CN102854000A - 一种高亮度led光轴检测装置及光轴偏移的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高亮度LED光轴检测装置及光轴偏移的检测方法。其中检测装置包括有用于装设高亮度LED的LED灯放置底座、光强分布获取装置、FPGA控制芯片组、USB传输电路、上位机，其中光强分布获取装置装设在LED灯放置底座的旁侧、且能获取高亮度LED光强的位置上，FPGA控制芯片组驱动光强分布获取装置获取LED光强分布的图像数据，且FPGA控制芯片组通过USB传输电路将采集到的数据实时地上传到上位机。高亮度LED光轴偏移的检测方法，包括有如下步骤：1）高亮度LED直射光强分布图像数据的采集；2）对光强数据进行处理，分析LED光轴的偏移。本发明可以应用于对高亮度LED灯光轴具有特殊要求的LED灯的挑选。本发明操作简单，性能可靠，筛选结果显示直观。
Description
技术领域
本发明是一种高亮度LED光轴检测装置及光轴偏移的检测方法，属于光电测试技术领域。
背景技术
LED是由LED芯片及一定曲率半径的透镜所组成的一个发光系统。比如在定量探测传感器中，要利用到LED发光二极管的光输出特性, 使其制作的光电传感器有较高的灵敏度,其中很重要的一点是要使LED的光轴与透镜系统的机械轴一致, 才能得到较大的输出。另外，有些场合在使用中可能需要LED灯的光轴具有一定角度的偏移（偏光轴LED管），如显示屏，这样的显示屏在获取同等光强情况下可以减小LED电流，在现实中有一定的意义。因此有必要对其光轴进行测量。
目前的光电传感器已将光源、探测器和信号处理电路做成一体, 此时芯片与透镜尺寸可比拟。这样芯片上的发光面就不能再被看成一个点, 而应看成一个面。LED发光面上各点的发光强度如何, 哪一点最强, 是很值得研究的。由于在LED灯的工业生产中难免会有各种各样的偏差，可是讨论LED发光强度分布是将其看成一个点来处理的。然而当把LED光面看成一个面的时候, LED发光强度最强的一点(在光轴上)就需要比较精确的测量了。因为只有发光最强的方向与透镜的轴向在一条线上, 才可得到最大输出。
目前国内对LED灯光轴测量的有效工具比较少，或者方法比较繁琐，因此研究如何有效地检测LED光轴的方法很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设计合理，结构简单，方便实用的高亮度LED光轴检测装置。
本发明的另一目的在于提供一种能有效地检测出LED的光轴偏移，且能直观地显示结果的高亮度LED光轴偏移的检测方法。本发明可解决工业生产或者特殊应用中对LED挑选麻烦的问题。
本发明的技术方案是: 本发明的高亮度LED光轴检测装置，包括有用于装设高亮度LED的LED灯放置底座、光强分布获取装置、FPGA控制芯片组、USB传输电路、上位机，其中光强分布获取装置装设在LED灯放置底座的旁侧、且能获取高亮度LED光强的位置上，FPGA控制芯片组驱动光强分布获取装置获取LED光强分布的图像数据，且FPGA控制芯片组通过USB传输电路将采集到的数据实时地上传到上位机。
上述光强分布获取装置为CCD芯片组。
上述USB传输电路通过USB总线将采集到的数据实时地上传到上位机。
本发明高亮度LED光轴偏移的检测方法，包括有如下步骤：
1）高亮度LED直射光强分布图像数据的采集；
2）对光强数据进行处理，分析LED光轴的偏移。
上述步骤2）对光强数据进行处理的方法包括如下步骤：
11）设LED灯放置底座中高亮度LED与光强分布获取装置中CCD芯片组的CCD感光面之间的距离为确定值l，光强分布获取装置中CCD芯片组中的CCD相邻像元的距离为a,b；
12）测量并确定一个高亮度LED的机械轴位置，测量时LED机械轴位置由LED的机械中心O来确定，为确定LED的机械中心O的准确位置，采用多次测量取平均的方法，待测LED的光轴位置D（A、B、C）也采用相应的方法；
13）根据步骤11）中确定值l、a和b以及步骤12）中的位置O、D确定的光轴偏移量r得出LED光轴偏移角度α。
上述步骤12）中测量并确定一个高亮度LED的机械轴位置时，记录并存储起来以便在显示时标记出来作为后续LED光轴检测的参照。
上述步骤13）中在用作LED拣选时，首先利用l和a、b的值，以位置O为圆心作出圆M，表示光轴位置偏移的容忍范围，检测时当被检测LED光轴位置为D（A、B、C），B、C和D在圆M内为合格品，A在圆M外为不合格品。
上述步骤12）中由上位机对接收到的帧计数来判断该帧是否为有效帧，保留有效帧为第4到第8帧，上位机将接收到的5帧LED光强分布图像数据分别存储起来计算出每个帧的光强中心，然后综合各帧光强中心使用平均的方法得到该LED的光轴位置。
本发明通过上位机利用FPGA控制芯片组、面阵CCD和USB传输电路获取到的LED光强分布图像数据；上位机采取预处理剔除掉无效光强图像帧后，得到该LED实际出射光的光中心位置，最后通过对照该LED的机械轴位置计算分析出待测LED光轴偏移。上位机能够对传输上来的数据进行分析处理，并及时的将被测高亮度LED灯的光轴偏移信息显示出来。本发明高亮度LED光轴检测装置设计合理，结构简单，方便实用。本发明的高亮度LED光轴偏移的检测方法能有效地检测出LED的光轴偏移，且能直观地显示结果。本发明可解决工业生产或者特殊应用中对LED挑选麻烦的问题，简化LED灯的筛选过程，操作简单易上手，性能可靠，筛选结果显示直观。
附图说明
图1为本发明高亮度LED光轴检测装置的原理图；
图2为本发明上位机进行数据处理的原理图；
图3（a）为本发明由光轴偏移量r得出LED光轴偏移角度α的侧视图；
图3(b)为本发明由光轴偏移量r得出LED光轴偏移角度α的主视图；
图4为本发明上位机进行数据处理的流程图。
具体实施方式
本发明的高亮度LED光轴检测装置的原理图如图1所示，包括有用于装设高亮度LED的LED灯放置底座1、光强分布获取装置2、FPGA控制芯片组3、USB传输电路4、上位机5，其中光强分布获取装置2装设在LED灯放置底座1的旁侧、且能获取高亮度LED光强的位置上，FPGA控制芯片组3驱动光强分布获取装置2获取LED光强分布的图像数据，且FPGA控制芯片组3通过USB传输电路4将采集到的数据实时地上传到上位机5。上述光强分布获取装置2为CCD芯片组。
所设LED灯放置底座1中装设的高亮度LED与光强分布获取装置2中CCD芯片组的位置可以相对固定起来，本发明装置所能检测的最大范围由面阵CCD的尺寸来决定。在实际测量中，适当调整高亮度LED与CCD芯片组的距离可以满足测量的一般要求。利用FPGA控制芯片组3驱动CCD芯片组2获取LED光强分布图像数据，并且通过USB传输电路将采集到的数据实时地上传到上位机5，上位机5能够对传输上来的数据进行分析处理，并及时的将被测高亮度LED灯的光轴偏移信息显示出来。
上述USB传输电路4通过USB总线将采集到的数据实时地上传到上位机5。
本发明高亮度LED光轴偏移的检测方法，包括有如下步骤：
1）高亮度LED直射光强分布图像数据的采集；
2）对光强数据进行处理，分析LED光轴的偏移。
5、根据权利要求4所述的高亮度LED光轴的检测方法，其特征在于上述步骤2）对光强数据进行处理的方法包括如下步骤：
11）设LED灯放置底座1中高亮度LED与光强分布获取装置2中CCD芯片组的CCD感光面之间的距离为确定值l，光强分布获取装置2中CCD芯片组中的CCD相邻像元的距离为a,b；
12）测量并确定一个高亮度LED的机械轴位置，测量时LED机械轴位置由LED的机械中心O来确定，为确定LED的机械中心O的准确位置，采用多次测量取平均的方法，待测LED的光轴位置D（A、B、C）也采用相应的方法；
13）根据步骤11）中确定值l、a和b以及步骤12）中的位置O、D确定的光轴偏移量r得出LED光轴偏移角度α。
上述步骤12）中测量并确定一个高亮度LED的机械轴位置时，记录并存储起来以便在显示时标记出来作为后续LED光轴检测的参照。
上述步骤13）中在用作LED拣选时，首先利用l和a、b的值，以位置O为圆心作出圆M，表示光轴位置偏移的容忍范围，检测时当被检测LED光轴位置为D（A、B、C），B、C和D在圆M内为合格品，A在圆M外为不合格品。得出的结果很直观。
上述步骤12）中由上位机5对接收到的帧计数来判断该帧是否为有效帧，保留有效帧为第4到第8帧，上位机5将接收到的5帧LED光强分布图像数据分别存储起来计算出每个帧的光强中心，然后综合各帧光强中心使用平均的方法得到该LED的光轴位置。
Claims (8)
1.一种高亮度LED光轴检测装置，其特征在于包括有用于装设高亮度LED的LED灯放置底座（1）、光强分布获取装置（2）、FPGA控制芯片组（3）、USB传输电路（4）、上位机（5），其中光强分布获取装置（2）装设在LED灯放置底座（1）的旁侧、且能获取高亮度LED光强的位置上，FPGA控制芯片组（3）驱动光强分布获取装置（2）获取LED光强分布的图像数据，且FPGA控制芯片组（3）通过USB传输电路（4）将采集到的数据实时地上传到上位机（5）。
2.根据权利要求1所述的高亮度LED光轴检测装置，其特征在于上述光强分布获取装置（2）为CCD芯片组。
3.根据权利要求1所述的高亮度LED光轴检测装置，其特征在于上述USB传输电路（4）通过USB总线将采集到的数据实时地上传到上位机（5）。
4.一种高亮度LED光轴偏移的检测方法，其特征在于包括有如下步骤：
1）高亮度LED直射光强分布图像数据的采集；
2）对光强数据进行处理，分析LED光轴的偏移。
5.根据权利要求4所述的高亮度LED光轴偏移的检测方法，其特征在于上述步骤2）对光强数据进行处理的方法包括如下步骤：
11）设LED灯放置底座（1）中高亮度LED与光强分布获取装置（2）中CCD芯片组的CCD感光面之间的距离为确定值l，光强分布获取装置（2）中CCD芯片组中的CCD相邻像元的距离为a,b；
12）测量并确定一个高亮度LED的机械轴位置，测量时LED机械轴位置由LED的机械中心O来确定，为确定LED的机械中心O的准确位置，采用多次测量取平均的方法，待测LED的光轴位置D（A、B、C）也采用相应的方法；
13）根据步骤11）中确定值l、a和b以及步骤12）中的位置O、D确定的光轴偏移量r得出LED光轴偏移角度α。
6.根据权利要求5所述的高亮度LED光轴偏移的检测方法，其特征在于上述步骤12）中测量并确定一个高亮度LED的机械轴位置时，记录并存储起来以便在显示时标记出来作为后续LED光轴检测的参照。
7.根据权利要求5所述的高亮度LED光轴偏移的检测方法，其特征在于上述步骤13）中在用作LED拣选时，首先利用l和a、b的值，以位置O为圆心作出圆M，表示光轴位置偏移的容忍范围，检测时当被检测LED光轴位置为D（A、B、C），B、C和D在圆M内为合格品，A在圆M外为不合格品。
8.根据权利要求5所述的高亮度LED光轴偏移的检测方法，其特征在于上述步骤12）中由上位机（5）对接收到的帧计数来判断该帧是否为有效帧，保留有效帧为第4到第8帧，上位机（5）将接收到的5帧LED光强分布图像数据分别存储起来计算出每个帧的光强中心，然后综合各帧光强中心使用平均的方法得到该LED的光轴位置。
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