一种光源亮度控制系统、光源系统及投影设备的制作方法

本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种光源亮度控制系统、光源系统及投影设备。

背景技术：

当今世界，环境的污染、能源的紧缺唤醒了世界各国人民的节能减排意识，肩负着环境保护、节能减排使命的激光逐渐被社会认可和接受。人们正通过各种途径寻求新的节能方式，随着应用激光的产品的制造成本越来越低，更多领域开始使用激光，相比传统光源，激光光强更大、光束更加集中，光源优势明显，但在使用过程中却存在严重的能源浪费现象。在光学技术领域，以现有的投影机为例，光源亮度模式固定，即使在夜间或者光线较暗的环境下也保持着高亮度状态，不仅是激光光源，即使是普通光源也会造成电能的严重浪费。

技术实现要素：

在光学技术领域，尤其是对于投影设备，为了使设备能够根据环境光的明暗变化而改变其光源的发光强度，在环境光变弱时减小发光强度，从而合理使用电力能源，响应国家节能减排的号召，

本实用新型提出了一种光源亮度控制系统，其包括环境光检测单元、主控单元及驱动单元；所述环境光检测单元与所述主控单元通信连接，所述主控单元连接至所述驱动单元。所述环境光检测单元检测环境光，并将环境光信号传送至所述主控单元，所述环境光信号是数字信号；所述主控单元接收所述环境光信号，将所述环境光信号值与预设环境光信号阈值进行比对，并依据所述比对的结果生成模拟电压控制信号并输出至所述驱动单元；所述驱动单元根据所述模拟电压控制信号驱动光源单元发光。

根据本实用新型的第二方面，提供一种光源系统，其包括上述光源亮度控制系统和与之相连接的光源单元。

根据本实用新型的第三方面，提供一种投影设备，其包括上述光源系统。

本实用新型可以根据环境光的变化自动调节光源系统的发光状态，例如调节光源系统的开启，以及调节光源系统的发光明暗程度，从而能够合理使用电力能源，响应了国家节能减排的号召，具有非常好的实用价值，意义重大。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的光源系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的光源系统的环境光检测单元结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的光源系统的主控单元结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的光源系统的驱动单元结构示意图；

图5为本实用新型实施例一的光源系统的驱动模块和光源单元结构示意图；

图6为本实用新型实施例一的光源系统的I_CSH电流与I_LED电流的对应关系图；

图7为本实用新型实施例一的光源系统的集成控制时间与检测照度对应关系图；

图8为本实用新型实施例一的光源系统的日光灯和白炽灯的照度与环境光检测单元产生的计数的对应关系图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例的光源系统包括依次相连接的环境光检测单元10、主控单元20、驱动单元30及光源单元50。其中，环境光检测单元10和主控单元20通过IIC通讯协议通信连接。

本实施例的光源单元50为激光器、LED、激光器阵列、LED阵列、或激光器与LED组合的阵列中的任一种。

所述环境光检测单元10、主控单元20、驱动单元30及光源单元50的工作原理大致如下：

所述环境光检测单元10检测环境光，并将环境光信号值传送至所述主控单元，所述环境光信号值是数字信号。

所述主控单元20接收所述环境光信号值，将所述环境光信号值与预设环境光信号阈值进行比对，并依据所述比对的结果生成模拟电压控制信号并输出至所述驱动单元。

所述驱动单元30与光源单元50连接，根据所述模拟电压控制信号驱动光源单元50发光。

其中，所述主控单元20，如图3所示，包括主控芯片201、微处理器202、主控寄存器203、数字模拟转换器204。其中，所述主控芯片201的输入端与环境光检测单元10通信连接；主控芯片201还分别与主控寄存器203和微处理器202相连接；微处理器202还连接至主控寄存器203和数字模拟转换器204；数字模拟转换器204的输出端连接至驱动单元30。所述主控单元20的工作原理大致如下：

所述主控芯片201读取所述环境光检测单元10的环境光信号值并存储于所述主控寄存器内203；

所述微处理器202连接至所述主控寄存器203和所述数字模拟转换器204，所述微处理器202将所述环境光信号值与所述预设环境光信号阈值进行比对，

当所述环境光信号值小于所述预设环境光信号阈值下限时，生成将驱动电压降低至第一驱动电压的模拟电压控制信号，并通过所述数字模拟转换器将所述第一驱动电压的模拟电压控制信号输出至所述驱动单元；

当所述环境光信号值处于所述预设环境光信号阈值范围内时，生成维持当前驱动电压的模拟电压控制信号，并通过所述数字模拟转换器将所述当前驱动电压的模拟电压控制信号输出至所述驱动单元；

当所述环境光信号值大于所述预设环境光信号阈值上限时，生成将驱动电压升高至第二驱动电压的电压控制信号，并通过所述数字模拟转换器将所述第二驱动电压的模拟电压控制信号输出至所述驱动单元。

具体而言，若预设环境光信号阈值的下限为L1，上限为L2，其中L1<L2。而环境光检测单元10检测到的环境光信号值为L0，当所述环境光信号值L0小于所述预设环境光信号阈值下限时，也即L0<L1时，所述主控单元20生成将驱动电压降低至第一驱动电压V1的模拟电压控制信号，其中V1<V0，其中V0为当前驱动电压。当所述环境光信号值L0处于所述预设环境光信号阈值范围时，也即L1≤L0≤L2时，生成维持当前驱动电压V0的模拟电压控制信号。

当所述环境光信号L0大于所述预设环境光信号阈值上值时，也即L0>L2时，生成将驱动电压升高至第二驱动电压V2的模拟电压控制信号，其中V2>V0。

在其它实施例中，为了进一步优化光源系统的调光的精度，当L0<L1时，可以将小于所述预设环境光信号阈值下限L1的范围分为若干个区域，所述主控单元20针对每个区域生成相应的模拟电压控制信号。同理，当L0>L2时，也可以将大厦于所述预设环境光信号阈值上限L2的范围分为若干个区域，所述主控单元20针对每个区域生成相应的模拟电压控制信号。

如图2所示，环境光检测单元10包括光电二极管101、电流转频率电路102、计数器103、ADC(Analog-to-Digital Converter，模拟/数字转换器)寄存器104、IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)寄存器105、集成时间控制器106；电流转频率电路102采用现有购得的I²F电路。其中，光电二极管101连接至电流转频率电路102；电流转频率电路102连接至计数器103；计数器103分别连接至ADC寄存器104、IIC寄存器105和集成时间控制器106；IIC寄存器105还连接至ADC寄存器104和集成时间控制器106；且IIC寄存器105通过IIC通讯协议通信连接至主控单元20的主控芯片。外部主设备可以通过IIC总线从光源系统读取相应数据从而获知当前环境光情况。光电二极管101可以做特殊处理从而过滤红外光谱，只检测人眼敏感的光谱范围。

如图3所示，主控单元20包括主控芯片201、微处理器202、主控寄存器203、数字模拟转换器204。其中，主控芯片201的输入端与环境光检测单元10通信连接；主控芯片201还分别与主控寄存器203和微处理器202相连接；微处理器202还连接至主控寄存器203和数字模拟转换器204；数字模拟转换器204的输出端连接至驱动单元30。

驱动单元30包括模拟调光模块及驱动模块303；模拟调光模块连接至主控单元20和驱动模块303，驱动模块303连接至光源单元50。

如图4所示，模拟调光模块包括运算放大电路301和模拟调光电路302。

运算放大电路301包括运算放大器、运放一电阻R1和运放二电阻R2。其中，运算放大器的正极输入端与数字模拟转换器204连接，其负极输入端连接至运放一电阻R1的第一端和运放二电阻R2的第一端，其输出端连接至运放二电阻R2的第二端和第一电阻R1out，运放一电阻R1的第二端接地。

模拟调光电路302包括第一电阻R1out、第二电阻R2out、第三电阻Rbias、第四电阻Rcsh、第六三极管Q6、第七三极管Q7、第八三极管Q8。第七三极管Q7的基极连接至第八三极管Q8的基极和第六晶体管O6的集电极，其发射极连接至驱动模块303的VCC极，其集电极接至第六三极管Q6的集电极；第八三极管Q8的发射极连接至驱动模块303的VCC极，其集电极连接至驱动模块303的CSH极；第六三极管Q6的基极连接至第一电阻R1out的第一端和第二电阻R2out的第一端，其发射极连接至第三电阻Rbias的第一端；第一电阻R1out的第二端连接至运算放大器的输出端；第二电阻R2out和第三电阻Rbias的第二端接地；第四电阻Rcsh的第一端连接至驱动模块303的CSH极，其第二端接地。

如图5所示，驱动模块303采用LM3421/23驱动器，本领域技术人员还可以采用LM3424/29驱动器等。驱动模块303的CSH端连接至模拟调光电路302，其COMP端通过电容CCMP接地，其HSP端和HSN端分别通过电阻R_HSP和电阻R_HSN连接至光源单元50。

以下简述本实施例的光源系统控制发光的原理：

所述环境光检测单元10检测环境光，并将环境光信号值传送至所述主控单元，所述环境光信号值是数字信号。具体过程是：当光源系统外界的环境光发生变化时，光电二极管101可以感应环境光的变化从而产生反应环境光信息的光电流，电流转频率电路102将光电流按比例转换为相应频率，计数器103将频率转换为对应模拟量，ADC寄存器104对模拟量进行采样从而将模拟量量化为数字量(IIC数据)的环境光信号值并寄存于IIC寄存器105；集成时间控制器106用于限定一定时间内可感应的环境光的照度范围。

所述主控单元20接收所述环境光信号值，将所述环境光信号值与预设环境光信号阈值进行比对，并依据所述比对的结果生成模拟电压控制信号并输出至所述驱动单元。具体过程是：主控芯片201从IIC寄存器105读取环境光信号值并存储于主控寄存器内203，微处理器202将环境光信号值与预设环境光信号阈值进行对比，根据对比结果输出对应的二进制数据至数字模拟转换器204，数字模拟转换器204将二进制数据转换成模拟电压控制信号并输出至驱动单元30的运算放大器的正极输入端。

所述驱动单元30与光源单元50连接，根据所述模拟电压控制信号驱动光源单元50发光。具体过程是：运算放大电路301对模拟电压控制信号进行放大处理并输出至模拟调光电路302，模拟调光电路302根据放大后的模拟电压控制信号Vout输出对应的I_CSH电流至驱动模块303。具体地，放大后的模拟电压控制信号Vout的变化会导致流进第六三极管Q6的基级电流变化，根据三极管特性可知，基级电流的变化会按一定比值导致该三极管集电极电流的变化，第六三极管Q6集电极连接第八三极管Q8的基极，第六三极管Q6集电极电流的变化会导致第八三极管Q8基级电流的变化，根据三极管特性可知，第八三极管Q8基极电流的变化会按一定比值导致该第八三极管Q8集电极电流的变化，从而导致流经第四电阻Rcsh上的电流变化，从而引起Icsh电流的变化，根据公式(2)可知，I_CSH的变化会导致I_LED的变化，从而实现激光亮度的变化。

其中，不同的I_CSH电流对应不同的I_LED电流，I_CSH电流与I_LED电流的对应关系曲线如图6所示，流过光源单元的I_LED电流越大，光源单元发光越亮。I_CSH电流与I_LED电流的运算关系也可由以下公式(1)和公式(2)推导。

其中，I_CSH为状态电流，I_LED为驱动LED灯发光的工作电流，I_ADD为中间变量，R_HSP和R_SNS分别为图5中电阻R_HSP和电阻R_SNS的电阻值，R1out、R2out、R_BIAS分别为图4中第一电阻、第二电阻和第三电阻的电阻值，V_OUT为运算放大电路301对模拟电压控制信号进行放大后的输出值，V_BE-Q6表示第六三极管Q6导通时，其基级和发射极之间的压降。

驱动模块303接收来自模拟调光电路302的I_CSH电流并根据I_CSH电流得到对应的I_LED电流，并以I_LED电流驱动光源单元50发光，使得光源单元50的发光强度/亮度随环境光的明暗变化而被调节。例如周围环境变得更亮时，光源系统控制发光模块50发出具有更大光强的激光；周围环境变暗时，光源系统发光减弱甚至停止发光。

如图7所示为本实施例中集成控制时间与检测照度范围的对应关系，例如，当集成控制时间设置为100ms时，可检测的照度范围为44200lus，精度为1.35lus/count，满足应用需求。

图8反应了在计数器设定积分时间为100ms的条件下，日光灯(实线)和白炽灯(虚线)的照度和环境光检测单元(由于光照)产生的count数(计数)的对应关系，可用作技术人员的设计参考。

本实用新型的光源系统还可应用在任何一种投影设备或者激光电视中作为光源部分。

现有技术中，技术人员可以对光源设置数个发光状态的档位，通过手动方式实时调节发光状态，但那样不仅徒耗人力，而且难以准确选择最适于当前环境的发光状态，造成时间、能源与人力的严重浪费，增加了用户的使用难度。本实用新型可以根据环境光的变化自动调节光源系统的发光状态，例如调节光源系统是否开启，以及调节光源系统的发光明暗程度，从而能够合理使用电力能源，响应了国家节能减排的号召，具有非常好的实用价值，意义重大。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。