專利名稱：分光光譜式量測系統(tǒng)的制作方法
分光光譜式量測系統(tǒng)
技術領域：
本發(fā)明是關于一種量測系統(tǒng)，尤其是一種使波長響應均一化以減少相異波長成分間量測差異的光譜量測系統(tǒng)。
背景技術：
隨著科學技術演進，顯示器等產(chǎn)品不斷推陳出新，且產(chǎn)品性能被持續(xù)改善，無論是光源與顯示畫面的白平衡、演色性是否良好、整體畫面的色度分布，都是關注的標的，因此對于顯示器一類商品，從光源單體、模組、成品等各不同階段，都需要進行大量檢測，光譜分析就是其中重要的一環(huán)。再者，由于各種不同的化學成分分別有其特定的放射光譜與吸收光譜，對于各種氣體排放或水污染，也都可以取樣進行光譜分析，以檢測樣品中是否存在有某些特定化學成分。公知的光譜儀如圖1所示，包含有分光裝置1及光偵測裝置2，其中分光裝置1包括狹縫11、準直鏡12、光柵13、及聚焦鏡14。由狹縫11將入射光中的空間雜光過濾，并透過準直鏡12將穿透狹縫11的入射光準直化地導引至光柵13，由光柵13將入射光依照不同的波長成分而分離成不同的光束，并由聚焦鏡14將來自光柵13的相異波長成分光束依不同波長分別聚焦至光偵測裝置2的不同位置，而由光偵測裝置2依照光束照射的位置，判定所入射光在各不同波長成份的組成比例。但考慮目前光偵測裝置的波長響應關系如圖2所示，對于人眼可見的380至 780nm波長的可見光范圍，將會隨波長的不同而有不同響應系數(shù)，若以波長響應最佳的范圍 480nm 580nm作為100%進行歸一運算(normalization)，則波長響應較差的380nm 480nm(藍光及近紫外光)及580nm 780nm(紅光及近紅外光)范圍處，響應系數(shù)約僅達 30%。當紅光與藍光的波長響應較差時，一般而言，是將該等波長范圍量得的數(shù)據(jù)依照響應系數(shù)進行補償，例如當響應系數(shù)為30%時，便以放大器將量得數(shù)值乘以3. 33倍，但不幸地，儀器本身的誤差值與環(huán)境等雜訊，原本通常被歸為不會因波長不同而造成差異，但在此時，誤差與雜訊將如圖3所示，在此將依照響應數(shù)值量得的訊號依照波長不同標示為響應數(shù)值31、32、33，其中為求補償其波長范圍的低響應值，數(shù)值31與33的誤差與雜訊將與量得的訊號同步被放大例如3. 33倍。如此，獲得的放大后響應數(shù)值31’、33’雖然與數(shù)值32 — 樣大小，但誤差值311、331將明顯比誤差值321增大3. 33倍而形成較大的誤差范圍311’、 331’，進而影響到各波長范圍檢測精密的均勻性，精密的檢測的信賴度將因而大幅降低。因此，若能在不增大誤差范圍的情況下，取得各波長范圍的均衡響應，不僅可提高整體系統(tǒng)線性度，進而提高其色度與輝度的準確度，使檢測更加精準。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的之一在于提供一種藉由影響光的穿透率使得波長響應一致化的光譜量測系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種將波長響應一致化使量測更加精準的光譜量測 系統(tǒng)。依照本發(fā)明揭示的分光光譜式量測系統(tǒng)，供量測一入射光的各頻率成分的能量， 該系統(tǒng)包括一組將一入射光依照頻率分布分解的分光裝置；一組對于不同頻率入射光具 有不同頻率響應的陣列光偵測裝置；及一組具有與該陣列光偵測裝置頻率響應相對應、使 其頻率響應與該陣列光偵測裝置頻率響應的影響互補、并設置于該陣列光偵測裝置入光側(cè) 的響應平坦化濾光裝置。由于本案所揭示的分光光譜式量測系統(tǒng)，是透過響應平坦化濾光裝置，影響各別 不同的光穿透率，降低分光響應較高的波長成分的穿透率，保持響應較差的波長成分具有 高穿透率，使原本響應較佳的波長范圍可與響應較差的波長量測結果均一化，令各種波長 成分的檢測更加精準，而且僅需透過簡單結構即可完成，不需要太多的費用來制作，更可以 對已經(jīng)生產(chǎn)的公知相關結構做簡易的改良即可，從而達成上述各項目的。主要元件符號說明1、4分光裝置11、41 狹縫12、42、42， 準直鏡13光柵14、44、44’ 聚焦鏡2光偵測裝置31、32、33、61、62、63向應數(shù)值31，、33，放大后響應數(shù)值311、321、331、311，、331， 誤差值43、43’分光繞射元件45’鍍膜濾光片5、5’陣列光偵測裝置6、6’響應平坦化濾光裝置50、60曲線

圖1為公知光譜儀分光的示意圖；圖2為圖1光譜儀的分光波長響應的曲線圖；圖3為圖2波長響應產(chǎn)生的誤差與雜訊的曲線圖；圖4為本發(fā)明第一較佳實施例分光光譜式量測系統(tǒng)的分光的示意圖；圖5為圖4分光光譜式量測系統(tǒng)的分光波長響應的曲線圖；圖6為圖5相異波段的量測響應數(shù)值被均一化的曲線圖；及圖7為本發(fā)明第二較佳實施例分光光譜式量測系統(tǒng)以透光式分光的示意圖。
具體實施方式有關本發(fā)明的前述及其他技術內(nèi)容、特點與功效，在以下配合附圖的較佳實施例 的詳細說明中，將可清楚地呈現(xiàn)。請參閱圖4所示本案的第一較佳實施例，光譜儀內(nèi)部結構包括有分光裝置4、陣列 光偵測裝置5、及響應平坦化濾光裝置6，其中分光裝置4更包含有狹縫41、準直鏡42、分光 繞射元件43、及聚焦鏡44，并將待測的樣本所入射的不同波長成分的入射光，經(jīng)由分光裝 置4中的狹縫41，在空間方面過濾雜光，僅容許較窄范圍的光束入射。本例中，隨即于入光位置設一響應平坦化濾光裝置6，且響應平坦化濾光裝置6其材質(zhì)可為塑膠或玻璃等，在本例中是以多片玻璃濾光片組合為一組濾光片組為例。過濾后的入射光受到準直鏡42反射， 準直化地被導引至分光繞射元件43，在本例中例釋為反射式光柵，使得入射光依照不同的波長成分彼此分離成不同的光束照射至聚焦鏡44，再由聚焦鏡44將來自于分光繞射元件 43所分離的各相異波長成分光束，分別聚焦至陣列光偵測裝置5的不同位置上；一維的陣列光偵測裝置5即可由空間解析，獲得各相異波長成分的光強度。請一并參考如圖5及圖6所示，曲線50系表示陣列光偵測裝置5的光譜響應曲線， 上述響應平坦化濾光裝置6則系針對響應值較佳的波長范圍阻隔部份的光透過，使該波段的穿透率降低；相對地，響應值較差的波段則保有較佳的光穿透率，從而構成曲線60的穿透率曲線。由此，原本響應較佳的波長范圍410nm 690nm因穿透率降低，使得整體量得訊號減弱，而原本的響應較差的波長范圍380nm 410nm及690nm 780nm則保有接近原先量測數(shù)值的訊號。藉此，一并參考如圖6所示，因為陣列光偵測裝置5響應系數(shù)高的波段，會受限于響應平坦化濾光裝置6的穿透率降低作為補償，使得各相異波段的量測響應數(shù)值61、62、 63被均一化，而由儀器精密度及環(huán)境雜訊而來的誤差值彼此相近，不會因波長差異而產(chǎn)生區(qū)別，使儀器的準確度從而提升。另方面，即使陣列光偵測裝置5接收光訊號時，摻入有儀器誤差及環(huán)境雜訊，且在實質(zhì)光訊號被降低后，雜訊相對比重增大，然而雜訊一般是隨機發(fā)生，被量測時主要是以交流成分表現(xiàn)，相對于主要呈現(xiàn)為直流成分的實際光訊號，將可經(jīng)由時間累積的效果，使得雜訊互相抵消，以避免訊雜比因而降低。當然，如熟悉本技術領域者所能輕易理解，上述實施例中的許多光學元件均有相類似的替代元件，故請參閱圖7所示本案的第二較佳實施例，其中準直鏡42’及聚焦鏡44’ 均可選擇透光式的凹透鏡或透鏡組，并將分光繞射元件43’設計成穿透式光柵，供入射光依照其頻率成分彼此分離的出射光束；在本例中，響應平坦化濾光裝置6’則采用多層鍍膜濾光片45’的濾鏡，并被選擇設置于陣列光偵測裝置5’之前；陣列光偵測裝置5’則采用二維光偵測器陣列來偵測分光裝置4’所分光束，并且藉由空間方向的累積，同樣解決雜訊的困擾而保有良好的訊雜比。本發(fā)明的分光光譜式量測系統(tǒng)與公知技術相互比較時，是利用影響各別不同光的穿透率，補償原本光偵測裝置的光譜響應不均勻，進一步的使各波長被量測的結果被均一化，使得量測數(shù)據(jù)相對準確，而且僅需透過簡單結構即可完成，不需要大幅提高成本來制作，僅需對于已生產(chǎn)的公知的結構僅行簡易的改良，因此對于已生產(chǎn)的相關設備仍可繼續(xù)再使用，不需將已生產(chǎn)的設備全部淘汰，造成了成本上的損失。以上所述僅本發(fā)明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即凡依本發(fā)明申請權利要求書范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種分光光譜式量測系統(tǒng)，供量測一入射光的各波長成分的能量，其特征在于，該系統(tǒng)至少包括一組將一入射光依照波長分布分解的分光裝置；一組對于不同波長入射光具有不同波長響應的陣列光偵測裝置；及一組具有與該陣列光偵測裝置波長響應相對應、使其波長響應與該陣列光偵測裝置波長響應的影響互補、并設置于該陣列光偵測裝置入光側(cè)的響應平坦化濾光裝置。
2.如權利要求1所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該分光裝置至少包括一個供該入射光入射的狹縫；一個供該入射光準直化導引至分光繞射元件的準直鏡一個將穿透該狹縫光束依照其波長成分彼此分離的分光繞射元件；及一個將來自于該分光繞射元件的各相異波長成分光束分別聚焦至該陣列光偵測裝置上的聚焦鏡。
3.如權利要求2所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該聚焦鏡是一凹面鏡。
4.如權利要求2所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該聚焦鏡是一透鏡。
5.如權利要求2所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該分光繞射元件是一穿透式光柵。
6.如權利要求2所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該分光繞射元件是一反射式光柵。
7.如權利要求2所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該準直鏡是一凹面鏡。
8.如權利要求2所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該準直鏡是一透鏡。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該響應平坦化濾光裝置包括至少一片鍍膜濾光片。
10.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述的分光光譜式量測系統(tǒng)，其特征在于，其中該陣列光偵測裝置是一組一維光偵測器陣列。
全文摘要
一種分光光譜式量測系統(tǒng)，主要包括分光裝置、光偵測裝置及濾光裝置，先由分光裝置將待測的光依照波長分布而分解，并透過濾光裝置預先改變不同波長成分的透光率，使得光偵測裝置光譜響應較高的部份穿透率降低，而光譜響應較低的成分穿透率維持較高，令光偵測裝置所量測得到的各種波長成分被均一化，儀器設備及環(huán)境所造成的誤差不會因為各成分的波長不同，而造成不等量的干擾，而且結構與公知技術相容性高，制造成本增加相當有限，并從而提升光譜量測時的準確度。
文檔編號G01J3/18GK102445271SQ20101050960
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者宋新岳, 林裕軒, 歐聰憲, 潘鼎翔, 簡宏達 申請人:致茂電子(蘇州)有限公司