CN1967048B - 使用内部反射来提供受控照明的***、显示设备和方法 - Google Patents

使用内部反射来提供受控照明的***、显示设备和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于提供照明的***、显示设备和方法使用内部反射来监测和控制所述照明，所述照明由来自若干光源装置(诸如发光二极管)的光产生。由所述光源装置产生的部分光被透射到所述光源装置和基底之间的光学透明区域内，在那里，所述光在该光学透明区域中被内部反射。使用定位在该光学透明区域内的光学传感器来测量该光学透明区域内的光的光学属性，从而可以选择性地调节由所述光源装置产生的光，以便控制照明。

Description

使用内部反射来提供受控照明的***、显示设备和方法
背景技术
八十多年以来，交通灯信号和行人信号在潜在危险道路的十字路口处引导驾车者和行人以避免车辆事故。这些受照交通标记的设计和结构一直保持相对不变，直到最近发光二极管(LED)技术的发展。 
随着开发出更亮的LED，在很多照明应用中这些半导体器件现在正被用作光源，其中包括一直使用传统光源(诸如白炽灯、卤素灯和荧光灯等等)的受照交通标记。这一部分是由于LED具有许多优于传统光源的优点这一事实。这些优点包括更长的使用寿命、更低的功耗和更小的尺寸。 
但是，由于受照交通标记必须与规定标准相符合(例如国际交通ITS协议(NTCIP))，因此利用LED来建立受照交通标记的当前方法很复杂，而且需要许多领域的专长，包括视频摄影机***、视频***视角、视距分析以及设备设置和校准。这些传统方法典型地包括在现场进行设置之前产生作为基准的白色基础信号来校准受照交通标记，从而确保按照所需标准所规定的那样来制造、安装和操作受照交通标记。然后，在现场将该基准点用作校准点，以便产生具有适当的红、绿和蓝的比率的经过白平衡的标记。为了产生这些经过白平衡的标记，需要颜色分类(color binning)的正确比率，这包括一系列的混合搭配来产生白色基础点。通过改变发光强度、主导波长以及正向电压，该处理包括数千个颜色混合矩阵。 
与这些传统受照交通标记相关的一个问题在于，由于电流应力，LED的光输出会随着时间降低，从而导致这些标记的经校准的颜色和亮度偏离它们的最初设置。可以对这些交通标记进行再校准以便补偿LED光输出降低。但是，再校准需要完整的测量工具设置并且很耗时。 
鉴于上述问题，需要一种可以补偿LED光输出随着时间降低的用于提供照明的受照交通标记和方法。 
发明内容
一种用于提供照明的***、显示设备和方法使用内部反射来监测和控制所述照明，该照明由来自多个光源装置(诸如发光二极管)的光所产生。由所述光源装置产生的一些光被透射到所述光源装置和基底之间的光学透明区域，在那里，光在该光学透明区域中被内部反射。使用定位在该光学透明区域内的光学传感器来测量该光学透明区域内的光的光学属性，从而可以选择性地调节由所述光源装置产生的光，以便控制照明。 
依据本发明一个实施例的照明***包括：基底；定位在该基底上的多个光源装置，所述光源装置被配置来发光；在所述光源装置和该基底之间的光学透明区域；在该光学透明区域上的反射层，其用来在该光学透明区域中内部反射从所述光源装置发射的部分光；以及定位在该光学透明区域内的光学传感器，其用来接收该光学透明区域内的部分光，以便测量来自所述光源装置的光的光学属性。 
依据本发明一个实施例的受照显示设备包括至少一个用于提供照明的***。该***包括：基底；定位在该基底上的多个光源装置，所述光源装置被配置来发光；在所述光源装置和该基底之间的光学透明区域；在该光学透明区域上的反射层，其用来在该光学透明区域中内部反射从所述光源装置发射的部分光；定位在该光学透明区域内的光学传感器，其用来接收该光学透明区域内的部分光，以便测量来自所述光源装置的光的光学属性；以及控制器，其适于连接到该光学传感器和所述光源装置。该控制器被配置成响应于由该光学传感器测量的光学属性而产生驱动信号。所述驱动信号被选择性地施加到所述光源装置，以便调节从所述光源装置发射的光的光学属性。 
依据本发明一个实施例的用于提供照明的方法包括：响应于施加到光源装置上的驱动信号而在定位于基底上的所述光源装置处产生光，其中包括将部分光透射到所述光源装置和该基底之间的光学透明区域中；在该光学透明区域中内部反射部分光；在该光学透明区域内测量所述光的光学属性；以及修改所述驱动信号，以便调节由所述光源装置产生的光的光学属性。 
下面结合附图以举例的方式对本发明原理进行详细描述，本发明的其他方面和优点将由此变得显而易见。 
附图说明
图1示出依据本发明一个实施例的交通灯信号形式的受照显示设备。 
图2是依据本发明一个实施例的彩色照明***的图示，其可以被用在图1的受照显示设备中。 
图3是依据本发明一个实施例的用于提供照明的方法的处理流程图。 
具体实施方式
参考图1，其中描述了依据本发明一个实施例的受照显示设备10。该受照显示设备10使用半导体光源装置(诸如发光二极管(LED))来提供一种或多种颜色的照明。图1中所示的受照显示设备10是交通灯信号。但是，该受照显示设备10可以是任何类型的受照交通标记(诸如行人信号)或者是以一种或多种颜色照明的任何类型的显示装置。如下面将更详细地描述的那样，如果需要的话，该受照显示设备10被设计成监测和调节所述照明的光学属性，以使得所述照明的光学属性在该设备的使用寿命期间保持在所需的设置。因此，通过选择性地调节所述半导体光源装置，可以校正由于受照显示设备10中的一个或多个半导体光源装置的光输出降低而导致的任何照明降低。此外，由于受照显示设备10可以自我调节照明的颜色和亮度以符合特定标准(例如国际交通ITS协议(NTCIP))，因此不需要在颜色或亮度方面对该受照显示设备10进行校准。 
在所示实施例中，受照显示设备10包括彩色照明***12、14和16。彩色照明***12在激活时提供红色照明。类似地，彩色照明***14在激活时提供黄色照明，而彩色照明***16在激活时提供绿色照明。每个彩色照明***12、14和16包括若干LED以产生特定的照明。因此，依据照明的颜色，每个彩色照明***包括一个或多个不同颜色的LED。作为一个例子，彩色照明***14可以仅包括红色LED18(即产生红光的LED)，以便产生红色照明。类似地，作为一个例子，彩色照明***16可以仅包括绿色LED20(即产生绿光的LED)，以便产生绿色照明。但是，作为一个例子，彩色照明***14可以包括红色和绿色LED18和20，以便产生黄色照明。如下面将详细描述的那样，每个彩色照明***被配置成监测由该***的各LED提供的照明，以便确保在受照显示设备10的操作期间保持适当的光输出和/或照明颜色。尽管在所示实施例中的受照显示设备10包括三个彩色照明***，但是在其他实施例中的该受 照显示设备可以包括更少或更多的彩色照明***。 
现在转到图2，其中示出依据本发明一个实施例的彩色照明***22。该彩色照明***22是包含在图1的受照显示设备10中的彩色照明***12、14和16的一个例子。如图2所示，彩色照明***22包括连接到基底32的多个LED24、26、28和30。尽管在图2中仅示出了四个LED24、26、28和30，但是彩色照明***22可以包括更多的LED。在其他实施例中，彩色照明***22可以包括其他类型的光源装置。每个LED24、26、28和30都发光，其与其他LED所发射的光组合在一起以产生彩色照明。包含在彩色照明***22中的LED24、26、28和30的颜色类型取决于由彩色照明***22提供的想要的照明颜色。因此，在某些实现方式中，彩色照明***22可以仅包括一种颜色的LED，例如红色或者绿色LED。在其他实现方式中，彩色照明***22可以包括两种或者更多不同颜色的LED，例如红色和绿色LED。LED24、26、28和30以电和物理的方式连接到基底32，该基底在本实施例中是印刷电路板(PCB)。然而，基底32可以是任何类型的基底，其中LED24、26、28和30可以连接到该基底上。PCB32具有反射上表面34，该上表面34是面向LED24、26、28和30的表面。 
彩色照明***22还包括定位在PCB32上的光学透明区域36、反射层38和黑色共形涂层(conformal coating)40。光学透明区域36定位在LED24、26、28和30与PCB32之间。在一个实施例中，光学透明区域36是由光学透明硅制成的。但是，在其他的实施例中，光学透明区域36可以由任何合适的光学透明材料(诸如透明塑料材料)制成。光学透明区域36是一种介质，其中可以透射从LED24、26、28和30发出的部分光。反射层38定位在光学透明区域36上，从而该光学透明区域夹在该反射层和PCB32之间。反射层38和PCB32的反射上表面34用于在光学透明区域36中内部反射光。反射层38可以由任何能够反射光的材料制成。作为一个例子，反射层38可以是白色反射薄膜、聚酯薄膜或者反射镜薄膜。黑色共形涂层40定位在反射层38上，从而该反射层夹在该黑色共形涂层和光学透明区域36之间。黑色共形涂层40用作保护层。作为一个例子，黑色共形涂层40可以由硅橡胶制成，硅橡胶具有良好的防水属性。 
彩色照明***22还包括光学传感器42和控制器44。光学传感器42安装 在PCB32上，并且定位在光学透明区域36内。因此，光学传感器42以电和物理的方式连接到PCB32。在该实施例中，光学传感器42是颜色传感器。光学传感器42测量入射光的光学属性，诸如入射光的强度和颜色。由于光学传感器42定位在光学透明区域36内，因此该光学传感器能够测量从LED24、26、28和30发射的光的光学属性，其中部分光通过反射层38和PCB32的反射上表面34在该光学透明区域中被内部反射。所测量的光学信息可以作为数字信号从光学传感器42输出。尽管示出并描述了具有单个光学传感器的彩色照明***22，但是其他实施例中的彩色照明***可以包括另外的光学传感器，它们被安装在PCB32上并且定位在光学透明区域36内。 
控制器44连接到光学传感器42以便接收所测量的光学信息。控制器44还连接到LED24、26、28和30，以便向各LED提供驱动信号，所述驱动信号激活各LED以便产生光。与光学传感器42类似，控制器44也可以安装在PCB32上。由于施加到LED24、26、28和30的其中之一上的特定驱动信号确定该LED的光输出，因此控制器44可以控制所有的LED24、26、28和30的光输出，从而控制从LED光产生的照明的亮度和颜色。控制器44被编程来处理来自光学传感器42的所测量的光学信息，从而监测由LED24、26、28和30产生的光。如果所测量的强度或者颜色偏离预先定义的设置，那么控制器44改变施加到LED24、26、28和30上的驱动信号，以便选择性地调节各LED的光输出，从而控制照明的光学属性。作为一个例子，当需要提高特定LED的光输出时，控制器44提高施加到该LED上的驱动信号的频率。按照这种方式，控制器44可以控制每个LED24、26、28和30的光输出，从而控制由彩色照明***22提供的照明的亮度或颜色。可以通过减小或增大某些或全部LED24、26、28和30的光输出来控制照明的亮度。可以通过选择性地减小或增大特定颜色的LED的光输出来控制照明的颜色。作为一个例子，如果所需要的照明颜色是黄色并且所测量的照明颜色是略带红色的黄色的话，控制器44将增大绿色LED的光输出，以便将照明调节到所需的颜色。 
在操作中，控制器44产生驱动信号，所述驱动信号被施加到LED24、26、28和30以便激活它们。响应于所施加的驱动信号，每个LED产生光。所产生的大部分光是在远离PCB32的方向上发射的，如图2中的箭头46所示，在该方向上，所述光与从其他LED发射的光组合在一起以便提供彩色照明。该照 明的颜色取决于LED24、26、28和30的颜色类型以及每个LED的光输出，而每个LED的光输出则取决于施加到该LED上的驱动信号。 
从LED24、26、28和30发射的部分光还被透射到光学透明区域36内，如图2的箭头48所示。在光学透明区域36内，来自LED24、26、28和30的光通过反射层38和PCB32的反射上表面38而被内部反射。光学透明区域36内的部分光由光学传感器42接收，该光学传感器42测量所接收到的光的强度和颜色。然后将所测量的强度和颜色信息以例如数字信号的形式传送到控制器44。 
控制器44接收并处理所测量的强度和颜色信息，以便确定由彩色照明***22提供的彩色照明在亮度和颜色方面是否具有合适的光学属性。如果不是，则控制器44选择性地修改所述驱动信号，从而改变所选择的LED24、26、28和30的光输出，以便调节由彩色照明***22提供的彩色照明。因此，控制器44可以确保由彩色照明***22提供的彩色照明满足适当的规范，例如NTCIP规范。 
下面将参考图3的处理流程图描述依据本发明一个实施例的用于提供照明的方法。在方框302处，响应于施加到光源装置的驱动信号，定位在基底上的各光源装置产生光。此外，部分光被透射到所述光源装置和该基底之间的光学透明区域内。作为一个例子，所述光源装置可以是半导体发光装置，比如LED。接下来，在方框304处，部分光在该光学透明区域中被内部反射。接下来，在方框306处，测量该光学透明区域内的光的光学属性。接下来，在方框308处，修改所述驱动信号以便调节由所述光源装置产生的光的光学属性。 
尽管已经描述和说明了本发明的特定实施例，但是本发明并不局限于所描述和说明的具体形式或部件排列。 

Claims (20)

1. 一种照明***，包括：
基底；
定位在所述基底上的多个光源装置，所述光源装置被配置来发光；
在所述光源装置和所述基底之间的光学透明区域；
在所述光学透明区域上的反射层，其用来在所述光学透明区域中内部反射从所述光源装置发射的部分所述光；以及
定位在所述光学透明区域内的光学传感器，其用来接收所述光学透明区域内的部分所述光，以便测量来自所述光源装置的所述光的光学属性。
2. 如权利要求1所述的***，其中，所述光源装置包括发光二极管。
3. 如权利要求1所述的***，其中，所述光学透明区域是由光学透明硅制成的。
4. 如权利要求1所述的***，其中，所述光学传感器是颜色传感器，其用来测量来自所述光源装置的所述光的颜色。
5. 如权利要求1所述的***，其中，所述反射层是白色反射薄膜、聚酯薄膜和反射镜薄膜当中的一种。
6. 如权利要求1所述的***，还包括在所述反射层上的黑色共形涂层。
7. 如权利要求6所述的***，其中，所述黑色共形涂层是由硅橡胶制成的。
8. 如权利要求1所述的***，还包括适于连接到所述光学传感器和所述光源装置的控制器，所述控制器被配置成响应于由所述光学传感器测量的所述光学属性而产生驱动信号，所述驱动信号被选择性地施加到所述光源装置，以便调节来自所述光源装置的所述光的所述光学属性。
9. 一种受照显示设备，包括：
至少一个用于提供照明的***，所述***包括：
基底；
定位在所述基底上的多个光源装置，所述光源装置被配置来发光；
在所述光源装置和所述基底之间的光学透明区域；
在所述光学透明区域上的反射层，其用来在所述光学透明区域中内部反射从所述光源装置发射的部分所述光；
定位在所述光学透明区域内的光学传感器，其用来接收所述光学透明区域内的部分所述光，以便测量来自所述光源装置的所述光的光学属性；以及
适于连接到所述光学传感器和所述光源装置的控制器，所述控制器被配置成响应于由所述光学传感器测量的所述光学属性而产生驱动信号，所述驱动信号被选择性地施加到所述光源装置，以便调节来自所述光源装置的所述光的所述光学属性。
10. 如权利要求9所述的设备，其中，所述光源装置包括发光二极管。
11. 如权利要求9所述的设备，其中，所述光学透明区域是由光学透明硅制成的。
12. 如权利要求9所述的设备，其中，所述光学传感器是颜色传感器，其用来测量来自所述光源装置的所述光的颜色。
13. 如权利要求9所述的设备，其中，所述反射层是白色反射薄膜、聚酯薄膜和反射镜薄膜当中的一种。
14. 如权利要求9所述的设备，其中，所述***还包括在所述反射层上的黑色共形涂层。
15. 如权利要求14所述的设备，其中，所述黑色共形涂层是由硅橡胶制成的。
16. 一种用于提供照明的方法，所述方法包括：
响应于施加到光源装置上的驱动信号而在定位于基底上的所述光源装置处产生光，其中包括将部分所述光透射到所述光源装置和所述基底之间的光学透明区域中；
在所述光学透明区域中内部反射部分所述光；
在所述光学透明区域内测量所述光的光学属性；以及
修改所述驱动信号，以便调节在所述光源装置处产生的所述光的所述光学属性。
17. 如权利要求16所述的方法，其中，所述产生步骤包括：响应于施加到发光二极管的所述驱动信号，在定位于所述基底上的所述发光二极管处产生所述光。
18. 如权利要求16所述的方法，其中，所述产生步骤包括：将部分所述光透射到所述光学透明区域内，所述光学透明区域由所述光源装置和所述基底之间的光学透明硅制成。
19. 如权利要求16所述的方法，其中，所述测量步骤包括：在定位于所述光学透明区域内的光学传感器处接收所述光学透明区域内的部分所述光。
20. 如权利要求16所述的方法，其中，所述内部反射步骤包括：在所述光学透明区域上的反射层和所述基底的上表面之间内部反射所述光学透明区域内的部分所述光。
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