CN100502061C - Led多色线光源及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种为线阵图像传感器提供扫描图像和获取图像信号所需要的线形多色照明光源及其制作工艺。包括有若干种颜色的LED，相同颜色的LED分成若干列等间距排列在支架(1)的半圆柱面上，相同颜色的两列LED错开二分之一间距，LED的光轴的延长线经过支架(1)半圆柱面的圆心，与支架(1)半圆柱面的径向重叠。本发明的LED多色线光源不仅在扫描线上有合适和均匀的光强，而且能提供可调的不同波长及不同入射角度照明光。本发明的效能比高，调整波长及入射角度容易，可实现线阵图像传感器对照明光源的光强、波长和入射角度的要求。本发明的LED多色线光源的制作工艺简单方便，成本低，效率高。

Description

LED多色线光源及其制作工艺
1、技术领域：
本发明是一种为线阵图像传感器提供扫描图像和获取图像信号所需要的线形多色照明光源及其制作工艺。属于线阵图像传感器所用线光源及其制作工艺的创新技术。
2、背景技术：
目前，图像传感器按结构分为两大类，分别为面阵图像传感器和线阵图像传感器。线阵图像传感器在高精度、高分辨率、大幅面和运动图像的检测中比面阵图像传感器有许多的优越性，因而应用非常广泛。由于高速、高精度图像获取，不同被测物体表面材料对不同波长照明光有不同的反射系数以及不同被测物体有不同的表面形状等情况，对照明光源提出了如下要求：1、照明光源在扫描线上应有合适和均匀的光强，为提高照明光源的效能比，宜采用线光源；2、由于不同被测物体表面材料对不同波长照明光有不同的反射系数，照明光源应能提供可调的不同波长的照明光；3、由于被测物体表面形状的各异，照明光源应能提供可调的不同入射角度的照明光。目前国内外线阵图像传感器所用的线光源有单色的线光源，其通过安装调整实现不同入射角度的照明光，但其存在的缺点是不能提供可调的不同波长的照明光；另外，还有多色的环形和矩形的固定入射角度的面光源，其存在的缺点是不能提供可调的不同入射角度的照明光。
3、发明内容：
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种不仅在扫描线上有合适和均匀的光强，而且能提供可调的不同波长及不同入射角度照明光的LED多色线光源。本发明的效能比高，调整波长及入射角度容易，可实现线阵图像传感器对照明光源的光强、波长和入射角度的要求。
本发明的另一目的在于提供一种制作简单方便，成本低，效率高的LED多色线光源的制作工艺。
本发明LED多色线光源的结构示意图如图1所示，包括有若干种颜色的LED，相同颜色的LED分成若干列等间距排列在支架(1)的半圆柱面上，相同颜色的两列LED错开二分之一间距，LED的光轴的延长线经过支架(1)半圆柱面的圆心，与支架(1)半圆柱面的径向重叠。
上述LED包括有三种颜色，相同颜色的LED分成两列等间距排列在支架(1)的半圆柱面上，三种颜色的LED共排列成六列，相同颜色的两列LED错开二分之一间距。
上述LED包括有蓝色LED列(2)、绿色LED列(3)、红色LED列(4)三种颜色。
上述蓝色LED列(2)排列在与Z轴正方向最小夹角处，其次排列绿色LED列(3)，红色LED列(4)与Z轴有最大夹角，相同颜色LED列与Z轴对称排列。
本发明LED多色线光源的制作工艺包括下列步骤：
1)把若干种颜色的LED分成若干列，其中相同颜色的LED分成若干列等间距和长度排列在支架(1)的半圆柱面；
2)使LED的光轴的延长线经过支架(1)半圆柱面的圆心，即与支架(1)半圆柱面的径向重叠；
3)使若干列的若干种颜色的LED在X＝0所在平面与平行于Z轴的平面相交位置处产生一个照明光线；
4)分别调节若干种颜色的LED的光强，以产生多色的线光。
上述步骤1)中LED的间距根据LED光强随视角变化曲线确定；上述相同颜色的两列LED在Y方向上错开二分之一间距。
上述支架(1)的半圆柱面半径根据LED的聚光距离确定。
上述步骤1)中LED列的长度至少比要求照明长度长2个光斑直径。
上述所有LED列可以在该圆圆周上移动，以调节照明角度。
上述支架(1)在X＝0所在平面与平行于Z轴的平面相交位置处开有通光矩形口(5)。
上述通光矩形口(5)的长度为LED列长、宽度为2mm。
本发明由于采用由LED组成多色线光源的结构，其与现有技术线光源相比，具有以下特点：
1、本发明光强分布较均匀，最大偏差为10％；线光长度可根据要求方便制作，是一个优质的线光源。
2、光源的效能比高。
3、分别改变红、绿、蓝色光的光强，通过三色光的叠加，可以产生多色的线光，满足对不同被测物体的精确图像获取要求，产生的多色光的波长从430nm～655nm，主要颜色有蓝、青、深绿、绿、黄、橘黄和红等。
4、照明角度调节方便，并且不改变光强和颜色，有利于对各种被测物体表面形状的检测，其平均照明角度(与Z轴的夹角)从28°～62°。
本发明是一种效能比高，调整波长及入射角度容易，可实现线阵图像传感器对照明光源的光强、波长和入射角度的要求的LED多色线光源。
本发明LED多色线光源的制作工艺简单方便，成本低，效率高。
4、附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明光强与视角的关系曲线；
图3-1为本发明LED列安装模块的主视图；
图3-2为本发明LED列安装模块的侧视图；
图3-3为本发明LED列安装模块的俯视图；
图4为本发明LED列安装模块安装在支架(1)半圆柱面上的结构示意图。
5、具体实施方式：
实施例：
本发明LED多色线光源的结构示意图如图1所示，包括有若干种颜色的LED，相同颜色的LED分成若干列等间距排列在支架(1)的半圆柱面上，相同颜色的两列LED错开二分之一间距，LED的光轴的延长线经过支架(1)半圆柱面的圆心，与支架(1)半圆柱面的径向重叠。
上述LED包括有三种颜色，相同颜色的LED分成两列等间距排列在支架(1)的半圆柱面上，三种颜色的LED共排列成六列，相同颜色的两列LED错开二分之一间距。本实施例中，上述LED包括有蓝色LED列(2)、绿色LED列(3)、红色LED列(4)三种颜色。
本发明LED多色线光源的制作工艺如下：
1.选用LSE3024、LSG3024、LSB3024红、绿、蓝三种颜色的LED，其相关的主要参数为：
 
直径(mm) 最小波长(nm)     峰值波长(nm)     最大波长(nm)     聚光距离(mm)     视角(°)
LSB3024 3mm 430 473 523 9 20
LSG3024 3mm 480 518 590 9 20
LSE3024 3mm 595 632 655 9 20
2.根据光强与视角的关系曲线，确定LED列的间距：
光强与视角的关系曲线如图2所示，其近似为一半椭圆曲线。
间距＝9×tan20°＝3.276mm。D1，D2，...，Dn为一列上的LED，D1’，D2’，...，Dn’为另一列上的LED。
经两列LED光强叠加后的特征值为：
 
2 1.773 1.738 1.783 1.815 1.838 1.754 1.863
1.866 1.863 1.754 1.838 1.815 1.783 1.738 1.773
上述光强平均值为1.812，与平均光强比较，光强最大偏差为10％。
上述所有LED列可以在该圆圆周上移动，以调节照明角度。
上述蓝色LED列(2)排列在与Z轴正方向最小夹角处，其次排列绿色LED列(3)，红色LED列(4)与Z轴有最大夹角，相同颜色LED列与Z轴对称排列。
上述支架(1)的半圆柱面半径根据LED的聚光距离确定。因LED的聚光距离为9mm，故支架(1)的半圆柱面半径为9mm。上述支架(1)在X＝0所在平面与平行于Z轴的平面相交位置处开有通光矩形口(5)，本实施例中，支架(1)在X＝0的面和z＝支架(1)的半圆柱面半径+12mm的面相交形成的线处开有通光矩形口(5)，通光矩形口(5)的长度为LED列长、宽度为2mm。
3、根据需照明的线光长度L’，确定LED列长L：
因为LED列的长度至少比要求照明长度长2个光斑直径。
故L≥L’+6
4、按照图3加工LED列安装模块6块，3块作为一个模块组，另外三块在Y向与前三块错开二分之一间距。按照图1安装这两个模块组。A面在半径为9mm的半圆柱面上。
5、根据LSB3024的工作电压为3.5V，工作电流为40mA；LSG3024的工作电压为3.5V，工作电流为40mA和LSE3024的工作电压为2.2V，工作电流为50mA，选用12V直流电源。根据其串并联情况，计算出限流电阻，连接光源电路即可。

Claims (10)

1、一种LED多色线光源，其特征在于包括有若干种颜色的LED，其中相同颜色的LED分成若干列等间距排列在支架(1)的半圆柱面上，且相同颜色的两列LED错开二分之一间距，LED的光轴的延长线经过支架(1)半圆柱面的圆心，与支架(1)半圆柱面的径向重叠。
2、根据权利要求1所述的LED多色线光源，其特征在于上述LED包括有三种颜色，相同颜色的LED分成两列等间距排列在支架(1)的半圆柱面上，三种颜色的LED共排列成六列，相同颜色的两列LED错开二分之一间距。
3、根据权利要求2所述的LED多色线光源，其特征在于上述LED包括有蓝色LED列(2)、绿色LED列(3)、红色LED列(4)三种颜色。
4、根据权利要求3所述的LED多色线光源，其特征在于上述蓝色LED列(2)排列在与Z轴正方向最小夹角处，其次排列绿色LED列(3)，红色LED列(4)与Z轴有最大夹角，相同颜色LED列与Z轴对称排列。
5、一种根据权利要求1所述LED多色线光源的制作工艺，其特征在于包括下列步骤：
1)把若干种颜色的LED分成若干列，其中相同颜色的LED分成若干列等间距和长度排列在支架(1)的半圆柱面；
2)使LED的光轴的延长线经过支架(1)半圆柱面的圆心，即与支架(1)半圆柱面的径向重叠；
3)使若干列的若干种颜色的LED在X＝0所在平面与平行于Z轴的平面相交位置处产生一个照明光线；
4)分别调节若干种颜色的LED的光强，以产生多色的线光。
6、根据权利要求5所述的LED多色线光源的制作工艺，其特征在于上述步骤1)中LED的间距根据LED光强随视角变化曲线确定；上述相同颜色的两列LED在Y方向上错开二分之一间距。
7、根据权利要求5所述的LED多色线光源的制作工艺，其特征在于上述支架(1)的半圆柱面半径根据LED的聚光距离确定。
8、根据权利要求5所述的LED多色线光源的制作工艺，其特征在于上述步骤1)中LED列的长度至少比要求照明长度长2个光斑直径。
9、根据权利要求5所述的LED多色线光源的制作工艺，其特征在于上述所有LED列可以在该圆圆周上移动，以调节照明角度。
10、根据权利要求5所述的LED多色线光源的制作工艺，其特征在于上述支架(1)在X＝0所在平面与平行于Z轴的平面相交位置处开有通光矩形口(5)。
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