CN1729723A - 传感从多个光源发射的光 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感多个光源(115、125、135、315)的各个强度的方法。该方法用于给每个光源(115、125、135、315)传送420指令信号、根据指令信号顺序启动430光源，以及确定440每个光源(115、125、135、315)的强度值。该方法进一步包括根据每个光源(115、125、135、315)的强度值确定控制信号和用控制信号来控制光源(115、125、135、315)。顺序启动430光源可以包括在启动循环内以预定的启动周期分别启动每个光源(115、125、135、315)。确定440每个光源的强度值可以包括在顺序启动周期内分别接收每个光信号、处理接收的光信号以及根据处理的光信号产生每个光源(115、125、135、315)的强度值。
Description
技术领域
本公开内容的技术领域是发光二极管(LED)的光产品，具体的是传感同时从多个光源发射的光。
现有技术
照明源例如各种灯现在使用白炽和荧光装置作为光产品。公知的白炽光源是效率低的光源，其使用比其它光源更多的功率资源。荧光光源提供了效率更高的光产品。
发光二极管(LED)以高得多的效率产生光，但是直到最近还没有以低成本的方式制造LED，从而使用在光应用中。最近，LED产品使得在光产品应用中使用LED成为可行的备选方案。
用LED产生可用的光通常需要制造产生特定颜色的LED，例如用覆盖LED的荧光物质层，或者混合多个彩色的LED以产生所需的彩色光输出。不幸的是，一旦生产光源包以得到所需的彩色光输出，其使用寿命就减少到其构成部件之一发生损坏或者部分损坏的时间。
发明内容
因此，希望提供一种***，可以克服这些和其它缺点。
本发明的一个方面提供一种用于传感多个光源的各自强度的方法。该方法包括给每个光源传送指令信号、根据指令信号顺序启动光源和确定每个光源的强度值。
根据本发明的另一个方面，一种储存计算机程序的计算机可读介质包括：用于给每个光源传送指令信号的计算机可读代码；用于根据指令信号顺序启动光源的计算机可读代码和用于确定每个光源的强度值的计算机可读代码。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于传感光源强度的***。该***包括多个光源。该***进一步包括在预定的时间周期内顺序启动光源的装置。还提供用于确定每个光源的强度值的装置。
本发明的前述和其它特征以及优点从随后结合附图阅读的对现存优选实施例的详细说明中将更加显而易见。本发明的详细说明和附图仅仅是说明性的，而不是限制性的，本发明的范围通过附加的权利要求及其等价物来限定。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的控制器件的示意图；
图2是示出根据本发明实施例的图1中控制器件一部分的示意图；
图3是示出根据本发明实施例的图1中控制器件另一部分的示意图；
图4是说明根据本发明的典型方法的流程图。
具体实施方式
在整个说明书和权利要求书中，术语“连接”是指连接的物体之间的直接物理或者光连接，没有任何中间器件。术语“耦连”是指连接的物体之间的直接物理或者光连接，或者通过一个或者多个无源或者有源中间器件间接地连接。术语“电路”是指有源或者无源的单个部件或者多个部件，它们彼此耦连在一起以执行所需的功能。
图1是示出根据本发明实施例的控制器件100的示意图。控制器件100包括控制单元(110、120和130)、发光二极管(115、125和135)、滤波器140、光电探测器150和处理器160。在一个实施例中，实施本发明可以使用任何数量的发光二极管(LED)，只要每种LED光谱输出具有相应的滤波器。将LED组合成功能单元称为光源。每种LED可以表示单个LED或者具有相似光谱输出特性的一组LED。
例如参考图1，控制器件100实现为多个LED，每个LED具有和LED光谱输出相关的滤波器140部分。在这个例子中，LED的发射光谱形成多源光信号。例如，使用红、绿和蓝色LED产生“白色”多源光信号。而且，可以在一个上述颜色的LED上附加地使用琥珀色LED或者用琥珀色LED代替上述颜色的LED之一，例如，代替红色LED或者附加在红色LED上。同样在实施时可以使用其它颜色的LED。
每个控制单元(110、120和130)包括相关的输出驱动信号端子(Drv1、Drv2和Drv3)、相关的输入控制端子(Ctl1、Ctl2和Ctl3)、相关的输入指令端子(Cmd1、Cmd2和Cmd3)以及输入功率端子。每个控制单元(110、120和130)接收相关的控制信号、相关指令信号和功率信号。每个控制单元(110、120和130)根据接收的控制信号、指令信号和功率信号产生相关的驱动信号。每个输出驱动信号端子(Drv1、Drv2和Drv3)与相关的发光二极管(115、125和135)耦连。可选择地，控制信号和指令信号可以用单个端子传送给每个控制单元。
在一个例子中，输出驱动信号端子(Drv1)与发光二极管(115)耦连，输出驱动信号端子(Drv2)与发光二极管(125)耦连，输出驱动信号端子(Drv3)与发光二极管(135)耦连。LED可以表示成组相似的LED。
在一个实施例中，功率信号实现为电压源信号。在另一个实施例中，功率信号实现为电流源信号。例如，每个控制单元(110、120和130)产生包括以特定频率调制的电流信号的驱动信号。
可以以多个不同波形中一种的形式产生功率信号，例如实现为脉冲宽度调制、振幅调制、脉冲振幅调制的方波，或者可允许产生光信号的任何其它波形。
发光器件(115、125和135)是给它们施加功率时就产生光的光电子器件。产生的光根据制造LED时使用的材料可以在蓝、绿、红或者琥珀色光谱的范围内。在一个例子中，LED(115、125和135)实现为华美的(luxeon)发射器LXHL-PD01(红色)、LXHL-PM01(绿色)和LXHL-PB01(蓝色)，这从San Jose，CA的Lumileds就可以得到。在另一个例子中，LED(115、125和135)实现为从Palo Alto，CA的Agilent就可以得到的SMD琥珀色LED HSMAC170、绿色LED NECG310以及从Mountville，PA的Nichia就可以得到的蓝色LED NECB 310。
每个控制单元根据控制信号和指令信号产生驱动信号。驱动信号形式的功率传送给相关的发光二极管(LED)。LED接收驱动信号并根据驱动信号产生光信号。该光信号包括在特定频率的LED的光谱带内并且以控制信号为基础的强度值。多个控制单元和相关的LED产生包括几个光谱强度值的光信号，每个强度值以特定频率运行。在一个例子中，使用200Hz的特定频率，因此用人眼观察时光输出不显得闪烁。
滤波器140是与LED(115、125和135)光耦连的光滤波器，其过滤光信号并产生过滤的光信号。在一个实施例中，滤波器140实现为多节滤波器(multi-sectioned filter)。在这个实施例中，多节滤波器的节数与使用的LED数对应。在例子中，三LED输出光信号产生具有红、绿和蓝色光谱的光的多源光信号。该多源光信号需要使用具有相应的红、绿和蓝色滤波器部分的三节滤波器。
光电探测器150是与滤波器140光耦连的光电子器件，该光电探测器150响应光信号并产生接收光信号。例如，光电探测器150接收来自滤波器140的过滤光信号，而且产生接收的过滤光信号。在一个实施例中，光电探测器150实现为光电二极管，例如从德国Munchen的Osram可以获得的光电二极管BPW33。光电探测器150包括用于提供接收的光信号的输出信号端子(Rec)。例子中，光电探测器150响应多源过滤光信号，而且在输出信号端子(Rec)产生接收的过滤光信号。在一个实施例中，光电探测器150实现为单个光电二极管。
下面在图2中详细描述的处理器160包括输入信号端子(Rec)和输入用户接口端子(U/I)。处理器160还包括输出控制端子(Ctl1、Ctl2和Ctl3)以及输出指令端子(Cmd1、Cmd2和Cmd3)。处理器160的输入信号端子(Rec)耦连到光电探测器150的输出信号端子(Rec)。
处理器160的每个输出控制端子(Ctl1、Ctl2和Ctl3)耦连到每个相关的控制单元(110、120和130)的输入控制端子(Ctl1、Ctl2和Ctl3)。处理器160的每个输入指令端子(Cmd1、Cmd2和Cmd3)耦连到每个相关的控制单元(110、120和130)的输入指令端子(Cmd1、Cmd2和Cmd3)。
在例子中，处理器160的输出控制端子(Ctl1)耦连到控制单元110的输入控制端子(Ctl1)，处理器160的输出控制端子(Ctl2)耦连到控制单元120的输入控制端子(Ctl2)，以及处理器160的输出控制端子(Ctl3)耦连到控制单元130的输入控制端子(Ctl3)。
运行时，每个控制单元(110、120和130)接收相关的控制信号，该控制信号包括可用于相关的LED的强度值和频率，例如200Hz。而且，每个控制单元(110、120和130)接收相关的指令信号，该指令信号在启动循环内顺序启动每个LED预定的启动周期。在例子中，在5ms(200Hz)启动循环内，每个LED顺序被启动200μs的启动周期。LED发射光信号，该光信号包括来自与控制单元(110、120和130)相关的每个LED的光输出。
发射的光信号被滤波器140过滤。在例子中，滤波器140是具有多个节的多节滤波器，该多节的数量等于LED数量。多节滤波器的每一节过滤一部分光谱。
滤波器140与光电探测器150光耦连，并且将多源过滤光信号传送给光电探测器150。光电探测器150响应多源过滤光信号，并产生接收的过滤输入信号。在例子中，接收的过滤输入信号包括多源光信号的每个光源的强度值。在另一个例子中，过滤输入信号是过滤光信号。
处理器160耦连到光电探测器150，并且在输入信号端子(Rec)从光电探测器150接收过滤输入信号。而且，处理器160在用户接口端子(U/I)接收用户输入信号，确定来自LED光输出的特定混合。
在一个实施例中，用户接口(未示出)提供将由光源产生的希望目标颜色。用户接口可以实现为很多种实施方式，诸如，例如数字可寻址发光接口(DALI)、模拟接口、无线接口等等。在例子中，用户接口提供目标颜色信息，并且耦连到处理器160。在另一个例子中，用户接口耦连到存储器269，如下面的图2所示。
处理器160根据接收的过滤输入信号和用户输入信号，在相关的输出控制端子(Ctl1、Ctl2和Ctl3)为每个LED产生控制信号。而且，处理器160在相关的输出指令端子(Cmd1、Cmd2和Cmd3)为每个LED产生指令信号。
在进一步的实施例中，控制器件100包括用于放大接收的过滤输入信号的放大器和用于调节接收的过滤输入信号的器件。在该实施例中，放大器和调节器件耦连在光电探测器150的输出信号端子(Rec)和处理器160的输入信号端子(Rec)之间。在例子中，将放大器和调节器件耦连在光电探测器和处理器之间产生更所需的接收的过滤输入信号。
图2是示出根据本发明实施例的图1中一部分控制器件的示意图。处理器260包括控制单元265、模数转换器(ADC)267、存储器件269、输出控制端子(Ctl)、输出指令端子(Cmd)、输入信号端子(Rec)和用户接口端子(U/I)。处理器260接收过滤输入信号和用户输入信号，产生指令信号以及根据过滤输入信号和用户输入信号来产生控制信号。
模数转换器(ADC)267包括输入信号端子(Rec)和输出信号端子(Sig)。ADC 267接收过滤输入信号并根据接收的过滤输入信号来产生数字化的输入信号。ADC 267可以实现为整个工业中使用的任何这种器件，而且可以集成在处理器260中。
存储器269包括输入/输出端子(I/O)。存储器269的输入/输出端子(I/O)耦连到ADC 267的输出信号端子(Sig)和控制单元265的输入/输出端子(I/O)。存储器269给控制单元265提供指令，并且储存ADC 267和控制单元265产生的数据。在例子中，存储器269中储存的数据包括与ADC 267产生的数字化的输入信号相关的数据。在另一个实施例中，参考上述图1，存储器269中储存的数据包括与从用户接口(未示出)接收的目标颜色对应的信号。
存储器269可以实现为整个工业中应用的任何这种器件，诸如，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)，而且可以集成在处理器260中。
控制单元265包括输入/输出端子(I/O)、用户接口端子(U/I)、输出控制端子(Ctl)和输出指令端子(Cmd)。控制单元265的输入/输出端子(I/O)耦连到存储器269的输入/输出端子(I/O)。
控制单元265接收来自ADC 267的数字化的输入信号、来自存储器269的指令、和用户输入信号。控制单元265产生指令信号并根据过滤输入信号、指令和用户输入信号产生控制信号。
图3是示出根据本发明实施例的图1中的另一部分控制器件的示意图。图3示出处理器260的控制单元265内控制功能的实施例。图3包括驱动器电路310、光源315、光电探测器350和控制单元365。光电探测器350包括上面图1所示的滤波器。控制单元365包括误差传感器件366和控制器368。
驱动器电路310耦连到控制单元365并接收来自控制单元365的控制信号。驱动器电路310根据接收的控制信号产生驱动信号。
光源315耦连到驱动器电路310并接收来自驱动器电路310的驱动信号。光源315根据接收的驱动信号产生光信号。
光电探测器350光耦连到光源315并接收来自光源315的光信号。光电探测器350接收光信号，过滤接收的光信号并产生接收的过滤光信号，即所谓的接收的过滤输入信号。
控制单元365耦连到光电探测器350并接收来自光电探测器350的过滤输入信号。控制单元365也接收参考值信号。在一个实施例中，根据用户输入从查阅表获得参考值信号。在例子中，参考上述图1和2，在U/I端子从用户接口接收用户输入。在该例子中，查阅表包含在存储器269内。控制单元365根据接收的过滤光信号和参考值信号产生控制信号。
控制单元365包括耦连到光电探测器350的误差传感器件366。误差传感器件366接收来自光电探测器350的接收的过滤光信号和参考值信号。误差传感器件366根据接收的过滤光信号和参考值信号产生误差信号。
控制单元365还包括耦连到误差传感器件366的控制器368。控制器368接收误差信号并根据误差信号产生控制信号。
运行时，参考上述图2，每个参考值信号包括参考值，而且接收的过滤输入信号是数字化的输入信号。在一个实施例中，每个LED的参考值在制造标度时获得。
在例子中，通过使用标准分光计测量LED光输出的颜色和强度来获得参考值。同时调整LED驱动电流以达到目标色点和强度。一旦达到所需的色点和强度，就测量在传感器输出中LED的各个组分。然后该值设置为与目标颜色相应的参考值。在另一个例子中，用类似的方法获得对应于不同目标颜色的其它参考值，并且储存在查阅表中。
与特定LED相关的数字化的输入信号部分和与LED相关的参考值之间的差值被误差传感器件366用来确定误差信号。然后控制器368利用误差信号产生控制信号。
在一个实施例中，控制器368实现为比例积分(PI)控制器。在例子中，利用标准RGB光源，控制器调整控制电压到红色LED驱动器，该红色LED驱动器接着调整红色LED正向电流，使参考信号和过滤输入信号输出之间的误差为零。这时，认为该***已达到稳态状态。
在一个实施例中，参考图2和3，控制单元(265、365)包括每个LED的误差传感器件366和控制器368。在另一个实施例中，控制单元(265、365)包括该***的信号误差校正器件366和控制器368。
图4是示出根据本发明用于传感多个光源的各个强度的典型方法的流程图。方法400可以利用一个或者多个上面图1到3详述的***。
方法400从块410开始，在该块410处，光源的控制***判断传感多个光源例如发光二极管(LED)各个强度的需求。然后方法400前进到块410。
然后方法400传送指令信号给每个光源(块420)。在一个实施例中，参考图1和2，处理器(160和260)为控制相关的LED(115、125和135)的每个控制单元(110、120和130)产生指令信号并传送该指令信号给控制单元(110、120和130)。
然后方法400根据指令信号顺序启动光源(块430)。该指令信号设计为在启动循环内顺序分别启动每个光源预定的启动周期。在例子中，每个LED在5ms(200Hz)的启动循环内顺序启动20μs的启动周期。也就是说，三个LED RGB光源指令信号将启动红色LED 200μs，然后启动绿色LED 200μs，然后启动蓝色LED 200μs，而且每5ms(200Hz)重复该过程。在各个LED中的每个被启动时，剩余的两个未被启动的LED暂时不被启动。
然后方法400确定每个光源的强度值(块440)。在一个实施例中，参考图1和2，通过在顺序启动的周期期间分别接收每个光信号、处理接收的光信号和根据处理的光信号产生每个光源的强度值来确定强度值。
接收光信号包括在顺序启动周期期间分别过滤每个光信号、收集过滤光信号和传送收集的光信号以用于处理。在一个实施例中，使用上述图1中的滤波器140实现过滤每个光信号。
在另一个实施例中，使用上述图1中的光电探测器150来实现收集过滤的光信号。例如，光电探测器150可以实现为光电二极管，例如由德国Munchen的Osram制造的BPW33。
处理接收的光信号包括将接收的光信号转换为数字光信号并分析该数字光信号，从而确定每个光源的强度值。在一个实施例中，使用上述图2中的模数转换器(ADC)267来实现将接收的光信号转换为数字光信号。在例子中，(ADC)267集成在处理器260内。
在另一个实施例中，使用上述图2中的控制单元265和存储器269来实现分析数字光信号从而确定每个光源的强度值。在例子中，控制单元265和存储器269集成在处理器260内。
分析接收的光信号包括将数字光信号与参考值比较并根据比较确定强度值。在一个实施例中，用上述图2中的控制单元265和存储器269来将数字光信号与参考值比较。在图2所述的这个实施例中，在存储器269中除了允许控制单元265执行比较的指令以外还包括参考值。在例子中，存储器269包括查阅表，该查阅表包含用于比较的数据。
该控制***利用强度值来确定提供给光源的LED的功率量。在一个实施例中，参考图1和2，控制***通过对照索引每个提供的LED强度值和(已经接收的)热值来判断功率调节需求。在例子中，在包括制造商提供的数据的查阅表中对照索引每个提供的LED强度值和热值。然后，控制***利用从查阅表得到的每个LED的所得到的强度值来确定每个LED对光源的实际贡献。然后相应地调整提供给每个LED的功率。
上述用于传感多个光源的各个强度的方法和***是举例各种方法和实施方式。这些方法和实施方式示出传感多个光源的各个强度的一种可能途径。实际的实施可以由所讨论的方法进行变化。而且，本领域技术人员可以进行各种其它的改进和修改，而且那些改进和修改将落在下面权利要求给出的本发明的范围内。
本发明可以体现为其它特定的形式而不脱离其精神或者实质特点。所述的实施例无论如何应该认为只是解释性的而不是限定性的。
Claims (20)
1、一种用于传感多个光源的各个强度的方法，包括：
传送420指令信号给每个光源(115、125、135、315)；
根据指令信号顺序启动430光源(115、125、135、315)；和
确定440每个光源(115、125、135、315)的强度值。
2、权利要求1的方法，其中顺序启动430光源(115、125、135、315)包括：
在启动循环内分别启动每个光源(115、125、135、315)预定的启动周期。
3、权利要求1的方法，还包括：
根据每个光源(115、125、135、315)的强度值来确定控制信号；和
用控制信号来控制光源(115、125、135、315)。
4、权利要求1的方法，其中确定440每个光源(115、125、135、315)的强度值包括：
在顺序的启动周期期间分别接收每个光信号；
处理接收的光信号；和
根据处理的光信号来产生每个光源(115、125、135、315)的强度值。
5、权利要求4的方法，其中接收光信号包括：
在顺序的启动周期期间分别过滤每个光信号；
收集过滤的光信号；和
传送收集的光信号以用于处理。
6、权利要求5的方法，其中使用多节滤波器140来实现过滤每个启动的光源。
7、权利要求6的方法，其中该多节滤波器140包括至少光源(115、125、135、315)数量的多个节。
8、权利要求6的方法，其中该多节滤波器140的每节设计为过滤光信号的一部分光谱。
9、权利要求5的方法，其中使用与单个光电二极管150耦连的滤波器140来实现过滤和收集光信号的步骤。
10、权利要求4的方法，其中处理接收的光信号包括：
将接收的光信号转换为数字光信号；和
分析该数字光信号来确定每个光源(115、125、135、315)的强度值。
11、权利要求10的方法，其中分析接收的光信号包括：
将该数字光信号与参考值比较；和
根据比较来确定强度值。
12、权利要求11的方法，其中该参考值是预定值。
13、一种储存计算机程序的计算机可读介质，包括：
用于传送420指令信号给每个光源(115、125、135、315)的计算机可读代码；
用于根据指令信号顺序启动430光源(115、125、135、315)的计算机可读代码；和
用于确定440每个光源(115、125、135、315)的强度值的计算机可读代码。
14、权利要求13的计算机可读介质，其中用于根据指令信号顺序启动430光源(115、125、135、315)的计算机可读代码包括：
用于在启动循环内分别启动每个光源(115、125、135、315)预定的启动周期的计算机可读代码。
15、权利要求13的计算机可读介质，还包括：
用于根据每个光源(115、125、135、315)的强度值来确定控制信号的计算机可读代码；和
用于利用控制信号来控制光源(115、125、135、315)的计算机可读代码。
16、权利要求13的计算机可读介质，其中用于确定440每个光源(115、125、135、315)的强度值的计算机可读代码包括：
用于在顺序的启动周期期间分别接收每个光信号的计算机可读代码；
用于处理接收的光信号的计算机可读代码；和
用于根据处理的光信号来产生每个光源的强度值的计算机可读代码。
17、权利要求14的计算机可读介质，其中用于处理接收的光信号的计算机可读代码包括：
用于将接收的光信号转换为数字光信号的计算机可读代码；和
用于分析该收集的光信号来确定每个光源(115、125、135、315)的强度值的计算机可读代码。
18、权利要求15的计算机可读介质，其中用于分析接收的光信号的计算机可读代码包括：
用于将该数字光信号与参考值比较的计算机可读代码；和
用于根据比较来确定强度值的计算机可读代码。
19、权利要求16的计算机可读介质，其中该参考值是预定值。
20、一种用于传感光源(115、125、135、315)的强度的***，包括：
多个光源(115、125、135、315)；
用于顺序启动(420、430)光源(115、125、135、315)预定时间周期的装置；和
用于确定每个光源(115、125、135、315)的强度值440的装置。
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