TWI441565B - 照明系統及其操作方法 - Google Patents

Description

照明系統及其操作方法

本發明涉及一種照明系統，包括：第一光源，其用來產生第一彩色之光信號；以及至少一第二光源，其用來產生第二彩色之光信號，其中各光源可受到控制以產生一可預設的彩色序列。本發明亦涉及此種照明系統的操作方法。

在例如圖像投影系統之類的照明系統中，使用一種數位光處理(DLP,Digital Light Processing)晶片來產生圖像序列已為人所知。然而，此種DLP晶片只能產生灰度圖像。為了可顯示彩色圖像，則圖像投影系統所使用的光源須以較快的序列來產生不同彩色的光。若以高強度放電(HID,High Intensity Discharge)燈作為光源且用來產生白光，則須使用一種所謂色輪來產生不同彩色的光。此種色輪由多個透光的彩色濾波器所構成，其藉由色輪之旋轉而產生所期望的彩色序列。此處，所謂彩色序列是指顯示在一投影面上的彩色再生性或彩色序列之時間上及/或位置上的變化。例如，圖像投影系統中彩色序列可顯示在顯示器上，顯示器包括液晶顯示器(LCD)或DLP顯示器。然而，此種彩色序列的顯示亦可在另一投影面上或另一顯示器上進行。

發光二極體用來產生各別的彩色之光信號，為了亦能以發光二極體來獲得上述之彩色序列，則各發光二極體須依序地接通和斷開。於此，每一發光二極體都藉由一特定的各別之控制單元來操作。習知的進行方式和造型較昂貴且不能在全部情況下充份地顯示所期望的彩色序列。

本發明的目的是提供一種照明系統及其操作方法，藉此可使彩色序列的顯示獲得改良。

上述目的藉由具有申請專利範圍第1項特徵的照明系統和一種具有申請專利範圍第15項特徵的方法來達成。

本發明的照明系統包括：第一光源，其用來產生第一彩色的光信號；以及至少一第二光源，其用來產生第二彩色的光信號。各光源可受到控制以產生一可預設的彩色序列。本發明的主要構想在於，此照明系統的光源，特別是全部的光源，可藉由一種共用的唯一控制單元來操作，且能以產生一可預設的彩色序列(特別是依據所需的順序)時所需的方式來控制一控制單元。因此，可設計一種照明系統，其就產生一種所期望的彩色序列而言能以較少的耗費來對多個光源達成最佳化的控制。此照明系統能以較緊密且成本有利的方式來製成，其方式是使全部的光源都可藉由一種共用的控制單元來各別地進行控制，所產生的光強度之時間曲線上的準確性以及圖像品質亦可獲得改良，且可精確地產生複雜的彩色序列。

各光源較佳地並聯且經由一種能量供應用的第一電路節點而與能量供應單元(特別是電流源)導電性地相連接。此電流源較佳是用來製備至少一種主要成份是直流的電流或用來製備一種直流電流。

上述照明系統較佳地亦包括一調整單元以對該能量供應單元進行調整，該能量供應單元與該控制單元相連接。該控制單元較佳是用來對該能量供應單元(特別是電流源)預設一種額定－能量輸出值且用來預設一種使該能量供應單元接通或斷開用的切換頻率。此二種預設參數可傳送至該調整單元。若該能量供應單元以電流源來形成，則其較佳是設計成低設定器或未具備濾波電容器之反極性(Buck)轉換器。因此，在一彩色序列中可快速地由一各別的彩色切換至下一個彩色。

因此，一濾波電容器可並聯至該能量供應單元之輸出端，使該能量供應單元之輸出端上的高頻電壓變動被衰減。此種措施可抑制無線電干擾。然而，該濾波電容器會使該能量供應單元所提供的電流的快速切換受到妨礙。而且，該照明系統使用在上述之圖像投影系統中時，通常需要一種對比(contrast)足夠的彩色序列。研究結果已顯示：以下的規則適合用來設定該濾波電容器之尺寸。

首先，當該照明系統產生一種已設定為該照明系統之最大的光強度時，藉由該能量供應單元所提供的電流來定義一種最大電流Imax。藉由此一最大電流Imax來決定該濾波電容器所需的上限值。該濾波電容器以微法拉來測定的電容值必須小於以安培來測定的該最大電流之值。

該照明系統之光源較佳地分別連接在互相並聯的信號路中，其中至少一光源是在相對應的信號路徑中與一開關相串聯，且此開關可藉由該控制單元來控制成斷開或閉合。此照明系統有N個光源時，亦可設計成N－1個光源分別在一相對應的信號路徑中與所屬的開關相串聯。各光源中只有一個光源未與一開關相串聯。在此種形式中，未與一開關相串聯的光源較此照明系統之其它光源具有更大的前向電壓。在只有N－1個光源分別與一開關相串聯時，該未與一開關相串聯的光源較佳地具有最高的操作電壓。藉由此種形式，則能以構件較少的方式來對各光源進行可靠的操作，且只需一控制單元和一構造較簡易的開關(特別是半導體開關)。這樣可使整個系統成本較有利且可使空間最佳化。

較佳地可依據各開關的狀態來預設各別光源之操作狀態。

各開關較佳地與第二電路節點相連接。該照明系統或電路配置包括多個作為負載之光源時，則各光源都可與一共用的第一電路節點相連接，經由第一電路節點可提供一種能量，特別是提供一種電流，此時相串聯的各開關亦可與第二電路節點相連接。經由第二電路節點可使能量(特別是電流)向後導引至能量供應單元(特別是電流源)。各別的開關(其特別是在經由電流源而供應能量時可稱為電流閥)可藉由該控制單元來斷開或閉合，以進行一種可靠而無錯誤的開關動作，儘管此時每一各別的電流閥或每一各別的開關經由各別所屬的負載或各別所屬的光源而與該能量供應單元或電流源相串聯。

上述二個電路節點之間較佳是連接著該可控制的開關用之至少一個電容器或一個卸載電容器。此種電容器亦可並聯至每一個開關。較佳是使全部的連接節點經由上述電容器構成的對稱網路或不對稱網路而連接在光源和所屬的開關之間。

除了較短的整流期間之外，較佳地經常使至少一上述之電流閥或一開關導電性地連接著且因此使電路閉合。

在上述整流期間較佳地藉由該能量供應單元(特別是電流源)之較小的輸出電流，使連接在一方塊中操作的全部開關上的電壓小於開關的臨界(critical)值。該輸出電流較佳是可藉由調整單元來調整，其中此調整單元可有利地支配一種干擾變數補償電路。

該共用的能量供應單元上的功率需求可在各光源之各別的操作狀態之間變化，各光源的操作狀態可依據即將產生的彩色序列之狀況而變化。

在同時操作多個光源時，該調整單元(特別是電流源)可對該能量供應單元進行調整，以使該能量供應單元準確地發出全部光源所需的功率。在短的整流期間該調整單元可預期地調整至隨後的操作狀態中所期望的功率需求，使整個系統的振盪時間縮短。同樣，亦可形成該調整單元，使其直接在整流期間之後藉由動態之額定值調整來使該系統之振盪幅度變小。

較佳地以發光二極體來形成至少一光源。此照明系統之全部之光源較佳地都以發光二極體來形成，其中每一發光二極體是用來產生一各別彩色之光信號。至少二個發光二極體亦可串聯在一個信號路徑中，且此二個發光二極體用來產生一種彩色之光信號。於是可形成一串發光二極體，其中每一串發出單一彩色光。

發光二極體的輻射強度亦可設為該調整單元的輸入值。

較佳地以圖像投影系統來形成該照明系統，此時須配置多個光源，使其可對一圖像顯示裝置(特別是顯示器)進行照明。

在本發明之具有第一光源和至少一第二光源之照明系統的操作方法中，各光源適當地受到控制以產生一可預設的彩色序列。本發明的主要構想是，各光源藉由一共用的控制單元來操作且藉由此一控制單元而將各光源控制成產生該可預設的彩色序列時所需的順序。本發明的方法可耗費較少地且亦可準確地產生很複雜的彩色序列。

本發明的照明系統之有利的形式亦可視為本發明的方法之有利的形式。

本發明的二個實施例以下將依據圖式來詳述。

第1圖是本發明的照明系統之電路配置，其形成圖像投影系統I。此圖像投影系統I包括：一電流源1，其具有一電壓源11和二極體12；一分流器13；以及一電感器14。此外，電流源1包括一開關15。此圖像投影系統I之電路配置包括一第一電路節點2和一第二電路節點3。此外，此圖像投影系統I包括一圖像顯示裝置(未顯示)，其可由多個光源來照明以顯示一彩色序列。

於此，該照明系統或圖像投影系統I具有多個並聯的光源41，51和61。這些形成負載的光源41，51，61以發光二極體來構成，其中該光源41用來產生綠色的光信號，第二光源51用來產生紅色之光信號且第三光源61用來產生藍色的光信號。

如第1圖所示，第一光源41連接在信號路徑4中，此信號路徑4中一開關42是與光源41串聯著。第二光源51連接在一並聯的信號路徑5中，其中第二光源51是與第二開關52串聯。同樣，第三信號路徑6中第三光源61是與一開關62串聯。此三個信號路徑4，5，6互相並聯，其中各光源41，51，61是與第一電路節點2相連接，以藉由電流源1來供應能量。

上述三個開關42，52，62是與第二電路節點3相連接以使電流回流至電流源1。

此外，所示的電路配置或圖像投影系統I包括一控制單元7，其用來控制全部共三個開關42，52和62且因此亦用來控制各光源41，51和61之操作狀態。各開關42，52和62藉由該控制單元7來斷開或閉合，以便依據情況來操作各光源41，51和61以產生可預設的彩色序列。於此，一共用的控制單元7經由各別的信號連接件71，72，73而與各別的開關42，52和62相接觸。

如第1圖所示，形成另一信號連接件74，其是一種使微處理器或該控制單元7同步於該圖像投影系統I之其它組件時所需的介面。

就依據情況以藉由電流源1來提供所需的能量而言，該圖像投影系統I亦包括一調整單元8，其在電性上與該控制單元7相連接，其中一額定預設值以及一種切換頻率之預設值可由該控制單元7以經由信號連接件75而傳送至該調整單元8。依據這些可預設的參數，該調整單元8可經由一信號連接件82來對該電流源1之開關15進行調整。此外，可經由一信號連接件81來測量電流，此電流值可用作該調整單元8之資訊。依據上述的預設值和資訊，則可依據情況藉由該調整單元8來對該電流源1所提供的能量進行調整，且可確保各光源41，51和61所需的各別之能量值，特別是可確保在各種情況下所需之各別的電流供應值。

依據瞬間所需的光強度和光成份，則各光源41，51和61中至少一光源可進行操作，此時藉由該共用的控制單元7使相對應的開關42，52和62斷開或閉合。因此，可藉由該圖像投影系統I以耗費少且構件數目下降的方式來顯示各種儘可能不同的彩色序列。操作各光源41，51，61時所需的順序可藉由唯一的操作裝置或藉由唯一的控制單元7來進行設定。

第2圖顯示一照明系統的電路配置，藉此可同時操作二個或更多個光源41，51和61，其具有可自由選擇的有效電流。第1圖的電路配置未具備此種可能性。

與第1圖不同的是，每一光源41，51和61之能量供應單元1分別具有一抗流圈414，514，614。每一光源41，51，61各別地經由一特定的輸出節點402，502，602而與各別的抗流圈414，514，614相連接。如第1圖所示，該能量供應單元1具有一輸入端11，其上可相對於一參考電位而接通一電壓源。在各輸出節點402，502，602和輸入端11之間分別連接著一個自發(free running)二極體412，512，612。

藉由該控制單元7，則可藉由一種PWM信號來控制各開關42，52，62。可對應於各別之PWM信號之任務周期比來對各別光源41，51，61之有效電流進行調整。該調整單元8可藉由該開關15來設定該可能的最大電流。

各開關42，52，62之切換過程可有利地與該開關15之切換過程同步。若各開關42，52，62只有在該開關斷開時才斷開，則流經各自發二極體412，512，612之去磁電流須對抗該輸入端11上的輸入電壓而運作。因此，各抗流圈414，514，614可更快速地去磁且各光源41，51，61可更快速地斷開。

I‧‧‧圖像投影系統

1‧‧‧能量供應單元

2,3‧‧‧電路節點

4,5,6‧‧‧信號路徑

7‧‧‧控制單元

8．．．調整單元

11．．．電壓源

12．．．二極體

13．．．分流器

14．．．電感器

15．．．開關

41,51,61．．．光源

42,52,62．．．開關

71~75．．．信號連接件

81,82．．．號連接件

402,502,602．．．輸出節點

412,512,612．．．自發二極體

414,514,614．．．抗流圈

第1圖 本發明的照明系統之電路配置。

第2圖 另一照明系統的電路配置。

I．．．圖像投影系統

1．．．能量供應單元

2,3．．．電路節點

4,5,6．．．信號路徑

7．．．控制單元

8．．．調整單元

11．．．電壓源

12．．．二極體

13．．．分流器

14．．．電感器

15．．．開關

41,51,61．．．光源

42,52,62．．．開關

71~75,81,82．．．信號連接件

Claims (9)

1. 一種照明系統，包括：第一光源(41，51，61)，其用來產生第一彩色的光信號；以及至少一第二光源(41，51，61)，其用來產生第二彩色的光信號，各光源(41，51，61)可受到控制以產生各別彩色之一可預設的彩色序列，而且各光源(41,51,61)可另外藉由一共用的控制單元(7)來操作且可藉此控制單元(7)而控制成產生該可預設的彩色序列時所需的順序，此外，各光源(41，51，61)相並聯且經由第一電路節點(2)而在電性上與能量供應單元(1)(特別是電流源)相連接以供應能量，一調整單元(8)用來調整該能量供應單元(1)，其經由信號導線(75)而與該控制單元(7)相連接，須形成該控制單元(7)，使其經由該調整單元(8)而預設該能量供應單元(1)之額定能量輸出值且依據彩色序列中的各別的彩色來預設，照明系統包括N個光源(41，51，61)，其中至少N-1個光源(41，51，61)分別在信號路徑(4，5，6)中與開關(42，52，62)串聯，且各開關(42，52，62)藉由該控制單元(7)來控制照明系統，其中，---該能量供應單元(1)是一種低設定器或反極性轉換器，---對每一光源(41，51，61)而言，該能量供應單元(1)分別具有一抗流圈(414，514，614)，---每一光源(41，51，61)分別經由一輸出節點(402，502， 602)而與各別的抗流圈(414，514，614)相連接，---該能量供應單元(1)具有一輸入端(11)，其上可相對於一參考電位而接通一電壓源，---在輸出節點(402，502，602)和該輸入端(11)之間分別連接一種自發二極體(412，512，612)。
2. 如申請專利範圍第1項之照明系統，其中該控制單元(7)用來預設該調整單元(8)上的該能量供應單元(1)之切換頻率。
3. 如申請專利範圍第1項之照明系統，其中各開關(42，52，62)是與第二電路節點(3)相連接且在第一和第二電路節點(2，3)之間連接一濾波電容器。
4. 如申請專利範圍第3項之照明系統，其中當全部之開關(42，52，62)都已閉合且該照明系統產生一種已為該照明系統所設定的最大之光強度時，則最大電流Imax是藉由該能量供應單元(1)所輸出的電流來定義，其中該濾波電容器以微法拉所測得之電容值小於以安培所測得的最大電流之值。
5. 如申請專利範圍第1項之照明系統，其中該能量供應單元(1)是一種低設定器或一種不具備輸出濾波電容器之反極性轉換器。
6. 如申請專利範圍第1項之照明系統，其中位於各光源(41，51，61)和所屬的開關(42，52，62)之間的全部之連接節點藉由一種由電容器所構成的對稱或不對稱之網路而相連接。 而相連接。
7. 如申請專利範圍第1項之照明系統，其中二個或更多個光源(41，51，61)同時操作時可在同時操作的光源(41，51，61)中對可自由選取的有效電流進行調整，且藉由形成該控制單元(7)，使該控制單元(7)可藉由一種PWM信號來各別地控制各開關(42，52，62)。
8. 如申請專利範圍第1項之照明系統，其中至少一光源是以發光二極體(41，51，61)來形成。
9. 如申請專利範圍第1項之照明系統，其為形成圖像投影系統。