用于独立于照明器进行颜色测量的设备和方法

专利名称：用于独立于照明器进行颜色测量的设备和方法
技术领域：
0001本7>开内容大体上涉及颜色测量(color measurement) 系统，更明确地说，涉及用于独立于照明器(illuminator-independent ) 进行颜色测量的设备和方法。
背景技术：
0002已经开发出用于识别或测量不同对象-例如纸、涂料或塑 料的颜色的不同技术。这些颜色测量技术典型地试图提供客观颜色测量 而非主观颜色测量。然而，传统颜色测量技术通常4艮不适于测量或识别 荧光材料的颜色。荧光材料典型地指的是具有通过吸收一个波长的辐射 以及之后的再辐射(通常是不同的波长)而引起的荧光的材料，所述再 辐射在辐射停止时停止。传统的颜色测量技术还常常很不适于测量或识 别磷光性(phosphorescent)材料的颜色。磷光是荧光的形式，其中对 在一个时刻(instant)吸收的光能进行再辐射是在扩展的时间范围内 发生的而不是在基本上相同的时刻。
0003因若干原因，传统颜色测量技术典型地在测量荧光或磷光 性材料的颜色方面有困难。 一个原因是传统颜色测量技术通常基于或起 源于用于测量非荧光材料的颜色的技术。非荧光材料通常具有独立于照 明(illumination)的福射系数(radiance factor)。相比之下，焚
光或磷光性材料的辐射系数通常强烈依赖于照明的谱功率分布。换言 之，荧光或磷光性材料的辐射系数典型地会随在颜色测量期间在荧光或 磷光性材料上发出的光而变化。
0004传统颜色测量技术通常仅能够在一个或多个特定照明条件 下才准确地表征荧光或磷光性材料的颜色。从这些测量来看，通常不可 能在与颜色测量期间所使用的照明显著不同的照明下准确地预测荧光 或磷光性材料的颜色。这通常会引起若干问题。例如，关于特定对象(例 如客户产品)是否满足该对象的颜色规范在制造商和客户之间可能会有 4艮大的分歧。而且，这可能引起严重的同色异谦(metamerism),其中 在一个颜色测量仪看来颜色基本上相同的荧光或磷光性材料在另 一个
颜色测量仪看来颜色可能基本上不同。另外，就对着色过程(coloring process)进行建;f莫而言，使用常规颜色测量技术进行的颜色测量通常 提供不准确或误导信息。这通常使得着色过程的质量控制机制难以实现 并且导致不良的质量控制性能。
0005用于测量荧光材料的颜色的一种现有颜色测量技术包括产 生具有随时间而变化的谱分布的光束。光束被用于对材料进行照明，并 且谱功率测量在不同的时间进行。然而，该颜色测量技术可能需要大量 的时间来正确工作。此外，当对相对于颜色测量仪移动的材料的性质进 行测量时，测量典型地只有当该性质在测量时不随移动的距离而变化时 才是可靠的。例如，在造纸机中， 一张纸可以以高达每秒30米移动。 在此期间，仅可能形成一个或两个可靠测量，并且如果材料性质随更短 的距离范围而变化，那么那些测量可能是不可靠的。
0006用于测量磷光性材料的颜色的一种现有技术包括使用在谱 上与材料将被用于其中的预定(intended)照明相匹配的光对材料的区 域进行连续照明。在这种情况下，来自样本的光可以包括磷光性分量以 及反射或透射的荧光分量。可替换地，在对来自材料的光继续测量时， 可以中断对材料的照明，从而允许仅测量磷光并且确定其随时间的变 化。
0007这些技术与传统荧光测量经受相同缺点的困扰，也就是测 量不表示在与用于测量的那些照明条件不同的照明条件下材料的颜色。 而且，如果材料表现出磷光而不是荧光或者除荧光之外还发出磷光，则 其中照明的谱分布随着时间而变化的技术可能会产生不正确的测量。这 是因为在任何时刻因照明而产生的磷光会对在该时刻之后的相当长时 间对所测量的光造成影响，而传统测量技术通常假定所测量的光仅响应 于同时的照明变化而变化。结果，磷光所造成的对测量的时变影响就与 荧光所造成的随照明而变化的影响混合在一起。这两种影响典型地无法 区分，并且也都不能根据测量而被可靠地量化。

发明内容
0008本公开内容提供了用于独立于照明器进行颜色测量的设备
和方法。
0009在第一实施例中， 一种方法包括产生至少一个具有多个第
一区域的第一光束。所述第一区域中的至少两个是镨相异的
(spectrally different )。所述方法还包括使用所述至少一个第一光 束来产生至少一个第二光束和至少一个第三光束。所述至少一个第二光 束具有多个第二区域，并且所述至少一个第三光束具有多个第三区域。 所述第二区域中的至少两个是谱相异的，并且所述第三区域中的至少两
个是谱相异的。所述方法进一步包括为所述第二区域中的每一个测量多 个第一波长带(wavelength band)中每一个中的谱。此外，所述方法 包括使用所述至少一个第三光束对对象的至少一部分进行照明以产生 至少一个第四光束。所述至少一个第四光束具有多个第四区域，其中所 述第四区域中的至少两个是谱相异的。另外，所迷方法包括为所述第四 区域中的每一个测量多个第二波长带中每一个中的谱并且使用所测量 的谱中的至少 一 些来确定对象的辐射传递系数。
0010在特定实施例中，所述方法包括使用辐射传递系数确定在 指定照明条件下对象的颜色。
0011在其它特定实施例中，所述方法包括校准用于测量谱的第 一和第二检测器。所述校准可以包括使用第二和笫四光束中的每一个中 的一个或多个区域中的i普局部化特征(localized feature)来校准枱， 测器的波长标度(scale)。所述校准还可以包括使用第二和第四光束 中的每一个中的一个或多个区域的谱特征来建立检测器处的第二和第 四光束之间的对应(correspondence)。另夕卜，校准还可以包括使用具 有已知反射率或透射率的第二对象来校准检测器的光度标度 (photometric scale )。
0012在第二实施例中， 一种设备包括射束发生器(beam generator)，所述射束发生器能够产生至少一个具有多个第一区域的 第一光束。所述第一区域中的至少两个是谱相异的。射束发生器还能够 使用所述至少一个第一光束来产生至少一个笫二光束和至少一个第三 光束。所述至少一个第二光束具有多个第二区域，并且所述至少一个第 三光束具有多个第三区域。所述第二区域中的至少两个是谱相异的，并 且所述第三区域中的至少两个是镨相异的。所述设备还包括第 一检测 器，其能够为所述笫二区域中的每一个测量多个第一波长带中每一个中 的谱。所述设备还包括第二检测器，其能够为至少一个第四光束中的多 个第四区域中的每一个测量多个第二波长带中每一个中的谱。所述第四
区域中的至少两个是谱相异的。所述至少一个第四光束是通过使用所述 至少 一个第三光束对对象的至少 一部分进行照明来产生的。
0013在第三实施例中， 一种设备包括射束产生装置，其能够产 生至少一个第一光束并且使用所述至少一个第一光束来产生至少一个 第二光束和至少一个第三光束。所述至少一个第一光束具有多个第一区 域，并且所述至少一个第二光束具有多个第二区域，并且所述至少一个 第三光束具有多个第三区域。所述第 一 区域中的至少两个是谱相异的， 所述第二区域中的至少两个是谱相异的，并且所述第三区域中的至少两 个是谱相异的。所述设备还包括第一测量装置，其能够为所述第二区域 中的每一个测量多个第一波长带中每一个中的谱。所述设备还包括第二
测量装置，其能够为至少一个第四光束中的多个第四区域中的每一个测 量多个第二波长带中每一个中的谱。所述第四区域中的至少两个是谱相
异的。所述至少一个第四光束是通过使用所述至少一个第三光束对对象 的至少 一部分进行照明来产生的。
0014对于本领域技术人员而言，根据如下附图、描述和权利要 求，其他技术特征将会是很明显的。


0015为了更全面地理解本公开内容，现在结合附图来参考如下 描述，在附图中
0016图1图示了根据本公开内容的一个实施例的用于独立于照 明器进行颜色测量的示例系统；
0017图2图示了根据本公开内容的一个实施例的用于独立于照 明器进行颜色测量的示例方法；
0018图3图示了根据本公开内容的一个实施例的在校准期间图 1的系统的附加细节。
0019图4图示了根据本公开内容的一个实施例的用于对用于独 立于照明器进行颜色测量的系统进行校准的示例性方法；和
(i020图5A到图5E图示了根据本公开内容的一个实施例的对图 1的系统的示例性^修改。
详钿描述
0021图1图示了根据本公开内容的一个实施例的用于独立于照 明器进行颜色测量的示例系统100。图1中示出的系统100的实施例仅 仅用于说明。可以在不偏离本公开内容的范围的情况下使用系统100的 其他实施例。
0022在本例中，系统100包括样本102和颜色测量设备104。 通常，样本102表示将被颜色测量设备104分析的产品、设备、材料、 物质或其他对象。样本102可以例如表示纸、涂料或塑料制品。作为特 定例子，样本102可以表示具有荧光增白剂(optical brightener )(例 如芪类化合物(stilbene compound),其具有330-420 nm (纳米)的 激发(excitation)范围以及380-500 nm的发射范围)的纸制品。作 为另一特定例子，样本102可以表示具有荧光或磷光性颜色的纸制品或 者其他制品。在系统100还可以使用任何其他适当的样本10，而不管样 本102包括荧光增白剂还是具有荧光或磷光性颜色。
0023颜色测量设备104分析样本102并且产生与样本102的颜 色相关联的信息。例如，颜色测量设备104可以同时在多个照明条件下 测量样本102的辐射系数。颜色测量设备104还可以测量不同照明条件 的谱功率分布。颜色测量设备104可以在不需要使用任何特定照明条件 的情况下实现这些功能。使用这些测量，独立于照明的颜色的表征能够 被识别，例如通过确定样本102的辐射传递系数来识别。使用辐射传递 系数，能够预测样本102在任意照明条件下的颜色。这可以允许例如制 造商或其他实体预测样本102在各种照明条件下的颜色。
0024在该示例实施例中，颜色测量设备104包括光源106。光 源106提供用于分析样本102的照明。例如，光源106可以提供富语光 (rich spectrum light)。作为特定例子，光源106可以在感兴趣的 波长范围的大部分或所有波长上提供充分的光发射。在特定实施例中， 波长范围内的不充分的谱功率带可能是可接受的-如果所迷带比颜色 测量设备104中的各检测器的带通更窄。光源106表示任何适当的光源， 例如富谱光源或窄带光源。
0025来自光源106的光通过散射体-准直仪(diffuser collimator) 108。散射体-准直仪108使来自光源的光散射并且对光进 行准直(collimate )。这产生了宽准直的i普一致(spectrally uniform) 的光束'110。散射体-准直仪108表示一个或多个用于使光散射并且对光
进行准直的任意适当的结构。
0026光束110通过滤光器112。滤光器112对光束110进行过
滤以产生宽准直的谱可变的光束114。光束114包含多个空间区域，其 中每个区域是语均匀的(spectrally homogenous),并且所述空间区 域中的至少两个是谱相异的。滤光器112包括一个或多个用于产生谱可 变光的任意结构。滤光器112可以例如表示沿一维轴空间可变的滤光器。 而且，滤光器ll2可以提供不同富谱范围作为输出并且不需要仅提供单 色谱或窄带谱作为输出。在本文件中，短语"谱均匀"不必要求语在所
有波长都是等振幅(amplitude)的而是可以包括这样的谱，所述镨在 某 一特定空间区域中的任意点相同或者基本上相同。
0027分光器(splitter) 116将光束114分成基准射束118和 探测(probe)射束120。分光器116表示一个或多个用于将光束分成多 个射束的任意结构。分光器116可以例如表示无色(achroic)射束分 光器。分光器116可以对光束114进行分裂以便在基准射束118和探测 射束120中保持射束114的谱相异区域。分光器116的分配比(division ratio)'对于所有区域而言无需相同。相对谱功率分布在射束118-120 的相应区域中可以是相同的或者相对地相同。
0028基准射束118被提供给色散元件122。色散元件122通过 使基准射束118沿着第二一维轴扩展来使基准射束118色散。例如，基 准射束118可以包括多个谱均匀空间区域，并且色散元件122可以使这 些谱均匀区域中的每一个色散到多个波长带中。色散元件122包括一个 或多个用于使光色散的任意结构。
0029来自色散元件122的色散光在基准检测器阵列124处被接 收。基准检测器阵列124能够测量被色散的基准射束的各部分中的光量。 例如，基准检测器阵列124的每一行可以为基准射束118中的单个谱均 匀区域观'J量波长带中的谱。而且，基准检测器阵列124的每一列可以与 基准射束118中的不同的傳均匀区域相关联。基准检测器阵列124包括
一个或多个用于测量光的任何合适的结构。
0030如图l所示，探测射束120对样本102的至少一部分进行 照明。探测射束120与样本102交互以产生测量射束126。测量射束126 可以通过/人样本102传送(remit)或透射通过样本102来产生并且可 以包括通过探测射束120激励(stimulate)的荧光或磷光性发射。测
量射束126可以具有多个区域，所述多个区域具有不同的谱功率分布。 其中不同的谱功率分布可以由样本102与探测射束120的交互引起。
0031测量射束126通过透镜128和色散元件130。透镜128对 测量射束126进行聚焦，并且色散元件130使聚焦的测量射束126沿着 第二一维轴色散。透镜128包括一个或多个用于对光进行聚焦的任何合 适的结构，并且色散元件130包括一个或多个用于使光色散的任何合适 的结构。作为特定例子，色散元件130可以将测量射束126的每个谱均 匀区域色散到多个波长带中。
0032来自色散元件130的色散光在测量检测器阵列132处被接 收。测量检测器阵列132测量与测量射束126的每个镨均匀区域相关联 的各波长带中的光量。测量检测器阵列132可以以与基准检测器阵列 124相同的方式操作。测量检测器阵列132包括一个或多个用于测量光 的任何合适的结构。
0033在一些实施例中，透镜128、色散元件130和测量检测器 阵列132与颜色测量设备104的其他组件被定位于样本102的相同侧。 在这些实施例中，透镜128、色散元件130和测量检测器阵列132假定 与探测射束120的入射位于样本102的相同侧。该配置例如在测量射束 126是被从样本102反射时就会是有用的。在其他实施例中，透镜128、 色散元件130和测量检测器阵列132与颜色测量设备104的其他组件被 定位于样本102的相对侧。在这些实施例中，透镜128、色散元件130 和测量检测器阵列132假定与探测射束120的入射位于样本102的相对 侧。该配置例如在测量射束126是在探测射束120透射通过样本102时 被形成的情况下就会是有用的。还可以使用任何其他或附加的配置。
0034在一些实施例中，检测器阵列124和132可以表示检测器 阵列，例如电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)或互补金属 氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS) 图像检测器。在其它实施例中，检测器阵列124和132中任一或二者都 可以被多个阵列检测器或 一组适当定位的线性检测器来代替。这例如在 待测量的各个光束不能被送到足够紧凑的(compact)区域以便使用单 个检测器阵列时就会是有用的。
0035检测器阵列124和132所进行的测量可以被用于确定样本 102的辐射传递系数。样本102的辐射传递系数然后可以被用于预测样本102在任意光源下的颜色和/或相关性质。在一些实施例中，这些计 算是由颜色测量设备102中的控制器134来执行的。在这些实施例中， 控制器134表示用于确定辐射传递系数和/或预测样本102的颜色的任 意硬件、软件、固件或其组合。在其他实施例中，控制器134可以收集 来自检测器阵列124和132的输出并且将数据提供给外部组件136 (例 如外部控制器或计算设备)，其中外部组件136计算辐射传递系数和/ 或预测样本102的颜色。在又一些实施例中，来自检测器阵列124和132 的输出可以被直接提供给外部组件136。
0036照此，样本102的辐射传递系数可以被确定并且被用于预 测样本102在指定光照条件(lighting condition)下的颜色。而且， 通过同时以多个照明镨进行测量，可以更加迅速且可靠地确定样本102 的辐射传递系数。这即使当样本102在移动或者辐射传递系数随时间而 快速变化时仍会如此。此外，样本102的受照区域对于探测射束而言无 需太大，所以样本102的被测量区域就能够相当紧凑。这使得对移动中 的样本102的辐射传递系数在相对短的距离范围内的变化进行测量成为 可能。另外，可以在短时间段内测量许多不同样本102。
0037另外，通过利用非时变照明对样本102进行照明，然后中 断照明并且继续对测量射束126进行测量，样本102的磷光就能够被量 化。例如，磷光可以在从照明被中断的时间到完成测量的时间的时滞 (time lag)内被量化为随时间变化的辐射传递系数。这种类型的随时 间变化的辐射传递系数可以表示磷光衰变或步进(step)响应，并且它
i照明进行的测量获得^的辐射传递系数然后能日够被分解i荧光辐射传 递系数和;舞光辐射传递系数。
0038有关颜色测量设备104的操作的附加细节在图2中提供。 在正常操作之前，颜色测量设备104可以被校准以便能够获得正确的结 果。关于颜色测量设备104的校准的附加细节在图3和4中示出。图5A 到5B图示了对颜色测量设备104的可能修改。
0039尽管图1图示了用于独立于照明器进行颜色测量的系统IOO 的一个例子，但是可以对图1进行各种改变。例如，尽管描述为使用或 产生单个光束(例如，射束IIO、 114、 118、 120和126),但是这些射 束中的每一个可以表示多个光束。而且，在颜色测量设备104中使用控
制器134是可选的。类似地，尽管已经提到透镜128,但是能够通过镜 子(mirror)或其他合适的机制来将光聚焦到色散元件130上。此外， 在一些测量几何中，如果色散元件130能够被定位成适当靠近于被照明 的样本102,则透镜128能够被省略。此外，在图l中被示为不同实体 的某些组件可以被组合成集成组件。作为特定例子，射束分光器116和 滤光器112将被构造成单个组件，在该情况下射束114存在于组件内， 而不是在组件之间运送。另外，尽管已经提到准直射束，但是在其他实 施例中用于一个或多个探测射束120的散射机制可以被使用以便通过至 少一个散射辐射(diffuse radiance)对样本102进行照明。在这种情 况下，散射机制可以使一个探测射束120散射到足够接近于样本102以 使得所得到的散射辐射没有明显与来自任何其他探测射束120的辐射重叠。
0040图2图示了根据本公开内容的一个实施例的用于独立于照 明器进行颜色测量的示例性方法200。为了便于解释，相对于在图1的 系统100中运行的颜色测量设备104来描述方法200。所述方法200可 以在任何其他合适的设备中以及任何其他合适的系统中使用。
0041在步骤202在多个空间区域中的每一个中产生基本上或实 质上谱均匀的光。这可以包括例如光源106、散射体-准直仪108和滤光 器112产生一个或多个谱可变的光束114。 一个或多个射束114中的至 少两个空间区域包含谱相异的光。将这些空间区域中的m个空间区域中 的谱功率分布表示为E, U ) ， E2 U ) ， ... ， Em (入)。
0042在步骤204将光分成至少一个基准射束和至少一个探测射 束。这可以包括例如分光器116将一个或多个谱可变的光束114分成一 个或多个基准射束118和一个或多个探测射束120。所述一个或多个基 准射束118可以包括多个基本上或实质上谱均匀的空间区域。类似地， 所述一个或多个探测射束120可以包括多个基本上或实质上谱均匀的空 间区域。对光束114中的空间区域k的划分可以产生具有谱功率分布 cv^(;i)的探测射束120的区域。对空间区域k的划分还可以产生具有谱 功率分布AAW的基准射束118的区域，其中a+A《1。
0043在步骤206,使一个或多个基准射束118中的每个谱均匀 区域色散到多个波长带中，并且在步骤208测量每个波长带中的光量。 这可以包括例如将一个或多个基准射束118传过色散元件122。这形成了基准谱的阵列，其通过基准检测器阵列124来测量。在有n个波长带 和非理想色散的情况下，基准谱形成阵列S。阵列S中的元素可以被定 义为
其中a—i，a。，ai等表示巻积系数，所述巻积系数描述色散元件122在 基准检测器阵列124上的非理想性(ideality)。对阵列S进行去巻积 以消除色散非理想性可以产生<formula>formula see original document page 14</formula> (2)
0044在步骤210通过4吏用一个或多个探测射束120来对样本102
的至少一部分进行照明以产生一个或多个测量射束126。所述一个或多
个测量射束126可以包括多个基本上或实质上谙均匀的空间区域。将样
本102的辐射传递系数(radiance transfer factor )表述为B(《，入)，
其中离散表示B的元素Bji是窄带整范数(integral norm)。辐射传递
系数B(g，入)可以描述响应于利用波长？(或者在波长g周围的窄带
中)的单位功率入射辐射进行的照明而产生的来自对象的波长入(或在
波长入周围的窄带中)的出射(excident)辐射功率。对于入> "B(g，
入)典型地不包含负值并且包含非零值。对角线值B(入，人)描述了常规
的反射或透射的影响，这取决于照明和检测的相对几何。人〉g的偏对
角线值B(g，入)描述了荧光的影响(如果有的话)。入〈《的偏对角线
值BU ，入)可以为0。与探测射束120的区域k相对应的测量射束126
的区域可以具有i普功率分布
<formula>formula see original document page 14</formula> (3)
0045在步骤212使所述一个或多个测量射束126的每个谱均匀
区域色散到多个波长带中，并且在步骤214测量每个波长带中的光量。
这可以包括例如将一个或多个测量射束126传过透镜128和色散元件
130。这形成测量谱的阵列，其通过测量检测器阵列132来测量。在有n
个波长带和非理想色散的情况下，测量谱形成阵列P。阵列P中的元素
可以纟皮定义为
<formula>formula see original document page 14</formula>其中a—，a。，a,等表示巻积系数，所述巻积系数描述色散元件l!30在 测量检测器阵列132上的非理想性。对阵列P进行去巻积以消除色散非 理想性可以产生
尸"=l:附，i-l:w . (5)0046在步骤216使用一个或多个基准射束118和一个或多个测 量射束126的测量来确定样本102的辐射传递系数。这可以包括例如控 制器134或外部組件136计算辐射传递系数。作为特定例子，使测量谱 P和基准镨S中的每一个除以适当的标量系数a k或e k。可以获得B的最 小平方估计为
5-/^osy7")-1 (6〉
其中ST表示阵列S的转置(transpose)。在此还可以使用约束最 小平方估计，原因在于B可以是三角形或对角线并且可以不包含任何负 值。该计算例如在荧光波长范围中可能是有用的，并且SST在那些子块 中可能仅需要满秩(complete rank)。在其中已知样本102不发出荧 光的波长处，B可以表示对角矩阵，并且s"-p"/Sw的元素接元素的除 法(element by element division) ( k=l: m的平均或力口权平均)可以 代替该矩阵操作。
0047可以采用类似方式来进行对磷光辐射传递系数的计算或估 计。样本102的照明被中断，并且在中断之前的最后的测量时间被指定 为t。。在估计磷光辐射传递系数中可以使用在时间t。或在不迟于时间t。 结束的时段范围内平均的每个谱均匀区域的基准照明Ek。例如，随时间 变化的辐射传递系数B(t)可以根据在每个后续时刻t的测量SAt)来计 算。作为特定例子，可以使用以下等式来为B(t)获得最小平方估计
滩)- P(t)sT(。(购)E(tb力-1. (7)
在本例中，矩阵形式的磷光辐射传递系数可以是三角形的并且可以 只包含偏对角线的非负值。约束最小平方或其他估计方法可以包括这些 已知条件。
0048在步骤219，确定在任意照明下样本102的颜色和/或其他 相关性质。这可以包括例如控制器134或外部组件136使用在步骤208 和214期间获得的测量来识别样本102的颜色。作为特定例子，使T(入) 表示指定光源。样本102在该光源下的颜色可以通过使用模拟的测量BT 来确定。才莫拟的测量BT能够^皮用于计算颜色坐标(color coordinate ), 例如国际照明委员会(CIE) L*a*b参数或国际标准化组织(ISO)亮度 参数。可以确定这些颜色坐标，就像已经使用了实际光源发生了模拟的 测量BT —样。类似地，通过计算在两个指定光源1\和L下的模拟测量，
可以准确地计算在该光源对下照明器同色异谱(metamerism)的指数。 照明器同色异镨会不同于当荧光或磷光存在时的光源(illuminant)同 色异谱，并且当能够使用指定光源对进行测量时照明器同色异谱可以被 准确地确定。
0049尽管图2图示了用于独立于照明器进行颜色测量的方法200 的一个例子，但是可以对图2进行各种改变。例如，尽管在图2中示出 一系列步骤，但是图2的步骤中的多个步骤可以并行发生。例如当处理 一个或多个基准射束118的步骤206-208与涉及一个或多个探测射束 120的步骤210-214并行发生时，这就可以发生。
0050图3图示了根据本公开内容的一个实施例的在校准期间图 1的系统100的附加细节。在图3中示出的用于校准系统100的才几制^f又 用于说明。可以在不偏离本公开内容的范围的情况下使用其他用于校准 系统100的冲支术。
0051如图3中所示，图1的样本102由一个或多个步骤样本302 代替。而且，波长校准滤光器304已经被插在滤光器112和分光器116 之间。标准样本302可以被用于测量检测器阵列132的光度 (photometric)木文准和用于基准检测器阵列124的相对校准。例如， 标准样本302可以提供一个或多个灰度级标准，所述灰度级标准具有相 对于全散射体(perfect diffuser )已知的反射率或透射率。除此之外 或取而代之，标准样本302可以提供一个或多个具有已知特性的彩色 (chromatic)、焚光或磷光性标准。
0052波长校准滤光器304被用于支持检测器阵列124和132的 相对对准。例如，波长校准滤光器304可以产生这样的光束，所述光束 在光束的有限或减少数量的区域中具有局部化很好(well-localized) 的谱特征。使用波长校准滤光器304所产生的光束，检测器阵列124和 132能够被适当定位在颜色测量设备104中。波长校准滤光器304可以 表示一个或多个用于在已知波长处产生转变(transition)的任何合适 的结构，例如一个或多个钬(Ho )、镨(Pr )或钕(Nd )玻璃滤光器(glass filter)或适当选择的干4尤滤光器(interference filter)。
0053尽管图3图示了用于校准图1的系统100的校准机制的一 个例子，但是可以对图3进行各种改变。例如，所述多个标准样本302 可以由单个样本代替，该单个样本具有不同区域，所述不同区域具有不
同的已知反射率或透射率。而且，多个波长校准滤光器304可以被用于 对系统IOO进行校准。
0054图4图示了根据本公开内容的一个实施例的用于校准用于 独立于照明器进行颜色测量的系统的示例方法400。为了便于解释，相 对于在图1的系统100中运行的颜色测量设备104来描述方法400。方 法400可以被用于任何其他合适的设备和任何其他合适的系统中。
0055在步骤402建立检测器阵列124和132的波长标度。这可 以包括例如将谱局部化特征施加在至少一个光束上。作为特定例子，这 可以包括使用 一个或多个波长校准滤光器304将谱局部化特征施加在一 个或多个谱可变光束114上。这可以在光束114的多个已知波长处施加 锐转变(sharp transition)。用于4企测器阵列124和132中的每一个 的波长标度然后可以通过识别检测器阵列124和132的相邻元件之间的 相应位移(shift)来建立。在特定实施例中，在该步骤期间，灰度级 标准被用作样本302。
0056在步骤404建立检测器阵列124和132之间的空间对应。 这可以包括例如将特性谱特征施加在至少一个光束的至少一个i普均匀 空间区域上，其中该区域的谱特征不同于相邻区域。作为特定例子，这 可以包括使用 一个或多个波长校准滤光器304将特性镨特征施加在光束 114的至少一个区域上。特性谱特征:帔施加到的区域可以与相邻区域在 谱上被清楚地区分。 一个或多个波长校准滤光器304仅可以在该步骤或 先前步骤期间被使用，或者校准滤光器304还可以在颜色测量设备104 的正常操作期间被使用。
0057在步骤406建立用于检测器阵列124和132的相对光度标 度。这可以包括例如使用具有已知谱特性的标准样本302。在一些实施 例中，无需在该步骤中确定绝对光度标度。作为特定例子，对于非荧光 或磷光性的反射性或透射性标准样本302，检测器阵列124和132的相
比例。而且在该步骤期间可以使用具有不同反射率或透射率的多个标准 样本302,以便能够确定与光度线性(photometric linearity)的偏差。0058尽管图4图示了用于校准用于独立于照明器进行颜色测量 的系统的方法400的一个例子，^f旦是可以对图4进^f亍各种改变。例如， 虽然在图4中波长标度和空间对应步骤402-404被示为独立的步骤，但
是这些步骤可以^皮组合成单个步骤。作为特定例子，这可以包括施加就 所有空间区域而言并非都相同的谱局部化特征，例如通过使用交替的钬 和钕滤光器而得到。
0059图5A到图5E图示了根据本公开内容的一个实施例的对图 1的系统100的示例修改。在图5A到图5E示出的修改仅用于说明。可 以在不偏离本公开范围的情况下在图1的系统100中使用这些或其他修 改中任何一个或这些或其他修改的组合。
0060如图5A中所示，图1中的滤光器112(具有一维空间变化) 可以由多个滤光器502a-502c来代替。滤光器502a-502c中的至少一些 具有不同的谱通过特性(spectral pass characteristic)。 而且,这 些滤光器502a-502c中的每一个可以是一致的，或者滤光器502a-502c 中的一些或全部可以具有不同区域，所述不同区域具有不同的谱通过特 性。为了支持检测器阵列124和132的波长校准和相对对准，滤光器 502a-502c中的至少一个可以具有局部化谱特征，所述局部化语特征可 以仅仅在校准期间使用，也可以不使用。
0061如图5B中所示，图1的散射体-准直4义108可以由至少一 个散射体520来代替，所述至少一个散射体520使来自光源106的光散 射。这产生一个或多个谱一致的光束522,其尚未被准直。而且，透镜 524a-524c和滤光器526a-526c可以;陂用于产生多个聚焦的光束 528a-528c。聚焦的光束528a-528c能够通过分光器116聚焦在样本102 上。镜子或折射元件也可以被用于将光束528a-528c聚焦到样本102上。 在这种情况下，可以对样本102的距离进行约束以使得样本102保持在 光学器件的工作距离的范围内。而且，在本例中，色散元件1"和基准 检测器阵列124可以包括合适的聚焦光学器件以用于处理在对光束 528a-528c进行划分时产生的多个基准射束118。
0062如图5C中所示，图1中的单个光源106可以由一组光源 540a-540c来代替。在一些实施例中，光源540a-540c中的每一个可以 表示谱不完全(incomplete)的光源，所述谱不完全的光源在一个或多 个波长范围处具有不充分的光发射。这些谱不完全的光源540a-540c可 以例如表示焚光管。来自光源540a-5"c的光通过多个透镜或准直仪 542a-524c以产生多个聚焦的或准直的光束544a-544c,并且滤光器可 以使用也可以不使用。光束544a-544c可以具有不同的谱。
0063如图5D中所示，图1中的单个分光器116可以由多个分光 器560a-560c来代替。这在例如图5A到5C中的修改中的任何一个被用 于产生多个光束的情况下是有用的。分光器560a-560c能够以线性图案、 矩形图案或任何其他合适的方式来安排。而且，分光器560a-560c可以 被安排成对输出光束进行重排序，这样对样本102进行照明的光束的排 列就不同于基准检测器阵列124上光束的排列。
0064如图5E中所示，基准样本580可以被插在基准射束118 和色散元件122之间。基准样本580可以表示具有任何合适的已知反射 率或透射率的任何合适的样本。光束582是通过基准射束118和基准样 本580的交互来产生的。光束582然后通过色散元件122到达基准检测 器阵列124上。在本例中，基准射束118、基准样本580和基准检测器 阵列124之间的几何关系可以对应于探测射束120、样本102和测量抬r 测器阵列132之间的几何关系。
0065尽管图5A到5E图示了可以对图1的系统IOO进行的修改 的例子，但是还可以对图5A到5E进行各种改变。例如，在图5A到5D 中使用三个组件(例如三个滤光器、透镜或分光器)仅仅用于说明。在 系统100中可以使用任何数量合适的这些组件。而且，图5A到5E不旨 在表示对系统100的所有可预见的修改。可以对系统IOO进行任何其他 或附加的修改，并且可以在系统100中使用修改的任意组合。
0066对在整个该专利文献中所使用的某些字词和短语的定义进 行阐述是有利的。术语"包含"和"包括"及其衍生词意指包含但不局 限于...。术语"或"是包含性的，意指和/或。短语"与...相关联" 和"与之相关联"及其衍生词意指包含、被包含在内、与...互连、包 括、被包括在内、连接到或与...连接、耦合到或与...耦合、与...可 通信、与..合作、交错、并置、接近于、捆绑到或与...捆绑、具有、 具有..的性质等。术语"控制器"意指用于控制至少一个操作的任何 设备、系统或其部分。控制器可以用于硬件、固件、软件或其中它们的 至少两个的组合来实现。与任何特定控制器相关联的功能体可以是集中 式的或分布式的，而且不管是本地的还是远程的。
0067尽管本公开内容已经描述了某些实施例以及通常关联的方 法，但是对于本领域技术人员而言对这些实施例的改变和置换是很明显 的。例如，在不同反射率的背衬(backing)上对部分不透明材料的测
量能够被用于推断材料的透射性能，计算用该材料形成的基本不透明堆
叠(stack)的性质，或者区分辐射传递系数中的吸收和散射效应。取
代为此目的而使用以不同性质的背衬进行的反射测量，还可以同时测量 来自材料的反射和透射光。作为另一个例子，通过对生产材料的过程进
行已知的扰动(perturbation),可以在扰动之前和之后测量材料的辐 射传递系数。于是可以表征所述过程对扰动的辐射传递系数响应，因此 可以量化在材料中对于任何指定照明器的颜色响应。此外，通过使用为 多个照明器估计的颜色测量以及为那些照明器计算的颜色响应，可以通 过操纵向制造过程添加着色剂来控制材料的照明器同色异谱。根据本公 开内容的设备可以被布置以测量一个或多个固定位置中的材料或者横 跨该材料以便按顺序测量该材料在多个位置处的性质。所述设备还可以 被配备有光管或可移动的镜子，其能够将光束输送到跨过该材料的多个 位置，并且能够把从材料的那些位置反射或透射的光输送到检测器以便 能够在多个位置处更快地对材料进行测量。这些变化在制造或加工材料 期间在对移动材料进行测量的过程中会尤其有用。因此，以上对示例实 施例的描述没有限定或限制本公开。可以在不偏离如以下权利要求所限 定的本公开内容的精神和范围的情况下进行其他改变、替换和改动。
权利要求
1.一种方法，包括产生包括多个第一区域的至少一个第一光束(114)，所述第一区域中的至少两个是谱相异的；使用所述至少一个第一光束(114)来产生至少一个第二光束(118)和至少一个第三光束(120)，所述至少一个第二光束(118)包括多个第二区域，并且所述至少一个第三光束(120)包括多个第三区域，所述第二区域中的至少两个是谱相异的，并且所述第三区域中的至少两个是谱相异的；为所述第二区域中的每一个测量多个第一波长带中每一个中的谱；使用所述至少一个第三光束(120)对对象(102)的至少一部分进行照明以产生至少一个第四光束(126)，所述至少一个第四光束(126)包括多个第四区域，其中所述第四区域中的至少两个是谱相异的；为所述第四区域中的每一个测量多个第二波长带中每一个中的谱；以及使用所测量的谱中的至少一些来确定对象(102)的辐射传递系数。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括使用辐射传递系数确定 对象在指定照明条件下的颜色。
3. 如权利要求1所述的方法，其中测量所述第 一波长带中每一个中的所述镨包括使用第 一检测器 (124);测量所述第二波长带中每一个中的所述谱包括使用第二检测器 (132);以及进一步包括校准所述第一和第二检测器(124, 132 );
4. 如权利要求3所述的方法，其中校准所述第一和第二检测器(124, 132)包括以下至少一个使用所述第二和第四光束(118, 126)中的每一个中的一个或多个 区域中的镨局部化特征来校准所述检测器(124， 132)的波长标度；使用所述第二和第四光束(118, 126)中的每一个中的一个或多个 区域的谱特征来建立所述检测器(124， 132)处的所述第二和第四光束 (118, 126)之间的对应；以及使用具有已知反射率或透射率的第二对象(302 )来校准所述检测 器(124, 132 )的光度标度。
5. 如权利要求1所述的方法，进一步包括中断对所述对象(102) 的至少一部分的照明；其中为所述第四区域中的每一个测量多个第二波长带中每一个中 的所述谱包括在中断所述照明之前和之后都为所述第四区域中的每一 个测量多个第二波长带中每一个中的所述谱；并且其中所述辐射传递系数包括磷光性辐射传递系数。
6. —种设备，包括 射束发生器，所述射束发生器能够产生包括多个第一区域的至少一个第一光束(114),所述第 一区域中的至少两个是谱相异的；以及使用所述至少一个笫一光束(114)来产生至少一个第二光束 (118)和至少一个第三光束(120)，所述至少一个第二光束(118) 包括多个笫二区域，并且所述至少一个第三光束(120)包括多个 第三区域，所述第二区域中的至少两个是谱相异的，并且所述第三 区域中的至少两个是谱相异的；第一检测器(124),能够为所述第二区域中的每一个测量多个第 一波长带中每一个中的谱；以及第二检测器(132),能够为至少一个第四光束(126)中的多个第 四区域中的每一个测量多个第二波长带中每一个中的谱，所述第四区域 中的至少两个是谱相异的，所述至少一个第四光束(126)是通过使用 所述至少一个第三光束(120)对对象(102)的至少一部分进行照明来 产生的。
7. 如权利要求6所述的设备，还包括控制器(124， 126)，所述控 制器能够执行以下至少 一 个使用所测量的谱中的至少一些来识别所述对象(102)的辐射传递 系数；以及使用所述辐射传递系数识别所述对象(102)在指定照明条件下的颜色。
8. 如权利要求7所述的设备，其中 对所述对象(102)的至少一部分的照明被中断； 所述第二检测器(132)能够在所述照明被中断之前和之后都为所述第四区域中的每一个测量第二波长带中每一个中的所述谱；并且 所述辐射传递系数包括磷光性辐射传递系数
9. 如权利要求6所述的设备，还包括至少一个校准滤光器(304 ),能够将镨特征施加在至少一个笫一 光束(114)上；以及第二对象(302 ),具有已知的反射率或透射率，所述至少一个校 准滤光器(304 )和所述第二对象(302 )至少在所述设备的校准期间被 使用。
10. —种设备，包括 射束产生装置，所述射束产生装置能够产生包括多个第一区域的至少一个第一光束(114),所述第 一区域中的至少两个是语相异的；以及使用所述至少一个第一光束(114)来产生至少一个笫二光束 (118)和至少一个第三光束(120),所述至少一个第二光束(118) 包括多个第二区域，并且所述至少一个第三光束(120)包括多个 第三区域，所述第二区域中的至少两个是谱相异的，并且所述笫三 区域中的至少两个是谱相异的；第一测量装置(124)，能够为所述第二区域中的每一个测量多个 第一波长带中每一个中的谱；以及第二测量装置(132),能够为至少一个第四光束(126)中的多个 第四区域中的每一个测量多个第二波长带中每一个中的谱，所述第四区 域中的至少两个是谱相异的，所述至少一个第四光束(126)是通过使 用所述至少一个第三光束(120)对对象(102)的至少一部分进行照明 来产生的。
全文摘要
一种方法，包括产生至少一个第一光束(114)以及使用所述至少一个第一光束(114)来产生至少一个第二光束(118)和至少一个第三光束(120)。所述至少一个第一光束(114)具有多个第一区域，所述至少一个第二光束(118)具有多个第二区域，并且所述至少一个第三光束(120)具有多个第三区域。所述第一、第二和第三光束(114，118，120)中的每一个都具有至少两个谱相异的区域。所述方法还包括为所述第二区域中的每一个测量多个第一波长带中每一个中的谱。所述方法还包括使用所述至少一个第三光束(120)对对象(102)的至少一部分进行照明以产生至少一个第四光束(126)。所述至少一个第四光束(126)具有多个第四区域，其中所述第四区域中的至少两个是谱相异的。另外所述方法包括为所述第四区域中的每一个测量多个第二波长带中每一个中的谱以及使用所测量的谱中的至少一些来确定所述对象(102)的辐射传递系数。
文档编号G01J3/42GK101375142SQ200680052903
公开日2009年2月25日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月15日
发明者J·F·莎士比亚, T·T·莎士比亚 申请人:霍尼韦尔国际公司