專利名稱：具有場可編程門陣列的色度計的制作方法
背景技術：
本發(fā)明涉及一種用于測量光的色彩含量的色度計，其具有模擬可以由CIE配色函數(shù)表示的人眼對色彩的反應的響應，。本發(fā)明特別適于校準彩色監(jiān)視器和彩色視頻顯示器，顯示器可以是陰極射線管型的或是LCD型的。本發(fā)明還用于測量照明的其他光源(發(fā)射型的或反射型的)的色彩特性，如其色溫。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，精確模擬人眼對色彩的反應的色度響應可以用穿過可見光譜的上端的邊緣光學濾波器建立模型，當這種邊緣光學濾波器與光電檢測器成對時，它們具有重疊關系?？梢杂晒怆姍z測器的輸出數(shù)字合成該響應。用色度計進行的測量可以用于以本領域公知的技術校準彩色監(jiān)視器或顯示器。機械和電氣設計使得本發(fā)明的色度計可以以相比于現(xiàn)代的色度計更低廉的成本制造，還可以與現(xiàn)代的色度計兼容的方式使用。
現(xiàn)有的色度計還不能提供精密的色度測量，現(xiàn)有的色度計適合非技術用戶使用，并適用于實驗室之外。如由R.W.G.Hunt發(fā)表的Measuring Colour第二版(1991年由Ellis Horwood Limited發(fā)表)中所述，使用濾波的光電元件的現(xiàn)代的色度計還不能提供精確的色度檢測，這是因為“通常不可能找到這樣的濾波器，當組合了未濾波的光電元件的光譜靈敏度時，產生與X(λ)、Y(λ)和Z(λ)函數(shù)的最佳匹配?！痹贖unt的文章中還談到了，即使采用了可見光譜中的窄間隔，并且使用了最佳加權值來最小化誤差，也不能獲得精確的色度測量(參見，Hunt文章的178-181頁)。由Hunt描述的這種色度計披露在由Vincent提出的于1993年12月21日授權的美國專利5272518中、由Suga提出的于1979年4月24日授權的美國專利4150898中以及由Lutz等人提出的于1992年12月1日授權的美國專利5168320中。
本發(fā)明提供了一種改進的濾波色度計，其使用了邊緣濾波器并采用了數(shù)字處理過程和增量，以提供模擬人眼反應的響應，從而獲得了精確的色度測量。
本發(fā)明提供的色度計還通過使用孔阻擋要被測量的光線和限制顏色的高角度發(fā)射提高了色度測量的準確度，該發(fā)射為由LCD顯示器得到的普通光束。
本發(fā)明提供的色度計的機械和電光結構使其可以以與現(xiàn)代色度計兼容的方式使用，并且可以以與現(xiàn)代色度計相比十分低的成本制造。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種色彩測量裝置。該色彩測量裝置包括多個光電檢測器，用于測量光信號。與光電檢測器耦合的場可編程門陣列從并聯(lián)的光電檢測器讀取數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的更加具體的方面，色彩測量裝置包括多個光學濾波器/光電檢測器對，最好形成矩陣，其中，每個對從被限制了的視場接收光線。通常，視場被在角度上限定，以避免由發(fā)射表面發(fā)出的色彩扭曲、高角度的射線或來自發(fā)射表面的發(fā)射光束到達光電檢測器。該對具有在可見光譜的較長波長端的各不同重疊波長區(qū)域延伸的響應度。邊緣濾波器可以與光電檢測器一同使用，最好提供數(shù)字輸出，以獲得該響應度。數(shù)字處理光電檢測器輸出的變換器將所述成對的響應度轉換為模擬代表人眼的響應度的配色函數(shù)的響應度。其可以是CIECommission Internationable de I’Eclairage x，y和z函數(shù)，通過傳統(tǒng)的函數(shù)處理(參見，如上面引用的Vincent的專利and McLaughlin的于1996年3月12日授權的美國專利5499040)，可以由其獲得CIE三基色數(shù)值X、Y、Z，從而便于使用色度計校準彩色監(jiān)視器和彩色視頻和其他顯示器。


從結合附圖的對下面詳細說明的閱讀，本發(fā)明的上述和其他特點以及優(yōu)點將更加明顯，其中圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的5色度計的主要元件的部件分解透視圖；圖1a是圖1中所示的印刷電路板元件的平面圖；圖2是圖1中所示的色度計的底視圖；圖3是圖1和圖2所示的色度計的剖視圖，剖面沿圖4中的線3-3；圖4是圖1中所示的色度計的剖面圖，剖面沿圖2中的線4-4；
圖5是在前附圖中所示的色度計的剖面圖，剖面沿圖2中的線5-5；圖6和7是說明光線所穿過的色度計的壁上的孔是如何遮蔽并限制光學濾波器/光電檢測器對的視場的射線圖；圖8是用于在前附圖中所示的色度計中的過濾單元的部件分解透視圖；圖9是說明過濾單元的層的層疊關系的過濾單元的剖面圖；圖10是示出色度計和用于利用色度計的輸出校準監(jiān)視器的系統(tǒng)的電路的方框圖；圖11是圖10中的微處理器的程序設計的流程圖，用以獲得刷新速率試樣；圖12是微處理器的程序設計的流程圖，用以合成色度計的響應，并提供模擬CIE配色函數(shù)的響應；圖13、14和15是光譜上的濾波器傳輸率、光譜上的檢測器濾波器對的響應度和模擬配色函數(shù)的響應度的準確度的曲線圖；圖16是包括用于從色度計同時讀取數(shù)據(jù)的場可編程門陣列的控制器的圖；圖17是本發(fā)明的另一實施例中的色度計殼體的橫截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1、2、3、4和5，其示出了具體實施本發(fā)明的色度計，該色度計是由在舌片和凹槽連接件16處接合的前部殼體12和后部殼體14構成的外殼10的一個整體組件。通常為矩形的凹壁18具有孔20的矩陣，其可以沿與壁18的垂直邊緣平行的X和Y坐標軸以相同的距離均勻地彼此間隔。在本實施例中，孔的形狀為橢圓形，其縱軸與X和Y坐標軸即壁18的邊緣成約45°角。當色度計用于執(zhí)行對彩色監(jiān)視器屏幕的色度計測量時，縱軸與水平方向約呈45°。這使得即使在有限的視場范圍內也可以保證有足夠的光線(光子)通過孔。下面結合圖6和7詳細描述視場的這種限制。通常，每個孔20的視場被設計成避免各光電檢測器38和光學濾波器50(下面將詳細描述)之間產生串擾。受到約束的視場避免了色彩效果受到角度的影響而改變，特別是發(fā)生在LCD屏幕的垂直方向上的這種改變?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在上述定向上具有平行側邊和圓形端部的橢圓形孔適于限制視場。
前部殼體12具有從其四個角中的每一個角向內凸出的部件22。這些部件具有圓形舌片24，該舌片用于鎖住在柔軟的橡膠的吸盤26上的定位凹槽。吸盤對彩色監(jiān)視器或顯示器25的屏幕提供輕微壓力，從該屏幕光線通過孔20進入色度計。
管狀柱28用與殼體16相同的塑料模制而成，具有基本上相對于壁18垂直延伸的軸，并與通過孔20的光軸平行。這些柱接收其端部裝配于柱28內部的配合柱30。由印刷電路板32提供的板具有圓形孔34，當殼體安裝到一起時，柱28經過該孔進入并將電路板32鎖定在殼體12和14之間。柱30中的盲孔34可以制出螺紋或螺絲擰緊(未示出)，其穿過柱28內的孔，被接收在制出螺紋的孔34中，用于固定安裝的色度計元件。透明薄膜或薄片36位于壁18的前側的上方，封閉孔20。舌片和凹槽連接件16以及薄片36提供了這樣一個封閉主體除了通過薄片36和孔20的用于色度計測量的光線外，其是不透光的。
印刷電路板具有光電檢測器38的陣列，其與孔20的陣列在數(shù)量和位置關系上相匹配。凸肋40的矩陣由殼體14的后壁延伸，其中的一部分42延伸這樣一個距離即使這些凸肋42足以與印刷電路板32的后部相接觸。這些凸肋42基本上形成了一個矩形的隔間，其密封了光電檢測器38，并防止其間光線的泄露，從而進一步消除了通過孔20并到達光電檢測器38的光線之間的串擾。凸肋40還用于加固殼體14。
光電檢測器38最好是光線-頻率轉換器，其在一個單一芯片內組合了光電二極管和電流-頻率轉換器。這些器件可以由Dallas、Texas的Texas Instruments的零件號碼為TSL235的部件得到。它們提供數(shù)字輸出(脈沖串)，其重復率或頻率與光能級成比例。
印刷電路板32具有開口44的陣列，其與孔20的空間關系相同，位于通過孔20的中心的光軸的延長線上，如圖2和4所示。電路板32具有印刷布線和電氣元件，如電阻和集成電路(IC)芯片48，其安裝在電路板32面對孔20的一側。光電檢測器38安裝在電路板相對的一側。光學濾波器組件50安裝在電路板32面對有孔的壁18的一側。光學濾波器組件為如圖8和9所示的層疊的層狀結構。具有7層過濾材料A到G。其由白明膠構成，每個都提供不同的全通(long-pass)或邊緣型光學濾波器。這些白明膠光學濾波器比用于大部分現(xiàn)代的色度計中的薄膜光學濾波器成本低廉。還可以采用使用可透射的著色墨水的光學濾波器。光學濾波器保持在層狀結構中，其具有與孔18和孔44相似的位置關系的開口，從而使得當光學濾波器50安裝在電路板32上時，光學濾波器元件A到G與各孔對齊。層疊有元件A到G的層中的一個孔位于無遮蔽的區(qū)域M之上。該區(qū)域和孔20上的孔44大約位于光學濾波器陣列的中間。在一個層H中，缺口52提供便于光學濾波器組件50在電路板32上放置和對準的邊緣。
構成組件的層是如聚碳酸脂薄板等材料構成的不透明(如黑色)層H，其位于組件的外側。其中一層面向下，其他層由背面的外側的粘合層L覆蓋。粘結劑可以是壓敏粘結劑，其自身由分離材料覆蓋，以便于光學濾波器組50在電路板32上的安裝。另一粘合層保持安裝帶前部不透明層H的光學濾波器元件A到G。透明層K和附加的粘合層L位于透明層K的背面和后不透明層H的前面。使用適當?shù)男使ぞ撸梢詫訉盈B并按壓到一起，以提供光學濾波器組件50。光學濾波器組件可以批量地、可靠地復制出來，其具有精確的間隔和容差。
參考圖6和7，應當注意，光電檢測器具有位于光電二極管之前的透鏡元件56，其提高了采集的(即通過光學濾波器組件50中的光學濾波器元件的)光線量。根據(jù)電路板32和壁18之間的形狀和空間關系，當色度計安裝在監(jiān)視器或光線由其發(fā)出的其它來源的屏幕上時，孔具有約與水平方向成45°的縱軸，孔20沿垂直方向對著30°(正負15度)的弧，沿水平方向對著44°(正負22°)的弧。由垂直相隔的區(qū)域得到的光線因此被遮蔽，如圖6中的曲線58所示，從而不僅避免了通過不同的孔之間的光線發(fā)生串擾，而且防止了由與光電檢測器38之間的垂直間隔引起的改變顏色的光線的通過。當測量和/或校準顯示色彩改變型的如LCD顯示器的屏幕時，這是一個優(yōu)點。
色度測量系統(tǒng)如圖10所示。該附圖還示出了色度計是如何用于校準監(jiān)視器，以根據(jù)CIE XYZ色系提供精確的色彩和灰度系數(shù)。如果需要的話，色度計系統(tǒng)適于利用其他色系如CIE L*a*b*和CIE Lab色系。試驗中的監(jiān)視器可以是陰極射線管監(jiān)視器或LCD監(jiān)視器或顯示器。在使用陰極射線管監(jiān)視器的情況下，需要對具有高如40或40以上的刷新周期或幀的圖象進行測量。就這點而言，按圖11所示的流程圖編程的系統(tǒng)中的微處理器60可以檢測刷新速度。與帶有孔20(如1平方英寸)的壁18的區(qū)域相等的監(jiān)視器屏幕的區(qū)域或面片(patch)暴露在由監(jiān)視器發(fā)出的光線中。光線穿過組件50的邊緣光學濾波器進入檢測器38。檢測器提供速率的脈沖串形式的數(shù)字輸出，該速率基于光線強度確定。在使用陰極射線管監(jiān)視器的情況下，通過采集或計算與刷新速率相關的時間間隔內的脈沖，可以獲得代表穿過每個邊緣光學濾波器的光線和未濾光的光線的數(shù)字輸出。檢測器38的輸出被多路復用器62多路復用，其在與由微處理器60得到的通道選擇器輸出提供的相似的時間間隔內順序提供脈沖串。由檢測器38的第八檢測器得到的未濾光的光線提供用于檢測刷新速率的輸出，和用于合成模擬CIE色系的響應，即配色函數(shù)，的有效邊緣光學濾波器輸出。微處理器通過通信連接裝置如USB(通用串行總線)或其他通信連接裝置如RS232總線連接到主機，特別是CPU64。CPU64與微處理器60相通信，以檢索色彩測量。
在校準監(jiān)視器的過程中，CPU首先閃現(xiàn)全紅屏幕，并指示微處理器提取光譜數(shù)據(jù)。然后，CPU呈現(xiàn)全部綠色屏幕之后，再呈現(xiàn)藍色的屏幕，以及多級的灰色屏幕，不同于完全的黑色(紅、綠和藍控制在最大值)。
參考圖11，刷新速率由第八檢測輸出獲得。檢測器輸出的頻率或脈沖重復速率被測量。當速率達到最大值(當速率中發(fā)生第一斜率時)，計數(shù)器A被啟動。繼續(xù)測量頻率，直到計數(shù)速率增長到表明頻率或速率達到最大值。然后停止計數(shù)器。由此從屏幕上檢測到最高和最低亮度檢測刷新速率。該刷新速率用于在色度測量期間控制多路復用器的取樣窗和由每個檢測器采集的計數(shù)值。
圖12示出了微處理器60是如何被編程以模擬z配色函數(shù)的。可以通過類似的程序實現(xiàn)其他的配色函數(shù)。該程序使用用于x、y和z函數(shù)的不同的系數(shù)。可以對下面列出的每個光學濾波器檢測器對的方程式執(zhí)行運算，該光學濾波器檢測器對包括基本經過整個可見光譜的光學濾波器檢測器對F/D0，而其他光學濾波器檢測器對相繼經過光譜的上端波長較短的區(qū)域。所述區(qū)域重疊，其中，由第七波段的(通道CHN-7)的上邊緣光學濾波器檢測器對經過的光譜的部分重疊，而第一波段(通道CHN-1)只與未濾光的波段或通道(CHN-0)，即F/D0光學濾波器檢測器對的輸出重疊。通常，系數(shù)的列表如下表所示。其為存儲在微處理器60中的數(shù)字的二維陣列。這些數(shù)字用作下述方程式所列出的算法中的系數(shù)。
數(shù)字的二維陣列存儲在微處理器中。這些數(shù)字用作算法中的系數(shù)Can*，它們是

算法MX(λ)＝FD0*CX0+FD1*CX1+FD2*CX2......+FD7*CY7Y(λ)＝FD0*CY0+FD1*CY1+FD2*CY2......+FD7*CY7Z(λ)＝FD0*CZ0+FD1*CZ1+FD2*CZ2......+FD7*CZ7該系數(shù)由適合于配色函數(shù)的最小均方導出。所使用的方法學在由D.O.Wharmby發(fā)表的標題為“Improvement in the Use of FilterColorimeters”論文中有所描述，其在物理雜志E科學儀表，1975年，Vol.8，41-44頁中出現(xiàn)過。在Wharmby的文章中，嘗試僅使用六個帶通濾波器模擬該函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，使用了全通或邊緣濾波器，其不僅可以具有精確模擬的響應，而且還能夠使用低成本的邊緣光學濾波器，而不用將帶通濾波器分別通過光譜的紅、綠、藍部分。全通濾波器的使用使得可以自由地選擇各濾波器，以匹配各CIE x y z(線條)曲線的斜率。相比之下，帶通濾波器提出一個折中的斜率，以匹配相同函數(shù)的不同斜率。
下面的列表表明適用于具有圖14所示的響應度的濾波器檢測器對的系數(shù)。
系數(shù)的例子

對未濾波波段和經過濾波器組件50中的各濾波器的波段的邊緣濾波器的響應如圖13所示。邊緣(上升沿)的斜率，特別是波段4和5的邊緣的斜率被選擇出來，以便于導出系數(shù)，從而精確模擬配色函數(shù)。配色函數(shù)如圖15所示，合成配色函數(shù)的精確度(即，它們如何與理想的配色函數(shù)相比)如圖15所示。
圖14示出了濾波器檢測器對的響應度。檢測器對經過濾波器獲得的輸出施加其自身的響應度的影響。檢測器響應度的影響是濾波器/檢測器對為檢測器響應度與濾波器傳輸特性的乘積。
參考圖16，本發(fā)明的另一實施例如圖所示，其包括場可編程門陣列。特別是，色度計包括場可編程門陣列，其用于從并聯(lián)的多個濾波器/光電檢測器對讀取數(shù)據(jù)。應當了解，本發(fā)明還適用于其他色彩測量裝置，如分光光度計。
色度計包括由FPGA(場可編程門陣列)和微處理器構成的一個電路，該微處理器為讀取并聯(lián)的多個光電檢測器這一目的而被編程。這種應用被證明提高了讀取濾波器/光電檢測器對的速度N倍，其中，N＝要被讀取的光電檢測器的數(shù)量。通過讀取濾波器/光電檢測器對采集的數(shù)據(jù)直接轉化為色度信息。
主要電路板功能為色彩測量。FPGA裝置(如圖16所示)(例如，由Xilinx，Inc.制造的)由該電路板上的微控制器控制。微控制器和該裝置之間的通信連接包括兩位模式(Mode)總線、4位半字節(jié)(Nibble)總線和選通門。
FPGA裝置由光電檢測器接收八個(8)光頻脈沖串(LTF)。當然，根據(jù)數(shù)據(jù)通道的數(shù)量不同，其可以是任意數(shù)量的。裝置的主要功能是計算脈沖的數(shù)量，該脈沖在特定的時間周期內發(fā)生在8個通道的每個通道中。該時間周期為由微控制器經過4位字節(jié)的Nibble總線載入計數(shù)器的24位數(shù)值。當在該時間周期內發(fā)生第一脈沖和最后一個脈沖時，該裝置還記錄每個通道的計數(shù)值。當微控制器發(fā)出命令時，該裝置將在8個脈沖串采集的信息由Nibble總線返回到微控制器。
操作的四個模式由Mode總線指定。由微控制器驅動的第一模式為寫(Mode＝01)。在該模式下，微控制器將測量時間周期載入到計數(shù)器。數(shù)值為24位，并以4位最高有效四字節(jié)位開始載入。Nibble總線上的數(shù)值與選通脈沖的上升沿一起記錄。六個選通脈沖用于將從最高有效半字節(jié)位到最低有效半字節(jié)位的全部字載入。跟隨在模式轉換為寫驅動選通低之后的軟件指令序列驅動nibble總線傳送下一個計數(shù)值4位載入數(shù)值，并驅動全部6個寫入的選通為高。
在計數(shù)值載入之后，Mode總線將指定其他模式(Mode＝11)。在這種模式下，一個LTF通道(TBD)由FPGA記錄，并被驅動為Nibble總線的最低有效位。Nibble總線(1)在該模式期間驅動為低。FPGA在該模式下連續(xù)驅動Nibble總線，直到該模式被改變。
在微控制器采集關于該LTF的信息之后，其驅動累加模式(Mode＝10)。在這種模式下，F(xiàn)PGA存儲8個通道中每個通道中產生的脈沖的數(shù)量。還存儲每個通道中第一脈沖的計數(shù)值和每個通道中最后一個脈沖的計數(shù)值。每個通道存儲3個24位字。在這種模式下，F(xiàn)PGA驅動選通脈沖線。選通脈沖驅動為高，直到與測量時間周期一同載入的計數(shù)值倒計數(shù)為0。計數(shù)器被允許計算每個第六時鐘。然后，選通脈沖被驅動為低，直到模式改變。當然，可以基于需要的規(guī)格改變定時。在其他三個(3)模式下，選通脈沖是一個輸入信號。
當微控制器發(fā)現(xiàn)累加模式已經完成時(如選通脈沖變低所表明的)，其在此之后驅動模式變換為讀模式(Mode＝00)。在這種模式下，裝置驅動Nibble總線。在累加模式期間，其將采集的數(shù)據(jù)提供到微控制器。讀出的第一數(shù)據(jù)為通道0到7的第一脈沖的的計數(shù)值。接下來讀出的數(shù)據(jù)為通道0到7的最后一個脈沖的計數(shù)值。最后讀出的數(shù)據(jù)為從通道0開始到通道7結束在時間間隔期間產生的脈沖的數(shù)量。8個通道有24個字的數(shù)據(jù)，每通道3個字。每個字在以最低有效半字節(jié)位開始的六個4位半字節(jié)位內讀入。一個半字節(jié)在每次選通脈沖下降和升高時被讀取。該裝置在選通脈沖的上升沿更新為下一個半字節(jié)。讀模式期間讀取了144個半字節(jié)(24個字乘以6個半字節(jié)。FPGA繼續(xù)驅動Nibble總線，直到模式改變。模式改變?yōu)樽x模式之后的軟件指令序列驅動選通脈沖為低，讀取Nibble總線，驅動選通脈沖為高，以讀取144個半字節(jié)。
表-管腳排布-TBD

進一步參考圖16，F(xiàn)PGA分為四個塊控制(CTL)、通道邏輯(CHANLOG)、RAM接口(RAMINT)和RAM輸出(RAMOUT)。下面將詳細描述每個塊。CTL提供對其他邏輯塊的控制。CHANLOG捕捉8LTF，并產生對RAM的寫允許。RAMINT具有用于存儲LTF信息的RAM邏輯，RAMOUT在讀模式期間控制RAM輸出。
出于試驗目的，CLK輸入在CLKOUT被去除。停止傳輸(Pullup)模式、半字節(jié)和選通脈沖。
CTL塊CTL接收模式輸入。它們首先被寄存，以處理由微控制器和FPGA之間的同步導致的亞穩(wěn)定狀態(tài)。由于在時鐘上沒有特別的說明微控制器的輸出和保證模式沒有不正確的記錄，因此，在內部模式寄存器更新以反應新的模式之前，模式呈現(xiàn)兩個時鐘周期。當記錄新的模式時，復位模式用于控制整個裝置的邏輯。
選通脈沖也輸入到CTL。選通脈沖首先被寄存，以處理任何亞穩(wěn)定狀態(tài)，然后被再次寄存，以形成上升和下降沿標志。讀模式下的上升沿標志引起RAM尋址到下一半字節(jié)的過程提前。當讀取RAM數(shù)據(jù)時，可以在選通脈沖為低時獲得數(shù)據(jù)輸出，并可以在跟隨選通脈沖的上升沿之后的第三時鐘周期內獲得下一數(shù)值。
CTL還接收Nibble總線數(shù)據(jù)。在寫模式下選通脈沖的上升沿使得Nibble總線向計數(shù)器并行負載寄存器寫入最低有效半字節(jié)。該寄存器為可以移動4位增量的移位寄存器。當產生選通脈沖的上升沿時，每個低位半字節(jié)將其數(shù)據(jù)移動到下一個最高位半字節(jié)。數(shù)值通過首先移動最高有效半字節(jié)、然后移動最低有效半字節(jié)而被載入。CTL向RAMINT提供該測量周期，其不管復位模式何時發(fā)生都將數(shù)值載入到計數(shù)器。應當注意，寫模式期間由Nibble總線載入的測量周期最好在上升沿選通脈沖之后的三個時鐘周期內保持在總線上。用于寫入測量周期的軟件序列將驅動選通脈沖為低，驅動nibble總線，驅動選通脈沖為高。
當將數(shù)值載入到計數(shù)器時，CTL提供計數(shù)器允許信號，其在累加模式期間允許計數(shù)器減去每個第六時鐘。產生該允許信號的邏輯在復位模式下復位。
CTL還向由內部模式寄存器解碼的其他的塊提供模式標志。其還為選通脈沖和Nibble總線提供三態(tài)允許信號。在累加模式期間選通脈沖被該裝置驅動，否則呈現(xiàn)三態(tài)。Nibble總線在其他模式和讀模式下被驅動，在另外兩個模式下呈現(xiàn)三態(tài)。
CHANLOG塊CHANLOG接收8個LTF通道。其首先寄存8個通道，以去除任何亞穩(wěn)定狀態(tài)。然后再次寄存通道，以形成上升沿檢測信號。該邊緣檢測信號寄存到8位增量寄存器(ICH)。該寄存器在表明模式開始的復位模式下被清零。位0中的1表示脈沖發(fā)生在通道0。位1中的1表明脈沖發(fā)生在通道1。如此等等，ICH的位7的高電平表明脈沖發(fā)生在通道7。
產生的脈沖信號不大于每2μsec 1個脈沖。FPGA操作于6MHz時鐘。ICH寄存器中的1使可以向RAM進行寫入(參見RAMINT塊)。每個通道在8個時鐘周期(循環(huán))內的一個周期內被允許，以產生向RAM的寫允許信號。ICH(0)在周期0期間被允許，ICH(1)在周期1期間被允許，以次類推，ICH(7)在周期7期間可以進行寫入。每個通道在每個1.33μsec(6MHz(＝167ns)乘以8)，其在要求的2μsec范圍之內，發(fā)出一個邊緣檢測信號。循環(huán)值為由計數(shù)器(SMCNT)的3個最低有效位產生的8位解碼數(shù)據(jù)，該計數(shù)器在復位模式下復位(參見RAMOUT)。
周期標志還使得適當?shù)腎CH寄存位在時鐘周期內復位，其后其用作對RAM的寫允許信號。這使得下一個脈沖可以被檢測出來。周期標志還防止了兩個寄存器捕捉寄存的脈沖信號，從而使得在與該周期相關的ICH寄存位被清零時，邊緣信號不會丟失。
CHANLOG還將最高有效地址位輸出到RAMINT的RAM2。在累加模式下，該位由8位寄存位(FCH)形成，每個通道一個數(shù)據(jù)位，基于周期選擇一位輸出到RAMINT。當?shù)谝幻}沖發(fā)生在通道和寫允許信號已經傳輸?shù)絉AMINT時，在FCH中設定一個特殊位。FCH在復位模式下復位，以使RAM2的低地址位存儲第一脈沖的時間。高地址位將存儲最后脈沖的時間(參見RAMINT)。在讀模式期間，最高有效地址位為SMCNT的位3(參見RAMOUT)。
一旦去除了亞穩(wěn)定狀態(tài)，CHANLOG還再次寄存LTF(TBD)。在其他模式期間，第二寄存器的輸出驅動在Nibble總線(0)上。Nibble總線(1)在其他模式期間驅動為低。
RAMINT
RAMINT包括兩個24位寬RAMS(RAM1和RAM2)。向RAM1的輸入為其輸出脈沖。在累加模式期間，該RAM跟蹤具有地址0映射到LTF0到地址7映射到LTF7的每個通道的脈沖的數(shù)量。通過尋址SMCNT的3個最低有效位對RAM尋址(參見RAMOUT)。對循環(huán)的通道進行脈沖檢測時激活的對該RAM的寫允許信號由CHANLOG提供。該RAM在通電時清零，而在累加模式期間不被復位，因此，軟件可以跟蹤每個通道的脈沖計數(shù)值的最后數(shù)值，以確定該周期內真實的計數(shù)值。
輸入到RAM2的數(shù)據(jù)為24位計數(shù)值，其在由CTL提供的測量時間周期內發(fā)生復位模式時被載入。在累加模式，該計數(shù)器被CTL允許，以將每個第六時鐘縮減。當由CHANLOG允許時，計數(shù)器的數(shù)值寫入RAM2，同時寫入RAM1。當檢測到第一脈沖時，低8位地址存儲計數(shù)器的數(shù)值。當檢測到最后的脈沖時，高八位地址存儲計數(shù)器的數(shù)值。地址的3個最低有效位為具有由CHANLOG提供的最高有效位的SMCNT(20)，其是函數(shù)的模式。
選通脈沖在累加模式期間被驅動為高，直到計數(shù)值倒計數(shù)為0，SMCNT(20)等于7。然后允許對RAM的寫入。計數(shù)值倒計數(shù)為零之后等待SMCNT(20)等于7，這使得在允許寫入之前可以在全部8通道采集信息。然后，在累加模式下，RAMINT將選通脈沖變?yōu)榈?，表明模式完成?br> 在讀模式期間，RAMINT將RAM1和RAM2的輸出提供到輸出端。
RAMOUTRAMOUT在讀模式期間提供對RAM數(shù)據(jù)的輸出的控制。當CTL向Nibble總線提供三態(tài)允許信號時(在讀和其他模式下驅動)，RAMOUT控制將12個4位半字節(jié)輸出到Nibble總線。其還產生SMCNT，其在開始新模式(復位模式)下復位。SMCNT提供對RAM的尋址，并用于產生循環(huán)標志(參加CHANLOG)。
RAMOUT產生從0到5計數(shù)的3位計數(shù)值，并用于選擇每字六個半字節(jié)中的一個，其在讀模式期間輸出在Nibble總線上。該計數(shù)值在讀模式下在選通脈沖的上升沿遞增。
SMCNT為5位計數(shù)器，其在累加模式在對每個時鐘計數(shù)。不同通道中的每個時鐘在RAM被尋址。在讀模式下，只有CNTLOW＝5并且產生選通脈沖的上升沿，計數(shù)器才增加。在該情況下，前進RAM地址到下一個字。只有字的所有六個半字節(jié)都已被讀取，該計數(shù)器才向前尋址下一個字。在讀模式期間，當SMCNT(4)設定為1時，訪問RAM，當為0時，訪問RAM2。由此，RAM2的所有16個字都被讀出來(SMCNT＝0到15)，其后跟隨有RAM1的8個字(SMCNT＝16到23)。輸出總共144位半字節(jié)。Nibble總線上的數(shù)據(jù)在選通脈沖的上升沿之后改變約3個時鐘周期。用于讀取RAM的軟件序列將驅動選通脈沖為低，讀取，驅動選通脈沖為高。
該設計適用于SpartanXL XCS05XL裝置。其具有36個4輸入LUT、68個3輸入LUT，可獲得18個CLB浮點、40個IOB浮點。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，可以提供用于光學組件的附件或連接裝置，而不需要固定裝置或粘結劑。
色度計包括光學組件，其控制光線到光學濾波器/光電檢測器對的入射。如此設計塑料殼體，以使得a)根據(jù)印刷電路板(PCB)和組件之間的關系自動對準光學組件；b)根據(jù)“a”中的2D關系固定光學組件；和c)將光學組件以1D(距離)關系固定到PCB組件和檢測器。如橫截面所示。
使用該附件，可以實現(xiàn)用于測量的使用注塑殼體的光學組件的精確和可靠的定位。其消除了對固定裝置或粘結劑的需要，減少了安裝時間。
參考圖17，色度計的外殼如此設計即使得消除了對固定裝置或粘結劑的需要。特別的，注塑外殼包括多個銷，當接合時，其彼此互鎖。銷的接合自動地與裝置的兩半對準，并鎖定該裝置。
色度計包括光擴散器，其被壓入與擴散器的直徑過盈配合的開口。該過盈配合使擴散器精確定位，并將其保持在適當。
從上面的描述中，明顯可以看出，本發(fā)明在色度計特別是改進的數(shù)字色度計上提供了改進的技術。毫無疑問，本領域的技術人員可以對本發(fā)明所描述的色度計及其操作方法作出各種改變和改進。因此，上述說明僅用于示例，而不對本發(fā)明進行限定。
權利要求
1.一種色彩測量裝置，包括外殼；多個光電檢測器，用于響應感測的光線產生數(shù)據(jù)；場可編程門陣列，用于從多個并聯(lián)的光電檢測器讀取數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的色彩測量裝置，還包括多個信號輸出通道，每個都與多個光電檢測器中的一個相連，用于響應感測的光線傳輸由每個光電檢測器產生的數(shù)據(jù)；和場可編程門陣列，其被構型為接收有多個并聯(lián)的信號輸出通道中的一個輸出的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的色彩測量裝置，還包括多個光學濾波器，每個光學濾波器都與多個光電檢測器中的一個成對，每個光學濾波器/光電檢測器對具有在可見光譜的較長波長端不同重疊波長區(qū)域延伸的響應度。
4.根據(jù)權利要求3所述的色彩測量裝置，還包括變換器，其將所述對的響應度轉換為模擬配色函數(shù)的響應度，當所述對暴露于光線以進行色度測量時，其可以提供三基色數(shù)值。
5.根據(jù)權利要求3所述的色彩測量裝置，其中，所述濾波器/光電檢測器對提供多個全波長通過電光濾波器。
6.根據(jù)權利要求3所述的色彩測量裝置，其中，所述濾波器/光電檢測器對以陣列方式設置。
7.根據(jù)權利要求3所述的色彩測量裝置，其中所述濾波器/光電檢測器對中的一個具有在全部可見光譜延伸的響應度。
8.一種用于測量色溫的色度計，包括多個濾波器/光電檢測器對，每個都具有在可見光譜的較長波長端的不同重疊波長區(qū)域延伸的響應度，其色溫由所述色度計測量；場可編程門陣列，其被編程為累加多個并聯(lián)的濾波器/光電檢測器對的每一個的響應度；和轉換器，其用于將響應度轉換為模擬配色函數(shù)的響應度，由該函數(shù)可提供代表所述色溫的數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權利要求8所述的色度計，其中所述光譜由發(fā)射源得到。
10.根據(jù)權利要求9所述的色度計，其中所述發(fā)射源包括光源、視頻顯示器、輻射體和黑體之一。
11.根據(jù)權利要求8所述的色度計，其中，場可編程門陣列包括用于從多個并聯(lián)的濾波器/光電檢測器對中的每一個接收響應度的裝置；用于在預定時間周期內累加響應度的裝置；和用于輸出累加的響應度的裝置。
12.一種用于測量目標的色彩的方法，包括下述步驟用多個濾波器對從目標發(fā)出的光進行濾波；檢測濾波后的光線，并產生代表檢測的濾波后的光線的多個光信號；同時讀取多個光信號；和基于讀取的多個光信號產生輸出信號，其代表目標的色彩。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，讀取步驟包括累加選定時間周期內的多個光信號。
14.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，多個濾波器具有在可見光譜中不均勻分布的光傳輸響應，每個都在可見光譜的較長波長處重疊。
全文摘要
一種可以校準彩色監(jiān)視器的色度計，其設有光電檢測器(38)和光學濾波器對(50)的光度計陣列。濾波器包括全通、邊緣濾波器，其覆蓋了可見光譜上端的重疊區(qū)域，還包括覆蓋了全部可見光譜的濾波器。光電檢測器的輸出被數(shù)字合成，以提供精確模擬由Commission Internationable de I’Eclairage(CIE)xyz(線條)函數(shù)所建立的響應。被模擬的響應由CIE配色函數(shù)表示。對和相關元件安裝在固定于殼體內的印刷電路板(32)上，電路板具有孔的陣列，其在確定了發(fā)出光線的表面的在角度上限定的視場。
文檔編號G01J1/06GK1471636SQ01818131
公開日2004年1月28日 申請日期2001年8月9日 優(yōu)先權日2000年8月29日
發(fā)明者D·斯洛庫姆, D 斯洛庫姆, J·R·路易斯, 路易斯, C·K·默勒, 默勒, J·A·博勒斯, 博勒斯, J·M·伊斯特曼, 伊斯特曼, W·J·福克斯, 福克斯, R·J·格林瓦德, 格林瓦德, R·J·胡特欽森, 胡特欽森 申請人:應用色彩系統(tǒng)公司