CN102751657B - 一种基于数字微镜器件光强度精确可调的激光光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字微镜器件光强度精确可调的激光光源系统，是一个集光电为一体的系统，该系统利用激光光源生成器件发出的点光源，经过光隧道的匀光作用，得到一均匀的面光源，该面光源经过入射光路均匀的入射到数字微镜器件上，通过微镜开关作用控制输出光通量，并且通过PC机发送指令，调节光斑光源的强度大小，实现高精度可调。

Description

一种基于数字微镜器件光强度精确可调的激光光源系统

技术领域

本发明涉及光斑光源技术领域，特别是一种基于数字微镜器件光强度精确可调的激光光源系统。

背景技术

自身能够发光的物体叫光源。光源可以分为自然（天然）光源和人造光源。自然光源如恒星、萤火虫光。人造光源是随着人类文明、科学技术的发展而逐渐制造出来的光源，如蜡烛，日光灯等。光斑光源为人造光源的再生光源，它将发光器件发出的原始光线重做处理，以满足各种领域对不同光源的需求。这种光源可以在对光源要求极高的正立光学显微镜当中被采用。聚光照明系统对显微镜的成像性能有较大影响，它需要提供亮度一致且均匀的物面照明。如今在正立式光学显微镜中，使用最多的是LED光源，这种LED光源由很多发光二极管按照一定的排列方式组合而成，共同提供显微镜照明。但是由于每一个发光二极管在原材料和生产制作的时候有偏差，导致寿命和发光的强度不一样，稳定性不一样，所以在显微镜下有一个发光二极管不稳定，就有可能造成黑点和明暗偏差。另外，由于发光二极管的数量总是有限的，所以光源亮度可调的灵敏度较低，并且每调一个亮度都是对发光二极管的一致性的一次考验，无法做到亮度的精确可调，不适用对光强高度敏感的观察物。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于数字微镜器件光强度精确可调的激光光源系统，该系统光强度可精确调控，填补了市场精度可调光源的空缺。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于数字微镜器件光强度精确可调的激光光源系统，该系统包括：

一激光光源，用于产生原始光源；

一匀光光棒，与激光光源连接；

一入射光路，与匀光光棒连接，用于把点光源变成均匀面光源，并入射到数字微镜器件上；

一数字微镜器件，与入射光路连接，利用数字微镜器件的开关特性，控制光通量而实现对输出光的精确控制；

一系统控制电路，与激光光源及数字微镜器件连接，调节原始光源的亮度，并对数字微镜器件进行控制，使激光光源有一个恒定的输出；

一光电转换器，与系统控制电路连接，用于实现模拟信号向数字信号的转换及光信号向模拟电信号的转换；

一出射光路，与光电转换器连接，实现面光源到点光源的转换，并且输出；

又一匀光光棒，与出射光路连接，输出均匀光斑光源；

一PC机，与系统控制电路通过USB连接，用于输入指令。

所述系统控制电路包括微处理器、FPGA器件、复位电路（DAD2000）及报警电路，MCU微处理器通过数据总线与FPGA连接，报警电路与微处理器连接，DAD2000提供复位信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明产生得到的激光强度的调节灵敏度高，得到的激光光源的调节精度可达两百万分之一。

2、通过对输出光源的精确闭环控制以及系统完备的报警方案，使得该系统产生的激光光源强度精度高，系统稳定可靠。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明控制部分示意图：

图3为本发明数字微镜器件工作过程示意图：

图4为3×3数字微镜器件阵列调节光亮强度过程示意图：

图5为本发明匀光光棒将点光源转面光源示意图：

图6为本发明的工作流程图。

具体实施方式

参阅图1，本发明由激光光源1、均光光棒2、入射光路3、数字微镜器件4、系统控制电路6、光电转换器7、出射光路8及PC机9组成，本发明原始激光点光源利用LED激光器件产生，经过匀光光棒2的匀光作用实现点光源到矩形均匀面光源的转换。该矩形均匀面光源经过入射光路内部光学处理和光路调整后，入射到数字微镜器件4上，利用数字微镜阵列的反光特性，再生得到非均匀的面光光源。经过数字微镜器件4的该再生光源通过一个出射光路8，最后通过匀光光棒5得到均匀光斑光源输出。

参阅图2，本发明的控制部分包括MCU（STM32V107）、FPGA（EP3C120F780C7）、复位电路（DAD2000）、报警电路、光电转换器以及PC机。MCU通过USB接口接收来自PC端的命令信号，该命令信号被译码后分别送给系统的各部件，包括激光源和FPGA，并把各部件的相应状态返回到PC机。命令信号的一部分用作MCU控制激光光源的输出强度大小；另一部分通过MCU与FPGA之间的数据总线将该命令信号传送到FPGA，用于控制FPGA产生的驱动数字微镜器件的LVDS信号，从而实现对数字微镜器件（DMD）的控制。数字微镜器件（DMD）的电源和复位信号由DAD2000器件提供。通过光电转换器实时检测输出光强度的大小，将光强度值反馈给系统控制电路的（MCU），MCU会根据该值对输出的光强度做相应的调整，形成一个闭环控制系统，确保输出光强度精确控制。报警电路用于检测系统的工作状态，如出现异常即报警。

参阅图3，图3为数字微镜器件的微镜反射光过程。图中A表示数字微镜器件上的微镜，数字微镜器件的每一片微镜都可以被控制向两个不同的方向翻转，分别为“开”、“关”状态。通过精确控制入射到数字微镜器件上的光的入射方向，实现对微镜反射光方向的精确控制。当微镜器件处于“关”状态时，大部分入射光线被反射到一个光吸收面，少许光线作为光电转换器的入射光源，作为光强度采样样本，即此时没有光线被反射出去；当微镜器件处于“开”状态时，入射光被反射出去，供给输出光路处理。

参阅图4，图4为3×3数字微镜阵列调节光亮强度过程示意。当9片微镜全部处于“开”的状态，所有的入射光都被反射到输出光路；当9片微镜中的任意3片微镜处于“关”的状态，只有6/9的光被反射出去，即只有6/9的光通量；当9片微镜中的任意8片微镜处于“关”的状态，只有1/9的光被反射出去，即只有1/9的光通量。本发明就是通过数字微镜器件的这种特性实现光强度的精确调节。

参阅图5，图5为匀光光棒将点光源转面光源示意，点光源通过匀光光棒输出均匀强度的面光源。

参阅图6，系统上电后，整个系统加电，MCU器件STM32V107首先执行初始化程序，包括入射激光光源强度值设置、输出光源强度值初始化设置、USB接口参数设置；板上报警电路参数设置；接着进行系统各部件自检，光路系统检测（入射光角度等检测）、FPGA电路自检、USB接口功能自检、输出激光强度检查（应为0）、报警器开机提示音，如果发现某一个部件或多个部件异常，则等待人工干预（检查各部件连接）并再次执行自检程序，异常状态仍没有解除则通过USB控制中心报警；如果异常状态消失则进行工作参数装载，包括启动过程参数、输出激光光源强度参数、工作时间参数等；此时FPGA按照所需实现的输出光源强度驱动数字微镜器件工作，接着，光电转换器采样检测输出光源强度，这个强度值被MCU读取，与设定值相比较，并调整入射激光光源的强度，直到采样得到的强度值达到设定值，如果经过多次（5次）调整，仍然达不到速度设定值，关闭入射激光光源，并在板上声音报警和通过USB向PC端发送报警信号。如果输出光强度值达到了设定值，则系统稳定工作，进入等待PC端重新载入设置参数状态。在系统稳定工作期间，系统工作在以下几个过程：

a)、PC端设定参数值；

b)、FPGA调整数字微镜器件工作状态；

c)、光电转换器检测输出光源强度；

d)、MCU比较检测光强值与设定值；

e)、MCU调整入射激光光源强度。

Claims (2)

1.一种基于数字微镜器件光强度精确可调的激光光源系统，其特征在于该系统包括：

一激光光源（1），用于产生原始光源；

一匀光光棒（2），与激光光源（1）连接；

一入射光路（3），与匀光光棒（2）连接，用于把点光源变成均匀面光源，并入射到数字微镜器件上；

一数字微镜器件（4），与入射光路（3）连接，利用数字微镜器件的开关特性，控制光通量而实现对输出光的精确控制；

一系统控制电路（6），与激光光源（1）及数字微镜器件（4）连接，调节原始光源的亮度，并对数字微镜器件（4）进行控制，使激光光源有一个恒定的输出；

一光电转换器（7），与系统控制电路（6）连接，用于实现模拟信号向数字信号的转换及光信号向模拟电信号的转换；

一出射光路（8），与光电转换器（7）连接，实现面光源到点光源的转换，并且输出；

又一匀光光棒（5），与出射光路（8）连接，输出均匀光斑光源； 

一PC机（9），与系统控制电路（6）通过USB连接，用于输入指令。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述系统控制电路（6）包括微处理器、FPGA器件、复位电路及报警电路，微处理器通过数据总线与FPGA器件连接，报警电路与微处理器连接，复位电路提供复位信号。

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