一種基於數字微鏡器件光強度精確可調的雷射光源系統的製作方法

2023-09-19 20:39:00

專利名稱：一種基於數字微鏡器件光強度精確可調的雷射光源系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光斑光源技術領域，特別是一種基於數字微鏡器件光強度精確可調的雷射光源系統。
背景技術：
自身能夠發光的物體叫光源。光源可以分為自然(天然)光源和人造光源。自然光源如恆星、螢火蟲光。人造光源是隨著人類文明、科學技術的發展而逐漸製造出來的光源，如蠟燭，日光燈等。光斑光源為人造光源的再生光源，它將發光器件發出的原始光線重做處理，以滿足各種領域對不同光源的需求。這種光源可以在對光源要求極高的正立光學顯微 鏡當中被採用。聚光照明系統對顯微鏡的成像性能有較大影響，它需要提供亮度一致且均勻的物面照明。如今在正立式光學顯微鏡中，使用最多的是LED光源，這種LED光源由很多發光二極體按照一定的排列方式組合而成，共同提供顯微鏡照明。但是由於每一個發光二極體在原材料和生產製作的時候有偏差，導致壽命和發光的強度不一樣，穩定性不一樣，所以在顯微鏡下有一個發光二極體不穩定，就有可能造成黑點和明暗偏差。另外，由於發光二極體的數量總是有限的，所以光源亮度可調的靈敏度較低，並且每調一個亮度都是對發光二極體的一致性的一次考驗，無法做到亮度的精確可調，不適用對光強高度敏感的觀察物。

實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足而提供的一種基於數字微鏡器件光強度精確可調的雷射光源系統，該系統光強度可精確調控，填補了市場精度可調光源的空缺。本實用新型的目的是這樣實現的—種基於數字微鏡器件光強度精確可調的雷射光源系統，該系統包括一雷射光源，用於產生原始光源；一勻光光棒，與雷射光源連接；一入射光路，與勻光光棒連接，用於把點光源變成均勻面光源，併入射到數字微鏡器件上；一數字微鏡器件，與入射光路連接，利用數字微鏡器件的開關特性，控制光通量而實現對輸出光的精確控制；一系統控制電路，與雷射光源及數字微鏡器件連接，調節原始光源的亮度，並對數字微鏡器件進行控制，使雷射光源有一個恆定的輸出；一光電轉換器，與系統控制電路連接，用於實現模擬信號向數位訊號的轉換及光信號向模擬電信號的轉換；一出射光路，與光電轉換器連接，實現面光源到點光源的轉換，並且輸出；又一勻光光棒，與出射光路連接，輸出均勻光斑光源；一 PC機，與系統控制電路通過USB連接，用於輸入指令。所述系統控制電路包括微處理器、FPGA器件、復位電路(DAD2000)及報警電路，MCU微處理器通過數據總線與FPGA連接，報警電路與微處理器連接，DAD2000提供復位信號。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是I、本實用新型產生得到的雷射強度的調節靈敏度高，得到的雷射光源的調節精度可達兩百萬分之一。2、通過對輸出光源的精確閉環控制以及系統完備的報警方案，使得該系統產生的雷射光源強度精度高，系統穩定可靠。

圖I為本實用新型結構框圖；圖2為本實用新型控制部分示意圖圖3為本實用新型數字微鏡器件工作過程示意圖圖4為3X3數字微鏡器件陣列調節光亮強度過程示意圖圖5為本實用新型勻光光棒將點光源轉面光源不意圖圖6為本實用新型的工作流程圖。
具體實施方式
參閱圖1，本實用新型由雷射光源I、均光光棒2、入射光路3、數字微鏡器件4、系統控制電路6、光電轉換器7、出射光路8及PC機9組成，本實用新型原始雷射點光源利用LED雷射器件產生，經過勻光光棒2的勻光作用實現點光源到矩形均勻面光源的轉換。該矩形均勻面光源經過入射光路內部光學處理和光路調整後，入射到數字微鏡器件4上，利用數字微鏡陣列的反光特性，再生得到非均勻的面光光源。經過數字微鏡器件4的該再生光源通過一個出射光路8，最後通過勻光光棒5得到均勻光斑光源輸出。參閱圖2，本實用新型的控制部分包括MCU (STM32V107)、FPGA (EP3C120F780C7)、復位電路(DAD2000)、報警電路、光電轉換器以及PC機。MCU通過USB接口接收來自PC端的命令信號，該命令信號被解碼後分別送給系統的各部件，包括雷射源和FPGA，並把各部件的相應狀態返回到PC機。命令信號的一部分用作MCU控制雷射光源的輸出強度大小；另一部分通過MCU與FPGA之間的數據總線將該命令信號傳送到FPGA，用於控制FPGA產生的驅動數字微鏡器件的LVDS信號，從而實現對數字微鏡器件(DMD )的控制。數字微鏡器件(DMD )的電源和復位信號由DAD2000器件提供。通過光電轉換器實時檢測輸出光強度的大小，將光強度值反饋給系統控制電路的(MCU)，MCU會根據該值對輸出的光強度做相應的調整，形成一個閉環控制系統，確保輸出光強度精確控制。報警電路用於檢測系統的工作狀態，如出現異常即報警。參閱圖3，圖3為數字微鏡器件的微鏡反射光過程。圖中A表示數字微鏡器件上的微鏡，數字微鏡器件的每一片微鏡都可以被控制向兩個不同的方向翻轉，分別為「開」、「關」狀態。通過精確控制入射到數字微鏡器件上的光的入射方向，實現對微鏡反射光方向的精確控制。當微鏡器件處於「關」狀態時，大部分入射光線被反射到一個光吸收面，少許光線作為光電轉換器的入射光源，作為光強度米樣樣本，即此時沒有光線被反射出去；當微鏡器件處於「開」狀態時，入射光被反射出去，供給輸出光路處理。[0028]參閱圖4，圖4為3X3數字微鏡陣列調節光亮強度過程示意。當9片微鏡全部處於「開」的狀態，所有的入射光都被反射到輸出光路；當9片微鏡中的任意3片微鏡處於「關」的狀態，只有6/9的光被反射出去，即只有6/9的光通量；當9片微鏡中的任意8片微鏡處於「關」的狀態，只有1/9的光被反射出去，即只有1/9的光通量。本實用新型就是通過數字微鏡器件的這種特性實現光強度的精確調節。參閱圖5,圖5為勻光光棒將點光源轉面光源不意,點光源通過勻光光棒輸出均勻強度的面光源。參閱圖6，系統上電後，整個系統加電，MCU器件STM32V107首先執行初始化程序，包括入射雷射光源強度值設置、輸出光源強度值初始化設置、USB接口參數設置；板上報警電路參數設置；接著進行系統各部件自檢，光路系統檢測(入射光角度等檢測)、FPGA電路自檢、USB接口功能自檢、輸出雷射強度檢查(應為O)、報警器開機提示音，如果發現某一個部件或多個部件異常，則等待人工幹預(檢查各部件連接)並再次執行自檢程序，異常狀態仍沒有解除則通過USB控制中心報警；如果異常狀態消失則進行工作參數裝載，包括啟動過程參數、輸出雷射光源強度參數、工作時間參數等；此時FPGA按照所需實現的輸出光源強 度驅動數字微鏡器件工作，接著，光電轉換器採樣檢測輸出光源強度，這個強度值被MCU讀取，與設定值相比較，並調整入射雷射光源的強度，直到採樣得到的強度值達到設定值，如果經過多次(5次)調整，仍然達不到速度設定值，關閉入射雷射光源，並在板上聲音報警和通過USB向PC端發送報警信號。如果輸出光強度值達到了設定值，則系統穩定工作，進入等待PC端重新載入設置參數狀態。在系統穩定工作期間，系統工作在以下幾個過程a)、PC端設定參數值；b)、FPGA調整數字微鏡器件工作狀態；c)、光電轉換器檢測輸出光源強度；d)、MCU比較檢測光強值與設定值；e)、MCU調整入射雷射光源強度。
權利要求1.一種基於數字微鏡器件光強度精確可調的雷射光源系統，其特徵在於該系統包括 一雷射光源(1)，用於產生原始光源； 一勻光光棒(2)，與雷射光源(I)連接； 一入射光路(3)，與勻光光棒(2)連接，用於把點光源變成均勻面光源，併入射到數字微鏡器件上； 一數字微鏡器件(4)，與入射光路(3)連接，利用數字微鏡器件的開關特性，控制光通量而實現對輸出光的精確控制； 一系統控制電路(6)，與雷射光源(I)及數字微鏡器件(4)連接，調節原始光源的亮度，並對數字微鏡器件(4)進行控制，使雷射光源有一個恆定的輸出； 一光電轉換器(7)，與系統控制電路(6)連接，用於實現模擬信號向數位訊號的轉換及光信號向模擬電信號的轉換； 一出射光路(8)，與光電轉換器(7)連接，實現面光源到點光源的轉換，並且輸出； 又一勻光光棒(5),與出射光路(8)連接,輸出均勻光斑光源； 一 PC機(9 )，與系統控制電路(6 )通過USB連接，用於輸入指令。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於所述系統控制電路(6)包括微處理器、FPGA器件、復位電路及報警電路，微處理器通過數據總線與FPGA器件連接，報警電路與微處理器連接，復位電路提供復位信號。
專利摘要本實用新型公開了一種基於數字微鏡器件光強度精確可調的雷射光源系統，是一個集光電為一體的系統，該系統利用雷射光源生成器件發出的點光源，經過光隧道的勻光作用，得到一均勻的面光源，該面光源經過入射光路均勻的入射到數字微鏡器件上，通過微鏡開關作用控制輸出光通量，並且通過PC機發送指令，調節光斑光源的強度大小，實現高精度可調。
文檔編號H01S5/06GK202712684SQ20122030600
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者劉一清, 李中楠, 王淑仙 申請人:華東師範大學