓝光光源的驱动电流I_蓝，并执行步骤(c)，若Z_实际＜0.98*Z_基准，则提高蓝光光源的驱动电流I_蓝，并执行步骤(c)。

具体的，步骤(b)中通过提高红光亮度精度调整红光光源的驱动电流I_红来调整绿光的亮度的方法如下：

(b1)若0.99*X_基准≤X_实际≤1.01*X_基准，则执行步骤(b)；若X_实际＞1.01*X_基准，则降低红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(b1)；若X_实际<0.99*X_基准，则提高红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(b1)。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过光传感器采集三色光的亮度值并传递给处理器，在处理器中进行亮度比计算并与初始亮度比进行比较，将得到的亮度控制信号转化为电流信号传输给驱动板，驱动板根据接收到的电流信号调节激光器中红绿蓝三色光的光源电流，调整其光能量输出，使得红绿蓝三色光光源的亮度比与初始亮度比一致，解决了现有激光器在受到环境影响或发光材料老化时，出现输出亮度不稳定，影响投影质量的问题，实时调节三色光光源电流，使其达到初始亮度配比，保证其输出亮度的稳定性，实现自动白平衡调节。

(2)本发明通过温度传感器采集激光器的温度值发送给处理器，处理器将实时温度值与预设的温度值进行比较，并将实时温度与预设温度的差值转换成电流信号发送至温度控制模块，最后通过制冷模块调节激光器温度，实现温度的恒定控制，使激光器处于正常工作状态。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的控制方法流程图。

图3为本发明调节三色光亮度比的流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1所示，本发明公开的一种光源控制系统及控制方法，包括激光器模块、温度传感器、光传感器、处理器、驱动板，以及温度控制模块；

所述激光器模块为投影设备中用于发出激光的激光器；

所述温度传感器用于实时检测激光器的温度信号；

所述光传感器用于检测激光器模块的光路中红、绿、蓝三色光的亮度值；

所述处理器接收来自温度传感器的温度信号和光传感器的三色光亮度值信号，并分别与预设的温度值、初始亮度比进行比较，最后输出温度控制信号至温度控制模块、输出亮度控制信号至驱动板，所述初始亮度比为初始白平衡状态下红、绿、蓝三色光的初始亮度值配比；

所述驱动板接收来自处理器的亮度控制信号，调节红、绿、蓝三色光的激光光源的电流，最终使三色光的亮度比达到初始亮度比；

所述温度控制模块用于调节激光器的温度，从而稳定激光器的输出波长。

具体的，所述温度控制模块包括制冷模块和温度调节模块，温度调节模块接收来自处理器的温度控制信号，并调节制冷模块的制冷速度，实现温度调节，最终使激光器的温度达到预设的温度值。

在具体的实施方式中，投影设备包括激光光源、投影机、控制系统，其中的激光器在工作过程中会产生热量，使得环境的温度升高，而激光器的工作情况与环境温度有密切联系，即使在两端施加恒定电压，阈值电流本身也会随着温度而产生变化，最终引起激光器的输出亮度发生变化，其亮度比也会发生改变；过高的温度不仅会影响激光器的工作状态，同时也会缩短激光器的寿命。

在激光投影显示中，采用RGB三色激光光源，不同比例的颜色混合形成白光。在长时间使用之后，由于环境粉尘的影响或RGB三种颜色的发光材料存在不同程度的老化，导致三色光的衰减程度不一致，在形成白光中的混合比例发生改变，破坏了平衡，最终在屏幕上投影的画面发生偏色。

在本发明中，通过调整三色光的亮度比例实现白平衡；通过光传感器采集三色光的亮度值并传递给处理器，在处理器中得到实时的亮度比并与初始亮度比进行比较，将得到的亮度控制信号转化为电流信号传输给驱动板，驱动板根据接收到的电流信号调节激光器中红绿蓝三色光的光源电流，使得红绿蓝三色光光源的亮度比达到初始亮度比；在亮度比的调节过程中，以某一色光为基准检测三色光的比例，自动增加缺损的光色，通过调节驱动红绿蓝三色光的光源电流的方式补偿输出功率从而改变光亮度，若某一色光的驱动电流达到调整的上限，则减小其他两色光的驱动电流，实现白平衡的有效调节，使三色光的比例重新达到平衡，避免驱动电流过大损坏激光器。

如图2-3所示，基于上述光源控制系统，本发明还提供了该控制系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)通过光传感器检测红光、绿光、蓝光的实时亮度值X’、Y’、Z’，并将三色光的亮度值传输给处理器；

(2)处理器将实际亮度比X’：Y’：Z’与初始亮度比X：Y：Z进行比较，根据实测亮度值的亮度比与初始亮度比的差异，控制驱动板驱动电流补偿缺损的色光，再执行步骤(1)，直至实测亮度值的亮度比达到初始亮度比。

具体的，实时亮度值X’、Y’、Z’和：初始亮度值X、Y、Z做如下归一化处理：

X_基准＝X/(X+Y)，Y_基准＝Y/(X+Y)，Z_基准＝Z/(X+Y+Z)；

其中，X、Y、Z分别为红、绿、蓝光的初始亮度值。

X_实际＝X’/(X’+Y’)，Y_实际＝Y’/(X’+Y’)，Z_实际＝Z’/(X’+Y’+Z’)；

其中，X’、Y’、Z’分别为红、绿、蓝光的实时亮度值；

在步骤(2)中，三色光光源的驱动电流调节方法如下：

(a)若0.98*X_基准≤X_实际≤1.02*X_基准，则执行步骤(b)；若X_实际＞1.02*X_基准，则降低红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(a)；若X_实际＜0.98*X_基准，则提高红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(a)；

(b)若0.98*Y_基准≤Y_实际≤1.02*Y_基准，则执行步骤(c)；反之，则通过提高红光亮度精度调整红光光源的驱动电流I_红来调整绿光的亮度，并执行步骤(b)；

(c)若0.98*Z_基准≤Z_实际≤1.02*Z_基准，则三色光的亮度比调节完成；若Z_实际＞1.02*Z_基准，则降低蓝光光源的驱动电流I_蓝，并执行步骤(c)，若Z_实际＜0.98*Z_基准，则提高蓝光光源的驱动电流I_蓝，并执行步骤(c)。

在步骤(b)中，本发明采用提高红光亮度精度的方法来调整绿光的亮度，操作方法如下：

(b1)若0.99*X_基准≤X_实际≤1.01*X_基准，则执行步骤(b)；若X_实际＞1.01*X_基准，则降低红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(b1)；若X_实际<0.99*X_基准，则提高红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(b1)。

在调节温度的过程中，通过温度传感器检测激光器的温度，并将温度信号发送给处理器，处理器对实时的温度数据与预设的温度值进行比较，将得到的差值转换为电流信号传递给温度控制模块，温度控制模块中的温度调节模块根据得到的电流信号调节制冷模块的制冷速度，若实时温度大于预设温度，则加快制冷模块的制冷速度，使实时温度逐渐降低，直到实时温度等于预设温度；若实时温度小于预设温度，则降低制冷模块的制冷速度，使实时温度逐渐上升，直到实时温度等于预设温度；若实时温度等于预设温度，则保持现状。

本发明通过上述设计，有效地解决了现有激光器在受到环境影响或发光材料老化时，出现输出亮度不稳定，影响投影质量的问题，通过光传感器检测三色光的亮度值，并反馈给处理器，处理器对得到的亮度值计算出实时亮度比并与初始亮度比进行比较得到亮度控制信号，最终通过驱动板调节红绿蓝激光光源的电流，使得红绿蓝三基色激光光源的亮度配比达到初始亮度比，从而实现对白平衡的有效控制；在实现半导体激光器驱动电流和输出光亮度的调节和控制的同时也实现了温度的稳定控制，两者同时工作，相互配合，共同完成激光器的控制工作。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光源控制系统，其特征在于，包括激光器模块、温度传感器、光传感器、处理器、驱动板，以及温度控制模块；

所述激光器模块为投影设备中用于发出激光的激光器；

所述温度传感器用于实时检测激光器的温度信号；

所述光传感器用于检测激光器模块的光路中红、绿、蓝三色光的亮度值；

所述处理器接收来自温度传感器的温度信号和光传感器的三色光亮度值信号，并分别与预设的温度值、初始亮度比进行比较，最后输出温度控制信号至温度控制模块、输出亮度控制信号至驱动板；

所述驱动板接收来自处理器的亮度控制信号，调节红、绿、蓝三色光的激光光源的电流，最终使三色光的亮度比达到初始亮度比；

所述温度控制模块用于调节激光器的温度，从而稳定激光器的输出波长。

2.根据权利要求1所述的一种光源控制系统，其特征在于，所述温度控制模块包括制冷模块和温度调节模块，温度调节模块接收来自处理器的温度控制信号，并调节制冷模块的制冷速度，实现温度调节，最终使激光器的温度达到预设的温度值。

3.根据权利要求1所述的一种光源控制系统，其特征在于，所述初始亮度比为初始白平衡状态下红、绿、蓝三色光的初始亮度值配比。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种光源控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过光传感器检测红光、绿光、蓝光的实时亮度值X’、Y’、Z’，并将三色光的亮度值传输给处理器；

(2)处理器将实际亮度比X’：Y’：Z’与初始亮度比X：Y：Z进行比较，根据实测亮度值的亮度比与初始亮度比的差异，控制驱动板驱动电流补偿缺损的色光，再执行步骤(1)，直至实测亮度值的亮度比达到初始亮度比。

5.根据权利要求4所述的一种光源控制系统的控制方法，其特征在于，实时亮度值X’、Y’、Z’和：初始亮度值X、Y、Z做如下归一化处理：

X_基准＝X/(X+Y)，Y_基准＝Y/(X+Y)，Z_基准＝Z/(X+Y+Z)；

其中，X、Y、Z分别为红、绿、蓝光的初始亮度值。

X_实际＝X’/(X’+Y’)，Y_实际＝Y’/(X’+Y’)，Z_实际＝Z’/(X’+Y’+Z’)；

其中，X’、Y’、Z’分别为红、绿、蓝光的实时亮度值。

6.根据权利要求5所述的一种光源控制系统的控制方法，其特征在于，步骤(2)中的三色光光源的驱动电流调节方法如下：

(a)若0.98*X_基准≤X_实际≤1.02*X_基准，则执行步骤(b)；若X_实际＞1.02*X_基准，则降低红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(a)；若X_实际＜0.98*X_基准，则提高红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(a)；

(b)若0.98*Y_基准≤Y_实际≤1.02*Y_基准，则执行步骤(c)；反之，则通过提高红光亮度精度调整红光光源的驱动电流I_红来调整绿光的亮度，并执行步骤(b)；

(c)若0.98*Z_基准≤Z_实际≤1.02*Z_基准，则三色光的亮度比调节完成；若Z_实际＞1.02*Z_基准，则降低蓝光光源的驱动电流I_蓝，并执行步骤(c)，若Z_实际＜0.98*Z_基准，则提高蓝光光源的驱动电流I_蓝，并执行步骤(c)。

7.根据权利要求6所述的一种光源控制系统的控制方法，其特征在于，步骤(b)中通过提高红光亮度精度(调整红光光源的驱动电流I_红)来调整绿光的亮度的方法如下：

(b1)若0.99*X_基准≤X_实际≤1.01*X_基准，则执行步骤(c)；若X_实际＞1.01*X _基准，则降低红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(b1)；若X_实际<0.99*X_基准，则提高红光光源的驱动电流I_红，并执行步骤(b1)。