專利名稱：有集成染料濾波器的三原色比色計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)和比色法，具體涉及有集成染料濾波器的三原色比色計(jì)，該比色計(jì)測(cè)量光的彩色含量，其響應(yīng)模仿人眼對(duì)彩色的響應(yīng)，它可以用國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)的彩色匹配函數(shù)表示。
背景技術(shù)：
光學(xué)濾波器可用在許多彩色相關(guān)的裝置中，其中包括各種彩色測(cè)量系統(tǒng)，例如，比色計(jì)。有許多類型的濾波器，包括吸收型濾波器，干涉濾波器，等等。光電三原色比色計(jì)可用于測(cè)量從光源發(fā)射的光的彩色，例如，計(jì)算機(jī)顯示屏。這是發(fā)射型彩色測(cè)量裝置，但是還有反射型彩色測(cè)量裝置。發(fā)射型光電比色計(jì)引導(dǎo)被測(cè)量的光源的光通過光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)三個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)裝置。在每個(gè)光電檢測(cè)裝置之前放置基色濾波器。每個(gè)基色濾波器盡可能使光電檢測(cè)裝置的光譜靈敏度符合各自的彩色匹配函數(shù)。為了響應(yīng)入射光，連接到光電檢測(cè)裝置的測(cè)量裝置讀出或測(cè)量各個(gè)基色值或三原色(tristimulus)值。
雖然理論上可以設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于理想值的基色濾波器，但是實(shí)際上不可能制造其傳輸因數(shù)與理想值準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的基色濾波器。這是因?yàn)樵跍y(cè)量彩色樣本的基色值或三原色值中存在固有的誤差。這種誤差是由基色濾波器的實(shí)際傳輸因數(shù)與理論傳輸因數(shù)之差造成的。
用于校正這種誤差的以往嘗試涉及改變基色濾波器的傳輸因數(shù)特性，其中利用多個(gè)重疊的彩色板制成基色濾波器。然而，因?yàn)椴噬宓墓庾V特性取決于彩色板所用的材料成分，它通常是玻璃，一般不可能準(zhǔn)確地匹配理論的傳輸因數(shù)。特別困難的是在基色值或三原色值的整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)準(zhǔn)確地復(fù)制理論的傳輸值。這些以往的嘗試可以增加彩色板的數(shù)目，不可避免地減小通過基色濾波器被接收或傳輸?shù)墓饬?。此外，制造基色濾波器的以往嘗試需要仔細(xì)地重疊多個(gè)彩色板，為的是匹配理論的傳輸因數(shù)，這種制作方法是耗費(fèi)時(shí)間和昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括有集成染料濾波器的各個(gè)比色計(jì)實(shí)施例。
一個(gè)實(shí)施例是包含光檢測(cè)器和著色劑的固態(tài)彩色測(cè)量裝置。著色劑被永久地沉積到固態(tài)測(cè)量裝置上。著色劑包括光濾波器，因此，光傳輸通過濾波器并使光檢測(cè)器產(chǎn)生輸出。該輸出有光譜響應(yīng)，這些光譜響應(yīng)的線性組合用于逼近一組類似CIE(CIE-like)彩色匹配函數(shù)。
另一個(gè)實(shí)施例是包含半導(dǎo)體基片的比色計(jì)，半導(dǎo)體基片上有三個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)器以及被永久沉積到光電檢測(cè)器上的三個(gè)或多個(gè)濾波器。每個(gè)濾波器有一個(gè)或多個(gè)單層，而一個(gè)或多個(gè)濾波器有一個(gè)雙層。集成濾波器和光電檢測(cè)器的響應(yīng)逼近一組類似CIE目標(biāo)彩色匹配函數(shù)。通道包含光電檢測(cè)器和濾波器，因此，這些通道光譜響應(yīng)的線性組合可以逼近一組類似CIE目標(biāo)彩色匹配函數(shù)。
其他的實(shí)施例包括以下有這種比色計(jì)的系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)，家庭影院顯示定標(biāo)系統(tǒng)，投影儀定標(biāo)系統(tǒng)，環(huán)境光測(cè)量系統(tǒng)，以及LED測(cè)量和控制裝置。


通過研究以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，可以容易地理解本發(fā)明的內(nèi)容，其中 圖1是在有光電檢測(cè)器的半導(dǎo)體芯片上的染料濾波器層的典型實(shí)施例配置頂視圖； 圖2A是在有光電檢測(cè)器的半導(dǎo)體芯片上的染料濾波器層的另一個(gè)典型實(shí)施例配置頂視圖； 圖2B是圖2A的側(cè)視圖； 圖3A是在有光電檢測(cè)器的半導(dǎo)體芯片上的染料濾波器層的另一個(gè)典型實(shí)施例配置頂視圖； 圖3B是圖3A的側(cè)視圖； 圖4是在圖2A和2B的典型實(shí)施例中典型濾波器傳輸值的曲線圖； 圖5是在圖2A和2B的典型實(shí)施例中典型紫外(UV)和紅外(IR)濾波器傳輸值以及歸一化硅光電監(jiān)測(cè)器響應(yīng)的曲線圖； 圖6是在圖2A和2B的典型實(shí)施例中典型歸一化濾波器檢測(cè)器響應(yīng)的曲線圖； 圖7是圖2A和2B的典型實(shí)施例中響應(yīng)函數(shù)的最佳擬合與目標(biāo)CIE 19312度彩色匹配函數(shù)的比較； 圖8A是利用圖2A和2B的典型實(shí)施例用于計(jì)算三原色值的一組典型公式； 圖8B是利用圖8A的公式計(jì)算圖7中最佳擬合的典型系數(shù)表； 圖9A是一個(gè)典型實(shí)施例的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)定標(biāo)系統(tǒng)的方框圖； 圖9B是另一個(gè)典型實(shí)施例的圖9A中計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)定標(biāo)系統(tǒng)的方框圖，其中比色計(jì)芯片及其控制微處理器被嵌入在測(cè)試中的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器內(nèi)； 圖10A是一個(gè)典型實(shí)施例的家庭影院定標(biāo)系統(tǒng)的方框圖； 圖10B是另一個(gè)典型實(shí)施例的圖10A中家庭影院定標(biāo)系統(tǒng)的方框圖，其中比色計(jì)芯片及其控制微處理器被嵌入在測(cè)試中的家庭影院顯示器內(nèi)； 圖11A是一個(gè)典型實(shí)施例的投影儀定標(biāo)系統(tǒng)的方框圖，其中比色計(jì)芯片直接觀看從投影儀發(fā)射的光； 圖11B是另一個(gè)典型實(shí)施例的圖11A中投影儀定標(biāo)系統(tǒng)的方框圖，其中比色計(jì)芯片是在從顯示屏反射之后觀看從投影儀發(fā)射的光； 圖12是一個(gè)典型實(shí)施例的環(huán)境光測(cè)量系統(tǒng)的方框圖；和 圖13是一個(gè)典型實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)測(cè)量和控制裝置的方框圖。
為了便于理解，盡可能使用相同的參考數(shù)字標(biāo)記這些附圖中共有的相同元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括各個(gè)實(shí)施例的比色計(jì)，它有嵌入在半導(dǎo)體基片上的集成染料濾波器。染料濾波器包含著色劑顏料，染料等。我們所描述的一些實(shí)施例包括計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)，家庭影院顯示定標(biāo)系統(tǒng)，投影儀定標(biāo)系統(tǒng)，環(huán)境光測(cè)量系統(tǒng)，以及發(fā)光二極管(LED)測(cè)量和控制裝置，和它們的組合，每個(gè)實(shí)施例包括比色計(jì)，它有嵌入在半導(dǎo)體基片上的集成染料濾波器。然而，除此以外，本發(fā)明的實(shí)施例在比色術(shù)方面還有許多的應(yīng)用。比色術(shù)是一種通過彩色比較用于確定和描述彩色以及定量分析的科學(xué)和實(shí)踐。在比色術(shù)中，可以用數(shù)字描述彩色并可以利用各種測(cè)量?jī)x器匹配實(shí)際的彩色，例如，比色計(jì)，分光光度計(jì)，密度計(jì)，和分光輻射度計(jì)。比色術(shù)可用在許多工業(yè)中，其中包括攝影術(shù)，軟防護(hù)，數(shù)字彩色通信，室內(nèi)設(shè)計(jì)，建筑，用戶電子設(shè)備，化學(xué)，彩色打印，紡織制造和涂料制造。專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明在許多工業(yè)中可應(yīng)用于各種比色術(shù)裝置和各種測(cè)量?jī)x器。
一個(gè)實(shí)施例是一種彩色測(cè)量裝置，例如，比色計(jì)。比色計(jì)是包含光檢測(cè)器和濾波器的固態(tài)裝置。利用專業(yè)人員熟知的制造固態(tài)光檢測(cè)器的方法，著色劑被永久地沉積到固態(tài)裝置上。該裝置有光譜響應(yīng)的輸出，它們的線性組合可以逼近CIE或類似CIE彩色匹配函數(shù)。一些類似CIE彩色匹配函數(shù)的例子包括CIE 1931 2度彩色匹配函數(shù)，CIE 1964 10度彩色匹配函數(shù)，或CIE函數(shù)的變型，例如，D.Judd(1951)或J.J.Vos(1978)所導(dǎo)出的CIE函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，著色劑是染料或顏料的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，濾波器包含各種厚度和各種組合的多種著色劑。著色劑被永久地沉積到該裝置的單個(gè)檢測(cè)器或多個(gè)檢測(cè)器上。
一個(gè)實(shí)施例是一種設(shè)計(jì)這種彩色測(cè)量裝置的方法。導(dǎo)出一個(gè)著色劑組合的方案，其中該方案可以使所用著色劑組合的數(shù)目最大化和著色劑組合的最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)方法是計(jì)算方法，并可以在處理器上運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，按照預(yù)定的準(zhǔn)則，這個(gè)方法導(dǎo)致選取最佳的著色劑組合。著色劑的組合被用在光檢測(cè)器上，它們對(duì)光子有已知的響應(yīng)。從較大一組著色劑中通過計(jì)算選取著色劑。這種計(jì)算考慮到著色劑和檢測(cè)器的組合響應(yīng)，用于選取最佳的方案，因此，該裝置的輸出有接近或近似CIE或類似CIE彩色匹配函數(shù)的光譜響應(yīng)，所以，該裝置的性能滿足預(yù)定的準(zhǔn)則。
圖1是在半導(dǎo)體芯片(例如，光頻轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件)上有光電檢測(cè)器(未畫出，見圖2B)的染料濾波器層102的典型實(shí)施例配置100的頂視圖。光電檢測(cè)器也稱之為光電二極管，光電傳感器元件，和光電檢測(cè)元件。半導(dǎo)體芯片104有標(biāo)準(zhǔn)8針108的集成電路封裝。有三個(gè)或多個(gè)染料濾波器層102的許多可能的配置100，而圖1表示一種可能的配置100。在圖1中，有64個(gè)染料濾波器層，它們與64個(gè)光電檢測(cè)器集成8×8網(wǎng)格圖形。每個(gè)光電檢測(cè)器是被四種類型之一的吸收型染料濾波器覆蓋，例如，F(xiàn)1 110，F(xiàn)2 112，F(xiàn)3 114，和F4 116。在圖1中，16個(gè)光電檢測(cè)器是被紅色F1 110濾波器覆蓋，16個(gè)光電檢測(cè)器是被綠色F2 112濾波器覆蓋，16個(gè)光電檢測(cè)器是被深藍(lán)色F3114濾波器覆蓋，和16個(gè)光電檢測(cè)器是被黃色F4 116濾波器覆蓋。深藍(lán)色F3 114濾波器是雙層濾波器一個(gè)青層和一個(gè)品紅層。紅色F1 110濾波器，綠色F2 112濾波器，和黃色F4 116濾波器是單層濾波器。其他的實(shí)施例可以包含或多或少類型的濾波器。每個(gè)濾波器可以是單層或多層結(jié)構(gòu)(例如，圖2B和3B)。
圖2A是在半導(dǎo)體芯片104上有光電檢測(cè)器(未畫出，見圖2B)的染料濾波器層102的另一個(gè)典型實(shí)施例配置200的頂視圖。半導(dǎo)體芯片104有標(biāo)準(zhǔn)8針108的集成電路封裝。其他的實(shí)施例可以有不同數(shù)目的插針。在圖2A中，每個(gè)光電檢測(cè)器是被四種類型之一的集成吸收型染料層102覆蓋(即，F(xiàn)1 110，F(xiàn)2 112，F(xiàn)3 114，和F4 116)，每個(gè)染料層可以是單層或多層結(jié)構(gòu)。著色劑包括顏料，染料等。F1 110是單個(gè)紅色層，F(xiàn)2 112是單個(gè)綠色層，F(xiàn)3 114是深藍(lán)層(從頂部觀看)，它是青色和品紅色雙層(在圖2B中從側(cè)面觀看)，和F4 116是單個(gè)黃色層。
圖2B是圖2A的側(cè)視圖，它表示染料濾波器層102的剖面。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片104包括由四個(gè)光電檢測(cè)器204和四個(gè)染料濾波器層102構(gòu)成(例如，通過沉積)的半導(dǎo)體基片202。每個(gè)染料濾波器層102是與一個(gè)光電檢測(cè)器204集成。在圖2B中，F(xiàn)1 110，F(xiàn)2 112，和F4 116是單層結(jié)構(gòu)，而F3 114是雙層結(jié)構(gòu)。F1 110是單個(gè)紅色層，F(xiàn)2 112是單個(gè)綠色層，F(xiàn)3 114是青色和品紅色雙層，和F4 116是單個(gè)黃色層。在其他的實(shí)施例中，至少有三個(gè)光電檢測(cè)器和對(duì)應(yīng)的染料濾波器102。在其他的實(shí)施例中，染料濾波器層102可以有任何數(shù)目層的各種層結(jié)構(gòu)，且每個(gè)濾波器可以是單層或多層結(jié)構(gòu)(兩層或多層)。
圖3A是在半導(dǎo)體芯片104上有染料濾波器層102的另一個(gè)典型實(shí)施例配置300的頂視圖，它是由五個(gè)光電檢測(cè)器204和五個(gè)染料濾波器層102構(gòu)成。每個(gè)染料濾波器層102是與一個(gè)光電檢測(cè)器204集成。
圖3B是圖3A的側(cè)視圖。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片104包括由五個(gè)光電檢測(cè)器204和五個(gè)染料濾波器層102構(gòu)成的半導(dǎo)體基片202。每個(gè)染料濾波器層102覆蓋一個(gè)光電檢測(cè)器204。在圖3B中，F(xiàn)2 112是單層結(jié)構(gòu)，而F1 110，F(xiàn)3 114，F(xiàn)4 116，和F5 300是雙層結(jié)構(gòu)。其他的實(shí)施例可以有三個(gè)或多個(gè)染料濾波器層102，每個(gè)濾波器層至少是一個(gè)單層，且至少一個(gè)濾波器層是雙層。
圖4-8表示利用圖2A和2B的典型實(shí)施例計(jì)算被測(cè)量的X，Y和Z的三原色值的過程。
圖4是圖2A和2B的典型實(shí)施例的典型濾波器傳輸值的曲線圖。圖4表示4個(gè)濾波器函數(shù)F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，和F4的傳輸值。在圖4中列出的光敏彩色PSC著色劑是一組顏料，它們通常用在半導(dǎo)體器件上制作彩色濾波器層。類似地，包含青，品紅，和黃色著色劑的染料(PSDTM)的著色劑是一組染料，它們通常用在半導(dǎo)體器件上制作彩色濾波器層。其他的實(shí)施例可以包含任何其他的顏料，染料，和適合于半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的著色劑。
圖5是典型的紫外(UV)和紅外(IR)濾波器傳輸值以及圖2A和2B的典型實(shí)施例中歸一化硅光電檢測(cè)器響應(yīng)的曲線圖。我們還畫出典型的硅光電二極管光譜響應(yīng)函數(shù)。圖5表示UV和IR濾波器的傳輸值，需要利用這些濾波器使光到達(dá)比色計(jì)芯片上的光譜范圍變得較窄。
圖6是圖2A和2B的典型實(shí)施例的典型歸一化濾波器檢測(cè)器響應(yīng)的曲線圖。利用圖4所示的濾波器傳輸值與圖5所示的UV和IR和硅光電檢測(cè)器函數(shù)相乘得到這些響應(yīng)函數(shù)。
圖7是用于比較圖2A和2B的典型實(shí)施例的響應(yīng)函數(shù)的最佳擬合與1931 2度CIE彩色匹配函數(shù)的曲線圖。利用圖6所示的響應(yīng)函數(shù)，通過最小平方擬合CIE函數(shù)可以得到這種擬合。
圖8A是利用圖2A和2B的典型實(shí)施例的一組典型公式計(jì)算三原色值。以下的該組公式利用最佳最小平方系數(shù)，用于計(jì)算X，Y，和Z的三原色值。
X＝(F1detector*CX1)+{F2detector*CX2)+(F3detector*CX3)+(F4detector*CX4)；Y＝(F1detector*CY1)+(F2detector*CY2)+(F3detector*CY3)+(F4detector*CY4)；Z＝(F1detector*CX1)+(F2detector*CZ2)+(F3detector*CZ3)+(F4detector*CZ4)； 圖8B是利用圖8A的公式計(jì)算圖7中最佳擬合的典型系數(shù)列表。以下的表格說明最佳擬合系數(shù)Cjk的典型數(shù)值。
利用一種設(shè)計(jì)有集成CIE彩色匹配濾波器的比色計(jì)的方法，可以產(chǎn)生各種典型的實(shí)施例。這種方法可用于計(jì)算濾波器層結(jié)構(gòu)和各層的厚度。從多個(gè)通道中確定一組通道，使該組通道的線性組合可以在容差的范圍內(nèi)匹配一組類似CIE目標(biāo)彩色函數(shù)。每個(gè)通道集成至少一個(gè)檢測(cè)器和至少一個(gè)濾波器到單個(gè)半導(dǎo)體基片上。確定每個(gè)通道的一組濾波器。每個(gè)濾波器是吸收型濾波器，且每個(gè)濾波器至少有一層。至少有這樣一個(gè)通道，其中該濾波器有雙層。確定每層的厚度。從一組著色劑中確定每層的著色劑。在足夠高的信噪比(SNR)下，得到至少有三個(gè)或四個(gè)濾波器的高精確度比色計(jì)，其中每個(gè)濾波器至少是單層，且一層是雙層。這利用最小的成本可以最佳逼近類似CIE目標(biāo)彩色匹配函數(shù)。有良好性能和精確度的其他典型實(shí)施例的比色計(jì)包括單個(gè)雙涂敷濾波器層和三個(gè)單涂敷濾波器層，兩個(gè)雙涂敷濾波器層和兩個(gè)單涂敷濾波器層，和三個(gè)雙涂敷濾波器層和一個(gè)單涂敷濾波器層。一些典型實(shí)施例的濾波器層厚度是在0.50μm與2.00μm之間。專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)明白，各種層結(jié)構(gòu)和厚度的其他組合也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖9A表示一個(gè)典型實(shí)施例的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)900。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)900包含主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)902。主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)902包含計(jì)算機(jī)處理單元(CPU)904和測(cè)試中的監(jiān)測(cè)器906。CPU 904運(yùn)行監(jiān)測(cè)器定標(biāo)裝置并控制紅，綠，和藍(lán)光輸出到測(cè)試中的監(jiān)測(cè)器906。測(cè)試中的監(jiān)測(cè)器906發(fā)射紅，綠，和藍(lán)光并傳輸通過擋光板908，紅外光濾波器910，和紫外光濾波器912，然后到達(dá)有集成染料濾波器的比色計(jì)芯片914。擋光板908限制被檢測(cè)光的角度，而紅外光濾波器910和紫外光濾波器912限制比色計(jì)芯片914所檢測(cè)的光的光譜范圍。然而，其他的實(shí)施例可以不包含這些濾波器或包含一個(gè)或多個(gè)這些濾波器或其他濾波器，根據(jù)需要，它們可以有不同的順序和排列。比色計(jì)芯片914發(fā)送原始計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的輸入到微處理器916，而微處理器916發(fā)送通道選擇器輸入到比色計(jì)芯片914。微處理器916控制比色計(jì)芯片914。在微處理器916與CPU 904之間進(jìn)行雙向通信(例如，利用纜線，USB，或無線裝置)。為了便于說明，雖然微處理器916安裝在外面，但是它可以放置在定標(biāo)器裝置的外殼內(nèi)。微處理器916發(fā)送命令輸入和原始數(shù)據(jù)輸出。本發(fā)明不局限于計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)中各個(gè)部件的任何特定安排。本發(fā)明也不局限于計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)，而可以包括各種其他的比色術(shù)裝置。其他的實(shí)施例可以包括計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器系統(tǒng)中主要部件的各種其他安排，例如，可以組合CPU 904和監(jiān)測(cè)器906。
圖9B表示另一個(gè)典型實(shí)施例的圖9A中計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)900，其中比色計(jì)芯片及其控制微處理器被嵌入在測(cè)試中的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器內(nèi)。圖9B與圖9A中計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)900的不同是，比色計(jì)芯片914及其控制微處理器916被嵌入在測(cè)試中的監(jiān)測(cè)器906。換句話說，比色計(jì)芯片914是直接地固定到測(cè)試中監(jiān)測(cè)器906外殼內(nèi)的測(cè)試中監(jiān)測(cè)器906的屏幕上。
圖10A表示一個(gè)典型實(shí)施例的家庭影院顯示定標(biāo)系統(tǒng)1000。家庭影院顯示器包括等離子體電視(TV)，液晶顯示器(LCD)TV，數(shù)字光處理TM(DLP)TV等。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，主計(jì)算機(jī)CPU 904運(yùn)行家庭影院定標(biāo)裝置。家庭影院的視頻信號(hào)源1002是視頻源，例如，數(shù)字視盤(DVD)播放器或視頻信號(hào)發(fā)生器。主計(jì)算機(jī)CPU 904發(fā)送命令輸出以控制視頻信號(hào)源1002。主計(jì)算機(jī)CPU904與微處理器916進(jìn)行雙向通信。微處理器916是在定標(biāo)器裝置的外殼內(nèi)。微處理器916控制比色計(jì)芯片914，包括發(fā)送通道選擇器輸入到比色計(jì)芯片914。比色計(jì)芯片914有集成染料濾波器，并發(fā)送原始計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)到微處理器916。視頻信號(hào)源1002發(fā)送視頻信號(hào)輸出到測(cè)試中的家庭影院顯示器1004。測(cè)試中的家庭影院顯示器1004發(fā)射光到擋光板908。該光傳輸通過擋光板908到紅外光濾波器910，紫外光濾波器912，然后到達(dá)比色計(jì)芯片914。專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)知道，其他實(shí)施例在其他比色術(shù)裝置中可以有或多或少部件的不同安排，但是，這些其他實(shí)施例仍然是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖10B表示另一個(gè)典型實(shí)施例的圖10A中家庭影院顯示定標(biāo)系統(tǒng)1000，其中比色計(jì)芯片及其控制微處理器被嵌入在測(cè)試中的家庭影院顯示器內(nèi)。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，有集成染料濾波器的比色計(jì)芯片914以及紅外光濾波器910和紫外光濾波器912和包含微處理器控制器916的其他相關(guān)部件都放置在被定標(biāo)的測(cè)試中家庭影院顯示器1004的外殼內(nèi)。換句話說，比色計(jì)芯片914是直接地固定到測(cè)試中家庭影院顯示器的顯示屏幕上。在這種安排下，就不需要圖10A中的擋光板908。同樣地，不同和各種部件的其他安排也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖11A表示一個(gè)典型實(shí)施例的投影儀定標(biāo)系統(tǒng)1100的方框圖，其中比色計(jì)芯片直接觀看從投影儀發(fā)射的光。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，比色計(jì)芯片914直接觀看從投影儀1102發(fā)射的光。信號(hào)源是投影儀驅(qū)動(dòng)器1104，例如，計(jì)算機(jī)視頻卡，或視頻源，例如，DVD播放器或視頻信號(hào)發(fā)生器。主計(jì)算機(jī)CPU 904發(fā)送命令輸出以控制投影儀驅(qū)動(dòng)器1104，而投影儀驅(qū)動(dòng)器1104發(fā)送信號(hào)輸出到投影儀1102。被發(fā)射的光通過投影儀透鏡1106到擋光板908，紅外光濾波器910，紫外光濾波器912，和比色計(jì)芯片914。主計(jì)算機(jī)CPU 904與微處理器916之間進(jìn)行雙向通信。微處理器從比色計(jì)芯片914接收原始計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，并發(fā)送信道選擇器輸入到比色計(jì)芯片914。
圖11B表示另一個(gè)典型實(shí)施例的圖11A中投影儀定標(biāo)系統(tǒng)1100的方框圖，其中比色計(jì)芯片是在從顯示屏反射之后觀看從投影儀發(fā)射的光。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，在從投影儀1102發(fā)射的光通過投影儀透鏡1106之后，比色計(jì)芯片914觀看從顯示屏1108反射的光。同樣地，不同和各種部件的其他安排也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖12表示一個(gè)典型實(shí)施例的環(huán)境光測(cè)量系統(tǒng)1200。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，沒有被定標(biāo)的特定光發(fā)射器。相反地，環(huán)境室內(nèi)光1202是用它的照度和比色計(jì)讀數(shù)描述。專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)知道，環(huán)境光測(cè)量系統(tǒng)1200中不同和各種部件的其他安排也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖13表示一個(gè)典型實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)測(cè)量和控制裝置1300。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，主計(jì)算機(jī)CPU 904發(fā)送命令輸入到LED功率源和控制單元1302，它提供功率源輸出到LED照明陣列1304中的LED。從LED發(fā)射的光被引導(dǎo)到擋光板，紅外光濾波器910，紫外光濾波器912，和比色計(jì)芯片914。專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)知道，LED測(cè)量和控制裝置1300中的不同和各種部件的其他安排也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
我們已描述了在單個(gè)半導(dǎo)體芯片上各個(gè)實(shí)施例的三原色比色計(jì)，在該半導(dǎo)體芯片上至少有三個(gè)檢測(cè)器，在每個(gè)檢測(cè)器上涂敷染料濾波器，每個(gè)濾波器至少有一個(gè)單層，和至少一個(gè)濾波器有雙層。根據(jù)濾波器和檢測(cè)器的輸入，比色計(jì)確定入射光的CIE三原色值。在單個(gè)硅芯片上可以構(gòu)造有集成染料濾波器的比色計(jì)，該芯片包含所有的檢測(cè)器和電子元件，并利用永久沉積的濾波器層涂敷到每個(gè)檢測(cè)器上?？梢灾苯映练e著色劑到檢測(cè)器上，而不是利用濾波器的塑料基片。
本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)，其中包括較高的光學(xué)效率，延長(zhǎng)的壽命，增大的機(jī)械堅(jiān)固性，降低的制造成本，和減小的定標(biāo)成本。因?yàn)楦鱾€(gè)檢測(cè)器之間可以互相對(duì)接，而不需要把它們分隔開，可以實(shí)現(xiàn)較高的光學(xué)效率。這種接近可以減小對(duì)漫射器和透鏡的要求，在過去要求它們?cè)趶?fù)合傳感器的大面積上使光均勻化。在該裝置的給定有效面積上，去掉光學(xué)元件可以提高光的通過量和效率。因?yàn)椴恍枰z粘和機(jī)械固定，可以延長(zhǎng)它的工作壽命。此外，通過沉積多種材料到檢測(cè)器上制成集成染料濾波器，可以增大比色計(jì)的光譜靈敏度的彩色匹配函數(shù)的接近性，從而提高它的準(zhǔn)確性。因?yàn)樘岣吡瞬煌瑔卧g的均勻性，就不需要定標(biāo)每個(gè)單元，從而實(shí)現(xiàn)定標(biāo)成本的減小。而且，可以定標(biāo)一批中的少量代表性單元。此外，比色計(jì)芯片的小尺寸及其相關(guān)的元件可以使完整的比色計(jì)被嵌入在需要測(cè)量的發(fā)光源中，如圖9B和10B所示(而且也可以嵌入在圖11A所示的裝置中)。
我們已經(jīng)描述了各種裝置，其中包括計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)，家庭影院顯示定標(biāo)系統(tǒng)，投影儀定標(biāo)系統(tǒng)，環(huán)境光測(cè)量系統(tǒng)，和發(fā)光二極管(LED)測(cè)量和控制裝置。例如，可以在諸如Spyder2TM的裝置中實(shí)現(xiàn)有按照本發(fā)明集成染料濾波器的比色計(jì)，它可以從Datacolor，Lawrenceville，NJ購(gòu)買到，它這是高級(jí)業(yè)余愛好者，專業(yè)人員，和用戶的比色計(jì)，用于定標(biāo)監(jiān)測(cè)器和建立國(guó)際彩色協(xié)會(huì)(ICC)或其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)顯示規(guī)范，它適用于陰極射線管(CRT)，LCD或筆記本和/或投影顯示器。專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以在許多工業(yè)的許多其他比色術(shù)裝置中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
雖然以上的描述涉及本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，在不偏離以下權(quán)利要求書限定的本發(fā)明基本范圍內(nèi)，可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)彩色測(cè)量裝置，包括多個(gè)光檢測(cè)器；和多種著色劑，它們被永久地沉積到固態(tài)彩色測(cè)量裝置上，著色劑包含在多個(gè)濾波器中，使傳輸通過濾波器的光可以使光檢測(cè)器導(dǎo)致固態(tài)彩色測(cè)量裝置產(chǎn)生有多個(gè)光譜響應(yīng)的輸出，每個(gè)光譜響應(yīng)逼近不同的類似CIE彩色匹配函數(shù)。
2.按照權(quán)利要求1的固態(tài)彩色測(cè)量裝置，其中各個(gè)光檢測(cè)器在固定濾波器之前是完全相同的。
3.按照權(quán)利要求1的固態(tài)彩色測(cè)量裝置，其中每種著色劑有這樣的厚度，使各種著色劑厚度的組合可以產(chǎn)生有光譜響應(yīng)的輸出，該光譜響應(yīng)逼近類似CIE彩色匹配函數(shù)。
4.按照權(quán)利要求1的固態(tài)彩色測(cè)量裝置，其中每種著色劑被永久地沉積到單個(gè)檢測(cè)器上。
5.按照權(quán)利要求1的固態(tài)彩色測(cè)量裝置，其中每種著色劑被永久地沉積到至少兩個(gè)檢測(cè)器上。
6.固態(tài)彩色測(cè)量裝置，其中確定一組著色劑的組合，每個(gè)組合是這樣被確定的，該輸出具有的光譜響應(yīng)的線性組合可以逼近一組類似CIE彩色匹配函數(shù)；且其中一種組合是從有最佳方案并滿足預(yù)定性能準(zhǔn)則的組中選取的，選取的組合被永久地沉積到固態(tài)彩色測(cè)量裝置上。
7.一種比色計(jì)，包括至少有三個(gè)光電檢測(cè)器的半導(dǎo)體基片；至少三個(gè)濾波器，它們被永久地沉積到該至少三個(gè)光電檢測(cè)器上，每個(gè)濾波器至少有一個(gè)單層，且至少一個(gè)濾波器有一個(gè)雙層；和多個(gè)通道，包含光電檢測(cè)器和濾波器，使該多個(gè)通道的多個(gè)光譜響應(yīng)的線性組合逼近一組類似CIE目標(biāo)彩色匹配函數(shù)。
8.按照權(quán)利要求7的比色計(jì)，其中濾波器是與光電檢測(cè)器集成整體。
9.按照權(quán)利要求7的比色計(jì)，其中半導(dǎo)體基片有四個(gè)光電檢測(cè)器。
10.按照權(quán)利要求9的比色計(jì)，其中濾波器包含所有的單層。
11.按照權(quán)利要求7的比色計(jì)，其中濾波器包含一個(gè)雙層和三個(gè)單層。
12.按照權(quán)利要求11的比色計(jì)，其中雙層是青和品紅，而三個(gè)單層是紅，綠，和黃。
13.按照權(quán)利要求9的比色計(jì)，其中濾波器包含兩個(gè)雙層和兩個(gè)單層。
14.按照權(quán)利要求9的比色計(jì)，其中濾波器包含三個(gè)雙層和一個(gè)單層。
15.按照權(quán)利要求7的比色計(jì)，其中每個(gè)濾波器的厚度約在0.50μm與2.00μm之間。
16.按照權(quán)利要求7的比色計(jì)，其中半導(dǎo)體基片上有64個(gè)光電檢測(cè)器。
17.按照權(quán)利要求7的比色計(jì)，其中濾波器是吸收型濾波器。
18.一種包含權(quán)利要求7所述的比色計(jì)的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)是從以下一組中選取的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)器定標(biāo)系統(tǒng)，家庭影院顯示定標(biāo)系統(tǒng)，投影儀定標(biāo)系統(tǒng)，環(huán)境光測(cè)量系統(tǒng)，和LED測(cè)量和控制裝置。
全文摘要
在單個(gè)半導(dǎo)體芯片上制成一種三原色比色計(jì)，該芯片至少有三個(gè)檢測(cè)器，在每個(gè)檢測(cè)器上被涂敷染料濾波器，每個(gè)濾波器至少有一層，而至少一個(gè)濾波器有雙層。根據(jù)濾波器和檢測(cè)器的輸入，比色計(jì)確定入射光的CIE三原色值。在包含全部檢測(cè)器和電子元件的單個(gè)硅芯片上，可以制成有集成染料濾波器的比色計(jì)，而在每個(gè)檢測(cè)器上涂敷被沉積的濾波器層。著色劑可以被直接地沉積到濾波器上，而不是利用濾波器的塑料基片。
文檔編號(hào)G01J3/46GK101095036SQ200580045325
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者布萊恩·萊維, 科爾曼·沙農(nóng), 大衛(wèi)·斯羅庫(kù)姆 申請(qǐng)人:數(shù)據(jù)色彩控股股份公司