TWI627873B - 照明組合件，裝置及用於保持光亮度的相關方法 - Google Patents

照明組合件，裝置及用於保持光亮度的相關方法 Download PDF

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拉馬紐強 拉馬汗卓
約翰 蓋里提
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/12—Controlling the intensity of the light using optical feedback

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

根據一個實施例，提供一種照明組合件(102)。該照明組合件(102)包含一第一光單元(104)，配置以在一第一工作週期下操作；和一第二光單元(106)，配置以在一第二工作週期下操作。該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元(104，106)發射具有相同波長的光。

Description

照明組合件，裝置及用於保持光亮度的相關方法
本發明總體上關於照明組合件，照明裝置及相關方法，更具體地，照明組合件，裝置和用於保持光單元的光亮度的方法。
光單元或光源是固態的半導體裝置，如發光二極體(LED)，有機發光二極體(OLED)中，熒光燈，白熾燈，或類似物。在照明技術的最新進展已經提供了高效且強健的光源，其致能在許多應用中的各種照明效果。一些照明裝置可以包括能夠產生不同顏色的一個或更多個光源，例如紅色，綠色和藍色(RGB)，和一個控制器，用於控制光源的輸出光，以產生各種顏色和色彩變幻的發光效果。
輸出光的態樣，諸如色度，是依賴於，例如，光源的亮度輸出。即使當光源的驅動電流是恆定的時候，由於各種因素，如環境溫度變化，光源的老化或它們 的任意組合，亮度輸出可波動。
補償或避免這些問題的一個現有的方法是採用一種光反饋機制，以連續地監視來自不同顏色的光源的光亮度輸出(或通量輸出)，以便調節光源的驅動電流，使得輸出光的光亮度輸出(或光通量)保持大致恆定。該監視可以使用多個光感測器作到，如果該輸出偏離所期望的參考光亮度值('參考值')，其中每一個光感測器可監視的每種顏色(光源的)的光亮度輸出來提供用於校正。 在另一種方法中，監視可以利用一個單一的光感測器來實現。所監視的亮度輸出可再饋送到控制器，該控制器相應地調節光源的驅動電流，由此控制從在參考值的每個光源所發射的光的顏色。
當包括在照明組合件中的感測器(例如光感測器)，類比-數位轉換器，或放大器的感測鏈劣化(為例如，老化)，或感應鏈的增益變化時，現有的方法可能導致的光亮度輸出的誤差值。換句話說，當比較感測器輸出與參考光亮度值時，現有的方法不考慮(或補償)感測鏈的老化或感測鏈的增益變化，由此產生光亮度輸出的誤差值。當先前記錄參考光亮度值時，即使有光源不老化，在感測器監視的亮度輸出可輸出與該參考值不同的值(其由於感測鏈的老化或感測鏈的增益變化)。在現有的方法中，控制器可調節驅動電流，因此即使在監視的亮度輸出中的變化，輸出亮度並不是由於光源的老化。例如，在現有的方法中，一旦照明裝置包括不同顏色的光源，如果參 考光亮度值是10和最初光源的亮度輸出被設定在10，由於感測鏈的老化或感測鏈的增益變化，一年後在感測器監視的亮度輸出可變化為8。在本例子中，控制器可假定亮度輸出的變化是由於光源的老化且可增加的驅動電流來設定亮度輸出到最初記錄的參考值(即，10)，並因此導致不期望的顏色點偏移。
因此，有需要一種照明組合件，照明裝置及相關方法，以精確地確定光源的亮度輸出。此外，還需要在光源劣化和感測鏈劣化之間進行區分。
根據一個實施例，提供一種照明組合件。該照明組合件包含一第一光單元，配置以在一第一工作週期下操作；和一第二光單元，配置以在一第二工作週期下操作。該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元發射具有相同波長的光。
根據另一個實施例，提供一種照明裝置。該照明裝置包含一種照明組合件，包含一第一光單元，配置以在一第一工作週期下操作；和一第二光單元，配置以在一第二工作週期下操作。該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元發射具有相同波長的光。 該照明裝置更包含一電流驅動單元，電耦接到該第一和第二光單元，並配置以提供驅動電流到該第一和第二光單元。該照明裝置更包含一感測器單元，光耦接到該第一和 第二光單元，並配置以感測從該第一光單元發射的光和從該第二光單元發射的光，以便確定對應的第一和第二亮度值。該照明裝置更包含一控制器單元，通訊耦接到該電流驅動單元和該感測器單元，並配置以從感測器單元接收該第一和第二亮度值，並根據該第一和第二亮度值確定藉由該電流驅動單元所提供到該第一和第二光單元的該驅動電流的大小。
根據另一個實施例，提供一種用於維持操作光源的光亮度的方法。該種方法包含在一控制器單元接收對應一第一光單元的一第一亮度值和對應一第二光單元的一第二亮度值。該第一光單元在一第一工作週期下操作，和該第二光單元在一第二工作週期下操作，使該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元發射具有相同波長的光。該方法更包含根據該接收的第一和第二亮度值，藉由該控制器單元確定提供到該第一和第二光單元的驅動電流的大小。
100‧‧‧照明裝置
102‧‧‧照明組合件
104‧‧‧操作光源(第一光單元)
106‧‧‧參考光源(第二光單元)
110‧‧‧電流驅動單元
112‧‧‧感測器單元
114‧‧‧A/D轉換器
116‧‧‧控制器單元
118‧‧‧記憶體單元
120‧‧‧使用者介面
122、404、604‧‧‧溫度感測器單元
202、204、302‧‧‧電流驅動器
304‧‧‧開關
402‧‧‧散熱器
502‧‧‧第一散熱器
504‧‧‧第二散熱器
506‧‧‧第一溫度感測器單元
508‧‧‧第二溫度感測器單元
602‧‧‧熱繼電器
900‧‧‧用於維持操作光源的光亮度之方法
902-904‧‧‧用於執行方法900的步驟
當藉由參考附圖閱讀下面的詳細說明時，本發明的實施例的這些和其它特徵以及態樣將變得更好理解，其中類似的字符表示所有附圖的類似的部件，其中： 圖1是照明裝置的電氣示意圖，根據一個實施例。
圖2表示包括對應於每個光源的電流驅動單 元的照明裝置，以驅動這些光源，根據一個實施例。
圖3表示包括單個電流驅動器的照明裝置，用於驅動操作和對應同一波長的參考光源，根據另一實施例的。
圖4示出包括該操作和對應的參考光源的照明組合件，該操作和對應參考光源設置在相同的散熱器上，根據一個實施例。
圖5示出包括該操作參考光源和對應參考光源的照明組合件，該操作參考光源設置在第一散熱器上，該對應參考光源設置在第二散熱器上，根據另一個實施例。
圖6示出的照明組合件，其包括設置在該操作和對應的參考光源之間的熱繼電器，並配置以從設置在第一散熱器上的該操作參考光源熱耦接或解耦設置在第二散熱器上的參考光源，根據又另一實施例。
圖7示意地示出在藍色偏移的釔鋁石榴石(Blue-shifted YAG；BSY)，其是白色和紅色的照明組合件中的各個光源的工作週期時序圖，該照明組合件用於使用分時多工(Time-division multiplexing；TDM)感測由光源發出的光，根據一個實施例。
圖8示意地示出在BSY+R照明組合件中的各個光源的工作週期時序圖，該照明組合件用於使用分時多工(Time-division multiplexing；TDM)感測由光源發出的光，根據另一實施例。
圖9是描繪了用於保持操作光源的光亮度的方法的流程圖，根據一個實施例。
除非另有定義，本文所用的技術和科學術語具有相同的含義是由本發明所屬的技術領域人員通常理解的。術語“第一”，“第二”等，如本文使用不表示任何順序，數量或重要性，而是用來區分不同的元件。此外，術語“一”和“一個”並不表示對數量的限制，而是表示所引用的項目至少存在一個。術語“或”意指包括性的並且指的是一個，一些或所有列出的項目。使用術語如“包括”，“包含”或“具有”及其變體旨在包括其後列出的項目及其等效物以及額外的項目。此外，出於解釋的目的，闡述特定的數位，部件和配置，以便提供對本發明的各種實施方式徹底理解。
具體實施方式本發明的針對一種照明組合件，照明裝置及相關方法，以準確地確定光單元或光源的亮度輸出。此外，本發明的實施例區分光源的劣化和感測鏈的劣化，其是照明裝置的部件。該照明組合件可包含一第一光單元，配置以在一第一工作週期下操作；和一第二光單元，配置以在一第二工作週期下操作。在各種實施例中，該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元發射具有相同波長的光。本文中所描述的本發明的各種實施例主要關於到保持作為光源的發光二極體 (LED)的光亮度；然而，本發明可以擴展到其它類型的光源，例如，但不限於，有機發光二極體(OLED)，熒光燈或白熾燈，而不偏離本發明的範圍。
根據一個實施例(在下文中“裝置100')，圖1是照明裝置100的電氣示意圖。如圖1所示，在一些實施例中，裝置100可包括照明組合件102。如圖1所示，在一個實施例中，照明組合件102可包括操作光源104(“第一光單元”)，在第一工作週期操作，和參考光源106(“第二光單元”)在第二工作週期操作。如本文所用的術語“操作光源”指的是用於照明環境，例如一個房間，建築物或類似物的任何光源。在另一方面，如本文所用的術語“參考光源”指的是作為具有相似於操作照明源的發光特性的參考裝置的任何光源，(除了在工作週期中的差別以外)，且這參考裝置可以不被用於照明環境。
術語“工作週期”這裡指的是脈衝接通在一個週期的持續時間的時間的合計量。例如，20,000微秒(或50Hz)的週期持續時間，50%工作週期需要的脈衝接通10000微秒，然後關斷相同的時間。在各種實施方式中，第二工作週期低於第一工作週期。換句話說，參考光源106的接通時間少於操作光源104的接通時間。例如，在操作光源104的壽命，如果操作光源104的總接通時間是50000小時，然後在相同的時間段上的對應的參考光源106的總接通時間可以被配置為低至50~100小時。光源 的老化主要依賴於它的光源被驅動或保持接通的持續時間。相較於操作光源104，降低參考光源106的工作週期造成驅動參考光源106一個小持續時間。小持續時間便於參考光源106的降低老化，其結果是，參考光源106作為一個可靠的參考，以檢查對應的操作光源104的光亮度。
可選地，在另一實施例中，照明組合件102可包括相同波長的多個操作光源(如圖1的虛線框所示)。在本實施例中，照明組合件包括一個單一的參考光源(如106)，對應於該在第二工作週期操作的這些操作光源，同時操作光源工作在第一工作週期操作，其大於第二工作週期操作。
在各種實施例中，操作光源104(或多個操作光源)和參考光源106發射具有相同的波長或顏色的光。 例如，操作光源104和參考光源106兩者可以發射相同的波長的光，例如紅色，藍色或綠色。儘管圖1示出包括一個或多個操作的光源和對應於相同顏色的操作光源(S)的一個參考光源的照明組合件102，本發明可被擴展到任何數量的類似的照明組合件，其中每一個照明組合件可以包括一個或多個操作光源和對應於這些操作光源的一個參考光源，使得每個照明組合件發出不同波長或顏色的光。 示出這態樣並在後面結合圖2和3說明。
裝置100可以進一步包括電流驅動單元110，其被電耦接到操作光源104和參考光源106。電流驅動單元110被配置成提供驅動電流到操作光源104和參考光源 106。雖然在圖1中未示出，電流驅動單元110可包括多個電流驅動器，使得每個電流驅動器提供驅動電流到各光源。例如，電流驅動單元110包括第一電流驅動器(未示出)以提供驅動電流到操作光源104，和第二電流驅動器(未示出)以提供驅動電流到參考光源106。電流驅動器可以是電流調整器，開關或者如將為本領域技術人員所已知的其他類似的裝置。在一個實施例中，電流驅動單元110驅動操作光源104以在第一工作週期發光，和電流驅動單元110驅動參考光源106以在第二工作週期發光。在各種實施例中，電流驅動單元110被配置為以相同大小的驅動電流驅動相同的波長的操作光源104和參考光源106。驅動操作光源104和參考光源106所需的電源來可由一個電源供應提供(未示出)。
裝置100可以進一步包括感測器單元112，其被光學地耦接到操作光源104和參考光源106。感測器單元112被配置成感測從操作光源104發射的光和從參考光源106發射的光，以便分別從發射的光確定對應於操作光源104和參考光源106之第一和第二亮度的值。在一些實施例中，在第一工作週期期間，電流驅動單元110被配置為驅動操作光源104以發出，例如，紅顏色的光。在這樣的實施例中，感測器單元112感測所發射的光的光亮度，以確定對應的第一亮度值。在一些其它實施例中，在第二工作週期期間，參考光源106可以被驅動以發射與操作光源102相同顏色的光。在這樣的實施例中，感測器單元 112感測從參考光源106發射的光的光亮度，以確定對應的第二亮度值。
在一個實施例中，感測器單元112可包括紅光感測器，綠光感測器和藍色光感測器，其被配置為檢測分別從紅光源，綠色光源，和藍色光源發射的光的亮度。 或者，在另一實施例中，感測器單元112可包括濾色器，其被配置為檢測從多個光源發射的混合光的不同顏色的部分。在這樣一個實施例中，裝置100可任選地包括光混合單元(未示出)，其位於多個光源的照明組合件和感測器單元112之間，用於均勻地混合從多個光源發出的光。在一些實施例中，感測器單元112是光學感測器，例如光電電晶體，光電感測器的集成電路(IC)，非通電發光二極體，矽光電二極體和光濾波器，或類似物。在一個實施例中，感測器單元112可包括類比感測器。在另一個實施例中，感測器單元112可以包括數位感測器。
裝置100可以進一步包括以通訊方式耦接到感測器單元112和電流驅動單元110的控制器單元116。 控制器單元116可以任選地包括一個類比-數位(analog-to-digital；A/D)轉換器114。A/D轉換器114可以是將感測器單元112和控制器單元116(如圖1中所示)之間，或與控制單元116或感測器單元112集成。A/D轉換器114被配置為從感測器單元112接收亮度值(其可以是以類比的格式)，並將其轉換成數位格式用於控制器單元116以進一步處理。在另一實施例中，當感測器單元112 是數位感測器時，由感測器單元112所確定的亮度值可以是數位格式。
在該裝置100中的控制器單元116被配置成從感測器單元112(或A/D轉換器114)接收第一和第二亮度的值，並根據這些接收到的亮度值確定由電流驅動單元110提供到光源104和參考光源106的驅動電流的大小。在一些實施例中，為了確定由電流驅動單元110提供到操作光源104和參考光源106的驅動電流的大小，控制器單元116被配置成以第一和第二參考亮度值之間的比值來比較第一和第二亮度值之間的比值(“光亮度比值”)。第一和第二參考亮度值是操作光源104和參考光源106個別的亮度值，並被確定(例如，被測量或被在裝置100的安裝過程中初始設定)以供將來參考。在一個實施例中，當兩個比值相等時，驅動電流的大小保持不變；然而，當這兩個比值是不同的時，則控制器單元116可以調整(單獨操作光源104的或者操作光源104和參考光源106兩者的)驅動電流的大小，直到這兩個比值相等。在各種實施例中，調節這些量值造成了控制光亮度，以及因此操作光源104的顏色。
在一個示例性實施例中，當所第一和第二參考亮度值分別是10和2，以及控制器單元116分別接收8和2作為第一和第二亮度的值時，控制器單元116比較8/2和10/2的比值，以確定它們是否相等。在這個例子中，這兩個比值的差表示該操作光源104已經劣化(例 如，由於老化)。因此，在這樣的情況下，控制器單元116可以調整驅動電流的大小(將被饋送到操作光源104和任選的到參考光源106)，直到這兩個比值相等。例如，如果操作光源104劣化，操作光源104的驅動電流和任選地，對應的相同顏色的參考光源106的大小被減小。
在另一個示例性實施例中在一個示例性實施例中，當所第一和第二參考亮度值分別是10和2，以及控制器單元116分別接收8和1.6作為第一和第二亮度的值時，控制器單元116比較8/1.6和10/2的比值，以確定它們是否相等。在這個例子中，即使所接收的亮度值是與個別的參考亮度值不同，相等的比值表示該操作光源104正常工作(即，它並沒有劣化)。在本例中，控制器單元116可以推斷，在個別的亮度值中的差異(相較於個別的參考亮度值)，是由於在感測鏈的一些錯誤，例如，由於在感測鏈的增益發生變化。在各種實施例中，感測鏈包括感測器單元112，A/D轉換器114，放大器(未示於圖1中)，或者它們的任意組合。由於操作光源104運作正常，控制器單元116保持驅動電流的大寫不變。因此，控制器單元116能夠在光源的劣化和感測鏈的劣化之間進行區分。
在一些其它實施例中，當兩個比值是不同的時，這表示操作光源104已經惡化時，控制器單元116可以調整驅動電流(被饋送到操作光源104和可選到參考光源106)，直到從第一和第二參考亮度值之間的比值，第 一和第二亮度值之間的比值的偏差最小化。例如，在30%的偏差可以被允許的。
保持各操作光源(或多個相同的波長的操作光源)和相同波長的其對應的參考光源之間的光亮度比值造成維持兩個或更多照明組合件之間的不同顏色光源的光亮度比值，其中每個組件包括一個或多個操作的光源和其發射光相同波長的光對應的參考光源。在一些實施例中，當控制器單元116確定這兩個比值是不同時，因此饋給操作光源104和參考光源106的驅動電流的大小待被改變，直到這兩個比值變成相等，控制器單元116也可以改變個別顏色的光源的其它照明組合件的大小以保持這些照明組合件之間的光亮度比值。在一個示例性實施例中，如果第一色彩的操作光源104劣化，驅動電流的操作光源104(和任選對應的參考光源106)和第二色彩的操作光源(和任選對應的參考光源)的大小被減少，直到這兩個比值變成相等。
在一些其它實施例中，當兩個比值不同時，控制器單元116可以調節驅動電流的大小(要被饋送到第一顏色的操作光源104和到第二顏色的操作光源)，直到比值的偏差最小化。例如，在3%以內的偏差可以被允許的。在一個實施例中，在兩個光源具有完全相同的光亮度的偏差的情況下，該比值的偏差可能不影響照明組合件中的顏色。然而在這種實施例中，該比值的偏差可能影響的光源的亮度。
在一個實施例中，裝置100可任選地包括記憶體單元118(在圖1中所示的虛線框)，其可通訊地耦接到控制器單元116，並可以被配置為儲存第一和第二參考亮度值。在另一個實施例中，記憶體單元118可以被配置為還儲存第一和第二亮度值之間的比值，第一和第二參考亮度值之間的比值，以及在裝置100中的不同顏色的光源的亮度值之間的比值(例如，第一顏色的操作光源104的亮度值和第二顏色的另一種操作光源的亮度值之間的比值)。雖然分別如圖1所示，記憶體單元118可以替代地與控制器單元116集成，根據另一實施例。或者或另外，在另一實施例中，裝置100可任選地包括使用者介面120。這裡使用的術語“使用者界面”指的是一個使用者(或操作者)和一個或多個裝置(例如，控制器單元116)之間的界面，其致能使用者與裝置之間的通訊。使用者介面的示例包括，但不限於，開關，電位計，按鈕，轉盤，滑塊，滑鼠，鍵盤，鍵板，各種類型的遊戲控制器(例如操縱桿)，跟踪球，顯示屏，各種類型的圖形使用者界面(GUI)，觸摸屏，麥克風等。在一個實施例中，使用者介面120可以可操作地耦接到控制器單元116接收該參考亮度值作為從裝置100的使用者輸入。
在一些實施例中，裝置100可進一步包括溫度感測器單元122，被配置為監控各個光源或散熱器的溫度，其中光源被設置在散熱器中。這個溫度可能導致光亮度的改變和因此光從照明組合件(如102)發出的色彩的 改變。例如，隨著溫度的升高，光源發出的光的光量可能會減少。在一個實施例中，各光源的驅動電流可再根據所監控的溫度來調節。照明組合件的光亮度的溫度依賴性可以使用的各種方法減少或補償，如將在後面結合圖4-6進行說明。雖然在圖1分別示出，溫度感測器單元122可以替代地與照明組合件102集成，根據另一實施例。
在裝置100中示出的部件是示例性的，還可以包括各種其它部件(圖1中未顯示)，例如但不限於，緩衝器，被配置為識別或測量由光源發出的光的光亮度值的濾波模組，和被配置成調節從操作光源104和參考光源106發射的光的工作週期，而不是被電流驅動單元110調整之單獨的工作週期調整電路。例如，濾波模組可以被配置為測量在混合光(例如，從光混合單元接收的)中的每個不同顏色光源的光亮度。
在各種實施例中，無論是單一的電流驅動器可以用來驅動光源104和106兩者，或對應於每個光源的電流驅動器可以用來驅動個別操作光源104和參考光源106。圖2表示包括對應於每個操作光源104，參考光源106的電流驅動單元110的照明裝置100，以驅動這些光源，按照一個實施例。圖2中的光裝置100示出了兩個照明組合件發射不同的波長的光，使得每個照明組合件包括發射相同波長的光的操作光源104和參考光源106。如圖2所示，在一些實施例中，各電流驅動單元110可以包括兩個電流驅動器202和204，被配置為驅動各操作光源 104和參考光源106。在一個實施例中，電流驅動器202和204可以被配置為以相同大小的驅動電流分別驅動相同波長的操作光源104和對應的參考光源106。或者，在另一實施例中，電流驅動器204可以被配置為改變的只有操作光源104的驅動電流，而對應的參考光源106的驅動電流保持不變。
圖3表示包括單一電流驅動器302的照明裝置100，電流驅動器302用於驅動相同波長的操作光源104和參考光源106兩者，在根據另一實施例。圖3中的照明裝置100示出了發射波長不同的光的兩個照明組合件，使得每個照明組合件包括發射相同波長的光的操作光源104和參考光源106。如圖3所示，在一些實施例中，當前驅動器302可以被配置為以相同大小的電流驅動相同波長的操作光源104和參考光源106兩者。圖1中的裝置100還包括開關304，例如金屬氧化物半導體場效晶體管(metal oxide semiconductor field-effect transistor；MOSFET)，雙極結型晶體管(bipolar junction transistor；BJT)，或之類的，在每一個照明組合件中，並定位在操作光源104和相同波長的對應的參考光源106之間。在各種實施例中，控制器單元116可以被配置來控制開關304的打開和關閉。在一個實施例中，當開關304處於閉合位置時，參考光源106被旁路，使得感測器單元112可感測只從操作光源104發出的光，從而可確定從所發射的光的第一亮度值。在另一實施例中，當開關304處於打開位置 時，感測器單元112可感測從兩個操作光源104和參考光源106發射的光，並因此可以從所發射的光確定第一和第二亮度值的添加的輸出。在一些實施例中，在關閉位置時確定的第一亮度值從當開關304在開位置時的添加的輸出中減去，以獲得對應於來自參考光源106所發射的光的第二亮度值。然後，重複進行該處理用於裝置100中的所有其它照明組合件。上述結合圖1各種的實施例，感測器單元112然後可以發送亮度值到控制器單元116，以便進一步處理。
圖3所示的電路是示例性的，在保留使用單一的電流驅動器來驅動相同波長的操作光源104和參考光源106兩者的優點的同時，任何其它電路可用於本發明。
由於光源的光亮度值是該光源的溫度的函數，除了光源的驅動電流和接通時間以外，當確定其對應的光亮度值時，光源的溫度需要測量並考慮。圖4-6描述了消除或補償溫度在光亮度值上的影響的不同的實施例。圖4示出照明組合件102(在裝置100中)，其包括佈置在相同的散熱器402上的操作光源104和參考光源106，根據一個實施例。如圖4所示，在一些實施例中，照明組合件102可包括溫度感測器單元404，也設置在散熱器402上和被配置為檢測散熱器402的溫度。圖4認為，該操作光源104是藍色偏移的釔鋁石榴石(Blue-shifted YAG；BSY)操作LED和對應的參考光源106是BSY參考LED。溫度感測器單元404是操作地耦接到控制 器單元116，並配置成提供檢測到的溫度到控制器單元116。在一些實施例中，由於操作光源104和參考光源106被設置在相同的散熱器402上，這些溫度光源可以是大約相同的，因此，控制器單元116不需要補償參考光源106的溫度。
在一些實施例中，用於LED的亮度值用下列公式計算：IVbsy=Kbsy*fbsy(Ibsy,Tbsy,ontime)...公式1
IVbsyref=Kbsyref*fbsyref(Ibsyref,Tbsyref,ontimeref)...公式2其中，IVbsy是BSY操作LED的亮度值
IVbsyref是BSY參考LED的亮度分別
Kbsy and Kbsyref分別是BSY操作LED和BSY參考LED的係數
fbsy and fbsyref分別是BSY操作LED和BSY參考LED的係數傳遞函數
Ibsy and Ibsyref分別是BSY操作LED和BSY參考LED的驅動電流
Tbsy and Tbsyref分別是BSY操作LED和BSY參考LED的溫度
Ontimeand ontimeref分別是BSY操作LED和BSY參考LED接通的持續時間
係數Kbsy和Kbsyref的比值可取決於LED的數量，以及它們在嵌燈內相對於感測器單元112的光學配 置。傳遞函數fbsy和fbsyref是根據三個參數，亦即，電流，溫度，和LED隨時間老化的接通時間。參考LED的BSY是在低工作週期操作，使得ontimeref<<ontime。
用於BSY操作LED(Measuredbsy)和BSY參考LED(Measuredbysref)所測量的亮度值的感測器響應使用下面的公式計算。
Measuredbsy=IVsensor(IVbsy)...公式3
Measuredbsyref=IVsensor(IVbsyref)...公式4其中，IVsensor是在感測器單元112測得的亮度值。
如果IVsensor相對於測得的亮度值是線性，該亮度值之間的使用下面的方程式從Measuredbsy和Measuredbsyref計算。
IVbsy/IVbsyref=Measuredbsy/Measuredbsy...公式5
Ibsy等於Ibsyref，且Tbsy可以等於Tbsyref，當BSY參考LED是與BSY操作LED在相同的散熱器402上時，例如，如在圖4中所考慮。因此，從Measuredbsy/Measuredbsy獲得的比值IVbsy/IVbsyref可以僅隨BSY操作LED的接通時間和BSY參考LED的接通時間而變化，且其變化使衰老相關的IVbsy估計變化。儘管參考LED的低工作週期，其結溫是大約相同於該兩個參考和操作LED被佈置在散熱器402上的溫度。由於參考LED的高結溫，參考LED也容易發生老化；然而，參考LED的老化會比其對應的相同顏色的操作LED的老化顯著地慢。
圖5示出(在裝置100)照明組合件102，包 括設置於第一散熱器502上的光源104和設置在第二散熱器504上的光源106，根據另一實施例。如圖5所示，在一些實施例中，照明組合件102可包括：第一溫度感測器單元506，設置在第一散熱器502上，並且被配置為檢測光源104的溫度。並且，如圖所示5，在一些其它實施例中，照明組合件102可包括第二溫度感測器單元508，設置在第二散熱器504上，並且被配置為檢測光源106的溫度。相較操作光源104的溫度，由於參考光源106與操作光源104相比而較低的工作週期，當其散熱器504可以是在一個較低的溫度時，照明組合件102的這種結構可以最小化參考光源106的老化效應。第二溫度感測器單元508可以被設置在參考光源的散熱器504中，以補償由於兩個散熱器502和504的溫度差異之光亮度差。控制器單元116被配置為可操作地耦接到溫度感測器單元506和508以從個別的溫度感測器單元506和508接收光源104和106的溫度值，並且可以補償由於兩個散熱器502和504的溫度差異之光亮度差。
圖6示出(在裝置100)，包括設置在操作光源104和參考光源106之間的熱繼電器602的照明組合件102，並配置成從設置在第一散熱器502上的操作光源104熱耦接或解耦設置在第二散熱器504上的參考光源106，根據又一實施例。在各種實施例中，控制器單元116可以被配置為從操作光源104發出控制信號到熱繼電器602以熱耦接或解耦參考光源106。在一個實施例中， 在接通光源106之前，亦即，當參考光源106的亮度值要被確定時，控制器單元116被配置為將控制信號發送到熱繼電器602以耦接參考光源106到操作光源104。在一個示例性實施例中，提供當參考光源106耦接到操作光源104的瞬時和當感測器單元112感測到從操作光源104和參考光源106發射的光的瞬時之間的時間間隙。該時間間隙被引入，以確保的參考光源的散熱器504的溫度在感測到所發射的光之前達到接近操作光源的散熱器502的溫度，以消除亮度值對兩個散熱器502和504的溫度差的依賴性。
如圖6所示，在一些實施例中，照明組合件102可包括設置在第一散熱器502上的溫度感測器單元604，並配置成檢測操作光源104的散熱器502的溫度。 在另一實施例中，在關斷參考光源106後，即，一旦參考光源106的亮度值被確定，並且操作光源104和參考光源106的驅動電流的大小進行調整(如果需要的話)，則控制器單元116可以被配置為將控制信號發送到熱繼電器602，從操作光源104解耦參考光源106。在這些實施例中，控制器單元116可以包括計時器以記錄參考光源106的接通時間和關斷時間，使得控制器單元116可耦接參考光源106到操作光源104在參考光源106的接通時間前，並在參考光源106的關斷時間後解耦來自光源的參考光源106。
在各種實施例中，操作光源可為從感測器單 元112大約等距離(例如，30到50毫米)。類似地，在一些其它實施例中，對應於各操作光源的各種參考光源可以被佈置從感測器單元112大致相同的距離(例如，0.5至1毫米)。在一個這樣的實施方式中，感測器單元112被佈置在操作與參考光源設置在其上的同一散熱器上。比任何的操作光源更接近參考光源來佈置感測器單元112可提高參考光源(如參考光源106)的響應(第二亮度值)的測量值的比較精度和與參考光源顏色相同的所有操作光源(如操作光源104)的響應(亮度值)的測量。在其它實施例中，操作光源可為從感測器單元112不等距離。
用於感測從光源發出的光的各種技術是本領域已知的。一種這樣的技術是使用分時多工(Time-division multiplexing；TDM)。圖7和8示出了兩種不同的方法來感測藉由以分時方式，也就是說，TDM，的光源發出的光。圖7示意性示出BSY+R的照明組合件中的個別光源的工作週期的時序圖表，用於感測藉由使用TDM的光源發射的光，根據一個實施例。該BSY+R的照明組合件包括光源，如BSY操作LED，對應於相同的波長(BSY)的BSY操作LED的BSY參考LED，紅色操作LED，和對應於相同的波長(紅色)的紅色操作LED的紅色參考LED。圖7顯示了每個LED的連續工作週期，也就是，沒有任何的LED調光。在一些實施例中，感測器單元112可以在給定時刻感測只有一個LED(例如，紅色操作LED)的接通脈衝。例如，在第一工作週期(“BSY 工作週期”)期間，BSY操作LED102被驅動以發射被饋送到感測器單元112的BSY光。在接收到該BSY光時，感測器單元112感測到BSY光以獲得對應的亮度值。然而，在第二工作週期(“參考BSY工作週期”)期間，BSY參考LED被驅動以發射被饋送到感測器單元112的BSY光。在一些實施例中，電流驅動單元110被配置成提供驅動電流到BSY參考LED以在確定BSY參考LED的亮度值之前，接通BSY參考LED。在一個示例性實施例中，控制器單元116或電流驅動單元110可儲存BSY參考LED的工作週期，並且可以在啟動用於確定LED的亮度值的過程的幾秒鐘(或毫秒)之前，接通該LED。
如圖7所示，接通時間的頻率或BSY參考LED(其表示BSY參考LED的第二工作週期)的正脈衝小於對應的BSY操作LED的正脈衝的頻率(其表示該BSY操作LED的第一工作週期)。感測器單元112感測到的BSY光以獲得對應的亮度值。有了重複的操作，感測器單元112分別獲取對應於紅色操作LED和紅色參考LED的亮度值，並直接或經由A/D轉換器114發送這些得到的亮度值到控制單元116。在一個實施例中，使用者可以定義週期(感測週期“P”，如示於圖7和圖8中)，例如，每個月，感測過程可以在此之後重複。雖然單個正脈衝示於圖7中在當對於每個LED進行感測期間；然而，每一個這樣的正脈衝可以包括多個正脈衝，因為感測每個LED的持續時間可能會在多個正脈衝被跨 越。此外，儘管未在圖7中示出，感測器單元112可確定從光源發射的光的周圍環境值，並且可以用它作為對抗各種光源的亮度值的參考。在一個實施例中，如果周圍環境的值大於零，則該值是從所有用於偏移去除的光源的亮度值中所減去。在一個示例性實施例中，為了使感測過程接近實時，感測週期“P”保持很小，例如，10至50毫秒(milliseconds；ms)。
圖8示意地示出BSY+R照明組合件中的個別光源的工作週期的定時圖表，用於檢測藉由使用TDM的光源發射的光，根據另一實施例。圖8認為各操作LED的工作週期(即，BSY操作LED和紅色操作LED)擁有50%的調光，這意味著，如果200Hz(週期為5ms)調光應用到每一個操作LED，操作LED會接通2.5ms，也會的關斷2.5ms。參考LED的工作週期(即，BSY參考LED和紅色參考LED)與圖7示出的那些相同。結合上面描述的圖7的各種實施例在這裡同樣適用。
百分之五十或不調光是上述兩個示例性實施例；然而，調光的任何百分比可以應用到操作LED而不偏離本發明的範圍的偏離。
可選地，在一些其它實施例中，感測器單元112可以被配置為感測從不同波長的兩個或更多個照明組合件在同一時間發射的光。在一個示例性實施例中，如果裝置100包括紅色，綠色和藍色(RGB)的照明組合件(每個組件包括一個或多個操作光源和波長相同的對應的 參考光源)，感測器單元112在同一時間從兩個不同的有色光源感測光，例如，紅色和綠色光源在同一時間，或藍和綠光源在同一時間，或紅色和藍色光源在同一時間。
在一個實施例中，提供了一種用於準確地確定光源的亮度輸出的方法。圖9是描繪了用於保持操作光源的光亮度的方法900的流程圖，根據一個實施例。在步驟902，對應於第一光單元(“操作光源”)的第一亮度值和對應於第二光單元(“參考光源”)的第二亮度值可以被接收。在一個示例性實施例中，控制器單元(如116)，從感測器單元(如112)可以直接或藉由一個A/D轉換器(例如114)接收這些亮度值。此外，在一些實施例中，操作光源在第一工作週期操作和參考光源在第二工作週期操作，使得第二工作週期低於第一工作週期，以及這些光源發射具有相同波長的光。在一個實施例中，操作與參考光源可以相同大小的驅動電流驅動。或者，在另一實施例中，只操作光源的驅動電流可以變化，而同時對應的參考光源的驅動電流可以保持不變。
在一個實施例中，在確定操作與參考光源的亮度值之前，控制器單元或電流驅動單元可以被配置為接通參考光源，使得參考光源發射感測器單元使用的光，以確定對應的亮度值。
在步驟904中，驅動電流的大小可以被確定並提供給根據所接收的第一和第二亮度值的操作和參考光源。在一些實施例中，為了確定所提供的驅動電流的大 小，控制器單元以第一和第二參考亮度值之間的比值比較第一和第二亮度值之間的比值。第一和第二參考亮度值是分別的操作和參考光源的亮度值，並被確定以供將來參考。在一個實施例中，當兩個比值相等時，驅動電流的大小保持不變；然而，當這兩個比值是不同的時，控制器單元可以改變驅動電流的大小(無論單獨是操作光源的或者是操作和參考光源兩者的)，直到這兩個比值相等。在一些其它實施例中，當這兩個比值的差異表示該操作光源已經劣化(即，當這兩個比值是不同的)，則控制器單元可以調整驅動電流的大小，直到第一和第二亮度之間的比值與第一和第二參考亮度值之間的比值的偏差被最小化。
接收亮度值以及根據這些值確定驅動電流的大小的上述操作可以連續重複進行，直到第一和第二亮度值之間的和第一和第二參考亮度值之間的變為相等於或偏差最小化。
除了對色彩混合照明組合件提供顏色穩定性之外，結合以上圖1-8如上所述的各種實施例可同樣適用於方法900，用於藉由準確地確定這些光源的亮度輸出而保持操作光源的光亮度。
藉由提供一參考光源，根據本發明的實施例該的系統和方法可以準確地確定光源的亮度輸出，該參考光源可在較對應於該參考光源的一個或多個操作光源低的工作週期操作，其中這些光源發射相同的光波長。參考光源被用作可靠的參考來檢查相同的波長的對應操作光源的 光亮度的劣化。本發明的實施例使用本文所述的系統和方法區分光源的劣化和感測鏈的劣化。
本領域技術通常知識人員將認識到來自不同實施例的各種特徵的可互換性。類似地，描述的各種方法的步驟和特徵，以及用於每個這樣的方法和特徵其他已知的等效物，可以由本領域技術通常知識人員來混合和相匹配以構造根據本發明原理的另外的組合件和技術。因此，要理解，所附申請專利範圍旨在覆蓋落在本發明的真實精神之內的所有這些修改和變化。

Claims (25)

  1. 一種照明組合件(102)，包含：一第一光單元(104)，配置以在一第一工作週期下操作；以及一第二光單元(106)，配置以在一第二工作週期下操作，其中該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元(104，106)發射具有相同波長的光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明組合件(102)，其中該第一和第二光單元(104，106)配置以相同大小的驅動電流驅動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之照明組合件(102)，其中該第一和第二光單元(104，106)電耦接到一電流驅動單元(110)，且該電流驅動單元(110)配置以提供驅動電流到該第一和第二光單元(104，106)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之照明組合件(102)，其中該第一和第二光單元(104，106)光耦接到一感測器單元(112)，且該感測器單元(112)配置以感測從該第一光單元(104)發射的光和從該第二光單元(106)發射的光，以便確定對應的第一和第二亮度值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之照明組合件(102)，其中該第一和第二光單元(104，106)通訊耦接到一控制器單元(116)，且該控制器單元(116)配置以從該感測器單元(112)接收該第一和第二亮度值，並根據該接收的第一和第二亮度值確定藉由一電流驅動單元(110)所提供到該第一和第二光單元(104，106)的一驅動電流的大小。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之照明組合件(102)，其中該控制器單元(116)通訊耦接到一記憶體單元(118)，且該記憶體單元(118)配置以儲存該第一光單元(104)的一第一參考亮度值和該第二光單元(106)的一第二參考亮度值。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之照明組合件(102)，其中該控制器單元(116)更配置以在該第一和第二亮度值之間以第一和第二參考亮度值之間的一比值來比較以確定由該電流驅動單元(110)所提供到該第一和第二光單元(104，106)的一驅動電流的大小。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之照明組合件(102)，其中當該第二光單元(106)的一第二亮度值待確定時，該第二光單元(106)配置以接通。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之照明組合件(102)，更包含：一散熱器(402)，其中該第一光單元(104)和該第二光單元(106)設置在該散熱器(402)上；以及一溫度感測器單元(122，404，506，508，604)，設置在該散熱器(402)上，並配置以檢測該散熱器(402)的一溫度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之照明組合件(102)，更包含第一和第二散熱器(502，504)，其中該第一光單元(104)設置在該第一散熱器(502)上和該第二光單元(106)設置在該第二散熱器(504)上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之照明組合件(102)，更包含一熱繼電器(602)，設置在該第一和第二光單元(104，106)之間，並配置以從該第一光單元(104)熱耦接或解耦該第二光單元(106)。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之照明組合件(102)，更包含一溫度感測器單元(122，404，506，508，604)，設置在該第一散熱器(502)上，並配置以檢測該第一散熱器(502)的一溫度。
  13. 一種照明裝置(100)，包含：一種照明組合件(102)，包含：一第一光單元(104)，配置以在一第一工作週期下操作；以及一第二光單元(106)，配置以在一第二工作週期下操作，其中該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元(104，106)發射具有相同波長的光；一電流驅動單元(110)，電耦接到該第一和第二光單元(104，106)，並配置以提供驅動電流到該第一和第二光單元(104，106)；一感測器單元(112)，光耦接到該第一和第二光單元(104，106)，並配置以感測從該第一光單元(104)發射的光和從該第二光單元(106)發射的光，以便確定對應的第一和第二亮度值；一控制器單元(116)，通訊耦接到該電流驅動單元(110)和該感測器單元(112)，並配置以從該感測器單元(112)接收該第一和第二亮度值，並根據該接收的第一和第二亮度值確定藉由該電流驅動單元(110)所提供到該第一和第二光單元(104，106)的該驅動電流的大小。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之照明裝置(100)，其中該第一和第二光單元(104，106)配置以相同大小的該驅動電流驅動。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之照明裝置(100)，更包含一記憶體單元(118)，配置以儲存該第一光單元(104)的一第一參考亮度值和該第二光單元(106)的一第二參考亮度值。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之照明裝置(100)，其中該控制器單元(116)更配置以在該第一和第二亮度值之間以第一和第二參考亮度值之間的一比值來比較以確定由該電流驅動單元(110)所提供到該第一和第二光單元(104，106)的一驅動電流的大小。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之照明裝置(100)，其中當該第二光單元(106)的一第二亮度值待確定時，該第二光單元(106)配置以接通。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之照明裝置(100)，其中該照明組合件(102)更包含：一散熱器(402)，其中該第一光單元(104)和該第二光單元(106)設置在該散熱器(402)上；以及一溫度感測器單元(122，404，506，508，604)，設置在該散熱器(402)上，並配置以檢測該散熱器(402)的一溫度。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之照明裝置(100)，其中該照明組合件(102)更包含第一和第二散熱器(502，504)，其中該第一光單元(104)設置在該第一散熱器(502)上，且該第二光單元(106)設置在該第二散熱器(504)上。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之照明裝置(100)，其中該照明組合件(102)更包含一熱繼電器(602)，設置在該第一和第二光單元(104，106)之間，並配置以從該第一光單元(104)熱耦接或解耦該第二光單元(106)。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之照明裝置(100)，其中該照明組合件(102)更包含一溫度感測器單元(122，404，506，508，604)，設置在該第一散熱器(502)上，並配置以檢測該第一散熱器(502)的一溫度。
  22. 一種用於保持光單元的光亮度的方法，包含：在通訊耦接到一電流驅動單元(110)和一感測器單元(112)之一控制器單元(116)接收對應一第一光單元(104)的一第一亮度值和對應一第二光單元(106)的一第二亮度值，其中該電流驅動單元(110)電耦接到該第一和第二光單元(104，106)以及該感測器單元(112)光耦接到該第一和第二光單元(104，106)，其中該第一光單元(104)在一第一工作週期下操作，和該第二光單元(106)在一第二工作週期下操作，使該第二工作週期低於該第一工作週期，並且該第一和第二光單元(104，106)發射具有相同波長的光；以及根據該接收的第一和第二亮度值，藉由該控制器單元(116)確定提供到該第一和第二光單元(104，106)的驅動電流的大小。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之用於保持光單元的光亮度的方法，更包含以相同大小的該驅動電流驅動該第一和第二光單元(104，106)。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之用於保持光單元的光亮度的方法，確定該驅動電流的大小包含：確定該第一光單元(104)的一第一參考亮度值和確定該第二光單元(106)的一第二參考亮度值；以及在該第一和第二亮度值之間以第一和第二參考亮度值之間的一比值來比較以確定提供到該第一和第二光單元(104，106)的該驅動電流的該大小。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之用於保持光單元的光亮度的方法，更包含在確定該第一和第二亮度值之前，接通該第二光單元(106)。
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