一种光源灯珠布置结构和多波段环形光源的制作方法

1.本实用新型公开了一种环形光源，属于环形光源技术领域，具体公开了一种光源灯珠布置结构和多波段环形光源。


背景技术：

2.产品外观缺陷检测设备的构成通常包括照明光源、光源控制器、工业相机、镜头和图像分析处理软件，其中，照明光源的作用是将产品上的缺陷显现出来。显示缺陷的基本原则是突出缺陷区域和缺陷所处产品正常区域在人眼可感知物理量方面的差别，此差别通常为光强度差异和颜色差异。良好的光源照明可以改善图像质量，提高系统分辨率，为后续图像处理提供较为理想的原始输入图像。
3.环形光源是机器视觉系统中典型的照明光源，为相机和镜头组成的成像模组提供360度均匀无影照明，常与相机镜头同轴安装，并可以在距离镜头端面的一个区域形成光照均匀的区域，减少被测品表面凸凹带来的阴影、提高对比度。环形光源适用于检测产品表面的缺陷，尤其适合不平整表面缺陷检测，例如检测金属手机外壳面板字符、ic塑料封装丝印、在线电子元件表面、医用药品的铝箔包装、电路板和bga（球栅阵列封装）等产品的外观缺陷。
4.常见的环形光源一般由发光颜色单一的多个光源灯珠按照环形排列组成，例如红、绿、蓝、白光环形光源。在视觉检测行业中，被检测的样品颜色非常丰富，光谱反射率差别很大，因此单一颜色的照明光源在应用的时候会显得不够灵活，特别是在在线检测应用切换产品时，可能会需要更换光源以适应检测照明需求，这样会降低产线的自动化程度。因此，在线检测以及显微检测应用中，产生了对多波段集成在同一个光源的需求。led可组成高密度led阵列输出高亮度，可集成紧凑结构，高效率发光并且调控速度快，并且有多种波段，成为此类光源的主要发光元件。
5.目前opt和基恩士有以下形式的光源，其包括八个波段的光源灯珠，由宽谱白光led和窄带光谱的led集成，峰值波长不同，半带宽约为几十纳米。光源灯珠属于半导体器件，其发光强度基本上与输入的驱动电流成单调上升关系，但由于发光效率的原因，输入的电能量会转化成光和热能的形式，增加输入电能量会导致输出光强和led的p
‑
n结温度同时升高，而升高的p
‑
n结温度导致发光效率降低，输出光强度减弱，因此，led的散热设计成为提高其输出光强度的重要环节。现有的同类型光谱光源因受到散热效率不高的限制，普遍存在发光强度不高的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种光源灯珠布置结构和多波段环形光源，其能够有效地提高光源发光强度和照明均匀性，同时改善散热效果。
7.本实用新型公开了一种光源灯珠布置结构，其包括电路板，所述电路板上同心环形阵列布置有多个光源灯珠模组，每个光源灯珠模组包括不同波段的光源灯珠，位于不同
环形阵列上周向相邻的两个同波段的光源灯珠与环形阵列的中心的连线不共线。
8.在本实用新型的一种优选实施方案中，位于两个不同环形阵列上周向相邻的三个同波段的光源灯珠的连线呈三角形，优选为等腰三角形。
9.在本实用新型的一种优选实施方案中，每个光源灯珠模组径向等间距布置。
10.在本实用新型的一种优选实施方案中，每个光源灯珠模组内不同波段的光源灯珠呈扇形均匀布置。
11.本实用新型还公开了一种多波段环形光源，其包括光源底座和连接于光源底座上的光源壳体，所述光源壳体内设置有光源灯珠布置结构。
12.在本实用新型的一种优选实施方案中，所述光源底座为铝材加工的环形结构，所述光源底座的周向外端面上设置有散热齿。
13.在本实用新型的一种优选实施方案中，所述光源壳体为铝材加工的环形结构，所述光源壳体的周向外端面上设置有散热齿。
14.在本实用新型的一种优选实施方案中，所述光源壳体的周向内端面上设置有铝箔。
15.在本实用新型的一种优选实施方案中，所述光源壳体的端部设置有扩散板。
16.在本实用新型的一种优选实施方案中，用于多波段环形光源的光源灯珠布置结构的电路板与光源底座固接，电路板和光源底座之间填充有导热介质。
17.在本实用新型的一种优选实施方案中，所述光源底座的一侧端面为安装面，所述安装面上设置有螺纹孔。
18.在本实用新型的一种优选实施方案中，每个光源灯珠的阳极电连接开关电源，每个光源灯珠的阴极通过恒流源控制电路接地。
19.在本实用新型的一种优选实施方案中，所述恒流源控制电路包括依次电连接的mos管、检测电阻、模数转换模块、控制芯片、数模转换模块和运放模块，所述光源灯珠的阴极、mos管和检测电阻依次串联后接地。
20.本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单、照明均匀、散热效率高，其在光源体积有限的约束条件下，通过设计各种波段光源灯珠的排列方式，在满足均匀照明的同时，保证不同环形阵列上的周向相邻的两个同波段的光源灯珠与环形阵列的中心的连线不共线，从而有效地增加了同波段的两个光源灯珠之间的间距（现有技术中同波段的光源灯珠一般采用沿环形等距均布或者沿径向等距均部，在同波段的光源灯珠较多的情况下会造成相邻两个同波段的光源灯珠的间距过小，同波段的光源灯珠同时工作时发热集中形成高温区域），从而避免局部密度过高导致高温区域，通过优化灯珠布局、提高散热效率，从而实现对光源灯珠的大电流驱动，进而提高光照强度；
21.进一步的，本实用新型通过对同波段的光源灯的优化设计：位于两个不同环形阵列上的周向相邻的三个同波段的光源灯珠的连线呈等腰三角形，其不仅能够起到避免局部密度过高导致高温区域的功能，而且由于对称布置使得光源灯珠的发光发热均匀性得到进一步完善；
22.进一步的，本实用新型通过将每个光源灯珠模组径向等间距布置、每个光源灯珠模组内不同波段的光源灯珠呈扇形均匀布置，使得电路板上面积得以充分利用，使得板上的灯珠分布均匀；
23.进一步的，本实用新型通公开了一种使用了上述光源灯珠布置结构的多波段环形光源，其不仅能够满足光源照明均匀性，同时具有良好的散热效率；
24.进一步的，本实用新型通过将光源壳体和光源底座均设计为环形 散热齿结构，且使用铝材加工成型，能够进一步提高多波段环形光源的散热性，同时减轻光源整体重量；
25.进一步的，本实用新型通过在光源壳体上设置铝箔、扩散板，能够有效地反射光源灯珠的光线将其集中于扩散板上，提高光照强度；
26.进一步的，本实用新型通过在电路板和光源底座之间填充导热介质利于热传导，增加散热效率；
27.进一步的，本实用新型的光源底座的地面作为安装面，便于定位安装；
28.进一步的，本实用新型通过引入恒流源控制电路可以很方便调整串联在电路中的led阵列驱动电流，从而达到调整led亮度的目的；
29.进一步的，本实用新型通过控制恒流源电路的开通和关断，可以很方便的控制led阵列的发光和不发光，从而达到led频闪发光的目的；
30.进一步的，本实用新型的整个恒流源控制电路实现了全数字的调节功能，用户可以通过上位机或者外部触发方式，直接控制led阵列的发光亮度和频闪频率等，无需手动旋钮或者手动设置相关参数才能达到控制led的效果，大大方便了工业自动化方面的应用需求。
附图说明
31.图1是本实用新型一种光源灯珠布置结构的示意图；
32.图2是本实用新型一种光源灯珠布置结构的单波段同时环形点亮示意图；
33.图3是本实用新型一种光源灯珠布置结构的单波段4区域顺次或任意顺序点亮示意图；
34.图4是本实用新型一种光源灯珠布置结构的单象限8种波长光源灯珠电路图；
35.图5是本实用新型一种多波段环形光源的示意图；
36.图6是本实用新型一种多波段环形光源的内部示意图；
37.图7是本实用新型一种多波段环形光源的控制框图；
38.图8是本实用新型一种多波段环形光源的恒流源控制电路框图；
39.图中：1
‑
光源壳体；2
‑
光源底座；3
‑
扩散板；4
‑
光源接口安装件；5
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光源接口；6
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光源灯珠；7
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电路板；8
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散热齿；9
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安装面；10
‑
焊接螺柱；11
‑
铝箔。
具体实施方式
40.下面通过附图以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案（包括优选技术方案）做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本
申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
42.进一步的，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.本实用新型公开了一种光源灯珠布置结构，其包括电路板，电路板上同心环形阵列布置有多个光源灯珠模组，每个光源灯珠模组包括不同波段的光源灯珠，位于不同环形阵列上周向相邻的两个同波段的光源灯珠与环形阵列的中心的两条连线不共线。
44.优选地，位于两个不同环形阵列上的周向相邻的三个同波段的光源灯珠之间的连线构成三角形，三角形优选为等腰三角形，其能够提高散热性的同时保证最优的光源均匀性。
45.优选地，每个光源灯珠模组径向等间距布置。
46.优选地，每个光源灯珠模组内不同波段的光源灯珠呈扇形均匀布置（即多个同心均匀布置的同心圆）。
47.优选地，电路板为铝基板或铜基板。
48.优选地，光源灯珠为led灯珠。
49.为了更好的对上述技术方案做出解释，图1中以128颗光源灯珠、8个波段的光源灯珠为例布置出光源灯珠布置结构：128颗光源灯珠分为4环均匀布局，径向等间距，8个波段的光源灯珠分为两组，在1环和2环，3环和4环顺次循环排列。处于1环和3环、2环和4环的同波段led间隔径向1列布置，使得同波段的光源灯珠连线为折线形式，其中环形铝基板一侧延伸出来用于布线连接电器接插件，光源工作方式可以是单波段环形点亮，如图2所示，或者单波段4区域顺次或任意顺序点亮，如图3所示；环形光源内部包含8种led波长，覆盖可见光及红外光。环形光源每种波长由16颗led组成一个环形发光面，每90度区域分布4颗led，称为一个象限，即每个象限分布4颗相同波长led，4个象限分布16颗同等波长led，且每个象限之间相互独立。所以，整个环形光源共计128颗led，每个象限分布32颗led，其中每个象限32颗led又分为8种波长，每种波长由4颗led串联组合而成，图4给出单象限8种波长光源灯珠（led）分布图。
50.需要指出，上述实施例仅为一种实施例，为保证散热效率，核心发明点在于：位于不同环形阵列上的周向相邻的2个同波段的光源灯珠错位布置，使两者不在同一径向上，从而增加了相邻的2个同波段的光源灯珠之间的间距，从而避免了电路板局部密度过高导致高温区域；
51.在此基础上，本实用新型可以根据需要合理的选取光源的基本外观形式以及光源灯珠的个数、波段，光源灯珠布置的原则如下：
52.光源的基本外观形式为圆环形或类圆环形，例如正方回形、长方回形、多边环形。焊接光源灯珠的电路板亦为环形或类环形，发射不同光波段（m个波段，其中m为大于等于2的整数）的光源灯珠焊接在其上，按v个扇形区域分布，灯珠总数量为n（其中n是v与m之积的整数倍）。
53.灯珠总数量n、扇形区域数量v、波段数量m、每个波段灯珠数量k、每环灯珠数量p和灯珠分布环数u之间的关系为：
54.n=k
×
v
×
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（公式1）
55.u=n/p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（公式2）
56.其中，每环灯珠数量p由灯珠尺寸φ、环的直径d、灯珠间隙l按下述公式确定
57.p=πd/（φ l）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（公式3）
58.其中φ代表灯珠的基座直径或长/宽，l由布线间距确定，一般最小值可取1mm。
59.例如，在直径100mm的圆环上，排布基座直径为5mm的灯珠，间隙取3mm，则在此环上最多可排布p=3.14
×
100/（5 3）=39颗灯珠，再按照下述原则进行调整，通常为减少单环光源灯珠排布数量或在布线允许的情况下减小间隙l。
60.所述多波段环形光源的设计、控制原则是：
61.1 在环形面上以圆环中心为中心的扇形区域可以控制独立发光，扇形区域数量v为大于等于2的整数；
62.2 不同的扇形区域中灯珠的波段数量相同；
63.3 同一波段的灯珠在不同扇形区域的分布数量相同；
64.4 可以控制同一波段的灯珠按区域点亮、多区域点亮和全部区域点亮；
65.5 从单区域、单波段到全部区域、全部波段的灯珠都可以同时点亮；
66.6 同一波段的灯珠在环形面上按照相邻距离最大排列。
67.本实用新型还公开了一种多波段环形光源，其包括光源底座2和连接于光源底座2上的光源壳体1，光源壳体1内设置有光源灯珠布置结构。
68.优选地，光源壳体1和光源底座2均为环形，使用铝材加工成型，利于散热，且有效减轻光源整体重量。
69.优选地，光源壳体1和光源底座2通过侧壁螺钉固定，扩散板3安装固定在光源壳体1顶面，形成一个有效的封闭腔体，光源壳体1内侧面贴覆一层铝箔11，反射光照，将输出光集中在扩散板3上。
70.优选地，光源接口5布置于光源侧面，方便使用人员连接，光源接口安装件4固定在光源壳体1上，形成一个整体产品结构。
71.优选地，光源灯珠6均匀分布在电路板7上，电路板7配有4个固定孔固定在光源底座2上，电路板7和光源底座2之间使用导热介质填充，利于热传导。
72.优选地，光源壳体1和光源底座2表面阳极氧化黑色，利于热辐射传热，且周边区域加工出散热齿8，热辐射及热传导将热传至到散热齿8上，整体光源为自然散热，通过外部风扇对光源进行散热，提高光源的性能及寿命；
73.优选地，光源底座2底面为安装面9，安装面9配有螺纹孔且安装面9要求平整度，方便安装使用；电路板7在光源接口5附近配有焊接螺柱10，固定在光源接口安装件4上，加强光源接口5的固定，提高光源使用的可靠性。
74.优选地，每个光源灯珠的阳极电连接开关电源，每个光源灯珠的阴极通过恒流源控制电路接地。
75.优选地，恒流源控制电路包括依次电连接的mos管、检测电阻、模数转换模块、控制芯片、数模转换模块和运放模块，光源灯珠的阴极、mos管和检测电阻依次串联后接地。
76.本实用新型的多波段环形光源通过开关电源提供点亮环形光源所需电压(电流)，将led阵列串联到恒流源控制电路中，形成一条完整的电流流通路径。通过调整恒流源控制电路参数，可以很方便调整串联在电路中的led阵列驱动电流，从而达到调整led亮度的目的。通过控制恒流源电路的开通和关断，可以很方便的控制led阵列的发光和不发光，从而达到led频闪发光的目的。
77.另外，整个恒流源控制电路实现了全数字的调节功能，用户可以通过上位机或者外部触发方式，直接控制led阵列的发光亮度和频闪频率等。无需手动旋钮或者手动设置相关参数才能达到控制led的效果。大大方便了工业自动化方面的应用需求。
78.本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。