TW201337221A - 光學量測系統、光學量測方法及光學量測系統的鏡板 - Google Patents
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Abstract
一種光學量測系統(100)包含一積分球(110)，具有其內壁上之一反射表面(110a)、及一第一視窗(132)。該光學量測系統尚包含一支持構件(120)，在該積分球之一大致中心位置處支持一光源，及一第一反射板(136)，配置於連接該第一視窗與該支持構件所支持光源之一連線上。該支持構件係在關於該光源之一對立該第一視窗區間中，連接至該積分球之內壁。
Description
本發明係關於一種光學量測系統、光學量測方法及光學量測系統的鏡板，適合於測量譬如一光源所放射出之總光通量。
在測量一光源所放射總光通量用之一典型設備中，已知包含一積分球之一光度計。該積分球在其內壁上，具有藉塗佈一漫射材料(譬如硫酸鋇或鐵氟龍(PTFE))形成之一反射表面。一待測光源(此後亦稱作「試樣光源」)係在配置於該積分球中之狀態下點亮。該光源所放射出之光通量將由該積分球內壁之反射表面反覆地反射，且該積分球內壁上之照度將因此而達成均勻。已達成均勻之照度係與該光源所放射總光通量成比例之事實，可用來測量該光源之總光通量。由於這種光度計所測得之總光通量一般為一相對值，因此該總光通量值將與藉使用一已知標準光源取得之一偵測值(標準值)相比較，藉以測得該試樣光源所放射總光通量之一校準值。
包含這種積分球之光度計無法避免因譬如將光源配置於該積分球中用之一支持構件、及防止來自該光源之光線直接照射一光偵測器用之一遮光板(反射板)等部件的光線吸收。又，該試樣光源本身亦吸收光線。
為應付這種光線吸收，2007年7月20日之日本工業
標準JIS C 8152：2007「一般照明用白色發光二極體(LED)量測方法」(NPL 1)揭露，可使用一種修正一試樣光源自我吸收之因數(自我吸收修正因數)。可依以下方式計算這種自我吸收修正因數。一測量自我吸收用光源(典型地為白熾或鹵鎢燈)係設於一積分球中。在該試樣光源配置於該積分球中、與該試樣光源未配置於該積分球中之各個條件下，該測量自我吸收用光源皆點亮。在各個條件下偵測得之數值將相互比較，藉以計算該自我吸收修正因數。
又，為避免譬如該支持構件所造成光線吸收之影響，已提出譬如日本專利早期公開案第06-167388號(PTL 1)中揭露者之包含一半球積分器(此後亦稱作「積分半球」)的一光度計(此後亦將該光度計稱作「半球光度計」)。這種半球光度計係替代該積分球，具有由一半球部構成之一積分半球，該半球部具有一反射表面，形成於其內壁上，及一圓形鏡板，配置成可使其反射表面覆蓋該半球部之開口。一光源係置於該鏡板之中心處，使該光源之中心可與該半球部之曲率中心重合。
在這種架構下，光源、與該鏡板所生成之光源虛像各存在於一虛積分球(該半球部中之實空間與該半球部之虛像所構成的一複合空間)中。亦即，該半球光度計允許該試樣光源配置於該虛積分球中，而無需使用支持構件來支持光源。是以，可減少譬如支持構件之光線吸收所致的一誤差。
日本專利早期公開案第06-167388號
日本工業標準JIS C 8152：2007，「一般照明用白色發光二極體(LED)量測方法」，2007年7月20日
近來，譬如發光二極體(LED)光源之發展，已伴隨著對發光強度分佈不同於一標準光源發光強度分佈之光源進行量測的需求。本發明之發明人已新發現一新穎技術問題，即當這種光源待以包含習知積分球之一光學量測設備進行量測時，將因發光強度分佈差異而產生一量測誤差。
發明人亦已發現該新穎技術問題之成因。依據發明人對該成因之知識，當使用如上述之半球光度計時，將不可能發生因發光強度分佈差異所致之一量測誤差。然而，可基於各種理由，發生僅可使用包含習知積分球之光學量測設備而無任何選擇之局面。即使在這種局面下，仍有進一步提高量測準確度之需要。
已完成本發明來解決上述問題，且本發明之一目的係提供一種光學量測系統、光學量測方法、及光學量測系統
的鏡板，以減少因標準光源與試樣光源間之發光強度分佈差異所致的一量測誤差為目標。
依據本發明之一構想的一種光學量測系統包含一積分球，具有該積分球一內壁上之一反射表面、及一第一視窗。該光學量測系統尚包含一支持構件，在該積分球之一大致中心位置處支持一光源，及一第一反射板，配置於連接該第一視窗與該支持構件所支持光源之一連線上。該支持構件係在關於該光源之一對立該第一視窗區間中，連接至該積分球之內壁。
較佳地，該光學量測系統尚包含一光偵測器，連接至該第一視窗。
更佳地，該第一反射板係配置成，使該支持構件位在該光偵測器經由該第一視窗之一視場範圍外。
較佳地，該積分球具有一第二視窗，形成在不同於該第一視窗者之一位置處，且來自一輔助光源之光線係經由該第二視窗引入該積分球中。該光學量測系統尚包含一第二反射板，其與來自該輔助光源而由該第二視窗引入該積分球中之光線相關聯。
較佳地，該積分球包含一第一半球部與一第二半球部，連結成允許該等第一與第二半球部開啟與閉合。
依據本發明另一構想之一種光學量測方法的步驟包含，將一支持構件所支持之一光源配置於一積分球之一大
致中心位置處，該積分球在該積分球之一內壁上具有一反射表面，及經由形成於該積分球處之一第一視窗偵測來自該光源之光線。一第一反射板係配置於連接該第一視窗與該支持構件所支持光源之一連線上，及該支持構件係在關於該光源之一對立該第一視窗區間中，連接至該積分球之內壁。
依據本發明又一構想之一種光學量測系統包含：一第一半球部與一第二半球部，在各自內壁上具有各別之反射表面，且連結成允許該等第一與第二半球部開啟與閉合；一第一支持構件，在該等第一與第二半球部閉合之一狀態下，將該等第一與第二半球部所形成之一球中一大致中心位置處的一光源點亮；及一盤型鏡板，可在該等第一與第二半球部開啟之一狀態下連附，以覆蓋該第一半球部之一開口。該鏡板具有一反射表面，其面對著該第一半球部。該光學量測系統尚包含：一第二支持構件，在該鏡板連附至該第一半球部之一狀態下，將曝露在該第一半球部與該鏡板所形成之一半球中的該光源點亮；及一光度計，經由形成於該第一半球部處之一視窗偵測來自該光源之光線。
依據本發明之更一構想，提供一種可調整適應於一光學量測系統之鏡板。該光學量測系統包含一第一半球部與一第二半球部，在各自內壁上具有各別之反射表面，且連結成允許該等第一與第二半球部開啟與閉合。該鏡板可在該等第一與第二半球部開啟之一狀態下連附，以覆蓋該第一半球部之一開口。該鏡板包含：一反射表面，其面對著
該第一半球部；及一支持構件，在該鏡板連附至該第一半球部之一狀態下，將曝露在該第一半球部與該鏡板所形成之一半球中的一光源點亮。
本發明可減少因標準光源與試樣光源間之發光強度分佈差異所致的一量測誤差。
以下將參考圖式，詳細說明本發明之具體實施例。在圖式中，相同或相對應之部件係以相同參考符號標示，且在此不再重複對其之說明。
本發明之發明人已發現一新穎技術問題，即以包含一積分球之一光度計測量一光源、且該光源具有不同於一校準用標準光源發光強度分佈之一發光強度分佈時，將產生一量測誤差。以下將先說明此新穎技術問題。
第1A圖係顯示藉一積分球測量一光源所放射總光通量之一基礎概念的示意圖。第1B圖係顯示一標準光源在執行校準時於該積分球中點亮之一狀態的示意圖。第1C圖係顯示一待測光源(試樣光源)在執行量測時於該積分球中點亮之一狀態的示意圖。
請參考第1A圖，其說明藉一積分球10測量一試樣光源OBJ所放射總光通量之基礎概念。如第1A圖所示，試樣
光源OBJ係配置於積分球10之一中心位置處，且試樣光源OBJ係點亮，其中該積分球內壁上具有一反射表面10a。典型地可藉塗佈一漫射材料(譬如硫酸鋇或鐵氟龍(PTFE))來形成反射表面10a。例如，試樣光源OBJ具有參考代碼42所指示之一發光強度分佈。
試樣光源OBJ所放射之光線(光通量)，可由積分球10內壁反覆地反射。緣是，可使積分球10內壁上之照度呈均勻，而由根據試樣光源OBJ所放射之光通量決定的一數值表示。一光偵測器12可經由形成於任何位置處之一視窗，與積分球10作光學式連接。光偵測器12將測量，可在積分球10內壁上呈均勻之照度。藉該光偵測器12偵測到之照度，將指示出試樣光源OBJ所放射之總光通量量值。
請注意到，一反射板14係設於積分球10中，但防止試樣光源OBJ所放射之光線直接照射光偵測器12。該反射板14之表面亦為如同積分球10內壁之一反射表面。是以，試樣光源OBJ所放射之光線亦可由反射板14之表面反射。
在實際之光度計中，設有一支持構件，以在積分球10之一中心位置處，將處於點亮狀態下之試樣光源OBJ固持。更明確地，如第1B圖所示，自垂直上方側上之頂點朝下延伸之一支持構件(照明架座)20係配置於積分球10中，且該光源係配置於該支持構件之前導端上。反射板14亦以某一特定方式定位於一既定位置處。在第1B圖所示之範例中。反射板14係由如同支持構件20、自上方沿垂直方向朝下延伸之一支持構件16固定。
第1B圖係顯示一光度計校準狀態，其中標準光源STD係連附至支持構件20之前導端。假設標準光源STD具有以參考代碼44指示之一4pi發光強度分佈。亦即，標準光源STD係朝標準光源STD之主要投射方向(前部方向)放射光線，且亦朝對立於該主要投射方向之方向(後部方向)放射光線。
對比地，第1C圖係顯示一總光通量量測狀態，其中試樣光源OBJ係連附至支持構件20之前導端。假設試樣光源OBJ具有以參考代碼46指示之一2pi發光強度分佈。亦即，試樣光源OBJ僅朝試樣光源OBJ之主要投射方向(前部方向)放射光線，且無任何光線朝對立該主要投射方向之方向(後部方向)放射出。具有這種2pi發光強度分佈之試樣光源OBJ，典型地係使用一LED或相似者之一光源。
如第1B圖所示，由於標準光源STD具有一4pi發光強度分佈，因此標準光源STD朝前方放射之光線將在積分球10中，沿譬如一路徑34傳播。又，標準光源STD朝後方放射之光線將在積分球10中，沿譬如一路徑32傳播。亦即，一部份標準光源STD朝後方放射之光線，主要地將由積分球10之反射表面10a反射，而照亮支持構件20。一部份照亮支持構件20之光線，將直接照射光偵測器12，而不致為反射板14所阻擋。
對比地，如第1C圖所示，由於試樣光源OBJ具有一2pi發光強度分佈，因此試樣光源OBJ所放射之光線將在積分球10中沿譬如一路徑36傳播。試樣光源OBJ無任何光線
朝後方放射出。因此，對比於標準光源STD，無任何光線主要地由積分球10之反射表面10a反射，且之後直接照射光偵測器12。亦即，無任何分量可由支持構件20反射，且因此無任何分量可由支持構件20反射而直接照射光偵測器12。
標準光源所放射出之光線中，一分量係由支持構件20反射而直接照射光偵測器12。根據該分量，可影響量測總光通量之數值。亦即，可為具有一4pi發光強度分佈之標準光源STD所放射出光線之一部份的一分量，係直接照亮光偵測器12，而具有一2pi發光強度分佈之試樣光源OBJ所放射出之分量，並未直接照亮光偵測器12。
是以，本發明之發明人已發現，標準光源STD與試樣光源OBJ間之發光強度分佈差異，將對總光通量量測結果、以及如上述中可導致此差異之配置，具有影響。
本發明之發明人已為上述新穎技術問題，施行稍後將描述之試驗。在該等試驗中，將以使用一半球光度計執行之量測結果，作為一比較用範例。因此，首先將對半球光度計作簡要說明。
第2圖係顯示一半球光度計2概觀之概略示意圖。請參考第2圖，半球光度計2係運用一半球積分器(積分半球)來取代第1A圖至第1C圖中所示之積分球10。更明確地，半球光度計2包含一半球部50，具有一反射表面50a，形
成於該半球部內壁上，及一圓形鏡板60，配置成可使其反射表面60a覆蓋半球部50之開口。一光源(標準光源STD或試樣光源OBJ)係設置於鏡板60之中心處，使該光源之中心可與該半球部之曲率中心重合。
至於反射表面50a，典型地係塗佈一漫射材料(譬如硫酸鋇或PTFE)，以形成該反射表面。由於必須使反射表面60a達成鏡面反射，因此使用一金屬汽相沉積鏡(典型地為一鋁汽相沉積鏡)來佈設反射表面60a。在該半球光度計中，鏡板60之反射表面60a較佳地具有一足夠高反射率。為了增加反射率，可運用其反射表面60a已歷經反射率增高處理之鏡板60。
經由形成於半球部50中靠近鏡板60附近任何位置處之一視窗，可與一光偵測器12作光學式連接。
在第2圖所示之半球光度計2情況下，該光源之一實像(發光強度分佈48)、與該光源藉鏡板60(反射表面60a)所生成之一虛像(發光強度分佈49)，各存在於一虛積分球(由半球部50中實際空間與該半球部虛像70所構成之複合空間)中。換言之，待測光源(標準光源STD或試樣光源OBJ)中，僅放射光通量部(發光部)連同該發光部虛像出現在該虛積分球中浮動。
是以，在半球光度計2之情況下，該光源可配置於該虛積分球中，無需使用該支持構件來支持光源。亦即，用於將光源配置在該積分球中之支持構件係存在該虛積分球外側之空間中。因此，可避免因該支持構件而吸收光線、
及生成暗影，藉以減少誤差。
又，至於該半球光度計，並無如上述中因標準光源STD與試樣光源OBJ間之發光強度分佈差異所造成的影響。
為了解決上述新穎技術問題，本發明之發明人已在直徑互不相同之支持構件分別配置於該積分球中之各個條件下，測量試樣光源OBJ之總光通量。又，可避免因該支持構件而吸收光線、及生成暗影之一半球光度計的量測結果，係用作為一比較用範例。已求得量測結果。
準備以下三個不同光度計，且分別藉其實施總光通量量測。以一13瓦特燈泡型螢光燈(美國歐司朗喜萬年(Osram Sylvania)有限公司，型號CF13EL)用作為試樣光源OBJ。
積分球(內壁直徑：40英吋(大約1公尺))
支持構件直徑：40公釐
積分球(內壁直徑：40英吋(大約1公尺))
支持構件直徑：5公釐
積分球(半球部內壁直徑：40英吋(大約1公尺))
請注意到，美國藍菲光學(Labsphere)有限公司之LMS-400型者係用作為積分球，且美國藍菲光學有限公司之HM-400型者係作用為積分半球。
至於量測方法，一標準光源係先用於校準每一光度計，且之後測量試樣光源OBJ之總光通量。
第3圖係顯示標準光源與試驗用燈泡型螢光燈間之發光強度分佈差異的示意圖。第4A圖與第4B圖係顯示試驗範例1細節之示意圖。第4B圖中係顯示以試驗條件3下之量測結果為基礎，標準化後的量測條件1至3下各量測結果(總光通量之量值)。
如第3圖所示者，作為試樣光源OBJ之該燈泡型螢光燈發光強度分佈係朝橫向延伸較標準光源STD發光強度分佈更大之程度，且該燈泡型螢光燈之朝後方放射較標準光源STD者少。該燈泡型螢光燈與該標準光源因此在發光強度分佈方面大不相同。
由第4B圖所示者可看出，當測量相同之試樣光源OBJ時，使用各具有相同直徑及反射塗層之積分球(量測條件1及2)的量測結果，皆指出較使用積分半球(量測條件3)之量測結果低的總光通量。又，一較厚支持構件及一較高表面反射率，將導致一較低數值之量測總光通量。亦即，量測條件1下之量測結果係與量測條件3(方向性)下之量測結果差-6.5%，且量測條件2(全向性)下之量測結果係與量測條件3下之量測結果差-2%。
在積分半球之情況下，基於積分半球之原理而無任何支持構件存在於積分球中。是以，可由第4B圖所示之結果看出，量測值將因配置於該積分球中之支持構件大小尺寸所影響。當以未具有任何存在於積分球中之支持構件的積分半球所測得之數值作為一參考時，使用內徑相同之積分球所得的量測結果，將較低5%、或在某些特定環境下低更多。
又，對於發光強度分佈與該標準光源者更加不同之一LED燈泡，發明人亦已在上述量測條件1至3下施行相似試驗。在試驗範例2中係使用一LED燈泡(美國通用電器公司，型號Par20，光束角20度)作為試樣光源。
第5A圖與第5B圖係顯示試驗範例2細節之示意圖。第5B圖中係顯示以試驗條件3下之量測結果為基礎，標準化後的量測條件1至3下各量測結果(總光通量之量值)。
如第5A圖所示者，該LED燈泡係佈設成，在位於該燈泡前方之一狹窄範圍中放射一光通量，且其發光強度分佈與標準光源STD者大不相同。亦即，可看出該LED燈泡之發光強度分佈僅存在於前方大約-10度至+10度之一範圍中，且生成之大部份光通量將如同一亮點般地在一狹窄範圍內放射。
請參考第5B圖，可看出在使用其發光強度分佈與標準光源STD者大不相同之一試樣光源的情況下，相對於使用
積分半球所得之量測結果的誤差將更大。亦即，可看出標準光源STD與試樣光源OBJ之間具有一較大發光強度分佈差異時，可導致使用該積分球將測得一更加小之總光通量。
更明確地，量測條件2下之量測結果係與量測條件3下之量測結果差-5%，且量測條件1下之量測結果係與量測條件3下之量測結果差-17%。是以，在以無任何支持構件存在於積分球中之積分半球所測得之數值作為一參考，且使用內徑與該積分半球者相同之一積分球的情況下，使用該積分球所得之量測結果將較該參考值低15%、或在某些特定環境下低更多。
以下將對架構範例作說明，該架構即使在試樣光源OBJ具有不同於標準光源STD者之一發光強度分佈情況下，仍允許更準確之量測。
如上所述者，標準光源STD與試樣光源OBJ間之發光強度分佈差異所致的一誤差，可認定為因來自該支持構件表面之反射所造成。一第一具體實施例因此採取了決定該支持構件外型、及該支持構件配置所在位置之一方案，以使該支持構件位於，使用一積分球之一光學量測設備中光偵測器的視場範圍外。
第6A圖至第6C圖各為顯示依據第一具體實施例之一
光學量測系統100架構的概略示意圖。請參考第6A圖，光學量測系統100包含一積分球110、一支持構件120、一反射板136、及一光偵測器180。
積分球110在其內壁上具有一反射表面110a。該反射表面110a係藉塗佈硫酸鋇、PTFE、或相似者而形成之一漫射表面。當實施一量測時，一光源(標準光源STD或試樣光源OBJ)係配置於積分球110之大致中心位置處。亦即，支持構件120在積分球110之一大致中心位置處，支持該光源。在此，「大致中心位置處」係一概念，其包含積分球110之實體中心位置、及該實體中心位置之一周圍區域，且該周圍區域包含遠離該中心位置達不致影響該光源量測準確度之一程度的一範圍。
支持構件120包含一第一構件122、連結至第一構件122之一第二構件124、及將第一構件122固定至積分球110之一固定構件126。稍後將詳細說明其各別之外型、及該等構件配置所在之位置。
積分球110具有貫穿積分球110內表面及外表面形成之一觀測視窗132。光偵測器180係經由處理成可調整適應於連附之一光纖134而連接至觀測視窗132。緣是，光偵測器180可偵測來自積分球110內壁之平均光度。
光偵測器180可在積分球110觀測視窗132處偵測照度，且計算試樣光源OBJ之總光通量。可將光偵測器180佈設成，偵測至少某一特定波長範圍之照度、或偵測相關之照度頻譜。光偵測器180可為一光譜修正光二極體或具
有一繞射光柵之一分光計、與該繞射光柵光學式相關聯之一線感測器、及相似者。光偵測器180可具有一近似餘弦反應，以收集來自積分球110內壁上之所有可見區域的平均輻射輝度。可運用這種能夠測定光譜之光偵測器180，進一步執行除總光通量以外之譬如色度、相對色溫、及現色性等重要特性。
觀測視窗132前方配置有一反射板136，用於防止光線直接照射光偵測器180。反射板136係藉由一固定構件138固定至積分球110。更明確地，反射板136係配置於觀測視窗132與支持構件120所支持光源(標準光源STD或試樣光源OBJ)之一連線上。如此，可防止自該光源放射出之光線(光通量)局部地直接照射觀測視窗132(亦即，在光線由積分球110內壁反覆反射之前)，且可減少一量測誤差。
在依據本具體實施例之光學量測系統100中，反射板136亦執行防止支持構件120涵蓋在光偵測器180經由觀測視窗132之視場範圍內的一功能。亦即，可調整反射板136之大小尺寸，使得當光偵測器180經由觀測視窗132收集來自積分球110內壁之平均輻射輝度時，支持構件120係位於反射板136之陰影中。
為了將支持構件120隱蔽在，由觀測視窗132觀看時之反射板136陰影中，必須適當地決定支持構件120之外型、及支持構件120配置所在之位置，以及譬如反射板136之大小尺寸。亦必須考慮因支持構件120及反射板136之自我吸收所造成的量測準確度下降，且因此該等者較佳地
係儘可能地小。
緣是，在依據本具體實施例之光學量測系統100中，支持構件120係佈設成，當可由光偵測器180經由觀測視窗132看到積分球110內部時，配置在與該光源配置所在位置相靠近之一位置(方向)。更明確地，可運用佈設成，在相關於該光源之一對立觀測視窗132區間中，連接至積分球110內壁之支持構件120。換言之，支持構件120係配置於，由防止來自光源之光線直接照射光偵測器180用之反射板136所遮蔽的視場範圍內。基於本概念，支持構件120可呈任何外型。第6A圖係顯示一典型之外型範例，其中大部份之支持構件120係位於，通過光源之線(光軸)附近。
更明確地，支持構件120包含第一構件122，在相關於光源而對立觀測視窗132之一區間中，連接至積分球110內壁。關於試樣光源OBJ，該光源通常係呈連附天花板之型式。在這種情況下，試樣光源OBJ係緊固至垂直上方側，使光線垂直地朝下照射。因此，在第6A圖所示之支持構件120中，用於將試樣光源OBJ緊固至垂直上方側之L或C型第二構件124，係連接至第一構件122之前導端。
在第一構件122及第二構件124中，包含有用於點亮光源之一電源供應線路或相似者。又，在第一構件122及第二構件124之各個表面上，可選擇各別之反射表面，以使光線吸收最小化。該反射表面可考慮其原理，而為一漫射表面或一鏡面反射表面。為了簡化處理，一般可運用藉
塗佈硫酸鋇、PTFE、或相似者而形成之一漫射表面。
第6B圖係概略顯示沿第6A圖所示B-B之一剖面。如第6B圖中所示者，在包含積分球110中心位置之剖面中，觀測視窗132、反射板136、該光源、及支持構件120係配置於一大致筆直線上。如此，支持構件120可排除於光偵測器180視場範圍之外，而無需增加反射板136之大小尺寸。
又，為了修正該試樣光源之自我吸收，可設置一輔助燈。更明確地，如第6A圖所示者，積分球110具有一輔助光源視窗142，形成在不同於觀測視窗132者之一位置處。在輔助光源142中，配置有關聯於該輔助光源視窗之一輔助光源144。來自輔助光源144之光線係經由輔助光源視窗142引入積分球110中。
亦關於該輔助光源144所放射出之光線，必須防止該光線直接照射光偵測器180。因此，配置有一反射板146，其關聯於由輔助光源視窗142引入積分球110中之來自輔助光源144光線。該反射板146亦如同反射板136，具有形成於其表面上之一反射表面。反射板146可佈設成，具有任何外型及設於任何位置，只要可防止來自輔助光源視窗142之光線直接照射光偵測器180即可。
至於藉輔助光源144修正標準光源STD與試樣光源OBJ自我吸收之方式，將於稍後作說明。
即使運用發光強度分佈互相大不相同之標準光源STD及試樣光源OBJ，仍可使用上述之支持構件120及相關聯
組件來降低一量測誤差。如上所述者，只要可防止來自該光源之光線在由支持構件120反射後直接照射光偵測器180，即可降低發光強度分佈對量測準確度之影響。因此，可運用除第6A圖所示外型以外之任何外型，只要其可符合上述技藝概念即可。稍後將描述其他外型之範例。
如上所述者，在光學量測系統100中，標準光源STD係當待執行校準時，連附至支持構件120，及試樣光源OBJ係當待測量時，連附至支持構件120。因此，允許一使用者輕易地更換光源之一架構係屬較佳者。在第一具體實施例中，積分球110係由一對半球部組成，且該等半球部係以允許該等半球部開啟與閉合之方式相連結。可運用這種架構，以允許一使用者即使在積分球110具有一較大內徑時，仍可輕易地近接支持構件120。
如第6C圖所示作為範例者，積分球110係由配置於垂直上方側之一上方半球部、及配置於垂直下方側之一下方半球部組成。該上方半球部與該下方半球部係藉由一鉸鏈118而相連結，使其可開啟與閉合。該上方半球部可朝垂直上方運動，以開啟積分球110。
如上所述者，與由輔助光源視窗142引入積分球110中之來自輔助光源144光線相關聯的反射板，可運用任何反射板外型、及任何反射板配置所在位置。
第7圖顯示依據第一具體實施例之一第一修飾的一光
學量測系統100A架構概略示意圖。在第7圖所示之光學量測系統100A中，與來自輔助光源144光線相關聯之一反射板148係固定至積分球110內壁、而非支持構件120。
在運用第7圖所示架構之情況下，可與輔助光源144獨立地自積分球110拆除支持構件120。因此，同一積分球110可用於，依循本具體實施例之方法(使用如第6A圖至第6C圖所示支持構件120之方法)來測量試樣光源OBJ之總光通量，及亦可依循習知方法來測量試樣光源OBJ之總光通量。
如上所述者，在積分球110係由一對可相連結而開啟與閉合之半球部所組成的情況下，可相互獨立地決定支持構件120與鉸鏈118之各別位置。因此，亦可運用允許一使用者更輕易地更換光源之一架構。
第8圖係顯示依據第一具體實施例一第二修飾之一光學量測系統100B架構概略示意圖。在第8圖所示之光學量測系統100B中，鉸鏈118係設於較支持構件120連接至積分球110所在位置高之一位置。由於這種架構之運用可加高積分球110在開啟狀態下之最上方部份位置，因此一使用者可前進而較靠近支持構件120。
因此，可在一較短時間內更換光源，以執行校準與量測。
可將積分球110佈設成可局部地開啟，以取代上述中具相同外型之二半球部結合體。
第9圖係依據第一具體實施例一第三修飾之一光學量測系統100C架構概略示意圖。在第9圖所示之光學量測系統100C中，積分球110之一部份(譬如大約全體的四分之一)可藉鉸鏈118而開啟與閉合。
藉由本架構，積分球110最上方部份在開啟狀態下之位置可保持較低。因此，即使積分球110裝設所在位置處之朝上方空隙有所限制，仍可使用包含積分球110、且該積分球具有一相對較大內徑之一光學量測系統。
如上所述者，至於該支持構件之外型，可運用任何外型，只要該支持構件位於光偵測器180視場範圍外即可。
第10圖係依據第一具體實施例一第四修飾之一光學量測系統100D架構概略示意圖。在第10圖所示之光學量測系統100D中係使用一L型支持構件120A。該支持構件120A係在相關於該光源之一對立觀測視窗132區間中，連接至積分球110之內壁，且支持構件120A係完全位於光偵測器180之視場範圍外。
可運用這種支持構件120A，以進一步簡化其結構。
又，在欲測量可沿水平方向放射出光線之一試樣光源OBJ時，可運用以下架構。
第11圖係依據第一具體實施例一第五修飾之一光學量測系統100E架構概略示意圖。在第11圖所示之光學量測系統100E中係使用一大致線型支持構件120B。該支持構件120B係在一對立觀測視窗132區間中，沿貫穿該光源之一筆直線延伸。亦即，支持構件120B係在相關於光源之一對立觀測視窗132區間中連接至積分球110內壁，且支持構件120B係完全位於光偵測器180之視場範圍外。
這種支持構件120B適合於測量沿水平方向放射光線之試樣光源OBJ。
亦可運用沿一垂直平面劃分成二區段的一積分球110架構，來替代如第6C圖所示之沿一水平平面劃分成二區段的積分球110架構。在此應可認為，試樣光源OBJ所放射之光線可根據該光源之發光強度分佈而集中至該二半球部間之接合區域。在這種情況下，最好將試樣光源OBJ指向之方向，改變至譬如一更適當方向。
又，積分球110可由三個或更多部份構成。
更，在積分球110由多重部份構成之情況下，可根據實際使用、裝設位置、及相似者，適當地設計該等部份間之(多個)接合位置。因此，譬如鉸鏈118並非以第6C圖及第8圖所示之上述位置為限，而可設於任何位置處。
依據上述第一具體實施例，可運用在相關於光源之一對立觀測視窗132區間中連接至積分球110內壁的支持構件，而因此以一較高準確度測量譬如總光通量等光學特徵，即使標準光源STD與試樣光源OBJ在發光強度分佈方面互相大不相同亦然。
又，依據第一具體實施例，積分球110可由任何數量之多重部份組成，且因此可根據實際使用、裝設位置、及相似者來實現一合適光學量測系統。
如上所述者，在運用該半球光度計之情況下，不致出現因標準光源STD與試樣光源OBJ間之發光強度分佈差異所造成的量測誤差。然而實際上，通常情況為，因譬如財務理由而無法新引進該半球光度計。緣是，一第二具體實施例係運用一架構，以使用包含一既有積分球之一光學量測設備來實現一半球光度計。
第12A圖至第12C圖各為顯示依據第二具體實施例之一光學量測系統200架構的概略示意圖。請參考第12A圖，光學量測系統200包含一積分球210、配置於積分球210中之一支持構件220及複數個反射板236與246、一光偵
測器280、及一輔助光源244。
如第12B圖所示者，積分球210係由一對半球部組成，其連結成可允許該等半球部開啟與閉合。亦即，上方半球部與下方半球部係藉一鉸鏈218而連結，使該等半球部可開啟與閉合。該上方半球部係垂直朝上運動，以開啟積分球210。當積分球210處於開啟狀態時，一鏡板250可連附至其中一該等半球部。第12C圖係顯示，已連附鏡板250狀態下之光學量測系統200。
亦即，在依據本具體實施例之光學量測系統200中，可在光源藉由支持構件220配置於積分球210中的閉合狀態(該成對半球部閉合之狀態)下，執行量測，且亦可在該光源無需該支持構件而配置於鏡板250與其中一該等半球部所形成之一虛積分球中的開啟狀態(該成對半球部開啟之狀態)下，執行量測。是以，可在共用光學量測系統200中使用鏡板250，選擇性地實現藉相似於習知者之一積分球來測量總光通量的方法、及藉一半球光度計來測量總光通量之方法二者。以下將詳細說明依據本具體實施例之光學量測系統200。
請參考第12A圖，積分球210在其內壁上具有一反射表面210a。該反射表面210a係藉塗佈硫酸鋇、PTFE、或相似者而形成之一漫射表面。積分球210係由一對半球部構成，其連結成可允許半球部開啟與閉合，且因此該等半球部在其各自內壁上具有各別反射表面。
支持構件220係作為，可在積分球210閉合之狀態(該
成對半球部閉合之狀態)下，點亮光源之一構件，其中該構件係位於該成對半球部所組成之積分球210中的一大致中心位置處。支持構件220係藉一固定構件226而固定至積分球210。
反射板236及固定構件238係與第6A圖中所示之反射板136及固定構件138相似，且因此不再重複作詳細說明。關於輔助光源244，其亦相似於第6A圖中所示之輔助光源144。來自輔助光源244之光線係經由一輔助光源視窗242而引入積分球210中。
光偵測器280亦相似於第6A圖中所示之光偵測器180，且因此經由處理成可調整適應於連附之一光纖234而連接至觀測視窗232。光偵測器280因此可偵測積分球210內壁上之照度。
對比地，當在第12B圖中所示之狀態(開啟狀態)下執行量測時，連附鏡板250以封閉其中一該等半球部之開口。鏡板250係連附至一半球部(第12B圖情況下之下方半球部)，光偵測器280經由光纖234連接所至之觀測視窗232係形成於該部。
鏡板250在面對該半球部(第12B圖情況下之下方半球部)之側端上具有一反射表面250a，其中該鏡板係連附至該部。該反射表面250a係一鏡面反射表面，由一金屬汽相沉積鏡(典型地為鋁汽相沉積鏡)或相似者形成。較佳地，該反射表面250a具有一足夠高反射率。反射表面250a可歷經反射率增高處理，以具有一增高反射率。
如第12C圖所示者，鏡板250可用於達成，由該半球部內側之一實空間、及藉反射表面250a生成且對應於該實空間之一虛空間所構成的一複合空間。該複合空間係對應於一虛積分球。緣是，在該虛積分球中，僅包含存在於鏡板250反射表面250a側上之物體。
鏡板250尚包含一支持構件260，用於將一光源(標準光源STD或試樣光源OBJ)連附至鏡板250。支持構件260係佈設成，由對立於鏡板250反射表面250a之側端支持該光源。因此，上述虛積分球中並無支持構件260。支持構件260亦可供應電力，以將連附至鏡板250之光源點亮。
儘管第12A圖及第12B圖顯示出，朝該虛積分球內部突出之一光源範例，然亦可測量一表面光源。在這種情況下，可在鏡板250之一中心部製作，大小尺寸與試樣光源OBJ剖面大致完全相同之一開口，使試樣光源OBJ可連附該開口。
是以，在鏡板250連附至該半球部之情況下，支持構件260容許光源在該半球部及鏡板250所形成之半球中曝露且點亮。可藉光偵測器280經由觀測視窗232偵測，該光源點亮而在該積分半球內壁上生成之照度。亦即，光偵測器280係經由觀測視窗232偵測來自該光源之光線，其中該觀測視窗係形成於鏡板250連附所在之半球部處。由光偵測器280所偵測到之照度，可測得試樣光源OBJ所放射之總光通量。
鏡板250之反射表面250a側上設有一反射板272，以
防止來自光源(標準光源STD或試樣光源OBJ)之光線直接照射光偵測器280。
又，在鏡板250連附所在之半球部未具有輔助光源244，且該光源係用於經由輔助光源視窗242引入為計算出自我吸收修正因數所需之光線的情況下，鏡板250將設有一輔助光源274。該輔助光源274係配置於對立鏡板250反射表面250a之側上，使輔助光源274並未包含於該虛積分球中。來自輔助光源274之光線係經由設於反射表面250a一部份中之一輔助光源視窗278而引入該虛積分球中。亦設有一反射板276，以防止來自輔助光源274之光線直接照射光偵測器280。
至於設在鏡板250反射表面250a上之反射板272及276，該等反射板與光偵測器280間之位置關係非常重要。對比地，鏡板250係呈盤型，且因此可依任何位置關係(角度)連附至該半球部。有鑑於此，鏡板250較佳地係設有一裝置，用於決定與該半球部之相對位置關係。可運用任何裝置作為這種決定用裝置。例如，可運用如第13圖中所示之架構。
第13圖係依據第二具體實施例之光學量測系統200用鏡板250平面視圖。請參考第13圖，鏡板250具有一盤狀外型，其具有一直徑，較該鏡板連附所在之半球部剖面者大某一特定程度。為了決定鏡板250相對於該半球部之位置，沿該鏡板一部份外周形成複數個凹口254及256。當該鏡板連附至該半球部時，該等凹口254與256將分別與
設於該半球部上之複數個凸出物(未顯示)相嚙合。緣是，即使一使用者不具有關於本具體實施例光學量測系統200之深厚知識，該使用者仍可利用第12C圖中所使用之類型。
依據本具體實施例之鏡板250可調整適應於任何積分球。例如，可佈設某些大尺寸積分球，使該積分球可沿一垂直平面劃分成二區段。在這種情況下，鏡板250亦可連附至其中一該等半球部，以相似於該半球光度計地執行量測。
第14A圖與第14B圖各為顯示依據第二具體實施例一第一修飾之一光學量測系統200A架構的概略示意圖。第14A圖中所示之光學量測系統200A係佈設成，使一對半球部可沿水平方向滑動。在這種光學量測系統200A中，鏡板250亦可連附至其中一該等半球部，以容許該系統作用如第14B圖中所示之一半球光度計。
如第14B圖中所使用之類型，適合測量一沿水平方向放射光線用光源、譬如測量一車輛頭燈之總光通量。
依據上述第二具體實施例，即使在使用包含既有積分球之光學量測系統200時，仍可連附鏡板250來測量試樣光源OBJ之總光通量，而不致存有因該支持構件之光線吸收所造成的一量測誤差、以及不致存有因標準光源與試樣
光源間之發光強度分佈差異所造成的一量測誤差。因此，即使在因譬如財務理由而無法全新製備一半球光度計之情況下，仍可依相似於使用該半球光度計情況下者之一準確度來測量總光通量。
接著將針對，以依據第一及第二具體實施例之光學量測系統測量試樣光源OBJ總光通量時所依循之一處理程序提供說明。第15圖係一流程圖，其顯示出以依據該等具體實施例之一光學量測系統測量試樣光源OBJ總光通量時所依循之處理程序。
現在請參考第15圖，一使用者首先將標準光源STD連附至該支持構件(步驟S100)。在此假設標準光源STD所放射之總光通量為一標準光通量PHYst。在使用第一具體實施例之光學量測系統100的情況下，標準光源STD係以第6A圖所示之狀態，連附至支持構件120。在使用第二具體實施例之光學量測系統200的情況下，標準光源STD係以第12C圖所示之狀態，連附至支持構件260。接著，點亮標準光源STD(步驟S102)，及以該光偵測器偵測該積分球觀測視窗132處之照度(步驟S104)。將該光偵測器所偵測到之照度(輸出值ist)與標準光通量PHYst產生關聯且加以儲存(步驟S106)。經由步驟S102至步驟S106之處理，可藉標準光源STD完成一校準處理。請注意到，亦可在該校準處理中執行一修正自我吸收處理，這將於稍後作說明。
接著，計算試樣光源OBJ之自我吸收修正因數。
明確地，該使用者熄滅標準光源STD(步驟S108)。亦即，使標準光源STD具有一無光線放射狀態。
接著，點亮該輔助光源(步驟S110)，及以該光偵測器偵測該積分球觀測視窗132處之照度(步驟S112)。儲存該光偵測器偵測到之照度(輸出值i0)(步驟S114)。輸出值i0係與內含標準光源STD自我吸收之狀態下的量測值相對應。
該使用者接著可自該支持構件拆除標準光源STD，且將試樣光源OBJ連附至該支持構件(步驟S116)。在使用第一具體實施例之光學量測系統100的情況下，試樣光源OBJ係以第6A圖所示之狀態，連附至支持構件120。在使用第二具體實施例之光學量測系統200的情況下，試樣光源OBJ係以第12C圖所示之狀態，連附至支持構件260。接著，點亮該輔助光源(步驟S118)，及以該光偵測器偵測該積分球觀測視窗132處之照度(步驟S120)。儲存以該光偵測器偵測到之照度(輸出值i1)(步驟S122)。輸出值i1係與內含試樣光源OBJ自我吸收之狀態下的量測值相對應。
又，輸出值i1除以輸出值i0，以計算試樣光源OBJ之自我吸收修正因數ALPHA(步驟S124)。
如此，即完成計算試樣光源OBJ自我吸收修正因數之處理。該自我吸收修正因數ALPHA意指，在標準光源STD處於無光線放射狀態且同時輔助光源274點亮之條件下所偵測到照度、與試樣光源OBJ處於無光線放射狀態且同時
輔助光源274點亮之條件下所偵測到照度間的比例。
接著，熄滅該輔助光源(無光線放射狀態)、點亮試樣光源OBJ(步驟S126)、且以該光偵測器偵測該積分球觀測視窗132處之照度(步驟S128)。將該光偵測器所偵測到之照度(輸出值id)加以儲存(步驟S130)。
最後，以標準光源STD之標準光通量PHYst及對應之輸出值ist、自我吸收修正因數ALPHA、及輸出值id為基礎，計算試樣光源OBJ之總光通量(步驟S132)。
可依需求以任何時序及/或任何順序，取得及/或計算對應於標準光源STD之輸出值ist及/或自我吸收修正因數ALPHA。例如，倘需測量複數個同型式試樣光源OBJ，則可先計算、並可重複使用對應於標準光源STD之輸出值ist、及自我吸收修正因數ALPHA。
可藉由改善既有光學系統來實現依據上述第一及第二具體實施例二者之光學量測系統。明顯地，本發明之範疇因此亦包含這種改良式光學量測系統。
請理解到，此中揭露之具體實施例皆僅作為解說用、而非限制用。意欲使本發明之範疇以申請專利範圍、而非以上述說明定義，且使其包含在意義與範疇上皆等義於申請專利範圍之所有修飾及變更。
2‧‧‧半球光度計
10‧‧‧積分球
10a‧‧‧反射表面
12‧‧‧光偵測器
14‧‧‧反射板
16‧‧‧支持構件
20‧‧‧支持構件
32‧‧‧路徑
34‧‧‧路徑
36‧‧‧路徑
42‧‧‧發光強度分佈
44‧‧‧發光強度分佈
46‧‧‧發光強度分佈
48‧‧‧發光強度分佈
49‧‧‧發光強度分佈
50‧‧‧半球部
50a‧‧‧反射表面
60‧‧‧鏡板
60a‧‧‧反射表面
62‧‧‧(僅第2圖之圖式中出現)
70‧‧‧虛像
100‧‧‧光學量測系統
100A‧‧‧光學量測系統
100B‧‧‧光學量測系統
100C‧‧‧光學量測系統
100D‧‧‧光學量測系統
100E‧‧‧光學量測系統
110‧‧‧積分球
110a‧‧‧反射表面
118‧‧‧鉸鏈
120‧‧‧支持構件
120A‧‧‧支持構件
120B‧‧‧支持構件
122‧‧‧第一構件
124‧‧‧第二構件
126‧‧‧固定構件
132‧‧‧觀測視窗
134‧‧‧光纖
136‧‧‧反射板
138‧‧‧固定構件
142‧‧‧輔助光源視窗
144‧‧‧輔助光源
146‧‧‧反射板
148‧‧‧反射板
180‧‧‧光偵測器
200‧‧‧光學量測系統
200A‧‧‧光學量測系統
210‧‧‧積分球
210a‧‧‧反射表面
218‧‧‧鉸鏈
220‧‧‧支持構件
226‧‧‧固定構件
232‧‧‧觀測視窗
234‧‧‧光纖
235‧‧‧(僅第14A圖及第14B圖之圖式中出現)
236‧‧‧反射板
238‧‧‧固定構件
242‧‧‧輔助光源視窗
244‧‧‧輔助光源
246‧‧‧反射板
250‧‧‧鏡板
250a‧‧‧反射表面
254‧‧‧凹口
256‧‧‧凹口
260‧‧‧支持構件
272‧‧‧反射板
274‧‧‧輔助光源
276‧‧‧反射板
278‧‧‧輔助光源視窗
280‧‧‧光偵測器
OBJ‧‧‧試樣光源
STD‧‧‧標準光源
第1A圖係顯示藉一積分球測量一光源所放射總光通量之一基礎概念的示意圖。
第1B圖係顯示一標準光源在執行校準時於該積分球中點亮之一狀態的示意圖。
第1C圖係顯示一待測光源(試樣光源)在執行量測時於該積分球中點亮之一狀態的示意圖。
第2圖係顯示一半球光度計概觀之概略示意圖。
第3圖係顯示一標準光源與試驗用燈泡型螢光燈間之發光強度分佈差異的示意圖。
第4A圖係顯示試驗範例1細節之示意圖。
第4B圖係顯示試驗範例1細節之示意圖。
第5A圖係顯示試驗範例2細節之示意圖。
第5B圖係顯示試驗範例2細節之示意圖。
第6A圖係顯示依據一第一具體實施例之一光學量測系統架構的概略示意圖。
第6B圖係顯示依據第一具體實施例之光學量測系統架構的概略示意圖。
第6C圖係顯示依據第一具體實施例之光學量測系統架構的概略示意圖。
第7圖係顯示依據第一具體實施例之一第一修飾的一光學量測系統架構概略示意圖。
第8圖係顯示依據第一具體實施例之一第二修飾的一光學量測系統架構概略示意圖。
第9圖係顯示依據第一具體實施例之一第三修飾的一
光學量測系統架構概略示意圖。
第10圖係顯示依據第一具體實施例之一第四修飾的一光學量測系統架構概略示意圖。
第11圖係顯示依據第一具體實施例之一第五修飾的一光學量測系統架構概略示意圖。
第12A圖係顯示依據一第二具體實施例之一光學量測系統架構的概略示意圖。
第12B圖係顯示依據第二具體實施例之光學量測系統架構的概略示意圖。
第12C圖係顯示依據第二具體實施例之光學量測系統架構的概略示意圖。
第13圖係依據第二具體實施例之一光學量測系統用鏡板平面視圖。
第14A圖係顯示依據第二具體實施例之一第一修飾的一光學量測系統架構概略示意圖。
第14B圖係顯示依據第二具體實施例之第一修飾的光學量測系統架構概略示意圖。
第15圖係一流程圖，其顯示出以依據該等具體實施例之一光學量測系統測量一試樣光源總光通量所依循之一處理程序。
100‧‧‧光學量測系統
110‧‧‧積分球
110a‧‧‧反射表面
120‧‧‧支持構件
122‧‧‧第一構件
124‧‧‧第二構件
126‧‧‧固定構件
132‧‧‧觀測視窗
134‧‧‧光纖
136‧‧‧反射板
138‧‧‧固定構件
142‧‧‧輔助光源視窗
144‧‧‧輔助光源
146‧‧‧反射板
180‧‧‧光偵測器
OBJ‧‧‧試樣光源
STD‧‧‧標準光源
Claims (7)
- 一種光學量測系統，包括：一積分球，具有該積分球一內壁上之一反射表面、及一第一視窗；一支持構件，在該積分球之一大致中心位置處支持一光源；及一第一反射板，配置於連接該第一視窗與該支持構件所支持光源之一連線上，該支持構件係在關於該光源之一對立該第一視窗區間中，連接至該積分球之內壁，及該第一反射板係配置成，當一光偵測器連接至該第一視窗時，使該支持構件位在該光偵測器經由該第一視窗之一視場範圍外。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學量測系統，其中尚包括該光偵測器。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之光學量測系統，其中該積分球具有一第二視窗，形成在不同於該第一視窗者之一位置處，且來自一輔助光源之光線係經由該第二視窗引入該積分球中；及該光學量測系統尚包括一第二反射板，其與來自該輔助光源而由該第二視窗引入該積分球中之光線相關聯。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之光學量測系統，其中該積分球包含一第一半球部與一第二半球部，連結成允許該等第一與第二半球部開啟與閉合。
- 一種光學量測方法，包括下列步驟：將一支持構件所支持之一光源配置於一積分球之一大致中心位置處，該積分球在該積分球之一內壁上具有一反射表面；及經由形成於該積分球處之一第一視窗偵測來自該光源之光線，一第一反射板係配置於連接該第一視窗與該支持構件所支持光源之一連線上，該支持構件係在關於該光源之一對立該第一視窗區間中，連接至該積分球之內壁，及該第一反射板係配置成，當一光偵測器連接至該第一視窗時，使該支持構件位在該光偵測器經由該第一視窗之一視場範圍外。
- 一種光學量測系統，包括：一第一半球部與一第二半球部，在各自內壁上具有各別之反射表面，且連結成允許該等第一與第二半球部開啟與閉合；一第一支持構件，在該等第一與第二半球部閉合之一狀態下，將該等第一與第二半球部所形成之一球中一大致中心位置處的一光源點亮；一盤型鏡板，可在該等第一與第二半球部開啟之一狀態下連附，以覆蓋該第一半球部之一開口，該鏡板具有一反射表面，其面對著該第一半球部；一第二支持構件，在該鏡板連附至該第一半球部之一 狀態下，將曝露在該第一半球部與該鏡板所形成之一半球中的該光源點亮；及一光度計，經由形成於該第一半球部處之一視窗偵測來自該光源之光線。
- 一種調整適應於一光學量測系統之鏡板，該光學量測系統包含一第一半球部與一第二半球部，在各自內壁上具有各別之反射表面，且連結成允許該等第一與第二半球部開啟與閉合，及該鏡板可在該等第一與第二半球部開啟之一狀態下連附，以覆蓋該第一半球部之一開口，該鏡板包括：一反射表面，其面對著該第一半球部；及一支持構件，在該鏡板連附至該第一半球部之一狀態下，將曝露在該第一半球部與該鏡板所形成之一半球中的一光源點亮。
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