TWI445933B - 具有面積縮放測光器之顏色偵測器 - Google Patents

Description

具有面積縮放測光器之顏色偵測器

本發明係有關於具有面積縮放測光器之顏色偵測器。

分光光譜法為在可見光、近紫外線、及近紅外線光譜的電磁波研究。一分光光度計為一光線測量裝置，其結構為測量光線的多種特性，包括強度、顏色、及/或波長。分光光度計具有一廣泛範圍的用途。例如，其可用於偵測在如電視、投影機、顯示器、及攝影機觀景窗之顯示器上的顏色。可替代地，分光光度計可用於列印裝置以校正列印顏色。

基本上，當分光光度計使用作為顏色偵測器時，其可包括一光源、一光電變換器，已知為一測光器、及一濾鏡。在一例子中，此光線為投射至一物件。此物件反射光線，且測光器接受反射的光線。此光線在被測光器接收前可通過濾鏡，故可偵測顏色。尤其，此濾鏡被構形為僅容許具有特定範圍之波長通過。此已知為濾鏡反應。通過濾鏡的光線造成測光器產生一電信號。此電信號的強度表明此光線呈現的特定顏色。測光器及濾鏡的陣列允許分光光度計接受更詳細的資訊。例如，一測光器陣列，其各自具有調整過濾不同波長光之濾鏡，其在輸入光線光譜中比具有較少數目之濾鏡者相比可偵測較精密解析度。

雖然用於許多技術領域，分光光度計有具有數種問題，特別是的濾鏡穿透特性。例如，除了僅容許不同顏色通過，調節濾鏡以允許不同頻率的光線穿透且亦允許不同量的光線穿透。換言之，通過一濾鏡的光線亮度可大於通過另一濾鏡的光線亮度。若差異為濾鏡組配的結果，則其可導致若未校正時的顏色偵測器之不精確的顏色決定。此外，某些濾鏡比其他濾鏡呈現一較低的信號雜訊比，此係因為在該濾鏡頻寬的低輸入信號強度或因設計允許在關注的頻帶間有足夠高的穿透性之任一濾鏡的失能。在此說明書中，“雜訊”可能為在濾鏡調整之波長光譜外的顏色之光干擾或測光器的電雜訊。由濾鏡放大穿透性的嘗試亦可導致放大雜訊。再次，此亦可藉由顏色偵測器導致不精確的顏色測定。測光器依達到測光器的光的如顏色之特定波長，而可具有對光能量之特定量的不同反應。例如，一“紅”光可產生一大於相同光能量之“藍”光產生者之10倍電信號。測光器可僅偵測可使用光的有限範圍。光源可依照波長函數產生不同量的光。

據此，需要一分光光度計或顏色偵測器以相等化組合之光源、濾鏡及測光器以回應而由顏色偵測器提供更精準的顏色測定。

依據本發明一實施例，係提出一種顏色偵測器，其包含：一光源，其構形成可產生在多數波長之一光譜內的光；一第一濾鏡，其與該光源光相通，其中該第一濾鏡構形成 可讓在第一預定波長光譜內的光通過；一第一測光器，其與該第一濾鏡光相通，且構形成若光通過該第一濾鏡，則輸出一第一顏色信號；及其中該第一測光器具有一構形成可相等化該第一顏色信號且最大化該第一顏色信號之信號雜訊例的面積。

圖式簡單說明

第1圖為例示之顏色偵測器的橫切視圖；第2圖為配置於例示測光器上的例示濾鏡之橫切視圖；及第3圖為一顏色偵測器說明的實施例，其具有多數個面積縮放的濾鏡與測光器配置於陣列中。

較佳實施例之詳細說明

一顏色偵測器包括組配以在波長光譜內產生光之一光源。一濾鏡與光源光通訊。此濾鏡構形為在第一預定波長光譜內通過光線。一測光器與濾鏡光通訊且構形為若光通過濾鏡則輸出一顏色信號。強度(即顏色信號量)表明在第一預定波長光譜中存在的光量。顏色信號的量可依濾鏡的穿透特性而定，其可基於預定波長光譜而改變。濾鏡及測光器可與至少一其他濾鏡及測光器於一陣列中使用。在陣列中的每一濾鏡可調整以允許不同顏色(即波長光譜)光線通過。因為調整每一濾鏡以允許不同顏色光線通過，在陣列中的每一濾鏡的穿透特性可為不同。每一測光器的敏感度與由光源發散的光量亦可依顏色而變化。因此，對 於一給定輸入光線信號，每一顏色信號藉由每一測光器可具有不同亮度及/或信號雜訊比而產生。此可藉由調整每一測光器的面積及其對應濾鏡而校正。換言之，測光器可具有一面積，其構形成可相等化顏色信號並使顏色信號的信號雜訊比最佳化。在一實施例中，信號雜訊比可藉由將一參考顏色之信號最佳化而使測光器最佳化，其在大多數的例子中為一中性或白色顏色。在其他因素中，測光器面積可基於作為測光器之波長函數的反應曲線、作為濾鏡之波長函數的反應曲線，及由光源產生的光波長。

在一例示方法中，顏色偵測器可使用一列印機用以校正列印於紙張上的顏色。尤其，顏色偵測器可偵測紙張及/或在紙張上列印的測試區域的顏色，且列印機可構形成對紙的不同顏色上噴出不同量的墨水以獲得所期待的列印顏色。例如，若期待黃色墨水，但紙張為藍色，則黃色墨水在紙張上將呈現綠色。因此，顏色偵測器偵測紙張及墨水顏色並設定列印機以噴出墨水，故期待的顏色呈現在紙張上。

配合第1圖，例示之顏色偵測器10具有一光源12、一與光源12光通訊的測光器14，及與測光器14留有間隔的濾鏡16。在一校正使用的範例中，光源12投射光於試樣18上。光源12可構形成在波長光譜內產生光線。換言之，光源12可構形為產生“白色”光線或任何其他顏色光線。此光源12可為，例如一發光二極體，然而其他光源或光源的組合亦屬於本發明說明書揭露範疇中。試樣18可例如一片 紙，然而其他試樣18亦屬於本發明的範疇。投射在樣品18上的光線被樣品18反射在測光器14上。然而，在一例示的方法中，在達到測光器14前，此光線通過濾鏡16。此濾鏡16可為一法彼-珀羅濾波器(Fabry-Perot etalon)或干涉儀，或任何在此技術領域中已知的其他濾鏡16。在一例示的方法中，濾鏡16可調整至僅允許具有一特定波長光譜的光線通過測光器14，如將在後文中更詳盡討論。一旦由測光器14接受，測光器14、一變換器輸出一電信號；此電信號為一電流或一電壓。‘測光器’14可為光電二極管、光電晶體、累增崩潰-光電二極管、或任何其他此技術領域已知的測光器14。測光器14之輸出光量與到達測光器14的光量成比例，且因此與到達對應濾鏡16之光成比例，該光為濾鏡16調整的顏色。

顏色偵測器10可使用多濾鏡16，且每一濾鏡16可調整至一特定波長光譜。在一例示的方法中，每一濾鏡16的特定波長光譜可至少部份重疊且很可能具有在全部波長的穿透。換言之，每一濾鏡的設計為允許在一特定區段的一峰或主要穿透。再者，當使用多個濾鏡16，顏色偵測器10可包括多個對應測光器14-每一濾鏡16至少一個。在某些實施例方法中，顏色偵測器10可包括7個濾鏡16及7個測光器14。每一濾鏡16可調整以允許不同顏色通過對應測光器14。例如，濾鏡16可構形成可偵測對應至“紅色”、“橘色”、“黃色”、“綠色”、“藍”、“靛”、及“紫”的波長光譜。若試樣18為“紅色”光譜，則光將僅通過具有波長對應至“紅 色”光譜的濾鏡16，且由其他濾鏡16阻擋。因此，僅有對應至“紅色”濾鏡16的測光器14將輸出與在“紅色”光譜中的光量成比例的一電信號。相似地，若試樣18為“綠色”，則光將僅通過具有波長對應至“綠色”光譜的濾鏡16，且由其他濾鏡16阻擋。因此，僅有對應至“綠色”濾鏡16的測光器14將輸出與在“綠色”光譜中的光量成比例的一電信號。使用更多的濾鏡16與對應測光器14允許顏色偵測器10區別在顏色中的不同色度。例如，以額外的濾鏡16及對應測光器14，其相對於僅可辨識作為在“藍”光譜中的顏色，顏色偵測器10能夠區別“嬰兒藍”、“天空藍”、及“海軍藍”。

如將於後文中詳述，濾鏡16及測光器14可與其他濾鏡16及測光器14以陣列使用。第2圖為一例示的橫切面圖，其說明於陣列中的濾鏡16配置於為陣列中的測光器14。當配置於一陣列中，光可由一濾鏡16反射且受其他在陣列中的測光器14干擾。因此，顏色偵測器10可包括一光阻擋層20以在每一濾鏡16上界定一開口22。光在通過濾鏡16前通過開口22，且光阻擋層20防止光線由濾鏡16反射並受其他測光器14干擾。相似地，顏色偵測器10可包括至少一溝槽24，其亦防止光受其他測光器14干擾。

在一例示方法中，濾鏡16可包括二部份彼止相隔開的反射層。一間隙層可配置於第一部份反射層與第二部份反射層間。此型式的濾鏡16在此技術領域中已知為可法彼-珀羅濾波器或法彼-珀羅干涉儀，雖然可使用其他型式濾鏡16。光可通過部份反射層之一且在此二部份反射層 間反射。如說明，光可通過第一部份反射層並在第一部份反射層與第二部份反射層間反射。此已知為一內部反射作用。若內部反射作用為同相(即，建設性的)，則光將通過濾鏡16。若內部反射為反相(即，破壞性的)，則光波將彼此抵消並導致無光通過濾鏡16。內部反射是否為建設性的或破壞性的係依光線波長(即顏色)、光進入濾鏡16的角度、間隙層的厚度、及間隙層的折射率而定。如前文討論，光顏色為依試樣18的顏色而定。然而，可調整光進入濾鏡16的角度、間隙層的厚度、及製成間隙層之材料的反射指數以容許在特定波長光譜之光通過。

第3圖為例示說明具有濾鏡16及對應測光器14的顏色偵測器10。雖然說明19個濾鏡16及測光器14，顏色偵測器10可包括更多或較少的濾鏡16及對應測光器14。此外，濾鏡16及測光器14可預配置於一積體電路上，且在特定情況中在積體電路上的一或一以上的濾鏡16及測光器14未被使用。例如，積體電路可包括19個濾鏡16及對應測光器14，但僅結構為偵測16種顏色，因為僅使用16種濾鏡16及對應測光器14。

顏色偵測器10可包括一與光源12光通訊的第一濾鏡26。建構第一濾鏡26以通過在第一預定波長光譜內的光。第一預定波長光譜在由光源12產生的波長光譜內。第一濾鏡26可相似於前述第2圖中討論的濾鏡16。換言之，第一濾鏡26可包括二部份反射板，其等以一間隙層置於其間以彼此隔開配置。

一第一測光器28為與第一濾鏡26光通訊並建構為若光通過第一濾鏡26時輸出第一顏色信號。如前文討論，調整第一濾鏡26以允許在第一預定波長光譜內的光通過。換言之，第一濾鏡26將使第一光線顏色經過第一測光器28。第一顏色信號顯示已接收到的第一光線顏色的量，此顯示在試樣18中光之第一顏色的存在。換言之，第一顏色信號為上述有關第1圖中的測光器電輸出信號之一者。

不同的顏色信號具有不同的信號雜訊比。據此，當第一測光器28與其他濾鏡14結合以測量顏色以及最佳化用於期待之顏色測量組的第一顏色信號之信號雜訊比時，其具有一構形成可使第一顏色信號與相關其他濾鏡14之其他顏色信號面積相等。測定每一測光器14的面積可基於測光器14、濾鏡16、或光源12之不同特性。尤其，第一測光器28的區域可基於作為第一測光器28之波長函數的反應曲線、作為第一濾鏡26之波長函數的反應曲線或由光源12產生的作為波長函數之光量。例如，第一濾鏡26的光穿透可直接與建構第一濾鏡26以穿過之光的顏色有關。因此，光的某些顏色將比其他顏色在第一測光器28上產生較大的影響。因此，改變每一測光器14的大小以接受每一濾鏡16的不同光穿透特性。尤其，具有低光穿透的濾鏡16可配置於具有較大面積的測光器14上。即使顏色通過濾鏡16的穿透是低的，具有較大面積，測光器14可接受更多的顏色。相似地，具有高透光的濾鏡16可配置於具有較小面積的測光器14上。基於濾鏡16之透光性而具有較大及較小面 積之測光器14的組合，使測光器14的顏色輸出信號可相等化。換言之，顏色偵測器10的設計可平衡濾鏡16的光穿透，以及測光器14對每一顏色的回應，藉此產生相等化的任何參考顏色的顏色信號或對一組顏色的顏色信號的最佳相等化。在另一實施例中，具有不同有效面積的測光器14可使用不同多個較小或單元大小的測光器產生。例如，對於藍色，可使用10單元大小的測光器並聯以形成一功能性測光器，同時對於紅色，僅需要使用一單元大小的測光器。

此顏色偵測器10可更包括一與第一濾鏡26陣列配置的第二濾鏡30。第二濾鏡30可與光源12光通訊且構形為在第二預定波長光譜內通過光。通常，在陣列中的每一濾鏡為特別設計在總波長帶反應中為唯一的。因此，一特定濾鏡可具有一主要的穿透峰或多個，但總穿透特性每一濾鏡彼此不同。當使用僅具有一主要穿透峰的濾鏡時，每一主要峰將涵蓋比任何其他濾鏡的不同波長區域。當需要使用具有多個峰回應的濾鏡時，則具重疊之二濾鏡的回應將在其重疊之區域之回應中有某種程度的不同。此確保網絡波長帶穿透特性不同於一濾鏡與下一者。

通常，濾鏡需要用於某些具有一主要峰及另一些具有二主要峰者。在此狀況中，當濾鏡重疊時，將有濾鏡之一的一主要峰不與其他濾鏡的主要峰重疊，藉此使不同於其他濾鏡的網絡全光譜穿透。

一第二測光器32與第二濾鏡30光通訊，且可構形為若光線通過第二濾鏡30時，輸出一第二顏色信號。相 似於第一測光器28，此第二測光器32具有一構形成可相等化第二顏色信號的面積且最大化第二顏色信號的信號雜訊比。且，第二測光器32的面積可基於作為第二測光器32之波長函數的反應曲線、作為第二濾鏡30之波長函數的反應曲線，或由光源12產生的作為波長函數之光量。

前述的說明為欲說明之用而非用於限制本發明。不同於提供的實施例，許多的實施例及應用可經由熟於此項技術人士閱讀前述說明後而顯見。本發明範疇之界定不受限於前述描述而係參考後附的申請專利範疇與該申請專利範疇主張的等效物之全部範疇而限定。將在本文中討論之技術中發生的未來發展與將本發明揭露之系統與方法入此一未來實施例中為預期及意欲的。綜言之，需瞭解本發明能夠修改及變化且並不僅限於下列申請專利範圍。

在申請專利範圍中使用的所有名詞，除非在本文中明白指出，其為用以給予其最廣的合理架構及熟於此技術人士可瞭解的其一般的意義。尤其，除非在一申請專利範圍中特別提及一明確的限制，單數物件使用“一(a)”、“此(the)”、“該(said)”等應解讀為其提及一或一以上的指明元件。

10‧‧‧顏色偵測器

12‧‧‧光源

14‧‧‧測光器

16‧‧‧濾鏡

18‧‧‧試樣

20‧‧‧光阻擋層

22‧‧‧開口

24‧‧‧溝槽

26‧‧‧第一濾鏡

28‧‧‧第一測光器

30‧‧‧第二濾鏡

32‧‧‧第二測光器

第1圖為例示之顏色偵測器的橫切視圖；第2圖為配置於例示測光器上的例示濾鏡之橫切視圖；及第3圖為一顏色偵測器說明的實施例，其具有多數個面 積縮放的濾鏡與測光器配置於陣列中。

10‧‧‧顏色偵測器

12‧‧‧光源

14‧‧‧測光器

16‧‧‧濾鏡

18‧‧‧試樣

Claims (10)

1. 一種顏色偵測器，其包含：一光源，其構形成可產生在多數波長之一光譜內的光；一第一濾鏡，其與該光源光通訊，其中該第一濾鏡構形成可讓在第一預定波長光譜內的光通過；一第一測光器，其與該第一濾鏡光通訊，且構形成若光通過該第一濾鏡，則輸出一第一顏色信號；且其中該第一測光器具有構形成可相等化該第一顏色信號且最大化該第一顏色信號之信號雜訊比的一面積。
2. 如申請專利範圍第1項之顏色偵測器，其中該第一測光器的該面積係基於該第一測光器之作為波長函數的一反應曲線、該第一濾鏡之作為波長函數的一反應曲線及由該光源產生的作為波長函數之光量之至少一者。
3. 如申請專利範圍第1項之顏色偵測器，其更包含與該光源光通訊的一第二濾鏡且構形為通過在一第二預定波長光譜內之光。
4. 如申請專利範圍第3項之顏色偵測器，其中該第二預定波長光譜包括至少一位於該第一預定波長光譜外的波長。
5. 如申請專利範圍第3項之顏色偵測器，其中該第一濾鏡與該第二濾鏡以一陣列配置。
6. 如申請專利範圍第3項之顏色偵測器，其更包含與該第 二濾鏡光通訊的一第二測光器且構形為若光通過該第二濾鏡，則輸出一第二顏色信號。
7. 如申請專利範圍第3項之顏色偵測器，其中該第二測光器的一面積係基於該第二測光器之作為波長函數的一反應曲線、該第二濾鏡之作為波長函數的一反應曲線及由該光源產生的作為波長函數之光量之至少一者。
8. 如申請專利範圍第6項之顏色偵測器，其中該第一測光器為配置於該第一濾鏡上，且該第二測光器為配置於該第二濾鏡上，其中該第一濾鏡與該第二濾鏡以一陣列配置。
9. 如申請專利範圍第1項之顏色偵測器，其中該第一預定波長光譜為位於由該光源產生之光的該波長光譜內。
10. 如申請專利範圍第1項之顏色偵測器，其中該第一濾鏡包括至少二部份反射板，其彼此以置於其間的一分隔層相隔開。