CN115202133A - 用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光led光源 - Google Patents

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张伟
徐施佳
魏宏健
李岳
周蜀翰
姜雄文
冯文举
徐永波
马兴业
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    • G03B15/02—Illuminating scene
    • G03B15/03—Combinations of cameras with lighting apparatus; Flash units

Abstract

用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，属于瞬态事件成像可视化测量领域，本发明为解决现有LED光源无法满足记录瞬态事件要求问题。本发明方案：环形铝合金基板的前端面设置有n圈同心圆，每个圆的周向均布多个基座孔，n圈基座孔共计m个；基座孔为朝内倾斜安装孔，m个基座孔的中轴线汇聚于光源焦点O，每个基座孔的底部安装一个LED灯珠，顶部开口端安装一个平凸透镜，处于同一个基座孔的LED灯珠和平凸透镜同轴且与基座孔的中轴线重合，以实现m个LED灯珠聚光于光源焦点O处；高速相机同轴安装在环形铝合金基板的中心轴孔中，高速相机的镜头中心线通过光源焦点O，位于光源焦点O处的被测物发生瞬态事件时在高速相机中进行无阴影成像。

Description

用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源
技术领域
本发明涉及瞬态事件成像时与高速相机配套使用的聚光高亮度光源，属于瞬态事件成像可视化测量领域。
背景技术
随着我国航天技术、武器装备和基础学科的发展，涉及超高速空气动力学、超高速撞击、爆炸与冲击等领域的研究不断深入。在这些研究工作中，伴随着的是持续时间很短的瞬态变化过程,需要高速/超高速相机数字可视化系统对这一过程进行清晰、连续地成像记录,以便掌握其物理的本质。如结构材料高应变率的动态拉伸、压缩、扭转和断裂，弹体在靶舱内高速及超高速撞击过程等等这样拍摄距离比较小的一些瞬态事件是非常需要高亮度的定焦光源的。高速数字可视化系统，除了摄像仪器的幅频要求很高以外，还须有效的光源保证其曝光的强度和一致性，确保获得的图像分辨率足够高，提高图像清晰度，消除阴影。
记录瞬态事件时要求使用大功率的高亮度光源，大功率高频近红外激光光源能满足要求，但该激光光源属于不可见光，易于灼伤致盲，且价格昂贵，不易于市场推广。
LED光源没有安全隐患，但目前影视用LED光源的功率一般比较小，200W左右；为了提高光的亮度一般采用的解决方式是利用几台LED光源同时照向被拍摄物，但几个LED光源光斑会聚在一起会造成亮度不均匀，易有阴影的问题，操作控制起来非常的麻烦。
因此，针对以上不足，需要提供一种大功率高亮度的LED光源来配合高速相机记录瞬态事件。
发明内容
针对现有LED光源无法满足记录瞬态事件要求问题，本发明提供一种用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源。
本发明所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，包括环形铝合金基板2、m个LED灯珠3和m个平凸透镜4；
环形铝合金基板2的前端面设置有n圈同心圆，每个圆的周向均布多个基座孔，n圈基座孔共计m个，n≥2；基座孔为朝内倾斜安装孔，m个基座孔的中轴线汇聚于光源焦点O，每个基座孔的底部安装一个LED灯珠3，每个基座孔的顶部开口端安装一个平凸透镜4，处于同一个基座孔的LED灯珠3和平凸透镜4同轴且与基座孔的中轴线重合，以实现m个LED灯珠3聚光于光源焦点O处；
高速相机5同轴安装在环形铝合金基板2的中心轴孔中，高速相机5的镜头中心线通过光源焦点O，位于光源焦点O处的被测物发生瞬态事件时在高速相机5中进行无阴影成像。
优选地，还包括遥控驱动电源，遥控驱动电源用于开启和关闭LED灯珠3，记录瞬态事件时开启遥控驱动电源。
优选地，还包括环形盖板1，环形铝合金基板2的后端面开设有环形凹槽，环形凹槽用于LED灯珠3引线汇集，环形凹槽的开口端由环形盖板1封盖，汇集后的引线从环形盖板1伸出后与外部的遥控驱动电源连接。
优选地，还包括安装支座，所述安装支座用于固定LED光源，及调整LED光源与高速相机5的轴向相对位置，以实现高速相机5与光源焦点O的距离调节。
优选地，基座孔的顶部开口端设置有止口，用于安装有台阶的平凸透镜4。
优选地，基座孔顶部的止口采用高温胶封闭固定。
本发明的有益效果：本发明LED光源所使用的大功率高亮度LED灯珠可以在市场上购买到，它本身也是一种具有极高亮度的光源，如24瓦灯珠正白色温为6000k，2880流明；通过在其前面安装平凸透镜把光会聚，同时通过所有灯珠安装孔中心线都指向光源的焦点，实现所有灯珠的光进一步汇聚到光源焦点的位置，为结构材料高应变率的动态拉伸、压缩、扭转和断裂，弹体在靶舱内高速及超高速撞击过程等等这样拍摄距离比较小的一些瞬态事件的可视化拍摄提供了定焦、大功率、高亮度、无阴影的LED光源，确保获得的图像分辨率足够高，提高图像清晰度，消除阴影。本发明一种高速相机用同轴大功率环形聚光LED光源其具有结构简单、聚光、亮度高和均匀等独有的特点，成本低廉，有利于市场推广。
附图说明
图1是本发明所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图2的局部放大图；
图4是环形铝合金基板2的立体结构示意图，其中(a)为环形铝合金基板2整体结构，(b)为局放放大结构。
1-环形盖板，2-环形铝合金基板，3-LED灯珠，4-平凸透镜，5-高速相机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1至4说明本实施方式，本实施方式所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，包括环形铝合金基板2、m个LED灯珠3和m个平凸透镜4；
环形铝合金基板2的前端面设置有n圈同心圆，每个圆的周向均布多个基座孔，n圈基座孔共计m个，n≥2；基座孔为朝内倾斜安装孔，m个基座孔的中轴线汇聚于光源焦点O，每个基座孔的底部安装一个LED灯珠3，每个基座孔的顶部开口端安装一个平凸透镜4，处于同一个基座孔的LED灯珠3和平凸透镜4同轴且与基座孔的中轴线重合，以实现m个LED灯珠3聚光于光源焦点O处；
高速相机5同轴安装在环形铝合金基板2的中心轴孔中，高速相机5的镜头中心线通过光源焦点O，位于光源焦点O处的被测物发生瞬态事件时在高速相机5中进行无阴影成像。极大提高拍摄的图像质量。
图1中给出n＝2的两圈结构，环形铝合金基板2由具有一定厚度的整体铝合金板加工而成，便于大功率LED灯珠3的有效散热。环形铝合金基板2设置两圈基座孔，m个基座孔朝向一致，m个基座孔的中轴线会聚于光源焦点O处，m个基座孔中均同轴安装LED灯珠3和平凸透镜4，LED灯珠3采用大功率的灯珠，一体的LED灯珠3本身具有透镜，在基座孔的顶部开口端、LED灯珠出光侧又安装有一个有台阶的平凸透镜4，可有效实现每个LED灯珠3光线的有效会聚。环形铝合金基板2上的两圈LED灯珠3安装基座孔的中心线都指向光源的共同焦点O，实现两圈LED灯珠光线的会聚效应，获得高速相机大帧率拍摄需要的高亮度光线，本发明将大量LED灯珠通过平凸透镜4进行会聚形成高亮度的、能满足记录瞬态事件要求的光线，使高速相机能清晰、无阴影进行成像，满足高质量成像要求。
进一步，还包括遥控驱动电源，遥控驱动电源用于开启和关闭LED灯珠3，记录瞬态事件时开启遥控驱动电源。高速相机5主要用于各种瞬态事件的拍摄记录，工作时间非常短。采用遥控驱动电源6来控制LED光源的开启和关闭能有效实现大功率LED灯珠的热量控制。对于大功率光源而言，热量控制是重中之重，若热量聚集不能及时散掉其后果非常严重，可导致光源坏掉，本发明采用两方面技术手段来进行热量控制，一是遥控光源开启关闭，在记录瞬态事件时开启，其它时间关闭，一般记录实验过程中几秒的瞬态事件，令光源开启1-2分钟即可完全满足拍摄要求，热量不会太高；二是LED灯珠安装在具有一定厚度的铝合金基板中，散热效果好，不让热量聚集，本发明的LED光源散热效果好。
进一步，还包括环形盖板1，环形铝合金基板2的后端面开设有环形凹槽，环形凹槽用于LED灯珠3引线汇集，环形凹槽的开口端由环形盖板1封盖，防水防沙尘。汇集后的引线从环形盖板1伸出后与外部的遥控驱动电源连接。
进一步，还包括安装支座(图中未示出)，所述安装支座用于固定LED光源，及调整LED光源与高速相机5的轴向相对位置，以实现高速相机5与光源焦点O的距离调节。有关瞬态事件包括结构材料的高应变率的动态拉伸、压缩、扭转和断裂，弹体在靶舱内高速及超高速撞击过程等等，这样拍摄距离比较小，但不同的瞬态事件的拍摄距离也略有不同，拍摄距离的调整通过安装支座调整高速相机的轴向位置来完成。
基座孔的顶部开口端设置有止口，用于安装有台阶的平凸透镜4，该止口与基座孔同轴，以保证有台阶的平凸透镜4与LED灯珠3同轴，基座孔顶部的止口采用高温胶封闭固定，以保证防水防沙尘。
给出一个实施例，每个24瓦的灯珠，电压36伏，电流600mA，正白色温为6000k，2880流明。环形铝合金基板2的外径350毫米，内孔150毫米，在环形铝合金基板上分布有两圈LED灯珠，内圈和外圈各分布18颗灯珠，功率可达860多瓦。焦点O距离环形铝合金基板2的前端内孔中心360毫米，亮度可达千万lux量级。
本发明一种高速相机用同轴大功率环形聚光LED光源所使用的大功率高亮度LED灯珠可以在市场上购买到，它本身也是一种具有极高亮度的光源，通过在其前面安装平凸透镜把光会聚，同时通过所有灯珠安装孔中心线都指向光源的焦点，实现所有灯珠的光进一步汇聚到光源焦点的位置，为结构材料高应变率的动态拉伸、压缩、扭转和断裂，弹体在靶舱内高速及超高速撞击过程等等这样拍摄距离比较小的一些瞬态事件的可视化拍摄提供了定焦、大功率、高亮度、无阴影的LED光源，确保获得的图像分辨率足够高，提高图像清晰度，消除阴影。本发明一种高速相机用同轴大功率环形聚光LED光源其具有结构简单、聚光、亮度高和均匀等独有的特点，成本低廉，有利于市场推广。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (6)

1.用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，其特征在于，包括环形铝合金基板(2)、m个LED灯珠(3)和m个平凸透镜(4)；
环形铝合金基板(2)的前端面设置有n圈同心圆，每个圆的周向均布多个基座孔，n圈基座孔共计m个，n≥2；基座孔为朝内倾斜安装孔，m个基座孔的中轴线汇聚于光源焦点O，每个基座孔的底部安装一个LED灯珠(3)，每个基座孔的顶部开口端安装一个平凸透镜(4)，处于同一个基座孔的LED灯珠(3)和平凸透镜(4)同轴且与基座孔的中轴线重合，以实现m个LED灯珠(3)聚光于光源焦点O处；
高速相机(5)同轴安装在环形铝合金基板(2)的中心轴孔中，高速相机(5)的镜头中心线通过光源焦点O，位于光源焦点O处的被测物发生瞬态事件时在高速相机(5)中进行无阴影成像。
2.根据权利要求1所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，其特征在于，还包括遥控驱动电源，遥控驱动电源用于开启和关闭LED灯珠(3)，记录瞬态事件时开启遥控驱动电源。
3.根据权利要求2所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，其特征在于，还包括环形盖板(1)，环形铝合金基板(2)的后端面开设有环形凹槽，环形凹槽用于LED灯珠(3)引线汇集，环形凹槽的开口端由环形盖板(1)封盖，汇集后的引线从环形盖板(1)伸出后与外部的遥控驱动电源连接。
4.根据权利要求1所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，其特征在于，还包括安装支座，所述安装支座用于固定LED光源，及调整LED光源与高速相机(5)的轴向相对位置，以实现高速相机(5)与光源焦点O的距离调节。
5.根据权利要求1所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，其特征在于，基座孔的顶部开口端设置有止口，用于安装有台阶的平凸透镜(4)。
6.根据权利要求5所述用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光LED光源，其特征在于，基座孔顶部的止口采用高温胶封闭固定。
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