JP2004527729A

JP2004527729A - Colorimeter with field programmable gate array

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Publication number: JP2004527729A
Application number: JP2002523589A
Authority: JP
Inventors: スロカム，デイビツド; ルイーズ，ジヤステイン・アール; マール，コーミツク・ケイ; ボルズ，ジヨン・エイ; イーストマン，ジエイ・エム; フオツクス，ウイリアム・ジエイ; グリーンウオルド，ロジヤー・ジエイ; ハツチンソン，ロバート・ジエイ
Original assignee: アプライド・カラー・システムズ・インコーポレーテツド
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2004-09-09
Also published as: EP1328793A4; AU2001285423A1; EP1328793A1; CN1471636A; CA2420686A1; WO2002018916A1

Abstract

カラーモニターを校正出来る測色計が光検出器（３８）と光学的フイルター対（５０）との測光的配列により提供される。該フイルターは、可視スペクトラムの上端での重畳する領域をカバーするロングパス、エッジフイルター（ｌｏｎｇ−ｐａｓｓ，ｅｄｇｅｆｉｌｔｅｒ）と、可視スペクトラム全体をカバーするフイルターと、を含む。該光検出器の出力は、国際照明委員会｛シーアイイー（ＣＩＥ）｝ｘｙｚ｛バー（ｂａｒ）｝関数により確立された応答を大体完全に模擬する応答を提供するようデジタル的に合成される。模擬された応答はシーアイイー（ＣＩＥ）等色関数により表されてもよい。該対と付随部品とはクラムシェル（ｃｌａｍｓｈｅｌｌ）ハウジング内に取り込まれたプリント回路基板（３２）上に設置され、そして光を放つ表面の角度的に制限された視野を規定するアパーチャの配列を有する。A colorimeter capable of calibrating a color monitor is provided by a photometric arrangement of a photodetector (38) and an optical filter pair (50). The filter includes a long-pass, edge filter that covers an overlapping area at the upper end of the visible spectrum, and a filter that covers the entire visible spectrum. The output of the photodetector is digitally synthesized to provide a response that approximates the response established by the International Commission on Illumination {CIE} xyz {bar} function almost entirely. The simulated response may be represented by a CIE color matching function. The pair and associated components are mounted on a printed circuit board (32) encased in a clamshell housing and have an array of apertures defining an angularly restricted field of view of a light emitting surface. .

Description

【０００１】
背景
本発明は光のカラーコンテント（ｃｏｌｏｒｃｏｎｔｅｎｔ）を測定し、シーアイイー等色関数（ＣＩＥｃｏｌｏｒｍａｔｃｈｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）により表現されてもよい様な、人間の眼のカラーへの応答（ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を模擬（ｍｉｍｉｃｋｉｎｇ）した応答を有する測色計（ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒｓ）に関する。本発明は特に、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｒａｙｔｕｂｅ）型又は液晶（ＬＣＤ）型の何れかの、カラーモニター（ｃｏｌｏｒｍｏｎｉｔｏｒｓ）及びカラービデオデイスプレー（ｃｏｌｏｒｖｉｄｅｏｄｉｓｐｌａｙｓ）を校正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ）するために好適である。本発明は又一般的に、他の（発光性又は反射性の）照明源の、そのカラー温度（ｃｏｌｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の様な、カラー特性を測定するために応用可能である。
【０００２】
人間の眼のカラーへの応答を精確に模擬する測色応答（ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ）は、可視スペクトルの上端を通しそして重畳関係にある複数のエッジフイルター（ｅｄｇｅｆｉｌｔｅｒｓ）が、この様なフイルターが光検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）と一対化された時、該エッジフイルターでモデル化され得ることが本発明に依り発見された。該応答は該光検出器の出力からデジタル的に合成出来る。該測色計で行える測定は、当該技術で公知の技術を用いて、カラーモニター又はデイスプレーを校正するために使用されてもよい。機械的及び電気的設計は本発明の測色計を現代の測色計と比肩出来るコストで容易に製造出来て、またこの様な現代の測色計の使用と両立する仕方で使用可能にしている。
【０００３】
非技術系ユーザーによる及び実験的環境外での使用に好適で、精確な測色法は現代の測色計では提供されなかった。｛１９９１年、エリスホーウッドリミッテド社（ＥｌｌｉｓＨｏｒｗｏｏｄＬｉｍｉｔｅｄ）により発行された｝アールダブリュージーハント（Ｒ．Ｗ．ＧＨｕｎｔ）による第２次編集のテキスト、カラー測定（ＭｅａｓｕｒｉｎｇＣｏｌｏｕｒ）、で論じられている様に、フイルターされた光電池（ｐｈｏｔｏｃｅｌｌ）を使用した現代の測色計（ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒｓ）は、”フイルターされない光電池のスペクトラム感度と組み合わされた時、ｘ（λ）、ｙ（λ）及びｚ（λ）関数と完全な等色（ｐｅｒｆｅｃｔｍａｔｃｈ）に帰着するフイルターを見出すことは通常不可能である”点で精確な測色を提供しなかった。又該ハントのテキストで論じられる様に、可視スペクトラム上の狭い区間を用いてさえもそして誤差を最小化するために最適重み付けを使用しても、精確な測色は達成されなかった（該ハントのテキスト１７８−１８１ページ参照）。ハントにより論じられたこの様な測色計は１９９３年１２月２１日に発行された米国特許第５、２７２、５１８号でビンセント（Ｖｉｎｃｅｎｔ）により、１９７９年４月２４日発行の米国特許第４、１５０、８９８号でスガ（Ｓｕｇａ）により、そして１９９２年１２月１日に発行された米国特許第５、１６８、３２０号でルッツ他（Ｌｕｔｚ，ｅｔａｌ．）により表明されている。
【０００４】
本発明は精確な測色を得るために人間の眼の応答を模擬する応答を提供するためにエッジフイルターのみならずデジタルの処理及び強調も利用する改良されたフイルター測色計を提供する。
【０００５】
又本発明により提供される測色計はアパーチャの使用により測色の精度を改良するが、該アパーチャは測定される光をバッフル（ｂａｆｆｌｅ）しそして液晶デイスプレーに共通するカラーの、高角度放射を入らせない（ｌｉｍｉｔｏｆｆｃｏｌｏｒ，ｈｉｇｈａｎｇｌｅｅｍｉｓｓｉｏｎｓ）。
【０００６】
本発明により提供される該測色計の機械的及び電気光学的構造はそれが現代の測色計と両立する仕方で使用されるのみならずこの様な測色計と対抗して値付けされるのに充分な低コストで製造することを可能にする。
【０００７】
発明の概要
本発明に依れば、カラー測定デバイスが提供される。該デバイスは光信号を測定するための複数の光検出器を有する。該光検出器と結合されたフイールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ）は並列の該光検出器からのデータを読み出す（ｒｅａｄｓ）。
【０００８】
本発明のより限定された側面に依れば、該カラー測定デバイスは、好ましくは配列内にある複数の光学的なフイルター／光検出器対（ｆｉｌｔｅｒ／ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｐａｉｒｓ）を有するが、該配列内では各対は限定される視野（ｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ）に亘る光を受ける。一般に該視野は、該放射面からのカラーの歪んだ（ｃｏｌｏｒ−ｄｉｓｔｏｒｔｅｄ）、より高角度の光線又は放射が、該光検出器に到達するのを防止するために、角度的に制限される。該対は、可視スペクトラムの長波長端で種々の重畳する波長領域上に延びるレスポンシビテイ（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ）を有する。エッジフイルターが光検出器と共に使用されてもよく、好ましくはこのレスポンシビテイを得るためにデジタル出力を提供するのがよい。光検出器出力をデジタルに処理するトランスレータ（ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ）が該対のレスポンシビテイを、人間の眼のレスポンシビテイを表現する等色関数を模擬するレスポンシビテイに変換する。これらは、該関数の従来の処理によりそれから該シーアイイー３刺激値（ＣＩＥｔｒｉ−ｓｔｉｍｕｌｕｓｖａｌｕｅｓ）、Ｘ、Ｙ、そしてＺが得られる、国際照明委員会（ＣＩＥＣｏｍｍｉｓｉｏｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅｄｅｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）のｘ、ｙ、そしてｚ関数であってもよく｛例えば、上記引用のビンセント（Ｖｉｎｃｅｎｔ）特許及び１９９６年３月１２日発行のマクローリン（ＭａｃＬａｕｇｈｌｉｎ）の、米国特許第５、４９９、０４０号参照｝、それによりカラーモニター及びカラービデオそして他のデイスプレーを校正するために該測色計の使用を容易化する。
【０００９】
本発明の上記及び他の特徴と利点は付属する図面と関連して下記説明を読むとより明らかになる。
【００１０】
詳細な説明
図１，２，３，４そして５を参照すると、本発明を具体化する測色計が示されており、該測色計はさねはぎ結合１６で接合された前部シェル（ｆｒｏｎｔｓｈｅｌｌ）１２と後部シェル（ｒｅａｒｓｈｅｌｌ）１４から成るハウジング１０のユニット型組立体である。一般的に長方形で凹部のある壁１８はアパーチャ２０のマトリックスを有し、該アパーチャは壁１８の直角なエッジに平行するＸ、Ｙ座標に沿って等間隔で相互に等しく隔てられいる。図解された実施例では、該アパーチャの形は長方形で、それらの縦軸線は、該Ｘ、Ｙ座標に対し、すなわち、該壁１８のエッジに対し約４５°である。該縦軸線は、該測色計がカラーモニタースクリーンの測色測定を行う使用時は、水平から約４５°に配置される。これは限られた視野を伴っても充分な光（光子）に該アパーチャを通過させる。視野のこの様な限定は下記で図６と７に関連して論じられる。一般に該アパーチャ２０の各々の視野は異なる光検出器３８とフイルター５０の間のクロストーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）を防止するよう設計される（下記でより詳細に論じられる）。該制限された視野は、特に液晶スクリーンで起こる垂直方向で、角度に伴うカラー変化の効果（ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｌｏｒｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈａｎｇｌｅ）を防止する。上記で論じた向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）での平行な側と円形の端部を有する長方形アパーチャは視野を好適に限定することが見出された。
【００１１】
該前部シェル１２はシェル１２の４つの隅部の各々で内側に突出する特徴部２２を有する。これらの特徴部は軟質で、ゴムの吸引カップ２６内の保持用溝を取り込む円形舌部２４を有する。該吸引カップは、そこから光が該アパーチャ２０経由で該測色計に入るカラーモニター又はデイスプレーのスクリーンに対し軽い圧力を提供する。
【００１２】
チューブ状ポスト２８は該シェル１６と同じプラスチッック材料でモールドされ、該壁１８に概ね直角に延びる軸線を有し、該アパーチャ２０を通る光軸に平行である。これらのポストは、その端部で該ポスト２８の内側に嵌合する補間的ポスト３０を受ける。プリント回路基板３２により提供されるプレートは円形孔３４を有し、該シェルが一緒に組み立てられた時、該孔を通して該ポスト２８は該シェル１２と１４の間に入り、基板３２を取り込む。該ポスト３０内の盲目孔（Ｂｌｉｎｄｈｏｌｅｓ）３４はねじを切られており、該ポスト２８内の孔を通って入るねじ（図示せず）は、組み立てられた該測色計部品を保持するために該ねじ孔３４内で受けられる。透明なフイルム又はシート３６が該壁１８の前側上に配置され、該アパーチャ２０を閉じる。該さねはぎ結合１６と該シート３６はかくして、該測色計による測定用に該シート３６とアパーチャ２０を通過する光を除いて、遮光された（ｌｉｇｈｔ−ｔｉｇｈｔ）閉じたボデイを提供する。
【００１３】
該プリント回路基板は数と位置関係でアパーチャ２０の配列と整合する光検出器３８の配列を有する。リブ４０のマトリックスが該シェル１４の後壁から延びており、その幾つか４２はこれらのリブ４２を該プリント回路基板３２の後ろ側と接触させるのに充分に距離だけ延びている。これらのリブ４２は概ね長方形の室（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｓ）を形成するがそれは該光検出器３８を囲みそれら間の光の洩れを防止し、それにより該アパーチャ２０を通過するそして該光検出器３８に到達する光の間のクロストークを更に除いている。又該リブ４０は該シェル１４を強化するため役立つ。
【００１４】
該光検出器３８は光ダイオードと電流周波数変換器（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｔｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とを１つのチップ上で組み合わせる光周波数変換器（ｌｉｇｈｔ−ｔｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ）であるのが好ましい。この様なデバイスはテーエスエル２３５（ＴＳＬ２３５）の様な部品番号で、テキサス州、ダラスのテキサスインスツルメント社（ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｏｆＤａｌｌａｓ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能である。それらはその繰り返し速度（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ）又は周波数が光レベル（ｌｉｇｈｔｌｅｖｅｌ）に比例するデジタル出力｛パルス列（ｐｕｌｓｅｔｒａｉｎｓ）｝を提供する。
【００１５】
図２のみならず図４でも観察される様に、該プリント回路基板３２は該アパーチャ２０と同じ空間的関係にあり、該アパーチャ２０の中心を通る光軸に沿って配置された開口部４４の配列を有する。該基板３２は該基板３２の該アパーチャ２０に面する側上に設置されたプリント配線と、抵抗器及び集積回路｛アイシー（ＩＣ）｝チップ４８の様な電気部品と、を有する。該光検出器３８は該基板の反対側上に設置される。光学的フイルターパック５０が該基板３２の該アパーチャ付き壁１８に面する側上に設置される。該フイルターパックは図８と９で図解される薄板にされ、層化された構造（ｌａｍｉｎａｔｅｄ，ｌａｙｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。ＡからＧまでフイルター材料の７枚のシートがある。これらはゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）から成り、各々は異なるロングパス又はエッジタイプの光学的フイルターを提供する。この様なゼラチンフイルターは、大抵の現代の測色計で使用される薄膜フイルターよりコストが遙かに安い。透過性のカラー化されたインク（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅｃｏｌｏｒｅｄｉｎｋｓ）を使うフイルターも使用されてもよい。該フイルターは該アパーチャ１８と該孔４４と同様な位置的関係に開口部を有する層化された構造に保持されるので、該フイルター５０が該基板３２上に設置された時該フイルター素子ＡからＧは該孔の異なる１つと整合される。該素子ＡからＧで薄板化された層内の孔の１つはマスクされない範囲Ｍ上に置かれる。これは概略該フイルター配列の中部のアパーチャ２０内の範囲と孔４４である。層の１つＨでは、ノッチ５２は該基板３２上にフイルターパック５０を置くことと整合させることを容易化するエッジを提供する。
【００１６】
該パックを構成する層はポリカーボネートシート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅｓｈｅｅｔ）の様な材料の不透明層（例えば黒である）Ｈであり、それは該パックの外側にある。これらの層の１つは下方に面し、もう１つは該後ろの外側上で接着剤層Ｌによりカバーされている。該接着剤は圧力感応性の接着剤であってもよく、それ自身は該基板３２上でフイルターパック５０の組立を容易にするためにリリース材料（ｒｅｌｅａｓｅｍａｔｅｒｉａｌ）でカバーされていてもよい。もう１つの接着剤層がありそれは前部不透明層Ｈで組み立てられたフイルター素子ＡからＧを保持する。透明層Ｋと、該透明層Ｋの後ろそして該後部不透明層Ｈの前の追加的接着剤層Ｌと、がある。適当な整合用ツールを用い、該フイルターパック５０を提供するために該層は重ねられ一緒に加圧される。該フイルターパックは、信頼性を有しそして精確な間隔と公差とを有して、量的に再生される。
【００１７】
図６と７とを参照すると、該光検出器はそれの光ダイオードの前に、該フイルターパック５０内のフイルター素子を経由して集められる（すなわち通過させる）光の量を高めるレンズ素子５６を有する。該基板３２と壁１８との形状と空間的関係とのために、該測色計が、光が放射するモニター又は他の源のスクリーン上に保持され、該アパーチャが水平に対し約４５°のそれらの縦軸を有した時、該アパーチャ２０は該垂直に沿って３０°（プラス又はマイナス１５°）の、そして該水平に沿って４４°（プラス又はマイナス２２°）の弧に対している。垂直に隔てられた領域からの光は従って、該アパーチャの種々のものを通過する光間のみならず、該光検出器３８への垂直な間隔のために修正されたカラーの光の通過するそれら間のクロストークも防止するよう、図６の曲線５８により示される様にマスクされる。これは、液晶デイスプレーの様に、カラー変化を示すタイプのスクリーンが測定及び／又は校正される時有利である。
【００１８】
該測色システムは図１０で示される。この図は又該測色計がシーアイイーＸＹＺカラーシステムに従って精確なカラー及びガンマ（ｇａｍｍａ）を提供するようにモニターを校正するために如何に使用されるかを示す。該測色計システムは、もし望まれるなら、シーアイイーエルエイビー（ＣＩＥＬ＊ａ＊ｂ＊）及びシーアイイーラブ（ＣＩＥＬａｂ）カラーシステムの様な他のカラーシステムを利用するよう適合されてもよい。該テストされるモニターはＣＲＴモニター又は液晶モニター又はデイスプレーであってもよい。ＣＲＴモニターが使用される場合は、多数、いわば４０回以上のリフレッシュサイクル（ｒｅｆｒｅｓｈｃｙｃｌｅｓ）、又は画像フレームに亘る測定を行うことが望ましい。その目的で、該リフレッシュレート（ｒｅｆｒｅｓｈｒａｔｅ）は該システムのマイクロプロセサー６０で検出されるが、それは図１１のフローチャートで示す様にプログラムされてもよい。該アパーチャ２０を担う壁１８の面先に等しいモニタースクリーンの面積又はパッチ（ｐａｔｃｈ）｛例えば２．５ｃｍ（１インチ）平方｝が該モニターからの光に露光される。該光は該光検出器３８内へと該パック５０のエッジフイルターを通過する。該光検出器は該光強さ（ｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）に依るレートのパルス列（ｐｕｌｓｅｔｒａｉｎ）の形でデジタル出力を提供する。ＣＲＴモニターの場合該リフレッシュレートに関係付けられた時間の区間に亘るパルスを集める又はカウントることにより各エッジフイルターを通過する光のみならずフイルターされない光をも表すデジタル出力が得られる。該光検出器３８は、マイクロプロセサー６０からのチャンネルセレクター出力により提供されると同様な区間に亘るパルス列をシーケンシャルに供給するマルチプレクサー６２により多重化されたそれらの出力を有する。第８検出器３８からのフイルターされない光はリフレッシュレートのみならず有効なエッジフイルター出力も検出するために使用される出力を供給するが、それはシーアイイーカラーシステムすなわち等色関数を模擬する応答を合成することに使用される。該マイクロプロセサーは、ユーエスビー｛ユニバーサルシリアルバス（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）｝の様な通信リンク又は他の通信リンク、例えばアールエス２３２バスにより、ホストコンピユータそして特にそのＣＰＵ６４に接続される。該ＣＰＵ６４は該カラー測定値を検索するために該マイクロプロセサー６０と通信してもよい。
【００１９】
該モニターの校正に於いて、該ＣＰＵは最初に全赤スクリーン（ａｌｌ−ｒｅｄｓｃｒｅｅｎ）をフラッシュしそして該マイクロプロセサーにスペクトラムのデータを抽出することを教えてもよい。該ＣＰＵは次いで全体に緑の、次いで青のスクリーンのみならず完全な暗色（ｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｒｋ）｛赤、緑そして青を最大に制御（ｒｅｄ，ｇｒｅｅｎａｎｄｂｌｕｅｃｏｎｔｒｏｌａｔｍａｘｉｍｕｍ）｝から変化する、多数レベルのグレイスクリーン（ｇｒｅｙｓｃｒｅｅｎ）をも提示してもよい。
【００２０】
図１１を参照すると、該リフレッシュレートは第８検出器出力から得られる。該検出器出力の周波数又はパルス繰り返しレート（ｐｕｌｓｅｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ）が測定される。該レートが最大に到達すると（該レートの最初のデイップが起こると）、カウンターＡがスタートさせられる。該周波数は周波数又はレートの最小を示すカウントレートでの立ち上がりがあるまで測定され続ける。次いで該カウンターは停止する。該リフレッシュレートは該スクリーンからの高及び低輝度（ｈｉｇｈａｎｄｌｏｗｌｕｍｉｎｏｓｉｔｙ）で検出される。このリフレッシュレートは該マルチプレクサーのサンプリング窓を制御するのみならず該測色過程中の該検出器の各々からのカウントを集めるためにも使用されてよい。
【００２１】
図１２はｚ等色関数を模擬するために該マイクロプロセサー６０が如何にプログラムされるかを示す。他の等色関数が同様なプログラムにより得られてもよい。該プログラムはｘ、ｙそしてｚ関数用に異なる係数を使用する。該計算は、他のフイルター検出器対がスペクトラムの上端で連続的により短い波長領域を通す間に、本質的に全可視スペクトラムを通すフイルター検出器対Ｆ／ＤＯを含む各フイルター検出器対用に下記で表明される方程式を実行する。該領域は、第７バンド（チャンネルＣＨＮ−７）の上部エッジフイルター検出器対により通されるスペクトラムの部分が重畳される点で重畳されている一方、第１バンド（チャンネルＣＨＮ−１）のみは、該Ｆ／ＤＯフイルター検出器対からの出力であるフイルターされないバンド又はチャンネル（ＣＨＮ−０）により重畳される。一般に係数の表は下表の様に表明される。それは該マイクロプロセサー６０に記憶された２次元配列の数である。これらの数は下記で与えられる方程式で表明されるアルゴリズム内の係数として使用される。
【００２２】
２次元配列の数は該マイクロプロセサー内に記憶される。これらの数は該アルゴリズム内の係数、Ｃ_ａｎ＊として使用される。それらは下記である。
【００２３】
【表１】

【００２４】
アルゴリズム
Ｘ（λ）＝ＦＤ_０＊Ｃ_Ｘ０＋ＦＤ_１＊Ｃ_Ｘ１＋ＦＤ_２＊Ｃ_Ｘ２．．．．＋ＦＤ_７＊Ｃ_Ｙ７
Ｙ（λ）＝ＦＤ_０＊Ｃ_Ｙ０＋ＦＤ_１＊Ｃ_Ｙ１＋ＦＤ_２＊Ｃ_Ｙ２．．．．＋ＦＤ_７＊Ｃ_Ｙ７
Ｚ（λ）＝ＦＤ_０＊Ｃ_Ｚ０＋ＦＤ_１＊Ｃ_Ｚ１＋ＦＤ_２＊Ｃ_Ｚ２＋ＦＤ_７＊Ｃ_Ｚ７
該係数は該等色関数への最小２乗平均法あてはめ（ｌｅａｓｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｆｉｔ）により導かれる。使用される方法論は物理学会雑誌Ｅ部門：科学的計測器（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＥ：ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、１９７５年、８巻、４１−４４頁に見られる、”フイルター測色計の使用に於ける改良（ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅＵｓｅｏｆＦｉｌｔｅｒＣｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒｓ）”の名称のデーオーウオームビー（Ｄ．Ｏ．Ｗｈａｒｍｂｙ）による論文で説明されている。該ウオームビー論文では、唯６つのバンドパスフイルターを使用して該関数を模擬する企てが行われた。本発明に依ると、ロングパス（ｌｏｎｇｐａｓｓ）又はエッジフイルターが使用されるが、それは精密に模擬された応答を作るのみならずバンドパスフイルターより寧ろ低コストのエッジフイルターを使用して、それぞれスペクトラムの赤、緑そして青の部分を通させる。該ロングパスフイルターの使用はシーアイイーｘｙｚ（バー）｛ＣＩＥｘｙｚ（ｂａｒ）｝曲線の個別の傾斜に整合するために個別フイルターを選択する自由度を許容する。対照的に、バンドパスフイルターのセットは同じ関数の種々の傾斜に整合しようと努めるために１つの傾斜に対し妥協することを強いる。
【００２５】
下表は図１４で示すレスポンシビテイを有するフイルター検出器対に好適と見出された係数を示す。
【００２６】
係数の例
ＣＸ０＝−０．０００９７ＣＹ０＝−０．０００４９ＣＺ０＝−０．０１０９
ＣＸ１＝０．００９６１ＣＹ１＝０．０００１９ＣＺ１＝０．０７０３８
ＣＸ２＝０．０３５０７ＣＹ２＝０．００３６ＣＺ２＝０．１５５８６
ＣＸ３＝−０．０４４ＣＹ３＝０．００２１４ＣＺ３＝−０．１５７５４
ＣＸ４＝−０．０１１７３ＣＹ４＝０．０７１９５ＣＺ４＝−０．０７１７４
ＣＸ５＝０．１３６４１ＣＹ５＝−０．０５８４６ＣＺ５＝０．０３５９３
ＣＸ６＝−０．０６３１９ＣＹ６＝−０．０１１４３ＣＺ６＝−０．０１６５８
ＣＸ７＝−０．０５３７２ＣＹ７＝−０．０１３４ＣＺ７＝０．０００９
該エッジフイルターの応答は、該フイルターされないバンドと、該フイルターパック５０内の種々のフイルターを通過するバンドと、について図１３で示される。特にバンド４及び５についてのスカート（立ち上がりエッジ）の傾斜は、該等色関数を精確に模擬するために該係数の導出を容易化するよう選択された。該等色関数は図１５で示され、該合成された等色関数の精度（すなわち、それらが理想的等色関数に如何に比肩されるか）は図１５で示される。
【００２７】
図１４は該フイルター検出器対のレスポンシビテイ（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ）を図解する。該検出器はそれ自身のレスポンシビテイを該フイルターを経由して得られた出力に負わせる（ｉｍｐｏｓｅｓ）。該検出器レスポンシビテイの影響は該フイルター／検出器対のレスポンシビテイが該検出器レスポンシビテイと該フイルター透過特性との積であることである。
【００２８】
図１６を参照すると、フイールドプログラマブルゲートアレイを有する本発明のもう１つの実施例が示される。特に、該測色計は並列の複数のフイルター／検出器対からのデータを読み出すためにフイールドプログラマブルゲートアレイを有する。本発明がスペクトロフオトメーター（ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）の様な他のカラー測定デバイスへの応用をも見出す点で評価されるであろう。
【００２９】
該測色計はエフピージーエイ（ＦＰＧＡ）（フイールドプログラマブルゲートアレイ）と、並列の多数の光検出器を読み出す特定の目的のためにプログラムされるマイクロプロセサーと、から成る独特の回路を有する。この応用はフイルター／検出器対の読み出し過程を因数Ｎだけ速めることが証明されたが、ここでＮは読み出されるべき光検出器の数である。該フイルター／検出器対の読みから集められたデータは直接測色情報にトランスレート（ｔｒａｎｌａｔｅ）される。
【００３０】
主要な基板機能はカラー測定である。（図１６で示す）該エフピージーエイデバイス｛例えば、ザイリンクス社（Ｘｉｌｉｎｘ，Ｉｎｃ．）で製造された｝はこの基板上のマイクロプロセサーにより命令される。該マイクロプロセサーとこのデバイスの間の通信は２ビットモードバス、４ビットニブル（Ｎｉｂｂｌｅ）バスそしてストローブを有する。
【００３１】
該エフピージーエイデバイスは該光検出器から８つの光周波数パルス列（ＬｉｇｈｔｔｏＥｒｅｑｕｅｎｃｙｐｕｌｓｅｔｒａｉｎ）｛エルテーエフ（ＬＴＦ）｝を受信する。勿論、データチャンネルの数に基づきどんな数も使用出来る。該デバイスの主要な機能は指定された時間の期間中に該８チャンネルの各々に起こるパルスの数を数えることである。この時間の期間は該マイクロコントローラーから４ビットバイトの該ニブルバス間でカウンターにロードされる２４ビット値である。このデバイスは又、この時間の期間内に第１パルスが起こりそして最後のパルスが起こる時該チャンネルの各々についてのカウントの値を記録する。該デバイスは、該マイクロコントローラーにより命令されると、該８つのパルス列に関し集められた情報を該ニブルバス上で該マイクロコントローラーへ戻して提供する。
【００３２】
モードバスにより指示される４つのモードの動作がある。該マイクロコントローラーにより駆動される第１モードは書き込み（Ｗｒｉｔｅ）（モード＝０１）である。このモードでは、該マイクロコントローラーは該カウンターに該測定時間の期間をロードする。該値は２４ビットであり、４ビットの最上位ニブル（ｍｏｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｎｉｂｂｌｅ）でスタートしてロードされる。該ニブルバス上の値はストローブの立ち上がりエッジでレジスターされる。最上位ニブルから最下位ニブルまでの全体ワードをロードするために６つのストローブが発せられる。書き込みへのモード変化に続くソフトウエア命令シーケンスはストローブをｌｏｗへ駆動し、該ニブルバスを次のカウンター４ビットロード値へ駆動しそして全部で６つの書き込み用にストローブをｈｉｇｈへ駆動する。
【００３３】
該カウンターがロードされた後、該モードバスは他のモード（モード＝１１）を指示する。このモードでは、該エルテーエフチャンネルの１つ（テービーデー）｛ｏｎｅｏｆｔｈｅＬＴＦｃｈａｎｎｅｌｓ（ＴＢＤ）｝は該エフピージーエイによりレジスターされ、該ニブルバスの最下位ビット上へ駆動される。このモード中ニブルバス（１）はｌｏｗに駆動される。該エフピージーエイは該モードが変更されるまでこのモードで該ニブルバスを駆動し続ける。
【００３４】
該マイクロコントローラーがこのエルテーエフ（ＬＴＦ）上の情報を集めてしまった後、それは該モードをアキュムレート（モード＝１０）へ駆動する。このモードでは該エフピージーエイは該８チャンネルの各々上に起こるパルスの数を記憶する。又それは各チャンネル上の第１パルスと各チャンネル上の最後のパルスのカウンター値を記憶する。各チャンネルについて記憶された３つの２４ビットワードがある。このモードでは該エフピージーエイがストローブ線を駆動する。ストローブは、測定時間の期間でロードされた該カウンターがゼロまでカウントダウンするまで、ｈｉｇｈに駆動される。該カウンターは６クロックごとにカウントさせられる。次いで該ストローブは該モードが変更されるまでｌｏｗに駆動される。勿論、そのタイミングは望まれる仕様に基づき変更出来る。他の３つのモードでは、ストローブは入力である。
【００３５】
該マイクロコントローラーが、ｌｏｗへ移動するストローブにより示されて、該アキュムレートモードが完了したことを知ると、それは該モードを読み出しモード（モード＝００）へ駆動する。このモードでは、該デバイスはニブルバスを駆動する。それはアキュムレートモード中それが集めたデータを該マイクロコントローラーへ供給する。読み出される最初のデータはチャンネル０でスタートして７までの最初のパルスのカウント値である。読み出される次のデータはチャンネル０でスタートし７までの最後のパルスのカウント値である。読み出される最後のデータはチャンネル０でスタートしチャンネル７で終わる時間の期間中に起こるパルスの数である。チャンネル当たり３ワードの８チャンネル用に、２４ワードのデータがある。各ワードは最下位ニブルでスタートする６つの４ビットニブルで読み出される。該ストローブがｌｏｗに下げられそして上げられる各回に１つのニブルが読み出される。該デバイスはストローブの立ち上げエッジ時に次のニブルを更新する。読み出しモード中に１４４のニブル読み出しがある（２４ワード×６ニブル）。該エフピージーエイは該モードが変わるまで該ニブルバスを駆動し続ける。読み出しモードへのモード変更に続くソフトウエア命令シーケンスはストローブをｌｏｗに駆動し、ニブルバスを読み出し、１４４読み出し用にストローブをｈｉｇｈに駆動することである。
【００３６】
【表２】

【００３７】
更に図１６を参照すると、該エフピージーエイは４つのブロック：制御（ＣＴＬ）、チャンネルロジック（ＣＨＡＮＬＯＧ）、ラムインターフエース（ＲＡＭＩＮＴ）、そしてラム出力（ＲＡＭＯＵＴ）、に分けられる。下記セクションはこれらのブロックの各々を説明する。ＣＴＬは他のロジックブロックへの制御を提供する。ＣＨＡＮＬＯＧは該８つのエルテーエフ（８ＬＴＦｓ）を取り込み、ラムへの書き込みイネーブル（ｗｒｉｔｅｅｎａｂｌｅｓｔｏＲＡＭ）を発生する。ＲＡＭＩＮＴは該エルテーエフ情報（ＬＴＦｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を記憶するため使用されるラムロジック（ＲＡＭｌｏｇｉｃ）を有し、ＲＡＭＯＵＴは読み出しモード中ラム出力（ＲＡＭｏｕｔｐｕｔ）を制御する。
【００３８】
ＣＬＫ入力はテスト目的でＣＬＫＯＵＴ上に駆動され出される。モード、ニブルそしてスローブ信号上にはプルアップ（ｐｕｌｌｕｐｓ）が供給される。
【００３９】
制御（ＣＴＬ）ブロック
ＣＴＬは該モード入力を受け入れる。これらは該マイクロコントローラーと該エフピージーエイの間のクロック動作から生じる何等かの準安定条件（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を取り扱うために最初にレジスターされる。該マイクロコントローラーの出力へのクロックに関する、そして該モードが正しくなくレジスターされないことを保証するための仕様はないので、新モードを反映するために内部モードレジスターが更新される前に２クロック期間の間該モードが存在する。新モードがレジスターされると、該デバイス全体を通してロジックを制御するためにリセットモード（Ｒｅｓｅｔｍｏｄｅ）が発せられる。
【００４０】
該ストローブも又ＣＴＬへの入力である。該ストローブは何等かの準安定条件を取り扱うために最初レジスターされ、次いで立ち上げ及び立ち下げエッジインデイケーター（ｒｉｓｉｎｇａｎｄｆａｌｌｉｎｇｅｄｇｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ）を形成するために２回レジスターされる。読み出しモードでの立ち上げエッジ指示は次のニブルへアドレスするラムが進められるようにする。該ラムデータを読み出すと、該ストローブがｌｏｗである間該データ出力は有効（ｖａｌｉｄ）であり、ストローブの立ち上げエッジに続く第３のクロック期間の間次の値が入手可能である。
【００４１】
又ＣＴＬはニブルバスを受信する。書き込みモードのストローブの立ち上げエッジは該ニブルバスが該カウンター並列ロードレジスターの最下位ニブル内に書かれるようにする。このレジスターは４ビットインクレメントでシフトするシフトレジスターである。ストローブの立ち上がりエッジが起こると、各下部ニブルはそのデータを次に最高のニブル内へシフトする。該値は最初に最上位ニブル内に、そして下って最下位ニブルへシフトすることによりロードされる。ＣＴＬはこの測定期間値をラムインターフエースへ供給し、該ラムインターフエースは該値をリセットモードが起こる時は何時も該カウンター内へロードする。該ニブルバスから書き込みモード中にロードされつつある該測定期間は立ち上がりエッジのストローブに続く３クロック期間該バス上に留まると期待されることは注意すべきである。該測定期間を書き込むためのソフトウエアシーケンスは、ストローブをｌｏｗに駆動し、ニブルバスを駆動し、ストローブをｈｉｇｈに駆動することである。
【００４２】
該カウンター内にロードすべき該値を提供すると共に、ＣＴＬはカウントイネーブルを提供するが、それはアキュムレートモード中に、該カウンターが６つのクロックごとにデクレメントすることを可能にする。このイネーブルを発生するロジックはリセットモードでリセットされる。
【００４３】
又ＣＴＬは内部モードレジスターからデコードされたモードインデイケーター（ｍｏｄｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ）を他のブロックに提供する。それは又ストローブ及び該ニブルバスにトライステートイネーブル（ｔｒｉｓｔａｔｅｅｎａｂｌｅ）を供給する。ストローブはアキュムレートモード中はこのデバイスから駆動されそしてそうでない場合はトライステートに置かれる。
該ニブルバスは他のモード及び読み出しモード中は駆動され他の２つのモードではトライステートに置かれる。
【００４４】
チャンネルロジック（ＣＨＡＮＬＯＧ）ブロック
ＣＨＡＮＬＯＧは該８つのエルテーエフチャンネル（ＬＴＦｃｈａｎｎｅｌｓ）を受け入れる。それは何等かの準安定条件を除去するために最初に該８チャンネルをレジスターする。次いで該チャンネルは立ち上がりエッジ検出を形成するために２回レジスターされる。このエッジ検出は８ビットインクレメントレジスター（ＩＣＨ）内にレジスターされる。このレジスターは該モードのスタートを指示するリセットモードでクリアされる。ビット０の１はチャンネル０内にパルスが起こったことを示す。ビット１の１はチャンネル１内にパルスが起こったことを示す。チャンネル７内でパルスが起こったことを示すＩＣＨのビット７まで上へ、その様に続く。
【００４５】
該パルスは２マイクロ秒ごとの１パルスより速くなく発せられる。該エフピージーエイは６ＭＨｚクロック上で動作する。該ＩＣＨレジスター内の１つの１はＲＡＭへの１つの書き込みを可能にする（ラムインタフエースブロック参照）。該ＲＡＭへの書き込みイネーブルを発生するために８つのクロック期間（サイクル）の１つ中に各チャンネルがイネーブルにされる。ＩＣＨ（０）はサイクル０中イネーブルにされ、サイクル１中にＩＣＨ（１）、そしてサイクル７中書き込むことをイネーブルにされるＩＣＨ（７）まで上へ続く。各チャンネルは１．３３マイクロ秒ごとに１回エッジ検出を示す機会を有するが、該１．３３マイクロ秒（６ＭＨｚの周期０．１６７マイクロ秒の８倍）は２マイクロ秒の要求内にある。サイクルはリセットモード（ＲＡＭＯＵＴ参照）によりリセットされるカウンター（ＳＭＣＮＴ）の３つの最下位ビットから発生される８ビットデコードである。
【００４６】
又サイクルインデイケーター（ｃｙｃｌｅｉｄｉｃａｔｏｒ）は適当なＩＣＨレジスタービットが該ＲＡＭへの書き込みイネーブルとしてのその使用に続くクロック期間内でリセットされるようにする。これは次のパルスが検出されることを可能にする。又該サイクルインデイケーターは該パルスを取り込む該２つのレジスターがレジスターすることを防止するので、そのサイクルに付随する該ＩＣＨレジスタービットがクリヤされる間エッジが失われることはない。
【００４７】
又ＣＨＡＮＬＯＧは最上位アドレスビットをラムインターフエースブロック（ＲＡＭＩＮＴ）のＲＡＭ２へ出力する。アキュムレートモードでは、このビットは各チャンネル用に１つ、８ビットレジスター｛エフシーエイチ（ＦＣＨ）｝から形成され、１つのビットが、サイクル（Ｃｙｃｌｅ）に基づきＲＡＭＩＮＴへの出力用に選択される。第１パルスがそのチャンネル用に起こって、書き込みイネーブルがＲＡＭＩＮＴへ発行された時ＦＣＨ内の特定ビットが設定される。ＲＡＭ２の下部アドレスに該第１パルスの時刻を記憶させるリセットモードでＦＣＨはリセットされる。上部アドレスは最後のパルスの時刻を記憶するであろう（ＲＡＭＩＮＴ参照）。読み出しモード中、該最上位アドレスビットはＳＭＣＮＴのビット３である（ＲＡＭＯＵＴ参照）。
【００４８】
又ＣＨＡＮＬＯＧは該準安定条件を除去するために１度と、エルテーエフ（テービーデー）を２回レジスターする。該第２レジスターの出力は他のモード中ニブルバス（０）上へ駆動される。ニブルバス（１）は他のモード中はｌｏｗに駆動される。
【００４９】
ラムインターフエース（ＲＡＭＩＮＴ）ブロック
ＲＡＭＩＮＴは２つの２４ビット幅のＲＡＭＳ（ＲＡＭ１とＲＡＭ２）を有する。ＲＡＭ１への入力はその出力プラス１である。アキュムレートモード中、このＲＡＭはエルテーエフ０へ写像（ｍａｐｐｉｎｇ）するアドレス０からエルテーエフ７へ写像するアドレス７までのアドレスを有する各チャンネル上のパルス数を追跡する。該ＲＡＭへのアドレス作用はＳＭＣＮＴの最下位３ビットにより提供される（ＲＡＭＯＵＴ参照）。そのサイクルのチャンネル用にパルスが検出された時アクチブな、このＲＡＭへのライトイネーブルはＣＨＡＮＬＯＧにより提供される。このＲＡＭは電力立ち上げ（ｐｏｗｅｒｕｐ）時クリアされるがアキュムレートモードとアキュムレートモードとの間はリセットされないので従って、その時間の期間用の実際のカウントを決定するためにソフトウエアが該チャンネルの各々用のパルスカウントの最終値を追跡せねばならない。
【００５０】
ＲＡＭ２へのデータ入力は２４ビットカウンターで、それがロードされるのはＣＴＬにより提供される測定時間期間でリセットモードが起こる時である。アキュムレートモードでは、このカウンターは６クロックごとにデクレメントするようＣＴＬによりイネーブルにされる。該カウンターの値はＲＡＭ２に書き込まれ、同時に、それがＣＨＡＮＬＯＧによりイネーブルにされる時、ＲＡＭ１が書き込まれる。該第１パルスが検出された時下部の８つのアドレスは該カウンターの値を記憶する。上部の８つのアドレスは最後のパルスが検出された時該カウンターの値を記憶する。該アドレスの最下位３ビットはＳＭＣＮＴ（２：０）であるがそれはＣＨＡＮＬＯＧにより提供され、モードの関数である最上位ビットを有している。
【００５１】
ストローブは、該カウンターがゼロまでカウントダウンしＳＭＣＮＴ（２：０）が７と等しくなるまでアキュムレートモード中ｈｉｇｈに駆動される。その時該両ＲＡＭへの書き込みはデイスエーブルにされる。該カウンターがゼロまでカウントダウンするのに続きＳＭＣＮＴ（２：０）が７に等しくなるのを待つことは書き込みをデイスエーブルにする前に、情報が全８チャンネル上で集められることを可能にする。次いでＲＡＭＩＮＴは、アキュムレートモードで、ストローブをｌｏｗにさせ、該モードが完了したことを示す。
【００５２】
ＲＡＭＩＮＴは読み出しモード中の出力用にＲＡＭ１及びＲＡＭ２の出力をＲＡＭＯＵＴに提供する。
【００５３】
ＲＡＭ出力（ＲＡＭＯＵＴ）ブロック
ＲＡＭＯＵＴは読み出しモード中該ＲＡＭデータを出力するための制御を提供する。ＣＴＬが該ニブルバスにトライステートイネーブルを供給している（読み出し及び他のモードで駆動している）間、ＲＡＭＯＵＴは１２の４ビットニブルのどれが該ニブルバスへ出力すべきかを制御する。それは又新モードのスタートでのリセットである該ＳＭＣＮＴを発生する（リセットモード）。ＳＭＣＮＴは該両ＲＡＭへのアドレス作用を提供し、サイクルインデイケーターを発生するため使用される（ＣＨＡＮＬＯＧ参照）。
【００５４】
ＲＡＭＯＵＴは３ビットカウンター（ＣＮＹＬＯＷ）を発生するが、該カウンターは０から５までカウントし、読み出しモード中該ニブルバス上の出力であるワード当たり６ニブルの１つを選択すため使用される。このカウンターは読み出しモードでストローブの立ち上がりエッジでインクレメントされる。
【００５５】
ＳＭＣＮＴは５ビットカウンターであり、それはアキュムレートモードではクロックごとにカウントする。各クロックで異なるチャンネルが該両ＲＡＭ内でアドレスされる。読み出しモードで該カウターは、ＣＮＴＬＯＷ＝５で、かつ、ストローブの立ち上がりエッジが起こる場合のみインクレメントする。この条件は該ＲＡＭのアドレスを次のワードへ進める。ワードの全６ニブルが読み出された後でのみこのカウンターは該次のワードをアドレスするように進む。読み出しモード中、ＳＭＣＮＴ（４）がセットされた時ＲＡＭ１はアクセスされそして０の時ＲＡＭ２がアクセスされる。従って、ＲＡＭ２の全１６ワードが読み出され（ＳＭＣＮＴ＝０から１５）、ＲＡＭ１の該８ワードにより追随される（ＳＭＣＮＴ＝１６から２３）。１４４の４ビットニブルの全部が出力される。該ニブルバス上の該データはストローブの該立ち上がりエッジに続く約３クロックで変わる。ＲＡＭを読み出すソフトウエアシーケンスはストローブをｌｏｗに駆動し、読み出し、ストローブをｈｉｇｈに駆動する。
【００５６】
該設計はスパルタンＸＬのＸＣＳ０５ＸＬデバイス（ＳｐａｒｔａｎＸＬＸＣＳ０５ＸＬｄｅｖｉｃｅ）をターゲットにされた。３６の４入力エルユーテーエス（４−ｉｎｐｕｔＬＵＴｓ）、６８の３入力エルユーテーエス（３−ｉｎｐｕｔＬＵＴｓ）、１８のシーエルビーフロップス（ＣＬＢｆｌｏｐｓ）そして４０のアイオービーフロップス（ＩＯＢｆｌｏｐｓ）が利用可能である。
【００５７】
本発明のもう１つの実施例に依れば、光学的組立体用の取付及び結合機構はフアスナー（ｆａｓｔｅｎｅｒｓ）又は接着剤の必要無しに提供される。
【００５８】
該測色計は光をフイルター／光検出器対へ管理する光学的組立体を含む。そのプラスチックハウジングは、ａ）プリント回路基板｛ピーシービー（ＰＣＢ）｝と組立体とに対し該光学的組立体を自動的に整合し；ｂ）”ａ”の品物に２次元的関係で該光学的組立体を確実に保持し；そしてｃ）該ピーシービー組立体と該検出器に１次元的（距離）関係で該光学的組立体を確実に保持する様な仕方で設計されている。断面図解参照。
【００５９】
この取付を用いて、計測器用に設計されたプラスチック射出ハウジング（ｐｌａｓｔｉｃｉｎｊｅｃｔｉｏｎｈｏｕｓｉｎｇ）を使用した光学的組立体の精確で確実な位置付けが達成されている。これはフアスナー又は接着剤のニーヅを取り除き、そして組立時間を低減する。
【００６０】
図１７を参照すると、該測色計用ハウジングはフアスナー又は接着剤のニーヅを取り除く様な仕方で設計されている。特に、該プラスチック射出ハウジングは係合時相互にインターロックする複数のピンを含む。該ピンの係合は該デバイスハウジングの半分２つを自動的に係合し該組立体をロックする。
【００６１】
該測色計は光拡散体（ｌｉｇｈｔｄｉｆｆｕｓｅｒ）を含みそれは該拡散体の外径と締まりばめとなる開口部内に圧入される。この締まりばめは該拡散体を精確に位置付けそしてそれを確実にその位置に保持する。
【００６２】
上記説明から、測色での改良された技術と特に改良されたデジタル測色計が提供されることは明らかであろう。当業者には、ここに説明された測色計とその操作方法の変更と変型が示唆されるであろうことに疑いはない。従って、前記説明は図解的なものであり、限定する意味でないと取られるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の現在の好ましい実施例に依る測色計の主要部品を斜視的に示す組立分解図である。
【図１Ａ】
図１で示すプリント回路基板部品の平面図である。
【図２】
図１で示す該測色計の底面図である。
【図３】
図１及び２で示す測色計の断面図であり、該断面は図４の線３−３に沿って取られている。
【図４】
図１に示す測色計の断面図であり、該断面は図２の線４−４に沿って取られている。
【図５】
前記図で示す該測色計の断面図であり、該断面は図２の線５−５に沿って取られている。
【図６及び７】
該測色計の壁内の、光が通過するアパーチャが如何にフイルター／光検出器対の視野をマスクし、制限するかを図解する光線（ｒａｙｄｉａｇｒａｍｓ）線図である。
【図８】
前記図で示す測色計で使用されるフイルターユニットの斜視的組立分解図である。
【図９】
その層の重ね合わせ関係を図解する該フイルターユニットの断面図である。
【図１０】
該測色計の回路と、該測色計からの出力を利用してモニターを校正するシステムと、を略図的に示すブロック図である。
【図１１】
リフレッシュレートプローブを得るための図１０で示すマイクロプロセサーのプログラミングを図解するフローチャートである。
【図１２】
測色計の応答を合成し、シーアイイー等色関数を模擬する応答を提供するための該マイクロプロセサーのプログラミングを図解するフローチャートである。
【図１３、１４そして１５】
スペクトラムに亘るフイルター透過率、スペクトラムに亘る検出器フイルター対レスポンシビテイそしてレスポンシビテイを該等色関数向けに模擬する精度を図解する曲線である。
【図１６】
測色計からのデータを並列に読み出すためのフイールドプログラマブルゲートアレイを有する制御器の線図である。
【図１７】
本発明のもう１つの実施例の測色計ハウジングの断面図である。[0001]
background
The present invention measures the color content of light and mimics the response of the human eye to color, such as may be represented by CIE color matching functions. ) With colorimeters having a corresponding response. The invention is particularly suitable for calibrating color monitors and color video displays of either the CRT (cathode ray tube) type or the liquid crystal (LCD) type. . The present invention is also generally applicable to measuring the color characteristics of other (luminescent or reflective) illumination sources, such as their color temperature.
[0002]
A colorimetric response that accurately simulates the response of the human eye to color is a colorimetric response that passes through the upper end of the visible spectrum and is superimposed by a plurality of edge filters, where such filters detect light. It has been discovered according to the present invention that when paired with photodetectors, it can be modeled with the edge filter. The response can be digitally synthesized from the output of the photodetector. The measurements made with the colorimeter may be used to calibrate a color monitor or display using techniques known in the art. The mechanical and electrical design allows the colorimeter of the present invention to be easily manufactured at a cost comparable to modern colorimeters and to be usable in a manner compatible with the use of such modern colorimeters. I have.
[0003]
Suitable for use by non-technical users and outside the experimental environment, accurate colorimetry was not provided by modern colorimeters. {Discussed in Secondary Text, Measuring Color, by RW G Hunt, published by Ellis Horwood Limited, 1991, Ellis Horwood Limited. As described, modern colorimeters using filtered photocells, when combined with the spectral sensitivity of unfiltered photocells, have x (λ), y (λ) and It is usually not possible to find a filter that results in a z (λ) function and perfect match, which did not provide accurate colorimetry. Also, as discussed in the Hunt text, accurate colorimetry was not achieved, even with narrow intervals on the visible spectrum and using optimal weighting to minimize errors (the Hunt 178-181). Such a colorimeter, discussed by Hunt, is disclosed in U.S. Pat. No. 5,272,518 issued Dec. 21, 1993 to Vincent by U.S. Pat. No. 5,150,898, and by Lutz et al. In U.S. Pat. No. 5,168,320 issued Dec. 1, 1992.
[0004]
The present invention provides an improved filter colorimeter that utilizes not only an edge filter but also digital processing and enhancement to provide a response that simulates the response of the human eye to obtain accurate colorimetry.
[0005]
The colorimeter provided by the present invention also improves the accuracy of colorimetry through the use of an aperture, which baffles the light to be measured and provides a high-angle emission of colors common to liquid crystal displays. (Limit off color, high angle emissions).
[0006]
The mechanical and electro-optical structures of the colorimeter provided by the present invention are not only used in a manner that is compatible with modern colorimeters, but are also priced against such colorimeters. Low cost enough to manufacture.
[0007]
Summary of the Invention
According to the present invention, there is provided a color measuring device. The device has a plurality of photodetectors for measuring an optical signal. A field programmable gate array coupled to the photodetector reads data from the photodetector in parallel.
[0008]
According to a more limited aspect of the invention, the color measuring device comprises a plurality of optical filter / photodetector pairs, preferably in an array, but in the array. Each pair receives light over a limited field of view. Generally, the field of view is angularly restricted to prevent color-distorted, higher angle rays or radiation from the emitting surface from reaching the photodetector. The pair has a responsivity that extends over various overlapping wavelength regions at the long wavelength end of the visible spectrum. An edge filter may be used with the photodetector, and preferably provides a digital output to obtain this responsiveness. A translator that digitally processes the output of the photodetector converts the responsivity of the pair into a responsivity that simulates a color matching function that represents the responsivity of the human eye. These are x of the CIE Commission Internationale de l'Eclairage, from which the CIE tri-stimulus values, X, Y, and Z are obtained from conventional processing of the function. , Y, and z functions {see, for example, the above-cited Vincent patent and MacLaughlin U.S. Pat. No. 5,499,040 issued Mar. 12, 1996}, which is hereby incorporated by reference. Facilitates the use of the colorimeter to calibrate color monitors and color video and other displays.
[0009]
The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent when the following description is read in conjunction with the accompanying drawings.
[0010]
Detailed description
Referring to FIGS. 1, 2, 3, 4 and 5, there is shown a colorimeter embodying the present invention, wherein the colorimeter is a front shell joined by a tongue-and-groove connection 16. 1 is a unitary assembly of a housing 10 comprising a rear shell 14 and a rear shell 14; The generally rectangular, recessed wall 18 has a matrix of apertures 20 that are equally spaced from one another along an X, Y coordinate parallel to the right edge of the wall 18. In the illustrated embodiment, the apertures are rectangular in shape and their longitudinal axis is at about 45 ° to the X, Y coordinates, ie, to the edge of the wall 18. The vertical axis is located at about 45 ° from horizontal when the colorimeter performs colorimetric measurements on a color monitor screen. This allows enough light (photons) to pass through the aperture even with a limited field of view. Such a limitation of the field of view is discussed below in connection with FIGS. Generally, the field of view of each of the apertures 20 is designed to prevent cross-talk between different photodetectors 38 and filters 50 (discussed in more detail below). The limited field of view prevents the effect of color changes with angles, especially in the vertical direction occurring on liquid crystal screens. It has been found that a rectangular aperture with parallel sides and circular ends in the orientation discussed above preferably limits the field of view.
[0011]
The front shell 12 has inwardly projecting features 22 at each of the four corners of the shell 12. These features are soft and have a circular tongue 24 which captures a retaining groove in a rubber suction cup 26. The suction cup provides a light pressure against a color monitor or display screen from which light enters the colorimeter via the aperture 20.
[0012]
The tubular post 28 is molded of the same plastic material as the shell 16, has an axis that extends generally perpendicular to the wall 18, and is parallel to the optical axis through the aperture 20. These posts receive at their ends an interpolating post 30 which fits inside the post 28. The plate provided by the printed circuit board 32 has a circular hole 34 through which the post 28 enters between the

shells

12 and 14 and captures the substrate 32 when the shells are assembled together. Blind holes 34 in the post 30 are threaded, and screws (not shown) passing through the holes in the post 28 hold the assembled colorimeter components. Is received in the screw hole 34. A transparent film or sheet 36 is placed on the front side of the wall 18 and closes the aperture 20. The tongue-and-groove connection 16 and the sheet 36 thus provide a light-tight closed body except for light passing through the sheet 36 and the aperture 20 for measurement by the colorimeter.
[0013]
The printed circuit board has an array of photodetectors 38 that matches the array of apertures 20 in number and positional relationship. A matrix of ribs 40 extends from the rear wall of the shell 14, some 42 of which extend a sufficient distance to bring the ribs 42 into contact with the rear side of the printed circuit board 32. These ribs 42 form generally rectangular compartments which surround the photodetectors 38 and prevent light leakage between them, thereby passing through the aperture 20 and reaching the photodetectors 38 Further, crosstalk between the light beams is eliminated. The ribs 40 also serve to strengthen the shell 14.
[0014]
The light detector 38 is preferably light-to-frequency converters that combine a photodiode and a current-to-frequency converter on a single chip. Such devices are available from Texas Instruments of Dallas, Texas, under part numbers such as TSL 235 (TSL 235). They provide a digital output {pulse trains} whose repetition rate or frequency is proportional to the light level.
[0015]
As can be seen in FIG. 2 as well as in FIG. 4, the printed circuit board 32 is in the same spatial relationship as the aperture 20 and has an opening 44 disposed along an optical axis passing through the center of the aperture 20. Has an array. The substrate 32 has printed wiring located on the side of the substrate 32 facing the aperture 20 and electrical components such as resistors and integrated circuits {IC (IC)} chips 48. The light detector 38 is located on the opposite side of the substrate. An optical filter pack 50 is placed on the side of the substrate 32 facing the apertured wall 18. The filter pack is a laminated, layered structure illustrated in FIGS. 8 and 9. There are seven sheets of filter material from A to G. These are made of gelatin and each provide a different long pass or edge type optical filter. Such gelatin filters are much less costly than the thin film filters used in most modern colorimeters. Filters using transmissive colored inks may also be used. The filter is held in a layered structure having openings in the same positional relationship as the apertures 18 and the holes 44 so that when the filter 50 is mounted on the substrate 32, the filter element A G is aligned with a different one of the holes. One of the holes in the layer thinned by the elements A to G is located on the unmasked area M. This is roughly the area and aperture 44 in the aperture 20 in the middle of the filter arrangement. In one of the layers H, the notch 52 provides an edge that facilitates aligning the filter pack 50 on the substrate 32.
[0016]
The layers that make up the pack are an opaque layer (eg, black) H of a material such as a polycarbonate sheet, which is outside the pack. One of these layers faces downward and the other is covered by an adhesive layer L on the outside behind it. The adhesive may be a pressure-sensitive adhesive and may itself be covered with a release material to facilitate assembly of the filter pack 50 on the substrate 32. There is another layer of adhesive which holds the filter elements A to G assembled with the front opaque layer H. There is a transparent layer K and an additional adhesive layer L behind the transparent layer K and before the rear opaque layer H. Using a suitable alignment tool, the layers are stacked and pressed together to provide the filter pack 50. The filter pack is regenerated quantitatively, with reliability and precise spacing and tolerances.
[0017]
Referring to FIGS. 6 and 7, the photodetector includes, before its photodiode, a lens element 56 that enhances the amount of light collected (ie, passed) through the filter elements in the filter pack 50. Have. Due to the shape and spatial relationship between the substrate 32 and the wall 18, the colorimeter is held on the screen of a monitor or other source from which light is emitted, and the aperture is at about 45 ° to the horizontal. When having their longitudinal axes, the apertures 20 are for an arc of 30 ° (plus or minus 15 °) along the vertical and 44 ° (plus or minus 22 °) along the horizontal. . Light from vertically spaced areas is therefore not only between light passing through various ones of the aperture, but also those passing through light of a color modified for vertical spacing to the photodetector 38. To prevent crosstalk between them, it is masked as shown by curve 58 in FIG. This is advantageous when screens of the type exhibiting color changes, such as liquid crystal displays, are measured and / or calibrated.
[0018]
The color measurement system is shown in FIG. This figure also shows how the colorimeter is used to calibrate the monitor to provide accurate color and gamma according to the CIE XYZ color system. The colorimeter system may be adapted to utilize other color systems, if desired, such as CIE L * a * b * and CIE Lab color systems. . The monitor to be tested may be a CRT monitor or a liquid crystal monitor or a display. If a CRT monitor is used, it is desirable to make measurements over a number of refresh cycles, or so-called 40 or more refresh cycles, or image frames. To that end, the refresh rate is detected by the microprocessor 60 of the system, which may be programmed as shown in the flowchart of FIG. An area or patch {e.g., one inch square) of the monitor screen equal to the tip of the wall 18 bearing the aperture 20 is exposed to light from the monitor. The light passes through the edge filter of the puck 50 into the photodetector 38. The light detector provides a digital output in the form of a pulse train at a rate depending on the light intensity. In the case of a CRT monitor, collecting or counting the pulses over a period of time related to the refresh rate provides a digital output representing not only the light passing through each edge filter but also the unfiltered light. The photodetectors 38 have their outputs multiplexed by a multiplexer 62 that sequentially supplies a pulse train over a similar interval as provided by the channel selector output from the microprocessor 60. The unfiltered light from the eighth detector 38 provides an output that is used to detect the effective edge filter output as well as the refresh rate, which synthesizes a response that simulates a CIE color system or color matching function. Used to do. The microprocessor is connected to the host computer and, in particular, its CPU 64 by a communication link, such as a USB (Universal Serial Bus) or other communication link, such as an RS232 bus. The CPU 64 may communicate with the microprocessor 60 to retrieve the color measurements.
[0019]
In calibrating the monitor, the CPU may first flash an all-red screen and instruct the microprocessor to extract the spectrum data. The CPU then varies from an entirely green and then a blue screen as well as a complete dark color {red, green and blue control at maximum}. Gray screen may also be presented.
[0020]
Referring to FIG. 11, the refresh rate is obtained from the eighth detector output. The frequency or pulse repetition rate of the detector output is measured. When the rate reaches a maximum (when the first dip of the rate occurs), counter A is started. The frequency continues to be measured until there is a rise at a count rate that indicates a minimum of the frequency or rate. The counter then stops. The refresh rate is detected at high and low luminosity from the screen. This refresh rate may be used not only to control the sampling window of the multiplexer, but also to collect counts from each of the detectors during the colorimetric process.
[0021]
FIG. 12 shows how the microprocessor 60 is programmed to simulate a z-color matching function. Other color matching functions may be obtained by a similar program. The program uses different coefficients for the x, y and z functions. The calculation is performed for each filter detector pair, including the filter detector pair F / DO, which essentially passes the entire visible spectrum, while the other filter detector pairs pass continuously shorter wavelength regions at the top of the spectrum. Implement the equation expressed below. The region is superimposed at the point where the portion of the spectrum passed by the upper edge filter detector pair of the seventh band (channel CHN-7) is superimposed, while only the first band (channel CHN-1) is , Superimposed by the unfiltered band or channel (CHN-0) which is the output from the F / DO filter detector pair. In general, a table of coefficients is expressed as shown below. It is the number of two-dimensional arrays stored in the microprocessor 60. These numbers are used as coefficients in the algorithm expressed by the equations given below.
[0022]
The number of the two-dimensional array is stored in the microprocessor. These numbers are the coefficients in the algorithm, C_anUsed as *. They are:
[0023]
[Table 1]

[0024]
algorithm
X (λ) = FD₀* C_X0+ FD₁* C_X1+ FD₂* C_X2. . . . + FD₇* C_Y7
Y (λ) = FD₀* C_Y0+ FD₁* C_Y1+ FD₂* C_Y2. . . . + FD₇* C_Y7
Z (λ) = FD₀* C_Z0+ FD₁* C_Z1+ FD₂* C_Z2+ FD₇* C_Z7
The coefficients are derived by a least mean square fit to the color matching function. The methodology used is found in Journal E Physics E: Scientific Instruments, 1975, Vol. 8, pages 41-44, "Improvements in the Use of Filter Colorimeters." (Improvements in the Use of Filter Colorimeters) in a paper by DO Warmby. In the Warmby paper, an attempt was made to simulate the function using only six bandpass filters. According to the present invention, a long pass or edge filter is used, which not only produces a precisely simulated response, but also uses a low cost edge filter rather than a bandpass filter, respectively, to reduce the spectrum Let the red, green and blue parts pass through. The use of the long pass filter allows the freedom to select individual filters to match the individual slopes of the CIE xyz (bar) {CIE xyz (bar)} curves. In contrast, a set of bandpass filters forces a compromise for one slope to try to match different slopes of the same function.
[0025]
The table below shows the coefficients found to be suitable for the filter detector pair having the responsivity shown in FIG.
[0026]
Examples of coefficients
CX0 = −0.00097 CY0 = −0.00049 CZ0 = −0.0109
CX1 = 0.00961 CY1 = 0.00019 CZ1 = 0.07038
CX2 = 0.03507 CY2 = 0.0036 CZ2 = 0.15586
CX3 = -0.044 CY3 = 0.00214 CZ3 = -0.15754
CX4 = −0.01173 CY4 = 0.07195 CZ4 = −0.07174
CX5 = 0.13641 CY5 = -0.05846 CZ5 = 0.03593
CX6 = -0.06319 CY6 = -0.01143 CZ6 = -0.01658
CX7 = −0.05372 CY7 = −0.0134 CZ7 = 0.0009
The response of the edge filter is shown in FIG. 13 for the unfiltered band and the band passing through the various filters in the filter pack 50. In particular, the slope of the skirt (rising edge) for bands 4 and 5 was chosen to facilitate the derivation of the coefficients to accurately simulate the color matching function. The color matching functions are shown in FIG. 15, and the accuracy of the combined color matching functions (ie, how they compare to ideal color matching functions) is shown in FIG.
[0027]
FIG. 14 illustrates the responsivity of the filter detector pair. The detector imposes its own responsivity on the output obtained via the filter. The effect of the detector responsivity is that the responsivity of the filter / detector pair is the product of the detector responsivity and the filter transmission characteristics.
[0028]
Referring to FIG. 16, another embodiment of the present invention having a field programmable gate array is shown. In particular, the colorimeter has a field programmable gate array for reading data from multiple filter / detector pairs in parallel. The present invention will be appreciated in that it finds application in other color measuring devices, such as spectrophotometers.
[0029]
The colorimeter has a unique circuit consisting of an FPGA (Field Programmable Gate Array) and a microprocessor programmed for a specific purpose to read multiple photodetectors in parallel. This application has proven to speed up the readout process of the filter / detector pair by a factor N, where N is the number of photodetectors to be read out. Data collected from the readings of the filter / detector pair is translated directly to colorimetric information.
[0030]
The main substrate function is color measurement. The FPG device (shown in FIG. 16), for example, manufactured by Xilinx, Inc., is commanded by a microprocessor on this substrate. Communication between the microprocessor and the device has a 2-bit mode bus, a 4-bit nibble bus and a strobe.
[0031]
The FPG device receives eight light-to-frequency pulse trains {LTF} from the photodetector. Of course, any number can be used based on the number of data channels. The primary function of the device is to count the number of pulses that occur on each of the eight channels during a specified time period. This time period is a 24-bit value that is loaded from the microcontroller into the counter between the 4-bit bytes of the nibble bus. The device also records the value of the count for each of the channels when the first pulse occurs and the last pulse occurs during this time period. The device, when commanded by the microcontroller, provides information gathered about the eight pulse trains back to the microcontroller on the nibble bus.
[0032]
There are four modes of operation specified by the mode bus. The first mode driven by the microcontroller is Write (mode = 01). In this mode, the microcontroller loads the counter with the duration of the measurement time. The value is 24 bits and is loaded starting with the 4-bit most significant nibble. The value on the nibble bus is registered on the rising edge of the strobe. Six strobes are issued to load the entire word from the most significant nibble to the least significant nibble. A software instruction sequence following a mode change to write drives the strobe low, drives the nibble bus to the next counter 4-bit load value, and drives the strobe high for a total of six writes.
[0033]
After the counter is loaded, the mode bus indicates another mode (mode = 11). In this mode, one of the LTF channels {one of the LTF channels (TBD)} is registered by the FPGA and driven onto the least significant bit of the nibble bus. During this mode, the nibble bus (1) is driven low. The FPGA continues to drive the nibble bus in this mode until the mode is changed.
[0034]
After the microcontroller has collected the information on this LF (LTF), it drives the mode to accumulate (mode = 10). In this mode, the FP A stores the number of pulses occurring on each of the eight channels. It also stores the counter value of the first pulse on each channel and the last pulse on each channel. There are three 24-bit words stored for each channel. In this mode, the FPG drives the strobe line. The strobe is driven high until the counter loaded during the measurement time counts down to zero. The counter is counted every six clocks. The strobe is then driven low until the mode is changed. Of course, the timing can be changed based on the desired specifications. In the other three modes, the strobe is the input.
[0035]
When the microcontroller knows that the accumulated mode has been completed, indicated by the strobe going low, it drives the mode to read mode (mode = 00). In this mode, the device drives the nibble bus. It supplies the data it has collected during the accumulation mode to the microcontroller. The first data read is the count value of the first pulse starting on channel 0 and up to 7. The next data to be read is the count value of the last pulse starting at channel 0 and ending at 7. The last data read is the number of pulses that occur during the time period starting on channel 0 and ending on channel 7. There are 24 words of data for 8 channels, 3 words per channel. Each word is read in six 4-bit nibbles starting with the least significant nibble. One nibble is read each time the strobe is lowered and raised. The device updates the next nibble on the rising edge of the strobe. There are 144 nibble reads during read mode (24 words × 6 nibbles). The FPGA continues to drive the nibble bus until the mode changes. The software instruction sequence following mode change to read mode is to drive the strobe low, read the nibble bus, and drive the strobe high for 144 reads.
[0036]
[Table 2]

[0037]
Still referring to FIG. 16, the FPGA is divided into four blocks: control (CTL), channel logic (CHANLOG), ram interface (RAMINT), and ram output (RAMOUT). The following sections describe each of these blocks. The CTL provides control to other logic blocks. CHANLOG takes in the eight LTFs (8 LTFs) and generates a write enable to RAM. RAMINT has RAM logic used to store the LTF information, and RAMOUT controls RAM output during read mode.
[0038]
The CLK input is driven out on CLKOUT for testing purposes. Pullups are provided on the mode, nibble and slope signals.
[0039]
Control (CTL) block
The CTL accepts the mode input. These are initially registered to handle any metastable conditions resulting from clocking between the microcontroller and the FPGA. There is no specification regarding the clock to the output of the microcontroller and to ensure that the mode is not registered incorrectly, so for two clock periods before the internal mode register is updated to reflect the new mode The mode exists. When a new mode is registered, a reset mode (Resetmode) is issued to control the logic throughout the device.
[0040]
The strobe is also an input to CTL. The strobe is first registered to handle any metastability conditions and then twice to form rising and falling edge indicators. The rising edge indication in read mode causes the ram addressing the next nibble to advance. Upon reading the ram data, the data output is valid while the strobe is low, and the next value is available during the third clock period following the rising edge of the strobe.
[0041]
CTL also receives the nibble bus. The rising edge of the write mode strobe causes the nibble bus to be written into the least significant nibble of the counter parallel load register. This register is a shift register that shifts in 4-bit increments. As the rising edge of the strobe occurs, each lower nibble shifts its data into the next highest nibble. The value is loaded by first shifting into the most significant nibble and then down to the least significant nibble. The CTL supplies this measurement period value to the ram interface, which loads the value into the counter whenever a reset mode occurs. It should be noted that the measurement period being loaded from the nibble bus during the write mode is expected to remain on the bus for three clock periods following the rising edge strobe. The software sequence for writing the measurement period is to drive the strobe low, drive the nibble bus, and drive the strobe high.
[0042]
Along with providing the value to be loaded into the counter, CTL provides a count enable, which allows the counter to decrement every six clocks during accumulate mode. The logic that generates this enable is reset in reset mode.
[0043]
The CTL also provides decoded mode indicators from the internal mode register to other blocks. It also provides a strobe and a tristate enable to the nibble bus. The strobe is driven from this device during accumulate mode and is otherwise tri-stated.
The nibble bus is driven during other modes and the read mode and is tri-stated in the other two modes.
[0044]
Channel logic (CHANLOG) block
CHANLOG accepts the eight LTF channels. It first registers the eight channels to remove any metastable conditions. The channel is then registered twice to form a rising edge detection. This edge detection is registered in an 8-bit increment register (ICH). This register is cleared in a reset mode instructing the start of the mode. A 1 in bit 0 indicates that a pulse has occurred in channel 0. A 1 in bit 1 indicates that a pulse has occurred in channel 1. Up, and so on, up to bit 7 of the ICH indicating that a pulse has occurred in channel 7.
[0045]
The pulse is emitted no faster than one pulse every two microseconds. The FPGA operates on a 6 MHz clock. One in the ICH register allows one write to RAM (see Ram Interface Block). Each channel is enabled during one of eight clock periods (cycles) to generate a write enable to the RAM. ICH (0) is enabled during cycle 0 and continues up to ICH (1) during cycle 1 and ICH (7) enabled to write during cycle 7. Each channel has the opportunity to indicate edge detection once every 1.33 microseconds, but the 1.33 microseconds (8 times the 6 MHz period of 0.167 microseconds) is within the 2 microsecond requirement. The cycle is an 8-bit decode generated from the three least significant bits of the counter (SMCNT) reset by the reset mode (see RAMOUT).
[0046]
Also, a cycle indicator causes the appropriate ICH register bit to be reset within the clock period following its use as a write enable to the RAM. This allows the next pulse to be detected. Also, the cycle indicator prevents the two registers capturing the pulse from registering, so that no edges are lost while the ICH register bit associated with the cycle is cleared.
[0047]
CHANLOG outputs the most significant address bit to RAM2 of the RAM interface block (RAMINT). In accumulate mode, this bit is formed from an 8-bit register {FCH}, one for each channel, and one bit is selected for output to RAMINT based on Cycle. A specific bit in FCH is set when the first pulse occurs for that channel and a write enable is issued to RAMINT. The FCH is reset in a reset mode in which the time of the first pulse is stored in the lower address of the RAM 2. The top address will store the time of the last pulse (see RAMINT). During the read mode, the most significant address bit is bit 3 of SMCNT (see RAMOUT).
[0048]
CHANLOG also registers LTF twice, once to remove the metastable condition. The output of the second register is driven onto the nibble bus (0) during another mode. The nibble bus (1) is driven low during other modes.
[0049]
RAMINT block
RAMINT has two 24-bit RAMSs (RAM1 and RAM2). The input to RAM1 is its output plus one. During the accumulate mode, this RAM tracks the number of pulses on each channel having an address from address 0 mapping to LTF 0 to address 7 mapping to LTF 7. Addressing to the RAM is provided by the three least significant bits of SMCNT (see RAMOUT). The write enable to this RAM, which is active when a pulse is detected for the channel in that cycle, is provided by CHANLOG. This RAM is cleared on power up but is not reset between accumulate and accumulate modes, so the software must use the channel to determine the actual count for that time period. Must track the final value of the pulse count for each of the.
[0050]
The data input to RAM2 is a 24-bit counter, which is loaded when the reset mode occurs during the measurement time period provided by CTL. In accumulated mode, this counter is enabled by CTL to decrement every 6 clocks. The value of the counter is written to RAM2, while at the same time RAM1 is written when it is enabled by CHANLOG. The lower eight addresses store the value of the counter when the first pulse is detected. The top eight addresses store the value of the counter when the last pulse is detected. The three least significant bits of the address are SMCNT (2: 0), which is provided by CHANLOG and has the most significant bit that is a function of the mode.
[0051]
The strobe is driven high during accumulation mode until the counter counts down to zero and SMCNT (2: 0) equals seven. At that time, writing to both RAMs is disabled. Waiting for SMCNT (2: 0) to equal 7 following the counter counting down to zero allows information to be collected on all 8 channels before disabling writes. RAMINT then causes the strobe to go low in accumulate mode, indicating that the mode is complete.
[0052]
RAMINT provides the outputs of RAM1 and RAM2 to RAMOUT for output during the read mode.
[0053]
RAM output (RAMOUT) block
RAMOUT provides control to output the RAM data during the read mode. While CTL is providing a tri-state enable to the nibble bus (while driving in read and other modes), RAMOUT controls which of the 12 4-bit nibbles should be output to the nibble bus. It also generates the SMCNT which is a reset at the start of a new mode (reset mode). SMCNT provides addressing to both RAMs and is used to generate a cycle indicator (see CHANLOG).
[0054]
RAMOUT generates a 3-bit counter (CNYLOW) that counts from 0 to 5 and is used during read mode to select one of the 6 nibbles per word output on the nibble bus. This counter is incremented on the rising edge of the strobe in read mode.
[0055]
SMCNT is a 5-bit counter, which counts every clock in accumulate mode. At each clock, a different channel is addressed in both RAMs. In read mode, the counter increments only when CNTLOW = 5 and a strobe rising edge occurs. This condition advances the address of the RAM to the next word. Only after all six nibbles of a word have been read out does this counter proceed to address the next word. During read mode, when SMCNT (4) is set, RAM1 is accessed and when it is 0, RAM2 is accessed. Therefore, all 16 words of RAM2 are read (SMCNT = 0 to 15) and are followed by the 8 words of RAM1 (SMCNT = 16 to 23). All 144 4-bit nibbles are output. The data on the nibble bus changes about three clocks following the rising edge of the strobe. A software sequence that reads the RAM drives the strobe low, reads and drives the strobe high.
[0056]
The design was targeted at the Spartan XL XCS05XL device. 36 four-input LUTs, 68 three-input LUTs, 18 CLB flops and 40 IOB flops are available. It is.
[0057]
According to another embodiment of the present invention, a mounting and coupling mechanism for an optical assembly is provided without the need for fasteners or adhesives.
[0058]
The colorimeter includes an optical assembly that directs light to a filter / photodetector pair. The plastic housing a) automatically aligns the optical assembly to a printed circuit board {PCB} and assembly; b) the optical assembly in two dimensional relation to the item "a". And c) is designed in such a way as to securely hold the optical assembly in a one-dimensional (distance) relationship between the PCB assembly and the detector. See cross-sectional illustration.
[0059]
With this mounting, an accurate and reliable positioning of the optical assembly using a plastic injection housing designed for the instrument is achieved. This eliminates the need for fasteners or adhesives and reduces assembly time.
[0060]
Referring to FIG. 17, the colorimeter housing is designed in such a way as to eliminate the need for fasteners or adhesives. In particular, the plastic injection housing includes a plurality of pins that interlock with one another when engaged. The engagement of the pins automatically engages two halves of the device housing and locks the assembly.
[0061]
The colorimeter includes a light diffuser which is pressed into the outer diameter of the diffuser and into an interference fit opening. This interference fit accurately positions the diffuser and holds it in place.
[0062]
From the above description, it will be apparent that improved techniques for colorimetry and particularly improved digital colorimeters are provided. There is no doubt to those skilled in the art that modifications and variations of the colorimeter described herein and its method of operation will be suggested. Therefore, the above description is to be taken in an illustrative, not restrictive sense.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the main components of a colorimeter according to a presently preferred embodiment of the present invention.
FIG. 1A
FIG. 2 is a plan view of the printed circuit board component shown in FIG. 1.
FIG. 2
FIG. 2 is a bottom view of the colorimeter shown in FIG. 1.
FIG. 3
FIG. 3 is a cross-sectional view of the colorimeter shown in FIGS. 1 and 2, the cross section being taken along line 3-3 in FIG.
FIG. 4
FIG. 4 is a cross-sectional view of the colorimeter shown in FIG. 1, the cross-section being taken along line 4-4 in FIG. 2.
FIG. 5
5 is a cross-sectional view of the colorimeter shown in the previous figure, the cross-section being taken along line 5-5 in FIG.
6 and 7
FIG. 4 is a ray diagram illustrating how apertures through which light passes through the walls of the colorimeter mask and limit the field of view of the filter / photodetector pair.
FIG. 8
FIG. 3 is a perspective exploded view of a filter unit used in the colorimeter shown in the figure.
FIG. 9
It is sectional drawing of the said filter unit which illustrates the superposition relationship of the layer.
FIG. 10
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a circuit of the colorimeter and a system for calibrating a monitor using an output from the colorimeter.
FIG. 11
11 is a flowchart illustrating programming of the microprocessor shown in FIG. 10 to obtain a refresh rate probe.
FIG.
FIG. 4 is a flowchart illustrating the programming of the microprocessor to synthesize a colorimeter response and provide a response that simulates a CIE color matching function.
FIGS. 13, 14 and 15
5 is a curve illustrating the filter transmittance over the spectrum, the detector filter vs. the response over the spectrum, and the accuracy with which the responsiveness is simulated for the color matching function.
FIG.
FIG. 3 is a diagram of a controller having a field programmable gate array for reading data from a colorimeter in parallel.
FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a colorimeter housing according to another embodiment of the present invention.

Claims

In color measurement devices,
A housing,
A plurality of photodetectors for generating data in response to the detected light, and a field programmable gate array for reading data from the plurality of photodetectors in parallel. The color measuring device.

Furthermore,
A plurality of signal output channels each connected to one of the plurality of photodetectors for communicating the data generated by each photodetector in response to the detected light; 2. The color measurement device of claim 1, wherein the field programmable gate array is configured to receive data from each of the plurality of signal output channels in parallel.

In addition, there is provided a plurality of optical filters, each paired with one of the plurality of photodetectors, each of the filter / photodetector pairs having a different wavelength at a longer wavelength end of the visible spectrum. 2. The color measuring device according to claim 1, wherein the color measuring device has a responsiveness extending over a wavelength region to be overlapped.

Further, a translator is provided that converts the responsiveness of the pair into a responsiveness that simulates a color matching function that can provide a tristimulus value when the pair is exposed to light to be measured. 4. The color measuring device of claim 3, wherein:

4. The color measurement device of claim 3, wherein said filter / photodetector pair provides a plurality of long-pass wavelength electro-optic filters.

4. The color measuring device of claim 3, wherein the filter / photodetector pairs are arranged in an array.

4. The color measurement device of claim 3, wherein one of the filter / photodetector pairs has a responsiveness extending over the entire visible spectrum.

In a colorimeter for measuring color temperature,
A plurality of filter / photodetector pairs, each having a responsivity extending over various overlapping wavelength regions at longer wavelength ends of the spectrum for which color temperature is to be measured by the colorimeter;
A field programmable gate array programmed to accumulate the responsivity from each of the plurality of filter / photodetector pairs in parallel; and a color matching function from which a value representative of the color temperature can be provided. A translator for converting the response to a simulated response.

9. The colorimeter of claim 8, wherein said spectrum is from a radiation source.

10. The colorimeter of claim 9, wherein said radiation source comprises one of a light source, a video display, a radiator and a black body.

The field programmable gate array is
Means for receiving the responsivity from each of the plurality of filter / photodetector pairs in parallel;
9. The colorimeter of claim 8, comprising means for accumulating said responsiveness over a predetermined period of time, and means for outputting said accumulated responsiveness.

In the process of measuring the color of the object,
Filtering light from the object with a plurality of filters;
Detecting the filtered light and generating a plurality of optical signals representative of the detected filtered light;
Reading the plurality of optical signals in parallel; and generating an output signal representing the color of the object based on the plurality of read optical signals. The process of measuring.

13. The measuring step of claim 12, wherein said reading step comprises the step of accumulating said plurality of optical signals for a selected period of time.

13. The measuring process of claim 12, wherein the plurality of filters are non-uniformly distributed over a visible spectrum and each has a superimposed light transmission response at longer wavelengths of the visible spectrum.