专利名称：发光二极管亮度和曝光量的测定软件的制作方法
由本文件的受让人共同拥有并通过被整体引用成为本文件的组成部分的相关的共同未决的美国专利申请在本申请提出之日或该日前后向美国专利和商标局提交。该相关申请是惠普(Hewlett-Packard)字10991888，序列号一，标题是“发光二极管相对亮度的硬件模型化”。
本发明一般地涉及曝光量的精确控制，更详细地说，涉及将发光二极管的光输出模型化，以便在发光二极管阵列光输出随该部件的温度和使用时间变化的情况下，保持曝光量不变。
诸如灰度和彩色成像的高质量图像拍摄需要精密光源。考虑到他们的体积、价格、性能和其它质量，可选择各种发光二极管(LED’s)作为拍摄图像的光源。不幸的是，发光二极管的光输出随结温度和使用年限而变化。由于发光二极管通电时发热，因此，决定发光二极管的结温度、因此也决定其光输出的因素之一是发光二极管通电的时间量以及工作比。补偿这种变化的至少一部分的一种方法是利用光校准带。光校准带可以与搜索算法一起用来在图像拍摄之前设定照度等级。该方法的一个缺点是图像拍摄阵列的一部分用来检测校正带。这减小了任何给定时刻拍摄的宽度或面积。这种方法另一个缺点是没有考虑图像拍摄期间结温度的变化。
因此，本领域需要一种不需使用光校准带的照度补偿方法和设备。
一个实施例在给出一组校准值、环境温度、器件近期通-断关系曲线和器件长期随时间变化信息计算发光二极管光输出。一旦发光二极管光输出计算出来，那么在器件的各种工作条件和使用寿命范围内可以得出几乎不变的曝光量。环境温度靠温度传感器获得。器件近期通-断关系曲线用计数计时器来调整。器件长期随时间变化信息和校准值用非易失性存储器记录。校准值在生产时测量和设定，而且保证在相同条件下每个器件产生的曝光量几乎相同。
通过以下结合附图、举例说明本发明原理的详细描述，本发明的优点和其它方面将会变得更清晰。
图1是拍摄曝光系统的框图。
图2是说明用来计算照度和曝光量的步骤的流程图。
图1是拍摄曝光系统100的框图。中央处理器(CPU)110发送照度控制信号116给发光二极管驱动器112和发光二极管模型102。发光二极管驱动器112连接到发光二极管阵列114。发光二极管阵列114为拍摄图像提供照明。该拍摄曝光系统还有一个环境温度传感器106。环境温度传感器106的输出值靠模/数变换器104来读取并传递到中央处理器110，非易失性存储器102连接到中央处理器110，并存储校准值和长期随时间变化信息。计数计时器104也连接到中央处理器110，并且记录发光二极管接通和断开时间。
发光二极管的光输出可借助下面的方程式、利用由实验得出的品质因数T0来描述 这里LOP(T)是在发光二极管P-n结的温度为TJ时的光输出，KL是对应于发光二极管P-n结的温度为Tc时光输出的测量常数。通过测量多种结温度下的相对光输出来确定T0，然后应用指数拟合法来确定特定器件的T0。上述方程式以P-n结温度度来描述光输出。不幸的是，这个温度取决于包括环境温度、发光二极管短期和长期接通-断关系曲线，正向电压，正向电流，发光二极管效率和热时间常数的许多其他因素。发光二极管短期通-断关系曲线特别重要，因为它决定发光二极管每次接通和断开的起始温度。发光二极管的长期随时间变化信息不如短期经历重要，但是使用几年后发光二极管的亮度会有大约3％的偏差。因此，发光二极管导通时，结温度遵循如下的加热曲线 这里Ton是发光二极管接通时的起始结温度，T∞是发光二极管接通很长时间以后达到的稳态结温度，τ是发光二极管的热时间常数。当发光二极管断电时，结温度遵循如下的冷却曲线 这里Toff是发光二极管断电时的起始结温度，Ta是环境空气温度，τ是发光二极管的热时间常数。
发光二极管经过长期使用，它的亮度稍有减少。时间t之后的光输出与初始光输出对比的百分率表示为 这里当通电时间t是以小时计时KD是数量级约为10-3的常数。不同的发光二极管有不同的KD，然而，该值可以通过实验或其它方法来选定，这些方法能用来产生特定类型、构造或模型的发光二极管的长期亮度退化的适当的近似值。
图2是说明用来计算照度和曝光量的步骤的流程图。在步骤202，测量环境温度。如果这些步骤在图1的系统上进行，则这将由环境温度传感器106和模/数变换器108在中央处理器110的控制下进行，并把结果送到中央处理器110。在步骤204，确定结温度。在最佳实施例中，利用方程3、方程4、先前的结温度值以及前次确定结温度以来光源接通和断开时间来确定结温度。如果光源相对于其热时间常数已经断开了很长时间，那么结温度就是环境温度，因此不需要使用这些方程式。这种假定适合于方程3当t＞＞τ时产生的结果。在步骤206，根据结温度和长期随时间变化信息确定光输出。在最佳实施例中，光输出用方程式1来计算，然后光输出按照利用方程式4确定的百分率降低。在步骤208，利用在步骤206确定的光输出来确定曝光量。该曝光量可以用很多方法确定，其中包括用确定曝光时间的常数来除光输出或者在利用方程式2确定瞬间结温度的情况下在时间上对方程式1进行分步积分，直到得到所需要的曝光量。
在步骤201，确定光源已经接通的时间。如果这些步骤在图1的系统进行，那么光源接通时间就可以利用从计数计时器104接收到的信息来确定。在另一种方法中，由于中央处理器控制光源接通和断开的时间，所以中央处理器可以计算出光源接通时间。在步骤212，把光源接通时间加到总的接通使用时间上。该总的接通使用时间用在方程式4中。在步骤214，确定光源断开时间。在用不同于接通和断开光源的方法来控制曝光量的系统中，这个时间为0，在这种情况下不需执行这一步骤。在判断框216，参照阈值来测定断开时间。在最佳实施例中，该阈值比光源的热时间常数大得多。如果断开时间大于所述阈值，那么处理过程返回步骤202并再次测量环境温度。如果断开时间小于所述阈值，那么处理过程返回步骤204再次计算结温度。
在最佳实施例中，通过在拍摄曝光时间接通发光二极管阵列来调整拍摄曝光量。当然还可以采用象打开和关闭快门的调整拍摄曝光量的其它各种方法。本发明的系统和方法可以容易地适应其它系统，例如采用以下方法在曝光时断开时间为零并省去步骤214，直到发光二极管在各次拍摄之间断开。
根据以上所述，下面将指出，由本发明提供的拍摄曝光系统和发光二极管相对亮度模型的优点是简单易行，并且避免了由控制微处理器进行的复杂的指数方程计算或连续积分。此外，该系统还可针对各种热参数来构成或者适合于各种曝光量控制机理。
虽然已对本发明的几个特定实施例作了描述和举例说明，但本发明不限于所描述和举例说明的各部件的特定形式或安排。本发明只受权利要求书限制。
权利要求
1．一种图像拍摄装置包括光源；确定所述光源的温度的所述光源的热模型；所述光源的根据所述温度确定所述光源的光输出的光输出模型；曝光量调节装置，改变该调节装置以便补偿用所述模型输出表示的所述光源的变化。
2．权利要求1的图像拍摄装置，其特征在于所述热模型具有模型输入，而所述模型输入是所述光源接通时间和断开时间的指示。
3．权利要求2的图像拍摄装置，其特征在于还包括产生检测的环境温度的环境温度传感器，其特征在于所述温度受所述检测的环境温度的影响。
4．权利要求3的图像拍摄装置，其特征在于所述光源是至少一只发光二极管。
5．权利要求4的图像拍摄装置，其特征在于所述光源的所述热模型包括计算机执行软件。
6．权利要求4的图像拍摄装置，其特征在于所述光源的所述照度模型包括计算机执行软件。
7．权利要求4的图像拍摄装置，其特征在于所述曝光量调节装置改变所述光源的所述接通时间。
8．一种补偿光源变化的方法，所述方法包括确定所述光源的温度；根据所述温度确定所述光源的所述光输出；以及调整曝光量以便补偿用所述光输出量表示的所述光源的变化。
9．权利要求8的方法，其特征在于所述确定温度是利用所述光源的接通时间和断开时间的指示来实现的。
10．权利要求9的方法，其特征在于还包括检测环境温度并且所述光源是至少一只发光二极管。
全文摘要
确定发光二极管的结温度。该结果用来确定发光二极管的初始亮度值。该初始亮度值按照由存储的总的接通使用时间指示确定的长期递减量降低。降低的亮度值用来为拍摄系统确定曝光量。通过测量环境温度并且保持由接通时间和断开时间确定的运行结温度,来确定所述结温度。
文档编号H04N1/00GK1314610SQ0013744
公开日2001年9月26日 申请日期2000年12月20日 优先权日2000年3月22日
发明者P·A·博尔格, K·福里斯特 申请人:惠普公司