TWI443313B - 感光器設備及燈設備 - Google Patents

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TWI443313B
TWI443313B TW096135772A TW96135772A TWI443313B TW I443313 B TWI443313 B TW I443313B TW 096135772 A TW096135772 A TW 096135772A TW 96135772 A TW96135772 A TW 96135772A TW I443313 B TWI443313 B TW I443313B
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

感光器設備及燈設備
本發明係關於一種感光器設備，其包含一基板、一第一感光區域及一第二感光區域。本發明進一步係關於一種包含此感光器設備之燈設備。
光源將以如下方式改變：習知照明設備(例如，信號燈，燈等等)及系統愈來愈多的配備基於發光二極體之光源。此等LED光源之主要優勢為更高之效率及其增加的壽命。由於極小LED尺寸及其可撓性外形尺寸，向燈設計者提供新奇及有趣之機會。
LED作為(例如)較小信號燈之最初應用已極大地擴展。多個LED(串聯及/或並聯連接)之通常組合用以增加光輸出且因此實現用作(例如)交通燈之實體更大之高亮度照明設備。又在汽車領域，日益實施基於LED之照明設備。當前可發現其用作倒車燈、刹車燈且用於閃光燈系統中。已進行將其用作車頭燈之首先嘗試且結果看起來具有前景。
另外，基於LED之光源之典型市場將在於專業照明的領域以及消費者應用(例如，住宅氣氛照明)之領域。尤其在此等應用中，對光源具有較高要求。詳言之，極佳色彩品質(例如，色彩再現)對滿足該等要求係必要的。此外，將額外關注調適此LED光源之色彩本身(及/或色溫)以適應使用者需求。此皆要求用於LED光源之極專業化及經調適的電子驅動電路。
通常，白光係借助於少數不同LED(具有不同色彩)之組合來產生。原則上，此等不同色彩之混合用以產生具有所要求特性之所要白光(或亦每一其他色彩)。通常使用紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)LED。可添加諸如琥珀色(A)之更多色彩以改良色彩品質。原則上，亦可使用其他色彩組合。借助於此等組合，可調適白光之光輸出(光通量)及色溫。而且可產生其他色彩(例如，橙色)，只要使用具有不同電子驅動信號之LED的特殊組合。
然而，此等可能性要求用於此等光源之LED中之每一者(或組合)的極特殊化電子驅動電路。另外，可實施基於感測器之回授迴路(控制)以便量測光特性且將光輸出引導向所要光輸出。關於感測器，可使用諸如感光器(量測光通量)或(真實)色彩感測器(量測光譜)之習知光敏性設備。其可借助於溫度感測設備或其他來添加。所有所感測之資料將用以饋入照明設備之控制電路，其將獨立地調整LED的驅動電流，除非已達到所要求之光特性。LED之電子驅動電流可以多種當前技術水平之基礎電路來修改。例如，將提及脈寬調變(PWM)、振幅調變(AM)以及直流饋入。
另外，將存在建立光源與控制設備之間，或甚至一區域(諸如房間)內不同光源之間的通信鏈路之需求。此可允許光源(強度以及色彩)之無線控制或可允許若干光源之間的調整(強度或色彩)。
如以上所提及之感光器設備在(例如)US 2004/0105264 A1中經揭示。根據此文獻之感光器設備使用具有特殊光敏性之光偵測器來偵測特定色彩。感測器之量測接著用以控制如LED之光輻射元件。
文獻US 2006/0092407 A1揭示一種用於識別一所感測之光環境之方法及裝置。特定言之，複數個感光器用以產生對應於光之不同範圍的感測資料集合且光的範圍中之一者之至少一部分在可見光譜外部。對於光之每一範圍，提供一單一感光器。
此項技術中已知之感光器方法共同之處在於其針對不同光範圍使用複數個感測器元件，產生關於配線複雜且因此昂貴且較大之設備，限制可能應用，尤其較小LED燈的領域。若先前感光器設備必須配備紅外線感測器能力，(例如)以偵測經無線傳輸之控制信號，則該等設備之此等劣勢變得更加關鍵。
鑒於以上問題，因此本發明之一目標為提供一種感光器設備，其較低廉，允許簡化之裝配及較小的設計。
此目標係藉由以上提及之感光器設備來解決，該感光器設備包含：一第一光學濾光片設備，其經指派至該第一區域且經調適以過濾可見光譜；及一第二光學濾光片設備，其經指派至該第二區域且經調適以過濾不可見光譜，較佳紅外線光譜，其中該第一光敏性區域及該第二光敏性區域彼此鄰近地製造於同一基板上以形成單一整合感測器組件。
換言之，此意謂，本發明提供一種單一整合感測器組件，其包含較佳一致之光敏性區域，其中一者回應於可見光且另一敏感性區域回應於不可見光，較佳紅外光。此係藉由第一濾光片設備及第二濾光片設備來達成，第一濾光片設備經調適以過濾可見光譜(意謂，可見光譜通過)，且第二濾光片設備經調適以過濾不可見，較佳紅外光譜。因為針對可見光及不可見，較佳紅外光之感測器能力實現於同一基板上，所以所得感測器組件較小且與使用複數個離散感測器元件之解決方案相比更低廉。此外，所得感測器組件要求用於將其與燈之控制設備耦合之較少配線措施。
總而言之，本發明允許實現一極緊密且具成本效益之感光器設備，其配備亦感測用於傳輸控制信號之紅外光或紫外光的能力。因為根據本發明之感光器設備為極緊密之單元，所以併有該感測器設備的燈設備亦可經設計具有較小外形尺寸。
在本發明之上下文中，光學濾光片設備意謂經調適以使某一光譜通過且阻斷另一光譜之每一濾光片類型。另外，光學玻璃濾光片以及干涉濾光片為(例如)可使用的。
在一較佳實施例中，該第一光敏性區域及該第二光敏性區域提供於基板之至少一窗內且該第一濾光片設備及該第二濾光片設備配置於該窗上。
此措施具有如下優勢，敏感性區域相抵通常不可由各別濾光片設備阻斷之雜散光經屏蔽。因此，可改良感測結果。
在又一較佳實施例中，兩個光敏性區域皆對可見光以及紅外光敏感。
換言之，此意謂，兩個敏感性區域皆對相同光譜範圍敏感且因此具有類似結構。
此措施之優勢為：設備之成本可使用類似結構及類似製造技術(如Si技術)來進一步減少。
在又一較佳實施例中，該等光敏性區域中之至少一者提供為至少一PIN光電二極體。
此措施在實踐中已證實為有利的。應注意，光敏性區域可包含並聯或串聯配置之一或多個PIN光電二極體。PIN光電二極體之數目及將其彼此耦合之方式視感測器的所要求敏感性而定。
在又一較佳實施例中，該第一區域經調適以形成三個敏感性區，每一區經指派一光學濾光片設備，該等光學濾光片設備以三個子光譜分隔可見光譜。較佳地，該等光學濾光片設備經調適以過濾紅光、綠光及藍光。
三個獨立敏感性區之提供允許改良感測器品質及精確度。特定言之，對紅光、綠光及藍光敏感之三個光學濾光片設備允許設計一感光器設備，其能夠感測整個可見光譜且因此使得燈之精確色彩控制成為可能。此在無較大且消耗空間之設計的情形下達成。
當然，使用不同數目之光敏性區及因此不同數目之濾光片設備亦為可能的。
在又一較佳實施例中，該等敏感性區域中之至少一者與用於放大該敏感性區域之輸出的至少一放大器級耦合。較佳地，放大器級亦製造於同一基板上。
同一基板上放大器級之整合改良了量測信號品質及因此感測器設備之總體品質。歸因於放大器級製造於同一基板上之事實，所得設備仍極為緊密且配線工作量較低。
在又一較佳實施例中，該等放大器級中之至少一者之輸出耦合至濾波器構件，較佳低通濾波器構件。
此措施具有如下優勢，感測器設備之量測品質可進一步經改良，因為高於某一頻率(低通濾波器之截斷頻率)之無關信號可經濾除且因此不再為輸出信號的部分。
在一較佳實施例中，提供紅外發光二極體，其安置於基板上且由控制器電路驅動用於經由紅外線光傳輸資訊及/或控制信號。
此措施具有如下優勢，感光器設備亦可用於傳輸資訊。紅外LED整合於同一基板上作為光敏性區域，使得達成具有額外傳輸能力之緊密感光器組件。
根據本發明之感光器設備可併入燈設備中，該燈設備包含用於輻射可見光之至少一光源及用於控制光源的色彩之控制電路，其中本發明之感光器設備耦合至該控制電路用於供應關於所輻射光的色彩之資訊。
應注意，光源可包含至少一發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)或聚發光二極體(P-LED)或其任何組合。本發明不限於特定種類之光源，然而，本發明之感光器設備在LED照明領域中的應用最具前景。
其他特徵及優勢可由以下描述及隨附圖式獲得。
應理解，在不脫離本發明之範疇之情形下，以上提及的特徵及仍待解釋之特徵不僅可在所指示之各別組合中使用，而且可在其他組合中或隔離使用。
本發明之實施例展示於圖式中且將參看圖式在以下描述中更詳細地解釋。
在圖1中，展示且以參考數字10指示感光器設備之方塊圖。感光器設備10包含第一感光器14及第二感光器12。兩個感光器皆對可見光譜及紅外光譜敏感。在一較佳實施例中，兩個感光器元件皆為光電二極體，例如PIN光電二極體13、15。
感光器設備10經調適以彼此獨立地偵測可見光譜及紅外光譜之光強度。如將在下文中詳細描述，紅外偵測能力可用於接收由紅外傳輸器發送之控制信號。然而，應理解，感光器可配備紫外能力而非紅外能力用於接收由紫外傳輸器發送之控制信號。本發明不限於紅外光偵測。
應注意，兩個感光器12、14為基板之整合部分，使得可達成極緊密之感光器設備。
感光器設備之半導體結構示意性地展示於圖2A中。感光器設備10包含半導體材料之基板18，兩個感光器12、14(即光電二極體13、15)皆製造於該基板上，從而形成兩個光敏性區域。兩個光敏性區域或光電二極體13、15皆安置於基板18之窗26內。在光敏感性區域13、15上，提供光學濾光片設備20且其覆蓋窗26。為製造該設備，可使用熟知之Si技術。
在圖2A中所示之實施例中，濾光片設備20包含兩個濾光片元件22、24，其分別用於過濾可見光譜及紅外光譜。在使用干涉濾光片之狀況下，各別濾光片元件直接安置於光敏性區域13、15上，而未在其間形成間隙。
第一濾光片元件22經指派至第一光敏性區域15，且第二濾光片元件24經指派至第二光敏性區域13。因此，僅可見光譜達到第一光敏性區域15，而僅紅外光譜達到第二光敏性區域13。此由圖2A中之箭頭指示。歸因於使用兩個濾光片元件之事實，兩個光敏性區域13、15可具有相同結構，意謂其回應於相同光譜。
在圖2B中，示意性展示感光器設備之另一實施例。與關於圖2A所描述之實施例對比，除以上所描述之濾光片元件24之外，濾光片設備20包含三個不同濾光片元件28、30、32。特定言之，用於過濾可見光譜之濾光片元件22分為三個不同濾光片元件，每一者過濾可見光譜之預定部分。舉例而言，較佳濾光片元件28、30、32經調適以過濾紅色、綠色及藍色光譜。
至於濾光片元件22，亦對第一光敏性區域15進行分割，使得提供三個光敏性區15a、15b、15c。光敏性區中之每一者經指派至三個濾光片元件28、30、32中之一者。
因此，此感光器設備允許獨立偵測所量測之光譜之紅光、綠光及藍光部分的光強度。
然而，應注意，用於過濾可見光譜之不同部分之其他濾光片元件在其由應用要求時可為可想到的。
此感光器設備10之各別電方塊圖展示於圖3中。顯而易見，提供用於藍色、綠色、紅色及紅外部分之四個光敏性元件。因為各別光敏性區域15、13製造於同一基板18上，所以提供能夠使用(例如)Si技術偵測三個不同色彩及紅外之極緊密感光器設備。
特定言之，濾光片設備20之濾光片元件經選擇，使得其針對可見光之敏感性分為三個不同子敏感性，較佳每一者匹配至三個國際照明委員會(CIE)色配函數中的一者。此外，濾光片元件24經選擇，使得其對光譜之紅外部分敏感。
又，應注意，具有不同濾光片特性之濾光片元件亦可為可能的。濾光片設備20之結構之選擇僅視所要應用，尤其基於感光器設備10的輸出信號執行之所要控制功能而定。
此外，應注意，不僅光電二極體而且如光電晶體、太陽能電池、光電阻等等之其他光敏性元件可用作感光器12、14。
在圖4中，展示感光器設備10之另一實施例。與以上所描述之實施例對比，感光器設備10包含放大級40，放大級40經調適以放大每一光敏性區域13、15之輸出信號。特定言之，放大器級包含用於每一光敏性區域13、15之一放大器。然而，亦可能僅使用一放大器級用於所有光敏性區域13、15；接著，需要用於感測器信號之多工程序。
放大器級40之放大可藉由所謂之轉換阻抗放大器來完成，轉換阻抗放大器已為吾人所熟知且因為可使用相同Si技術所以可直接實施為感光器設備的部分。
應注意，放大器級40可具備其他端子，以藉由耦合(例如)諸如電阻器等等之外部組件來界定放大因子。
在圖5中，展示且以參考數字10指示感光器設備之另一較佳實施例。除圖4中所示之實施例之外，圖5之感光器設備10包含用於濾波放大器級40的輸出之濾波器級46。較佳地，每一光敏性區域之輸出借助於一相應濾波器級46而濾波。然而，亦可能將光敏性區域之輸出信號多工至一單一濾波器級。
濾波器級46之濾波可借助於所謂的低通濾波器來完成，低通濾波器已為吾人所熟知且僅轉移低於所謂截斷頻率之信號。在最簡單之狀況下，其由RC組合組成。然而，亦可使用被動型或主動型濾波器設計。此外，濾波器級亦可具有用於耦合諸如電阻器及/或電容器之外部組件的其他端子，以便界定濾波器特性。
感光器設備之最完整型式展示於圖6中。包含光敏性區域13及15之設備的感光部分係藉由紅外傳輸設備50擴展。紅外線傳輸設備較佳以紅外LED 51之形式提供，但是亦可使用其他紅外線發射設備，諸如電阻器。紅外線傳輸設備必須以使得所傳輸之紅外信號與自身敏感性區域13去耦合之方式建構。感光器設備10之傳輸部分與接收部分之間的串話必須減少。此可藉由最佳化濾波器構造及/或選擇組件之調適位置來完成。
應注意，放大器級亦可經指派至紅外傳輸設備50，但此在圖6中未圖示。此外，此放大器級可藉由將外部組件連接至各別端子來調整，如已關於圖4中所示之放大器級40所論述。
此外，應注意，圖6中所示之感光器設備之光敏性區域13、15以及紅外傳輸設備50皆整合於共同基板中，使得可提供極緊密的設備。
在圖7中，示意性說明感光器設備10，尤其圖6中所展示之感光器設備10之應用實例。感光器設備10併入燈60，其為包含複數個此等燈60之照明系統的部分。
每一燈60包含光源70，較佳一或多個發光二極體。當然，可替代地使用有機發光二極體、聚發光二極體或任何其他類型之光源。
光源70由控制電路74控制及驅動，控制電路74又連接至如以上所述之感光器設備10。
除燈60之外，照明系統包含遙控器62，遙控器62包含用於經由資料鏈路68將資料信號傳輸至燈60中之任一者的至少一紅外LED 63。遙控器62由使用者64使用。
資料鏈路68可建置於遙控器62與燈60中之任一者之間，其中用於偵測紅外光譜之光敏性區域13經提供用於自遙控器62接收資料信號。此等資料信號由控制電路74處理。舉例而言，使用者64可開啟及關閉燈60之光源，可調整光源之光強度，或可調整其色彩。
因為感光器設備10包含紅外傳輸設備40，所以燈60能夠建立對鄰近燈60之另一資料鏈路。此資料鏈路68可用於在兩個方向上在鄰近燈60之間傳輸控制信號。雙向性係藉由在感光器設備10內提供該紅外傳輸設備50以及對紅外光敏感之光敏性區域13來達成。
感光器設備10之光敏性區域15a、15b、15c用以感測各別光譜，使得控制電路74可調整RGB光源以便達到所要燈設定。如之前已提及，此等所要燈設定可由使用者經由遙控器62或由另一燈60發送。
舉例而言，在開啟燈60中之一者之後，此燈發送由第二燈60接收之紅外識別信號。結果，建立自組態之雙程通信鏈路68，而彼等燈中之一者充當主控者，且另一燈充當從屬者。在建立紅外鏈路之後，主控者迫使從屬者將其光狀況調整至主控者之狀況。此保證房間之每一燈具有相同光輸出，除非使用者中斷主從鏈路且借助於遙控器62手動設定每一燈狀況。
圖7中所示之應用可由包含感光器設備10及控制電路74之額外控制電路(未圖示)而非光源來擴展。此額外控制單元可用以量測特定位置之色彩且將各別控制信號發送至鄰近燈60。此外，額外單元可自遙控器接收控制信號。
總而言之，本發明提供具有紅外通信鏈路之新奇色彩感測器設備。感光器設備包括經調適之濾光片配置以便實現可見光區域中之所要求光譜敏感性，及另外經調適至紅外區的濾光片配置。所有必要濾光片配置以及敏感性半導體結構結合於一感測器組件中。結果，感測器可用以捕獲燈之實際色譜且同時接收自其他光源或遙控設備發送之紅外信號。
在一特定實施例中，經結合之色彩及紅外感測器借助於紅外傳輸設備而擴展。此允許感測器設備亦將所需之資訊傳輸至其他光源或遙控設備。
所提出之具有結合紅外通信構件之色彩回授感測器有助於減小固態光源之感測器部分的大小(替代於獨立感光器、紅外接收器及紅外傳輸器，僅一結合模組之安裝及配線)，其亦產生更簡單且更低廉之產品且允許燈與遙控設備之間的無線通信鏈路。
10．．．感光器設備/單一整合感測器組件
12．．．第二光敏性區域/第二感光器
13．．．光電二極體/PIN二極體/第二光敏性區域
14．．．第一光敏性區域/第一感光器
15．．．光電二極體/第一光敏性區域
15a‧‧‧光敏性區
15b‧‧‧光敏性區
15c‧‧‧光敏性區
18‧‧‧基板
20‧‧‧光學濾光片設備
22‧‧‧濾光片元件/光學濾光片設備
24‧‧‧濾光片元件
26‧‧‧窗
28‧‧‧光學濾光片設備/濾光片元件
30‧‧‧光學濾光片設備/濾光片元件
32‧‧‧光學濾光片設備/濾光片元件
40‧‧‧放大器級/紅外傳輸設備
42‧‧‧輸出
46‧‧‧濾波器構件/濾波器級
50‧‧‧紅外傳輸設備/發紅外光二極體
51‧‧‧紅外LED
60‧‧‧燈/燈設備
62‧‧‧遙控器
63‧‧‧紅外LED/發紅外線光二極體
64‧‧‧使用者
68‧‧‧資料鏈路/雙程通信鏈路
70‧‧‧光源
74‧‧‧控制電路
圖1展示本發明之感光器設備之方塊圖；圖2A、圖2B展示本發明之兩個不同實施例之結構的示意圖；圖3展示根據另一實施例之感光器設備之方塊圖；圖4展示本發明之另一實施例之方塊圖；圖5展示本發明之另一實施例之方塊圖；圖6展示本發明之另一實施例之方塊圖；及圖7展示併有本發明之感光器設備之照明系統的說明性實例。
10．．．感光器設備/單一整合感測器組件
13．．．光電二極體/PIN二極體/第二光敏性區域
15．．．光電二極體/第一光敏性區域
18．．．基板
20．．．光學濾光片設備
22．．．濾光片元件/光學濾光片設備
24．．．濾光片元件/第二光學濾光片設備
26．．．窗

Claims (12)

  1. 一種感光器設備，其包含：一基板，一第一光敏性區域，一第二光敏性區域，一第一光學濾光片(optical filter)設備，其經指派至該第一光敏性區域且經調適以過濾可見光譜，一第二光學濾光片設備，其經指派至該第二光敏性區域且經調適以過濾不可見光譜，較佳為紅外線(IR)光譜，及一發紅外光二極體，其安置於該基板上且由一控制器電路驅動以用於經由紅外線光傳輸資訊及/或控制信號，其中，該第一光敏性區域、該第二光敏性區域及該發紅外光二極體彼此鄰近地製造於同一基板上以形成一單一整合感測器組件。
  2. 如請求項1之感光器設備，其中該第一光敏性區域及該第二光敏性區域提供於至少一窗內，且該第一濾光片設備及該第二濾光片設備配置於該窗上。
  3. 如請求項1或2之感光器設備，其中該第一光敏性區域及該第二光敏性區域皆對可見光及紅外光敏感。
  4. 如請求項1或2之感光器設備，其中該第一光敏性區域及該第二光敏性區域之至少一者提供為至少一PIN二極體。
  5. 如請求項1或2之感光器設備，其中該第一光敏性區域經 調適以形成三個敏感性區，每一區被指派一光學濾光片設備，該等光學濾光片設備以三個子光譜分隔該可見光譜。
  6. 如請求項5之感光器設備，其中該等光學濾光片設備經調適以過濾紅光、綠光及藍光。
  7. 如請求項1或2之感光器設備，其中該第一光敏性區域及該第二光敏性區域之至少一者與至少一放大器級)耦合，俾以放大該第一光敏性區域及該第二光敏性區域之該至少一者之輸出。
  8. 如請求項7之感光器設備，其中該等放大器級中之至少一者之一輸出耦合至濾波器構件，較佳為低通濾波器構件。
  9. 一種燈設備，其包含用於輻射可見光之至少一光源、一用於控制該光源之色彩的控制電路及一如請求項1至8中任一項之感光器設備，該感光器設備(10)耦合至該控制電路，以供應關於所輻射光之該色彩的資訊。
  10. 如請求項9之燈設備，其進一步包含一遙控器，其具有一用於傳輸控制信號之發紅外線光二極體。
  11. 如請求項10之燈設備，其中該控制電路經調適以將控制信號發送至鄰近燈且自鄰近燈接收控制信號。
  12. 如請求項9至11中任一項之燈設備，其中該光源包含至少一發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)或聚發光二極體(P-LED)或其任何組合。
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