Rola i środki ostrożności źródeł światła LED w systemach wizualnych

System wizji maszynowej składa się głównie z trzech części: akwizycji obrazu, przetwarzania i analizy obrazu oraz wyjścia lub wyświetlania. Akwizycja obrazu jest rdzeniem wizji maszynowej, a system akwizycji obrazu składa się z trzech części: źródła światła, obiektywu i kamery. To, czy dobór i oświetlenie źródła światła jest rozsądne, może bezpośrednio wpłynąć na co najmniej 30% jakości obrazowania. Dlatego źródło światła jest bardzo ważną częścią systemu wizji maszynowej. Rola, jaką może odegrać w systemach wizji maszynowej:

• Oświetlenie celu i zwiększenie jego jasności,
• Podkreślenie cech pomiarowych i uproszczenie algorytmów przetwarzania obrazu;
• Pokonanie zakłóceń światła otoczenia, zapewnienie stabilności obrazu i poprawa stosunku sygnału do szumu obrazu;
• Poprawa dokładności pozycjonowania, pomiaru i rozpoznawania systemu wizyjnego, a także szybkości działania systemu;
• Zmniejszenie złożoności projektowania systemu i uzyskanie efektu obrazowania najbardziej korzystnego dla przetwarzania obrazu;

Stabilność i jakość lamp ze źródłem światła LED są kluczowe dla rozpraszania ciepła przez samą lampę. Rozpraszanie ciepła przez lampy ze źródłem światła LED o wysokiej jasności dostępne obecnie na rynku często wykorzystuje naturalne rozpraszanie ciepła, a efekt nie jest idealny. Jeśli źródło światła LED nie będzie dobrze odprowadzać ciepła, wpłynie to również na jego żywotność. Dlatego podczas korzystania ze źródeł światła LED należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:

1. Wpływ ciepła na źródła światła LED o wysokiej jasności

Ciepło jest skoncentrowane w chipie o bardzo małych rozmiarach, a temperatura chipa wzrasta, powodując nierównomierny rozkład naprężeń termicznych, spadek wydajności świetlnej chipa i wydajności luminescencji luminoforem; gdy temperatura przekroczy pewną wartość, wykładniczo wzrasta wskaźnik awaryjności urządzenia. Statystyki pokazują, że na każdy 2°C wzrost temperatury komponentu niezawodność spada o 10%. Gdy wiele źródeł światła LED jest gęsto rozmieszczonych, tworząc system oświetlenia białego, problem rozpraszania ciepła jest poważniejszy. Rozwiązanie problemu zarządzania termicznego stało się podstawowym warunkiem zastosowania źródeł światła LED o wysokiej jasności.

2. Związek między rozmiarem chipa a rozpraszaniem ciepła

Najbardziej bezpośrednim sposobem na zwiększenie jasności źródła światła LED o dużej mocy jest zwiększenie mocy wejściowej. Aby zapobiec nasyceniu warstwy aktywnej, rozmiar złącza pn musi być odpowiednio zwiększony; zwiększenie mocy wejściowej nieuchronnie zwiększy temperaturę złącza, zmniejszając tym samym wydajność kwantową. Wzrost mocy pojedynczej diody zależy od zdolności urządzenia do rozpraszania ciepła ze złącza pn. Utrzymując istniejący materiał chipa, strukturę, proces pakowania, gęstość prądu na chipie i warunki równoważnego rozpraszania ciepła, jeśli zwiększy się sam rozmiar chipa, temperatura złącza będzie nadal rosła.

3. Zarządzanie termiczne jest głównym problemem w zastosowaniu źródeł światła LED o wysokiej jasności.

Ponieważ domieszkowanie typu p związków III-V jest ograniczone przez rozpuszczalność akceptora Mg i wysoką energię startową dziur, ciepło jest szczególnie łatwe do wytworzenia w obszarze typu p, a ciepło to musi przejść przez całą strukturę, aby zostać rozproszone na radiatorze; ścieżki rozpraszania ciepła urządzeń LED to głównie przewodnictwo cieplne i konwekcja cieplna; niezwykle niska przewodność cieplna materiału podłoża szafirowego powoduje wzrost rezystancji termicznej urządzenia, prowadząc do poważnego efektu samonagrzewania, który ma niszczący wpływ na wydajność i niezawodność urządzenia.