專利名稱：具有太陽能電池的光接收裝置的光源全光通量檢測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種光源全光通量檢測設(shè)備，特別是一種太陽能電池光 接收裝置及具有該裝置的全光通量檢測設(shè)備。
背景技術(shù)：
光源的全光通量(Total Luminous Flux，單位:lumen)是應(yīng)用時(shí)的一個(gè)重 要參數(shù)，尤其是在例如發(fā)光二極管(LED)以藍(lán)光或紫光LED作為白光LED 光源的應(yīng)用時(shí)，更是必須考慮的重要數(shù)值。按照CIE的標(biāo)準(zhǔn)，其全光通量 大小的測量，必須如圖1所示，將待測LED 2置于一個(gè)足夠大積分球(Optical Integrating Sphere) 1內(nèi)的某一處，使得置于其內(nèi)部的待測光源如LED 2所 發(fā)出的光均勻地分布在積分球1內(nèi)部，讓所發(fā)光經(jīng)由積分球1輸出部B處 的光纖4輸出至光譜能量分析儀(Spectrometer)5中，從而得到LED 2待測 光的光譜能量響應(yīng)ILED( A )。
撤除待測光源后，另外利用一個(gè)已知亮度為E(A)的標(biāo)準(zhǔn)光源6，將所 發(fā)光束通過一個(gè)光欄7，其開口大小為A0。所發(fā)光束經(jīng)由積分球l的輸入 部A射入積分球1，同樣經(jīng)輸出部B與光纖4將積分球1內(nèi)所均勻化的光 能傳送至光譜能量分析儀5中，從而得到標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜能量響應(yīng)為 Iext(A)。經(jīng)過此種校正過的標(biāo)準(zhǔn)光源對比，才能得到待測光源的全光通量
仇ED為
(pLED=k /入A0E( A )ILED(入)/Iext( A )"
式(1)中k為考量積分球1不均勻度、及內(nèi)部遮板3所引起的不對稱 性的校正系數(shù)。
此種測量結(jié)構(gòu)，不管如何將待測光源置放進(jìn)積分球，以及每次測量完畢，如何將測畢的光源取出，都會造成測量速度的門檻限制；此夕卜，積分 球1內(nèi)，還需要額外設(shè)置遮板3，又使得結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；而積分球1的尺 寸有限制，也使得整體檢測設(shè)備體積無法縮減，造成此方法一般只在實(shí)驗(yàn) 室中測量使用，并不適用于一般生產(chǎn)線。
為簡化結(jié)構(gòu)、提升測試效率，如圖2所示的真正用于生產(chǎn)線上、檢測 待測發(fā)光組件的公知全光通量測試設(shè)備，會選擇將待測光源，例如LED2' 置于積分球l'外，并且另形成一光輸入部A'，故被稱為雙開口積分球l'。 此輸入部A，的尺寸必須足夠?qū)⒋郎yLED 2'朝各方向發(fā)出的光能全部納入 積分球1'中。此外，為防止由輸入部A'進(jìn)入的光直接入射到輸出部B'，在 輸入部A，與輸出部B，間設(shè)置有內(nèi)部遮板3'，由輸出部B，溢出的光，則同 樣經(jīng)由光纖4'導(dǎo)入光譜能量分析儀5'內(nèi)。
其中，如圖3的放大示意圖所示，輸入部A'將待測LED2'的光有效納 入積分球l，的納入角為0 =tan-l(r/h)，其中h為LED 2'與積分球l，的距 離，r為輸入部A，的半徑。假設(shè)LED的光場呈cos 6分布，則當(dāng)納入角0 =78.69°時(shí)，納入積分球的總能量占總發(fā)光能量的(l-cos2 9)=96.1%，也就 是說有3.9%的能量未被納入。依照上式計(jì)算，此時(shí)r/h-5，亦即當(dāng)1^2cm 時(shí)，r至少為10cm，使得積分球l，的直徑大小至少必須為60cm以上；最 好直徑能有一米左右，才能讓待測LED 2'發(fā)光均勻分布。
如上所述，若待測LED2，所發(fā)的光，大部分經(jīng)由輸入部A，射入積分球 l',并且均勻分布，則利用已經(jīng)校正好的積分球反射頻譜響應(yīng)R(A)，加權(quán) 計(jì)算LED的光譜能量響應(yīng)ILED( A )，即可得到LED 2'的全光通量
cpLED=k / R(入)ILED(入)d入...(2)
式(2)中k為校正系數(shù)，其中包括積分球l，的通過比率(throughput)、積
分球的不均勻度及積分球r開口未納入量比例等修正因子。
然而，利用此方法測量，仍將面臨下列兩個(gè)棘手問題
i.積分球r開口的未納入量，如果待測光源的光場并不是cos e分布，則其校正值將有較大的誤差值；尤其當(dāng)待測光源是例如白熾燈或螢光 燈等發(fā)光角度朝向四面八方者，誤差更是無法忽視。 2. 由輸入部A，輸入的光通量，將分別由輸出部B，與輸入部A，輸出，且 考慮兩者的面積比。定義A"、 B"分別為輸入及輸出部的截面積，因輸 入部A'截面積A"遠(yuǎn)大于輸出部B'截面積B"，假設(shè)積分球l'的反射系 數(shù)為100%，則待測光源LED 2'的光通量cp中的A，7(A"+B")比率部分， 將由輸入部A'處反射回到LED 2'待測物組件一邊，粗略估計(jì)其反射量 幾乎達(dá)90%以上。而此反射回到組件的光通量，部分將再反射回到積 分球1，內(nèi)，但需視待測LED2'組件的表面狀況不同而有所差異，即使 僅假設(shè)變異量為10%，都將對LED光通量的測量造成9n/。的變異，造 成測量精度的重大難點(diǎn)。
換言之，要正確測量待測發(fā)光組件的全光通量，又要考慮生產(chǎn)線的迅 速與待測發(fā)光組件的出入便利，而使用現(xiàn)行光傳感器，又受限于其尺寸大 小而組合不易，且價(jià)格因而大幅提高；因此，無疑造成生產(chǎn)制造發(fā)光組件 與使用發(fā)光組件廠商的兩難困境。

實(shí)用新型內(nèi)容
因此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的，在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、占用空間有 限的全光通量檢測設(shè)備。
本實(shí)用新型的另一個(gè)目的，在于提供一種可正確補(bǔ)償頻譜響應(yīng)的測量 誤差，使檢測誤差值降低的全光通量檢測設(shè)備。
本實(shí)用新型的再一個(gè)目的，在于提供一種制造成本低廉、降低發(fā)光組 件測試成本的全光通量檢測設(shè)備。
本實(shí)用新型的又一個(gè)目的，在于提供一種可根據(jù)不同待測物的需求， 提供不同結(jié)構(gòu)的全光通量檢測設(shè)備。
本實(shí)用新型的又另一個(gè)目的，在于提供一種對于發(fā)光立體角度覆蓋率高，且待測光源易于進(jìn)出的全光通量檢測設(shè)備用的具有太陽能電池的光接 收裝置。
所以，本實(shí)用新型的一種具有太陽能電池光接收裝置的全光通量檢測 設(shè)備，供量測一組待測光源全光通量，該待測光源具有一個(gè)發(fā)光立體角度， 其中該太陽能電池具有一個(gè)受光面，其特征在于，該檢測設(shè)備包括
一個(gè)供置放待測光源并對一該待測光源供能，使其發(fā)光的置放座；
一組光接收裝置，包括至少一片受光面朝向該置放座、且被設(shè)置成覆 蓋該待測光源的發(fā)光立體角度達(dá)一預(yù)定比例的太陽能電池，供將待測光源
照射至該至少一片太陽能電池的光能轉(zhuǎn)換為電能；及
一組接收來自該光接收裝置所轉(zhuǎn)換的電能的處理裝置。 該全光通量檢測設(shè)備包括一個(gè)供置放并向該待測光源供能，使其發(fā)光
的置放座及一組處理裝置，該待測光源具有一個(gè)發(fā)光立體角度，且該太陽
能電池具有一個(gè)受光面，光接收裝置進(jìn)而包括
至少一片太陽能電池組成的電池組，該太陽能電池的受光面朝向該置
放座、且設(shè)置成覆蓋該待測光源的發(fā)光立體角度達(dá)一個(gè)預(yù)定比例，供將照
射至該至少一片太陽能電池的光能轉(zhuǎn)換為電能、并輸出至該處理裝置。
本實(shí)用新型中提出利用太陽能電池(solar cell photovoltaic)作為光 接收裝置， 一方面利用太陽能電池的結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格適宜，讓制造出的設(shè) 備具有市場競爭力；另一方面以其低反射、高吸收的特性，有效地測量全 光通量而避免反射問題，提高測量靈敏度；尤其加入了光譜能量響應(yīng)的補(bǔ) 償，讓測量精度提升。另外，太陽能電池目前有單晶硅(single crystal) 型、多晶硅 (poly crystal) 型、薄膜型 (thin-film amorphous silicon)、 化合物半導(dǎo)體太陽能電池及有機(jī)/無機(jī)太陽能電池，不僅都可以作為本實(shí)用 新型的光接受裝置，更能依照各自特性而設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)，以提供檢測的 適應(yīng)性。由于本實(shí)用新型的貢獻(xiàn)，得以大幅改善公知檢測方式的缺陷，供在生 產(chǎn)線上建立占用空間有限、價(jià)格適宜、檢測精度良好的待測光源全光通量 檢測設(shè)備。


圖1為一公知檢測待測LED組件全光通量測試設(shè)備的俯視圖； 圖2為另一公知檢測待測LED組件全光通量測試設(shè)備的側(cè)視圖； 圖3為圖2的局部放大示意圖4為本實(shí)用新型全光通量檢測設(shè)備用的具有太陽能電池光接收裝置 及該設(shè)備第一較佳實(shí)施例的立體示意圖5為本實(shí)用新型全光通量檢測設(shè)備用的具有太陽能電池光接收裝置 及該設(shè)備第一較佳實(shí)施例的側(cè)視剖面示意圖6為本實(shí)用新型全光通量檢測設(shè)備用的具有太陽能電池光接收裝置 及該設(shè)備第一較佳實(shí)施例的后視圖7為本實(shí)用新型全光通量檢測設(shè)備用的具有太陽能電池光接收裝置 及該設(shè)備第二較佳實(shí)施例的側(cè)視剖面示意圖8~10為本實(shí)用新型全光通量檢測設(shè)備用的具有太陽能電池光接收 裝置及該設(shè)備第三較佳實(shí)施例的運(yùn)作狀態(tài)示意圖
主要組件符號說明
1、 r…積分球
10、 io， 、 io"...光接收裝置
102、 104、 106、 108、 110、 112...太陽能電池
2、 2，、 30…待測LED 20、 20，、 20"...輸送裝置 202、 202，、 202"…置放座4、 4，、 40、 40"...光纖
、50、 50"…光譜能量分析儀
6...標(biāo)準(zhǔn)光源
7…光悉
ll...殼體
12...薄膜型太陽能電池
60、 60，、 60"...處理器
70、 70，、 70"…傳輸裝置
80…空缺區(qū)
90…傳送裝置
A、 A'...輸入部
B、 B'、 C…輸出部 A"...輸入部截面積 B"...輸出部截面積
h..丄ED與積分球之間的距離 r…輸入部的半徑 e…納入角
具體實(shí)施方式
有關(guān)本實(shí)用新型的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合附 圖的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚地呈現(xiàn)。為方便說明，本實(shí)用新 型的檢測設(shè)備與光接收裝置中的待測光源均以LED為例，當(dāng)然，其它發(fā)光
組件諸如燈泡、燈管亦可采用本實(shí)用新型所揭示的結(jié)構(gòu)加以檢測。
受限于目前的太陽能電池制作過程，各片硅芯片性能多少有所差異， 其各自的光電轉(zhuǎn)換效率及光譜響應(yīng)隨之有所不同。因此，每一片太陽能電 池都必須獨(dú)立校準(zhǔn)，經(jīng)過光譜能量分析儀測試，以獲得每片太陽能電池的 個(gè)別光譜反應(yīng)系數(shù)Rn,m( A )(單位為Amp/Watt，即每瓦光射入可以得到的光 電流量)。其中n表示第n個(gè)面上的第m個(gè)光電池。由于本結(jié)構(gòu)中，各個(gè)太 陽能電池所得的能量將被個(gè)別補(bǔ)償校準(zhǔn)，而且各太陽能電池的空間均勻度(Space-uniformity)也經(jīng)過篩選，以提供正確測量結(jié)果。
圖4為本實(shí)用新型全光通量檢測設(shè)備用的具有太陽能電池光接收裝置 及該設(shè)備第一較佳實(shí)施例立體示意圖，光接收裝置是例如由六片分別位于 上、右、左、前、后、下的太陽能電池102、 104、 106、 108、 110、 112所 共同圍繞形成一個(gè)容置空間。本實(shí)施例中，是以具有多顆LED晶粒的光棒 (light bar)作為待測物，并由輸送裝置運(yùn)送，使得待測的光棒被運(yùn)送至該容 置空間的中心點(diǎn)時(shí)，被供能發(fā)光。
當(dāng)然，若待測光源較大，例如為一燈具時(shí)，單一片太陽能電池的尺寸 可能無法涵蓋單一側(cè)面，每一面都需要更多片太陽能電池才足以組合成上 述光接收裝置。
各太陽能電池102、 104、 106、 108、 110、 112的短路光電流(short-circuit photocurrent),各自獨(dú)立地經(jīng)由傳輸裝置70輸出至處理器60進(jìn)行測量與對 比運(yùn)算。另一方面， 一根光纖40的接收面面向容置空間而被固定連接于輸 出部C，另一端則連接至光譜能量分析儀50。 '
利用置于輸出部C處的光纖40把極小部分的光通量導(dǎo)入光譜能量分析 儀50中，得到待測LED 30的光譜能量分布SLED(A)，則各個(gè)太陽能電池 的短路光電流
In,m:ASLED(A隊(duì),m(A)d入.....................(3)
因此對應(yīng)第n,m個(gè)太陽能電池量到的LED部份光通量 9n,raF A SLED(入)d入
=In,m A SLED(人)d入/ A SLED(入)Rn,m(人)d入…(4)
經(jīng)由光譜能量分析儀50所得到的待測LED 30的光譜能量分布，通過 光譜能量分析儀50與處理器60之間的傳送裝置90將光譜能量分布匯入處 理器60，并與各個(gè)太陽能電池測得的LED部份光通量整合成待測LED的全光通量
『、m9n,m..............................(5)
由上述公式推導(dǎo)得知，必須先校正得到各太陽能電池的光譜反應(yīng)系數(shù)
Rrx，m(A)，存入處理器60中，并且依據(jù)由光譜能量分析儀50中實(shí)時(shí)得到的
待測光棒32中LED的光譜S^D(A),輸入處理器60中，對光電池所對應(yīng) 的光通量進(jìn)行補(bǔ)償加權(quán)運(yùn)算，最后相加，即可得到待測光棒32的全部光通 量，單位為瓦特(watt)。
如果要換算為可見光功率單位流明(lumen)必須利用CIE所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) 視函數(shù)V(A)來換算，其為
cpv(lm)=680 / V(入)SLED(入)d入..........................................(6)
因此LED的全部光通量為
n,m In^m A SLED( A )V(入)d入/ A SLED(入)R ，m(入)d入…(7)
圖5:及圖6為圖4實(shí)施例的剖面及后視圖，由于光接收裝置10在對應(yīng) 輸送裝置運(yùn)行部分形成有一空缺區(qū)80，恰可容輸送裝置運(yùn)行。如上所述， 當(dāng)待測光棒32位于該光接收裝置10中時(shí)，由輸送裝置20上的置放座202 送能給該待測光棒32，使其發(fā)光以進(jìn)行測試。
圖7為本實(shí)用新型第二較佳實(shí)施例的側(cè)視圖，當(dāng)待測光源例如LED在 制造工藝上更穩(wěn)定時(shí)，各發(fā)光組件所發(fā)光譜穩(wěn)定度提升，對于要求較不嚴(yán) 格的產(chǎn)品，便可省略前述實(shí)施例中的光譜能量分析儀而以固定預(yù)定的參考 組件的光譜進(jìn)行演算即可。 一方面更降低檢測設(shè)備的造價(jià)，同時(shí)使其結(jié)構(gòu) 更簡單，占用空間更少。
本實(shí)施例中，上述光接收裝置IO，為單一片的平板型太陽能電池，且光 接收裝置10'與置放座202'距離是使當(dāng)該待測LED 30發(fā)光時(shí)、照射至光接 收裝置收裝置10'因?yàn)槌室黄矫鏍顟B(tài)，所以僅需固定同一位置無需變動方向。當(dāng)輸 送裝置20，將承載有多個(gè)通過置放座202，供能的待測LED 30移動至光接收 裝置10'下方進(jìn)行光通量檢測時(shí)，此時(shí)經(jīng)由光接收裝置10'將光能轉(zhuǎn)換成電 能，通過裝設(shè)在光接收裝置IO，一端的傳輸裝置70，傳送電能至另一端的處 理器60'。
圖8至10為本實(shí)用新型全光通量檢測設(shè)備第三較佳實(shí)施例的運(yùn)作狀態(tài) 示意圖。為方便說明，本實(shí)施例以三組光接收裝置IO"為例。分別包括 一具有弧形部分的殼體ll"及組設(shè)于殼體ll"內(nèi)部的薄膜型太陽能電池 12"，利用薄膜型太陽能電池12"的可塑性，構(gòu)成一符合特定需求的光接收 裝置形狀。
當(dāng)輸送裝置20"將承載待測LED 30的置放座202"移動至光接收裝置 IO"下方預(yù)定位置時(shí)，可籠罩待測光源與置放座202"的光接收裝置IO"會向 置放座202"移動至一固定高度而覆蓋住待測LED 30的發(fā)光立體角度。此 時(shí)置放座202"將對待測LED 30供能，使其發(fā)光。同時(shí)光接收裝置IO"將此 光能接收并利用附著于殼體ll"內(nèi)部的薄膜型太陽能光電池12"將光能轉(zhuǎn)換 為電能，由傳輸裝置70"傳導(dǎo)至處理器60"。
如第一實(shí)施例所示，裝設(shè)在光接收裝置10"端的光纖40"已將局部的光 能傳導(dǎo)至光譜能量分析儀50"，經(jīng)光譜能量分析儀50"分析后，將取得的信 息通過無線傳輸?shù)姆绞絺魉椭撂幚砥?0"，并與剛才所接收的電能對比， 產(chǎn)生所需檢測的全光通量。
如圖10所示，完成所有檢測后，光接收裝置IO"會循原途徑回到與輸 送裝置20"保持一預(yù)定距離的起始位置，當(dāng)光接收裝置IO"離開后，輸送裝 置20"則往原預(yù)定方向移動，'將下一批待測LED30送至需檢測的位置，周 而復(fù)始。
由太陽能電池的尺寸與價(jià)格，可使本申請的光接收裝置無論在制造成 本、還是架構(gòu)生產(chǎn)線的便利方面，都大幅優(yōu)于常用積分球；另外，太陽能電池主動接收光能，且?guī)缀跞课赵摴饽?，只要能籠罩待測光源的發(fā)光 立體角度達(dá)一定比例，即可正確推估待測光源的全光通量，無須顧慮待測
物的反射系數(shù)變化等因素，提高檢測結(jié)果的精度；何況結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有相當(dāng) 變化性，更可根據(jù)客戶的需求而改變形狀設(shè)計(jì)，從而增加客戶定制化的彈 性。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能以此構(gòu)成對本實(shí)用新型 保護(hù)范圍的限制，任何依本實(shí)用新型申請權(quán)利要求保護(hù)范圍及說明內(nèi)容所 作的等同變化與修改，仍屬本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍。
權(quán)利要求1.一種具有太陽能電池的光接收裝置的光源全光通量檢測設(shè)備，供測量一組待測光源全光通量，該待測光源具有一個(gè)發(fā)光立體角度，其中該太陽能電池具有一個(gè)受光面，其特征在于，該檢測設(shè)備包括一個(gè)供置放待測光源并對該待測光源供能，使其發(fā)光的置放座；一組光接收裝置，包括至少一片受光面朝向該置放座、且被設(shè)置成覆蓋該待測光源的發(fā)光立體角度達(dá)一預(yù)定比例的太陽能電池，供將待測光源照射至該至少一片太陽能電池的光能轉(zhuǎn)換為電能；及一組接收來自該光接收裝置所轉(zhuǎn)換的電能的處理裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，該光接收 裝置包括多片受光面朝向該置放座、共同圍繞出一個(gè)測試空間的太陽能電 池。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，該光接收 裝置包括一殼體，及設(shè)置于該殼體的一組太陽能電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，該殼體具 有一弧面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，該組太陽 能電池為一片薄膜型太陽能電池。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，更包括一 臺光譜能量分析儀，且該光接收裝置還包括一根傳輸該待測光源所發(fā)部分 光能至該光譜能量分析儀，并一端面向該置放座的光纖。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，更包括一 個(gè)為該至少一片太陽能電池的電池組設(shè)置的殼體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，該殼體具 有一個(gè)弧面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全光通量檢測設(shè)備，其特征在于，該光接收 裝置有一根光纖。
專利摘要一種具有太陽能電池光接收裝置的全光通量檢測設(shè)備，供量測一組待測光源全光通量，該待測光源具有一個(gè)發(fā)光立體角度，其中該太陽能電池具有一個(gè)受光面，該檢測設(shè)備包括一個(gè)供置放待測光源并對該待測光源供能，使其發(fā)光的置放座；一組光接收裝置，包括至少一片受光面朝向該置放座、且被設(shè)置成覆蓋該待測光源的發(fā)光立體角度達(dá)一預(yù)定比例的太陽能電池，供將待測光源照射至該至少一片太陽能電池的光能轉(zhuǎn)換為電能；及一組接收來自該光接收裝置所轉(zhuǎn)換的電能的處理裝置。
文檔編號G01J1/00GK201355305SQ20082011433
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者曾一士, 李靜粼, 王遵義 申請人:中茂電子(深圳)有限公司