专利名称：：光源强度控制系统及方法
技术领域：
：本发明涉及照明领域，尤其涉及一种用于光源的强度控制系统。
背景技术：
：在半导体发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)的发展过程中的最新进展已经使得这些器件适用于例如包括建筑、娱乐和路面照明在内的一般照明应用。因而，与诸如白炽灯、荧光灯和高强度放电灯之类的光源相比，这些器件变得越发有竟争力。由于白光的自然照明特性，它通常是用于照明的优选。对于用于环境照明的基于LED的光源和用于液晶显示器(LCD)的基于LED的背光而言，重要的考虑因素是需要产生自然的白光。白光可通过混合从不同颜色的LED发射的光来生成。已经提出了各种标准来表征光的频谱内容。对由测试光源发射的光进行表征的一种方式在于把它与由黑体辐射的光相比较，并且识别出在黑体的感知颜色与测试光源的感知颜色最佳匹配时的温度。该温度被称为相关色温(CCT)并且通常以开氏温标(K)来测量。CCT越高，光线看起来似乎越蓝或越冷。CCT越低，光线看起来似乎越红或越暖。白炽灯灯泡具有约2856K的CCT，而日光灯可以具有大约在3200K到6500K范围内的CCT。此外，光线的属性可以根据光通量和色度来表征。光通量用来定义光线的可测量的量，而色度用来定义所感知的光线颜色印象而不管其感知的亮度如何。色度和光通量是依照CommissionInternationalede1'Eclairage(国际照明委员会，CIE)标准、按照单位来测量的。CIE色度标准基于色度坐标来定义光线的色调和饱和度，所述色度坐标用于规定色度图中的位置。光线的色度坐标是根据三色刺激值导出的，并通过三色刺激值与其总和的比例来表示；即，x=X/(X+Y+Z),y=Y/(X+Y+Z)，z=Z/(X+Y+Z)，其中x、y和z是色度坐标，而X、Y和Z是三色刺激值。因为x+y+z=1,所以只需规定两个色度坐标即可，例如x和y。任何CCT值都可变换为相应的色度坐标。尽管有它们的成功应用，但是基于LED的光源会以复杂的方式受多个参数的影响。LED的色度和光通量输出极大地取决于接点温度，这对CCT、更普遍地是对发射光的色度产生了不良的影响。忽略温度相关性，由LED发射的光量与其瞬时正向电流成比例。如果LED以大于约60赫兹的速率进行脉沖调制，那么人类视觉系统会感觉出与单个脉沖相反的时间平均的光量。因此，通过使用诸如脉沖宽电流量，可^实现光源调暗。然而:平均正向电流的变化会影响LE:的接点温度，这能改变频谱功率分布，并且因此会改变由LED发射的光的CCT或色度和光通量。当使用各种颜色的LED来生成期望色度的混合光时，对这些影响的补偿会变得复杂。正如2005年，M.Dyble在Bellingham,WA的FifthInternationalConferenceonSolidStateLighting上，于SPIE第5941巻的"ImpactofDimmingWhiteLEDs:ChromaticityShiftsDuetoDifferentDimmingMethods"中论述的那样，由于单个LED的频语功率分布会变化，因此当调暗时，结果产生的混合光线的颜色外观会变得无法接受。LED接点温度的变化还会在结果产生的输出光的频镨功率分布方面产生不期望的影响。接点温度方面的变化不仅能降低光通量输出，而且还能在混合光线的CCT方面产生不希望的变化。此外，LED过热还会降低LED的寿命。为了克服这些局限，已经提出了各种方法来生成自然的白光。授予Nishimura的第6，448，550号美国专利教导了一种固态照明i殳备，所述固态照明设备具有多个不同颜色的LED并且使用光学反馈。出自LED的光由与LED非常临近地安装的光敏传感器所测量，并且与响应于先前测量的频i普功率分布的响应参考集相比较。把对来自LED的光和先前测量的频镨功率分布的传感器响应之间的变化量用作对到LED的电流进行调整的基础，以便保持来自LED的光尽可能接近预定的频镨功率分布。虽然Nishimura的参考文献提供了一种用于实现对具有期望颜色属性的输出光的频谱功率分布进行控制的方式，但是此方式使用了复杂的光学反馈系统。授予Muthu的第6，507，159号美国专利公开了一种用于基于LED的光源的控制方法和系统，所述基于LED的光源具有多个红色、绿色和蓝色光LED，以l更通过混色来生成期望的光。Muthu是通过如下方式来设法减轻所期望光的CCT和光通量输出方面的不想要变化的，所述方式为提供具有反馈系统的控制系统(其中所述反馈系统包括过滤光电二极管)，用于确定LED三色刺激值的数学变换，以及基准跟踪控制器，所述基准跟踪控制器用于解析反馈三色刺激值与期望基准三色刺激值之间的差值，以便调整LED的正向电流，如此使得三色刺激值方面的差别减小为零。然而，例如Muthu所要求的、用于数学变换免视觉上"闪变的、光^反馈控制系统Z;、'''授予Muthu等人的第6，576，881号美国专利公开了一种用于控制由红色、绿色和蓝色LED生成的输出光线的方法和系统。传感器紧邻LED定位以便检测输出光线的第一组近似三色刺激值。将第一组三色刺激值传递给控制器，它把这些值转换为代表标准比色系统的第二组三色刺激值。根据第二组三原色值与一组用户规定的三色刺激值之间的差值来调整LED的相对光通量输出。基于此结构，如同某些先前发现的现有技术一样，数学变换所要求的计算另其难以实现具有足够快速的系统。授予Schuurmans等人的第6,630,801号美国专利提供了一种用于感测结果产生的光线的颜色点的方法和系统，所述结果产生的光线是通过混合出自多个具有RGB颜色的LED的彩色光而产生的。所述系统包括反馈单元，所述反馈单元基于从对来自LED的光作出响应的已过滤和未过滤的光电二极管中获得的值、来生成与结果产生的光的色度相对应的反馈值。所述系统还包括控制器，其基于反馈值和表示期望结果产生光线的色度的值之间的差值来调整该结果产生的光线。虽然Schuurmans的参考文献提供了一种用于实现对具有期望颜色属性的输出光的频语功率分布进行控制的方式，但是此方式同样使用了复杂的光学反馈系统。由Muthu等人申请的公开号为2003/0230991的美国专利公开公开了一种用于电子显示器的基于LED的白光背光系统。Muthu等人的背光系统包括多个不同光颜色的LED,这些LCD这样设置以便光颜色的组合可以产生白光。所述系统还包括微处理器，其监视白光的光通量、辐射通量或三色刺激水平，并且通过反馈控制来控制白光的光通量和色度。Muthu等的背光系统使用具有过滤器的光电二极管来确定LED的近似三色刺激值，并且调整白光的光通量和色度。虽然Muthu等人的参考文献提供了一种用于实现对具有期望颜色属性的输出光的频谱功率分布进行控制的方式，但是此方式使用了复杂的光学反馈系统。同样授予Muthu等人的第6,441，558号美国专利也公开了一种用于在不同颜色温度下生成光的基于多色LED的光源。彩色LED的每一阵列的期望光通量输出是通过使用控制器系统来实现的，所述控制器系统基于期望光的色度和LED的接点温度来调整提供给LED的电流。与Muthu等人的基于LED的光源相关的缺陷之一在于为了测量LED阵列的光通量，使用光学反馈传感器来从LED获得光通量，所述光通量通过轮询序列传递给控制器。根据Muthu等的观点，测量序列通过测量操作中的所有LED阵列的光通量输出而开始。每一LED阵列被轮流简短地切换为"OFF(关闭)"，并且采取进一步的测量。初始测量和下一测量之间的差值提供了来自被关闭的LED阵列的光输出。对于剩余的LED阵列重复对光输出的测量。此外，虽然Muthu等的参考文献提供了一种用于实现对具有期望颜色属性的输出光的频谱功率分布进行控制的方式，但是此方式使用了复杂的光学反馈系统。另外，如Muthu等人公开的过程的缺陷是在光学反馈系统所需的、导通(ON)和关闭(OFF)周期处于低频率的期间，在LED上强加了过量的热应力。因此，需要一种相对简单的光源强度控制系统及方法，以便能考虑设备接点温度对光源所发的光的影响。提供此背景信息是为了揭示申请人确信可能与本发明相关的信息。并非许可、也不应该解释为任何先前信息构成相对于本发明的现有技术。
发明内容本发明的目的在于提供一种光源强度控制系统及方法。依照本发明的一方面，提供了一种用于生成所期望的光颜色的光源，所述光源包括用于生成具有第一波长范围的第一光的一个或多个第一发光元件，所述一个或多个第一发光元件响应于第一控制信号；用于生成具有第二波长范围的第二光的一个或多个第二发光元件，所述一个或多个第二发光元件响应于第二控制信号；用于生成表示一个或多个第一发光元件和一个或多个第二发光元件的操作温度的一个或多个信号的一个或多个感测设备；以及可操作地耦合至一个或多个第一发光元件、一个或多个第二发光元件以及一个或多个感测设备的控制系统，所述控制系统被配置为接收所述一个或多个信号并且被配置为基于操作温度和期望的光颜色来确定第一控制信号和第二控制信号；其中所述第一光线和第二光线被混合以便创建期望的光颜色。依照本发明的另一方面，提供了一种用于生成期望的光颜色的方法，所述方法包括如下步骤确定一个或多个第一发光元件的第一操作温度，所述一个或多个第一发光元件用于提供具有第一频谱的第一光；确定一个或多个第二发光元件的第二操作温度，所述一个或多个第二发光元件用于提供具有第二频谱的第二光；提供表示第一操作温度对第一频镨的影响的第一频镨辐射强度模型；提供表示第二操作温度对第二频谱的影响的第二频谙辐射强度模型；基于第一频谱辐射强度模型、第二频镨辐射强度模型、期望的光颜色和第一操作温度以及第二操作温度来确定第一控制信号和第二控制信号；向一个或多个第一发光元件提供第一控制信号；向一个或多个第二发光元件提供第二控制信号；并且把所述第一光和第二光混合为具有期望的光颜色的混合光。图1举例说明了依照本发明一个实施例的光源。图2依照本发明一个实施例举例说明了蓝光发射二极管的已测量频谱辐射强度和双高斯模型频语辐射强度。图3依照本发明一个实施例举例说明了红光发射二极管的频镨辐射强度的双高斯模型的参数随温度的变化。图4依照本发明一个实施例举例说明了黄光发射二极管的频谱辐射强度的双高斯模型的参数随温度的变化。图5举例说明了如CIE1931x，y色度图定义的三个彩色发光元件的色域。具体实施例定义术语"发光元件"(LEE)用来定义具有如下功能的任何设备，当所述设备因例如在它两端施加电势差或电流通过它而被激活时，能够在例如可见区、红外和/或紫外区的电磁频谱的任何区域或区域组合内发出辐射。因此，发光元件能具有单色或准单色的频谱发射特性。发光元件的示例包括半导体的、有机的或聚合物/聚合发光二极管，蓝色或UV激励的荧光体的发光二极管，光学激励的纳米晶体发光二极管或任何其它类似设备，这正如本领域技术人员易于理解的那样。此外，术语发光元件用来定义能发出辐射的特定设备，例如LED结构(die)，并且能同样用来定义用于发出辐射的特定设备和用于在其中放置一个或多个特定设备的外壳或包装的组合。术i吾"光通量，，用来才艮据CommissionInternationalede1'Eclairage(国际照明委员会，CIE)的标准来定义由光源发出的光线量。其中，所考虑的波长范围包括红外和/或紫外线波长，术语"光通量"用来包括按照CIE标准定义的辐射通量。术语"色度"用来定义依照CIE标准的光感知颜色印象。术语"强度"用来根据国际照明委员会(CIE)的标准来定义光源的测量亮度。术语"频谱辐射强度"用来根据CIE标准定义由光源发出的处于特定波长的光线的辐射强度。术语"发射频谱"用来定义可见光的所有波长的频谱辐射强度分布。术语"控制器"用来定义具有中央处理单元(CPU)和外围输入/输出设备(诸如A/D或D/A转换器)的计算设备或微控制器，以便监视来自可操作地耦合至所述控制器的外围设备的参数。这些输入/输出设备还可以允许CPU通信并且控制可操作地耦合至所述控制器的外围设备。所述控制器能选择性地包括一个或多个存储介质，此处将它们统称为"存储器"。所述存储器可以是易失性和非易失性的计算机存储器，诸如RAM、PR0M、EPR0M和EEPR0M、软盘、高密度盘、光盘、磁带等等，其中用于监视或控制耦合至控制器的设备的控制程序(诸如软件、微代码或固件)被存储并且由CPU执行。可选地，所述控制器还提供用于把用户指定的操作条件转换为控制信号以便控制耦合至控制器的外围设备的装置。所述控制器能通过用户接口接收用户指定的命令，所述用户接口例如为键盘、触摸板、触摸屏、控制台、视觉、声音输入设备或其它本领域技术人员众所周知的设备。正如此处使用的那样，术语"约，，指的是与正常值有+/-10%的偏离。应该理解的是，此处提供的任何给定值中始终包括这种偏差，而不管它是否被特定标识。除非另作限定，否则此处使用的所有技术和科学术语的含义与本发明所属
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本发明提供了一种用于生成期望的光颜色的光源。所述光源包括用于生成具有第一波长范围的光的一个或多个第一发光元件以及用于生成具有第二波长范围的光的一个或多个第二发光元件。第一发光元件和第二发光元件响应于向其提供的分离的控制信号。所述光源还包括用于感测第一和第二发光元件的一个或多个操作温度的传感器。控制系统从所述传感器接收表示一个或多个操作温度的信号并且基于期望的光颜色和操作温度来确定第一和第二控制信号。作为所接收的第一和第二控制信号的结果而通过第一和第二发光元件发出的光可以混合以便基本上获得期望的光颜色。依照此方式，由所述光源生成的期望光颜色因此能基本上与因接点温度导致的、在发光元件操作特性方面的变化无关。在另一个实施例中，所述光源还包括用于生成具有第三波长范围的光的一个或多个第三发光元件，用于生成具有第四波长的光的一个或多个第四发光元件等等，这正如本领域技术人员易于理解的那样。在此实施例中，所述传感器可以被配置为感测一个或多个第三发光元件、一个或多个第四发光元件等的操作温度，此数据将由控制系统接收，所述控制系统随后能够确定用于第三和第四发光元件的控制信号。图1举例说明了依照本发明一个实施例的发光元件光源的框图。所述光源包括阵列20、30、40，这些阵列均具有一个或多个发光元件与一个或多个散热片或排热机构(未示出)热接触。由红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42的每一个生成的彩色光的组合能产生特定色度的光，例如白光。在一个实施例中，光源包括混合光学器件(未示出)，用于使通过混合来自红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42的光而生成的输出光空间均匀化。电流驱动器28、38、48被分别耦合至阵列20、30、40,并且被配置为向阵列20、30、40中的红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42提供电流。电流驱动器28、38、48通过调节经由红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42的电流流量来控制红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42的光通量输出。电流驱动器28、38、48被配置为相互相关地调节向阵列20、30、40的电流供应，以便控制组合光的色度，这正如此后描述的那样。控制器50耦合至电流驱动器28、38、48。控制器50被配置为通过调整电流驱动器28、38、48的占空因数来相互相关地调整平均正向电流量，由此提供对红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42的光通量输出的控制。在本发明的一个实施例中，温度传感器26、36或46与所有阵列20、30和40热接触，并且耦合至控制器50，由此提供用于测量阵列20、30、40的操作温度的装置。阵列20、30、40的操作温度可以与红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42的接点温度相关。在一个实施例中，每一阵列20、30和40分别具有分离的温度传感器26、36和46，以便测量每一阵列的单个操作温度。在本发明的一个实施例中，作为选择，或与一个或多个温度传感器相结合，电压传感器27、37、47耦合至电流驱动器28、38、48的输出并且测量发光元件阵列20、30、40的瞬时正向电压。控制器50耦合至电压传感器27、37、47并且被配置为监视发光元件阵列20、30、40的瞬时正向电压。阵列20、30、40的正向电压可以与红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42的接点温度相关。举例来说，接点温度和LED峰值波长、频谱宽度或输出功率之间用实验方法推导的相关性已经在2005年、由Chhajed，S.等人在JournalofAppliedPhysics97的054506巻的"InfluenceofJunctionTemperatureonChromaticityandColour-RenderingPropertiesofTrichormaticWhite-LightSourcesBasedonLight-EmittingDiodes"中公开了，该文献通过引用合并于此。基于已检测的温度和/或已检测的正向电压，控制器50可以确定红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42每一个的接点温度，并且基于温度对红光发光元件22、绿光发光元件32和蓝光发光元件42每一个的频谱输出的相关性的预定模型、连同要创建的期望的光颜色，所述控制器可以确定用于控制红光发光元件22、缘光发光元件32和蓝光发光元件42的操作的控制信号，以便由光源生成期望的光颜色。发光元件发光元件可以被选择为提供预定的光颜色。光源内的发光元件的数目、类型和颜色可以提供用于实现高发光效率、高显色指数(CRI)和较大色域的装置。发光元件可以使用例如为OLED或PLED的有机材料、或例如为半导体LED的无机材料制造，或者使用本领域技术人员会易于理解的其它设备结构来制造。发光元件可以是能发出包括蓝色、绿色、红色在内的颜色或者可以发出其它一种或多种颜色的初级发光元件。作为选择，所述发光元件可以是次级发光元件，其用于把初级源的发射转换为一个或多个单色波长或者准单色波长。另外，还可以采用初级和/或次级发光元件的组合。正如本领域技术人员将易于理解的那样，一个或多个发光元件例如可以安装在用于承载迹线和连接焊点的PCB(印刷电路板)、MCPCB(金属芯PCB)、金属化陶瓷衬底或者电镀金属衬底等等上。发光元件可以具有非封装的形式，诸如具有模具形式，或者可以是封装部件，诸如LED封装，或者可以与例如包括驱动电路、光学器件和控制电路在内的其它部件封装。在一个实施例中，例如，可以选择频i普输出集中在与红色、绿色和蓝色相对应的波长的发光元件阵列。作为选择，还可以把其它频谱输出的发光元件并入光源中，例如，在红色、绿色、蓝色和黄色波长范围处辐射的发光元件可以被配置为阵列，或者作为选择，可以包括在青色波长范围或者如本领域技术人员易于理解的其它波长范围处辐射的一个或多个发光元件。对发光元件的选择可以直接与要由发光模块创建的期望色域和/或期望最大光通量和显色指数相关。在一个实施例中，多个发光元件可以依照多种结构来电连接。例如，发光元件可以依照串联或并联结构或者两者的组合来连接。在本发明的一个实施例中，两个或更多发光元件成串地串联连接，其中一串可以包括相同颜色库的发光元件。在本发明的另一个实施例中，发光元件进行电连接以便每一单独的发光元件可以被分别控制。例如，发光元件串可以这样连线以使得某些发光元件要么部分要么完全绕过，以便允许不相互相关地对每一发光元件进行单独控制。感测j殳备在本发明的一个实施例中，温度传感器被配置为测量阵列中发光元件的接点温度，其中单个温度传感器被战略性地设置为检测所有颜色的发光元件的操作温度。例如，在一个实施例中，所述发光元件可以安装在其上安装了温度传感器的公共导热衬底上。在替代性的实施例中，独立的温度传感器可以被配置为单独地测量每一颜色的发光元件的温度。依照此方式，可以确定出对发光元件颜色中的每一颜色的接点温度的更加准确的测量。在此实施例中，温度传感器可以紧邻适当颜色的发光元件的位置定位。不同颜色的发光元件可以彼此热隔离，或者可以安装在公共衬底或者散热片上。按照本发明的一个实施例，温度传感器可以是热敏电阻、热电堆、热电偶、集成感温电路、基于硅的传感器或者本领域技术人员众所周知的其它温度感测设备，它们被配置为测量一个或多个期望的发光元件的温度。在另一个实施例中，发光元件的接点温度是基于在发光元件两端检测到的正向电压降来计算得到。发光元件两端的正向电压降随温度基本上线性地改变。因此能够测量发光元件串两端的正向电压降，并且采用正向电压降的变化来近似确定一个或多个发光元件的瞬时接点温度。在另一个实施例中，可以使用发光元件两端已评估的电压降和一个或多个温度传感器所检测到的温度来确定发光元件的接点温度。在一个实施例中，在预定的操作时间之后，可以连续地或者随机地以预定的间隔来执行对温度传感器和/或电压传感器检测到的数据的采样。在一个实施例中，采样率可以在光源操作期间进行调整。对采样的调整例如可以取决于发光元件操作的工作周期、发光元件的特殊颜色或者所述光源中所有或者某些发光元件的已评估平均占空因数。控制系统控制系统取决于传感器的格式从传感器接收温度数据。控制系统随后操纵这个温度数据以便评估发光元件的接点温度。随后，控制系统被配置为作为温度的函数来对每一发光元件的发射频i普或者发光元件的颜色进行建模。依照此方式，可以确定出发光元件的经温度修改的频谱输出特性。控制器还被配置为评估传输到发光元件的控制信号。这些控制信号是基于要由光源生成的期望光颜色和光源中发光元件的经温度修改的频语输出特性来确定的。在本发明的一个实施例中，可以使用如下定义的双高斯近似来对例如半导体发光二极管的发光元件的频谱辐射强度""进行建模<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>其中》'和h是峰值频镨辐射强度，A'和二是峰值频谱辐射强度波长，^'和^是频语半最大值全宽(FWHM)带宽，而入是波长。本领域技术人员易于理解的是，从本发明实施例的应用的实际目的出发，公式(l)右手侧的一个或多个参数可以取决于其它操作参数，这些其它操作参数例如包括操作温度T或者发光元件的寿命，甚至在没有明确表明此点时也是一样。因此，应理解的是，例如〗'，h，《，A，^和^仅仅是缩写，其可以始终包括其它参数相关性(例如可以被明确地表示为〗(T)的温度相关性，如果对于实际目的这种相关性是有关的话)。此外，本领域技术人员易于理解的是，不同于公式(l)中描述的函数并且可能具有其它参数的另一函数也可用于以其自身的准确度来近似表示发光元件的相对于其操作温度的频谱辐射强度》(入)。在本发明的一个实施例中，在图2中举例说明了蓝光发光二极管的频谱辐射强度的双高斯近似表示的示例。在此例子中，模型近似100基本上等于正被测试的蓝光发光二极管所观察到的频谱辐射强度110。在此实施例中，模型近似IOO是笫一高斯函数130和第二高斯函数120之和。两个高斯函数中的每一个均可以由与分别对应于高斯函数的高度、中间位置和宽度的相对峰值频i普辐射强度、峰值频i普辐射强度波长和频谱FWHM带宽相关的参数来定义。在一个实施例中，每一高斯函数的参数的温度相关性可以用实验方法来评估，由此提供用于确定发光元件的模化经温度修改的频谱辐射强度的装置。图3和4举例说明了用于生成分别用于特定红光发光二极管和特定黄光发光二极管的频谱辐射强度的经温度修改的模型的每个高斯函数的参数的温度相关性。在图3A、4A和图3B、4B中分别举例说明了第一高斯函数和第二高斯函数的峰值频谱辐射强度的温度相关性。在图3C、4C和图3D、4D中分别举例说明了第一高斯函数和第二高斯函数的峰值频谱辐射强度波长的温度相关性。最后，在图3E、4E和图3F、4F中分别举例说明了第一高斯函数和第二高斯函数的频谱半最大值全宽带宽的温度相关性。在一个实施例中，参数可以定义为线性地依赖于或者按指数规律地依赖于发光元件的接点温度。在本发明的一个实施例中，发光元件的发射频谱是在具有已定义的基准发光元件操作温度(例如25n的接点温度)的某一设置下测量得到的。由此，双高斯近似表示可以使用用于求解例如最小平方或者最小距离误差函数的已知的、鲁棒的最小化算法来曲线匹配到发射频镨，由此确定处于T-25X:时的峰值频谱辐射强度L(25)、在T-251C时的峰值频镨辐射强度波长K25)以及处于T-251C时的频镨FWHM带宽A入n(25)，其中n€{1，2}。在线性近似实际上有效的实施例中，在温度T处的每一峰强度in(n￡{1，2})均可定义为T中的第一阶近似值，其可以如下定义L(T)=anT+bn(2)其中参数a。和bn可以通过对通过测量不同操作温度范围上的发射频谱而获得的实验数据进行曲线拟合而实验性地确定出。例如，如图3中举例说明的那样，可以使用如在公式(2)中定义的、对ijT)的线性近似来满意地近似表示某些红色AlInGaP发光二极管的频语。在线性近似实际上无效的实施例中，可以使用指数温度相关性并且其可以如下定义人(T)=c拜(-dj)(3)其中参数cn和dn可以通过对通过测量不同操作温度范围内的发射频谱而获得的实验数据进行曲线拟合而实验性地确定。例如，如图4中举例说明的那样，如公式(3)中定义的指数近似可用于描述某些AlInGaP发光二极管的in(T)。类似地，在本发明的一个实施例中，处于温度T的每个ne{1，2}的峰值波长可以定义如下+(4)其中参数e。和fn可以通过测量在一定温度范围内的发射频语和曲线拟合来实验性地确定。例如，对于图3中举例说明的红色AlInGaP发光二极管来说，可以使用公式(4)来近似表示。在其它实施例中，指数或者其它非线性的近似可以用来有效地描述峰值波长的温度相关性。类似地，在本发明的一个实施例中，处于温度T的每个nG{1，2}的频谱FWHM可以定义如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>(5)其中参数gn和hn可以通过测量一定温度范围内的发射频谱和曲线拟合来实验性地确定。例如，对于图3中举例说明的红色AlInGaP发光二极管来说，可以使用公式(5)来近似表示1("。在其它实施例中，性。在表1中提供了以任意强度单位(a.u.)、对于线性近似在基准温度丁=2510时、分别依照本发明实施例和公式(2)、(3)以及公式(4)和(5)凭经验推导出来的的示例性热模型参数。应注意的是，表1中没有规定对于n6U，2)的t和hn。表1—一LED热模型系数<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>依照本发明的实施例，所述控制系统可以采用这样的模型来配置，所迷模型可以充分表示发光元件集群中发光元件之间的热耦合，例如传热。这种模型可用来依照前馈方式确定当把发光元件例如安装在公共衬底上时会出现的相互热效应。在本发明的一个实施例中，由发光元件耗散的热量Q近似等于其功耗，这可以如下定义Q约等于VFID(6)其中Vp是发光元件正向电压，I是驱动电流，而D是PWM占空因数。发光元件封装散热块(slug)的温度与发光元件接合点的温度之间的差值△Ts-j可以如下定义为△Ts-j=QR0s—j(7)其中RGK-j是特殊封装和安装结构的发光元件的热阻。发光元件接点温度Tj可以如下定义为Tj=Ts+△Ts-j(8)其中Ts是已测量的基准温度，例如发光元件散热块温度。在本发明的一个实施例中，可以在校准过程中确定出为了对发光元件的特性进行充分建模而需要的热阻值。例如，本发明的实施例可以包括N个PWM驱动的LED以及全部与印刷电路板(PCB)热接触的温度传感器。由温度传感器提供的PCB温度Tb和LED散热块n的温度Tsn可以如下定义为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(9)其中ATbn是PCB板和第n个LED散热块之间的温差，Dn是第n个LEDPWM驱动信号的占空因数，而t是第n个LED的载荷比。为了举例说明的目的，在表2中提供了通过对与本发明的特定实施例相关联地获得的实验数据进行曲线拟合而获得的△L和kn的示例值。表2——系统热模型系数<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>在本发明的一个实施例中，对于某些PWM驱动的发光元件来说，发射光的强度线性地取决于PWM占空因数。此关系可以结合频i普辐射强度、接点温度以及一个或多个所期望的三色刺激坐标变换(如果期望的话)来使用，以便使控制系统能够确定用于驱动发光元件所需的占空因数。在另一个实施例中，对于某些发光元件来说，发射光的占空因数和强度依照非线性方式相关联。非线性可能是由于各种原因，例如这可能包括如下的一个或多个瞬态强度变化，或者在工作周期内变化的热负荷，以及PWM工作周期的ON和OFF(导通和关闭)部分之间的过渡期间发光元件接合点的指数型冷却和加热。非线性在某些类型的发光元件中可以对于高占空因数的状态不怎么显著，并且可以在低占空因数的状态期间更加显著。在本发明的一个实施例中，可以使用强度一占空因数关系的二次方程来对非线性建模，这可以如下定义为I=ciD2+PD(10)其中I是强度，而D是PWM驱动占空因数。在表3中以任意单位提供了特定实施例的常量oc和P的示例性值。表3——LED强度PWM占空因数常量<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>在本发明的一个实施例中，上述定义的每种颜色的发光元件的经温式实现，其可以利用温度反馈并依照前馈方式来确定诸如占空因数之类的控制参数而无需光学反馈。该控制系统可以被配置为保持期望的色度在期望的范围内并且保持在期望操作温度的范围内以及在调暗期间的准确性，而不需要监视发射光或者获取光学传感器数据和光学反馈或者确定或测量三色刺激数据。应该理解的是，上述模型结合三色刺激或者其它适当颜色和强度坐标描述了频语辐射强度、接点温度和占空因数之间的参数关系，并且可用于控制系统的任何实施例，所述控制系统可以被配置为求解根据这些模型而产生的方程组，以便确定例如作为所期望的强度和色度坐标的函数的一个或多个LEE的每一个或者LEE组的占空因数，而同时只需要LEE操作状态的反馈信息。在本发明的一个实施例中，期望的光颜色可以由CIE1931x，y色度图中的坐标来表示，这如图5中所示那样。图5进一步举例说明了当由CIE1931x，y色度图表示时，三个彩色发光元件的色域200。基于每个颜色的发光元件的特定经温度修改的频语辐射强度和期望的光线颜色，控制器可以确定每个颜色的发光元件的期望光通量输出，以便获得期望的光颜色。基于每个颜色的发光元件的这个经评估的光通量输出，可以确定合适的控制信号并且将其传送给一个或多个适当的发光元件，以便控制其光通量输出。当混合由发光元件创建的光线颜色时，可以生成期望的光颜色。易于理解的是，可以产生相似光颜色的、例如取决于不同材料组成的不同形式的发光元件可具有不同的温度相关性，并且因此往往需要温度补偿。在一个实施例中，控制器可以只与特定的发光元件组相关联。依照此方式，用于对该组发光元件的每一个的经温度修改的频谱辐射强度进行建模而评估的参数可以(例如以固件形式)并入控制器中。在另一个实施例中，用于对各种颜色发光元件的频谱辐射强度的温度灵敏度进行建模的替代装置可以并入本发明中。例如，使用线性和指数函数的组合以生成每一类型发光元件的经温度修改的频谱辐射强度表示的模型可以提供用于这样的装置，其用于减少控制系统用于确定要传输到光源的一个或多个发光元件的每一个的控制信号的计算时间。在本发明的另一个实施例中，使用上述定义的近似和一组发光元件的相关联的温度相关性来合成基于神经网络的发光元件控制器的训练数据集，所述控制器是采用用于LED强度和色度控制的廉价微控制器来实现的，这如在第7，140，752号美国专利和I.Ashdown在2003年，于SPIE第5187巻第215—226页的ProceedingsofSolidStateLightingIII中公开的那样，这些内容通过引用在此并入。在本发明的一个实施例中，一个或多个电流驱动器可以使用基于脉冲宽度调制(PWM)技术的控制信号，用于控制发光元件的光通量输出。由于到发光元件的平均输出电流与PWM控制信号的占空因数成比例，所以能够通过调整一个或多个发光元件阵列的占空因数来调暗发光元件生成的输出光。发光元件的PWM控制信号的频率可以如此选择，以便使人眼感知到光线是持续输出的而不是一系列光脉沖(例如频率大于约60Hz)。在另一个实施例中，电流驱动器可以使用基于脉沖编码调制(PCM)的控制信号，或者可以使用所属
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已知的任何其它数字格式。现在将参照特定测试示例来描述本发明的功能。应该理解的是，接下来的测试示例意图用于描述本发明的实现方式，并非意欲以任何方式限制本发明。示例依照本发明实施例配置的光源被测试以便评估光源的功能。所述光源的这个实施例包括定义的LED集群、感测设备和控制系统，所述控制系统包括用于每个颜色的LED的经温度修改的频语辐射强度模型。这种光源在其相应完全强度下具有热稳定性，并且通过调整LED驱动电流来把发射光的CCT设置在3000K(开氏温标)。随后，把LED集群去电并且放置在环境室中，以便把PCB和所附散热片冷却至-10X:。然后，使LED集群通电，并且当散热片的温度稳定时执行色度测量。表4中示出了每一温度处的各个CCT以及CCT偏差。在此表中，"CCTAuv"值表示沿黑体轨迹(对应于已测量的CCT)与3000K的偏差，而"3000KAuv"值表示沿黑体轨迹和离开黑体轨迹的偏差。表4一一在额定3000K设置的示例性LED集群的色度波动<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>在另一测试中，在完整强度和6500KCCT处设置相同的光源，并允许热稳定，随后去电并且冷却至-IOX:。然后，使LED集群通电，并且当散热片的温度稳定时，执行色度测量。表5中示出了每一温度的各个CCT以及CCT偏差。表5——在额定6500K处设置的示例性LED集群的色度波动<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>如表4和5中所示那样，在约15"C至60"C的操作温度的范围内，依照本发明的光源的已测试实施例使LED集群的白光色度保持在Auv0.003的范围内。这良好地处于Auv-±0.003的白光灯的ANSI和IEC色度限制范围内(ANSLG、ANSIC78.376-2001，即AmericanNationalStandardsLightingGroup、NationalElectricalManufacturersAssociation,Rosslyn,VA，2001)。在如上定义那样来配置的光源性能中，在CCT被设置为3000K的完整强度下热稳定之后，LED集群的光通量输出调暗百分之十的强度。表6中示出了这种测试的结果。表6—一使用热反馈在3000K时LED集群随着调暗的色度<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>如表6所示，在约为10:1的调暗范围中，所述控制器将LED集群的白光色度维持在大约Auv-0.01的范围内。虽然这可能超出了ANSI和IEC对于白光灯的色度限制，但是应注意的是，这些限制适用于在全功率并且在25摄氏度时操作的灯。本领域技术人员众所周知的是，超出其操作温度的范围并且在调暗期间，荧光灯色度的改变大于依照本发明实施例的光源的上述测试所标识的值。举例来说，在2000年由IlluminatingEngineeringSocietyofNorthAmerica,NewYork,YK出版的IESNA、TheIESNALightingHandbook:ReferenceApplication的第9版，例如图6-45中，可找到荧光灯的操作特性的已知偏差。本说明书中引用的所有专利、出版物、包括已公开的专利申请以及数据库条目的公开内容通过引用全部在此并入，其程度就像是每个这样的各个专利、出版物和数据库条目均具体地并且逐一地表明将通过引用在此并入。显然，本发明的先前实现方式是示例性并且可以在很多方面进行改变。不应该把这种现有或将来的改变视为偏离本发明的精神和范围，所有这样的修改对于本领域技术人员而言都是显而易见的，并且包括在随后的权利要求书的范围之内。权利要求1.一种用于生成期望的光颜色的光源，所述光源包括:a)用于生成具有第一波长范围的第一光线的一个或多个第一发光元件，所述一个或多个第一发光元件响应于第一控制信号；b)用于生成具有第二波长范围的第二光线的一个或多个第二发光元件，所述一个或多个第二发光元件响应于第二控制信号；c)用于生成表示一个或多个第一发光元件和一个或多个第二发光元件的操作温度的一个或多个信号的一个或多个感测设备；以及d)可操作地耦合至一个或多个第一发光元件、一个或多个第二发光元件以及一个或多个感测设备的控制系统，所述控制系统被配置为接收一个或多个信号并且被配置为基于所述操作温度和期望的光颜色来确定第一控制信号和第二控制信号；其中混合所述第一光线和第二光线以创建期望的光颜色。2.如权利要求l所述的光源，其中所述控制系统利用用于基于操作温度预测光颜色的一个或多个频谦辐射强度模型进行预先配置。3.如权利要求2所述的光源，其中所述一个或多个频镨辐射强度模型的至少一个包括一个或多个与温度相关的参数。4.如权利要求2所述的光源，其中所述一个或多个频谱辐射强度模型的至少一个包括一个或多个高斯近似。5.如权利要求3所述的光源，其中所述与温度相关的参数的至少一个线性地取决于温度。6.如权利要求3所述的光源，其中所述与温度相关的参数的至少一个按指数规律取决于温度。7.如权利要求3所述的光源，其中一个或多个与温度相关的参数能够在校准过程中确定。8.如权利要求l所述的光源，其中所述控制系统利用用于预测一个或多个第一发光元件或者一个或多个第二发光元件或者二者的操作温度的热模型来预先配置。9.如权利要求8所述的光源，其中所述热模型至少取决于第一控制信号。10.如权利要求8所述的光源，其中所述热模型至少取决于第二控制信号。11.如权利要求8所述的光源，其中所述控制系统利用用于预测第一发光元件或第二发光元件或者二者的散热块温度的热模型来预先配置。12.如权利要求8所述的光源，其中所述控制系统利用用于预测一个或多个第一发光元件或一个或多个第二发光元件或者二者的接点温度的热模型来预先配置。13.如权利要求1所述的光源，其中第一控制信号是具有可控第一占空因数的脉冲宽度调制信号。14.如权利要求1所述的光源，其中第一控制信号是具有可控第一占空因数的脉冲编码调制信号。15.如权利要求1所述的光源，其中第二控制信号是具有可控第二占空因数的脉冲宽度调制信号。16.如权利要求1所述的光源，其中第二控制信号是具有可控第二占空因数的脉冲编码调制信号。17.如权利要求13或者14所述的光源，其中所述控制系统被预先配置为补偿第一占空因数和第一光线的强度之间的非线性相关性。18.如权利要求15或者16所述的光源，其中所述控制系统被预先配置为补偿第二占空因数和第二光线的强度之间的非线性相关性。19.如权利要求1所述的光源，其中所述一个或多个感测设备包括一个或多个温度传感器。20.如权利要求1所述的光源，其中所述一个或多个感测设备包括一个或多个用于感测一个或多个第一发光元件的正向电压的正向电压传感器。21.如权利要求1所述的光源，其中一个或多个感测设备包括一个或多个用于感测一个或多个第二发光元件的正向电压的正向电压传感器。22.—种用于产生期望的光颜色的方法，所述方法包括如下步骤a)确定一个或多个第一发光元件的第一操作温度，所述一个或多个第一发光元件用于提供具有第一频i普的第一光线；b)确定一个或多个第二发光元件的第二操作温度，所述一个或多个第二发光元件用于提供具有第二频镨的第二光线；C)提供表示第一操作温度对第一频谱的影响的第一频谱辐射强度模型；d)提供表示第二操作温度对第二频谱的影响的第二频谱辐射强度模型；e)基于第一频谘辐射强度模型、第二频谱辐射强度模型、期望的光颜色和第一操作温度以及第二操作温度来确定第一控制信号和第二控制信号；f)向一个或多个第一发光元件提供第一控制信号；g)向一个或多个第二发光元件提供第二控制信号；以及h)把所述第一光线和第二光线混合为具有所述期望的光颜色的混合光。23.如权利要求20所述的方法，其中第一频谱辐射强度模型或第二频语辐射强度模型或者二者都包括一个或多个高斯近似。24.如权利要求20所述的方法，其中所述第一操作温度和第二操作温度是散热块温度。25.如权利要求20所述的方法，其中所述第一操作温度和第二操作温度是接点温度。26.如权利要求20所述的方法，其中所述第一控制信号是具有可控第一占空因数的脉冲宽度调制信号。27.如权利要求20所述的方法，其中所述第一控制信号是具有可控第一占空因数的脉沖编码调制信号。28.如权利要求20所述的方法，其中所述第二控制信号是具有可控第二占空因数的脉冲宽度调制信号。29.如权利要求20所述的方法，其中所述第二控制信号是具有可控第二占空因数的脉沖编码调制信号。30.如权利要求20所述的方法，还提供了用于基于第一控制信号和第二控制信号来预测第一操作温度和第二操作温度的热模型。31.如权利要求30所述的方法，其中所述热模型包括第一操作温度和第二操作温度之间以及第一控制信号和第二控制信号之间的非线性相关性。全文摘要光源包括用于生成具有第一波长范围的光线的一个或多个第一发光元件以及用于生成具有第二波长范围的光线的一个或多个第二发光元件。第一发光元件和第二发光元件响应于对其提供的分离的控制信号。控制系统从一个或多个感测设备接收表示操作温度的信号并且基于所期望的光颜色和操作温度来确定第一和第二控制信号。作为所接收到的第一和第二控制信号的结果而由第一和第二发光元件发射的光线可以被混合以便基本上获得所期望的光颜色。所生成的期望光颜色因此能基本上与因接点温度导致的、在发光元件操作特性方面的变化无关。文档编号H05B33/08GK101379889SQ200780005047公开日2009年3月4日申请日期2007年2月9日优先权日2006年2月10日发明者I·阿什当,K·文申请人:Tir科技公司