[发明专利]量化光源的颜色和强度的系统和方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2010年8月10日提交的美国专利申请号为61/372，247、名称为“量化光的颜色和强度的系统和方法”的临时专利申请的优先权，通过引用该临时专利申请的全部内容援引其于此。

技术领域

本发明主要涉及一种量化光源的颜色和强度的系统和方法，并且更特别地涉及量化包括LEDs（发光二极管）、HBLEDs（高亮度LEDs）以及其他SSL（固态光）源的光源的颜色和强度的系统和方法，其使用C参数来构建光谱功率分布（SPD）的模型，以在制造物件中、在设计使用该物件的流程和产品中、以及在描述/定义该物件中改善测量波长和辐射通量的光学性质的精确性、准确性、可重复性以及有效性。

背景技术

用来量化物件的属性或性能的系统和方法在制造该物件中、设计使用该物件的流程和产品中、以及描述该物件给用户中起到至关重要的作用。

历年来，各种照明产业已开发了用于量化光源的颜色和强度的若干系统或方法。这类系统和方法依赖于由监管机构、产生标准的机关、产业利益相关者和个别组织建立的度量标准（基于特定标准的测量的系统）和测量值（通过测量确定的表示数量、程度或尺寸的数值）。1860年的都市气体法，例如，将一支燃烧的蜡烛的强度量化为公知标准，其引入了度量标准“烛光”的标准定义。1931年，国际照明委员会引入了CIE1931XYZ色彩空间和XYZ色彩坐标。该CIE1931色彩空间建立了用于基于一组数学坐标来描述物件的被感知到的颜色的度量标准。该CIE1931色彩度量标准是基于三个视觉响应函数（函数是两个集合间的关系，其中第二集合的一个元素被分配到第一集合的每个元素，如表达式y=2x中），这些视觉响应函数针对人眼中三种类型的视锥细胞，描述颜色和强度的关系。这些视觉响应函数被称为颜色匹配函数，并产生由被称为三色刺激值的三个值（值为特定大小、数字或数量）组成的颜色表示。由这些CIE三色刺激值，度量标准如相关色温（CCT）、显色指数（CRI）、CIE（x，y）、流明、主波长和麦克亚当椭圆可以被测量或导出。这些给在特定条件下的人类观测者的照明系统量化的度量标准已被制造者、设计者和客户用来将产品分级、计算在新应用中的产品的性能、以及从竞争源中比较产品，其能使制造者、设计者和客户将产品分级、计算在新应用中的产品的性能、以及从竞争源中比较产品。

前述的和被广泛使用的发光度量标准非常适合于被人类观测者量化在特定照明和观测条件下的物件的颜色和强度。由于有许多应用和流程，在其中SSL不是被人眼直接观测，使用用于制造SSLs和设计基于SSLs的照明系统的这些度量标准出现了问题。本发明克服了误用度量标准的这个问题。

此外，有关光源、视场、环境光、瞳孔放大、以及颜色匹配函数（CMF）的相关性和准确性的这些度量标准中的隐含假设，在这些度量标准被用于许多光源，特别是LEDs、HBLEDs和其他SSL源时带来了错误。主波长和发光强度度量标准假设在日光下的人类观测者通过受限制的2或10度视场来观测光源。这些条件常常在测试过程中没有被准确地再现，并且很少适用于当光源被组装成最终产品时光源被实际查看的方式。这些度量标准受到被称为同色异谱的现象的害处，该被称为同色异谱的现象为人类观测者不能由彼此辨别出不同色光源的某种混合。所有这些问题给SSLs的光谱特性的测量带来不确定性，以不利地影响测量的精确性和可重复性。本发明克服了这些限制。

这些问题对产生连续光谱的光源（经典黑体发射体）如在传统灯泡中发现的钨丝具有较少影响。然而，传统光的颜色和强度度量标准已证明不足以量化用于设计、制造和组装流程的SSL源的颜色和强度。例如，如HBLEDs的SSL源被用作光发射的主源。不同于钨丝，HBLEDs不是黑体辐射的发射体。LED通过化合物半导体中电子和空穴的带隙辐射性复合辐射出光。来自SSL的发射光的光谱特征明显地不同于黑体辐射源。由于基本的物理原理从根本上是不同的，使用传统度量标准来表征SSL光源的颜色和强度从根本上是不正确的。本发明克服了该问题。