CN101493408A

CN101493408A - 反射率测量装置

Info

Publication number: CN101493408A
Application number: CN 200810004212
Authority: CN
Inventors: 林昆蔚; 江易轩; 郑龙宇; 张裕修
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2009-07-29

Abstract

本发明提供一种反射率测量装置，该装置包含一光源体，其可提供一检测光；一第一光检测部，其可感测光的强度；一光源调制部，其可将该检测光调制至一待测物上并将由该待测物反射的一反射光调制至该第一光检测部上；一第二光检测部，其可感测光的强度；以及一反射罩，其设置于该待测物与该光源调制部之间，该反射罩可将由该待测物散射的一发散反射光导引至该第二光检测部上。

Description

反射率测量装置

技术领域

本发明有关一种光学检测装置，尤其是涉及一种可以测量大角度发散的反射光以测量光反射率的一种反射率测量装置。

背景技术

由于地球变暖问题日渐受到重视，各种能源蕴藏量均不超过60年，加上主要能源——石油价格频创历史新高，使得加强发展“再生能源”、“绿色能源”成为全球趋势。在这些新兴能源中，由于太阳能具有源源不断以及洁净的特色，再加上不会引起污染以及不会耗尽自然资源或导致全球温室效应，因此已经逐渐在商业化能源中崭露头角。

目前太阳能电池的光照面一般都会有抗反射层结构以减少入射阳光的反射。由于硅晶的表面呈现如同镜面般的亮黑灰色，可以反射30％以上的入射光。因此如果直接使用于太阳能电池，意味着就损失30％以上的阳光能量进入，而上述所谓抗反射层的目的即是减少这些因为反射所造成的损失。除了抗反射层外，一般单晶硅的太阳能电池，其光照面的表面会经表面结构(texture)的处理，来更进一步地减少入射阳光的反射。这表面结构处理，会在表面留下如同大大小小金字塔(pyramid)结构，让入射光至少要经过晶片表面的二次反射，因此就大大的减低入射光经过第一次反射就折回的机率。

为了测量太阳能电池的局部反射率以评估工艺的品质，目前所使用的测量方法为如美国专利US.Pat.No.5,406,367所公开的一种装置与方法。在该技术中在待测物上设置一积分球，以收集大发散角的反射光，再通过光检测器检测大发散角的反射光的光强度。不过该技术在测量反射光的发散角时有所限制，若反射光的散射角度太大则无法进入至积分球内，因而会造成测量上的误差。不过，若将该积分球的开口加大的话，虽然可以接收到大发散角度的反射光，但是大开口的话，进入积分球的光线也会容易经几次反射之后而离开积分球，因此反而会有较大的测量误差。

发明内容

本发明提供一种反射率测量装置，其主要利用一反射罩将由待测物上产生的大角度发散的反射光调制至一光感测器上，以测量光反射率，通过简单的结构设计以提升测量准确率以及降低成本。

在一实施例中，本发明提供一种反射率测量装置，包括：一光源体，其可提供一检测光；一第一光检测部，其可感测光的强度；一光源调制部，其可将该检测光调制至一待测物上并将由该待测物反射的一反射光调制至该第一光检测部上；一第二光检测部，其可感测光的强度；以及一反射罩，其设置于该待测物与该光源调制部之间，该反射罩具有一抛物曲面可将由该待测物散射的一发散反射光导引至该第二光检测部上。

在另一实施例中，本发明提供一种反射率测量装置，包括：一光源体，其可提供一检测光；一第一光检测部，其可感测光的强度；一光源调制部，其可将该检测光调制至一待测物上并将由该待测物反射的一反射光调制至该第一光检测部上；一第二光检测部，其可感测光的强度；以及一反射罩，其设置于该待测物与该光源调制部之间，该反射罩具有一椭圆曲面可将由该待测物散射的一发散反射光导引至该第二光检测部上。

本发明的有益效果在于利用反射罩将待测物大角度发散的反射光，导引至该第二光检测部上，从而实现提升测量准确率以及降低成本的目的。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A以及图1B为本发明的反射率测量装置第一实施例立体组合以及立体分解示意图；

图2为本发明的反射罩剖面示意图；

图3为本发明的反射率测量装置第二实施例立体分解示意图；

图4A与图4B为本发明的使用抛物曲面的反射罩的光学路径说明示意图；

图5为第一光检测部所检测出的反射光斑模拟示意图；

图6为第二光检测部所检测出的反射光斑模拟示意图；

图7A与图7B为本发明的使用椭圆曲面的反射罩的光学路径说明示意图。

其中，附图标记

1-反射率测量装置

10-光源体

11-第一光检测部

110-光检测器

111-固定座

112-透镜

12-光源调制部

120-座体

121-分光镜

122-透镜

123-开孔

124-套筒

125-凸座

13-第二光检测部

130-固定座

131-罩体

132-透镜

133-光检测器

14-反射罩

140-反射面

141-凹槽

142-通孔

15-光监控部

150-座体

151-透镜

152-光检测器

16-镭射光控制器

17-承载平台

90-待测物

91、91’-第一检测光

92、92’-第二检测光

93、95、93’、95’-反射光

94、96、94’-平行光

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，将参照附图并配合实施例详细说明如下，但以下附图及实施例仅为辅助说明，本发明并不限于附图及实施例。

请参阅图1A以及图1B所示，该图为本发明的反射率测量装置实施例立体组合以及立体分解示意图。该反射率测量装置具有一光源体10、一第一光检测部11、一光源调制部12、一第二光检测部13以及一反射罩14。该光源体10可为准直光源或者是一般光源以产生一检测光。在本实施例中，该光源体10选择为准直光源，其中该准直光源为一镭射光源，但不以此为限。

该光源调制部12设置于该光源体10的一侧，以接收该检测光，该光源调制部12可以将该检测光调制至待测物90上。在本实施例中，该光源调制部12更具有一座体120、一分光镜121以及一透镜122。该座体120的一端开设有一开孔123，以提供该检测光通过。该分光镜121设置于对应该开孔123的位置上，该分光镜121可将该检测光分成一第一检测光以及一第二检测光。透镜122固定于套筒124中，套筒124再固定于反射罩14中的凹槽141中，然后组装时再对应于凸座125，使得该透镜122与该分光镜121相对应以将该第一检测光聚焦投射至待测物90上。因为透镜122的焦点必须与抛物面反射罩14的焦点重合且较难调整，所以先将透镜122与反射罩14焦点调整至重合，再与凸座125上圆孔对准。该第一光检测部11设置于该光源调制部12的一侧以感测光的强度。在本实施例中，该第一光检测部11更具有一固定座111、一透镜112以及一光检测器110。该透镜112设置于该分光镜121以及该光检测器110之间。当然，在另一实施方式中，如果该光检测器110可以接收的光线范围够大的话，该透镜112可以视需求而予以省略。

该反射罩14，设置于该待测物90与该光源调制部12之间，该反射罩14可将由该待测物90散射的一发散反射光导引至该第二光检测部13上。该反射罩14上具有一反射面140，在本实施例中其为一抛物曲面(亦即其截面为抛物线)。此外，为了增加反射效果，该反射面140上更可以涂覆一层反射膜。至于该反射膜的材质为现有技术，在此不作赘述。此外，在该反射罩14对应该凸座125上更具有一凹槽141，其可提供固定该套筒124。如图2所示，该凹槽141内的反射罩上开设有一通孔142，以提供光线通过。在一实施例中，该通孔142可为具有锥度的通孔。

再回到图1A以及图1B所示，该第二光检测部13，其设置于该反射罩14的一侧，以感测由该反射罩14反射的光强度。该第二光检测部13更具有一固定座130、一罩体131、一透镜132以及一光检测器133。该透镜132固定于该固定座130上且位于反射罩14以及该光检测器133之间。该罩体131则连接于该固定座130上以罩覆于该透镜132的一侧面上，该光检测器133则设置于该罩体131的一侧。当然，在另一实施方式中，如果该光检测器133可以接收的光线范围够大的话，该透镜132可以视需求而予以省略。该分光镜121的另一侧更设置一光监控部15，其具有一固定座150、一光检测器152以及一透镜151。该透镜151其设置于该固定座150上且位于该分光镜121与该光检测器152之间，该透镜151可将该第二检测光聚焦至该光检测器152上。利用该光监控部15可以监测由该光源体10所发射出的检测光的强度，并对该检测光进行强度调控。

请参阅图3所示，该图为本发明的反射率测量装置第二实施例立体分解示意图。在本实施例中，基本器件与图1B所示类似，差异的地方在于该反射罩的反射面为一椭圆曲面。该椭圆曲面的第一焦点设计在待测物上，因此该第一焦点发散的大角度反射光会被椭圆曲面聚焦至第二个焦点。该第二光检测部即设置于该第二焦点的位置上，也因为如此，在本实施例中，该第二光检测部13，并不需要额外增加一透镜器件来将光线聚焦至检测器133上。

请参阅图1A、图4A与图4B所示，其中图4A与图4B为本发明使用抛物曲面的反射罩的光学路径说明示意图。在本实施例中，该反射罩14的反射面140为抛物曲面。该光源体10所发出的准直镭射光经座体120上的开孔123入射至分光镜121，该分光镜121将镭射光分为一第一检测光91以及一第二检测光92。该第一检测光91会直接通过该分光镜121，而该第二检测光92会由该分光镜121反射至该光监控部15。该第二检测光92经透镜151聚焦至光检测器152上，通过光检测器152测得光强度后，反馈至镭射光控制器16以达到稳定光功率的目的。另一方面，通过该分光镜121的第一检测光91会进入透镜122聚焦经过该通孔142至待测物90的0点上。在本实施例中，该待测物90设置于可进行三轴位移运动的承载平台17上。

如图4B所示，此时，由该待测物90反射的反射光可分为两部分，一部分的反射光93(即主要反射光)经原入射光学路径过通孔142回到透镜122。在本实施例中，该通孔142具有锥度，因此可以限制反射光93进入透镜的角度，以确保透镜122能将这部分的反射光93准直成平行光94。被准直的平行光94经分光镜121反射进入透镜112聚焦至光检测器110上，而测量到主要反射光93的强度I₁。而另一部分的反射光，为发散的大角度反射光95，其由反射罩14反射，反射罩14的反射面140镀有高反射率膜可反射镭射光。由于该反射罩14的反射面140为半抛物曲面，此半抛物曲面的焦点设计于待测物上(图中的0)，因此由0点发散的反射光95会被反射面140准直为平行光96。此平行光96再由透镜132聚焦至光检测器133上，则可测得发散的反射光强度I₂。将I₂与I₁相加即为总反射光的强度。接着。再利用承载平台17来变换待测物90的检测位置即可扫瞄整片待测物90的反射率分布情形。

图4A与图4B的实施例所得的光学模拟结果如图5与图6所示，通过反射罩抛物曲面的设计，光学软件模拟以接收90度的发散角的反射罩为例，在主要反射光部分可以被透镜112聚焦于光检测器110上，其聚焦的光斑大小如图5所示，而较大发散角的反射光可完全被接收准直成平行光，再经透镜132聚焦到光检测器133上，其聚焦的光斑大小如图6所示，使用的光检测器其主要测量区域大于光斑即可测量出反射光强度，进而实现大发散角反射光的测量，此外反射罩制作上相对比较容易，因此成本也较低。

请参阅图1B与图7A所示，该图为本发明的使用椭圆曲面的反射罩的光学路径说明示意图。在本实施例中，该反射罩14的反射面140为一椭圆曲面。当该光源体10所发出的准直镭射光经座体120上的开孔123入射至分光镜121，镭射光经分光镜121分为一第一检测光91’以及一第二检测光92’。该第一检测光91’会直接通过该分光镜121，而该第二检测光92’会由该分光镜121反射至该光监控部15。该第二检测光92’经透镜151聚焦至光检测器152上，通过光检测器152测得光强度后，反馈至镭射光控制器16以达到稳定光功率的目的。另一方面，通过该分光镜121的第一检测光91’会进入透镜122聚焦经过该通孔142至待测物90的P点上。在本实施例中，该待测物90设置于可进行三轴位移运动的承载平台17上。

如图7B所示，此时，由该待测物90反射的反射光可分为两部分，一部分的反射光93’(即主要反射光)经原入射光学路径过通孔142回到透镜122。在本实施例中，该通孔142具有锥度，因此可以限制反射光进入透镜122的角度，以确保透镜122能将这部分的反射光准直成平行光94’。被准直的平行94’光经分光镜121反射进入透镜112聚焦至光检测器110上，以测量到主要反射光93’的强度I₁’。而另一部分的反射光95’，为发散的大角度反射光，其由反射罩14上反射。反射罩14的反射面140上镀有高反射率膜可反射镭射光，且反射面140设计成椭圆曲面，此椭圆曲面的第一焦点设计于待测物的P点上，因此由P点发散的大角度反射光95’会被椭圆曲面聚焦至第二个焦点P’，将光检测器133设置于P’上，则可测得发散的反射光强度I₂’，将I₂’与I₁’相加即为总反射光的强度，再利用承载平台来调整待测物即可扫瞄整片待测物的反射率分布情形。

综合上述，本发明提供的反射率测量装置，可以通过简单的结构设计以提升测量准确率以及降低成本。因此可以满足业界的需求，进而提高该产业的竞争力以及带动周围产业的发展。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种反射率测量装置，其特征在于，包括：

一光源体，其可提供一检测光；

一第一光检测部，其可感测光的强度；

一光源调制部，其可将该检测光调制至一待测物上并将由该待测物反射的一反射光调制至该第一光检测部上；

一第二光检测部，其可感测光的强度；以及

一反射罩，其设置于该待测物与该光源调制部之间，该反射罩可将由该待测物散射的一发散反射光导引至该第二光检测部上。

2.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，该反射罩上更具有一通孔，其可提供该检测光以及该反射光通过。

3.根据权利要求2所述的反射率测量装置，其特征在于，该通孔具有一锥度。

4.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，该反射罩具有一抛物曲面，其焦点位于该待测物上，该抛物曲面可将该发散反射光调制成一平行光至该第二光检测部。

5.根据权利要4所述的反射率测量装置，其特征在于，该抛物曲面上更镀有一反射膜。

6.根据权利要求4所述的反射率测量装置，其特征在于，该第一光检测部与该光源调制部间更设置有一透镜单元。

7.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，该反射罩具有一椭圆曲面，该椭圆曲面的第一焦点在该待测物上，该椭圆曲面可调制该发散反射光聚焦于该椭圆曲面的第二焦点上。

8.根据权利要求7所述的反射率测量装置，其特征在于，该第二光检测部设置于该第二焦点上。

9.根据权利要求7所述的反射率测量装置，其特征在于，该抛物曲面上更镀有一反射膜。

10.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，该光源调制部更具有：

一分光镜，其可将该检测光分光以形成一第一检测光以及一第二检测光：以及

一透镜，其可将该第一检测光聚焦至该待测物上。

11.根据权利要求10所述的反射率测量装置，其特征在于，更具有一光监控部以接收该第二检测光，进而监控该检测光的功率强度。

12.根据权利要求11所述的反射率测量装置，其特征在于，该光监控部更具有：

一光检测器；以及

一透镜，其设置于该分光镜与该检测器之间，该透镜可将该第二检测光聚焦至该光检测器上。

13.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，该第一光检测部与该光源调制部间更设置有一透镜单元。

14.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，该光源体可提供一准直光源。

15.根据权利要求14所述的反射率测量装置，其特征在于，该准直光源为一镭射。