CN1550769A - 用于通过自动测试设备测试发光元件的颜色和亮度测量模块 - Google Patents

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Abstract

一种测试模块，用于通过对电子组件上的发光装置进行颜色和发光强度测试检验这些发光装置的布局是否正确。该模块包括一个或多个对颜色敏感的光电二极管，其在暴露到从待测发光器耦合的光时，精确地测量强度以及该装置发光的真实颜色。该测试模块输出模拟信号，一个信号直接与强度成正比，另一个电压与该待测装置的频谱波长成正比。

Description

用于通过自动测试设备 测试发光元件的颜色和亮度测量模块
相关申请的相互参考
本申请要求2003年2月26日申请的美国临时申请No.60/450,033的优先权。
技术领域
本发明涉及发光元件的光学测试，尤其涉及一种可结合常规自动测试设备使用以光学测量发光元件的测试模块。
背景技术
电子组件被制造成带有许多发光元件，主要是发光二极管(LED)，用以指示功能，或该组件上出现的故障。有关这些组件上的故障的工作特征的信息，除了光，还可由这些装置发出的颜色来传达。覆盖整个可见光谱的颜色及白色的发光二极管可供使用。
从使用人检验的测试程序到用于自动执行测试的光电检测器，已经实施了各种方法来检验这些发光元件的工作正确性。
人检验很慢而且不可靠。虽然光电检测器容易检验是否有光，但检验颜色是否正确就变得极为重要。已经使用采用窄带通滤色器的光电检测器来测试适当地发射的波长，但成功率有限，因为光电检测器的输出电平的变化不能区别接近通带边缘的颜色的强度。对于可见光谱中的极窄彩色带这种情况将很严重。
另外，这些实现要求为特定波长的待测发光元件定制每一个光电检测器，这就增加了研制时间和使用花费。当前的光电检测器解决方案可用于各种配置，一些配置使检测器本身安装在发光元件附近，而其他配置使用光缆来收集光并将其提供给远程安装的光电检测器。因此需要一种测试模块来用自动测试设备测试发光元件，这样就能解决现有技术的测试设备存在的问题。
发明内容
本发明提供一种用于精确地测试所述发光装置的操作的测试模块和方法，并提供用于颜色和发光强度的参数值，这些参数值可自动与期望值相比较。所述测试模块包含一个传感器或多个传感器，每个传感器包含三个光电检测器。这三个光电检测器分别被过滤以通过可见光谱的红、绿和蓝部分。
当来自待测发光器的光被提供给这个三色传感器时，检测器的三个输出将光分成红、绿或蓝三个成分级别。在对信号波形加工后，这三个颜色成分被变换为数字值，接着提供给经预编程的微控制器。
微控制器被编程以使用所有这些颜色成分值的组合来确定光强度，以及基于CIE颜色匹配值，使用各个颜色值的比例来使单色输入颜色在算法上与波长匹配。还进行其他测试来确定这些颜色成分是否都在预置门限之上，以指示是否存在白色光源。
微控制器将波长和强度值提供给数模变换器，数模变换器产生与可见光谱成线性比例的模拟波长值，即从380纳米到700纳米，以及线性表示发光强度的强度输出值。在白色情况下，将输出一个高于可见值的电压值以指示存在白光。低于预置下限的光能级将使颜色和强度输出均变为0伏。
这些电压值被自动测试系统读出并与期望值相比较以确定是否安装了正确的发光元件以及它在该组件中是否工作正常。
所述测试模块提供了一种在发光装置上执行参数颜色测试的低成本且容易实现的方法。一旦这种测试模块被安装到测试设备中其不需要校准或设置。
附图说明
图1是本发明的光测试模块的透视图；
图2是图1的模块的测试探头的详细视图；
图3是图1的测试模块的示意图；
图4是CIE颜色匹配图；和
图5是CIE颜色比例匹配图。
具体实施方式
参考图1，本发明的光测试模块10由传感器12的组件构成，来自待测发光器的光被提供给这个组件。在所示的实施例中，利用用塑料光纤连接器16连接传感器的光纤缆线14将光输送到传感器。传感器位于光屏蔽18之下以防止环境光进入。该组件上的电子器件20调节(conditioning)传感器信号，处理光的红、绿和蓝成分，并产生波长和强度输出。提供另外一个电子器件22以从该模块上的n个传感器中选择一个对应当前待测的发光器的传感器。提供连接器24将测试模块连接到自动测试设备以提供工作电源，传感器n选一，以及输出值。测试模块10的所有元件都可安装在印刷电路板26或其他适当装置上。
图2是光缆14在待测发光装置28的终端的详细视图。有弹性的塑料光纤14的一端装入刚性管30，以便为印刷电路板32上安装的待测装置提供定向精度。该光缆与管子30的末端切成齐平，并利用粘合剂支持的热收缩管道被固定在适当位置以将光纤固定在管子内的适当位置。优选用粘合剂34将支撑管刚性地安装到板子36，以将该组件的中心对准待测装置28的光心，以及提供防止损坏光纤或待测装置的离该装置的最小距离。连接器38位于管子30一端。调整光纤的数值孔径(接受角)，以便依据待测发光装置的视角和光纤距该发光装置的间隔，由光纤收集所发出光的一部分。由于颜色确定是利用三原色的比例实现的，因此所收集的光占总的光的百分比对于测量并不重要。
虽然这个特定实施例采用光纤来耦合光，但作为选择，可采用类似模块，在此光传感器安装于待测发光器上并且与测试模块上的电子器件电连接以进行处理。
参考图3中的图解，构成传感器42的各个颜色光电二极管40a，40b和40c被放大44，接着被模拟复用器46选择。模拟信号接着被模数变换器48数字化。两个数模变换器50和52将从微处理器54计算的波长和强度值变换为模拟值，这些值可以被读回自动测试设备56用于通过/失败比较。
经预编程的微处理器54进行计算以确定输入光的强度和波长。发光强度被计算作为由红、绿和蓝光电二极管捕获，由已经实施的预处理和均衡得到的总能量的函数。首先，测试以确定是否有足够的亮度用于处理。若低于当前界限，则处理终止，并对强度和波长模数变换器均编程为0伏以指示不存在可用信号。
如果通过下限测试，则接着测试以检查所有三个颜色成分是否相等以进行白光确定。如果在预置百分比内红、绿和蓝成分相同，则跳过颜色计算，将波长输出值设置为预定的输出电压电平，指示存在白光源。
如果测试指示该光为单色光，则运行颜色处理，首先通过降低幅度确定该颜色的类别。基于这个类别调用计算波长的算法集合。这些算法通过数学运算计算波长，基于图4的图表所示的人对颜色的感觉的CIE颜色变换值将红、绿和蓝值变换为波长。
图5所示的图表示出了在整个可见光范围内红、绿和蓝颜色混合的比例。作为选择，也可基于传感器上出现的电平计算这些比例，并将其用作微处理器存储器内包含的查询表的索引。这些表格将红、绿和蓝的比例直接相关为以纳米为单位的等效波长。该波长被变换为成比例的电压，接着通过数模变换器输出。
一旦确定了波长，就输出一个数字值到数模变换器，表示与所计算的波长匹配的直流电压。例如，550纳米将输出550毫伏，或该值的倍数，使得电压更容易由该自动测试系统读出。
提供该模块的其他输入端58用于被寻址传感器的数字选择以及运行该模块所需的电源。
传感器能检测出红、绿和蓝或互补的青、黄和洋红的含量，以考虑到各个颜色的权重来确定输入光束的波长。传感器可以是单片的三色传感器，或分别过滤的光电二极管传感器，其带有光学元件以通过这三个传感器同等地发散光。颜色并不局限于三种，可以是有效区分输入波长所需的任何数量或颜色。测试模块具有选择个别传感器的能力，从所检测到的颜色的级别计算波长的处理能力，以及以数字或模拟形式将波长数据提供给自动测试设备的输出接口。
在一个实施例中，一个多色传感器和放大器或多个传感器和放大器远程安装在待测发光装置处，并与该电子处理的其余部件电连接。作为选择，该多色传感器或多个传感器可与处理电路安装在一起，与用于从待测发光装置收集光并将光信号发送到传感器的光缆一起使用。测试模块基于传感器响应所修改的标准颜色匹配表格使用预定的颜色比例集合，通过比较输入光的颜色比例确定波长，而与其绝对值无关。测试模块基于在单色发光装置的光输出中检测到的颜色含量的比例计算波长输出值。
在所有颜色传感器级别对总的输入起相同作用时，测试模块还能从发光装置确定出白光源。测试模块将输入光变换为在380纳米-700纳米的整个可见光谱内，直接从纳米到毫伏换算的模拟信号或其倍数，并利用一个超过可见光谱变换的电压范围的唯一电压电平表示检测到一个白光源。

Claims (19)

1.一种用于光学测量从发光装置发射的光的颜色和强度的测试模块，包括：
至少一个传感器，具有用于过滤来自所述发光装置的光的颜色部分的光电检测器，所述传感器产生传感器信号；以及
用于接收和调节(conditioning)所述传感器信号以产生波长和强度输出信号的电子器件。
2.权利要求1的测试模块，其中存在多个传感器，而且每一个传感器都具有三个光电检测器，它们分别被过滤以通过可见光的红、绿和蓝部分。
3.权利要求1的测试模块，其中所述电子器件包括微控制器，其被编程以使用所有颜色成分值的组合来确定强度，以及基于CIE颜色匹配值，使用各个颜色值的比例来使单色输入光在算法上与波长匹配。
4.权利要求2的测试模块，还包括置于所述待测发光装置和所述传感器之间的光缆。
5.权利要求4的测试模块，其中至少一部分所述光缆被置于一个管子内，所述管子被刚性地安装在与所述待测发光装置相邻的所述测试模块中。
6.权利要求2的测试模块，其中所述传感器被置于光屏蔽之下。
7.权利要求1的测试模块，其中所述电子器件还包括放大器和模拟复用器。
8.一种用于自动测试设备的颜色和强度测试模块，包括：
能检测从一个待测装置发出的光的颜色含量的传感器组件；
用于处理所述颜色含量以计算从所述待测装置发出的光的强度和波长数据的装置；以及
用于将所述强度和波长数据以数字或模拟形式提供给所述自动测试设备的输出接口。
9.权利要求8的测试模块，其中所述传感器组件远程安装在所述待测装置，并与所述处理装置电连接。
10.权利要求8的测试模块，其中所述传感器组件包括光缆，用于从所述待测装置收集光信号并将所述光信号发送到所述传感器组件。
11.权利要求8的测试模块，其中所述处理装置使用基于标准颜色匹配表格的预定颜色比例集合，通过比较所述待测装置发出的光的颜色比例确定波长。
12.权利要求8的测试模块，其中所述处理装置基于对单色发射装置检测到的光的红、绿和蓝含量的比例计算波长。
13.权利要求8的测试模块，其中所述处理装置在所有颜色传感器级别对总的输入起相同作用时从待测装置确定白光源。
14.权利要求8的测试模块，其中所述处理装置还将输入光变换为在380纳米-700纳米的整个可见光谱内，直接从纳米到毫伏换算的模拟信号或其倍数。
15.一种用于测试发光装置的颜色和强度的方法，包括步骤：
通过三色传感器检测来自所述发光装置的光；
将所述光过滤为红、绿和蓝级别；
调节(conditioning)所述红、绿和蓝级别；
将所述级别变换为数字值；
生成与所述可见光谱成线性比例的模拟波长值；
生成线性表示发光强度的强度值；以及
读出所述波长值和强度值并将所述值与期望值相比较。
16.权利要求15的方法，其中所述比较步骤使用基于标准颜色匹配表的预定颜色比例集合，通过比较所述检测到的光的颜色比例确定波长，而不考虑绝对值。
17.权利要求15的方法，其中所述生成波长值的步骤基于单色发射装置检测到的红、绿和蓝颜色的比例提供经计算的波长输出。
18.权利要求15的方法，其中所述变换步骤将所述检测到的光变换为在380纳米-700纳米的可见光谱内，直接从纳米到毫伏换算的模拟信号或其倍数。
19.权利要求15的方法，其中所述调节和过滤步骤调节和过滤红、绿和蓝的互补颜色。
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