CN113885192A - 一种自稳定可控色温的rgb混白光光源及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自稳定可控色温的RGB混白光光源及其控制方法，该RGB混白光光源包括光源模组、光谱采集光纤、光谱传感器和控制模块，所述光源模组包括红光光源、蓝光光源、绿光光源、第一二向色镜、第二二向色镜和出光口，所述红光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口与所述绿光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口的光、以及所述蓝光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口的光混合后输出；所述光谱采集光纤采集红光光源、蓝光光源、绿光光源的信号将其传输给光谱传感器，所述光谱传感器与控制模块电连接。采用本发明的技术方案，实现高精准的控制色温，而且输出的混白光的色温可自动稳定。
Description
技术领域
本发明属于照明技术领域，尤其涉及一种自稳定可控色温的RGB混白光光源及其控制方法。
背景技术
内窥镜系统在医疗和工业领域得到了广泛的应用，其中光源系统是内窥镜系统的重要组成部分之一。在不同环境下，不同色温的白光光源会发挥出不同的照明效果。例如在使用医用内窥镜对患者进行检查时，医生要根据需要检查的身体部位来选择合适色温的光源以得到最好的显示效果；检查过程中光源色温需保持稳定以免影响医生对患处的判断。
为了适用于多种环境，需要光源实现可变且稳定的色温输出。而普通白光光源色温固定不可变，不能满足多环境的适用性。另有技术采用R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）三种单色光源混合成白光，虽然这种混白光色温做到可调，但精准度不够高，且产品在长期使用过后，由于内部使用的三种单色光源的寿命衰减速度不一致，导致后期使用过程中混合出来的白光，实际色温与目标色温出现越来越大的偏差，最终满足不了使用需求。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种自稳定可控色温的RGB混白光光源及其控制方法，避免了RGB三色光因衰减速度不一致，导致的混白光设定的色温产生变化和对照明效果产生影响。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种自稳定可控色温的RGB混白光光源，其包括光源模组、光谱采集光纤、光谱传感器和控制模块，所述光源模组包括红光光源、蓝光光源、绿光光源、透蓝反红绿的第一二向色镜、透红反蓝绿的第二二向色镜和出光口，所述红光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口与所述绿光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口的光、以及所述蓝光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口的光混合后输出；
所述红光光源与第一驱动模块电连接，所述蓝光光源与第二驱动模块电连接，所述绿光光源与第三驱动模块电连接，所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块与控制模块电连接；
所述光谱采集光纤的一端分别位于红光光源、蓝光光源、绿光光源出射口，所述光谱采集光纤的另一端将信号传输给光谱传感器，所述光谱传感器与控制模块电连接；
所述光谱传感器根据光谱采集光纤反馈的信号获得混合白光的色坐标与色温，所述控制模块通过将获得的色坐标与色温与设定色温进行对比，控制第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块，从而调节红光光源、蓝光光源、绿光光源的输出功率，实现对色温的控制。
上述技术方案中，第一二向色镜对大部分蓝光光谱波长内的光透过率佳，对蓝光光谱波长外的光几乎全反射；第二二向色镜对大部分红光光谱波长内的光透过率佳，对红光光谱波长外的光几乎全反射。采用此技术方案，通过光谱采集光纤采集的信号反馈给光谱传感器，可以获得三刺激值，进而获得混合白光的色坐标与色温，通过与设定色温进行对比，进而可以通过第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块调节红光光源、蓝光光源、绿光光源的输出功率，从而达到相应的相对光谱值，实现对对色温变化的精准控制。
作为本发明的进一步改进，所述第一二向色镜和第二二向色镜依次位于红光光源的出射方向上，并与红光光源的准直光线呈夹角，所述蓝光光源、绿光光源位于红光光源的一侧，所述绿光光源朝着第二二向色镜，所述蓝光光源朝着第一二向色镜，所述出光口位于蓝光光源准直光线的出射方向。
作为本发明的进一步改进，所述第一二向色镜与红光光源、蓝光光源、绿光光源发出的准直光线呈45°夹角；所述第二二向色镜与红光光源、蓝光光源、绿光光源发出的准直光线呈45°夹角。
作为本发明的进一步改进，所述自稳定可控色温的RGB混白光光源包括驱动控制板，所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、控制模块、光谱传感器位于驱动控制板上。
作为本发明的进一步改进，所述光谱传感器上设有扩散片，所述光谱采集光纤通过扩散片将光信号传输到光谱传感器。
作为本发明的进一步改进，所述光谱采集光纤通过光纤固定器与驱动控制板连接。
作为本发明的进一步改进，所述控制模块包括MCU，所述MCU的型号为STM32F030C6。
作为本发明的进一步改进，所述光谱传感器的芯片型号为BH1745NUC、AS7261，AS7341、LSF0102-Q1或TCS3400。
本发明还公开了如上任意一项所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源的控制方法，包括：
所述光谱采集光纤采集红光光源、蓝光光源、绿光光源的光信号，实时将每种光源的相对光谱值传输至光谱传感器，光谱传感器将接收到的所有相对光谱值转化成三刺激值，计算得到混合白光的色坐标与色温，所述控制模块根据使用者输入的色温计算达到该色温的每种单色光光源的相对光谱值，同时通过控制第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块，改变每种单色光光源的功率以达到相应的相对光谱值，实现对色温变化的控制。
此技术方案在采用红光光源、蓝光光源、绿光光源三种单色光源混合成白光的同时，引入光谱传感系统，实现了反馈闭环，最终通过反馈的三种单色光源的光谱值，计算得到混合白光的色坐标与色温，通过与目标进行对比，实现高精准度且自稳定的色温控制。
作为本发明的进一步改进，若某种或多种单色光源相对光谱值高于输入色温下计算的相对光谱值，则控制模块输出降低该单色光源的功率的信号给该单色光源的驱动模块，以达到该相对光谱值；若某种或多种单色光源相对光谱值低于输入色温下计算的相对光谱值，则控制模块输出提升该单色光源的功率的信号给该单色光源的驱动模块，以达到该相对光谱值。
采用此技术方案，可以实时监测每种单色光源的相对光谱值，进而使RGB混白光光源持续输出时色温保持稳定。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，通过加入光谱传感器采集单个光源的光谱，可以随用户需求进行调节变化，实现高精准的控制色温，在不同环境条件下实现最佳照明效果，在不同环境使用时不必切换光源；而且输出的混白光的色温可自动稳定，避免了RGB三色光因衰减速度不一致，导致的混白光设定的色温产生变化，对照明效果产生影响；光路简洁易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例一种自稳定可控色温的RGB混白光光源的结构示意图。
图2是本发明实施例一种自稳定可控色温的RGB混白光光源的原理示意图。
图3是本发明实施例的控制芯片的电路图。
图4是本发明实施例的光谱传感器的电路图。
图5是本发明实施例的RGB混白光光源模组的电路图。
附图标记包括：
1-RGB混白光光源模组，2-光谱传感系统，3-驱动控制板；
11-蓝光光源，12-绿光光源，13-红光光源，14-第一二向色镜，15-第二二向色镜，16-出光口；
21-分支采集光纤，22-光纤固定器，23-扩散片，24-光谱传感器。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，一种自稳定可控色温的RGB混白光光源，包含RGB混白光光源模组1、光谱传感系统2和驱动控制板3。
其中RGB混白光光源模组1包括红光光源13、蓝光光源11、绿光光源12三个单色光源、透蓝反红绿的第一二向色镜14、透红反蓝绿的第二二向色镜15、以及出光口16，所述第一二向色镜14和第二二向色镜15依次位于红光光源13的出射方向上，并与红光光源13的准直光线呈夹角，所述蓝光光源11、绿光光源12位于红光光源13的一侧，所述绿光光源12朝着第二二向色镜15，所述蓝光光源11朝着第一二向色镜14，所述出光口16位于蓝光光源11准直光线的出射方向。所述红光光源13依次通过第二二向色镜15、第一二向色镜14达到出光口16与所述绿光光源12依次通过第二二向色镜15、第一二向色镜14达到出光口16的光、以及所述蓝光光源11依次通过第二二向色镜15、第一二向色镜14达到出光口16的光混合后输出。本实施例中，所述第一二向色镜14与红光光源13、蓝光光源11、绿光光源12发出的准直光线呈45°夹角；所述第二二向色镜15与红光光源13、蓝光光源11、绿光光源12发出的准直光线呈45°夹角。其中，第一二向色镜14对大部分蓝光光谱波长内的光透过率佳，对蓝光光谱波长外的光几乎全反射；第二二向色镜15对大部分红光光谱波长内的光透过率佳，对红光光谱波长外的光几乎全反射。
所述驱动控制板3上设有第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、控制模块，光谱传感器24位于驱动控制板3上。所述红光光源13与第一驱动模块电连接，所述蓝光光源11与第二驱动模块电连接，所述绿光光源12与第三驱动模块电连接，所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块与控制模块电连接。光谱传感系统2包括光谱采集光纤和光谱传感器24，所述光谱采集光纤包括对应每个单色光源的分支采集光纤21，每根分支采集光纤21的一端分别位于红光光源13、蓝光光源11、绿光光源12出射口，所有分支采集光纤21最终混合，传输到光谱传感器24，所述光谱传感器24与控制模块电连接。所述光谱传感器24上设有扩散片23，所述光谱采集光纤通过扩散片23将光信号传输到光谱传感器24。所述光谱采集光纤通过光纤固定器22与驱动控制板3连接。
进一步的，所述控制模块包括控制芯片，所述控制芯片的型号为STM32F030C6，所述控制芯片的电路图如图3所示。本实施例的光谱传感器的电路图如图4所示。本实施例的RGB混白光光源模组的电路图如图5所示。
采用本实施例的技术方案，蓝色光源11的光线可以直接透过第一二向色镜14，射向出光口16；绿色光源12的光线经过第二二向色镜15的反射后，再经过第一二向色镜14的反射，射向出光口16；红色光源13的光线直接透过第二二向色镜15后，经第一二向色镜14的反射，射向出光口16。在第一二向色镜14与出光口16之间， RGB单色光源即蓝色光源11、绿色光源12、红色光源13已经混合成白光。
每根分支采集光纤21靠近单色光源进行实时单色光源的光谱数据的采集，所有分支采集光纤21最终混合，传输到光谱传感器24。在光谱传感器24上加一片扩散片23，使光谱传感器24得到均匀的混合光谱数据。驱动控制板3上的驱动模块用来驱动每个单色光源，同时控制模块控制每个单色光源的驱动模块的输出。
上述自稳定可控色温的RGB混白光光源的控制方法包括：
通过光谱采集光纤实时将每种光源的相对光谱值传输至光谱传感器，光谱传感器将接收到的所有相对光谱值转化成三刺激值；得到了三刺激值后，混合白光的色坐标与色温即可被计算出。然后根据使用者输入的色温，计算达到该色温的每种单色光光源的相对光谱值，同时控制模块通过控制第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块，来改变每种单色光光源的功率以达到相应的相对光谱值，从而实现对色温变化的精准控制。
为了使RGB混白光光源持续输出时色温保持稳定，可以通过上述光谱传感系统实时监测每种单色光源的相对光谱值。若某种或多种单色光源相对光谱值高于输入色温下计算的相对光谱值，则降低该单色光源的功率以达到该相对光谱值；同理，若某种或多种单色光源相对光谱值低于输入色温下计算的相对光谱值，则提升该单色光源的功率以达到该相对光谱值。
本实施例的自稳定可控色温的RGB混白光光源通过加入光谱传感系统，使得色温变得可控；而且可实时监测每个单色光源输出情况，包含但不限于相对光谱值，可以通过该光谱系统反馈的实时数据对每个单色光源的功率自动进行调整，使输出的混白光的色温可自动稳定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种自稳定可控色温的RGB混白光光源，其特征在于：其包括光源模组、光谱采集光纤、光谱传感器和控制模块，所述光源模组包括红光光源、蓝光光源、绿光光源、透蓝反红绿的第一二向色镜、透红反蓝绿的第二二向色镜和出光口，所述红光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口与所述绿光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口的光、以及所述蓝光光源依次通过第二二向色镜、第一二向色镜达到出光口的光混合后输出；
所述红光光源与第一驱动模块电连接，所述蓝光光源与第二驱动模块电连接，所述绿光光源与第三驱动模块电连接，所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块与控制模块电连接；
所述光谱采集光纤的一端分别位于红光光源、蓝光光源、绿光光源出射口，所述光谱采集光纤的另一端将信号传输给光谱传感器，所述光谱传感器与控制模块电连接；
所述光谱传感器根据光谱采集光纤反馈的信号获得混合白光的色坐标与色温，所述控制模块通过将获得的色坐标与色温与设定色温进行对比，控制第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块，从而调节红光光源、蓝光光源、绿光光源的输出功率，实现对色温的控制。
2.根据权利要求1所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源，其特征在于：所述第一二向色镜和第二二向色镜依次位于红光光源的出射方向上，并与红光光源的准直光线呈夹角，所述蓝光光源、绿光光源位于红光光源的一侧，所述绿光光源朝着第二二向色镜，所述蓝光光源朝着第一二向色镜，所述出光口位于蓝光光源准直光线的出射方向。
3.根据权利要求2所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源，其特征在于：所述第一二向色镜与红光光源、蓝光光源、绿光光源发出的准直光线呈45°夹角；所述第二二向色镜与红光光源、蓝光光源、绿光光源发出的准直光线呈45°夹角。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源，其特征在于：其包括驱动控制板，所述第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、控制模块、光谱传感器位于驱动控制板上。
5.根据权利要求4所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源，其特征在于：所述光谱传感器上设有扩散片，所述光谱采集光纤通过扩散片将光信号传输到光谱传感器。
6.根据权利要求5所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源，其特征在于：所述光谱采集光纤通过光纤固定器与驱动控制板连接。
7.如权利要求1~6任意一项所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源的控制方法，其特征在于，其包括：
所述光谱采集光纤采集红光光源、蓝光光源、绿光光源的光信号，实时将每种光源的相对光谱值传输至光谱传感器，光谱传感器将接收到的所有相对光谱值转化成三刺激值，计算得到混合白光的色坐标与色温，所述控制模块根据使用者输入的色温计算达到该色温的每种单色光光源的相对光谱值，同时通过控制第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块，改变每种单色光光源的功率以达到相应的相对光谱值，实现对色温变化的控制。
8.根据权利要求7所述的自稳定可控色温的RGB混白光光源的控制方法，其特征在于：若某种或多种单色光源相对光谱值高于输入色温下计算的相对光谱值，则控制模块输出降低该单色光源的功率的信号给该单色光源的驱动模块，以达到该相对光谱值；若某种或多种单色光源相对光谱值低于输入色温下计算的相对光谱值，则控制模块输出提升该单色光源的功率的信号给该单色光源的驱动模块，以达到该相对光谱值。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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