CN104390707B - 一种led颜色矢量测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED颜色矢量测试方法及装置，包括采用光谱仪对待测LED的色温进行测量，其在常规定距离色温随角度分布测试方法的基础上，增加变测试距离的测试项目，在极坐标上得到不同测试距离下的色温随极角、方位角变化球面。其通过排序方法得到近场颜色矢量，用于指导LED器件结构的改善，并通过色容差方法得到远场颜色矢量，从而得到颜色矢量均匀性指标，进一步描述了LED光源在测试方向上的颜色均匀性。其以现有设备为基础，增加了测试距离联动运动模块、遮光结构以及夹具沿轴向调整结构，可广泛用于各种LED发光器件的颜色矢量测试领域。

Description

一种LED颜色矢量测试方法及装置

技术领域

本发明涉及LED测量领域，尤其涉及一种LED颜色矢量测试方法及装置。

背景技术

发光二极管(LED)作为新一代的照明光源与白炽灯等传统光源相比，具有寿命长、光效高、节能环保等优点，引起了越来越多制造厂商和研究机构的关注，其研究重点在于改善LED光源的发光效率以及光色品质如光通量、亮度、显色指数等。此外，白光LED的颜色均匀性问题也越来越受到重视，然而行业中仍缺乏有效的颜色均匀性评价标准及测试方法。

目前，研究者和厂商把固定距离下测得的色温随角度分布曲线作为评价LED光源颜色均匀性的依据。但实际上，随着观察者与LED光源距离的改变，在相同角度处所感受到的颜色也会有所区别，也因此LED光源在不同距离处的颜色均匀性也会有所差别。故这种固定距离下获得的色温分布曲线并不能较为完整地描述LED光源的颜色分布，所得出的颜色均匀性评价也是片面的。

此外，现在越来越多的研究者和厂商通过改善LED的芯片结构、荧光粉形貌以及封装形式来改善LED光源的颜色均匀性，而以往的固定距离下获得的色温分布曲线仅能反映在某一球面内LED光源的颜色分布情况，却没办法追踪这个颜色是如何从LED光源得到的，因此测试结果难以用于指导改善LED器件的结构。

综上，现有的规范和规定难以完整描述光源颜色的颜色分布，也难以满足光源颜色均匀性的评价要求，同时，相关测试方法及测试工具的缺失也给研究工作带来极大的不便。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种LED颜色矢量测试方法及装置。其以现有测试设备为基础，增加了测试过程中探测距离的联动功能，与以往的定距离色温随角度分布测试方法不同，能够直观显示LED光源在立体空间的颜色矢量，较为简便地得到LED颜色在空间中的“流动”方向。其远场结果能用于进一步评价LED光源在测试距离方向上的颜色均匀性，近场结果能用于进一步指导改善LED器件结构。

本发明通过下述技术方案实现：

一种LED颜色矢量测试装置，包括依次连接的光谱仪、联动运动测试平台、运动控制模块及恒流控制模块、PC机；PC机通过运动控制模块读取位置数据；光谱仪读取色温数据并传输给PC机；

联动运动测试平台分别连接探测器移动模块、极角移动模块、方位角移动模块；

其中，联动运动测试平台包括方位角旋转平台、极角旋转平台及探测器移动平台组成，并通过运动控制模块实现联动运动；

方位角旋转平台包括具有一个同步带轮旋转机构1的方位角旋转平台，方位角旋转平台上设有通孔3，通孔3用于安装载有LED器件的夹具；方位角旋转平台上具有一凸台4，凸台4上设有用于调整夹具的轴向位置的紧定螺钉2；

测试时，载有LED器件的夹具安装在方位角旋转平台的通孔3上，通过调整凸台4的紧定螺钉2来调整夹具的轴向位置，利用同步带轮旋转机构1实现LED器件方位角的360°旋转。

凸台4直径为30mm。通孔3有三个并贯穿凸台4，呈120°排布；通孔3为1.5mm的螺纹孔。

一种LED颜色矢量测试方法，包括如下步骤：

通过PC机预设参数传输命令到恒流控制模块，点亮LED光源，通过联动运动测试平台使极角从0°旋转到180°，间隔不同角度测量色温值，PC机分别判断LED测试距离及方位角是否满足预设值，若不满足，则重复上一步；

若满足PC机预设值，则把方位角相同，不同测试距离下的LED色温随极角变化曲线进行分组并绘制于同一极坐标系中；随后把各组中的色温随极角变化曲线，以波峰为分界点划分若干区间，按逆时针顺序对同一曲线的区间进行编号。若要测量近场颜色矢量，则对近场测得的同一曲线同一区间上的数据坐标按色温增序编号，并把探测距离不同而编号相同的坐标点相连，得到近场色温矢量集合；若要测量远场颜色矢量，先在同一组中，计算不同探测距离间的平均色温差并设定色容差值。其中，平均色温差等于相同方位角下，不同测试距离的各曲线在相同极角处的色温平均差值，其表达式为：

(式1)

上式中，θ为极角；为方位角；s1和s2为测试距离；N为测试数据总量；T为色温，单位K。

色容差是在不同测试距离下所得色温的相关性判断参数，以某一测试距离上的色温为判断基准，若下一测试距离上的色温值大小落在色容差范围内，则判断该处色温与上一测试距离上的色温相关，基准色温与相关色温相连可得颜色矢量，色容差的表达式为：

(式2)

上式中，δ为色容差系数，与颜色矢量精度有关，取值范围为0到1；

连接色温随极角变化曲线上满足色容差范围的坐标点，得到远场色温矢量集合，再对远场色温矢量的模求取平均值除以测试距离范围，便得到颜色矢量均匀性指标；颜色矢量均匀性描述了单位测试距离下的色温改变量，进一步为LED光源的颜色分布均匀性给出判断依据，其表达式为：

(式3)

$R=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}r(s_i,s_{i+1})}{\mathrm{\Δs}}$ (式4)

上式中，R为颜色矢量均匀性，单位K/mm；为在方位角时的颜色矢量；r(s_i,s_i+1)为测试距离在s_i和s_i+1之间的颜色矢量取模后平均值；Δs为测试距离范围。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

其以现有测试设备为基础，增加了测量过程中的探测器直线移动的功能，与以往的定距离色温随角度分布测试方法不同，能够直观显示LED光源在立体空间的颜色矢量，较为简便地得到LED颜色在空间中的“流动”方向。其远场结果能用于进一步评价LED光源在测试距离方向上的颜色均匀性，近场结果能用于进一步指导改善LED器件结构；测试手段简便易行；

本装置及方法能获得LED光源的颜色矢量分布，进一步描述了LED光源在探测方向的颜色均匀程度，其近场结果可以追踪从LED光源发出的不同颜色光线，从而指导改善LED器件结构。

附图说明

图1是本发明硬件系统构成示意图；

图2是方位角旋转平台的结构示意图；

图3是本发明的测试方法流程图；

图4是探测器移动平台的结构示意图；

图5是近场颜色矢量分布图；

图6是远场颜色矢量分布图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1-6所示。本发明一种LED颜色矢量测试装置，包括依次连接的光谱仪、联动运动测试平台、运动控制模块及恒流控制模块、PC机；PC机通过运动控制模块读取位置数据；光谱仪读取色温数据并传输给PC机；

联动运动测试平台分别连接探测器移动模块、极角移动模块、方位角移动模块；

其中，联动运动测试平台包括方位角旋转平台、极角旋转平台及探测器移动平台组成，并通过运动控制模块实现联动运动；

方位角旋转平台包括具有一个同步带轮旋转机构1的方位角旋转平台，方位角旋转平台上设有通孔3，通孔3用于安装载有LED器件的夹具；方位角旋转平台上具有一凸台4，凸台4上设有用于调整夹具的轴向位置的紧定螺钉2；

测试时，载有LED器件的夹具安装在方位角旋转平台的通孔3上，通过调整凸台4的紧定螺钉2来调整夹具的轴向位置，利用同步带轮旋转机构1实现LED器件方位角的360°旋转。

凸台4直径为30mm。通孔3有三个并贯穿凸台4，呈120°排布；通孔3为1.5mm的螺纹孔。

探测器移动模块如图4所示，黑色遮光板的前端安装在遮光板前安装孔5上，后端安装在遮光板后安装孔10上，其板身横穿滑板缝隙7，滑板组件9与丝杆6相连，由于滑板缝隙7的作用，因此可以实现滑板组件9沿丝杆6长度方向运动而不与遮光板干涉。

如上所述。在现有定距离色温随角度分布测试设备的基础上，增加测试距离联动模块，在测试过程中实现方位角360°旋转，极角200°旋转，探测器500mm直线移动；LED光源夹具水平地安装在方位角旋转平台的通孔中；LED光源夹具可实现轴向调距；调距丝杆上方盖有遮光板。

LED颜色矢量测试方法如下：

通过PC机预设参数传输命令到恒流控制模块，点亮LED光源，通过联动运动测试平台使极角从0°旋转到180°，间隔不同角度测量色温值，PC机分别判断LED测试距离及方位角是否满足预设值，若不满足，则重复上一步；

若满足PC机预设值，则把方位角相同，不同测试距离下的LED色温随极角变化曲线进行分组并绘制于同一极坐标系中；随后把各组中的色温随极角变化曲线，以波峰为分界点划分若干区间，按逆时针顺序对同一曲线的区间进行编号，记为区间一、区间二等。若要测量近场颜色矢量(测量距离范围为5mm到10mm并且只需选取2个测量距离)，则对近场测得的同一曲线同一区间上的数据坐标按色温增序编号，记为1、2、3等，并把探测距离不同而编号相同的坐标点相连，得到近场色温矢量集合；若要测量远场颜色矢量(测量距离为50mm到500mm并且根据精度要求选取2～50个测量距离，精度越高，远场颜色矢量越能反映LED光源的实际空间颜色矢量分布)，先在同一组中，计算不同探测距离间的平均色温差并设定色容差值。其中，平均色温差等于相同方位角下，不同测试距离的各曲线在相同极角处的色温平均差值，其表达式为：

(式1)

上式中，θ为极角；为方位角；s1和s2为测试距离；N为测试数据总量；T为色温，单位K。

色容差是在不同测试距离下所得色温的相关性判断参数，以某一测试距离上的色温为判断基准，若下一测试距离上的色温值大小落在色容差范围内，则判断该处色温与上一测试距离上的色温相关，基准色温与相关色温相连可得颜色矢量，色容差的表达式为：

(式2)

上式中，δ为色容差系数，与颜色矢量精度有关，取值范围为0到1；

连接色温随极角变化曲线上满足色容差范围的坐标点，得到远场色温矢量集合，再对远场色温矢量的模求取平均值除以测试距离范围，便得到颜色矢量均匀性指标；颜色矢量均匀性描述了单位测试距离下的色温改变量，进一步为LED光源的颜色分布均匀性给出判断依据，其表达式为：

(式3)

$R=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}r(s_i,s_{i+1})}{\mathrm{\Δs}}$ (式4)

上式中，R为颜色矢量均匀性，单位K/mm；为在方位角时的颜色矢量；r(s_i,s_i+1)为测试距离在s_i和s_i+1之间的颜色矢量取模后平均值；Δs为测试距离范围。

如上所述。在常规定距离色温随角度分布测试方法的基础上，增加变测试距离的测试项目，在极坐标上得到不同测试距离下的色温随极角、方位角变化球面。其通过排序方法得到近场颜色矢量，用于指导LED器件结构的改善，并通过色容差方法得到远场颜色矢量，从而得到颜色矢量均匀性指标，进一步描述了LED光源在测试方向上的颜色均匀性。其以现有设备为基础，增加了测试距离联动运动模块、遮光结构以及夹具沿轴向调整结构，可广泛用于各种LED发光器件的颜色矢量测试领域。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LED颜色矢量测试装置，其特征在于：包括依次连接的光谱仪、联动运动测试平台、运动控制模块及恒流控制模块、PC机；PC机通过运动控制模块读取位置数据；光谱仪读取色温数据并传输给PC机；

联动运动测试平台分别连接探测器移动模块、极角移动模块、方位角移动模块；

其中，联动运动测试平台包括方位角旋转平台、极角旋转平台及探测器移动平台组成，并通过运动控制模块实现联动运动；

方位角旋转平台包括具有一个同步带轮旋转机构(1)的方位角旋转平台，方位角旋转平台上设有通孔(3)，通孔(3)用于安装载有LED器件的夹具；方位角旋转平台上具有一凸台(4)，凸台(4)上设有用于调整夹具的轴向位置的紧定螺钉(2)；

测试时，载有LED器件的夹具安装在方位角旋转平台的通孔(3)上，通过调整凸台(4)的紧定螺钉(2)来调整夹具的轴向位置，利用同步带轮旋转机构(1)实现LED器件方位角的360°旋转。

2.根据权利要求1所述的LED颜色矢量测试装置，其特征在于：凸台(4)直径为30mm。

3.根据权利要求1或2所述的LED颜色矢量测试装置，其特征在于：通孔(3)有三个并贯穿凸台(4)，呈120°排布；通孔(3)为1.5mm的螺纹孔。

4.一种LED颜色矢量测试方法，其特征在于包括如下步骤：

通过PC机预设参数传输命令到恒流控制模块，点亮LED光源，通过联动运动测试平台使极角从0°旋转到180°，间隔不同角度测量色温值，PC机分别判断LED测试距离及方位角是否满足预设值，若不满足，则重复上一步；

若满足PC机预设值，则把方位角相同，不同测试距离下的LED色温随极角变化曲线进行分组并绘制于同一极坐标系中；随后把各组中的色温随极角变化曲线，以波峰为分界点划分若干区间，按逆时针顺序对同一曲线的区间进行编号，若要测量近场颜色矢量，则对近场测得的同一曲线同一区间上的数据坐标按色温增序编号，并把探测距离不同而编号相同的坐标点相连，得到近场色温矢量集合；若要测量远场颜色矢量，先在同一组中，计算不同探测距离间的平均色温差并设定色容差值；其中，平均色温差等于相同方位角下，不同测试距离的各曲线在相同极角处的色温平均差值，其表达式为：

(式1)

上式中，θ为极角；为方位角；s1和s2为测试距离；N为测试数据总量；T为色温，单位K；

色容差是在不同测试距离下所得色温的相关性判断参数，以某一测试距离上的色温为判断基准，若下一测试距离上的色温值大小落在色容差范围内，则判断该处色温与上一测试距离上的色温相关，基准色温与相关色温相连可得颜色矢量，色容差的表达式为：

(式2)

上式中，δ为色容差系数，与颜色矢量精度有关，取值范围为0到1；

连接色温随极角变化曲线上满足色容差范围的坐标点，得到远场色温矢量集合，再对远场色温矢量的模求取平均值除以测试距离范围，便得到颜色矢量均匀性指标；颜色矢量均匀性描述了单位测试距离下的色温改变量，进一步为LED光源的颜色分布均匀性给出判断依据，其表达式为：

(式3)

(式4)

上式中，R为颜色矢量均匀性，单位K/mm；为在方位角时的颜色矢量；r(s_i,s_i+1)为测试距离在s_i和s_i+1之间的颜色矢量取模后平均值；Δs为测试距离范围。