TWI821674B - 光學量測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種光學量測裝置，用以量測待測光線，所述光學量測裝置包含收光模組、光分歧模組以及多個顏色濾鏡。所述收光模組用以轉換待測光線轉為第一平行光。所述光分歧模組用以將第一平行光分為多個待測平行光。每一個顏色濾鏡至少接收所述多個待測平行光其中之一。其中經過所述多個顏色濾鏡後的待測平行光係用於計算CIE色彩空間中的三刺激值。

Description

光學量測裝置
本發明係關於一種光學量測裝置，特別是關於一種可以增加光量使用率的光學量測裝置。
一般來說，在各種尺寸的顯示器出廠前，都需要經過各種測試以確定顯示功能是否正常。舉例來說，顯示器可能因為製作過程的瑕疵而有顯示色溫偏差的情況，從而需要把這些顯示問題在測試的過程中挑選出來。然而，傳統檢測顯示器時，經常會利用圖1或圖2所繪示的光學量測裝置，將待測光線分束並且濾出不同色光，並利用濾光後的待測光線計算出在國際照明委員會(CIE，International Commission on Illumination)所定義XYZ色彩空間中的三刺激值(tristimulus values)。請參閱圖1，圖1係繪示先前技術之光學量測裝置的示意圖。如圖1所示，光學量測裝置9a包含了聚光鏡90、光學擴散片91a以及多個偵測鏡頭92~94。以實際操作來說，聚光鏡90會接收來自待測物DUT的待測光線，並且聚焦到光學擴散片91a，再由光學擴散片91a將待測光線打散。接著，由固定位置上的多個偵測鏡頭92~94接收打散後的待測光線，據以計算三刺激值。
於所屬技術領域具有通常知識者可知，被光學擴散片91a打散的待測光線投射到的面積很廣，多個偵測鏡頭92~94僅能擷取到部分的待測光線，大多數的待測光線並沒有辦法利用，即待測光線的光量使用率不高。換句話說，當待測光線微弱時，光學量測裝置9a有可能因為接收到的光量不足而無法正確計算三刺激值。據此，業界又提出了另一種光學量測裝置，以提升待測光線的光量使用率。請參閱圖2，圖2係繪示先前技術之另一光學量測裝置的示意圖。與圖1類似的是，圖2的光學量測裝置9b也包含了聚光鏡90以及多個偵測鏡頭92~94，且聚光鏡90同樣會接收來自待測物DUT的待測光線。在此，光學量測裝置90b係用光纖管路91b取代光學擴散片91a，使得聚光鏡90可以將待測光線聚焦到光纖管路91b的一端，並且由光纖管路91b將待測光線分束至多個偵測鏡頭92~94。
雖然圖2的光學量測裝置9b利用光纖管路91b可以提高一些待測光線的光量使用率，但實際上還是有一定比例的待測光線沒有辦法進入多個偵測鏡頭92~94。原因可以參閱圖3，圖3係繪示先前技術之光纖管路一端的示意圖。如圖3所示，光纖管路91b內部由多個光纖線910組成，每一條光纖線910可以傳輸一小部分的待測光線分束至多個偵測鏡頭92~94其中之一。實務上，因為光纖線910仍然有結構上的限制(例如光纖線910周圍有保護層，且截面都是圓形)，使得光纖線910之間不可能達到無縫隙排列。換句話說，於所屬技術領域具有通常知識者可以理解，縱使是圖2的光學量測裝置9b，也還是有一部分的待測光線無法進入光纖線910中，無法到達多個偵測鏡頭92~94。此外，光學量測裝置9b也還有無法準確分配待測光線至多個偵測鏡頭92~94的問題，例如光纖管路91b中心的光纖線910有可能收到比光纖管路91b周緣的光纖線910更多的待測光線。
據此，業界需要一種新的光學量測裝置，除了要能更加提高待測光線的光量使用率，並且每個鏡頭收到的待測光線也能有更好的均勻度。
本發明提供一種光學量測裝置，利用可以先將待測光線轉換成平行光，再利用分光鏡將待測光線分光至不同的偵測鏡頭，從而能提高待測光線的光量使用率並確保待測光線的均勻度。
本發明提出一種光學量測裝置，用以量測待測光線，所述光學量測裝置包含收光模組、光分歧模組以及光偵測模組。所述收光模組用以轉換待測光線轉為第一平行光。所述光分歧模組包含第一分光鏡與第二分光鏡，第一分光鏡用以將第一平行光分為第二平行光與第三平行光，第二分光鏡用以將第二平行光分為第四平行光與第五平行光。所述光偵測模組包含多個偵測鏡頭，第三平行光、第四平行光與第五平行光分別射向所述多個偵測鏡頭其中之一。
於一些實施例中，收光模組可以包含第一透鏡、擴束元件與第二透鏡，第一透鏡可以用以接收待測光線，擴束元件可以用以將第一透鏡聚焦後的待測光線平行擴束，第二透鏡可以用以將平行擴束後的待測光線轉為第一平行光。在此，所述多個偵測鏡頭可以定義有第一偵測鏡頭、第二偵測鏡頭以及第三偵測鏡頭，第一偵測鏡頭可以用以接收第三平行光，第二偵測鏡頭可以用以接收第四平行光，第三偵測鏡頭可以用以接收第五平行光。此外，第二平行光的光強度可以為第三平行光的光強度的n倍，n為不大於3的正數。並且，第四平行光的光強度可以為第五平行光的光強度的m倍，m為不大於3的正數。另外，第一偵測鏡頭可以設有紅光濾鏡，第二偵測鏡頭可以設有綠光濾鏡，第三偵測鏡頭可以設有藍光濾鏡。
本發明還提出一種光學量測裝置，用以量測待測光線，所述光學量測裝置包含收光模組、光分歧模組以及多個顏色濾鏡。所述收光模組用以轉換待測光線轉為第一平行光。所述光分歧模組用以將第一平行光分為多個待測平行光。每一個顏色濾鏡至少接收所述多個待測平行光其中之一。其中經過所述多個顏色濾鏡後的待測平行光係用於計算CIE色彩空間中的三刺激值。
於一些實施例中，所述多個顏色濾鏡可以包含紅光濾鏡、綠光濾鏡以及藍光濾鏡，於所述多個待測平行光中，經過綠光濾鏡的待測平行光可以具有最大的光強度。或者，所述多個待測平行光也可以具有相同的光強度。
綜上所述，本發明提供的光學量測裝置可以先將待測光線轉換成平行光，從而可以使待測光線有較佳的均勻度。此外，為了提高待測光線的光量使用率，本發明提供的光學量測裝置係利用分光的技術，除了可以讓待測光線分束射向不同的偵測鏡頭，同時也降低待測光線漏失或被遮蔽的情況，從而可以大幅提高量測的精度。
下文將進一步揭露本發明之特徵、目的及功能。然而，以下所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明之範圍，即但凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化及修飾，仍將不失為本發明之要意所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故應將視為本發明的進一步實施態樣。
請參閱圖4，圖4係繪示依據本發明一實施例之光學量測裝置的示意圖。如圖4所示，光學量測裝置1可以用來量測待測物DUT產生的待測光線，且光學量測裝置1可以包含收光模組10、光分歧模組12以及光偵測模組14。於一個例子中，收光模組10可以對準待測物DUT的出光面，並且收光模組10內可以有第一透鏡100、擴束元件102與第二透鏡104。第一透鏡100、擴束元件102與第二透鏡104係位於同一個光學路徑上，第一透鏡100與第二透鏡104可以是一種凸透鏡。在此，第一透鏡100與擴束元件102的距離f1可以大致等於第一透鏡100的焦距，且擴束元件102與第二透鏡104的距離f2可以大致等於第二透鏡104的焦距。
以實際操作來說，第一透鏡100接收來自待測物DUT的待測光線之後，會聚焦於焦距位置上的擴束元件102。擴束元件102可以是用來均勻化光線的元件，用以將第一透鏡100聚焦後的待測光線進行平行擴束。接著，因為擴束元件102在第二透鏡104的焦點，第二透鏡104可以將來自擴束元件102的待測光線轉換為平行光。在此，本實施例稱離開第二透鏡104的光線(有平行光特性的待測光線)為第一平行光。
光分歧模組12設置於收光模組10後，且光分歧模組12包含第一分光鏡120與第二分光鏡122。本實施例的第一分光鏡120會先接收到離開第二透鏡104的第一平行光，並且可以將第一平行光分成兩道光線，其中一道光線(第二平行光)會繼續射向第二分光鏡122，另外一道光線(第三平行光)則會離開光分歧模組12(例如向圖4上方)。接著，第二分光鏡122的作用與第一分光鏡120類似，當第二分光鏡122收到第二平行光之後，又會更進一步將第二平行光分成兩道光線，這兩道光線都會離開光分歧模組12，其中一道光線(第四平行光)例如向圖4右方，另外一道光線(第五平行光)會射向圖4下方。也就是說，本實施例的光分歧模組12可以藉由兩個分光鏡(第一分光鏡120與第二分光鏡122)將待測光線分成三道光線，即第三平行光、第四平行光與第五平行光。
光偵測模組14設置於光分歧模組12後，並且可以有多個偵測鏡頭(例如偵測鏡頭140a~140c)用來接收離開光分歧模組12的光線。如前所述，離開光分歧模組12的光線可以有第三平行光、第四平行光與第五平行光，可以分別被偵測鏡頭140a、偵測鏡頭140b以及偵測鏡頭140c所接收。在此，第三平行光、第四平行光與第五平行光也可以被稱為多個待測平行光。雖然圖4中有繪示第三平行光與第五平行光會分別經由反射鏡m射向偵測鏡頭140a以及偵測鏡頭140c，但於所屬技術領域具有通常知識者應可以理解反射鏡m並非必要元件，在沒有反射鏡m的情況下，本實施例的光學量測裝置1也能實現全部的功能。
於一個例子中，光偵測模組14中每一個偵測鏡頭還可以對應各自的顏色濾鏡和透鏡。例如偵測鏡頭140a可以對應顏色濾鏡142a和透鏡144a，偵測鏡頭140b可以對應顏色濾鏡142b和透鏡144b，偵測鏡頭140c可以對應顏色濾鏡142c和透鏡144c。在此，透鏡144a~144c的功能可以相同且具有相同的焦距，且每一個偵測鏡頭會設置在對應透鏡的焦點。以透鏡144a為例，偵測鏡頭140a和透鏡144a的距離f3應該恰好是透鏡144a的焦距。實務上，射向透鏡144a的是平行光(第三平行光)，透鏡144a可以使第三平行光聚焦成像於焦點位置，即聚焦成像於偵測鏡頭140a中。此外，本實施例不限制顏色濾鏡的位置，例如可以在偵測鏡頭和和透鏡之間。舉例來說，顏色濾鏡142a~142c可以分別對應紅色、綠色或藍色濾鏡其中之一。
值得一提的是，第一分光鏡120與第二分光鏡122可以各自有不同的分光比例，所述分光比例可以依照紅色、綠色或藍色需要的光分量改變。以實際的例子來說，顏色濾鏡142a可以對應到綠色濾鏡，顏色濾鏡142b可以對應到紅色濾鏡，而顏色濾鏡142c可以對應到藍色濾鏡。一般在CIE色彩空間中，X、Y和Z的值可以約略對應於紅色、綠色和藍色，即經過顏色濾鏡142a後，偵測鏡頭140a量測到的值可以約略對應到Y值。同理，經過顏色濾鏡142b和顏色濾鏡142c後，偵測鏡頭140b和偵測鏡頭140c量測到的值可以分別約略對應到X值與Z值。假設希望偵測鏡頭140a~140c接收到大致相同的光量，則可以設定第一分光鏡120反射與透射的比例為1:2，第二分光鏡122透射與反射的比例為1:1。此時，由於第一分光鏡120透射與反射的比例為2:1，透射的第二平行光的光強度(光量)應為反射的第三平行光的光強度(光量)的兩倍。並且，由於第二分光鏡122透射與反射的比例為1:1，透射的第四平行光的光強度(光量)大致上相同於反射的第五平行光的光強度(光量)。換句話說，第三平行光、第四平行光以及第五平行光的光強度(光量)會大致相同。
又例如，假設待測光線的亮度被視為較重要的參數時，由於亮度較關聯於Y值，則於所屬技術領域具有通常知識者可以理解偵測鏡頭140a的偵測結果相對重要。此時，本實施例可以藉由設定第一分光鏡120的分光比例，將第一分光鏡120反射與透射的比例為1:1，第二分光鏡122透射與反射的比例為1:1。在這個設定下，第四平行光以及第五平行光的光強度(光量)仍然是相等，但第三平行光的光強度(光量)會是第四平行光以及第五平行光的光強度(光量)的兩倍。由上述可知，本實施例可以對應不同的量測需求，選擇性地調整第一分光鏡120與第二分光鏡122的分光比例。實務上，第一分光鏡120反射與透射的比例可以是1:0.5、1:1、1:1.5、1:2或1:3，第二分光鏡122反射與透射的比例同樣可以是1:0.5、1:1、1:1.5、1:2或1:3，本實施例不加以限制。
綜上所述，本發明提供的光學量測裝置可以先將待測光線轉換成平行光，從而可以使待測光線有較佳的均勻度。此外，為了提高待測光線的光量使用率，本發明提供的光學量測裝置係利用分光的技術，除了可以讓待測光線分束射向不同的偵測鏡頭，同時也降低待測光線漏失或被遮蔽的情況，從而可以大幅提高量測的精度。
1:光學量測裝置 10:收光模組 100:第一透鏡 102:擴束元件 104:第二透鏡 12:光分歧模組 120:第一分光鏡 122:第二分光鏡 14:光偵測模組 140a~140c:偵測鏡頭 142a~142c:顏色濾鏡 144a~144c:透鏡 DUT:待測物 f1~f3:距離 m:反射鏡 9a~9b:光學量測裝置 90:聚光鏡 91a:光學擴散片 91b:光纖管路 92~94:偵測鏡頭
圖1係繪示先前技術之光學量測裝置的示意圖。
圖2係繪示先前技術之另一光學量測裝置的示意圖。
圖3係繪示先前技術之光纖管路一端的示意圖。
圖4係繪示依據本發明一實施例之光學量測裝置的示意圖。
無
1:光學量測裝置
10:收光模組
100:第一透鏡
102:擴束元件
104:第二透鏡
12:光分歧模組
120:第一分光鏡
122:第二分光鏡
14:光偵測模組
140a~140c:偵測鏡頭
142a~142c:顏色濾鏡
144a~144c:透鏡
DUT:待測物
f1~f3:距離
m:反射鏡

Claims (8)

  1. 一種光學量測裝置，用以量測一待測光線，所述光學量測裝置包含：一收光模組，用以轉換該待測光線轉為一第一平行光；一光分歧模組，包含一第一分光鏡與一第二分光鏡，該第一分光鏡用以將該第一平行光分為一第二平行光與一第三平行光，該第二分光鏡用以將該第二平行光分為一第四平行光與一第五平行光；以及一光偵測模組，包含多個偵測鏡頭，該第三平行光、該第四平行光與該第五平行光分別射向該些偵測鏡頭其中之一；其中該收光模組包含一第一透鏡、一擴束元件與一第二透鏡，該第一透鏡用以接收該待測光線，該擴束元件用以將該第一透鏡聚焦後的該待測光線平行擴束，該第二透鏡用以將平行擴束後的該待測光線轉為該第一平行光。
  2. 如請求項1所述之光學量測裝置，其中該些偵測鏡頭定義有一第一偵測鏡頭、一第二偵測鏡頭以及一第三偵測鏡頭，該第一偵測鏡頭用以接收該第三平行光，該第二偵測鏡頭用以接收該第四平行光，該第三偵測鏡頭用以接收該第五平行光。
  3. 如請求項2所述之光學量測裝置，其中該第二平行光的光強度為該第三平行光的光強度的n倍，n為不大於3的正數。
  4. 如請求項3所述之光學量測裝置，其中該第四平行光的光強度為該第五平行光的光強度的m倍，m為不大於3的正數。
  5. 如請求項4所述之光學量測裝置，其中該第一偵測鏡頭設有一紅光濾鏡，該第二偵測鏡頭設有一綠光濾鏡，該第三偵測鏡頭設有一藍光濾鏡。
  6. 一種光學量測裝置，用以量測一待測光線，所述光學量測裝置包含：一收光模組，用以轉換該待測光線轉為一第一平行光；一光分歧模組，用以將該第一平行光分為多個待測平行光；以及多個顏色濾鏡，每一該顏色濾鏡至少接收該些待測平行光其中之一；其中經過該些顏色濾鏡後的該些待測平行光係用於計算CIE色彩空間中的三刺激值；其中該收光模組包含一第一透鏡、一擴束元件與一第二透鏡，該第一透鏡用以接收該待測光線，該擴束元件用以將該第一透鏡聚焦後的該待測光線平行擴束，該第二透鏡用以將平行擴束後的該待測光線轉為該第一平行光。
  7. 如請求項6所述之光學量測裝置，其中該些顏色濾鏡包含一紅光濾鏡、一綠光濾鏡以及一藍光濾鏡，於該些待測平行光中，經過該綠光濾鏡的該待測平行光具有最大的光強度。
  8. 如請求項6所述之光學量測裝置，其中該些待測平行光具有相同的光強度。
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