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专利名称：发光组件发光亮度检测方法、装置及检测机台的制作方法
发光组件发光亮度检测方法、装置及检测机台技术领域：
本发明是关于一种发光亮度检测方法，尤其是关于一种发光组件发光亮度检测方法、装置及检测机台。背景技术：
LED因其耗电量低、使用寿命长，故当发光亮度随技术进步而逐渐提高，其在例如背光板光源、甚至日常生活用照明光源等应用领域的普及性也愈高，LED产业亦日渐重要。但受到制造过程中无可避免的公差及LED的发光特性的限制，其个别色度、与亮度(Brightness)或光强度(Luminous Intensi ty)均需要被精确量测。
其中发光亮度部分，国际照明委员会(CIE)订有量测LED亮度的标准方法，如图1所示，定义LED 10与光传感器90间的距离为d，光传感器90的面积As=100 mm2。因此当d = 316 mm时，所能接收LED 10的光角4> s2。；当距离d=100 mm时，所能接收LED 10的光角4) s6.5°。此方法中，光传感器90必须结合一个滤光片92，使滤光片92的透光函数(Transmittance Function)T(入)与光传感器90的响应函数(Responsibility) R( A )结合后符合如图2
所示CIE1931所规定的流明效率函数(或称标准视效函数)V。(入)(Luminous Efficiency Function)。
6艮P， T(入) R(入)=K V。(入)............(1)
其中K为一比例常数。亦即，若能获得一组符合式(1)的透光函数T(A)与光传感器90响应函数R(A)，则此设备只需经过一个已知亮度的光源调校K值后，即可用以正确量测LED 10光源的亮度值。但一般滤光片的透光函数T(A)与具有响应函数R(A)的光传感器结合后，两函数的乘积并不能在各频率均完全符合V。( A )曲线形状。因此在量测发光波长分布较窄、频谱变化较大的光源如LED时，其量测的亮度值Y的精准度仅达±5%范围。
另一方面，以往量测光源的发光亮度及色度，可分别运用三朿U、激值量领U法(Tristimulus Measurement)及分光仪(Spectrometer)。其中，三刺激值量测法采用的滤光片与光传感器，它们的结合响应函数需符合CIE1931所规定三个标准配色函数(Color Matching Functions)。 然而，完全符合标准配色函数的滤光片与光传感器结合体并不存在。故利用三剌激值的色彩仪量测发光频宽分布较广的白光光源时，通过各相异波长间的感测数值加总平均，其色度测量值尚可保持在可接受的精确范围内。
但对量测如上述LED等窄波宽的光源时，由于各相异
波长间发光亮度差异甚大，无法通过加总平均各波长的量测值而降低量测误差，将使色度量测的精确度无法达到需求。因此，目前LED业界都需利用价格昂贵的精密分光仪(Spectrometer),依照各波长逐次量测出LED光源发光的频谱(Spectrum Di stribut ion)分布，再禾U用CIE1931规定的三刺激值定义来算出其色度(x，y)，其关系为 % = ^ J柳 ；(义)d;i; y " Js(义) ;(A)^;i; z = ^ Js(义).
x三-^- y三-^-............ (2)
上式(2)中，S(A )为分光仪所量测的LED光源的频谱
分布，S(;i)， ；(;i)， S(;i)为CIE1931所规定的标准配色函数
(CIE 1931 Color Matching Functions) 。 A为LED频谱 分布能量密度的绝对数值。实际在分光仪量测过程中，频 谱能量分布的绝对数值较难精确量得，因此A值的准确性 较难确保。但由(2)式可知，LED光源的色度(x， y)其实与 A值大小无关。因此，利用经济型分光仪即可得到较佳的 LED的色度量测；但要测出精确的亮度Y值却较难。
近年来，由于量测LED发光亮度与色度的精确度要求 日益提高。因此需要一种具有高精度亮度量测能力(例如 亮度精确度必须在±2%以内，色度精确度(x，y)在士 0. 002%以内)的仪器，以同时取得发光亮度与色度信息。
当然如上所述，利用较精确的分光仪(Spectrometer) 可将色度(x， y)量测的精确度提高到确保误差在±0. 002%
以内；但在亮度方面，由于上述滤光片的制造困难，仍很 难达成亮度精确度在±2%以内的目标，尤其此种选择的价 格居高不下，更使得该方案不能被广泛接受。因此本发明 提出一个解决方法，能同歩将亮度的量测修正到更佳的精 确度范围，例如将精准度从±5%修正到±2%左右，甚至更 好。
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发明内容
因此，本发明目的之一，在于提供一种同步精确检出 窄波宽发光组件发光亮度与色度的检测方法。
本发明另一个目的，在于通过提供一组预先储存的视 效函数误差，并以所量得的频谱分布推算补偿比例，从而 采用价格较低的装置而实现较佳亮度量测的检侧方法。
本发明的再一目的，在于提供一种可采用价格较低的 分光仪而同步精确检测出窄波宽发光组件发光亮度与色 度的检测机台。
本发明的又一目的，在于提供一种通过分光仪所得光 源发光频谱分布，配合预先获得的视效函数误差，精确获 得窄波宽发光组件发光亮度与色度的检测装置。
因此，本发明所揭示的发光组件发光亮度检测方法， 系供一组检测机台检验发光组件所发光波长分布及发光 亮度，该机台包括一组接受该发光组件所发光束中的一个 第一部分光束并检测其波长分布的频谱分析装置、 一组接 收来自该发光组件所发光束中的一个第二部分光束并检 测其亮度的视效光感测装置、 一组储存有该视效光感测装 置的感测响应函数与标准视效函数及/或该感测响应函数 与标准视效函数间的视效函数误差的记忆装置、及 一 组处 理装置，该方法包括下列步骤a)致能该发光组件发光； b)由该处理装置接收该频谱分析装置所获得的该第 一 部 分光束的波长分布数据；c)由该处理装置将该视效光感测
装置的感测响应函数与标准视效函数、或该视效函数误差，与该第一部分光束的波长分布数据加权计算获得一个 补偿比例；及d)将该视效光感测装置测得的该第二部分 光束亮度依该补偿比例，补偿运算获得该发光组件所发光 亮度。
本发明应用上述方法的发光组件发光亮度检测机台， 系供检验该发光组件所发光波长分布及发光亮度，包括 一组接受来自该发光组件所发光束中的一个第一部分光 束并检测其波长分布的频谱分析装置；一组接收来自该发 光组件所发光束中的一个第二部分光束并检测其亮度的 视效光感测装置； 一组储存有该视效光感测装置的感测响 应函数与标准视效函数及/或该感测响应函数与标准视效 函数间的视效函数误差的记忆装置；及一组指令用以致能 该发光组件发光；接收该频谱分析装置所获该第一部分光 束的波长分布数据；将该视效光感测装置的感测响应函数 与标准视效函数、或该视效函数误差，与该第一部分光束 的波长分布数据加权计算获得一个补偿比例；及将该视效 光感测装置测得的该第二部分光束亮度依该补偿比例，补 偿运算获得该发光组件所发光亮度的处理装置。
通过预先量得的视效函数误差，并且与分光仪所量得 的发光组件发光频谱分布加权运算，即可获得视效光感测 装置测得的亮度需补偿的倍率，从而同步获得远较常用技 术更精确的发光亮度与色度检测， 一举达成上述目的。

图1是国际照明委员会所订，量测LED亮度标准方法 示意图2是标准视效函数的示意图；及 图3是本发明检测机台的示意图。
主要组件符号说明
10." LED
20、 90…光传感器
22、 92…滤光片
24…光纤
26…分光仪
28…分光镜
30…处理装置
32…记忆装置
d…距离
小…光角
Ll、 L2…光束
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在 以下配合参考图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的 呈现。且为便于说明，以下均以LED作为窄波宽光源的范
例，但实际使用时并不限于量测LED的发光。
本发明的检测机台基本架构如图3所示，主要包括如
ii分光仪(Spectrometer)26等频谱分析装置、及量测亮度 的视效光感测装置。其中，视效光感测装置为具有透光函 数T(A)的滤光片22与具有光波长响应函数R(A)的光传 感器20的组合，结合后的感测响应函数表示为V(X)= T (入) R U )。视效光感测装置与待测LED 10的距离d 与接光角度4)必须符合CIE的规定。
且在待测LED 10照射到视效光感测装置的光路中， 加入一个分光镜(Beam Spliter)28，将LED 10所发光束 区分为进入光纤(Optical Fiber)24内的第一部份光束 L，利用光纤24将部份光引至分光仪26做色度(x， y)分 析，同时也得到待测LED 10的相对频谱分布Sffl( A );以
及直接进入视效光感测装置而被检测其光亮度Y的第二 部分光束L2。
由于实际视效光感测装置的感测响应函数不可能恰 完全吻合CIE1931所规定的理想分布V。(X )，即v(X V。(A)，因此在量测亮度Y值时，便会产生误差。且此误 差会随不同待测光源的不同频谱分布而改变，因此无法利 用单一次的标准光的校正而解决。
假设待测LED 10的实际频谱分布为As S(入)，则按 照CIE1931所规定，该待测光源的标准亮度值为
^=4《柳7(，................................. (3)
但是经过光束L2入射至视效光感测装置，最终被量测 到的信号大小为Ym:(3)式除以(4)式可得
U〖2柳i。(，.....................
1〖2柳.f。(， i
夂 ￡柳.r,;i k 此时，补偿比例乙s ^ 、 , °、,
(5)
(6)
(7)
其中K值可利用一个已知亮度的标准光源校正而得。 而^值中的S(A)可以利用从分光仪26中所得到的该光 源的量测频谱SfflU )来代替，即令S( A )=S U )。而V(入)
为该视效光感测装置的感测响应函数，可以利用单光仪 (Monochromator)量测而得，并置于记忆装置32中，以供 处理装置30使用。VQ( A )为CIE1931所规定的已知标准 视效函数，利用式(7)即可得到补偿比例^，从而进行修 正。因此由(6)式可得到经修正后的校准亮度值 &=^.^(如果K值已调校为1)。
当K值已调校为1，则可改写式(3)与式(4)成
^;r附'(i + ^)...................................
................(8)
其中
一 Q)，。(义)-r(义脾—Q).Ar(，............ (9)
△r(;i) = r0(/L)—r(义)............................................(1
0)上式(10)中，AV( A )代表实际视效光感测装置的感测 响应函数V( A )与标准视效函数V。( A )的差值，称之为视 效函数误差，因此当AV(A)i时，yB=0，则量测亮度1^误 差为0。
如上述，实际视效光感测装置的视效函数误差AV(入) 通常不等于零，而为一波长分布的函数；但实际量测亮度 时，因亮度为各波长分布的加总，故仅需获得单一的补偿 比例/B。假定某一组视效光感测装置相对于某一特定光源 的补偿比例^=5%，若能量测到真正的光源波长分布，在 不考虑其它因素下，则可以利用(9)式计算出^，则量测
误差可以完全被修正补偿。
即使依最严格标准，真正量到的光源频谱为sm(;i)，与 真正光源频谱s(;i)仍可能有所差异，但以下将证明，根据
本发明利用(9)式计算修正后，存留的误差将大幅降低至 较常用技术误差低约一个数量级
若s附(;i):s(;i)+as(/1)，贝U
〖V加(义)+ A5(;i))-AF(;i)c/;L 〖乂(义)-Ar(;iv;L O(;i).Ar(;L)fia
7b f("义)_ rx(m，〖乂(义)i(，
三y + Ay.................................... (11)
其中第一项^为己知，可以计算出，此项即为实际修 正值。第二项^中因AS(义)未知，因此无法推估。如果分光 仪26的正确性尚好，因此可以假设
￡2. Ar(义)ta < < ￡2sm (;i) Ar(;i)t/;i ，贝ll 例如，若
14t a5(义).af(;i)w = ^ ￡ s附(a) . af(;i;^;i ，贝U Ay = o.i,，贝U由(11)
式可以得到^=1々。也就是说，实际修正值/即使不能完 全修正到标准值Ys，但至少已可修正达90%，即原先假设
5%的误差，可依照本发明的方案而修正其中4.5%，剩余 的可能误差仅为0. 5%。
由上例可以看出，本发明确实可以将一个较大误差的
亮度量测值，利用分光仪所量得的相对频谱&(;i)及视效误
差函数av(a)修正，以在不需大幅提高成本条件下，得到
更准确的亮度值，尤其可适用于窄波宽的发光组件，准确 度量其亮度，确实有效达成本发明的所有上述目的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并不能以 此限定本发明实施的范围，即凡是依本发明权利要求及说 明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明 专利覆盖的范围。
1权利要求
1.一种发光组件发光亮度检测方法，供检测机台检测该发光组件所发光波长分布及发光亮度，该机台包括接收该发光组件所发光束中的一个第一部分光束并检测其波长分布的频谱分析装置、接收来自该发光组件所发光束中的一个第二部分光束并检测其亮度的视效光感测装置、储存有该视效光感测装置的感测响应函数与标准视效函数及/或该感测响应函数与标准视效函数间的视效函数误差的记忆装置、及处理装置，该方法包括下列步骤a)致能该发光组件发光；b)由该处理装置接收该频谱分析装置所获得的该第一部分光束的波长分布数据；c)由该处理装置将该视效光感测装置的感测响应函数与标准视效函数、或该视效函数误差，与该第一部分光束的波长分布数据加权计算获得一个补偿比例；及d)将该视效光感测装置测得的该第二部分光束亮度依该补偿比例，补偿运算获得该发光组件所发光亮度。
2. 如权利要求1所述的检测方法，其中该补偿比例<formula>formula see original document page 2</formula>且SmU )系该第一部分光束的波长分布数据，v。( a )系标准视效函数，v(x)系该视效光感测装置的感测响应函数；且入1 、 a 2分别对应可视 频率上、下限。
3. 如权利要求1所述的检测方法，其中该补偿比例^f，,-，且Sm(A)系该第一部分光束的波长分布数据，(v。(入)-v(入))系该视效光感测装置的该感测响应函数与标准视效函数间的該视效函数误差，V( A )系该视效光感测装置的感测响应函数；且A 1、入2分别对应可视频率上、下限。
4. 一种发光组件发光亮度检测机台，系供检测该发光组件所发光波长分布及发光亮度，包括接收来自该发光组件所发光束中的一个第一部分光束并检测其波长分布的频谱分析装置；接收来自该发光组件所发光束中的一个第二部分光束并检测其亮度的视效光感测装置；储存有该视效光感测装置的感测响应函数与标准视效函数及/或该感测响应函数与标准视效函数间的视效函数误差的记忆装置；及指令致能该发光组件发光；接收该频谱分析装置所获该第一部分光束的波长分布数据；将该视效光感测装置的感测响应函数与标准视效函数、或该视效函数误差，与该第一部分光束的波长分布数据加权计算获得一个补偿比例；及将该视效光感测装置测得的该第二部分光束亮度依该补偿比例，补偿运算获得该发光组件所发光亮度的处理装置。
5. 如权利要求4所述的检测机台，其中该补偿比例且SraU )系该第一部分光束的波长分布数据，v。( a )系标准视效函数，v(x)系该视效光感测装置的感测响应函数；且a 1 、 a 2分别对应可视频率上、下限。
6.如权利要求4所述的检测机台，其中该补偿比例且sja)系该第一部分光束的波长分布数据，(vQ( a )-v( a ))系该视效光感测装置的该感测响应函数与标准视效函数间的该视效函数误差，v(入)系该视效光感测装置的感测响应函数；且入i、入2分别对应可视频率上、下限。
7. 如权利要求4所述的检测机台，更包括用以区分该发光组件所发光束为该第一部份光束及该第二部分光束的分光装置。
8. 如权利要求7所述的检测机台，其中该分光装置为分光镜°
9. 如权利要求4、 5、 6、 7或8所述的检测机台，其中该频谱分析装置为分光仪。
10. 如权利要求4、 5、 6、 7或8所述的检测机台，其中该视效光感测装置包括视效滤光片；及位于该视效滤光片下游的光传感器。
11. 一种发光组件发光亮度检测装置，系供对应区分该发光组件所发光束为复数波长分布对应该所发光束的受测光束的分光装置；接收来自该分光装置该等受测光束中的一个第一受测光束并检测其波长分布的频谱分析装置；接收来自该分光装置该等受测光束的一个第二受测光束并检测其亮度的视效光感测装置；而供检验该发光组件所发光波长分布及发光亮度者，该检测装置包括储存有该视效光感测装置的感测响应函数与标准视效函数间的视效函数误差的记忆装置；及指令致能该发光组件发光；接收该频谱分析装置所获该第一受测光束的波长分布资料；将该视效函数误差与该第一受测光束波长分布数据加权计算获得一个补偿比例；及将该视效光感测装置测得的该第二受测光束亮度依照该第二受测光束与该所发光束比例、及该补偿比例，补偿运算获得该发光组件所发光亮度的处理装置。
全文摘要
本发明揭示一种发光组件发光亮度检测方法，该方法包含下列步骤a)致能该发光组件发光；b)由该处理装置接收该频谱分析装置所获得的该第一部分光束的波长分布数据；c)由该处理装置将该视效光感测装置的感测响应函数与标准视效函数、或该视效函数误差，与该第一部分光束的波长分布数据加权计算获得一个补偿比例；及d)将该视效光感测装置测得的该第二部分光束亮度依该补偿比例，补偿运算获得该发光组件所发光亮度。
文档编号G01J1/10GK101685034SQ200810211709
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月23日 优先权日2008年9月23日
发明者冯清章, 张志交, 王遵义 申请人:中茂电子(深圳)有限公司