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专利名称：具有太阳能电池的光接收装置的光源全光通量检测设备的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种光源全光通量检测设备，特别是一种太阳能电池光 接收装置及具有该装置的全光通量检测设备。
背景技术：
光源的全光通量(Total Luminous Flux，单位:lumen)是应用时的一个重 要参数，尤其是在例如发光二极管(LED)以蓝光或紫光LED作为白光LED 光源的应用时，更是必须考虑的重要数值。按照CIE的标准，其全光通量 大小的测量，必须如图1所示，将待测LED 2置于一个足够大积分球(Optical Integrating Sphere) 1内的某一处，使得置于其内部的待测光源如LED 2所 发出的光均匀地分布在积分球1内部，让所发光经由积分球1输出部B处 的光纤4输出至光谱能量分析仪(Spectrometer)5中，从而得到LED 2待测 光的光谱能量响应ILED( A )。
撤除待测光源后，另外利用一个已知亮度为E(A)的标准光源6，将所 发光束通过一个光栏7，其开口大小为A0。所发光束经由积分球l的输入 部A射入积分球1，同样经输出部B与光纤4将积分球1内所均匀化的光 能传送至光谱能量分析仪5中，从而得到标准光源的光谱能量响应为 Iext(A)。经过此种校正过的标准光源对比，才能得到待测光源的全光通量
仇ED为
(pLED=k /入A0E( A )ILED(入)/Iext( A )"
式(1)中k为考量积分球1不均匀度、及内部遮板3所引起的不对称 性的校正系数。
此种测量结构，不管如何将待测光源置放进积分球，以及每次测量完毕，如何将测毕的光源取出，都会造成测量速度的门槛限制；此夕卜，积分 球1内，还需要额外设置遮板3，又使得结构相对复杂；而积分球1的尺 寸有限制，也使得整体检测设备体积无法縮减，造成此方法一般只在实验 室中测量使用，并不适用于一般生产线。
为简化结构、提升测试效率，如图2所示的真正用于生产线上、检测 待测发光组件的公知全光通量测试设备，会选择将待测光源，例如LED2' 置于积分球l'外，并且另形成一光输入部A'，故被称为双开口积分球l'。 此输入部A，的尺寸必须足够将待测LED 2'朝各方向发出的光能全部纳入 积分球1'中。此外，为防止由输入部A'进入的光直接入射到输出部B'，在 输入部A，与输出部B，间设置有内部遮板3'，由输出部B，溢出的光，则同 样经由光纤4'导入光谱能量分析仪5'内。
其中，如图3的放大示意图所示，输入部A'将待测LED2'的光有效纳 入积分球l，的纳入角为0 =tan-l(r/h)，其中h为LED 2'与积分球l，的距 离，r为输入部A，的半径。假设LED的光场呈cos 6分布，则当纳入角0 =78.69°时，纳入积分球的总能量占总发光能量的(l-cos2 9)=96.1%，也就 是说有3.9%的能量未被纳入。依照上式计算，此时r/h-5，亦即当1^2cm 时，r至少为10cm，使得积分球l，的直径大小至少必须为60cm以上；最 好直径能有一米左右，才能让待测LED 2'发光均匀分布。
如上所述，若待测LED2，所发的光，大部分经由输入部A，射入积分球 l',并且均匀分布，则利用已经校正好的积分球反射频谱响应R(A)，加权 计算LED的光谱能量响应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为校正系数，其中包括积分球l，的通过比率(throughput)、积
分球的不均匀度及积分球r开口未纳入量比例等修正因子。
然而，利用此方法测量，仍将面临下列两个棘手问题
i.积分球r开口的未纳入量，如果待测光源的光场并不是cos e分布，则其校正值将有较大的误差值；尤其当待测光源是例如白炽灯或萤光 灯等发光角度朝向四面八方者，误差更是无法忽视。 2. 由输入部A，输入的光通量，将分别由输出部B，与输入部A，输出，且 考虑两者的面积比。定义A"、 B"分别为输入及输出部的截面积，因输 入部A'截面积A"远大于输出部B'截面积B"，假设积分球l'的反射系 数为100%，则待测光源LED 2'的光通量cp中的A，7(A"+B")比率部分， 将由输入部A'处反射回到LED 2'待测物组件一边，粗略估计其反射量 几乎达90%以上。而此反射回到组件的光通量，部分将再反射回到积 分球1，内，但需视待测LED2'组件的表面状况不同而有所差异，即使 仅假设变异量为10%，都将对LED光通量的测量造成9n/。的变异，造 成测量精度的重大难点。
换言之，要正确测量待测发光组件的全光通量，又要考虑生产线的迅 速与待测发光组件的出入便利，而使用现行光传感器，又受限于其尺寸大 小而组合不易，且价格因而大幅提高；因此，无疑造成生产制造发光组件 与使用发光组件厂商的两难困境。

实用新型内容
因此，本实用新型的一个目的，在于提供一种结构简单、占用空间有 限的全光通量检测设备。
本实用新型的另一个目的，在于提供一种可正确补偿频谱响应的测量 误差，使检测误差值降低的全光通量检测设备。
本实用新型的再一个目的，在于提供一种制造成本低廉、降低发光组 件测试成本的全光通量检测设备。
本实用新型的又一个目的，在于提供一种可根据不同待测物的需求， 提供不同结构的全光通量检测设备。
本实用新型的又另一个目的，在于提供一种对于发光立体角度覆盖率高，且待测光源易于进出的全光通量检测设备用的具有太阳能电池的光接 收装置。
所以，本实用新型的一种具有太阳能电池光接收装置的全光通量检测 设备，供量测一组待测光源全光通量，该待测光源具有一个发光立体角度， 其中该太阳能电池具有一个受光面，其特征在于，该检测设备包括
一个供置放待测光源并对一该待测光源供能，使其发光的置放座；
一组光接收装置，包括至少一片受光面朝向该置放座、且被设置成覆 盖该待测光源的发光立体角度达一预定比例的太阳能电池，供将待测光源
照射至该至少一片太阳能电池的光能转换为电能；及
一组接收来自该光接收装置所转换的电能的处理装置。 该全光通量检测设备包括一个供置放并向该待测光源供能，使其发光
的置放座及一组处理装置，该待测光源具有一个发光立体角度，且该太阳
能电池具有一个受光面，光接收装置进而包括
至少一片太阳能电池组成的电池组，该太阳能电池的受光面朝向该置
放座、且设置成覆盖该待测光源的发光立体角度达一个预定比例，供将照
射至该至少一片太阳能电池的光能转换为电能、并输出至该处理装置。
本实用新型中提出利用太阳能电池(solar cell photovoltaic)作为光 接收装置， 一方面利用太阳能电池的结构简单、价格适宜，让制造出的设 备具有市场竞争力；另一方面以其低反射、高吸收的特性，有效地测量全 光通量而避免反射问题，提高测量灵敏度；尤其加入了光谱能量响应的补 偿，让测量精度提升。另外，太阳能电池目前有单晶硅(single crystal) 型、多晶硅 (poly crystal) 型、薄膜型 (thin-film amorphous silicon)、 化合物半导体太阳能电池及有机/无机太阳能电池，不仅都可以作为本实用 新型的光接受装置，更能依照各自特性而设计出不同结构，以提供检测的 适应性。由于本实用新型的贡献，得以大幅改善公知检测方式的缺陷，供在生 产线上建立占用空间有限、价格适宜、检测精度良好的待测光源全光通量 检测设备。


图1为一公知检测待测LED组件全光通量测试设备的俯视图； 图2为另一公知检测待测LED组件全光通量测试设备的侧视图； 图3为图2的局部放大示意图4为本实用新型全光通量检测设备用的具有太阳能电池光接收装置 及该设备第一较佳实施例的立体示意图5为本实用新型全光通量检测设备用的具有太阳能电池光接收装置 及该设备第一较佳实施例的侧视剖面示意图6为本实用新型全光通量检测设备用的具有太阳能电池光接收装置 及该设备第一较佳实施例的后视图7为本实用新型全光通量检测设备用的具有太阳能电池光接收装置 及该设备第二较佳实施例的侧视剖面示意图8~10为本实用新型全光通量检测设备用的具有太阳能电池光接收 装置及该设备第三较佳实施例的运作状态示意图
主要组件符号说明
1、 r…积分球
10、 io， 、 io"...光接收装置
102、 104、 106、 108、 110、 112...太阳能电池
2、 2，、 30…待测LED 20、 20，、 20"...输送装置 202、 202，、 202"…置放座4、 4，、 40、 40"...光纤
、50、 50"…光谱能量分析仪
6...标准光源
7…光悉
ll...壳体
12...薄膜型太阳能电池
60、 60，、 60"...处理器
70、 70，、 70"…传输装置
80…空缺区
90…传送装置
A、 A'...输入部
B、 B'、 C…输出部 A"...输入部截面积 B"...输出部截面积
h..丄ED与积分球之间的距离 r…输入部的半径 e…纳入角
具体实施方式
有关本实用新型的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附 图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。为方便说明，本实用新 型的检测设备与光接收装置中的待测光源均以LED为例，当然，其它发光
组件诸如灯泡、灯管亦可采用本实用新型所揭示的结构加以检测。
受限于目前的太阳能电池制作过程，各片硅芯片性能多少有所差异， 其各自的光电转换效率及光谱响应随之有所不同。因此，每一片太阳能电 池都必须独立校准，经过光谱能量分析仪测试，以获得每片太阳能电池的 个别光谱反应系数Rn,m( A )(单位为Amp/Watt，即每瓦光射入可以得到的光 电流量)。其中n表示第n个面上的第m个光电池。由于本结构中，各个太 阳能电池所得的能量将被个别补偿校准，而且各太阳能电池的空间均匀度(Space-uniformity)也经过筛�。�以提供正确测量结果。
图4为本实用新型全光通量检测设备用的具有太阳能电池光接收装置 及该设备第一较佳实施例立体示意图，光接收装置是例如由六片分别位于 上、右、左、前、后、下的太阳能电池102、 104、 106、 108、 110、 112所 共同围绕形成一个容置空间。本实施例中，是以具有多颗LED晶粒的光棒 (light bar)作为待测物，并由输送装置运送，使得待测的光棒被运送至该容 置空间的中心点时，被供能发光。
当然，若待测光源较大，例如为一灯具时，单一片太阳能电池的尺寸 可能无法涵盖单一侧面，每一面都需要更多片太阳能电池才足以组合成上 述光接收装置。
各太阳能电池102、 104、 106、 108、 110、 112的短路光电流(short-circuit photocurrent),各自独立地经由传输装置70输出至处理器60进行测量与对 比运算。另一方面， 一根光纤40的接收面面向容置空间而被固定连接于输 出部C，另一端则连接至光谱能量分析仪50。 '
利用置于输出部C处的光纤40把极小部分的光通量导入光谱能量分析 仪50中，得到待测LED 30的光谱能量分布SLED(A)，则各个太阳能电池 的短路光电流
In,m:ASLED(A队,m(A)d入.....................(3)
因此对应第n,m个太阳能电池量到的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)
经由光谱能量分析仪50所得到的待测LED 30的光谱能量分布，通过 光谱能量分析仪50与处理器60之间的传送装置90将光谱能量分布汇入处 理器60，并与各个太阳能电池测得的LED部份光通量整合成待测LED的全光通量
『、m9n,m..............................(5)
由上述公式推导得知，必须先校正得到各太阳能电池的光谱反应系数
Rrx，m(A)，存入处理器60中，并且依据由光谱能量分析仪50中实时得到的
待测光棒32中LED的光谱S^D(A),输入处理器60中，对光电池所对应 的光通量进行补偿加权运算，最后相加，即可得到待测光棒32的全部光通 量，单位为瓦特(watt)。
如果要换算为可见光功率单位流明(lumen)必须利用CIE所规定的标准 视函数V(A)来换算，其为
cpv(lm)=680 / V(入)SLED(入)d入..........................................(6)
因此LED的全部光通量为
n,m In^m A SLED( A )V(入)d入/ A SLED(入)R ，m(入)d入…(7)
图5:及图6为图4实施例的剖面及后视图，由于光接收装置10在对应 输送装置运行部分形成有一空缺区80，恰可容输送装置运行。如上所述， 当待测光棒32位于该光接收装置10中时，由输送装置20上的置放座202 送能给该待测光棒32，使其发光以进行测试。
图7为本实用新型第二较佳实施例的侧视图，当待测光源例如LED在 制造工艺上更稳定时，各发光组件所发光谱稳定度提升，对于要求较不严 格的产品，便可省略前述实施例中的光谱能量分析仪而以固定预定的参考 组件的光谱进行演算即可。 一方面更降低检测设备的造价，同时使其结构 更简单，占用空间更少。
本实施例中，上述光接收装置IO，为单一片的平板型太阳能电池，且光 接收装置10'与置放座202'距离是使当该待测LED 30发光时、照射至光接 收装置收装置10'因为呈一平面状态，所以仅需固定同一位置无需变动方向。当输 送装置20，将承载有多个通过置放座202，供能的待测LED 30移动至光接收 装置10'下方进行光通量检测时，此时经由光接收装置10'将光能转换成电 能，通过装设在光接收装置IO，一端的传输装置70，传送电能至另一端的处 理器60'。
图8至10为本实用新型全光通量检测设备第三较佳实施例的运作状态 示意图。为方便说明，本实施例以三组光接收装置IO"为例。分别包括 一具有弧形部分的壳体ll"及组设于壳体ll"内部的薄膜型太阳能电池 12"，利用薄膜型太阳能电池12"的可塑性，构成一符合特定需求的光接收 装置形状。
当输送装置20"将承载待测LED 30的置放座202"移动至光接收装置 IO"下方预定位置时，可笼罩待测光源与置放座202"的光接收装置IO"会向 置放座202"移动至一固定高度而覆盖住待测LED 30的发光立体角度。此 时置放座202"将对待测LED 30供能，使其发光。同时光接收装置IO"将此 光能接收并利用附着于壳体ll"内部的薄膜型太阳能光电池12"将光能转换 为电能，由传输装置70"传导至处理器60"。
如第一实施例所示，装设在光接收装置10"端的光纤40"已将局部的光 能传导至光谱能量分析仪50"，经光谱能量分析仪50"分析后，将取得的信 息通过无线传输的方式传送至处理器60"，并与刚才所接收的电能对比， 产生所需检测的全光通量。
如图10所示，完成所有检测后，光接收装置IO"会循原途径回到与输 送装置20"保持一预定距离的起始位置，当光接收装置IO"离开后，输送装 置20"则往原预定方向移动，'将下一批待测LED30送至需检测的位置，周 而复始。
由太阳能电池的尺寸与价格，可使本申请的光接收装置无论在制造成 本、还是架构生产线的便利方面，都大幅优于常用积分球；另外，太阳能电池主动接收光能，且几乎全部吸收该光能，只要能笼罩待测光源的发光 立体角度达一定比例，即可正确推估待测光源的全光通量，无须顾虑待测
物的反射系数变化等因素，提高检测结果的精度；何况结构设计具有相当 变化性，更可根据客户的需求而改变形状设计，从而增加客户定制化的弹 性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，不能以此构成对本实用新型 保护范围的限制，任何依本实用新型申请权利要求保护范围及说明内容所 作的等同变化与修改，仍属本实用新型专利涵盖的范围。
权利要求1.一种具有太阳能电池的光接收装置的光源全光通量检测设备，供测量一组待测光源全光通量，该待测光源具有一个发光立体角度，其中该太阳能电池具有一个受光面，其特征在于，该检测设备包括一个供置放待测光源并对该待测光源供能，使其发光的置放座；一组光接收装置，包括至少一片受光面朝向该置放座、且被设置成覆盖该待测光源的发光立体角度达一预定比例的太阳能电池，供将待测光源照射至该至少一片太阳能电池的光能转换为电能；及一组接收来自该光接收装置所转换的电能的处理装置。
2. 根据权利要求1所述的全光通量检测设备，其特征在于，该光接收 装置包括多片受光面朝向该置放座、共同围绕出一个测试空间的太阳能电 池。
3. 根据权利要求1所述的全光通量检测设备，其特征在于，该光接收 装置包括一壳体，及设置于该壳体的一组太阳能电池。
4. 根据权利要求3所述的全光通量检测设备，其特征在于，该壳体具 有一弧面。
5. 根据权利要求1所述的全光通量检测设备，其特征在于，该组太阳 能电池为一片薄膜型太阳能电池。
6. 根据权利要求1所述的全光通量检测设备，其特征在于，更包括一 台光谱能量分析仪，且该光接收装置还包括一根传输该待测光源所发部分 光能至该光谱能量分析仪，并一端面向该置放座的光纤。
7. 根据权利要求1所述的全光通量检测设备，其特征在于，更包括一 个为该至少一片太阳能电池的电池组设置的壳体。
8. 根据权利要求7所述的全光通量检测设备，其特征在于，该壳体具 有一个弧面。
9. 根据权利要求7所述的全光通量检测设备，其特征在于，该光接收 装置有一根光纤。
专利摘要一种具有太阳能电池光接收装置的全光通量检测设备，供量测一组待测光源全光通量，该待测光源具有一个发光立体角度，其中该太阳能电池具有一个受光面，该检测设备包括一个供置放待测光源并对该待测光源供能，使其发光的置放座；一组光接收装置，包括至少一片受光面朝向该置放座、且被设置成覆盖该待测光源的发光立体角度达一预定比例的太阳能电池，供将待测光源照射至该至少一片太阳能电池的光能转换为电能；及一组接收来自该光接收装置所转换的电能的处理装置。
文档编号G01J1/00GK201355305SQ20082011433
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者曾一士, 李静粼, 王遵义 申请人:中茂电子(深圳)有限公司