專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管亮度和曝光量的測(cè)定軟件的制作方法
由本文件的受讓人共同擁有并通過(guò)被整體引用成為本文件的組成部分的相關(guān)的共同未決的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诒旧暾?qǐng)?zhí)岢鲋栈蛟撊涨昂笙蛎绹?guó)專(zhuān)利和商標(biāo)局提交。該相關(guān)申請(qǐng)是惠普(Hewlett-Packard)字10991888，序列號(hào)一，標(biāo)題是“發(fā)光二極管相對(duì)亮度的硬件模型化”。
本發(fā)明一般地涉及曝光量的精確控制，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及將發(fā)光二極管的光輸出模型化，以便在發(fā)光二極管陣列光輸出隨該部件的溫度和使用時(shí)間變化的情況下，保持曝光量不變。
諸如灰度和彩色成像的高質(zhì)量圖像拍攝需要精密光源?？紤]到他們的體積、價(jià)格、性能和其它質(zhì)量，可選擇各種發(fā)光二極管(LED’s)作為拍攝圖像的光源。不幸的是，發(fā)光二極管的光輸出隨結(jié)溫度和使用年限而變化。由于發(fā)光二極管通電時(shí)發(fā)熱，因此，決定發(fā)光二極管的結(jié)溫度、因此也決定其光輸出的因素之一是發(fā)光二極管通電的時(shí)間量以及工作比。補(bǔ)償這種變化的至少一部分的一種方法是利用光校準(zhǔn)帶。光校準(zhǔn)帶可以與搜索算法一起用來(lái)在圖像拍攝之前設(shè)定照度等級(jí)。該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是圖像拍攝陣列的一部分用來(lái)檢測(cè)校正帶。這減小了任何給定時(shí)刻拍攝的寬度或面積。這種方法另一個(gè)缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮圖像拍攝期間結(jié)溫度的變化。
因此，本領(lǐng)域需要一種不需使用光校準(zhǔn)帶的照度補(bǔ)償方法和設(shè)備。
一個(gè)實(shí)施例在給出一組校準(zhǔn)值、環(huán)境溫度、器件近期通-斷關(guān)系曲線(xiàn)和器件長(zhǎng)期隨時(shí)間變化信息計(jì)算發(fā)光二極管光輸出。一旦發(fā)光二極管光輸出計(jì)算出來(lái)，那么在器件的各種工作條件和使用壽命范圍內(nèi)可以得出幾乎不變的曝光量。環(huán)境溫度靠溫度傳感器獲得。器件近期通-斷關(guān)系曲線(xiàn)用計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器來(lái)調(diào)整。器件長(zhǎng)期隨時(shí)間變化信息和校準(zhǔn)值用非易失性存儲(chǔ)器記錄。校準(zhǔn)值在生產(chǎn)時(shí)測(cè)量和設(shè)定，而且保證在相同條件下每個(gè)器件產(chǎn)生的曝光量幾乎相同。
通過(guò)以下結(jié)合附圖、舉例說(shuō)明本發(fā)明原理的詳細(xì)描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和其它方面將會(huì)變得更清晰。


圖1是拍攝曝光系統(tǒng)的框圖。
圖2是說(shuō)明用來(lái)計(jì)算照度和曝光量的步驟的流程圖。
圖1是拍攝曝光系統(tǒng)100的框圖。中央處理器(CPU)110發(fā)送照度控制信號(hào)116給發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器112和發(fā)光二極管模型102。發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器112連接到發(fā)光二極管陣列114。發(fā)光二極管陣列114為拍攝圖像提供照明。該拍攝曝光系統(tǒng)還有一個(gè)環(huán)境溫度傳感器106。環(huán)境溫度傳感器106的輸出值靠模/數(shù)變換器104來(lái)讀取并傳遞到中央處理器110，非易失性存儲(chǔ)器102連接到中央處理器110，并存儲(chǔ)校準(zhǔn)值和長(zhǎng)期隨時(shí)間變化信息。計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器104也連接到中央處理器110，并且記錄發(fā)光二極管接通和斷開(kāi)時(shí)間。
發(fā)光二極管的光輸出可借助下面的方程式、利用由實(shí)驗(yàn)得出的品質(zhì)因數(shù)T0來(lái)描述 這里L(fēng)OP(T)是在發(fā)光二極管P-n結(jié)的溫度為T(mén)J時(shí)的光輸出，KL是對(duì)應(yīng)于發(fā)光二極管P-n結(jié)的溫度為T(mén)c時(shí)光輸出的測(cè)量常數(shù)。通過(guò)測(cè)量多種結(jié)溫度下的相對(duì)光輸出來(lái)確定T0，然后應(yīng)用指數(shù)擬合法來(lái)確定特定器件的T0。上述方程式以P-n結(jié)溫度度來(lái)描述光輸出。不幸的是，這個(gè)溫度取決于包括環(huán)境溫度、發(fā)光二極管短期和長(zhǎng)期接通-斷關(guān)系曲線(xiàn)，正向電壓，正向電流，發(fā)光二極管效率和熱時(shí)間常數(shù)的許多其他因素。發(fā)光二極管短期通-斷關(guān)系曲線(xiàn)特別重要，因?yàn)樗鼪Q定發(fā)光二極管每次接通和斷開(kāi)的起始溫度。發(fā)光二極管的長(zhǎng)期隨時(shí)間變化信息不如短期經(jīng)歷重要，但是使用幾年后發(fā)光二極管的亮度會(huì)有大約3％的偏差。因此，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，結(jié)溫度遵循如下的加熱曲線(xiàn) 這里Ton是發(fā)光二極管接通時(shí)的起始結(jié)溫度，T∞是發(fā)光二極管接通很長(zhǎng)時(shí)間以后達(dá)到的穩(wěn)態(tài)結(jié)溫度，τ是發(fā)光二極管的熱時(shí)間常數(shù)。當(dāng)發(fā)光二極管斷電時(shí)，結(jié)溫度遵循如下的冷卻曲線(xiàn) 這里Toff是發(fā)光二極管斷電時(shí)的起始結(jié)溫度，Ta是環(huán)境空氣溫度，τ是發(fā)光二極管的熱時(shí)間常數(shù)。
發(fā)光二極管經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，它的亮度稍有減少。時(shí)間t之后的光輸出與初始光輸出對(duì)比的百分率表示為 這里當(dāng)通電時(shí)間t是以小時(shí)計(jì)時(shí)KD是數(shù)量級(jí)約為10-3的常數(shù)。不同的發(fā)光二極管有不同的KD，然而，該值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)或其它方法來(lái)選定，這些方法能用來(lái)產(chǎn)生特定類(lèi)型、構(gòu)造或模型的發(fā)光二極管的長(zhǎng)期亮度退化的適當(dāng)?shù)慕浦怠?br> 圖2是說(shuō)明用來(lái)計(jì)算照度和曝光量的步驟的流程圖。在步驟202，測(cè)量環(huán)境溫度。如果這些步驟在圖1的系統(tǒng)上進(jìn)行，則這將由環(huán)境溫度傳感器106和模/數(shù)變換器108在中央處理器110的控制下進(jìn)行，并把結(jié)果送到中央處理器110。在步驟204，確定結(jié)溫度。在最佳實(shí)施例中，利用方程3、方程4、先前的結(jié)溫度值以及前次確定結(jié)溫度以來(lái)光源接通和斷開(kāi)時(shí)間來(lái)確定結(jié)溫度。如果光源相對(duì)于其熱時(shí)間常數(shù)已經(jīng)斷開(kāi)了很長(zhǎng)時(shí)間，那么結(jié)溫度就是環(huán)境溫度，因此不需要使用這些方程式。這種假定適合于方程3當(dāng)t＞＞τ時(shí)產(chǎn)生的結(jié)果。在步驟206，根據(jù)結(jié)溫度和長(zhǎng)期隨時(shí)間變化信息確定光輸出。在最佳實(shí)施例中，光輸出用方程式1來(lái)計(jì)算，然后光輸出按照利用方程式4確定的百分率降低。在步驟208，利用在步驟206確定的光輸出來(lái)確定曝光量。該曝光量可以用很多方法確定，其中包括用確定曝光時(shí)間的常數(shù)來(lái)除光輸出或者在利用方程式2確定瞬間結(jié)溫度的情況下在時(shí)間上對(duì)方程式1進(jìn)行分步積分，直到得到所需要的曝光量。
在步驟201，確定光源已經(jīng)接通的時(shí)間。如果這些步驟在圖1的系統(tǒng)進(jìn)行，那么光源接通時(shí)間就可以利用從計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器104接收到的信息來(lái)確定。在另一種方法中，由于中央處理器控制光源接通和斷開(kāi)的時(shí)間，所以中央處理器可以計(jì)算出光源接通時(shí)間。在步驟212，把光源接通時(shí)間加到總的接通使用時(shí)間上。該總的接通使用時(shí)間用在方程式4中。在步驟214，確定光源斷開(kāi)時(shí)間。在用不同于接通和斷開(kāi)光源的方法來(lái)控制曝光量的系統(tǒng)中，這個(gè)時(shí)間為0，在這種情況下不需執(zhí)行這一步驟。在判斷框216，參照閾值來(lái)測(cè)定斷開(kāi)時(shí)間。在最佳實(shí)施例中，該閾值比光源的熱時(shí)間常數(shù)大得多。如果斷開(kāi)時(shí)間大于所述閾值，那么處理過(guò)程返回步驟202并再次測(cè)量環(huán)境溫度。如果斷開(kāi)時(shí)間小于所述閾值，那么處理過(guò)程返回步驟204再次計(jì)算結(jié)溫度。
在最佳實(shí)施例中，通過(guò)在拍攝曝光時(shí)間接通發(fā)光二極管陣列來(lái)調(diào)整拍攝曝光量。當(dāng)然還可以采用象打開(kāi)和關(guān)閉快門(mén)的調(diào)整拍攝曝光量的其它各種方法。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以容易地適應(yīng)其它系統(tǒng)，例如采用以下方法在曝光時(shí)斷開(kāi)時(shí)間為零并省去步驟214，直到發(fā)光二極管在各次拍攝之間斷開(kāi)。
根據(jù)以上所述，下面將指出，由本發(fā)明提供的拍攝曝光系統(tǒng)和發(fā)光二極管相對(duì)亮度模型的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，并且避免了由控制微處理器進(jìn)行的復(fù)雜的指數(shù)方程計(jì)算或連續(xù)積分。此外，該系統(tǒng)還可針對(duì)各種熱參數(shù)來(lái)構(gòu)成或者適合于各種曝光量控制機(jī)理。
雖然已對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)特定實(shí)施例作了描述和舉例說(shuō)明，但本發(fā)明不限于所描述和舉例說(shuō)明的各部件的特定形式或安排。本發(fā)明只受權(quán)利要求書(shū)限制。
權(quán)利要求
1．一種圖像拍攝裝置包括光源；確定所述光源的溫度的所述光源的熱模型；所述光源的根據(jù)所述溫度確定所述光源的光輸出的光輸出模型；曝光量調(diào)節(jié)裝置，改變?cè)撜{(diào)節(jié)裝置以便補(bǔ)償用所述模型輸出表示的所述光源的變化。
2．權(quán)利要求1的圖像拍攝裝置，其特征在于所述熱模型具有模型輸入，而所述模型輸入是所述光源接通時(shí)間和斷開(kāi)時(shí)間的指示。
3．權(quán)利要求2的圖像拍攝裝置，其特征在于還包括產(chǎn)生檢測(cè)的環(huán)境溫度的環(huán)境溫度傳感器，其特征在于所述溫度受所述檢測(cè)的環(huán)境溫度的影響。
4．權(quán)利要求3的圖像拍攝裝置，其特征在于所述光源是至少一只發(fā)光二極管。
5．權(quán)利要求4的圖像拍攝裝置，其特征在于所述光源的所述熱模型包括計(jì)算機(jī)執(zhí)行軟件。
6．權(quán)利要求4的圖像拍攝裝置，其特征在于所述光源的所述照度模型包括計(jì)算機(jī)執(zhí)行軟件。
7．權(quán)利要求4的圖像拍攝裝置，其特征在于所述曝光量調(diào)節(jié)裝置改變所述光源的所述接通時(shí)間。
8．一種補(bǔ)償光源變化的方法，所述方法包括確定所述光源的溫度；根據(jù)所述溫度確定所述光源的所述光輸出；以及調(diào)整曝光量以便補(bǔ)償用所述光輸出量表示的所述光源的變化。
9．權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述確定溫度是利用所述光源的接通時(shí)間和斷開(kāi)時(shí)間的指示來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于還包括檢測(cè)環(huán)境溫度并且所述光源是至少一只發(fā)光二極管。
全文摘要
確定發(fā)光二極管的結(jié)溫度。該結(jié)果用來(lái)確定發(fā)光二極管的初始亮度值。該初始亮度值按照由存儲(chǔ)的總的接通使用時(shí)間指示確定的長(zhǎng)期遞減量降低。降低的亮度值用來(lái)為拍攝系統(tǒng)確定曝光量。通過(guò)測(cè)量環(huán)境溫度并且保持由接通時(shí)間和斷開(kāi)時(shí)間確定的運(yùn)行結(jié)溫度,來(lái)確定所述結(jié)溫度。
文檔編號(hào)H04N1/00GK1314610SQ0013744
公開(kāi)日2001年9月26日 申請(qǐng)日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月22日
發(fā)明者P·A·博爾格, K·福里斯特 申請(qǐng)人:惠普公司