一种led阵列结温快速在线检测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种LED阵列结温快速在线检测装置，包括驱动电流源、温控箱、光获取单元、多光谱信息检测单元和计算机。驱动电流源为LED阵列提供检测所需的不同脉宽与幅值的驱动电流，温控箱为LED阵列提供可控的环境温度，光获取单元设计有三种形式，光获取单元获取LED阵列中多颗光源间无干扰的光，提供给多光谱信息检测单元，利用光谱法对LED结温进行检测，得到各光源的光谱信息传给计算机；计算机进行分析与处理得出所检测的LED阵列相应结温的信息。本发明为一种小型便携、低成本的LED阵列结温检测装置，适合用于对生产线上的LED阵列产品结温进行在线快速检测，亦可用于对其它的多光源点进行快速、准确的光谱检测。
【专利说明】一种LED阵列结温快速在线检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种小型化LED光电检测装置，具体地说是一种LED阵列结温快速在线检测装置。
【背景技术】
[0002]目前，大功率白光LED作为一种新型固态照明光源，与传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯光源相比，具有节能环保、体积小、寿命长、抗震动、瞬时启动等诸多优点。大功率白光LED成为现代照明的发展趋势，已经越来越被广泛的应用于室内照明、道路照明、汽车照明、泛光照明以及广场照明等各种照明领域，有着非常广阔的发展前景。但输入LED的电能，不可能全部转化成光，只有约30%会转化为光能释放，还有70%左右的能量会转化为热能，这部分热能需要通过热传导或者热辐射出去，若芯片的散热结构做的不好，PN结产生的热量不能及时散出去，芯片的温度就会迅速升高。LED结温升高，不仅会影响器件的光色电参数，影响光效，更严重的是会影响LED的寿命和可靠性。
[0003]常用的LED结温检测方法可以分为两大类:接触式测量和非接触式测量。对于数十至数百个LED串并联结构的LED成型产品，其显著特点是功耗大、热量集中、结点温度高。影响大功率LED产品各项性能指标(如发光效率、光度、色度等)的主要因素是工作状态下LED产品内各芯片的工作结温，也是影响LED产品可靠性和使用寿命的关键因素。因此，准确测量LED产品内各芯片的结温具有重要的实际意义。由于LED单独工作时的工作散热环境与其在串并联结构的LED产品中的工作环境不相同，因此无法直接用单颗LED的工作结温作为串并联结构下LED的工作结温，必须直接在LED产品中对LED各芯片的工作结温进行在线的检测，才能有效的预测其工作寿命，若使用接触式结温检测方法中的正向电压法或反向电流法对LED阵列中的各LED结温进行检测时，需要对单颗LED进行接触式测量，破坏了 LED阵列正常工作时的完整性及工作散热环境，其测试结果也无法准确反映LED灯具正常工作时各单颗LED的结温。因此，正向电压法与反向电流法均不适合用于检测LED阵列中各芯片结温。
[0004]在2009年12月中国公开的《一种LED照明灯具中芯片结温的检测方法》中，(申请号为200910055335.2)，该技术通过检测LED的发光特征随结温变化的规律进行结温测量，相较于接触式结温测量方法而言，保证了 LED阵列在检测过程中的完整性，更适合于检测LED阵列中各LED芯片的结温。但如何快速的获取各个LED的无串扰的光谱信息，需要进行研究。
[0005]在中国专利号为201110307991.4的《LED灯具结温测量装置》中，亦公开了采用检测光谱的方法进行结温检测，该装置采用一根光纤对应一颗LED，将LED所发光采集进入单通道光谱仪，当一次性获取四颗LED的发光光谱，就需要4台光谱仪，然后通过机械结构去控制光纤移动，获取阵列中其它LED的发光光谱。这种装置结构复杂，成本高昂，不利于低成本的生产应用及快速得到检测的结果。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服当前LED阵列结温检测装置结构复杂、成本高昂的不足，而提供一种可以解决现有结温检测装置中存在的问题，且结构简单、成本低、准确快速、高效便携的小型化LED阵列结温快速在线检测装置。
[0007]为了实现上述目的，本发明采取的技术措施是:提供一种LED阵列结温快速在线检测装置，包括驱动电流源、温控箱、光获取单元、多光谱信息检测单元和计算机，所述的驱动电流源为LED阵列提供检测所需的不同脉冲宽度、不同幅值的驱动电流；所述的温控箱为LED阵列提供可控的环境温度，所述的光获取单元设计有三种形式，分别为光获取单元X、光获取单元Y、光获取单元Z ;光获取单元获取LED阵列中多颗LED光源间无干扰的光，提供给多光谱信息检测单元；所述的多光谱信息检测单元利用光谱法进行结温检测，得到各光源的光谱信息，通过传输线将CCD的光谱信息通过接口发送到计算机中；所述的计算机通过软件进行分析及处理后得出所检测的LED阵列相应结温的光谱信息。
[0008]所述的光获取单元X由顺序设置的光阑、准直镜、双胶合透镜A、正透镜和双胶合透镜头B组成，多颗成直线排列的LED阵列发出的光经过光阑、准直镜、透射式双胶合透镜A、正透镜、透射式双胶合透镜B后，将LED阵列发出的光缩小聚光到适合光谱信息检测单元检测的大小，提供给LED多光谱信息检测单元，缩小聚光的过程中LED发光光谱间不产生串扰。
[0009]所述的光获取单元Y由抛物面反射镜、平面反射镜、椭球面反射镜M、椭球面反射镜N组成，LED阵列发出的光经过由抛物面反射镜和椭球面反射镜组成的光源准直系统后以平行光出射，各路光在反射的过程中，相互间不产生串扰；再经过由椭球面反射镜M和椭球面反射镜N组成的扩束系统，扩束系统将多束平行光的间距缩小到适合光谱信息检测单元检测的大小，缩小聚光的过程中LED各路光相互间不产生串扰。
[0010]所述的光获取单兀Z米用加光阑的多合一分叉光纤,将LED所发光收集后成一行排列提供给LED多光谱信息检测单元。
[0011]所述的多光谱信息检测单元一次性将I?16颗LED光源进行准直、分光、聚焦后，在谱面上呈现互不干扰的多光源的光谱信息；所述的多光谱信息检测单元将电荷耦合器件CCD的感光面放置在光栅的成像光谱面，获得多光源的光谱信息。
[0012]所述的多光谱信息检测单元采用全帧转移型面阵电荷耦合器件CCD，对光谱信息进行采集，或并在入射光路上添加电子快门控制光路的通断。
[0013]本发明中所述的LED阵列中LED芯片光获取单元在光获取后在输出端将各光源点进行一列紧密排列，且输出端各光源点不产生串扰，然后送入LED多光谱信息检测单元进行光谱一次性检测。
[0014]本发明中所述的多光谱信息检测单元所用的主要分光元件是平像场凹面光栅，所用CCD是全帧转移型的CCD，由机械快门控制光通路的开关，当快门开的时候CCD对光信号进行感光，快门关的时候CCD进行电荷转移，这样可以获得多路LED的光谱信息。
[0015]本发明的技术方案中，将CCD的光谱信息通过接口发送到计算机中，计算机软件进行处理后，得出相应LED所发光的光谱信息，利用光谱法进行结温分析及检测。
[0016]本发明的LED阵列结温快速在线检测装置有益效果是:
[0017]①本发明提供了一种便携、低成本的LED阵列结温检测装置，有利于对生产线上的LED阵列产品进行快速的结温检测，可普及各大小LED生产厂家应用。
[0018]②本发明的检测装置可一次性的将多光源点的光谱信息无串扰地色散(Dispers1n)到面阵C⑶上，C⑶一次读取能获得多光源点的光谱信息，因此亦可用于对其它的多光源点进行快速、准确的光谱检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的LED阵列结温快速在线检测装置结构示意图。
[0020]图2是本发明所用的一种光获取单元X的结构示意图。
[0021]图3是本发明所用的一种光获取单元Y的结构示意图。
[0022]图4是本发明所用的一种光获取单元Z的结构示意图。
[0023]图5是本发明多光谱信息检测单元中所用的光学分光元件的光路示意图。
[0024]图6是本发明的光获取装置在六路光纤同时入射在CXD上产生的光谱图像。
[0025]图7是本发明的脉冲驱动下LED光谱峰值波长随结温变化图。
[0026]上述图中:1_LED阵列、2-温控箱、3-光获取单元、4-多光谱信息检测单元、5_传输线、6-计算机、7-驱动电流源；11 -光阑、12-准直镜、13-双胶合透镜A、14-正透镜、15-双胶合透镜B ;21_抛物面反射镜、22-平面反射镜、23-椭球面反射镜M、24-椭球面反射镜N ；31-圆柱形光阑、32-头部光纤包层、33-石英裸光纤、34-尾部光纤包层；40_光学分光兀件、41-电子快门、42-第一狭缝、43-第二狭缝、44-光源信息一、45-光源信息二。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
[0028]实施例1:本发明提供一种LED阵列结温快速在线检测装置，其结构如图1所示。包括驱动电流源7、温控箱2、光获取单元3、多光谱信息采集单元4和计算机6。所述驱动电流源7为LED阵列I提供检测所需的不同脉冲宽度、不同幅值的驱动电流；所述的温控箱2为LED阵列I提供可控的环境温度，LED阵列光获取单元3获取LED阵列中6颗LED发光光源间无干扰的光，然后提供给多光谱信息检测单元4，得到6颗LED发光光源的光谱信息，通过传输线5将CCD的光谱信息通过接口发送到计算机6中；计算机通过软件进行光谱信息的分析与处理后得出所检测的LED阵列相应结温的光谱信息。
[0029]本发明实施例中，光获取单元3采取如图2所示光获取单元X，作为一种技术方案，光获取单元3采用透射式成像工作原理，由顺序设置的光阑11、准直镜12、双胶合透镜A13、正透镜14和双胶合透镜B15组成，将成直线排列的6颗LED发出的光缩小聚光到适合多光谱信息检测单元4检测的大小，缩小聚光的过程中LED发光光谱间不产生串扰。
[0030]本发明实施例中，多光谱信息检测单元4中所用光学分光元件40为平像场凹面光栅，如图5所示。在入射光路上添加电子快门41控制光路的通断。当电子快门41打开时，狭缝处的多光源如第一狭缝光源42、第二狭缝光源43等发出的光经过光学分光元件40进行准直、分光、聚焦后，在谱面上呈现互不串扰的多光源的光谱信息如光源信息一 44、光源信息二 45等，本发明实施例中，所用CCD为全帧转移型面阵CCD。将全帧转移型面阵CCD放置在光栅的成像光谱面，即可对多光源的光谱信息进行光电转换，关闭电子快门41，无光谱信息进入全帧转移型面阵CCD时，全帧转移型面阵CCD上的电荷信号转移输出、上传到计算机6中。
[0031]实施例2:本发明提供一种LED阵列结温快速在线检测装置，其结构如图1所示。不同的是本发明实施例中，光获取单元3采取如图3所示的光获取单元Y，由抛物面反射镜21、椭球面反射镜22、椭球面反射镜M23和椭球面反射镜N24组成。LED阵列I发出的光经过由抛物面反射镜21和椭球面反射镜22组成的光源准直系统后以平行光出射，各路光在反射的过程中，相互间不产生串扰。再经过由椭球面反射镜M23和椭球面反射镜N24组成的扩束系统，扩束系统将多束平行光的间距缩小到适合多光谱信息检测单元4检测的大小，缩小聚光的过程中LED各路光相互间不产生串扰。本发明实施例中，采取帧转移型面阵CCD，对光谱信息进行采集，由于帧转移型CCD带有电荷存储区，因此本技术方案中，不需要电子快门41来控制光路的关断。
[0032]实施例3:本发明提供一种LED阵列结温快速在线检测装置，其结构如图1所示。不同的是本实施例中，光获取单元3采取如图4所示的光获取单元Z，使用六合一分叉光纤。六合一分叉光纤一端有6个头部光纤接头，每个头部光纤接头如图4左侧下方放大图所示，包含头部光纤包层32，头部光纤包层32内包含一根石英裸光纤33 ;六合一分叉光纤的另一端仅有一个尾部光纤接头，尾部光纤接头如图4右侧放大图所示，尾部光纤包层34内包含6根竖直、紧密排列的石英裸光纤33。本实施例中，LED阵列I可以分散式排列，LED发出的光信号经过圆柱形光阑31后,进入六合一分叉光纤的6个头部光纤接头,在六合一分叉光纤另一端(尾部)出射时，成为一列紧密排列的光信号。本发明的技术方案中，多光谱信息检测单元4将成一列紧密排列的光信号进行分光后一次性成像到CCD像元上，各光谱信息在CCD像面上能良好区分。将LED所发光收集后成一行排列，光纤之间间距缩小，将光纤出口放置在光栅的光学狭缝处。
[0033]如图6所示，图6为狭缝处6个独立光源经过光学分光元件40后在全帧转移型面阵CCD上所成的能量图，相应波长处灰度越大，该波长处能量越高。
[0034]本实施例中，通过改变温控箱2的环境温度以10°C为单位增量由30°C逐渐增加到70°C，可以得到6路独立LED的发光光谱的峰值波长随环境温度增加的曲线，如图7所示，图7中横坐标为环境温度(V )，纵坐标为峰值波长(nm)。
【权利要求】
1.一种LED阵列结温快速在线检测装置，包括驱动电流源、温控箱、光获取单元、多光谱信息检测单元和计算机，其特征在于:所述的驱动电流源为LED阵列提供检测所需的不同脉冲宽度、不同幅值的驱动电流；所述的温控箱为LED阵列提供可控的环境温度，所述的光获取单元设计有三种形式，分别为光获取单元X、光获取单元Y、光获取单元Z ;光获取单元获取LED阵列中多颗LED光源间无干扰的光，提供给多光谱信息检测单元；所述的多光谱信息检测单元利用光谱法进行结温检测，得到各光源的光谱信息，通过传输线将CCD的光谱信息通过接口发送到计算机中；所述的计算机通过软件进行分析及处理后得出所检测的LED阵列相应结温的光谱信息。
2.根据权利要求1所述的LED阵列结温快速在线检测装置，其特征在于:所述的光获取单元X由顺序设置的光阑、准直镜、双胶合透镜A、正透镜和双胶合透镜头B组成，多颗成直线排列的LED阵列发出的光经过光阑、准直镜、透射式双胶合透镜A、正透镜、透射式双胶合透镜B后，将LED阵列发出的光缩小聚光到适合光谱信息检测单元检测的大小，提供给LED多光谱信息检测单元，缩小聚光的过程中LED发光光谱间不产生串扰。
3.根据权利要求1所述的LED阵列结温快速在线检测装置，其特征在于:所述的光获取单元Y由抛物面反射镜、平面反射镜、椭球面反射镜M、椭球面反射镜N组成，LED阵列发出的光经过由抛物面反射镜和椭球面反射镜组成的光源准直系统后以平行光出射，各路光在反射的过程中，相互间不产生串扰；再经过由椭球面反射镜M和椭球面反射镜N组成的扩束系统，扩束系统将多束平行光的间距缩小到适合光谱信息检测单元检测的大小，缩小聚光的过程中LED各路光相互间不产生串扰。
4.根据权利要求1所述的LED阵列结温快速在线检测装置，其特征在于:所述的光获取单元Z采用加光阑的多合一分叉光纤，将LED所发光收集后成一行排列提供给LED多光谱信息检测单元。
5.根据权利要求1所述的LED阵列结温快速在线检测装置，其特征在于:所述的多光谱信息检测单元一次性将I?16颗LED光源进行准直、分光、聚焦后，在谱面上呈现互不干扰的多光源的光谱信息；所述的多光谱信息检测单元将电荷耦合器件CCD的感光面放置在光栅的成像光谱面，获得多光源的光谱信息。
6.根据权利要求1所述的LED阵列结温快速在线检测装置，其特征在于:所述的多光谱信息检测单元采用全帧转移型面阵电荷耦合器件CCD，对光谱信息进行采集，或并在入射光路上添加电子快门控制光路的通断。
【文档编号】G01K11/00GK104459510SQ201410802751
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】张晶晶, 张涛, 刘石神, 金亚方, 孙浩, 吕慧峰 申请人:中国科学院上海技术物理研究所, 中国地质大学（武汉）