[实用新型]具有太阳能电池的光接收装置的光源全光通量检测设备

说明书

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(OpticalIntegrating 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(λ)。

撤除待测光源后，另外利用一个已知亮度为E(λ)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1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(λ)。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为

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；此外，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缩减，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LED 2’置于积分球1’外，并且另形成一光输入部A’，故被称为双开口积分球1’。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LED 2’的光有效纳入积分球1’的纳入角为：θ＝tan-1(r/h)，其中h为LED 2’与积分球1’的距离，r为输入部A’的半径。假设LED的光场呈cosθ分布，则当纳入角θ＝78.69°时，纳入积分球的总能量占总发光能量的(1-cos²θ)＝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h＝2cm时，r至少为10cm，使得积分球1’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LED 2’所发的光，大部分经由输入部A’射入积分球1’，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(λ)，加权计算LED的光谱能量响应ILED(λ)，即可得到LED 2’的全光通量

式(2)中k为校正系数，其中包括积分球1’的通过比率(throughput)、积分球的不均匀度及积分球1’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：

1.积分球1’开口的未纳入量，如果待测光源的光场并不是cosθ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1’的反射系数为100％，则待测光源LED 2’的光通量中的A”/(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LED 2’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9％的变异，造成测量精度的重大难点。