光源檢測(cè)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于光源檢測(cè)，特別是關(guān)于光源的空間均勻性(spatial uniformity)和時(shí)間穩(wěn)定性(temporal stability)的具有補(bǔ)償因子的低誤差檢測(cè)裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣質(zhì)量或厚度(air mass,簡稱AM)是用來量化(quantify)地表接收到太陽光「輻照度」(irradiance，單位為瓦特/平方公尺[W/m2])的一個(gè)概念。太陽于正上方垂直地表方向入射時(shí)，假設(shè)光穿透的大氣層厚度為1，則地表的光照條件記為AM1，此太陽光的輻照度能量約為1366W/m2。由于地球人口多集中于溫帶或亞熱帶緯度地方，太陽光實(shí)際入射角是以傾斜角度照射地面，國際標(biāo)準(zhǔn)中定義這些地區(qū)平均所受的光照條件為AM1.5G，代表太陽光與地面垂直線的夾角約呈48度傾斜入射，也就是光約當(dāng)穿透了 1.5倍厚度的大氣層，其中G(global)表不考慮了光的散射因素；AM1.5G時(shí),太陽光的福照度能量約為963.75W/m2。為測(cè)量計(jì)算方便，通常將AM1.5G計(jì)為1000W/m2。
[0003]測(cè)量太陽電池(solar cell或photovoltaic cell)的發(fā)電效率時(shí),通常需在實(shí)驗(yàn)室中以太陽仿真器(solar simulator)重現(xiàn)AM1.5G的標(biāo)準(zhǔn)太陽光條件,作為人造的標(biāo)準(zhǔn)光源。太陽仿真器受制于燈泡、透鏡、鏡組的損耗或缺陷，隨使用時(shí)間而產(chǎn)生誤差或變異量，因而需定期校正或維修。為確保太陽仿真器的性能，國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60904-9針對(duì)太陽仿真器性能檢測(cè)，建議應(yīng)考慮:光譜合致度(spectral match)、光源照明平面的輻照度的不均勻度(空間均勻性)和光源隨時(shí)間變化的幅度(時(shí)間穩(wěn)定性)，對(duì)太陽仿真器進(jìn)行A、B、C三個(gè)等級(jí)的性能分類。其中，空間均勻性建議將光源的照明平面至少等分為64個(gè)等面積區(qū)，測(cè)量各等分區(qū)的數(shù)據(jù)。然而實(shí)際上區(qū)的數(shù)目可能高達(dá)數(shù)百，在目前實(shí)驗(yàn)室仍以人工和少量的昂貴傳感器檢驗(yàn)太陽仿真器的現(xiàn)實(shí)下空間均勻性的測(cè)量顯得曠時(shí)費(fèi)工，且更嚴(yán)重的是光源長時(shí)間使用時(shí)，光源的不穩(wěn)定性會(huì)造成前后測(cè)量期間數(shù)據(jù)隨之浮動(dòng)而失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問題，本發(fā)明旨在提供一種光源檢測(cè)裝置與方法，用于自動(dòng)測(cè)量光源的空間均勻性和時(shí)間穩(wěn)定性，特別是測(cè)量前者時(shí)，通過實(shí)時(shí)補(bǔ)償以消除光源隨時(shí)間變化的負(fù)面影響。
[0005]本發(fā)明提供的光源檢測(cè)裝置，包含:第一感光模塊、第二感光模塊、移動(dòng)模塊和處理模塊。第一感光模塊于第一時(shí)段于第一位置接收光源產(chǎn)生的光，以產(chǎn)生第一基準(zhǔn)信號(hào)，并于第二時(shí)段于第一位置接收光源產(chǎn)生的光，以產(chǎn)生第一測(cè)量信號(hào)。第二感光模塊設(shè)于移動(dòng)模塊上，用以于第二時(shí)段于第二位置接收光源產(chǎn)生的光，以產(chǎn)生第二測(cè)量信號(hào)。移動(dòng)模塊用以使第二感光模塊相對(duì)第一感光模塊進(jìn)行一維度或二維度的移動(dòng)。處理模塊耦接并用以驅(qū)動(dòng)移動(dòng)模塊，且用以依據(jù)第一基準(zhǔn)信號(hào)、第一測(cè)量信號(hào)以及第二測(cè)量信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)第二位置的第一終值。在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供的光源檢測(cè)裝置還包含測(cè)量模塊，測(cè)量模塊耦接第一感光模塊、第二感光模塊和處理模塊，用以接收前述信號(hào)以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值或測(cè)量值。
[0006]本發(fā)明提供的光源檢測(cè)方法包含:于第一時(shí)段和第二時(shí)段于第一位置接收光源產(chǎn)生的光，以分別產(chǎn)生第一基準(zhǔn)信號(hào)和第一測(cè)量信號(hào)；選擇性地于第二時(shí)段于第二位置接收光源產(chǎn)生的光，以產(chǎn)生第二測(cè)量信號(hào)；以及依據(jù)第一基準(zhǔn)信號(hào)、第一測(cè)量信號(hào)以及第二測(cè)量信號(hào)，計(jì)算對(duì)應(yīng)第二位置的修正補(bǔ)償值為第一終值。在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供的光源檢測(cè)方法還包含依據(jù)前述信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值或測(cè)量值，而第一終值等于第二測(cè)量值乘以第一基準(zhǔn)值除以第一測(cè)量值。
[0007]綜上所述，本發(fā)明提供的光源檢測(cè)裝置與方法以不同時(shí)段測(cè)量的第一測(cè)量信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)的關(guān)系為一個(gè)補(bǔ)償因子，并用此因子修正第二測(cè)量值。由于第一和第二測(cè)量信號(hào)是在同時(shí)段取得，本發(fā)明的補(bǔ)償修正具有實(shí)時(shí)性。在裝置設(shè)計(jì)上，本發(fā)明只需兩個(gè)感光模塊且可自動(dòng)控制第二感光模塊的位置，有助于顯著減少制造成本和檢測(cè)所需時(shí)間。在其他實(shí)施例中，本發(fā)明提供的光源檢測(cè)裝置還可包含一或多個(gè)第三感光模塊平行測(cè)量，第二和第三感光模塊間可有另一個(gè)補(bǔ)償因子修正其測(cè)量值。
[0008]以上的關(guān)于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的說明及以下的實(shí)施方式的說明用以示范與解釋本發(fā)明的精神與原理，并且提供本發(fā)明的專利權(quán)利要求更進(jìn)一步的解釋。
【附圖說明】
[0009]圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例光源檢測(cè)裝置的高階方塊圖。
[0010]圖2是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例第一感光模塊、第二感光模塊和移動(dòng)模塊的配置不意圖。
[0011]圖3是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例移動(dòng)模塊的立體圖。
[0012]圖4是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例第一感光模塊、第二感光模塊、多個(gè)第三感光模塊和移動(dòng)模塊的配置示意圖。
[0013]圖5是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例第一測(cè)量信號(hào)、第二測(cè)量信號(hào)和有效測(cè)量時(shí)段的示意圖。
[0014]圖6是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例光源檢測(cè)方法的流程圖。
[0015]【符號(hào)說明】
[0016]I 光源檢測(cè)裝置；
[0017]11第一感光模塊；
[0018]12第二感光模塊；
[0019]13第三感光模塊；
[0020]14移動(dòng)模塊；
[0021]141 第一軌道；
[0022]142 第二軌道；
[0023]143 載臺(tái)；
[0024]15測(cè)量模塊；
[0025]16處理模塊；
[0026]41照光范圍；
[0027]42有效范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下在實(shí)施方式中詳細(xì)敘述本發(fā)明的詳細(xì)特征以及優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)容足以使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，且依據(jù)本說明書所揭露的內(nèi)容、權(quán)利要求及附圖，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易地理解本發(fā)明相關(guān)的目的及優(yōu)點(diǎn)。以下的實(shí)施例是進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的觀點(diǎn)，但非以任何觀點(diǎn)限制本發(fā)明的范疇。
[0029]請(qǐng)同時(shí)參見圖1和圖2。圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例光源檢測(cè)裝置的高階方塊圖。如圖1所示，光源檢測(cè)裝置1，包含:第一感光模塊11、第二感光模塊12、移動(dòng)模塊14(詳見圖3說明)、測(cè)量模塊15和處理模塊16。第一感光模塊和第二感光模塊可以是任何光電轉(zhuǎn)換元件，例如光電二極管(photod1de)、太陽電池(solar cell或photovoltaiccell)或電荷稱合元件(charge-coupled device,簡稱CO))。第一感光模塊和第二感光模塊的規(guī)格不一定相同，也無需米用同樣的光電轉(zhuǎn)換原理；由于第一感光模塊屬參考性質(zhì)，實(shí)際上可以選用較平價(jià)的元件。測(cè)量模塊15可包含模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analogue/digitalconverter)、數(shù)字多功能電表(digital multimeter)或數(shù)據(jù)掘取卡(data acquisit1nhardware)等。處理模塊16則具運(yùn)算、存儲(chǔ)和控制移動(dòng)模塊14等功能,可用一臺(tái)電腦實(shí)現(xiàn)。圖2是第一感光模塊11、第二感光模塊12和移動(dòng)模塊14的配置示意圖。光源檢測(cè)裝置I適用的對(duì)象包含但不限于平面光源。以檢測(cè)平面光源為例，光源檢測(cè)裝置I置于光源的照光范圍41內(nèi)。有效范圍42與照光范圍41相對(duì)，有效范圍42指的是此光源用于對(duì)太陽電池評(píng)價(jià)時(shí)，真正被使用的光源平面區(qū)域。
[0030]固定的第一感光模塊11首先于第一時(shí)段在第一位置依其所接收的光，產(chǎn)生第一基準(zhǔn)信號(hào)。接著處理模塊16驅(qū)動(dòng)移動(dòng)模塊14將第二感測(cè)元件12移動(dòng)至第二位置。第二位置在光源檢測(cè)裝置I即為有效范圍42之中，由于有效范圍42內(nèi)的光源才是本發(fā)明的檢測(cè)重點(diǎn)，第二位置必須落在其中，但第一位置只要在照光范圍41內(nèi)即可。第二感測(cè)模塊12于第二時(shí)段在第二位置依其所接收的光產(chǎn)生第二測(cè)量信號(hào)；同時(shí)，在第一位置第一感光模塊11也產(chǎn)生第一測(cè)量信號(hào)。第二感測(cè)模塊12也可于第一時(shí)段受光產(chǎn)生信號(hào)。此信號(hào)的功能非屬本發(fā)明的范疇，但舉例而言可配合第一基準(zhǔn)信號(hào)提供更可信的基準(zhǔn)值。上述的第一基準(zhǔn)信號(hào)、第一測(cè)量信號(hào)和第二測(cè)量信號(hào)為測(cè)量模塊15所接收，并分別產(chǎn)生第一基準(zhǔn)值、第一測(cè)量值和第二測(cè)量值。這些信號(hào)的性質(zhì)乃視產(chǎn)生信號(hào)的感光模塊采用的光電轉(zhuǎn)換原理而定；舉例來說，信號(hào)可以是光電流(photocurrent),而基準(zhǔn)值或測(cè)量值以毫安(mA)表示；或照度(illuminat1n intensity),基準(zhǔn)值或測(cè)量值以勒克斯(Iux)表示；或國際單位制的亮度單位的物理量表示。本發(fā)明并不限定測(cè)量模塊15產(chǎn)生基準(zhǔn)值或測(cè)量值的方式；舉例而言，將第一基準(zhǔn)信號(hào)視為一個(gè)定義域(domain)為第一時(shí)段的時(shí)間序列(time series),則第一基準(zhǔn)值可以是此時(shí)間序列的平均值或中位數(shù)。
[0031]最后，處理模塊16依據(jù)這些值計(jì)算第二位置上經(jīng)補(bǔ)償修正的測(cè)量值，也就是第一終值。在一實(shí)施例中，補(bǔ)償因子是第一基準(zhǔn)值和第一測(cè)量值的比值，而第一終值等于第二測(cè)量值乘以補(bǔ)償因子。一臺(tái)平面光源整體的輻照度可能會(huì)在半小時(shí)間增加2%至5%，而這個(gè)算法的意義即在于逆轉(zhuǎn)光源隨時(shí)間的變化。以較先的測(cè)量為依歸，則通過在同一位置取得先后兩個(gè)值(第一基準(zhǔn)值和第一測(cè)量值)，可知這段時(shí)間整體輻照度的變化幅度，并據(jù)此修正其他位置上的數(shù)據(jù)(第二測(cè)量值)。
[0032]請(qǐng)參見圖3。圖3是依據(jù)一實(shí)施例移動(dòng)模塊14的立體圖。如圖3所示，移動(dòng)模塊14包含第一軌道141、第二軌道142和載臺(tái)143。載臺(tái)143用以承載第二感光模塊12，并可在第一軌道141上沿一平面的第一維度滑動(dòng)。第一軌道141則可在第二軌道上沿同一平面的第二維度滑動(dòng)。移動(dòng)模塊14可能包含受處理模塊16控制的電動(dòng)機(jī)(motor，未標(biāo)示)，用以曳引載臺(tái)143與第一軌道141。移動(dòng)模塊14也可由機(jī)器手臂配合適當(dāng)?shù)膴A持器具替換。
[0033]圖3中的載臺(tái)143可輕易地被延伸或復(fù)制以承載更多的感光模塊。如圖4所示，在此實(shí)施例中，移動(dòng)模塊14的第一軌道141上分布了第二感光模塊12和四個(gè)第三感光模塊13，涵蓋有效范圍42的寬度。請(qǐng)注意第二感光模塊12和第三感光模塊13實(shí)