專利名稱：用于通過自動(dòng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試發(fā)光元件的顏色和亮度測(cè)量模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件的光學(xué)測(cè)試，尤其涉及一種可結(jié)合常規(guī)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備使用以光學(xué)測(cè)量發(fā)光元件的測(cè)試模塊。
背景技術(shù)：
電子組件被制造成帶有許多發(fā)光元件，主要是發(fā)光二極管(LED)，用以指示功能，或該組件上出現(xiàn)的故障。有關(guān)這些組件上的故障的工作特征的信息，除了光，還可由這些裝置發(fā)出的顏色來(lái)傳達(dá)。覆蓋整個(gè)可見光譜的顏色及白色的發(fā)光二極管可供使用。
從使用人檢驗(yàn)的測(cè)試程序到用于自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試的光電檢測(cè)器，已經(jīng)實(shí)施了各種方法來(lái)檢驗(yàn)這些發(fā)光元件的工作正確性。
人檢驗(yàn)很慢而且不可靠。雖然光電檢測(cè)器容易檢驗(yàn)是否有光，但檢驗(yàn)顏色是否正確就變得極為重要。已經(jīng)使用采用窄帶通濾色器的光電檢測(cè)器來(lái)測(cè)試適當(dāng)?shù)匕l(fā)射的波長(zhǎng)，但成功率有限，因?yàn)楣怆姍z測(cè)器的輸出電平的變化不能區(qū)別接近通帶邊緣的顏色的強(qiáng)度。對(duì)于可見光譜中的極窄彩色帶這種情況將很嚴(yán)重。
另外，這些實(shí)現(xiàn)要求為特定波長(zhǎng)的待測(cè)發(fā)光元件定制每一個(gè)光電檢測(cè)器，這就增加了研制時(shí)間和使用花費(fèi)。當(dāng)前的光電檢測(cè)器解決方案可用于各種配置，一些配置使檢測(cè)器本身安裝在發(fā)光元件附近，而其他配置使用光纜來(lái)收集光并將其提供給遠(yuǎn)程安裝的光電檢測(cè)器。因此需要一種測(cè)試模塊來(lái)用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試發(fā)光元件，這樣就能解決現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)試設(shè)備存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于精確地測(cè)試所述發(fā)光裝置的操作的測(cè)試模塊和方法，并提供用于顏色和發(fā)光強(qiáng)度的參數(shù)值，這些參數(shù)值可自動(dòng)與期望值相比較。所述測(cè)試模塊包含一個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器包含三個(gè)光電檢測(cè)器。這三個(gè)光電檢測(cè)器分別被過濾以通過可見光譜的紅、綠和藍(lán)部分。
當(dāng)來(lái)自待測(cè)發(fā)光器的光被提供給這個(gè)三色傳感器時(shí)，檢測(cè)器的三個(gè)輸出將光分成紅、綠或藍(lán)三個(gè)成分級(jí)別。在對(duì)信號(hào)波形加工后，這三個(gè)顏色成分被變換為數(shù)字值，接著提供給經(jīng)預(yù)編程的微控制器。
微控制器被編程以使用所有這些顏色成分值的組合來(lái)確定光強(qiáng)度，以及基于CIE顏色匹配值，使用各個(gè)顏色值的比例來(lái)使單色輸入顏色在算法上與波長(zhǎng)匹配。還進(jìn)行其他測(cè)試來(lái)確定這些顏色成分是否都在預(yù)置門限之上，以指示是否存在白色光源。
微控制器將波長(zhǎng)和強(qiáng)度值提供給數(shù)模變換器，數(shù)模變換器產(chǎn)生與可見光譜成線性比例的模擬波長(zhǎng)值，即從380納米到700納米，以及線性表示發(fā)光強(qiáng)度的強(qiáng)度輸出值。在白色情況下，將輸出一個(gè)高于可見值的電壓值以指示存在白光。低于預(yù)置下限的光能級(jí)將使顏色和強(qiáng)度輸出均變?yōu)?伏。
這些電壓值被自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)讀出并與期望值相比較以確定是否安裝了正確的發(fā)光元件以及它在該組件中是否工作正常。
所述測(cè)試模塊提供了一種在發(fā)光裝置上執(zhí)行參數(shù)顏色測(cè)試的低成本且容易實(shí)現(xiàn)的方法。一旦這種測(cè)試模塊被安裝到測(cè)試設(shè)備中其不需要校準(zhǔn)或設(shè)置。


圖1是本發(fā)明的光測(cè)試模塊的透視圖；
圖2是圖1的模塊的測(cè)試探頭的詳細(xì)視圖；圖3是圖1的測(cè)試模塊的示意圖；圖4是CIE顏色匹配圖；和圖5是CIE顏色比例匹配圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，本發(fā)明的光測(cè)試模塊10由傳感器12的組件構(gòu)成，來(lái)自待測(cè)發(fā)光器的光被提供給這個(gè)組件。在所示的實(shí)施例中，利用用塑料光纖連接器16連接傳感器的光纖纜線14將光輸送到傳感器。傳感器位于光屏蔽18之下以防止環(huán)境光進(jìn)入。該組件上的電子器件20調(diào)節(jié)(conditioning)傳感器信號(hào)，處理光的紅、綠和藍(lán)成分，并產(chǎn)生波長(zhǎng)和強(qiáng)度輸出。提供另外一個(gè)電子器件22以從該模塊上的n個(gè)傳感器中選擇一個(gè)對(duì)應(yīng)當(dāng)前待測(cè)的發(fā)光器的傳感器。提供連接器24將測(cè)試模塊連接到自動(dòng)測(cè)試設(shè)備以提供工作電源，傳感器n選一，以及輸出值。測(cè)試模塊10的所有元件都可安裝在印刷電路板26或其他適當(dāng)裝置上。
圖2是光纜14在待測(cè)發(fā)光裝置28的終端的詳細(xì)視圖。有彈性的塑料光纖14的一端裝入剛性管30，以便為印刷電路板32上安裝的待測(cè)裝置提供定向精度。該光纜與管子30的末端切成齊平，并利用粘合劑支持的熱收縮管道被固定在適當(dāng)位置以將光纖固定在管子內(nèi)的適當(dāng)位置。優(yōu)選用粘合劑34將支撐管剛性地安裝到板子36，以將該組件的中心對(duì)準(zhǔn)待測(cè)裝置28的光心，以及提供防止損壞光纖或待測(cè)裝置的離該裝置的最小距離。連接器38位于管子30一端。調(diào)整光纖的數(shù)值孔徑(接受角)，以便依據(jù)待測(cè)發(fā)光裝置的視角和光纖距該發(fā)光裝置的間隔，由光纖收集所發(fā)出光的一部分。由于顏色確定是利用三原色的比例實(shí)現(xiàn)的，因此所收集的光占總的光的百分比對(duì)于測(cè)量并不重要。
雖然這個(gè)特定實(shí)施例采用光纖來(lái)耦合光，但作為選擇，可采用類似模塊，在此光傳感器安裝于待測(cè)發(fā)光器上并且與測(cè)試模塊上的電子器件電連接以進(jìn)行處理。
參考圖3中的圖解，構(gòu)成傳感器42的各個(gè)顏色光電二極管40a，40b和40c被放大44，接著被模擬復(fù)用器46選擇。模擬信號(hào)接著被模數(shù)變換器48數(shù)字化。兩個(gè)數(shù)模變換器50和52將從微處理器54計(jì)算的波長(zhǎng)和強(qiáng)度值變換為模擬值，這些值可以被讀回自動(dòng)測(cè)試設(shè)備56用于通過/失敗比較。
經(jīng)預(yù)編程的微處理器54進(jìn)行計(jì)算以確定輸入光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)。發(fā)光強(qiáng)度被計(jì)算作為由紅、綠和藍(lán)光電二極管捕獲，由已經(jīng)實(shí)施的預(yù)處理和均衡得到的總能量的函數(shù)。首先，測(cè)試以確定是否有足夠的亮度用于處理。若低于當(dāng)前界限，則處理終止，并對(duì)強(qiáng)度和波長(zhǎng)模數(shù)變換器均編程為0伏以指示不存在可用信號(hào)。
如果通過下限測(cè)試，則接著測(cè)試以檢查所有三個(gè)顏色成分是否相等以進(jìn)行白光確定。如果在預(yù)置百分比內(nèi)紅、綠和藍(lán)成分相同，則跳過顏色計(jì)算，將波長(zhǎng)輸出值設(shè)置為預(yù)定的輸出電壓電平，指示存在白光源。
如果測(cè)試指示該光為單色光，則運(yùn)行顏色處理，首先通過降低幅度確定該顏色的類別?；谶@個(gè)類別調(diào)用計(jì)算波長(zhǎng)的算法集合。這些算法通過數(shù)學(xué)運(yùn)算計(jì)算波長(zhǎng)，基于圖4的圖表所示的人對(duì)顏色的感覺的CIE顏色變換值將紅、綠和藍(lán)值變換為波長(zhǎng)。
圖5所示的圖表示出了在整個(gè)可見光范圍內(nèi)紅、綠和藍(lán)顏色混合的比例。作為選擇，也可基于傳感器上出現(xiàn)的電平計(jì)算這些比例，并將其用作微處理器存儲(chǔ)器內(nèi)包含的查詢表的索引。這些表格將紅、綠和藍(lán)的比例直接相關(guān)為以納米為單位的等效波長(zhǎng)。該波長(zhǎng)被變換為成比例的電壓，接著通過數(shù)模變換器輸出。
一旦確定了波長(zhǎng)，就輸出一個(gè)數(shù)字值到數(shù)模變換器，表示與所計(jì)算的波長(zhǎng)匹配的直流電壓。例如，550納米將輸出550毫伏，或該值的倍數(shù)，使得電壓更容易由該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)讀出。
提供該模塊的其他輸入端58用于被尋址傳感器的數(shù)字選擇以及運(yùn)行該模塊所需的電源。
傳感器能檢測(cè)出紅、綠和藍(lán)或互補(bǔ)的青、黃和洋紅的含量，以考慮到各個(gè)顏色的權(quán)重來(lái)確定輸入光束的波長(zhǎng)。傳感器可以是單片的三色傳感器，或分別過濾的光電二極管傳感器，其帶有光學(xué)元件以通過這三個(gè)傳感器同等地發(fā)散光。顏色并不局限于三種，可以是有效區(qū)分輸入波長(zhǎng)所需的任何數(shù)量或顏色。測(cè)試模塊具有選擇個(gè)別傳感器的能力，從所檢測(cè)到的顏色的級(jí)別計(jì)算波長(zhǎng)的處理能力，以及以數(shù)字或模擬形式將波長(zhǎng)數(shù)據(jù)提供給自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的輸出接口。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)多色傳感器和放大器或多個(gè)傳感器和放大器遠(yuǎn)程安裝在待測(cè)發(fā)光裝置處，并與該電子處理的其余部件電連接。作為選擇，該多色傳感器或多個(gè)傳感器可與處理電路安裝在一起，與用于從待測(cè)發(fā)光裝置收集光并將光信號(hào)發(fā)送到傳感器的光纜一起使用。測(cè)試模塊基于傳感器響應(yīng)所修改的標(biāo)準(zhǔn)顏色匹配表格使用預(yù)定的顏色比例集合，通過比較輸入光的顏色比例確定波長(zhǎng)，而與其絕對(duì)值無(wú)關(guān)。測(cè)試模塊基于在單色發(fā)光裝置的光輸出中檢測(cè)到的顏色含量的比例計(jì)算波長(zhǎng)輸出值。
在所有顏色傳感器級(jí)別對(duì)總的輸入起相同作用時(shí)，測(cè)試模塊還能從發(fā)光裝置確定出白光源。測(cè)試模塊將輸入光變換為在380納米-700納米的整個(gè)可見光譜內(nèi)，直接從納米到毫伏換算的模擬信號(hào)或其倍數(shù)，并利用一個(gè)超過可見光譜變換的電壓范圍的唯一電壓電平表示檢測(cè)到一個(gè)白光源。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)測(cè)量從發(fā)光裝置發(fā)射的光的顏色和強(qiáng)度的測(cè)試模塊，包括至少一個(gè)傳感器，具有用于過濾來(lái)自所述發(fā)光裝置的光的顏色部分的光電檢測(cè)器，所述傳感器產(chǎn)生傳感器信號(hào)；以及用于接收和調(diào)節(jié)(conditioning)所述傳感器信號(hào)以產(chǎn)生波長(zhǎng)和強(qiáng)度輸出信號(hào)的電子器件。
2.權(quán)利要求1的測(cè)試模塊，其中存在多個(gè)傳感器，而且每一個(gè)傳感器都具有三個(gè)光電檢測(cè)器，它們分別被過濾以通過可見光的紅、綠和藍(lán)部分。
3.權(quán)利要求1的測(cè)試模塊，其中所述電子器件包括微控制器，其被編程以使用所有顏色成分值的組合來(lái)確定強(qiáng)度，以及基于CIE顏色匹配值，使用各個(gè)顏色值的比例來(lái)使單色輸入光在算法上與波長(zhǎng)匹配。
4.權(quán)利要求2的測(cè)試模塊，還包括置于所述待測(cè)發(fā)光裝置和所述傳感器之間的光纜。
5.權(quán)利要求4的測(cè)試模塊，其中至少一部分所述光纜被置于一個(gè)管子內(nèi)，所述管子被剛性地安裝在與所述待測(cè)發(fā)光裝置相鄰的所述測(cè)試模塊中。
6.權(quán)利要求2的測(cè)試模塊，其中所述傳感器被置于光屏蔽之下。
7.權(quán)利要求1的測(cè)試模塊，其中所述電子器件還包括放大器和模擬復(fù)用器。
8.一種用于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的顏色和強(qiáng)度測(cè)試模塊，包括能檢測(cè)從一個(gè)待測(cè)裝置發(fā)出的光的顏色含量的傳感器組件；用于處理所述顏色含量以計(jì)算從所述待測(cè)裝置發(fā)出的光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的裝置；以及用于將所述強(qiáng)度和波長(zhǎng)數(shù)據(jù)以數(shù)字或模擬形式提供給所述自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的輸出接口。
9.權(quán)利要求8的測(cè)試模塊，其中所述傳感器組件遠(yuǎn)程安裝在所述待測(cè)裝置，并與所述處理裝置電連接。
10.權(quán)利要求8的測(cè)試模塊，其中所述傳感器組件包括光纜，用于從所述待測(cè)裝置收集光信號(hào)并將所述光信號(hào)發(fā)送到所述傳感器組件。
11.權(quán)利要求8的測(cè)試模塊，其中所述處理裝置使用基于標(biāo)準(zhǔn)顏色匹配表格的預(yù)定顏色比例集合，通過比較所述待測(cè)裝置發(fā)出的光的顏色比例確定波長(zhǎng)。
12.權(quán)利要求8的測(cè)試模塊，其中所述處理裝置基于對(duì)單色發(fā)射裝置檢測(cè)到的光的紅、綠和藍(lán)含量的比例計(jì)算波長(zhǎng)。
13.權(quán)利要求8的測(cè)試模塊，其中所述處理裝置在所有顏色傳感器級(jí)別對(duì)總的輸入起相同作用時(shí)從待測(cè)裝置確定白光源。
14.權(quán)利要求8的測(cè)試模塊，其中所述處理裝置還將輸入光變換為在380納米-700納米的整個(gè)可見光譜內(nèi)，直接從納米到毫伏換算的模擬信號(hào)或其倍數(shù)。
15.一種用于測(cè)試發(fā)光裝置的顏色和強(qiáng)度的方法，包括步驟通過三色傳感器檢測(cè)來(lái)自所述發(fā)光裝置的光；將所述光過濾為紅、綠和藍(lán)級(jí)別；調(diào)節(jié)(conditioning)所述紅、綠和藍(lán)級(jí)別；將所述級(jí)別變換為數(shù)字值；生成與所述可見光譜成線性比例的模擬波長(zhǎng)值；生成線性表示發(fā)光強(qiáng)度的強(qiáng)度值；以及讀出所述波長(zhǎng)值和強(qiáng)度值并將所述值與期望值相比較。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述比較步驟使用基于標(biāo)準(zhǔn)顏色匹配表的預(yù)定顏色比例集合，通過比較所述檢測(cè)到的光的顏色比例確定波長(zhǎng)，而不考慮絕對(duì)值。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述生成波長(zhǎng)值的步驟基于單色發(fā)射裝置檢測(cè)到的紅、綠和藍(lán)顏色的比例提供經(jīng)計(jì)算的波長(zhǎng)輸出。
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述變換步驟將所述檢測(cè)到的光變換為在380納米-700納米的可見光譜內(nèi)，直接從納米到毫伏換算的模擬信號(hào)或其倍數(shù)。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述調(diào)節(jié)和過濾步驟調(diào)節(jié)和過濾紅、綠和藍(lán)的互補(bǔ)顏色。
全文摘要
一種測(cè)試模塊，用于通過對(duì)電子組件上的發(fā)光裝置進(jìn)行顏色和發(fā)光強(qiáng)度測(cè)試檢驗(yàn)這些發(fā)光裝置的布局是否正確。該模塊包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)顏色敏感的光電二極管，其在暴露到從待測(cè)發(fā)光器耦合的光時(shí)，精確地測(cè)量強(qiáng)度以及該裝置發(fā)光的真實(shí)顏色。該測(cè)試模塊輸出模擬信號(hào)，一個(gè)信號(hào)直接與強(qiáng)度成正比，另一個(gè)電壓與該待測(cè)裝置的頻譜波長(zhǎng)成正比。
文檔編號(hào)G01J1/42GK1550769SQ20041000674
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者戴維·P·羅格斯, 戴維 P 羅格斯 申請(qǐng)人:特拉華資本形成公司