光源試驗方法及其裝置的製作方法

2024-01-26 21:11:15

專利名稱：光源試驗方法及其裝置的製作方法
光源試驗方法及其裝置
背景技術：
壽命和溫度特性是表徵光源可靠性十分重要的指標，特別是對於LED這樣的新光源。以LED產品為例，目前通用的是用LED產品達到50%或70%初始光通量時間作為其壽 命時間，因此在壽命試驗中，在老煉LED產品的同時還需要監視其光通量的相對變化；為了 縮短試驗時間，有時還採用加速壽命方法，即提高光源所在的環境溫度或者增大電流/電 壓。LED等光源的光色電性能隨溫度的影響很大，因此光源的高低溫耐受性、最高環境溫度 等都是需要測試的指標。這些性能和指標的測量都可以在具有光學測量功能的試驗箱內實 現，目前的方案一般有兩種，一是在一個試驗腔中僅試驗一個光源，這種方法的測量成本較 高，尤其當測量一些體積較小的光源時，會浪費巨大的空間和其它資源(如將試驗腔內的 溫度升高到一定程度所需要的能量)；另一種方法是在一個試驗腔中試驗多個光源，同時 沿每個光源的光軸方向設置多個帶遮光筒的測光採集裝置，遮光筒是為了隔離其它光源發 出的光，每個測光採集裝置都配備一個測量儀表，測量相應被測光源的光學參數，這種方法 需要設置多個測光採集裝置和測量儀表，其測量成本也較高。

發明內容本發明旨在解決上述現有技術中的缺陷，提供成本較低但測量精度較高的壽命和 溫度特性試驗方法及其裝置。本發明是通過以下技術方案實現的光源試驗方法，其特徵在於在沒有外來雜散 光或外來雜散光較小的環境裡試驗兩個或兩個以上被測光源，可程控供電電源控制點亮或 熄滅各個被測光源，能接收每一個被測光源發射光的取樣裝置採集各個被測光源的光信 號，並將採得的光信號送至測量儀表；測量儀表和可程控供電電源通過程控聯動，測量儀表 測量被可程控供電電源點亮的被測光源光信號，直接或通過計算得到每個被測光源在一定 的實驗條件和/或一定試驗時間下的光學參數，計算被測光源的光學參數隨溫度、電參數 和時間等的變化。光源在試驗過程中，它在一定位置產生的照度與其光通量成正比，在該位置的色 度變化一般也與光源的平均顏色的變化相一致，本發明正是利用這一原理，使測量儀表和 可程控供電電源通過程控聯動，被測光源和測量儀表均按照一定的時序工作，這樣最少使 用一個取樣裝置和一個測量儀表就能夠取樣測量兩個或兩個以上被測光源在一定試驗時 間內、在一定外部條件如溫度、電流/電壓下的光學參數，並可計算出光學參數的相對變化 量，如光通維持率、顏色漂移等，在不影響測量精度的前提下，大幅降低了測量成本。本發明還可以通過以下技術方案進一步限定和完善在試驗過程中，被測光源逐個點亮並熄滅，在某一被測光源點亮時其它被測光源 都處於熄滅狀態，測量儀表在被測光源點亮時間內測量該被測光源的光學參數。該光源工 作和測量時序能夠保證在測量每一個光源的光學參量時，都不受到其它光源發光的影響。 該方法適用於光源的老煉壽命試驗和溫度特性試驗。在老煉壽命試驗中，僅每個被測光源 的點亮時間計入老煉時間。在溫度特性試驗中，首先將試驗腔中的溫度上升或下降到指定溫度，帶被測光源與試驗腔達到熱平衡後再按照試驗條件逐個點亮和熄滅被測光源，測量該溫度下被測光源的光學參數。光源工作和測量也可以採用以下時序各個被點亮的被測光源依次熄滅，且最後 一個光源熄滅時，其它光源仍處於同一周期的熄滅狀態；測量儀表在第一光源快要熄滅時 取樣測量，在除第一個光源外，測量儀表在每個被測光源熄滅前而前一光源熄滅後取樣測 量；按照這樣的測量時序，測量最後一個光源所得的量值即為最後一個光源的光學參數，其 它光源的光學參數通過以下方法計算該光源熄滅前測得的光度量或光譜輻射功率減去下 一光源熄滅前測得的相應量值，得到該光源在該老煉時間下的光度量或光譜輻射功率，根 據CIE公式計算得到相應的光學參量。該方法特別適用於對點亮和熄滅時間有嚴格規定並 且規定點亮時間較長的壽命老煉試驗，比如，光源2小時45分鐘開，15分鐘關。各個被測 光源可採用點亮和熄滅的頻率相同工作，並使它們的相位差滿足上述條件。為提高精度，各 光源之間的相位差應儘量小。該方法也適用於溫度特性試驗，如根據要求將試驗腔內的溫 度升高或降低到指定值，待達到熱平衡後，按上述時序逐個點亮和測量每一個被測光源。在 本光源的工作時序中，也可以在每一個光源剛剛點亮而下一光源還處於熄滅狀態時測量取 樣，但此時被測光源的發光還不穩定，對測量結果會有比較大的影響。光源工作和測量還可以採用以下時序被測光源以矩陣形式排布，先逐行再逐列、 或者先逐列再逐行點亮並測量被測光源，根據各次測量結果計算出每一個被測光源在本次 測量周期的光學參數。每個被測光源的光學參數可以通過求解線性方程的方法得到。上述試驗方法中，在試驗過程中監測並控制被測光源所處的環境溫度。可以通過 對環境溫度的監控，實現光源的高低溫循環耐受力、光源的最高允許環境溫度以及加速壽 命試驗等溫度特性和壽命的測量。上述試驗方法中，在試驗過程中監測每個光源的溫度，相對與環境溫度的監測，被 測光源自身溫度的監測更加直觀。基於以上所述試驗方法，本發明公開了一種光源試驗裝置，其特徵在於包括試驗 腔，試驗腔內設置兩個或兩個以上被測光源，被測光源與可程控供電電源電連接，試驗腔內 設置能接收來自每一個被測光源發射光的取樣裝置，取樣裝置與測量儀表相連接，測量儀 表和供電電源置於試驗腔外，並且測量儀表和供電電源與上位機電連接。試驗腔為光源的老煉壽命試驗和溫度特性試驗提供了一個雜散光很低的試驗環 境，並且在多數情況下，試驗腔中的溫度可控。上述的測量儀表和供電電源都與上位機連 接，實現自動化控制和記錄，操作簡單方便。本發明的光源試驗裝置還可以通過以下技術方案進一步限定上述的光測量取樣裝置為光纖取樣器，所述的測量儀表為光度計或/和光譜輻射 計，光纖取樣器通過光纖將採集的光信號傳輸給測量儀表。或者，上述的取樣裝置為光度探 頭，所述的測量儀表為與光度探頭相配合的光度計。上述的試驗腔是具有溫度控制功能的試驗腔，在試驗腔內設置監測腔內環境溫度 的環境溫度探頭，在試驗腔內或試驗腔外設置加熱冷卻裝置。上述每個被測光源或與光源相接觸的夾具上設置一個或一個以上監視光源自身 溫度的光源溫度測量探頭。上述的光源試驗裝置中僅有一臺供電電源，該供電電源為所有光源提供一定時序的供電；或者光源試驗裝置中有多臺供電電源，每臺供電電源為一個或多個光源供電。本發明的有益效果是僅需一個光測量取樣裝置，通過設定的光源工作和測量時序 就能實現多個光源光學參數的測量，在不影響精度的前提下，測量成本大幅降低，且操作簡 單方便。

附圖1 本發明的光源試驗裝置實施例1的結構示意圖；附圖2 本發明的一種光源老煉和測量的時序圖；附圖3 本發明的光源老煉試驗裝置實施例2的結構示意圖；附圖4 本發明的另一種光源老煉和測量時序圖。
具體實施方式實施例1 如圖1所示為本發明的一種光源試驗裝置結構示意圖。包括一個雜散光較低的試 驗腔1，試驗腔1內可設置多個被測光源2，在本實施例中的試驗腔1的下方老煉了 1#到 6#共6個大功率封裝LED2，這些LED2被夾裝在一個功位較多的夾具10上，且它們的發光 面向上。所有LED2與同一個可程控供電電源3電連接，該供電電源3可為多路LED提供正 向電流、頻率和佔空比可調的供電。試驗箱內的上方設置光測量光纖取樣器4，光纖取樣器 4下方設置有阻擋被測光源直射光的擋光板14。光纖取樣器4通過傳導光纖6與光度計5 相連，上述光度計5和供電電源3置於試驗腔外。試驗腔1具有溫度監視和控制功能，如圖 1所示，試驗腔中設置有環境溫度探頭7，在試驗腔外部還設置有加熱製冷裝置8，該環境溫 度探頭7和加熱製冷裝置8與試驗控制單元9電連接；此外在每一個LED基板下方的夾具 10上設置光源溫度測量探頭11，光源溫度測量探頭11與多路溫度計13連接，多路溫度計 13與上位機12電連接，上述的供電電源3、光度計5、試驗腔控制單元9都與上位機連接，實 現自動控制和結果顯示。如圖2所示為LED老煉試驗的6個LED工作和光度計5取樣的時序圖。這些LED 逐個點亮並熄滅，在每一個LED點亮時，其它LED都處於熄滅狀態。光度計5在每個LED點 亮時測量它在光線取樣器4位置產生的照度，如在圖2所示的T1周期內，光度計5在、時 刻測量1#LED產生的照度，在t2時刻測量2#LED產生的照度，以此類推。在某一個老煉周期 內，在、時間內1#LED產生的照度，將該值與上述T1周期內、時刻測得的照度值的比值， 用百分數表示，該值即為該老煉時間下1#LED的的光通維持率；同理，測量t2時間的照度值 並於上述T1周期內t2時刻測得的照度值相比，得到2#LED在該老煉時間的光通維持率，以 此類推得到每一個LED在某一老煉時間的光通維持率。在測量中，若試驗腔內的溫度保持為LED2工作的額定溫度(一般為室溫)，則上述過程測量的是常溫下LED的光通維持率；若實驗腔內具有較高的溫度，則上述過程實現LED 的加速老化試驗。對試驗腔的溫度進行其它控制，如逐步升高試驗腔內的環境溫度，待在某一設定 溫度下達到熱平衡後逐個點亮和熄滅被測光源，測得每個被測光源在該溫度下的光學參 數；或者使試驗腔內的環境溫度交替升高或者降低，並在達到熱平衡一定時間後測量6個LED 2的光度量，得到LED的相應溫度特性。實施例2 如圖3所示，為本發明的另一種光源老煉試驗裝置結構示意圖。包括一個雜散光很低的試驗腔1，在試驗腔1的下方老煉了 4個發光面向上的LED模組2，這些LED模組2都 各有一個可程控供電電源3對其單獨供電，每個供電電源3的輸出電壓/電流、開關頻率和 佔空比均可調。試驗腔1內的上方設置光纖取樣器4，光纖取樣器4下方設置有擋光板14， 光纖取樣器4通過漫射器14能夠接收到來自各個LED模組2的光線。光纖取樣器4通過 傳導光纖6與試驗腔1外的光譜輻射計5相連。試驗腔1具有溫度監視和控制功能，如圖3 所示，試驗腔中設置有環境溫度探頭7，試驗腔外圍包裹加熱製冷裝置8，該環境溫度探頭7 和加熱製冷裝置8與試驗腔控制單元9電連接；此外在每一個LED模組2的外殼上都設置 有光源溫度測量探頭11，光源溫度測量探頭11與多路溫度計13連接，上述的供電電源3、 光度計5、試驗腔控制單元9和多路溫度計13都與上位機連接，實現自動控制和結果顯示。如圖4所示為老煉和測量這4個LED模組2的時序圖。4個LED模組2以相同的頻率 和周期工作，但存在一定相位差，在每個點亮熄滅周期中，LED模組處於點亮狀態的時間相 對較長。各LED模組2工作的相位差滿足點亮的被測光源依次熄滅，且最後一個光源熄滅 時，其它光源仍處於同一周期的熄滅狀態。在每個周期內，光譜輻射計在每一個LED模組2 快要熄滅時，即圖4中的tpt2、t3、t4時刻取樣測量，得到絕對光譜輻射功率P1 ( λ )，Ρ2( λ )， P3 ( λ )，P4 ( λ )，則在該老煉時間1#光源的光譜輻射功率可表達為P1 ( λ ) -P2 ( λ )，2#光源 的光譜輻射功率可表達P2 ( λ ) -P3 ( λ )，3#光源的光譜輻射功率可表達P3 ( λ ) -P4 ( λ )，4#光 源的光譜輻射功率即為P4 ( λ )。根據CIE公式計算得到各個光源在光纖取樣器4處的照度 和顏色。在各個周期內的所測得的每個LED模組的照度和顏色，與第一個周期T1內的對應 值相比較，得到每個LED模組在不同時間的光通維持率和顏色漂移。與實施例1相同，本實施例也可以用來測量LED模組的溫度特性。
權利要求
光源試驗方法，其特徵在於在沒有外來雜散光或外來雜散光較小的環境裡試驗兩個或兩個以上被測光源(2)，可程控供電電源(3)控制點亮或熄滅各個被測光源(2)；能接收每一個被測光源(2)發射光的取樣裝置(4)採集各個被測光源(2)的光信號，並將採得的光信號送至測量儀表(5)；測量儀表(5)和供電電源(3)通過程控聯動，測量儀表(5)測量被可程控供電電源(3)點亮的被測光源(2)的光信號，直接或通過計算得到被測光源(2)在一定的試驗條件和/或試驗時間下的光學參數。
2.根據權利要求1所述的光源試驗方法，其特徵在於在試驗過程中，某一被測光源 (2)點亮時其它被測光源(2)熄滅，測量儀表(5)在某個被測光源(2)點亮時間內測量該被 測光源(2)的光學參數。
3.根據權利要求1所述的光源試驗方法，其特徵在於各個被點亮的被測光源(2)依 次熄滅，且最後一個被測光源(2)熄滅時，其它被測光源(2)仍處於同一周期的熄滅狀態； 除第一個被測光源(2)外，測量儀表(5)在每個被測光源(2)熄滅前而前一被測光源(2) 熄滅後取樣測量；最後一個被測光源(2)熄滅前的測量值即為該被測光源(2)的光學參數， 其它被測光源(2)的光學參數通過以下方法計算該光源熄滅前測得的光學參數減去下一 光源熄滅前測得的相應量值，得到該光源在該試驗時刻的光學參數。
4.根據權利要求1所述的光源試驗方法，其特徵在於所述的被測光源(2)以矩陣形 式排布，先逐行再逐列、或者先逐列再逐行點亮並測量被測光源(2)，根據各次測量結果計 算出每一個被測光源在本次測量周期的光學參數。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的光源試驗方法，其特徵在於在被測光源(2)的 試驗過程中監測並控制被測光源(2)所處的環境溫度。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的光源試驗方法，其特徵在於在被測光源(2)的 試驗過程中監測每個被測光源(2)的自身溫度。
7.一種光源試驗裝置，其特徵在於包括試驗腔(1)，試驗腔(1)內設置兩個或兩個以 上被測光源(2)，被測光源(2)與可程控供電電源(3)電連接，試驗腔(1)內設置能接收來 自每一個被測光源(2)發射光的取樣裝置(4)，取樣裝置(4)與測量儀表(5)相連接，測量 儀表(5)和供電電源⑴置於試驗腔⑴外，並且測量儀表(5)和供電電源⑴與上位機 (12)電連接。
8.根據權利要求7所述的光源試驗裝置，其特徵在於所述的取樣裝置(4)為與光纖 (6)相連的光纖取樣器(4)，所述的測量儀表(5)為光度計或/和光譜輻射計。
9.根據權利要求7所述的光源試驗裝置，其特徵在於所述的取樣裝置(4)為光度探頭， 所述的測量儀表(5)為與光度探頭相配合的光度計。
10.根據權利要求7所述的光源試驗裝置，其特徵在於所述的試驗腔(1)是具有溫度控 制功能的試驗腔，在試驗腔(1)內設置監測腔內環境溫度的環境溫度探頭(7)，在每個被測 光源(2)或與被測光源(2)相接觸的夾具上設置一個或一個以上光源溫度測量探頭(11)。
全文摘要
本發明公開了一種光源試驗方法，在沒有外來雜散光或外來雜散光較小的環境裡試驗兩個或兩個以上被測光源，取樣裝置能接收每一個被測光源發射光，並將光信號送至測量儀表；可程控供電電源控制點亮或熄滅各個被測光源，測量儀表和可程控供電電源通過程控聯動，可按照一定的時序工作，直接或通過計算得到每個被測光源在一定的條件和/或一定時間下的光學參數。對應的試驗裝置中用試驗腔實現低雜散光環境，兩個或兩個以上被測光源設置在試驗腔內，試驗腔內還設有能接收來自每一個被測光源發射光的取樣裝置。本發明中最少用一個光測量取樣裝置，能實現多個光源光學參數的測量，在不影響精度的前提下，測量成本大幅降低，且操作簡單方便。
文檔編號G01M11/02GK101799357SQ20091015428
公開日2010年8月11日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者李倩, 潘建根 申請人:杭州遠方光電信息有限公司