CN101344430B - 可同时感测发光强度与色度的高速光学感测装置与系统 - Google Patents

Abstract

一种高速光学感测装置，用以测量一具有多个发光二极管的发光二极体光棒上其中的一待测发光二极管的发光强度与色度，此高速光学感测装置包括：光检测器，用以检测此待测发光二极管的发光强度；集光透镜组，用以会聚光线至一色彩分析装置；分光器，对准待测发光二极管，用以将待测发光二极管产生的光线分光投射至光检测器与集光透镜组；档板组，设置于分光器与待测发光二极管间，所述的档板组上具有开孔对准待测发光二极管，所述的待测发光二极管所产生的光线，部份穿过所述的复数个开孔射入所述的分光器，所述的档板组并遮蔽其他非待测发光二极管所产生的斜向光。本发明可降低感测运算的繁复程度，有效缩短运算时间，以满足于产线快速测量的需求。

Description

可同时感测发光强度与色度的高速光学感测装置与系统 

技术领域

本发明是关于一种光学测量系统，尤其是一种可同时感测发光强度与色度的高速光学感测装置与系统。 

背景技术

目前针对发光二极管(LED)芯片与封装后的发光二极管灯(lamp)都有标准的测量系统可供选用，但是，对于发光二极管光棒(light bar)则欠缺适当的测量系统。一般的做法是直接将使用于发光二极管芯片与发光二极管灯的测量系统用于检测发光二极管光棒。 

用于测量发光二极管芯片与发光二极管灯的测量系统仅须针对一个独立的光源进行测量。相较之下，发光二极管光棒具有多个发光二极管芯片，即具有多个同时发光的独立光源，并且，各个发光二极管芯片又有个别检测其发光强度与色度的需求。若是无法有效排除光棒上其他发光二极管芯片所产生的光线的影响，检测结果必然会产生偏差。 

图1所示为一典型利用积分球(integrating sphere)测量的光学测量系统的示意图。如图中所示，来自待测发光二极管A的光线通过一套筒12投射至一积分球14内。积分球14上装设有一光检测器16以检测发光强度，其测量单位为流明(Lumen)。积分球14还连接有一光纤束18将光线传送至一光谱仪(未图示)，以检测色度。值得注意的是，由于待测发光二极管A所产生的光线在积分球14内部会被均匀的反射及漫射，因此，入射光的发光场型的分布不会对光检测器16与光纤束18所接受的光信号造成影响。不过，由于只有投射至光检测器16与光纤束18的光线才会被收集，此光学测量系统的光量使用效率不佳。 

图2所示为另一典型光学测量系统的示意图。此光学测量系统具有一透镜22、一孔镜(aperture mirror)24、一光接收装置28与一取景光学装置26。孔镜24大致位于透镜22后方的聚焦平面上。待测发光二极管A所产生的光线经透镜22聚焦于孔镜24。其中，部份光线受孔镜24反射进入取景光学装置26，部份光线穿过孔镜24的开孔，进入位于孔镜24后方的光接收装置28。光接收装置28具有一透镜28a与一光导管28b。光导管28b位于透镜28a后方。穿过孔镜24的光线经透镜28a聚焦于光导管28b的入口，穿过光导管28b后投射至一光谱仪29。取景光学装置26具有一光反射面26a。进入取景光学装置26的光线通过光反射面26a反射至使用者的眼睛，以观察透镜22是否对准待测发光二极管A。 

值得注意的是，取景光学装置26的设置虽然有助于将透镜22对准待测发光二极管A，以减少其他非待测发光二极管B，C的干扰，不过，将导致装置成本的提高以及装置体积与重量的增加。其次，此光学测量装置利用光谱仪29测得的绝对辐射频谱来计算待测发光二极管A的发光强度与色度，通常需要较长的运算时间，而无法适应生产线上快速测量的需求。 

此外，图1与图2所示的光学测量系统均设计于测量单一发光二极管。这些测量系统使用于检测发光二极管光棒100上的发光二极管A，容易受到发光二极管光棒100上的其他发光二极管B，C的干扰，即容易受到背景光的影响而使测量的误差加大。 

于是，如何减少背景光对于光学测量系统的测量结果的影响，并且使光学测量系统可以快速且准确地同时测量发光二极管的发光强度与色度，已是一个亟待克服的问题。 

发明内容

本发明的目的为提供一种光学感测装置，可用于准确检测光棒上各发光二极管。 

本发明的另一目的为提供一种光学感测装置，可以同时检测具有多个发光二极管的发光二极管光棒上其中的一待测发光二极管的发光强度与色度，并且可以有效利用光量来提高检测的准确性与速度。 

本发明提供一种高速光学感测装置，用以测量一具有多个发光二极管的发光二极管光棒上其中的一待测发光二极管的发光强度与色度，此高速光学感测装置包括一光检测器、一集光透镜组、一分光器与一档板组。其中，光检测器用以检测此待测发光二极管的发光强度。集光透镜组用以会聚光线至一色彩分析装置。分光器对准待测发光二极管，用以将待测发光二极管产生的光线分光投射至光检测器与集光透镜组。一档板组设置于所述的分光器与所述的待测发光二极管间，所述的档板组上具有开孔对准待测发光二极管，所述的待测发光二极管所产生的光线，部份穿过所述的复数个开孔射入所述的分光器，所述的档板组并遮蔽其他非待测发光二极管所产生的斜向光。 

依据此高速光学感测装置，本发明并提供一光学测量系统。此光学测量系统除了包括前述的高速光学感测装置外，还包括一信号处理主体。此信号处理主体包括一光功率计与一色彩分析装置。光功率计用以接收来自光检测器的检测信号，以计算出待测发光二极管的发光强度。色彩分析装置接收来自集光透镜组的光线，以测量待测发光二极管的色度。 

本发明可以降低感测运算的繁复程度，有效缩短运算时间，以满足于产线快速测量的需求。 

附图说明

图1为一典型光学感测装置的示意图； 

图2为另一典型光学感测装置的示意图； 

图3为本发明一光学测量系统一较佳实施例的方块示意图； 

图4为第三图中的光学感测装置第一较佳实施例的示意图； 

图5为本发明的光学感测装置第二较佳实施例的示意图； 

图6为本发明的光学感测装置第三较佳实施例的示意图；以及 

图7为本发明的光学感测装置第四较佳实施例的示意图。 

附图标号 

待测发光二极管A            发光模块100 

非待测的发光二极管B，C     套筒12 

积分球14                   光检测器16 

光纤束18                   透镜22 

孔镜24                     光接收装置28 

透镜28a                    光导管28b 

取景光学装置26             光反射面26a 

光谱仪29                   光学感测装置200 

光检测器220                集光透镜组240，240’，240” 

第一透镜242，242’，242”  光衰减元件244，244” 

第二透镜246                视效函数滤光片250 

分光器260                  档板组210 

档板212                    开孔212a 

信号处理主体300            光功率计320 

色彩分析装置340            电源360 

具体实施方式

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。 

图3为本发明光学测量系统一较佳实施例的方块示意图。如图中所示，此光学测量系统具有一高速光学感测装置200与一信号处理主体300。其中，高速光学感测装置200具有一光检测器220、一集光透镜组240与一分光器(beam splitter)260。其中，光检测器220用以检测发光强度。集光透镜组 240用以会聚光线。分光器260对准待测发光二极管A，用以将待测发光二极管A产生的光线分光投射至光检测器220与集光透镜组240。 

信号处理主体300具有一光功率计320与一色彩分析装置340。光功率计320接收来自光检测器220的检测信号，以计算出待测发光二极管A的发光强度。色彩分析装置340接收来自集光透镜组240的光信号，以测量待测发光二极管A的色度。此色彩分析装置可以是一光谱仪(spectrometer)或是一三刺激值色彩分析仪(three stimulus color analyzer)。此外，此信号处理主体300可设置一电源360，提供发光模块100(例如光棒(light bar))所需的电流。 

图4为图3的高速光学感测装置200第一较佳实施例的示意图。如图中所示，此高速光学感测装置200具有一档板组210、一光检测器220、一集光透镜组240与一分光器(beam splitter)260。档板组210具有至少一档板212(图中以三个档板为例)，设置于分光器260与待测发光二极管A间，档板212上并具有一开孔212a对准待测发光二极管A。此档板组210用以遮蔽其他非待测发光二极管B，C所产生的斜向光、背景光与光学感测装置200内壁反射的杂散光，以避免这些光线影响检测的准确度及再现性。在本实施例中使用档板组210遮蔽不需要的环境光线，然而，不限于此。就一较佳实施例而言，亦可在分光器260与待测发光二极管A间设置遮光罩，以遮蔽环境光线。 

值得注意的是，此高速光学感测装置200所检测的入射光的立体角(Sr)由光检测器220的检测面积RA决定。而档板开孔212a的大小大致与此入射光的立体角相一致。就一较佳实施例而言，此立体角的大小符合国际照明委员会(CIE)所公布的CIE 127规范中关于测量发光二极管平均发光强度(Averaged LED intensity)的标准。此立体角的限制条件为：当光检测器的检测面为一100平方厘米的圆形检测面时，待测发光二极管与光检测器220的距离为316厘米(标准A)或是100厘米(标准B)。即，此立体角为0.001 (标准A)或是0.01(标准B)。 

分光器260设置于档板组210的后方，用以将待测发光二极管A产生的光线，分光投射至光检测器220与集光透镜组240。在本实施例中，待测发光二极管A所产生的光线，部份穿过分光器260直接射入集光透镜组240，部分通过分光器260反射至光检测器220。集光透镜组240具有一第一透镜242、一光衰减元件(ND Filter)244与一第二透镜246。第一透镜242与待测发光二极管A的距离等同于第一透镜242的焦距，以将来自待测发光二极管A的光线转换为平行光。光衰减元件244设置于第一透镜242与第二透镜246间，用以调整集光透镜组240会聚投射至色彩分析装置340的光量，以避免超过色彩分析装置340的测量范围。第二透镜246用以将穿过光衰减元件244的平行光会聚至色彩分析装置340，例如：可以将平行光会聚至一光纤束的入口，再透过此光纤束传送至色彩分析装置340。 

图5为本发明高速光学感测装置200第二较佳实施例的示意图。相较于图4的实施例，本实施例的集光透镜组240’利用一第一透镜242’，将来自待测发光二极管A的光线会聚至色彩分析装置。 

图6为本发明高速光学感测装置200第三较佳实施例的示意图。相较于图4的实施例，本实施例的集光透镜组240”具有一第一透镜242”与一光衰减元件244”。第一透镜242”将来自待测发光二极管A的光线会聚至色彩分析装置。光衰减元件244”设置于第一透镜242”的后方，以调整穿过第一透镜242”投射至色彩分析装置的光量。 

图7为本发明高速光学感测装置200第四较佳实施例的示意图。相较于图4的实施例，本实施例在光检测器220与分光器260间设置一视效函数滤光片(visual function filter)250，以将待测发光二极管A的发光转换为人眼视觉的光强度信息。 

相较于第一图的光学测量系统的光量使用效率不佳的问题。在本发明中，来自待测发光二极管A的光线透过分光器260一分为二，一者透过集光透镜 组240传递至色彩分析装置340，一者投射至光检测器220。同时，本发明利用集光透镜组240提高输入色彩分析装置340的光强度，以增加输入色彩分析装置340的信号的信噪比(signal-noise ratio)。因此，本发明的光学测量系统可以充分使用来自待测发光二极管A的光量，缩短色彩分析装置340计算色度的运算时间，并且提升高速测量下的稳定度。 

相较于图2的光学测量系统是依据光谱仪29所测量到的绝对辐射频谱计算得到发光强度与色度，因而需要较长的运算时间。本发明利用色彩分析装置340来测量色度，利用光功率计320来测量发光强度，可以降低运算的繁复程度，有效缩短运算时间，以满足于产线快速测量的需求。 

以上所述为利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围，而且熟知此类技术的人士都能理解，适当作些改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，也不脱离本发明的精神和范围。 

Claims (17)

1.一种高速光学感测装置，用以测量具有多个发光二极管的发光二极管光棒上其中的一待测发光二极管的发光强度与色度，所述的高速光学感测装置包括：

一光检测器，用以检测发光强度；

一集光透镜组，用以会聚光线至一色彩分析装置；

一分光器，对准所述的待测发光二极管，用以将所述的待测发光二极管产生的光线分光投射至所述的光检测器与所述的集光透镜组，其中，所述的该光棒上的待测发光元件产生的光线部份穿过所述的分光器直接射入所述的集光透镜组，部分经由所述的分光器反射至所述的光检测器；以及

一档板组，设置于所述的分光器与所述的待测发光二极管间，所述的档板组是由多个档板组成，所述这些档板之间以预定的距离分隔，且所述这些档板皆分别具有一开孔，所述这些开孔中心呈一直线，所述直线对准所述光棒上待测发光二极管的轴线；其中所述光棒上其它非待测发光二极管所产生的光线能够被所述多个档板所遮蔽。

2.如权利要求1所述的高速光学感测装置，其中，所述的集光透镜组包括一第一透镜与一光衰减元件，所述的第一透镜用以将来自所述的待测发光二极管的光线会聚至所述的色彩分析装置，所述的光衰减元件用以调整进入所述的色彩分析装置的光量。

3.如权利要求1所述的高速光学感测装置，其中，所述的集光透镜组包括一第一透镜与一第二透镜，所述的第一透镜用以将来自所述的待测发光二极管的光线转换为平行光，所述的第二透镜用以将所述的平行光会聚至所述的色彩分析装置。

4.如权利要求3所述的高速光学感测装置，其中，所述的集光透镜组还包括一光衰减元件，设置于所述的第一透镜与所述的第二透镜间，以调整进 入所述的色彩分析装置的光量。

5.如权利要求1所述的高速光学感测装置，其中，所述的光检测器的检测面积决定所检测的光线的立体角。

6.如权利要求5所述的高速光学感测装置，其中，所述的立体角符合国际照明委员会的规范。

7.如权利要求6所述的高速光学感测装置，其中，所述的立体角等于0.001或0.01。

8.如权利要求1所述的高速光学感测装置，还包括一视效函数滤光片，设置于光检测器与所述的分光器间，以将所述的待测发光二极管的发光转换为人眼视觉的光强度信息。

9.一种光学测量系统，该系统包括：

一种高速光学感测装置，用以测量一待测具有多个发光二极管的发光二极管光棒上其中的一待测发光二极管的发光强度与色度，所述的高速光学感测装置包括：

一光检测器，用以检测发光强度；

一集光透镜组，用以会聚光线；以及

一分光器，对准所述的待测发光二极管，用以将所述的待测发光二极管产生的光线分光投射至所述的光检测器与所述的集光透镜组，其中，所述的光棒上的待测发光元件产生的光线部份穿过所述的分光器直接射入所述的集光透镜组，部分经由所述的分光器反射至所述的光检测器；以及

一信号处理主体，包括：

一光功率计，接收来自所述的光检测器的检测信号，以计算出所述的待测发光二极管的发光强度；

一色彩分析装置，接收来自所述的集光透镜组的光线，以测量所述的待测发光二极管的色度；以及

一档板组，设置于所述的分光器与所述的待测发光二极管间，所述的档 板组是由多个档板组成，所述这些档板之间以预定的距离分隔，且所述这些档板皆分别具有一开孔，所述这些开孔中心呈一直线，所述直线对准该光棒上待测发光二极管的轴线；其中所述光棒上其它非待测发光二极管所产生的光线能够被所述多个档板所遮蔽。

10.如权利要求9所述的光学测量系统，其中，所述的集光透镜组包括一第一透镜与一光衰减元件，所述的第一透镜用以将来自所述的待测发光二极管的光线会聚至所述的色彩分析装置，所述的光衰减元件用以调整进入所述的色彩分析装置的光量。

11.如权利要求9所述的光学测量系统，其中，所述的集光透镜组包括一第一透镜、一第二透镜与一光衰减元件，所述的第一透镜用以将来自所述的待测发光二极管的光线转换为平行光，所述的第二透镜用以将所述的平行光会聚至所述的色彩分析装置，所述的光衰减元件设置于所述的第一透镜与所述的第二透镜间，以调整进入所述的色彩分析装置的光量。

12.如权利要求9所述的光学测量系统，其中，所述的光检测器的检测面积决定所检测的光线的立体角。

13.如权利要求12所述的光学测量系统，其中，所述的立体角符合国际照明委员会的规范。

14.如权利要求13所述的光学测量系统，其中，所述的立体角等于0.001或0.01。

15.如权利要求9所述的光学测量系统，还包括一遮光罩，设置于所述的分光器与所述的待测发光二极管间，以遮蔽背景光。

16.如权利要求9所述的光学测量系统，还包括一视效滤光片，设置于所述的光检测器与所述的分光器间，用以将所述的待测发光二极管的发光转换为人眼视觉的光强度信息。

17.如权利要求9所述的光学测量系统，其中，所述的色彩分析装置为一光谱仪。 

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