LED光谱检测装置

摘要

本发明公开了一种LED光谱检测装置，包含透镜组和光纤。透镜组包含准直透镜和圆台形透镜，准直透镜用于接收LED光源并将光束传导至所述圆台形透镜，圆台形透镜位于所述准直透镜和光纤之间以将光束导入所述光纤。控制好准直透镜与光源的距离，圆台透镜的锥度、长度以及出光面的孔径、圆台透镜与光纤入光面的距离，就能够最大限度地降低检测装置对光源位置准确性的敏感度。

权利要求

1.一种LED光谱检测装置，包含透镜组和光纤，其特征在于：所述透镜组包含准直透镜和圆台形透镜，所述准直透镜用于接收LED光源并将光束经准直后传导至所述圆台形透镜，所述准直透镜与所述LED光源的距离等于所述准直透镜的焦距；所述圆台形透镜位于所述准直透镜和光纤之间以将光束导入所述光纤，所述圆台透镜的底部尺寸与所述准直透镜的尺寸一致，使得准直光全部进入所述圆台透镜；且所述圆台透镜的长度与锥度的配合使光束在所述圆台形透镜中经多次全反射后最终到达所述圆台形透镜的出光面；所述圆台透镜的出光面为经过散射处理的出光面，所述光纤与所述出光面的距离设置为使所述出光面的每个点都有散射光进入所述光纤的距离。

2.如权利要求1所述的LED光谱检测装置，其特征在于：所述圆台透镜的锥度为16～

19度，出光面直径为2～4mm。

3.如权利要求2所述的LED光谱检测装置，其特征在于：所述圆台透镜出光面直径为

3mm，靠近所述准直透镜的所述圆台透镜入光面直径为25mm，长度为70mm。

4.如权利要求1所述的LED光谱检测装置，其特征在于：所述光纤与所述圆台透镜出光面的距离为6mm。

说明书

LED光谱检测装置

【技术领域】

[0001] 本发明涉及一种光学检测装置，尤其是涉及一种LED的分光测中的光谱检测装置。【背景技术】

[0002] 由于具有发光效率高、反应时间快、使用寿命长、不易破损、耗电量少、环保无汞等优点，LED(发光二极管)在各个领域得到了广泛的应用，LED的型号和类别也越来越多。生产厂家在生产过程中不可避免地需要对产品进行检测和分类，LED分光测试仪应运而生。LED分光测试仪主要用于对LED成品的电性参数、光学参数进行自动测试，并按所测得的参数进行分类。

[0003] LED的特点是只发射一个光谱，而光谱决定了LED的光颜色，因此LED分光测试仪中就包含了光谱检测装置。常用的光谱检测装置是使LED光依次通过两个凸透镜，两个凸透镜共同将光线聚焦为一个亮光斑。该亮光斑照射在光纤上，光纤将光束传导到传感器，传感器将光信号转换成电信号来测量LED的光谱。

[0004] 由于采用聚焦的方式，光线要聚集于光纤入光面，而光纤的直径只有0.6mm，当光路中任何一个环节发生偏差的时候，对聚焦的位置会造成较大的影响，因此对光源的定位要求很高。【发明内容】

[0005] 有鉴于此，有必要提供一种对光源偏移敏感性低的LED光谱检测装置。

[0006] 为了解决上述技术问题，提出以下技术方案：

[0007] 一种LED光谱检测装置，包含透镜组和光纤，所述透镜组包含准直透镜和圆台形透镜，所述准直透镜用于接收LED光源并将光束经准直后传导至所述圆台形透镜，所述圆台形透镜位于所述准直透镜和光纤之间以将光束导入所述光纤。

[0008] 进一步地：所述准直透镜与所述LED光源的距离等于所述准直透镜的焦距。

[0009] 进一步地：所述圆台透镜的底部尺寸与所述准直透镜的尺寸一致，使得准直光全部进入所述圆台透镜。

[0010] 进一步地：所述圆台透镜的长度与锥度的配合使光束在所述圆台形透镜中经多次全反射后最终到达所述圆台形透镜的出光面。

[0011] 进一步地：所述圆台透镜的锥度为16～19度，出光面直径为2～4mm。

[0012] 进一步地：所述圆台透镜出光面直径为3mm，靠近所述准直透镜的所述圆台透镜入光面直径为25mm，长度为70mm。

[0013] 进一步地：所述圆台透镜的出光面为经过散射处理的出光面，所述光纤与所述出光面的距离设置为使所述出光面的每个点都有散射光进入所述光纤的距离。

[0014] 进一步地：所述光纤与所述圆台透镜出光面的距离为6mm。

[0015] 上述LED光谱检测装置采用准直透镜与圆台透镜的配合来测量光谱，使得准直光能全部进入圆台透镜，而光源的细微偏移对准直光的影响不大，能够降低LED光谱检测装置对光源位置偏差的敏感性。

[0016] 上述LED光谱检测装置将的准直透镜与光源之间的距离为准直透镜的焦距，能够保证经过准直透镜后的光线为准直光。

[0017] 圆台透镜的长度与锥角配合使得光线在圆台透镜中的反射均为全反射角，可以避免漏光现象。

[0018] 对圆台透镜的出光面进行散射处理，并调整光纤传感器与出光面的距离，保证所述出光面的每个点都有散射光进入光纤。【附图说明】

[0019] 图1 为本发明实施例的光路示意图

[0020] 图2 为光源处于标准位置时的示意图

[0021] 图3 为光源处于标准位置时测得的辐射度分布图

[0022] 图4 为光源偏移1mm时的位置示意图

[0023] 图5 为光源偏移1mm时测得的辐射度分布图

[0024] 其中：

[0025] 1-光源 4-聚焦透镜 61-入光面

[0026] 2-准直透镜 5-亮度传感器 62-出光面

[0027] 3-分束镜 6-圆台透镜 7-光纤

[0028] 下面结合附图对本发明进行进一步的说明。【具体实施方式】

[0029] 进行光谱检测时光线要聚集于光纤的入光面，而光纤的直径只有0.6mm，因此当光路中任何一个环节发生偏差的时候，对聚焦的位置会造成较大的影响。采用依次通过两个透镜折射聚焦的方式存在以下问题：

[0030] 1.对光源的定位要求高，提高了调试难度，影响产能，并且使用时间长后会因设备的震动导致位置发生偏移，需再次调试，提高了售后的成本。

[0031] 2.对于LED的制程要求高。LED的品质不同，生产出来的LED发光角度不同，特别是添加了荧光粉的材料，LED发光面上各点各角度的颜色不尽相同，因此，当聚焦点发生偏移时，进入光纤的颜色就有差异。

[0032] 3.对机械零部件的加工精度要求高，提高了生产成本，而且由于设备中连接件比较多，导致整体的精度无法提高。

[0033] 本发明的实施例采用混光的方式，利用准直透镜和圆台透镜的配合来提高聚焦效果，降低对生产、加工、调试等各环节的精度要求。

[0034] LED的分光检测一般包含光亮度检测和光谱检测两种装置

[0035] 如图1所示，首先利用准直透镜2对LED光源1发出的30°以内的光进行准直，这种采光方式所得出的颜色，更接近于LED行业在质检过程中的视觉效果。LED光源1与准直透镜2之间的距离取决于准直透镜2的焦距，LED光源1最好位于准直透镜2的焦距上，这样经过准直透镜2后的光才是准直的。

[0036] 准直后的光线经过分束镜片3后，一部分光经反射进入一侧的聚焦透镜4，聚焦到亮度传感器5中，进行光亮度检测；另一部分光线直接进入圆台透镜6，进行光谱检测。

[0037] 准直透镜2与圆台透镜6之间的距离不是很重要，主要取决于整体装置的机械结构。

[0038] 圆台透镜6对降低光谱检测装置对光源位置、LED制成等因素的敏感性起着关键的作用。圆台透镜入光面61的直径应与准直透镜2的尺寸配合(最好一致)，使准直光尽可能地全部进入圆台透镜6。在圆台透镜6的设计过程中，若圆台透镜6的锥角偏大，则光线在圆台透镜内壁的反射角偏小，经过几次反射之后就小于全反射角，会产生漏光现象。若圆台透镜6的锥角偏小，造成圆台透镜6设计长度偏长，光线在内壁反射次数较多，使反射角不断减小，最终同样产生漏光现象。同样的，圆台透镜出光面62的孔径对光路也有类似的影响(孔径小，在同样锥度的情况下，长度会偏长；在同样长度的情况下，锥度就偏大。反之亦然。)。因此，圆台透镜6的高度应与圆台透镜6的锥度配合，使得准直光在圆台透镜6内壁上形成多次的全反射，最终到达出光面。

[0039] 通过反复的建模与光路模拟，可以得出理想的圆台透镜6的尺寸以及出光面62孔径。经光学仿真，圆台透镜6的角度在16～19度，出光面62的直径在2～4mm时，可以得到较高的频谱测试精度。

[0040] 光线在圆台透镜6内壁经过多次全反射，到达出光面62时，出射的角度和位置都表现出随机性，并非所有从圆台透镜6出射的光线都能够进入光纤7，因此必须在圆台透镜出光面62做散射处理(进行一定的毛面处理即可，因为散射度太高会影响出光面的光强，不利于测试亮度较暗的光源)，并且确定好光纤7与圆台透镜出光面62的距离，保证出光面62上每个点都有散射光进入光纤7。光纤7与圆台透镜出光面62的距离影响到采光的光强，距离太长，采光的光强太弱；距离太短，光的色散程度不够，均匀性不强。

[0041] 当光源1的位置发生细微偏移的时候，会引起准直光的小角度偏差，但是这种偏差并不破坏光线在圆台透镜6内的全反射。其次，由于圆台透镜出光面62与光纤7的相对距离的配合，圆台透镜出光面62发出的光经散射后，不同发光点的色差梯度减少，光线混色比较均匀，出光面62上任一点的散射光基本上能够代表光源1的平均颜色，进入光纤后不存在聚焦点偏移而导致颜色发生偏差的问题。因此，此设计对光源1的定位要求不高。

[0042] 经过光学仿真，采用下述参数可以获得较好的测试精度：

[0043] 光源1与准直透镜2底部的距离：40mm，

[0044] 光纤7直径：0.6mm，

[0045] 光纤7与圆台透镜出光面62的距离：6mm，

[0046] 圆台透镜6的尺寸：出光面直径3mm，入光面直径25mm，长度70mm。

[0047] 在上述条件下对5个光源分别进行测试，得出光谱的相对辐射度分布数据，然后根据这些数据计算出LED光源1的色坐标(x，y)进行比较(色坐标是通过在CIE1931色度图上标定坐标，来表示光源的颜色。CIE：国际标准照明委员会)，结果如下：

[0048]

[0049]

[0050] 上述测试结果表明，在光源1偏移0.5-1mm时，对光源1的光谱(即颜色)的测试结果影响不大。

[0051] 光源1发生1mm的偏移时，测得的圆台透镜出光面62的光强分布曲线如图2-图5所示。图2和图4为LED光源1处于不同位置时圆台透镜出光面62的辐射度分布示意图，x、y表示LED光源1的空间绝对坐标值(此处的x、y代表辐射度分布的位置，单位为均为mm，与CIE1931色度图中的x、y非同一概念)。图3和图5为图2和图4中十字线的横
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向线和纵向线上的辐射度分布曲线(横轴的单位是mm，纵轴的单位是w/m，表示所有光线照射到此位置上的光强度的总和，是一个相对分布)。

[0052] 从上述测试结果可知，当LED光源1位置发生1mm偏移时，对圆台透镜出光面62辐射度分布基本上不造成影响，也就是说对光谱测试的结果影响不大。而在实际使用中，各种因素所带来的LED光源1位置偏移一般不会超过1mm。

[0053] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。