环形光源的光学扩散处理是如何实现的

一、核心扩散组件：直接实现光束均匀化（zui常用技术路径）

1. 透射式扩散：光线穿过扩散介质时实现均匀化

（1）漫射板（Diffuser Plate）：最基础且核心的扩散组件

• 材料选择：

• 普通场景：PC（聚碳酸酯）扩散板（耐冲击、重量轻，适用于大部分工业检测）；

• 高温 / 高精度场景：石英玻璃扩散片（耐高温≥200℃，透光率高，适用于大功率环形光源或半导体检测）；

• 低成本场景：磨砂玻璃（成本低，但易碎，适用于低精度外观检测）。

• 扩散原理：

• 关键参数：扩散剂添加量（1%-5%），添加量越高，扩散效果越强（雾度越高），但透光率会从 90% 以上降至 75%-85%；环形光源通常选择 2%-3% 的添加量，确保均匀度≥90% 的同时，光效损失控制在 15% 以内。

• 关键参数：微结构尺寸（1-100μm），尺寸越小，扩散越均匀（但透光率略有下降）；环形光源常用 5-20μm 的微结构，平衡均匀性和光效。

• 方式 1：表面微结构改性（物理方式）—— 漫射板表面通过模具压印出 “微米级凹凸结构"（如半球形凸起、锯齿形纹理、网格纹理），光线照射到凹凸表面时，会向不同方向折射（类似 “微型棱镜阵列"），打破定向传播路径。

• 方式 2：内部添加扩散剂（化学方式）—— 在透明基材（如 PC、玻璃）中添加微小的扩散颗粒（如二氧化硅、氧化铝、聚苯乙烯微球，粒径 1-5μm），光线穿过时会在扩散颗粒表面发生多次折射和散射，从 “定向光束" 转化为 “无规则漫射光"。

• 核心参数与选型：

• 雾度（Haze）：衡量扩散能力的关键指标（雾度 = 散射光强度 / 总透光强度 ×100%），环形光源常用雾度 80%-90% 的漫射板（雾度过低则扩散不足，过高则光强衰减严重）；

• 透光率（Transmittance）：优先选择透光率≥85% 的产品，避免因光效损失导致检测区域亮度不足。

（2）微透镜阵列（Micro-Lens Array，MLA）：高精度扩散方案

• 结构设计：在透明基板（如石英、PC）表面蚀刻或压印 “阵列式微透镜"（单颗微透镜直径 10-100μm，呈六边形或正方形排列），每颗微透镜对应 1-2 颗 LED 灯珠。

• 扩散原理：单颗 LED 的定向光束照射到微透镜上，被微透镜的弧形表面折射后，向 “锥形区域" 均匀发散（发散角可设计为 60°-120°），相邻微透镜的发散区域重叠，形成wu死角的均匀照明。

• 优势与应用：相比普通漫射板，微透镜阵列的 “定向扩散" 特性更强（光线集中于检测区域，减少边缘泄漏），且透光率更高（≥92%）；适用于高精度检测场景（如半导体芯片引脚检测、PCB 线路检测），典型产品如基恩士（KEYENCE）CA-DRR 系列环形光源的 “微透镜扩散设计"。

（3）全息扩散片（Holographic Diffuser）：gao端定制化方案

• 原理：通过全息技术在透明薄膜上记录 “干涉条纹"（微米级周期结构），光线穿过时会被干涉条纹衍射，形成均匀的高斯分布光场（中心与边缘光强差异≤3%）。

• 特点：均匀度ji高（≥98%）、透光率高（≥95%）、厚度薄（≤0.5mm），但成本较高，仅用于超高精度检测（如晶圆表面缺陷检测、光学元件检测）。

2. 反射式扩散：通过反射面打散光线（辅助补充方案）

• 结构设计：

• 反射层材料：铝合金基板表面喷涂 “漫反射涂层"（如聚四氟乙烯 PTFE 涂层、白色陶瓷涂层），漫反射率≥95%；

• 反射面结构：部分产品将反射面设计为 “锯齿形" 或 “弧形"，让反射光线向不同方向散射，避免直接反射导致的亮斑。

• 作用：主要用于提升光源的光利用率（减少光线浪费），同时辅助改善照射区域的均匀性（尤其补充边缘区域的光强），通常与透射式扩散组件搭配使用（如 “漫射板 + 漫反射涂层"）。

二、辅助扩散优化技术：进一步提升均匀性（gao端产品常用）

1. 灯珠与扩散组件的距离优化（光学间距设计）

• 原理：LED 灯珠与漫射板的距离（通常称为 “光学间距"）直接影响光线叠加效果 —— 间距过近，单颗 LED 的亮斑无法wan全重叠，会出现 “星斑"；间距过远，光线衰减严重，边缘光强不足。

• 行业标准：环形光源的光学间距通常设计为 “灯珠直径的 3-5 倍"（如 5050 封装 LED（直径 5mm），间距设为 15-25mm），确保相邻 LED 的扩散光线充分重叠，形成均匀光场。

2. 多环 LED + 独立扩散设计（针对大口径光源）

• 结构：大口径环形光源（内径≥100mm）采用 “内圈 + 外圈" 双环 LED 布局，每个环对应独立的微透镜或漫射区域（如内圈用小角度微透镜，外圈用大角度微透镜）。

• 原理：内圈 LED 通过扩散组件覆盖中心区域，外圈 LED 覆盖边缘区域，避免 “中心过亮、边缘过暗"，同时可通过独立调光，精准匹配不同尺寸的检测目标（如小零件用内圈，大零件用内圈 + 外圈）。

3. 扩散组件的角度匹配（适配检测目标）

• 原理：根据检测目标的表面特性（平面 / 曲面、反光 / 粗糙），选择不同扩散角度的组件 —— 检测平面目标时，用 “窄角度扩散组件"（扩散角 60°-90°），光线更集中；检测曲面目标时，用 “宽角度扩散组件"（扩散角 120°-150°），确保光线均匀覆盖曲面。

• 示例：检测手机玻璃（曲面 + 反光）时，环形光源搭配 “宽角度漫射板 + 同轴扩散结构"，既均匀覆盖曲面，又消除镜面反射。

4. 抗反射处理（减少杂光干扰）

• 原理：在漫射板的外侧（朝向检测目标的一面）进行 “抗反射镀膜"（如 AR 镀膜），降低漫射板表面的反射率（从 5% 降至 1% 以下），避免杂光反射到相机镜头，同时让扩散后的光线更顺畅地照射到目标表面，间接提升均匀性感知。

三、不同扩散方案的对比与行业选型

选型核心逻辑：

• 普通精度场景（如五金件外观检测）：优先选择 “添加扩散剂的 PC 漫射板"，平衡成本和效果；

• 中高精度场景（如电子元件、PCB 检测）：选择 “微透镜阵列"，兼顾均匀性和光效；

• 超高精度场景（如半导体、光学检测）：选择 “全息扩散片"，满足ji致均匀性需求。

四、行业实例：日本gao端环形光源的扩散技术应用

1. di一层：LED 灯珠前端的 “微透镜帽"（单颗 LED 对应独立微透镜），初步将定向光束扩散为 60° 锥形光；

2. 第二层：中间的 “高雾度石英漫射板"（雾度 85%，透光率 88%），通过内部扩散剂实现二次均匀化；

3. 第三层：外侧的 “抗反射涂层"，减少杂光反射，同时搭配内侧的 “PTFE 漫反射涂层"，补充边缘光强。

总结：光学扩散处理的核心逻辑

1. 扩散组件的 “雾度 - 透光率" 平衡（避免均匀性达标但光强不足）；

2. 灯珠排列与扩散组件的间距匹配（确保光线充分重叠）；

3. 结合检测目标特性（尺寸、表面材质）选择合适的扩散方案（如曲面目标用宽角度扩散）。