CN103063294A - 量测装置及其量测方法 - Google Patents

Abstract

一种量测装置用以量测一待测物，并包括至少一个屏幕、至少一个量测单元以及至少一个保持单元。屏幕是部分透光，且具有相对的一第一表面及一第二表面，待测物邻设于屏幕的第一表面。量测单元与待测物对应设置，并邻设于屏幕的第二表面。保持单元保持屏幕、待测物及量测单元的相对距离，量测单元撷取屏幕的第二表面的影像，以计算待测物的光场分布。本发明的量测装置可快速量测一待测物的光场分布，并具有成本低及准确度高的优点。

Description

量测装置及其量测方法

技术领域

本发明关于一种量测装置及其量测方法，特别关于一种光场分布的量测装置及其量测方法。

背景技术

近年来，随着制程与材料方面的不断改良，各种不同的光源，例如发光二极管(Light Emitting Diode，LED)不断地被开发出来。由于制程的关系，每一颗光源或是一项光源产品都拥有自己独特的光强度分布，而光学设计者需要其光场分布才能进行精密设计与光学仿真，进而符合产品的规格。因此，对于各种不同光源及其产品都需要量测其光场分布。

光源的光场分布一般都直接以远场方式进行量测，其量测距离一般建议需大于光源或灯具大小的10倍以上。在此距离后，光强度的角度场则不再随着距离改变而改变。而公知的技术使用一配光曲线仪来量测远场的光强度分布，进而建立光源的等效光场分布。

另外，一般配光曲线仪大都为测角光度计(Goniophotometer)，其需要多次单点扫描，因此，量测时间相当长。若是改为利用影像概念来量测，则可减少量测的时间。目前，市面上已有利用影像概念的量测装置来量测光强度分布的产品，例如Radiant Imaging公司的多角度影像量测装置：Imagine Spheres。虽然其量测的速度快，量测时间短，但因要求具有完美朗伯(Lambertian)特性的涂层，因此，价格相当昂贵。

因此，如何提供一种量测装置及其量测方法，可取代公知的配光曲线仪及积分球而快速量测一光源的光场分布及总能量，并具有成本低及准确度高的优点，已成为重要课题之一。

发明内容

本发明的目的为提供一种可取代公知的配光曲线仪及积分球而快速量测一光源的光场分布及总能量，并具有成本低及准确度高的优点的量测装置及其量测方法。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明的一种量测装置量测一待测物，并包括至少一个屏幕、至少一个量测单元以及至少一个保持单元。屏幕部分透光，且具有相对的一第一表面及一第二表面，待测物邻设在屏幕的第一表面。量测单元与待测物对应设置，并邻设在屏幕的第二表面。保持单元保持屏幕、待测物及量测单元之间的相对距离，量测单元撷取屏幕的第二表面的影像，以计算待测物的光场分布。

在一实施例中，待测物包括一光源或一光学膜片。

在一实施例中，屏幕的材质包括纸、布、纤维或塑料绒布纸、玻璃、压克力、或扩散片。

在一实施例中，屏幕包括一屏幕本体及一碳粉层或一印刷层，碳粉层或印刷层位在第一表面。

在一实施例中，碳粉层或印刷层包括多个凹部，以露出屏幕本体。

在一实施例中，屏幕还包括一透光基板，透光基板紧贴在第二表面。

在一实施例中，量测单元包括辉度计、照度计、功率计、照相机或光谱仪。

在一实施例中，量测单元还包括一扫描振镜组件，以扫描屏幕的第二表面的影像。

在一实施例中，光场分布包括光的强度分布、色彩分布或光频谱分布。

在一实施例中，保持单元具有一可移动框架，可移动框架相对待测物具有多个位置。

在一实施例中，量测单元撷取可移动框架在多个位置时，屏幕的第二表面的多个影像。

在一实施例中，依据所述影像计算待测物的光场分布。

在一实施例中，当屏幕、量测单元及保持单元为多个时，所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的多个影像。

在一实施例中，保持单元还具有的一枢轴，可移动框架以枢轴旋转，而相对待测物具有所述位置。

在一实施例中，量测装置还包括一罩体，屏幕、可移动框架、量测单元及待测物设置在罩体内。

在一实施例中，罩体具有一轨道，可移动框架沿着轨道移动。

在一实施例中，量测装置还包括一旋转单元，其承载并旋转待测物，以改变待测物面对屏幕的角度，或改变待测物与一入射光线的角度。

在一实施例中，量测装置还包括一旋转单元，其承载并旋转屏幕、量测单元及保持单元，以改变待测物面对屏幕的角度。

在一实施例中，量测装置还包括一计算单元，其将量测单元撷取到的所述影像进行光强度修正与转换，并经坐标转换至同一坐标系统。

在一实施例中，量测装置还包括一计算单元，其将量测单元撷取到的所述影像进行光强度修正与转换，并经坐标转换至同一坐标系统，且计算其总能量。

在一实施例中，当待测物为一光学膜片时，量测装置还包括一光源，光源射出光线照射在光学膜片上。

在一实施例中，当待测物为一光学膜片时，屏幕、罩体或保持单元具有穿孔，使一光源能照射在光学膜片上。

为达上述目的，依据本发明的一种待测物的光场分布的量测方法，与一量测装置配合，量测装置具有至少一个屏幕以及至少一个量测单元，屏幕部分透光，且具有相对的一第一表面及一第二表面，待测物邻设在屏幕的第一表面，量测单元与待测物对应设置，并邻设在屏幕的第二表面，量测方法包括：通过量测单元撷取屏幕的第二表面的一影像；改变待测物面对屏幕的角度；通过量测单元撷取屏幕的第二表面的另一个影像；以及依据所述影像计算待测物的光场分布与总能量。

在一实施例中，量测方法还包括：对量测单元所撷取到的所述影像数据进行校正及修正。

在一实施例中，量测方法还包括：将所述影像中的数据经能量转换，并经坐标转换至同一坐标系统。

在一实施例中，光场分布包括光强度分布、色彩分布或光频谱分布。

在一实施例中，量测方法还包括：对已知总能量的标准光源进行量测。

在一实施例中，当屏幕、量测单元为多个时，所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的多个影像。

在一实施例中，通过一可移动框架及或一旋转单元改变待测物面对屏幕的角度。

在一实施例中，旋转单元承载并旋转待测物，或承载并旋转屏幕、量测单元及可移动框架。

在一实施例中，量测方法还包括：依据多个影像计算待测物的光场分布后再积分计算其总能量。

为达上述目的，依据本发明的一种待测物的光场分布的量测方法，与一量测装置配合，量测装置具有至少一个屏幕以及至少一个量测单元，屏幕部分透光，且具有相对的一第一表面及一第二表面，待测物邻设在屏幕的第一表面，量测单元与待测物对应设置，并邻设在屏幕的第二表面，量测方法包括：通过量测单元撷取屏幕的第二表面的一影像；改变待测物面对屏幕的角度；通过量测单元撷取屏幕的第二表面的另一个影像；对量测单元所撷取到的所述影像数据进行校正及修正；将所述影像中的数据经能量转换，并经坐标转换至同一坐标系统；以及依据所述影像计算待测物的光场分布与总能量。

承上所述，因依据本发明的量测装置及其量测方法量测一待测物，待测物邻设在屏幕的第一表面，而量测单元与待测物对应设置，并邻设在屏幕的第二表面。另外，保持单元保持屏幕、待测物及量测单元之间的相对距离，且量测单元撷取屏幕的第二表面的影像，以计算待测物的光场分布。借此，可使量测单元撷取由待测物所发出不同角度及方向的光线的光场分布，以得到待测物至少半球球域的光场分布。因此，本发明的量测装置及其量测方法可取代市售的配光曲线仪及积分球，且具有快速与方便量测，以及成本便宜等优点。

另外，在应用面来看，本发明的量测装置亦可取代公知以积分球量测光源总功率的方式。而且，本发明经部分改良后，亦可量测双向散射分布函数。

附图说明

图1为本发明第一优选实施例的一种量测装置的示意图；

图2为图1的屏幕的实施示意图；

图3A至图3D分别为量测装置的保持单元位在不同位置的俯视示意图；

图4A及图4B分别为另一个实施态样的量测装置的示意图；

图5A至图5C分别为坐标转换至同一坐标系统的示意图；

图5D为本发明的屏幕与量测单元的相对几何位置关系示意图；

图6A为球坐标展开成θ、Φ平面的示意图；

图6B为光强度分布的球坐标的示意图；

图7A～图7H分别为本发明的量测装置量测一发光二极管组件的结果示意图；

图8A至图8D分别为不同实施态样的量测装置的示意图；

图9A及图9B分别为本发明第二优选实施例的量测装置的示意图；

图10为本发明第三优选实施例的量测装置的示意图；

图11为本发明的光场分布的量测方法流程图；以及

图12A及图12B分别为本发明另一个实施例的量测装置的示意图。

主要元件符号说明：

1、1a、1b、1c、1d、2、3、4：量测装置

11、21、31、41：屏幕

111：屏幕本体

112：碳粉层

12、22、32、42：载具

13、23、33、43：量测单元

14、14a、14c、14d、24、34、44：保持单元

141、241：可移动框架

142：枢轴

15、25、45：旋转单元

242：旋转支架

26：罩体

261：轨道

331：扫描振镜组件

332：量测组件

F：旋转架

L：扩散片

O：发光二极管组件

P1～P5：位置

R1、R2：支架

S：光源

S1：第一表面

S2：第二表面

S01～S06：步骤

W：输送带

X、Y、Z、X’、Y’、Z’、Θ_x、Θ_y：坐标轴

θ、θ₁、θ₂、Φ、Φ_x、Φ_y：角度

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种量测装置及其量测方法，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

请参照图1所示，其为本发明第一实施例的一种量测装置1的示意图。本发明的量测装置1量测一待测物，并包括至少一个屏幕11、一待测物的载具12、至少一个量测单元13以及至少一个保持单元14。在此，以一个屏幕11、一个量测单元13及一个保持单元14为例。先说明的是，待测物可例如为一光源或一光学膜片。其中，光源可例如为发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、冷阴极荧光灯管(CCFL)、或热阴极荧光灯管(HCFL)。另外，待测物可为单一的发光组件、一光源模块或是一照明装置。另外，待测物若为光学膜片，则光学膜片可例如为一扩散片(板)、一增亮膜、一菱镜片或其它，在此，并不以限定。在本实施例中，如图1所示，待测物以一发光二极管组件O，而载具12承载发光二极管组件O，且其内部具有驱动发光二极管组件O的驱动电路(图未显示)为例。

请同时参照图1及图2所示，屏幕11具有相对的一第一表面S1及一第二表面S2。在此，第一表面S1屏幕11面对发光二极管组件O的表面，且发光二极管组件O邻设在屏幕11的第一表面S1，而第二表面S2屏幕11面对量测单元13的表面。屏幕11部分透光，其材质可例如包括纸、布、纤维、塑料、绒布纸、玻璃、压克力、或扩散片。在此，屏幕11以容易取得，且成本相当低的纸张为例。

如图2所示，屏幕11可包括一屏幕本体111及一碳粉层112或一印刷层，而碳粉层112或印刷层可以喷涂或印刷碳粉或有颜色的粉末等方式设置在第一表面S1上，使第一表面S1成为灰色、灰黑色或黑色，或可有效避免光源在第一表面S1造成反射的表面。举例说明，如果光源的颜色为绿色，则可将第一表面S1印刷成红色，如此可避免绿色光反射而造成噪声。在此，以设置一黑色的碳粉层112为例。另外，在第一表面S1上设置碳粉层112或印刷层时，可使碳粉层112或印刷层包括多个凹部(图未显示)，因而在凹部的底部可露出屏幕11本体，且所述凹部可以成数组排列。另外，屏幕11还可包括一透光基板(图未显示)，透光基板紧贴在第二表面S2。透光基板例如可为一玻璃，可用以支撑及固定屏幕11(例如固定纸张)。由于屏幕11为部分透光，故当发光二极管组件O发出光线照射屏幕11的第一表面S1时，一部分的光线仍可穿透屏幕11，并在第二表面S2上呈现光场分布，以让面对屏幕11第二表面S2的量测单元13来进行光场分布的量测。

量测单元13与发光二极管组件O对应设置，且量测单元13邻设在屏幕11的第二表面S2。通过量测单元13可撷取屏幕11的第二表面S2的影像，借此可计算发光二极管组件O的光场分布。其中，量测单元13可例如包括一辉度计(luminance meter)、一照度计(lux meter)、一功率计(power meter)、一照相机(camera)、或一光谱仪(spectrometer)。在此，量测单元13以一照相机为例。

保持单元14保持屏幕11、发光二极管组件O以及量测单元13之间的相对距离。在本实施例中，如图1所示，保持单元14具有一可移动框架141，可移动框架141保持屏幕11、发光二极管组件O以及量测单元13之间的相对距离，并且固定屏幕11及量测单元13的相对位置。换言的，屏幕11及量测单元13设置在可移动框架141上，且固定在可移动框架141上，使得屏幕11与量测单元13之间的距离是固定不变的。另外，当可移动框架141移动或转动时，屏幕11、发光二极管组件O以及量测单元13之间的相对距离是不会改变的。特别一提的是，本发明并不限定可移动框架141为图1的实施态样，只要可移动框架141可固定屏幕11及量测单元13之间的相对位置，并使屏幕11、发光二极管组件O以及量测单元13之间的相对距离不会改变即可。

本实施例中，量测装置1还可包括一旋转单元15，旋转单元15可承载并旋转屏幕11、量测单元13及保持单元14，或可承载并旋转发光二极管组件O，以改变发光二极管组件O面对屏幕11的角度，使量测单元13可撷取由发光二极管组件O所发出不同角度及方向的光场分布。另外，在其它的实施态样中，旋转单元15可承载并旋转发光二极管组件O，或改变发光二极管组件O与一入射光线的角度。

详而言之，本实施例中，当发光二极管组件O发出光线投射至屏幕11的第一表面S1时，量测单元13可撷取屏幕11的第二表面S2的影像。当旋转单元15旋转至另一个位置，使发光二极管组件O面对屏幕11的角度改变时，量测单元13可撷取屏幕11的第二表面S2的另一个影像。其中，旋转单元15可为一旋转架或一旋转支架。在本实施例中，旋转单元15以一环形旋转架为例，并承载及旋转屏幕11、量测单元13及保持单元14，载具12及发光二极管组件O则为不转动，且位在环形旋转架的中心。

请参照图3A至图3D所示，其分别为量测装置1的保持单元14位在不同位置的俯视示意图。当旋转单元15旋转时，可移动框架141相对发光二极管组件O可具有至少一个第一位置P1与一第二位置P2，且量测单元13可分别撷取可移动框架141在第一位置P1及第二位置P2时，屏幕11的第二表面S2的一第一影像及一第二影像，且可依据第一影像及第二影像来计算发光二极管组件O的光场分布。其中，光场分布可包括光的强度分布、色彩分布或光频谱分布。

在本实施例中，发光二极管组件O的光场分布指发光二极管组件O所发出光的强度(intensity)分布。通过旋转单元15的转动，量测单元13可分别撷取可移动框架141相对发光二极管组件O在第一位置P1(如图3A所示)、第二位置P2(如图3B所示)、第三位置P3(如图3C所示)及第四位置P4(如图3D所示)的第二表面S2的四个影像。另外，还可以手动的方式，将保持单元14立设在发光二极管组件O的正上方(图中未显示)，以进行第五位置的影像撷取。在此，量测单元13(照相机)撷取屏幕11的第二表面S2的影像的辉度(radiance)，借此，可计算而得到发光二极管组件O的不同方向的光强度分布。不过，图3A至图3D的位置只是举例，用户当然可通过旋转单元15的转动，使量测单元13可撷取可移动框架141相对发光二极管组件O其它不同位置的第二表面S2的其它影像的辉度。

另外，请参照图4A及图4B所示，其分别为另一个实施态样的量测装置1a的示意图。

与量测装置1相同，量测装置1a一样可以如图3A至图3D所示，可通过旋转单元15的转动，使量测单元13可分别撷取可移动框架141相对发光二极管组件O在第一位置P1至第四位置P4的第二表面S2的四个影像。另外，如图4A所示，为了量测发光二极管组件O至少半球球域的光场分布，保持单元14a还可具有一枢轴142，枢轴142的一端固定在旋转单元15，进而固定整个保持单元14与发光二极管组件O的相对距离。而可移动框架141可以枢轴142旋转，而相对发光二极管组件O具有所述不同的位置。其中，图4A显示保持单元14a在第一位置P1。另外，如图4B所示，可移动框架141可以枢轴142为支点旋转，使其相对于发光二极管组件O旋转而立在发光二极管组件O的正上方，使保持单元14a在一第五位置P5，此时，保持单元14a仍维持着屏幕11、发光二极管组件O以及量测单元13之间的相对距离不变。在此，以二个枢轴142分别位在可移动框架141的两侧为例。因此，通过旋转单元15的旋转，不仅可使量测单元13分别撷取可移动框架141相对发光二极管组件O在第一位置P1～第四位置P4的四个影像的辉度，再通过以枢轴142为支点，可使可移动框架141相对发光二极管组件O而立在发光二极管组件O的上侧，使量测单元13撷取可移动框架141相对发光二极管组件O在第五位置P5的影像的辉度。因此，量测装置1a可通过量测单元13撷取屏幕11的第二表面S2的至少五个位置P1～P5的五个影像的辉度，并借以计算发光二极管组件O的至少半球球域的强度分布。其中，位置P1～P5的五个影像的辉度即是发光二极管组件O的五个不同角度的光线的辉度。特别一提的是，为了怕环境光线影响量测装置1、1a的准确性，因此，量测单元13量测屏幕11的第二表S2的影像时，需将量测装置1、1a置放在一全暗的环境中，以免环境光线干扰量测而影响其准确性。或者，可通过覆盖一遮光布在量测装置1、1a，以排除环境光线的干扰。

然而，本实施例的照相机撷取到屏幕11的第二表面S2的辉度分布并非真正的辉度分布，因为照相机内的传感器的灰阶值与光线的绝对能量为非线性的关系，因此在撷取辉度分布前，必须先找出传感器的灰阶值与能量转换关系，进而再对撷取到的灰阶值分布做转换，如此，才能得到正确的绝对辉度分布。

为了得到灰阶值与辉度的转换关系，在此通过一已知总能量的标准光源(例如白光)照射在屏幕11的第一表面S1上，并由量测单元13撷取第二表面S2的影像，并记录照相机的传感器量到的灰阶值及一功率计的能量值，如此，即可得知已知总能量的光源的灰阶值，进而计算而可得到不同灰阶值对应的总能量的数据，如此，才可得到真正的光场能量分布。

另外，必须再将量测单元13所撷取到的发光二极管组件O在各个不同角度(在位置P1～P5)的光强度分布，转换至同一个坐标系统。因此，量测装置1a还可包括一计算单元(图未显示)，计算单元将量测单元13撷取到的所述影像的数据(强度分布的数据)进行光强度修正与转换，并经坐标转换至同一坐标系统。另外，也可借此进而计算所述影像的数据的总能量。举例来说，计算单元先将量测单元13撷取的发光二极管组件O不同角度光线强度的每一点定义其直角(卡氏)坐标，并利用坐标转换将每个角度撷取到的位置坐标转换至同一直角(卡氏)坐标，再转换至球坐标系统。

以下，请分别参照图5A至图5C所示，以说明如何将量测单元13撷取到的所述影像的强度的坐标转换至同一球坐标系统。换言之，将发光二极管组件O向不同方向发射，而间接映在屏幕11的第二表面S2的光线强度的坐标全部转换至同一个球坐标系统。其中，图5A及图5B只显示发光二极管组件O、屏幕21及量测单元23，而坐标系的原点位置为发光二极管组件O的中心点。

如图5A及图5B所示，将每个角度撷取到的位置坐标转换至同一直角坐标系统的坐标转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos \mathrm{\Φ}}_x& 0& -{\sin \mathrm{\Φ}}_x\\ -{\sin \mathrm{\Φ}}_x\sin {\mathrm{\Φ}}_y& {\cos \mathrm{\Φ}}_y& {-\cos \mathrm{\Φ}}_x\sin {\mathrm{\Φ}}_y\\ {\sin \mathrm{\Φ}}_x\cos {\mathrm{\Φ}}_y& {\sin \mathrm{\Φ}}_y& \cos {\mathrm{\Φ}}_x\cos {\mathrm{\Φ}}_y\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\\ z^{\′}\end{array}\right]$

其中，(x，y，z)为实验室的坐标系，而被量测单元13撷取到的影像的坐标系为(x’，y’，z’)。另外，图5A的屏幕11及量测单元13先以X轴为轴心逆时钟转动的角度为Φ_y(由虚线的屏幕11旋转至实线的屏幕11)，而图5B的屏幕11及量测单元13以Y轴为轴心顺时钟转动角度为Φ_x(由虚线的屏幕11旋转至实线的屏幕11)。

然后，计算单元可再将在不同位置P1～P5的影像中所有新的坐标分别转换成球(极)坐标系统，以建立至少半球球域的强度分布，如此，便可得到发光二极管组件O的光场强度分布。而球坐标与直角(卡式)坐标关系式可如下所示：

$r=\sqrt{x^2+y^2+z^2},$ $\mathrm{\θ}={\cos }^{-1}\left(\frac{y}{r}\right),$ $\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{z}\right)$

其中，如图5C所示，θ、Φ为定义的球坐标，而x、y、z为上述转换过的新的坐标。

另外，为得到光强正确值，需进行光强度修正与转换，本发明利用量测单元13(照相机)拍摄屏幕11的第二表面S2的辉度分布后，再利用余弦三次方定理(cosine third law)将光线的辉度转换成光线的强度。请参照图5D所示，散射光的光强(I_source)与其在屏幕11上造成的照度(illumines，E_screen)转换关系式可为：

E_screen(θ₂)＝cos³θ₁.I_source

其中，θ₁是屏幕11的法线与散射光线的夹角，而θ₂为量测单元13的镜头光轴与屏幕11上某点的散射光线的夹角。

另外，以照相机作为量测单元13来撷取屏幕11的影像时，因为屏幕11本身的材质不均的特性、影像撷取时的几何角度不同，以及量测单元13的镜头会有晕影(vignette)或暗角的现象，会对撷取到的辉度分布产生影响，因此必须对量测单元13所撷取到的影像数据进行修正。其中，屏幕11及镜头晕影校正可利用一均匀辉度的光线(例如中午12点时的太阳光)直接照射在屏幕11上，再用辉度计撷取其辉度分布，以作为屏幕散射特性、影像撷取几何角度及镜头晕影的校正参数，借此对辉度计所撷取到的影像数据进行校正。而光强与量测单元13的传感器的照度关系可为：

$I_{\mathrm{source}}=\frac{E_{\mathrm{CCD}}}{{\cos }^3{\mathrm{\θ}}_1\·C_{\mathrm{screen}\_\mathrm{vignetting}}\left({\mathrm{\θ}}_2\right)\·I_{\mathrm{screen}}({\mathrm{\θ}}_1,{\mathrm{\θ}}_S=0)}$

其中，C_{screen_vignetting}(θ₂)是利用均匀辉度光线架构的传感器上的分布，I_screen(θ₂，θ_s＝0)为不同入射角散射光在屏幕11的法线位置的光强。

特别一提的是，若屏幕11符合朗伯特性，则可不用进行量测单元13的校正，而其转换关系可直接为：

$I_{\mathrm{source}}=\frac{E_{\mathrm{CCD}}}{{\cos }^3{\mathrm{\θ}}_1{\cos }^4{\mathrm{\θ}}_2}$

其中，θ₂为量测单元13的镜头光轴与屏幕11上某点的散射光线的夹角。

因此，在撷取发光二极管组件O的不同角度的辉度分布并进行光线的强度修正和坐标转换后，接着计算单元可再将各个不同角度的强度分布整合起来。

经坐标转换后的球坐标系统展开成θ、Φ平面可如图6A所示。其中，Y轴为夹角θ大小，而X轴为夹角Φ大小。特别一提的是，以下每张多个影像θ、Φ的范围只是举例，并非一定要照这个分布切割每张多个影像在θ、Φ的位置。

在图6A中，撷取发光二极管组件O正上方光强度分布的角度θ的范围为0度到40度之间，而角度Φ则为0度至360度之间。另外，在Y轴方向的角度θ大于40度至90度的光强度分布中，每次只能量测到一部分的角度Φ的范围，因此必须分开多张来撷取。在将所有撷取到的光强度分布球坐标位置算出来后，可将各角度位置撷取到的分布图分别对应回其球坐标，最后即可整合所有数据成为至少半球球域的光强度分布。

然而，将球坐标展开成θ、Φ平面的分布并不直观，因此，本发明将数据整合后，须再将光强度分布转换成其它较直观的坐标系统，如图6B所示。

在图6B中，每一点与原点的距离为角度θ，而与轴ΘX_x的夹角为Φ，而随意取一角度Φ(角度θ由0度至90度)的分布即为光源的一维光强度分布。

以下，请分别参照图7A至图7F所示，其分别为本发明的量测装置1a量测发光二极管组件O(一发光二极管组件)的结果示意图。

如图7A及图7B所示，其分别为量测单元13(影像式辉度计)撷取发光二极管组件O的正上方(如图4B的位置，P5)的光强度分布图。其中，图7A是未经校正的光强度分布图，而图7B是经校正后的光强度分布图。

另外，如图7C及图7D所示，其分别为量测单元13撷取发光二极管组件O的水平方向(如图4A的位置，P1)的光强度分布图。其中，图7C是未经晕影修正的光强度分布图，而图7D是经修正后的光强度分布图。

另外，如图7E及图7F所示，其分别发光二极管组件O为Cree XR-E的发光二极管，并将其坐标转换成球坐标后，并展开成θ、Φ平面的光强度分布图及将其转换成较直观的坐标系统的光强度分布图。

此外，如图7G及图7H所示，其分别发光二极管组件O为Cree XP-G的发光二极管，并将其坐标转换成球坐标后，并展开成θ、Φ平面的光强度分布图及将其转换成较直观的坐标系统的光强度分布图。

最后，将本发明的量测装置1(或1a)的量测结果与利用公知技术所量测的结果作比较，其中，公知技术是固定功率计(power meter)与Cree XR-E的发光二极管的相对距离，并旋转发光二极管，以量测其一维光强度分布。利用本发明量测装置的量测结果，与公知技术所得的结果相似程度高达99％以上。故可证明本发明的量测装置可快速量测光源的光强度分布(光场分布)，并具有成本低及准确度高的优点。再说明的是，在本实施例中，除了发光二极管组件O外，其它的组件的表面如果可先进行适当的表面处理的话，则可减少量测时的噪声。在此，所谓适当的表面处理是指使组件表面相对于发光二极管组件O具有吸收光线的特性。举例来说，量测发光二极管组件O的光场分布时，如尽可能将量测装置的组件的表面涂黑，则能减少量测时的噪声。

另外，请参照图8A及图8B所示，其分别为另一个实施态样的量测装置1b的示意图。

与量测装置1a相同，量测装置1b一样如图3A至图3D以及图4B所示，可使量测单元13撷取屏幕11的第二表面S2的至少五个位置P1～P5的五个影像的辉度，进而得到发光二极管组件O的至少半球球域的光强度分布。

不同的是，为了得到发光二极管组件O的全球球域的光强度分布，如图8A所示，在量测装置1b中，发光二极管组件O设置在一旋转架F上，且旋转架F通过两支架R1、R2(亦可使用单一支架)枢接并承载旋转架F，支架R1、R2保持不动。其中，可通过支架R1、R2及旋转架F翻转发光二极管组件O，且其设计上以不挡到光源为原则，而且需具有卡榫(图未显示)固定光源在某个角度。因此，当转动旋转架F转至一角度时，如图8B所示，发光二极管组件O跟着旋转架F转动一角度，在此以旋转90度为例。而量测单元13再重复撷取屏幕11的第二表面S2的至少五个位置P1～P5的五个影像的辉度，故量测单元13可量测发光二极管组件O另一个至少半球的光线对屏幕11的第二表面S2所产生的影像，以得到另一个至少半球球域的光强度分布，进而可整合上述的发光二极管组件O的至少半球球域的光强度分布，以建立发光二极管组件O的整个球域的光强度分布。

另外，请参照图8C所示，其为另一个实施态样的量测装置1c的示意图。

与前述实施例的量测装置1不同的地方在于，量测装置1c可具有多个保持单元14，并可将本发明的量测装置1b的保持单元14直接应用于发光二极管组件O的生产在线。例如在传送发光二极管组件O的生产线的输送带W上，依次摆放五个位在不同角度的可移动框架14c，其上分别固定有屏幕11、量测单元13，以让发光二极管组件O在输送带W被传送的过程中，定点停留后以量测发光二极管组件O在不同角度的光强度分布，进而得到发光二极管组件O至少半球球域的光强度分布。

请参照图8D所示，其为又一实施例的量测装置1d的示意图。注意的是，为了可以显示量测单元13与发光二极管组件O的相对位置关系，图中并未显示屏幕11，以及固定量测单元13的支架。

与量测装置1不同的是，量测装置1d的屏幕(图未显示)、量测单元13及保持单元14为多个时，所述保持单元14d组合成一组合式框架，所述量测单元13可同时撷取所述屏幕的第二表面的多个影像。举例来说，图8的屏幕(图未显示)、量测单元13及保持单元14d的数量分别为五个，且通过所述保持单元14d，可相对于发光二极管组件O的五个方位设置五个量测单元13，以同时或分别撷取发光二极管组件O不同角度的光场分布，进而得到发光二极管组件O至少半球球域的光场分布。

另外，请参照图9A及图9B所示，其分别为本发明第二实施例的量测装置2的示意图。

与第一实施例的量测装置1a不同的是，本实施例的保持单元24包括一旋转支架242，屏幕21及量测单元23固定在旋转支架242上，以固定屏幕21与量测单元23之间的相对距离。通过旋转支架242的旋转，屏幕21及量测单元23可相对于不动的发光二极管组件O而移动，使量测单元23可量测如图3A至图3D所示的第一位置P1及第五位置P5的屏幕21的第二表面S2的不同影像。

另外，量测装置2还可包括一罩体26，其略呈扇形，而旋转支架242枢设在罩体26上，屏幕21、旋转支架242、量测单元23及发光二极管组件O设置在罩体26内。罩体26可提供量测装置2一个全黑的量测环境，以避免环境光线影响量测的准确性。其中，罩体26具有至少一个轨道261，且旋转支架242沿着轨道261移动。在此，以4个弧形轨道261为例，分别作为旋转支架242与屏幕21以及量测单元23旋转所用的轨道261。如图9A及图9B所示，沿着罩体26上的轨道261旋转旋转支架242，以改变屏幕21及量测单元23与发光二极管组件O的相对位置，进而使量测单元23可撷取量测发光二极管组件O在不同仰角角度所发出的光线映在屏幕21的第二表面S2的影像。

此外，量测装置2还可以包括一旋转单元25，旋转单元25承载并旋转发光二极管组件O，以让量测单元23可量得发光二极管组件O在不同水平角度的光场分布。其中，量测装置2其它组件的技术特征可参照量测装置1a，在此不再赘述。

请参照图10所示，其为本发明第三实施例的量测装置3的示意图。

与第一实施例的量测装置1a不同的是，量测装置3的量测单元33可包括一扫描振镜(Galvo mirror)组件331以及一量测组件332，扫描振镜组件331依序扫描屏幕31的第二表面S2的各点影像。在此，扫描振镜组件332包括二个光学振镜，而量测组件332以一光谱仪为例。通过两个光学振镜的配合转动，可依序扫描屏幕31的第二表面(图未显示)上不同坐标的影像，并使发光二极管组件O发光射至屏幕31，且映射在第二表面上不同坐标的光线强度被光谱仪所接收。再搭配发光二极管组件O设置在一旋转单元35上，借此，可以量测发光二极管组件O的至少半球球域的光强度分布，亦可获得光强度分布上每一点的光谱分布。

另外，请参照图11所示，其为本发明的一种待测物的光场分布的量测方法的流程图。

本发明待测物的光场分布的量测方法与一量测装置配合。在此，以量测装置1a为例来说明，而其相关的图式可参照上述的图式。

本发明的量测方法包括步骤S01至S03。

步骤S01为：如图4A所示，通过量测单元13撷取屏幕11的第二表面S2的一影像。

步骤S02为：如图4A及图4B所示，改变待测物面对屏幕11的角度。在此，通过旋转单元15的旋转及枢轴142转动，以改变发光二极管组件O面对屏幕11的角度。其中，如图9A及图9B所示，旋转单元25可承载并旋转发光二极管组件O，或者也可如图4A及图4B所示，旋转单元15可承载并旋转屏幕11、量测单元13及可移动框架141。

步骤S03为：通过量测单元13撷取屏幕11的第二表面S2的另一个影像。在此，通过步骤S02改变待测物面对屏幕11的角度后，以量测单元13撷取屏幕11的第二表面S2的至少5个位置的影像的辉度分布，并借以计算发光二极管组件O的至少半球球域的光场分布。另外，当屏幕11、量测单元13为多个时，所述量测单元13可同时或分别撷取所述屏幕11的所述第二表面S2的多个影像。

另外，本发明的量测方法还可包括步骤S04至S05。步骤S04为：对量测单元13所撷取到的所述影像数据进行校正及修正。在此，因屏幕11本身的材质不均的特性、影像撷取时的几何角度不同，以及因量测单元13的镜头会有晕影或暗角的现象，会对撷取到的辉度分布产生影响，因此必须对量测单元13所撷取到的影像数据进行修正。其中，屏幕11及镜头晕影校正可利用一均匀辉度的光线(例如中午12点时的太阳光)直接照射在屏幕11上，再用辉度计撷取其辉度分布，以作为屏幕散射特性、影像撷取几何角度及镜头晕影的校正参数，借此对辉度计所撷取到的影像数据进行校正。若屏幕11及量测单元13未更换时，则不用每次量测时都要进行步骤S04的校正及修正。

步骤S05为：将所述影像中的数据经能量转换，并经坐标转换至同一坐标系统。在此，将第二表面S2的至少五个位置的五个影像的数据经坐标转换至同一球坐标系统。

此外，本发明的量测方法还可包括步骤S06。步骤S06为：依据所述影像计算待测物的光场分布与总能量。在此，通过一计算单元，并依据上述的至少5个影像数据计算发光二极管组件O的光场分布，进而可计算其总能量。其中，光场分布可包括光强度分布、色彩分布或光频谱分布。

接着，为了使本发明的量测方法所量得的光场分布更加准确，本发明的量测方法还可包括：对已知总能量的标准光源进行量测，以得到影像灰阶值与绝对能量的转换关系。

此外，本发明的量测方法的其它技术特征可参照上述的详细说明，在此不再赘述。

经由上述，可发现本发明的量测装置及其量测方法可取代市售的配光曲线仪，且具有快速与方便量测，以及成本便宜等优点。另外，在应用面来看，本发明的量测装置及其量测方法只要得到光源全球球域的光强度分布，计算单元也可将光强分布对立体角积分后便可得到其总功率，因此，可取代公知以积分球量测光源总功率的方式。

此外，本发明的量测装置经部分改良后，亦可量测一光学膜片的双向散射分布函数(Bidirectional Scattering Distribution Function，BSDF)，如图12A与图12B所示，其分别为本发明另一个实施例的量测装置4的示意图。其中，待测物为一光学膜片，而光学膜片以一扩散片L为例。在此，以载具42固定扩散片L，再以一稳定光源S(例如为雷射)射出光线照射在扩散片L上，并旋转扩散片L来改变光线的入射角，并对扩散片L的中心旋转整个量测仪器，则可得到扩散片L的出光侧至少半球球域的光强度分布，进而可计算出扩散片L的双向散射分布函数。值得一提的是，量测装置4的屏幕41与量测装置1a的屏幕11不同，屏幕41在量测反射光分布需存在有穿孔，以让稳定光源S可穿透屏幕41射至扩散片L上。另外，保持单元44也需具具适当的穿孔，以让光源S可穿透保持单元44而射至在扩散片L上。此外，若应用图9A的第二优选实施例来量测扩散片L的双向散射分布函数，当旋转整个量测仪器时，量测装置2的罩体26需有可让光源路径通过的通道，也就是要在罩体26上开孔，以让光源可通过罩体26而射至扩散片L。

综上所述，因依据本发明的量测装置及其量测方法量测一待测物，待测物邻设在屏幕的第一表面，而量测单元与待测物对应设置，并邻设在屏幕的第二表面。另外，保持单元保持屏幕、待测物及量测单元之间的相对距离，且量测单元撷取屏幕的第二表面的影像，以计算待测物的光场分布。借此，可使量测单元撷取由待测物所发出不同角度及方向的光线的光场分布，以得到待测物至少半球球域的光场分布。因此，本发明的量测装置及其量测方法可取代市售的配光曲线仪及积分球，且具有快速与方便量测，以及成本便宜等优点。

另外，在应用面来看，本发明的量测装置亦可取代公知以积分球量测光源总功率的方式。此外，本发明经部分改良后，亦可量测双向散射分布函数。

以上所述仅是举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (32)

1.一种量测装置，用以量测一待测物，其特征在于，包括：

至少一个屏幕，其部分透光，且具有相对的一第一表面及一第二表面，所述待测物邻设在所述屏幕的所述第一表面；

至少一个量测单元，与所述待测物对应设置，并邻设在所述屏幕的所述第二表面；以及

至少一个保持单元，保持所述屏幕、所述待测物及所述量测单元之间的相对距离，所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的影像，以计算所述待测物的光场分布。

2.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述待测物包括一光源或一光学膜片。

3.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述屏幕的材质包括纸、布、纤维、塑料、绒布纸、玻璃、压克力、或扩散片。

4.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述屏幕包括一屏幕本体及一碳粉层或一印刷层，所述碳粉层或所述印刷层位在所述第一表面。

5.根据权利要求4所述的量测装置，其特征在于，所述碳粉层或所述印刷层包括多个凹部，以露出所述屏幕本体。

6.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述屏幕更包括一透光基板，所述透光基板紧贴在所述第二表面。

7.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述量测单元包括辉度计、照度计、功率计、照相机或光谱仪。

8.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述量测单元还包括一扫描振镜组件，以扫描所述屏幕的所述第二表面的影像。

9.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述光场分布包括光的强度分布、色彩分布或光频谱分布。

10.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，所述保持单元具有一可移动框架，所述可移动框架相对所述待测物具有多个位置。

11.根据权利要求10所述的量测装置，其特征在于，所述量测单元撷取所述可移动框架在所述位置时，所述屏幕的所述第二表面的多个影像。

12.根据权利要求11所述的量测装置，其特征在于，依据所述影像计算所述待测物的光场分布。

13.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，当所述屏幕、所述量测单元及所述保持单元为多个时，所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的多个影像。

14.根据权利要求10所述的量测装置，其特征在于，所述保持单元还具有一枢轴，所述可移动框架以所述枢轴旋转，而相对所述待测物具有所述位置。

15.根据权利要求10所述的量测装置，其特征在于，还包括：

一罩体，所述屏幕、所述可移动框架、所述量测单元及所述待测物设置在所述罩体内。

16.根据权利要求15所述的量测装置，其特征在于，所述罩体具有一轨道，所述可移动框架沿着所述轨道移动。

17.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，还包括：

一旋转单元，承载并旋转所述待测物，以改变所述待测物面对所述屏幕的角度，或改变所述待测物与一入射光线的角度。

18.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，还包括：

一旋转单元，承载并旋转所述屏幕、所述量测单元及所述保持单元，以改变所述待测物面对所述屏幕的角度。

19.根据权利要求11或13所述的量测装置，其特征在于，还包括：

一计算单元，将所述量测单元撷取到的所述影像进行光强度修正与转换，并经坐标转换至同一坐标系统。

20.根据权利要求11或13所述的量测装置，其特征在于，还包括：

一计算单元，将所述量测单元撷取到的所述影像进行光强度修正与转换，并经坐标转换至同一坐标系统，且计算其总能量。

21.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于，当所述待测物为一光学膜片时，所述量测装置还包括一光源，所述光源射出光线照射在所述光学膜片上。

22.根据权利要求1或15所述的量测装置，其特征在于，当所述待测物为一光学膜片时，所述屏幕、所述罩体或所述保持单元具有穿孔，使一光源能照射在光学膜片上。

23.一种待测物的光场分布的量测方法，与一量测装置配合，所述量测装置具有至少一个屏幕以及至少一个量测单元，所述屏幕部分透光，且具有相对的一第一表面及一第二表面，所述待测物邻设在所述屏幕的所述第一表面，所述量测单元与所述待测物对应设置，并邻设在所述屏幕的所述第二表面，其特征在于，所述量测方法包括：

通过所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的一影像；

改变所述待测物面对所述屏幕的角度；

通过所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的另一个影像；以及

依据所述影像计算所述待测物的光场分布与总能量。

24.根据权利要求23所述的量测方法，其特征在于，还包括：

对量测单元所撷取到的所述影像数据进行校正及修正。

25.根据权利要求23所述的量测方法，其特征在于，还包括：

将所述影像中的数据经能量转换，并经坐标转换至同一坐标系统。

26.根据权利要求23所述的量测方法，其特征在于，所述光场分布包括光强度分布、色彩分布或光频谱分布。

27.根据权利要求23所述的量测方法，其特征在于，还包括：

对已知总能量的标准光源进行量测。

28.根据权利要求23所述的量测方法，其特征在于，当所述屏幕、所述量测单元为多个时，所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的多个影像。

29.根据权利要求23所述的量测方法，其特征在于，通过一可移动框架及或一旋转单元改变所述待测物面对所述屏幕的角度。

30.根据权利要求29所述的量测方法，其特征在于，所述旋转单元承载并旋转所述待测物，或承载并旋转所述屏幕、所述量测单元及所述可移动框架。

31.根据权利要求23所述的量测方法，其特征在于，还包括：

依据所述影像计算待测物的光场分布后，再积分计算其总能量。

32.一种待测物的光场分布的量测方法，与一量测装置配合，所述量测装置具有至少一个屏幕以及至少一个量测单元，所述屏幕部分透光，且具有相对的一第一表面及一第二表面，所述待测物邻设在所述屏幕的所述第一表面，所述量测单元与所述待测物对应设置，并邻设在所述屏幕的所述第二表面，其特征在于，所述量测方法包括：

通过所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的一影像；

改变所述待测物面对所述屏幕的角度；

通过所述量测单元撷取所述屏幕的所述第二表面的另一个影像；

对量测单元所撷取到的所述影像数据进行校正及修正；

将所述影像中的数据经能量转换，并经坐标转换至同一坐标系统；以及

依据所述影像计算所述待测物的光场分布与总能量。

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