专利名称：测量色度坐标的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种色坐标测量系统，更具体而言，涉及一种RGB原色点识别和测量系统。
然而，众所周知，由于各种原因，LED并不表现出一致性的特征。例如，在类似的工厂条件下制造的不同批的LED产生属于物理性质范围内的光线。而且，起先具有精确相同特性的那些LED由于不同的使用和老化过程可以随时间有不同的表现。
一种LED的代表性使用是通过采用红色，绿色和蓝色(RGB)LED的原色产生白光的过程。例如，许多LCD监视器使用红色，绿色和蓝色LED的阵列产生白色背光。为了保证白光具有一致的色温和强度，许多制造商使用复杂的标定方案，这导致较高的制造成本。
难以保证一个设备，如一个监视器产生一致的白色背光的原因是红，绿和蓝光源中每一个的色坐标很难测量。依据一种先前技术方案，通过执行以下要解释的一系列的测量步骤可以测量每种原色的红，绿和蓝光源的色坐标。
在这一系列步骤的第一步期间，红和绿光源被断开，只有蓝原色点被测量。然后，红和蓝光源被断开，绿原色点被测量。最后，绿和蓝光源被断开，红原色点被测量。然而，如将要参考图4和5较详细地解释的那样，这种方案并不具有高的数值精度。
因此，需要一种能够精确地，经济地测量每种原色红，绿和蓝光源，如LED的色坐标的系统，以便产生一致的所希望的白光，或者用于测量采用这三种原色光源的任何光线。
一LED光源的色度坐标已知，系统配置控制器和驱动电路，保持红，绿和蓝LED光源中每一个所希望的强度(或流明输出水平)，从而保持所产生的RGB光线所希望的色度坐标。
依据本发明的另一个实施方案，引入一种用于确定一起产生所希望的光源的原色的色坐标的方法。产生所希望的光源的原色可以是红，绿和蓝LED光源。本方法包括将所述的红，绿和蓝光源中每一个的强度设置为特定的测试水平的步骤。然后是利用滤光器测量组合光源色坐标的步骤。往下本方法重复前面的两个步骤，以便测量组合光源中多个色坐标，每个坐标对应于红，绿和蓝光源中每一个不同组的测试强度水平。然后是测量红，绿和蓝LED光源中每一个的原色坐标的步骤，最后，提供一种反馈的装置，保持三个LED光源的强度在这样一种水平，使得组合光源具有所希望的色度坐标。
依据本发明的另一个实施方案，对每种红，绿和蓝光源设置不同的强度值，使得每组组合光源的强度值仍然是相同的。在依据本发明的又一种实施方案中，采用许多测试组，并应用最小二乘方估值技术计算红，绿和蓝光源中每一个的原色坐标。
图2是依据本发明一种实施方案的原色识别系统采用的色度图。
图3是用作说明依据本发明一种实施方案的原色识别过程的流程图。
图4a-4c是用作说明依据本发明某些实施方案所采用的三色滤光器的简图。
图5a和5b是用作说明依据本发明一种实施方案所采用的滤光器的频谱响应函数几个例子的图形。
滤光器14被放置在监视器12的前面，用以测量由LCD监视器12产生的白光的某些特性。正如将参考图4和5较详细地解释的那样，依据本发明一种实施方案的滤光器14包括带有滤光器的光电传感器，这些滤光器在一起作为工业中已知的三色滤光器起作用。
滤光器14被耦合到接口电路16，接口电路被配置成接收由滤光器14产生的信号，并调整这些信号供原色识别处理器18使用。照此，处理器18被耦合到接口16，并被配置成采取必要的步骤来确定在监视器12中采用的各种红，绿和蓝LED光源的色坐标。
三色滤光器14的操作和结构是众所周知的。图4(a)，4(b)和4(c)示出依据本发明各种实施方案中采用的代表性的三色滤光器的方框图。基本上，三色滤光器被配置成这样，使得滤光器的谱响应函数直接与CIE标准色度观测者的配色函数成比例。
图4(a)示出三色滤光器140的安排和功能。图4(a)的三色滤光器包括三个玻璃滤光器142，144和146，每个被配置成分别过滤包含在由源122产生的和由测试物体124反射的光中的红，绿和蓝光，一个或多个光电管154被放置在玻璃滤光器的后面，用以测量红，绿和蓝光分量中每一个的光输出。寄存器148，150和152被配置来存储与CIE1931标准观测者对应的光信息。这样，寄存器148存储与通过滤光器142的光对应的信息。同样，寄存器150存储与通过滤光器144的光对应的信息。而寄存器152存储与通过滤光器146的光对应的信息。
为此目的，图5(a)示出一张描述谱响应函数和与三色滤光器140组合的光电管，如154，可以最佳地复制CIE1931标准观测者的配色函数到达的程度的图形。实曲线表示CIE标准观测者的数据，虚曲线表示带有三色滤光器装置的光电管的响应。
三色滤光器的其他例子示于图4(b)和4(c)中，其中玻璃层被放置在滤光器衬底上。因此，如图4(b)中所示，衬底168承受被玻璃层164重迭的玻璃层166，而依次，玻璃层166被玻璃层162重迭。图4(c)示出玻璃层的另一种变型，其中层172并不完全覆盖层174，而层174并不完全覆盖层176。
为此目的，图5(b)示出一张描述谱响应函数和与三色滤光器160或170组合的光电管，如154，可以最佳地复制CIE1931标准观测者的配色函数到达的程度的图形。实曲线表示CIE标准观测者的数据，虚曲线表示带有三色滤光器装置的光电管的响应。
系统10也包括一个耦合到处理器18的控制器20。控制器20被配置成产生被处理器18估值的测试信号，以便确定在监视器12中采用的红，绿和蓝光源中每一个的色坐标。而且，控制器20存储色坐标信息，以便控制用于驱动光源的光，将由监视器12产生的光保持在所希望的水平上。
依据本发明的一种实施方案，控制器20包括一个连到处理器26的存储器单元24。除了其他信息外，存储器24还存储用于监视器12的红，绿和蓝LED光源中每一个的原色坐标。存储器24连到信号发生器22，信号发生器被配置成产生驱动信号，如提供给红，绿和蓝LED光源的电流信号。
控制器20包括一种反馈装置，使系统能够保持由监视器12产生的所希望的白光。这种反馈装置包括一个混合器28，它被配置成接收来自监视器12的反馈信号，以便与由发生器22产生的驱动信号作比较。处理器26根据存储在存储器单元24中的信息设置由信号发生器22产生的所希望的信号电平。
以下较详细地解释原色识别处理器18的操作。一般，颜色的感觉是由人的视网膜中光敏部分的物理刺激产生的。这种物理刺激由在包括波长380nm和780nm之间的可见谱中的电磁辐射组成的。人眼中的光敏部分称为圆锥体，可被分成三级，每级对辐射中不同的谱分布敏感。结果，许多不同的谱分布可以产生相同感觉的颜色。这意味着甚至当颜色感觉到是一致的时候，两个相比较的颜色的谱分布可能是不同的。
然而，在采用RGB LED光源的应用中，为了控制和保持所希望的组合光的颜色和强度，识别每种红，绿和蓝光源分量的色坐标是重要的。
图2是一张由国际照明委员会，缩写为CIE(CommissionInternationale de I’Eclairage)，规定的并由依据本发明一种实施方案的处理器(18)使用的色度图。
基本上，图2的CIE色度图示出与一个标准组的参考颜色刺激源和三色值标准组有关的信息。典型情况下，参考颜色刺激源对于红色刺激源(R)是波长700nm的辐射物，对于绿色刺激源(G)是波长541.6nm的辐射物，和对于蓝色刺激源(B)是波长435.8nm的辐射物。沿着曲线60的不同色点可被组合产生在点62上所描述的白光。色度图只表示三色值的比例；因此具有相同比例的光亮的和暗淡的颜色属于相同的点。
在点62上所希望的白光具有坐标XW和YW以及表示白光的总流明输出的强度IW。三种原色，红，绿和蓝的色度坐标和每个的流明输出分别被标记为(XR，YR)，(XG，YG)，(XB，YB)和IR，IG，IB。总流明输出和原色流明输出的关系为Iw＝IR+IG+IB(1)通过将等式(1)归一化，流明输出关系被规定为1＝IR’+IG’+IB’ (2)其中IR’，IG’，IB’被称为原色源的相对亮度。利用特定的原色色度坐标和有关的相对亮度输出，可以产生一种特定的颜色，如白色，并通过下式将这种特定的颜色表示在色度图上xwyw1yw=xRyRxGyGxByB1yR1yG1yB*IR′IG′IB′......(3)]]>根据原色点和它们有关的相对亮度，从等式(3)可以唯一地确定具有坐标(XW，YW)的所希望的颜色和所希望的流明输出IW的光的色点坐标。由下式确定LED流明输出Iv(If,T)=Iv(Itest,25C)(IfItest)eX(T-25C).....(4)]]>其中IV(If，T)是在LED前向电流If和周围温度T时的发光强度，IV(Itest，25C)是在前向电流Itest和25C时的数据单的发光强度，K是LED的温度系数。对于AlInGaP的典型K值是-0.010/C，因此，正如以下将要描述的那样，对于给定的LED，前向电流信号和周围温度，依据本发明的一个实施方案可以根据等式4确定它的流明输出。
图3是处理器18(
图1)所采用的一种过程的流程图，用以识别，例如，在监视器12中所使用的红，绿，和蓝LED光源中每一种的色点坐标。在步骤110，处理器开始测试步骤，进行坐标估值。这样，在步骤112，处理器18初始化，也设置测试步骤将要实施的次数n。
在步骤114，处理器18采用等式(4)分别估计对红，绿和蓝LED光源中每一种建立流明输出水平为IR1，IGI，IB1必须的电流信号。然后，所估计的电流信号值提供给控制器20，而控制器提供电流信号给LED光源，以便达到它们所希望的输出流明。
在步骤116，处理器18测量对红，绿和蓝LED设置的测试信号电平作出响应产生的光的色坐标。为此目的，三色滤光器14提供输出电平XW1，YW1和ZW1。处理器18根据下式从这些值计算由红，绿和蓝LED的组合产生的光相应的色坐标XW1和YW1，xw=XwXw+Yw+Zw.......(5)]]>yw=YwXw+Yw+Zw.......(6)]]>依据本发明的一个实施方案，参考步骤114和116所描述的测试信号和测量被重复三次。对于每种测试测量提供一个驱动信号，以便改变三种红，绿和蓝LED光源的流明输出水平，使得三组测试值为IR1IG1IB1,Iw1;IR2IG2IB2,Iw2;IR3IG3IB3,Iw3......(7)]]>其中对于每种测试测量中每个光源的流明输出水平可以从等式(4)导出，在每种测试测量时组合光源IW的流明输出水平用下式测量Iw＝683·Yw(8)应该指出，本发明在这方面并不限于这个范围。例如，依据本发明的各种实施方案可以采用多得多的测试组值。
对于这些组中每一组，根据所采用的测试组值，系统测量和计算由三种红，绿和蓝LED产生的白光的色度坐标，从而导出xw1yw1,xw2yw2,xw3yw3.....(9)]]>在步骤120，如以下要解释的那样，处理器18计算各个红，绿和蓝LED光源的色坐标，这样，从等式(3)已知xwyw1yw*Iw=xRyRxGyGxByB1yR1yG1yB*IRIGIB......(10)]]>通过将等式(7)和(9)代入(10)，提供以下的矩阵方程式xw1yw1xw2yw2xw3yw31yw11yw21yw3*Iw1000Iw2000Iw3=xRyRxGyGxByB1yR1yG1yB*IR1IR2IR3IG1IG2IG3IB1IB2IB3...(11)]]>因此，通过下式可以唯一地解出红，绿和蓝LED光源的色坐标xRyRyGyGxByB1yR1yG1yB=xw1yw1xw2yw2xw3yw31yw11yw21yw3*Iw1000Iw2000Iw3*IR1IR2IR3IG1IG2IG3IB1IB2IB3-1....(12)]]>在矩阵IR1IR2IR3IG1IG2IG3IB1IB2IB3.......(13)]]>是非奇异的条件下成立。如果下式xw1yw1,xw2yw2,xw3yw3......(14)]]>中没有两个测试点位于图2的CIE(X，Y)图中的相同垂直线上，则以上的条件可被满足。
依据本发明的一种实施方案，处理器18确定红，绿和蓝LED的色坐标，并将这些坐标提供给控制器20的存储器24。
为此目的，控制器20的处理器26被配置成保持通过应用等式(3)由红，绿和蓝LED产生的所希望的光色。这是可以进行的，因为所希望的光的坐标XW和YW是已知的。另外，存储器24包含红，绿和蓝LED的色坐标信息。因此，可以解出红，绿和蓝LED光源中每一种的所希望的流明输出。对于这种所希望的流明输出，等式(4)提供所希望的电流信号，这应该通过如图1中所描述的反馈装置提供给红，绿和蓝LED中的每一个。
依据本发明其他的实施方案，处理器18提供适当范围内的混合色点测试组，以便与所使用的三色滤光器的特性协调。例如，为了获得平衡良好的三色滤光器输出，测试点被小心地选取，使得三种红，绿和蓝光源的强度值得到平衡。这就避免了对于一种或两种光源的强度值比其余的光源高出许多。而且，依据本发明另一种实施方案，可以这样选择所产生的光的测试组流明输出水平，使得IW1＝IW2＝IW3，以便操作简便和消除可能的闪烁。正如已经通过实验评估的那样，人眼觉察不到低于2％的光强度变化。在本发明的另一种实施方案中。处理器18实施三种以上的测试组。在这种情况下，处理器18采用最小二乘方来导出红，绿和蓝LED的色坐标，例如，如果使用几个合格的测试组(n＞3)，需要用最小二乘方的办法解以下的等式xw1yw1xw2yw2xw3yw3xw4yw4…xwnywn1yw11yw21yw31yw4…1ywnIw1Iw2Iw3…Iwn....(15)]]>=xRyRxGyGxByB1yR1yG1yBIR1IR2IR3…IRnIG1IG2IG3…IGnIB1IB2IB3…IBn]]>它的解就是xRyRxGyGxByB1yR1yG1yB=PIQT(QQT)-1]]>其中P是等式(15)中的第一矩阵，I是等式(15)中的第二矩阵，Q是等式(15)中的第四矩阵。
依据本发明的另一个实施方案，连同图3所公开的方式对于多个不同室温重复地进行，对于每个室温测量红，绿和蓝LBD光源的色度坐标，并存储在存储器24(图1)中。然后，在系统操作期间，温度传感器测量系统的工作温度，并取回相应的色度坐标，以便保持通过组合红，绿和蓝光源产生的光所希望的颜色。
而且，利用依据本发明实施方案识别色坐标的数值精度优于在本发明背景中所描述的先前技术测量方案。如以前提到过的那样，先前技术测量方法利用顺序测量技术，其中两组LED被断开，只有一组与红，绿，或蓝色有关的LED仍然“导通”，以便测量被“导通”的LED的色坐标。
顺序测量方法没有本发明讲授的方法精确的原因可以参考图5(a)和5(b)进行解释。正如图上所示，配色函数X，Y和Z沿可见波长展开。当只有一种颜色，例如红色被测量时，其余的绿和蓝光源被“断开”，预料X是相当大的测量值，Y是中等的测量值，而Z是小的测量值。
同样，如果只有一种颜色，例如蓝色被测量，而其余的红和绿光源被“断开”，预料Z是相当大的值，而X和Y是较小的值。
值X，Y和Z的相对差值可以达到一或两个量级。在采用具有有限字长和有限分辨率的数字控制器的装置中，对于小的值的测量将有非常大的相对误差。
本发明克服了这种分辨率的问题，因为三种原色同时接通，X，Y和Z的测量同时进行。因此，X，Y和Z的值的差别与先前技术方案相比是很小的。这导致非常小的测量误差，良好的颜色评估和控制精度。
权利要求
1.一种原色识别系统，用于测量产生组合光的多个红，绿和蓝发光二极管(LED)的颜色色度坐标，所述的系统包括一个靠近所述的LED放置的滤光器，用以接收由所述的红，绿和蓝LED产生的所述的组合光；所述的滤光器被配置成提供与从所述的红，绿和蓝LED中每一个接收到的光对应的信号；由所述的滤光器提供的信号能够测量所述的组合光的色度坐标；一个连到所述的滤光器并被配置成接收由所述的滤光器提供的信号的处理器；所述的处理器进一步配置成产生与所述的多个红，绿和蓝LED中每一个有关的控制信号，使得从每个所述的LED提供所希望的光强度；一个连到所述的处理器接收所述的控制信号的驱动器电路，所述的驱动器电路进一步连到所述的多个红，绿和蓝LED，并被配置成提供驱动信号，使所述的LED能够产生所希望的光强度。
2.依据权利要求1的系统，其中所述的处理器产生多个测试控制信号组，使得所述的LED按顺序产生多个所希望的光强度；和所述的处理器被配置成依据与所述的测试控制信号组中每一组有关的组合光的色度坐标，计算所述的红、绿和蓝LED光源中每一个的色度坐标。
3.依据权利要求2的系统，其中所述的处理器产生至少三组控制信号，使得所述的LED按所述的顺序产生至少三种所希望的光强度值。
4.依据权利要求2的系统还包括测量与所述的红，绿和蓝LED中每一个对应的光强度值的装置，以便产生具有所希望的颜色的色度坐标的组合光。
5.依据权利要求4的系统，还包括一种反馈控制电路，被配置成跟踪和保持所述的光强度值，以便产生具有所希望的颜色的色度坐标。
6.依据权利要求2的系统，其中所述的红，绿和蓝LED中每一个的所述的颜色的色度坐标是基于3组测试按照下式算得的xRyRxGyGxByB1yR1yG1yB=xw1yw1xw2yw2xw3yw31yw11yw21yw3*Iw1000Iw2000Iw3*IR1IR2IR3IG1IG2IG3IB1IB2IB3-1]]>其中XR，XG，XB和YR，YG，YB是所述的红，绿和蓝中每一个的色坐标，XW1，XW2，XW3和YW1，YW2，YW3分别是对于依据所述的测试控制信号的3组分别测试中每一组的组合光色坐标，IR1，IG1，IB1，...IG3，IB3和IW1，IW2，IW3分别是依据3组测试的每一组中所述的测试控制信号，所述的LED中每一个和所述的组合光的强度值。
7.依据权利要求6的系统，其中所述的颜色的色度坐标的测量是在以下的矩阵是非奇异的条件下进行的，IR1IR2IR3IG1IG2IG3IB1IB2IB3.]]>
8.依据权利要求1的系统，其中所述的滤光器是一种三色的滤光器。
9.一种用于识别一起产生组合光的多个红，绿和蓝光源的颜色色度坐标的方法，所述的方法包括以下步骤将所述的红，绿和蓝光源中每一个的强度设置到所规定的测试水平；测量组合光的颜色的色度坐标；重复步骤(a)和(b)，以便测量所述的组合光的多种颜色的色度坐标，其中所述的组合光的每个色度坐标对应于红，绿和蓝光源中每一个的不同组的测试强度水平；测量红，绿和蓝光源中每一个的原色色度坐标。
10.依据权利要求9的方法，其中所述的测量组合光的颜色色度坐标的步骤还包括以下的步骤提供接近所述的组合光的三色滤光器；和依据由所述的三色滤光器提供的信号计算所述的组合光的颜色的色度坐标。
11.依据权利要求9的方法，还包括估计光强度值的步骤，该光强度值是为依据所述的红，绿和蓝光源中每一个所述的测得的光的色度坐标，获得所述的具有所希望的色度坐标的组合光所必需的。
12.依据权利要求11的方法，还包括通过采用反馈装置保持所述的红，绿和蓝光源中每一个所估计的光强度值。
13.依据权利要求11的方法，还包括依据以下等式测量由XW，YW所指明的组合光的颜色的色度坐标的步骤xw=XwXw+Yw+Zw]]>和yw=YwXw+Yw+Zw]]>其中XW，YW和ZW是由所述的滤光器提供的输出信号。
14.依据权利要求13的方法，还包括依据以下等式对于3组测试测量所述的红，绿和蓝光源中每一个的色坐标的步骤xRyRxGyGxByB1yR1yG1yB=xw1yw1xw2yw2xw3yw31yw11yw21yw3*Iw1000Iw2000Iw3*IR1IR2IR3IG1IG2IG3IB1IB2IB3-1]]>其中XR，XG，XB和YR，YG，YB是所述的红，绿，蓝中每一个的色坐标，XW1，XW2，XW3和YW1，YW2，YW3分别是依据所述的测试控制信号的各组测试中每一组的组合光的色坐标，IR1，IG1，IB1，...IG3，IB3，IW1，IW2，IW3，分别是依据3组测试中每一组的测试控制信号，所述的LED中每一个和所述的组合光的强度值。
全文摘要
一种用于识别红，绿和蓝光源的原色色度坐标的系统和方法包括接收由光源产生的组合光的三色滤光器。光源最好是一组红，绿和蓝发光二极管。处理器被配置成产生多个测试控制信号，对红，绿和蓝LED中每一个设置所希望的强度值。根据这些测试控制信号，系统被配置成测量与由这些红，绿和蓝LED产生的组合光对应的三组色度坐标。然后处理器根据测得的组合光坐标，LED的强度值，和组合光的强度值计算LED的颜色的色度坐标。这种依据本发明一个实施方案的计算是通过解一个矩阵方程实现的。一旦各种光源的色坐标被唯一地算得，系统测量每种光源的光强度值，这对于提供具有所希望的颜色的色度坐标的组合光是必要的。这些强度值可用在反馈控制电路中，用以当LED逐批或随时间改变它们的特性时，保持所希望的组合光。
文档编号G01M11/00GK1471630SQ02801561
公开日2004年1月28日 申请日期2002年4月25日 优先权日2001年5月8日
发明者劲 张, 张劲 申请人:皇家菲利浦电子有限公司