專利名稱：光學感測系統(tǒng)及具有此光學感測系統(tǒng)的色彩分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種光學感測系統(tǒng)及具有此光學感測系統(tǒng)的色彩分析儀，尤其是一種可對平面顯示器的光學與色彩特性進行量測的光學感測系統(tǒng)及具有此光學感測系統(tǒng)的色彩分析儀。
背景技術(shù)：
波長范圍380nm至780nm的電磁波可讓人眼產(chǎn)生視覺，稱之為可見光波段。在此波長范圍內(nèi)，人眼可感知各種不同色彩，包括紫、靛、藍、綠、黃、橙與紅等。國際照明委員會(International Commission on Illumination，CIE)于1931年由人眼實驗，制訂一個三刺激值XYZ方式表達各個顏色的色彩值，以量化各色彩相關(guān)裝置，如數(shù)碼相機、顯示器、打印機的色彩呈現(xiàn)。
請參照圖1所示，是一典型色彩分析儀1的示意圖。此色彩分析儀1具有偵測器10與一信號處理主體20。此偵測器10內(nèi)部具有一光學感測系統(tǒng)(未圖標)。此光學感測系統(tǒng)接收來自顯示面板2上的待測區(qū)域MR的光線，并將所接收的光線轉(zhuǎn)換為電訊號。這些電訊號再通過一電纜30傳輸至信號處理主體20進行處理，以分析顯示面板2的光學與色彩特性。
請參照圖2所示，是一典型光學感測系統(tǒng)100的示意圖。此光學感測系統(tǒng)100具有一透鏡120、一光接收裝置140與一取景光學裝置160。其中，光接收裝置140具有一擴散片142、三個光譜修正濾光片144與三個并排的光接收器146。擴散片142位于透鏡120后方的聚焦平面。光譜修正濾光片144位于擴散片142的后方。而三個光接收器146分別位于相對應(yīng)的光譜修正濾光片144的后方。由待測區(qū)域MR所放射的光線，經(jīng)由透鏡120使待測區(qū)域MR成像至擴散片142上，再經(jīng)由光譜修正濾光片144分別為光接收器146所接收。
取景光學裝置160具有一第一光反射面162與一第二光反射面164，其中，第一光反射面162位于透鏡120的光軸A上并且與此光軸A夾有45度角。來自待測區(qū)域MR的光線經(jīng)由第一光反射面162反射至第二光反射面164。再經(jīng)由第二光反射面164的反射使光線平行于光軸A的方向，以利使用者觀察待測區(qū)域MR的范圍。
為了符合量化色彩的呈現(xiàn)，三個光譜修正濾光片144是配合國際照明委員會所定義的XYZ三刺激值，用以使其對應(yīng)的光接收器146的光譜響應(yīng)函數(shù)等效于國際照明委員會所定義的三刺激值函數(shù)。以使三個光接收器146所輸出的電訊號，分別表示待測區(qū)域MR具有的XYZ三刺激值。
值得注意的是，如圖2所示，在待測區(qū)域MR內(nèi)，不同位置所放射的光線能夠進入光學感測系統(tǒng)100而為光接收器146所接收的放射角并不相同。舉例來說，位置P1放射的光線所能為光接收器146所接收的放射角a1，是偏向于顯示面板的法線方向的下方；然而，位置P2放射的光線所能為光接收器146所接收的放射角a2，則偏向于顯示面板的法線方向的上方。對于較不具指向性的傳統(tǒng)陰極射線顯示器，此放射角的差異固然不至影響測量結(jié)果。但是，對于具有明顯指向性的液晶顯示面板及軟性顯示器，此等差異卻可能對于測量結(jié)果的準確性造成顯著影響。
其次，在圖2的光學感測系統(tǒng)100的取景光學裝置160中，第一光反射面162設(shè)置于透鏡120的光軸A。此第一光反射面162的存在顯然降低光接收裝置140所能接收的總光量，而影響光學感測系統(tǒng)100的光量使用率。
請參照圖3所示，是另一典型光學感測系統(tǒng)200的示意圖，此光學感測系統(tǒng)200是揭示于中國臺灣專利第535004號。如圖中所示，此光學感測系統(tǒng)200具有一透鏡220、一光分歧裝置230與一光接收裝置240。此光分歧裝置230具有一個入光面230a與三個出光面230b。其中，入光面230a位于透鏡220的聚焦平面，以接收來自透鏡的光線。而三個出光面230b則是分別對準光接收裝置240的三個光譜修正濾光片244，以提供光線至光接收器246。此外，如圖4所示，此光分歧裝置230是由光纖束構(gòu)成。由入光面230a視之，此光纖束可區(qū)分為六等份A1，A2，A3，A4，A5，A6。其中位于相對側(cè)的部分，例如A1與A4，光纖束是延伸至同一個出光面230b。
值得注意的是，此光分歧裝置230的入光面230a與透鏡220構(gòu)成一遠心光學系統(tǒng)(telecentric optical system)。而使待測區(qū)域MR不同位置所能投射至此入光面230a的光線的放射角b大致相同。因此，前述光學感測系統(tǒng)100所面臨待測區(qū)域MR放射角不一致的問題，并不會出現(xiàn)于此光學感測系統(tǒng)200中。
然而，如圖4所示，由于光分歧裝置230是由光纖束所構(gòu)成，各個圓形的光纖間必然有無法用以傳遞光線的空隙g存在。又，由光纖300的截面觀之，如圖4A所示，光纖300可區(qū)分為纖心(core)310、纖殼(clad)320與外緣的披覆層330。其中，用以傳導(dǎo)光線的纖心310所占的面積，通常僅及于光纖300截面積的四分之一?；诖耍?jīng)由透鏡220投射至入光面230a的光線中，僅有不到四分之一的光量可以投射至光接收器246，而嚴重影響此光學感測系統(tǒng)200的光量使用率。
其次，由于光分歧裝置230必須將數(shù)量龐大的光纖緊密的聚集成束，其制作不易且成本昂貴。若是減少光纖的數(shù)量，固然可以降低制作成本，但卻會增加各個光纖間的空隙g，而導(dǎo)致光量使用率的下降。
因此，在測量的準確性的前提下，如何有效兼顧光量使用率以及制作成本，以面對低亮度量測的需求，已成為當前的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光學感測系統(tǒng)，用于一色彩分析儀中，可以解決待測區(qū)域投射至光學感測系統(tǒng)的光線的放射角不一致的問題，以解決液晶顯示面板具有指向性而不利于測量的困難。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種光學感測系統(tǒng)，用于一色彩分析儀中，可以有效利用進入光學感測系統(tǒng)的光照，以解決低光量量測的困難。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種光學感測系統(tǒng)，用于一色彩分析儀中，該光學感測系統(tǒng)對準至顯示面板上的一待測區(qū)域，用以擷取該待測區(qū)域所放射的光線，該光學感測系統(tǒng)包括一聚光裝置，用以使該待測區(qū)域所發(fā)射的光線中，放射角小于一預(yù)設(shè)角的光線才能會聚于該聚光裝置后方的一聚焦平面；一光勻化裝置，位于該聚焦平面，用以使會聚于該聚焦平面的光線擴散。
該聚光裝置包括一第一透鏡，用以使該待測區(qū)域成像于該透鏡后方的一聚焦平面；一光圈，設(shè)置于該聚焦平面，該光圈具有一孔徑光欄，該待測區(qū)域所放射的光線中，放射角小于一第二預(yù)設(shè)角的光線才能穿過該孔徑光欄而成像于該聚焦平面。
該聚光裝置為一遠心光學系統(tǒng)。
該光勻化裝置為一全像式擴散片。
該光學感測系統(tǒng)更包括一光接收裝置，位于該光勻化裝置的后方，以接受由該光勻化裝置向后投射的光線。
該光接收裝置具有多個并排的光接受器，分別接收部分由該光勻化裝置向后投射的光線，并且，每一個該光接受器的前方，分別搭配有一光譜修正濾光片。
該光接收裝置具有一第二透鏡，該光勻化裝置位于該第二透鏡前方的聚焦平面，該第二透鏡用以將由該光勻化裝置向后投射的所有光線轉(zhuǎn)換為平行光。
該光學感測系統(tǒng)更包括一照明裝置，可移動至該聚光裝置的聚焦平面，以對該待測區(qū)域進行照明。
該光學感測系統(tǒng)更包括一照明裝置，可與該光圈進行切換，以遮蔽來自該待測區(qū)域的光線，并對該待測區(qū)域進行照明。
該光勻化裝置使會聚于該聚焦平面的光線以大于10度的放射角向后投射。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過遠心光學系統(tǒng)的使用，使待測區(qū)域不同位置被光學感測系統(tǒng)所接收的光線具有相同的放射角，以避免液晶顯示面板的指向性對于測量結(jié)果的準確性與再現(xiàn)性造成不利的影響。同時，本發(fā)明使用可移動的照明裝置取代取景光學裝置，以提高光接收器所能接收的總光量。由此，本發(fā)明光學感測系統(tǒng)的光量使用率可以得到提升。


圖1為一典型色彩分析儀的示意圖。
圖2為一典型光學感測系統(tǒng)的示意圖。
圖3為另一典型光學感測系統(tǒng)的示意圖。
圖4為圖3中的光分歧裝置的示意圖。
圖4A為一典型光纖的截面示意圖。
圖5為本發(fā)明三刺激值(three stimulus)型色彩分析儀一較佳實施例的示意圖。
圖5A為圖5的光學感測系統(tǒng)一較佳實施例的示意圖。
圖5B為圖5A中，光接收器的配置一較佳實施例的示意圖。
圖6為本發(fā)明光學感測系統(tǒng)第二較佳實施例的示意圖。
圖7為本發(fā)明光學感測系統(tǒng)第三較佳實施例的示意圖。
圖8為本發(fā)明光學感測系統(tǒng)第四較佳實施例的示意圖。
圖8A為圖8的照明裝置另一較佳實施例的示意圖。
附圖標號色彩分析儀1偵測器10信號處理主體20 光學感測系統(tǒng)100透鏡120光接收裝置140
取景光學裝置160光接收裝置140擴散片142 光譜修正濾光片144光接收器146待測區(qū)域MR第一光反射面162第二光反射面164放射角a1，a2，b光學感測系統(tǒng)200透鏡220光分歧裝置230入光面230a 出光面230b光接收裝置240 光譜修正濾光片244光接收器246光纖300纖心310纖殼320披覆層330 光學感測系統(tǒng)400信號處理主體500聚光裝置420光勻化裝置430 光接收裝置440第一透鏡422光圈424第二透鏡442光譜修正濾光片444光接受器446轉(zhuǎn)輪470光譜修正濾光片472 光偵測器474分光元件482光偵測器484照明裝置450，450’ 切換裝置460具體實施方式
圖5是本發(fā)明三刺激值(three stimulus)型色彩分析儀一較佳實施例的方塊示意圖。此色彩分析儀具有一光學感測系統(tǒng)400與一信號處理主體500。此光學感測系統(tǒng)400對準顯示面板上的待測區(qū)域MR，以擷取來自待測區(qū)域MR的光線并將其轉(zhuǎn)換為電訊號。這些電訊號再通過電纜傳輸至信號處理主體500的進行演算，以對顯示面板的光學與色彩特性進行測量與分析。
圖5A是放大顯示圖5中的光學感測系統(tǒng)400。如圖中所示，此光學感測系統(tǒng)400具有一聚光裝置420、一光勻化裝置430與一光接收裝置440。其中，聚光裝置420用以使此待測區(qū)域所發(fā)出的特定光束會聚于其后方的一聚焦平面FS1。光勻化裝置430位于此聚焦平面FS1，用以使會聚于聚焦平面FS1的光線擴散混合，并在一第一預(yù)設(shè)角x的范圍內(nèi)均勻向后投射。光接收裝置440位于光勻化裝置430的后方，用以接受由光勻化裝置430向后投射的光線。
此聚光裝置420包括一第一透鏡422與一光圈(aperture)424。其中，第一透鏡422用以使待測區(qū)域MR所發(fā)出的特定光束會聚于其后方的聚焦平面FS1。光圈424位于第一透鏡422后方的聚焦平面FS1并對準第一透鏡422的光軸A1。此光圈424的孔徑光欄(aperture stop，AS)遮蔽不必要的光線，以決定能夠進入光勻化裝置430的光線。
值得注意的是，前述聚光裝置420構(gòu)成一遠心光學系統(tǒng)(telecentricoptical system)，而使顯示面板的待測區(qū)域MR所放射的光線中，放射角小于第二預(yù)設(shè)角y的光線，才能穿過孔徑光欄AS而會聚于聚焦平面FS1并進入光勻化裝置430。換言之，此聚光裝置420使待測區(qū)域MR的不同位置所投射進入光勻化裝置的光線，具有相同的放射角y。也因此，本發(fā)明的光學感測系統(tǒng)400可以適用于具有明顯指向性的液晶顯示面板的色彩分析。
此光接收裝置440具有一第二透鏡442、三個并排的光接受器446與三個光譜修正濾光片444。第二透鏡442位于光勻化裝置430的后方并與光勻化裝置430距離一倍此第二透鏡442的焦距f2的距離。也就是說，光勻化裝置430位于第二透鏡442前方的聚焦平面上。光勻化裝置430向后投射的光線經(jīng)由第二透鏡442轉(zhuǎn)換為平行光投射至光譜修正濾光片444與光接受器446。值得注意的是，每一個光接受器446的前方分別配置有一光譜修正濾光片444，而三個光譜修正濾光片444分別對應(yīng)至三刺激值XYZ，以決定光接受器446所能接收的光譜范圍。
為了使投射至各個光譜修正濾光片444的光量盡量相同，由第二透鏡442的光軸A2方向觀之，如圖5B所示，三個并排的光接受器446與其相對應(yīng)的光譜修正濾光片444，以第二透鏡442的光軸A2為對稱中心排列。
此光勻化裝置430可以是一個全像式擴散片(holographic diffuser)，以使會聚于聚焦平面的光線充分擴散混合于第一預(yù)設(shè)角x的范圍內(nèi)向后投射。除因此元件的特性，使擴散后的光量得以在空間分布上，得到均勻化的效果；也因此元件光接受面的直徑較小于第二透鏡442的直徑，可將此元件視為將其接收面所接收到的光量，重新以一接近理想點光源的方式向后擴散，而使均勻化的效果更佳。又，為了使光勻化裝置430向后投射的光線盡量為光接受器446所接收。此第一預(yù)設(shè)角x的角度必須配合第二透鏡442的尺寸與其焦距距離f2而調(diào)整，此外，此第一預(yù)設(shè)角x的角度也可能因光勻化裝置所應(yīng)用的手段不同而有所變化。但就本發(fā)明的較佳實施例而言，第一預(yù)設(shè)角x是大于10度，且最好是介于15度至25度。
值得注意的是，前述全像式擴散片僅是本發(fā)明光勻化元件的一較佳實施例。本發(fā)明的光勻化裝置也可使用光纖、光纖束、光導(dǎo)管或材質(zhì)、形狀、構(gòu)造相類似的光學元件實現(xiàn)。舉例來說，可將光纖及光纖束依照全像式擴散片外觀及直徑大小作類似的排列，以近似于全像式擴散片的設(shè)計來達到集中光量并且使光線以特定角度向后放射的目的；而光導(dǎo)管除可采用與上述的設(shè)計方式外，也可使用一漏斗狀光導(dǎo)管，其入光面的面積對應(yīng)于前述全像式擴散片，而出光面的面積對應(yīng)于第二透鏡442。
請參照圖6所示，為本發(fā)明光學感測系統(tǒng)第二較佳實施例的示意圖。相較于圖5A的實施例，使用三個光譜修正濾光片444與三個光偵測器446以接收對應(yīng)至XYZ三刺激值的光訊號，本實施例是使用轉(zhuǎn)輪470并搭配發(fā)光二極管、線型及面型電荷耦合元件(CCD)等相關(guān)光偵測器474。如圖中所示，此轉(zhuǎn)輪470上配置有對應(yīng)至XYZ三刺激值的光譜修正濾光片472。通過轉(zhuǎn)輪470轉(zhuǎn)動，即可使光偵測器474依序記錄對應(yīng)至XYZ三刺激值的光譜。值得注意的是，此轉(zhuǎn)輪470除了可以設(shè)置于第二透鏡442的前方外，也可設(shè)置于第二透鏡442的后方。
請參照圖7所示，為本發(fā)明光學感測系統(tǒng)第三較佳實施例的示意圖。本實施例是使用分光元件482以取代光譜修正濾光片472。分光元件482，如光柵等，可將入射光依照波長區(qū)分為不同出射角度的出射光，再搭配適當?shù)墓鈧蓽y器484偵測這些出射光，即可取得對應(yīng)至XYZ三刺激值的光譜。
為了方便使用者確認光學感測系統(tǒng)400的偵測位置，亦即顯示面板上的待測區(qū)域MR的所在，在本發(fā)明光學感測系統(tǒng)的第四實施例中，如圖8所示，裝設(shè)有一可移動的照明裝置450。此照明裝置450可移動至第一透鏡442后方的聚焦平面FS1并對準第一透鏡的光軸A1方向，以對待測區(qū)域MR進行照明。就一較佳實施例而言，當此照明裝置450對待測區(qū)域MR進行照明時，來自待測區(qū)域MR的光線是受到遮蔽而無法進入光勻化裝置430。此外，如圖8所示，照明裝置450與光圈424是于一切換裝置460上，通過切換裝置460的切換動作，以決定要對待測區(qū)域MR進行照明，或是使來自待測區(qū)域MR的光線進入光勻化裝置430。又就此照明裝置的另一較佳實施例而言，如圖8A所示，此光圈424與照明裝置450’可以分開設(shè)置。其中，光圈424的位置固定，僅照明裝置450’可移動以決定是否要對待測區(qū)域MR進行照明。
相較于圖2的傳統(tǒng)光學感測系統(tǒng)，本發(fā)明通過遠心光學系統(tǒng)的使用，使待測區(qū)域MR不同位置被光學感測系統(tǒng)100所接收的光線具有相同的放射角，以避免液晶顯示面板的指向性對于測量結(jié)果的準確性與再現(xiàn)性造成不利的影響。同時，本發(fā)明使用可移動的照明裝置450取代圖2的取景光學裝置160，以提高光接收器446所能接收的總光量。由此，本發(fā)明光學感測系統(tǒng)的光量使用率可以得到提升。
相較于圖3的傳統(tǒng)光學感測系統(tǒng)200，本發(fā)明通過光勻化裝置430的使用，而不需使用高制作成本的光分歧裝置230，因而可以大幅降低的制作成本。其次，雖然光線在光分歧裝置230的光纖內(nèi)是以全反射的方式提供至光接收器246，但是，僅有不到四分之一的光線可以進入光纖的纖心(請同時參照圖4與圖4A)。相較之下，在本發(fā)明的光學感測系統(tǒng)400中，穿過光圈424的光線充分提供至全像式擴散片，再提供至光接收器446，因而可以提供較佳的光量使用率。
雖然本發(fā)明已以具體實施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本專利涵蓋之范疇。
權(quán)利要求
1.一種光學感測系統(tǒng)，用于一色彩分析儀中，該光學感測系統(tǒng)對準至顯示面板上的一待測區(qū)域，用以擷取該待測區(qū)域所放射的光線，其特征在于該光學感測系統(tǒng)包括一聚光裝置，用以使該待測區(qū)域所發(fā)射的光線中，放射角小于一預(yù)設(shè)角的光線才能會聚于該聚光裝置后方的一聚焦平面；一光勻化裝置，位于該聚焦平面，用以使會聚于該聚焦平面的光線擴散。
2.如權(quán)利要求1所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該聚光裝置包括一第一透鏡，用以使該待測區(qū)域成像于該透鏡后方的一聚焦平面；一光圈，設(shè)置于該聚焦平面，該光圈具有一孔徑光欄，該待測區(qū)域所放射的光線中，放射角小于該預(yù)設(shè)角的光線才能穿過該孔徑光欄而成像于該聚焦平面。
3.如權(quán)利要求1所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該聚光裝置為一遠心光學系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該光勻化裝置為一全像式擴散片。
5.如權(quán)利要求1所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該光學感測系統(tǒng)更包括一光接收裝置，位于該光勻化裝置的后方，以接受由該光勻化裝置向后投射的光線。
6.如權(quán)利要求5所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該光接收裝置具有多個并排的光接受器，分別接收部分由該光勻化裝置向后投射的光線，并且，每一個該光接受器的前方，分別搭配有一光譜修正濾光片。
7.如權(quán)利要求5所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該光接收裝置具有一第二透鏡，該光勻化裝置位于該第二透鏡前方的聚焦平面，該第二透鏡用以將由該光勻化裝置向后投射的所有光線轉(zhuǎn)換為平行光。
8.如權(quán)利要求1所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該光學感測系統(tǒng)更包括一照明裝置，可移動至該聚光裝置的聚焦平面，以對該待測區(qū)域進行照明。
9.如權(quán)利要求2所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該光學感測系統(tǒng)更包括一照明裝置，可與該光圈進行切換，以遮蔽來自該待測區(qū)域的光線，并對該待測區(qū)域進行照明。
10.如權(quán)利要求1所述的光學感測系統(tǒng)，其特征在于該光勻化裝置使會聚于該聚焦平面的光線以大于10度的放射角向后投射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種色彩分析儀，其具有一光學感測系統(tǒng)，對準至顯示面板上的待測區(qū)域以擷取待測區(qū)域所放射的光線。此光學感測系統(tǒng)包括一聚光裝置、一光勻化裝置與一光接收裝置。其中，聚光裝置用以使此待測區(qū)域所發(fā)出的特定光束會聚于其后方的一聚焦平面。光勻化裝置位于此聚焦平面，用以使會聚于聚焦平面的光線擴散混合，并在一第一預(yù)設(shè)角的范圍內(nèi)均勻向后投射。光接收裝置位于光勻化裝置的后方，用以接受由光勻化裝置向后投射的光線。
文檔編號G09G3/00GK101059396SQ20061007596
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者管繼正, 宋新岳, 簡宏達, 林孟麒, 林志忠 申請人:致茂電子股份有限公司