光譜儀的可拆卸周邊裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種光譜儀的可拆卸周邊裝置，其包括本體、光源模塊、接收頭、光感測模塊與控制模塊。光源模塊包括至少二個具有不同輸出光譜的光源。上述光源所輸出的光是以第一預設角度射入量測區。接收頭可拆卸光學耦合光譜儀的光輸入端。接收頭的光軸與量測區的法線夾第二預設角度。光感測模塊用以感測各光源所輸出的光并據以輸出對應的光強度信號。控制模塊可依據上述光強度信號控制各光源的光強度。通過本發明可使光譜儀更便于量測顏色。
【專利說明】光譜儀的可拆卸周邊裝置
【技術領域】
[0001]本發明是有關于一種光譜儀的周邊裝置，且特別是有關于一種能使光譜儀便于量測顏色的周邊裝置。
【背景技術】
[0002]光譜儀(Spectoometer)是將成分復雜的光，分解為光譜線的科學儀器，其分光器可由棱鏡(Prism)、彩色濾光片(Color filter)或光柵(Grating)構成。
[0003]光譜儀也可以用來量測顏色,作為色度計(colorimeter)。然而光譜儀要作為色度計來使用，需搭配適當的光源以及適當的量測環境。對于使用者而言，架設適當的光源與量測環境是相當繁瑣且困難的事情。以下作詳細的說明。
[0004]首先，要確保光源所輸出的光可以維持相當程度地均勻且準直。一般來說，會在光源增設一些光學元件，例如準直鏡與聚焦鏡，使光源所輸出的光能夠均勻且準直。接著，要使用固定架把光源固定住，并仔細調整光源的角度，使光源所輸出的光以一預設角度入射待測物。
[0005]當單一光源所輸出的光譜不夠廣，則需要增設多組光源。所有光源都需經過調整，使其輸出的光能夠均勻且準直，并以同樣的預設角度入射待測物。除此之外還需要調整各光源的光斑皆重迭照在待測物上。接著，再通過固定架固定光譜儀，使光譜儀的光輸入端面對著待測物的法線方向。
[0006]值得一提的是，當光譜儀每次要作為色度計使用，皆需經過上述繁瑣且困難的流程，藉以架設適當的光源與量測環境。特別是每次架設的光源與量測環境都略有不同，因此對于相同的待測物而言，每次量測的結果也略有不同。
[0007]綜合上述，現有技術的光譜儀要作為色度計使用，不但使用上相當麻煩，量測結果也不準確。
【發明內容】
[0008]本發明提供一種光譜儀的可拆卸周邊裝置，使光譜儀可用來量測顏色。
[0009]本發明提供一種光譜儀的可拆卸周邊裝置，使光譜儀便于量測顏色。
[0010]本發明提出一種光譜儀的可拆卸周邊裝置，其包括一本體、一光源模塊、一接收頭、一光感測模塊與一控制模塊。本體定義一量測區。光源模塊配置于本體。光源模塊包括至少二個具有不同輸出光譜的光源。上述光源所輸出的光是以一第一預設角度射入量測區。第一預設角度與一顏色量測標準相關。接收頭配置于本體，且可拆卸光學耦合光譜儀的一光輸入端。接收頭的光軸與量測區的法線夾一第二預設角度。第二預設角度與顏色量測標準相關。光感測模塊配置于本體，用以感測各光源所輸出的光并據以輸出對應的一光強度信號。控制模塊電性連接光源模塊與光感測模塊，可依據上述光強度信號控制各光源的光強度。
[0011]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一準直鏡。準直鏡配置于本體，且位于量測區與接收頭之間的光學路徑上。準直鏡例如是穿透式準直鏡、反射式準直鏡，或聚光透鏡。
[0012]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一散熱裝置。散熱裝置配置于光源模塊附近，并電性連接控制模塊。控制模塊可依據光源模塊的操作狀態控制散熱裝置對光源模塊進行散熱。散熱裝置例如是風扇，具有不同轉速模式。光源模塊的操作狀態例如有啟動狀態、關閉狀態或多階亮度狀態。
[0013]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一人機界面。人機界面電性連接控制模塊，可用以供使用者互動。人機界面包括觸碰式熒幕、顯示熒幕、指示燈、開關、按鈕、喇叭或揚聲器...等。
[0014]在本發明的一實施例中，本體包括一支架結構。支架結構可用以抵住放置一待測物的平面，使待測物落于量測區中。如此一來，光譜儀可通過可拆卸周邊裝置而作為接觸式色度計。
[0015]在本發明的一實施例中，本體包括一懸掛結構。懸掛結構可用以懸掛于一固定裝置，使放置于一平面的一待測物落于量測區中。如此一來，光譜儀可通過可拆卸周邊裝置而作為非接觸式色度計。
[0016]在本發明的一實施例中，本體包括一消光體。消光體形成一光密閉空間，使量測區位于光密閉空間內。如此一來，可避免雜散光干擾。
[0017]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一光纖。光纖可拆卸光學耦合于接收頭與光輸入端之間。
[0018]在本發明的一實施例中，光源模塊更包括至少一聚光鏡。上述聚光鏡配置于上述光源的一光軸上，且配置于上述光源與量測區之間。上述聚光鏡所收集的光能量小于上述光源的總輸出光能量的60%。上述光源為發光二極管。如此一來可提升光的準直度與均勻度。
[0019]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一溝通界面模塊。溝通界面模塊可拆卸電性連接于控制模塊與光譜儀的一電傳輸界面之間，使光源模塊的點燈時序與光譜儀的量測程序能相互配合。如此一來可延長光源模塊的壽命，也可達成省電功效。
[0020]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一溝通界面模塊。溝通界面模塊可拆卸電性連接于控制模塊與光譜儀的一電傳輸界面之間，使光源模塊的輸出光能量與光譜儀的積分時間能相互配合。
[0021]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一溝通界面模塊。溝通界面模塊可拆卸電性連接于控制模塊與光譜儀的一電傳輸界面之間，使控制模塊能依據光譜儀所量測的一光譜信息輸出一色坐標信息。上述色坐標信息例如是CIE XYZ色坐標信息或CIE LAB色坐標信息。
[0022]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一溝通界面模塊。溝通界面模塊可拆卸電性連接于控制模塊與光譜儀的一電傳輸界面之間，使控制模塊能依據光譜儀所量測的一光譜信息控制各光源的光平衡。
[0023]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一溝通界面模塊。溝通界面模塊可拆卸電性連接于控制模塊與光譜儀的一電傳輸界面之間。溝通界面模塊包括一可程序化單元。可程序化單元能被更新，使可拆卸周邊裝置能適用于另一光譜儀。[0024]在本發明的一實施例中，控制模塊可依據各光強度信號分別控制各光源的光強度。如此一來，各光源能分別輸出一穩定強度的光。
[0025]在本發明的一實施例中，控制模塊可依據各光強度信號控制各光源的光平衡。
[0026]在本發明的一實施例中，接收頭所接收的光為來自放置于量測區的一待測物的散射光。可拆卸周邊裝置為反射式顏色量測的周邊裝置。
[0027]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括至少一非均勻遮光片。上述非均勻遮光片配置于上述光源的一光軸上，且配置于上述光源與量測區之間。非均勻遮光片的各區遮光率與光源的輸出光能量分布成正相關，藉以抑制輸出光能量過高的區域，提升光的均勻度。
[0028]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一積分球。積分球配置于本體。積分球具有至少一光接收端與至少一光輸出端。積分球的光接收端光學耦合光源模塊。積分球的光輸出端光學稱合接收頭。測量區被定義于積分球中。
[0029]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括一溝通界面模塊。溝通界面模塊可拆卸電性連接于控制模塊與光譜儀的一電傳輸界面之間。光感測模塊包括一第二光譜儀，上述光強度信號為第二光譜儀所產生的第二光譜信息。第二光譜信息能用以對光譜儀所產生的一第一光譜信息進行光譜飄移校正或光譜強度校正。
[0030]在本發明的一實施例中，可拆卸周邊裝置更包括至少一分光鏡。分光鏡配置于光源模塊與量測區的光學路徑之間，用以將輸出至量測區的光分光至光感測模塊。
[0031]從另一角度來看，本發明提出一種光譜儀的可拆卸周邊裝置，其包括一本體、一光源模塊、一第一接收頭、一第二接收頭、一溝通界面模塊與一控制模塊。本體定義一量測區。光源模塊配置于本體。光源模塊包括至少二個具有不同輸出光譜的光源，上述光源所輸出的光是以一第一預設角度射入量測區。第一接收頭配置于本體，且可拆卸光學耦合光譜儀的一光輸入端。第一接收頭的光軸與量測區的法線夾一第二預設角度。第一預設角度與第二預設角度與該顏色量測標準相關。第二接收頭可拆卸光學耦合一光感測模塊。光感測模塊能通過第二接收頭感測各光源所輸出的光并據以輸出對應的一光強度信號。溝通界面模塊可拆卸電性連接光感測模塊與光譜儀的其一。控制模塊電性連接溝通界面模塊。
[0032]在本發明的一實施例中，溝通界面模塊更可拆卸電性連接光感測模塊與另一光譜儀。
[0033]在本發明的一實施例中，控制模塊依據上述光強度信號控制各光源的光強度。
[0034]基于上述，本發明的可拆卸周邊裝置可使光譜儀更便于量測顏色。
[0035]為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1是依照本發明的第一實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。
[0037]圖2A是依照本發明的第一實施例的一種光源模塊在進行光平衡調整之前的光譜示意圖。
[0038]圖2B是依照本發明的第一實施例的一種光源模塊在進行光平衡調整之后的光譜示意圖。[0039]圖3是依照本發明的第二實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0040]圖4是依照本發明的第三實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0041]圖5是依照本發明的第四實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0042]圖6是依照本發明的第五實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0043]圖7是依照本發明的第六實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0044]圖8是依照本發明的第七實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0045]圖9是依照本發明的第八實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0046]圖10是依照本發明的第九實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0047]圖11是依照本發明的第十實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0048]圖12是依照本發明的第十一實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。[0049]【主要元件符號說明】[0050]10:光譜儀[0051]20~29、201:可拆卸周邊裝置[0052]30,31:本體[0053]40:光源模塊[0054]41,42:光源[0055]50:接收頭[0056]60:光感測模塊[0057]61、62:光感測器[0058]70:控制模塊[0059]80:量測區[0060]90:待測物[0061]100:支架結構[0062]101:光輸入端[0063]102:分光器[0064]103:感光元件[0065]104:控制單元[0066]105:電傳輸界面[0067]110:準直鏡[0068]121,122:聚光鏡[0069]130:懸掛結構[0070]140:散熱裝置[0071]150:人機界面[0072]160:溝通界面模塊[0073]171,172:非均勻遮光片[0074]180:積分球[0075]191、192:分光鏡【具體實施方式】[0076]現有技術要將光譜儀作為色度計來使用相當不方便。反觀，本發明的實施例所提出的可拆卸周邊裝置具有可拆卸設計，可輕易地在光譜儀上拆卸，讓光譜儀可作為色度計或色差計使用。可拆卸周邊裝置中的光源、量測區與接收頭的相對位置都已經按照顏色量測標準固定住。可拆卸周邊裝置安裝于光譜儀后，使用者無需再自行調整可拆卸裝置中各元件之間的相對位置。可拆卸周邊裝置包括至少二個具有不同輸出光譜的光源，可提升光源模塊的光譜輸出范圍。可拆卸周邊裝置還包括光感測模塊，可感測各光源所輸出的光。當光源長時間使用而衰減時，控制模塊可通過光感測模塊所感測到的信號調整各光源的光強度，藉以改善光衰減問題。控制模塊也可以依據光感測模塊的信號，對各光源作初始化調整，藉以平衡各光源的光強度，如此一來可改善部分輸出光譜的光太強或太弱的問題。
[0077]承上述，可拆卸周邊裝置還可通過拆卸，輪流供不同的光譜儀使用。可針對不同顏色量測標準準備相對應的可拆卸周邊裝置，當要采用不同的顏色量測標準來量測顏色時，只需要光譜儀更換可拆卸周邊裝置。另外，不同光譜儀的感度與解析度都略有不同，當同一個可拆卸周邊裝置安裝在感度與解析度較好的光譜儀上，可提升量測顏色的準確性。以下配合圖式做更詳細地說明，其中相同或相似的元件以相同標號表示。
[0078]圖1是依照本發明的第一實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請參照圖1，在本實施例中，光譜儀10以簡化架構為例進行說明，其包括光輸入端101、分光器102、感光元件103、控制單元104與電傳輸界面105。但實際上光譜儀10還包括其他元件，例如狹縫(Slit)、波導裝置(Waveguide)、濾光片(Filter)、二階濾光片(Second orderfilter)、聚光鏡(Condenser)、準直鏡(Collimator)、分光鏡(Beamsplitter)及其組合,在此不再贅述。在本實施例中，光輸入端101可用來接收待進行光譜分析的光。分光器102可用來將不同波長的光分開，例如是反射式光柵。感光元件103可用來將不同波長光信號分別轉換為電信號，例如是電荷稱合元件(Charge Coupled Device,簡稱CCD)。控制單元104可用來控制各電子元件、計算信息或與其他外部元件溝通。舉例來說，控制單元104可依據感光元件103所輸出的電信號產生光譜信息。本實施例所列舉的光譜儀10僅是一種選擇實施例，本領域技術者可依其需求改用其他架構的光譜儀，例如利用濾光片來分光的光譜儀、利用菱鏡(prism)來分光的光譜儀、或利用其他方式來分光的光譜儀。
[0079]另一方面，可拆卸周邊裝置20可包括本體30、光源模塊40、接收頭50、光感測模塊60與控制模塊70。光源模塊40、接收頭50與光感測模塊60配置于本體30。通過本體30，光源模塊40、接收頭50與光感測模塊60的相對位置會被固定，量測區80也會隨之被定義出來。更具體地說，可拆卸周邊裝置20是設計為接觸式。本體30還包括支架結構100。支架結構100可用以抵住放置待測物90的平面，使待測物90落于量測區中。如此一來，光譜儀10可通過可拆卸周邊裝置20而作為接觸式色度計。在其他實施例中，支架結構100也可用來抵住待測物90，使待測物90的一待測部落于量測區80中。如此則可對上述待測部進行顏色量測。接收頭50為可拆卸設計，可光學耦合光譜儀10的光輸入端101。接收頭50例如可通過光纖(Optical fiber)光學耦合光譜儀10的光輸入端101。控制模塊70電性連接光源模塊40與光感測模塊60。
[0080]在本實施例中，光源41、42、接收頭50與量測區80的相對位置是依照顏色量測標準所配置。在本實施例中，是以45度X顏色量測標準的配置方式。更具體地說，光源41、42所輸出的光是以45度射入量測區80。接收頭50是對著量測區80收光。更具體地說，接收頭50的光軸是正對著量測區80的法線，亦即接收頭50的光軸與量測區80的法線之夾角為O度。需一提的是，45度X顏色量測標準的配置方式僅是一種選擇實施例，在其他實施例中也可采用不同的顏色量測標準，例如45度a、0度或8度…等顏色量測標準。在本實施例中，光源41、42與接收頭50雖配置在同一平面上，但其僅是一種選擇實施例。在其他實施例中，光源41、42與接收頭50也可以配置在不同平面上。本實施例中，可拆卸周邊裝置20還包括準直鏡110。準直鏡110配置于本體30，且位于量測區80與接收頭50之間的光學路徑上，可提高接收頭50所接收到的光的準直性。需一提的是，在其他實施例中，若接收頭50所接收到的光已經達一定程度的準直性，也可省略準直鏡110以簡化光學系統架構。在本實施例中，準直鏡110是以穿透式準直鏡為例進行說明，但在其他實施例中準直鏡也可以是其他可以使光線準直的光學元件，例如是反射式準直鏡或聚光透鏡。
[0081]本體30可由不易變形的材料所組成，例如由鋁合金所組成，在其他實施例也可由其他不易變形的材料所組成例如塑膠、金屬材料或復合材料…等。在本實施例中，本體30雖以類似支架的型態進行說明。但在其他實施例中，本體也可以是類似殼體的型態。另外，在本實施例中，本體30還可包括消光體。在本實施例中，消光體例如是黑布，覆于本體30外。消光體可以形成光密閉空間，使量測區80位于光密閉空間內。如此一來，可避免雜散光干擾。
[0082]承上述，光源模塊40包括至少二個具有不同輸出光譜的光源，在本實施例以兩個光源(41、42)為例進行說明，在其他實施例中也可以采用三個以上的光源，或是將多個光源封裝在同一燈具中。光源41例如是藍光發光二極管(Light emitting diode,簡稱LED)，光源42例如是白光LED，在其他實施例中也可以采用不同類型的光源例如鹵素燈(HalogenLamp)、或氖燈(Neon lamp)等。由于光源模塊40具有多個具有不同輸出光譜的光源，因此光源模塊40可輸出光譜范圍較廣的光。對于色彩量測來說,光源模塊40的輸出光譜范圍愈廣，量測結果愈能反應出待測物的色彩信息。然而，單一光源要輸出光譜范圍廣且強度分布均勻的光是相當困難的事情。本實施例可通過組合輸出光譜相互補的光源，則可使光源模塊40具有較廣的輸出光譜范圍。另外，當不同輸出光譜的光源之光強度不平衡時，也可以在光源模塊增加對應于光強度較弱的光源數量，藉以使光源模塊40所輸出光譜范圍不但廣且光強度均勻。舉例來說，在`一實施例中，若紅光LED的能量約為藍光LED的兩倍，則可在光源模塊中整合光源數量比例為1:2的紅光LED與藍光LED。
[0083]光感測模塊60包括多個光感測器(Photo sensor)，在本實施例中以光感測器61、62為例進行說明。在其他實施例中，也可以采用三個以上的光感測器。光感測器61配置于光源41的光輸出路徑上，例如配置于光源41的燈座附近，用以偵測光源41的光強度。光感測器62配置于光源42的光輸出路徑上，例如配置于燈座附近，用以偵測光源42的光強度。需一提的是，在本實施例中，光感測器61不會實質感測到光源42，光感測器62不會實質感測到光源41。換言之，光感測器61所產生的信號會實質反應光源41的強度，光感測器62所產生的信號會實質反應光源42的強度。
[0084]控制模塊70可依據光感測模塊60所輸出的信號調整光源模塊40的光強度。在本實施例中，控制模塊70是通過脈沖寬度調制(Pulse width modulation,簡稱PWM)來調變各光源的光強度，但其僅是一種選擇實施例。在其他實施例中，控制模塊也可以通過其他方式來調整各光源的光強度，例如可通過調變電壓或電流來控制光強度。[0085]需一提的是，光源在長時間使用下，光源的輸出光強度會出現衰減情形。此衰減情形容易導致顏色量測失真。但在本實施例中，控制模塊70可依據光感測器61與62所感測到的光強度信號分別控制光源41與42的光強度。控制模塊70通過監控光感測器61所輸出的信號，可偵測光源41是否因長時間使用下而發生衰減。當光源41發生衰減，控制模塊70就可以依照光源41衰減的程度，調強光源41的光強度，使光源41能持續輸出穩定強度的光。同理可類推光源42。如此一來，可改善各光源因長時間使用衰減而造成顏色量測失真的問題。
[0086]另外，控制模塊70也可以依據各光感測器的光強度信號控制各光源的光平衡。亦即，控制模塊70可以對光源模塊40的各光源作強度初始化調整，藉以平衡各光源的光強度。
[0087]圖2A是依照本發明的第一實施例的一種光源模塊在進行光平衡調整之前的光譜示意圖。圖2B是依照本發明的第一實施例的一種光源模塊在進行光平衡調整之后的光譜示意圖。請合并參照圖1、圖2A與圖2B，在本實施例中光源41的輸出光譜范圍約在370nm至430nm，光源41的輸出光譜范圍約在420至800nm。假設控制模塊40 —開始以0.4單位的光強度控制信號驅動光源41與42，而光感測器61與62所感測得到的光強度信號，例如分別為0.5與I的光強度單位。此時代表光源41與42的光強度比例約為0.5:1，如圖2A所示。需注意的是，在本實施例中，光感測模塊60并無法獲得如圖2A與圖2B所繪示的光譜信息，圖2A與圖2B僅是為了方便說明所繪示的示意圖。
[0088]接著，控制模塊40可依據光感測器61與62的光強度信號控制光源41與42的光強度，例如，分別以0.8,0.4單位的光強度控制信號分別驅動光源41與42，使光感測器61與62所感測得到的光強度信號接近平衡，例如分別感測到I與I的光強度單位。此時代表光源41與42的光強度比例約為1:1，如圖2B所示。如此一來不但可使各光源的強度初始化更加方便，也可以平衡各光源的光強度。需一提的是，對于顏色量測而言，各光源的光強度在不平衡的情況下，光譜儀10所收到的光譜信息中，對應光強度過強的光譜范圍容易發生量測值達最大值而無法正確反應真實量測值，或稱數據溢出(Overflow)的情形；對應光強度過弱的光譜范圍則容易夾帶過大的噪音而無法正確反應真實量測值。但通過本實施例的光強度初始化調整即可改善上述問題。
[0089]再從使用者的角度來看，當使用者要將光譜儀10作為色度計或色差計使用時，首先將可拆卸周邊裝置20的接收頭50通過光纖光學耦合于光輸入端101，如此即完成量測環境的架設。接著，可在量測區80放置標準色片，以供控制模塊70進行光源初始化設定，例如各光源強度校正與光強度平衡校正的初始化設定。
[0090]接著，可將待測物90置于量測區80進行量測。更具體地說，光源模塊40的光會以45度的入射角照在待測物90上，接收頭50會以對著量測區80的法線對待測物90收光。換言之，待測物90所散射的光會通過接收頭50而進入光譜儀10的光輸入端101。接著，進入光輸入端101的光會被分光器102分成多個光譜分量,再由感光兀件103將光信號轉換為電信號。控制單元104則可依據上述電信號產生光譜信息，而此光譜信息即能反應出待測物90的顏色信息。光譜信息可以通過電傳輸界面105傳輸給外部裝置。
[0091]上述實施例中已經對光譜儀與可拆卸周邊裝置描繪出了一個可能的型態，但所屬【技術領域】中的技術人員應當知道，各廠商對于光譜儀與可拆卸周邊裝置的設計都不一樣，因此本發明的應用當不限制于此種可能的型態。換言之，只要是可拆卸周邊裝置具有多個不同輸出光譜的光源與相對應的光感測設計，且此可拆卸周邊裝置能使光譜儀作為色差計或色度計使用，就已經是符合了本發明的精神所在。以下再舉幾個實施例以便本領域技術人員能夠更進一步的了解本發明的精神，并實施本發明。
[0092]圖3是依照本發明的第二實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖3，本實施例的可拆卸周邊裝置21與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，在可拆卸周邊裝置21中，光源模塊40更包括至少一聚光鏡，以聚光鏡121與122為例進行說明。聚光鏡121配置于光源41的光軸上，且配置于光源41與量測區80之間。需一提的是，聚光鏡121所收集的光能量小于光源41的總輸出光能量的60%。更具體地說，假設聚光鏡121位于第一平面上，第一平面與光源41的光軸正交于第一原點。光源41的主要能量會分布在光軸附近，照射在第一平面上的光能量分布會以第一原點為圓心向外對稱分布。聚光鏡121則是配置在該第一原點上，且僅用來收集小于光源41的總輸出光能量的60%。此用意在于，愈遠離光軸的光，愈難掌控其光學特性。聚光鏡121僅用來處理光軸附近的光，不但可提升光的準直性，也可以使通過聚光鏡121的光維持相當程度的均勻度。同理可類推聚光鏡122的實施方式。如此一來，可使量測區80所接收到的光具相當程度的均勻度與準直性，在進行顏色量測也比較不會發生誤差。
[0093]圖4是依照本發明的第三實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖4，本實施例的可拆卸周邊裝置22與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置20為接觸式，可拆卸周邊裝置22為非接觸式。在本實施例中，本體30包括懸掛結構130。懸掛結構130可用以懸掛在一固定裝置,例如懸掛結構130是懸空固定在一機臺架，使位于機臺架下方且放置于平面上的待測物90能落于量測區80中。如此一來，光譜儀10可通過可拆卸周邊裝置22而作為非接觸式色度計。此作法的好處在于本體30無須接觸到平面及/或待測物即可進行顏色量測。當需進行大量顏色量測時，可有效縮短更換下一個待測物的時間。在本實施例中，雖以兩個懸掛結構130為例進行說明，但其僅是一種選擇實施例。在其他實施例中也可以依照應用情形改變懸掛結構的數量、型體與配置方式。
[0094]圖5是依照本發明的第四實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖5，本實施例的可拆卸周邊裝置23與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置23更包括散熱裝置140。散熱裝置140配置于光源模塊40的附近，并電性連接控制模塊70。光源模塊40運作時，往往會產生大量的熱。當過熱時光源模塊40所輸出的光并不穩定，此情形會影響到顏色量測的結果。在本實施例中，散熱裝置140可用來對光源模塊40進行散熱。更具體地說，控制模塊70可依據光源模塊40的操作狀態控制散熱裝置140對光源模塊40進行散熱。在本實施例中，散熱裝置140例如是風扇，具有不同轉速模式。光源模塊40的操作狀態例如有啟動狀態、關閉狀態或多階亮度狀態。當光源模塊40在關閉狀態下，控制模塊70可控制散熱裝置140停止運作，藉以達成省電功能。當光源模塊40在一般亮度狀態下，控制模塊70可控制散熱裝置140切換到正常轉速。當光源模塊40在高亮度狀態下，其產生的熱能也較高，控制模塊70可控制散熱裝置140切換到超高轉速，藉以加速散熱。當然上述散熱裝置140與光源模塊40的對應狀態僅是一種選擇實施例，本領域技術者可依其需求調整之。在不同實施例中，散熱裝置也可以是是利用其他原例進行散熱的裝置，例如也可以是熱電致冷晶片(Thermoelectric CoolingModule)，例如可安裝于光源模塊的燈座上，如此亦可達成良好的散熱效果。
[0095]圖6是依照本發明的第五實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖6，本實施例的可拆卸周邊裝置24與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置24更包括人機界面150。人機界面150電性連接控制模塊70，可用以供使用者互動。在本實施例中，人機界面150以指示燈與開關為例進行說明。開關可用來控制光源模塊40的亮滅，指示燈可用來指示光源模塊40是否處于運作狀態。需一提的是，人機界面150雖以開關與指示燈為例進行說明，但其僅是一種選擇實施例。在其他實施例中，人機界面也可以是其他裝置，例如也可以是觸碰式熒幕、顯示熒幕、按鈕、喇叭或揚聲器…等。人機界面也可以視應用情形顯示或控制其他信息與功能。舉例來說，當人機界面電性連接控制模塊與光譜儀時，人機界面不但可用來顯示與控制可拆卸周邊裝置的信息與功能，也可以用來顯示與控制光譜儀的信息與功能，例如可用來顯示光譜信息與設定光譜儀的積分時間...等。
[0096]圖7是依照本發明的第六實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖7，本實施例的可拆卸周邊裝置25與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置25更包括溝通界面模塊160。溝通界面模塊160可拆卸電性連接于控制模塊70與光譜儀10的電傳輸界面105之間。舉例來說，傳輸線可方便拆卸。溝通界面模塊160可通過傳輸線電性連接于控制模塊70與光譜儀10的電傳輸界面105之間。如此一來，光譜儀10與控制模塊70則可以相互溝通。
[0097]承上述，在本實施例中，溝通界面模塊160包括可程序化單元。可程序化單元能被更新，使可拆卸周邊裝置25能適用于另一光譜儀。更具體地說，不同光譜儀可能采用不同的溝通協定。本實施例可以在可程序化單元中安裝針對不同光譜儀所設計的多組程序。當可拆卸周邊裝置25通過傳輸線連接到光譜儀時，溝通界面模塊則會針對所連接的光譜儀從可程序化單元中選擇適當的程序，藉以與光譜儀進行溝通。如此一來，可拆卸周邊裝置25則可適用于不同廠牌或是不同型號的光譜儀。
[0098]需一提的是，當可拆卸周邊裝置25與光譜儀10電性連接后，可拆卸周邊裝置25與光譜儀10之間則可衍生出更多樣化的功能。以下例舉幾個進行說明。舉例來說，當可拆卸周邊裝置25與光譜儀10能相互溝通后，光源模塊40的點燈時序與光譜儀10的量測程序就能相互配合。更具體地說，光譜儀10沒有要量測時，光源模塊40可進入關閉模式。如此一來可延長光源模塊的壽命，也可達成省電功效。需一提的是，隨著光源種類不同，光源可能需要運作一段時間其輸出的光才會達穩定狀態。有鑒于此，也可以設計為光譜儀10進行量測前，光源模塊40提前進行點亮。當光譜儀10進行量測時，光源模塊40所輸出的光則為穩定的光，如此可降低光源不穩定所造成的干擾。
[0099]又例如，當可拆卸周邊裝置25與光譜儀10能相互溝通后，光源模塊40的輸出光能量與光譜儀10的積分時間就能相互配合。積分時間過短信號強度較小容易受到噪音影響，積分時間過長則容易造成數據溢出。當可拆卸周邊裝置25與光譜儀10能相互溝通后，控制模塊70則可依據光譜儀10所產生的光譜信息對光譜儀10設定適當的積分時間。假設光譜儀10所能量測的最大值為65535強度(counts)。首先，控制模塊70可控制設定光譜儀10積分時間，例如一開始設定是0.1秒。在量測過程中，光譜儀10會將0.1秒所接收到的光強度累積起來，并產生一光譜信息，例如，光譜信息中各波段的最大強度為10000強度。接著，控制模塊70可依據上述光譜信息計算光譜儀10較適當的積分時間，例如為0.6秒。設定好適當的積分時間，光譜儀10所產生的光譜信息不但不會發生數據溢出也不會有信號過小的問題。
[0100]再例如，當可拆卸周邊裝置25與光譜儀10能相互溝通后，控制模塊70能依據光譜儀10所量測的光譜信息輸出色坐標信息。一般來說，光譜儀10并不一定具有計算色坐標信息的能力，而僅能產生光譜信息。有鑒于此，控制模塊70可擷取光譜儀10所量測的光譜信息，并據以計算對應的色坐標信息，例如可將光譜信息轉換成CIE XYZ色坐標信息。在其他實施例中，本領域技術者也可依其需求將光譜信息轉換為其他色坐標信息，例如CIE LAB色坐標信息。
[0101]更例如，當可拆卸周邊裝置25與光譜儀10能相互溝通后，控制模塊70能依據光譜儀10所量測的光譜信息控制各光源的光平衡。需一提的是，在第一實施例中，控制模塊70雖亦可依據光感測模塊60所感測的光強度信號控制各光源的光平衡。但第一實施例中的光感測模塊60是由光感測器61與62所組成，也就是說，第一實施例中的光感測模塊60并無法產生光譜信息。在本實施例中，光譜儀10所量測的光譜信息包含更多的信息，控制模塊70能依據此光譜信息更佳地控制各光源的光平衡。舉例來說，光感測器61是感測接收光源41的光。光感測器62是感測接收光源42的光。反觀，光譜儀10所量測到的光譜信息是光源41與42照射在待測物后散射至接收頭50的光，也就是說光譜信息更含有光經散射后造成的衰減信息。控制模塊70當然能依據此光譜信息更佳地控制各光源的光平衡。
[0102]圖8是依照本發明的第七實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖8，本實施例的可拆卸周邊裝置26與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置26更包括至少一非均勻遮光片，本實施例以非均勻遮光片171與172為例進行說明。非均勻遮光片171配置于光源41的光軸上，且配置于光源41與量測區80之間。一般來說，LED光源所輸出的光斑會有類似甜甜圈的現象，亦即照射在平面的光斑會有一圈強一圈弱的不均勻現象。有鑒于此非均勻遮光片171可針對光源41的光斑而設計各區的遮光率，光斑能量愈強區域則在非均勻遮光片171對應設計愈高的遮光率；反之，光斑能量愈弱區域則在非均勻遮光片171對應設計愈低的遮光率。換言之，非均勻遮光片171的各區遮光率與光源41的輸出光能量分布成正相關，藉以抑制輸出光能量過高的區域，提升光的均勻度。同理可類推非均勻遮光片172的實施方式，在此不再贅述。
[0103]圖9是依照本發明的第八實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖9，本實施例的可拆卸周邊裝置27與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置27更包括積分球(Integrating sphere) 180。積分球180配置于本體31。積分球180具有至少一光接收端與至少一光輸出端。積分球180的光接收端光學稱合光源模塊40。積分球180的光輸出端光學稱合接收頭50。測量區80被定義于積分球180中。在本實施例中，所采用的顏色量測標準為8度。更具體地說，光源模塊40以水平方向將光輸入至積分球180中。接收頭50以8度對著待測區80收光，亦即接收頭50的光軸與待測區80的法線夾8度。此量測方式的好處在于可量測不規則形狀的待測物90。
[0104]圖10是依照本發明的第九實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖10，本實施例的可拆卸周邊裝置28與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置28更包括至少一分光鏡，本實施例以分光鏡191與192為例進行說明。分光鏡191配置于光源41與量測區80的光學路徑之間，用以將輸出至量測區80的光分光至光感測器61。值得一提的是，光感測器61所接收到的光與照射在待測物90的光會實質上相同。同理可類推分光鏡192。接著,控制模塊70再依據光感測模塊60所感測到的光強度信號則能更正確地控制光源模塊40。需一提的是，分光鏡的詳細實施方式也可以參照美國專利US4756619所揭露的內容。美國專利US4756619所揭露的內容皆納入本說明書的揭露內容中。
[0105]在第一實施例中，光源模塊40雖以兩個光源為例進行說明，且光感測模塊60以兩個光感測器為例進行說明，但其僅是一種選擇實施例，本領域技術者亦可依其需求以不同的光感測元件實施光感測模塊，也可以通過不同型態的光源實施光源模塊。例如，圖11是依照本發明的第十實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖11，本實施例的可拆卸周邊裝置29與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置29的光感測模塊60包括第二光譜儀，且光源模塊40將多個光源，例如多個不同顏色的LED晶粒，封裝在一起。本實施例可通過第二光譜儀實現光感測模塊60的功能。換言之，光感測模塊可通過分光鏡191 一并感測到光源模塊40所有輸出光的光譜信息。控制模塊70可依據此光譜信息控制光源模塊40。
[0106]需一提的是，若可拆卸周邊裝置29再圖7所揭露的溝通界面模塊160與光譜儀10電性連接的話，亦可衍生出其他新功能。例如，一般來說光源容易受到溫度影響而發生輸出波長偏移。當光感測模塊60可產生光譜信息時,控制模塊70則可依據光感測模塊60所產生的光譜信息對光譜儀10所產生的光譜信息進行光譜飄移校正。不僅如此，控制模塊70也可依據光感測模塊60所產生的光譜信息對光譜儀10所產生的光譜信息進行光譜強度校正。
[0107]圖12是依照本發明的第十一實施例的一種光譜儀與可拆卸周邊裝置的示意圖。請合并參照圖1與圖12，本實施例的可拆卸周邊裝置201與圖1的可拆卸周邊裝置20相類似。不同之處在于，可拆卸周邊裝置201包括本體30、光源模塊40、第一接收頭50、第二接收頭51、溝通界面模塊160與控制模塊70。第二接收頭51可拆卸光學耦合光感測模塊60，例如通過光纖。光感測模塊60能通過第二接收頭51感測光源模塊40所輸出的光并據以輸出對應的一光強度信號。溝通界面模塊160可拆卸電性連接電傳輸界面105與光感測模塊60。控制模塊70電性連接溝通界面模塊160可依據上述光強度信號控制各光源的光強度。當然隨著溝通界面模塊所整合的信息不同，控制模塊也可達成其他衍生的功能，在此則不再一一贅述。
[0108]本領域技術者也可依照上述揭露的各實施例進行組合。
[0109]綜上所述，本發明的可拆卸周邊裝置可使光譜儀便于量測顏色。
[0110]雖然本發明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬【技術領域】中的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許更動與潤飾，故本發明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
【權利要求】
1.一種光譜儀的可拆卸周邊裝置，其特征在于，包括:一本體，定義一量測區；一光源模塊，配置于該本體，該光源模塊包括至少二個具有不同輸出光譜的光源，上述光源所輸出的光是以一第一預設角度射入該量測區，該第一預設角度與一顏色量測標準相關;一接收頭，配置于該本體，且可拆卸光學稱合該光譜儀的一光輸入端，該接收頭的光軸與該量測區的法線夾一第二預設角度，該第二預設角度與該顏色量測標準相關；一光感測模塊，配置于該本體，用以感測各該光源所輸出的光并據以輸出對應的一光強度信號；以及一控制模塊，電性連接該光源模塊與該光感測模塊，依據上述光強度信號控制各該光源的光強度。
2.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一準直鏡，配置于該本體，且位于該量測區與該接收頭之間的光學路徑上。
3.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一散熱裝置，配置于該光源模塊附近，并電性連接該控制模塊，其中該控制模塊依據該光源模塊的操作狀態控制該散熱裝置對該光源模塊進行散熱。
4.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一人機界面，電性連接該控制 模塊，用以供使用者互動。
5.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該本體包括:一支架結構，用以抵住放置一待測物的平面，使該待測物落于該量測區中。
6.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該本體包括:一懸掛結構，用以懸掛于一固定裝置，使放置于一平面的一待測物落于該量測區中。
7.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該本體包括:一消光體，形成一光密閉空間，使該量測區位于該光密閉空間內。
8.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括一光纖，可拆卸光學耦合于該接收頭與該光輸入端之間。
9.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該光源模塊，更包括:至少一聚光鏡，配置于上述光源的一光軸上，且配置于上述光源與該量測區之間，上述聚光鏡所收集的光能量小于上述光源的總輸出光能量的60%,其中上述光源為發光二極管。
10.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一溝通界面模塊，可拆卸電性連接于該光譜儀的一電傳輸界面與該控制模塊之間，使該光源模塊的點燈時序與該光譜儀的量測程序能相互配合。
11.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一溝通界面模塊，可拆卸電性連接于該光譜儀的一電傳輸界面與該控制模塊之間，使該光源模塊的輸出光能量與該光譜儀的積分時間能相互配合。
12.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一溝通界面模塊，可拆卸電性連接于該光譜儀的一電傳輸界面與該控制模塊之間，使該控制模塊能依據該光譜儀所量測的一光譜信息輸出一色坐標信息。
13.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一溝通界面模塊，可拆卸電性連接于該光譜儀的一電傳輸界面與該控制模塊之間，使該控制模塊能依據該光譜儀所量測的一光譜信息控制各該光源的光平衡。
14.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一溝通界面模塊，可拆卸電性連接于該光譜儀的一電傳輸界面與該控制模塊之間，包括一可程序化單元，該可程序化單元能被更新，使該可拆卸周邊裝置能適用于另一光譜儀。
15.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該控制模塊依據各該光強度信號分別控制各該光源的光強度。
16.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該控制模塊依據各該光強度信號控制各該光源的光平衡。
17.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該接收頭所接收的光為來自放置于該量測區的一待測物的散射光，該可拆卸周邊裝置為反射式顏色量測的周邊裝置。
18.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:至少一非均勻遮光片，配置于上述光源的一光軸上，且配置于上述光源與該量測區之間，該非均勻遮光片的各區遮光率與該光源的輸出光能量分布成正相關，藉以抑制輸出光能量過高的區域，提升光的均勻度。
19.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一積分球，配置于該本體，具有至少一光接收端與至少一光輸出端，該積分球的光接收端光學耦合該光源模塊，該積分球的光輸出端光學耦合該接收頭，其中該測量區被定義于該積分球中。
20.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:一溝通界面模塊，可拆卸電性連接于該光譜儀的一電傳輸界面與該控制模塊之間，其中該光感測模塊包括一第二光譜儀，上述光強度信號為該第二光譜儀所產生的一第二光譜信息，該第二光譜信息能用以對該光譜儀所產生的一第一光譜信息進行光譜飄移校正或光譜強度校正。
21.如權利要求1項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，更包括:至少一分光鏡，配置于該光源模塊與該量測區的光學路徑之間，用以將輸出至該量測區的光分光至該光感測模塊。
22.一種光譜儀的可拆卸周邊裝置，其特征在于，包括:一本體，定義一量測區；一光源模塊，配置于該本體，該光源模塊包括至少二個具有不同輸出光譜的光源，上述光源所輸出的光是以一第一預設角度射入該量測區，該第一預設角度與一顏色量測標準相關;一第一接收頭，配置于該本體，且可拆卸光學稱合該光譜儀的一光輸入端，該第一接收頭的光軸與該量測區的法線夾一第二預設角度，該第二預設角度與該顏色量測標準相關；一第二接收頭，可拆卸光學耦合一光感測模塊，其中該光感測模塊能通過該第二接收頭感測各該光源所輸出的光并據以輸出對應的一光強度信號；一溝通界面模塊，可拆卸電性連接該光感測模塊與該光譜儀的其一；以及一控制模塊，電性連接該溝通界面模塊。
23.如權利要求22項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該溝通界面模塊更可拆卸電性連接該光感測模塊與另一光譜儀。
24.如權利要求22項所述的可拆卸周邊裝置，其特征在于，該控制模塊依據上述光強度信號控制各該光源的光強度 。
【文檔編號】G01J3/46GK103512659SQ201310221561
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月5日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】楊子宜, 鄭旭峰, 陳周頤, 黃智偉, 葉展良 申請人:臺灣超微光學股份有限公司