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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410802751.5 (22)申请日 2014.12.18 G01R 31/26(2014.01) G01K 11/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院上海技术物理研究所 地址 200083 上海市虹口区玉田路 500 号 申请人 中国地质大学 （武汉） (72)发明人 张晶晶 张涛 刘石神 金亚方 孙浩 吕慧峰 (74)专利代理机构 武汉华旭知识产权事务所 42214 代理人 江钊芳 (54) 发明名称 一种 LED 阵列结温快速在线检测装置 (57) 摘要 本发明涉及一种 LED 阵列结温快速在线检测 装置， 包。
2、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。
3、快速、 准确的光谱检测。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104459510 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104459510 A 1/1 页 2 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。
4、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。
5、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。
6、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 1 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。
7、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。 权 利 要 求 书 CN 104459510 A 2 1/4 页 3 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。
8、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。
9、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。
10、 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。
11、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 。
12、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。 说 明 书 CN 104459510 A 3 2/4 页 4 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。
13、、 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 。
14、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。
15、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。 0011 所述的多光谱信息检测单元一次性将 1 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。
16、 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。
17、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 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 说 明 书 CN 104459510 A 4 3/4 页 5 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 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 (Dispersion)到面阵CCD上， C。
18、CD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。 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 CCD 上产生的光谱图像。 0025 图 7 是本发明的脉冲驱动下 L。
19、ED 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- 光学分光元 件、 41- 电子快门、 42- 第一狭缝、 43- 第二狭缝、 44- 光源信息一、 45。
20、- 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1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 1 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。
21、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。
22、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。
23、输出、 上传到计算 说 明 书 CN 104459510 A 5 4/4 页 6 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 1 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。
24、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，。
25、 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 1 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。
26、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为单位增量由30逐渐增加到 70， 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 ( )， 纵坐标为峰值波长 (nm)。 说 明 书 CN 104459510 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104459510 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104459510 A 8 3/3 页 9 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 104459510 A 9 。