CN114166473B - 一种光源出光均匀性自动检测装置及方法 - Google Patents

一种光源出光均匀性自动检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光源出光均匀性自动检测装置及方法，属于光源检测技术领域，其中检测装置含载物平台、光源固定模块、发射模块、接收模块、遮光罩、第一光电模块、第二光电模块、主控板与位移模块，载物平台的中心轴线、遮光罩圆形中空结构腔体的中心轴线、第二光电模块的中心与被测光的光斑中心均重合，在主控板的控制下，可实现载物平台与光电模块的同步移动，所述第一光电模块与第二光电模块可分别检测投射到遮光罩圆形中空结构腔体内所有光斑位置的光强。本发明检测速度快、精度高，能够满足可见光波段内不同光源的出光均匀性检测需求，特别适宜应用于对出光均匀性要求较高的光源产品的出厂检测。

Description

一种光源出光均匀性自动检测装置及方法
技术领域
本发明涉及光源检测技术领域，尤其涉及一种光源出光均匀性自动检测装置及方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，LED、LD等半导体光源的应用越来越广泛。除用于日常照明外，还可应用于内窥镜冷光源、生物分析仪器、高端显微镜系统等先进设备。所以，作为该类设备的核心部件，光源的出光均匀性尤其重要，良好的出光均匀性可以提升图像的成像质量、提高分析仪器的检测精度。
目前，光的均匀性检测一般依靠专业的光学测试仪器，检测成本比较高。现有技术中提供了光源均匀性的检测系统及方法，该系统包括：荧光装置、滤光装置、摄像装置及处理装置。采用摄像装置拍摄待测光源经过荧光装置后激发的荧光辐射，生成光谱图像并处理分析，其缺点在于荧光物质本身存在一定的不均匀性，且容易受配制时间、环境温度、湿度因素影响，其激发出的荧光辐射很容易引入误差，得到的均匀性数据不够准确；另外，不同波长的光源需要的荧光物质种类不同，该系统不适合应用于具有多个发光波段光源的出光均匀性检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光源出光均匀性自动检测装置及方法，能够快速、精确的自动检测光源的出光均匀性。
现结合附图详细说明本发明的技术方案：
本发明第一方面提供了一种光源出光均匀性自动检测装置，含载物平台（1）、光源固定模块（2）、发射模块（3）、接收模块（4）、遮光罩（5）、第一光电模块（6）、第二光电模块（7）、主控板（8）与位移模块（9），载物平台（1）是一个底部悬挂载物的可旋转平台，可沿中心轴360度水平匀速旋转，光源固定模块（2）是用于固定被测光源的一对L型结构件，发射模块（3）是用于产生特定信息的信号发射器，接收模块（4）是用于接收特定信息的信号接收器，遮光罩（5）是用于屏蔽外界光线的非导电圆形腔体的中空结构，第一光电模块（6）与第二光电模块（7）是用于检测被测光强度的光学器件，主控板（8）是用于控制各模块运行的微控制器电路板，位移模块（9）是可以水平移动且步长可控的步进导轨，
其特征在于，所述光源固定模块（2）置于载物平台（1）的下方，两个L型结构件的相对距离可调，固定后的被测光源出射光方向向下，且光斑中心与载物平台（1）的中心轴线重合，
所述发射模块（3）固定于载物平台（1）的下方边缘，可垂直向下发射特定信号，
所述接收模块（4）固定于遮光罩（5）的上端平面边沿，其接收平面中心轴线与发射模块（3）的发射平面中心轴线重合，可接收来自于垂直方向上方发射模块（3）发射的特定信号，
所述第一光电模块（6）、第二光电模块（7）分别安装在主控板（8）的两端，其中第一光电模块（6）置于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体边缘侧，第二光电模块（7）的中心与载物平台（1）的中心轴线以及遮光罩（5）的圆形中空结构腔体的中心轴线均重合，第一光电模块（6）靠近遮光罩（5）的圆形中空结构腔体边缘侧到第二光电模块（7）中心的距离等于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体的半径R，
所述主控板（8）机械安装在位移模块（9）的一端，且与载物平台（1）、发射模块（3）、接收模块（4）、第一光电模块（6）、第二光电模块（7）、位移模块（9）电连接，
所述位移模块（9）置于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体底部，可以通过主控板（8）控制进行水平方向的步进移动，移动步长L等于第一光电模块（6）与第二光电模块（7）的感光区域宽度D。
进一步的，上述装置所述发射模块（3）与接收模块（4）可用于检测载物平台（1）的旋转周数，其中发射模块（3）可以是磁性元件、接近触发器件或激光二极管；对应的，接收模块（4）可以是霍尔开关、接近传感器或光电晶体管。
进一步的，上述装置所述第一光电模块（6）与第二光电模块（7）可以是光电二极管、光电三极管、光电池或者颜色传感器。
进一步的，上述装置所述主控板（8）是基于单片机、DSP或者FPGA的电路板。
基于上述光源出光均匀性自动检测装置，本发明还提供了一种光源出光均匀性自动检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：第一光电模块（6）与第二光电模块（7）初始位置时，载物平台（1）匀速旋转一周，分别检测到光斑最外环与中心处的光强数据；其中，第一光电模块（6）将检测到n个光斑最外环的光强数据，分别为a01、a02…a0n ，计算其平均值为A0；第二光电模块（7）将检测到n个光斑中心处的光强数据，分别为b01、b02…b0n，计算其平均值为B0；
步骤S2：载物平台（1）每旋转一周后，控制位移模块（9）步进移动一个单位步长，同时分别处理该周内两个光电模块检测到的光强数据；其中，第一光电模块（6）将检测到n个光斑次外环的光强数据，分别为a11、a12…a1n ，计算其平均值为A1；第二光电模块（7）将检测到n个光斑次中心处的光强数据，分别为b11、b12…b1n，计算其平均值为B1，以此类推；
步骤S3：当第一光电模块（6）移动到光斑中心轴线位置时，载物平台（1）旋转最后一周，可分别检测到光斑中心处与最外环的光强数据；其中，第一光电模块（6）将检测到n个光斑中心处的光强数据，分别为am1、am2…amn，计算其平均值为Am；第二光电模块（7）将检测到n个光斑最外环的光强数据，分别为bm1、bm2…bmn，计算其平均值为Bm；m为位移模块（9）步进的总次数，可由如下公式计算：m=(2R-L)/2L，其中R为遮光罩（5）的圆形中空结构腔体半径，L为位移模块（9）每次移动步长；
步骤S4：消除两个光电模块间的固有差异；其中，A0与Bm、A1与Bm-1…Am-1与B1、Am与B0分别是光斑相同位置处第一光电模块（6）与第二光电模块（7）的检测数据，对每一处的两个检测数据取平均值，得到光斑最外环光强数据Cm、光斑次外环光强数据Cm-1…光斑次中心处光强数据C1、光斑中心处光强数据C0；
步骤S5：计算被测光源的出光均匀性指标，可由光斑各处的最小光强数据与中心处的光强数据C0的比值来表示。
本发明所具有的积极效果在于：
1、本装置自动化程度高，可以控制出光光源与光学器件同步移动，大大减少了检测时间；且可应用于具有多个发光波段的光源出光均匀性的检测；
2、两个光学器件可以分别检测到光斑范围内所有位置的光强信息，经过数据处理后得到的均匀性数据准确度更高。
附图说明
图1为本发明提供的光源出光均匀性自动检测装置的结构示意图。
图2为本发明装置具体应用过程中光学器件的移动位置俯视示意图。
图3为本发明提供的光源出光均匀性自动检测方法的流程图。
具体实施方式
现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案和工作原理。
本实施例与发明内容具有完全相同的结构，为简化描述，这里只列举关键参数。
载物平台（1）可沿中心轴360度水平匀速旋转且转速可以通过主控板（8）控制，本实施例中旋转一周所用时间为3s。被测光源出射光为可见光，可以含有多个发光波段，出射光斑为圆形，且出射光斑直径不小于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体直径。发射模块（3）是激光二极管，发射信号为红外光，波长940nm，光功率10mW。接收模块（4）是可检测红外光信号的光电晶体管，峰值灵敏度波长为940nm。遮光罩（5）的圆形中空结构腔体的半径R为11mm。第一光电模块（6）与第二光电模块（7）是RGBW型颜色传感器，二者采样速率相同，采用I2C协议与主控板（8）电连接，可检测400nm-1000nm波长范围内的光强度，其感光区域宽度D为2mm。主控板（8）是DSP电路板，除用于控制各模块运行外，还可以存储并处理第一光电模块（6）与第二光电模块（7）所检测到的光强数据。位移模块（9）每次移动步长L为2mm。
工作原理为：初始状态下各个组成模块相对位置如图1所示，不再赘述。现结合图1、图2、图3对本方案的工作原理进行详细说明。
开始检测后，被测光源发出被测光，主控板（8）控制载物平台（1）沿逆时针或顺时针方向匀速旋转，同时控制发射模块（3）发出红外光，第一光电模块（6）与第二光电模块（7）开始同步检测被测光的光强数据，二者相对位置详见图2中的测量初始位置。当接收模块（4）接收到红外光后，将产生一个由高到低或由低到高的电平翻转信号，主控板（8）接收到电平翻转信号后，可识别出载物平台（1）已旋转一周，此时控制位移模块（9）向前移动一个单位步长的距离，载物平台（1）继续以原转速旋转。以此类推，直到第一光电模块（6）移动到光斑中心轴线位置，此时第二光电模块（7）位于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体另一边缘侧，详见图2中的测量结束位置。
本发明的均匀性检测方案，可以实现被测光源与多个光学检测器件的同步移动，且可自动检测到光斑范围内所有位置的光强信息，检测速度快、准确度高，尤其适用于对可见光波段范围内光源的出光均匀性检测。

Claims (5)

1.一种光源出光均匀性自动检测装置，含载物平台（1）、光源固定模块（2）、发射模块（3）、接收模块（4）、遮光罩（5）、第一光电模块（6）、第二光电模块（7）、主控板（8）与位移模块（9），载物平台（1）是一个底部悬挂载物的可旋转平台，可沿中心轴360度水平匀速旋转，光源固定模块（2）是用于固定被测光源的一对L型结构件，发射模块（3）是用于产生特定信息的信号发射器，接收模块（4）是用于接收特定信息的信号接收器，遮光罩（5）是用于屏蔽外界光线的非导电圆形腔体的中空结构，第一光电模块（6）与第二光电模块（7）是用于检测被测光强度的光学器件，主控板（8）是用于控制各模块运行的微控制器电路板，位移模块（9）是可以水平移动且步长可控的步进导轨，其特征在于，所述光源固定模块（2）置于载物平台（1）的下方，两个L型结构件的相对距离可调，固定后的被测光源出射光方向向下，且光斑中心与载物平台（1）的中心轴线重合，所述发射模块（3）固定于载物平台（1）的下方边缘，可垂直向下发射特定信号，所述接收模块（4）固定于遮光罩（5）的上端平面边沿，其接收平面中心轴线与发射模块（3）的发射平面中心轴线重合，可接收来自于垂直方向上方发射模块（3）发射的特定信号，所述第一光电模块（6）、第二光电模块（7）分别安装在主控板（8）的两端，其中第一光电模块（6）置于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体边缘侧，第二光电模块（7）的中心与载物平台（1）的中心轴线以及遮光罩（5）的圆形中空结构腔体的中心轴线均重合，第一光电模块（6）靠近遮光罩（5）的圆形中空结构腔体边缘侧到第二光电模块（7）中心的距离等于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体的半径R，所述主控板（8）机械安装在位移模块（9）的一端，且与载物平台（1）、发射模块（3）、接收模块（4）、第一光电模块（6）、第二光电模块（7）、位移模块（9）电连接，所述位移模块（9）置于遮光罩（5）的圆形中空结构腔体底部，可以通过主控板（8）控制进行水平方向的步进移动，移动步长L等于第一光电模块（6）与第二光电模块（7）的感光区域宽度D。
2.根据权利要求1所述的一种光源出光均匀性自动检测装置，其特征在于：所述发射模块（3）与接收模块（4）可用于检测载物平台（1）的旋转周数，其中发射模块（3）可以是磁性元件、接近触发器件或激光二极管；对应的，接收模块（4）可以是霍尔开关、接近传感器或光电晶体管。
3.根据权利要求1所述的一种光源出光均匀性自动检测装置，其特征在于：所述第一光电模块（6）与第二光电模块（7）可以是光电二极管、光电三极管、光电池或者颜色传感器。
4.根据权利要求1所述的一种光源出光均匀性自动检测装置，其特征在于：所述主控板（8）是基于单片机、DSP或者FPGA的电路板。
5.基于权利要求1至4任一项所述的一种光源出光均匀性自动检测装置，提供了一种光源出光均匀性自动检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：第一光电模块（6）与第二光电模块（7）初始位置时，载物平台（1）匀速旋转一周，分别检测到光斑最外环与中心处的光强数据；其中，第一光电模块（6）将检测到n个光斑最外环的光强数据，分别为a01、a02…a0n ，计算其平均值为A0；第二光电模块（7）将检测到n个光斑中心处的光强数据，分别为b01、b02…b0n，计算其平均值为B0；
步骤S2：载物平台（1）每旋转一周后，控制位移模块（9）步进移动一个单位步长，同时分别处理该周内两个光电模块检测到的光强数据；其中，第一光电模块（6）将检测到n个光斑次外环的光强数据，分别为a11、a12…a1n ，计算其平均值为A1；第二光电模块（7）将检测到n个光斑次中心处的光强数据，分别为b11、b12…b1n，计算其平均值为B1，以此类推；
步骤S3：当第一光电模块（6）移动到光斑中心轴线位置时，载物平台（1）旋转最后一周，可分别检测到光斑中心处与最外环的光强数据；其中，第一光电模块（6）将检测到n个光斑中心处的光强数据，分别为am1、am2…amn，计算其平均值为Am；第二光电模块（7）将检测到n个光斑最外环的光强数据，分别为bm1、bm2…bmn，计算其平均值为Bm；m为位移模块（9）步进的总次数，可由如下公式计算：m=(2R-L)/2L，其中R为遮光罩（5）的圆形中空结构腔体半径，L为位移模块（9）每次移动步长；
步骤S4：消除两个光电模块间的固有差异；其中，A0与Bm、A1与Bm-1…Am-1与B1、Am与B0分别是光斑相同位置处第一光电模块（6）与第二光电模块（7）的检测数据，对每一处的两个检测数据取平均值，得到光斑最外环光强数据Cm、光斑次外环光强数据Cm-1…光斑次中心处光强数据C1、光斑中心处光强数据C0；
步骤S5：计算被测光源的出光均匀性指标，可由光斑各处的最小光强数据与中心处的光强数据C0的比值来表示。
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