DE102004056978A1

DE102004056978A1 - LED-Beleuchtungssystem mit einem Intensitätsüberwachungssystem

Info

Publication number: DE102004056978A1
Application number: DE102004056978A
Authority: DE
Inventors: Fook Chuin Ng; Kee Yean Ng; Heng Yow Cheng
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2005-07-21
Also published as: US7294816B2; JP2005183378A; KR101106818B1; KR20050062427A; GB2409766A; TW200527694A; GB2409766B; GB0427468D0; CN1629698A; CN100414378C; TWI382543B; US20050135441A1

Abstract

Eine Lichtquelle und ein Verfahren zum Steuern derselben. Die Lichtquelle umfasst eine erste Komponentenlichtquelle, die N LEDs, einen Photodetektor und einen Kollektor umfasst, wobei N > 1. Jede LED weist einen lichtemittierenden Chip in einem Gehäuse auf. Der lichtemittierende Chip emittiert Licht in einer Vorwärtsrichtung und Licht in einer seitlichen Richtung. Das Licht, das in der Vorwärtsrichtung erzeugt wird, ist durch ein Treibersignal bestimmt, das mit dieser LED gekoppelt ist. Ein Teil des Lichts in der seitlichen Richtung verlässt das Gehäuse. Der Kollektor ist derart positioniert, dass ein Teil des Lichts in der seitlichen Richtung, das das Gehäuse jeder der LEDs verlässt, auf den Photodetektor geleitet wird. Der Photodetektor erzeugt N Intensitätssignale, wobei jedes Intensitätssignal eine Amplitude aufweist, die mit der Intensität des Lichts, das durch eine entsprechende der LEDs in der seitlichen Richtung emittiert wird, in Beziehung steht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lichtquellen.
Lichtemittierende Dioden (LEDs) sind attraktive Anwärter zum Ersetzen herkömmlicher Lichtquellen, wie z. B. Glühlampen und Fluoreszenzlichtquellen. Die LEDs weisen höhere Lichtumwandlungswirkungsgrade und eine längere Lebensdauer auf. Leider erzeugen LEDs Licht in einem relativ schmalen Spektralband. Daher wird normalerweise, um eine Lichtquelle zu erzeugen, die eine beliebige Farbe aufweist, eine Verbundlichtquelle verwendet, die mehrere LEDs aufweist. Zum Beispiel kann eine auf LEDs basierende Lichtquelle, die eine Emission liefert, die als mit einer bestimmten Farbe übereinstimmend wahrgenommen wird, durch ein Kombinieren von Licht von rot-, blau- und grünemittierenden LEDs hergestellt werden. Die Verhältnisse der Intensitäten der verschiedenen Farben legen die Farbe des Lichts fest, wie dieselbe durch einen menschlichen Betrachter wahrgenommen wird.
Leider variiert die Ausgabe der einzelnen LEDs mit Temperatur, Treiberstrom und Alterung. Zusätzlich variieren die Charakteristika der LEDs beim Herstellungsprozess von Produktionslos zu Produktionslos und sind für LEDs unterschiedlicher Farbe unterschiedlich. Daher weist eine Lichtquelle, die unter einem Satz von Bedingungen die gewünschte Farbe liefert, eine Farbverschiebung auf, wenn sich die Bedingungen ändern oder die Vorrichtung altert. Um diese Verschiebungen zu vermeiden, muss irgendeine Form von Rückkopplungssystem in die Lichtquelle eingebaut werden, um die Treiberbedingungen der einzelnen LEDs derart zu variieren, dass das Ausgabespektrum trotz der Veränderlichkeit bei den Komponenten-LEDs, die in der Lichtquelle verwendet werden, bei dem Entwurfswert bleibt.

Normalerweise wird eine Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik, die ein Rückkopplungssystem aufweist, um die Farbe, die durch einen menschlichen Betrachter wahrgenommen wird, bei einem vorbestimmten Farbton zu halten, aus einer Mehrzahl von LEDs hergestellt, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. Ein Photodetektor, der ein geeignetes Filter umfasst, wird verwendet, um das Licht zu messen, das von jeder LED erzeugt wird. Die Ausgabe des Photodetektors wird mit einem Zielwert bzw. Sollwert verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das verwendet wird, um die Lichtausgabe der entsprechenden LED einzustellen.

Weißlichtquellen, die auf LEDs basieren, befinden sich in Gegenlichtern für Anzeigen und Projektoren. Ist die Größe der Anzeige relativ klein, kann ein einziger Satz von LEDs verwendet werden, um die Anzeige zu beleuchten. Die Rückkopplungsphotodetektoren sind in diesem Fall in einer Position angeordnet, die Licht von der gesamten Anzeige sammelt, nachdem das Licht von den einzelnen LEDs gemischt worden ist.

Wenn die Größe der Anzeige zunimmt, wird ein Array von LED-Lichtquellen benötigt, um eine gleichmäßige Beleuchtung über das gesamte Array zu liefern. Ein derartiges Array kompliziert das Rückkopplungssystem. Sind die Photodetektoren in dem Mischhohlraum positioniert, wird Licht von der gesamten Anzeige gesammelt und analysiert. Somit kann nur der Gesamtlichtintensitätspegel jeder Farbe durch das Rückkopplungssystem eingestellt werden. Weist somit eine bestimmte LED eine anderes Verhalten auf als die anderen, die Licht in dieser Farbe liefern, kann das Rückkopplungssystem diese LED alleine nicht einstellen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtquelle und ein Verfahren zum Beleuchten einer Vorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Lichtquelle gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Lichtquelle und ein Verfahren zum Steuern derselben. Die Lichtquelle umfasst eine erste Komponentenlichtquelle, die N LEDs, einen Photodetektor und einen Kollektor umfasst, wobei N > 1. Jede LED weist einen lichtemittierenden Chip in einem Gehäuse auf. Der lichtemittierende Chip emittiert Licht in einer Vorwärtsrichtung und Licht in einer seitlichen Richtung. Das Licht, das in der Vorwärtsrichtung erzeugt wird, ist durch ein Treibersignal bestimmt, das mit dieser LED gekoppelt ist. Ein Teil des Lichts in der seitlichen Richtung verlässt das Gehäuse. Der Kollektor ist derart positioniert, dass ein Teil des Lichts in der seitlichen Richtung, das das Gehäuse jeder der LEDs verlässt, auf den Photodetektor geleitet wird. Der Photodetektor erzeugt N Intensitätssignale, wobei jedes Intensitätssignal eine Amplitude aufweist, die mit der Intensität des Lichts, das in der seitlichen Richtung durch eine entsprechende der LEDs emittiert wird, in Beziehung steht. Die Intensität des Lichts in der seitlichen Richtung ist ein fester Bruchteil der Intensität des Lichts in der Vorwärtsrichtung. Bei einem Ausführungsbeispiel emittiert jede der LEDs Licht mit einer Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge unterscheidet, mit der die anderen der LEDs Licht emittieren. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Kollektor zylinderförmig, wobei die LEDs entlang einer Linie angeordnet sind, die parallel zu einer Achse des Kollektors verläuft. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst der Photodetektor N Photodioden zum Messen von Licht, das durch N Wellenlängenfilter empfangen wird, wobei jedes Wellenlängenfilter Licht von einer der LEDs durchlässt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind zwei dieser Komponentenlichtquellen mit einem Bus verbun den, der mit einer Rückkopplungssteuerung verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst jede Komponentenlichtquelle auch eine Schnittstellenschaltung, die N Signale steuert, wobei jedes Signal eine Lichtintensität bestimmt, die durch eine entsprechende der LEDs in der Vorwärtsrichtung erzeugt werden soll. Die Schnittstellenschaltung koppelt auch die N Intensitätssignale mit dem Bus ansprechend auf ein Steuersignal, das die erste Schnittstelle identifiziert. Die Rückkopplungssteuerung verwendet die Intensitätssignale von jeder der Komponentenlichtquellen, um die Treibersignale zu steuern, um die Intensitätssignale bei vorbestimmten Ziel- bzw. Sollwerten zu halten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A eine Draufsicht eines Anzeigesystems gemäß dem Stand der Technik;
1B eine Endansicht des Anzeigesystems, das in 1A gezeigt ist;
2 eine Draufsicht einer Komponentenlichtquelle;
3 eine Querschnittsansicht der Lichtquelle, die in 2 gezeigt ist, durch eine Linie 3-3;
4 eine Draufsicht einer erweiterten Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Draufsicht einer Komponentenlichtquelle;
6 eine Querschnittsansicht der Komponentenlichtquelle, die in 5 gezeigt ist, durch eine Linie 6-6; und
7 eine Draufsicht einer erweiterte Komponentenlichtquelle.
Die Weise, in der die vorliegende Erfindung ihre Vorteile liefert, kann mit Bezug auf die 1A und 1B leichter verstanden werden. 1A ist eine Draufsicht eines Anzeigesystems 100 gemäß dem Stand der Technik. 1B ist eine Endansicht des Anzeigesystems 100. Das Anzeigesystem 100 verwendet eine LED-Quelle 130, die eine rote, eine blaue und eine grüne LED aufweist, um eine Anzeigevorrichtung 170 von einem Ort hinter der Anzeigevorrichtung 170 zu beleuchten. Zum Beispiel kann die Anzeigevorrichtung 170 ein Bilderzeugungsarray umfassen, das aus einem Array von durchsichtigen Pixeln aufgebaut ist. Licht von der LED-Quelle 130 wird in einem Hohlraum 160 hinter der Anzeigevorrichtung 170 „gemischt", um eine gleichmäßige Beleuchtung der Anzeigevorrichtung 170 zu liefern. Die Wände dieses Hohlraums sind normalerweise reflektierend. Ein Photodetektor 110 misst die Intensität des Lichts in dem Hohlraum 160 bei drei Wellenlängen, entsprechend den LEDs in der LED-Quelle 130. Eine Steuerung 120 verwendet diese Messungen in einer Servoschleife, um die Treiberströme jeder der LEDs in der LED-Quelle 130 einzustellen, um das gewünschte Beleuchtungsspektrum aufrechtzuerhalten.
Wenn die Größe der Anzeige zunimmt, müssen die LEDs durch Arrays von LEDs ersetzt werden, die eine räumliche Erstreckung aufweisen, die durch die Größe der Anzeige und die Lichtmenge, die benötigt wird, um die Anzeige zu beleuchten, bestimmt ist. Es gibt eine praktische Grenze für die Lichtmenge, die von einer einzelnen LED erzeugt werden kann. Somit ist eine Beleuchtung, die auf einem Satz von RGB-LEDs basiert, auf relativ kleine Anzeigen beschränkt. Um das verfügbare Licht über diese Grenze hinaus zu steigern, sind mehrere Sätze von LEDs erforderlich. Da sich die Eigenschaften der LEDs von Produktionslos zu Produktionslos erheblich unterscheiden, muss jeder Satz von LEDs getrennt in einer Rückkopplungsschleife gesteuert werden, um das gewünschte Spektrum aufrechtzuerhalten. Somit kann ein Photodetektorarray, das Licht in dem Mischhohlraum abtastet, nachdem das Licht von den verschiedenen LEDs zusammengemischt worden ist, nur Informationen über das Gesamtverhalten des Arrays bei jeder Farbe liefern. Diese Informationen sind nicht ausreichend, um die Treiberströme der einzelnen LEDs einzustellen. Die vorliegende Erfindung überwindet dieses Problem durch ein Bereitstellen einer LED-Lichtquelle, bei der das Licht von jeder der Komponenten-LEDs getrennt gemessen wird, selbst wenn mehrere LEDs der gleichen Farbe in dem Mischhohlraum vorhanden sind.
Die vorliegenden Erfindung nutzt die Beobachtung, dass ein Teil des Lichts, das in einer LED erzeugt wird, in der aktiven Region der LED gefangen ist und durch die Seiten des Chips aus der LED austritt. Im Allgemeinen ist eine LED aus einer Schichtstruktur aufgebaut, bei der eine Licht erzeugende Region zwischen einer n-Typ- und einer p-Typ-Schicht angeordnet ist. Das Licht, das sich in einer Richtung von etwa 90° zu der Oberfläche der oberen oder unteren Schicht bewegt, wird extrahiert und bildet die Ausgabe der LED. Die Luft-/Halbleitergrenze an dem oberen Ende der LED und die Halbleiter-/Substratgrenze unter der LED sind beide Grenzen zwischen zwei Regionen, die deutlich unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Somit wird Licht, das in der aktiven Region mit einem größeren als dem kritischen Winkel erzeugt wird, intern an diesen Grenzen reflektiert und bleibt zwischen den zwei Grenzen gefangen, bis das Licht entweder absorbiert wird oder die Kante des LED-Chips erreicht. Ein wesentlicher Bruchteil dieses gefangenen Lichts trifft in einem Winkel auf die Chip-/Luftgrenze an der Kante des Chips, der kleiner ist als der kritische Winkel, und tritt somit aus dem Chip aus.
Die vorliegende Erfindung verwendet dieses kantenemittierte Licht, um ein Überwachungssignal zu liefern. Im Allgemeinen handelt es sich bei der Lichtmenge, die an der Kante aus dem Chip austritt, um einen festen Bruchteil des Gesamt lichts, das in der LED erzeugt wird. Der genaue Bruchteil variiert von Chip zu Chip. Es sei nun Bezug genommen auf die 2 und 3, die eine RGB-Komponentenlichtquelle 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. 2 ist eine Draufsicht einer Komponentenlichtquelle 200, und 3 ist eine Querschnittsansicht durch eine Linie 3-3. Die Komponentenlichtquelle 200 umfasst drei LEDs 201 – 203, die rotes, grünes bzw. blaues Licht emittieren. Jede LED umfasst einen Chip, der einen Bruchteil des Lichts, das darin erzeugt wird, durch die Seite des Chips emittiert. Die LED weist einen Körper auf, der eine transparente Region umfasst, die dieses Licht in einer Richtung austreten lässt, die sich von derjenigen des Lichtes, das in einer Richtung senkrecht zu der Chipoberfläche emittiert wird, unterscheidet. Die Chips in den LEDs 201 – 203 sind jeweils bei 211 – 213 gezeigt.
Mit Bezugnahme auf 3 ist das Licht, das das obere Ende des Chips verlässt, bei 221 gezeigt, und das Licht, das die Seite des Chips verlässt, ist bei 222 gezeigt. Um die folgende Erörterung zu vereinfachen, wird das Licht, das das obere Ende des Chips verlässt, als das „Ausgangslicht" bezeichnet, und das Licht, das nach einer oder mehr internen Reflexionen in Winkeln, die größer sind als der kritische Winkel in der LED, die Seite des Chips verlässt, wird als das seitliche Licht bezeichnet. Die vorliegende Erfindung sammelt einen Teil des seitlichen Lichts unter Verwendung eines Kollektors 230. Das Licht, das so gesammelt wird, wird als das Überwachungslicht bezeichnet. Das Überwachungslicht wird auf einen Photodetektor 240 geleitet, der die Intensität des Lichts in jedem der drei interessierenden Spektralbereiche misst. In diesem Fall misst der Photodetektor 240 Licht in dem roten, blauen und grünen Spektralband und erzeugt die drei Signale, die bei 241 gezeigt sind, deren Amplituden eine Funktion der gemessenen Intensitäten sind. Die Amplitude dieser Signale ist wiederum ein Maß des Ausgangslichts. Bei der folgenden Erörterung werden diese Signale als die Überwachungssignale bezeichnet.
Der Photodetektor 240 kann aus drei optischen Filtern und drei Photodioden zum Messen des Lichts, das durch jedes Filter durchgelassen wird, aufgebaut sein. Um die Zeichnung zu vereinfachen, wurden die Komponentenphotodioden und optischen Filter aus der Zeichnung weggelassen.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in den 2 und 3 gezeigt ist, handelt es sich bei dem Kollektor 230 um einen kreissymmetrischen Kollektor, der eine Oberfläche 233 aufweist, die einen Teil des seitlichen Lichts, das die LED 201 verlässt, in einer Abwärtsrichtung reflektiert. Der Kollektor kann aus einem klaren Kunststoff hergestellt sein. Das Reflexionsvermögen der Oberfläche kann sich aus dem Unterschied des Brechungsindexes des Kunststoffs und der Luft ergeben. Alternativ dazu kann die Oberfläche mit einem reflektierenden Material, wie z. B. Aluminium, beschichtet sein.
Im Allgemeinen variiert das Verhältnis des Überwachungslichts zu dem Ausgangslicht von LED zu LED. Der genaue Wert dieses Verhältnisses muss jedoch nicht bestimmt werden, solange derselbe konstant bleibt. Wie oben erwähnt, werden die Überwachungssignale durch eine Rückkopplungssteuerung verwendet, um die richtigen Rot-, Blau- und Grünlichtintensitäten aufrechtzuerhalten, um das gewünschte Spektrum zu erzeugen. Jede LED weist eine getrennte Netzleitung auf, auf der die LED ein Signal empfängt, dessen Durchschnittsstrompegel die Lichtausgabe durch diese LED bestimmt. Die Netzleitung für eine LED 201 ist bei 251 gezeigt. Die Rückkopplungssteuerung stellt den Treiberstrom an jede LED ein, bis die Überwachungssignale mit Zielwerten übereinstimmen, die in der Rückkopplungssteuerung gespeichert sind.
Die Zielwerte können experimentell durch ein Analysieren des Lichts, das durch die Komponentenlichtquelle erzeugt wird, als einer Funktion der Treiberströme an die LEDs bestimmt werden. Wenn ein zufriedenstellendes Spektrum erreicht ist, werden die Werte der Überwachungssignale durch die Steuerung aufgezeichnet. Die Rückkopplungssteuerung stellt dann die Treiberströme ein, um die Überwachungssignale während des normalen Betriebs der Komponentenlichtquelle bei diesen aufgezeichneten Zielwerten zu halten. Falls z. B. eine der LEDs altert und somit weniger Licht erzeugt, wird das Überwachungssignal, das dieser LED zugeordnet ist, im Wert reduziert. Die Rückkopplungssteuerung erhöht dann den Treiberstrom an diese LED, bis das Überwachungssignal erneut mit dem Zielwert für diese LED übereinstimmt.
Die oben erörterten Komponentenlichtquellen können kombiniert werden, um erweiterte Lichtquellen zum Beleuchten eines Hohlraums in einer Weise, die analog ist zu derjenigen, die im Vorhergehenden mit Bezugnahme auf 1 erörtert wurde, herzustellen. Es sei nun Bezug genommen auf 4, die eine Draufsicht einer erweiterten Lichtquelle 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Eine Lichtquelle 300 kann als eine lineare Lichtquelle betrachtet werden, die entlang ihrer Länge eine konstante Lichtintensität aufweist. Die Lichtquelle 300 ist aus einer Mehrzahl von Komponentenlichtquellen des Typs, der im Vorhergehenden mit Bezugnahme auf die 2 und 3 erörtert wurde, aufgebaut. Exemplarische Komponentenlichtquellen sind bei 301 – 303 gezeigt.
Jede Komponentenlichtquelle weist sechs Signalleitungen auf, die als ein Komponentenbus 307 betrachtet werden können. Der Komponentenbus 307 umfasst die drei Leitungen, die die Überwachungssignale übertragen, und die drei Netzleitungen, die die einzelnen LEDs in der Komponentenlichtquelle treiben. Der Komponentenbus ist durch eine Schnittstellenschaltung mit einem Steuerbus 311 verbunden. Die Schnittstellenschaltungen, die den Komponentenlichtquellen 301 – 303 entsprechen, sind jeweils bei 304 – 306 gezeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liefert jede Schnittstellenschaltung zwei Funktionen. Erstens verbindet die Schnittstellenschaltung die Überwachungssignale selektiv mit einer Rückkopplungssteuerung 310 und empfängt Signale, die die Treiberströme spezifizieren, die an jede der LEDs in der Komponentenlichtquelle angelegt werden sollen. Die Schnittstellenschaltung umfasst eine Adresse, die es ermöglicht, dass die Rückkopplungssteuerung 310 selektiv mit der Schnittstellenschaltung kommuniziert.
Zweitens umfasst die Schnittstellenschaltung die Schaltungsanordnung, die den Treiberstrom an jeder LED bei den Pegeln hält, die durch die Rückkopplungssteuerung spezifiziert sind, wenn die Komponentenlichtquelle nicht mit dem Bus 311 verbunden ist. Um diese Funktion auszuführen, umfasst die Schnittstellenschaltung drei Register, die Werte halten, die die Treiberströme an jede LED bestimmen, und die Schaltungsanordnung zum Umwandeln dieser Werte in die tatsächlichen Treiberströme. Die Treiberströme können durch ein Variieren der Stärke eines Gleichstroms durch jede LED oder durch ein Variieren des Lastfaktors eines Wechselsignals, das die LED „an" und „aus" schaltet, eingestellt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendeten einen kreissymmetrischen Lichtkollektor zum Sammeln des seitlichen Lichts von jeder LED und zum Leiten des Lichts auf den Photodetektor. Andere Lichtkollektorformen können jedoch verwendet werden. Es sei nun auf die 5 und 6 Bezug genommen, die eine Komponentenlichtquelle veranschaulichen, die einen zylindrisch geformten Lichtkollektor verwendet. 5 ist eine Draufsicht einer Komponentenlichtquelle 400, und 6 ist eine Querschnittsansicht der Komponentenlichtquelle 400 durch eine Linie 6-6. Die Komponentenlichtquelle 400 weist sechs LEDs 401 – 406 auf. Das seitliche Licht von diesen LEDs wird durch einen zylinderförmigen Lichtkollektor 410 gesammelt, der einen Teil des seitlichen Lichts von jeder LED auf einen Photodetektor reflektiert. Die Photodetektoren für die LEDs 401 – 406 sind jeweils bei 411 – 416 gezeigt. Der zylinderförmige Lichtkollektor 410 umfasst eine reflektierende Oberfläche 417, die eine innere Totalreflexion verwenden kann, oder eine reflektierende Beschichtung, um die Reflexionsfunktion zu liefern. Der zylinderförmige Lichtkollektor 410 kann aus einer klaren Kunststoffextrusion hergestellt sein, an die eine wahlweise reflektierende Beschichtung angebracht ist.
Das Ausführungsbeispiel, das in den 5 und 6 gezeigt ist, verwendet einen getrennten Photodetektor für jede LED. Der Photodetektor ist bevorzugt eine Photodiode, die mit einem optischen Filter bedeckt ist, der verhindert, dass Licht von den umliegenden LEDs gemessen wird. Ausführungsbeispiele, bei denen ein einziger Photodetektor, der dem im Vorhergehenden erörterten Photodetektor 240 ähnlich ist, können auch durch ein Platzieren des Photodetektors an dem Ort, der durch die Photodetektoren 412 und 415 eingenommen wird, und ein Beseitigen der anderen Photodetektoren erzeugt werden. Bei derartigen Ausführungsbeispielen muss der zylinderförmige Lichtkollektor 410 als ein Lichtleiter zum Bewegen des Lichts von den LEDs 401 und 403 zu dem Detektor wirken. Derartige Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht bevorzugt, da der Wirkungsgrad, mit dem das Licht von den LEDs 401 und 403 gesammelt wird, geringer ist als der Wirkungsgrad der Sammlung von der LED 402. Somit sind die Signal-Rausch-Verhältnisse für die Überwachungssignale von den LEDs 401 und 403 geringer als das Signal-Rausch-Verhältnis für das Überwachungssignal von der LED 402.
Die Ausführungsbeispiele, die in den 5 und 6 gezeigt sind, verwenden auf jeder Seite des zylinderförmigen Lichtkollektors ein Triplett von LEDs, die rotes, blaues und grünes Licht erzeugen. Ausführungsbeispiele, bei denen der zylinderförmige Kollektor erweitert ist, um zusätzliche LEDs und Photodetektoren aufzunehmen, können jedoch auch hergestellt werden, vorausgesetzt, das Licht von einer LED wird nicht durch den Photodetektor, der einer anderen LED zugeordnet ist, erfasst. Derartige erweiterte Lichtquellen sind gut für Anwendungen angepasst, die derzeit eine lineare Lichtquelle verwenden. Es sei nun Bezug genommen auf 7, die eine Draufsicht einer erweiterten Komponentenlichtquelle 500 ist. Die Komponentenlichtquelle 500 umfasst 12 LEDs 501 – 512, die auf den zwei Seiten eines zylinderförmigen Lichtkollektors 520 angebracht sind. Die LEDs auf einer Seite des zylinderförmigen Lichtkollektors 520 sind relativ zu den LEDs auf der anderen Seite des zylinderförmigen Lichtkollektors 520 versetzt. Diese Anordnung liefert RGB-Tripletts, die denjenigen ähnlich sind, die im Vorhergehenden mit Bezugnahme auf die 2 und 3 erörtert wurden. Jedes Triplett umfasst eine LED von einer Seite und zwei LEDs von der anderen Seite.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendeten Komponentenlichtquellen, die aus roten, grünen und blauen LEDs aufgebaut sind. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die unterschiedliche Anzahlen und Farben von LEDs verwenden, können jedoch ebenfalls hergestellt werden. Zum Beispiel kann eine Lichtquelle, die einem menschlichen Betrachter weiß erscheint, durch ein Mischen von Licht von einer blau emittierenden LED und einer gelb emittierenden LED hergestellt werden. Somit würde eine Weißlichtquelle, die auf Komponentenlichtquellen basiert, die zwei LEDs gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen, verwendet werden, um eine erweiterte Weißlichtquelle zu liefern. Ähnlich sind Farbschemata, die auf vier Farben basieren, in der Drucktechnik bekannt. Bei einem derartigen Farbschema würde eine Komponentenlichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung vier LEDs aufweisen.
Verschiedene Modifizierungen der vorliegenden Erfindung werden aus der vorhergehenden Beschreibung und den beilie genden Zeichnungen für Fachleute ersichtlich sein. Folglich soll die vorliegende Erfindung ausschließlich durch den Schutzumfang der folgenden Ansprüche beschränkt sein.

Claims

Lichtquelle (200), die eine erste Komponentenlichtquelle aufweist, wobei die Komponentenlichtquelle folgende Merkmale aufweist: N LEDs (201–203), wobei jede LED einen lichtemittierenden Chip (211) in einem Gehäuse aufweist, wobei der lichtemittierende Chip (211) Licht in einer Vorwärtsrichtung (221) und Licht in einer seitlichen Richtung (222) emittiert, wobei N > 1, wobei das Licht, das in der Vorwärtsrichtung (221) erzeugt wird, durch ein Treibersignal bestimmt ist, das mit dieser LED gekoppelt ist, wobei ein Teil des Lichts in der seitlichen Richtung (222) das Gehäuse verlässt; einen Photodetektor (240); und einen Kollektor (230), der positioniert ist, um einen Teil des Lichts in der seitlichen Richtung (222), das das Gehäuse jeder der LEDs (201-203) verlässt, auf den Photodetektor (240) zu leiten, wobei der Photodetektor (240) N Intensitätssignale erzeugt, wobei jedes Intensitätssignal eine Amplitude aufweist, die mit der Intensität des Lichts, das durch eine entsprechende der LEDs (201–203) in der seitlichen Richtung (222) emittiert wird, in Beziehung steht.
Lichtquelle (200) gemäß Anspruch 1, bei der die Intensität des Lichts in der seitlichen Richtung (222) ein fester Bruchteil der Intensität des Lichts in der Vorwärtsrichtung (221) ist.
Lichtquelle (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Kollektor (230) kreissymmetrisch ist.
Lichtquelle (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Kollektor (410) zylinderförmig ist, wobei die LEDs (201 – 203) entlang einer Linie angeordnet sind, die parallel zu einer Achse des Kollektors (410) verläuft.
Lichtquelle (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jede der LEDs (201–203) Licht mit einer Wellenlänge emittiert, die sich von den Wellenlängen unterscheidet, mit denen die anderen der LEDs (201–203) Licht emittieren.
Lichtquelle (200) gemäß Anspruch 5, bei der der Photodetektor (240) N Photodioden zum Messen von Licht, das durch N Wellenlängenfilter empfangen wird, aufweist, wobei jeder Wellenlängenfilter Licht von einer der LEDs (201 – 203) durchlässt.
Lichtquelle (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der N = 2.
Lichtquelle (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der N = 3.
Lichtquelle (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die erste Komponentenlichtquelle einen Bus und eine erste Schnittstellenschaltung zum Steuern von N Signalen aufweist, wobei jedes Signal eine Lichtintensität bestimmt, die in der Vorwärtsrichtung durch eine entsprechende der LEDs (201–203) erzeugt werden soll, wobei die Schnittstellenschaltung ferner die N Intensitätssignale mit dem Bus koppelt, ansprechend auf ein Steuersignal, das die erste Schnittstelle identifiziert.
Lichtquelle (200) gemäß Anspruch 9, die eine zweite Komponentenlichtquelle (302) aufweist, wobei die zweite Komponentenlichtquelle folgende Merkmale aufweist: N LEDs (201–203), wobei jede LED einen lichtemittierenden Chip (211) in einem Gehäuse aufweist, wobei der lichtemittierende Chip (211) Licht in einer Vorwärtsrichtung (221) und Licht in einer seitlichen Richtung (222) emittiert, wobei N > 1, wobei das Licht, das in der Vorwärtsrichtung erzeugt wird, durch ein Treibersignal bestimmt ist, das mit dieser LED gekoppelt ist, wobei ein Teil des Lichts in der seitlichen Richtung (222) das Gehäuse verlässt; einen Photodetektor (240); einen Kollektor (230), der positioniert ist, um einen Teil des Lichts in der seitlichen Richtung (222), das das Gehäuse jeder der LEDs (201–203) verlässt, auf den Photodetektor (240) zu leiten, wobei der Photodetektor (240) N Intensitätssignale erzeugt, wobei jedes Intensitätssignal eine Amplitude aufweist, die mit der Intensität des Lichts, das durch eine entsprechende der LEDs (201–203) in der seitlichen Richtung (222) emittiert wird, in Beziehung steht, und eine zweite Schnittstellenschaltung zum Steuern von N Signalen, wobei jedes Signal eine Lichtintensität bestimmt, die in der Vorwärtsrichtung durch eine entsprechende der LEDs (201–203) in der zweiten Komponentenlichtquelle erzeugt werden soll, wobei die Schnittstellenschaltung ferner die N Intensitätssignale mit dem Bus koppelt, ansprechend auf ein Steuersignal, das die zweite Schnittstelle identifiziert.
Lichtquelle (200) gemäß Anspruch 10, die ferner eine Rückkopplungssteuerung (310) aufweist, die mit dem Bus verbunden ist, wobei die Rückkopplungssteuerung die Intensitätssignale jeder der Komponentenlichtquellen verwendet, um die Treibersignale zu steuern.
Ein Verfahren zum Beleuchten einer Vorrichtung mit Licht von einer Mehrzahl von LEDs (201–203), wobei jede LED einen lichtemittierenden Chip (211) in einem Gehäuse aufweist, wobei der lichtemittierende Chip (211) Licht in einer Vorwärtsrichtung (221) und Licht in einer seitlichen Richtung (222) emittiert, wobei das Licht, das in der Vorwärtsrichtung (221) erzeugt wird, durch ein Treibersignal bestimmt ist, das mit dieser LED gekoppelt ist, wobei ein Teil des Lichts in der seitlichen Richtung (222) das Gehäuse verlässt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Sammeln eines Teils des Lichts in der seitlichen Richtung (222) von jeder der LEDs (201–203); Messen der Intensität des gesammelten Lichts für jede der LEDs (201–203), um einen gemessenen Intensitätswert für jede der LEDs (201–203) zu erzeugen; Steuern der Treibersignale der LEDs (201–203), um jeden der gemessenen Intensitätswerte bei einem Zielwert zu halten.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Licht in der Vorwärtsrichtung (221) verwendet wird, um die Vorrichtung zu beleuchten.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem eine der LEDs (201–203) Licht einer Farbe emittiert, die unterschiedlich ist zu dem Licht, das durch eine andere der LEDs (201–203) emittiert wird.