CN202091810U

CN202091810U - 一种光源装置

Info

Publication number: CN202091810U
Application number: CN2010206680928U
Authority: CN
Inventors: 邹文海; 徐海松; 宫睿; 王彬宇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2020-12-10

Abstract

本实用新型公开了一种光源装置，该光源装置由通信部、数据处理及存储部、电源部和发光部四部分组成，通信部用来接受目标光谱数据，电源部用来控制发光部的输入电源信号，数据处理及存储部用来根据目标光谱数据来计算并输出控制电源部，发光部用来输出光能。本实用新型的光源装置能效高，发出的光无眩光，而且便于集成组合安装，可以用于实现多种类型的光源，适应于多种测试或者照明用途。

Description

一种光源装置

技术领域

本实用新型涉及一种光源装置，尤其涉及一种光能光谱分布可调的光源装置。

背景技术

光源是人们日常工作和生活中不可或缺的一部分。自从18世纪末期白炽灯诞生以来，目前常用于日常照明的光源包括卤素灯、荧光灯、高强度气体放电灯和LED光源等多种。白炽灯一般由玻璃、钨丝、惰性气体、灯座、电导线几部分组成，钨丝由电流加热到一定的温度而散发白光，白光光谱的波长成分包括可见光以及近红外部分，光谱的能量分布是连续的。白炽灯具有简单、成本低廉、亮度容易调整和控制、显色性好等优点，但同时也存在着使用寿命短和发光效率低(仅有12％-18％可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失)的致命缺点。

为了提高白炽灯的发光效率并延长白炽灯的寿命，人们又实用新型了卤素灯，它是白炽灯的一种变种。卤素灯和白炽灯最大差别在于卤素灯的玻璃外壳中充有一些碘或溴等卤族元素气体，当灯丝加热后，钨原子会蒸发朝玻璃管壁方向移动，当接近玻璃管壁时，钨蒸气被冷却并和卤素原子反应结合形成卤化钨。随后，卤化钨又继续向玻璃管中央移动，重新回到被氧化的灯丝上，由于卤化钨遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨，使得钨原子又在灯丝上沉积下来弥补被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程，卤素灯的寿命被延长，而由此通过提高灯丝的工作温度来获得较大的发光效率。

到19世纪初期，人们又实用新型了荧光灯。荧光灯发光机理完全不同于白炽灯和卤素灯，它不是通过加热而产生白光的，而是通过受激发能级跃迁而产生白光的。荧光灯一般由密封的玻璃管、氩气汞蒸气混合物、荧光粉、电极、镇流器和启辉器几部分组成。荧光粉附着在玻璃管内壁，当电极被击穿时，电极发出一束电子束穿过氩气汞蒸气混合物，使得电子与汞蒸气发生作用并激发汞原子。当汞原子跃迁到非激发态时，它们发出紫外光光子，此时紫外光光子撞击到玻璃管内壁的荧光粉从而产生可见光。与白炽灯相比，荧光灯的发热量较少，使用寿命较长，发光效率更高。然而，荧光灯是频率与驱动电压的频率有关的闪烁光源，会产生闪光灯效应，而且荧光灯管内有水银成份，对人体有害，并对环境造成污染。高强度气体放电灯是继荧光灯之后的一种发光效率更高的光源，包括水银灯、金属卤化物灯、高压钠灯以及氙灯等类型。和荧光灯类似，高强度气体放电灯的发光元件是一颗由启动器触发并维持置于耐高温灯管内电弧放电器，放电器发射高压电弧，激发灯管内的气体，在气体的帮助下将金属加热达到等离子态而发光。凭借能效和强度方面的优势，高强度气体放电灯大面积区域且需要高品质的光线的场合。然而，由于和荧光灯一样发出大量紫外线，高强度气体放电灯的安全性依然是一个隐患。

近年来，固态LED光源自19世纪六十年代诞生以来取得快速的发展，并在很多方面呈现取代传统光源的趋势。LED光源是一种半导体二极管电子器件，只容许电流在单一方向流通。二极管将两种不同的材料组合在一起形成PN节，P节中包含较多的正电荷，而N节包含较多的负电荷。当一个正向电压加在PN节的两端，负电荷会从N节向P节移动，正电荷会从P节向N节移动，正负电荷相撞融合而发出光能。LED光源具有光效高、低能耗、环保、寿命长以及响应速度快等优点，按照光源输出光谱颜色的不同，目前LED光源包括红、橙、绿、蓝等多种，几乎覆盖整个可见光谱范围甚至到红外、紫外波段，而且光谱的半波带宽也包括窄带和宽带两种。由此，多个LED光源可以组合起来产生一种特定光谱分布的光源，如文献“A spectrally tunable solid-state source for radiometric，photometric，and colorimetric applications”，“The Design of a Spectral 1y Tunable Light Source”以及专利文献“Programmable LED spectral light source”所述，采用多个窄带的LED光源以及宽带的LED光源并配备恒温设备以及程序可控的电源，由一种混光装置可以产生指定光谱分布的光源，如标准D65日光光源，A光源等。然而，此类光源体积庞大，安装不方便，而且只适应于一些大型空间中的照明应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意框图；

图2是图1中发光部的结构示意图；

图3是本实用新型的工作流程图。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有光源的局限性，提供一种光源装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光源装置，它主要由数据处理及存储部、通信部、电源部和发光部组成，数据处理及存储部分别与发光部和电源部相连，通信部与数据处理及存储部相连，发光部与电源部相连。其中，所述发光部由漫射层、子光源层、增透层、电路层和散热层组成。漫射层、增透层、电路层和散热层依次布置，子光源层由若干个子光源组成，各子光源安装在电路层上并穿过增透层。散热层由带孔的金属隔板、风扇以及温度传感器组成，风扇装在金属隔板中间，温度传感器装在金属隔板内侧并连接到数据处理及存储部。

本实用新型的有益效果是，该光源装置能效高，发出的光能无眩光，便于集成组合安装，而且通过运行数据处理分析部的程序指令运算控制电源部来匹配输出产生多种光谱分布的光能，典型的如日光光谱、白炽灯光谱、显示器背光源光谱等，输出光强也可以控制调节，于是可以用于实现多种类型的光源，适应于多种测试或者照明用途。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型公开的光源装置由数据处理及存储部、通信部、电源部以及发光部组成。其中，数据处理及存储部分别与发光部和电源部相连，通信部与数据处理及存储部相连，发光部与电源部相连。

通信部可以采用各种通信协议的输入接口模块，例如RS232或者USB通信协议或者其他无线通信协议，用于接受外部数据并传送给数据处理及存储部。数据处理及存储部用于光谱匹配运算并输出控制信号给电源部以及数据和程序指令的存储，可以由PC机或者微型处理及存储器或者便携式移动处理及存储终端来实现。电源部可以采用可编程的多路恒流驱动信号的电源管理模块，用于输出控制每个子光源的输入电流。发光部用于出射光能。

如图2所示，发光部由漫射层1、子光源层2、增透层3、电路层4和散热层5组成。其中，漫射层1、增透层3、电路层4和散热层5依次布置，漫射层1可以由注入半透明散射颗粒的乳玻璃或纤维材料制作而成。增透层3由下表面镀有全反射材料的金属面板构成，子光源层2由若干个子光源组成，各子光源安装在电路层4上并穿过增透层3。散热层5由带孔的金属隔板、风扇6以及温度传感器7组成，风扇6装在金属隔板中间，由外侧往内侧输气；温度传感器7装在金属隔板内侧并连接到数据处理及存储部。

子光源是具有特定光谱分布的光源，具体实现可以是LED光源或者激光光源或者该两种光源的组合。子光源的光谱分布包括2类：发光光谱为宽带的子光源和发光光谱为窄带的子光源。宽带子光源包括三种，它们的峰值波长分别分布在长波段、中波段、短波段三个波段，长波段的波长范围为550nm～780nm，中波段的波长范围为480nm～600nm，短波段的范围为380nm～500nm。宽带子光源组的带宽是窄带子光源带宽的M倍，M大于等于3。窄带子光源的种类为N1，N1大于等于15，各种窄带子光源的峰值波长分布在(380+400×i/N1)～(380+400×(i+1)/N1)nm之间，其中i逐一取0到N1-1之间的整数值每一种窄带子光源的数目为1，每一种宽带子光源的数目为N2：

N2＝所有窄带子光源峰值波长能量平均值/该种宽带子光源峰值波长的能量值。

子光源在电路层的安装面板上按规则排列并固定。排列的规则为首先在安装面板上均匀分布地选取N2个特征区域。然后，将宽带子光源分成N2组，每组都包括每一种宽带子光源的各一个，每组光源相临近地固定安装在安装面板的N2个特征化区域。最后，将窄带子光源有序地排列在除去特征区域之外的空隙区域。

如图3所示，本实用新型光源装置的工作过程包括五个步骤：读取目标光谱数据、光谱特征分析、光谱预匹配电源信号计算、光谱匹配电源信号修正和电源信号触发。按照先后顺序依次运行以上五个步骤可以得到指定光谱分布的光能。

(1)读取目标光谱数据

由数据处理及存储部接收通信部传入的目标光谱数据或者直接查找并载入自身已存储的目标光谱数据。

(2)光谱特征分析

将数据处理及存储部将指定的目标光谱进行低通滤波得到预匹配目标特征光谱。

(3)光谱预匹配电源信号计算

首先，读入温度传感器检测到的温度，根据当前温度载入子光源的光谱数据及其刺激值与输入光源信号之间的映射关系查找表。然后，以所有宽带子光源峰值波长处的能量之和等于预匹配目标特征光谱对应波长出的能量为条件计算各种宽带子光源的刺激值。最后，由宽带子光源的刺激值以及刺激值和输入电源信号之间的映射关系查表得到宽带子光源的输入电源信号。

(4)光谱匹配电源信号修正并输出

首先，将目标光谱减去预匹配目标特征光谱得到误差光谱；然后，根据误差光谱和窄带子光源的输出光谱，以光谱的均方根误差小于给定阈值为目标迭代计算窄带子光源的刺激值；最后，由窄带子光源的激励值以及刺激值和输入电源信号之间的映射关系查表得到窄带子光源的输入电源信号。

(5)触发电源信号驱动子光源

将(3)，(4)步骤得到的各个子光源的输入电源信号由电源层输出给各个子光源，并驱动每个子光源发光。

Claims

1.一种光源装置，其特征在于，它主要由数据处理及存储部、通信部、电源部以及发光部组成，数据处理及存储部分别与发光部和电源部相连，通信部与数据处理及存储部相连，发光部与电源部相连；其中，所述发光部由漫射层(1)、子光源层(2)、增透层(3)、电路层(4)和散热层(5)组成；所述漫射层(1)、增透层(3)、电路层(4)和散热层(5)依次布置，子光源层(2)由若干个子光源组成，各子光源安装在电路层(4)上并穿过增透层(3)；散热层(5)由带孔的金属隔板、风扇(6)以及温度传感器(7)组成，风扇(6)装在金属隔板中间，温度传感器(7)装在金属隔板内侧并连接到数据处理及存储部。

2.根据权利要求1所述光源装置，其特征在于，所述子光源为LED光源或激光光源。