CN102445271A

CN102445271A - 分光光谱式量测系统

Info

Publication number: CN102445271A
Application number: CN2010105096074A
Authority: CN
Inventors: 潘鼎翔; 宋新岳; 欧聪宪; 林裕轩; 简宏达
Original assignee: Chroma ATE Suzhou Co Ltd
Current assignee: Chroma ATE Suzhou Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-05-09

Abstract

一种分光光谱式量测系统，主要包括分光装置、光侦测装置及滤光装置，先由分光装置将待测的光依照波长分布而分解，并透过滤光装置预先改变不同波长成分的透光率，使得光侦测装置光谱响应较高的部份穿透率降低，而光谱响应较低的成分穿透率维持较高，令光侦测装置所量测得到的各种波长成分被均一化，仪器设备及环境所造成的误差不会因为各成分的波长不同，而造成不等量的干扰，而且结构与公知技术相容性高，制造成本增加相当有限，并从而提升光谱量测时的准确度。

Description

分光光谱式量测系统

【技术领域】

本发明是关于一种量测系统，尤其是一种使波长响应均一化以减少相异波长成分间量测差异的光谱量测系统。

【背景技术】

随着科学技术演进，显示器等产品不断推陈出新，且产品性能被持续改善，无论是光源与显示画面的白平衡、演色性是否良好、整体画面的色度分布，都是关注的标的，因此对于显示器一类商品，从光源单体、模组、成品等各不同阶段，都需要进行大量检测，光谱分析就是其中重要的一环。再者，由于各种不同的化学成分分别有其特定的放射光谱与吸收光谱，对于各种气体排放或水污染，也都可以取样进行光谱分析，以检测样品中是否存在有某些特定化学成分。

公知的光谱仪如图1所示，包含有分光装置1及光侦测装置2，其中分光装置1包括狭缝11、准直镜12、光栅13、及聚焦镜14。由狭缝11将入射光中的空间杂光过滤，并透过准直镜12将穿透狭缝11的入射光准直化地导引至光栅13，由光栅13将入射光依照不同的波长成分而分离成不同的光束，并由聚焦镜14将来自光栅13的相异波长成分光束依不同波长分别聚焦至光侦测装置2的不同位置，而由光侦测装置2依照光束照射的位置，判定所入射光在各不同波长成份的组成比例。

但考虑目前光侦测装置的波长响应关系如图2所示，对于人眼可见的380至780nm波长的可见光范围，将会随波长的不同而有不同响应系数，若以波长响应最佳的范围480nm～580nm作为100％进行归一运算(normalization)，则波长响应较差的380nm～480nm(蓝光及近紫外光)及580nm～780nm(红光及近红外光)范围处，响应系数约仅达30％。

当红光与蓝光的波长响应较差时，一般而言，是将该等波长范围量得的数据依照响应系数进行补偿，例如当响应系数为30％时，便以放大器将量得数值乘以3.33倍，但不幸地，仪器本身的误差值与环境等杂讯，原本通常被归为不会因波长不同而造成差异，但在此时，误差与杂讯将如图3所示，在此将依照响应数值量得的讯号依照波长不同标示为响应数值31、32、33，其中为求补偿其波长范围的低响应值，数值31与33的误差与杂讯将与量得的讯号同步被放大例如3.33倍。如此，获得的放大后响应数值31’、33’虽然与数值32一样大小，但误差值311、331将明显比误差值321增大3.33倍而形成较大的误差范围311’、331’，进而影响到各波长范围检测精密的均匀性，精密的检测的信赖度将因而大幅降低。

因此，若能在不增大误差范围的情况下，取得各波长范围的均衡响应，不仅可提高整体系统线性度，进而提高其色度与辉度的准确度，使检测更加精准。

【发明内容】

本发明目的之一在于提供一种藉由影响光的穿透率使得波长响应一致化的光谱量测系统。

本发明的另一目的在于提供一种将波长响应一致化使量测更加精准的光谱量测系统。

依照本发明揭示的分光光谱式量测系统，供量测一入射光的各频率成分的能量，该系统包括：一组将一入射光依照频率分布分解的分光装置；一组对于不同频率入射光具有不同频率响应的阵列光侦测装置；及一组具有与该阵列光侦测装置频率响应相对应、使其频率响应与该阵列光侦测装置频率响应的影响互补、并设置于该阵列光侦测装置入光侧的响应平坦化滤光装置。

由于本案所揭示的分光光谱式量测系统，是透过响应平坦化滤光装置，影响各别不同的光穿透率，降低分光响应较高的波长成分的穿透率，保持响应较差的波长成分具有高穿透率，使原本响应较佳的波长范围可与响应较差的波长量测结果均一化，令各种波长成分的检测更加精准，而且仅需透过简单结构即可完成，不需要太多的费用来制作，更可以对已经生产的公知相关结构做简易的改良即可，从而达成上述各项目的。

【主要元件符号说明】

1、4 分光装置 11、41 狭缝

12、42、42’ 准直镜 13 光栅

14、44、44’ 聚焦镜 2 光侦测装置

31、32、33、61、62、63 向应数值

31’、33’ 放大后响应数值

311、321、331、311’、331’ 误差值

43、43’ 分光绕射元件 45’ 镀膜滤光片

5、5’ 阵列光侦测装置 6、6’ 响应平坦化滤光装置

50、60 曲线

【附图说明】

图1为公知光谱仪分光的示意图；

图2为图1光谱仪的分光波长响应的曲线图；

图3为图2波长响应产生的误差与杂讯的曲线图；

图4为本发明第一较佳实施例分光光谱式量测系统的分光的示意图；

图5为图4分光光谱式量测系统的分光波长响应的曲线图；

图6为图5相异波段的量测响应数值被均一化的曲线图；及

图7为本发明第二较佳实施例分光光谱式量测系统以透光式分光的示意图。

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

请参阅图4所示本案的第一较佳实施例，光谱仪内部结构包括有分光装置4、阵列光侦测装置5、及响应平坦化滤光装置6，其中分光装置4更包含有狭缝41、准直镜42、分光绕射元件43、及聚焦镜44，并将待测的样本所入射的不同波长成分的入射光，经由分光装置4中的狭缝41，在空间方面过滤杂光，仅容许较窄范围的光束入射。本例中，随即于入光位置设一响应平坦化滤光装置6，且响应平坦化滤光装置6其材质可为塑胶或玻璃等，在本例中是以多片玻璃滤光片组合为一组滤光片组为例。过滤后的入射光受到准直镜42反射，准直化地被导引至分光绕射元件43，在本例中例释为反射式光栅，使得入射光依照不同的波长成分彼此分离成不同的光束照射至聚焦镜44，再由聚焦镜44将来自于分光绕射元件43所分离的各相异波长成分光束，分别聚焦至阵列光侦测装置5的不同位置上；一维的阵列光侦测装置5即可由空间解析，获得各相异波长成分的光强度。

请一并参考如图5及图6所示，曲线50系表示阵列光侦测装置5的光谱响应曲线，上述响应平坦化滤光装置6则系针对响应值较佳的波长范围阻隔部份的光透过，使该波段的穿透率降低；相对地，响应值较差的波段则保有较佳的光穿透率，从而构成曲线60的穿透率曲线。由此，原本响应较佳的波长范围410nm～690nm因穿透率降低，使得整体量得讯号减弱，而原本的响应较差的波长范围380nm～410nm及690nm～780nm则保有接近原先量测数值的讯号。

藉此，一并参考如图6所示，因为阵列光侦测装置5响应系数高的波段，会受限于响应平坦化滤光装置6的穿透率降低作为补偿，使得各相异波段的量测响应数值61、62、63被均一化，而由仪器精密度及环境杂讯而来的误差值彼此相近，不会因波长差异而产生区别，使仪器的准确度从而提升。另方面，即使阵列光侦测装置5接收光讯号时，掺入有仪器误差及环境杂讯，且在实质光讯号被降低后，杂讯相对比重增大，然而杂讯一般是随机发生，被量测时主要是以交流成分表现，相对于主要呈现为直流成分的实际光讯号，将可经由时间累积的效果，使得杂讯互相抵消，以避免讯杂比因而降低。

当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，上述实施例中的许多光学元件均有相类似的替代元件，故请参阅图7所示本案的第二较佳实施例，其中准直镜42’及聚焦镜44’均可选择透光式的凹透镜或透镜组，并将分光绕射元件43’设计成穿透式光栅，供入射光依照其频率成分彼此分离的出射光束；在本例中，响应平坦化滤光装置6’则采用多层镀膜滤光片45’的滤镜，并被选择设置于阵列光侦测装置5’之前；阵列光侦测装置5’则采用二维光侦测器阵列来侦测分光装置4’所分光束，并且藉由空间方向的累积，同样解决杂讯的困扰而保有良好的讯杂比。

本发明的分光光谱式量测系统与公知技术相互比较时，是利用影响各别不同光的穿透率，补偿原本光侦测装置的光谱响应不均匀，进一步的使各波长被量测的结果被均一化，使得量测数据相对准确，而且仅需透过简单结构即可完成，不需要大幅提高成本来制作，仅需对于已生产的公知的结构仅行简易的改良，因此对于已生产的相关设备仍可继续再使用，不需将已生产的设备全部淘汰，造成了成本上的损失。

以上所述仅本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请权利要求书范围及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种分光光谱式量测系统，供量测一入射光的各波长成分的能量，其特征在于，该系统至少包括：

一组将一入射光依照波长分布分解的分光装置；

一组对于不同波长入射光具有不同波长响应的阵列光侦测装置；及

一组具有与该阵列光侦测装置波长响应相对应、使其波长响应与该阵列光侦测装置波长响应的影响互补、并设置于该阵列光侦测装置入光侧的响应平坦化滤光装置。

2.如权利要求1所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该分光装置至少包括：

一个供该入射光入射的狭缝；

一个供该入射光准直化导引至分光绕射元件的准直镜

一个将穿透该狭缝光束依照其波长成分彼此分离的分光绕射元件；及

一个将来自于该分光绕射元件的各相异波长成分光束分别聚焦至该阵列光侦测装置上的聚焦镜。

3.如权利要求2所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该聚焦镜是一凹面镜。

4.如权利要求2所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该聚焦镜是一透镜。

5.如权利要求2所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该分光绕射元件是一穿透式光栅。

6.如权利要求2所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该分光绕射元件是一反射式光栅。

7.如权利要求2所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该准直镜是一凹面镜。

8.如权利要求2所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该准直镜是一透镜。

9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该响应平坦化滤光装置包括至少一片镀膜滤光片。

10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述的分光光谱式量测系统，其特征在于，其中该阵列光侦测装置是一组一维光侦测器阵列。