光譜匹配的製作方法
2023-05-31 04:38:31
專利名稱：光譜匹配的製作方法
技術領域：
根據一所期望的光譜功率分布曲線產生光。使用多個不同的光源產生一光譜。一光學測量裝置測量所述多個不同光源產生的光譜。所述光學測量裝置能夠探測所述多個不同光源產生的整個光譜內的光。使用所測量光譜作為反饋來改變所述多個不同光源產生的光譜，以近似所期望的光譜功率分布曲線。
背景技術：
太陽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、螢光燈、固態發光裝置等。除太陽外的其他光源通常稱做人造光源。人們時常認為，與太陽光相比，人造光源存在這方面或那方面的缺陷。
對於諸多應用而言，太陽光是較佳的光源，其可能的原因是，例如，太陽光能夠較好地顯現所關心物體的真實顏色，例如繪畫、織物、墨水、紙張、棉花等。另外，太陽能有益健康。舉例而言，如果缺乏維他命D和患有黃疸病，建議多曬太陽。此外，最近的醫學發現表明當人體一般而言暴露於太陽光且具體而言暴露於特定光色時，可加快人體康復速度。
然而，在諸多應用中，特定的地點及/或時間使利用太陽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光的人造光源。
人們已建議國際照明委員會(CIE)標準施照體D65使用6500開爾文(Kelvin)的色溫表示平均日光。CIE標準施照體D65的光譜功率分布非常寬廣，可從紫外光譜區到紅外光譜區，並以相對等同的量包括可見光譜的所有的波長。
白熾燈的典型光譜功率分布主要處於紅和紅外光譜範圍內。當使用白熾燈作為人造光源來模擬太陽光時，所合成的光具有一高演色指數(CRI)。然而，由於白熾燈的光譜功率分布在較低光波長時偏低，因此，白熾燈無法很好地再現藍色。另外，白熾燈通常具有相對低的功率效率及不超過1000小時的短使用壽命。
螢光燈的典型光譜功率分布呈現與照明燈中所用磷的類型相對應的銳窄尖峰。當使用螢光燈作為一人造光源來模擬太陽光時，通常使用紅、綠和藍磷。螢光燈在藍和綠區域內具有中等偏高的CRI，但在黃和紅區域內具有低CRI。典型的螢光燈具有不超過10,000小時的中等使用壽命。
雖然白熾燈和螢光燈合二者能夠產生不同色溫或光譜功率分布的光，但一單一白熾燈或螢光燈僅能夠產生具有一單一和固定光譜功率分布曲線的光源。
在一LED基光源系統中，可通過調整不同顏色的LED輸出的光量來獲得不同的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基光源系統通常具有比白熾燈或螢光燈長得多的使用壽命。再者，LED基光源系統通常比白熾燈基系統具有更高的功率效率。
LED的光學性能可隨溫度、驅動電流和老化而變化。對於相同的製作工藝，每批LED的特性也會有所不同。操作期間LED光學特性的漂移對於諸多應用是不可接受的，因為漂移會影響顏色一致性。因此，需要動態控制並維持顏色一致性。美國專利第6,344,641B1號、第6,448,551B1號和第6,507,159B2號提供了關於用於防止LED光系統內發生漂移的反饋系統的管理實例。
發明內容
根據本發明的一實施例，可根據一所期望光譜功率分布曲線來產生光。使用多個不同光源產生一光譜。一光學測量裝置測量由該等多個不同光源產生的光譜。光學測量裝置能夠探測該等不同光源所產生的整個光譜內的光。使用所測得光譜作為反饋來改變該等多個不同光源所產生的光譜，從而模擬所期望的光譜功率分布曲線。
圖1為根據本發明一實施例的光源的簡化方框圖。
圖2顯示一表示太陽光的SPD曲線以及其他各表示圖1所示光源內一彩色LED光輸出的單獨SPD曲線。
圖3顯示一表示太陽光的SPD曲線以及一表示圖1所示光源的額外的SPD曲線。
圖4為根據本發明另一實施例的光譜的簡化方框圖。
圖5為根據本發明一實施例的光源測量裝置的簡化方框圖。
具體實施例方式
圖1為光源14的一簡化方框圖。該光源包括一紅色LED21、一綠色LED22、一藍色LED23、一琥珀色LED24、一深藍色LED25和一深紅色LED26。一LED驅動器13控制著正向電流幅值，並由此控制著紅色LED21、綠色LED22、藍色LED23、琥珀色LED24、深藍色LED25及深紅色LED26中每一個的亮度。或者，當使用脈寬調製時，LED驅動器13控制著信號負載循環，並由此控制著紅色LED21、綠色LED22、藍色LED23、琥珀色LED24、深藍色LED25及深紅色LED26中每一個的亮度。
一光學測量裝置27測量由紅色LED21、綠色LED22、藍色LED23、琥珀色LED24、深藍色LED25和深紅色LED26產生的光譜。光學測量裝置27向一反饋控制器12提供對紅色LED21、綠色LED22、藍色LED23、琥珀色LED24、深藍色LED25及深紅色LED26所產生光譜的反饋。反饋控制器12控制著LED驅動器13，以使紅色LED21、綠色LED22、藍色LED23、琥珀色LED24、深藍色LED25及深紅色LED26所產生的光譜與用戶輸入11所請求的光譜相匹配。舉例而言，所請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，為與太陽光的SPD相匹配，光學測量裝置27以一寬光譜對光強度進行測量，該寬光譜包括紅色LED21、綠色LED22、藍色LED23、琥珀色LED24、深藍色LED25及深紅色LED26產生的所有的光。舉例而言，為實現此目的，使用一光譜儀或通過在不同波長範圍內具有光譜響應的多個光學傳感器來構建光學測量裝置27。例如，可通過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色濾光鏡、及一光敏器件與一深紅色濾光鏡來構建光學測量裝置27。
匹配一寬顏色光譜的能力可使光學測量裝置27能夠控制光源14來匹配一目標光譜的SPD。匹配該目標光譜可使光源14能夠靈活地產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產生具有一表示太陽光SPD曲線的光。在圖2中，軸38以納米為單位表示波長。軸39表示規一化的相對功率。跡線37表示CIE標準施照體D65的SPD曲線。跡線31表示藍色LED23的單獨SPD曲線。跡線32表示深藍色LED25的單獨SPD曲線。跡線33表示綠色LED22的單獨SPD曲線。跡線34表示琥珀色LED24的單獨SPD曲線。跡線35表示紅色LED21的單獨SPD曲線。跡線36表示深紅色LED26的單獨SPD曲線。
在圖3中，軸38以納米為單位表示波長。軸39表示規一化的相對功率。跡線37表示CIE標準施照體D65的SPD曲線。跡線41表示藍色LED23、深藍色LED25、綠色LED22、琥珀色LED24、紅色LED21及深紅色LED26的組合SPD曲線。
本發明的具體實施例還能將一光源所產生的光譜擴展至包括不可見光譜範圍。例如，可在LED光源中添加紅外和紫外光發射體，以產生一特定的SPD曲線，供用於需要紅外和紫外成分的應用。圖4所示即是此種情況。
圖4是光源114的簡化方框圖。該光源包括一紅色LED121、一綠色LED122、一藍色LED123、一琥珀色LED124、一深藍色LED125、深紅色LED126、一紫外光發射體128及一紅外光發射體129。舉例而言，紫外光發射體128是一紫外LED且紅外光發射體129是一紅外LED。LED驅動器113控制著正向電流幅值或信號負載循環，並由此控制著紅色LED121、綠色LED122、藍色LED123、琥珀色LED124、深藍色LED125、深紅色LED126、紫外光發射體128及紅外光發射體129中每一個的亮度。
一光學測量裝置127測量紅色LED121、綠色LED122、藍色LED123、琥珀色LED124、深藍色LED125、深紅色LED126、紫外光發射體128及紅外光發射體129所產生的光譜。光學測量裝置27向一反饋控制器112提供對紅色LED121、綠色LED122、藍色LED123、琥珀色LED124、深藍色LED125、深紅色LED126、紫外光發射體128及紅外光發射體129所產生光譜的反饋。反饋控制器112控制著LED驅動器113，以使紅色LED121、綠色LED122、藍色LED123、琥珀色LED124、深藍色LED125、深紅色LED126、紫外光發射體128及紅外光發射體129所產生的光譜與用戶輸入111所請求的光譜相匹配。
舉例而言，為與太陽光的SPD相匹配，光學測量裝置127以一寬光譜對光強度進行測量，該寬光譜包括由紅色LED121、綠色LED122、藍色LED123、琥珀色LED124、深藍色LED125、深紅色LED126、紫外光發射體128及紅外光發射體129產生的所有的光。舉例而言，為實現此目的，可使用一光譜儀來構建光學測量裝置127。或者，可組合使用光學傳感器來構建光學測量裝置127。此種情況顯示在圖5中。
圖5顯示組合使用光學傳感器構建的光學測量裝置，其在不同波長範圍均具有光譜響應。紅色光學傳感器由一紅色濾光鏡61與一光敏器件51構建而成。紅色濾光鏡僅允許一光源所產生光中的紅色成分通過。綠色光學傳感器由一綠色濾光鏡62與一光敏器件52構建而成。藍色光學傳感器由一藍色濾光鏡63與一光敏器件53構建而成。琥珀色光學傳感器由一琥珀色濾光鏡64與一光敏器件54構建而成。深藍色光學傳感器由一深藍色濾光鏡65與一光敏器件55構建而成。深紅色光學傳感器由一深紅色濾光鏡66與一光敏器件56構建而成。紫外光學傳感器由一紫外濾光鏡67與一光敏器件57構建而成。紅外光學傳感器由一紅色濾光鏡68與一光敏器件58構建而成。一包括(例如)模擬-數字轉換器(ADC)的界面60可產生反饋信號，供發送至反饋控制器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量僅具有舉例說明意義。所用特定光譜及不同光譜的數量由與目標SPD相比所期望產生的一特定SPD光譜及其精確度來決定。一般而言，增加光譜的數量可實現更佳的SPD匹配且空隙更少。
上述論述僅揭示並闡釋本發明實施例的方法和實現例。熟悉此項技術者應了解，可在不背離本發明精神或實質特徵的前提下以其他具體方式實施本發明。因此，本發明的揭示內容僅欲闡釋而非限定本發明的範圍，本發明的範圍由隨附權利要求規定。
權利要求
1.一種根據一所期望光譜功率分布曲線產生光的方法，其包括使用多個不同光源產生一光譜；通過一光學測量裝置測量由所述多個不同光源產生的所述光譜，所述光學測量裝置能夠探測由所述多個不同光源產生的整個光譜內的光；及使用所測量的光譜作為反饋來改變所述多個不同光源所產生的所述光譜，以近似所期望的光譜功率分布曲線。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述所期望的光譜分布曲線是一CIE標準施照體。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述多個不同光源包括一紅色發光二極體(LED)、一綠色LED、一藍色LED、一琥珀色LED、一深藍色LED及一深紅色LED。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述多個不同光源包括一紅色發光二極體(LED)、一綠色LED、一藍色LED、一琥珀色LED、一深藍色LED、一深紅色LED、一紫外光發射體及一紅外光發射體。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述光學測量裝置是一光譜儀。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述光學測量裝置包括在不同波長範圍內具有光譜響應的多個光學傳感器。
7.如權利要求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，其包括多個不同光源，其能夠根據一所期望的光譜功率分布曲線產生一光譜；一光學測量裝置，所述光學測量裝置測量所述多個不同光源產生的所述光譜；及用於所述多個不同光源的反饋控制，所述反饋控制使用來自所述光學測量裝置關於所測量光譜的信息來改變所述多個不同光源產生的所述光譜，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標準施照體。
10.如權利要求8所述的光源，其中所述多個不同光源包括一紅色發光二極體(LED)、一綠色LED、一藍色LED、一琥珀色LED、一深藍色LED及一深紅色LED。
11.如權利要求8所述的光源，其中所述多個不同光源包括一紅色發光二極體(LED)、一綠色LED、一藍色LED、一琥珀色LED、一深藍色LED、一深紅色LED、一紫外光發射體及一紅外光發射體。
12.如權利要求8所述的光源，其中所述光學測量裝置是一光譜儀。
13.如權利要求8所述的光源，其中所述光學測量裝置包括在不同波長範圍內具有光譜響應的多個光學傳感器。
14.如權利要求8所述的光源，其中所述光學測量裝置測量包括在不同波長範圍內具有光譜響應的多個光學傳感器，每一光學傳感器均包括一濾光鏡及一光敏器件。
15.一種光源，其包括多個不同的光構件，其用於根據一所期望的光譜功率分布曲線產生一光譜；及一光學測量構件，其用於測量由所述多個不同光構件產生的所述光譜；及反饋控制構件，其用於使用來自所述光學測量構件關於所測量光譜的信息來改變由所述多個不同光構件產生的所述光譜，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標準施照體。
17.如權利要求15所述的光源，其中所述多個不同光源包括一紅色發光二極體(LED)、一綠色LED、一藍色LED、一琥珀色LED、一深藍色LED及深紅色LED。
18.如權利要求15所述的光源，其中所述多個不同光源包括一紅色發光二極體(LED)、一綠色LED、一藍色LED、一琥珀色LED、一深藍色LED、一深紅色LED、一紫外光發射體及一紅外光發射體。
19.如權利要求15所述的光源，其中所述光學測量裝置包括在不同波長範圍內具有光譜響應的多個光學傳感器。
20.如權利要求15所述的光源，其中所述光學測量裝置測量包括在不同波長範圍內具有光譜響應的多個光學傳感器，每一光學傳感器包括一濾光鏡和一光敏器件。
全文摘要
根據一所期望的光譜功率分布曲線產生光。使用多個不同的光源產生一光譜。一光學測量裝置測量所述多個不同光源產生的光譜。所述光學測量裝置能夠探測所述多個不同光源產生的整個光譜內的光。使用所測量光譜作為反饋來改變所述多個不同光源產生的光譜，以近似所期望的光譜功率分布曲線。
文檔編號H05B37/02GK1725923SQ20051005363
公開日2006年1月25日 申請日期2005年3月9日 優先權日2004年7月21日
發明者李俊作, 吳基延, 鄭興佑 申請人:安捷倫科技公司