專利名稱：可同時感測發光強度與色度的高速光學感測裝置與系統的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種光學測量系統，尤其是一種可同時感測發光強度與色 度的高速光學感測裝置與系統。
背景技術：
目前針對發光二極管(LED)芯片與封裝后的發光二極管燈(lamp)都 有標準的測量系統可供選用，但是，對于發光二極管光棒(light bar)則欠缺 適當的測量系統。 一般的做法是直接將使用于發光二極管芯片與發光二極管 燈的測量系統用于檢測發光二極管光棒。
用于測量發光二極管芯片與發光二極管燈的測量系統僅須針對一個獨立 的光源進行測量。相較之下，發光二極管光棒具有多個發光二極管芯片，即 具有多個同時發光的獨立光源，并且，各個發光二極管芯片又有個別檢測其 發光強度與色度的需求。若是無法有效排除光棒上其他發光二極管芯片所產 生的光線的影響，檢測結果必然會產生偏差。
圖1所示為一典型利用積分球(integrating sphere)測量的光學測量系統 的示意圖。如圖中所示，來自待測發光二極管A的光線通過一套筒12投射至 --積分球14內。積分球14上裝設有一光檢測器16以檢測發光強度，其測量 單位為流明(Lumen)。積分球14還連接有一光纖束18將光線傳送至一光譜 儀(未圖示)，以檢測色度。值得注意的是，由于待測發光二極管A所產生 的光線在積分球14內部會被均勻的反射及漫射，因此，入射光的發光場型的 分布不會對光檢測器16與光纖束18所接受的光信號造成影響。不過，由于 只有投射至光檢測器16與光纖束18的光線才會被收集，此光學測量系統的 光量使用效率不佳。 圖2所示為另一典型光學測量系統的示意圖。此光學測量系統具有一透 鏡22、一孔鏡(aperture mirror) 24、一光接收裝置28與一取景光學裝置26。 孔鏡24大致位于透鏡22后方的聚焦平面上。待測發光二極管A所產生的光 線經透鏡22聚焦于孔鏡24。其中，部份光線受孔鏡24反射進入取景光學裝 置26，部份光線穿過孔鏡24的開孔，進入位于孔鏡24后方的光接收裝置28。 光接收裝置28具有一透鏡28a與一光導管28b。光導管28b位于透鏡28a后 方。穿過孔鏡24的光線經透鏡28a聚焦于光導管28b的入口 ，穿過光導管28b 后投射至一光譜儀29。取景光學裝置26具有一光反射面26a。進入取景光學 裝置26的光線通過光反射面26a反射至使用者的眼睛，以觀察透鏡22是否 對準待測發光二極管A。
值得注意的是，取景光學裝置26的設置雖然有助于將透鏡22對準待測 發光二極管A，以減少其他非待測發光二極管B,C的干擾，不過，將導致裝 置成本的提高以及裝置體積與重量的增加。其次，此光學測量裝置利用光譜 儀29測得的絕對輻射頻譜來計算待測發光二極管A的發光強度與色度，通常 需要較長的運算時間，而無法適應生產線上快速測量的需求。
此外，圖1與圖2所示的光學測量系統均設計于測量單一發光元件。這 些測量系統使用于檢測發光二極管光棒100上的發光二極管A，容易受到發 光二極管光棒100上的其他發光二極管B，C的干擾，即容易受到背景光的影 響而使測量的誤差加大。
于是，如何減少背景光對于光學測量系統的測量結果的影響，并且使光 學測量系統可以快速且準確地同時測量發光元件的發光強度與色度，已是一 個亟待克服的問題。
發明內容
本發明的目的為提供一種光學感測裝置，可用于準確檢測光棒上各發光 元件。 本發明的另一目的為提供一種光學感測裝置，可以同時檢測發光元件的 發光強度與色度，并且可以有效利用光量來提高檢測的準確性與速度。
本發明提供一種高速光學感測裝置，用以測量一待測發光元件的發光強 度與色度，此高速光學感測裝置包括一光檢測器、 一集光透鏡組與一分光器。 其中，光檢測器用以檢測此待測發光元件的發光強度。集光透鏡組用以會聚 光線至一色彩分析裝置。分光器對準待測發光元件，用以將待測發光元件產 生的光線分光投射至光檢測器與集光透鏡組。
依據此高速光學感測裝置，本發明并提供一光學測量系統。此光學測量 系統除了包括前述的高速光學感測裝置外，還包括一信號處理主體。此信號 處理主體包括一光功率計與一色彩分析裝置。光功率計用以接收來自光檢測 器的檢測信號，以計算出待測發光元件的發光強度。色彩分析裝置接收來自 集光透鏡組的光線，以測量待測發光元件的色度。
本發明可以降低感測運算的繁復程度，有效縮短運算時間，以滿足于產 線快速測量的需求。
圖1為一典型光學感測裝置的示意圖2為另一典型光學感測裝置的示意圖3為本發明一光學測量系統一較佳實施例的方塊示意圖4為第三圖中的光學感測裝置第一較佳實施例的示意圖5為本發明的光學感測裝置第二較佳實施例的示意圖6為本發明的光學感測裝置第三較佳實施例的示意圖；以及
圖7為本發明的光學感測裝置第四較佳實施例的示意圖。
附圖標號
待測發光二極管A 發光模塊100
非待測的發光元件B，C 套筒12
積分球14光檢測器16
光纖束18透鏡22
孔鏡24光接收裝置28
透鏡28a光導管28b
取景光學裝置26光反射面26a
光譜儀29光學感測裝置200
光檢測器220集光透鏡組240,240',240
第一透鏡242,242，,242"光衰減元件244,244"
第二透鏡246視效函數濾光片250
分光器260檔板組210
檔板212開孔212a
信號處理主體300光功率計320
色彩分析裝置340電源360
具體實施例方式
關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及附圖得到進一步的 了解。
圖3為本發明光學測量系統一較佳實施例的方塊示意圖。如圖中所示， 此光學測量系統具有一高速光學感測裝置200與一信號處理主體300。其中， 高速光學感測裝置200具有一光檢測器220、 一集光透鏡組240與一分光器 (beam splitter) 260。其中，光檢測器220用以檢測發光強度。集光透鏡組 240用以會聚光線。分光器260對準待測發光元件A，用以將待測發光元件A 產生的光線分光投射至光檢測器220與集光透鏡組240。
信號處理主體300具有一光功率計320與一色彩分析裝置340。光功率計 320接收來自光檢測器220的檢測信號，以計算出待測發光元件A的發光強 度。色彩分析裝置340接收來自集光透鏡組240的光信號，以測量待測發光
元件A的色度。此色彩分析裝置可以是一光譜儀(spectrometer)或是一三刺 激值色彩分析儀(three stimulus color analyzer)。此外，此信號處理主體300 可設置一電源360，提供發光模塊100 (例如光棒(lightbar))所需的電流。 圖4為圖3的高速光學感測裝置200第一較佳實施例的示意圖。如圖中 所示，此高速光學感測裝置200具有一檔板組210、 一光檢測器220、 一集光 透鏡組240與一分光器(beamsplitter) 260。檔板組210具有至少一檔板212
(圖中以三個檔板為例)，設置于分光器260與待測發光元件A間，檔板212 上并具有一開孔212a對準待測發光元件A。此檔板組210用以遮蔽其他非待 測發光元件B,C所產生的斜向光、背景光與光學感測裝置200內壁反射的雜 散光，以避免這些光線影響檢測的準確度及再現性。在本實施例中使用檔板 組210遮蔽不需要的環境光線，然而，不限于此。就一較佳實施例而言，亦 可在分光器260與待測發光元件A間設置遮光罩，以遮蔽環境光線。
值得注意的是，此高速光學感測裝置200所檢測的入射光的立體角(Sr) 由光檢測器220的檢測面積RA決定。而檔板開孔212a的大小大致與此入射 光的立體角相一致。就一較佳實施例而言，此立體角的大小符合國際照明委 員會(CIE)所公布的CIE 127規范中關于測量發光二極管平均發光強度
(Averaged LED intensity)的標準。此立體角的限制條件為當光檢測器的檢 測面為一 IOO平方厘米的圓形檢測面時，待測發光二極管與光檢測器220的 距離為316厘米(標準A)或是100厘米(標準B) 。 S卩，此立體角為0.001
(標準A)或是O.Ol (標準B)。
分光器260設置于檔板組210的后方，用以將待測發光元件A產生的光 線，分光投射至光檢測器220與集光透鏡組240。在本實施例中，待測發光元 件A所產生的光線，部份穿過分光器260直接射入集光透鏡組240，部分通 過分光器260反射至光檢測器220。集光透鏡組240具有一第一透鏡242、 一 光衰減元件(ND Filter) 244與一第二透鏡246。第一透鏡242與待測發光元 件A的距離等同于第一透鏡242的焦距，以將來自待測發光元件A的光線轉
換為平行光。光衰減元件244設置于第一透鏡242與第二透鏡246間，用以 調整集光透鏡組240會聚投射至色彩分析裝置340的光量，以避免超過色彩 分析裝置340的測量范圍。第二透鏡246用以將穿過光衰減元件244的平行 光會聚至色彩分析裝置340，例如可以將平行光會聚至一光纖束的入口，再 透過此光纖束傳送至色彩分析裝置340。
圖5為本發明高速光學感測裝置200第二較佳實施例的示意圖。相較于 圖4的實施例，本實施例的集光透鏡組240'利用一第一透鏡242'，將來自待 測發光元件A的光線會聚至色彩分析裝置。
圖6為本發明高速光學感測裝置200第三較佳實施例的示意圖。相較于 圖4的實施例，本實施例的集光透鏡組240"具有一第一透鏡242"與一光衰減 元件244"。第一透鏡242"將來自待測發光元件A的光線會聚至色彩分析裝置。 光衰減元件244"設置于第一透鏡242"的后方，以調整穿過第一透鏡242"投射 至色彩分析裝置的光量。
圖7為本發明高速光學感測裝置200第四較佳實施例的示意圖。相較于 圖4的實施例，本實施例在光檢測器220與分光器260間設置一視效函數濾 光片(visual function filter) 250，以將待測發光元件A的發光轉換為人眼視覺 的光強度信息。
相較于第一圖的光學測量系統的光量使用效率不佳的問題。在本發明中， 來自待測發光元件A的光線透過分光器260 —分為二， 一者透過集光透鏡組 240傳遞至色彩分析裝置340， 一者投射至光檢測器220。同時，本發明利用 集光透鏡組240提高輸入色彩分析裝置340的光強度，以增加輸入色彩分析 裝置340的信號的信噪比(signal-noise ratio)。因此，本發明的光學測量系 統可以充分使用來自待測發光元件A的光量，縮短色彩分析裝置340計算色 度的運算時間，并且提升高速測量下的穩定度。
相較于圖2的光學測量系統是依據光譜儀29所測量到的絕對輻射頻譜計 算得到發光強度與色度，因而需要較長的運算時間。本發明利用色彩分析裝 置340來測量色度，利用光功率計320來測量發光強度，可以降低運算的繁 復程度，有效縮短運算時間，以滿足于產線快速測量的需求。
以上所述為利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明的范圍， 而且熟知此類技術的人士都能理解，適當作些改變及調整，仍將不失本發明 的要義所在，也不脫離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種高速光學感測裝置，用以測量一待測發光元件的發光強度與色度，所述的高速光學感測裝置包括一光檢測器，用以檢測發光強度；一集光透鏡組，用以會聚光線至一色彩分析裝置；以及一分光器，對準所述的待測發光元件，用以將所述的待測發光元件產生的光線分光投射至所述的光檢測器與所述的集光透鏡組。
2. 如權利要求1所述的高速光學感測裝置，其中，所述的待測發光元件 設置于所述的集光透鏡組前方的聚焦平面。
3. 如權利要求1所述的高速光學感測裝置，其中，所述的集光透鏡組包 括一第一透鏡與一光衰減元件，所述的第一透鏡用以將來自所述的待測發光 元件的光線會聚至所述的色彩分析裝置，所述的光衰減元件用以調整進入所 述的色彩分析裝置的光量。
4. 如權利要求1所述的高速光學感測裝置，其中，所述的集光透鏡組包 括一第一透鏡與一第二透鏡，所述的第一透鏡用以將來自所述的待測發光元 件的光線轉換為平行光，所述的第二透鏡用以將所述的平行光會聚至所述的 色彩分析裝置。
5. 如權利要求4所述的高速光學感測裝置，其中，所述的集光透鏡組還 包括一光衰減元件，設置于所述的第一透鏡與所述的第二透鏡間，以調整進 入所述的色彩分析裝置的光量。
6. 如權利要求1所述的高速光學感測裝置，其中，所述的光檢測器的檢 測面積決定所檢測的光線的立體角。
7. 如權利要求6所述的高速光學感測裝置，其中，所述的立體角符合國 際照明委員會的規范。
8. 如權利要求7所述的高速光學感測裝置，其中，所述的立體角等于0.001 或O.Ol。
9. 如權利要求6所述的高速光學感測裝置，還包括至少一檔板，設置于 所述的分光器與所述的待測發光元件間，所述的檔板具有一開孔對準所述的 待測發光元件，所述的開孔的大小配合所述的立體角。
10. 如權利要求1所述的高速光學感測裝置，還包括至少一檔板，設置于 所述的分光器與所述的待測發光元件間，所述的檔板具有一開孔對準所述的 待測發光元件。
11. 如權利要求1所述的高速光學感測裝置，還包括一視效函數濾光片， 設置于光檢測器與所述的分光器間，以將所述的待測發光元件的發光轉換為 人眼視覺的光強度信息。
12. —種光學測量系統，該系統包括-一種高速光學感測裝置，用以測量一待測發光元件的發光強度與色度， 所述的高速光學感測裝置包括-一光檢測器，用以檢測發光強度； 一集光透鏡組，用以會聚光線；以及一分光器，對準所述的待測發光元件，用以將所述的待測發光元件產生 的光線分光投射至所述的光檢測器與所述的集光透鏡組；以及 一信號處理主體，包括一光功率計，接收來自所述的光檢測器的檢測信號，以計算出所述的待 測發光元件的發光強度；以及一色彩分析裝置，接收來自所述的集光透鏡組的光線，以測量所述的待 測發光元件的色度。
13. 如權利要求12所述的光學測量系統，其中，所述的待測發光元件設置于所述的集光透鏡組前方的聚焦平面。
14. 如權利要求12所述的光學測量系統，其中，所述的集光透鏡組包括 一第一透鏡與一光衰減元件，所述的第一透鏡用以將來自所述的待測發光元 件的光線會聚至所述的色彩分析裝置，所述的光衰減元件用以調整進入所述的色彩分析裝置的光量。
15. 如權利要求12所述的光學測量系統，其中，所述的集光透鏡組包括 一第一透鏡、 一第二透鏡與一光衰減元件，所述的第一透鏡用以將來自所述 的待測發光元件的光線轉換為平行光，所述的第二透鏡用以將所述的平行光 會聚至所述的色彩分析裝置，所述的光衰減元件設置于所述的第一透鏡與所 述的第二透鏡間，以調整進入所述的色彩分析裝置的光量。
16. 如權利要求12所述的光學測量系統，其中，所述的光檢測器的檢測面積決定所檢測的光線的立體角。
17. 如權利要求16所述的光學測量系統，其中，所述的立體角符合國際照明委員會的規范。
18. 如權利要求17所述的光學測量系統，其中，所述的立體角等于0.001 或O.Ol。
19. 如權利要求16所述的光學測量系統，還包括至少一檔板，設置于所 述的分光器與所述的待測發光元件間，所述的檔板具有一開孔對準所述的待 測發光元件，所述的開孔的大小配合所述的立體角。
20. 如權利要求12所述的光學測量系統，還包括至少一檔板，設置于所 述的分光器與所述的待測發光元件間，所述的檔板具有一開孔對準所述的待 測發光元件。
21. 如權利要求12所述的光學測量系統，還包括一遮光罩，設置于所述 的分光器與所述的待測發光元件間，以遮蔽背景光。
22. 如權利要求12所述的光學測量系統，還包括一視效濾光片，設置于 所述的光檢測器與所述的分光器間，用以將所述的待測發光元件的發光轉換 為人眼視覺的光強度信息。
23. 如權利要求12所述的光學測量系統，其中，所述的色彩分析裝置為 一光譜儀。
全文摘要
一種高速光學感測裝置，用以測量一待測發光元件的發光強度與色度，此高速光學感測裝置包括一光檢測器、一集光透鏡組與一分光器。其中，光檢測器用以檢測此待測發光元件的發光強度。集光透鏡組用以會聚光線至一色彩分析裝置。分光器對準待測發光元件，用以將待測發光元件產生的光線分光投射至光檢測器與集光透鏡組。本發明可以降低感測運算的繁復程度，有效縮短運算時間，以滿足于產線快速測量的需求。
文檔編號G01J1/00GK101344430SQ20071012816
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月9日 優先權日2007年7月9日
發明者宋新岳, 歐聰憲, 簡宏達, 管繼正, 羅文期 申請人:中茂電子(深圳)有限公司