专利名称：可调节出射光颜色的光源及其方法
技术领域：
本发明涉及光源的控制或调节技术，尤其涉及对出射光颜色的调节方法及使 用该方法的光源。
背景技术：
光源运用场合越来越多样化，例如用于图像投影，以背投电视(RPTV)或正 投影仪为例；或用于交通运输工具，以汽车、船或飞机的前灯或照明灯为例；......不同运
用场合对光源色彩的要求各不相同。比如舞台灯光需要具有不同的颜色；投影显示领域所 适用光源的色温可以从6500K变化到11000K。又比如对于通用照明光源，高色温的适于工作
环境下使用，低色温的一般提供给休息场合。
单一点光源，尤其传统光源(包括电弧灯)本身的发光颜色较为固定。随着固态光源
技术的发展，各种高功率高亮度的红、黄、蓝、绿、紫外以及白光等LED (Light Emitting Diode， LED)光源纷纷涌现，层出不穷，尤其出现一种LED，可以通过控制供电电压来改变 输出光的波长(颜色)，但其可实现变化的颜色种类还是很有限。
因此，综合成本要求，特定颜色的现有光源一般赖以实现的主要技术方案有RGB混光 方案和荧光转换方案。所述RGB混光方案是利用不同颜色，例如以红、绿或蓝基色为例的 光源为单位进行组合混光，从而得到不同颜色或色温的光输出。例如申请号为 200580043765.2的中国专利申请公开了利用调节两种不同色温的光源来产生可变色温光源 的方案。申请号为2004100001848的中国专利申请公开了 一种利用蓝光LED和黄绿光LED 来产生白光的方案，通过施以外部阻抗调整的手段来分别产生纯白、黄白或蓝白色光输出。 它们的缺点都是需要多个颜色的发光光源。
另一种方式是利用单一光源配合荧光材料来产生不同颜色的光输出。 一般使用至少两 种以上可产生不同受激发光的荧光材料，按不同的比例进行混合及分布，从而在所述光源的照射下，获得预定颜色的出射光。其缺点是荧光材料一经调配好，光源输出的混合光颜 色属性就已确定，且无法再产生单一颜色的光
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种光源 及其调节出射光颜色的方法，可以使光源在保持结构不变的前提下实现出射光颜色或色温 较大范围内的可调节和变化。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思为在发光源的光输出通路上加入一个运动 装置，例如转盘或移动盘，所述发光源的光只能入射到该运动装置的一小区域；使所述运 动装置具有至少两个区域，分别对所述发光源的光具有不同荧光转换特性；控制所述发光 源，使该运动盘的不同区域进入所述光输出通路时，该发光源提供不同的光输出功率，这 样，相当于对每一所述区域，由对应荧光转换物质产生的受激发光的强度可调，从而在单 一入射光的前提下，作为各区域受激发光的总和，出射光将实现颜色或色温可调。
作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种可调节出射光颜色的光源，包括激发光 源和至少一种受激材料，以及引导激发光线和受激发光以提供光源出射光的光通道，尤其 是，还包括一运动装置，迎向激发光线提供一个被局部照射并始终处于运动状态的平面或 曲面；该平面或曲面被分成至少两个区域，因承载或不承载所述受激材料或因承载不同受 激材料而具有不同荧光转换特性；所述光通道包括所述被局部照射的位置；还包括所述平 面或曲面中运动到该位置的部分，通过该部分对光线的反射或透射作用而相应改变或保持 此处光通道的方向；还包括一控制单元，控制所述激发光源的供电源，使该激发光源提供 随时间强弱变化的激发光线，从而由所述光通道产生不同强度的受激发光和激发光线或不 同受激发光的混合光。
上述方案中，所述光源还包括一定位装置，依据所述运动装置的运动产生一赖以反馈 该运动装置的位置的定位信号，提供给所述控制单元。
上述方案中，所述光源还包括一颜色/色温设置单元，根据人工设置或光源预先设定的 颜色/色温模式，输出相应的控制时段信息给所述控制单元。
上述方案中，所述光源还包括一光探测器，对光通道中所述运动装置之后的光输出进行检测并将检测结果送往所述控制单元.
作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种可调节出射光颜色的方法，用于改变 光源出射光的颜色，包括步骤
A. 利用光通道将所述光源输出的光引导向光输出口； 尤其是，还包括步骤
B. 设置一运动装置，使该运动装置划分为具有不同荧光转换特性的至少两个区域；
C. 启动所述运动装置，使各所述区域随着该运动装置的运动而轮换进入所述光通道； 同时通过一控制单元控制所述激发光源，使该激发光源光输出功率随时间发生变 化。
上述方案中，所述运动装置为一运动盘。为转动盘或移动盘；该运动盘或为透明材料 构成，或为非透明材料构成。
上述方案中，所述荧光转换特性的不同指所述两个或两个以上区域对相同波长入射光 所具有的不同的波长转换特性，通过各所述区域选择使用不同的受激材料或有一个所述区 域不使用受激材料来实现。
上述方案中，所述受激材料是被以涂覆、填充或贴膜的形式施加到所述区域上的。
上述方案步骤B中，还在所述运动装置上设置一定位装置，用来提供一个据以推导该 运动装置各所述区域的位置的定位信号给所述控制单元；相应地步骤C中，该控制单元控 制所述激发光源并使该激发光源的光输出功率随所述运动装置的运动周期呈周期性变化。
上述方案中，在每一变化周期内，所述控制单元控制使所述激发光源的光输出功率的 大小与当前进入光通道的所述区域相对应。
上述方案中，所述控制单元对所述激发光源的控制包括当所述运动装置运动在所述 光通道中的区域不是具有预定的一种或一种以上荧光特性的区域时，控制关闭该激发光源， 以得到该一种预定荧光特性区域所对应的单色光或该一种以上预定荧光特性区域所对应的 混合光。
上述方案中，所述光源还包括一颜色/色度设置单元，根据人工设置或光源预先设定的 颜色/色度模式，输出相应的控制时段信息给所述控制单元。上述方案中，所述光源还包括一光探测器，对光通道中所述运动装置之后的光输出进
行检测并将检测结果送往所述控制单元；该控制单元根据该检测结果调整所述控制时段信 息。
采用上述技术方案，均可以在光源结构固定的前提下，实现出射光颜色较大范围的调 节变化，同时具有结构简单、实现成本低的优点。
图l是本发明光源的光路结构实施例之一示意图2是本发明光源的控制电路结构示意图3是本发明光源的光路结构实施例之二示意图4是本发明光源的光路结构实施例之三示意图5是本发明光源的光路结构实施例之四示意图； 其中，各附图标记为10—一激发光源，11一一激发光线，11'一一激发光线的变换光 线；20—一运动装置，21 — 一定位装置；30—一透镜；41、 42 ——光探测器。
具体实施方式
下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。
现有包括激发光源和受激材料的光源一般采用的方法是利用光通道将由所述激发光 源出射的光引导向所述受激材料，进而引导受激发光往光输出口。本发明用于改变光源出 射光颜色的调节方法基于上述方法，做了如下改进增设一划分为具有不同荧光转换特性 的至少两个区域的运动装置；启动该运动装置，使各所述区域随着该运动装置的运动而轮 换进入所述光通道；同时通过一控制单元控制所述激发光源，使该激发光源光输出功率随 时间发生变化。
所述运动装置可以是运动盘，包括转动盘或移动盘。为了便于阐述，本发明暂以转动 盘为例对使用上述方法的光源的光路结构示意如图1。该光源包括激发光源10,例如但不 限于LED光源或激光光源，所发射的激发光ll包括蓝光或紫外光。该光源还包括至少一种 受激材料。所述受激材料包括荧光粉、染料或量子点，可以吸收激发光并发出不同于激发 光波长的光(本文称"受激发光")，从而不同所述区域对相同波长入射光将具有不同的波 长转换特性。
10相应地，所述转动盘20迎向激发光线提供一个被局部照射并始终处于运动状态的平面, 该平面沿圆周方向被分成4个环形区域，如20a、 20b、 20c、 20d所示分别承载一种受激材 料，所述受激材料可以是被涂覆在转动盘上，也可先被制成薄膜再粘贴在转动盘表面上(称 之为"贴膜")；或者被填充在转动盘上，例如本实施例中该转动盘是由包括玻璃或树脂在 内的透明材料构成，则所述受激材料可被填充在该透明材料中。
该光源的光通道包括一个或一组透镜30,将激发光引导并照射往所述转动盘20的局部。 因为每一所述区域20a、 20b、 20c、 20d均具有大于所述局部照射面积的表面，该光源中将 所述受激发光引导往光源出射面的光通道起于转动盘上被局部照射的位置，包括运动到该 位置的转动盘的一部分，通过该部分对光线的透射作用保持光通道方向不变，而出射光ll' 相对于原始出射的激发光11，颜色或色温已经发生变化。
图2示意了本发明光源的电路结构。包括一个控制单元，控制所述激发光源的供电源， 使该激发光源提供随时间强弱变化的激发光线，从而由所述光通道出来的是由几种强度变 化且不同的受激发光混合成的光，该混合光的颜色可以随时间随机变化，适用于舞台照明。
图3 5分别示意了本发明光源其它几种典型的光路结构。
如图3所示，所设置的运动装置包括由不透明材料构成的转动盘20,沿圆周被分成三 个扇形区域；该转动盘迎向并被所述激发光线斜射，通过该转动盘对光线的反射作用改变 所述光通道方向。
如图4所示，所述运动装置还可以包括转简20。本实施例以透明材料为例，设将所述 转筒的旋转曲面沿简缘分成三个区域，激发光源10在所述转简20的内部提供激发光线并 通过光通道(未加以图示)定向往一照射区域。
如图5所示，所述运动装置还可以包括矩形移动盘，由不透明材料构成，作直线往复 移动，被分成三个区域，通过该移动盘对光线的反射作用改变所述光通道方向。
上述几种结构不是对本发明光源光路结构的穷举，其它遵从本发明思想的结构也将在 本发明的保护范围内。当将所述运动盘上各个区域设置成具有不同荧光转换特性时，除了针对每个区域选择 使用不同的受激材料外，也包括将其中一个区域设置成不包括任何受激材料的情况，从而 通过运动盘的反射或透射作用，激发光线的一部分也可以参与光混合。以图1为例，若选
择区域20a为不包括受激材料，区域20b、 20c和20d分别包括绿色荧光粉、黄色荧光粉和 红色荧光粉，选择所述激发光为蓝色光，则本实施例光源输出的为不同程度的一蓝、绿、黄、 红四色光的混合白光，可以在很广范围内实现色温调节。不排除划分区域较多，从而存在 两个或两个以上区域使用相同荧光材料的情况，但即使在该情况下，本发明光源至少还是 存在两个或两个以上区域具有不同荧光转换特性。
根据光源的应用场合，除了上述随机控制外，所述控制单元还可以提供更为复杂的控 制方式。例如控制使所述激发光源的光输出功率随所述运动装置的运动周期呈周期性变化。 若在每一变化周期内，使所述激发光源的光输出功率大小保持与当时进入光通道的所述区 域相对应，就可以得到预定颜色或色温的稳定出射光。为此，必须在所述运动装置上设置 一定位装置，用来提供一个如图2所示的定位信号给所述控制单元，据以推导该运动装置 各所述区域的当前位置。基于此，以上述图1实施例为例，可以提供的一种控制方式是 当所述转动盘的运动使进入所述光通道的为其中三个区域(例如但不限于20a-20c)时， 所述控制单元控制关闭激发光源，以得到相应于区域20d的单一颜色的出射红光。或者当 所述转动盘的运动使进入所述光通道的为其中两个区域(例如但不限于20a和20b)时，所 述控制单元控制关闭激发光源，以得到混合另两个不同荧光特性区域的光，即黄光和红光 的混合光.为了便于对这些控制方式做出选择以得到预定颜色或色温的出射光，本发明光 源有必要如图2所示，还包括一个颜色/色温设置单元，该单元根据人工设置或光源预先设 定的颜色/色温模式，输出相应的控制时段信息给所述控制单元。所述控制时段信息包括相 应于各区域的激发光源的通/断时长及激励信号特性。
在对光源颜色/色温要求严格的领域，比如显示器的背光场合，有必要对光源出射光能 否满足要求进行检测，因此，如图2的虛线部分所示，本发明光源还可以包括一个光电检 测探头(如图4的光探测器42所示)，对光通道中所述转动盘之后的光输出进行检测并将 检测结果送往所述控制单元；该控制单元根据该检测结果调整所述控制时段信息，例如检 测到单一颜色出射光的颜色不纯时，调整相应区域的通/断时长，直到检测到预定颜色的纯光为止。
上述控制单元通过改变激发光源的供电源来实现对激发光源输出光功率的控制调整， 可以具体是，选择改变激发光源的输入电压或输入电流的大小，例如通过简单的模拟电路 调整串联阻抗来实现。当所述激发光源采用可高频调制的LED或激光时，为了实现更多的 控制目的和效果，可以使用数字电路调制来改变所述输入电压或输入电流的波形，例如通 过调制控制电源开关管，给该开关管提供一个脉冲使电源以非常快的速度(避免闪烁)来 以其标称电流完全点亮再关闭所述激发光源，从而改变该激发光源的光输出功率。所述调 制包括脉宽调制、频率调制或位角调制。其中脉宽调制是通过改变提供给所述电源开关管 的脉冲的宽度来实现的；频率调制则固定所述脉冲的宽度，改变该脉冲的重复间隔来实现 对激发光源的所述控制；位角调制则是用一串二进制数据来产生对应的脉冲列(该脉冲列 中的每一脉冲持续时间由该脉冲对应的比特位值来唯一确定，例如最低位的为l单位时间， 次低位的为2单位时间，再次低的4、 8、 16……单位时间，依此类推)。对于不同的照明应 用要求，可采用相应的调制控制方式。因这些调制控制均为已有技术，不在此加以详细举 例。
上述各实施例中，当所述转动盘或移动盘在伺服装置的作用下产生运动时，所述伺服 装置有可能输出一个角度或位置相关的信号，该信号可以被用作为所述定位装置的定位信 号。
所述定位装置还可以如图3所示，设置为转动盘边缘的一个突起21;在所述运动装置 外设置一个对准预定位置的光检测器或机电检触装置，当该转盘的运动带动所述突起21到 达该预定位置时，产生一个触发脉冲，用作为所述定位信号，提示区域20a的开始，进而 所述控制单元可以推演区域20b或20c进入或离开所述光通道的时刻。
与该检测方式类似的方案如图4所示在运动装置外，静止放置一光电发射及接收装 置(例如用所述激发光源兼作为发射装置，设置一个光探测接收装置41);在运动装置中固 定一反射块或吸收块，用来反射或吸收光电发射及接收装置中所采用的光线(例如在转简 内壁设置一个反射块21);这样，所述反射块21随运动装置运动时，将接通或阻断接收装 置41的光路，产生相应的脉冲信号用作为所述定位信号，反馈运动装置的位置。
1另外，如图4所示，所述光探测器42也可能被用作为所述定位装置。将该光探测器42 放置在出射光路的边缘，当该探测器的探测灵敏度随不同区域受激发光的不同而变化时， 输出信号的变化可用作为所述定位信号，来反馈该运动装置的位置.
此外，还可以使用外加的光学图像定位装置通过图像分析作光学定位。例如，利用一 个发光二极管来照亮所述运动装置的一个表面，再将该表面反射回的一部分光线经过一组 光学透镜导往一个光感应器件(微成像器)内成像。这样，所述运动装置的运动轨迹便会 被记录为一组髙速拍摄的连贯图像。最后利用该光学图像定位装置内部的一块专用图像分 析芯片(DSP，即数字微处理器，例如但不限于安捷伦科技公司光学鼠标模块ADNS3060所 采用的图像处理器)来分析处理该系列图像，通过对这些图像上特征点位置变化的分析来 判断该运动装置的运动方向和运动距离，给出所述定位信号。
较之简化一点的是利用光栅尺来作光学定位，可以将线形或圆形光栅尺安装在所述运 动装置上，在运动装置外安装一光电探头，从而通过"读取"该光栅尺直接给出对应于不 同区域的定位信号。
权利要求
1. 一种可调节出射光颜色的光源，包括激发光源和至少一种受激材料，以及引导激发光线和受激发光以提供光源出射光的光通道，其特征在于还包括一运动装置，迎向激发光线提供一个被局部照射并始终处于运动状态的平面或曲面；该平面或曲面被分成至少两个区域，因承载或不承载所述受激材料或因承载不同受激材料而具有不同荧光转换特性；所述光通道包括所述被局部照射的位置；还包括所述平面或曲面中运动到该位置的部分，通过该部分对光线的反射或透射作用而相应改变或保持此处光通道的方向；还包括一控制单元，控制所述激发光源的供电源，使该激发光源提供随时间强弱变化的激发光线，从而由所述光通道产生不同强度的受激发光和激发光线或不同受激发光的混合光。
2. 根据权利要求l所述可调节出射光颜色的光源，其特征在于还包括一定位装置，依据所述运动装置的运动产生一赖以反馈该运动装置的位置的定位信号，提供给所述控制单元。
3. 根据权利要求1或2所述可调节出射光颜色的光源，其特征在于还包括一颜色/色温设置单元，根据人工设置或光源预先设定的颜色/色温模式，输出相应的控制时段信息给所述控制单元。
4. 根据权利要求3所述可调节出射光颜色的光源，其特征在于还包括一光探测器，对光通道中所述运动装置之后的光输出进行检测并将检测结果送往所述控制单元。、
5. —种调节出射光颜色的方法，用于改变光源出射光的颜色，包括步骤A.利用光通道将由所述光源的激发光源出射的光引导向光输出口；其特征在于，还包括步骤B. 设置一运动装置，使该运动装置划分为具有不同荧光转换特性的至少两个区域；C. 启动所述运动装置，使各所述区域随着该运动装置的运动而轮换进入所述光通道；同时通过一控制单元控制所述激发光源，使该激发光源光输出功率随时间发生变化。
6. 根据权利要求5所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述运动装置的每一所述区域具有大于所述光通道照射面的表面。
7. 根据权利要求5所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述运动装置为一运动盘。
8. 根据权利要求7所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述运动盘为转动盘或移动盘；该运动盘或为透明材料构成，或为非透明材料构成。
9. 根据权利要求5所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述荧光转换特性的不同指所述两个或两个以上区域对相同波长入射光所具有的不同的波长转换特性，通过各所述区域选择使用不同的受激材料或有一个所述区域不使用受激材料来实现。
10. 根据权利要求9所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述受激材料包括荧光粉、染料或量子点。
11. 根据权利要求9所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述受激材料是被以涂覆、填充或贴膜的形式施加到所述区域上的。
12. 根据权利要求5所述调节出射光颜色的方法，其特征在于-.步骤B中，还在所述运动装置上设置一定位装置，用来提供一个据以推导该运动装置各所述区域的位置的定位信号给所述控制单元；相应地步骤C中，该控制单元控制所述激发光源并使该激发光源的光输出功率随所述运动装置的运动周期呈周期性变化。
13. 根据权利要求12所述调节出射光颜色的方法，其特征在于在每一变化周期内，所述控制单元控制使所述激发光源的光输出功率的大小与当前进入光通道的所述区域相对应。
14. 根据权利要求5、 12或13所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述控制单元对所述激发光源的控制包括通过改变激发光源的输入电压或输入电流的大小来改变该激发光源的光输出功率.
15. 根据权利要求14所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述控制单元釆用脉宽调制、频率调制或位角调制方式来改变所述激发光源输入电压或输入电流的波形。
16. 根据权利要求13所述调节出射光颜色的方法，其特征在于，所述控制单元对所述激发光源的控制包括当所述运动装置运动在所述光通道中的区域不是具有预定的一种或一种以上荧光特性的区域时，控制关闭该激发光源，以得到该一种预定荧光特性区域所对应的单色光或该一种以上预定荧光特性区域所对应的混合光。
17. 根据权利要求5所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述的激发光源采用LED光源或激光光源。
18. 根据权利要求5所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述的激发光源的发射光为蓝光或紫外光。
19. 根据权利要求5所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述光源还包括一颜色/色度设置单元，根据人工设置或光源预先设定的颜色/色度 模式，输出相应的控制时段信息给所述控制单元。
20. 根据权利要求19所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述光源还包括一光探测器，对光通道中所述运动装置之后的光输出进行检测并 将检测结果送往所述控制单元；该控制单元根据该检测结果调整所述控制时段信息。
21. 根据权利要求12所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述定位装置被包括在所述运动装置的伺服装置内，所述定位信号为该伺服装置 输出的一个角度或位置相关信号。
22. 根据权利要求12所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述定位装置为安装在所述运动装置边缘的一突起，该运动装置的运动使该突起 周期性地触发一个光或机电的检测信号，用作为所述定位信号。
23. 根据权利要求12所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述定位装置为安装在所述运动装置中的一反射或吸收装置，同时在运动装置外 静止安装一光电发射及接收装置，该运动装置的运动使该光电发射及接受装置接通或阻 断，以产生所述定位信号。
24. 根据权利要求12所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述定位装置为安装在所述运动装置外出射光路的边缘的一光电探头，该探头的 探测灵敏度随不同荧光特性区域发出光的不同而变化，从而随所述运动装置的运动该探 头输出信号的变化用作为所述定位信号。
25. 根据权利要求12所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述定位装置为安装在所述运动装置外的一光学图像定位装置，包括一发光二极 管，一接收并记录来自于该发光二极管并由所述运动装置表面反射回来的光的光感应器 件，以及一专用图像分析芯片，分析所述记录并给出所述定位信号。
26. 根据权利要求12所述调节出射光颜色的方法，其特征在于所述定位装置为安装在所述运动装置中的一线形或圆形光栅尺，在所述运动装置外 还安装一光电探头，从而通过"读取"该光栅尺直接给出对应于不同区域的定位信号.
全文摘要
一种可调节出射光颜色的光源及其方法，所述光源包括激发光源和至少一种受激材料，以及将激发光/受激发光引导往光源出射面的光通道，尤其是，在所述光输出通路上加入一个运动装置，所述激发光只能入射到该运动装置的一小区域；使所述运动装置具有至少两个区域，分别对所述激发光具有不同荧光转换特性；控制所述激发光源使该运动装置的不同区域进入所述光输出通道时，该发光源提供不同的光输出功率，从而由所述光通道产生不同强度受激发光的混合光。采用本发明，便于在单一入射光的前提下，低成本地实现出射光颜色或色温可调。
文档编号F21V14/08GK101498416SQ20081006536
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月2日 优先权日2008年2月2日
发明者力 徐, 屹 李 申请人:绎立锐光科技开发(深圳)有限公司