专利名称：具有发光输出线性变化功能的光控制方法
技术领域：
本发明是关于一种光控制方法，特别是关于一种具有发光输出线性变化功能的光控制方法，以在暖机期间提供实质均勻的光输出。
背景技术：
在现有的光输出系统中，许多导致发光装置低于所需效能的缺点已被知悉。这些缺点包含，但未局限于，在LED发光模块之间的电压变化，以致于产生非均勻的光输出。这些电压变化可能是由于发光装置中LED灯的制造缺乏一致性所造成的。现有的光控制系统的另一缺点为光电路无法补偿LED顺向电压上温度变化的效应，例如由温度增加所引起的驱动电压所需的改变。就此而言，现有的光控制系统并未涵盖发光装置的所有操作温度范围去补偿如一输出驱动器所视的固有的顺向电压变化。此外，如本领域技术人员所知悉，一 LED的光输出反比于其接点温度。因此，当LED为第一次启动时(如冷启动)，接点温度较低而光输出较高。当在暖机期间接点温度增加时(暖机期间通常持续30分钟)，LED的光输出将减少直至其达到稳态情况。一旦达到稳态情况时，LED接点操作温度大致上将维持恒定，因此在持续使用的期间，光输出大致上将维持均勻。在暖机期间，LED光输出的衰减可高达约20%。因此，LED在暖机期间的光输出并非大致均勻，而稳态下的LED光输出可明显低于所预期的稳态的光输出。在冷启动下的LED光输出亦可能超过光输出的上限。上述的缺点对于需要稳定的光输出或照度的手术用光源而言相当不利。本发明用以解决这些以及其它缺点，以提供一改良的光控制方法给一发光装置。
发明内容
本发明提供一种在一 LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，该方法包含(a)对应一光强度水平提取一预存的设定点工作周期；(b)在与上述设定点工作周期减掉一预存的工作周期微调值相等的一操作工作周期下的一第一时段中操作上述LED光源；(c)将一工作周期倾斜设定为等于一预存的工作周期步骤值；(d)在与上述设定点工作周期减掉上述工作周期微调值并加上上述工作周期倾斜值相等的一时段下操作上述LED光源；及判定(1) 一上倾时间是否结束、(2)操作工作周期是否等于设定点工作周期、或(3)一新的光强度水平是否已被选择，当(1)、O)、或(3)的任一情况发生时，停止上述LED暖机模式，当(1)、O)、或(3)均未发生时，则将上述工作周期步骤值增加于上述工作周期倾斜值，并回到步骤(d)。依据本发明的另一方面，更提供一种在一 LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，上述方法包含(a)建立一光强度水平；(b)对应上述光强度水平提取一预存的设定点工作周期；(c)提取一预存的工作周期微调值；(d)在相等于上述设定点工作周期减掉上述工作周期微调值的一操作工作周期的一第一时段下操作上述LED光源；(e)提取一预存的上倾时间；(f)提取一预存的工作周期步骤值；(g)将一工作周期倾斜值设定为等于上述预存的工作周期步骤值；(h)在相等于上述设定点工作周期减掉上述工作周期微调值并加上上述工作周期倾斜值的一操作工作周期的一时段下操作上述LED光源；(i)判定一预定的状况是否已被满足；(j)若上述预定的状况已被满足，则将上述工作周期步骤值增加于上述工作周期倾斜值并回到步骤(h)；及(k)若上述预定的状况并未被满足，则停止上述暖机模式。本发明的一优点在于本光控制方法可在LED暖机期间的LED光输出中提供更好的均勻度。本发明的另一优点在于本光控制方法可避免LED的光输出超过一上限值。上述及其它优点将可由下列实施方式及相关附图与权利要求中进一步知悉。
图1为依据本发明一实施方式所示的用于发光装置的光控制系统的一整体功能框图。图2为依据本发明一实施方式所示的一驱动输出电路的一示意图。图3为依据本发明一实施方式所示的包含一温度补偿电路的一第一 LED模块的示意图。图4为依据本发明一实施方式所示的包含一微调电路的一第二 LED模块的示意图。图5A及5B为依据本发明的一实施方式所示的用于暖机期间的一光控制方法的流程图。主要元件符号说明20主要控制器22 总线M同步线26 线路30驱动电路32驱动控制器34驱动输出50LED 模块80LED 模块42比较器43 线路44电压调节器45 二极管46设定点电位计47 电阻48场效晶体管49 线路
50LED模块
52LED
60温度补偿电路
62测温电阻器
64电阻网络
70温度感测电路
72温度传感器
80LED模块
82LED
90微调电路
92数位电位计
94电压调节器
96放大器
105-185 步骤。
具体实施例方式请参阅下列实施方式及附图，其中以下列举的实施方式仅用以阐释本发明的实施例，而非限制本发明。图1为依据本发明的一实施方式所述的用于发光装置的光控制系统10的功能框图，其中发光装置可例如为一手术用光源。光控制系统10大致上包含一主要控制器20、一驱动电路30、一或多个第一 LED模块50 (模块A)、一或多个第二 LED模块80 (模块B)，其中驱动电路30包含至少一驱动控制器32及至少一驱动输出34。于图所示的实施方式中，主要控制器20及驱动电路30位于第一印刷电路板PCB1。每一第一 LED模块50及第二 LED模块80分别位于第二印刷电路板PCB2及第三印刷电路板PCB3。印刷电路板PCB1、PCB2及PCB3可共同配置于发光装置的外壳(未示于图中)中。应可知悉，于另一实施方式中，第一 LED模块50及第二 LED模块80中分别位于印刷电路板PCB2及PCB3的元件可共同配置于一独立的机板上(如印刷电路板)。于图所示的实施方式中，主要控制器20为一微控制器。举例而言，主要控制器20可为以ARM为基底且具有各种单芯片周边的处理器，其可包含，但不局限于，用于储存程序的内部闪存、用于储存数据的随机存取内存、通用异步收发器(UART)、定时器/计数器、总线接口、串行接口、SPI接口、可编程监视定时器、可编程I/O线、A/D转换器及脉宽调变(PWM)输出。主要控制器20传送指令至驱动控制器32并读取来自于每一驱动控制器32的状态信息。应可理解，主要控制器20亦可与其它未示于图1中的电子装置通信，其包含，但未局限于，使用者接口(例如具有按键的前平板显示器、控制开关或按钮)、通信接口、视频输入连接器、照相模块。使用者接口允许一使用者开启/关闭发光装置且选择发光装置的强度，其亦可允许使用者开启/关闭设置于发光系统中的其它配件。主要控制器20通过一总线22与驱动控制器32通信。于图所示的实施方式中，总线22为一串行总线(如I2C)。主要控制器20亦通过一同步线M提供一恒定的时钟信号给驱动控制器32，其细节将于下文中进一步介绍。
于图所示的实施方式中，驱动控制器32为一微控制器。举例而言，每一驱动控制器32可为具有各种单芯片周边的ARM微控制器，其包含，但未局限于，用于储存程序的内部闪存、用于储存数据的随机存取内存、定时器/计数器、串行接口、A/D转换器、可编程监视定时器、可编程I/O线。于图所示的实施方式中，每一驱动控制器32具有一独特的识别码， 其允许主要控制器20单独地存取每一驱动控制器32。请参阅图2，每一驱动输出；34的电路大体上包含一比较器42(如National Semiconductor的LMV723Q、一电压调节器44、一二极管45、一设定点电位计 46 (potentiometer, POT)、一功率场效晶体管48 (power FET)、及一反馈电阻47。驱动输出 34在一固定频率所驱动(或致能)，换言之，固定频率可致能由线路43所提供的信号。于图所示的实施方式中，驱动输出34与具有300Hz的固定频率的致能信号(enable signal) 所驱动。当被启动时，电压调节器44提供一准确的固定输出电压(如5伏特)。电压调节器44的输出电压(Vom)电性连接于功率场效晶体管48。功率场效晶体管48用以处理第一 LED模块50及第二 LED模块80所需的电流。感测电阻47提供电流侦测功能。设定点电位计46用以调整电压调节器44的输出电压，直到关于反馈电阻47的感测电流在一目标电流范围内。比较器42可监控驱动输出34的输出电压。就此方面，比较器42可通过线路49 接收一参考电压(Vkef)以作为一第一输入，并接收一感测电压(Vs)以作为一第二输入。比较器42可比较参考电压与感测电压，以决定关于感测电压的感测电流是否超过一门限值 (如大约1. 26安培)。倘若超过门限值，则由比较器42输出一信号以使电压调节器44失效(disable)，进而关闭电压调节器44的输出电压(Vqut)。驱动控制器32亦可在特定条件下使电压调节器44失效，例如在侦测断路或短路错误时。图3及图4分别绘示第一 LED模块50 (模块A)与第二 LED模块80 (模块B)的示意图。第一 LED模块50与第二 LED模块80均为LED光源。于图所示的实施方式中，第一 LED模块50与第二 LED模块80通过一连接于第一 LED模块50的连接器J2及第二 LED模块80的连接器J4的间的电线束总成(wire harness assembly)以串联的方式电性耦合。 据此，每对串联的LED模块50及80可共同提供一套6个串联的LED。第一对串联的LED模块50及80可与第二对串联的LED模块50及80并联。第一及第二对串联的LED模块50 及80由单一驱动输出34(例如驱动输出信道)所驱动。每个第一 LED模块50通过电线束总成(未示于图中)电性连接至一驱动输出34，其中上述芯电缆总成连接于连接器J1。于图所示的实施方式中，两对LED模块50及80电性连接至驱动输出A，而两对LED模块50及 80电性连接至驱动输出B。请参阅图3，第一 LED模块50包含多个LED52、一温度补偿电路60及一选择性远程温度感测电路70。于图所示的实施方式中，第一 LED模块50包含三个串联的LED52(例如高亮度LED)。温度补偿电路60可补偿因温度升高导致驱动LED所需前向电压的变化。 当LED温度升高时，为了维持一致的驱动电流以供LED，前向电压必会降低。温度补偿电路 60包含一场效晶体管(FET)Q2、一测温电阻器(thermistor)62、及包含电阻Rl与R2的一电阻网络64。电力可经由连接器Jl提供给温度补偿电路60。测温电阻器62为一可感测温度的阻抗装置。场效晶体管Q2可通过开启更多(或更少)来平衡(或均衡)电阻网络
664，以调节电流。远程温度感测电路70包含一温度传感器72 (如来自于模拟装置的TMP35低电压温度传感器)以提供主要控制器20，其具有温度数据以在印刷电路板PCB2附近监控温度。温度传感器72提供一电压输出，其为正比于感测的温度。温度感测电路70经由连接器J3电性连接至主要控制器20及线路26。主要控制器20接收温度感测电路70的输出。主要控制器20可由印刷电路板PCB2读取温度传感器的输入值。于图所示的实施方式中，仅有在LED模块50上的两个温度感测电路70被选择或连接至主要控制器20。请参阅图4，LED模块80包含多个LED 82及一微调电路(trimming circuit) 90。于图所示的实施方式中，LED模块80包含三个串联的LED 82。(如高亮度LED)微调电路90补偿LED之间的前向电压差异，其由LED的制造的不一致性所造成。就此方面，微调电路90可平衡串联的LED 52、82两端的电压差异，以确保适当的电压被施加于串联的LED 52、及82两端，进而设定所需的前向电流值并使所有LED模块50、80相同(亦即，均勻地发光)。微调电路90包含一由放大器(比较器)96(例如来自于模拟装置的AD8220LEFT输入仪表放大器)所控制的可调整式场效晶体管Q1，其可提供一手段以让成对的LED模块50及80可被校准(亦即“微调”)至一固定的电压降，此手段将如下文叙述。一数位电位计(POT) 92，如来自于Maxim htegrated产品的数字电位计，用以固定栅极电压至场效晶体管Q1。一微功率电压调节器94，如来自于Maxim htegrated产品的LM4040，用于电力放大器96及数字电位计92。电压调节器94提供5伏特给数字电位计92、放大器96及偏压电路(未示于图中)。电压调节器94的输入使用一阻断二极管Dl及两电容(未示于图中)。二极管Dl与两电容的结合在脉冲之间提供一小电容性储存量，以在最小工作循环及正常操作频率(如在300Hz下为25% )下维持固定电压。当施加电压制LED52、及82时，电压调节器94会被持续供电。光控制系统10的操作将于下文中详细叙述。主要控制器20被编程以提供光控制器系统10的整体控制。在此方面，主要控制器20与驱动控制器32及其它系统元件，如使用者接口及视讯镜头，进行沟通。于图所示的实施方式中，主要控制器20输出30KHz的时钟信号，其包含固定时间的时钟脉冲。时钟信号经由同步线路M供应给每一驱动控制器32。时钟信号用以维持驱动控制器32之间的同步性，并提供依固定时间基准给每一驱动控制器32，其中上述的固定时间基准用以驱动各自的LED模块50、80。就此而言，时钟信号会在每一驱动控制器32中直接驱动两个内部定时器。每一驱动控制器32的第一内部定时器连接于一第一驱动输出34 (驱动输出A)，且每个驱动控制器32的第二内部定时器连接于一第二驱动输出34(驱动输出B)。内部定时器允许两驱动输出34(亦即，驱动输出A驱动输出B)提供驱动输出信号，每一驱动输出信号均不同相，从而避免当启动发光装置时电流消耗中的大幅扰动。依据本发明的一较佳实施方式，用于所有驱动控制器32的每一驱动输出34的相位均不同。因此，驱动控制器1的驱动输出A、驱动输出B、及驱动控制器2的驱动输出A、驱动输出B均提供互不同相的驱动输出信号。与驱动输出34相关联的驱动输出信号的固定频率较佳为300Hz。选择300Hz的频率是由于其为50Hz (PAL摄影机的扫瞄频率)及60Hz (NTSC摄影机的扫瞄频率)的倍数。当使用具有本发明的发光装置的一选择式摄影机时，若LED 52及82并非摄影机扫瞄频率的倍数，摄影机将在光线中侦测可注意到的闪光。为了 “启动(activate)” LED模块50及80 (亦即，开启LED52及82)，主要控制器 20传送多重指令至每一驱动控制器32。这些指令包含用于驱动输出34的驱动输出信号代表被选择的操作工作周期的指令(亦可参作为一“目标工作周期”)、用于每一驱动输出34 代表“相位偏移”的指令、及代表LED模块50、80启动的指令，其可作为一“开始”指令。操作工作周期由主要控制器20的数个时钟信号输出脉冲所显示。如下文所述，主要控制器20 的时钟信号的数个脉冲将为了驱动输出34所产生的每一驱动输出信号的周期建立“开启时间(On time)，，。操作工作周期为驱动输出信号的开启时间与用于驱动输出34的驱动输出信号的周期的比例。如上所述，每一驱动输出信号较佳具有300Hz的固定频率，因此具有3. 33毫秒的周期。于图所示的实施方式中，LED模块50及80在驱动输出信号的开启时间时是开启的(亦即，可发光)。每一驱动控制器32的内部定时器计算由主要控制器20所提供的时钟信号的预定的脉冲数量，以为每一驱动输出信号周期建立开启时间。据此，被计算的脉冲的预定数量与用于驱动输出信号的被选择的操作工作周期相符合。举例而言，在40%的被选择的操作工作周期下，会统计得到40个时钟信号的脉冲以为驱动输出信号的周期建立开启时间。此外，相位偏移以主要控制器20的时钟信号输出为单位来产生。开始指令指示驱动控制器32相关的LED模块50及80将被启动(亦即启动LED光)。驱动控制器32利用开始指令以初始化其各自的内部定时器并准备开始由主要控制器20产生时钟信号。为了告知驱动控制器32关闭相关的驱动输出34并停止其各自的内部定时器，主要控制器20亦可传送一 “停止(stop)，，指令至驱动控制器32。如上所述，主要控制器20的时钟信号驱动每一驱动控制器32内的两个内部定时器，进而在操作工作周期下经由驱动输出34的驱动输出信号以允许驱动控制器32控制相关的LED模块50及80。由主要控制器20所提供用于各种不同操作工作周期的数值是根据多个预定的、使用者可选择的LED强度水平所建立。关于每一强度水平的工作周期可为已储存在主要控制器20的内存中的查找表的数值。为利于阐明，而非限制本发明，于图所示的实施方式中可包含九个固定的强度水平，如表1所示表 权利要求
1.一种在一 LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，该方法包含(a)对应一光强度水平提取一预存的设定点工作周期；(b)在与该设定点工作周期减掉一预存的工作周期微调值相等的一操作工作周期下的一第一时段中操作该LED光源；(c)将一工作周期倾斜设定为等于一预存的工作周期步骤值；(d)在与该设定点工作周期减掉该工作周期微调值并加上该工作周期倾斜值相等的一时段下操作该LED光源；及判定(1) 一上倾时间是否结束、(2)操作工作周期是否等于设定点工作周期、或(3) — 新的光强度水平是否已被选择，当(1)、O)、或(3)的任一情况发生时，停止该LED暖机模式，当(1)“2)、或(3)均未发生时，则将该工作周期步骤值增加于该工作周期倾斜值，并回到步骤(d)。
2.如权利要求1所述的在一LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，其中在该第一时段结束后，判定一倾斜工作周期功能是否已被启动，其中若该倾斜工作周期功能尚未被启动，则停止该LED暖机模式。
3.如权利要求1所述的在一LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，其中该暖机模式仅开始于该LED光源的多个电子元件的周围温度低于一预定的设定点温度。
4.一种在一 LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，该方法包含(a)建立一光强度水平；(b)对应该光强度水平提取一预存的设定点工作周期；(c)提取一预存的工作周期微调值；(d)在相等于该设定点工作周期减掉该工作周期微调值的一操作工作周期的一第一时段下操作该LED光源；(e)提取一预存的上倾时间；(f)提取一预存的工作周期步骤值；(g)将一工作周期倾斜值设定为等于该预存的工作周期步骤值；(h)在相等于该设定点工作周期减掉该工作周期微调值并加上该工作周期倾斜值的一操作工作周期的一时段下操作该LED光源；(i)判定一预定的状况是否已被满足；(j)若该预定的状况已被满足，则将该工作周期步骤值增加于该工作周期倾斜值并回到步骤(h)；及(k)若该预定的状况并未被满足，则停止该暖机模式。
5.如权利要求4所述的在一LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，其中该预定的状况包含(1)该上倾时间是否结束、(2)该操作工作周期是否不等于该设定点工作周期、及C3) —新的光强度水平是否尚未被选择。
6.如权利要求4所述的在一LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，其中在该第一时段结束后，判定一倾斜工作周期功能是否已被启动，其中若该倾斜工作周期功能尚未被启动，则结束该LED暖机模式。
7.如权利要求4所述的在一LED暖机模式下控制一 LED光源的光控制方法，其中该暖机模式仅开始于该LED光源的多个电子元件的周围温度低于一预定的设定点温度。
全文摘要
本发明公开了一种用于在暖机期间维持实质上均匀的LED光源光输出的光控制方法。一倾斜工作周期功能在LED光源的暖机期间逐渐地增加一LED驱动输出的工作周期。
文档编号H05B37/02GK102388675SQ201080013448
公开日2012年3月21日 申请日期2010年3月19日 优先权日2009年3月25日
发明者大卫·A·海德, 席亚利·A·莱斯 申请人:美国消毒公司