TWI454669B - 光學特性量測系統 - Google Patents

Description

光學特性量測系統

本發明涉及光學量測的技術領域，尤指一種省空間且能快速又精細地檢測三維光分佈的量測系統。

傳統之光學特性量測系統主要是藉由一擷取裝置繞行一靜止的待測光源來偵測該待測光源之光強度分佈，如台灣公告第I236530號專利所示。這樣的做法需要預留不小之空間供該擷取裝置繞行，並且只侷限於量測該待測光源之二維光分佈特性。

另一種傳統的光學特性量測系統係藉由一靜止的擷取裝置來感測一轉動的待測光源，以偵測其光分佈特性，如台灣公告第M365473號專利所示。該M365473號專利主要係利用一雙軸機構，使得該待測光源可於空間旋轉至任一仰角及方位角之位置，藉以測量該待測光源之三維光分佈特性。惟，這樣的做法相對耗時且需預留很大的空間來配置該雙軸機構以讓光源旋轉到任一位置。

本發明提供一種有別以往的省空間、快速檢測三維光分佈特性的光學特性量測系統。更特別的是，該量測系統能快速且精密地量測光源於球面上之光強度分佈特性。

具體而言，該量測系統包括一反射罩、一載台、一感測器、一驅動裝置及一運算單元。該反射罩具有用以反射光線之一條狀圓弧面。該載台係供承載一待測光源，使該待測光源恰位於該條狀圓弧面的一弧心位置。該感測器係大致位於該弧心位置且對準該反射罩之條狀圓弧面。此外，該感測器係被安排與該反射罩連動，以同步擷取該條狀圓弧面的長度方向的反射光。該驅動裝置係用以驅動該載台或是驅動該反射罩與該感測器轉動，使得該載台上之待測光源能相對於該反射罩及該感測器單軸地朝不同方位角旋轉。換句話說，無論是該載台是靜止或旋轉，該載台上的待測光源均是相對於該反射罩及該感測器旋轉。此外，該運算單元係連接該感測器，用以將該感測器偵測之結果轉換為量測值，以描繪出空間之光分佈。

以載台轉動的情形為例，當該載台被驅轉時，其上的待測光源於不同方位角的光會輪番不斷地投射在靜止的反光罩上，並反射至該感測器，並被該感測器接收。因此，無論該待測光源被轉動到哪個角度，該感測器都能擷取到當下該條狀圓弧面的長度方向的反射光，且至少是該條狀圓弧面上的一弧線上的光。如此，當該載台旋轉一周後，位在該弧心位置的該感測器就能取得所有該弧線所構成的球面的所有反射光，亦即取得該待測光源於三維空間之光分佈。

如上所述，本發明之量測系統無須轉動該反光罩及該感測器，而僅需單軸地轉動該載台，即可量測到該待測光源之三維光強度分佈，因此不僅能夠快速檢測且不會佔用太多空間，更能提高量測該待測光源的光學特性的精準度。至於本發明的其它發明內容與更詳細的技術及功能說明，將揭露於隨後的說明。

第一及二圖係顯示本發明之光學特性量測系統的一第一實施例，例如：配光曲線儀(Luminous Intensity Distribution Meter)，其包括一反射罩1、一載台2、一感測器3、一驅動裝置4(第二圖)及一運算單元(未顯示)。

如第一圖所示，該反射罩1具有一條狀圓弧面10，其斷面為一弧線。該條狀圓弧面10上塗佈有漫射光塗料，例如：硫酸鋇，用以反射兼漫射光線。該載台2係供承載一待測光源5，例如：LED光源，使得該待測光源5恰好位在該條狀圓弧面10的一弧心位置。換句話說，該待測光源5與該條狀圓弧面10上每一點的距離相等。

該感測器3同該載台2一般，係大致位於該弧心位置，且對準該反射罩1之條狀圓弧面10。該感測器3係用以同步擷取該條狀圓弧面10上的反射光。較佳地，該感測器3為一線性感光器，用以感測該條狀圓弧面10上的一弧線上的反射光。一般而言，線性感光器包含由複數感光元件構成之線性感光器陣列，也稱為畫素，係可由電荷耦合元件(Charge Coupled Device；CCD)、互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS)技術或其他的光感測元件技術所製作而成，而在線性感光器陣列中的畫素元件會將光能轉換為電荷，並可產生電壓訊號，再透過運算單元處理。

在本較佳實施例中，該感測器3為一線性電荷偶合器 (linear CCD)，並與該運算單元連接。該驅動裝置4為一馬達，其連接該載台2，用以驅動該載台2相對於該反射罩1及該感測器3轉動。如此，當整個量測系統運作以進行量測時，該載台2上之待測光源5係相對於該反射罩1及該感測器3單軸地朝不同方位角旋轉，使得該待測光源5於不同方位角的光會輪番不斷地投射在該靜止的反光罩1上，並接著反射至該感測器3而被該感測器3接收。換言之，當該載台2旋轉一周後，位在該弧心位置的該感測器3能擷取到該待測光源5之每個角度所發出的光，亦即擷取到該待測光源5之三維空間的光分佈。隨後，該感測器3會將偵測之結果傳送至該運算單元。該運算單元再將該感測器3偵測之結果轉換為量測值，例如光強度值，即可描繪出該待測光源5之光強度分佈。如上所述，雖然該反射罩1及該感測器3係靜止不動，該待測光源5之三維光分佈仍能被完全清晰地捕捉。

值得一提的是，當該感測器3在任一時間點感測該待測光源5某一方位角(例如：0度)投射於該反射罩1的光時，該感測器3係一次同時感測到該方位角上所有仰角(例如：0~90度)投射在該條狀圓弧面10的一弧線上之所有光點。簡言之，該弧線上的所有光點分別對應地被該感測器3之線性感光器陣列所吸收。今以4500畫素的感測器3量測仰角0度到90度範圍的光束為例，該感測器3的每一畫素之感光元件平均感測到0.02度範圍的光，因此大大提升量測之精細度。再者，該感測器3是連續地感測該待測光源5之所有方位角(例如：0~360度)的光。換句話說，該待測光源5於空間所發出之全部光點均會被該 感測器3補捉，藉此該運算單元能取得更多訊號來描繪出更精細的三維光強度分佈資訊。隨著該感測器3之畫素愈高，該待測光源5之三維光強度分佈能被更精確地解析或描繪。相較於先前技術在有限時間內只能量測到零星的光點分佈，本發明之量測系統能高精度地解析該待測光源5之光強度分佈。

在其他的例子中，該感測器3亦可為一影像感光器陣列，也就是二維的感光器陣列。惟，該運算單元係被安排選取該感測器3之其中一線性感光器陣列所偵測之訊號，並將之轉換為量測值。在此情況下，該感測器3及運算單元同樣能相互搭配以取得該待測光源5於三維空間之光分佈資訊。

如上所述，本發明之量測系統無須轉動該反射罩1及該感測器3，僅需驅動該載台2讓該待測光源5單軸地轉動，即可量測到該待測光源之三維光強度分佈，不僅檢測快速，不佔用空間，且解析度高。

請參閱第三及四圖，係本發明光學特性量測系統之第二實施例。如第三圖所示，本較佳實施例同樣是一台配光曲線儀，其各部分組成大體與第一圖所述相同，惟在本較佳實施例中係將該驅動裝置4用來驅動該反射罩1與該感測器3轉動，而將載台2維持在靜止的狀態。故在本較佳實施例中，該反射罩1及該感測器3係架設於該驅動裝置4的一支撐架40上，而該支撐架40係受其下方的一馬達41帶動，使得該反射罩1得以繞該載台2轉動且該感測器3的感測面隨時對準該反射罩1的條狀圓弧面10。如此，從該感測器3也能同步感測到轉動中的反射罩1上的反射 光，進而收集到該待測光源5於各角度發出的光。

在本較佳實施例中，該感測器3同樣為一線性電荷偶合器(linear CCD)，並與該運算單元連接。該驅動裝置4係用以驅動該反射罩1及該感測器3相對該載台2轉動。如此，當整個系統運作進行量測時，該反射罩1的轉動使得其條狀圓弧面10被輪番投射以待測光源5在不同方位角發出的光。此時，該轉動的感測器3也連續地同步捕捉該條狀圓弧面10的反射光並傳送到該運算單元。因此，雖然該載台2上之待測光源5靜止不動，其三維光分佈仍能被完全捕捉。同樣地，該感測器3亦可為一影像感光器陣列。惟，在此情況下，該運算單元將被安排選取該感測器3之其中一線性感光器陣列所偵測之訊號，並將之轉換為量測值。如此，該感測器3及運算單元同樣能相互搭配以取得該待測光源5於三維空間之光分佈資訊。

第二較佳實施例雖不致如第一較佳實施例能解省空間，但同樣能達到快速且高精細地量測該待測光源之三維光分佈特性之目的。

從上述說明中，可以理解到本發明之光學特性量測系統，無論是量測三維之光強度分佈、光照度分佈或其他光學特性，均十分快速，尤其是反射罩、感測器與待測光源的空間配置是經過精心設計的，使其可以在較小的室內空間下做高精細的量測。

無論如何，任何人都可以從上述例子的說明獲得足夠教導，並據而了解本發明內容確實不同於先前技術，且具有產業上之利用性，及足具進步性。是本發明確已符合專 利要件，爰依法提出申請。

1‧‧‧反射罩

10‧‧‧條狀圓弧面

2‧‧‧載台

3‧‧‧感測器

4‧‧‧驅動裝置

40‧‧‧支撐架

41‧‧‧馬達

5‧‧‧待測光源

第一圖，係本發明光學特性量測系統之第一較佳實施例之之外觀示意圖。

第二圖，係該第一較佳實施例之斷面圖。

第三圖，係本發明光學特性量測系統之第二較佳實施例之之外觀示意圖。

第四圖，係該第二較佳實施例之斷面圖。

1．．．反射罩

10．．．條狀圓弧面

2．．．載台

3．．．感測器

5．．．待測光源

Claims (8)

1. 一種光學特性量測系統，包括：一反射罩，具有用以反射光線的一條狀圓弧面；一載台，供承載一待測光源，使該待測光源位於該條狀圓弧面的一弧心位置；一感測器，大致位於該弧心位置且對準該反射罩之條狀圓弧面，且該感測器係被安排與該反射罩連動，以同步擷取該條狀圓弧面上的反射光；一驅動裝置，用以驅動該反射罩與該感測器同步地轉動或驅動該載台轉動；及一運算單元，連接該感測器，用以將該感測器偵測之結果轉換為量測值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學特性量測系統，其中該反射罩的條狀圓弧面係塗佈有漫射光塗料。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光學特性量測系統，其中該漫射光塗料為硫酸鋇。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光學特性量測系統，其中該感測器為一線性感光器。
5. 如申請專利範圍第2項所述的光學特性量測系統，其中該感測器為一影像感光器陣列，該運算單元係選取該影像感光器之其中一線性感光器陣列所偵測之訊號，並將之轉換為量測值。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述的光學特性量測系統， 其中該驅動裝置係連接該載台，用以驅動該載台相對於該反射罩及該感測器旋轉。
7. 如申請專利範圍第4或5項所述的光學特性量測系統，其中該驅動裝置係連接該反射罩及該感測器，使該反射罩得以繞該載台轉動且該感測器的感測面隨時朝向該反射罩的條狀圓弧面。
8. 如申請專利範圍第1、4或5項所述的光學特性量測系統，其中該感測器係包含電荷耦合元件(Charge Coupled Device；CCD)或互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS)。