具有测量装置的照明装置和用于运行该照明装置的方法
【专利摘要】本发明提出一种具有至少两个光源(7至10；12)的照明装置(1)，所述光源的光具有不同的光谱并且聚集为有用光。为了测量各个光源(7至10；12)的光的份额，将有用光的一部分、即测量光借助于耦合输出元件(18)在照明装置的输出端处分支并且输送给测量装置(19)。
【专利说明】具有测量装置的照明装置和用于运行该照明装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有至少一个第一光源和第二光源的照明装置，其中这两个光源发射具有不同光谱的光。此外，本发明涉及一种用于运行该照明装置的方法。
【背景技术】
[0002]本发明尤其可用于投影装置、例如用于电影和视频投影、用在工程和医疗内窥镜中、用于娱乐行业中的光效、用于医疗辐照以及用在车辆领域中、尤其作为机动车的前照灯。
[0003]从文献W02012/116733中已知这种类型的照明装置。所述照明装置包括蓝色光源和黄色光源，所述蓝色光源和黄色光源经由二向色镜聚集并且混合成白光。蓝色光源实施成蓝色的发光二极管(LED)，黄色光源实施成所谓的LARP系统，其中激光辐射借助于黄色发光材料以波长转换的方式转换成黄光(LARP Laser Activated Remote Phosphor”,激光激发远程磷光体)。为了控制白色的混合光的相应的色温(CCT)或者通常控制混合光的色度坐标，蓝色的LED的或者黄色发光材料的在光学元件上散射的光借助于各一个测量元件来测量。这两个测量信号考虑用于控制激光器或者LED。
[0004]在该方法中不利的是:在照明装置的使用寿命中散射辐射会发生改变，使得在测量信号和输出光通量之间不再存在初始的关联关系。因此，不再可能正确地混合这两个光份额。
[0005]此外，从照明装置的输出端的向回反射会干扰测量。图3示出具有分别设置在LED12和发光材料层9附近的光电二极管101、102的相应的照明装置100。通常，混合光在光学积分器17中均匀化并且紧接着例如耦合输入到玻璃纤维24中。在此，有用光15b的在到玻璃纤维24的输入端上出现的向回反射23例如能够射到与LED12相关联的光电二极管101上，如在图3中对光束示例性地示出的那样。对于其它的关于照明装置的构造的细节可参照图1的描述。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是:至少部分地消除现有技术的缺点并且给出一种具有改进的光学测量装置的照明装置。
[0007]另一方面是将光学测量装置用于调整照明装置的有用光的光学变量。
[0008]该目的通过如下照明装置来实现，所述照明装置包括:至少一个第一光源和第二光源，其中第一光源设计成发射具有第一光谱的光，并且其中第二光源设计成发射具有第二光谱的光；用于将具有第一光谱的光与具有第二光谱的光聚集到共同的有用光路径上为成为有用光的光学装置；光学耦合输出元件，所述光学耦合输出元件设置在共同的有用光路径中并且设计为用于将有用光的一部分从共同的有用光路径耦合输出到测量光路径上以用作为测量光；测量装置，所述测量装置设置在测量光路径中并且设计为用于对测量光进行测量。
[0009]尤其有利的设计方案在下面的描述中得到。
[0010]此外，所述目的通过下述方法来实现，所述方法包括下述方法步骤:
[0011 ] 在初始化或者变化阶段中:
[0012]a)预设聚集的有用光的光学理论值，
[0013]b)借助于控制装置的色彩管理系统(25)来确定各个光源(7至10 ；12)为实现在步骤a)中预设的光学理论值所分配的光通量，
[0014]c)确定各个光源(7至10 ；12)的控制变量以实现在步骤b)中计算的所分配的光通量，
[0015]在调整阶段中:
[0016]d)通过控制装置(25，26a，26b)将控制变量输出给各个光源(7至10 ；12)，
[0017]e)借助于测量装置(19，20)来测量借助于光学的耦合输出元件(18)耦合输出的测量光的光学值，
[0018]f)借助于色彩管理系统(25)根据在步骤e)中获得的测量光的测量值来确定聚集的有用光的光学实际值，
[0019]g)如果聚集的有用光的在步骤f)中确定的光学实际值与有用光的在步骤a)中预设的理论值有偏差，那么确定用于各个光源(7至10 ；12)的新的控制变量，否则保留迄今的控制变量。
[0020]在下文中，共同阐述更多地涉及本发明的装置方面的特征与更确切地说表征方法方面的特征的结合，以便简化对本发明的关联性的理解。
[0021]本发明的基本思想在于:在具有至少两个光源的照明装置中，在输出端处、即借助有用光本身的一部分对有用光的光学变量进行测量。有用光的这部分、即测量光借助于耦合输出元件在照明装置的输出端处从有用光分支。
[0022]因为对光学变量的测量因此在照明装置的输出端处借助有用光的一部分、而非借助各个待混合的光源的散射光来进行，所以所述测量不易受到照明装置的光学部件的使用寿命或者温度引起的改变的影响。
[0023]耦合输出元件例如包括玻璃板或者镜并且将有用光的测量光份额反射到测量装置上。在使用镜时，所述镜相对于有用光光束的直径优选选择成小的，以便仅以对于测量不可缺少的测量光份额来减弱有用光。
[0024]测量装置包括至少一个测量元件。至少一个测量元件设计成用于:不仅测量来自第一光源的具有第一光谱的光、而且测量具有第二光谱的光。对此，测量元件例如设计成组合的色光传感器。替选地，也能够设置分别具有相应的滤色器的各个光电二极管。
[0025]在一个改进方案中，测量装置包括用于测量光的光学混合室，在所述混合室中设置有至少一个测量元件。优选地，光学混合室的内表面以乌布利希球(Ulbricht-Kugel)的类型构造成是进行漫反射的。
[0026]通过适当的设计、尤其是耦合输出光学元件的定向和混合室的形状，可以减小输出端的向回反射对测量的影响。对于关于此的其它的细节可参照实施例。
[0027]为了将第一光源的光和第二光源的光聚集到共同的有用光路径上，光学装置例如具有二向色镜，所述二向色镜设计成用于:反射一个光源的光并且透射另一个光源的光。
[0028]作为用于照明装置的光源尤其可考虑半导体光源、例如发光二极管或者激光二极管。除此之外，光源中的至少一个能够附加地包括至少一种发光材料，所述发光材料设计成用于:将至少一个发光二极管或者激光二极管的初级光转换为波长更长的次级光。通过例如借助于振幅或脉冲宽度调制(PWM)来调整各个光源的相应的工作电流，能够设定混合光(有用光)的光谱组成。
[0029]在另一个设计方案中，照明装置具有控制装置，所述控制装置一方面与测量装置连接并且另一方面与第一和第二光源连接。由此，测量装置的测量值能够考虑用于确定各个光源的控制变量的适当的理论值。在一个改进方案中，控制装置包括色彩管理系统，所述色彩管理系统设计成用于:根据为聚集的有用光预设的光学理论值计算出各个光源的光通量的对此所需要的理论值，并且从中计算各个光源的控制变量的对此所需要的理论值。
[0030]用于运行具有上述技术特征的照明装置的方法尤其包括下述方法步骤:
[0031]A)在第一步骤中，计算各个源的光学变量的、例如光通量的为了实现照明装置的有用光的必要的目标光通量和目标色度坐标的必要的份额。
[0032]B)控制装置的色彩管理系统计算控制变量，以便在照明装置的输出端处获得在步骤A)中确定的光学变量。
[0033]C)驱动单元将传送的控制变量转换为调整单元的调节变量。调节变量是通过激光二极管和/或LED的电流。电流能够是振幅调制的(可变的电流强度)和/或PWM调制的。
[0034]D)对相应的光源进行测量例如能够经由下述传感器来进行:
[0035]-Y(X)加权的亮度传感器和温度传感器，
[0036]-亮度传感器和温度传感器，
[0037]-色彩传感器。
[0038]借助于这些传感器，经由光源特征描述(光源的特性曲线和标度)在照明装置的输出端处检测各个光源的当前的光通量(色光份额)，以及单个色度坐标(Cx，Cy)的改变和/或色度坐标的改变。
[0039]E)随后，色彩管理系统计算各个光源的要重新设置的光通量从而对出现的改变(例如，在使用寿命中的光通量下降和/或色度坐标偏移)做出反应和/或使总光通量和/或色度坐标稳定。必要的光通量改变被换算成新的调节变量。因此，调整回路是闭环的。
[0040]所提出的方法在具有两个光源、尤其是半导体光源连同LARP光源的照明装置中提供如下优点:能够借助于调整将可自由预设的输出光通量(或者其它光学变量)保持为恒定。
[0041]待调整的影响变量能够是温度、电流和/或老化。
[0042]附加地，可行的是，考虑LARP和/或LED源的借助于前馈调整(特性曲线)可预测的色度坐标改变。能够沿着例如贾德直线(Judd-Geraden)或者与具有两个不同光源的照明装置的连接直线具有交点的其它限定的线来追踪目标色度坐标。
[0043]在具有三个不同光源的照明装置中，除了上述内容之外，还能够精确地并且明确地再调整目标色度坐标。
[0044]在具有多于三个光源的照明装置中，附加的自由度能够用于:优化附加的变量。这种附加的目标变量例如能够是显色指数(CRI)或者其它应用相关的光谱分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]在下文中应根据实施例详细阐述本发明。附图示出:
[0046]图1示出具有设置在输出侧并且直接被辐照的测量元件的照明装置的一个实施例，
[0047]图2示出具有在输出侧设置在混合室之内的测量元件的一个实施例，
[0048]图3示出具有根据现有技术设置的测量元件的一个实施例，
[0049]图4示出具有色彩管理系统的调整装置，
[0050]图5示出在根据按照图1或者图2的实施例的照明装置中根据图4进行的调整的流程图。
[0051]相同的或者相同类型的特征在下文中为了简化也能够以相同的附图标记来表示。
【具体实施方式】
[0052]图1示出用于从黄光和蓝光产生白色的混合光的照明装置I的示意图。
[0053]所示出的照明装置I例如适合作为照明设备、如内窥镜、显微镜或者医学头灯中的氙气放电灯的替代物。
[0054]黄光(通过箭头2来表征)借助于LARP技术产生。对此，激光辐射(通过箭头3来表征)从二向色镜5的前侧4 (在图1中从左向右观察)反射到透镜6上，所述透镜将激光辐射3聚焦到长形的TIR光学元件7的入射面上。
[0055]激光辐射3由激光装置8发射，所述激光装置例如包括由多个例如六乘七个蓝色的激光二极管构成的激光二极管矩阵(未示出)。TIR光学元件7将激光辐射通过全内反射(TIR)引导到设置在所述TIR光学元件的端部上的黄色发光材料层9上。长形的TIR光学元件7锥形地成形，其中其较窄的端部朝向黄色发光材料层9。黄色发光材料层9设置在冷却体10上。
[0056]二向色镜5的前侧4设有反射蓝光并且透射其它的色光份额、尤其是由黄色发光材料层9进行波长转换的黄光2的干涉覆层。
[0057]蓝光(通过箭头11来表征)由一个或多个蓝色的LED12(例如OSRAM OptoSemiconductor公司的LE B Q6WP)来添入。对此，蓝色的LED光11经由准直透镜13转向到二向色镜5的后侧14上。后侧14设有干涉覆层，所述干涉覆层反射蓝色的LED光11并且透射黄光2。在适当地校准所有的光学部件的情况下，产生白色的混合光15。白色的混合光15经由第三透镜16聚焦到光混合器17中。光混合器17例如构成为玻璃棒或者空心导体、例如镜通道并且用于均匀化混合光。
[0058]在第三透镜16和光混合器17之间设置有玻璃板18 (替选地,小的镜；未不出)，所述玻璃板的前侧(在图1中从左向右观察)将混合光15的一部分15a通过反射耦合输出到测量元件19上。
[0059]测量元件19具有两个光电二极管(替选地，一个组合元件)并且用于测量从混合光16中分支的测量光15a的两个色光份额。对此，一个光电二极管设有黄色滤光器，另一个光电二极管设有蓝色滤光器(未不出)。在另一个替选方案(未不出)中，作为测量兀件19也能够使用不具有滤光器的唯一的光电二极管进而顺序地确定用于测量光15a的两个色光份额2、11的测量信号。对此，激光装置8和LED12借助于所属的时钟信号交替地以时钟控制的方式运行并且测量信号对应地与相应的时钟信号相关联。这种方式具有如下优点:不存在一个色光份额对另一个色光份额的测量的串扰。此外，精确地在相同的位置上对这两个色光份额进行测量。最后，不需要光学的滤光器。避免了与此关联的问题、例如关于滤光器使用寿命或者滤光器棱边上散射光方面的问题。
[0060]混合光的其余份额可用作为其它应用的有用光15b，例如用于耦合输入到玻璃纤维中(在图1中未示出)。由于根据图1在照明装置I的输出端处对色光份额进行测量，测量结果与在根据图3对LED12和发光材料层9的散射辐射进行直接测量的情况下相比更少地受到使用寿命改变的影响。此外，从照明装置的输出端的向回反射能够较少地干扰测量。
[0061]结合如例如在将有用光15b耦合输入到玻璃纤维中时所出现的向回反射，在下文中参考图2，图2示出在图1中示出的照明装置的一个变型形式I’。唯一的区别在于:测量元件19设置在测量室20中。测量室20以乌布利希球的样式构成为具有进行漫反射的内壁的空腔。在此，测量光15a穿过孔21被转向到测量室20的内部22中。有用光15b的在设置在光混合器17下游的玻璃纤维24的输入端处的、返回到光混合器17中的可能的向回反射23的一部分23a由玻璃板18的后侧反射远离测量室20，也就是说不会干扰测量。由玻璃板18透射的部分23b同样绕过测量室20从而不同于在图3中示出的布置不会击中测量元件19。
[0062]为了调整有用光15b的总光通量Φ和CCT，在图1中示意性示出的照明装置I或者在图2中示意性示出的照明装置I’附加地装配有色彩管理系统。
[0063]在下文中也参考图4，图4大致示意性示出调整布置。将两个设置在测量室20之内的测量元件19a、19b (具有黄色滤光器或蓝色滤光器的光电传感器)的黄光2或者蓝光11的测量信号输送给色彩管理系统25。色彩管理系统25根据所述测量值计算出用于黄色的子光通量和蓝色的子光通量Φ_Ρ或Φ.的必要时需要的修正值以及用于激光器8和LED12的相应的控制变量。激光器8和LED12经由所属的驱动器26a、26b来相应地控制。激光器8的借助于发光材料转换装置27以波长转换的方式转换成黄光2的光的和LED12的蓝光11的测量光份额经由耦合输出元件(由于更好的概览在此未示出)耦合输入到测量室20中。因此，调整回路是闭环的。
[0064]在图5中示出在根据按照图1或者图2的实施例的照明装置中进行的在图4中示意性概括描绘的调整的流程图。因此，在下文中除了参照图5之外也参照图1、2和4。在第一步骤100中，预设白色的混合光15的光学变量的理论值、尤其是总光强Φ 、相关联的色温CCTaife以及可选地调光级D%。在接下来的步骤110中，计算黄光2的或者蓝光11的为此所需要的、所分配的光通量Φ_Ρ或Φ.，并且在步骤120中，从中计算LARP黄光光源的激光二极管8的或者蓝色的LED 12的所需要的、数字的电流理论值DACu^P DACmi。该计算当前根据图4在色彩管理系统25中进行。在步骤130中，设定数字的电流理论值DACui和DACmi，并且在步骤140中，分别在两个驱动器26a、26b的数模转换器(DAC)中将其转换为所属的电流值Iui或者并且输出。在步骤150a、150b中，LARP黄光光源的激光二极管8或者蓝色的LED 12借助电流值Iui或者Imi来控制，接下来前者经由发光材料转换装置27放射并且后者直接放射黄色的光通量Φ_Ρ或者蓝色的光通量Φ_。在步骤160a、160b中，光通量分别借助用于黄色的LARP光2的光学测量元件19a或者用于蓝色的LED光11的光学测量元件19b来测量。此外，测量元件19a、19b的温度分别借助于所属的NTC测量元件来测量(未示出)。所述模拟的测量值在步骤170中借助于ADC转换器分别转换为相应的数字数值。在步骤180a、180b中，数字化的测量值ADC_cl\AKP和ADC_0\ed根据温度测量值、S卩NTC_测量元件_1^1^或者NTC_测量元件_1^0来温度补偿。在步骤190a、190b中，根据这些已经过温度补偿的值借助于所属的校准系数来计算实际的相应的光通量Φ^—$际或①咖―实际。在步骤200中，根据实际值Φ.—实际、ΦLED—实际和所属的出自步骤110的理论值0LMP或ClED之间的差来计算出调整偏差△ 0LMP或△ 0LED。相应的光通量的调整偏差在步骤210中换算为DAC偏差ADACui* ΛDAC_，并且最终在步骤220中换算为新的、用于驱动器26a、26b的DAC调节变量DAC111或DACmi,这就是说过程跳回到步骤140并且调整回路是闭环的。
[0065]本发明提出一种具有至少两个光源的照明装置，所述光源的光具有不同的光谱并且聚集成有用光。为了测量各个光源的光的份额，将有用光的一部分、即测量光借助于耦合输出元件在照明装置的输出端处分支并且输送给测量装置。
【权利要求】
1.一种照明装置(1)，包括: a.至少一个第一光源(7至10)和第二光源(12)，其中所述第一光源(7至10)设计成用于发射具有第一光谱的光(2)，并且其中所述第二光源(12)设计成用于发射具有第二光谱的光(11)， b.光学装置(5)，所述光学装置用于将具有所述第一光谱的光(2)与具有所述第二光谱的光(11)聚集到共同的有用光路径上以成为有用光， c.光学的耦合输出元件(18)，所述耦合输出元件设置在共同的所述有用光路径中，并且所述耦合输出元件设计成用于将所述有用光的一部分从共同的所述有用光路径耦合输出到测量光路径上以用作为测量光， d.测量装置(19，20)，所述测量装置设置在所述测量路径中并且设计成用于测量所述测量光。
2.根据权利要求1所述的照明装置(1)，其中所述测量装置(19，20)设计成用于测量具有所述第一光谱的光(2)和具有所述第二光谱的光(11)并且包括至少一个测量元件(19)。
3.根据权利要求2所述的照明装置(I)，其中所述测量装置(19，20)包括用于所述测量光的光学混合室(20)，在所述光学混合室中设置有至少一个所述测量元件。
4.根据权利要求3所述的照明装置(1)，其中所述光学混合室(20)的内表面以乌布利希球的类型构造成是进行漫反射的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的照明装置(I)，其中所述耦合输出元件(18)包括玻璃板或者镜并且将所述有用光的测量光份额反射到所述测量装置(19，20)上。
6.根据上述权利要求中任一项所述的照明装置(I)，其中所述光学装置(5)包括二向色镜，所述二向色镜设计成用于:将一个所述光源(12)的光(11)反射到共同的所述有用光路径上并且将另一个所述光源(7至10)的光(2)透射到共同的所述有用光路径上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的照明装置(I)，其中所述光源中的至少一个包括至少一个发光二极管(12)或者激光二极管(8)。
8.根据权利要求7所述的照明装置(I)，其中所述光源(7至10)中的至少一个附加地包括至少一种发光材料(9)，所述发光材料设计成用于:将至少一个发光二极管或者激光二极管(8)的初级光(3)波长转换为次级光。
9.根据上述权利要求中任一项所述的照明装置(I)，所述照明装置具有控制装置(25，26a，26b)，所述控制装置一方面与所述测量装置(19，20)连接并且另一方面与所述第一光源(7至10)和所述第二光源(12)连接。
10.根据权利要求9所述的照明装置(I)，其中所述控制装置(25，26a，26b)包括色彩管理系统(25)，所述色彩管理系统设计成用于:根据聚集的所述有用光的预设的光学理论值计算出各个所述光源(7至10 ；12)的光通量的对此所需要的理论值，并且从中计算各个所述光源(7至10 ；12)的控制变量的对此所需要的理论值。
11.一种用于运行根据权利要求10所述的照明装置(I)的方法，所述方法包括下述方法步骤: 在初始化或者变化阶段中: a)预设聚集的有用光的光学理论值， b)借助于控制装置的色彩管理系统(25)来确定各个光源(7至10；12)为实现在步骤a)中预设的光学理论值所分配的光通量， c)确定各个所述光源(7至10；12)的控制变量以实现在步骤b)中计算的所分配的光通量， 在调整阶段中: d)通过控制装置(25，26a，26b)将所述控制变量输出给各个所述光源(7至10;12)， e)借助于测量装置(19，20)来测量借助于光学的耦合输出元件(18)耦合输出的测量光的光学值， f)借助于所述色彩管理系统(25)根据在步骤e)中获得的所述测量光的测量值来确定聚集的所述有用光的光学实际值， g)如果聚集的所述有用光的在步骤f)中确定的光学实际值与所述有用光的在步骤a)中预设的理论值有偏差，那么确定用于各个所述光源(7至10 ；12)的新的控制变量，否则保留迄今的控制变量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中借助于所属的时钟信号交替地以时钟控制的方式运行各个所述光源(7至10 ; 12)，并且借助于唯一的测量元件(19)将各个所述光源(7至10 ；12)的光(2 ;11)的份额的测量值相对应地与相应的所述时钟信号关联并且确定这些测量值。
【文档编号】G03B21/14GK104514988SQ201410525705
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2013年10月1日
【发明者】格奥尔格·福斯特, 斯特凡·哈德拉特 申请人:欧司朗股份有限公司