CN102901617B - 多点式光学测量装置以及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种多点式光学测量装置及测量方法，该多点式光学测量装置用以测量一有源光源，并至少包含分光模块、第一色品图色彩对应函数滤波片、第二色品图色彩对应函数滤波片、第一感光矩阵以及第二感光矩阵。该多点式光学测量装置通过对待测光源进行分光而使本发明对待测元件的光学分析速度将不受色轮的转速上限影响。另外，借由本发明的感光矩阵设计，本发明亦能对多束待测光线同时地进行感测或分析。本发明亦使用了色品图色彩对应函数滤波片来取代现有的彩色滤光片，使待测光线的频谱能被精准地控制在指定的范围内，以使过滤后光线的精度得以达到检测所需的标准。

Description

多点式光学测量装置以及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种光学测量装置以及其测量方法，尤其涉及一种多点测量的光学测量装置以及其测量方法。

背景技术

随着人们生活品质的提升，对显示器的需求量亦随之而提高。现有技术在目前对显示屏等有源光源进行光学测量时，主要是利用一具有色轮的检测系统来进行待测光源的检测。

现有具有色轮的检测系统主要包含有一待测光源、一色轮以及一感光模块。待测光源用于将电能转为光能，并产生一待测光线；感光模块则用于感测该待测光线；色轮则设置于待测光源以及感光模块之间，色轮具有多个不同光学特性的透光区间，分别用以供该待测光线穿透并同时对该待测光线进行过滤，以获得相对应于透光区间特性的待测光线。其中，色轮由一马达驱动以持续地以一指定速度旋转以于各个透光区间进行切换。

然而，有鉴于其马达的转速以及其相关模块的辨识速度的限制，利用色轮的感测能力具有其极限。又，近年推出的三维图像显示装置，又称3D电视，其更新频率之高己无法利用现有色轮驱动的测量装置来即时取得待测光源的辉度、色度以及色坐标等光学数据。再者，现有利用马达驱动的色轮感测装置具有复杂驱动机构、维护不易以及体积过大等的缺点。

有鉴于现有的技术中存在上述的缺失，因此如何研发出一种具有结构简单、维护容易以及体积相对细小且无活动元件的高速光学测量系统，实为相关业界再加以思索并为突破的目标及方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种多点式光学测量装置，更明确的说，本发明的目的是提供一对待测光源进行分光的多点测量的光学测量装置。

本发明提供一种多点式光学测量装置，用以测量一有源光源，该有源光源具有多个像素以相对应地发射多条待测光线，其包含一分光模块、一第一色品图色彩对应函数滤波片、一第二色品图色彩对应函数滤波片、一第一感光矩阵以及一第二感光矩阵；

分光模块用于接收该些待测光线以产生多条相对应的第一光线以及多条相对应的第二光线。第一色品图色彩对应函数滤波片(CIE color matchingfunction filter)用于过滤该些第一光线以相对应地产生多条第一过滤后光线。第二色品图色彩对应函数滤波片，用于过滤该些第二光线以相对应地产生多条第二过滤后光线。

第一感光矩阵用以分别感测多条第一过滤后光线以产生多个第一感测数据；第二感光矩阵用以分别感测该些第二过滤后光线以产生多个第二感测数据。其中，N为大于等于二的自然数。

另外，于实际使用时，本发明的光学测量装置可以进一步包含有一第三色品图色彩对应函数滤波片，一第三感光矩阵以及一运算模块。第三色品图色彩对应函数滤波片用于过滤多条第三光线以相对应地产生多条第三过滤后光线。第三感光矩阵则用以分别感测多第三过滤后光线以产生多个第三感测数据。运算模块用于根据该些第一感测数据以及该些第二感测数据分别运算出相对应于该些个像素的多个运算数据。

此外，第一色品图色彩对应函数滤波片于过滤该些第一光线时，第一色品图色彩对应函数滤波片与有源光源的相对速度及相对角速度均为零。

另外，于实际使用时，本发明的光学测量装置进一步包含了一光学元件，光学元件设置于有源光源以及分光模块之间，用于调整该些待测光线的前进方向，以将该些待测光线由有源光源传输到分光模块。而光学元件可分别为一成像镜头、一多蕊光纤束(Multi-Track Fiber Bundle)。而分光模块可以为一棱镜。而有源光源可为一三维图像显示装置、一二维图像显示装置或一可挠式显示器。

除此以外，本发明亦揭露了一种多点式光学测量的测量方法，用于对一具有多个像素的有源光源进行测量，其包含了步骤S1至步骤S10，以下将对各个步骤逐一说明。步骤S1为利用多个像素产生多条待测光线。步骤S2为利用光学元件调整多条待测光线的前进方向，以将多条待测光线由有源光源输出到分光模块。光学元件的说明可见图1的相关说明。步骤S3为利用分光模块对多条待测光线进行分光以产生多条相对应的第一光线、第二光线以及第三光线。

步骤S4为利用第一色品图色彩对应函数滤波片(CIE color matchingfunction filter)对多条第一光线进行过滤以产生多条第一过滤后光线。步骤S5为利用一第二色品图色彩对应函数滤波片对多条第二光线进行过滤以产生多条第二过滤后光线。步骤S6为利用第三色品图色彩对应函数滤波片对多条第三光线进行过滤以产生多条第三过滤后光线。

步骤S7分别对多条第一过滤后光线进行感测以产生多个第一感测数据。步骤S8为分别对多条第二过滤后光线进行感测以产生多个第二感测数据。步骤S9为分别对多条第三过滤后光线进行感测以产生多个第三感测数据。步骤S10为根据多个第一感测数据、第二感测数据以及第三感测数据分别运算出相对应于多个像素的多个运算数据。

简而言之，本发明揭露了一种多点式光学测量装置及测量方法，本发明的多点式光学测量装置用于对待测光源进行分光，以使本发明对待测元件的光学分析速度将不受色轮的转速上限影响，据而具有快速分析光线的光学性质。另外，借由本发明的感光矩阵的设计，本发明亦能对多束待测光线同时地进行感测或分析。本发明亦使用了色品图色彩对应函数滤波片来取代现有的彩色滤光片，使待测光线的频谱能被精准的控制在指定的范围内，以使过滤后光线的精度得以达到检测所需的标准。关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1绘述了本发明的多点式光学测量装置的一具体实施例的功能方块图。

图2绘述了本发明的使用多蕊光纤的多点式光学测量装置的一具体实施例的示意图。

图3绘述了本发明的使用透镜的多点式光学测量装置的另一具体实施例的示意图。

图4则绘述了本发明的多点式光学测量的测量方法的一具体实施例的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1：多点式光学测量装置  12：分光模块

141：第一色品图色彩对应函数滤波片

142：第二色品图色彩对应函数滤波片

143：第三色品图色彩对应函数滤波片

161：第一感光矩阵      162：第二感光矩阵

163：第三感光矩阵      18：运算模块

2：待测标的            22：有源光源

26：出光面             222、224：发光单元

24：光学元件           242：接收端头

244：导光可挠式导光体  31、32：待测光线

3111、3211：第一光线

3121、3221：第二光线

3131、3231：第三光线

3112、3212：第一过滤后光线

3122、3222：第二过滤后光线

3132、3232：第三过滤后光线

3113、3213：第一感测数据

3123、3223：第二感测数据

3133、3233：第三感测数据

S1～S10：步骤流程图

具体实施方式

为使本发明能更清楚的被说明，请参照以下本发明详细说明及其中所包括的实例，以更容易地理解本发明。

本说明书仅对本发明的必要元件作出陈述，且仅用于说明本发明其中的可能的实施例，然而说明书的记述应不局限本发明所主张的技术本质的权利要求范围。除非于说明书有明确地排除其可能，否则本发明并不局限于特定装置、模块、方法、流程、功能或手段。亦应了解的是，目前所述仅为本发明可能的实施例，在本发明的实施或测试中，可使用与本说明书所述装置或系统相类似或等效的任何方法、流程、功能或手段。

除非有另外定义，否则本说明书所用的所有技术及科学术语，皆具有与本领域普通技术人员通常所了解的意义相同的意义。本说明书目前所述的内容仅为实例方法、流程及其相关数据。然而在本发明的实际使用时，其可使用与本说明书所述方法及材料相类似或等效的任何方法及手段。

再者，本说明书中所提及的一数目以上或以下，包含数目本身。且应了解的是，本说明书揭示执行所揭示功能的某些方法、流程，存在多种可执行相同功能或与所揭示功能有关的结构，且上述的结构通常可达成相同结果。

再者，附图仅为表达本创作的精神，其不以等比为必要，使用者可以据所属技术领域的知识自由的将各结构元件的比例放大或减小。另外，本说明书中的各附图间的各元件间的比例已经过调整以维持各图面的简洁，故此，图面中的各个元件的相对应大小、位置以及形状均仅供参考，在不脱离本发明的发明观念下，各个元件的大小、位置以及形状等特征的安排端看使用者的要求而自由变更。另外，考量本发明的各元件的性质为相互类似，故各元件间的说明、标号为相互适用。

本发明揭露一种多点式光学测量装置，更明确的说，是一可对待测光源同时进行多点测量的光学测量装置。

本发明由待测标的、分光模块、色品图色彩对应函数滤波片、感光矩阵以及运算模块等元件组合而成。其中，以上的各个元件又可大致分为发光、分光、过滤以及测量四个功能，以下将根据此四部分分别作出说明。

请一并参阅图1以及图2，图1绘述了本发明的多点式光学测量装置的一具体实施例的功能方块图，图2绘述了本发明的使用多蕊光纤的多点式光学测量装置的一具体实施例的示意图。

首先将说明发光的部分。由图可见，本发明的光学测量装置1用以测量一待测标的2，待测标的2泛指包含有多个发光单元222的发光装置。

更明确的说，于本具体实施例中，待测标的2包含了一个有源光源22以及一光学元件24。以下将分别针对有源光源22以及光学元件24作一细说的说明。

首先，有源光源22包含有多个发光单元222、224，各个发光单元222、224用以分别的产生一待测光线31、32，待测光线31、32分别的从各个发光单元222、224自有源光源22的一出光面26往外行进。

于本具体实施例中，各个发光单元222、224分别的代表一像素。然而其不以像素为限，按本发明应用方式的不同，发光单元222、224亦可以分别为一固态发光晶片、经封装的发光元件或其他符合上述说明的元件。

此外，为表示同时具有超过一条待测光线，故图1至图3均另以虚线表示自另一发光单元224产生的另一待测光线32。于本具体实施例中，待测光线31由第一光线3111第二光线3121以及第三光线3131所组成。而待测光线32则是由相对应的第一光线3211、第二光线3221以及第三光线3231所组成。需注意的是，为保持附图和说明书的简洁，相对应于待测光线32的第一光线3211、第二光线3221、第三光线3231、第一过滤后光线3212、第二过滤后光线3222、第三过滤后光线3232、第一感测数据3213、第二感测数据3223以及第三感测数据3233均将于图2及图3中予以省略。

接着，光学元件24则设置于有源光源22以及分光模块12的光路间，用于同时调整待测光线31、32的光学特性。上述的光学特性指光线的强度、色坐标、频谱、行进方向等光学参数。

举例说明，于本具体实施例中，有源光源22为三维图像显示装置或一具有多个像素的三维图像显示屏，三维图像显示屏又称3D电视。需注意的是，本发的有源光源22并不以三维图像显示屏为限，其亦可为二维图像显示装置或二维显示屏、可挠式显示器或其他符合述的电子装置。其中，待测光线31以及待测光线32所分别包含的第一光线3111、3211、第二光线3121、3221以及第三光线3131、3231指分别具有红、蓝、绿三色波长或特性的光束，然而，第一光线3111、3211、第二光线3121、3221以及第三光线3131、3231并不以上开具有红、蓝、绿的相关特性为必要，其亦可以其他光学特性来予以定义。

另外，于本具体实施例中，本发明的光学元件24是指一多蕊光纤束(Multi-Track Fiber Bundle)，其用于调整各个待测光线31、32的前进方向并得以将各条待测光线31、32由有源光源22引导、传输或输出至分光模块12。其中，多蕊光纤束可以包含有多个接收端头242用以对多个区域分别进行收光并分别借由一与其连接的导光可挠式导光体244以进行待测光线31、32的传导。此设计克服了现有光学测量装置无法对可挠式显示器精准地进行多点测量的问题。

再者，请参阅图3，图3绘述了本发明的使用透镜的多点式光学测量装置的另一具体实施例的示意图。由图可见，本发明的光学元件24并不以上开的多蕊光纤束为限，于实际应用时，光学元件24亦可以为一光学镜片或一成像镜头，用于调整待测光线31、32的行进方向。然而，除了上开提到的多蕊光纤束以及光学镜片外，本发明的光学元件亦可以为一有源式三维显示眼镜(未显于图)、偏光式眼镜或其他设置于有源光源22以及分光模块12的光路间，并得以用于调整待测光线31、32的光学特性的元件或装置。

另外值得一提的是，当光学元件为一有源式三维显示眼镜时，本发明的光学测量装置1更可以应用于测量有源式三维显示眼镜对三维图像显示屏所发出光线所造成的影响。

接着，以下将对本光学测量装置的分光部分进行说明。请再参阅图3，本发明的各待测光线31、32自待测标的2的有源光源22中相对应的发光单元222、224分别产生后，各待测光线31、32分别经由其光学元件124进入一分光模块12以进行分光。

本发明的分光模块12用于接收该由多条待测光线31、32，并根据每一待测光线31、32的光学特征分别产生相对应的第一光线3111、3211、第二光线3121、3221以及第三光线3131、3231。于本具体实施例中，分光模块12指一RBG分光棱镜组合。

据此，在对各待测光线31、32进行分光以取得相对应具有红、蓝、绿特性的第一光线3111、3211、第二光线3121、3221以及第三光线3131、3231后，其将分别进行过滤。

以下将对本光学测量装置的过滤部分进行说明。为对第一光线3111、3211、第二光线3121、3221以及第三光线3131、3231进行过滤，本发明分别的包含有相对应的过滤手段。于本具体实施例中，第一光线3111、3211、第二光线3121、3221以及第三光线3131、3231分别借由第一色品图色彩对应函数滤波片(CIE color matching function filter)141、第二色品图色彩对应函数滤波片142以及第三色品图色彩对应函数滤波片143来进行过滤并分别产生一相对应的第一过滤后光线3112、3212、第二过滤后光线3122、3222以及第三过滤后光线3132、3232。

值得一提的是，与具有复杂转动机构的现有技术比较，本发明中整个系统不需要活动元件。另外，为进一步清楚定义各个元件间的关系，于本具体实施例中，第一色品图色彩对应函数滤波片141于过滤相对应于待测光线31、32的第一光线3111、3211时，色品图色彩对应函数滤波片与该有源光源的相对速度及相对角速度均为零。

上述的各片色品图色彩对应函数滤波片具有不同的光学特性，并各自对应有相对应的适用光线区间。有别于传统的RGB彩色滤光片(CF)具有因范围区间过大而无法使用于光学检测的缺点，本发明使用了色品图色彩对应函数滤波片来取代现有的彩色滤光片，使待测光线的频谱能被精准的控制在指定的范围内，以使其过滤后光线的精度达到检测所需的标准。据此，突破了现有的色轮测量装置的测量速度的理论极限。

接着，在完成过滤后将对各光线进行测量，以下将对本光学测量装置的测量部分进行说明。在相对应于各道待测光线31、32的第一光线3111、3211、第二光线3121、3221以及第三光线3131、3231完成过滤并产生相对应的第一过滤后光线3112、3212、第二过滤后光线3122、3222以及第三过滤后光线3132、3232后，第一过滤后光线3112、3212将被相对应的第一感光矩阵161所接收。第二过滤后光线3122、3222将被相对应第二感光矩阵162所接收。第三过滤后光线3132、3232将被第三感光矩阵163所接收。

其中，第一感光矩阵161用于同时感测各道相对应于多条待测光线31、32的第一过滤后光线3112、3212以产生多个相对应的第一感测数据3113、3213。第二感光矩阵162用于同时感测各道相对应于多条待测光线31、32的第二过滤后光线3122、3222以产生多个相对应的第二感测数据3123、3223。第三感光矩阵163则用于同时感测各道相对应于多条待测光线31、32的第三过滤后光线3132、3232以产生多个相对应的第三感测数据3133、3233。其中，各道待测光线31、32相对应的第一感测数据3113、3213、第二感测数据3123、3223以及第三感测数据3133、3233均可以分别包含辉度、色坐标、波长、频谱或其他光学参数。

另外，第一感光矩阵161、第二感光矩阵162以及第三感光矩阵163均可以分别由多个感光元件以矩阵方式排列而成，上述各个感光矩阵可同时感测光束的数量与其包含的感光元件的数量成正比。

最后，本发明的第一感测数据3113、3213、第二感测数据3123、3223以及第三感测数据3133、3233均将被传送至运算模块18作运算。运算模块18与第一感光矩阵161、第二感光矩阵162以及第三感光矩阵163耦接并可以自其分别取得相对应的感测数据。

运算模块18用于根据第一感测数据3113、3213、第二感测数据3123、3223以及第三感测数据3133、3233来计算相对应于各个发光单元222、224的运算数据。据此，使用者便可以根据各个相对应于各个发光单元的运算数据来即时得知各个发光单元的光学数据。

除此以外，本发明亦揭露了一种多点式光学测量的测量方法，用于对一具有多个像素的有源光源进行测量，其包含了步骤S1至步骤S8，以下将对各个步骤逐一说明，其中，以下所出现的各个元件的细部说明均可见于图1以及图2相对应的说明中。

步骤S1为利用多个像素产生多条待测光线。步骤S2为利用光学元件调整多条待测光线的前进方向，以将多条待测光线由有源光源输出到分光模块。光学元件的说明可见图1的相关说明。步骤S3为利用分光模块对多条待测光线进行分光以产生多条相对应的第一光线以及多条相对应的第二光线。

步骤S4为利用第一色品图色彩对应函数滤波片(CIE color matchingfunction filter)对多条第一光线进行过滤以产生多条第一过滤后光线。步骤S5为利用一第二色品图色彩对应函数滤波片对多条第二光线进行过滤以产生多条第二过滤后光线。步骤S6为利用第三色品图色彩对应函数滤波片对多条第三光线进行过滤以产生多条第三过滤后光线。

步骤S7分别对多条第一过滤后光线进行感测以产生多个第一感测数据。步骤S8为分别对多条第二过滤后光线进行感测以产生多个第二感测数据。步骤S9为分别对多条第三过滤后光线进行感测以产生多个第三感测数据。步骤S10为根据多个第一感测数据、第二感测数据以及第三感测数据分别运算出相对应于多个像素的多个运算数据。

需注意的是，上述的各个步骤出现先后均可以按使用者的需要自由调整。另外，上述的各个步骤不以同时存在为必要，使用者可以按其需要仅执行其中的一部分。

本发明揭露了一种多点式光学测量装置及测量方法，本发明的多点式光学测量装置对待测光源进行分光以使本发明对待测元件的光学分析速度将不受色轮的转速上限影响。因此，本发明具有可快速分析光线的光学性质的能力。另外，借由本发明的感光矩阵的设计，本发明亦能对多束待测光线同时地进行感测或分析。本发明亦使用了色品图色彩对应函数滤波片来取代现有的彩色滤光片，使待测光线的频谱能被精准的控制在指定的范围内，以使过滤后光线的精度得以达到检测所需的标准。本发明揭露了一种光学测量装置及测量方法，考量其系统省略了马达以及色轮，本发明对待测元件的光学分析速度将不受色轮的转速影响而仅关系于运算模块的运算速度，故其具有快速分析光线的光学性质的能力。另外，借由本发明的感光矩阵的设计，本发明具有同时对多束待测光线进行感测、分析的能力。另外，本发明使用色品图色彩对应函数滤波片来取代现有的彩色滤光片，使待测光线的频谱能被精准的控制在指定的范围内，以使其过滤后光线的精度达到检测所需的标准。

借由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求范围的范畴内。因此，本发明所申请的权利要求范围的范畴应根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (11)

1.一种多点式光学测量装置，用以测量一有源光源，该有源光源具有N个像素相对应地发射N条待测光线，其特征在于，所述多点式光学测量装置至少包含：

一分光模块，用于接收该N条待测光线以产生N条相对应的第一光线以及N条相对应的第二光线；

一第一色品图色彩对应函数滤波片，用于过滤该N条第一光线以相对应地产生N条第一过滤后光线；

一第二色品图色彩对应函数滤波片，用于过滤该N条第二光线以相对应地产生N条第二过滤后光线；

一第一感光矩阵，用以分别感测该N条第一过滤后光线以产生N个第一感测数据；以及

一第二感光矩阵，用以分别感测该N条第二过滤后光线以产生N个第二感测数据；

其中，N为大于等于二的自然数。

2.如权利要求1的光学测量装置，其特征在于，该分光模块接收该N条待测光线以产生N条相对应的第三光线，该光学测量装置还包含：

一第三色品图色彩对应函数滤波片，用于过滤该N条第三光线以相对应地产生N条第三过滤后光线；以及

一第三感光矩阵，用以分别感测该N条第三过滤后光线以产生N个第三感测数据。

3.如权利要求1的光学测量装置，其特征在于，该第一色品图色彩对应函数滤波片在过滤该N条第一光线时，该第一色品图色彩对应函数滤波片与该有源光源的相对速度及相对角速度均为零。

4.如权利要求1的光学测量装置，其特征在于，还包含一运算模块，用于根据该N个第一感测数据以及该N个第二感测数据计算相对应于该N个像素的N个运算数据。

5.如权利要求1的光学测量装置，其特征在于，进一步包含一光学元件，该光学元件设置于该有源光源以及该分光模块之间，用于调整该N条待测光线的前进方向，以将该N条待测光线由该有源光源传输到该分光模块。

6.如权利要求5的光学测量装置，其特征在于，该光学元件为一光学镜片。

7.如权利要求5的光学测量装置，其特征在于，该光学元件为一多蕊光纤束。

8.一种多点式光学测量的测量方法，用于对一具有N个像素的有源光源进行测量，该N个像素用于相对应的产生N条待测光线，其特征在于，所述多点式光学测量的测量方法包含以下步骤：

利用一分光模块对该N条待测光线进行分光以产生N条相对应的第一光线以及N条相对应的第二光线；

利用一第一色品图色彩对应函数滤波片对该N条第一光线进行过滤以产生N条第一过滤后光线；

利用一第二色品图色彩对应函数滤波片对该N条第二光线进行过滤以产生N条第二过滤后光线；

分别对该N条第一过滤后光线进行感测以产生N个第一感测数据；以及

分别对该N条第二过滤后光线进行感测以产生N个第二感测数据；

其中，N为大于等于二的自然数。

9.如权利要求8的测量方法，其特征在于，还包含：

利用该分光模块对该N条待测光线进行分光以产生N条相对应的第三光线；

利用一第三色品图色彩对应函数滤波片对该N条第三光线进行过滤以产生N条第三过滤后光线；以及

分别对该N条第三过滤后光线进行感测以产生N个第三感测数据。

10.如权利要求8的测量方法，其特征在于，在对该N条待测光线进行分光前，还包含以下步骤：

利用一光学元件调整该N条待测光线的前进方向，以将N条待测光线由该有源光源传输到该分光模块。

11.如权利要求8的测量方法，其特征在于，还包含以下步骤：

根据该N个第一感测数据以及该N个第二感测数据计算相对应于该N个像素的N个运算数据。