BRPI0621884A2

BRPI0621884A2 - apparatus and method for determining peak intensity and wavelength

Info

Publication number: BRPI0621884A2
Application number: BRPI0621884-9A
Authority: BR
Inventors: Shane P Robinson; Marc Salsbury; Ian Ashdown
Original assignee: Tir Technology Lp
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2011-12-20
Also published as: RU2009105488A; CN101501465A

Abstract

APARELHO E MéTODO PARA DETERMINAR INTENSIDADE E COMPRIMENTO DE ONDA DE PICO. A presente invenção provê um método e aparelho para determinar intensidade e comprimento de onda de luz de pico. O aparelho compreende um ou mais pares de unidades sensoras para sensorear a luz, uma primeira unidade sensora de um par configurada para sensorear uma primeira intensidade da luz em uma primeira faixa de comprimento de onda predeterminada, com uma primeira responsividade espectral predeterminada, e uma segunda unidade sensora de um par configurada para sensorear uma segunda intensidade da luz na primeira faixa de comprimento de onda predeterminada, com uma segunda responsividade espectral predeterminada. O aparelho compreende adicionalmente um sistema de processamento conectado operativamente a um ou mais pares de unidades sensoras; o sistema de processamento configurado para determinar a intensidade e comprimento de onda de pico para cada uma dentre uma ou mais faixas de comprimento de onda predeterminadas da luz, de acordo com uma ou mais relações funcionais predeterminadas entre cada uma dentre a primeira intensidade e a segunda intensidade.APPARATUS AND METHOD TO DETERMINE INTENSITY AND LONG WAVE LENGTH. The present invention provides a method and apparatus for determining peak light intensity and wavelength. The apparatus comprises one or more pairs of sensor units for sensing light, a first sensor unit of a pair configured to sense a first intensity of light in a first range of predetermined wavelength, with a first predetermined spectral responsiveness, and a second a pair's sensor unit configured to sense a second light intensity in the first predetermined wavelength range, with a second predetermined spectral responsiveness. The apparatus further comprises a processing system operatively connected to one or more pairs of sensor units; the processing system configured to determine the intensity and peak wavelength for each of one or more predetermined wavelength bands of light, according to one or more predetermined functional relationships between each of the first intensity and the second intensity.

Description

"APARELHO E MÉTODO PARA DETERMINAR INTENSIDADE E COMPRIMENTO DE ONDA DE PICO""APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING PEAK WAVE INTENSITY AND LENGTH"

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

A presente invenção relaciona-se a sistemas sensores ópticos e, mais particularmente, a um método e aparelho para determinar intensidades e picos de comprimentos de onda de luz.The present invention relates to optical sensor systems and more particularly to a method and apparatus for determining light wavelength intensities and peaks.

FUNDAMENTOSGROUNDS

E bem conhecido na técnica que a luz emitida de fontes de luz artificiais pode mudar de características, dependendo de um número de fatores tais como temperatura de operação e envelhecimento da fonte de luz, por exemplo. Enquanto a tecnologia está melhorando e diodos emissores de luz (LEDs) estão sendo usados em número crescente de vários tipos de aplicações de iluminação de espaço, atualmente LEDs de alta potência são especificamente propensos a desvios de cor induzidos pela temperatura de operação. Entre os diferentes sistemas de material que são usados hoje em dia para implementar LEDs de alta potência que emitem várias luzes coloridas diferentes, aqueles usados para implementar LEDs vermelhos são tipo mais sensíveis a mudanças de temperatura. Muitas luminárias baseadas em LEDs multicolorido requerem portanto, sistemas de controle com uma forma de realimentação óptica, para serem capazes de manter emissões de luz razoavelmente estáveis. Em particular, é vantajoso medir ambas intensidade e comprimento de onda de luz de pico.It is well known in the art that light emitted from artificial light sources can change characteristics depending on a number of factors such as operating temperature and light source aging, for example. While technology is improving and light-emitting diodes (LEDs) are being used in an increasing number of various types of space lighting applications, currently high power LEDs are specifically prone to operating temperature-induced color shifts. Among the different material systems that are used today to implement high power LEDs that emit several different colored lights, those used to implement red LEDs are more sensitive to temperature changes. Many multi-color LED-based luminaires therefore require control systems with an optical feedback form to be able to maintain reasonably stable light emissions. In particular, it is advantageous to measure both peak light intensity and wavelength.

Métodos e aparelhos para a detecção de luz que é emitida por um LED específico ou tipo de LED, por exemplo, em uma luminária sob condições de operação, são amplamente conhecidos na técnica e prontamente disponíveis. Em adição, os princípios de operação destes dispositivos são descritos em um número de publicações. Muitas destas soluções, entretanto, sofrem de vários tipos de declínios, mais freqüentemente ineficiência de custo. Por exemplo, a Patente dos Estados Unidos No. 4.904.088 descreve um método e aparelho para determinar comprimentos de onda de radiação e potência e radiação de comprimento de onda corrigido de fontes de luz monocromáticas. Esta provê um método de medição optoeletrônico para determinar o comprimento de onda e a potência de comprimento de onda corrigido de fontes de luz monocromáticas. Fotodetectores de resposta global espectral diferente são atuados pelo fluxo de radiação da fonte de luz a ser medida, através de um dispositivo de transferência. Sinais são então produzidos e transmitidos para uma unidade de cálculo, via uma unidade para adquirir e processar os valores de medição. A partir dos sinais acima, uma quantidade específica de comprimento de onda é derivada na unidade de cálculo que é comparada com os dados específicos de comprimento de onda presentes na unidade de memória após uma calibração. Então, o comprimento de onda real da fonte de luz a ser medida pode ser determinado, indicado por uma unidade indicadora, ou fornecido através de uma interface de dados. Quando o comprimento de onda real é conhecido, um fator de correção específico do comprimento de onda pode ser interrogado na unidade de memória, e a potência de comprimento de onda corrigido pode ser calculada na unidade de cálculo. Este aparelho para determinar comprimentos de onda de radiação e potência de radiação de comprimento de onda corrigido é configurado para fontes de luz monocromáticas e pode ser complexo e potencialmente de custo proibitivo para aplicações de ilustração genéricas.Methods and apparatus for detecting light emitted by a specific LED or type of LED, for example in a luminaire under operating conditions, are widely known in the art and readily available. In addition, the operating principles of these devices are described in a number of publications. Many of these solutions, however, suffer from various types of declines, most often cost inefficiencies. For example, United States Patent No. 4,904,088 describes a method and apparatus for determining wavelengths of radiation and wavelength and corrected wavelength radiation from monochromatic light sources. It provides an optoelectronic measurement method for determining wavelength and wavelength corrected power of monochromatic light sources. Different spectral global response photodetectors are actuated by the radiation flux of the light source to be measured via a transfer device. Signals are then produced and transmitted to a unit of calculation via a unit to acquire and process the measured values. From the above signals, a specific amount of wavelength is derived in the unit of calculation that is compared with the specific wavelength data present in the memory unit after a calibration. Then, the actual wavelength of the light source to be measured can be determined, indicated by an indicator unit, or provided through a data interface. When the actual wavelength is known, a specific wavelength correction factor can be interrogated in the memory unit, and the corrected wavelength power can be calculated in the unit of calculation. This apparatus for determining radiation wavelengths and corrected wavelength radiation power is configured for monochromatic light sources and can be complex and potentially cost-prohibitive for generic illustration applications.

Patente dos Estados Unidos No. 4.309.604 descreve um sistema de detecção de comprimento de onda de estado sólido que pode responder a sinais de saída derivados de um dispositivo semicondutor fotoelétrico. O dispositivo semicondutor fotoelétrico compreende pelo menos duas junções PN formadas em diferentes profundidades a partir da superfície do substrato semicondutor. Uma junção PN mais profunda desenvolve um sinal de saída relacionado a componentes de comprimento de onda mais longo da luz incidente nela. Uma junção PN menos profunda desenvolve um sinal de saída relacionado a componentes de comprimento de onda mais curto da luz incidente. Estes dois sinais de saída são logaritimicamente comprimidos e comparados um com o outro. A diferença dos sinais de saída logaritimicamente comprimidos representa a informação de comprimento de onda da luz incidente. O dispositivo semicondutor fotoelétrico entretanto, pode ser complicado e dispendioso de fabricar, devido às junções PN múltiplas, e portanto, pode ser de custo proibitivo para aplicações comuns.United States Patent No. 4,309,604 describes a solid state wavelength detection system that can respond to output signals derived from a photoelectric semiconductor device. The photoelectric semiconductor device comprises at least two PN junctions formed at different depths from the surface of the semiconductor substrate. A deeper PN junction develops an output signal related to longer wavelength components of the light incident on it. A shallow PN junction develops an output signal related to shorter wavelength components of the incident light. These two output signals are logarithmically compressed and compared to each other. The difference in logarithmically compressed output signals represents the wavelength information of the incident light. The photoelectric semiconductor device however can be complicated and costly to manufacture due to multiple PN junctions and therefore can be cost prohibitive for common applications.

A Publicação de Pedido de Patente dos Estados Unidos No. 2004/0022282 descreve um arranjo para monitorar o feixe de radiação principal emitido por uma fonte óptica tal como um diodo laser apresentando um comprimento de onda de emissão nominal. O arranjo inclui primeiro e segundo fotodetectores bem como um elemento seletivo de comprimento de onda. Um módulo divisor de feixe é provido para dividir um feixe secundário do feixe de radiação principal da fonte laser e direcioná-lo para o primeiro fotodetector, via elemento seletivo de comprimento de onda associado. O elemento seletivo de comprimento de onda possui uma característica de transmitância-refletância seletiva de comprimento de onda, por meio da qual o citado feixe secundário é parcialmente propagado na direção do citado primeiro fotodetector e parcialmente refletido a partir do citado elemento seletivo de comprimento de onda, na direção do segundo fotodetector. Os sinais de saída dos fotodetectores possuem intensidades cujos comportamentos são uma função do comprimento de onda e são complementares um ao outro. Circuitos de processamento de sinal são adicionalmente providos, incluindo um módulo somador e um módulo subtrator alimentado com os sinais de saída dos fotodetectores, para gerar um sinal de soma independente do comprimento de onda, indicativo da intensidade da radiação óptica gerada pela fonte óptica, e um sinal de diferença dependente do comprimento de onda, indicativo da diferença entre o comprimento de onda real da radiação gerada pela citada fonte óptica e seu comprimento de onda de emissão nominal. Este arranjo, entretanto, pode ser complicado e de custo proibitivo e pode não ser facilmente integrado em um dispositivo de iluminação.United States Patent Application Publication No. 2004/0022282 describes an arrangement for monitoring the main radiation beam emitted by an optical source such as a laser diode having a nominal emission wavelength. The array includes first and second photodetectors as well as a selective wavelength element. A beam splitter module is provided for splitting a secondary beam from the main radiation beam of the laser source and directing it to the first photodetector via associated wavelength selective element. The selective wavelength element has a selective wavelength transmittance-reflectance feature whereby said secondary beam is partially propagated towards said first photodetector and partially reflected from said selective wavelength element. towards the second photodetector. The photodetector output signals have intensities whose behaviors are a function of the wavelength and are complementary to each other. Signal processing circuits are further provided, including a summing module and a subtractor module fed with photodetector output signals, to generate a wavelength-independent sum signal indicative of the intensity of optical radiation generated by the optical source, and a wavelength dependent difference signal, indicative of the difference between the actual wavelength of radiation generated by said optical source and its nominal emission wavelength. This arrangement, however, can be complicated and cost prohibitive and may not be easily integrated into a lighting device.

Portanto, há uma necessidade de um método e aparelho novo e de custo efetivo para determinar intensidades e comprimentos de onda de pico de luz.Therefore, there is a need for a new and cost effective method and apparatus for determining peak light intensities and wavelengths.

Esta informação fundamental é provida para revelar informação que o requerente acredita ser de possível relevância para a presente invenção. Não é necessariamente pretendida qualquer suposição, nem deveria ser considerado que qualquer informação precedente constitui técnica anterior contra a presente invenção.This fundamental information is provided to disclose information that the applicant believes is of possible relevance to the present invention. No assumption is necessarily intended, nor should it be considered that any prior information constitutes prior art against the present invention.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Um objetivo da presente invenção é prover um método e aparelho para determinar intensidades e picos de comprimentos de onda de luz. De acordo com um aspecto da presente invenção, é provido um método e aparelho para determinar intensidades e picos de comprimentos de onda em uma ou mais faixas de comprimento de onda de luz predeterminadas, o aparelho compreendendo: um ou mais pares de unidades sensoras para sensorear a luz, uma primeira unidade sensora de um par configurado para sensorear uma primeira intensidade da luz em uma primeira faixa de comprimento de onda predeterminada, com uma primeira resposta espectral predeterminada, e uma segunda unidade sensora de um par configurado para sensorear uma segunda intensidade da luz na primeira faixa de comprimento de onda predeterminada, com uma segunda resposta espectral predeterminada; e um sistema de processamento conectado operativamente a um ou mais pares de unidades sensoras, o sistema de processamento configurado para determinar a intensidade e comprimento de onda de pico para cada uma dentre uma ou mais faixas de comprimento de onda predeterminadas da luz, de acordo com uma ou mais relações funcionais predeterminadas entre cada uma dentre a primeira intensidade e a segunda intensidade.An object of the present invention is to provide a method and apparatus for determining light wavelength intensities and peaks. According to one aspect of the present invention, there is provided a method and apparatus for determining wavelength intensities and peaks in one or more predetermined light wavelength ranges, the apparatus comprising: one or more pairs of sensor units for sensing light, a first pair sensing unit configured to sense a first light intensity over a first predetermined wavelength range with a first predetermined spectral response, and a second pair sensing unit configured to sense a second intensity light. light in the first predetermined wavelength range with a second predetermined spectral response; and a processing system operably connected to one or more pairs of sensor units, the processing system configured to determine the peak intensity and wavelength for each of one or more predetermined wavelength ranges of light according to one or more predetermined functional relationships between each of the first intensity and the second intensity.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um método para determinar intensidade e comprimento de onda de luz de pico em uma faixa de comprimento de onda predeterminada, o método compreendendo as etapas de: sensorear uma primeira intensidade da luz na faixa de comprimento de onda predeterminada, com uma primeira resposta espectral predeterminada; sensorear uma segunda intensidade da luz na faixa de comprimento de onda predeterminada, com uma segunda resposta espectral predeterminada; e determinar a intensidade e comprimento de onda de pico na faixa de comprimento de onda predeterminada usando uma relação funcional predeterminada entre a primeira intensidade e a segunda intensidade.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for determining peak light intensity and wavelength in a predetermined wavelength range, the method comprising the steps of: sensing a first light intensity in the range of predetermined wavelength, with a first predetermined spectral response; sensing a second light intensity in the predetermined wavelength range with a second predetermined spectral response; and determining the intensity and peak wavelength in the predetermined wavelength range using a predetermined functional relationship between the first intensity and the second intensity.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho para determinar intensidade e comprimento de onda de pico em uma faixa de luz de comprimento de onda predeterminado, o aparelho compreendendo: primeira unidade sensora para sensorear a luz, a primeira unidade sensora configurada para sensorear uma primeira intensidade da luz na faixa de comprimento de onda predeterminada, com uma primeira resposta espectral predeterminada; e um sistema de processamento conectado operativamente à primeira unidade sensora, o sistema de processamento configurado para tornar seletiva analiticamente a primeira resposta espectral predeterminada da primeira unidade sensora, gerando deste modo uma segunda intensidade da luz, o sistema de processamento adicionalmente configurado para determinar a intensidade e comprimento de onda de pico para a faixa de comprimento de onda predeterminada de luz, de acordo com uma ou mais relações funcionais entre a primeira intensidade e a segunda intensidade. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASAccording to a further aspect of the present invention there is provided an apparatus for determining peak intensity and wavelength in a light range of predetermined wavelength, the apparatus comprising: first light sensing unit, first sensing unit configured to sense a first light intensity in the predetermined wavelength range with a first predetermined spectral response; and a processing system operatively connected to the first sensing unit, the processing system configured to analytically select the first predetermined spectral response of the first sensing unit, thereby generating a second light intensity, the further processing system configured to determine the intensity and peak wavelength for the predetermined wavelength range of light according to one or more functional relationships between the first intensity and the second intensity. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1 ilustra exemplo de espectros de luz mista de três LEDs, sob duas condições de operação diferentes.Figure 1 illustrates an example of mixed light spectra of three LEDs under two different operating conditions.

Figura 2 ilustra exemplo de transmissividades espectrais de filtros ópticos para uso com unidades sensoras de acordo com uma realização da presente invenção.Figure 2 illustrates an example of optical filter spectral transmissivity for use with sensor units in accordance with an embodiment of the present invention.

Figura 3 ilustra características de resposta de um par de unidades sensoras de acordo com uma realização da presente invenção, juntamente com um exemplo de distribuição de potência radiante espectral.Figure 3 illustrates response characteristics of a pair of sensor units in accordance with one embodiment of the present invention, together with an example of spectral radiant power distribution.

Figura 4 ilustra características de resposta de um par de unidades sensoras de acordo com uma outra realização da presente invenção, juntamente com um exemplo de distribuição de potência radiante espectral.Figure 4 illustrates response characteristics of a pair of sensor units according to another embodiment of the present invention, together with an example of spectral radiant power distribution.

Figura 5 ilustra características de resposta de um par de unidades sensoras de acordo com uma outra realização da presente invenção, juntamente com um exemplo de distribuição de potência radiante espectral.Figure 5 illustrates response characteristics of a pair of sensor units according to another embodiment of the present invention, together with an example of spectral radiant power distribution.

Figura 6 ilustra exemplo de transmissividades espectrais de filtros ópticos para uso com unidades sensoras de acordo com uma outra realização da presente invenção.Figure 6 illustrates an example of optical filter spectral transmissivity for use with sensor units in accordance with another embodiment of the present invention.

Figura 7 ilustra uma relação diagramática do sinal da unidade sensora versus comprimento de onda de pico de acordo com uma realização da presente invenção.Figure 7 illustrates a diagrammatic relationship of the sensor unit signal versus peak wavelength in accordance with one embodiment of the present invention.

Figura 8 ilustra uma relação diagramática do sinal da unidade sensora versus diagrama de comprimento de onda de pico de acordo com uma outra realização da presente invenção.Figure 8 illustrates a diagrammatic relationship of the sensor unit signal versus peak wavelength diagram according to another embodiment of the present invention.

Figura 9 ilustra respostas espectrais detectadas e respostas espectrais tornadas analiticamente mais seletivas da luz emitida nas regiões de comprimento de onda vermelho, verde e azul.Figure 9 illustrates detected spectral responses and spectral responses made analytically more selective of light emitted in the red, green and blue wavelength regions.

Figura 10 ilustra uma vista diagramática de um aparelho de acordo com uma realização da presente invenção. Figura 11 ilustra um diagrama com as transmissividades de um par de unidades sensoras de acordo com uma realização da presente invenção.Figure 10 illustrates a diagrammatic view of an apparatus according to an embodiment of the present invention. Figure 11 illustrates a diagram with the transmissivities of a pair of sensor units in accordance with an embodiment of the present invention.

Figura 12 ilustra uma vista diagramática de um aparelho de acordo com uma outra realização da presente invenção.Figure 12 illustrates a diagrammatic view of an apparatus according to another embodiment of the present invention.

Figura 13 ilustra uma vista diagramática de uma implementação de uma realização da presente invenção em uma luminária. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃOFigure 13 illustrates a diagrammatic view of an implementation of an embodiment of the present invention in a luminaire. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

DefiniçõesDefinitions

O termo "elemento emissor de luz" (LEE) é usado para definir qualquer dispositivo que emite radiação em qualquer região ou combinação de regiões do espectro eletromagnético, por exemplo, a região visível, infravermelho e/ou ultravioleta, quando ativado aplicando uma diferença de potencial através dele ou passando uma corrente através dele, por exemplo. Portanto, um elemento emissor de luz pode ter características de emissão espectral monocromáticas, quase monocromáticas, policromáticas ou de faixa larga. Exemplos de elementos emissores de luz incluem diodos emissores de luz de semicondutor, orgânicos ou de polímero/polimérico, diodos emissores de luz revestidos com fósforo bombeados opticamente, diodos emissores de luz de nano-cristal bombeados opticamente, ou outros dispositivos similares como seria prontamente entendido por um especialista na técnica. Adicionalmente, o termo elemento emissor de luz é usado para definir o dispositivo específico que emite a radiação, por exemplo, uma matriz de LED, e pode igualmente ser usado para definir uma combinação do dispositivo específico que emite a radiação, juntamente com um invólucro ou pacote dentro do qual o dispositivo ou dispositivos específicos são colocados.The term "light emitting element" (LEE) is used to define any device that emits radiation in any region or combination of regions of the electromagnetic spectrum, for example, the visible, infrared and / or ultraviolet region, when activated by applying a difference of potential through it or passing a current through it, for example. Therefore, a light emitting element may have monochromatic, near monochrome, polychromatic or broadband spectral emission characteristics. Examples of light-emitting elements include organic or polymer / polymer semiconductor light-emitting diodes, optically pumped phosphor-coated light-emitting diodes, optically pumped nano-crystal light-emitting diodes, or other similar devices as would be readily understood. by an expert in the art. Additionally, the term light-emitting element is used to define the specific device that emits radiation, for example, an LED array, and may also be used to define a combination of the specific device that emits radiation, together with a housing or package into which the specific device or devices are placed.

O termo "intensidade" é usado para definir o quociente de fluxos radiante ou luminoso deixando uma fonte de luz e propagado em um elemento de ângulo sólido contendo uma dada direção pelo elemento de ângulo sólido, de acordo com os padrões da Comissão Internacional da Iluminação™ (CIE).The term "intensity" is used to define the radiant or luminous flux quotient leaving a light source and propagating on a solid angle element containing a given direction by the solid angle element, according to International Commission on Illumination standards ™. (CIE).

O termo "cromaticidade" é usado para definir a impressão de cor percebida da luz de acordo com um dos padrões da Comissão Internacional da Iluminação™ (CIE).The term "chromaticity" is used to define the perceived color impression of light according to one of the International Commission on Illumination (CIE) standards.

O termo "gama" é usado para definir os diversos valores de cromaticidade que uma luminária é capaz de alcançar.The term "gamma" is used to define the various chromaticity values that a luminaire is capable of achieving.

O termo "fluxo radiante espectral" é usado para definir a potência radiante por unidade de comprimento de onda a um comprimento de onda λ.The term "spectral radiant flux" is used to define the radiant power per unit wavelength at a wavelength λ.

O termo "distribuição de potência espectral" é usado para definir a distribuição do fluxo radiante espectral através de uma faixa predeterminada de comprimentos de onda, de acordo com padrões da Comissão Internacional da Iluminação™ (CIE).The term "spectral power distribution" is used to define the distribution of spectral radiant flux over a predetermined range of wavelengths, in accordance with International Commission on Illumination (CIE) standards.

O termo "comprimento de onda de pico" é usado para definir o comprimento de onda no máximo de uma dada distribuição de potência espectral, de acordo com os padrões da Comissão Internacional da Iluminação™ (CIE).The term "peak wavelength" is used to define the maximum wavelength of a given spectral power distribution according to International Commission on Illumination (CIE) standards.

O termo "resposta espectral" é usado para definir a resposta de um sensor por unidade de comprimento de onda a um comprimento de onda λ.The term "spectral response" is used to define the response of a sensor per unit wavelength to a wavelength λ.

O termo "resolução espectral" é usado para definir a separação mínima entre dois comprimentos de onda diferentes no espectro óptico, conforme pode ser distinguido pelo sensor. Isto é quantificado pela separação Δλ, onde λ é o comprimento de onda medido.The term "spectral resolution" is used to define the minimum separation between two different wavelengths in the optical spectrum, as can be distinguished by the sensor. This is quantified by the separation Δλ, where λ is the measured wavelength.

Conforme usado aqui, o termo "cerca de" refere-se a variação de ±10% do valor nominal. Deve ser entendido que tal variação está sempre incluída em qualquer valor dado provido aqui, seja ou não especificamente referido.As used herein, the term "about" refers to a ± 10% change in nominal value. It should be understood that such variation is always included in any given value provided herein, whether or not specifically referred to.

A menos que definido em contrário, todos os termos técnicos e científicos usados aqui possuem o mesmo significado comumente entendido por um especialista na técnica à qual esta invenção pertence.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

A presente invenção provê um método e aparelho para determinar intensidades e comprimentos de onda de pico de luz. A invenção pode ser usada em um número de aplicações diferentes. Por exemplo, esta pode ser embutida em um sistema de controle de realimentação para monitorar e estabilizar emissões de luz de uma luminária baseada em LEE multicolorido, ou pode ser usada em uma aplicação de espectroscopia isolada para investigar a luz emitida por um outro tipo de luz.The present invention provides a method and apparatus for determining peak light intensities and wavelengths. The invention may be used in a number of different applications. For example, it can be embedded in a feedback control system to monitor and stabilize light emissions from a multicolored LEE-based luminaire, or it can be used in an isolated spectroscopy application to investigate light emitted by another type of light. .

O aparelho para determinar intensidades e comprimentos de onda de luz de pico compreende um sistema de processamento e um ou mais pares de unidades sensoras. Cada unidade sensora de um par provê uma resposta diferente dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada. Por exemplo, a porção de comprimento de onda do vermelho, porção de comprimento de onda do verde, porção de comprimento de onda do azul ou similar. Cada unidade sensora do par sensoreia luz dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada, em cada unidade sensora do par gera o sinal que é indicativo de uma intensidade dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada da luz sensoreada com base na resposta da unidade sensora específica.The apparatus for determining peak light intensities and wavelengths comprises a processing system and one or more pairs of sensor units. Each sensor unit of a pair provides a different response within a predetermined wavelength range. For example, the wavelength portion of red, the wavelength portion of green, the wavelength portion of blue or the like. Each pair sensor unit senses light within a predetermined wavelength range, at each pair sensor unit generates the signal that is indicative of an intensity within the predetermined wavelength range of the sensed light based on the response of the sensing unit. specific.

O sistema de processamento é conectado a um ou mais pares de unidades sensoras que pode controlar e adquirir dados a partir delas. O sistema de processamento utiliza certas relações funcionais entre as respostas espectrais de cada unidade sensora de um par que se correlacionam às intensidades adquiridas por unidade sensora de um par de unidades sensoras, para determinar o comprimento de onda de pico e intensidade total da luz emitida dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada.Em uma realização da presente invenção, as respostas espectrais de cada unidade sensora de um par são selecionadas no sensoreado que a relação entre sua saída respectiva provê um nível desejado de resolução para identificar picos de comprimento de onda de um ou mais elementos emissores de luz gerando luz dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada, deste modo habilitando a realimentação óptica para um sistema de controle ou controlador para manter ou obter uma cor de luz desejada.The processing system is connected to one or more pairs of sensor units that can control and acquire data from them. The processing system utilizes certain functional relationships between the spectral responses of each sensor unit of a pair that correlate with the acquired intensities per sensor unit of a pair of sensor units, to determine the peak wavelength and total intensity of light emitted within. In one embodiment of the present invention, the spectral responses of each sensing unit of a pair are selected on the sensor that the ratio of their respective output provides a desired level of resolution to identify peak wavelengths. one or more light emitting elements generating light within the predetermined wavelength range, thereby enabling optical feedback to a control system or controller to maintain or obtain a desired light color.

Em uma realização, um aparelho de acordo com a presente invenção pode prover um meio para a avaliação do desvio de emissão de comprimento de onda de um ou mais elementos emissores de luz, gerando luz dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada.In one embodiment, an apparatus according to the present invention may provide a means for evaluating the wavelength emission offset of one or more light emitting elements, generating light within the predetermined wavelength range.

Figura 1 ilustra exemplo de espectros de uma luminária baseada em LEE multicolorido com três LEE de cores diferentes sob condições de operação T1 501 e T2 502. A natureza geral da luz com componentes multicoloridos de faixa estreita pode ser identificada conforme ilustrado na Figura 1.Figure 1 illustrates example spectra of a multicolored LEE-based luminaire with three different colored LEE under T1 501 and T2 502 operating conditions. The general nature of light with narrow-band multicolored components can be identified as illustrated in Figure 1.

Com referência adicional à Figura 1, variações na luz emitida a partir de uma luminária baseada em LEE de três cores com temperatura de operação variável pode também ser identificada. Para fins de ilustração, as condições de temperatura de operação desta luminária baseada em LEE são simplificadas para serem iguais para todas as três cores de LEE. As temperaturas de operação são denotadas por T1 501 e T2 502, com T1 501 maior que T2 502. Por várias razões que são enraizadas nas características dos materiais que são usados para fabricar os LEE, a composição espectral da luz emitida por um LEE geralmente apresenta desvio de vermelho e alargamento espectral com o aumento da temperatura de operação. As quantidades pelas quais os comprimentos de onda de pico se deslocam para comprimentos de onda mais altos, ou energias mais baixas, é geralmente maior para os LEE vermelhos do que para os LEE verde e azul, devido às características do tipo de material usado para fabricar estas diferentes cores de LEE. É notado que outros sistemas baseados em LEE ou em outros materiais podem apresentar características diferentes.With additional reference to Figure 1, variations in light emitted from a three-color LEE-based luminaire with variable operating temperature can also be identified. For illustration purposes, the operating temperature conditions of this LEE-based luminaire are simplified to be the same for all three LEE colors. Operating temperatures are denoted by T1 501 and T2 502, with T1 501 greater than T2 502. For various reasons that are rooted in the characteristics of the materials that are used to make LEE, the spectral composition of light emitted by an LEE generally exhibits red shift and spectral widening with increasing operating temperature. The quantities by which peak wavelengths shift to higher wavelengths, or lower energies, is generally higher for red LEEs than for green and blue LEEs, due to the characteristics of the type of material used to fabricate. these different colors of LEE. It is noted that other systems based on LEE or other materials may have different characteristics.

Unidades SensorasSensing Units

No sensoreado de ser capaz de resolver um certo número de picos no espectro da luz sensoreada, um aparelho de acordo com a presente invenção requer um ou mais pares de unidades sensoras para cada um dos picos a serem resolvidos. Em uma realização da presente invenção, o número de pares de unidades sensoras por aparelho pode ser maior, por exemplo, se o aparelho é usado para monitorar LEE individuais para controle de realimentação de uma luminária baseada em LEE. Cada unidade sensora de um par é caracterizada por resposta espectral diferente à luz dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada. Em uma realização, fora da faixa de comprimento de onda predeterminada, a resposta espectral de cada unidade sensora de um par pode ser substancialmente zero.In sensing being capable of resolving a number of peaks in the sensed light spectrum, an apparatus according to the present invention requires one or more pairs of sensor units for each of the peaks to be resolved. In one embodiment of the present invention, the number of sensor unit pairs per apparatus may be higher, for example, if the apparatus is used to monitor individual LEE for feedback control of a LEE-based luminaire. Each sensor unit of a pair is characterized by a different spectral response to light within a predetermined wavelength range. In one embodiment, outside the predetermined wavelength range, the spectral response of each sensor unit of a pair may be substantially zero.

Cada unidade sensora pode ser configurada de um número de modos diferentes, desde que uma unidade sensora específica seja espectralmente sensível dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada selecionada. Em uma realização da presente invenção, uma unidade sensora pode ser configurada como uma combinação de um sensor óptico faixa larga juntamente com um filtro, onde a configuração do filtro pode definir a faixa de comprimento de onda predeterminada. Desta maneira, um filtro pode bloquear substancialmente a luz apresentando comprimentos de onda fora da faixa de comprimento de onda predeterminada.Each sensor unit may be configured in a number of different ways, provided that a specific sensor unit is spectrally sensitive within a selected predetermined wavelength range. In one embodiment of the present invention, a sensor unit may be configured as a combination of a wideband optical sensor together with a filter, where the filter configuration may define the predetermined wavelength range. In this way, a filter can substantially block light having wavelengths outside the predetermined wavelength range.

Em uma outra realização, uma unidade sensora pode ser configurada como um sensor óptico de faixa estreita com uma resposta espectral dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada. Em uma realização adicional, uma unidade sensora pode ser configurada como um sensor óptico de faixa estreita com uma resposta espectral variável, onde uma unidade sensora pode ser sintonizada para coletar informação indicativa da luz emitida dentro de diferentes faixas de comprimentos de onda predeterminadas.In another embodiment, a sensor unit may be configured as a narrowband optical sensor with a spectral response within the predetermined wavelength range. In a further embodiment, a sensor unit may be configured as a narrowband optical sensor with a variable spectral response, where a sensor unit may be tuned to collect information indicative of the light emitted within different predetermined wavelength ranges.

Em uma realização da presente invenção, um par de unidades sensoras é configurada no sensoreado de que sua resposta espectral é complementar, deslocada em comprimento de onda ou similar, dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada à qual o par de unidades sensoras é predominantemente responsivo.In one embodiment of the present invention, a pair of sensor units is configured in the sensorate that their spectral response is complementary, wavelength shifted or the like within the predetermined wavelength range to which the pair of sensor units is predominantly responsive. .

Em uma realização da presente invenção, a resposta espectral relativa de cada unidade sensora de um par é substancialmente similar, entretanto as respostas espectrais são deslocadas em comprimento de onda uma em relação à outra. O deslocamento de comprimento de onda relativo entre as respostas espectrais do par de unidades sensoras pode ser configurado para ser uma porção ou igual à faixa de comprimento de onda predeterminada. Por exemplo, em uma realização da presente invenção, uma primeira unidade sensora tem uma primeira resposta espectral e a segunda unidade sensora do par tem uma resposta espectral que foi deslocada em comprimento de onda de uma quantidade predeterminada acima ou abaixo daquela da primeira unidade sensora. Por exemplo, a quantidade predeterminada pode estar entre 1 e 40 nm, 5 e 30 nm, 10 e 20 nm ou similar.In one embodiment of the present invention, the relative spectral response of each sensor unit of a pair is substantially similar, however the spectral responses are shifted in wavelength relative to each other. The relative wavelength shift between the spectral responses of the pair of sensor units may be configured to be a portion or equal to the predetermined wavelength range. For example, in one embodiment of the present invention, a first sensor unit has a first spectral response and the second sensor unit of the pair has a spectral response that has been wavelength shifted above or below that of the first sensor unit. For example, the predetermined amount may be between 1 and 40 nm, 5 and 30 nm, 10 and 20 nm or the like.

A seleção de um deslocamento de comprimento de onda relativo da resposta espectral de uma unidade sensora de um par de unidades sensoras, pode ser selecionada no sensoreado de que a avaliação do comprimento de onda de pico de luz emitida dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada pode ser determinada com um nível de precisão desejado.The selection of a relative wavelength shift of the spectral response of a sensor unit from a pair of sensor units may be selected in the sensor that the light peak wavelength assessment emitted within the predetermined wavelength range can be determined to a desired level of accuracy.

Em uma realização da presente invenção, e tendo em vista a Figura 2, que ilustra exemplo de transmissividades espectrais de seis filtros ópticos que podem ser usados em combinação com sensores de faixa larga para implementar seis unidades sensoras, que podem formar três pares de unidades sensoras. Cada um dos três pares de unidades sensoras é configurado para ser responsivo a respectiva faixa de comprimento de onda predeterminada, e neste exemplo estas faixas de comprimento de onda predeterminadas estão na região de comprimento de onda do vermelho, região de comprimento de onda do azul e região de comprimento de onda do verde. Nesta realização da presente invenção, as respostas espectrais de cada unidade sensora de um par são substancialmente idênticas, onde um deslocamento de comprimento de onda de 20 nm na resposta espectral relativa é provido entre uma primeira unidade sensora de um par e uma segunda unidade sensora do par. Nesta realização, e tendo em vista particularmente a faixa de comprimento de onda predeterminada na região de comprimento de onda do vermelho, o par de unidades sensoras compreende uma primeira unidade sensora formada a partir de um sensor óptico de faixa larga e um filtro óptico apresentando uma transmissividade conforme definido por 210 e uma segunda unidade sensora formada a partir de um sensor óptico de faixa larga e um filtro óptico apresentando uma transmissividade conforme definido por 212.In one embodiment of the present invention, and in view of Figure 2, illustrating exemplary spectral transmissivity of six optical filters that can be used in combination with wideband sensors to implement six sensor units, which can form three pairs of sensor units. . Each of the three pairs of sensor units is configured to be responsive to the respective predetermined wavelength range, and in this example these predetermined wavelength ranges are in the wavelength region of red, the wavelength region of blue and wavelength region of the green. In this embodiment of the present invention, the spectral responses of each sensor unit of a pair are substantially identical, where a wavelength shift of 20 nm in the relative spectral response is provided between a first sensor unit of a pair and a second sensor unit of the pair. pair. In this embodiment, and particularly in view of the predetermined wavelength range in the wavelength region of red, the pair of sensor units comprises a first sensor unit formed from a wideband optical sensor and an optical filter having a transmissivity as defined by 210 and a second sensor unit formed from a wideband optical sensor and an optical filter having a transmissivity as defined by 212.

Em uma outra realização da presente invenção, um par de unidades sensoras pode ser configurado para apresentar respostas espectrais conforme ilustrado na Figura 3. Nesta configuração, uma primeira unidade sensora tem uma resposta espectral 214 que é substancialmente constante para uma primeira porção e decresce em rampa através de uma região de comprimento de onda definida até substancialmente zero. Uma segunda unidade sensora possui uma resposta espectral 216 que é substancialmente zero para uma primeira porção e cresce em rampa através da região de comprimento de onda definida, até um nível substancialmente constante. Esta região de comprimento de onda definida pode ser uma parte ou toda a faixa de comprimento de onda predeterminada. Em uma realização, a região de comprimento de onda definida é a distribuição de potência radiante espectral esperada 218 da luz a ser sensoreada. Nesta configuração de um par de unidades sensoras, a resposta espectral das unidades sensoras individuais é substancialmente complementar.In another embodiment of the present invention, a pair of sensor units may be configured to display spectral responses as shown in Figure 3. In this configuration, a first sensor unit has a spectral response 214 that is substantially constant for a first portion and decreases in ramp. across a defined wavelength region to substantially zero. A second sensor unit has a spectral response 216 that is substantially zero for a first portion and ramps through the defined wavelength region to a substantially constant level. This defined wavelength region may be part or all of the predetermined wavelength range. In one embodiment, the defined wavelength region is the expected spectral radiant power distribution 218 of the light to be sensed. In this configuration of a pair of sensor units, the spectral response of the individual sensor units is substantially complementary.

Em uma outra realização da presente invenção, um par de unidades sensoras pode ser configurado para apresentar respostas espectrais conforme ilustrado na Figura 4. Nesta configuração, uma primeira unidade sensora tem uma resposta espectral 220 que é substancialmente constante para uma primeira porção e decresce em rampa através de uma região de comprimento de onda definida até substancialmente zero. Uma segunda unidade sensora possui uma resposta espectral 222 que é substancialmente similar à da primeira unidade sensora, entretanto o decrescimento em rampa da resposta espectral ocorre em um comprimento de onda maior. A região de comprimento de onda definida pode ser uma parte ou toda a faixa de comprimento de onda predeterminada. Em uma realização, a região de comprimento de onda definida é a distribuição de potência radiante espectral esperada 224 da luz a ser sensoreada. Nesta configuração de um par de unidades sensoras, a resposta espectral das unidades sensoras individuais é substancialmente deslocada em comprimento de onda uma em relação à outra.In another embodiment of the present invention, a pair of sensor units may be configured to have spectral responses as shown in Figure 4. In this configuration, a first sensor unit has a spectral response 220 that is substantially constant for a first portion and decreases in ramp. across a defined wavelength region to substantially zero. A second sensor unit has a spectral response 222 that is substantially similar to that of the first sensor unit, however the ramp-down of the spectral response occurs at a longer wavelength. The defined wavelength region may be part or all of the predetermined wavelength range. In one embodiment, the defined wavelength region is the expected spectral radiant power distribution 224 of the light to be sensed. In this configuration of a pair of sensor units, the spectral response of the individual sensor units is substantially offset in wavelength relative to one another.

Em uma outra realização da presente invenção, um par de unidades sensoras pode ser configurado para ter respostas espectrais conforme ilustrado na Figura 5. Nesta configuração, uma primeira unidade sensora e uma segunda unidade sensora possuem respostas espectrais substancialmente estreitas 226 e 228, respectivamente, que são deslocadas em comprimento de onda uma em relação a outra. Em uma realização, o deslocamento de comprimento de onda pode ser selecionado para abranger parte ou toda a faixa de comprimento de onda predeterminada. Em uma realização, o deslocamento de comprimento de onda pode ser selecionado para abranger a distribuição de potência radiante espectral esperada 230 da luz a ser sensoreada.In another embodiment of the present invention, a pair of sensor units may be configured to have spectral responses as illustrated in Figure 5. In this configuration, a first sensor unit and a second sensor unit have substantially narrow spectral responses 226 and 228, respectively, which are shifted in wavelength relative to each other. In one embodiment, the wavelength offset may be selected to cover part or all of the predetermined wavelength range. In one embodiment, the wavelength shift may be selected to encompass the expected spectral radiant power distribution 230 of the light to be sensed.

Em uma outra realização da presente invenção, um par de unidades sensoras pode ser configurado para ter respostas espectrais conforme ilustrado na Figura 6. Nesta configuração, uma primeira unidade sensora é formada a partir de um sensor óptico de faixa larga e um primeiro filtro fabricado de um material específico e apresentando uma primeira espessura. A segunda unidade sensora é formada a partir de um sensor óptico de faixa larga e um segundo filtro fabricado do mesmo material específico modo de alarme apresentando uma segunda espessura, onde a segunda espessura é maior que a primeira espessura. Nesta configuração de um par de unidades sensoras, a segunda unidade sensora tem uma resposta espectral mais estreita quando comparada com a da primeira unidade sensora e portanto, esta configuração relativa de um par de unidades sensoras pode prover uma redução na conversação cruzada entre elas. Por exemplo, Figura 6 ilustra as respostas espectrais de um filtro de vermelho 252 possuindo uma espessura e um filtro de vermelho 257 possuindo uma segunda espessura que é cerca de quatro vezes a primeira espessura. Também são ilustradas na Figura 6, as respostas espectrais de um filtro de verde 251 e um filtro doe verde 256 que é cerca de quatro vezes mais grosso, um filtro de azul 250 e um filtro de azul 255 que é cerca de quatro vezes mais grosso.In another embodiment of the present invention, a pair of sensor units may be configured to have spectral responses as illustrated in Figure 6. In this configuration, a first sensor unit is formed from a wideband optical sensor and a first filter fabricated from a specific material and having a first thickness. The second sensor unit is formed from a wideband optical sensor and a second filter made of the same alarm mode specific material having a second thickness, where the second thickness is greater than the first thickness. In this configuration of a pair of sensor units, the second sensor unit has a narrower spectral response as compared to that of the first sensor unit and therefore, this relative configuration of a pair of sensor units may provide a reduction in cross talk between them. For example, Figure 6 illustrates the spectral responses of a red filter 252 having a thickness and a red filter 257 having a second thickness that is about four times the first thickness. Also illustrated in Figure 6 are the spectral responses of a green filter 251 and a green filter 256 which is about four times thicker, a blue filter 250 and a blue filter 255 that is about four times thicker. .

Como seria conhecido de um especialista na técnica, a transmitância espectral de um filtro óptico volumoso pode ser definida pela lei de Beer, conforme segue:As would be known to one skilled in the art, the spectral transmittance of a large optical filter can be defined by Beer's law as follows:

I(x) = I(O) *eχρ(1η(α(λ)) *x (1)I (x) = I (O) * eχρ (1η (α (λ)) * x (1)

onde I(x) é a intensidade da luz a uma distância χ da superfície do filtro, I(O) é a intensidade da luz incidente e é a constante de atenuação dependente do comprimento de onda que é tipicamente determinada experimentalmente.where I (x) is the light intensity at a distance χ from the filter surface, I (O) is the incident light intensity and is the wavelength-dependent attenuation constant that is typically determined experimentally.

Em uma outra realização da presente invenção, o deslocamento de comprimento de onda de filtros de interferência multicamada ou ângulo de luz incidente pode ser vantajosamente usado para implementar um par de unidades sensoras. Por exemplo, uma primeira unidade sensora pode compreender um sensor óptico e um filtro e a segunda unidade sensora pode ser formada do mesmo sensor óptico e filtro, onde o filtro da segunda unidade sensora é inclinado com respeito ao filtro da primeira unidade sensora. Desta maneira, a resposta espectral da segunda unidade sensora pode ser deslocada em comprimento de onda com respeito à resposta espectral da primeira unidade sensora.In another embodiment of the present invention, the wavelength shift of multilayer interference filters or incident light angle may be advantageously used to implement a pair of sensor units. For example, a first sensor unit may comprise an optical sensor and a filter and the second sensor unit may be formed of the same optical sensor and filter, where the filter of the second sensor unit is inclined with respect to the filter of the first sensor unit. In this way, the spectral response of the second sensor unit may be shifted in wavelength with respect to the spectral response of the first sensor unit.

Em uma realização da presente invenção, mais de um par de unidades sensoras são usados para avaliar a emissão de uma fonte de luz com uma faixa de comprimento de onda predeterminada. Por exemplo, três unidades sensoras, quatro unidades sensoras ou mais unidades sensoras podem ser usadas para avaliar a emissão de uma fonte de luz dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada. A seleção da resposta espectral das unidades sensoras uma em relação a outra para a faixa de comprimento de onda predeterminada pode ser determinada com base na resolução desejada da avaliação do comprimento de onda de pico e intensidade da luz emitida pela fonte de luz dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada. Usar três ou mais unidades sensoras para avaliação da emissão de uma fonte de luz dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada, pode melhorar a precisão da avaliação desta.In one embodiment of the present invention, more than one pair of sensor units are used to evaluate the emission of a light source with a predetermined wavelength range. For example, three sensor units, four sensor units or more sensor units may be used to assess the emission of a light source within a predetermined wavelength range. The selection of the spectral response of the sensing units relative to each other for the predetermined wavelength range can be determined based on the desired resolution of the peak wavelength assessment and light intensity emitted by the light source within the range. predetermined wavelength. Using three or more sensor units to evaluate the emission of a light source within a predetermined wavelength range can improve the accuracy of its evaluation.

Em uma realização onde mais de um par de unidades sensoras são usados para avaliar a emissão de uma fonte de luz dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada, a uma ou mais unidades sensoras podem ser usadas como unidades sensoras de confirmação, no sensoreado de verificar que a informação coletada por uma ou ambas unidades sensoras de um par de unidades sensoras tem um nível desejado de precisão.In an embodiment where more than one pair of sensor units are used to evaluate the emission of a light source within a predetermined wavelength range, one or more sensor units may be used as confirmation sensor units in the sensor of Verify that the information collected by one or both sensor units from a pair of sensor units has a desired level of accuracy.

Em uma realização da presente invenção, para implementações em luminárias baseadas em LEE de realimentação controlada, a resposta espectral de um par de unidades sensoras apresenta um grau mais alto de variação dentro da faixa de comprimento de onda dentro da qual as variações de comprimento de onda de pico do um ou mais elementos emissores de luz são esperadas.In one embodiment of the present invention, for controlled feedback LEE-based luminaire implementations, the spectral response of a pair of sensor units exhibits a higher degree of variation within the wavelength range within which wavelength variations One or more light emitting elements are expected.

Por exemplo, cada unidade sensora, quando exposta a luz sob condições de operação provê um sinal que é indicativo da convolução da distribuição de potência espectral daquela luz e a resposta espectral da unidade sensora. O sinal medido de uma unidade sensora pode ser proporcional aFor example, each sensor unit, when exposed to light under operating conditions, provides a signal that is indicative of the convolution of that light's spectral power distribution and the spectral response of the sensor unit. The measured signal from a sensor unit may be proportional to

<formula>formula see original document page 18</formula><formula> formula see original document page 18 </formula>

onde σ é a resposta de uma unidade sensora por comprimento de onda λ, Φ é a potência espectral da luz sensoreada por comprimento de onda (isto é, a distribuição de potência espectral) e τ é o deslocamento de comprimento de onda que pode ser incorporado em σ.where σ is the response of a wavelength sensor unit λ, Φ is the wavelength-sensed light spectral power (ie the spectral power distribution) and τ is the wavelength shift that can be incorporated in σ.

Em uma realização da presente invenção, para fins de controle, uma unidade sensora é caracterizada por fortes mudanças lineares em s(x), no sensoreado de detectar confiavelmente mudanças na distribuição de potência espectral Φ da luz sensoreada. Por exemplo, mudanças de temperatura de operação nos LEE pode deslocar e ampliar Φ. A distribuição de potência espectral Φ da luz de LEE pode ser aproximada por uma distribuição Gaussiana com um certo comprimento de onda de pico λο e largura plena na metade da faixa de comprimento de onda máxima (FWHM). O deslocamento é então refletido em uma mudança de λ0 e da FWHM. Em uma realização, onde a unidade sensora é implementada usando uma combinação de um sensor óptico de faixa larga e um filtro óptico com características de filtro adequadas, maximizar a mudança na resposta da unidade sensora com uma função de mudanças da distribuição de potência espectral Φ da luz sensoreada, pode ser o caso de usar um filtro com características de filtro predeterminadas e deslocar aquelas características de filtro conforme formulado acima, mudando x.In one embodiment of the present invention, for control purposes, a sensor unit is characterized by strong linear changes in s (x) in the sensor to reliably detect changes in the spectral power distribution of the sensed light. For example, operating temperature changes in LEE may shift and enlarge Φ. The spectral power distribution Φ of the LEE light can be approximated by a Gaussian distribution with a certain peak wavelength λο and full width in half of the maximum wavelength range (FWHM). The displacement is then reflected in a change of λ0 and FWHM. In one embodiment, where the sensor unit is implemented using a combination of a wideband optical sensor and an optical filter with appropriate filter characteristics, maximize the change in response of the sensor unit with a spectral power distribution shift function of the sensed light, it may be the case to use a filter with predetermined filter characteristics and displace those filter characteristics as formulated above by changing x.

Em uma outra realização da presente invenção, uma unidade sensora é implementada usando um sensor óptico de faixa estreita. Nesta configuração, um filtro óptico adicional não é necessário para alcançar a resposta espectral desejada, e tal sensor óptico pode ser configurado para prover resposta espectral adequada, primariamente por si próprio, no sensoreado de ser capaz de indicar confiavelmente mudanças na distribuição de potência espectral da luz sensoreada.In another embodiment of the present invention, a sensor unit is implemented using a narrowband optical sensor. In this configuration, an additional optical filter is not required to achieve the desired spectral response, and such an optical sensor may be configured to provide adequate spectral response, primarily on its own, to be able to reliably indicate changes in the spectral power distribution of the sensor. sensed light.

Figura 7 e Figura 8 ilustram exemplos de diagramas de forças decimal versus comprimento de onda de pico de luz sensoreada que foram obtidos a partir de duas unidades sensoras diferentes, de acordo com uma realização da presente invenção. A série de dados foi obtida usando luz de LEDs vermelhos em diferentes condições de temperatura e operação. Embora as forças de sinal mudem predominantemente devido a deslocamentos para o comprimento de onda de pico, mudanças podem também ser induzidas por FWHM ou variações de pico de amplitude da distribuição de potência espectral da luz sensoreada. Nesta realização, cada unidade sensora de um par compreende um sensor faixa larga e respectivamente um dos dois filtros de vermelho cujas características de filtro são ilustradas na Figura 2. Como pode ser visto da Figura 2, as duas unidades sensoras diferem primariamente nas características de filtro deslocadas, onde as formas globais das características dos filtros são substancialmente similares.Figure 7 and Figure 8 illustrate examples of decimal force versus sensed light peak wavelength diagrams that were obtained from two different sensor units in accordance with one embodiment of the present invention. The data series was obtained using red LED light under different temperature and operating conditions. Although signal forces change predominantly due to shifts to peak wavelength, changes can also be induced by FWHM or peak amplitude variations of the sensed light spectral power distribution. In this embodiment, each pair sensor unit comprises a broadband sensor and respectively one of the two red filters whose filter characteristics are illustrated in Figure 2. As can be seen from Figure 2, the two sensor units primarily differ in filter characteristics. where the overall shapes of the filter characteristics are substantially similar.

Figura 7 ilustra a variação da força de sinal de uma unidade sensora com características de filtro óptico 210, ao passo que aquela ilustrada na Figura 8 utiliza características de filtro óptico 212. Na Figura 7, a relação funcional entre força de sinal e comprimento de onda de pico se correlaciona extremamente bem com uma aproximação linear de quadrados mínimos que torna as duas quase indistinguíveis na escala na qual ambas são ilustradas. A correlação para a configuração que é ilustrada na Figura 8 é apenas ligeiramente menor. Como pode ser facilmente visto das aproximações lineares da saída de sinal da unidade sensora com um primeiro filtro óptico, conforme ilustrado na Figura 8, provê uma mudança de sinal de aproximadamente 10% por nm no efeito do deslocamento de comprimento de onda de pico, em contraste com aproximadamente 5% de mudança de sinal por nm para aquela ilustrada na Figura 7.Figure 7 illustrates the change in signal strength of a sensor unit having optical filter characteristics 210, while that illustrated in Figure 8 uses optical filter characteristics 212. In Figure 7, the functional relationship between signal strength and wavelength The peak peak correlates extremely well with a linear approximation of least squares that makes the two almost indistinguishable on the scale on which both are illustrated. The correlation to the configuration that is illustrated in Figure 8 is only slightly smaller. As can easily be seen from the linear approximations of the sensor unit's signal output with a first optical filter, as illustrated in Figure 8, it provides a signal change of approximately 10% per nm in the effect of the peak wavelength shift in contrast with approximately 5% signal change per nm for that illustrated in Figure 7.

Em uma realização da presente invenção, certos tipos de LEE apresentam variações de pico de amplitude devido a flutuações de temperatura de operação que podem ser desprezíveis para as finalidades acima. E notado que variações de pico de amplitude devido a ajustes de intensidades desejados naturalmente não são desprezíveis.In one embodiment of the present invention, certain types of LEE exhibit peak amplitude variations due to operating temperature fluctuations that may be negligible for the above purposes. It is noted that peak amplitude variations due to naturally desired intensity adjustments are not negligible.

Em uma realização da presente invenção, um sensor óptico pode ser um conversor de luz para corrente, compreendendo um fotodiodo e um amplificador de corrente e estes elementos do sensor óptico podem ser configurados, por exemplo, em um único chip. Entretanto, um sensor óptico pode compreender outros dispositivos de detecção de luz similares como é conhecido daqueles especialistas na técnica, incluindo, porém não limitado a fototransistores, fotoresistores, células fotovoltaicas, fototubos, tubos fotomultiplicadores ou outros formados de conversores de luz para tensão ou conversores de luz para freqüência. Um sensor óptico pode incluir elementos de lente no sensoreado de reforçar a quantidade de luz à qual o sensor óptico é responsivo.In one embodiment of the present invention, an optical sensor may be a light-to-current converter comprising a photodiode and a current amplifier and these optical sensor elements may be configured, for example, on a single chip. However, an optical sensor may comprise other similar light sensing devices as is known to those skilled in the art, including, but not limited to phototransistors, photoresistors, photovoltaic cells, phototubes, photomultiplier tubes or other light-to-voltage converters or converters. from light to frequency. An optical sensor may include lens elements in the sensor to enhance the amount of light to which the optical sensor is responsive.

Em uma realização da presente invenção, um filtro é um filtro de interface de filme fino ou filtro de cor moldado transmissivo. Em adição, um filtro empregando cristais fotônicos possuindo anormalidades de ressonância ou um filtro de ressonância de modo guiado podem também ser usados. Em uma outra realização, um filtro pode ser configurado como um filtro passa faixa de Lyot de cristal líquido sintonizável, uma camada única de material de cristal líquido possuindo uma transmitância espectral de faixa passante completamente larga, um filtro plasmon, um filtro de Bragg, ou outros tipos de filtros ópticos como seria facilmente entendido pelos especialistas na técnica. Sistema de ProcessamentoIn one embodiment of the present invention, a filter is a thin film interface filter or transmissive molded color filter. In addition, a filter employing photonic crystals having resonance abnormalities or a guided mode resonance filter may also be used. In another embodiment, a filter may be configured as a tunable liquid crystal Lyot bandpass filter, a single layer of liquid crystal material having a fully wide passband spectral transmittance, a plasmon filter, a Bragg filter, or other types of optical filters as would be readily understood by those skilled in the art. Processing System

O sistema de processamento pode ser implementado de qualquer modo analógico ou digital adequado para processar os sinais das unidades sensoras. Por exemplo, o sistema de processamento pode ser configurado como um computador, sistema de computação, microcontrolador ou outro formato de dispositivo de computação, como seria prontamente entendido por um especialista na técnica, que é capaz de efetuar um nível requerido de manipulação de dados e análise da informação coletada, relativa a emissão de luz a partir de uma fonte de luz. O sistema de processamento inclui um ou mais meios de armazenagem coletivamente referidos aqui como "memória". A memória pode ser memória de computador volátil e não volátil, tal como uma RAM, PROM, EPROM, EEPROM, discos floppy, discos compactos, discos ópticos, fita magnética ou similar, onde programas de controle (tais como software, microcódigo, firmware ou similar) para definir ações a serem executadas pelo sistema de processamento são armazenados para subseqüente acesso e execução.The processing system may be implemented in either analog or digital mode suitable for processing sensor unit signals. For example, the processing system may be configured as a computer, computing system, microcontroller or other computing device format, as would be readily understood by one of ordinary skill in the art who is capable of performing a required level of data manipulation and processing. analysis of the collected information regarding the emission of light from a light source. The processing system includes one or more storage media collectively referred to herein as "memory". Memory can be volatile and nonvolatile computer memory, such as RAM, PROM, EPROM, EEPROM, floppy disks, compact disks, optical disks, magnetic tape or the like, where control programs (such as software, microcode, firmware or similar) to define actions to be performed by the processing system are stored for subsequent access and execution.

Combinando adequadamente e manipulando os sinais de saída de um par de unidades sensoras, o sistema de processamento pode determinar a intensidade e comprimento de onda de pico ou deslocamento de comprimento de onda da luz sensoreada, dentro da região de comprimento de onda predeterminada. O sistema de processamento pode utilizar uma divisão das forças de sinal conforme descrito em maior detalhe abaixo, para uma classe específica de realizações da presente invenção.By properly combining and manipulating the output signals of a pair of sensor units, the processing system can determine the intensity and peak wavelength or wavelength shift of the sensed light within the predetermined wavelength region. The processing system may utilize a division of signal forces as described in more detail below for a specific class of embodiments of the present invention.

Por exemplo, desde que a resposta de uma unidade sensora é praticamente independente do pico de amplitude e da intensidade total da luz sensoreada e, que adicionalmente a FAVHM da luz sensoreada permanece praticamente constante, a relação dos dois sinais provê uma indicação direta do deslocamento de comprimento de onda da luz sensoreada. Por exemplo, em uma realização da presente invenção, uma ou mais relações de função podem ser determinadas, expandindo a relação de integrais de convolução conforme descrito acima, em uma função série de primeira ordem no deslocamento de comprimento de onda. O pico de amplitude ou uma mudança no pico de amplitude pode ser subseqüentemente determinada com base nos dados obtidos da análise de deslocamento de comprimento de onda.For example, since the response of a sensing unit is practically independent of the peak amplitude and total intensity of the sensed light and, in addition, the sensed light HAVF remains practically constant, the ratio of the two signals provides a direct indication of the displacement of wavelength of sensed light. For example, in one embodiment of the present invention, one or more function ratios may be determined by expanding the convolution integral ratio as described above by a first order series function at wavelength shift. Peak amplitude or a change in peak amplitude can subsequently be determined based on data obtained from wavelength shift analysis.

Em uma realização da presente invenção, um par de unidades sensoras é configurado de tal modo que suas respectivas respostas espectrais dentro de uma faixa de comprimento de onda predeterminada são deslocadas em comprimento de onda, por exemplo, conforme ilustrado na Figura 2. Quando ocorre uma mudança na intensidade ou comprimento de onda de pico, a saída de ambas unidades sensoras mudará. Por exemplo, se a saída de uma primeira unidade sensora do par é substancialmente plana e a saída da segunda unidade sensora de um par é substancialmente "seletiva" por exemplo, em pico, a diferença entre a saída da primeira unidade sensora e da segunda unidade sensora pode ser atribuída a mudanças de comprimento de onda, habilitando deste modo a determinação de uma ou mais relações funcionais entre os sinais de saída de cada uma das unidades sensoras do par, e a intensidade e comprimento de onda de pico de luz emitida a ser determinada.In one embodiment of the present invention, a pair of sensor units is configured such that their respective spectral responses within a predetermined wavelength range are shifted in wavelength, for example, as illustrated in Figure 2. If the intensity or peak wavelength changes, the output of both sensor units will change. For example, if the output of a first pair sensing unit is substantially flat and the output of a second pair sensing unit is substantially "selective" for example, at peak, the difference between the output of the first sensing unit and the second unit can be assigned to wavelength changes, thereby enabling the determination of one or more functional relationships between the output signals of each of the pair's sensor units, and the intensity and peak wavelength of light emitted to be determined.

Em uma realização da presente invenção, um par de unidades sensoras é configurado de tal modo que suas respectivas respostas espectrais são conforme ilustrado na Figura 3. Nesta configuração, se a intensidade da luz sensoreada dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada aumenta sem uma mudança no comprimento de onda de pico ou alargamento espectral, a relação dos sinais de saída entre o par de unidades sensoras permanecerá substancialmente inalterado, habilitando deste modo que a intensidade da luz seja medida diretamente. Se, entretanto, o comprimento de onda de pico se desloca ou há alargamento espectral da luz emitida, a relação dos sinais de saída mudará tipicamente. Com base em uma ou mais correlações ou relações funcionais predeterminadas entre os sinais de saída de cada uma das unidades sensoras do par, a intensidade e comprimento de onda de pico de luz dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada pode ser avaliada.In one embodiment of the present invention, a pair of sensor units is configured such that their respective spectral responses are as illustrated in Figure 3. In this configuration, if the intensity of the sensed light within the predetermined wavelength range increases without a change at the peak wavelength or spectral widening, the ratio of the output signals between the pair of sensor units will remain substantially unchanged, thereby enabling light intensity to be measured directly. If, however, the peak wavelength shifts or there is spectral widening of the emitted light, the ratio of the output signals will typically change. Based on one or more predetermined correlations or functional relationships between the output signals of each of the pair's sensor units, the intensity and peak wavelength of light within the predetermined wavelength range can be assessed.

Em uma realização da presente invenção, um par de unidades sensoras é configurado de tal modo que suas respectivas respostas espectrais são conforme ilustrado na Figura 4. Nesta configuração, a saída da unidade sensora apresentando uma porção substancialmente plana, substancialmente ao longo da distribuição de potência espectral da luz emitida, conforme ilustrado por 222, pode prover uma medição de intensidade para a luz emitida. Em adição, a saída da luz sensoreada possuindo uma resposta espectral inclinada substancialmente sobre a distribuição de potência espectral da luz emitida, conforme ilustrado por 220, quando escalada pela saída da unidade sensora substancialmente plana, pode prover um meio para avaliar deslocamento de comprimento de onda de pico e alargamento espectral. Isto pode, portanto, prover a geração de uma ou mais relações funcionais definindo uma correlação entre os sinais de saída de um ou mais pares de unidades sensoras e a intensidade e comprimento de onda de pico de luz emitida.In one embodiment of the present invention, a pair of sensor units is configured such that their respective spectral responses are as shown in Figure 4. In this configuration, the output of the sensor unit having a substantially flat portion substantially along the power distribution. Spectral emission light, as illustrated by 222, can provide an intensity measurement for the emitted light. In addition, the sensed light output having a substantially inclined spectral response over the emitted light spectral power distribution, as illustrated by 220, when scaled by the substantially flat sensor output may provide a means for evaluating wavelength shift. peak and spectral widening. This may therefore provide for the generation of one or more functional relationships by defining a correlation between the output signals of one or more pairs of sensor units and the peak intensity and wavelength of light emitted.

Em uma realização da presente invenção, um par de unidades sensoras é configurado de tal modo que suas respectivas respostas espectrais são conforme ilustrado na Figura 5. Nesta realização da presente invenção, uma ou mais relações funcionais entre os sinais de saída de um par de unidades sensoras e a intensidade de comprimento de onda de pico de luz emitida, podem ser baseados parcialmente em uma distribuição de potência espectral suposta da fonte de luz. Por exemplo, a distribuição de potência espectral de um LED pode ser aproximada por uma distribuição Gaussiana ou uma combinação linear de duas funções Gaussianas com diferentes centros de comprimento de onda.In one embodiment of the present invention, a pair of sensor units is configured such that their respective spectral responses are as illustrated in Figure 5. In this embodiment of the present invention, one or more functional relationships between the output signals of a pair of units. The sensors and the peak wavelength intensity of light emitted may be based in part on an assumed spectral power distribution of the light source. For example, the spectral power distribution of an LED may be approximated by a Gaussian distribution or a linear combination of two Gaussian functions with different wavelength centers.

Em uma realização da presente invenção, a análise dos sinais de saída de cada uma dentre um par de unidades sensoras, pode ser efetuada usando um ou mais algoritmos analíticos ou um ou mais algoritmos numéricos ou um ou mais de ambos, o que define a seqüência de cálculos sendo efetuada pelo sistema de processamento, no sensoreado de avaliar a intensidade e comprimento de onda de pico de luz emitida. Estes ou mais algoritmos podem ser armazenados na memória para uso subseqüente pelo sistema de processamento.In one embodiment of the present invention, the analysis of the output signals of each of a pair of sensor units may be performed using one or more analytical algorithms or one or more numerical algorithms or one or more of both, which defines the sequence. calculations being performed by the processing system, in the sensorate to evaluate the intensity and peak wavelength of light emitted. These or more algorithms may be stored in memory for subsequent use by the processing system.

Em uma realização da presente invenção, o sistema de processamento compreende uma rede neural. Nesta realização, uma rede neural pode ser usada como um aproximador universal capaz de representar qualquer função limitada continuamente diferenciável. Em adição, uma rede neural conforme descrito, por exemplo, em Haykin, S., Neural Networks: A Comprehensive Foundation, Second Edition, Prentice Hall, 1999 e Pedido de Patente dos Estados Unidos No. 10/897.990, pode representar uma função não linear multivariada com um mínimo de recursos computacionais. A rede neural pode ser uma função de base radial (RBF), uma função de base radial generalizada (GRBF) ou outro formato de uma rede neural, como seria prontamente entendido por um especialista na técnica. A rede neural representa uma função multidimensional e pode prover sinais de saída relacionados a intensidade e comprimento de onda de pico de luz emitida. Pode não ser necessário ou mesmo desejável ter uma expressão analítica para a função de avaliação, uma vez que uma rede neural pode ser treinada para aprender a função com base em exemplos de dados de entrada e dados de saída conhecidos ou desejados. A rede pode portanto, ser treinada "em fábrica" usando um conjunto predeterminado de entradas, por exemplo, saídas de sinal de um par de unidades sensoras, juntamente com as respostas desejadas, o que representa intensidade e comprimento de onda de pico que devem ser determinados.In one embodiment of the present invention, the processing system comprises a neural network. In this embodiment, a neural network can be used as a universal approximator capable of representing any continuously differentiable limited function. In addition, a neural network as described, for example, in Haykin, S., Neural Networks: The Comprehensive Foundation, Second Edition, Prentice Hall, 1999 and United States Patent Application No. 10 / 897,990, may represent a non-functional function. multivariate linear array with a minimum of computational resources. The neural network can be a radial base function (RBF), a generalized radial base function (GRBF), or another format of a neural network, as would be readily understood by one skilled in the art. The neural network represents a multidimensional function and can provide output signals related to the intensity and peak wavelength of emitted light. It may not be necessary or even desirable to have an analytical expression for the evaluation function, since a neural network can be trained to learn the function based on examples of known or desired input and output data. The network can therefore be factory trained using a predetermined set of inputs, for example signal outputs from a pair of sensor units, along with the desired responses, which represents peak intensity and wavelengths that must be determined.

Em uma realização da presente invenção, a rede neural é uma rede de formação de base radial (RJBF) que é uma arquitetura de alimentação direta com uma camada de entrada, uma camada oculta e uma camada de saída. A camada de entrada possui η neurônios, correspondendo aos η elementos do vetor de entrada χ. A camada oculta possui h neurônios e um neurônio de polarização, com cada neurônio de entrada plenamente conectado aos neurônios h da camada oculta. Cada neurônio da camada oculta (incluindo o neurônio de polarização) é conectado aos m neurônios de saída. Cada neurônio da camada de saída representa uma das m possíveis saídas do vetor de entrada. Em operação, um vetor de entrada arbitrário χ é apresentado à rede RBF. Cada neurônio da camada oculta computa sua saída, e os resultados são apresentados à camada de saída. Cada neurônio da camada de saída executa uma soma ponderada das saídas de neurônios da camada oculta. O vetor de entrada χ é deste modo mapeado para o vetor de saída ζ. O número de neurônios ocultos pode variar, dependendo da complexidade da função multidimensional a ser aproximada. Para a descrição acima, um neurônio é um modelo computacional simplificado de um neurônio biológico, que pode ser considerado como um amplificador não linear, tipicamente com um ganho unitário ou menos.In one embodiment of the present invention, the neural network is a radial base forming network (RJBF) which is a direct feed architecture with an input layer, a hidden layer and an output layer. The input layer has η neurons, corresponding to the η elements of the input vector χ. The hidden layer has h neurons and a polarizing neuron, with each input neuron fully connected to the hidden layer h neurons. Each hidden layer neuron (including the polarizing neuron) is connected to the output neurons. Each output layer neuron represents one of the possible m outputs of the input vector. In operation, an arbitrary input vector χ is presented to the RBF network. Each neuron in the hidden layer computes its output, and the results are presented to the output layer. Each output layer neuron performs a weighted sum of the hidden layer neuron outputs. The input vector χ is thus mapped to the output vector ζ. The number of hidden neurons may vary depending on the complexity of the multidimensional function to be approximated. For the above description, a neuron is a simplified computational model of a biological neuron, which can be considered as a nonlinear amplifier, typically with a unit gain or less.

Como será conhecido de um especialista na técnica, o treinamento de uma rede neural de função de base radial compreende determinados centros e larguras das funções de ativação de neurônio da camada oculta, e determinar os pesos necessários para os neurônios da camada de saída. Há numerosas estratégias de treinamento, variando de selecionar centros de neurônios ocultos randomicamente a partir de um conjunto de treinamento de vetores de entrada, conforme definido por Lowe, D., Adaptive Radial Basis Function Nonlinearities and the Problem of Generalization, First IEEE International Conference on Artificial Networks, 1989, para aplicar teoria de regularização conforme definido por Leonardis, A., and Bishchof, A., An Efficient MDL-Based Construction of RBF Networks, Neural Networks, 1998.As will be known to one skilled in the art, training a radial base function neural network comprises certain centers and widths of occult layer neuron activation functions, and determining the weights required for output layer neurons. There are numerous training strategies, ranging from selecting randomly hidden occult neuron centers from an input vector training set, as defined by Lowe, D., Adaptive Radial Basis Function Nonlinearities and the Problem of Generalization, First IEEE International Conference on Artificial Networks, 1989, to apply regularization theory as defined by Leonardis, A., and Bishchof, A., An Efficient MDL-Based Construction of RBF Networks, Neural Networks, 1998.

Em uma realização da presente invenção, as respostas espectrais das unidades sensoras são analiticamente tornadas seletivas. Nesta realização, dado um conjunto medido de m pares de unidades sensoras com diferentes respostas espectrais, a saber respostas espectrais medidas, SM, cada resposta espectral pode ser considerada uma combinação linear de um conjunto virtual ou tornado seletivo de m pares de unidades sensoras com diferentes respostas espectrais, a saber, respostas espectrais virtuais, Sv. Estas respostas espectrais virtuais podem ser escolhidas de tal modo que a largura de faixa de cada resposta espectral é geralmente mais estreita que sua resposta espectral real ou medida correspondente. Figura 9, que é obtida de Drew, M. S., and G. D. Finlayson, 2000. "Spectral Sharpening with Positivity", Journal of the Optical Society of America A, 17(8): 1361-1370, ilustra um exemplo de seletividade espectral, onde m = 3 e ilustra as respostas espectrais Sm 305, 306 e 307 e respectivas respostas espectrais virtuais Sy 310, 311 e 312 que são analiticamente tornadas seletivas.In one embodiment of the present invention, the spectral responses of the sensor units are analytically made selective. In this embodiment, given a measured set of m sensor unit pairs with different spectral responses, namely measured spectral responses, SM, each spectral response can be considered a linear combination of a virtual set or selective selection of m sensor unit pairs with different spectral responses, namely virtual spectral responses, Sv. These virtual spectral responses may be chosen such that the bandwidth of each spectral response is generally narrower than its corresponding actual or measured spectral response. Figure 9, which is obtained from Drew, MS, and GD Finlayson, 2000. "Spectral Sharpening with Positivity", Journal of the Optical Society of America A, 17 (8): 1361-1370, illustrates an example of spectral selectivity, where m = 3 and illustrates the Sm 305, 306 and 307 spectral responses and their corresponding virtual spectral responses Sy 310, 311 and 312 which are analytically selective.

Por exemplo, conforme definido por Drew, M. S., and G. D. Finlayson. 1994 "Device-Independent Color via Spectral Sharpening", Proc. Second Color Imaging Conference: Color, Science, Systems and Applications, IS&T/SID, pp. 121-126, as respostas espectrais tornadas seletivas são geradas por uma matriz de transformação m χ m onde as respostas espectrais virtuais ou tornadas seletivas podem ser definidas conforme segue:For example, as defined by Drew, M.S., and G. D. Finlayson. 1994 "Device-Independent Color via Spectral Sharpening", Proc. Second Color Imaging Conference: Color, Science, Systems and Applications, IS & T / SID, pp. 121-126, the selective selective spectral responses are generated by a transformation matrix m χ m where the virtual or selective selective spectral responses can be defined as follows:

χ#(λ) = Τχχ(λ) (3)χ # (λ) = Τχχ (λ) (3)

onde, por exemplo:where, for example:

<formula>formula see original document page 26</formula> e onde χ(λ) e χ (λ) são as respostas espectrais virtuais ou tornadas seletivas para o comprimento de onda λ, respectivamente.<formula> formula see original document page 26 </formula> and where χ (λ) and χ (λ) are the virtual spectral responses or made selective for wavelength λ, respectively.

Como seria conhecido de um especialista na técnica, os valores da transformada de seletividade T dependerão da escolha das respostas espectrais virtuais. Em uma realização da presente invenção, os valores da transformada de seletividade podem ser determinados no sensoreado de que as respostas espectrais medidas e virtuais ou tornadas seletivas das unidades sensoras produzam diferentes saídas, quando iluminadas por fontes de luz de largura de faixa estreita, tais como LEE coloridos. Por exemplo, a diferença entre a resposta espectral medida e a resposta espectral virtual ou tornada seletiva das unidades sensoras pode ser maximizada no sensoreado de que mudanças nas intensidades e picos de comprimentos de onda nas LEE coloridos podem ser determinados simultaneamente com relação sinal para ruído mínima.As would be known to one skilled in the art, the values of the selectivity transform T will depend on the choice of virtual spectral responses. In one embodiment of the present invention, the selectivity transform values may be determined in the sensor that the measured and virtual or selective selective spectral responses of the sensor units produce different outputs when illuminated by narrow bandwidth light sources such as Colorful LEE. For example, the difference between the measured spectral response and the virtual or selective selective spectral response of the sensor units can be maximized in the sensor that changes in wavelength intensities and peaks in color LEE can be determined simultaneously with signal to minimum noise ratio. .

Em uma realização da presente invenção, um par de unidades sensoras é configurado de uma maneira em que uma primeira unidade sensora coleta informação relacionada à luz emitida pela fonte de luz em uma primeira faixa de comprimento de onda predeterminada e a segunda unidade sensora de um par coleta informação relacionada à luz emitida pela fonte de luz em uma segunda faixa de comprimento de onda predeterminada que se superpõe à primeira faixa de comprimento de onda predeterminada. As respostas espectrais da primeira unidade sensora e segunda unidade sensora são então analiticamente tornadas seletivas, conforme definido acima e conforme descrito em Drew, M. S., and G. D. Finlayson, 2000. "Spectral Sharpening with Positivity", Journal of the Optical Society of America A, 17(8):1361-1370, para efetuar uma primeira unidade sensora virtual e uma segunda unidade sensora virtual, respectivamente. Através da correlação das saídas da primeira unidade sensora, da primeira unidade sensora virtual, da segunda unidade sensora e da segunda unidade sensora virtual, a intensidade do comprimento de onda de pico de luz dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada pode ser determinada.In one embodiment of the present invention, a pair of sensor units is configured such that a first sensor unit collects information related to light emitted by the light source in a first predetermined wavelength range and the second sensor unit of a pair. collects information related to light emitted by the light source in a second predetermined wavelength range that overlaps with the first predetermined wavelength range. The spectral responses of the first sensing unit and second sensing unit are then analytically made selective as defined above and as described in Drew, MS, and GD Finlayson, 2000. "Spectral Sharpening with Positivity", Journal of the Optical Society of America A, 17 (8): 1361-1370, to effect a first virtual sensor unit and a second virtual sensor unit, respectively. By correlating the outputs of the first sensor unit, the first virtual sensor unit, the second sensor unit, and the second virtual sensor unit, the intensity of the peak light wavelength within the predetermined wavelength range can be determined.

Compensação de TemperaturaTemperature Compensation

Em uma realização da presente invenção, é requerida compensação para mudanças induzidas nas características de resposta de uma unidade sensora pela temperatura de operação. Soluções possíveis para estabilizar a temperatura de operação de uma unidade sensora incluem combinações de isolar a unidade sensora de contato térmico direto, manter a quantidade de exposição a radiação limitada e resfriamento ou aquecimento ativo ou passivo. Respectivas implementações de tais medidas são amplamente conhecidas na técnica.In one embodiment of the present invention, compensation is required for induced changes in the response characteristics of a sensing unit by operating temperature. Possible solutions for stabilizing a sensor unit's operating temperature include combinations of isolating the direct thermal contact sensor unit, keeping the amount of radiation exposure limited, and active or passive cooling or heating. Respective implementations of such measures are widely known in the art.

Em uma outra realização da presente invenção, o sistema de processamento pode ser configurado para ser responsável por mudanças na resposta espectral da unidade sensora induzidas pela temperatura. Nesta realização, um sensor de temperatura próximo à unidade sensora pode ser provido, no sensoreado de habilitar a coleta de dados relativa à temperatura de operação das unidades sensoras, e deste modo avaliar e determinar se a resposta espectral de uma ou mais das unidades sensoras mudou devido à temperatura.In another embodiment of the present invention, the processing system may be configured to be responsible for temperature-induced changes in the spectral response of the sensor unit. In this embodiment, a temperature sensor near the sensor unit may be provided in the sensor to enable the collection of data relating to the operating temperature of the sensor units, and thereby evaluate and determine whether the spectral response of one or more of the sensor units has changed. due to temperature.

Meio de Filtro OpcionalOptional Filter Medium

Em uma realização da presente invenção, resposta significativa a luz fora de uma faixa de comprimento de onda predeterminada que é de interesse, pode fazer com que a unidade sensora proveja sinais que podem causar imprecisões na análise do comprimento de onda de pico e intensidade. Isto pode ocorrer, por exemplo, ao usar unidades sensoras com respostas espectrais conforme ilustrado nas Figuras 3 e 4. Com referência às realizações das unidades sensoras conforme ilustrado nas Figuras 3 e 4, em tais casos, qualquer luz que pode varia significativamente na composição espectral fora da faixa de comprimento de onda posicionada ou região de características de resposta de freqüência, podem afetar imprevisivelmente o sinal provido pela unidade sensora e pode fazer com que o sistema de processamento proveja resultados errôneos relacionados a deslocamentos de intensidade e comprimento de onda de pico.In one embodiment of the present invention, significant light response outside a predetermined wavelength range of interest may cause the sensor unit to provide signals that may cause inaccuracies in peak wavelength and intensity analysis. This may occur, for example, when using sensor units with spectral responses as shown in Figures 3 and 4. With reference to the realizations of the sensor units as shown in Figures 3 and 4, in such cases any light that may vary significantly in spectral composition. outside the positioned wavelength range or region of frequency response characteristics, may unpredictably affect the signal provided by the sensor unit and may cause the processing system to provide erroneous results related to peak wavelength and intensity shifts.

Em uma realização da presente invenção, uma unidade sensora pode ser combinada com filtros adicionais que cortam a luz com comprimentos de onda de interferência, a saber comprimentos de onda estão fora da faixa de comprimento de onda predeterminada para a unidade sensora.In one embodiment of the present invention, a sensor unit may be combined with additional filters that cut light with interference wavelengths, namely wavelengths are outside the predetermined wavelength range for the sensor unit.

Em uma realização, isto pode ser particularmente relevante em luminárias com LEE do tipo fotoluminescente, por exemplo, LEDs UV, ou LEDs azuis que utilizam fósforos ou outros materiais para conversão de luz visível. Tais LEEs podem emitir quantidades significativas de luz ultravioleta residual que não precisa ser sensoreada por uma unidade sensora, por exemplo, quando controle de realimentação da luz visível emitida pela luminária, é desejado. Similarmente, radiação infravermelho pode causar leituras de sensor inadequadas e pode precisar ser filtrada.In one embodiment, this may be particularly relevant in photoluminescent LEE luminaires, for example, UV LEDs, or blue LEDs that use matches or other materials for visible light conversion. Such LEEs may emit significant amounts of residual ultraviolet light that need not be sensed by a sensing unit, for example, when visible light feedback feedback control from the luminaire is desired. Similarly, infrared radiation may cause improper sensor readings and may need to be filtered.

Em uma outra realização da presente invenção, uma unidade sensora com uma resposta espectral substancialmente dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada, pode prover melhor resolução de comprimento de onda ou freqüência.In another embodiment of the present invention, a sensor unit with a spectral response substantially within the predetermined wavelength range may provide better wavelength or frequency resolution.

É notado que, enquanto características de resposta espectral estreita podem ser alcançadas, por exemplo, com combinações de filtros faixa estreita e filtros de faixa larga, em uma realização da presente invenção, pode ser vantajoso implementar uma unidade sensora como um sensor óptico de faixa estreita. Como é amplamente conhecido, a maior parte de filtros faixa estreita apresenta variações significativas nas características de filtro ao variar, por exemplo, o ângulo de inclinação. Por exemplo, uma variação de poucos graus na inclinação da luz pode fazer com que as características de filtro dos filtros de interferência multicamada não só se ampliem significativamente, mas até se desloquem em comprimento de onda.It is noted that while narrow spectral response characteristics can be achieved, for example, with combinations of narrowband filters and broadband filters, in one embodiment of the present invention, it may be advantageous to implement a sensor unit as a narrowband optical sensor. . As is widely known, most narrowband filters exhibit significant variations in filter characteristics by varying, for example, the tilt angle. For example, a slight variation in light bias can cause the filter characteristics of multi-layer interference filters not only to widen significantly, but even to shift in wavelength.

A invenção será agora descrita com referência a exemplos específicos. Será entendido que os exemplos a seguir são destinados a descrever realizações da invenção e não pretendem limitar a invenção de modo algum.The invention will now be described with reference to specific examples. It will be understood that the following examples are intended to describe embodiments of the invention and are not intended to limit the invention in any way.

EXEMPLOEXAMPLE

Figura 10 ilustra um aparelho de acordo com uma realização da presente invenção. O aparelho 10 inclui filtros de cor 12a, 12b, opticamente acoplados a fotodetectores 14a, 14b que formam juntos duas unidades sensoras. Cada fotodetector possui uma zona de detecção 16a, 16b para determinar um parâmetro de sensor indicativo da luz incidente 11. As saídas dos fotodetectores 14a, 14b são interfaceadas com um sistema de processamento 18 que avalia os dados recebidos de cada um dos fotodetectores 14a, 14b.Figure 10 illustrates an apparatus according to one embodiment of the present invention. Apparatus 10 includes color filters 12a, 12b, optically coupled to photodetectors 14a, 14b which together form two sensor units. Each photodetector has a detection zone 16a, 16b for determining a sensor parameter indicative of incident light 11. The photodetector outputs 14a, 14b are interfaced with a processing system 18 which evaluates the data received from each photodetector 14a, 14b. .

Os filtros de cor 12a, 12b podem ser filtros de interferência de filme fino ou filtros de corante colorido transmissivo, permitindo a passagem de um porção específica do espectro eletromagnético. Filtros empregando cristais fotônicos apresentando anormalidades de ressonância ou filtros de ressonância de modo guiado podem também ser usados. Alternativamente, filtros passa faixa de Lyot de cristal líquido sintonizável, uma camada única de material de cristal líquido possuindo uma faixa passante completamente larga, filtros plasmon, ou outros tipos de filtros ópticos conforme verificado pelos especialistas na técnica podem também ser empregados.Color filters 12a, 12b may be thin-film interference filters or transmissive color dye filters, allowing a specific portion of the electromagnetic spectrum to pass through. Filters employing photonic crystals showing resonance abnormalities or guided mode resonance filters may also be used. Alternatively, tunable liquid crystal Lyot strip filters, a single layer of liquid crystal material having a completely wide passband, plasmon filters, or other types of optical filters as verified by those skilled in the art may also be employed.

Os fotodetectores 14a, 14b podem ser conversores de luz para corrente compreendendo um fotodiodo e um amplificador de corrente e estes elementos dos fotodetectores podem ser configurados, por exemplo, em um único chip. Entretanto, os fotodetectores 14a, 14b podem compreender outros dispositivos de detecção de luz similares, conforme conhecido dos especialistas na técnica, incluindo conversores de luz para tensão e conversores de luz para freqüência. Os fotodetectores 14a, 14b podem incluir elementos de lente (não mostrados) dentro do caminho óptico frontal às zonas de detecção 16a, 16b, no sensoreado de reforçar a quantidade de luz que é providas às zonas de detecção 16a, 16b.Photodetectors 14a, 14b may be light-to-current converters comprising a photodiode and a current amplifier and these photodetector elements may be configured, for example, on a single chip. However, photodetectors 14a, 14b may comprise other similar light sensing devices as known to those skilled in the art, including light to voltage converters and light to frequency converters. Photodetectors 14a, 14b may include lens elements (not shown) within the front optical path to sensing zones 16a, 16b in the sensor to enhance the amount of light that is provided to sensing zones 16a, 16b.

A primeira unidade sensora formada do filtro 12a e fotodetector 14a de um par e segunda unidade sensora formada do filtro 12b e fotodetector 14b do par são tipicamente montadas em um substrato comum. Uma vez que a eficiência dos fotodetectores 14a, 14b é dependente da temperatura de operação dos fotodetectores 14a, 14b, ambos fotodetectores 14a, 14b podem ser montados em uma região isotérmica do substrato comum. Conseqüentemente, enquanto as respostas espectrais absolutas dos fotodetectores 14a, 14b podem variar com a temperatura ambiente, suas respostas espectrais relativas podem permanecer efetivamente inalteradas.The first formed sensor unit of filter 12a and photodetector 14a of a pair and the second formed sensor unit of filter 12b and photodetector 14b are typically mounted on a common substrate. Since the efficiency of photodetectors 14a, 14b is dependent on the operating temperature of photodetectors 14a, 14b, both photodetectors 14a, 14b may be mounted in an isothermal region of the common substrate. Consequently, while the absolute spectral responses of photodetectors 14a, 14b may vary with ambient temperature, their relative spectral responses may remain effectively unchanged.

Conforme mencionado previamente, na realização presentemente descrita da invenção, os filtros de cor 12a, 12b são opticamente acoplados a fotodetectores 14a, 14b. Vantajosamente, o filtro 12a e fotodetector 14a da primeira unidade sensora do par é suficientemente espaçados do filtro 12b e fotodetector 14b da segunda unidade sensora do par, para reduzir conversação cruzada entre eles. Em uma realização, os filtros de cor 12a, 12b poderiam estar em relação espaçada com os fotodetectores 14a, 14b. Os filtros de cor 12a, 12b e fotodetectores 14a, 14b podem ser configurados e arranjados ao longo de um eixo que é perpendicular ou a um ângulo com respeito ao eixo da luz incidente 11.As previously mentioned, in the presently described embodiment of the invention, color filters 12a, 12b are optically coupled to photodetectors 14a, 14b. Advantageously, filter 12a and photodetector 14a of the first pair sensing unit are sufficiently spaced from filter 12b and photodetector 14b of the second pair sensing unit to reduce cross talk between them. In one embodiment, the color filters 12a, 12b could be spaced in relation to photodetectors 14a, 14b. Color filters 12a, 12b and photodetectors 14a, 14b may be configured and arranged along an axis that is perpendicular or at an angle to the incident light axis 11.

Na realização presentemente descrita, o filtro 12a e fotodetector 14a formando a primeira unidade sensora do par são configurados e arranjados de modo a serem sensíveis a uma região predeterminada do espectro magnético 1001, enquanto o filtro 12b e fotodetector 14b formando a segunda unidade sensora do par são configurados e arranjados para serem sensíveis a uma região de comprimento de onda substancialmente complementar 1000 do espectro magnético, conforme ilustrado na Figura 11. As respostas espectrais da primeira unidade sensora e da segunda unidade sensora se superpõem em uma faixa de comprimento de onda predeterminada do espectro eletromagnético, que por este exemplo está na região de luz verde, e portanto, esta configuração de um par de unidades sensoras pode ser usada para avaliar a intensidade e comprimento de onda de pico de luz emitida dentro desta faixa de comprimento de onda predeterminada. Ainda mais, a resposta espectral da primeira unidade sensora aumenta de modo substancialmente monotônico com respeito ao comprimento de onda dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada, enquanto a resposta espectral da segunda unidade sensora diminui de modo substancialmente monotônico com respeito ao comprimento de onda, dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada.In the presently described embodiment, filter 12a and photodetector 14a forming the first pair sensing unit are configured and arranged to be sensitive to a predetermined region of the magnetic spectrum 1001, while filter 12b and photodetector 14b forming the second pair sensing unit are configured and arranged to be sensitive to a substantially complementary wavelength region 1000 of the magnetic spectrum as illustrated in Figure 11. The spectral responses of the first sensor unit and the second sensor unit overlap within a predetermined wavelength range of the electromagnetic spectrum, which for example is in the green light region, and therefore, this configuration of a pair of sensor units can be used to evaluate the intensity and peak wavelength of light emitted within this predetermined wavelength range. Further, the spectral response of the first sensor unit increases substantially monotonic with respect to wavelength within the predetermined wavelength range, while the spectral response of the second sensor unit decreases substantially monotonic with respect to wavelength, within the predetermined wavelength range.

Em uma realização da presente invenção, e onde as unidades sensoras são configuradas substancialmente conforme ilustrado na Figura 3, se a luz incidente 11 possui uma distribuição de potência espectral Ι(λ) e as respostas espectrais da primeira unidade sensora (filtro 12a e fotodetector 14a) e segunda unidade sensora (filtro 12b e fotodetector 14b) são respectivamente Ι1α(λ) e Rb^), as saídas das unidades sensoras do par são respectivamenteIn one embodiment of the present invention, and where the sensor units are configured substantially as illustrated in Figure 3, if the incident light 11 has a spectral power distribution Ι (λ) and the spectral responses of the first sensor unit (filter 12a and photodetector 14a ) and second sensor unit (filter 12b and photodetector 14b) are respectively Ι1α (λ) and Rb ^), the outputs of the pair sensor units are respectively

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Se a interferência I da luz incidente 11 é variada enquanto a distribuição de potência espectral relativa Ι(λ) permanece constante, a respectiva saída do par de unidades sensoras e o quociente Va/Vb destas também permanece substancialmente constante. Se, por outro lado, a distribuição de potência espectral relativa Ι(λ) da luz incidente 11 varia, as respectivas saídas do par de unidades sensoras e o quociente destas também variará. Se a mudança na distribuição de potência espectral relativa Ι(λ) é caracterizada por um deslocamento no comprimento de onda de pico, mudanças simultâneas na intensidade I e distribuição de potência espectral relativa Ι(λ) podem ser matematicamente separáveis, e portanto, determináveis.If the interference I of incident light 11 is varied while the relative spectral power distribution Ι (λ) remains constant, the respective output of the pair of sensor units and their Va / Vb quotient also remain substantially constant. If, on the other hand, the relative spectral power distribution Ι (λ) of the incident light 11 varies, the respective outputs of the sensor unit pair and their quotient will also vary. If the change in relative spectral power distribution Ι (λ) is characterized by a shift in peak wavelength, simultaneous changes in intensity I and relative spectral power distribution Ι (λ) can be mathematically separable, and therefore determinable.

Com referência adicional à Figura 11, que ilustra a resposta espectral 1001 da primeira unidade sensora (filtro 12a e fotodetector 14a) do par, comparada à resposta espectral 1000 da segunda unidade sensora (filtro 12b e fotodetector 14b) do par de acordo com uma realização da presente invenção, onde as respostas do par de unidades sensoras se superpõem em uma faixa de comprimento de onda predeterminada. Em uma realização da presente invenção, se o comprimento de onda de pico da distribuição de potência espectral relativa aumenta, a saída da primeira unidade sensora do par aumentará, enquanto a saída da segunda unidade sensora do par diminuirá. Como um exemplo, se o comprimento de onda λ da luz incidente lia partir de uma fonte de luz monocromática é aumentado, a saída da primeira unidade sensora diminuirá, enquanto a saída da segunda unidade sensora aumentará. Inversamente, se o comprimento de onda λ da luz incidente 11 é diminuído, a saída da primeira unidade sensora aumentará, enquanto a saída da segunda unidade sensora diminuirá. Por exemplo, supondo que o comprimento de onda λ permaneça dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada do espectro, o comprimento de onda será proporcional a B+(1-A)/(A+B), relativo ao comprimento de onda mínimo λmin da citada faixa de comprimento de onda predeterminada do espectro. Similarmente, por exemplo, o comprimento de onda pode ser proporcional ao quociente A/B, embora de uma maneira tipicamente menos linear.With further reference to Figure 11, which illustrates the spectral response 1001 of the first sensor unit (filter 12a and photodetector 14a) of the pair compared to the spectral response 1000 of the second sensor unit (filter 12b and photodetector 14b) of the pair according to one embodiment. of the present invention, where the responses of the pair of sensor units overlap in a predetermined wavelength range. In one embodiment of the present invention, if the peak wavelength of the relative spectral power distribution increases, the output of the first pair sensing unit will increase, while the output of the second pair sensing unit will decrease. As an example, if the wavelength λ of incident light lia from a monochromatic light source is increased, the output of the first sensor unit will decrease, while the output of the second sensor unit will increase. Conversely, if the wavelength λ of incident light 11 is decreased, the output of the first sensor unit will increase, while the output of the second sensor unit will decrease. For example, assuming that the wavelength λ remains within the predetermined wavelength range of the spectrum, the wavelength will be proportional to B + (1-A) / (A + B) relative to the minimum wavelength λmin of the said predetermined wavelength range of the spectrum. Similarly, for example, the wavelength may be proportional to the A / B quotient, although in a typically less linear manner.

Por exemplo, quando um par de unidades sensoras é configurado conforme ilustrado na Figura 3, se a intensidade da luz incidente varia, porém o comprimento de onda de pico e distribuição de potência espectral relativa permanece inalterado, os sinais de saída das duas unidades sensoras também muda, mas o quociente de seus sinais de saída permanecem constante, se as características das unidades sensoras são adequadamente escolhidas. Tipicamente, a intensidade da luz incidente não afeta a precisão da saída do par de unidades sensoras. Se, por outro lado, o comprimento de onda de pico da distribuição de potência espectral relativa da luz incidente varia, os sinais de saída do par de unidades sensoras e o quociente destas podem ser usados para calibrar e determinar a intensidade e comprimento de onda de pico de luz, por exemplo, a partir de uma luminária baseada em LEE.For example, when a pair of sensor units is configured as shown in Figure 3, if the incident light intensity varies but the peak wavelength and relative spectral power distribution remains unchanged, the output signals from the two sensor units also change. changes, but the ratio of their output signals remains constant if the characteristics of the sensor units are properly chosen. Typically, the intensity of incident light does not affect the accuracy of the output of the pair of sensor units. If, on the other hand, the peak wavelength of the relative spectral power distribution of the incident light varies, the sensor unit pair output signals and their quotient can be used to calibrate and determine the intensity and wavelength of the incident light. light peak, for example, from a LEE-based luminaire.

O sinal de saída de cada um dos pares de unidades sensoras é medido pelo sistema de processamento 18, que pode compreender um medidor de corrente combinado com circuitos adicionais para condicionar o sinal a partir do medidor de corrente, como seria sabido por um especialista na técnica. O sistema de processamento 18 recebe os respectivos sinais de saída do par de unidades sensoras, e é adicionalmente configurado com software, firmware ou similar para avaliar uma ou mais relações entre estes sinais de saída. A avaliação dos sinais de saída do par de unidades sensoras provê um meio para avaliação da intensidade e comprimento de onda de pico de luz dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada.The output signal from each of the pairs of sensor units is measured by the processing system 18, which may comprise a current meter combined with additional circuits for conditioning the signal from the current meter, as would be known to one skilled in the art. . The processing system 18 receives the respective output signals from the sensor unit pair, and is further configured with software, firmware or the like to evaluate one or more relationships between these output signals. The evaluation of the sensor unit pair output signals provides a means for evaluating the peak light intensity and wavelength within the predetermined wavelength range.

Para aplicações usando, por exemplo, modulação por largura de pulso ou código de pulso substancialmente de alta freqüência, para controlar a ativação dos elementos emissores de luz, a intensidade da luz incidente pode variar rapidamente, e portanto, pode ser necessário medir a saída do par de unidades sensoras simultaneamente com a ativação dos elementos emissores de luz, no sensoreado de evitar discrepâncias na saída medida, devido a variações no tempo da luz incidente. Conseqüentemente, o sistema de processamento 18 pode compreender circuitos adicionais (não mostrados) tais como conversores analógico para digital flash paralelos, ou circuitos de amostragem e manutenção para medir simultaneamente a saída do par de unidades sensoras com a ativação dos elementos emissores de luz. Em uma realização da presente invenção, em operação, os elementos físicos empregados para implementar um par de unidades sensoras, por exemplo, filtros de cor 12a, 12b e fotodetectores 14a, 14b, podem não apresentar comportamento perfeito ou próximo de perfeito. Pode portanto, ser difícil obter uma atenuação de inclinação constante com respeito ao comprimento de onda para as respostas espectrais realizáveis fisicamente, conforme ilustrado na Figura 11. Como resultado, a relação entre a intensidade e o comprimento de onda de pico de luz incidente 11 e as saídas do par de unidades sensoras podem se tornar não lineares. No sensoreado de ser responsável pelas possíveis não linearidades associadas aos componentes realizáveis fisicamente para o par de unidades sensoras, em uma realização da presente invenção, as saídas do par de unidades sensoras podem ser comparadas com uma tabela de busca contendo valores ótimos e estas saídas podem ser reavaliadas por aproximações analíticas, em uma tentativa de linearizar as respostas espectrais para o par de unidades sensoras.For applications using, for example, pulse width modulation or substantially high frequency pulse code, to control activation of light-emitting elements, the incident light intensity may vary rapidly, and therefore it may be necessary to measure the output of the pair of sensor units simultaneously with activation of the light emitting elements in the sensor to avoid discrepancies in the measured output due to variations in incident light time. Accordingly, processing system 18 may comprise additional circuits (not shown) such as parallel analog to digital flash converters, or sampling and maintenance circuits for simultaneously measuring the output of the sensor unit pair with activation of the light emitting elements. In one embodiment of the present invention, in operation, the physical elements employed to implement a pair of sensor units, for example color filters 12a, 12b and photodetectors 14a, 14b, may not exhibit near or perfect behavior. It may therefore be difficult to achieve constant wavelength attenuation with respect to physically achievable spectral responses, as illustrated in Figure 11. As a result, the relationship between the intensity and peak wavelength of incident light 11 and The outputs of the pair of sensor units may become nonlinear. In the sense of being responsible for the possible nonlinearities associated with the physically realizable components for the pair of sensor units, in one embodiment of the present invention, the outputs of the pair of sensor units may be compared to a search table containing optimal values and these outputs may be be reevaluated by analytical approximations in an attempt to linearize the spectral responses to the pair of sensor units.

Referindo-se à Figura 12, um aparelho de acordo com uma outra realização da presente invenção é ilustrado. O aparelho 100 inclui diversos filtros de cor 12a ... 12n, opticamente acoplados a fotodetectores 14a ... 14n, respectivamente, formando deste modo η unidades sensoras que formam n/2 pares de unidades sensoras. Cada unidade sensora possui uma zona de detecção 16a ... 16n associada a ela, para determinar um parâmetro de sensor em relação à intensidade e comprimento de onda de pico luz incidente 110. Esta luz incidente 110 tem uma gama que é a combinação de luz de vários comprimentos de onda gerados pelos elementos emissores de luz (não mostrados), onde cada elemento emissor de luz produz luz apresentando uma faixa específica de comprimentos de onda no espectro eletromagnético. Na representação diagramática do aparelho 100 na Figura 12, somente os filtros de cor 12a, 12b, 12m e 12n, e fotodetectores 14a, 14b, 14m e 14n, são mostrados. O filtro 12a e fotodetector 14a formam uma primeira unidade sensora que é complementar à segunda unidade sensora formada a partir do filtro 12b e fotodetector 14b. De um modo similar, o filtro 12m e fotodetector 14m formam uma m-ésima unidade sensora que é complementar com a n- ésima unidade sensora formada do filtro 12n e fotodetector 14n. Cada unidade sensora de um par é configurada e arranjada de modo a ser responsiva a uma região predeterminada do espectro eletromagnético, enquanto o filtro complementar correspondente e fotodetector do par é configurado e arranjado para ser responsivo a uma região substancialmente complementar do espectro eletromagnético, onde as respostas espectrais de um par de unidades sensoras são complementares dentro da faixa de comprimento de onda predeterminada. As respostas espectrais da m-ésima unidade sensora e de sua unidade sensora complementar podem se superpor em uma outra faixa de comprimento de onda predeterminada do espectro eletromagnético. Ainda mais, a resposta espectral da m-ésima unidade sensora aumenta de modo substancialmente monotônico com respeito ao comprimento de onda dentro da citada faixa de comprimento de onda predeterminada, enquanto a resposta espectral de sua unidade sensora complementar diminui de modo substancialmente monotônico com respeito ao comprimento de onda dentro da citada faixa de comprimento de onda predeterminada.Referring to Figure 12, an apparatus according to another embodiment of the present invention is illustrated. Apparatus 100 includes several color filters 12a ... 12n, optically coupled to photodetectors 14a ... 14n, respectively, thereby forming η sensor units forming n / 2 pairs of sensor units. Each sensor unit has an associated detection zone 16a ... 16n for determining a sensor parameter with respect to the intensity and peak wavelength of incident light 110. This incident light 110 has a range that is the combination of light. of various wavelengths generated by the light emitting elements (not shown), where each light emitting element produces light having a specific range of wavelengths in the electromagnetic spectrum. In the diagrammatic representation of apparatus 100 in Figure 12, only color filters 12a, 12b, 12m and 12n, and photodetectors 14a, 14b, 14m and 14n are shown. Filter 12a and photodetector 14a form a first sensing unit that is complementary to the second sensing unit formed from filter 12b and photodetector 14b. Similarly, filter 12m and photodetector 14m form a mth sensor unit that is complementary to the nth sensor unit formed of filter 12n and photodetector 14n. Each sensor unit of a pair is configured and arranged to be responsive to a predetermined region of the electromagnetic spectrum, while the corresponding complementary filter and photodetector of the pair is configured and arranged to be responsive to a substantially complementary region of the electromagnetic spectrum where Spectral responses of a pair of sensor units are complementary within the predetermined wavelength range. The spectral responses of the mth sensor unit and its complementary sensor unit may overlap in another predetermined wavelength range of the electromagnetic spectrum. Further, the spectral response of the mth sensor unit increases substantially monotonic with respect to wavelength within said predetermined wavelength range, while the spectral response of its complementary sensor unit decreases substantially monotonic with respect to wavelength. wavelength within said predetermined wavelength range.

Em uma realização da presente invenção, as saídas dos fotodetectores 14a ... 14n são interfaceadas com um sistema de processamento 180 que pode avaliar independentemente os parâmetros de sensor a partir dos fotodetectores 14a ... 14n. O quociente da saída da m-ésima unidade sensora do par, dividida pela saída da n-ésima unidade sensora complementar do par pode ser proporcional ao comprimento de onda de pico. Este quociente pode ser determinado pelo sistema de processamento 180 e pode servir para resolver a intensidade da luz incidente 110.In one embodiment of the present invention, the outputs of photodetectors 14a ... 14n are interfaced with a processing system 180 which can independently evaluate sensor parameters from photodetectors 14a ... 14n. The quotient of the output of the mth pair sensor unit divided by the output of the nth complementary pair sensor unit may be proportional to the peak wavelength. This quotient may be determined by the processing system 180 and may serve to resolve the incident light intensity 110.

E feita agora referência à Figura 13, que mostra um sistema de iluminação de acordo com uma realização da presente invenção. O sistema de iluminação inclui diversos elementos emissores de luz 202, 204 e 206 emitindo radiação eletromagnética com diferentes picos de comprimento de onda. Na realização presentemente descrita da invenção, os elementos emissores de luz são LEDs, entretanto, outros tipos de elementos emissores de luz como é sabido pelos especialistas na técnica podem também ser usados. Os elementos emissores de luz 202, 204 e 206 são configurados e arranjados em um arranjo vermelho, um arranjo verde e um arranjo azul, respectivamente.Reference is now made to Figure 13 showing a lighting system in accordance with an embodiment of the present invention. The lighting system includes several light emitting elements 202, 204 and 206 emitting electromagnetic radiation with different peak wavelengths. In the presently described embodiment of the invention, the light emitting elements are LEDs, however, other types of light emitting elements as known to those skilled in the art may also be used. The light emitting elements 202, 204 and 206 are configured and arranged in a red arrangement, a green arrangement and a blue arrangement, respectively.

Em uma realização, uma lente condensadora 222 ou similar pode ser provida para reforçar a saída óptica do arranjo vermelho 202, por exemplo. Lentes de condensador iguais 224 e 226 ou elementos ópticos alternativos podem ser providos para os arranjos azul e verde dos elementos emissores de luz.In one embodiment, a condenser lens 222 or the like may be provided to reinforce the optical output of the red array 202, for example. Equal capacitor lenses 224 and 226 or alternative optical elements may be provided for the blue and green arrangements of the light emitting elements.

A luz emitida a partir dos arranjos vermelho, verde e azul, que pode ser emitida seqüencialmente ou simultaneamente, pode prover velocidade de transferência óptica estacionária da luz branca 110 composta da combinação das cores de luz vermelho, verde e azul. Em uma realização, um difusor óptico 300 é provido para misturar espacialmente adicionalmente as cores de luz constituintes vermelho, verde e azul, melhorando deste modo a uniformidade da mistura de cores e gerando deste modo luz branca 110 de uma cromaticidade substancialmente uniforme.Light emitted from the red, green and blue arrays, which may be emitted sequentially or simultaneously, may provide steady-state optical transfer rate of white light 110 composed of the combination of red, green and blue light colors. In one embodiment, an optical diffuser 300 is provided to spatially blend the red, green and blue constituent light colors, thereby improving the uniformity of the color mix and thereby generating white light 110 of substantially uniform chromaticity.

Com referência adicional à Figura 13, o filtro 122 e fotodetector 142 que formam uma primeira unidade sensora, formam um par complementar com a segunda unidade sensora do par formado a partir do filtro 123 e fotodetector 143. De um modo similar, o terceiro filtro 124 e fotodetector 144 que formam uma terceira unidade sensora, formam um par complementar com a quarta unidade sensora formada a partir do filtro 125 e fotodetector 145, e o quinto filtro 126 e fotodetector 146 formam uma quinta unidade sensora formando um par complementar com a sexta unidade sensora formada a partir do filtro 127 e fotodetector 147. Cada um dos filtros 122, 124 e 126, e fotodetectores 142, 144 e 146, respectivamente, é configurado e arranjado de modo a ser responsivo a uma região predeterminada do espectro eletromagnético, enquanto seus filtros complementares correspondentes 123, 125 e 127 e fotodetectores 143, 145 e 147 são configurados e arranjados para serem responsivos a uma região respectiva, substancialmente complementar do espectro eletromagnético. Como resultado, as respostas espectrais dos filtros 122, 124 e 126, e os fotodetectores 142, 144 e 146 e seu respectivo filtro complementar 123, 125 e 127, e pares de fotodetectores 143, 145 e 147se superpõem em uma multiplicidade de faixas de comprimento de onda predeterminadas do espectro eletromagnético, por exemplo a faixa de comprimento de onda vermelho, faixa de comprimento de onda azul e faixa de comprimento de onda verde. Em adição, a resposta espectral dos filtros 122, 124 e 126 e fotodetectores 142, 144 e 146 aumenta de forma substancialmente monotônica com relação ao comprimento de onda dentro de cada citada faixa de comprimento de onda predeterminada, enquanto a resposta espectral de seu respectivo filtro complementar 123, 125 e 127, e fotodetector 143, 145 e 147, decresce em rampa de forma substancialmente monotônica com relação ao comprimento de onda dentro de cada citada faixa de comprimento de onda predeterminada, e onde cada citada faixa de comprimento de onda predeterminada inclui a variação esperada no comprimento de onda de pico dos elementos emissores de luz 202, 204 e 206, respectivamente.With further reference to Figure 13, filter 122 and photodetector 142 which form a first sensor unit form a complementary pair with the second sensor unit of the pair formed from filter 123 and photodetector 143. Similarly, third filter 124 and photodetector 144 which form a third sensor unit form a complementary pair with the fourth sensor unit formed from filter 125 and photodetector 145, and the fifth filter 126 and photodetector 146 form a fifth sensor unit forming a complementary pair with the sixth unit. sensor formed from filter 127 and photodetector 147. Each of filters 122, 124, and 126, and photodetectors 142, 144, and 146, respectively, are configured and arranged to be responsive to a predetermined region of the electromagnetic spectrum while their corresponding complementary filters 123, 125 and 127 and photodetectors 143, 145 and 147 are configured and arranged to be responsive to a respective region, substantially complementary to the electromagnetic spectrum. As a result, the spectral responses of filters 122, 124, and 126, and photodetectors 142, 144, and 146 and their respective complementary filter 123, 125, and 127, and photodetector pairs 143, 145, and 147 overlap in a multiplicity of length bands. predetermined wavelengths of the electromagnetic spectrum, for example the red wavelength range, blue wavelength range and green wavelength range. In addition, the spectral response of filters 122, 124 and 126 and photodetectors 142, 144 and 146 increases substantially monotonically with respect to the wavelength within each predetermined wavelength range, while the spectral response of their respective filter 123, 125 and 127, and photodetector 143, 145 and 147, are substantially monotonically ramped with respect to the wavelength within each said predetermined wavelength range, and where each said predetermined wavelength range includes the expected variation in the peak wavelength of the light emitting elements 202, 204 and 206, respectively.

Em uma realização da presente invenção, as saídas dos fotodetectores 142 a 147, são interfaceadas com o sistema de processamento 280 medem os sinais de saída dos fotodetectores 142 a 147. O quociente dos sinais de saída dos filtros 122, 124 e 126 e fotodetectores 142, 144 e 146 divididos pela saída de seu filtro correspondente respectivo 123, 125 e 127 e fotodetector 143, 145 e 147 podem ser proporcionais ao comprimento de onda de pico das luzes vermelha, verde, e azul, respectivamente. Cada quociente pode ser avaliado pelo sistema de processamento 280 e pode servir para resolver a intensidade da luz incidente 110. O sistema de processamento pode ser adicionalmente configurado no sensoreado de avaliar o comprimento de onda de pico de luz emitida em cada uma das faixas de comprimento de onda predeterminadas.In one embodiment of the present invention, photodetector outputs 142 to 147 are interfaced with the processing system 280 which measures the output signals of photodetectors 142 to 147. The output signal quotient of filters 122, 124 and 126 and photodetectors 142 144 and 146 divided by the output of their respective corresponding filter 123, 125 and 127 and photodetector 143, 145 and 147 may be proportional to the peak wavelength of the red, green, and blue lights, respectively. Each quotient may be evaluated by the processing system 280 and may serve to resolve the incident light intensity 110. The processing system may be further configured in the sensor to evaluate the peak wavelength of light emitted in each of the length ranges. predetermined wavelengths.

Em uma realização da presente invenção, um módulo de circuito de acionamento 400, acoplado aos elementos emissores de luz 202, 204 e 206 pode ser configurado para gerar um sinal de acionamento para acionar independentemente ou interdependentemente os elementos emissores de luz 202, 204 e 206. Um controlador 500 pode se comunicar com o circuito de acionamento 400. O controlador 500 pode ser implementado por um microprocessador ou similar e pode controlar a quantidade de corrente fornecida a cada um dos elementos emissores de luz 202, 204 e 206. Em uma realização da presente invenção, o controle da corrente fornecida aos elementos emissores de luz pode ser efetuado usando modulação por largura de pulso, modulação por código de pulso ou outro método, como seria prontamente entendido por um especialista na técnica.In one embodiment of the present invention, a drive circuit module 400 coupled to the light emitting elements 202, 204 and 206 may be configured to generate a driving signal to independently or interdependently actuate the light emitting elements 202, 204 and 206. A controller 500 may communicate with drive circuit 400. Controller 500 may be implemented by a microprocessor or the like and may control the amount of current supplied to each of the light emitting elements 202, 204 and 206. In one embodiment Control of the current supplied to the light-emitting elements of the present invention may be effected using pulse width modulation, pulse code modulation or another method, as would be readily understood by one skilled in the art.

O controlador 500 pode interfacear com o sistema de processamento 280 em uma configuração de malha de realimentação. A configuração de malha de realimentação pode permitir que o controlador 500 monitore constantemente a intensidade e cromaticidade da luz incidente 110, com base nos parâmetros determinados pelo sistema de processamento 280, e determinar a quantidade de corrente a ser fornecida a cada um dos elementos emissores de luz 202, 204 e 206 no sensoreado de manter intensidade e cromaticidade constante da luz incidente 110.Controller 500 may interface with processing system 280 in a feedback loop configuration. The feedback loop configuration may allow the controller 500 to constantly monitor the intensity and chromaticity of the incident light 110, based on the parameters determined by the processing system 280, and determine the amount of current to be supplied to each of the light emitting elements. 202, 204 and 206 in the sensorate to maintain constant intensity and chromaticity of the incident light 110.

Em uma outra realização da presente invenção, o sistema de processamento 280 e o controlador 500 podem ser integrados dentro do mesmo dispositivo de computação.In another embodiment of the present invention, processing system 280 and controller 500 may be integrated within the same computing device.

E óbvio que as realizações precedentes da invenção são típicas e podem ser variadas de muitos modos. Tais variações presentes ou futuras não devem ser vistas como um afastamento do espírito e escopo da invenção, e todas estas modificações como seria óbvio a um especialista na técnica são destinadas a serem incluídas no escopo das reivindicações seguintes.It is obvious that the foregoing embodiments of the invention are typical and may be varied in many ways. Such present or future variations should not be viewed as departing from the spirit and scope of the invention, and all such modifications as would be obvious to one skilled in the art are intended to be included within the scope of the following claims.

A descrição de todas as patentes, publicações incluindo pedidos de patente publicados e entradas de base de dados referenciadas nesta especificação são especificamente incorporadas por referência em sua totalidade até o mesmo ponto como se cada patente, publicação e entrada de base de dados individual fosse especificamente e individualmente indicada para ser incorporada por referência.The description of all patents, publications including published patent applications, and database entries referenced in this specification are specifically incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each individual patent, publication, and database entry were specifically and individually designed to be incorporated by reference.

Claims

Apparatus for determining peak intensity and wavelength in one or more predetermined wavelength ranges of light, comprising: (a) one or more pairs of light sensing units, a first light sensing unit; a pair configured to sense a first light intensity in a first predetermined wavelength range with a first predetermined spectral responsiveness, and a second pair sensing unit configured to sense a second light intensity in a first wavelength range predetermined, with a second predetermined spectral responsiveness; and b) a processing system operably connected to one or more pairs of sensor units, the processing system configured to determine the peak intensity and wavelength for each of one or more predetermined wavelength ranges of light according to with one or more predetermined functional relationships between each of the first intensity and the second intensity.

Apparatus according to claim 1, characterized in that one or more of the sensor units includes a wideband optical sensor and a filter configured to define a predetermined wavelength range for the sensor unit.

Apparatus according to claim 1, characterized in that one or more of the sensor units includes a narrowband optical sensor configured to define a predetermined wavelength range for the sensor unit.

Apparatus according to claim 1, characterized in that it further comprises a third sensor unit configured to have a spectral responsiveness in the first predetermined wavelength range.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first predetermined spectral responsiveness and the second predetermined spectral responsiveness are substantially similar and offset in wavelength relative to one another.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first predetermined spectral responsiveness is substantially constant for a first portion and is ramped over a predetermined wavelength range and the second predetermined spectral responsiveness is ramped. over a predetermined wavelength range to a substantially constant level.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first predetermined spectral responsiveness is substantially constant for a first portion and ramps over a predetermined wavelength range and the second predetermined spectral responsiveness is substantially constant. to the first portion and the predetermined wavelength range subsequently decreases in ramp.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first predetermined spectral responsiveness is substantially narrow over a first predetermined wavelength range and the second predetermined spectral responsiveness is substantially narrow over a second predetermined wavelength range. predetermined wavelength, where the first and second wavelength ranges are within the predetermined wavelength range.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the first sensor unit includes a filter having a first thickness and the second sensor unit includes a filter having a second thickness greater than the first thickness.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the processing system comprises a neural network.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the neural network is a radial base function or a generalized radial base function.

Apparatus according to claim 1, further comprising a temperature sensor configured to detect operating temperature of one or more pairs of sensor units.

Apparatus according to claim 1, further comprising one or more filters configured to prevent light wavelengths outside a particular predetermined wavelength range from reaching one or more pairs of sensor units configured to detect light within the particular predetermined wavelength range.

Apparatus according to claim 1, characterized in that a first pair of sensor units is configured to be responsive to the first predetermined wavelength band, a second pair of sensor units is configured to be responsive to a second band of predetermined wavelength and a third pair of sensor units is configured to be responsive to a third predetermined wavelength range.

Apparatus according to claim 14, characterized in that the first predetermined wavelength range is the red wavelength portion, the second predetermined wavelength range is the green wavelength portion and the The third predetermined wavelength range is the wavelength portion of blue.

Method for determining the intensity and peak wavelength of light over a predetermined wavelength range, comprising the steps of: (a) sensing a first intensity of light in the predetermined wavelength range with a first predetermined spectral responsiveness; b) sensing a second light intensity in the predetermined wavelength range with a second predetermined spectral responsiveness; and c) determining the intensity and peak wavelength in the predetermined wavelength range using a predetermined functional relationship between the first intensity and the second intensity.

Method according to claim 16, characterized in that the determination step is performed using one or more analytical algorithms, one or more numerical algorithms, or both.

The method according to claim 16, characterized in that the determination step further comprises the step of making analytically selective the measured spectral responsibilities of one or more pairs of sensor units.

A method according to claim 18, characterized in that making analytically selective is performed using a selectivity transform.

A method according to claim 19, characterized in that the selectivity transform is configured to reduce the signal to noise ratio.

21. Apparatus for determining peak intensity and wavelength within a predetermined wavelength range of light, comprising: (a) first sensor unit for sensing light, the first sensor unit configured for sensing a first intensity of light light in the predetermined wavelength range with a first predetermined spectral responsiveness; and b) processing system operatively connected to the first sensor unit, the processing system configured to analytically select the first predetermined spectral responsiveness of the first sensor unit, thereby generating a second light intensity, the processing system further configured to determine the intensity. and peak wavelength for the predetermined wavelength range of light according to one or more functional relationships between the first intensity and the second intensity.