CN114450568A - 高灵敏度非接触式色度测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的高灵敏度非接触式色度测定装置包括：透镜单元，接收从测定对象射出的光线；光分配单元，包括光纤、聚光透镜及n个滤色器，上述光纤从一侧接收通过上述透镜单元的光线，将所接收的光线通过n个路径分配并向另一侧输出，数值孔径大于预设的基准值，上述聚光透镜用于将向上述光纤的另一侧输出的光线的入射角减小至目标角度以下，上述n个滤色器使得通过上述聚光透镜的光线的不同波长透过；以及信号转换单元，包括将从上述光分配单元传递的光线转换成电信号的光电二极管。

Description

高灵敏度非接触式色度测定装置
技术领域
本发明涉及非接触式色度测定装置，更详细地，涉及如下的高灵敏度非接触式色度测定装置，即，可设置用于减小光线的入射角的聚光透镜，以采用数值孔径高的光纤维，从而可对具有极低亮度的测定对象进行色度测定。
背景技术
目前，全球显示器市场正迅速从阴极射线显像管(CRT)转变为液晶(LCD)显示器、从液晶转变为发光二极管(LED)显示器。尤其，随着大型发光二极管显示器的需求增加，生产量在迅速增加。
随着这种显示器的生产量的增加，生产质量也成为重要因素之一，并且开发了用于判断显示器是否有不良的装置。尤其，正在开发对在液晶或发光二极管等显示器中显示的颜色是否准确地表示想要输出的颜色进行测定的色度测定装置。
普通的色度测定装置被配置为测定通过由光电二极管构成的传感器入射的光线的颜色，通过与测定对象物相接触来测定颜色。
但是，在像这样逐一接触测定对象物与色度测定装置来测定颜色的情况下，会存在因测定时间变长而导致生产率下降的问题。
因此，为了改善这种问题，开发了以与测定对象物之间的非接触状态远距离测定色度的非接触式色度测定装置。
由于非接触式色度测定装置在与测定对象物远距离隔开的状态下执行测定，因此具有测定速度快的优点，但存在对低亮度的测定准确度变差的问题。
为了改善这种问题，需要进一步增加向非接触式色度测定装置的内部入射的光量。
作为解决方案，有如下两种增加光量的方法，即，通过增加设置在非接触式色度测定装置的内部的光纤的数值孔径(N/A，Numerical Aperture)来以范围更广的角度接收光线，从而增加光量，或通过增加光纤的入射部面积来增加光量。
在通过第一种方法增加光纤的数值孔径的情况下，由于设置在非接触式色度测定装置的滤色器为二向色滤光片(Dichroic)，因此将产生透过率随着入射角度倾向于短波长带的现象。这会对滤色器的XYZ光谱特性造成影响，因而会使测定结果出现误差。
并且，在通过第二种方法增加光纤的入射部面积的情况下，由于光纤射出部的面积将大于光电二极管，因此将产生光损失，并会因测定光源的每个点的测定角度发生增加而导致色度测定出现问题。
因此，需要用于解决上述问题的方法。
发明内容
技术问题
本发明用于解决如上所述的现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种非接触式色度测定装置，根据其结构，可通过大大增加入射的光量来测定具有极低亮度的测定对象物的色度，并能够以不产生误差的方式校正测定结果。
本发明的目的并不限定于以上所提及的目的，本发明所属技术领域的普通技术人员可从如下的记载明确理解未提及的其他目的。
技术方案
用于实现上述目的的本发明的高灵敏度非接触式色度测定装置包括：透镜单元，接收从测定对象射出的光线；光分配单元，包括光纤、聚光透镜及n个滤色器，上述光纤从一侧接收通过上述透镜单元的光线，将所接收的光线通过n个路径分配并向另一侧输出，数值孔径大于预设的基准值，上述聚光透镜用于将向上述光纤的另一侧输出的光线的入射角减小至目标角度以下，上述n个滤色器使得通过上述聚光透镜的光线的不同波长透过；以及信号转换单元，包括将从上述光分配单元传递的光线转换成电信号的光电二极管。
而且，上述光分配单元还可包括微阵列透镜，上述微阵列透镜设置在上述聚光透镜与上述滤色器之间，以光谱透过率不产生改变的方式对通过上述聚光透镜的光线进行补偿。
并且，上述微阵列透镜能够以分别与上述光纤的n个路径相对应的方式设置有n个。
而且，上述微阵列透镜的面积可与上述光纤的n个路径的总输出面积相对应。
并且，上述聚光透镜能够以分别与上述光纤的n个路径相对应的方式设置有n个。
另一方面，上述光纤的数值孔径基准值可以为0.2以上。
而且，上述透镜单元可由仅接收平行光的远心透镜形成。
并且，本发明还可包括信号放大单元，通过放大被上述信号转换单元转换的电信号来向外部系统传输。
发明的效果
用于实现上述目的的本发明的高灵敏度非接触式色度测定装置具有如下的优点，即，当测定亮度及色度时，由于可通过聚光透镜及微阵列透镜来对因向具有高数值孔径的光纤入射的光线的高入射角度而产生的透过率差进行补偿，因此可大大提高亮度测定及色度测定的准确度，并且，还可对具有极低亮度的测定对象进行精密的色度测定。
本发明的效果并不限定于以上所提及的效果，本技术领域的技术人员可从发明要求保护范围中的记载明确理解未提及的其他效果。
附图说明
图1为示出通过本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置对测定对象测定色度的状态的图。
图2为分解示出本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的各结构要素的图。
图3为简要示出本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的内部结构的图。
图4为示出本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置中的光分配单元及信号转换单元的主要部分的图。
图5为示出向光纤入射的光线的路径的图。
图6为示出基于入射角的中心波长的移动量的图。
图7为示出在相同光学系统条件下根据是否有微阵列透镜产生的光谱曲线差异的图。
图8为示出本发明第二实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的状态的图。
图9为示出本发明第三实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的状态的图。
图10为示出本发明第四实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图对可具体实现本发明目的的本发明的优选实施例进行说明。在说明本实施例的过程中，对相同的结构使用相同的名称及相同的附图标记，并省略对其的附加说明。
图1为示出通过本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置对测定对象D测定色度的状态的图，图2为分解示出本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的各结构要素的图。
如图1所示，本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置通过以与测定对象物D隔开的状态配置来检测从上述测定对象物D射出的光线并测定其色度。
而且，如图2所示，本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置包括：外壳100，内部形成有收容空间；透镜单元200，安装在上述外壳的一侧，接收从测定对象D射出的光线；光分配单元400，分配及校正通过上述透镜单元200的光线；信号转换单元300，将从光分配单元传递的光线转换成电信号；以及信号放大单元500，通过放大被上述信号转换单元转换的电信号来向外部系统传输。
在此情况下，上述透镜单元200可包括远心透镜部210及透镜连接部220，可形成为仅接收准直光线，即，与光轴平行的平行光线。
而且，在本实施例中，上述光分配单元400、信号转换单元300及信号放大单元500设置于上述外壳100内部的收容空间，上述透镜单元200以暴露于上述外壳的一侧的状态设置。但是，这仅仅是一个实施例，本发明的高灵敏度非接触式色度测定装置可形成多种外观及连接结构。
图3为简要示出本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的内部结构的图，图4为示出本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置中的光分配单元400及信号转换单元300的主要部分的图。
如图3及图4所示，本发明第一实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置依次配置有透镜单元200、光分配单元400、信号转换单元300及信号放大单元500。
上述透镜单元200通过接收从测定对象D射出的光线来向上述光分配单元400传递。
而且，上述光分配单元400包括光纤410、聚光透镜440、微阵列透镜450及滤色器460。
上述光纤410为如下的结构要素，即，从一侧接收通过上述透镜单元200的光线，将所接收的光线通过n个路径分配并向另一侧输出。为此，在上述光纤410的一侧形成有光输入部420，在上述光纤410的另一侧形成光输出部430。
而且，在本实施例中，上述光纤410形成将所接收的光线分配给3个路径并输出的形态，但分配路径的数量并不限于此，可根据各种情况来确定。
像这样，本实施例可通过将光纤410用在上述光分配单元400来使光线的散失最小化，根据可柔韧地弯曲的光纤410的特征，无须将光分配单元400和信号转换单元300配置在直线上，因此可增加空间的利用率。
并且，上述光纤410的数值孔径可大于预设的基准值。其中的理由是为了通过进一步增加向非接触式色度测定装置的内部入射的光量来提高对低亮度的测定精确度。
例如，上述光纤410的数值孔径的基准值可以为0.2以上，在本实施例中，例示了采用数值孔径为0.5的光纤410。
但是，在像这样使光纤410的数值孔径的基准值达到0.2以上的情况下，由于后述的滤色器460为二向色滤光片(Dichroic)，因此有可能产生透过率随着入射角度的增加倾向于短波长带的现象(参照图5及图6)。这会对滤色器460的XYZ光谱特性造成影响，因而会使测定结果出现误差。
因此，在本实施例中，设置有聚光透镜440和微阵列透镜450，上述聚光透镜440用于将向上述光纤410的另一侧输出的光线的入射角减小至目标角度以下，上述微阵列透镜450设置在上述聚光透镜440与上述滤色器460之间，以光谱透过率不产生改变的方式对通过上述聚光透镜440的光线进行补偿。
上述聚光透镜440通过集聚由以高入射角度传递光线的光纤410释放的光来校正为目标角度以下的入射角，上述微阵列透镜450通过补偿由上述聚光透镜440收敛的光线来防止各个波长的透过率发生改变。其中，上述聚光透镜440的目标角度可以为5°。
另一方面，上述聚光透镜440及上述微阵列透镜450可分别以分别与上述光纤310的n个路径相对应的方式设置有n个。在本实施例中，由于上述光纤310向3个路径分配光线，上述聚光透镜440及上述微阵列透镜450也同样分别设置有3个，因此形成与上述光纤310的每个光输出部430相对应的形态。
然而，这仅是在本实施例中所用的形态，上述聚光透镜440及上述微阵列透镜450的数量及面积也可采用除本实施例以外的其他形态。
倘若，与本实施例不同，在上述微阵列透镜450与光纤维束并未按1：1的比例匹配的情况下，会产生光的分散，这会带来减小以高入射角入射的光的差异的效果。
而且，上述光分配单元400还包括n个滤色器460，用于使通过上述聚光透镜440及上述微阵列透镜450的光线的不同波长透过。
具体地，上述滤色器460通过接收所传递的光线来仅使特定波长的光线透过，如上所述，本实施例的滤色器460为二向色滤光片。
上述二向色滤光片是通过利用在薄膜上产生的干扰现象来过滤特定波长的波动的过滤器，可根据获得想要的波动的方式和过滤器材质的种类分为多个种类。
信号转换单元300包括将从上述光分配单元400传递的光线转换成电信号的光电二极管310。
上述光电二极管310是通过从上述光分配单元400传递的光线来检测颜色的结构，可配置至少一个。
具体地，上述光电二极管310是一种通过接收光线来转换成电信号的传感器，通过接收经由上述滤色器460的光线来转换成电信号。像这样接收的电信号用于由额外的外部系统对所接收的光线的颜色进行测定。
而且，上述信号放大单元500是通过放大由上述信号转换单元300转换的电信号来向外部系统传输的结构要素，这对本领域技术人员来说是显而易见的，因而将省略对上述信号放大单元500的说明。
如上所述，当测定亮度及色度时，由于本发明可通过聚光透镜440及微阵列透镜450对因向形成高数值孔径的光纤410入射的光线的高入射角度而产生的透过率差进行补偿，因此可大大提高测定亮度及色度时的准确度，并且，还可对具有极低亮度的测定对象精密地测定色度。
另一方面，CIE 1931XYZ色彩空间(或CIE 1931色彩空间)是基于通过数学方式对人类色彩感知进行的研究来定义的最早的色彩空间之一。
人类的眼睛中存在作为可接收短波长、中波长、长波长这三种光线的感受器的视锥细胞，由此，原则上，人的色彩感觉可由三个变量来表示。
三色刺激值是指可在加法混合模型中将三原色组合成与想要的颜色相同的颜色的组合，这种三色刺激值主要在CIE 1931色彩空间中表现为X值、Y值、Z值。
即，各种显示装置归根结底是人使用的，因而以人眼为基准来评价色度，色差仪输出值越接近以人眼为基准的CIE 1931曲线图，则可认为是越优秀的设备。
在本发明中，经过透镜单元200的中心的光线以0°向光纤入射，或经过透镜单元200的外围的光线以规定的高角度(例如，30°)入射。即，待测定的式样的尺寸越大，入射的光线的角度也会增加。在此情况下，上述微阵列透镜450可将以高角度入射的光线改变成接近0°或将0°和30°的光线分散成广角。
最终，根据式样的尺寸，光线的角度差会消失，由于没有光线的角度差，因此可减小光谱曲线图(CIE 1931)的变化量。
而且，为了验证如上所述的事实，可执行如下的步骤。
首先，准备可发出单色波长的设备(例：仅输出400nm、401nm的光线；以下称为单色光镜)，从单色光镜以1nm的间隔输出从380nm至780nm的光线(例：输出380nm光线，1秒后输出381nm光线)。
然后，在每次测量并记录通过本发明的色度测定装置输出的光线之后，将所记录的值表现为曲线并与CIE 1931曲线图进行比较。
图7为示出在相同光学系统条件下根据是否有微阵列透镜450产生的光谱曲线差异的图。
参考通过如上所述的步骤导出的图7中所示的曲线，在相同的光学系统条件下，若添加微阵列透镜450，则可确认到如下内容，即，与没有设置微阵列透镜450的状态下的光学系统相比，更接近于成为基准的Y曲线。
以下，对本发明的其他实施例进行说明。
图8为示出本发明第二实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的状态的图。
在图8所示的本发明第二实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置中，与前述的第一实施例之间的不同之处在于，微阵列透镜1450的面积与上述光纤310的n个路径的总输出面积相对应。
即，在本实施例中，单个上述微阵列透镜1450的面积与上述光纤310的3个路径的总输出面积相对应，在这种情况下，上述微阵列透镜1450可形成为每个区域具有不同的透过特性。
并且，与上述微阵列透镜1450相同，上述聚光透镜440的面积也同样与上述光纤310的n个路径的总输出面积相对应。
图9为示出本发明第三实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的状态的图。
在图9所示的本发明的第三实施例中，光纤310的光输出部430与微阵列透镜450之间的间隔距离大于聚光透镜440的厚度，上述聚光透镜440可通过线性移动模块442来在光纤310的光输出部430与微阵列透镜450之间进行线性移动。
在这种情况下，由于可通过根据上述光纤310的数值孔径调节上述聚光透镜440的位置来调节光线的聚光度，因此具有可通过更换符合情况的光纤310的优点。
图10为示出本发明第四实施例的高灵敏度非接触式色度测定装置的状态的图。
图10所示的本发明的第四实施例的特征在于，以多层方式配置聚光透镜440a、440b。
具体地，本实施例包括：第一聚光透镜440a，以与上述光输出部430相邻的方式在光纤310的光输出部430与微阵列透镜450之间形成第一组；以及第二聚光透镜440b，以与上述微阵列透镜450相邻的方式形成第二组。
在这种情况下，可通过以多层结构排列的聚光透镜440a、440b来进一步减小光线的入射角度，因此具有可采用数值孔径更高的光纤410的优点。
如上所述，已察看了本发明的优选地实施例，除了前面说明的实施例以外，在不脱离本发明的宗旨及范畴的情况下，本发明能够以其他特定实施方式具体化，这一事实对于掌握相关技术的普通技术人员来说是显而易见的。因此，上述实施例应被视为例示性的，而不是限制性的，由此，本发明并不限定于上述说明，也可在所附的发明要求保护范围的范畴及其等同范围内进行变更。
附图标记的说明
100：外壳
200：透镜单元
300：信号转换单元
310：光电二极管
400：光分配单元
410：光纤
440：聚光透镜
450：微阵列透镜
460：滤色器
500：信号放大单元。

Claims (8)

1.一种高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，包括：
透镜单元，接收从测定对象射出的光线；
光分配单元，包括光纤、聚光透镜及n个滤色器，上述光纤从一侧接收通过上述透镜单元的光线，将所接收的光线通过n个路径分配并向另一侧输出，数值孔径大于预设的基准值，上述聚光透镜用于将向上述光纤的另一侧输出的光线的入射角减小至目标角度以下，上述n个滤色器使得通过上述聚光透镜的光线的不同波长透过；以及
信号转换单元，包括将从上述光分配单元传递的光线转换成电信号的光电二极管。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，上述光分配单元还包括微阵列透镜，上述微阵列透镜设置在上述聚光透镜与上述滤色器之间，以光谱透过率不产生改变的方式对通过上述聚光透镜的光线进行补偿。
3.根据权利要求2所述的高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，上述微阵列透镜以分别与上述光纤的n个路径相对应的方式设置有n个。
4.根据权利要求2所述的高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，上述微阵列透镜的面积与上述光纤的n个路径的总输出面积相对应。
5.根据权利要求1所述的高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，上述聚光透镜以分别与上述光纤的n个路径相对应的方式设置有n个。
6.根据权利要求1所述的高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，上述光纤的数值孔径基准值为0.2以上。
7.根据权利要求1所述的高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，上述透镜单元由仅接收平行光的远心透镜形成。
8.根据权利要求1所述的高灵敏度非接触式色度测定装置，其特征在于，还包括信号放大单元，通过放大被上述信号转换单元转换的电信号来向外部系统传输。
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