دور واحتياطات مصادر ضوء LED في الأنظمة البصرية

يتكون نظام رؤية الآلة بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: اكتساب الصورة، ومعالجة الصورة وتحليلها، والإخراج أو العرض. يعد اكتساب الصورة جوهر رؤية الآلة، ويتكون نظام اكتساب الصورة من ثلاثة أجزاء: مصدر الضوء، والعدسة، والكاميرا. سواء كان اختيار مصدر الضوء وإضاءته معقولين أم لا يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على 30٪ على الأقل من جودة التصوير. لذا فإن مصدر الضوء جزء مهم جدًا من نظام رؤية الآلة. الدور الذي يمكن أن يلعبه في أنظمة رؤية الآلة:

• إضاءة الهدف وزيادة سطوع الهدف،
• إبراز ميزات القياس وتبسيط خوارزميات معالجة الصور؛
• التغلب على تداخل الضوء المحيط، وضمان استقرار الصورة، وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء للصورة؛
• تحسين دقة تحديد المواقع والقياس والتعرف لنظام الرؤية، بالإضافة إلى سرعة تشغيل النظام؛
• تقليل تعقيد تصميم النظام وتشكيل تأثير التصوير الأكثر فائدة لمعالجة الصور؛

تعد استقرار وجودة مصابيح مصدر ضوء LED أمرًا بالغ الأهمية لتبديد حرارة المصباح نفسه. غالبًا ما يستخدم تبديد الحرارة لمصابيح مصدر ضوء LED عالية السطوع المتوفرة حاليًا في السوق التبديد الطبيعي للحرارة، والتأثير ليس مثاليًا. إذا لم يتمكن مصدر ضوء LED من تبديد الحرارة بشكل جيد، فسيتأثر عمره أيضًا. لذلك، يجب الانتباه إلى النقاط التالية عند استخدام مصادر ضوء LED:

1. تأثير الحرارة على مصادر ضوء LED عالية السطوع

تتركز الحرارة في شريحة ذات حجم صغير جدًا، ويزداد ارتفاع درجة حرارة الشريحة، مما يتسبب في توزيع غير موحد للإجهاد الحراري، وانخفاض في الكفاءة الضوئية للشريحة وكفاءة انبعاث الفوسفور؛ عندما تتجاوز درجة الحرارة قيمة معينة، يزداد معدل فشل الجهاز بشكل كبير. تشير الإحصاءات إلى أنه لكل زيادة قدرها 2 درجة مئوية في درجة حرارة المكون، تنخفض الموثوقية بنسبة 10٪. عند ترتيب مصادر ضوء LED متعددة بكثافة لتشكيل نظام إضاءة باللون الأبيض، تكون مشكلة تبديد الحرارة أكثر خطورة. أصبح حل مشكلة الإدارة الحرارية الشرط الأساسي لتطبيق مصادر ضوء LED عالية السطوع.

2. العلاقة بين حجم الشريحة وتبديد الحرارة

الطريقة الأكثر مباشرة لتحسين سطوع مصدر ضوء LED للطاقة هي زيادة طاقة الإدخال. لمنع تشبع الطبقة النشطة، يجب زيادة حجم وصلة pn بشكل متناسب؛ ستؤدي زيادة طاقة الإدخال حتمًا إلى زيادة درجة حرارة الوصلة، وبالتالي تقليل الكفاءة الكمومية. تعتمد الزيادة في طاقة الأنبوب الواحد على قدرة الجهاز على تبديد الحرارة من وصلة pn. مع الحفاظ على مادة الشريحة الحالية، والهيكل، وعملية التعبئة، وكثافة التيار على الشريحة، وظروف تبديد الحرارة المكافئة، إذا تم زيادة حجم الشريحة وحدها، فستستمر درجة حرارة الوصلة في الارتفاع.

3. الإدارة الحرارية هي القضية الرئيسية في تطبيق مصادر ضوء LED عالية السطوع.

نظرًا لأن التشويب من النوع p لمركبات نيتريد المجموعة الثالثة محدود بذوبان مستقبل Mg والطاقة العالية الأولية للفجوات، فإن الحرارة تتولد بسهولة خاصة في منطقة النوع p، ويجب أن تمر هذه الحرارة عبر الهيكل بأكمله ليتم تبديدها على المشتت الحراري؛ مسارات تبديد الحرارة لأجهزة LED هي بشكل أساسي التوصيل الحراري والحمل الحراري؛ التوصيل الحراري المنخفض للغاية لمادة ركيزة الياقوت يتسبب في زيادة المقاومة الحرارية للجهاز، مما يؤدي إلى تأثير تسخين ذاتي خطير، والذي له تأثير مدمر على أداء الجهاز وموثوقيته.