CN104540280A - 一种用于成像系统的led照明元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于成像系统的LED照明元，包括：校正电路，使得所述成像系统所成图像更加清晰；滤波电路，使得所述驱动线路中的电流变化更加稳定，消除高次谐波和杂波对LED照明灯的影响；PWM开关电路，实现对所述LED照明灯实时调光的功能；箝位吸收电路，使得所述PWM开关电路工作稳定；其中，所述校正电路和所述PWM开关电路由同一个控制模块同时配合控制，实现对所述LED照明灯的恒流控制，进而满足所述高精度成像系统对照明光源的要求。本发明解决了LED光源出射光的闪烁等噪声造成样品图像不清晰的问题，使得样品所成图像的效果更好。

Description

一种用于成像系统的LED照明元

技术领域

本发明涉及光学显微成像系统领域，特别是一种用于成像系统的LED照明元。

背景技术

在现有的成像系统中，如光学显微镜，常采用简单的照明灯来提供成像时所需的照明光源，一些简陋的成像设备直接用交流电来驱动照明灯，出射光线照射在样品上来提供照明，因为是交流驱动，此种照明灯的出射光线会不停的闪烁，造成样品所成的像不清晰，效果较差。为了提高成像质量，一些高精度成像设备，将交流电通过整流装置变成直流电，用直流电来驱动照明灯，以减少出射光的闪烁，此种方式在一定程度上解决了样品图像不清晰的问题。

但此种方式的不足之处在于：采用简单的整流装置将交流电变成直流电，然后直接进行滤波装置来对波形整形，最后将整形后的直流电驱动照明灯来提供成像所需的光源，如图1所示，由于整流装置直接与过滤装置连接，电流在过滤电容上会有一个充放电过程，当交流输入电压瞬时值小于滤波电容上的电压时，整流二极管不导通，而在极窄的导通范围内，会产生极大的导通电流，使供电电流呈脉冲状，降低了系统的功率因数，同时造成了照明灯出射光线的不稳定，在成像过程中引入很多噪声干扰，降低了成像效果。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开了一种用于成像系统的LED照明元，有效解决了照明光源不稳定的问题，同时降低了样品图像上的噪声干扰，提高了系统的成像精度。

本发明还有一个目的是采用LED照明元作为系统的光源，采用恒流驱动方式，有效解决了出射光的闪烁问题。

同时，本发明用同一个控制模块来同时控制校正电路和PWM开关电路，实现了对LED照明元出射光强度的精确可控。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于成像系统的LED照明元，用于高精度成像系统中的照明光源，包括：

校正电路，其用于对驱动线路中电流畸变的校正以及功率因素的补偿，稳定LED照明灯的出射光线，消除电流波形上的干扰，使得所述成像系统所成图像更加清晰；滤波电路，其接收经所述校正电路处理后的电流，滤除电流中的交流成分，同时平缓电流突变，使得所述驱动线路中的电流变化更加稳定，消除高次谐波和杂波对所述LED照明灯的影响；PWM开关电路，其通过控制开关管的导通时间来驱动所述LED照明灯工作，以实现对所述LED照明灯实时调光的功能；箝位吸收电路，其连接在所述滤波电路和所述PWM开关电路之间，用于吸收所述PWM开关电路中的电流尖峰和浪涌，消除所述PWM开关电路中的自激振荡，同时使得所述开关管工作稳定；其中，所述校正电路和所述PWM开关电路由同一个控制模块同时配合控制，实现对所述LED照明灯的恒流控制，进而满足所述高精度成像系统对照明光源的要求。

优选的，所述校正电路连接在整流电路的直流输出端，所述校正电路的结构为：电感L1，其串联在直流正极上，用于抑制电流瞬时突变；开关管Q1，其连接在直流正负极之间，一端连接在所述电感L1的出线端，用于把脉动的电流斩成高频断续电流；二极管D1，其阳极与所述电感L1的出线端连接，用于对所述高频断续电流进行再次整流。

优选的，所述滤波电路包括：与所述二极管D1阴极连接的电感L2、并联连接在其两端的电容C1和C2，所述电容C1、C2用于滤除电流中的交流成分，所述电感L2用于缓冲所述电容C1、C2的充放电过程。

优选的，所述PWM开关电路包括：与所述电感L2另一端连接的隔离变压器T1、与其负极连接的限流电阻R2、串联在所述限流电阻R2和直流负极之间的开关管Q2。

优选的，所述箝位吸收电路包括并联连接的电阻R1和电容C4，其一个并联端连接在所述隔离变压器T1的原边正极端，另一个并联端通过一个反向设计的二极管D2连接在所述隔离变压器T1的原边负极端。

优选的，所述的用于成像系统的LED照明元还包括二极管D4，其阳极连接在所述电感L1的输入端，阴极连接在电感L2的输出端，用于在开机瞬间卸载浪涌电流在所述电感L1上产生的自感电势。

优选的，所述的用于成像系统的LED照明元还包括采样模块和反馈模块，用于采集电路中电流信号和电压信号，并输送到所述控制模块中。

优选的，所述控制模块根据接收到的所述电流信号和电压信号，经处理得到控制信号，并同时传输至所述开关管Q1和所述开关管Q2，以此控制其开、关过程。

优选的，所述LED照明灯通过二次滤波整流电路连接在所述隔离变压器T1的副边，通过改变所述控制模块的输出信号实现对所述LED照明灯的控制。

本发明至少包括以下有益效果：提供的一种用于成像系统的LED照明元，在电源驱动电路中增设有校正电路，提高了LED照明元的功率因素，同时有效减少了电流畸波的影响，提高了LED照明元工作的稳定性，提高了成像效果；还增设有箝位吸收电路，有效保护了PWM开关管安全工作，同时缓和了电流突变，消除电路中的电压自激振荡，进一步稳定了LED照明元的出射光线；采用校正电路和PWM开关电路一体化的控制模块，提高了LED照明元出射光强度的精度，提高了系统的成像精度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是现有成像系统中的照明系统的结构示意图；

图2是本发明的用于成像系统的LED照明元的结构示意图；

图3是本发明的一个实施例的示意性电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本说明书中，当一个元件被提及为“连接在或耦接在”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接在或耦接在另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接在或耦接在另一元件或设置在另一元件中，除非其被提及为“直接耦接在或连接在”另一元件或“直接设置”在另一元件中。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图2所示的是根据本发明的一种实现形式，其中包括：

校正电路20，交流电源通过整流电路10整流后与所述校正电路20的一端连接，其用于对驱动线路中电流畸变的校正以及功率因素的补偿，稳定LED照明元的出射光线，消除电流谐波，使得所述成像系统所成图像更加清晰；滤波电路30，其一端与校正电路20的另一端连接，并接收经所述校正电路20处理后的电流，滤除电流中的交流成分，同时平缓电流突变，使得所述驱动线路中的电流变化更加稳定，消除高次谐波和杂波对所述LED照明灯的影响，有效消除了样品系统所成样品图像上的噪声，区别与现有技术的是，本发明在整流电路10和滤波电路30之间增设有校正电路20，如果整流装置直接与滤波装置连接，电流在过滤电容上会有一个充放电过程，当交流输入电压瞬时值小于滤波电容上的电压时，整流二极管不导通，也就是说只会在交流电峰值附近才会导通，而在极窄的导通范围内，会产生极大的导通电流，使供电电流呈脉冲状，降低了系统的功率因数，同时造成了照明灯出射光线的不稳定，在成像过程中引入很多噪声干扰，降低了成像效果，设置此校正电路20的目的就是为了解决这个问题，通过校正电路20将脉动的直流电变成高频断续的电流波形，再经过整流后传送到滤波电路30，使得输出的电流波形和电压波形同相，提高了LED照明元的功率因素，且有效消除了线路中的噪声，提高了成像质量；PWM开关电路50，其一端与滤波电路30的另一端连接，通过控制其上设置的PWM开关管的导通时间来驱动所述LED照明灯工作，以实现对所述LED照明灯实时调光的功能；箝位吸收电路40，其一端连接在滤波电路30和PWM开关电路50的连接端，其另一端连接在PWM开关电路50中，用于吸收所述PWM开关电路中的电流尖峰和浪涌，消除所述PWM开关电路50中的自激振荡，同时使得所述开关管工作稳定；LED灯60与PWM开关电路50藕接，从而实现对LED灯60电连接。其中，所述校正电路20和所述PWM开关电路50由同一个控制模块70同时配合控制，从而实现对所述LED照明灯的恒流控制，控制精度高，进而满足所述高精度成像系统对照明光源的要求，样品图像像素高，噪声少，效果更佳。

在一种实例中，如图3所示，所述校正电路20连接在整流电路10的直流输出端，所述校正电路20的结构为：电感L1，其串联在整流电路直流输出正极上，用于抑制电流瞬时突变；开关管，本实施例中采用NPN三极管Q1，当然也可以采用其他具有开关功能的元件，如MOS管等，所述三极管Q1的集电极与电感L1的另一端连接，发射极与直流负极线连接，通过调整基极的驱动电压来控制三极管Q1的导通和关断，把连续脉动的电流斩成高频断续电流；二极管D1，其阳极端与电感L1和三极管Q1的连接端连接，用于对所述高频断续电流进行再次整流，送至滤波电路30。

在本发明实施方式的用于成像系统的LED照明元中，所述滤波电路30包括：与所述二极管D1阴极连接的电感L2、并联连接在其两端的电容C1和C2，从而形成滤波电路，所述电容C1、C2用于滤除电流中的交流成分，所述电感L2用于缓冲所述电容C1、C2的充放电过程，经所述校正电路20处理后的电流再经滤波电路30滤波处理后，使得电压和电流波形、相位相同，提高了LED照明元的功率因素，并且有消除了电路中的高脉冲谐波和电流畸变，也就是减少了噪声干扰，有利用提高系统的成像效果。可以理解的是，本实施例只是提出了一种实现形式，其他具有校正电路功能的和滤波电路功能的电路结构，配合使用以达到提高功率因素和消除噪声的其他形式变通也在本发明的说明范围之内。

在本发明实施方式中，所述PWM开关电路50包括：与所述电感L2另一端连接的隔离变压器T1、与其负极连接的限流电阻R2、串联在所述限流电阻R2和直流负极之间的NPN三极管Q2，所述PWM开关电路50用于稳流，同时调节LED灯的亮暗程度，以达到最优化的成像效果，具体是通过控制三极管Q2的基极驱动电压来调整三极管Q2的导通时间，从而实现控制LED灯的亮暗。

在本发明实施方式中，所述箝位吸收电路40包括并联连接的电阻R1和电容C4，其一个并联端连接在所述隔离变压器T1的原边正极端，另一个并联端通过一个反向设计的二极管D2连接在所述隔离变压器T1的原边负极端，箝位吸收电路40主要是用于吸收尖峰电压和浪涌，保护三极管Q2不被损坏，消除所述隔离变压器T1的自激振荡，二极管D2起正向隔离作用，电阻R1和电容C4组成RC充放电回路，及时卸载隔离变压器T1上反向积累的电动势，从而提高了电路的可靠性。

在本发明实施方式中，所述的用于成像系统的LED照明元还包括二极管D4，其阳极连接在所述电感L1的输入端，阴极连接在电感L2的输出端，用于在开机瞬间卸载浪涌电流在所述电感L1上产生的自感电势。

在本发明实施方式中，所述的用于成像系统的LED照明元还包括采样模块80和反馈模块90，用于采集电路中电流信号和电压信号，并输送到所述控制模块70中。

在本发明实施方式中，本实施例中所述控制模块70采用校正和PWM开关功能的复合式芯片，其根据接收到的所述电流信号和电压信号，经处理得到控制信号，并同时传输至所述NPN三极管Q1和所述NPN三极管Q2的基极，以此控制其开、关过程，实现调光目的。具体是，在整流电路10的交流端设置分压电阻R5和电路R6用于采集交流输入端的电压信号，并输入芯片管脚3。在整流电路10的直流输出端设置电阻R10和电路R11用于采集直流输入端的电压信号，并输入芯片管脚2。在直流输入端上设置有稳压电源，其由分压电阻R9、稳压二极管DZ1和二极管D5构成，并与芯片1管脚连接，为芯片提供电源。芯片1管脚通过电容C5与12管脚连接，12管脚接地，电容C5用于消除电压震荡，滤波电路30和PWM开关电路50之间的直流正负极之间设置有分压电阻R7和电路R8用于采集滤波后的输入端的电压信号，并输入芯片管脚9。芯片8管脚连接三极管Q2的集电极，用于采集PWM反馈电流。同时芯片11管脚连接三极管Q2的基极，用于控制三极管Q2的通断。芯片5管脚与LE照明灯60连接，采集LED灯上的电流信号。芯片10管脚与三极管Q1的基极连接，控制其通断，使得连续脉动的直流电变成高频断续电流波。交流输入端还设置有开关S，芯片4管脚与其连接，当线路中出现过流时，控制开关S断开，以此保护后级电路。

在本发明实施方式中，所述LED照明灯60通过二极管D3、电容C1和电感L3构成的二次滤波整流电路连接在所述隔离变压器T1的副边，芯片根据线路中电压、电流信号对所述三极管Q1和Q2的开、关状态进行控制，实现对所述LED照明灯亮暗的调节，消除噪声影响，使得成像系统的对样品所成的图像效果最佳。

如上所述，本发明提高了LED照明元的功率因素，同时有效减少了电流畸波的影响，提高了LED照明元工作的稳定性，消除图像中的噪声影响，提高了成像效果；通过增设有箝位吸收电路，有效保护了PWM开关管安全性，同时缓和了电流突变，进一步稳定了LED照明元的出射光线；采用校正电路和PWM开关电路一体化的控制模块，提高了对LED照明元出射光强度调整的精度，提高了图像的精度，以达到最佳的成像效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种用于成像系统的LED照明元，用于高精度成像系统中的照明光源，其特征在于，包括：

校正电路，其用于对驱动线路中电流畸变的校正以及功率因素的补偿，稳定LED照明灯的出射光线，消除电流波形上的干扰，使得所述成像系统所成图像更加清晰；

滤波电路，其接收经所述校正电路处理后的电流，滤除电流中的交流成分，同时平缓电流突变，使得所述驱动线路中的电流变化更加稳定，消除高次谐波和杂波对所述LED照明灯的影响；

PWM开关电路，其通过控制开关管的导通时间来驱动所述LED照明灯工作，以实现对所述LED照明灯实时调光的功能；

箝位吸收电路，其连接在所述滤波电路和所述PWM开关电路之间，用于吸收所述PWM开关电路中的电流尖峰和浪涌，消除所述PWM开关电路中的自激振荡，同时使得所述开关管工作稳定；

其中，所述校正电路和所述PWM开关电路由同一个控制模块同时配合控制，实现对所述LED照明灯的恒流控制，进而满足所述高精度成像系统对照明光源的要求。

2.如权利要求1所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，所述校正电路连接在整流电路的直流输出端，所述校正电路的结构为：

电感L1，其串联在直流正极上，用于抑制电流瞬时突变；

开关管Q1，其连接在直流正负极之间，一端连接在所述电感L1的出线端，用于把脉动的电流斩成高频断续电流；

二极管D1，其阳极与所述电感L1的出线端连接，用于对所述高频断续电流进行再次整流。

3.如权利要求2所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，所述滤波电路包括：与所述二极管D1阴极连接的电感L2、并联连接在其两端的电容C1和C2，所述电容C1、C2用于滤除电流中的交流成分，所述电感L2用于缓冲所述电容C1、C2的充放电过程。

4.如权利要求3所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，所述PWM开关电路包括：与所述电感L2另一端连接的隔离变压器T1、与其负极连接的限流电阻R2、串联在所述限流电阻R2和直流负极之间的开关管Q2。

5.如权利要求1所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，所述箝位吸收电路包括并联连接的电阻R1和电容C4，其一个并联端连接在所述隔离变压器T1的原边正极端，另一个并联端通过一个反向设计的二极管D2连接在所述隔离变压器T1的原边负极端。

6.如权利要求2所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，还包括二极管D4，其阳极连接在所述电感L1的输入端，阴极连接在电感L2的输出端，用于在开机瞬间卸载浪涌电流在所述电感L1上产生的自感电势。

7.如权利要求1所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，还包括采样模块和反馈模块，用于采集电路中电流信号和电压信号，并输送到所述控制模块中。

8.如权利要求1所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，所述控制模块根据接收到的所述电流信号和电压信号，经处理得到控制信号，并同时传输至所述开关管Q1和所述开关管Q2，以此控制其开、关过程。

9.如权利要求1所述的用于成像系统的LED照明元，其特征在于，所述LED照明灯通过二次滤波整流电路连接在所述隔离变压器T1的副边，通过改变所述控制模块的输出信号实现对所述LED照明灯的控制。