一种微秒级多色LED高速面光源照明切换系统的制作方法

本实用新型属于高速图像拍摄照明光源技术领域，具体地说，涉及一种微秒级多色led高速面光源照明切换系统。

背景技术：

随着数字处理技术的发展，在对产品或实验模型进行测试时，应用相机采集产品或实验模型的图像数据用于进行后续研究已经越来越多。光电成像系统中，光源是对成像质量影响较大的因数。

随着led灯具应用领域的持续扩展，由于led本身响应速度快、发光指向性好、配光方便等特点，所以在高速图像拍摄领域也有一定需求。申请号为200910237437.6的专利文件公开了一种多光谱均匀面光源，包括机壳，以及固定在机壳内部的光源控制器与光源驱动器，还包括匀光系统和多光谱led阵列，其中匀光系统固定在机壳的出光口上，多光谱led阵列固定于机壳内部，多光谱led阵列射出的多光谱光线透过匀光系统后由机壳的出光口射出。匀光板散射多光谱led阵列发出的光线，生成多光谱的均匀朗伯面，朗伯面的照度可调，光源具有亮度高、体积小的优点，可以实现光谱轮闪与多光谱混色，可以满足光电成像系统像面均匀性与光谱动态响应的快速检测与标定需求。但是该面光源主要用于光电成像系统像面均匀性与光谱动态响应的检测，其主要需求是光谱均匀，对响应速度没有特殊需求。不符合高速图像拍摄领域的需求。

技术实现要素：

针对现有技术中上述的不足，本实用新型提供一种微秒级多色led高速面光源照明切换系统，该系统设置高速驱动控制装置控制高速响应光源实现快速响应，实现灯板进行闪光、常亮、自动闪光和定时闪光等动作，灯板和光学微结构薄膜结合，经过二次配光，保证发光面的均匀度不小于85％。

为了达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是：一种微秒级多色led高速面光源照明切换系统，包括高速响应光源和高速驱动控制装置，高速驱动控制装置的光源供电输出端与高速响应光源的电源接口电连接，高速驱动控制装置的光源控制信号输出端与高速响应光源的控制信号输入接口电连接，输出控制信号控制高速响应光源动作；所述的高速响应光源包括灯板和光学微结构薄膜，灯板固定安装在外壳内，所述的外壳包括一覆盖一整个侧面的开口，灯板发出的光从开口内射出，光学微结构薄膜覆盖所述的开口，并固定在外壳上；所述的高速驱动控制装置包括壳体和设置在壳体内的电路，所述的壳体的上固定安装有光源供电接口、控制信号接口、电源输入接口、rj45接口和高速can总线接口，所述的电路包括可编程控制器、第一信号驱动整形模块、输出转接模块、第二信号驱动整形模块和高速驱动模块，所述的可编程控制器的光源控制信号输出端与第一信号驱动整形模块的光输入端连接，第一信号驱动整形模块的输出端与输出转接模块的输入端连接；将光源控制信号整形后传输到输出转接模块，输出转接模块的输出端与第二信号驱动整形模块的输入端连接，输出转接模块将每一色光源的电源、地以及光源控制信号同时传输到第二信号驱动整形模块，第二信号驱动整形模块的输出端与高速驱动模块的输入端连接，高速驱动模块的输出端与壳体上的控制信号接口和光源供电接口连接，通过控制信号接口将控制信号传输到高速响应光源，同时通过光源供电接口为高速响应光源供电。

所述的高速响应光源还包括面框，面框将光学微结构薄膜固定在外壳上。

所述的高速响应光源还包括散热器，所述的散热器固定连接在外壳上与开口对应的一面。所述的散热器为纯铜热管散热器。散热器及光源的主体结构能够保证高速响应光源可靠散热。

所述的灯板上安装有红光、橘光、绿光、蓝光、紫外光、红外光中的任意多种颜色的led灯，同一种led灯的波长差为±2.5nm。多种颜色的led灯，满足不同拍照环境下对光源颜色的不用需求。同种led灯的波长差为±2.5nm，通过高度一致led灯的发光波长来增强光源的均匀度。

优选的，所述的灯板上安装有红光、橘光、绿光、蓝光、紫外光、红外光中的任意四种颜色的led灯，同一种led灯的波长差为±2.5nm。

所述的led灯为包括带有透镜的led灯，带有透镜的led灯结合灯板和光学微结构薄膜，实现三次配光，进一步保证发光面的均匀度。

所述的电路还包括ac-dc电源模块、dc-dc电源模块、3200w可调恒压电源模块和数字调压模块，ac-dc电源模块与经电源输入接口接入的交流电连接，将交流电转换成24v直流电源，dc-dc电源模块将24v直流电源转换为3.3v直流电源为可编程控制器供电，dc-dc电源模块将24v直流电源转换为5v直流电源为第一信号驱动整形模块和第二信号驱动整形模块供电；数字调压模块将24v直流电源调整为0～5v直流电源驱动3200w可调恒压电源模块将经电源输入接口接入的交流电调整为48～60v电源接入输出信号转接模块，经第二信号驱动整形模块和高速驱动模块后通过光源供电接口为高速响应光源供电。3200w可调恒压电源模块为高速响应光源供电，最高可提供3200w输出功率，输出稳定，满足高速响应光源闪光时最大瞬时功率。

所述的电路还包括网络收发模块，所述的网络收发模块的控制端与可编程控制器的网络控制端连接，所述的dc-dc电源模块将转换为3.3v直流电源为网络收发模块供电，网络收发模块的输出端与rj45接口电连接。通过网络接口可实现与上位机通讯。

本实用新型的有益效果是：

(1)该系统设置高速驱动控制装置控制高速响应光源实现快速响应，实现灯板进行闪光、常亮、自动闪光和定时闪光等动作，灯板和光学微结构薄膜结合，经过二次配光，保证发光面的均匀度不小于85％。

附图说明

图1为本实用新型切换系统示意图；

图2为本实用新型高速响应光源示意图；

图3为本实用新型高速驱动控制装置示意图；

图4为本实用新型高速驱动控制装置后面板示意图；

图5为本实用新型实施例系统工作原理框图；

图中，100-高速响应光源，110-散热器，120-外壳，121-开口，130-灯板，140-光学微结构薄膜，150-面框，200-高速驱动控制装置，210-壳体，220-控制信号接口，230-光源供电接口，240-高速can总线接口，250-电源输入接口，260-rj45接口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述：

如图1-图4所示，一种微秒级多色led高速面光源照明切换系统，包括高速响应光源100和高速驱动控制装置200，高速驱动控制装置200的光源供电输出端与高速响应光源100的电源接口电连接，高速驱动控制装置200的光源控制信号输出端与高速响应光源100的控制信号输入接口电连接，输出控制信号控制高速响应光源100动作；所述的高速响应光源100包括灯板130和光学微结构薄膜140，灯板130固定安装在外壳120内，所述的外壳120包括一覆盖一整个侧面的开口121，灯板130发出的光从开口121内射出，光学微结构薄膜140覆盖所述的开口121，并固定在外壳120上。光学微结构薄膜140可选pc薄膜、亚克力薄膜或光学玻璃(k9)薄膜。高速响应光源100还包括面框150，面框150将光学微结构薄膜140固定在外壳120上。所述的高速响应光源100还包括散热器110，所述的散热器110固定连接在外壳120上与开口121对应的一面。所述的散热器110为纯铜热管散热器。散热器110及光源的主体结构能够保证高速响应光源100可靠散热。所述的灯板130上安装有红光、橘光、绿光、蓝光、紫外光、红外光中的任意多种颜色的led灯，同一种led灯的波长差为±2.5nm。红光led灯可选波长范围620～670nm内的任意5nm范围的灯珠，橘光led灯可选波长范围585～615nm内的任意5nm范围的灯珠，绿光led灯波长范围525～530nm，蓝光led灯波长范围465～470nm，紫外光led灯可选波长范围280～365nm内的任意5nm范围的灯珠，红外光led灯可选波长范围850～960nm内的任意5nm范围的灯珠。根据应用场景不同，选择的波长范围不同。多种颜色的led灯，满足不同拍照环境下对光源颜色的不用需求。同种led灯的波长差为±2.5nm，通过高度一致led灯的发光波长来增强光源的均匀度。

所述的led灯为包括带有透镜的led灯，带有透镜的led灯结合灯板130和光学微结构薄膜140，实现三次配光，进一步保证发光面的均匀度。

所述的高速驱动控制装置200包括壳体210和设置在壳体210内的电路，所述的壳体210的上固定安装有光源供电接口230、控制信号接口220、电源输入接口250、rj45接口260和高速can总线接口240，光源供电接口230和控制信号接口220采用航空连接器。各接口可根据需要布置在前面板或后面板上。所述的电路包括可编程控制器、第一信号驱动整形模块、输出转接模块、第二信号驱动整形模块和高速驱动模块，所述的可编程控制器的光源控制信号输出端与第一信号驱动整形模块的光输入端连接，第一信号驱动整形模块的输出端与输出转接模块的输入端连接；将光源控制信号整形后传输到输出转接模块，输出转接模块的输出端与第二信号驱动整形模块的输入端连接，输出转接模块将每一色光源的电源、地以及光源控制信号同时传输到第二信号驱动整形模块，第二信号驱动整形模块的输出端与高速驱动模块的输入端连接，高速驱动模块的输出端与壳体210上的控制信号接口220和光源供电接口230连接，通过控制信号接口220将控制信号传输到高速响应光源100，同时通过光源供电接口230为高速响应光源100供电。可编程控制器选用最高168mhz工作频率的可编程控制器，可以是fpga、cpld、单片机等。信号驱动整形模块选用响应速度小于等于12ns的芯片，例如74ac245；高速驱动模块选用能够响应20路，并联响应速度15-22ns，单路6.4a的驱动模块。

所述的电路还包括ac-dc电源模块、dc-dc电源模块、3200w可调恒压电源模块和数字调压模块，ac-dc电源模块与经电源输入接口250接入的交流电连接，将交流电转换成24v直流电源，dc-dc电源模块将24v直流电源转换为3.3v直流电源为可编程控制器供电，dc-dc电源模块将24v直流电源转换为5v直流电源为第一信号驱动整形模块和第二信号驱动整形模块供电；数字调压模块将24v直流电源调整为0～5v直流电源驱动3200w可调恒压电源模块将经电源输入接口250接入的交流电调整为48～60v电源接入输出信号转接模块，经第二信号驱动整形模块和高速驱动模块后通过光源供电接口230为高速响应光源100供电。3200w可调恒压电源模块为高速响应光源100供电，最高可提供3200w输出功率，输出稳定，满足高速响应光源100闪光时最大瞬时功率。

所述的电路还包括网络收发模块，所述的网络收发模块的控制端与可编程控制器的网络控制端连接，所述的dc-dc电源模块将转换为3.3v直流电源为网络收发模块供电，网络收发模块的输出端与rj45接口260电连接。通过网络接口可实现与上位机通讯。

在本实用新型的一个实施例中，灯板130上安装有红光、橘光、绿光、蓝光四种颜色的led灯，精心挑选了同一种led灯的波长差为±2.5nm的灯珠，灯珠上包括带有透镜。红光led灯主波长624nm，每5个一串，320串并联，共采用1600pcs布置在灯板130上；黄光led灯主波长590nm，每5个一串，320串并联，共采用1600pcs布置在灯板130上；绿光led灯主波长525nm，每5个一串，320串并联，共采用1600pcs布置在灯板130上；蓝光led灯主波长624nm，每5个一串，320串并联，共采用1600pcs布置在灯板130上。其控制原理如图5所示，在使用时，通过电源接口与220v交流电连接，交流电经ac-dc电源模块转换为24v直流电传输到数字调压模块和dc-dc电源模块，dc-dc电源模块将24v直流电源转换为3.3v直流电源为单片机供电，dc-dc电源模块将24v直流电源转换为5v直流电源为第一信号驱动整形模块和第二信号驱动整形模块供电，单片机输出四路光源控制信号，一路光源控制信号输出到一路第一信号驱动整形模块；四路第一信号驱动整形模块输出的控制信号接入输出信号转接模块；数字调压模块将24v直流电源调整为0～5v直流电源驱动3200w可调恒压电源模块将经电源输入接口250接入的交流电调整为48～60v电源接入输出信号转接模块，输出信号转接模块将各路控制信号结合电源以及地输出到对应的第二信号驱动整形模块，各第二信号驱动整形模块输出电源、地及控制信号输出到对应的高速驱动模块，各高速驱动模块驱动光源动作。单片机还可以通过网络收发模块经以太网与上位通讯。通过选择gaas、gan、gaalas材质的led晶片和自主封装技术保证led光学器件响应速度小于80ns，最大程度的提高系统光学响应速度。采用上述系统实现四色led面光源按指令进行触发闪光、常亮、自动闪光和定时闪光等动作，闪光时间可达到微秒级(us)，闪光步进调节可达到0.1us，该系统闪光瞬时功率可达到2kw以上，常亮时额定功率可以达到1kw以上。以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。