TWI491856B - 量測系統 - Google Patents
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Description
本發明關於一種量測系統，特別關於一種光場分布的量測系統。
近年來，隨著製程與材料方面的不斷改良，各種不同的光源，例如：發光二極體(Light Emitting Diode；LED)不斷地被開發出來。由於製程的關係，每一顆光源或是每一個光學元件都擁有自己獨特的光場分布，而且LED易有空間中色彩分布不均的問題，光學設計者需要瞭解其光場分布與空間中色彩分布才能進行精密設計與光學模擬，進而符合光學產品的規格。因此，對於各種不同的光源或是光學元件皆需量測其頻譜與光場分布。
在習知的技術中，係使用配光曲線儀來量測頻譜與光場分布，而一般配光曲線儀多為測角光度計，其需要多次單點掃描，因此，量測時間相當長。
因此，如何提供一種量測系統，可取代習知的配光曲線儀，而快速地量測光源或光學元件在空間中的頻譜與光場分布，已成為現今重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明提供一種量測系統，可取代習知的配光曲線儀，而快速地量測光源或光學元件在空間中的頻譜與光場分布。
為達上述目的，本發明提供一種量測系統，係量測一待測物的一待測光線，包括：一光空間分布單元、一色散分光單元以及一量測單元。光空間分布單元設置於待測物的一側，以接收待測光線並形成複數點光源。色散分光單元設置於光空間分布單元的一側，以接收該些點光源並
產生一分光訊號。量測單元設置於色散分光單元的一側，以接收分光訊號並產生待測光線的光場分布。
在一實施例中，光空間分布單元係為一屏幕，屏幕上具有複數孔洞。
在一實施例中，該屏幕係為一平面結構或一曲面結構。
在一實施例中，屏幕包含一屏幕本體及一碳粉層或一印刷層，碳粉層或印刷層位於屏幕本體鄰近於待測物的一表面。
在一實施例中，光空間分布單元的材質係為布、黑絨布、紙、黑絨布紙、玻璃、纖維或塑膠。
在一實施例中，光空間分布單元係為一透鏡陣列、一面鏡陣列或其組合。
在一實施例中，透鏡陣列係為一凸透鏡陣列、一凹透鏡陣列、一菲涅耳透鏡陣列或一漸變式折射率透鏡陣列。
在一實施例中，面鏡陣列係為一凹面鏡陣列、一凸面鏡陣列或一平面鏡陣列。
在一實施例中，待測物係為一發光元件或一光學元件。
在一實施例中，色散分光單元係為一三菱鏡、一光柵、一全像光學元件、一布萊勒光柵或一由複數個光學元件組成的分光器。
在一實施例中，量測單元係為一輝度計、一照度計、一功率計、一照相機或一光譜儀。
在一實施例中，光場分布係為一空間中光線強度分布或一空間中光線頻譜分布。
在一實施例中，量測單元與待測物係位於光空間分布單元的同一側。
在一實施例中，量測單元與待測物係位於光空間分布單元的不同側。
在一實施例中，更包括一保持單元，保持待測物、光空間分布單元、色散分光單元及量測單元四者的相對距離。
在一實施例中，更包括一罩體，其具有一容置空間，待測物、
光空間分布單元、色散分光單元、量測單元係設置於容置空間中。
在一實施例中，更包括一收光單元，設置於光空間分布單元與色散分光單元之間，以讓該些點光源在該收光單元上顯示一光場圖樣。
在一實施例中，光空間分布單元與色散分光單元係整合為單一構件。
為達上述目的，本發明提供一種量測系統，係量測一待測物的一待測光線，包括一色散分光單元、一光空間分布單元以及一量測單元。色散分光單元設置於待測物的一側，以接收待測光線並形成一分光訊號。光空間分布單元設置於色散分光單元的一側，以接收分光訊號並產生複數點光源。量測單元設置於光空間分布單元的一側，以接收該些點光源並產生待測光線的光場分布。
在一實施例中，光空間分布單元係為一透鏡陣列。
在一實施例中，更包括一收光單元，設置於光空間分布單元與量測單元之間，接收該些點光源，並產生複數收光訊號，量測單元接收該些收光訊號並產生待測光線的光場分布。
在一實施例中，色散分光單元與光空間分布單元係整合為單一構件。
承上所述，本發明的量測系統係用於量測一待測物的待測光線，其中，光空間分布單元接收待測光線並形成複數個空間中不同位置的點光源，色散分光單元接收該些點光源並產生一分光訊號，量測單元接收分光訊號以產生關於待測光線的頻譜與光場分布。藉由本發明的量測系統，僅需進行一次的量測步驟，即可量測待測物於空間的頻譜與光場分布，不必如習知的配光曲線儀需進行多次單點量測，因此本發明的量測系統具有成本低、量測速度快與可量測空間中頻譜分布等優點。
11、11a、21、21a、21b、31、41‧‧‧光空間分布單元
111‧‧‧屏幕本體
112‧‧‧碳粉層
12、12a、21b‧‧‧色散分光單元
13‧‧‧量測單元
14‧‧‧保持單元
141‧‧‧軌道槽
15‧‧‧罩體
16‧‧‧收光單元
d1、d2‧‧‧發光二極體
L‧‧‧光學元件
O‧‧‧孔洞
S1~S12‧‧‧量測系統
S‧‧‧容置空間
圖1為本發明之第一實施例之一種量測系統的示意圖。
圖2A為本發明之第二實施例之一種量測系統的示意圖。
圖2B為圖2A所示之量測系統的側視圖。
圖3A為本發明之第三實施例之一種量測系統的示意圖。
圖3B為圖3A所示之量測系統的側視圖。
圖4A為本發明之第四實施例之一種量測系統的示意圖。
圖4B為圖4A所示之量測系統的側視圖。
圖5為本發明之第五實施例之一種量測系統的示意圖。
圖6為本發明之第六實施例之一種量測系統的示意圖。
圖7A為本發明之第七實施例之一種量測系統的示意圖。
圖7B為圖7A所示之量測系統的側視圖。
圖8A為本發明之第八實施例之一種量測系統的示意圖。
圖8B為圖8A所示之量測系統的側視圖。
圖9A為本發明之第九實施例之一種量測系統的示意圖。
圖9B為圖9A所示之量測系統的側視圖。
圖10A為本發明之第十實施例之一種量測系統的示意圖。
圖10B為圖10A所示之量測系統的側視圖。
圖11為本發明之第十一實施例之一種量測系統的示意圖。
圖12為本發明之第十二實施例之一種量測系統的示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種量測系統，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖1為本發明之一實施例之一種量測系統的示意圖，請參照圖1，量測系統S1係用以量測一待測物的一待測光線，且量測系統S1包括一光空間分布單元11、一色散分光單元12、一量測單元13。需特別說明的是，待測物可例如是一光源或一光學元件。光源可例如是發光二極體、有機發光二極體、冷陰極螢光燈管、熱陰極螢光燈管或其它各種光源。光學元件可例如是擴散片、增亮膜、菱鏡片或其它各種光學元件。在本實施例中，待測物係以發光二極體d1為例，發光二極體d1可以藉由一載具支撐及固定之，且發光二極體d1內部具有驅動電路以驅動其發光，而發光二極
體d1所發出的光線即為待測光。
在本實施例中，光空間分布單元11係為一屏幕，其為一平面結構，且設置於發光二極體d1的一側。光空間分布單元11的材質可以是布、黑絨布、紙、黑絨布紙、玻璃、纖維或塑膠等。在本實施例中，屏幕係以成本低且取得容易的紙為例。屏幕具有一屏幕本體111，在屏幕本體111鄰近於發光二極體d1的該側表面設有碳粉層或印刷層，於此，係以碳粉層112為例。碳粉層112可利用噴塗、印刷等方式設置於屏幕本體111上。碳粉層112可為黑色或灰黑色，用以避免光線反射而產生雜訊。光空間分布單元11除了可為屏幕外，在其它實施態樣，光空間分布單元11亦可為透鏡陣列、面鏡陣列或其組合。
在本實施例中，屏幕上更設有複數個孔洞O，該些孔洞O可以利用打洞的方式形成於屏幕上。當發光二極體d1所發出的光線照射到屏幕上時，由於照射到碳粉層112的光線無法穿透屏幕，因此，僅有照射到孔洞O的光線會穿過屏幕，並形成對應該些孔洞O的複數點光源。
在本實施例中，色散分光單元12係為三菱鏡。然，本發明不以此為限。色散分光單元12亦可以是光柵、全像光學元件、布萊勒光柵(Blazed grating)或由複數個光學元件組成的分光器。色散分光單元12設置於光空間分布單元11的一側。在本實施例中，色散分光單元12與發光二極體d1係設置於光空間分布單元11的不同側，如圖1。當經由孔洞O所形成的點光源光線照射至色散分光單元12後，色散分光單元12會將所有點光源的光線進行分光，以產生一分光訊號。由於三菱鏡(色散分光單元12)對於不同波長的光線具有不同的折射率，因此，其可以將一道光線內不同波長的光線分散開來。
在本實施例中，量測單元13係為一照相機。然，本發明不以此為限。量測單元13亦可以是輝度計、照度計、功率計或光譜儀。量測單元13設置於色散分光單元12的一側。在本實施例中，量測單元13與發光二極體d1係設置於光空間分布單元11的不同側。經由色散分光單元12分光後的分光訊號，可以被量測單元13接收，以產生發光二極體d1的光場分布。
在本實施例中，發光二極體d1的光場分布係指發光二極體d1光線的強度(intensity)分布或頻譜(spectrum)分布。由於光空間分布單元11上的複數孔洞O可以將發光二極體d1於空間中不同位置的光線分別擷取出來，加上色散分光單元12可將不同位置的光線進行波長分光，因此，本實施例的量測單元13可以同時量測到空間中不同位置的光線強度的分布情形，以及空間中不同位置的光線頻譜的分布情形。藉由本實施例的量測系統S1，僅需進行一次的量測步驟，即可以量測出待測物於空間的光場分布，不必如習知的配光曲線儀需進行多次單點量測，因此，本實施例的量測系統S1具有成本低、量測速度快等優點。
圖2A為本發明之第二實施例之一種量測系統的示意圖，圖2B為圖2A所示之量測系統的側視圖。請同時參照圖2A及圖2B，與前一實施例不同的地方在於，本實施例的量測系統S2的光空間分布單元21係為一凸透鏡陣列，其具有複數個以陣列方式排列的凸透鏡。由於凸透鏡陣列可透光，且凸透鏡可會聚光線，因此，發光二極體d1的光線照射到光空間分布單元21後，會於光空間分布單元21的另一側產生複數個對應該些凸透鏡的點光源。而色散分光單元12可接收該些點光源，並將其進行分光以產生分光訊號。量測單元13接收分光訊號以產生發光二極體d1的光場分布。光空間分布單元21除了可為凸透鏡陣列之外，在其它實施例中，光空間分布單元21亦可為凹透鏡陣列、菲涅耳透鏡陣列(Fresnel lens)或漸變式折射率透鏡陣列(grin lens)。
在本實施例中，由於光空間分布單元21可以將發光二極體d1於空間中不同位置的光線會聚產生複數點光源，加上三菱鏡可將不同位置的光線進行波長分光，因此，本實施例的量測單元13可以同時量測到空間中不同位置的光線強度的分布情形，以及空間中不同位置的光線頻譜的分布情形。
圖3A為本發明之第三實施例之一種量測系統的示意圖，圖3B為圖3A所示之量測系統的側視圖。請同時參照圖3A及圖3B，與前一實施例不同的地方在於，本實施例的量測系統S3的光空間分布單元31係為一凸面鏡陣列，其具有複數個以陣列方式排列的凸面鏡。而量測單元13
與發光二極體d1係位於光空間分布單元31的同一側。如此，發光二極體d1所發出的光線會被不同位置的凸面鏡所反射並會聚，以形成複數的點光源。色散分光單元12接收該些點光源後，會產生分光訊號。而量測單元13接收分光訊號後可產生發光二極體d1的光場分布。
圖4A為本發明之第四實施例之一種量測系統的示意圖，圖4B為圖4A所示之量測系統的側視圖。請同時參照圖4A及圖4B，與前一實施例不同的地方在於，本實施例的量測系統S4的光空間分布單元41係為一凹面鏡陣列，其它內容請參照前一實施例。事實上，光空間分布單元除了可為凸面鏡陣列或凹面鏡陣列之外，亦可為平面鏡陣列。
圖5為本發明之第五實施例之一種量測系統的示意圖，請參照圖5，與第一實施例(圖1，量測系統S1)不同的地方在於，本實施例的量測系統S5，其待測物係為一光學元件L，於此，光學元件L係以擴散片為舉例。而待測光線則是指其它光源(例如：發光二極體d2)照射至光學元件L後，再由光學元件L發出的光線。經過光學元件L的光線會射入光空間分布單元11。由於僅有照射到孔洞O的光線會穿過光空間分布單元11，因此，待測光線可藉由光空間分布單元11上的孔洞O，形成對應該些於不同孔洞O位置的複數點光源，並再經由色散分光單元12進行分光以產生對應於光學元件L特性的分光訊號。如此，量測單元13接收該分光訊號後，可產生對應於光學元件L特性的光場分布。
圖6為本發明之第六實施例之一種量測系統的示意圖。請參照圖6，與第一實施例(圖1，量測系統S1)不同的地方在於，在本實施例中，量測系統S6更可包括保持單元14，其用以保持發光二極體d1、光空間分布單元11、色散分光單元12及量測單元13的四者的相對距離。需特別說明的是，保持單元14不限定為圖6的實施態樣，亦可為其它外型或機構的保持單元。只要可以保持上述四者的相對距離即可。
另外，本實施例的保持單元14可更具有一軌道槽141，而發光二極體d1、光空間分布單元11及色散分光單元12可分別設有對應軌道槽141的滑合機構，藉此，上述該些元件可依需求調整其彼此之間的相對位置。另外，本實施例的量測系統S6更包括一罩體15，其內部具有容置
空間S，而發光二極體d1、光空間分布單元11、色散分光單元12及量測單元13則設置於容置空間S當中。於此，罩體15的內部較佳是為全暗的環境，以避免環境光線干擾到量測結果。
圖7A為本發明之第七實施例之一種量測系統的示意圖，圖7B為圖7A所示之量測系統的側視圖，請同時參照圖7A及圖7B，與前述實施例(圖2A，量測系統S2)不同的地方在於，在本實施例中，量測系統S7更包括一收光單元16，其設置於光空間分布單元21與色散分光單元12之間。收光單元16可例如為一白色屏幕，因此光空間分布單元21所發出的複數點光源會在此收光單元16形成一光場圖樣。接著，此光場圖樣會經由色散分光單元12而轉換成分光訊號。其餘內容與前述實施例(圖2A，量測系統S2)大致相同，於此不再贅述。
圖8A為本發明之第八實施例之一種量測系統的示意圖，圖8B為圖8A所示之量測系統的側視圖，請同時參照圖8A及圖8B，與前述實施例(圖2A，量測系統S2)不同的地方在於，在本實施例中，量測系統S8的光空間分布單元21a與色散分光單元12a係整合為單一構件，各元件的相對位置及運作原理與前述實施例(圖2A，量測系統S2)大致相同，於此不再贅述。
圖9A為本發明之第九實施例之一種量測系統的示意圖，圖9B為圖9A所示之量測系統的側視圖，請同時參照圖9A及圖9B，與前一實施例(圖8A，量測系統S8)不同的地方在於，色散分光單元12b係設置於鄰近發光二極體d1的一側，而光空間分布單元21b係設置於色散分光單元12b之遠離發光二極體d1的一側，且色散分光單元12b與光空間分布單元21b係整合為單一構件。發光二極體d1所發出的光線會先經由色散分光單元12b以產生分光訊號。接著，分光訊號會經由光空間分布單元21b並產生複數點光源。量測單元13接收該些點光源後，可產生發光二極體d1所發出光線的光場分布。其餘內容與前述實施例(圖2A，量測系統S2)大致相同，於此不再贅述。
圖10A為本發明之第十實施例之一種量測系統的示意圖，圖10B為圖10A所示之量測系統的側視圖，請同時參照圖10A及圖10B，
與前述實施例(圖8A，量測系統S8)不同的地方在於，在本實施例中，量測系統S10更包括一收光單元16，設置於光空間分布單元21a與量測單元13之間。收光單元16可例如為一白色屏幕，接收從光空間分布單元21a發出的複數點光源，並產生複數收光訊號。量測單元13接收收光訊號後產生發光二極體d1所發出的光線的光場分布。
圖11為本發明之第十一實施例之一種量測系統的示意圖，與前述實施例(圖1，量測系統S1)不同的地方在於，本實施例的量測系統S11，其光空間分布單元11a係為一曲面結構，其它內容大致與前述實施例相同，於此不再贅述。
圖12為本發明之第十二實施例之一種量測系統的示意圖，與前述實施例(圖11，量測系統S11)不同的地方在於，本實施例的量測系統S12為一反射式量測架構，色散分光單元12係設置於發光二極體d1相對於光空間分布單元11a的另一側，而量測單元13則設置於色散分光單元12相對於發光二極體d1的另一側，其它內容大致與前述實施例相同，於此不再贅述。
綜上所述，本發明的量測系統係用於量測一待測物的待測光線，其中，光空間分布單元接收待測光線並形成複數個空間中不同位置的點光源，色散分光單元接收該些點光源並產生一分光訊號，量測單元接收分光訊號以產生關於待測光線的頻譜與光場分布。藉由本發明的量測系統，僅需進行一次的量測步驟，即可量測待測物於空間的頻譜與光場分布，不必如習知的配光曲線儀需進行多次單點量測，因此本發明的量測系統具有成本低、量測速度快與可量測空間中頻譜分布等優點。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
11‧‧‧光空間分布單元
111‧‧‧屏幕本體
112‧‧‧碳粉層
12‧‧‧色散分光單元
13‧‧‧量測單元
d1‧‧‧發光二極體
O‧‧‧孔洞
S1‧‧‧量測系統
Claims (22)
- 一種量測系統，係量測一待測物的一待測光線，該量測系統包括：一光空間分布單元，設置於該待測物的一側，以接收該待測光線並形成複數點光源；一色散分光單元，設置於該光空間分布單元的一側，以接收該些點光源並產生一分光訊號；以及一量測單元，設置於該色散分光單元的一側，以接收該分光訊號並產生該待測光線的光場分布。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該光空間分布單元係為一屏幕，該屏幕上具有複數孔洞。
- 如申請專利範圍第2項所述之量測系統，該屏幕係為一平面結構或一曲面結構。
- 如申請專利範圍第2項所述之量測系統，其中該屏幕包含一屏幕本體及一碳粉層或一印刷層，該碳粉層或該印刷層位於該屏幕本體鄰近於該待測物的一表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該光空間分布單元的材質係為布、黑絨布、紙、黑絨布紙、玻璃、纖維或塑膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該光空間分布單元係為一透鏡陣列、一面鏡陣列或其組合。
- 如申請專利範圍第6項所述之量測系統，其中該透鏡陣列係為一凸透鏡陣列、一凹透鏡陣列、一菲涅耳透鏡陣列或一漸變式折射率透鏡陣列。
- 如申請專利範圍第6項所述之量測系統，其中該面鏡陣列係為一凹面鏡陣列、一凸面鏡陣列或一平面鏡陣列。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該待測物係為一發光元件或一光學元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該色散分光單元係為一三菱鏡、一光柵、一全像光學元件、一布萊勒光柵或一由複數個光學元件組成的分光器。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該量測單元係為一輝度計、一照度計、一功率計、一照相機或一光譜儀。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該光場分布係為一空間中光線強度分布或一空間中光線頻譜分布。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該量測單元與該待測物係位於該光空間分布單元的同一側。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該量測單元與該待測物係位於該光空間分布單元的不同側。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，更包括：一保持單元，保持該待測物、該光空間分布單元、該色散分光單元及該量測單元四者的相對距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，更包括：一罩體，其具有一容置空間，該待測物、該光空間分布單元、該色散分光單元、該量測單元係設置於該容置空間中。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，更包括：一收光單元，設置於該光空間分布單元與該色散分光單元之間，以讓該些點光源在該收光單元上顯示一光場圖樣。
- 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該光空間分布單元與該色散分光單元係整合為單一構件。
- 一種量測系統，係量測一待測物的一待測光線，該量測系統包括：一色散分光單元，設置於該待測物的一側，以接收該待測光線並形成一分光訊號；一光空間分布單元，設置於該色散分光單元的一側，以接收該分光訊號並產生複數點光源；以及一量測單元，設置於該光空間分布單元的一側，以接收該些點光源並產生該待測光線的光場分布。
- 如申請專利範圍第19項所述之量測系統，其中該光空間分布單元係為一透鏡陣列。
- 如申請專利範圍第19項所述之量測系統，更包括： 一收光單元，設置於該光空間分布單元與該量測單元之間，接收該些點光源，並產生複數收光訊號，該量測單元接收該些收光訊號並產生該待測光線的光場分布。
- 如申請專利範圍第19項所述之量測系統，其中該色散分光單元與該光空間分布單元係整合為單一構件。
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