用于检测由发光二极管光源发射的光功率的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及用于检测由LED光源发射的光功率的方法和装置。该LED光源例如可以结合汽车工业中的LED前灯、结合路灯照明、结合大厅照明、结合商场中的照明使用以及在期望从多个光源形成均匀的照明外观的任何地方使用。
背景技术
LED‑尤其是高功率LED‑在近年来经历了飞速发展。首先依据预定控制信号而引起的光输出已剧烈升高。白色LED在此期间变得非常成熟，使得白色LED在汽车工业中可以用作前大灯的光源。
对于汽车制造商来说，重要的是能够保证这些LED可以被更换，例如以替换出现故障的LED。在此，必须要考虑LED的开发一直都在进步，以至于未来的LED在控制电流较小的情况下就可以提供所需要的光功率，并且前灯的亮度在更换LED之前和之后应当一致。
已经公知，在一个前灯中多个LED被组合为一个或多个LED模块或LED阵列，以便能够提供所需要的光功率。未来的LED阵列很可能需要更少的LED来产生所需要的光功率。
此外，已经公知借助传感装置来检测由LED光源发射的光功率并且依据该传感装置的输出信号来增大用于该LED光源的控制电流，以便例如抵消LED光源因为老化而导致的功率下降。
DE10242864A1公开了一种用于汽车的自动前灯调节装置，具有至少一个前灯，该至少一个前灯具有至少一个光源。该调节装置与耦合到传感器的分析电路以及用于调节光源的多个光分配中的至少一个光分配的控制电路连接。该控制电路依据该分析电路的指令来调节该光源的光分配。至少一个传感器被构成为至少一个分配给所述前灯的发光二极管，以用于测量入射光的亮度。
DE10248238A1公开了一种尤其是为汽车设置的照明装置。该照明装置包含具有多个发光二极管的二极管装置以及散射片或类似装置，由该发光二极管装置发射的光部分地穿过该散射片并且部分地被反射回发光二极管装置。该发光二极管装置被分配给控制和/或分析单元。通过该控制和/或分析单元可以控制发光二极管装置的二极管，使得每个二极管交替地作为发光二极管和作为光电二极管运行。在此，在任何一个阶段分别有至少一个二极管作为发光二极管运行以及至少一个二极管作为光电二极管运行。每个作为光电二极管运行的二极管的输出信号都被输入该控制和/或分析单元。
DE10313246A1公开了一种汽车照明模块。该汽车照明模块具有单独的LED作为发光装置、用于支撑这些LED的基本体、用于检测在这些LED运行时的外部和/或内部影响和/或LED的由制造技术导致的特性、用于所检测的数据的数据存储器，以及用于依据所检测的影响和/或特性来控制和调节这些LED的电子装置。
DE102004038422B3公开了一种传感器装置、传感器装置的使用以及汽车光源。该传感器装置具有至少一个设置在传感器支座内部的发射单元，和至少一个被分配给该发射单元并设置在传感器本体内部的接收单元，以及设置在发射单元和接收单元之间的检测面。该发射单元和/或接收单元由内置有射线发射器和/或射线接收器的浇铸件构成。所述检测面通过发射单元的射出面和接收单元的射入面构成。
EP‑B1‑0910525公开了一种用于汽车的多功能光传感器，用于检测汽车的多种环境条件。该传感器的输出信号被用于控制汽车的装置，例如汽车的车窗、天窗、通风机或刮雨器。此外，该对比文献描述了雨量检测系统，其中使用LED光源。该LED光源由具有预定频率的周期控制信号控制。对该LED光源发射的光的分析是根据锁相(Lock In)方法使用相敏放大器来进行的。
由US 2007/058170 A1公知一种用于借助分光镜确定表面特征和产品特征的方法和系统，用于快速检测产品特征和/或所期望的分析物的存在或不存在以及该分析物的浓度。在此，同时利用不同波长的光脉冲序列照射感兴趣的目标表面。由目标表面反射的光由传感装置来分析。
由EP‑A‑1 635 617公知一种用于控制多个光发射器的驱动电流的方法和装置。在此使用检测由光发射器发射的光的光电传感器。此外，设置控制系统，该控制系统利用单独的调制序列来调制多个驱动电流中的数个驱动电流，将调制过的驱动电流应用到光发射器上，将光电传感器记录的光学测量的电流与单独的调制序列相关联，以便对于多个驱动电流中的每个都提取光学应答并且基于每个驱动电流与所属的光学应答的关系来调节每个驱动电流。单独的调制序列基于伪随机位序列。
【发明内容】
本发明的任务在于，提供用于检测由LED光源发射的光功率的改进方法和改进装置。
该任务通过具有权利要求1中给出的特征的方法和通过具有权利要求14中给出的特征的装置来解决。本发明的优选实施方式和扩展在从属权利要求中给出。
本发明的优点尤其在于，由于所要求保护的、具有不规则位序列的控制信号的二进制代码而提高了分析可靠性。此外，还使得可以采用这种控制信号在更短的时间内通过测量技术检测多个LED模块的光功率。此外，可以在更短的时间内通过测量技术检测多个不同前灯的光功率，其方法是向这些前灯施加不同的位模式或不同的二进制代码，或者按照一个前灯在其它前灯关闭时间内受到控制以及相反亦然的方式来同步控制这些前灯。
【附图说明】
借助附图通过示例性解释来给出本发明的其它优选特性。
图1示出根据本发明的第一实施例用于检测由LED光源发射的光功率的装置的结构框图，
图2示出用于解释在第一实施例中使用的控制信号的图表，
图3示出根据本发明的第二实施例用于检测由LED光源发射的光功率的装置的结构框图，
图4示出用于解释在第二实施例中使用的控制信号的图表，
图5示出根据本发明的第三实施例用于检测由LED光源发射的光功率的装置的结构框图，
图6示出根据本发明的第四实施例用于检测由LED光源发射的光功率的装置的结构框图。
【具体实施方式】
图1示出根据本发明的第一实施例用于检测由LED光源发射的光功率的装置的结构框图。
所示出的装置具有控制和调节单元3，该控制和调节单元3由微计算机形成。该微计算机在其输出端提供控制信号供LED光源1使用。LED光源1发射光。为了检测由LED光源1发射的光功率，设置传感装置2。该传感装置还检测由一个或多个环境光源4引起的光功率。传感装置2的输出信号被输入控制和调节单元3，在该控制和调节单元中经过分析并转换为用于LED光源1的控制信号。
作为控制信号采用相应于具有不规则位序列的二进制代码的信号，优选是相应于RC5代码的信号。这种代码总共具有要连续传输的14位。其中包括两个起始位、一个交替地采用1或0的转换位(Toggelbit)、指定LED光源的5个地址位、以及6个指令位。该代码在LED光源中被转换为光信号，该光信号的光功率取决于所述指令位。
控制和调节单元3根据锁相方法分析由传感装置2提供的测量信号。在该方法中，所述分析参照频率和相位来进行以与控制信号一致，使得从该传感装置2的输出信号中计算出所接收的光功率中来源于环境光源4的那部分。给出关于由LED光源1输出的光功率的信息的其余信号，将在控制和调节单元3中与一个或多个预定参考值进行比较，并转换为用于LED光源1的控制信号。通过该分析，可以将LED光源1的光功率调节为预定的值。
图2示出用于解释控制信号和分析由LED光源1发射的光信号的原理的图表。在此，在图2a中示出由控制和调节单元3输出的控制信号，该控制信号是具有不规则位序列的二进制代码。在图2b中示出由传感装置检测的测量信号，该测量信号基于由LED光源1发射的光和由环境光源4发射的光。图2c中给出取决于所述测量信号的幅度并在所述控制信号的接通状态期间检测的数值。图2d示出同样取决于该测量信号的幅度但是在该控制信号关闭状态期间检测的数值。在图2c的右端给出一个等于图2c的其它数值之和的数值。在图2d的右端给出一个等于图2d的其它数值之和的数值。如果将图2d右端的数值从图2c右端的数值中减去，则得到在图2e的右端给出的数值。通过该减法过程，由传感装置2检测到的光功率中基于环境光源4的部分被从传感装置2所总共检测到的光功率中计算出来。图2e给出的数值因此提供了关于由LED光源1所发射的光功率的期望信息。
上面描述的分析原理仅在所述控制信号的接通时间和关闭时间具有相同长度时才起作用。如果不是，则在所述减法之前对这些数值进行加权。
关于由LED光源1发射的光功率的信息将在控制和调节单元3中与预定的参考值进行比较并且转换为用于LED光源1的控制信号。通过该控制信号，保证LED光源1始终发射具有期望的预定光功率的光信号。通过该调节过程，还可以补偿由LED光源1发射的光功率由于老化引起的下降。此外，还可以通过与预定参考值的比较检测到LED光源1的故障。
具有不规则位序列的二进制代码被用作控制信号具有以下优点，即对于该控制信号的基频不存在限制。即使该控制信号的基频与应用地点常见的市电频率或该市电频率的谐波冲突，由于采用了具有不规则位序列的二进制代码，也能在控制和调节单元3中从传感装置2总共吸收的光功率中分离出来源于LED光源1的部分，并且提供与该部分相应的控制信号来用于LED光源1。此外，将具有不规则位序列的二进制代码用作控制信号还提供了在短时间内检测LED光源1的多个LED模块或LED阵列的光功率的可能。此外，将具有不规则位序列的二进制代码用作控制信号还提供了在短时间内检测多个不同前灯的光功率的可能。对此的实施例将借助其它附图解释。
图3示出根据本发明的第二实施例用于检测由LED光源1发射的光功率的装置的结构框图。该第二实施例与图1所示的第一实施例的不同之处在于，光源1具有多个LED模块或LED阵列。在图3所示的实施例中，LED光源1具有两个LED模块M1和M2。每个这种LED模块都包含预定数量的LED，例如6个LED或4个LED。LED模块M2的LED数量可以与LED模块M1的LED数量一致，但也可以不同。
为了测量由LED模块M1和M2以及由LED光源1总共发射的光功率，由控制和调节单元3分别用具有不规则位序列的二进制代码来控制LED模块M1和M2。
该控制在图4a和4b中示出。图4a示出用于LED模块M1的控制信号的示例。图4b示出用于LED模块M2的控制信号的示例。从图4a和4b可以看出，在用于LED模块M1的控制信号的接通时间段期间用于LED模块M2的控制信号处于关闭状态，反之亦然。此外还可以看出，还存在两个控制信号都在关闭状态的时间段。
由LED模块M1和M2发射的光信号由两个LED模块M1和M2共用的传感装置2来检测。该传感装置2还检测由环境光源4引起的光功率。传感装置2的输出信号将在控制和调节单元3中得到分析并且转换为用于LED模块M1和M2的控制信号，其中已经从图4a和4b中看出的LED模块被单独地先后控制。
由传感装置2检测的信号在图4c中示出，该信号还包括由环境光源4引起的光功率。该信号将在控制和调节单元3中根据锁相方法来分析。由于控制和调节单元3已知输入给LED模块M1和M2的控制信号的频率和相位，因此控制和调节单元3能够从所接收的信号中分离或计算出属于各LED模块的光功率。
这一情况在图4d至4h中示出。在图4d中，给出取决于所述测量信号的幅度并在用于LED模块M1的控制信号的接通状态期间检测的数值。图4e示出同样取决于该测量信号的幅度并在用于LED模块M2的控制信号的接通状态期间检测的数值。在图4f中，给出在两个控制信号都处于关闭状态的时间段中所检测的数值。在图4d的右端给出等于图4d的其它数值之和的数值。在图4e的右端给出等于图4e的其它数值之和的数值。在图4f的右端给出等于图4f的其它数值之和的数值。
如果将图4f右端的数值从图4d右端的数值中减去，则得到在图4g的右端给出的数值。如果将图4f右端的数值从图4e右端的数值中减去，则得到在图4h的右端给出的数值。通过该减法过程，由传感装置2检测到的光功率中基于环境光源4的部分被从所述传感装置总共检测到的光功率中计算出来。因此在图4g中给出的数值提供了关于由LED模块M1所发射的光功率的期望信息，在图4h中给出的数值提供了关于由LED模块M2所发射的光功率的期望信息。
上面描述的原理在此也仅在接通时间和关闭时间具有相同长度时才起作用。如果不是，则在所述减法之前对这些数值进行加权。此外，如果光源没有被100％接通，也需要进行加权。
图5示出根据本发明的第三实施例用于检测由LED光源发射的光功率的装置的结构框图。在该实施例中，设置两个LED光源1a和1b，分别向它们分配自己的传感装置2a和2b以及分别分配自己的控制和调节单元3a和3b。两个控制和调节单元3a和3b通过数据总线5、例如CAN总线或专用的总线相互连接，并且通过该数据总线交换信息。由于两个控制和调节单元3a和3b的连接，例如可以调节LED光源1a和1b的光功率，使得由这些LED光源输出的光功率一致。此外还可以通过数据总线5向外进行通信，例如与其它LED光源的控制和调节单元或与外部控制设备通信。
对图5所示的LED光源的控制与上述实施例一样也用相应于具有不规则位序列的二进制代码的控制信号进行。分别根据锁相方法分析由各传感装置提供的测量信号。
LED光源1a和1b例如是两个不同的前灯，它们用于对空间照明。
可以同时用具有不同基频的控制信号控制这两个前灯。通过这种同时控制，很快给出期望的测量结果，并且可以在很短的时间内采取让这两个前灯发射的光功率一致的调节措施。
替换的，这两个前灯还可以同步地在每一个前灯分别在另一个前灯关闭时间内受到控制的方式来受到控制。这种措施也使得可以快速调节这两个前灯的亮度差异。
此外还可以时间重叠地控制这两个前灯。由于该重叠，所述传感装置检测到重叠的信号。由于这对控制和调节单元来说是已知的，因此该控制和调节单元可以将来自不同源的部分分离开来。
图6示出根据本发明的第四实施例用于检测由LED光源发射的光功率的装置的结构框图。在该实施例中设置两个光源1a和1b，它们例如是左前方的汽车大灯和右前方的汽车大灯。左前方大灯1a具有LED模块M1、M2、M3、M4…，它们例如是近光灯、远光灯、日光灯和位置灯。右前方大灯1b具有LED模块M1’、M2’、M3’、M4’…，它们例如是近光灯、远光灯、日光灯和位置灯。
向左前方大灯的模块M1、M2、M3、M4分配共用的传感装置2a和共用的控制和调节单元3a。向右前方大灯的模块M1’、M2’、M3’、M4’分配共用的传感装置2b和共用的控制和调节单元3b。控制和调节单元3a和3b通过数据总线5相互连接。这例如使得可以交换数据，借助该数据这些数据控制和调节单元让由左前方大灯的近光灯模块发射的光功率与由右前方大灯的近光灯模块发射的光功率一致，依此类推。这也可以在一个近光灯模块必须被更换而新换上的近光灯模块包含在技术上进一步开发的、新型的发光二极管的情况下进行。
作为图5所示的实施例的替换，向分别是前灯的LED光源1a和1b各分配两个传感器，其中分配给LED光源1a的传感器将其输出信号提供给控制和调节单元3a，分配给LED光源1b的传感器将其输出信号提供给控制和调节单元3b。
数据总线5还可以在图6所示的实施例中与外部部件耦合，从而控制和调节单元3a和3b与外部部件交换数据。
由前灯1a和1b发射的光有利地还可以用于其它目的，例如用于自动打开对所使用的代码响应的车库门。
此外还存在通过数据总线5将与环境亮度相应的数据传送给外部光控制设备的可能。
借助上述实施例描述的方法使得可以有利地在检测由LED光源发射的光功率期间抑制或滤除脉冲形式的干扰。这尤其是通过使用具有不规则位序列的二进制代码作为用于该光源的控制信号结合在分析时使用锁相方法来实现的。此外，防止了测量信号的错误，这些错误是因为已知的自干扰源、例如在同一个前灯外壳中的其它光源引起。这种干扰可以被有针对性地消隐或补偿掉。此外可以有针对性地将公知干扰源的影响引入到所述分析中。
测量结果的质量可以通过以下方式确定，即重复地计算出平均值，并且检查新的测量结果与所计算的平均值相差多大。