Ο ρόλος και οι προφυλάξεις των πηγών φωτός LED σε οπτικά συστήματα

Το σύστημα μηχανικής όρασης αποτελείται κυρίως από τρία μέρη: απόκτηση εικόνας, επεξεργασία και ανάλυση εικόνας, και έξοδο ή εμφάνιση. Η απόκτηση εικόνας είναι ο πυρήνας της μηχανικής όρασης και το σύστημα απόκτησης εικόνας αποτελείται από τρία μέρη: πηγή φωτός, φακός και κάμερα. Εάν η επιλογή και ο φωτισμός της πηγής φωτός είναι λογικοί ή όχι, μπορεί να επηρεάσει άμεσα τουλάχιστον το 30% της ποιότητας απεικόνισης. Έτσι, η πηγή φωτός είναι ένα πολύ σημαντικό μέρος του συστήματος μηχανικής όρασης. Ο ρόλος που μπορεί να διαδραματίσει στα συστήματα μηχανικής όρασης:

• Φωτίζει τον στόχο και αυξάνει τη φωτεινότητα του στόχου,
• Τονίζει τα χαρακτηριστικά μέτρησης και απλοποιεί τους αλγορίθμους επεξεργασίας εικόνας·
• Αντιμετωπίζει την παρεμβολή του περιβαλλοντικού φωτός, διασφαλίζει τη σταθερότητα της εικόνας και βελτιώνει την αναλογία σήματος προς θόρυβο της εικόνας·
• Βελτιώνει την ακρίβεια τοποθέτησης, μέτρησης και αναγνώρισης του συστήματος όρασης, καθώς και την ταχύτητα λειτουργίας του συστήματος·
• Μειώνει την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού του συστήματος και δημιουργεί το αποτέλεσμα απεικόνισης που είναι πιο επωφελές για την επεξεργασία εικόνας·

Η σταθερότητα και η ποιότητα των λαμπτήρων πηγής φωτός LED είναι κρίσιμες για την απαγωγή θερμότητας του ίδιου του λαμπτήρα. Η απαγωγή θερμότητας των λαμπτήρων πηγής φωτός LED υψηλής φωτεινότητας που κυκλοφορούν στην αγορά χρησιμοποιεί συχνά φυσική απαγωγή θερμότητας και το αποτέλεσμα δεν είναι ιδανικό. Εάν η πηγή φωτός LED δεν μπορεί να απαγάγει καλά τη θερμότητα, η διάρκεια ζωής της θα επηρεαστεί επίσης. Επομένως, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στα ακόλουθα σημεία κατά τη χρήση πηγών φωτός LED:

1. Ο αντίκτυπος της θερμότητας στις πηγές φωτός LED υψηλής φωτεινότητας

Η θερμότητα συγκεντρώνεται σε ένα τσιπ πολύ μικρού μεγέθους και η θερμοκρασία του τσιπ αυξάνεται, προκαλώντας ανομοιόμορφη κατανομή θερμικής τάσης, μείωση της φωτεινής απόδοσης του τσιπ και της απόδοσης φθορισμού του φωσφόρου· όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή, ο ρυθμός αστοχίας της συσκευής αυξάνεται εκθετικά. Στατιστικά στοιχεία δείχνουν ότι για κάθε αύξηση 2°C στη θερμοκρασία του εξαρτήματος, η αξιοπιστία μειώνεται κατά 10%. Όταν πολλαπλές πηγές φωτός LED είναι πυκνά διατεταγμένες για να σχηματίσουν ένα σύστημα φωτισμού λευκού φωτός, το πρόβλημα απαγωγής θερμότητας είναι πιο σοβαρό. Η επίλυση του προβλήματος θερμικής διαχείρισης έχει καταστεί η πρωταρχική προϋπόθεση για την εφαρμογή πηγών φωτός LED υψηλής φωτεινότητας.

2. Η σχέση μεταξύ μεγέθους τσιπ και απαγωγής θερμότητας

Ο πιο άμεσος τρόπος για να βελτιωθεί η φωτεινότητα μιας πηγής φωτός LED ισχύος είναι η αύξηση της εισερχόμενης ισχύος. Για να αποφευχθεί ο κορεσμός του ενεργού στρώματος, το μέγεθος της σύνδεσης pn πρέπει να αυξηθεί αντίστοιχα· η αύξηση της εισερχόμενης ισχύος θα αυξήσει αναπόφευκτα τη θερμοκρασία της σύνδεσης, μειώνοντας έτσι την κβαντική απόδοση. Η αύξηση της ισχύος ανά μονάδα εξαρτάται από την ικανότητα της συσκευής να απαγάγει θερμότητα από τη σύνδεση pn. Διατηρώντας το υπάρχον υλικό τσιπ, τη δομή, τη διαδικασία συσκευασίας, την πυκνότητα ρεύματος στο τσιπ και τις ισοδύναμες συνθήκες απαγωγής θερμότητας, εάν αυξηθεί μόνο το μέγεθος του τσιπ, η θερμοκρασία της σύνδεσης θα συνεχίσει να αυξάνεται.

3. Η θερμική διαχείριση είναι το κύριο ζήτημα στην εφαρμογή πηγών φωτός LED υψηλής φωτεινότητας.

Δεδομένου ότι η p-τύπου πρόσμιξη των νιτριδίων της Ομάδας ΙΙΙ περιορίζεται από τη διαλυτότητα του δέκτη Mg και την υψηλή αρχική ενέργεια των οπών, η θερμότητα παράγεται εύκολα στην περιοχή p-τύπου, και αυτή η θερμότητα πρέπει να περάσει μέσω ολόκληρης της δομής για να απαχθεί στην ψύκτρα· οι διαδρομές απαγωγής θερμότητας των συσκευών LED είναι κυρίως θερμική αγωγιμότητα και θερμική μεταφορά· η εξαιρετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα του υλικού υποστρώματος Ζαφειριού προκαλεί αύξηση της θερμικής αντίστασης της συσκευής, οδηγώντας σε σοβαρό φαινόμενο αυτοθέρμανσης, το οποίο έχει καταστροφικό αντίκτυπο στην απόδοση και την αξιοπιστία της συσκευής.