نقش و اقدامات احتیاطی منابع نور LED در سیستم های بینایی

سیستم بینایی ماشین عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: اکتساب تصویر، پردازش و تحلیل تصویر، و خروجی یا نمایش. اکتساب تصویر هسته بینایی ماشین است و سیستم اکتساب تصویر از سه بخش تشکیل شده است: منبع نور، لنز و دوربین. اینکه انتخاب و نورپردازی منبع نور منطقی باشد یا نه، می تواند مستقیماً بر حداقل 30٪ از کیفیت تصویر تأثیر بگذارد. بنابراین منبع نور بخش بسیار مهمی از سیستم بینایی ماشین است. نقشی که می تواند در سیستم های بینایی ماشین ایفا کند:

• روشن کردن هدف و افزایش روشنایی هدف،
• برجسته کردن ویژگی های اندازه گیری و ساده سازی الگوریتم های پردازش تصویر؛
• غلبه بر تداخل نور محیط، اطمینان از پایداری تصویر و بهبود نسبت سیگنال به نویز تصویر؛
• بهبود دقت موقعیت یابی، اندازه گیری و تشخیص سیستم بینایی، و همچنین سرعت عملیاتی سیستم؛
• کاهش پیچیدگی طراحی سیستم و ایجاد اثر تصویری که برای پردازش تصویر مفیدتر است؛

پایداری و کیفیت لامپ های منبع نور LED برای اتلاف حرارت خود لامپ حیاتی است. اتلاف حرارت لامپ های منبع نور LED با روشنایی بالا که در حال حاضر در بازار موجود است، اغلب از اتلاف حرارت طبیعی استفاده می کند و اثر آن مطلوب نیست. اگر منبع نور LED نتواند گرما را به خوبی دفع کند، طول عمر آن نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. بنابراین، هنگام استفاده از منابع نور LED باید به نکات زیر توجه کنید:

1. تأثیر گرما بر منابع نور LED با روشنایی بالا

گرما در تراشه ای با اندازه بسیار کوچک متمرکز می شود و دمای تراشه افزایش می یابد و باعث توزیع ناهمگن تنش حرارتی، کاهش راندمان نوری تراشه و راندمان لیزر فسفر می شود؛ هنگامی که دما از مقدار معینی فراتر رود، نرخ خرابی دستگاه به صورت نمایی افزایش می یابد. آمار نشان می دهد که به ازای هر 2 درجه سانتیگراد افزایش دمای قطعه، قابلیت اطمینان 10٪ کاهش می یابد. هنگامی که چندین منبع نور LED برای تشکیل یک سیستم روشنایی نور سفید به صورت متراکم چیده می شوند، مشکل اتلاف حرارت جدی تر می شود. حل مشکل مدیریت حرارتی به شرط اولیه برای کاربرد منابع نور LED با روشنایی بالا تبدیل شده است.

2. رابطه بین اندازه تراشه و اتلاف حرارت

مستقیم ترین راه برای بهبود روشنایی یک منبع نور LED قدرتی، افزایش توان ورودی است. برای جلوگیری از اشباع لایه فعال، اندازه اتصال pn باید به طور متناسب افزایش یابد؛ افزایش توان ورودی به ناچار دمای اتصال را افزایش می دهد و در نتیجه راندمان کوانتومی را کاهش می دهد. افزایش توان تک لوله به توانایی دستگاه در اتلاف گرما از اتصال pn بستگی دارد. در حالی که مواد تراشه موجود، ساختار، فرآیند بسته بندی، چگالی جریان روی تراشه و شرایط اتلاف حرارت معادل را حفظ می کنیم، اگر اندازه تراشه به تنهایی افزایش یابد، دمای اتصال به طور مداوم افزایش می یابد.

3. مدیریت حرارتی مسئله اصلی در کاربرد منابع نور LED با روشنایی بالا است.

از آنجایی که دوپینگ نوع p نیتریدهای گروه III توسط حلالیت پذیرنده Mg و انرژی شروع بالای حفره ها محدود می شود، گرما به راحتی در ناحیه نوع p تولید می شود و این گرما باید از کل ساختار عبور کند تا روی هیت سینک دفع شود؛ مسیرهای اتلاف حرارت دستگاه های LED عمدتاً هدایت حرارتی و همرفت حرارتی هستند؛ هدایت حرارتی بسیار پایین ماده زیرلایه یاقوت کبود باعث افزایش مقاومت حرارتی دستگاه می شود و در نتیجه اثر خودگرمایی جدی ایجاد می کند که تأثیر مخربی بر عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه دارد.