JP2005502869A - カラーフォトセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、入射光の色含有量を検出するカラーフォトセンサに関する。生産するのに安価であり、色のみならず強度においても光の制御を可能にするカラーフォトセンサを提供するために、各々が入射光の色含有量を検出し、検出電流を出力する４つの検出領域（２１、２２、２３、２４）に分割された検出ユニット（２）と、各々が前記検出領域のうちの１つに割り当てられ、適応させられている４つのフィルタ素子（３１、３２、３３、３４）を有し、該フィルタ素子が、シアン色の色フィルタ素子、黄色の色フィルタ素子、及びマゼンタ色の色フィルタ素子を有するフィルタユニット（３）と、前記色フィルタ素子のうちの１つが割り当てられる３つの検出領域から出力される３つの検出電流の各々を第４の検出電流から別々に減算して前記入射光の赤色、緑色及び青色の含有量に比例する色信号を得る減算ユニット（４）とを有するカラーフォトセンサが提案される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の色含有量(color contents)を検出するカラーフォトセンサに関する。更に、本発明は、発光ユニットによって生成される光の色含有量を制御する制御ユニットと、発光装置と、入射光の色含有量を検出する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のカラーセンサは、フォトダイオードの頂部において、直接的にチップ上に又は分離した（ガラス）シート上に、赤色、緑色及び青色のフィルタを設けることにより製造される。フィルタは、高価な単一のバンドパス、又は安価だが、可視スペクトル以外の通過帯域を見込むバンドパスのいずれかであり得る。後者の部類は、大抵、赤外線領域においてバンドパスを示す。別の解決策は、画像センサの用途において用いられるような補色フィルタ（シアン色、黄色及びマゼンタ色のフィルタ）の使用である。複数の接近して配設されたセンサユニットを含むカラーフォトセンサは米国特許公報第US4,700,080号において開示されている。前記米国特許公報において、各センサは、受光装置の位置に対応する位置に設けられるカラーフィルタを含み、カラーフィルタは赤色、緑色及び青色のフィルタを含む。
【０００３】
カラーフォトセンサの１つの応用例は、LCD画面用のLEDベースのバックライトユニットである。発光ダイオード(LEDs)から発せられる赤色、緑色及び青色の光の制御された混合により、白色の背景が作成され得る。重大な問題は、LEDが温度及び動作電流における変化のために出力強度及び波長における変化を被ることにある。LED効率もまた、やがて低下する。色のみならず強度においても制御された出力光を維持するためには、制御システムが必要とされる。最も単純なシステムは、出力光の赤色、緑色及び青色の部分を検出する３つのフォトダイオードから成る。しかしながら、上記のように、現在の解決策は、高価であるか、又は赤外線感受性のために適切でないかのどちらかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それ故、本発明の目的は、生産するのに安価であり、それによって光が色のみならず強度においても高い精度で制御され得るカラーフォトセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、
− 各々が入射光の色含有量を検出し、検出電流を出力する４つの検出領域に分割された検出ユニットと、
− 各々が前記検出領域のうちの１つに割り当てられ、適応させられている４つのフィルタ素子を有し、該フィルタ素子が、シアン色の色フィルタ素子、黄色の色フィルタ素子、及びマゼンタ色の色フィルタ素子を有するフィルタユニットと、
− 前記色フィルタ素子のうちの１つが割り当てられる３つの検出領域から出力される３つの検出電流の各々を第４の検出電流から別々に減算して前記入射光の赤色、緑色及び青色の含有量(content)に比例する色信号を得る減算ユニットとを有する請求項１に記載のカラーフォトセンサにより達成される。
【０００６】
赤外光に対するプリントフィルタ（printed filter）の透過率が問題である場合には、それもまた利点に変えられ得る。本発明により提案されているように、検出ユニットにおいて３つの検出領域の代わりに４つの検出領域を使用し、該４つの検出領域のうちの３つにシアン色（C）、黄色(Y)又はマゼンタ色(M)のフィルタ素子を装備することにより、単純な計算が所望の赤色、緑色及び青色の信号を与える。前記入射光の入射光束が、所望の赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の成分についてΦ(R)、Φ(G)及びΦ(B)と呼ばれ、(不所望な)赤外線(IR)の成分についてΦ(IR)と呼ばれる場合には、出力される検出電流は、各々I(W)、I(C)、I(Y)及びI(M)であろう。ここで、I(W)はフィルタをかけられない検出領域からの検出電流である。この場合、
I(W) = c ・ ( Φ(R) + Φ(B) + Φ(G) + Φ(IR) ) + Id
I(C) = c ・ ( Φ(B) + Φ(G) + Φ(IR) ) + Id
I(Y) = c ・ ( Φ(R) + Φ(G) + Φ(IR) ) + Id
I(M) = c ・ ( Φ(R) + Φ(B) + Φ(IR) ) + Id
と書かれることができ、ここで、Idは、検出領域の暗電流であり、cは、換算係数、即ち、検出領域の効率である。I(W)からC、Y又はMの検出電流I(C)、I(Y)、I(M)を減算することにより、純粋な所望のR、G及びBの電流I(R)、I(G)、I(B)が得られる。
I(R) = I(W) - I(C) = c ・ Φ(R)
I(G) = I(W) - I(M) = c ・ Φ(G)
I(B) = I(W) - I(Y) = c ・ Φ(B)
【０００７】
本発明の好ましい実施例は従属項に記載されている。本発明によるカラーフォトセンサを有する発光ユニットによって生成される光の色含有量を制御する制御ユニット及び制御信号生成手段は請求項８に記載されている。本発明は、更に、発光ユニットと、請求項８に記載されているような制御ユニットとを有する請求項１０に記載されているような発光装置に関する。更に、本発明は、請求項１３に記載されているような入射光の色含有量を検出する方法に関する。
【０００８】
本発明の好ましい実施例において、前記検出ユニットは、４つの検出領域に分割されたフォトダイオード、又は、他の例においては、該４つの検出領域に相当する４つのフォトダイオードを有する。
【０００９】
好ましくは、前記フィルタ素子は、単純に検出ユニットの表面上に色をプリントすることにより、即ち、対応検出領域の表面上にシアン色、黄色又はマゼンタ色をプリントすることにより設けられる。前記フィルタ素子はまた、前記検出ユニットの頂部に配置されるプリントされた又はプラスチックのカラーシートを有しても良い。前記フィルタ素子が様々なインクを用いてプリントされる場合には、前記表面を保護するために及び／又はインクの固着(affixture)を改善するために前記フィルタ素子とセンサユニット表面との間に１つ以上の層が設けられ得る。
【００１０】
４つの検出領域は、等しいサイズのもの、又は等しくないサイズのもののいずれかであり得る。後者の選択肢において、前記検出領域のサイズの比は、該比がフィルタ素子の赤外線透過率の差を補償するように適応される。
【００１１】
第４の検出領域に割り当てられ、適応されるフィルタ素子は、ブランク素子(blank element)であるか、又は他のフィルタ素子に波長依存光透過率(wavelength dependent light transmission)を合わせるために色補正インクでプリントされるかのいずれかであり得る。
【００１２】
請求項８に記載されているような制御ユニットの使用により、制御される発光ユニットによって白色光が生成されるように、色含有量及び色の強さ(color intensity)が制御され得る。好ましくは、前記発光ユニットが、異なる色の光を発する、例えば、各々、赤色、緑色及び青色の光を発する発光ダイオードを有する場合に、このような制御ユニットが用いられ得る。
【００１３】
本発明の好ましい実施例は、本発明によるカラーフォトセンサがLEDによって混合される光のカラー点(color point)を決定するために用いられるLEDベースのLCDバックライトユニットである。斯くして、前記カラーフォトセンサによって生成される信号はフィードバックシステムを介して混合光の白色点を補正するために用いられ得る。本発明は、生産ラインにおいて物体の色を測定するためにも、又は更により一般的な略々如何なる種類の色測定にも用いられ得る。
【００１４】
本発明は、図面を参照して以下により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明によるカラーフォトセンサ１の第１実施例を示している。図１において、フォトセンサ１は、センサユニット２と、分離したフィルタユニット３と、図式的な減算ユニット４とを有する。検出ユニット２は、全てがサイズにおいて等しい４つの検出領域２１、２２、２３、２４を有する。これは、別々のフォトダイオード、又は4つの領域に分割された１つのフォトダイオードのいずれかにより実現され得る。検出ユニット２はフィルタユニット３で覆われ、フィルタユニット３も、検出ユニット２の検出領域２１、２２、２３、２４に適合する４つのフィルタ素子又はフィルタ領域３１、３２、３３、３４から成る。或るフィルタ素子、例えばフィルタ素子３１は、ブランクのままにされるか、又は他の着色検出領域２２、２３、２４に波長依存光透過率を合わせるために色補正インクでプリントされる。更に、或るフィルタ素子、例えばフィルタ素子３２は、シアン色のフィルタ素子であり、或るフィルタ素子、例えばフィルタ素子３３は、マゼンタ色のフィルタ素子であり、第３のフィルタ素子、例えばフィルタ素子３４は、黄色のフィルタ素子である。各フィルタ素子は、対応する色のインクによって実現され得る。
【００１６】
斯くして、入射光５は、まず、フィルタ素子３１乃至３４によってフィルタをかけられる。フィルタをかけられた光は、その後、検出ユニット２の検出領域２１乃至２４によって受け取られ、検出領域２１乃至２４は、各々、検出電流Ｉ（信号６）を出力している、即ち、上記のような検出電流I(W)、I(C)、I(Y)及びI(M)が検出素子２１、２２、２３、２４によって出力される。前記検出電流は、減算ユニット４によって受け取られ、減算ユニット４は、フィルタをかけられていない光を受け取った検出素子２１から出力される検出電流I(W)から他の３つの検出素子２２、２３、２４の検出電流I(C)、I(M)及びI(Y)を別々に減算して、入射光５に含まれる赤色、緑色及び青色の含有量を表わす出力信号７として色信号I(R)、I(G)、I(B)をもたらす。
【００１７】
図１に示されている実施例においては、検出領域２１乃至２４は等しいサイズを持つが、前記４つの検出領域２１乃至２４のサイズはまた等しくなくても良い。この場合には、前記領域のサイズは、この感応領域の比が色フィルタ素子３２乃至３４の赤外線透過率の差を補償するように適応される。
【００１８】
本発明によるカラーフォトセンサ１’の別の実施例が図２に示されている。図２において、フィルタユニット３は、検出ユニット２の表面に直接的に設けられる。好ましくは、フィルタ素子は、検出ユニット２の感光面上に直接的にプリントされる。更に、好ましくは、フィルタ素子が検出ユニット２の表面上にインクをプリントすることにより実現される場合に、この表面を保護するために及び／又はフィルタ素子の固着を改善するためにフィルタユニット３とセンサユニット２の検出面との間に１つ以上の層が設けられ得る。
【００１９】
本発明によるLEDベースのLCDバックライトユニットが図３に示されている。図３において、多数の赤色、緑色及び青色のLEDから成るLEDバー８は、光ガイド９を照明している。光ガイドは、個々のLEDの色を混合してLCDパネル１１を照明するのに用いられる均一の白色光にするために用いられる。光を光ガイド９内に保つためにLED側以外の全ての側部において反射性ストリップ１０が用いられる。光がうまく混合される地点、例えばLEDバー８に対向する側部において、カラーフォトセンサ１に光をあてるために、反射性ストリップ１０を（部分的に）透明にすることにより、わずかな光が結合されて取り出される。このセンサ１は、混合光のカラー点を決定するために用いられる。その場合に、出力信号Ｉ、即ち、色信号I(R)、I(G)、I(B)は、前記LEDバー８によって生成される光の色含有量を制御するための制御信号Cを生成するために、斯くして、フィードバックシステムの形で混合光の白色点を補正するために、制御信号生成ユニット１２によって用いられ得る。
【００２０】
本発明はまた、物体の色を決定するために用いられ得る。この応用例は図４に図示されている。図４において、色が決定されなければならない物体１５は、（白色）光１４を発する（白色）光源１３によって照明される。物体１５によって反射された光１７は、結像光学系(imaging optics)１６によってセンサ１の方に向けられる。センサ１によって物体１５の色が決定され得る。
【００２１】
このような応用例の別の実施例においては、結像光学系１６が省略され、直接的に反射された光がセンサ１によって用いられる。
【００２２】
LEDによる白色光の混合作成が図５に示されている。図５において、LEDバー８によって生成された光は、光混合器９’に向けられる。前記光混合器９’の或る側部において、センサ１が該光混合器９’によって混合された光の色含有量を測定するために用いられる。図３に示されているような制御回路により、LEDバー８は、白色光が混合作成されるように制御され得る。
【００２３】
本発明は、図に示されているような応用例及び上記のような応用例に限られない。一般的に、本発明は略々如何なる種類の色測定にも適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるカラーフォトセンサの第１実施例を示す。
【図２】本発明によるカラーフォトセンサの第２実施例を示す。
【図３】本発明によるLEDベースのLCDバックライトユニットを示す。
【図４】物体の色の決定のための本発明の使用法を図示する。
【図５】LEDを用いての白色光の混合作成のためのカラーフォトセンサの使用法を図示する。

Claims (13)

1. 入射光の色含有量を検出するカラーフォトセンサであって、
   − 各々が入射光の色含有量を検出し、検出電流を出力する４つの検出領域に分割された検出ユニットと、
   − 各々が前記検出領域のうちの１つに割り当てられ、適応させられている４つのフィルタ素子を有し、該フィルタ素子が、シアン色の色フィルタ素子、黄色の色フィルタ素子、及びマゼンタ色の色フィルタ素子を有するフィルタユニットと、
   − 前記色フィルタ素子のうちの１つが割り当てられる３つの検出領域から出力される３つの検出電流の各々を第４の検出電流から別々に減算して前記入射光の赤色、緑色及び青色の含有量に比例する色信号を得る減算ユニットとを有するカラーフォトセンサ。
2. 前記検出ユニットが、４つの検出領域に分割されたフォトダイオード、又は４つのフォトダイオードのいずれかを有することを特徴とする請求項１に記載のカラーフォトセンサ。
3. 前記フィルタ素子が、前記検出ユニットの表面上に色をプリントすることにより設けられることを特徴とする請求項１に記載のカラーフォトセンサ。
4. 前記フィルタ素子が、プリントされた又はプラスチックのカラーシートを有することを特徴とする請求項１に記載のカラーフォトセンサ。
5. 前記検出ユニットの前記４つの検出領域が等しいサイズのものであることを特徴とする請求項１に記載のカラーフォトセンサ。
6. 前記検出ユニットの前記４つの検出領域が、等しくないサイズのものであり、前記検出領域のサイズの比が、該比が前記フィルタ素子の赤外線透過率の差を補償するように適応されることを特徴とする請求項１に記載のカラーフォトセンサ。
7. 第４のフィルタ素子が、他のフィルタ素子に波長依存光透過率を合わせるよう適応される色補正フィルタ素子であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフォトセンサ。
8. 発光ユニットによって生成される光の色含有量を制御する制御ユニットであって、
   − 前記発光ユニットによって生成される光の色含有量を検出して前記入射光における赤色、緑色及び青色の含有量に比例する色信号を得る請求項１に記載のカラーフォトセンサと、
   − 前記色信号から前記発光ユニットによって生成される光の色含有量を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段とを有する制御ユニット。
9. 前記制御信号生成手段が、前記発光ユニットによって白色光が生成されるように前記色含有量及び色の強さを制御するよう適応されることを特徴とする請求項８に記載の制御ユニット。
10. 発光装置であって、
    − 光を発する、とりわけ、様々な色成分を混合することにより白色光を発する発光ユニットと、
    − 請求項８に記載の制御ユニットとを有する発光装置。
11. 前記発光ユニットが、各々、赤色、緑色及び青色の光を発する３つの発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
12. 前記発光ユニットが、LEDベースのLCDバックライトユニットを有することを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
13. 入射光の色含有量を検出する方法であって、
    − ４つのフィルタ素子を有し、該フィルタ素子が、シアン色の色フィルタ素子、黄色の色フィルタ素子、及びマゼンタ色の色フィルタ素子を有するフィルタユニットによって、前記入射光にフィルタをかけるステップと、
    − 各々が検出電流を出力する４つの検出領域に分割され、前記フィルタ素子の各々が該検出領域のうちの１つに割り当てられ、適応されている検出ユニットによって、フィルタをかけられた光の色含有量を検出するステップと、
    − 前記色フィルタ素子のうちの１つが割り当てられる３つの検出領域から出力される３つの検出電流の各々を第４の検出電流から別々に減算して前記入射光の赤色、緑色及び青色の含有量に比例する色信号を得るステップとを有する方法。