• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen der Farbe eines Lichtsignals. Die Vorrichtung umfaßt eine Mehrzahl von Farberfassungselementen, ein optisches System zum Beleuchten jedes der Farberfassungselemente mit Licht von der Lichtquelle und eine Steuerung zum Bestimmen der Intensität und Wellenlänge des Lichtsignals aus den Signalen, die durch die Farberfassungselemente erzeugt werden. Jedes Farberfassungselement erzeugt ein elektrisches Signal, das von der Wellenlänge und Intensität von Licht abhängt, das auf das Farberfassungselement auftrifft. Jedes der Farberfassungselemente ist durch eine Gewinnfunktion gekennzeichnet, die das dadurch erzeugte elektrische Signal auf die Wellenlänge und Intensität des darauf einfallenden Lichts bezieht. Jede der Gewinnfunktionen unterscheidet sich von den anderen der Gewinnfunktionen.The present invention is an apparatus for measuring the color of a light signal. The apparatus includes a plurality of color detection elements, an optical system for illuminating each of the color detection elements with light from the light source, and a controller for determining the intensity and wavelength of the light signal from the signals generated by the color detection elements. Each color sensing element generates an electrical signal that is dependent on the wavelength and intensity of light that strikes the color sensing element. Each of the color detection elements is characterized by a gain function which relates the electrical signal generated thereby to the wavelength and intensity of the light incident thereon. Each of the winning functions is different from the other of the winning functions.
    公开号:DE102004002220A1
    申请号:DE102004002220
    申请日:2004-01-15
    公开日:2004-08-19
    发明作者:Ong Mee Choo；Bernard Chan Lye Hock；Seela Raj Rajaiah；Ch'ng Sheau Yang；Frank Kiu Kwong Yew
    申请人:Agilent Technologies Inc；
    IPC主号:G01J3-46
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich auf Vorrichtungen zum Messen der Farbe einer Lichtquelle.The present invention relatesrefer to devices for measuring the color of a light source.
    [0002] Vorrichtungen zum Messen der Wellenlänge einerSpektrallinie sind im Stand der Technik bekannt. Eine unbekannteLichtquelle kann z. B. an eine Vorrichtung angelegt werden, diedas Licht um eine Menge ablenkt, die von der Wellenlänge desLichts abhängt.Die Wellenlängewird dann durch ein Messen der Position des abgelenkten Lichtstrahlsbestimmt. Vorrichtungen dieses Typs, die auf Prismen und Beugungsgitternbasieren, sind im Stand der Technik bekannt.Devices for measuring the wavelength of aSpectral lines are known in the prior art. An unknownLight source can e.g. B. applied to a device thatdeflects the light by an amount different from the wavelength of theLight depends.The wavelengthis then measured by measuring the position of the deflected light beamcertainly. Devices of this type based on prisms and diffraction gratingsare known in the art.
    [0003] Die Kosten derartiger Vorrichtungenschränkenihre Verwendung ein. Zusätzlichneigen die Vorrichtungen dazu, sperrig zu sein, da die Auflösung derVorrichtung von einem Verteilen des Lichts über einen großen BereichräumlicherPositionen abhängt.So ist ein Verbraucherebenenprodukt zum Messen von Farben nicht verfügbar. Einderartiges System wärez. B. bei Innenausstattungsanwendungen zur Anpassung von Farben nützlich.The cost of such deviceslimittheir use. additionallyThe devices tend to be bulky because the resolution of theDevice of distributing light over a large areaspatialPositions depends.For example, a consumer level product for measuring colors is not available. Onwould be such a systemz. B. useful in interior decoration applications to adjust colors.
    [0004] Es ist die Aufgabe der vorliegendenErfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Farbe in einem Lichtsignalmit verbesserten Charakteristika zu schaffen.It is the task of the presentInvention, a device for measuring the color in a light signalwith improved characteristics.
    [0005] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtunggemäß Anspruch1 gelöst.This task is accomplished by a deviceaccording to claim1 solved.
    [0006] Die vorliegende Erfindung umfaßt eineVorrichtung zum Messen der Farbe eines Lichtsignals. Die Vorrichtungumfaßteine Mehrzahl von Farberfassungselementen, ein optisches Systemzum Beleuchten jedes der Farberfassungselemente mit Licht aus derLichtquelle und ein Datenverarbeitungssystem zum Bestimmen der Intensität und Wellenlänge desLichtsignals aus den Signalen, die durch die Farberfassungselementeerzeugt werden. Jedes Farberfassungselement erzeugt ein elektrischesSignal, das von der Wellenlängeund Intensitätvon Licht abhängt,das auf dieses Farberfassungselement auftrifft. Jedes der Farberfassungselemente istdurch eine Gewinnfunktion gekennzeichnet, die das dadurch erzeugteelektrische Signal auf die Wellenlänge und Intensität des daraufeinfallenden Lichts bezieht. Jede der Gewinnfunktionen unterscheidetsich von den anderen der Gewinnfunktionen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispielder Erfindung mißtdie Vorrichtung das Spektrum von Lichtsignalen, die Wellenlängen zwischeneiner minimalen und einer maximalen Wellenlänge aufweisen. Für jede Wellenlänge zwischender minimalen und der maximalen Wellenlänge werden die Gewinnfunktionenderart ausgewählt,daß dieSignale von zweien der Farberfassungselemente ausreichen, um dieIntensitätund Wellenlängeeines Lichtsignals zu bestimmen, das bei dieser Wellenlänge eineeinzelne Spektrallinie aufweist.The present invention includes aDevice for measuring the color of a light signal. The devicecomprisesa plurality of color detection elements, an optical systemfor illuminating each of the color detection elements with light from theLight source and a data processing system for determining the intensity and wavelength of theLight signal from the signals through the color detection elementsbe generated. Each color sensing element produces an electrical oneSignal by the wavelengthand intensitydepends on lightthat strikes this color detection element. Each of the color detection elements ischaracterized by a profit function that the generated therebyelectrical signal on the wavelength and intensity of itincident light. Each of the winning functions differsdifferent from the other of the winning functions. In the preferred embodimentof the inventionthe device the spectrum of light signals, the wavelengths betweenhave a minimum and a maximum wavelength. For every wavelength betweenthe minimum and maximum wavelength are the gain functionsselected sothat theSignals from two of the color detection elements are sufficient to achieve theintensityand wavelengthto determine a light signal that a at this wavelengthhas a single spectral line.
    [0007] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegendenErfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegendenZeichnungen nähererläutert.Es zeigen:Preferred embodiments of the presentInvention are hereinafter referred to with reference to the accompanyingDrawings closerexplained.Show it:
    [0008] 1 einBlockdiagramm eines Farbmeßgeräts 10 gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung; 1 a block diagram of a colorimeter 10 according to an embodiment of the present invention;
    [0009] 2 einigeexemplarische Gewinnfunktionen; und 2 some exemplary profit functions; and
    [0010] 3 dasVerhältniszweier der exemplarischen Gewinnfunktionen aus 2. 3 the ratio of two of the exemplary profit functions 2 ,
    [0011] Es wird Bezug auf 1 genommen, die ein Blockdiagramm einesFarbmeßgeräts 10 gemäß der vorliegendenErfindung ist. Das Meßgerät 10 umfaßt eineMehrzahl von Farberfassungselementen. Exemplarische Elemente sindbei diesem Ausführungsbeispielder Erfindung bei 11–13 gezeigt.Wie je doch weiter unten detaillierter erläutert wird, können auchAusführungsbeispiele,die unterschiedliche Anzahlen von Erfassungselementen aufweisen,aufgebaut werden. Jedes Farberfassungselement wandelt das auf dasselbeauftreffende Licht in ein elektrisches Signal um, das eine Größe aufweist,die von der Intensitätund Wellenlängedes Lichts abhängt.Im allgemeinen sind die Antwortkurven der unterschiedlichen Erfassungselementeunterschiedlich. Dies bedeutet, daß ein Lichtsignal der Intensität I undder Wellenlänge λ ein vonjedem der Detektoren unterschiedliches Ausgangssignal erzeugt. Dieeinzelnen Detektoren könnenaus herkömmlichenPhotodioden 15 aufgebaut sein, die mit Filtern unterschiedlicherWellenlänge 14 bedecktsind. Jedes Wellenlängenfilterläßt Lichtin einem Band von Wellenlängenmit einem Durchlässigkeitskoeffizienten,der eine Funktion der Wellenlängeist, durch. Die Antwortfunktionen jedes der Sensoren können durchein Messen des Ausgangssignals als eine Funktion der Wellenlänge undIntensitätunter Verwendung einer Kalibrierungsquelle, deren Wellenlänge undIntensitätauf eine bekannte Weise variiert werden können, festgestellt werden.It will refer to 1 taken a block diagram of a colorimeter 10 according to the present invention. The measuring device 10 includes a plurality of color detection elements. Exemplary elements are in this embodiment of the invention 11 - 13 shown. As will be explained in more detail below, however, exemplary embodiments which have different numbers of detection elements can also be constructed. Each color sensing element converts the light striking it into an electrical signal that has a size that depends on the intensity and wavelength of the light. In general, the response curves of the different detection elements are different. This means that a light signal of intensity I and wavelength λ produces an output signal different from each of the detectors. The individual detectors can be made from conventional photodiodes 15 be built up with filters of different wavelengths 14 are covered. Each wavelength filter transmits light in a band of wavelengths with a transmission coefficient that is a function of the wavelength. The response functions of each of the sensors can be determined by measuring the output signal as a function of wavelength and intensity using a calibration source, the wavelength and intensity of which can be varied in a known manner.
    [0012] Die vorliegende Erfindung ist durchein Betrachten des einfachen Falls, in dem eine Lichtquelle 20 Lichteiner einzelnen Wellenlänge λ0 emittiert,das durch eine Linse 17 kollimiert wird, leichter verständlich.Zu Zwecken dieser Erläuterungwird angenommen, daß jederDetektor die gleiche Intensitätvon Licht von der Quelle 20 empfängt. Um die folgende Erläuterungzu vereinfachen, wird angenommen, daß das durch den i-ten Detektorerzeugte Signal, wenn dieser Detektor mit einem Lichtsignal derAmplitude A und der Wellenlänge λ beleuchtetwird, in der Form Si = AGi(λ) geschriebenwerden kann. Dies bedeutet, daß dieSensorausgabe eine lineare Funktion der Intensität des eingehenden Lichtsignalsist. Detektoren, die auf Photodioden basieren, die passive Durchlaßfilteraufweisen, weisen üblicherweiseGewinnkurven auf, die dieser Beziehung über einen großen Bereichvon Amplituden gehorchen. Die Gewinnfunktion Gi(λ) kann für jedesSensorelement unter Verwendung einer kalibrierten Lichtquelle gemessenwerden, die eine Intensitätund Wellenlängeaufweist, die auf eine bekannte Weise variiert werden können. DieseGewinnfunktionen sind in einem Datenprozessor 21 gespeichert.The present invention is by considering the simple case in which a light source 20 Light of a single wavelength λ 0 is emitted by a lens 17 is collimated, easier to understand. For purposes of this discussion, it is assumed that each detector has the same intensity of light from the source 20 receives. In order to simplify the following explanation, it is assumed that the signal generated by the ith detector, when this detector is illuminated with a light signal of amplitude A and wavelength λ, is written in the form S i = AG i (λ) can. This means that the sensor output is a linear function of the intensity of the incoming light signal. Detectors based on photodiodes that have passive pass filters typically have gain curves that obey this relationship over a wide range of amplitudes. The gain function G i (λ) can be measured for each sensor element using a calibrated light source that has an intensity and wavelength that can be varied in a known manner. These winning functions are in a data processor 21 saved.
    [0013] Zu Zwecken dieses Beispiels wirdangenommen, daß dieden Farberfassungselementen 11–13 zugeordneten Gewinnfunktionendie jeweilige in 2 beiG1(λ) – G3(λ)gezeigte Form aufweisen. Es wird die Ausgabe des i-ten Detektorsbetrachtet, wenn derselbe mit einem monochromen Lichtsignal derAmplitude A0 und der Wellenlänge λ0 beleuchtetwird. Im allgemeinen gibt es eine Anzahl von Kombinationen (Intensität, Wellenlänge), diedas gemessene Signal in einem bestimmten Sensorelement erzeugen.So ist die Ausgabe aus einem einzelnen Detektor nicht ausreichend,um die Farbe und Intensitätdes Signals zu bestimmen. Wenn jedoch die Gewinnkurven mehrererSensoren verwendet werden, gibt es eine eindeutige Lösung unterder Voraussetzung, daß dieGewinnkurven der verschiedenen Sensoren ausreichend unterschiedlichsind. In dem einfachen Fall eines Lichtsignals, das aus einer einzelnenSpektrallinie besteht, liefert das Verhältnis der Ausgaben zweier Detektoreneine eindeutige Lösung,wenn das Verhältnisder Gewinnfunktionen monoton bezüglichder Wellenlängeist. Bei dem gegenwärtigenBeispiel ist das Verhältnisder Gewinnfunktionen G1(λ) und G2(λ) in 3 gezeigt. Da das Verhältnis nurvon der Wellenlängeder Spektrallinie abhängt,definiert diese Kurve eindeutig die Wellenlänge der unbekannten Linie.Die separaten Gewinnfunktionen könnendann zur Bestimmung der Amplitude verwendet werden. Wenn das Verhältnis nichtmonoton ist, sind die Ausgaben aus anderen Detektoren unter Umständen notwendig,um die Wellenlängedes Lichtsignals eindeutig zu bestimmen.For the purposes of this example, it is assumed that the color detection elements 11 - 13 assigned profit functions the respective in 2 have the shape shown at G 1 (λ) - G 3 (λ). The output of the i-th detector is considered when it is illuminated with a monochrome light signal of amplitude A 0 and wavelength λ 0 . In general, there are a number of combinations (intensity, wavelength) that generate the measured signal in a particular sensor element. For example, the output from a single detector is not sufficient to determine the color and intensity of the signal. However, if the profit curves of several sensors are used, there is a clear solution provided that the profit curves of the different sensors are sufficiently different. In the simple case of a light signal consisting of a single spectral line, the ratio of the outputs of two detectors provides a unique solution if the ratio of the gain functions is monotonic with respect to the wavelength. In the current example, the ratio of the gain functions G 1 (λ) and G 2 (λ) is in 3 shown. Since the ratio depends only on the wavelength of the spectral line, this curve clearly defines the wavelength of the unknown line. The separate gain functions can then be used to determine the amplitude. If the ratio is not monotonic, the outputs from other detectors may be necessary to uniquely determine the wavelength of the light signal.
    [0014] Nun wird der Fall betrachtet, indem die unbekannte Lichtquelle ein Spektrum emittiert, das aus Nunterschiedlichen Spektrallinien besteht, und der Detektor M Farberfassungs elementeumfaßt.Die Ausgabe des i-ten Detektors, für I = 1 bis M, ist durch folgendeGleichung gegeben:
    [0015] Hier weist die j-te Spektrallinieeine Amplitude Aj und eine Wellenlänge λj auf.Dieses System von Gleichungen kann für die Amplituden und Wellenlängen derSpektrallinien gelöstwerden, vorausgesetzt, es gibt ausreichend Detektoren. Im allgemeinenmuß Mgrößer odergleich 2N sein. Da der obige Satz von Gleichungen nichtlinear in λj ist,muß dasSystem von Gleichungen im allgemeinen unter Verwendung eines Datenanpassungsprogrammsgelöstwerden. Da derartige Programme in der Technik gut bekannt sind,werden sie hier nicht detailliert erläutert.Here the jth spectral line has an amplitude A j and a wavelength λ j . This system of equations can be solved for the amplitudes and wavelengths of the spectral lines, provided there are sufficient detectors. In general, M must be greater than or equal to 2N. Since the above set of equations is non-linear in λ j , the system of equations must generally be solved using a data fitting program. Since such programs are well known in the art, they are not discussed in detail here.
    [0016] Es wird darauf verwiesen, daß ein Einschließen zusätzlicherDetektoren es ermöglicht,die Annahme zu testen, daß dieAnzahl von Spektrallinien kleiner oder gleich einem bestimmten Wertist. Es wird z. B. der Fall betrachtet, bei dem angenommen wird,daß dasSpektrum eine einzelne Spektrallinie ist, wie z. B. λ0,in 2 gezeigt. Wenn derWert für λ0,der unter Verwendung der Farberfassungselemente 11 und 12 erhalten wird,sich wesentlich von dem Wert für λ0 unterscheidet,der unter Verwendung der Erfassungselemente 12 und 13 erhaltenwird, muß dieAnnahme, daß dasSpektrum aus einer einzelnen Spektrallinie besteht, falsch gewesensein und ein Modell, das zumindest zwei Spektrallinien verwendet,muß angewendetwerden.It is noted that the inclusion of additional detectors makes it possible to test the assumption that the number of spectral lines is less than or equal to a certain value. It is e.g. B. considered the case where it is assumed that the spectrum is a single spectral line, such as. B. λ 0 , in 2 shown. If the value for λ 0 , that using the color detection elements 11 and 12 is obtained, differs significantly from the value for λ 0 using the detection elements 12 and 13 the assumption that the spectrum consists of a single spectral line must have been wrong and a model using at least two spectral lines must be applied.
    权利要求:
    Claims (3)
    [1]
    Vorrichtung (10) zum Messen der Farbeeines Lichtsignals, wobei die Vorrichtung (10) folgendeMerkmale aufweist: eine Mehrzahl von Farberfassungselementen(11–13),wobei jedes Farberfassungselement ein elektrisches Signal erzeugt,das von der Wellenlängeund Intensitätvon Licht abhängt,das auf das Farberfassungselement auftrifft, wobei jedes der Farberfassungselemente(11 – 13)durch eine Gewinnfunktion gekennzeichnet ist, die das elektrischeSignal auf die Wellenlängeund Intensitätvon Licht, das auf dasselbe auftrifft, bezieht, wobei jede der Gewinnfunktionensich von den anderen der Gewinnfunktionen unterscheidet; einoptisches System (17) zum Beleuchten jedes der Farberfassungselemente(11–13)mit Licht von der Lichtquelle; und einen Datenprozessor (21),der mit jedem der Farberfassungselemente (11–13)verbunden ist, wobei die Steuerung eine Intensität und Wellenlänge für das Lichtsignalaus den elektrischen Signalen bestimmt.Contraption ( 10 ) for measuring the color of a light signal, the device ( 10 ) has the following features: a plurality of color detection elements ( 11 - 13 ), each color sensing element generating an electrical signal depending on the wavelength and intensity of light incident on the color sensing element, each of the color sensing elements ( 11 - 13 ) is characterized by a gain function that relates the electrical signal to the wavelength and intensity of light striking it, each of the gain functions being different from the others of the gain functions; an optical system ( 17 ) to illuminate each of the color detection elements ( 11 - 13 ) with light from the light source; and a data processor ( 21 ) with each of the color detection elements ( 11 - 13 ) is connected, the tax an intensity and wavelength for the light signal determined from the electrical signals.
    [2]
    Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, bei der jederder Farbsensoren einen Photodetektor (15) und ein optischesBandpaßfilter(14) aufweist.Contraption ( 10 ) according to claim 1, wherein each of the color sensors comprises a photodetector ( 15 ) and an optical bandpass filter ( 14 ) having.
    [3]
    Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei derdie Wellenlängezwischen einer minimalen und einer maximalen Wellenlänge liegt,und bei der fürjede Wellenlängezwischen der minimalen und der maximalen Wellenlänge die Signale von zweiender Farberfassungselemente (11–13) ausreichen, umdie Intensitätund Wellenlängeeines Lichtsignals zu bestimmen, das bei dieser Wellenlänge eineeinzelne Spektrallinie aufweist.Contraption ( 10 ) according to Claim 1 or 2, in which the wavelength is between a minimum and a maximum wavelength, and in which, for each wavelength between the minimum and the maximum wavelength, the signals from two of the color detection elements ( 11 - 13 ) are sufficient to determine the intensity and wavelength of a light signal which has a single spectral line at this wavelength.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-08-19| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-04-06| 8130| Withdrawal|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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