專(zhuān)利名稱(chēng)：光譜匹配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)一所期望的光譜功率分布曲線產(chǎn)生光。使用多個(gè)不同的光源產(chǎn)生一光譜。一光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)量所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的光譜。所述光學(xué)測(cè)量裝置能夠探測(cè)所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的整個(gè)光譜內(nèi)的光。使用所測(cè)量光譜作為反饋來(lái)改變所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的光譜，以近似所期望的光譜功率分布曲線。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)是地球上一切生靈的主宰光源。其他目前可使用的光源包括火、白熾燈、熒光燈、固態(tài)發(fā)光裝置等。除太陽(yáng)外的其他光源通常稱(chēng)做人造光源。人們時(shí)常認(rèn)為，與太陽(yáng)光相比，人造光源存在這方面或那方面的缺陷。
對(duì)于諸多應(yīng)用而言，太陽(yáng)光是較佳的光源，其可能的原因是，例如，太陽(yáng)光能夠較好地顯現(xiàn)所關(guān)心物體的真實(shí)顏色，例如繪畫(huà)、織物、墨水、紙張、棉花等。另外，太陽(yáng)能有益健康。舉例而言，如果缺乏維他命D和患有黃疸病，建議多曬太陽(yáng)。此外，最近的醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)表明當(dāng)人體一般而言暴露于太陽(yáng)光且具體而言暴露于特定光色時(shí)，可加快人體康復(fù)速度。
然而，在諸多應(yīng)用中，特定的地點(diǎn)及/或時(shí)間使利用太陽(yáng)光作為光源變得不可行。因此，人們期望能夠得到一種其光組分接近太陽(yáng)光的人造光源。
人們已建議國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)標(biāo)準(zhǔn)施照體D65使用6500開(kāi)爾文(Kelvin)的色溫表示平均日光。CIE標(biāo)準(zhǔn)施照體D65的光譜功率分布非常寬廣，可從紫外光譜區(qū)到紅外光譜區(qū)，并以相對(duì)等同的量包括可見(jiàn)光譜的所有的波長(zhǎng)。
白熾燈的典型光譜功率分布主要處于紅和紅外光譜范圍內(nèi)。當(dāng)使用白熾燈作為人造光源來(lái)模擬太陽(yáng)光時(shí)，所合成的光具有一高演色指數(shù)(CRI)。然而，由于白熾燈的光譜功率分布在較低光波長(zhǎng)時(shí)偏低，因此，白熾燈無(wú)法很好地再現(xiàn)藍(lán)色。另外，白熾燈通常具有相對(duì)低的功率效率及不超過(guò)1000小時(shí)的短使用壽命。
熒光燈的典型光譜功率分布呈現(xiàn)與照明燈中所用磷的類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的銳窄尖峰。當(dāng)使用熒光燈作為一人造光源來(lái)模擬太陽(yáng)光時(shí)，通常使用紅、綠和藍(lán)磷。熒光燈在藍(lán)和綠區(qū)域內(nèi)具有中等偏高的CRI，但在黃和紅區(qū)域內(nèi)具有低CRI。典型的熒光燈具有不超過(guò)10,000小時(shí)的中等使用壽命。
雖然白熾燈和熒光燈合二者能夠產(chǎn)生不同色溫或光譜功率分布的光，但一單一白熾燈或熒光燈僅能夠產(chǎn)生具有一單一和固定光譜功率分布曲線的光源。
在一LED基光源系統(tǒng)中，可通過(guò)調(diào)整不同顏色的LED輸出的光量來(lái)獲得不同的SPD曲線。如果使用大量不同顏色的LED，LED光源可具有高CRI。另外，LED基光源系統(tǒng)通常具有比白熾燈或熒光燈長(zhǎng)得多的使用壽命。再者，LED基光源系統(tǒng)通常比白熾燈基系統(tǒng)具有更高的功率效率。
LED的光學(xué)性能可隨溫度、驅(qū)動(dòng)電流和老化而變化。對(duì)于相同的制作工藝，每批LED的特性也會(huì)有所不同。操作期間LED光學(xué)特性的漂移對(duì)于諸多應(yīng)用是不可接受的，因?yàn)槠茣?huì)影響顏色一致性。因此，需要?jiǎng)討B(tài)控制并維持顏色一致性。美國(guó)專(zhuān)利第6,344,641B1號(hào)、第6,448,551B1號(hào)和第6,507,159B2號(hào)提供了關(guān)于用于防止LED光系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生漂移的反饋系統(tǒng)的管理實(shí)例。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，可根據(jù)一所期望光譜功率分布曲線來(lái)產(chǎn)生光。使用多個(gè)不同光源產(chǎn)生一光譜。一光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)量由該等多個(gè)不同光源產(chǎn)生的光譜。光學(xué)測(cè)量裝置能夠探測(cè)該等不同光源所產(chǎn)生的整個(gè)光譜內(nèi)的光。使用所測(cè)得光譜作為反饋來(lái)改變?cè)摰榷鄠€(gè)不同光源所產(chǎn)生的光譜，從而模擬所期望的光譜功率分布曲線。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光源的簡(jiǎn)化方框圖。
圖2顯示一表示太陽(yáng)光的SPD曲線以及其他各表示圖1所示光源內(nèi)一彩色LED光輸出的單獨(dú)SPD曲線。
圖3顯示一表示太陽(yáng)光的SPD曲線以及一表示圖1所示光源的額外的SPD曲線。
圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光譜的簡(jiǎn)化方框圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光源測(cè)量裝置的簡(jiǎn)化方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為光源14的一簡(jiǎn)化方框圖。該光源包括一紅色LED21、一綠色LED22、一藍(lán)色LED23、一琥珀色LED24、一深藍(lán)色LED25和一深紅色LED26。一LED驅(qū)動(dòng)器13控制著正向電流幅值，并由此控制著紅色LED21、綠色LED22、藍(lán)色LED23、琥珀色LED24、深藍(lán)色LED25及深紅色LED26中每一個(gè)的亮度。或者，當(dāng)使用脈寬調(diào)制時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器13控制著信號(hào)負(fù)載循環(huán)，并由此控制著紅色LED21、綠色LED22、藍(lán)色LED23、琥珀色LED24、深藍(lán)色LED25及深紅色LED26中每一個(gè)的亮度。
一光學(xué)測(cè)量裝置27測(cè)量由紅色LED21、綠色LED22、藍(lán)色LED23、琥珀色LED24、深藍(lán)色LED25和深紅色LED26產(chǎn)生的光譜。光學(xué)測(cè)量裝置27向一反饋控制器12提供對(duì)紅色LED21、綠色LED22、藍(lán)色LED23、琥珀色LED24、深藍(lán)色LED25及深紅色LED26所產(chǎn)生光譜的反饋。反饋控制器12控制著LED驅(qū)動(dòng)器13，以使紅色LED21、綠色LED22、藍(lán)色LED23、琥珀色LED24、深藍(lán)色LED25及深紅色LED26所產(chǎn)生的光譜與用戶(hù)輸入11所請(qǐng)求的光譜相匹配。舉例而言，所請(qǐng)求光譜的期望光譜功率分布曲線給出一其色溫接近黑體曲線的白色。
舉例而言，為與太陽(yáng)光的SPD相匹配，光學(xué)測(cè)量裝置27以一寬光譜對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，該寬光譜包括紅色LED21、綠色LED22、藍(lán)色LED23、琥珀色LED24、深藍(lán)色LED25及深紅色LED26產(chǎn)生的所有的光。舉例而言，為實(shí)現(xiàn)此目的，使用一光譜儀或通過(guò)在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有光譜響應(yīng)的多個(gè)光學(xué)傳感器來(lái)構(gòu)建光學(xué)測(cè)量裝置27。例如，可通過(guò)組合一光敏器件與一紅色濾光鏡、一光敏器件與一綠色濾光鏡、一光敏器件與一藍(lán)色濾光鏡、一光敏器件與一琥珀色濾光鏡、一光敏器件與一深藍(lán)色濾光鏡、及一光敏器件與一深紅色濾光鏡來(lái)構(gòu)建光學(xué)測(cè)量裝置27。
匹配一寬顏色光譜的能力可使光學(xué)測(cè)量裝置27能夠控制光源14來(lái)匹配一目標(biāo)光譜的SPD。匹配該目標(biāo)光譜可使光源14能夠靈活地產(chǎn)生相同顏色的不同條件等色。條件等色是具有不同SPD但具有相同視覺(jué)外觀或三刺激值的顏色。
圖2和圖3顯示如何能夠使用光源14產(chǎn)生具有一表示太陽(yáng)光SPD曲線的光。在圖2中，軸38以納米為單位表示波長(zhǎng)。軸39表示規(guī)一化的相對(duì)功率。跡線37表示CIE標(biāo)準(zhǔn)施照體D65的SPD曲線。跡線31表示藍(lán)色LED23的單獨(dú)SPD曲線。跡線32表示深藍(lán)色LED25的單獨(dú)SPD曲線。跡線33表示綠色LED22的單獨(dú)SPD曲線。跡線34表示琥珀色LED24的單獨(dú)SPD曲線。跡線35表示紅色LED21的單獨(dú)SPD曲線。跡線36表示深紅色LED26的單獨(dú)SPD曲線。
在圖3中，軸38以納米為單位表示波長(zhǎng)。軸39表示規(guī)一化的相對(duì)功率。跡線37表示CIE標(biāo)準(zhǔn)施照體D65的SPD曲線。跡線41表示藍(lán)色LED23、深藍(lán)色LED25、綠色LED22、琥珀色LED24、紅色LED21及深紅色LED26的組合SPD曲線。
本發(fā)明的具體實(shí)施例還能將一光源所產(chǎn)生的光譜擴(kuò)展至包括不可見(jiàn)光譜范圍。例如，可在LED光源中添加紅外和紫外光發(fā)射體，以產(chǎn)生一特定的SPD曲線，供用于需要紅外和紫外成分的應(yīng)用。圖4所示即是此種情況。
圖4是光源114的簡(jiǎn)化方框圖。該光源包括一紅色LED121、一綠色LED122、一藍(lán)色LED123、一琥珀色LED124、一深藍(lán)色LED125、深紅色LED126、一紫外光發(fā)射體128及一紅外光發(fā)射體129。舉例而言，紫外光發(fā)射體128是一紫外LED且紅外光發(fā)射體129是一紅外LED。LED驅(qū)動(dòng)器113控制著正向電流幅值或信號(hào)負(fù)載循環(huán)，并由此控制著紅色LED121、綠色LED122、藍(lán)色LED123、琥珀色LED124、深藍(lán)色LED125、深紅色LED126、紫外光發(fā)射體128及紅外光發(fā)射體129中每一個(gè)的亮度。
一光學(xué)測(cè)量裝置127測(cè)量紅色LED121、綠色LED122、藍(lán)色LED123、琥珀色LED124、深藍(lán)色LED125、深紅色LED126、紫外光發(fā)射體128及紅外光發(fā)射體129所產(chǎn)生的光譜。光學(xué)測(cè)量裝置27向一反饋控制器112提供對(duì)紅色LED121、綠色LED122、藍(lán)色LED123、琥珀色LED124、深藍(lán)色LED125、深紅色LED126、紫外光發(fā)射體128及紅外光發(fā)射體129所產(chǎn)生光譜的反饋。反饋控制器112控制著LED驅(qū)動(dòng)器113，以使紅色LED121、綠色LED122、藍(lán)色LED123、琥珀色LED124、深藍(lán)色LED125、深紅色LED126、紫外光發(fā)射體128及紅外光發(fā)射體129所產(chǎn)生的光譜與用戶(hù)輸入111所請(qǐng)求的光譜相匹配。
舉例而言，為與太陽(yáng)光的SPD相匹配，光學(xué)測(cè)量裝置127以一寬光譜對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，該寬光譜包括由紅色LED121、綠色LED122、藍(lán)色LED123、琥珀色LED124、深藍(lán)色LED125、深紅色LED126、紫外光發(fā)射體128及紅外光發(fā)射體129產(chǎn)生的所有的光。舉例而言，為實(shí)現(xiàn)此目的，可使用一光譜儀來(lái)構(gòu)建光學(xué)測(cè)量裝置127?；蛘?，可組合使用光學(xué)傳感器來(lái)構(gòu)建光學(xué)測(cè)量裝置127。此種情況顯示在圖5中。
圖5顯示組合使用光學(xué)傳感器構(gòu)建的光學(xué)測(cè)量裝置，其在不同波長(zhǎng)范圍均具有光譜響應(yīng)。紅色光學(xué)傳感器由一紅色濾光鏡61與一光敏器件51構(gòu)建而成。紅色濾光鏡僅允許一光源所產(chǎn)生光中的紅色成分通過(guò)。綠色光學(xué)傳感器由一綠色濾光鏡62與一光敏器件52構(gòu)建而成。藍(lán)色光學(xué)傳感器由一藍(lán)色濾光鏡63與一光敏器件53構(gòu)建而成。琥珀色光學(xué)傳感器由一琥珀色濾光鏡64與一光敏器件54構(gòu)建而成。深藍(lán)色光學(xué)傳感器由一深藍(lán)色濾光鏡65與一光敏器件55構(gòu)建而成。深紅色光學(xué)傳感器由一深紅色濾光鏡66與一光敏器件56構(gòu)建而成。紫外光學(xué)傳感器由一紫外濾光鏡67與一光敏器件57構(gòu)建而成。紅外光學(xué)傳感器由一紅色濾光鏡68與一光敏器件58構(gòu)建而成。一包括(例如)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的界面60可產(chǎn)生反饋信號(hào)，供發(fā)送至反饋控制器112。
雖然上文介紹了具有6和8種不同光譜的光源，但所選擇的光譜及所使用的光譜數(shù)量?jī)H具有舉例說(shuō)明意義。所用特定光譜及不同光譜的數(shù)量由與目標(biāo)SPD相比所期望產(chǎn)生的一特定SPD光譜及其精確度來(lái)決定。一般而言，增加光譜的數(shù)量可實(shí)現(xiàn)更佳的SPD匹配且空隙更少。
上述論述僅揭示并闡釋本發(fā)明實(shí)施例的方法和實(shí)現(xiàn)例。熟悉此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)了解，可在不背離本發(fā)明精神或?qū)嵸|(zhì)特征的前提下以其他具體方式實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明的揭示內(nèi)容僅欲闡釋而非限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)一所期望光譜功率分布曲線產(chǎn)生光的方法，其包括使用多個(gè)不同光源產(chǎn)生一光譜；通過(guò)一光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)量由所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的所述光譜，所述光學(xué)測(cè)量裝置能夠探測(cè)由所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的整個(gè)光譜內(nèi)的光；及使用所測(cè)量的光譜作為反饋來(lái)改變所述多個(gè)不同光源所產(chǎn)生的所述光譜，以近似所期望的光譜功率分布曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述所期望的光譜分布曲線是一CIE標(biāo)準(zhǔn)施照體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)不同光源包括一紅色發(fā)光二極管(LED)、一綠色LED、一藍(lán)色LED、一琥珀色LED、一深藍(lán)色LED及一深紅色LED。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)不同光源包括一紅色發(fā)光二極管(LED)、一綠色LED、一藍(lán)色LED、一琥珀色LED、一深藍(lán)色LED、一深紅色LED、一紫外光發(fā)射體及一紅外光發(fā)射體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光學(xué)測(cè)量裝置是一光譜儀。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光學(xué)測(cè)量裝置包括在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有光譜響應(yīng)的多個(gè)光學(xué)傳感器。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述所期望的光譜功率分布曲線給出一色溫接近黑體曲線的白色。
8.一種光源，其包括多個(gè)不同光源，其能夠根據(jù)一所期望的光譜功率分布曲線產(chǎn)生一光譜；一光學(xué)測(cè)量裝置，所述光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)量所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的所述光譜；及用于所述多個(gè)不同光源的反饋控制，所述反饋控制使用來(lái)自所述光學(xué)測(cè)量裝置關(guān)于所測(cè)量光譜的信息來(lái)改變所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的所述光譜，以近似所述所期望的光譜功率分布曲線。
9.如權(quán)利要求8所述的光源，其中所述所期望的光譜功率分布曲線是一CIE標(biāo)準(zhǔn)施照體。
10.如權(quán)利要求8所述的光源，其中所述多個(gè)不同光源包括一紅色發(fā)光二極管(LED)、一綠色LED、一藍(lán)色LED、一琥珀色LED、一深藍(lán)色LED及一深紅色LED。
11.如權(quán)利要求8所述的光源，其中所述多個(gè)不同光源包括一紅色發(fā)光二極管(LED)、一綠色LED、一藍(lán)色LED、一琥珀色LED、一深藍(lán)色LED、一深紅色LED、一紫外光發(fā)射體及一紅外光發(fā)射體。
12.如權(quán)利要求8所述的光源，其中所述光學(xué)測(cè)量裝置是一光譜儀。
13.如權(quán)利要求8所述的光源，其中所述光學(xué)測(cè)量裝置包括在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有光譜響應(yīng)的多個(gè)光學(xué)傳感器。
14.如權(quán)利要求8所述的光源，其中所述光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)量包括在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有光譜響應(yīng)的多個(gè)光學(xué)傳感器，每一光學(xué)傳感器均包括一濾光鏡及一光敏器件。
15.一種光源，其包括多個(gè)不同的光構(gòu)件，其用于根據(jù)一所期望的光譜功率分布曲線產(chǎn)生一光譜；及一光學(xué)測(cè)量構(gòu)件，其用于測(cè)量由所述多個(gè)不同光構(gòu)件產(chǎn)生的所述光譜；及反饋控制構(gòu)件，其用于使用來(lái)自所述光學(xué)測(cè)量構(gòu)件關(guān)于所測(cè)量光譜的信息來(lái)改變由所述多個(gè)不同光構(gòu)件產(chǎn)生的所述光譜，以近似所述所期望的光譜功率分布曲線。
16.如權(quán)利要求15所述的光源，其中所述所期望的光譜分布曲線是一CIE標(biāo)準(zhǔn)施照體。
17.如權(quán)利要求15所述的光源，其中所述多個(gè)不同光源包括一紅色發(fā)光二極管(LED)、一綠色LED、一藍(lán)色LED、一琥珀色LED、一深藍(lán)色LED及深紅色LED。
18.如權(quán)利要求15所述的光源，其中所述多個(gè)不同光源包括一紅色發(fā)光二極管(LED)、一綠色LED、一藍(lán)色LED、一琥珀色LED、一深藍(lán)色LED、一深紅色LED、一紫外光發(fā)射體及一紅外光發(fā)射體。
19.如權(quán)利要求15所述的光源，其中所述光學(xué)測(cè)量裝置包括在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有光譜響應(yīng)的多個(gè)光學(xué)傳感器。
20.如權(quán)利要求15所述的光源，其中所述光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)量包括在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有光譜響應(yīng)的多個(gè)光學(xué)傳感器，每一光學(xué)傳感器包括一濾光鏡和一光敏器件。
全文摘要
根據(jù)一所期望的光譜功率分布曲線產(chǎn)生光。使用多個(gè)不同的光源產(chǎn)生一光譜。一光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)量所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的光譜。所述光學(xué)測(cè)量裝置能夠探測(cè)所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的整個(gè)光譜內(nèi)的光。使用所測(cè)量光譜作為反饋來(lái)改變所述多個(gè)不同光源產(chǎn)生的光譜，以近似所期望的光譜功率分布曲線。
文檔編號(hào)H05B37/02GK1725923SQ20051005363
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者李俊作, 吳基延, 鄭興佑 申請(qǐng)人:安捷倫科技公司