专利名称：预配置光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及光源。
背景技术：
发光二极管(LED)是用于替代诸如白炽灯和荧光光源之类的传统光源的有力候选者。LED具有较高的光转换效率和较长的寿命。不幸的是，LED在相对较窄的光谱带中产生光。因此，为了生成具有任意颜色的光源，通常利用具有多个LED的复合光源，或者来自单一LED的光的一部分必须被转换成具有第二波长的光，所述具有第二波长的光和来自初始LED的光混合。例如，提供被人类观察者认为是白色的发射的基于LED的白色光源可以通过将来自发红光、蓝光和绿光LED的阵列的光相结合来构造。类似地，其他光谱发射的光可以通过改变红、蓝和绿光LED输出的强度而从同样的阵列产生，以生成期望的颜色输出。通过改变穿过LED的电流，或者通过使用确定了LED产生的光的平均强度的占空度(dutycycle)来将LED切换为接通或切断，可以改变来自每个阵列的光的强度。
光源设计者通常知道光源的按照标准化红、蓝和绿光强度的期望输出颜色。原则上，假若单色光的强度被调整到匹配所要求的红、蓝和绿的强度，则可以使用由红、蓝和绿光LED所构造的光源。不幸的是，LED制造过程提供的LED的发射光和效率在不同LED之间存在略微变化。如果设计者通过假定LED全部相同而构造LED发光系统，则该变化导致在所感知的光的光谱中发生颜色偏移。这样的变化通常是不能接受的。这个问题的一种解决办法涉及选择LED，使得所选择的LED具有恰好正确的发射效率和光谱。不幸的是，这种解决办法降低了产品产量并且增加了成本。
原则上，每个光源都可以被调整以提供期望的输出光谱。这样的过程涉及通过改变电流以及用标准化相机(standardized camera)检查光源输出来确定要施加到每个光源中的LED有色阵列中的每个的电流。可以采用上述原则来构造具有光谱反馈的LED光源系统(“LED发光反馈系统”)。标准化相机向用于调整LED驱动电流的光源控制器连续发送测量信息。标准化相机可以是被配置成密切响应CIE(国际照明委员会)配色函数(CMF)的相机。这种相机将生成对应于CIE标准颜色方案的测量。也可以使用对应于其他标准的相机。这些标准化相机通常比较昂贵，因为它们的响应被调节成对应于标准光谱响应。CIE配色函数是标准光谱响应的一个示例。较便宜的替代方式是利用对可见光谱的红、绿和蓝光区域敏感的CMOS三色传感器。这些传感器可购买得到，并且具有类似于PDA和移动电话中所使用的CMOS相机的构造。这些传感器通常不符合标准颜色方案。使用这种传感器的一个问题是需要校准过程以将传感器的光谱响应映射到LED光源光谱输出。这需要LED发光反馈系统的制造商在制造商的生产线上安装并维护这种类型的校准设备，并且为所生产的每个光源设置校准值。这增加了建立生产线所需的资金投入。如果向LED发光反馈系统的制造商提供发射具有已知CIE坐标的光的复合光源，那么因为用于每个复合光源的校准值是已知的而无需测量，所以尽管校准过程仍是必需的，但却变得比较便宜和简单。
发明内容
本发明包括具有N个光发生器、接收器和接口电路的光源。每个光发生器发射不同波长的光，第k个发生器所产生的光的强度由耦合到该光发生器的信号Ik确定。接收器接收包括N个颜色分量Ck的颜色坐标，k从1到N，其中N大于1。接口电路从所接收的颜色分量和多个校准参数产生Ik，k从1到N。校准参数依赖于光发生器中的制造变化。校准参数具有这样的值，这些值被选择使得通过组合从每个光发生器发射的光而产生的光信号比当Ik和Ck成比例(k从1到N)时所产生的光信号更少地依赖于光发生器中的制造变化。在一个实施例中，Ik中的一个和Ck值的加权总和成比例，加权总和使用依赖于校准参数的权重参数。在另一实施例中，每个光发生器包括LED。在另一实施例中，N＝3，并且光发生器中的一个产生处于光谱的红光区域中的光，光发生器中的另一个产生处于光谱的蓝光区域中的光，并且剩下的光发生器产生处于光谱的绿光区域中的光。在另一实施例中，颜色分量对应于CIE颜色标准，并且校准参数被选择使得当所接收的颜色分量具有下述值时，通过组合从每个光发生器发射的光而产生的光信号由CIE颜色标准中的颜色分量C’k表征，所述值中Ck＝C’k，k从1到3。
图1是现有技术的复合光源10。
图2是根据本发明一个实施例的复合光源100的框图。
图3是利用不同数目的加权函数的本发明的另一实施例。
具体实施例方式
本发明提供了一种用于构造在发光系统中使用的预配置的复合光源的方法，其采用光谱反馈来控制所发射的光，使得可以进行传感器的校准而无需昂贵的测试设备。通过参照示出了现有技术的复合光源10的图1，可以更容易地理解本发明提供其优点的方式。光源10是由14～16所示的三个LED的阵列来构造的。阵列14～16分别发射处于红、绿和蓝光光谱范围的光。使用每种颜色的LED阵列而不是单个LED以增加光源的光输出。每个阵列所产生的光的强度是通过流过该阵列中的LED的电流或者通过施加到每个LED的脉冲信号的占空度来确定的。为了讨论的目的，将假定强度是通过改变流过LED的电流来改变的。但是，本发明也可以用于下述系统，在该系统中，用控制“开”时间和“关”时间的比率来提供期望的光输出的方式对LED进行脉冲式的开和关。这个电流是由驱动器11～13响应于输入到该驱动器的红、绿和蓝光使能信号来设置的。使能信号可以是简单的逻辑信号，该逻辑信号以驱动器电路中设置的预定电流来打开相应的阵列。或者，使能信号可以是多值信号，该多值信号设置流过相应阵列的实际电流电平。
如上面所提到的，在每个阵列的LED中发生制造变化。结果，每个阵列的电流-光(current-to-light)输出函数特性在不同阵列之间存在变化。此外，在制造过程中对于不同阵列存在光谱变化，这也导致光源10所产生的光中的颜色偏移。
图2中示出了本发明用以克服这些问题的方法，图2是根据本发明的一个实施例的复合光源100的框图。由101～103所示出的3个LED阵列构造了光源100。阵列101～103分别产生标称红、绿和蓝色的光。每个阵列所产生的光的强度是由流过该阵列的LED的电流来决定的，该电流又是由连接到该阵列的驱动器来设置的。在104～106分别示出了对应于阵列101～103的驱动器。
如上面所提到的，理想的光源接受被指定为标准颜色规格方案(例如CIE方案)中的三个值的颜色，并且产生具有指定CIE颜色坐标的光。即，如果在输出标准化颜色方案中的三个值的分光计中测量输出光，则分光计的输出将与被提供给光源的输入值相匹配。本发明提供了一种控制方案，该控制方案降低阵列之间的变化，并且此外还提供这种标准化颜色规格方案。本发明提供了用于接受红、蓝和绿光的强度值的接口电路120，并且为每个阵列提供合适的电流。电流是通过以下面所讨论的方式调整9个权重因子来确定的。理想地，当使用正确的权重因子时，光源将独立于不同LED之间的LED光转换效率中的变化以及同一颜色的不同LED之间的光谱中的任何变化，而产生由输入值指定的CIE颜色坐标。为每个光源确定权重因子并且将该权重因子存储于光源中。因此，从使用光源的电路设计者的角度，每个光源都表现为如下的理想光源当同样的红、绿和蓝光强度的值被输入到光源时，产生由标准分光计测量的相同CIE颜色坐标。此外，所产生的光谱符合标准光谱方案。由于所有的校准和修正电路都包含于光源中，所以制造商被免除了与提供校准电路和在制造商的设备中使用光源之前调整每个光源的校准相关联的任务。即，设计者只需要知道按照标准化RGB颜色坐标的期望颜色输出。
在图2中所示出的实施例中，每个标准化颜色值被相应的控制电路接收。在108～110分别示出了用于与红、绿和蓝光相对应的标准化输入值的控制电路。为简化下面的讨论，对控制电路的输入将被写为(Rv，Gv，Bv)形式的三元组。接口120的目标是向LED驱动器提供电流值，使得由(Rv，Gv，Bv)产生的光谱与标准颜色方案中所指定的相同，并且由(Rv，Gv，Bv)产生的光的强度与Rv、Gv与Bv值线性相关。即，由(Rv，Gv，Bv)产生的光的强度是由(2Rv，2Gv，2Bv)产生的光的强度的一半，并且两个光输出具有同样的光谱形状。与其中驱动电流的大小被调整的LED相比，在脉冲调制的LED的情况中，强度是平均驱动电流的线性函数的范围较大。
在图2中所示出的实施例中，每个控制电路产生与要被施加到三个LED阵列上的电流相对应的值。当输入颜色值(Rv，Gv，Bv)被应用以控制电路时，控制电路108产生的值是Rvw1，j，j＝1到3。类似地，控制电路109和110产生的值分别是Gvw2，j，j＝1到3，以及Bvw3，j，j＝1到3。响应于此输入三元组而施加到LED阵列101上的电流是Rvw1，1+Gvw2，1+Bvw3，1。类似地，施加到LED阵列102和103上的电流分别是Rvw1，2+Gvw2，2+Bvw3，2和Rvw1，3+Gvw2，3+Bvw3，3。
在图2中所示出的实施例中，接口120是由控制电路108～110和驱动电流电路107构造的。驱动电流电路107对由每个控制电路提供的数额加总，以产生应用于每个LED阵列的驱动器的信号，并且设置要流过每个LED阵列的实际电流。
在本发明的一个实施例中，标准化输入对应于CIE标准颜色方案。用于每个控制电路的权重值是通过调整权重使得输出光符合相应的CIE颜色坐标而确定的。因此，为了找到用于红光控制电路的权重，将三元组(1，0，0)应用于光源输入。通过在CIE颜色坐标方案中进行校准的分光计来观察光源所产生的光。然后调整权重值，使得光源所产生的光对应于CIE颜色值(XRv，YRv，ZRv)，其中(XRv，YRv，ZRv)被称为“虚拟”红光LED颜色坐标，并且是依赖于分光计的某个预定值。接着，使用(0，1，0)形式的输入三元组以相似的方式得到对应于绿光控制电路的权重，并调整该权重，使得相机输出值(XGv，YGv，ZGv)，即“虚拟”绿光LED颜色坐标。最后，当(0，0，1)被输入到控制电路时，以相似的方式产生对应于蓝光控制电路的权重，以提供输出(XBv，YBv，ZBv)，即蓝光“虚拟”LED颜色坐标。用于确定权值的搜索算法对本领域而言是公知的，所以这里将不对其进行详细讨论。“虚拟”LED功能提供了下述意义上的理想光源当给以同样的输入三元组时，每个如此的理想光源将产生相同的CIE颜色坐标。
在本发明的一个实施例中，每个控制电路具有用于接收将被该控制电路使用的权重值的端口。在121～123示出了示例性的权重输入端口。每个控制电路都包含非易失存储器，用于存储在与该控制电路相关联的权重输入端口上接收到的权重值。
上述实施例使用了3色标准化颜色表示方案。但是，也可以构造使用其他颜色表示方案的本发明的实施例。例如，在印刷领域中，利用4色的颜色坐标系统是公知的。在基于这样的坐标系统的本发明的实施例中，四分量颜色向量将被输入到接口电路。接口电路然后将产生为指定4个光发生器中的每个的输出所需的四个电流。在一个这样的实施例中，每个光发生器将在名义上产生与所讨论的坐标系统中的分量之一相对应的波长的光。校准参数将被选择使得当在提供四色坐标系统中的输出的分光计上观察时，光源的输出与被输入到光源的四分量颜色向量相匹配。
上述实施例利用了9参数加权系统来校准光源。在图2中所示出的实施例中，接口被划分为控制电路和驱动电流电路。现参照图3，图3示出了利用更一般的接口电路的本发明的另一实施例，光源200包括由校准接口电路220驱动的三个LED阵列201～203，所述校准接口电路220接收确定光源输出的虚拟颜色值(Rv，Gv，Bv)。接口电路220存储多个校准参数Pi，i＝1到Np。
在通常情况下，接口电路所需的参数的最少数目对于3色分量系统来说可以示出为9。接口电路可以被看作在下述两个坐标系统之间提供简单坐标变换的电路被输入到本发明的虚拟颜色坐标(Rv，Gv，Bv)以及坐标系统(IR，IG，IB)，其中IR、IG和IB是在红、绿和蓝光阵列中流动的平均电流。这样的坐标变换可以通过矩阵乘法来完成，其中向量(Rv，Gv，Bv)乘以一个3×3的矩阵，以产生向量(IR，IG，IB)。由于3×3的矩阵包含9个参数，所以在3分量颜色系统中，可以用9个权重参数执行一般变换。上述过程提供了一种用于确定权重参数的方法。但是，权值也可以由(IR，IG，IB)和当这些电流值被应用于LED阵列时CIE分光计所测量的(R，G，B)颜色值之间的关系的9个独立测量来计算得到。在利用N色系统的更一般的情况下，必须确定N2个权重。权重是N×N矩阵中的系数，用来将虚拟颜色坐标测量变换成正确的N个驱动电流。
本发明的上述实施例利用了3个光发生器，其中每个光发生器包括LED阵列。但是，也可以构造其中利用其他形式光发生器的实施例。例如，光发生器可以由半导体激光器来构造。
对本领域的技术人员来说，通过前述说明和附图，本发明的各种改变将变得显而易见。因此，本发明仅通过权利要求的范围来限定。
权利要求
1.一种光源，包括N个光发生器，每个光发生器发射不同波长的光，第k个发生器产生的光的强度通过耦合到该光发生器的信号Ik确定；接收器，用于接收包括N个颜色分量Ck的颜色坐标，k从1到N，其中N大于1；和接口电路，用于从所述所接收的颜色分量和多个校准参数产生Ik，k从1到N，所述校准参数依赖于所述光发生器中的制造变化，并且具有值，使得通过组合从所述光发生器中的每个发射的所述光而产生的光信号比当Ik与Ck，k从1到N，成比例的时候所产生的光信号更少地依赖于所述光发生器中的所述制造变化。
2.根据权利要求1所述的光源，其中，所述Ik中的一个与所述Ck值的加权总和成比例，所述加权总和利用依赖于所述校准参数的权重参数。
3.根据权利要求1所述的光源，其中，所述光发生器中的每个包括发光二极管。
4.根据权利要求1所述的光源，其中，所述光发生器中的每个包括激光器。
5.根据权利要求1所述的光源，其中N＝3，并且其中所述光发生器中的一个产生处于光谱的红光区域中的光，所述光发生器中的另一个产生处于光谱的蓝光区域中的光，并且剩下的光发生器产生处于光谱的绿光区域中的光。
6.根据权利要求5所述的光源，其中，所述颜色分量对应于国际照明委员会颜色标准，并且其中，所述校准参数被选择使得当所接收的颜色分量具有下述值时，通过组合从所述光发生器中的每个发射的所述光而产生的所述光信号由所述国际照明委员会颜色标准中的颜色分量C’k表征，所述值中Ck＝C’k，k从1到3。
7.一种用于响应于包括N个颜色分量Ck的颜色坐标而产生光的方法，k从1到N，其中N大于1，所述方法包括从所述所接收的颜色分量和多个校准参数产生Ik，k从1到N；用N个光发生器产生N个光分量，第i个光分量具有由Ik确定的强度以及与其他光分量不同的波长，其中，所述校准参数依赖于所述光发生器中的制造变化，并且具有值，使得通过组合从所述光发生器中的每个发射的所述光而产生的光信号比当Ik和Ck，k从1到N，成比例的时候所产生的光信号更少地依赖于所述光发生器中的所述制造变化；以及组合所述N个光分量以形成所述所产生的光。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述Ik中的一个和所述Ck值的加权总和成比例，所述加权总和利用依赖于所述校准参数的权重参数。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述光发生器中的每个包括发光二极管。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述光发生器中的每个包括激光器。
11.根据权利要求7所述的方法，其中N＝3，并且其中所述光发生器中的一个产生处于光谱的红光区域中的光，所述光发生器中的另一个产生处于光谱的蓝光区域中的光，并且剩下的光发生器产生处于光谱的绿光区域中的光。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述颜色分量对应于国际照明委员会颜色标准，并且其中，所述校准参数被选择使得当所接收的颜色分量具有下述值时，通过组合从所述光发生器中的每个发射的所述光而产生的所述光信号由所述国际照明委员会颜色标准中的颜色分量C’k表征，所述值中Ck＝C’k，k从1到3。
全文摘要
本发明提供了一种预配置光模块。本发明包括具有N个光发生器、接收器和接口电路的光源。每个光发生器发射不同波长的光，第k个发生器产生的光的强度由耦合到该光发生器的信号I
文档编号H05B37/02GK1629710SQ20041008665
公开日2005年6月22日 申请日期2004年12月10日 优先权日2003年12月18日
发明者林练力, 李永作, 李察嘉华 申请人:安捷伦科技有限公司