TWI736222B - 光穿透率的測量方法 - Google Patents

Abstract

一種光穿透率的測量方法，包含下列步驟：主光源的光線自積分球的第一入光口入射，測量通過積分球的出光口的第一入射光通量；校正光源的光線自積分球的第二入光口入射，測量通過出光口的第一校正光通量；將待測樣品置於第一入光口的外側，測量通過出光口的第二校正光通量；主光源的光線通過待測樣品自第一入光口入射，測量通過出光口的第二入射光通量；依第一校正光通量與第二校正光通量取得校正係數，並將第二入射光通量與第一入射光通量的比值乘上校正係數，得到一光穿透率。藉此，可得到準確的光穿透率。

Description

光穿透率的測量方法

本發明係與光穿透率測量有關；特別是指一種使用積分球的光穿透率的測量方法。

圖1所示為習用的光穿透率測量系統100，包含一積分球101、一光源102與一光測量裝置103，該積分球101具有一入光口101a與一出光口101b，該光源102的光線自該入光口101a入射至該積分球101內部，該光測量裝置103連接於該出光口101b，以測量通過該出光口101b的光通量。待測樣品104置於該入光口101a的外側。習用的光穿透率τ的計算式如下：τ=(Φs/Φi)，其中，Φs為放置待測樣品104時的光通量，Φi為未放置待測樣品104時的光通量。

習用的光穿透率測量系統100所測得的光穿透率並不準確，究其原因在於，當有放置待測樣品104時，積分球101內部被反射至該入光口的光線有一部分會被待測樣品104反射回積分球101內部(如圖1中虛線所示)，如此將會造成光通量Φs增加，因此，經由上述計算式計算後，光穿透率τ將會增大，造成光穿透率不準確的情形。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種光穿透率的測量方法，可讓光穿透率的測量更為準確。

緣以達成上述目的，本發明提供的一種光穿透率的測量方法，係應用於一測量系統，該測量系統包括一積分球、一主光源、一校正光源、與一光測量裝置，該積分球具有一第一入光口、一第二入光口及一出光口；該測量方法包含下列步驟：A、在未放置待測樣品的條件下，進行一第一入射光通量取得步驟及一第一校正光通量取得步驟，其中：該第一入射光通量取得步驟包括：控制該校正光源的光線停止入射該第二入光口，及控制該主光源的光線自該第一入光口入射至該積分球中，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第一入射光通量；該第一校正光通量取得步驟包括：控制該主光源的光線停止入射該第一入光口，及控制該校正光源的光線自該第二入光口入射至該積分球中，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第一校正光通量；B、將一待測樣品置於該第一入光口的外側，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第二校正光通量；C、控制該校正光源的光線停止入射該第二入光口，及控制該主光源的光線通過該待測樣品自該第一入光口入射至該積分球中，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第二入射光通量；D、依據該至少一第一校正光通量與該至少一第二校正光通量取得至少一校正係數，並將該至少一第二入射光通量與該至少一第 一入射光通量的比值乘上該至少一校正係數，以得到該待測樣品的至少一光穿透率。

本發明之效果在於，可藉由第一校正光通量與該第二校正光通量產生校正係數，以校正第二入射光通量與第一入射光通量的比值，而得到準確的光穿透率，有效消除因積分球內部的光線被待測樣品反射回積分球內，造成的測量誤差。

〔習用〕

100:光穿透率測量系統

101:積分球

101a:入光口

101b:出光口

102:光源

103:光測量裝置

104:待測樣品

〔本發明〕

1,2:測量系統

10:積分球

12:第一入光口

14:第二入光口

16:出光口

20:主光源

22:第一光產生機

24:第一準直鏡

26:第一擋板

30:校正光源

32:第二光產生機

34:第二準直鏡

36:第二擋板

40:光測量裝置

42:光譜儀

44:光纖

50:處理裝置

60:待測樣品

70:轉動導引件

80:儲存裝置

S01~S04:步驟

圖1為習用的光穿透率測量系統之示意圖。

圖2為本發明第一較佳實施例之測量系統的示意圖。

圖3為上述較佳實施例之光穿透率的測量方法的流程圖。

圖4為上述較佳實施例之光穿透率的測量方法與習用的測量方法之在不同波長之光穿透率曲線圖。

圖5為本發明第二較佳實施例之測量系統的示意圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖2所示，為本發明第一較佳實施例之光穿透率的測量方法所應用的測量系統1，該測量系統1包括一積分球10、一主光源20、一校正光源30、一光測量裝置40與一處理裝置50。

該積分球10具有一第一入光口12、一第二入光口14及一出光口16，其中，該主光源20朝向該第一入光口12，且該第一入光口12的外側供放置待測樣品60，該校正光源30朝向該第二入光口14。該主光 源20包括一第一光產生機22、一第一準直鏡24與一第一擋板26，該第一光產生機22用以產生一預定波長範圍的光線，例如200~1700nm波長範圍的光線，光線經由該第一準直鏡24射出，而該第一擋板26可受控制而遮擋光線或移開光路讓光線通過。該校正光源30包括一第二光產生機32、一第二準直鏡34與一第二擋板36，前述構件與該主光源20相同，容不贅述。該校正光源30可固設於該積分球10上。該光測量裝置40包括一光譜儀(spectroradiometer)42，該光譜儀42透過一光纖44連接至該出光口16，但不以此為限，亦可該光譜儀42直接連接至該出光口16。該光譜儀42用以測量通過該出光口16的光通量，且可分析對應200~1700nm波長範圍中的不同波長之光線的光通量。該處理裝置50電性連接該主光源20、該校正光源30、及該光譜儀42，用以控制該主光源20與該校正光源30的出光與否，例如可控制第一擋板26第二擋板36是否遮擋光線，以及接收該光譜儀42所測得的光通量之資料進行處理。

藉由上述架構即可進行本實施例的光穿透率的測量方法，該方法包含圖3所示之下列步驟，其中：

步驟S01：在未放置待測樣品60的條件下，進行一第一入射光通量取得步驟及一第一校正光通量取得步驟，其中：該第一入射光通量取得步驟包括：控制該校正光源30的光線停止入射該第二入光口14，及控制該主光源20的光線自該第一入光口12入射至該積分球10中，以該光測量裝置40測量通過該出光口16的一第一入射光通量。處理裝置50取得該第一入射光通量。本實施例中，該主光源20的光線入射至該第一入光口12的入射角以0度為例，亦可依需求選定入射角，前述之入射角之定義是指入射之光線與第一入光口12之法線的夾角。

該第一校正光通量取得步驟包括：控制該主光源20的光線停止入射該第一入光口12，及控制該校正光源30的光線自該第二入光口14入射至該積分球10中，以該光測量裝置40測量通過該出光口16的一第一校正光通量。處理裝置50取得第一校正光通量。本實施例中，在該積分球10內部的反射的光線有部分會由該第一入光口12透出至該積分球10外部。

前述該第一入射光通量取得步驟及該第一校正光通量取得步驟的先後順序可相互交換，不以上述所列之順序為限。

步驟S02：將待測樣品60置於該第一入光口12的外側，以該光測量裝置40測量通過該出光口16的一第二校正光通量。處理裝置50取得第二校正光通量。本實施例中，在該積分球10內部的反射的光線有部分會由該第一入光口12透出至該積分球外部，且透出的光線部分又被待測樣品60反射回積分球內部，因此，所測得的該第二校正光通量大於該第一校正光通量。

步驟S03：控制該校正光源30的光線停止入射該第二入光口14，及控制該主光源20的光線通過該待測樣品60自該第一入光口12入射至該積分球10中，以該光測量裝置40測量通過該出光口16的一第二入射光通量。處理裝置50取得第二入射光通量。本實施例中，該主光源20的光線入射至該第一入光口12的入射角與該步驟S01之該第一入射光通量取得步驟中的入射角相同。在該積分球10內部的反射的光線有部分會由該第一入光口12透出至該積分球外部，且透出的光線部分又被待測樣品60反射回積分球內部。

由於本實施例中該主光源20與該校正光源30的光線涵蓋了該預定波長範圍(200~1700nm)，且由於是採用光譜儀42測量光通 量，因此，該處理裝置50可由該光譜儀42的測量結果取得對應複數個不同波長的第一校正光通量、第二校正光通量、第一入射光通量及第二入射光通量，定義各波長下的第一校正光通量為Φcs(λ)、第二校正光通量為Φcal(λ)、第一入射光通量為Φi(λ)及第二入射光通量為Φs(λ)，其中λ為特定的一個波長。

步驟S04：處理裝置50依據該第一校正光通量與該第二校正光通量取得一校正係數，校正係數以k表示，並將該第二入射光通量與該第一入射光通量的比值乘上該校正係數，以得到該待測樣品60的一光穿透率。該校正係數為該第一校正光通量與該第二校正光通量的比值。

本實施例中，處理裝置50係依據對應各該波長的第一校正光通量Φcs(λ)與第二校正光通量Φcal(λ)產生對應各該波長的校正係數k(λ)，將對應各該波長的第二入射光通量Φs(λ)與第一入射光通量Φi(λ)的比值乘上對應各該波長的校正係數k(λ)，以得到對應各該波長的光穿透率τ(λ)。計算式如下τ(λ)=[Φs(λ)/Φi(λ)]×k(λ)，其中k(λ)=Φcs(λ)/Φcal(λ)。

每個波長的計算式相同，因此，處理裝置50使用光譜儀42的測量結果可得到複數個波長的光穿透率τ(λ)。

若欲再測量其它待測樣品60在同樣入射角的光穿透率，則再次執行執行步驟S02至步驟S04，並且將原來的待測樣品60再更換為另一個待測樣品，如此即可取得另一個待測樣品的光穿透率。

圖4為本發明的測量方法與習用的測量方法在不同波長之光穿透率曲線圖，其中係分別對待測樣品一與待測樣品二測量光穿透率，由於本發明的測量方法使用校正光源30並取得校正係數，因此，有 效地校正了被待測樣品反射回積分球之光線之誤差，而可準確得到光穿透率。

圖5為本發明第二較佳實施例之光穿透率的測量方法所應用的測量系統2，該測量系統2係以第一實施例為基礎，更包含一轉動導引件70，該主光源20係設置在該轉動導引件70上，並且該主光源20係可受控制而沿該轉動導引件70移動，藉以改變主光源20的光線以不同的入射角入射至該第一入光口12。主光源20的移動方式可為手動控制移動，或是透過馬達等驅動件控制移動。

本實施例的測量方法具有大致相同於第一實施例之步驟，不同的是：

在步驟S01中，係執行複數次該第一入射光通量取得步驟，並且控制該主光源20的光線在每次第一入射光通量取得步驟以不同的一入射角自該第一入光口12入射至該積分球10中，以取得複數個對應不同入射角的第一入射光通量。處理裝置50將該些入射角之角度及對應的該些第一入射光通量儲存於一儲存裝置80。

在步驟S03中，係控制該主光源20的光線以一預定入射角通過該待測樣品自該第一入光口12入射至該積分球10中，以測得對應該預定入射角的第二入射光通量。本實施例中，係控制該主光源20沿該轉動導引件70轉動角度，以達到該預定入射角。

在步驟S04中，處理裝置50依據對應該預定入射角的第一校正光通量與第二校正光通量產生對應該預定入射角的校正係數，並將對應該預定入射角的第二入射光通量與第一入射光通量的比值乘上對應該預定入射角的校正係數，以得到對應該預定入射角的光穿透率。本 實施例中，由於該預定入射角為已知，因此，該處理裝置50可自該儲存裝置取得對應該預定入射角的第一入射光通量，以供計算校正係數。

由於使用的是光譜儀，因此，步驟S01的第一入射光通量取得步驟中，在每個入射角的第一入射光通量皆可包括了多個波長的第一入射光通量。在步驟S04所得到的預定入射角的光穿透率則包括了多個波長的光穿透率。

前述的各測量系統的光測量裝置40是以使用光譜儀42為例，在其它實施例中，該光測量裝置40亦可採用一光度計(photometer)，該光度計係測量對應的光通量的光強度，亦即在步驟S01~S03中係分別以該光度計測量該第一校正光通量、該第二校正光通量、該第一入射光通量及該第二入射光通量。該主光源20的光線與該校正光源30的光線則是具有相同的波長。藉此，同樣可以測量待測樣品在特定波長之光線的一個光穿透率。

據上所述，透過本發明之光穿透率的測量方法，可藉由第一校正光通量與該第二校正光通量產生校正係數，以校正第二入射光通量與第一入射光通量的比值，而得到準確的光穿透率，有效消除因積分球內部的光線被待測樣品反射回積分球內，造成的測量誤差。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

S01~S04:步驟

Claims (7)

1. 一種光穿透率的測量方法，係應用於一測量系統，該測量系統包括一積分球、一主光源、一校正光源、與一光測量裝置，該積分球具有一第一入光口、一第二入光口及一出光口；該測量方法包含下列步驟：A、在未放置待測樣品的條件下，進行一第一入射光通量取得步驟及一第一校正光通量取得步驟，其中：該第一入射光通量取得步驟包括：控制該校正光源的光線停止入射該第二入光口，及控制該主光源的光線自該第一入光口入射至該積分球中，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第一入射光通量；該第一校正光通量取得步驟包括：控制該主光源的光線停止入射該第一入光口，及控制該校正光源的光線自該第二入光口入射至該積分球中，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第一校正光通量；B、將一待測樣品置於該第一入光口的外側，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第二校正光通量；C、控制該校正光源的光線停止入射該第二入光口，及控制該主光源的光線通過該待測樣品自該第一入光口入射至該積分球中，以該光測量裝置測量通過該出光口的至少一第二入射光通量；D、依據該至少一第一校正光通量與該至少一第二校正光通量取得至少一校正係數，並將該至少一第二入射光通量與該至少一第一入射光通量的比值乘上該至少一校正係數，以得到該待測樣品的至少一光穿透率； 其中：步驟A中包含執行複數次該第一入射光通量取得步驟，並且控制該主光源的光線在每次第一入射光通量取得步驟中以不同的一入射角自該第一入光口入射至該積分球中，以取得複數個對應不同入射角的第一入射光通量；步驟C中，係控制該主光源的光線以一預定入射角通過該待測樣品自該第一入光口入射至該積分球中，以測得對應該預定入射角的第二入射光通量；步驟D中，係依據對應該預定入射角的第一校正光通量與第二校正光通量產生對應該預定入射角的校正係數，並將對應該預定入射角的第二入射光通量與第一入射光通量的比值乘上對應該預定入射角的校正係數，以得到對應該預定入射角的光穿透率。
2. 如請求項1所述之光穿透率的測量方法，其中該至少一校正係數為該至少一第一校正光通量與該至少一第二校正光通量的比值。
3. 如請求項2所述之光穿透率的測量方法，其中該至少一第二校正光通量大於該至少一第一校正光通量。
4. 如請求項1所述之光穿透率的測量方法，其中步驟A與步驟C中，該主光源的光線係以相同的入射角入射該第一入光口。
5. 如請求項1所述之光穿透率的測量方法，其中該光測量裝置包括一光度計(photometer)，並以該光度計測量該至少一第一校正光通量、該至少一第二校正光通量、該至少一第一入射光通量及該至少一第二入射光通量；且該主光源的光線與該校正光源的光線具有相同的波長。
6. 如請求項1所述之光穿透率的測量方法，其中該光測量裝置包括一光譜儀(spectroradiometer)，並以該光譜儀取得複數個對應不同波長的第一校正光通量、第二校正光通量、第一入射光通量及第二入射光通量；步驟D中，依據對應各該波長的第一校正光通量與第二校正光通量產生對應各該波長的校正係數，並將對應各該波長的第二入射光通量與第一入射光通量的比值乘上對應各該波長的校正係數，以得到對應各該波長的光穿透率。
7. 如請求項1所述之光穿透率的測量方法，包含再次執行步驟B至步驟D，且將該待測樣品更換為另一待測樣品，以取得該另一待測樣品的該至少一光穿透率。

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