用于材料的颜色测量或其它光谱测量的系统与方法

专利名称：用于材料的颜色测量或其它光谱测量的系统与方法
技术领域：
本公开内容大体上涉及颜色测量系统，并更特别地涉及一种用于 材料的颜色测量或其它光镨测量的系统与方法。
背景技术：
成张的材料通常用在各种工业中并用以各种方式。这些材料可以 包括纸、塑料、和制造或处理成幅或张的其它材料，如收集于巻筒的 长的纸张。这些材料的处理可以包括在一张纸或其它材料上印刷文 本、图像、和其它内容。这些成张的材料通常以如高达每秒30米以 上或更多的高速率制造或处理。
测量一张材料的一个或更多个特征在制造或处理该一张时通常 是必要或需要的。例如，在制作纸张的过程中，测量该纸张的颜色以 证实该纸张是否具有在规范内的颜色通常是需要的。作为另一个示 例，在印刷过程中，测量该印刷在一张上的颜色以证实该印刷的颜色 是否为规范内的颜色通常是需要的。

发明内容
本公开文本提供一种用于材料的颜色测量或其它光谱测量的系 统与方法。
4在第一实施例中， 一种系统包括可操作产生用于照射材料样本的 光的照射装置。该系统还包括可操作以检测已与该样本发生相互作用 的光，以及提供已与该样本发生相互作用的光的测量的检测器。另夕卜， 该系统包括可操作调整该照射装置占空比的控制器，以控制对该样本 的照射。
在特定实施例中，该照射装置包括多个发光二极管(LEDs)， 并且该控制器可操作以调整个体LEDs或LEDs组的占空比。
在其它特定实施例中，该系统包括可操作以基于已与该样本发生 相互作用的光的测量来确定该样本的光语特征的分析器。当确定该样 本的光谱特征时，该分析器不使用任何未与该样本发生相互作用的光 的测量。
在第二实施例中， 一种方法采用至少一个发光二^f及管(LED)照 射材料样本。该方法还包括;险测已与该样本发生相互作用的光以及揭_ 供已与该样本发生相互作用的光的测量。另外，该方法包括调整该至 少一个LED的占空比以控制对该样本的照射。
在第三实施例中， 一种系统包括至少 一个可操作以产生用于照射 材料样本的光的发光二极管(LED)。该系统还包括可操作以检测已 与该样本发生相互作用的光以及提供已与该样本发生相互作用的光 的测量的检测器。该系统进一步包括可操作以采用已与该样本发生相 互作用的光的测量来检测该样本光语特征的分析器。另外，该系统包 括可操作以调整该至少一个LED的控制器以控制对该样本的照射。为 了确定该样本的光谱特征，该分析器不使用任何未与该样本发生相互 作用的光的测量。
对于熟知本领域的技术人员，根据下面的附图、说明书，和权利 要求，其它技术特征是显而易见的。


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，在其中
图1示出了根据本公开内容的一个实施例的用于测量颜色的第一
示例颜色测量系统；
图2示出了根据本公开内容的一个实施例的用于测量颜色的第二 示例颜色测量系统；
图3示出了根据本公开内容的一个实施例的用于测量颜色的第三 示例颜色测量系统；
图4A和4B示出了才艮据本^^开内容的 一个实施例的用于测量颜色 的第一示例方法；
图5A和5B示出了根据本公开内容的一个实施例的用于测量颜色 的第二示例方法；
图6示出了根据本公开内容的一个实施例的用于测量颜色的第四 示例颜色测量系统；
图7示出了根据4^〉开内容的 一个实施例的用于测量颜色的第五 示例颜色测量系统；和
图8示出了根据本公开内容的 一个实施例的用于测量颜色的第三 示例方法。
具体实施例方式
图1示出了才艮据本^^开内容一个实施例的用于测量颜色的第一示 例颜色测量系统100 。图1中所示的该颜色测量系统100的该实施例 仅是用于说明。可以使用该颜色测量系统100的其它实施例而不偏离
这个公开内容的范围。
如图1所示，该颜色测量系统100包括一个或更多个照射装置 102。每个照射装置102产生并提供光束104,其照射样本106的至少 一部分。该光束104可以具有任何适合的波长或波长的范围，如在可 见光范围或紫外光范围的光。作为特定例子，该光束104可以表示准 直光束。该照射装置102包括用于产生光的任何适合的结构。在一些实施例中，照射装置102包括一个或更多发光二极管 (LEDs)。该LEDs可以发出在一个或更多个波长和波长范围的光， 并且该LEDs可以以连续或间断的方式发光。在特定实施例中，多个 LEDs可以用在该照射装置102中，并且该LEDs可以或可以不发出具 有不同光i普的光。当采用多个LEDs，可以点亮个体LEDs (可能独立 于其它LEDs)以控制通过该照射装置102发出的光的波长镨线。该 LEDs可以表示任何适合的发光二极管或二极管，如由蜂巢结构的微 型LEDs阵列形成的大表面积LEDs。该LEDs还可以支持单独控制的 波长带，如红-绿-蓝LEDs。该LEDs进一步可以表示诸如那些采用多 个磷光体或引入量子点构成的宽带发光器。
在这些实施例中，照射装置102可以包括除该LEDs以外的额外 部件。例如，该照射装置102可以包括散热板、光学元件、该LEDs 安装在其上的一个或更多线路板，和用于安装该装置102的机械装置。 该光学元件可以包括诸如微透镜、微反射器、微扩散器、和光谱过滤 器(spectral filters)的射束成形光学器件。可以配置该照射装置102 以允许定期或者需要时(如当诊断测试指出性能降级时)更换该照射 装置102的部分或全部。不同照射装置102可以具有不同的LED类型 和组合。
引导该照射装置102产生的该光束104在该样本106处。该样本 106可以表示正在分析的材料的任何适合的部分，如正在确定颜色或 其它光谱特征的一个材料。该样本106可以表示在制造、机械加工、 或其它过程中处理的各种材料。示例样本106可以包括纸幅或板幅、 塑料片或塑料膜、或者织布或非织布。成幅材料可以使用滚轮机、挤 压机、和其它机器连续地移动通过一个工序(如纸的生产或印刷工 序)。该样本106可以是透明的、半透明的、或不透明的。尽管在该 文中，该样本106可以纟皮描述为一张纸或一幅纸，但是该样本106不 限定于纸张或纸幅。而且，表示一张材料的样本106可以表示在运输 成张的材料的传送带或其它装置上的单张材料，或该样本106可以表示多张材料。该样本106进一步可以表示连续不断的一张材料的一部
分或用于测量的人工放置的单独的样本。
在该示例实施例中，该光束104 4皮反射离开该样本106并且通过 测量^r测器108测量该光束104。通过该照射装置102产生的该光束 104的一部分还可以引导至基准检测器110，其测量来自该照射装置 102的该光束104的该一部分。该;险测器108-110中的每一个^r测器 以任何适合的方式测量光，如通过测量所接收光的光谱强度分布
(spectral power distribution)。该检测器108-110中的每一个^r测器 包括任何用于测量光的适当结构，如用于使所收集的光转换为电荷的 结构。在一些实施例中，该检测器108-110可以采用光学纤维、孩i光 学器件、或其它机构以收集光以待被该检测器108-110检测。此外， 光谱过滤器或其它诸如二向色分光器(dichroic beam splitters )的元件 可以用于在该所收集的光被^r测前改变该所收集的光的光谱强度分 布。例如，这些可以用以排除对于测量检测器108的不合需要的光谱 带或用以在复数个检测器之间响应不同的光i普范围而分离光。而且， 该测量检测器108可以测量基本上跨越至少可见光范围的多个波长带 中的光的光语强度分布。
该检测器108-110可以由各种装置形成或表示各种装置，如电荷 耦合装置(CCD)、电荷注入装置(CID)，互补金属氧化物半导体
(CMOS)数字光电二极管阵列、离散式光电二极管、或任何其它适 当的光传感装置。通过该检测器108-110产生的输出信号可以是模拟 或数字的，如转换为用于处理的数字信号的模拟信号。
在特定实施例中，该测量4企测器108和该基准4企测器110可以表 示光i普4义(spectrometers)。 光i普4义可以包4舌才聂"i普4义(spectrograph)
(包含入光口和诸如光栅的色散元件)和检测器。该色散元件可以包 括已知特征的线性可变滤光器或一组离散式光学滤光器。该光谱仪可 以具有额外的光学元件(如镜子或光束分离器)以引导一束光朝向该 色散元件，分配经过该色散元件的光束，或汇聚所分散的光到检测器上。在光谱仪中的该检测器可以表示具有光电二极管(如128至2,048 个光电二极管)、二维光电二极管阵列、或一组离散式光电二极管的 线性CCD检测器。光谱仪可以采用该色散元件隔离光束近似准直的 部分并且分散该光束为多个波长带。该光谱仪还可以分配所分散的光 至该检测器上，以使特定波长带被引导或入射在该检测器的特定部分 上。该检测器可以检测和量化落在该检测器的多个位置上的光，并且 产生可以从中得出色度数据的光谱测量。在其它特定实施例中，该检 测器108-110可以表示光镨色度仪(spectrocolorimeter)，其可以产生 作为输出的唯一色度数据(如三色刺激值和所得出的像亮度数据的色
在这个示例中，该测量检测器108可以测量从该样本106所反射 的光的光谱。该所测量光表示来自该照射装置102的光，其已经照射
用。根据该样本106，该所反射的光可以包括响应于该照射的来自该 样本106的荧光发射或磷光发射。
该基准检测器IIO可以测量来自该照射装置102的光的光谱。这 个光未与该样本106或校准用标准发生相互作用。向该基准检测器110 的输入可以表示通过该照射装置102产生的该光束104的一部分。
该测量检测器108和该基准测量器110向测量分析器112提供光 的测量值(如所测量的光谱强度分布或光谱范围的加权平均)。该测 量分析器112采用来自该检测器108-110的光的这些值以确定该样本 106的颜色。然而，如下面明示地，该基准检测器110可以从颜色测 量系统中省略，并且该测量分析器112可以采用只来自该测量检测器 108的光的这些值以确定该样本106的颜色。例如，该测量分析器112 可以采用来自该4企测器108-110的测量数据以确定该样本106的辐射 传递因子矩阵(radiance transfer factor matrix ),其可以用于确定该样 本106在指定光照条件下的颜色。该测量分析器112可以任何适当方 式所确定的颜色，如将该所确定的颜色与指定的颜色或颜色范围(如期望颜色或范围)进行比较或者输出该所确定的颜色以由外部系统使
用。该测量分析器112可以包括用于确定样本106颜色的任何硬件、
软件、固件、或其组合。
照射器控制器114控制该照射装置102的工作，由此控制对该样 本106的照射。才艮据实施，该测量分析器112可以调节该照射器控制 器114，如在测量分析器112引导该照射器控制器114使该照射装置 102发出在多个波长带的每个波长带处的不同相对强度的光的时候。 该照射器控制器114还可以独立于该测量分析器112工作。该照射器 控制器114包括用于控制一个或更多诸如LEDs的照射装置的任何硬 件、软件、固件、或其组合。
该照射器控制器114可以以任何适当的方式控制该照射装置102 的工作。例如，在该照射装置102中的LEDs可以通过改变用于驱动 该LEDs的电流和/或电压来控制，其可以影响通过该LEDs发出的光 的相对光谱强度分布和/或总强度。而且，改变该LEDs的占空比(在 指定时段期间，启动LED的时间百分比)可以用于改变该LEDs发出 的光的平均光谱强度分布。使用这些技术的一个或两个，该照射器控 制器114可以控制通过该照射装置102提供的光的光谱强度分布。当 控制该LEDs的占空比时，该LEDs可以以任何适当的速率打开和关 闭，其可以包括诸如微秒开关的快速开关的使用。此外，该开关发生 的时刻不是必须地要分割为相等的时间间隔。尽管以固定频率的周期 性开关可以在一些实施例中是有优势的，但是该开关可以以获得期望 占空比的任何随机周期序列或非周期序列被执行。而且，如果使用多 个LEDs,该LEDs的一个或一些的占空比可以以不同于该LEDs中另 一个或另一些的占空比的方式改变。在特定实施例中，该照射器控制 器114调节至少一个LED的定时以^i亥LED打开有少于完整测量时 间间隔。为了获得期望平均光谱强度分布以用于在那个测量时间间隔 期间的照射，可以控制开关该LED的定时。该测量时间间隔是该4企测 器在这期间累积所接收的光以形成测量的时间。这个时间间隔不是必须要是固定的持续时间的，并且该时间间隔可以通过组合来自复数个 子时间间隔的检测而形成，该子时间间隔不是必须要是时间上连续 的。
如上面明示地，该颜色测量系统IOO可以或可以不包括该基准检 测器IIO。该基准才企测器110可以从该颜色测量系统100中省略，例 如，当LEDs用在该照射装置102中。这个是因为通过LEDs提供的 光的光谱强度分布可以提早知道，所以可以不需要该基准检测器110 确定通过该LEDs提供的光的该光i普强度分布。
在操作的一方面，该颜色测量系统100可以通过引导该束光104 至该样本以照射至少该样本106的一部分以确定该样本的颜色。然后， 该颜色测量系统IOO可以检测和测量已与该样本106发生相互作用的 光。该光束104与该样本106的相互作用可以包括吸收、散射、和荧 光发射的激发。已与该样本106发生相互作用的光的;f企测和测量可以 发生在该样本106上与该照射的同侧、发生在该样本106上与该照射 的相对侧、或在该样本106的两侧(同时地或顺序地)。在这个示例 中，该测量检测器108测量该样本106上与该照射同侧的从该样本106 反射的光。
光从该样本106的部分引导至该测量检测器108，该部分可以被 称之为该"观察区域(viewed area)"。该观察区域可以表示半径为 10mm的圆盘，但是其可以是更大或更小，并且无需是圆形的或连续 的。该样本106上被照射部分可以包括整个观察区域，并且可以包括 与该观察区域接壤的额外的区域。该样本106的被照射部分甚至可以 包括整个样本106。在任何测量时刻，该照射的强度和光谱强度分布 两个在至少该，現察区i或上可以是空间均匀的。
该基准检测器IIO可以提供用于该测量分析器112的基准点。为 接收通过该照射装置102发出的光的准确样本，可以定位该基准检测 器110。在一些实施例中，该基准检测器110可以利用光学纤维以收 集直接来自该照射装置102或来自该束104边缘的光。该光学纤维可以阻止所反射的光破坏通过该基准检测器110测量的光样本。该基准
检测器110可以具有与该测量检测器108相同或相类似的光才企测结 构。
根据该配置，通过该基准检测器110测量的光可以具有本质上与 提供给该样本106的光相同的光i普强度分布。例如，可以在那些两个 目标之间分离通过该照射装置102产生的该光束104，但是它不需要 分离为相等数量。作为特定示例，光学纤维、光学镜、或无色光束分 离器可以使来自该照射装置102的光的一部分被引导至该基准检测器 110，而另一部分^L引导照射该样本106。作为另一特定示例，多端口 积分球(其内部表面是扩散型反射的)可以用于混合来自该照射装置 102的光，供应该被混合的光的特定部分给该基准检测器110，并且 供给该被混合的光的另一部分以照射该样本106。还可以使用部分球 形或其它适当的形状取代^^形，并且可以适当地选择入光口和出光口 的凄史量和^f立置。
该照射装置102和该一全测器108-110可以在该颜色测量系统100 中具有任何适合的设置或几何。该测量几何是相对于光入射在该样本 106上的样本106和来自该样本106入射在该测量4企测器108上的光 的几何设置。在通常使用中有大量的测量几何。 一些在国际标准中已 经形式化，包括0/45、 45/0、 0/d、和d/0设置。在每个设置的第一个 数字表示角度(以相对于该样本106的度数)，该样本106在该角度 将被照射。该第二个数字是角度(以相对于该样本106的度数)，来 自该样本106的光将以该角度被测量。根据惯例，在这些设置中的该 0°角看成是垂直于正被照射的该样本106。该符号"d"指出该照射 或测量将是扩散的或无方向的。对于以大于0°的角度的方向照射， 该照射可以是来自单个方位角方向，来自多个方位角方向，或来自圆 形环。
该测量分析器112可以将该检测器118-110测量的光的强度和光 谱，与对于至少一个已知性能的校准片(calibration tile)的光的强度与光谱已知值进行比较。通过照射至少一个校准片和测量在该基准检
测器110和该测量纟企测器108两个上的光，形成纟会测器108-110的光 度标度(photometric scale)之间的关联是可能的。例如，对于每个光 谱带可以确定该4企测器108-110的标准化比(normalizing ratio)。
在这个之后，在测量样本106中，这些光度标度之间的关联可以 用于获得来自在该检测器108-110上进行的测量的总辐射因子(total radiance factor)测量。该总辐射因子测量可以用于确定该样本106的 颜色。在一些实施例中，该测量分析器112可以使用存储表格、方程、 或其组合以计算该样本106的特征。
在特定实施例中，LEDs构成该照射装置102，为了产生一个或更 多用于测量的照射状态，可以调节该LEDs。该测量分析器112可以 通过确定该反射光束的强度和/或光谱相对于来自该照射装置102的 该照射光束104的强度和/或光镨的比例来确定该样本106的特征。在 补偿光度标度之间的关联之后，在该测量检测器108处测量的光相对 于在该基准检测器110处测量的光的比例可以表示对于该特定测量所 使用的照射器的该样本106的总辐射因子。
该样本106的所要确定的颜色可以取决于对于样本106的一个或 更多个指定照射状态。例如，纸产品的规范可以限定可接受的颜色或 颜色范围，但是该规范在确定该纸产品的实际颜色是否是可接受的时 候，可以限定要使用的照射状态。根据实施，可以确定该样本106的 颜色，其中对于照射器与测量中使用的照射状态相配。还可以确定该 样本106的颜色，其中对于照射器不与测量中使用的任何照射状态相 配，，例如一个表现为测量中使用的不同照射状态的线性组合。还可 以确定该样本106的颜色，其中对于指定照射器不与测量中使用的任 何照射状态相配并且不可准确表现为测量中使用的照射状态的线性 组合。在这个最后的情况中，该颜色可以确定为属于颜色区间或范围， 该颜色区间或范围是由测量中使用的照射状态的 一组线性组合而限 定，其中该组形成邻近指定照射器的一组孩i扰。对于该样本106自身、对于由类似样本106形成的无限厚的不透明的垫片、对于自身带有具
有已知光学性能背衬的样本106、或以任何其它合适的形式可以确定颜色。
在特定实施例中，该测量分析器112可以包括处理器、存储器、 和一个或更多输入/输出接口装置。本地接口 (如网络接口)可以具有 额外元件，如控制器、緩沖器(快速緩存)、驱动器、继电器、和可 通信的接收器。进一步地，该本地接口可以包括地址、控制、和/或数 据连接以使网络的部件之间可适宜的相互通信。该测量分析器112还 可包括与计算机或者其他适合操作装置(例如处理器)一起使用的软 件。该测量分析器112还可以包括或支撑图形用户界面(GUI)以使 与使用者可交互。例如，该GUI可以允许管理员或其它使用者进入、 察看、和存储该样本106的特征或输入约束以用于控制该颜色测量系 统100的部件或制造过程。另外，该测量分析器112可以与该颜色测 量系统100的其他部件(其可以共同地形成单个测量装置)分离。该 测量分析器112不仅仅限于颜色的反射系数测量，并且可以测量颜色 的透射系数测量或两个特征同时地测量。
才艮据实施，该照射器控制器114可以是包括在该测量分析器112 中或通过该测量分析器112管理，或其可以是自治单元。该照射器控 制器114可以通过控制供给该LED或LEDs组的电压和/或电流，控 制来自该照射装置102 (如LED或LEDs组)的光输出。该照射器控 制器114还可以通过控制该LED或LEDs组的占空比，控制来 自该照 射装置102的光输出，如通过控制该LED或LEDs组在测量期间的产 生光的时间量。在一些实施例中，该照射装置102可以被操作在持续 开的模式或在间歇的模式中，如在闪光开-关的模式。在该持续开的模 式中，用于该照射装置102的功率可以固定或改变(如随根据确定的 时间表或者以随机顺序或伪随机顺序的时间函数而改变)。在该持续 开的i^式中，该照射装置102可以间断地关闭，如在测量时间间隔之 间。在闪光开-关的模式中，用于该照射装置102的功率可以固定的或者从闪光到闪光是改变的(如根据确定的时间表或者以随机顺序或伪
随机顺序而改变)。对于所有LEDs，该操作^^式、电压、电流、功
率、定时、占空比、以及等等可以或可以不是相同的。
在特定实施例中，自治照射器控制器114在固定状态顺序操作该 LEDs，其中每个状态具有指定维持时间。而且，对于每个状态，电压、 电流、占空比、或功率可以被限定用于每个LED或LEDs组，并且定 时可以被限定用于打开和关闭每个LED或LEDs组，例如，在持续 10ms的第一状态中，第一 LED可以以200mA的电流持续打开，第二 LED可以以1000Hz、以2A的闪光电流和100 ja s的闪光持续时间的 闪光开-关，并且第三LED可以以以由100mA线性上升至300mA的 电流持续打开。在持续5ms的第二状态中，该第一和第二LEDs可以 都持续打开，其中每个具有150mA的电流，而该第三LED可以关闭。
该照射器控制器114还可以执行该LEDs的热管理，如通过监视 它们的温度和通过操作加热或冷却装置以保持该LED温度在可接受 的限制内。例如，当测量不在进行时，该LEDs可以通过时常地打开 它们而加热。
该颜色测量系统100可以不时地校准，如在周期性地发生或无i仑 何时可能发生的校准期间。例如像上面所描述的，这个可以做到以确 定该检测器108-110的光度标度之间的关联。该校准可以包括一个或 更多校准片的使用，如具有在所有感兴趣的波长上的已知高反射率的
不透明白片。校准期间，校准片可以放置于与要被测量的该样本106 通常位于的位置相同的位置。然而，如果该光学路径被折叠或别的通 过其它机构被补偿，这个不是必须的。如果那样的话，校准片可以位 于其它位置，甚至测量仪器"里面"、在与该样本106位置光学上等 同的位置。
该颜色测量系统100和它的各种其它实施例可以服从用在适宜工 业中的各种标准中的任何一个。这些标准可以包括纸浆与造纸工业技 术协会(Technical Association of the Pulp and Paper Industry, TAPPI)标准，还有任何其它工业、政府、或其它标准。
图2示出了根据本公开内容一个实施例的用于测量颜色的第二示
例颜色测量系统200。在图2中所示的该颜色测量系统200的该实施 例仅是用于说明。使用该颜色测量系统200的其它实施例而不偏离这 个公开内容的范围。
该颜色测量系统200与图1的该颜色测量系统100相类似。如图 2所示，该颜色测量系统200包括用于提供光束204照射样本206的 照射装置202。该照射装置202可以提供汇聚光束或准直光束，如通 过利用一个或更多LEDs。反射光束被多个测量^r测器208确定和测 量。该测量检测器208给测量分析器212提供光的测量值。基准检测 器210可以用于提供用于该测量分析器212的基准点。
该测量分析器212使用该光的这些值以确定该样本206的特征。 该测量分析器212还可以调节照射器控制器214,其控制该照射装置 202。该照射器控制器214还可以独立于该测量分析器212操作。该 照射器控制器214可以使该照射装置202发出不同波长或强度的光。 该颜色测量系统200的部件可以包括像先前关于图1的该颜色测量系 统IOO所描述的方面。
如上面明示地，该基准检测器210可以用于提供用于该测量分析 器212的基准点。该基准检测器210可以定位以接收通过该照射装置 202发出的光的准确的样本。在特定实施例中，该基准检测器210可 以使用梯形镜和/或其它微透镜和光学部件以收集直接来自该照射装 置202或来自该光束204边缘的光。该梯形镜可以阻止所反射的光破 坏该基准。在其它实施例中，该基准检测器210可以从该颜色测量系 统200中省略。
在该示例实施例中，该样本206具有第一背底216和第二背底 218。该背底216-218可以允许该测量分析器212基于与该不同背底 216-218相关联的反射光确定该样本206的特征。例如，该背底216-218 可以分别表示已知低反射率的背衬和已知高反射率的背衬。作为特定示例，该第一背底216可以是黑色的，并且该第二背底218可以是白 色的。在这些实施例中，该样本206的散射、吸收和/或荧光发射光谱 可以从已知低反射率的背衬和已知高反射率的背衬之上进行的传送 光的同时测量而推断出。对于半透明样本206，具有黑色和白色背衬 的反射系数的测量可以用在Kubelka-Mu方法，以估计对于由该样 本206形成的无限厚的垫片的真实的反射系数。该Kubelka-Munk方 法还可以扩展到在颜色评估中适应荧光。这个还可以釆用在已知反射 率的背衬之上的传送光的测量和该样本206的非照射侧上的透射光的 同时测量完成(其可以如以下描述完成)。
图3示出了根据^^开内容一个实施例的用于测量颜色的第三示 例颜色测量系统300。在图3中所示的该颜色测量系统300的该实施 例仅是用于说明。使用该颜色测量系统300的其它实施例而不偏离这 个公开内容的范围。
该颜色测量系统300与图l及图2的该颜色测量系统100及200 相类似。如图3中所示，该颜色测量系统300包括用于提供多个光束 304照射样本306的多个照射装置302。每个照射装置302可以提供 汇聚光束或准直光束，如通过利用一个或更多LEDs。在这个示例实 施例中，该LEDs可以位于在多个线路板316上。在特定实施例中， 该线路板316可以包括发出不同光谱或波长的光的LEDs。例如，一 个线路板316可以包括发出在可见光谱中的光的LEDs，而另一个线 路板316可以包括发出紫外光谱中的光的LEDs。该线路板316还可 以包括发出来自不同方向的光的LEDs。该线路板316可以使得能够 更换LEDs而不需要在同一时间更换该颜色测量系统300的所有 LEDs 。例如，管理员可以以更规律时间间隔更换紫外LEDs。
反射光束通过多个测量检测器308确定和测量。每个测量检测器 308给测量分析器312提供光的测量值。该基准检测器310可以用于 提供用于该测量分析器312的基准点。该测量分析器312使用该被检 测的光的这些值以确定该样本306的特征。该测量分析器312还可以调节照射器控制器314，或该照射器控制器314可以独立操:作。例如，
该测量分析器312可以引导该照射器控制器314使该照射装置302发 出在多个波长带中的每个中不同相对强度的光。该颜色测量系统300 的部件可以包括像先前关于该颜色测量系统100和200所描述的方 面。
该基准检测器310可以定位以接收通过该照射装置302发出的光 的准确的样本。在一些实施例中，该基准检测器310可以4企测位于该 线路板316之间位置处的光，以收集直接来自该照射装置302的光。 在其它实施例中，该基准冲企测器310可以从该颜色测量系统300中省略。
图4A和4B示出了根据本公开内容的一个实施例的用于测量颜色 的第一示例方法。更具体地，图4A示出了用于校准颜色测量系统的 示例方法400,并且图4B示出了用于使用该颜色测量系统检测样本颜 色的示例方法。在图4A和4B中所示的该方法400、 450的实施例仅 是用于说明。使用该方法的其它实施例而在不偏离这个公开内容的范 围。
如图4A和4B中所示，用于测量样本颜色可能有两个步骤，校准 阶段(图4A中所示)，在该校准阶段中该颜色测量系统的参数被确 定，以及操作阶段(图4B中所示)，在该操作阶段中该颜色测量系 统用于测量该样本。
如图4A中所示，在校准阶段中，在步骤402，选择设定初始功率。 在步骤404，具有这个设定的功率被提供给该照射装置(如102， 202， 302),使该照射装置产生第一光束(如104， 204， 304)。在步骤 406,该第一光束引导至已知性能的基准材料上。例如，该基准材料 可以表示跨越至少可见光范围的已知高反射率的扩散型反射材料。该 基准材料还可以表示在它的荧光激发和发射带中已知荧光特征和已 知反射率的荧光材料。
在步骤408，接收已与该基准材料发生相互作用的第二光束，并且在步骤410，测量该所接收的第二光束的光谱强度分布。这个可以
包括采用一个或更多测量;^测器(如108, 208， 308)测量从该基准 材料反射的光的光谱强度分布。在步骤412，由该第二光束的光谱强 度分布和该基准材料的已知性能来确定该第一光束的光i普强度分布。 在步骤414，存储该设定的功率和所确定的第一光束的光谱强度分布。 在步骤416，调制该功率设定以改变该第一光束的光谱强度分布。 这个可以包括调整用于驱动LEDs的电压或电流或者该LEDs的占空 比。然后，该方法400返回到步骤404以给该照射装置提供具有新设 定的功率，并且对于该新设定重复步骤404-414。步骤404-416可以重 复多次，使得确定和存储各种功率设定和相应的光谱强度分布。该步 骤可以使用相同或多个基准材料来重复，如具有不同荧光特征的基准 材料。
一旦该校准阶段已经至少执行一次，该颜色测量系统就可以用在 操作阶段，以确定样本的颜色。如图4B中所示，在步骤452,指定用 于照射的期望光i普强度分布。在步骤454，由在校准阶段中获得的所 存储的功率设定和所存储的光谱强度分布，确定功率设定，其应该使 该照射装置产生该期望光谱强度分布的光。在步骤456，制造或其它 过程推进样本(如106、 206、 306)至适宜的位置，如至该颜色测量 系统的经过线。
在步骤458，照射器控制器(如114, 214， 314)提供具有已确 定设定的功率给照射装置，使其产生期望光谱强度分布的第一光束。 这个可以通过供功率给该照射装置的所选4奪的LEDs而完成。该功率 可以具有指定电压和/或电流，或者该功率可以具有指定的占空比。
在步骤460,该照射装置引导该第 一光束至该样本上。在步骤462, 该第一光束与该样本相互作用以产生第二光束，其通过至少一个测量 检测器接收。在步骤464，该至少一个测量检测器测量所接收的第二 光束的光i普强度分布。在步骤466,测量分析器(如112， 212， 312) 由该第二光束的光谱强度分布确定该样本的特征。如果必要，在确定该样本的特征中，该测量分析器可以在操作期间改变用于照射的期望 光谱强度分布，并且可以利用通过用单个光谱强度分布或两个或更多 个光语强度分布中的每个来照射样本而进行的测量。
例如，该校准阶段可以不时的重复，以使部件老化的影响得到补 偿，并且性能降级可以避免。在特定实施例中， 一个或更多个适当的 基准材料可以包括在具有机构的该测量设备中，该机构布置它/它们到 该测量位置中或改变该第 一和第二光束的光路径，以使该校准可以以 相对于正常操作的最小干扰形式执行。
尽管图4A和4B示出了用于测量颜色的方法示例，但是可以对图 4A和4B进行各种变化。例如，虽然被示为一系列的步骤，但是在图 4A和4B中的各种步骤可以叠加或并列发生。作为特定实施例，步骤 452和456可以与步骤454并列发生。而且，尽管没有示出，但是在 校准或正常操作期间，该颜色测量系统可以使用基准检测器(如110， 210， 310)。另外，两种方法可以包括一个或多个照射装置或测量检 测器的使用。
图5A和5B示出了根据本公开内容的一个实施例的用于测量颜色 的第二示例方法500。在图5A和5B中所示的该方法500的实施例4又 是用于说明。使用该方法的其它实施例而不偏离这个7>开内容的范围。
在步骤502,制造或其它过程推进样本至在颜色测量系统中的适 宜位置。在步骤504,选择用于照射的期望光谱强度分布。在步骤506, 选择用于该期望光谱强度分布的初始功率设定。在步骤508，照射器 控制器提供具有给定功率设定的功率给照射装置，使它产生光束。
在步骤510,分离该光束成第一束与第二束。虽然该第一束与第 二束无需具有相同的总强度，但是它们相对光谱强度分布至少在可见 光范围中可以是相同的。在步骤512，引导该第二光束至基准检测器 (如IIO， 210, 310)上。在步骤514，该基准检测器测量该第二束的 光谱强度分布作为基准光谱强度分布。在步骤516，该照射器控制器调制该照射装置的功率设定，以最 小化所测量的基准光谱强度分布和期望光谱强度分布的差异。然后，
步骤508-516可以重复直至所测量的基准光谱强度分布和期望光谱强 度分布的差异足够小(如在指定门榲以内)。在任何时候只要该照射 器控制器选择用于照射的不同期望光谱强度分布，这些步骤还可以重 复。该步骤还可以在操作期间不时的重复，以确保该用于照射的光镨 强度分布不会偏离该期望光谱强度分布。
在步骤518，引导该第一光束至该样本上。在步骤520，通过测 量检测器接收已与该样本发生相互作用的第三光束。在步骤522，该 测量检测器测量所接收的第三光束的光谱强度分布，产生测量光谱强 度分布。在步骤524，当该基准光谱强度分布与期望光谱强度分布足 够接近，该样本的特征可以由测量分析器从该测量光语强度分布来确 定。该测量分析器可以在操作期间改变用于照射的期望光谱强度分 布，并且在确定该样本特征中，可以利用通过用单个期望光谱强度分 布或多个期望光谱强度分布中每个来照射该样本而进行的测量。最小 化该基准光谱强度分布和该期望光谱强度分布之间的差异的该功率 设定可以通过该测量分析器或通过该照射器控制器被存储，用于以后 使用。如果该测量分析器在后期选择相同期望光谱强度分布，该存储 的用于期望光谱强度分布的功率设定可以用作初始功率设定。
虽然图5A和5B示出了用于测量颜色的方法另 一个示例，但是可 以对图5A和5B进行各种变化。例如，虽然所示为包括连续和并列的 步骤，但是在图5A和5B中的各种步骤可以重组为系列和并列发生。 作为特定示例，步骤518-524可以与步骤516串连发生，如在步骤516 已经调制该功率源为可接受的设定之后。而且，尽管如使用基准检测 器所示，但是该颜色测量系统可以省略基准检测器的使用。另外，该 方法500可以包括一个或更多个照射装置或测量检测器的使用。
图6示出#4居本7>开内容一个实施例的用于测量颜色的第四示例 颜色测量系统600。在图6中所示的该颜色测量系统600的该实施例仅是用于说明。使用该颜色测量系统600的其它实施例而不偏离这个 公开内容的范围。
该颜色测量系统600与图1-3的该颜色测量系统100-300相类似。 如图6中所示，该颜色测量系统600包括用于提供光束604照射样本 606的照射装置602。该照射装置602可以提供汇聚光束或准直光束， 如通过利用一个或更多LEDs。
透射穿过该样本606的光通过测量检测器608检测。在这个示例 中，相对于对该样本606的照射，该测量检测器608可以被定位在该 样本606后面或测量该样本606后面的光。该测量纟企测器608提供光 的测量值给测量分析器612。基准检测器610可以用于提供用于该测 量分析器612的基准点。该测量分析器612使用该被^r测光的这些值， 以确定该样本606的特征。该测量分析器612还可以调节照射器控制 器614，或该照射器控制器614可以独立操作。该测量分析器612可 以引导该照射器控制器614使该照射装置602发出在多个波长带的每 个波长带的不同相对强度的光。该颜色测量系统600的部件可以包括 像上面对于其它颜色测量系统所描述的方面。在这个示例中，该基准 检测器610可以被定位，以接收通过该照射装置602发出的光的准确 样本。在其它实施例中，该基准才企测器610可以从该颜色测量系统600 被省略。
图7示出根据本公开内容一个实施例的用于测量颜色的第五示例 颜色测量系统700。在图7中所示的该颜色测量系统700的该实施例 仅是用于说明。使用该颜色测量系统700的其它实施例而不偏离这个 公开内容的范围。
该颜色测量系统700与上面描述的该颜色测量系统相类似。如图 7中所示，该颜色测量系统700包括用于提供光束704照射样本706 的照射装置702。该照射装置702可以提供汇聚光束或准直光束，如 通过利用一个或更多LEDs。反射光束通过测量检测器708检测。该 测量^r测器708提供光的测量值给测量分析器712。该测量分析器712可以确定该样本706的颜色，并且可以或可以不控制照射控制器714。 如这里所示，没有基准检测器用在该颜色测量系统700中。在这 个实施例中，用于确定该样本706的颜色的该辐射传递因子矩阵可以 从用 一系列照射状态的多个测量来计算。如果用于计算该辐射传递因 子的这些照射状态利用LEDs而仅仅只要是从这些LEDs的工作参数 确定性地得知照射的光i普强度分布，则这个可以完成而不需要基准枱r 测器。在特定实施例中，所使用的该组照射状态可以选择，以允许从 给定数量的测量的期望辐射传递因子的最可靠的、统计上最准确的 (最高置信水平)、或统计上最强壮的(对微扰最低敏感度)的估计。 在特定实施例中，公开在申请号为09/957,085的美国专利申请(其 通过引用相结合于此)中的测量分析方法可以用于从用多个照射状态 的测量的各种性能的计算。例如，可以由用足够数量的照射状态的测 量来计算与照射器无关的辐射传递因子。可以由这个辐射传递因子计
算对于任何指定照射状态的总辐射因子、荧光发射光谱、和色度数量。 此外，两个或更多个指定照射状态之间的颜色常变指标或异条件色度 差指标还可以由该辐射传递因子计算。如果使用LEDs获得在照射状 态的所有照射，可以已知该照射光谱的状态而不需要使用基准斗企测 器，因此可以使用这些方法而可以要或不需要基准检测器。
虽然图1 - 3, 6和7示出用于测量颜色的不同颜色测量系统的各种 示例，但是对这些图可以进行各种变化。例如，来自这些图中的系统 的组合可以使用。作为特定实施例，系统可以包括在样本前面和后面 的、有或没有一个或更多个背底的多个测量检测器。而且，在该颜色 测量系统中的各种部件可以组合，进一步的再分、或3皮省略，并且额 外部件可以才艮据实际需要添加。作为示例，该测量分析器可以与该照 射器控制器集成成为单个功能单元。
图8示出了根据本公开内容的 一个实施例的用于测量颜色的第三 示例方法800。在图8中所示的该方法800的实施例仅是用于说明。 -使用该方法800的其它实施例而不偏离这个^Hf内容的范围。在步骤802,制造或其它过程推进样本至在颜色测量系统中的适 宜位置。在步骤804，选择用于照射的期望光谱强度分布。
在步骤806,确定对于一个或更多个照射装置的占空比，用于提 供该期望光谱强度分布。这个可以包括确定功率供给信号、控制信号、 或其它提供给一个或更多个LEDs的信号的占空比的照射器控制器。 例如，在测量时间间隔期间，可以通过操作LED获得期望平均光谱强 度分布，以至于将其打开少于全部测量时间间隔。在测量时间间隔期 间，该还可以通过操作多个LEDs获得期望平均光i普强度分布，以至 于在该测量时间间隔期间它们不全部打开该相同时间量。
在步骤808,基于所确定的占空比，提供信号给一个或更多个照 射装置。这个可以包括提供功率供给信号、控制信号、或其它信号给 照射装置中的一个或更多个LEDs的照射器控制器。在步骤810,该 照射装置使用来自照射器控制器的信号而产生光束。在步骤812，使 用该光束确定正^皮测试的该样本的一个或更多个特征。这个可以包括 使用来自 一个或更多个测量检测器的测量的测量分析器，该测量检测 器测量通过该样本反射或透射的光。可以需要或可以不需要来自基准 ;险测器的测量。
照此，可以用相对于测量时间间隔少于100%的占空比来#:作一
个或更多个LEDs。而且，多个LEDs可以使用并且不需要所有具有相 对于测量时间间隔的相同占空比。在测量时间间隔期间调节LED的相 对占空比以获得期望平均光谱强度分布，可以附加地使用或备选地使 用以调节该LED的电压和/或电流或者其它方面控制它的光强度。
虽然图8还示出用于测量颜色的方法的另一个示例，对于图8可 以进行各种变化。例如，尽管示出一系列步骤，在图8中的各种步骤 可以叠加或并列发生。作为特定示例，步骤802可以与步骤804-806 并列发生。而且，该方法800可以包括一个或更多个照射装置或测量 检测器的使用。
在一些实施例中，通过从计算机可读程序代码形成和在计算机可读媒介中体现的计算机程序实现或支持上面描述的各种功能。短语 "计算机可读程序代码"包括任何计算机代码类型，包括源代码、结 果代码、和可执行代码。短语"计算机可读媒介"包括任何通过计算 机能够访问的媒介类型，如只读存储器(ROM)、 随机存取存储器
(RAM)、硬盘驱动器、压缩磁盘(CD)、数字化视频光盘(DVD)、 或任何其它存储器类型。
是有利的。术语"程序，，指的是适合于以适当的计算机代码(包括原 代码、结果代码、或执行代码)实施的一个或更多个计算机程序、软 件组成部分、指令集、进程、函数、对象、分类、实例、相关数据、 或其部分。术语"包含"和"包括，'及其衍生词意指包含而不是限制。
术语"或"是包含性的，意指和/或。短语"与……相关联"和"与其 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、交织、并置、接近于、密切关联于或与......密切关
联、具有、具有......的性质、或类似。术语"控制器"意指控制至少
一个操作的任何装置、系统、或其部件。控制器可以用在硬件、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地或分布式的，而且不管是本地还是远程 的。
尽管本发明已经描述了某些实施例和通常相关联的方法，但是这 些实施例和方法的变更和置换对于本领域技术人员将会是显而易见 的。因此，示例性实施例的上述描述未限定或限制本发明。在没有脱 离通过下面权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，其它改 变、替换、和变更也是可能的。
权利要求
1.一种系统，其包括照射装置(102，202，302，602，702)，可操作以产生用于照射材料样本(106，206，306，606，706)的光；检测器(108，208，308，608，708)，可操作以检测已与所述样本(106，206，306，606，706)发生相互作用的光，并且提供已与所述样本(106，206，306，606，706)发生相互作用的所述光的测量；和控制器(114，214，314，614，714)，可操作以调整所述照射装置(102，202，302，602，702)的占空比，以控制对所述样本(106，206，306，606，706)的照射。
2. 如权利要求1的系统，其中，所述照射装置(102， 202, 302, 602, 702)包括至少一个发光二极管(LED)。
3. 如权利要求2的系统，其中，所述照射装置(102， 202, 302, 602， 702)包括多个LEDs，所述控制器(114, 214， 314， 614， 714) 可操作以调整个体LEDs或LEDs组的占空比。
4. 如权利要求1的系统，其进一步包括可操作以基于已与所述样 本(106, 206， 306， 606， 706 )发生相互作用的光的测量来确定所 述样本(106， 206， 306, 606， 706 )的光谱特征的分析器(112， 212, 312， 612， 712)。
5. 如权利要求4的系统,其中，所述分析器(112， 212， 312， 612， 712)在确定所述样本(106， 206, 306， 606, 706)的光谱特征时， 不使用任何未与所述样本(106， 206， 306， 606， 706)发生相互作 用的光的测量。
6. 如权利要求4的系统，其中，所述控制器(114， 214, 314, 614， 714)进一步地可操作以调整用于驱动所述照射装置(102， 202， 302， 602， 702)的电压和电流中的至少一个，以控制对所述样本(106，(206, 306， 606， 706)的照射。
7. 如权利要求6的系统，其进一步包括基准检测器(110， 210， 310， 610)，可操作以测量通过所述照射装置(102, 202， 302， 602) 产生的光的光谱强度分布；其中，所述分析器(112， 212， 312, 612)进一步地可操作以使 所述控制器(114， 214， 314， 614)调整所述占空比、所述电压、和 所述电流中的至少一个直至所测量的光谱强度分布在期望的光谱强 度分布的指定阈值以内。
8. —种方法，其包括采用至少一个发光二极管(LED)照射材料样本(106， 206, 306， 606， 706);检测已与所述样本(106, 206, 306， 606, 706)发生相互作用 的光；提供已与所述样本(106， 206， 306, 606, 706)发生相互作用 的光的测量；和调整所述至少一个LED的占空比以控制对所述样本(106， 206， 306， 606， 706)的照射。
9. 如权利要求8所述的方法，其中照射所述样本(106， 206, 306， 606, 706)包括利用多个LEDs 以照射所述样本(106, 206， 306， 606, 706);和调整所述占空比包括调整个体LEDs或LEDs组的占空比。
10. 如权利要求8所述的方法，其进一步包括基于已与所述样本 (106， 206, 306, 606, 706)发生相互作用的光的测量来确定所述样本(106， 206, 306， 606, 706)的光i普特征。
全文摘要
提供一种用于材料的颜色测量或其它光谱测量的系统与方法。照射装置(102，202，302，602，702)产生用于照射材料样本(106，206，306，606，706)的光。检测器(108，208，308，608，708)检测已与该样本(106，206，306，606，706)发生相互作用的光，并且提供已与该样本(106，206，306，606，706)发生相互作用的所述光的测量。控制器(114，214，314，614，714)调整该照射装置(102，202，302，602，702)的占空比，以控制对该样本的照射。可以通过分析器(112，212，312，612，712)利用该测量，以确定该样本(106，206，306，606，706)的光谱特征(如颜色)。在不使用任何未与该样本(106，206，306，606，706)发生相互作用的光的测量，该光谱特征的确定可以完成。可以使用一个或多个发光二极管(LEDs)照射该样本(106，206，306，606，706)，并且可以调整个体LEDs或LEDs组的占空比。
文档编号G01N21/86GK101611307SQ200780049991
公开日2009年12月23日 申请日期2007年11月16日 优先权日2006年11月17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