用于确定发光二极管的发光能力的方法与流程

文档序号:14943309发布日期:2018-07-13 21:40

发光二极管(LED)是在电流穿过它时能够发光的光电组件。LED包括阴极和阳极,并且允许电流仅沿一个方向、沿引导或传送方向从阳极传送到阴极。当LED有电流穿过时,LED产生非相干性单色或多色辐射。

正向偏压(direct biasing)在电势差被施加于LED并且施加于阳极的电势大于阴极的电势时被谈及。相反,反向偏压(reverse biasing)在电势差被施加于LED以使得施加于阴极的电势大于施加于阳极的电势时被谈及。仅正向偏压允许电流传送到LED中。

此时,频繁使用LED用于信号发送,用于例如在屏幕中的数据显示,或者用于照明。已知如它们所使用的,LED经受老化现象,老化现象导致所述LED的发光能力下降。因此,LED被越多地使用,LED的发光能力就越多地下降。而且,LED的发光能力还可能受随时间积累的尘土或灰尘影响。

LED的发光能力的下降可能干扰结果。例如,当LED用于信号发送时,LED的发光能力的下降可能引起错误解释由所述LED传递的信息。在另一个上下文中,当使用LED用于照明时,例如,在车辆头灯中,LED的发光能力的下降可能造成安全问题。

存在用于确定LED的发光能力的方法。在第一种方法中,光传感器位于LED附近,以便测量LED的发光能力。在包括LED的装置中引入光传感器引起所述装置的制造成本升高,这可能对于某些廉价装置不利。而且,造成许多实现问题,诸如例如,所述传感器相对于LED定位在合理位置处以便不干扰由LED的发光的问题、或者在LED受到环境照明时考虑环境照明的问题。

在第二种方法中,LED的发光能力借助数学模型被建模,例如,考虑到LED的使用时段、穿过LED的电流和LED的使用温度。然而,获取可靠数学模型通常是困难的,这是因为首先LED具有依赖于制造条件(在该制造条件下制造所述LED)的特性,其次,可以证明数学模型中未考虑的参数(诸如湿度等级、紫外线辐射或组成LED的材料的劣化)与特征化LED的发光能力随时间的改变有关。

期望克服现有技术的这些缺点。

特别是,期望提出易于以低成本实现的一种用于确定LED的发光能力的方法。还期望提出一种用于补偿LED的老化现象的方法。

根据本发明的第一方面,本发明涉及一种用于确定发光二极管(称为LED)的发光能力的方法,所述LED包括连接到控制装置的端口的阴极和阳极,所述端口分别称为阴极端口和阳极端口。该方法包括以下步骤:使所述LED反向偏压,以便由所述LED积累电荷,所述LED经受入射到LED的光源;控制所述阴极端口和所述阳极端口,以引起由所述LED积累的电荷放电;获取表示用于使电荷从所述LED放电的时间的值;根据所获取的放电时间确定所述LED的所述发光能力。

这样,利用LED的发光能力与其放电时间之间存在的相关性,其表示当被反向偏压时LED的光捕捉能力。

根据一个实施方式,在控制所述阴极端口和阳极端口以引起由所述LED积累的电荷放电的同时,启动计数器,只要在所述LED的所述阳极与所述阴极之间测量的电压大于预定义阈值电压,所述计数器的值就在预定义周期内周期性地增加一个单位,在所述LED的所述阳极与所述阴极之间测量的电压变得小于或等于所述预定义阈值电压时获取的所述计数器的值是表示用于所述LED的放电时间的值。

由此提出了一种用于测量LED的放电时间并且由此测量其发光能力的简单方法。

根据一个实施方式,校正值被施加于在所述LED的所述阳极与所述阴极之间测量的所述电压变为小于或等于所述预定义阈值时获取的所述计数器的值,所述计数器的在施加所述校正值之后的值是表示用于所述LED的放电时间的值,所述校正值从通过对一组预定义LED进行发光能力测量和光捕捉能力测量确定的校正函数获取。

根据一个实施方式,在每次所述LED被反向偏压时,使所述计数器的所述值初始化为零。

根据一个实施方式,在启动所述计数器之后,如果自所述计数器启动开始经过的时间达到预定义时间值,则使所述计数器停止。

根据一个实施方式,所述阴极端口和所述阳极端口是逻辑输入/输出端口,并且所述预定义阈值电压是用于将所述阴极端口从输入状态切换到输出状态的电压。

根据一个实施方式,根据表示所确定的LED的发光能力的信息来发起校正过程。

根据一个实施方式,所述校正过程向操作者指示必须更换所述LED。

根据一个实施方式,所述校正过程包括:根据所确定的LED的发光能力和要实现的发光能力,确定当所述LED被正向偏压时要施加于所述LED的电流;以及在所述LED被正向偏压时,向所述LED施加所确定的电流。

根据本发明的第二方面,本发明涉及一种用于使装置的多个LED中的各个LED所发出的光均匀的方法,各个LED包括均连接到控制装置的端口的阴极和阳极,根据第一方面的方法应用于各个LED。

根据一个实施方式,要实现的发光能力是针对所述多个LED中的根据预定义标准选择的一个LED确定的发光能力。

根据一个实施方式,所述预定义标准选择在针对所述多个LED中的各个LED确定的所述发光能力中被确定为最高的发光能力,或者在针对所述多个LED中的各个LED确定的所述发光能力中被确定为最低的发光能力,或者在针对所述多个LED中的各个LED确定的发光能力中被确定为中等的发光能力。

根据本发明的第三方面,本发明涉及一种用于确定发光二极管(称为LED)的发光能力的装置,所述LED包括连接到所述装置的端口的阴极和阳极,所述端口分别称为阴极端口和阳极端口。该装置包括:控制装置,用于使LED沿反向偏压,以引起由所述LED积累电荷,所述LED经受入射到所述LED的光源;控制装置,用于控制所述阴极端口和所述阳极端口,以引起由所述LED积累的电荷放电;获取装置,用于获取表示用于电荷从所述LED放电所用的时间的值;确定装置,用于根据所获取的放电时间来确定所述LED的所述发光能力。

根据本发明的第四方面,本发明涉及一种计算机程序,该计算机程序包括当所述程序由装置的处理器执行时用于由所述装置实现根据第一方面或第二方面的方法的指令。

根据本发明的第五方面,本发明涉及一种存储装置,该存储装置存储计算机程序,计算机程序包括当所述程序由所述装置的处理器执行时用于由所述装置实现根据第一方面或第二方面的方法的指令。

上述本发明的特征以及其它通过阅读示例性实施方式的以下描述变得更加清楚,所述描述关于附图给出,附图中:

图1示意性地例示了可以实现本发明的设备;

图2示意性地例示了适合于实现本发明的控制装置的硬件架构的示例;

图3示意性地例示了LED连接到控制装置的处理器的示例;

图4示意性地例示了一种用于确定LED的发光能力的方法;

图5示意性地例示了用于确定表示用于使LED的电荷放电所用的时间的值的过程;

图6示意性地例示了用于处理关于发光二极管的发光能力的信息的过程;

图7A示意性地例示了用于校正LED的发光能力的过程的第一示例;以及

图7B示意性地例示了用于校正至少一个LED的发光能力的过程的第二示例。

图1示意性地例示了可以实现本发明的设备1。设备1包括控制装置10和至少一个LED 11。各个LED 11连接到控制装置10,使得各个LED 11由控制装置10控制。控制装置10特别是控制由各个LED 11的发光。

图2示意性地例示了控制装置10的硬件架构的示例。

根据图2所示的硬件架构的示例,控制装置10包括由通信总线100连接的:处理器或CPU(中央处理单元)101;随机存取存储器(RAM)102;只读存储器(ROM)103;存储单元,诸如硬盘或存储介质读取器,诸如SD(安全数字)读卡器104;至少一个通信接口105,使得控制装置10能够与其它装置(诸如例如通信装置)通信,以用于发送表示LED的发光能力的信息。

处理器101能够执行从ROM 103、从外部存储器(未示出)、从存储介质(诸如SD卡)或从通信网络加载到RAM 102中的指令。当对设备1加电(因此在对控制装置10加电时),处理器101能够从RAM 102读取指令并执行它们。这些指令形成计算机程序,计算机程序使得由处理器101实现下面关于图4、图5、图6、图7A和图7B描述的消息。

关于图4、图5、图6、图7A和图7B描述的方法可以通过由可编程机器(例如DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令以软件形式实现,或者由机器或专用组件(例如,FPGA(场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))以硬件形式实现。

图3示意性地例示了LED 11连接到控制装置10的处理器101的示例。LED 11包括阳极110和阴极111。阳极110连接到处理器101的端口1010(称为阳极端口),而阴极111连接到处理器101的端口1011(称为阴极端口)。电阻器12串联定位在阴极111与端口1011之间。阳极端口1010和阴极端口1011是逻辑输入/输出端口,逻辑输入/输出端口可以在预定义电势交替切换到输入状态或输出状态,或作为电流源。

当LED发光时,电势差被施加于LED 11,使得阳极110的电势高于阴极111的电势。在这种情况下,LED 11被正向偏压。

应当注意的是,在该实施方式中,LED 11直接连接到控制装置10的处理器101。在另一个实施方式中,LED 11可以连接到控制装置10的逻辑输入/输出端口,独立于处理器101,但由处理器101控制。

图4示意性地例示了一种用于确定发光二极管的发光能力的方法。关于图4描述的方法被应用于LED 11。

图4的方法基于LED的一般特性,一般特性是反向偏压的LED大致表现为具有取决于由LED感知到的入射光的电容C的电容器。该特性允许使用LED作为光传感器。而且,认为在本发明中,当LED被正向偏压时的发光能力与当所述LED被反向偏压时的光捕捉能力成比例。由此认为,当LED的发光能力由于所述LED的老化而变化时,所述LED的光捕捉能力以相同方式变化。因此,本发明包括获取表示LED的光捕捉能力的信息以便从其导出表示所述LED的发光能力的信息。

在步骤41中,控制装置10使LED 11反向偏压,以引起由LED积累电荷。在偏压期间,LED 11经受入射光源。入射光是例如设备1周围的环境光。LED 11的反向偏压在从几微秒到几秒的时段内进行。

在步骤42中,控制装置10控制阳极端口1010和阴极端口1011,以引起由LED11积累的电荷放电。为了这样做,阴极端口1011被切换为输入。LED 11的电荷的放电表现为具有电容C的电容器的放电。在被放电的LED 11的阳极与阴极之间的电压U(t)由以下等式给出:

其中,R是阴极端口1011的输入电阻值,t是表示时间变化的变量,并且Umax是放电开始时LED 11的阳极与阴极之间的最大电压。

在步骤43中,控制装置10根据关于图5描述的方法获取表示用于使LED 11的电荷放电所用的时间的值ND。用于使LED放电所用的时间表示所述LED 11的光捕捉能力。由此,用于LED的长放电时间指示所述LED具有低光捕捉能力。相反,用于LED的短放电时间指示所述LED具有高光捕捉能力。

在步骤44中,控制装置10根据所获取的放电时间来确定LED 11的发光能力。在一个实施方式中,将表示所获取的放电时间的值ND与表示基准放电时间的值进行比较。

在一个实施方式中,表示基准放电时间的值在首次对设备1加电时被获取。这里假设当首次对设备1加电时,LED 11尚未劣化,因此其发光能力(因此其光捕捉能力)最大。为了量化LED 11的发光能力(因此其光捕捉能力)的下降,控制模块从表示所获取的放电时间的值ND和表示基准放电时间的值计算百分比P:

因此,根据表示用于LED 11的放电时间的值ND的各个测量值,控制装置10能够确定LED 11的发光能力等于其最大发光能力的P%。因此,百分比P表示LED 11的发光能力。

在设备1包括多个LED 11的实施方式中,关于图4描述的方法的步骤41、步骤42和步骤43针对多个LED 11中的各个LED被实现。针对多个LED 11中的各个LED获取表示放电时间的值ND。当步骤41、步骤42和步骤43已经针对多个LED 11中的各个LED被实现时,确定表示基准放电时间的值在该实施方式中,表示步骤44中使用的基准放电时间的值是表示放电时间的值ND中的已经获取的最小值。认为多个LED 11中具有表示最低放电时间的值ND的LED是受老化影响最少的LED。然后,处理装置以与之前相同的方式针对多个LED 11中的各个LED计算百分比P。

因此,根据表示用于使多个LED 11中的LED放电所用的时间的各个值ND的各个测量值,控制装置10能够确定多个LED 11中的各个LED的发光能力等于多个LED11中受老化影响最少的LED的发光能力的P%。百分比P因此表示多个LED 11中的各个LED的发光能力。

在设备1包括多个LED 11的另一实施方式中,关于图4描述的方法的步骤41、步骤42和步骤43针对多个LED 11中的各个LED被实现。表示放电时间的值ND针对多个LED 11中的各个LED被获取。当步骤41、步骤42和步骤43已经针对多个LED 11中的各个LED被实现时,确定表示基准放电时间的值在该实施方式中,表示步骤44中使用的基准放电时间的值是在表示放电时间的值ND中的已经获取的最小值。认为多个LED 11中具有表示最长放电时间的值ND的LED是受老化影响最多的LED。然后,处理装置以与之前相同的方式针对多个LED 11中的各个LED计算百分比P。

因此,根据表示针对多个LED 11中的LED的放电时间的各个值ND的各个测量值,控制装置10能够确定多个LED 11中的各个LED的发光能力等于多个LED 11中的受老化影响最多的LED的发光能力的P%。

在设备1包括多个LED 11的另一个实施方式中,关于图4描述的方法的步骤41、步骤42和步骤43针对多个LED 11中的各个LED被实现。表示放电时间的值ND针对多个LED 11中的各个LED被获取。当步骤41、步骤42和步骤43已经针对多个LED 11中的各个LED被实现时,确定表示基准放电时间的值在该实施方式中,表示步骤44中使用的基准放电时间的值是在表示放电时间的值ND中已经获取的中等值。然后,处理装置以与之前相同的方式针对多个LED 11中的各个LED计算百分比P。

因此,根据表示针对多个LED 11中的LED的放电时间的各个值ND的各个测量值,控制装置10能够确定多个LED 11中的各个LED的发光能力等于多个LED 11中具有中等亮度的LED的发光能力的P%。

考虑到将关于图6、图7A和图7B描述的后续使用,为控制装置10存储所计算的各个百分比P。

应当注意的是,为了使各个光捕捉能力测量值可靠并且能够相互比较各个光捕捉能力测量值,关于图4描述的方法的各个实现优选地以恒定入射光执行。在一个实施方式中,每当实现关于图4描述的方法时,设备1都经受产生恒定入射光的同一光源。这样,每当实现关于图4描述的方法时,设备1的各个LED 11总是经受相同入射光。

在一个实施方式中,位于设备附近的光传感器连接到控制装置10,并且向其发送环境光的测量值。仅当光传感器发送等于预定义值的环境光测量值时,控制装置10触发关于图4描述的方法,这使得可以确保设备1的各个LED接收恒定入射光。

在一个实施方式中,适合于以下情况:设备1包括多个LED 11,位于设备1附近的光传感器连接到控制装置10,并且向其发送环境光的测量值。使用环境光测量值,控制装置10确保多个LED 11中的各个LED在关于图4描述的方法的各个实现期间经受相同入射光。这样,控制装置10确保表示针对多个LED 11中的各个LED的放电时间的值ND可以彼此比较,这是因为多个LED 11中的各个LED经受相同入射光。如果控制装置发现不是多个LED 11中的所有LED都接收了相同入射光,则认为所获取的表示针对多个LED 11中的各个LED的放电时间的值ND的测量值无效。然后,不采取校正措施。在该实施方式中,光传感器可以是设备1的LED中的一个,诸如例如最少使用的LED,因此是经受最少老化的LED。

图5示意性地例示了用于确定表示用于发光二极管的电荷的放电时间的值的过程。该过程对应于关于图4描述的步骤43的实现的示例。该过程用于设备1的各个LED 11。

在步骤431中,在将阴极端口1011切换到输入状态的同时,控制装置10启动计数器。在启动计数器之后,只要在LED的阳极110与阴极111之间测量的电压大于预定义阈值电压Sv,计数器的值就以预定义规律间隔(即,预定义周期)增加一个单位。预定义周期可以取大约十微秒至几毫秒的值。预定义周期可以适应于入射到LED的光源的强度。强度越大,用于LED 11的放电时间越短,因此预定义周期必须越短。相反,强度越小,用于LED 11的放电时间越长,因此预定义周期可以更多地延长。在一个实施方式中,预定义阈值电压Sv是用于将阴极端口1011从输入状态切换到输出状态的电压。应当注意的是,递增的计数器的值在LED 11的每次反向偏压时被重新初始化为零值。在图4的示例中,在步骤41期间,计数器的值因此被重新初始化为零。

在步骤432中,控制装置10以与例如预定义周期对应的常规间隔检查在LED 11的阳极110与阴极111之间测量的值是否低于预定义阈值电压Sv。当在LED 11的阳极110与阴极111之间测量的电压小于预定义阈值电压Sv时,控制装置10实现步骤433。

在步骤433期间,控制装置10使计数器停止。计数器停止时所获取的值对应于表示用于LED 11的放电时间的值ND。

在步骤434期间,控制装置10保存表示用于LED 11的放电时间的值ND。

在一个实施方式中,控制装置10检查在LED 11的阳极110与阴极111之间测量的电压是否低于预定义阈值电压Sv的步骤432在与计数器值No对应的有限周期To内实现。该实施方式的一个目的是不无限地延长表示用于LED 11的放电时间的值的测量,这可能对设备1的校正功能不利。两个原因可以解释为何用于LED的放电时间长:所述LED已经老化,使得其发光能力几乎为零,或者所述LED经受对于进行可靠测量来说非常低的环境光。在这种情况下,计数器在达到计数器值ND=No时停止。如果达到计数器的值No,而在LED 11的阳极110与阴极111之间测量的电压不低于预定义阈值电压Sv,则在步骤434期间保存计数器值ND=No。

在一个实施方式中,还可以根据可能由关于图4描述的方法的实现造成的任何问题来限定有限周期To。例如,当在正常操作中,LED 11必须连续发光时,LED 11优选地在短时间段内被切断,以便避免所述LED 11的切断被解释为所述LED 11或设备1的故障。在一个实施方式中,认为LED在被正向偏压时的发光能力与所述LED在被反向偏压时的光捕捉能力相关,而不与所述LED在被反向偏压时的光捕捉能力成正比。在这种情况下,需要校正所获取的计数器值ND,以便获取表示所述LED的光捕捉能力的校正后计数器值在一个实施方式中,校正后计数器值通过向计数器值ND施加校正值VCorr被获取。

校正值VCorr从校正函数F被获取,使得:

VCorr=F(ND)=A×ND

其中,A是通过对已经受可变老化的一组LED进行发光能力测量和光捕捉能力测量确定的常数。当已经校正了计数器值ND时,计数器值ND由计数器值代替。

图6示意性地例示了用于处理关于LED的发光能力的信息的过程。关于图6描述的过程的一个目的是使用关于使用关于图4描述的方法获取的LED的发光能力的信息,用于向已经老化的LED施加校正措施。关于图6描述的过程针对设备1的各个LED 11被实现。

在步骤61中,控制装置10获取表示LED 11的发光能力的百分比P。该百分比P在控制装置10的之前存储的存储单元104中被重新获得。

在步骤62中,控制装置10确定校正措施是否被施加于所述LED。在一个实施方式中,控制装置10检查百分比P是否包括在一组预定义值中:

P∈[100-ε;100+ε]

其中,ε是例如等于30%的常数。

如果百分比P包括在该组预定义值中,则控制装置10实现步骤64。在步骤64期间,控制装置10决定不实现校正过程。

如果百分比P在该组预定义值之外,则控制装置10实现步骤63。在步骤63期间,控制装置10实现校正过程。

因此,要注意的是,根据由所确定的百分比P表示的LED的发光能力,发起校正过程。

在适合于设备1包括多个LED 11的实施方式中,控制装置10针对多个LED 11中的各个LED获取百分比P和计数器值ND。当所获取的所有计数器值ND等于计数器值No时,控制装置10认为由多个LED 11中的LED接收的入射光不足以获取可靠光捕捉能力测量值。在这种情况下,不实现校正过程。如果另一方面,所获取的计数器值ND中的至少一个不等于计数器值No,则认为光捕捉能力测量值是可靠的。

图7A示意性地例示了用于校正发光二极管的发光能力的过程的第一示例。关于图7描述的校正过程在步骤63期间被实现。

在步骤631中,处理装置10触发指示必须更换LED 11的信号发送过程。信号发送过程的一个目的是通知负责维护设备1的操作者必须更换LED 11。在一个实施方式中,控制装置10使用通信接口105向操作者发送消息。消息向操作者指示必须更换LED 11。

图7B示意性地例示了用于校正LED的发光能力的过程的第二示例。关于图7描述的校正过程在步骤63期间被实现。关于图7B描述的过程的一个目的是使得控制装置10能够控制流过LED 11的电流,以便补偿所述LED的老化,或者当设备1包括多个LED 11时,重新平衡由多个LED 11中的LED提供的照明。

在步骤632中,控制装置10确定当正向偏压被施加于LED 11时要施加于LED 11的校正后电流Icorr。根据由所确定的百分比P表示的LED的发光能力和要实现的发光能力,确定要施加的校正后电流Icorr。在一个实施方式中,要实现的发光能力是LED的与表示基准放电时间的值关联的能力。

当设备1仅包括一个LED 11时,与表示基准放电时间的值关联的LED是LED 11本身。在这种情况下,当LED未经受任何老化时,表示基准放电时间的值是在首次对设备1加电期间获取的放电时间值。

那么,认为在步骤632期间,当LED 11的发光能力等于其最大发光能力的P%时,必须相对于首次通电时穿过LED 11的电流I将穿过LED 11的电流增加(1/P)%。校正后电流Icorr然后等于:

Icorr=)1/P)×I

在步骤633中,控制装置10向LED 11施加所确定的校正后电流Icorr。

在适合于设备1包括多个LED 11的实施方式中,处理装置10向多个LED 11中的各个LED应用关于图4描述的方法。

在适合于设备1包括多个LED 11的情况的另一个实施方式中,多个LED 11中的与表示基准放电时间的值关联的LED是多个LED中的LED中的具有最高发光能力的LED,或者多个LED 11中的LED中的具有最低发光能力的LED,或者多个LED 11中的LED中的具有中等发光能力的LED。该实施方式的一个目的是使所发出的光均匀,使得多个LED中的各个LED发出相同亮度。处理装置10将关于图7B描述的方法应用于多个LED 11中的各个LED。当步骤632针对多个LED 11中的LED被实现时,使用针对所述LED确定的百分比P针对多个LED 11中的所述LED来确定校正后的电流值:

Icorr=(1/P)×Iref

在这种情况下,Iref是流过多个LED 11中的LED的电流的值,与关于图5描述的过程的最后实现期间的值关联。

再多了解一些
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