CN1725923A - 光谱匹配 - Google Patents

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Abstract

根据一所期望的光谱功率分布曲线产生光。使用多个不同的光源产生一光谱。一光学测量装置测量所述多个不同光源产生的光谱。所述光学测量装置能够探测所述多个不同光源产生的整个光谱内的光。使用所测量光谱作为反馈来改变所述多个不同光源产生的光谱，以近似所期望的光谱功率分布曲线。

Description

光谱匹配
技术领域
根据一所期望的光谱功率分布曲线产生光。使用多个不同的光源产生一光谱。一光学测量装置测量所述多个不同光源产生的光谱。所述光学测量装置能够探测所述多个不同光源产生的整个光谱内的光。使用所测量光谱作为反馈来改变所述多个不同光源产生的光谱，以近似所期望的光谱功率分布曲线。
背景技术
太阳是地球上一切生灵的主宰光源。其他目前可使用的光源包括：火、白炽灯、荧光灯、固态发光装置等。除太阳外的其他光源通常称做人造光源。人们时常认为，与太阳光相比，人造光源存在这方面或那方面的缺陷。
对于诸多应用而言，太阳光是较佳的光源，其可能的原因是，例如，太阳光能够较好地显现所关心物体的真实颜色，例如绘画、织物、墨水、纸张、棉花等。另外，太阳能有益健康。举例而言，如果缺乏维他命D和患有黄疸病，建议多晒太阳。此外，最近的医学发现表明：当人体一般而言暴露于太阳光且具体而言暴露于特定光色时，可加快人体康复速度。
然而，在诸多应用中，特定的地点及/或时间使利用太阳光作为光源变得不可行。因此，人们期望能够得到一种其光组分接近太阳光的人造光源。
人们已建议国际照明委员会(CIE)标准施照体D65使用6500开尔文(Kelvin)的色温表示平均日光。CIE标准施照体D65的光谱功率分布非常宽广，可从紫外光谱区到红外光谱区，并以相对等同的量包括可见光谱的所有的波长。
白炽灯的典型光谱功率分布主要处于红和红外光谱范围内。当使用白炽灯作为人造光源来模拟太阳光时，所合成的光具有一高演色指数(CRI)。然而，由于白炽灯的光谱功率分布在较低光波长时偏低，因此，白炽灯无法很好地再现蓝色。另外，白炽灯通常具有相对低的功率效率及不超过1000小时的短使用寿命。
荧光灯的典型光谱功率分布呈现与照明灯中所用磷的类型相对应的锐窄尖峰。当使用荧光灯作为一人造光源来模拟太阳光时，通常使用红、绿和蓝磷。荧光灯在蓝和绿区域内具有中等偏高的CRI，但在黄和红区域内具有低CRI。典型的荧光灯具有不超过10,000小时的中等使用寿命。
虽然白炽灯和荧光灯合二者能够产生不同色温或光谱功率分布的光，但一单一白炽灯或荧光灯仅能够产生具有一单一和固定光谱功率分布曲线的光源。
在一LED基光源***中，可通过调整不同颜色的LED输出的光量来获得不同的SPD曲线。如果使用大量不同颜色的LED，LED光源可具有高CRI。另外，LED基光源***通常具有比白炽灯或荧光灯长得多的使用寿命。再者，LED基光源***通常比白炽灯基***具有更高的功率效率。
LED的光学性能可随温度、驱动电流和老化而变化。对于相同的制作工艺，每批LED的特性也会有所不同。操作期间LED光学特性的漂移对于诸多应用是不可接受的，因为漂移会影响颜色一致性。因此，需要动态控制并维持颜色一致性。美国专利第6,344,641B1号、第6,448,551B1号和第6,507,159B2号提供了关于用于防止LED光***内发生漂移的反馈***的管理实例。
发明内容
根据本发明的一实施例，可根据一所期望光谱功率分布曲线来产生光。使用多个不同光源产生一光谱。一光学测量装置测量由该等多个不同光源产生的光谱。光学测量装置能够探测该等不同光源所产生的整个光谱内的光。使用所测得光谱作为反馈来改变该等多个不同光源所产生的光谱，从而模拟所期望的光谱功率分布曲线。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的光源的简化方框图。
图2显示一表示太阳光的SPD曲线以及其他各表示图1所示光源内一彩色LED光输出的单独SPD曲线。
图3显示一表示太阳光的SPD曲线以及一表示图1所示光源的额外的SPD曲线。
图4为根据本发明另一实施例的光谱的简化方框图。
图5为根据本发明一实施例的光源测量装置的简化方框图。
具体实施方式
图1为光源14的一简化方框图。该光源包括一红色LED21、一绿色LED22、一蓝色LED23、一琥珀色LED24、一深蓝色LED25和一深红色LED26。一LED驱动器13控制着正向电流幅值，并由此控制着红色LED21、绿色LED22、蓝色LED23、琥珀色LED24、深蓝色LED25及深红色LED26中每一个的亮度。或者，当使用脉宽调制时，LED驱动器13控制着信号负载循环，并由此控制着红色LED21、绿色LED22、蓝色LED23、琥珀色LED24、深蓝色LED25及深红色LED26中每一个的亮度。
一光学测量装置27测量由红色LED21、绿色LED22、蓝色LED23、琥珀色LED24、深蓝色LED25和深红色LED26产生的光谱。光学测量装置27向一反馈控制器12提供对红色LED21、绿色LED22、蓝色LED23、琥珀色LED24、深蓝色LED25及深红色LED26所产生光谱的反馈。反馈控制器12控制着LED驱动器13，以使红色LED21、绿色LED22、蓝色LED23、琥珀色LED24、深蓝色LED25及深红色LED26所产生的光谱与用户输入11所请求的光谱相匹配。举例而言，所请求光谱的期望光谱功率分布曲线给出一其色温接近黑体曲线的白色。
举例而言，为与太阳光的SPD相匹配，光学测量装置27以一宽光谱对光强度进行测量，该宽光谱包括红色LED21、绿色LED22、蓝色LED23、琥珀色LED24、深蓝色LED25及深红色LED26产生的所有的光。举例而言，为实现此目的，使用一光谱仪或通过在不同波长范围内具有光谱响应的多个光学传感器来构建光学测量装置27。例如，可通过组合一光敏器件与一红色滤光镜、一光敏器件与一绿色滤光镜、一光敏器件与一蓝色滤光镜、一光敏器件与一琥珀色滤光镜、一光敏器件与一深蓝色滤光镜、及一光敏器件与一深红色滤光镜来构建光学测量装置27。
匹配一宽颜色光谱的能力可使光学测量装置27能够控制光源14来匹配一目标光谱的SPD。匹配该目标光谱可使光源14能够灵活地产生相同颜色的不同条件等色。条件等色是具有不同SPD但具有相同视觉外观或三刺激值的颜色。
图2和图3显示如何能够使用光源14产生具有一表示太阳光SPD曲线的光。在图2中，轴38以纳米为单位表示波长。轴39表示规一化的相对功率。迹线37表示CIE标准施照体D65的SPD曲线。迹线31表示蓝色LED23的单独SPD曲线。迹线32表示深蓝色LED25的单独SPD曲线。迹线33表示绿色LED22的单独SPD曲线。迹线34表示琥珀色LED24的单独SPD曲线。迹线35表示红色LED21的单独SPD曲线。迹线36表示深红色LED26的单独SPD曲线。
在图3中，轴38以纳米为单位表示波长。轴39表示规一化的相对功率。迹线37表示CIE标准施照体D65的SPD曲线。迹线41表示蓝色LED23、深蓝色LED25、绿色LED22、琥珀色LED24、红色LED21及深红色LED26的组合SPD曲线。
本发明的具体实施例还能将一光源所产生的光谱扩展至包括不可见光谱范围。例如，可在LED光源中添加红外和紫外光发射体，以产生一特定的SPD曲线，供用于需要红外和紫外成分的应用。图4所示即是此种情况。
图4是光源114的简化方框图。该光源包括一红色LED121、一绿色LED122、一蓝色LED123、一琥珀色LED124、一深蓝色LED125、深红色LED126、一紫外光发射体128及一红外光发射体129。举例而言，紫外光发射体128是一紫外LED且红外光发射体129是一红外LED。LED驱动器113控制着正向电流幅值或信号负载循环，并由此控制着红色LED121、绿色LED122、蓝色LED123、琥珀色LED124、深蓝色LED125、深红色LED126、紫外光发射体128及红外光发射体129中每一个的亮度。
一光学测量装置127测量红色LED121、绿色LED122、蓝色LED123、琥珀色LED124、深蓝色LED125、深红色LED126、紫外光发射体128及红外光发射体129所产生的光谱。光学测量装置27向一反馈控制器112提供对红色LED121、绿色LED122、蓝色LED123、琥珀色LED124、深蓝色LED125、深红色LED126、紫外光发射体128及红外光发射体129所产生光谱的反馈。反馈控制器112控制着LED驱动器113，以使红色LED121、绿色LED122、蓝色LED123、琥珀色LED124、深蓝色LED125、深红色LED126、紫外光发射体128及红外光发射体129所产生的光谱与用户输入111所请求的光谱相匹配。
举例而言，为与太阳光的SPD相匹配，光学测量装置127以一宽光谱对光强度进行测量，该宽光谱包括由红色LED121、绿色LED122、蓝色LED123、琥珀色LED124、深蓝色LED125、深红色LED126、紫外光发射体128及红外光发射体129产生的所有的光。举例而言，为实现此目的，可使用一光谱仪来构建光学测量装置127。或者，可组合使用光学传感器来构建光学测量装置127。此种情况显示在图5中。
图5显示组合使用光学传感器构建的光学测量装置，其在不同波长范围均具有光谱响应。红色光学传感器由一红色滤光镜61与一光敏器件51构建而成。红色滤光镜仅允许一光源所产生光中的红色成分通过。绿色光学传感器由一绿色滤光镜62与一光敏器件52构建而成。蓝色光学传感器由一蓝色滤光镜63与一光敏器件53构建而成。琥珀色光学传感器由一琥珀色滤光镜64与一光敏器件54构建而成。深蓝色光学传感器由一深蓝色滤光镜65与一光敏器件55构建而成。深红色光学传感器由一深红色滤光镜66与一光敏器件56构建而成。紫外光学传感器由一紫外滤光镜67与一光敏器件57构建而成。红外光学传感器由一红色滤光镜68与一光敏器件58构建而成。一包括(例如)模拟-数字转换器(ADC)的界面60可产生反馈信号，供发送至反馈控制器112。
虽然上文介绍了具有6和8种不同光谱的光源，但所选择的光谱及所使用的光谱数量仅具有举例说明意义。所用特定光谱及不同光谱的数量由与目标SPD相比所期望产生的一特定SPD光谱及其精确度来决定。一般而言，增加光谱的数量可实现更佳的SPD匹配且空隙更少。
上述论述仅揭示并阐释本发明实施例的方法和实现例。熟悉此项技术者应了解，可在不背离本发明精神或实质特征的前提下以其他具体方式实施本发明。因此，本发明的揭示内容仅欲阐释而非限定本发明的范围，本发明的范围由随附权利要求规定。

Claims (20)

1、一种根据一所期望光谱功率分布曲线产生光的方法，其包括：
使用多个不同光源产生一光谱；
通过一光学测量装置测量由所述多个不同光源产生的所述光谱，所述光学测量装置能够探测由所述多个不同光源产生的整个光谱内的光；及
使用所测量的光谱作为反馈来改变所述多个不同光源所产生的所述光谱，以近似所期望的光谱功率分布曲线。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述所期望的光谱分布曲线是一CIE标准施照体。
3、如权利要求1所述的方法，其中所述多个不同光源包括一红色发光二极管(LED)、一绿色LED、一蓝色LED、一琥珀色LED、一深蓝色LED及一深红色LED。
4、如权利要求1所述的方法，其中所述多个不同光源包括一红色发光二极管(LED)、一绿色LED、一蓝色LED、一琥珀色LED、一深蓝色LED、一深红色LED、一紫外光发射体及一红外光发射体。
5、如权利要求1所述的方法，其中所述光学测量装置是一光谱仪。
6、如权利要求1所述的方法，其中所述光学测量装置包括在不同波长范围内具有光谱响应的多个光学传感器。
7、如权利要求1所述的方法，其中所述所期望的光谱功率分布曲线给出一色温接近黑体曲线的白色。
8、一种光源，其包括：
多个不同光源，其能够根据一所期望的光谱功率分布曲线产生一光谱；
一光学测量装置，所述光学测量装置测量所述多个不同光源产生的所述光谱；及
用于所述多个不同光源的反馈控制，所述反馈控制使用来自所述光学测量装置关于所测量光谱的信息来改变所述多个不同光源产生的所述光谱，以近似所述所期望的光谱功率分布曲线。
9、如权利要求8所述的光源，其中所述所期望的光谱功率分布曲线是一CIE标准施照体。
10、如权利要求8所述的光源，其中所述多个不同光源包括一红色发光二极管(LED)、一绿色LED、一蓝色LED、一琥珀色LED、一深蓝色LED及一深红色LED。
11、如权利要求8所述的光源，其中所述多个不同光源包括一红色发光二极管(LED)、一绿色LED、一蓝色LED、一琥珀色LED、一深蓝色LED、一深红色LED、一紫外光发射体及一红外光发射体。
12、如权利要求8所述的光源，其中所述光学测量装置是一光谱仪。
13、如权利要求8所述的光源，其中所述光学测量装置包括在不同波长范围内具有光谱响应的多个光学传感器。
14、如权利要求8所述的光源，其中所述光学测量装置测量包括在不同波长范围内具有光谱响应的多个光学传感器，每一光学传感器均包括一滤光镜及一光敏器件。
15、一种光源，其包括：
多个不同的光构件，其用于根据一所期望的光谱功率分布曲线产生一光谱；及
一光学测量构件，其用于测量由所述多个不同光构件产生的所述光谱；及
反馈控制构件，其用于使用来自所述光学测量构件关于所测量光谱的信息来改变由所述多个不同光构件产生的所述光谱，以近似所述所期望的光谱功率分布曲线。
16、如权利要求15所述的光源，其中所述所期望的光谱分布曲线是一CIE标准施照体。
17、如权利要求15所述的光源，其中所述多个不同光源包括一红色发光二极管(LED)、一绿色LED、一蓝色LED、一琥珀色LED、一深蓝色LED及深红色LED。
18、如权利要求15所述的光源，其中所述多个不同光源包括一红色发光二极管(LED)、一绿色LED、一蓝色LED、一琥珀色LED、一深蓝色LED、一深红色LED、一紫外光发射体及一红外光发射体。
19、如权利要求15所述的光源，其中所述光学测量装置包括在不同波长范围内具有光谱响应的多个光学传感器。
20、如权利要求15所述的光源，其中所述光学测量装置测量包括在不同波长范围内具有光谱响应的多个光学传感器，每一光学传感器包括一滤光镜和一光敏器件。
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