CN202012819U - 一种基于led设计的标准面光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LED设计的标准面光源，包括框架、LED面光源、电路控制模块和电源，LED面光源、电路控制模块和电源置于框架内部，所述LED面光源连接电路控制模块，所述电路控制模块连接电源，其特征在于，所述LED标准面光源采用侧导光型背光板结构。使用本实用新型对仪器进行标定，被标定过的仪器可以作为参考机使用，被标定过的光源可以作为参考光源使用。当需要调试其它仪器时，用参考光源标定新的仪器。用参考机可以标定其它的光源，然后这些光源可以配套给新的仪器，供用户定期对配套仪器校准。因此，本实用新型可以保证多台仪器之间的一致性。

Description

一种基于LED设计的标准面光源

技术领域

本实用新型涉及一种标准光源，特别涉及一种基于LED设计的标准面光源，是为生物蛋白芯片分析仪的校准标定设计的，适用于一般单色面阵图像获取并且需要对图像中信号强弱的绝对值进行分析的仪器设备之间的校准标定。

背景技术

面阵图像获取设备常见的有数码相机，感光芯片通常是CCD或CMOS，其中日常使用的多为彩色相机。在特定技术领域，需要单色图片分析研究对象中某种成分的特性，典型应用是通过区分亮度产生的灰阶数值来计算某种成分的含量大小。这类应用需要真实的图像信息，任何不当的图像处理算法都可能造成分析结果的偏差。

当只有一台仪器在应用时，一般会在拍摄对象中设置标准品，标准品的含量已知，在拍摄图片中得到的灰阶数值可以获取，以这些标准品的信息建立一条标准曲线，其它需要被分析的目标的灰阶数值可以对应到这条标准曲线，然后计算出相对应的含量水平。

当多台仪器同时工作时，仪器之间的一致性显得尤为重要。比如生物蛋白芯片作为一种广泛使用的体外诊断试剂盒，已经在全国各省市地区的几百家医院应用在临床检测。尽管单独的每一台仪器都可以检测，并且根据每一块芯片上自带的标准品拟合标准曲线，计算出来的各指标的浓度信息基本可信，但是仍然存在一个问题，即同一块蛋白芯片在不同的仪器中测得的亮度灰阶数值不尽相同。这个问题潜在的风险是生物蛋白芯片的生产部门在配制发光试剂时很难控制，面临市场上有些仪器测得的灰阶可能偏低，而另一些仪器测得偏高的问题：偏低则使低浓度信号的灵敏度下降，偏高则可能使高浓度信号造成CCD饱和而低估了指标的含量。所以在仪器生产过程和使用过程中，都要定期对仪器做一致性标定和校准，才能保证每一批次的芯片在全国的市场上都能测到同一灰阶数值水平，整体测试都有相同的灵敏度和测量范围。

不同仪器之间的差异主要来源于镜头和感光芯片性能的差异，次要的来源还有调焦的差异和暗室密闭性不够理想。镜头的照度差异是所有差异中最主要的因素，这是由于镜头在设计中不可能做到全画幅感光相同，通常照度分布是中央最亮，越向边缘照度越低；而且镜片在生产装配中不可避免的有差异，同一批次的镜头的照度分布也肯定不同。结合感光芯片性能的差异、调焦的差异和暗室密封性不够理想的所有影响，通常我们认为一台仪器被调试完成后，这些差异都已经被固定下来，在这个基础上，我们需要采用一种校准方式来找出这种差异，用电脑软件来修正它，确保任意两台仪器对同一光源拍摄而得到尽可能相同的图像。

校准方式通常是使用标准光源，可以是点光源或面光源。即使使用一块标准的模板，让仪器对其进行拍摄然后定标，也还是需要一个恒定的面光源对模板进行稳定可靠的照明，这样的方案有很多不确定性。如果使用点光源定标，需要使点光源逐点运动形成实际的面阵光源，或者光源固定而CCD运动，效果是一样的。点光源的优点是形成了均匀度稳定的面光源，缺点是光源亮度必须不随时间而变化，运动控制必须足够水平避免点光源的法线与CCD面阵的法线保持平行，还有一个最大的缺陷就是不可能实现所有像素的一一校准，只能以一点近似校准一个较小区域。面光源最大的缺点是无法做到理想的亮度均匀，较好的均匀性面光源通常由积分球产生，但是体积太大，不适用于对小暗室的仪器做标定。大多数面光源都要配合体积较大的恒流(压)电源，保证光源的发光稳定性。所以面光源不论是光源的体积还是电源的体积都是难以克服的困难。

在仪器生产阶段，体积较大的校准设备也还是可以使用，但是当仪器出厂之后，不可避免地发生定位装置的偏移或器件参数上的漂移，都会造成拍摄图像的变化，甚至参数劣化而使用者并不知情时，会造成测量结果的错误，所以定期对仪器校准就成为必须的工作。

实用新型内容

针对背景技术中提及的问题，本实用新型提供一套稳定、均匀度高、体积小巧实用、低成本，在生产阶段和使用阶段都能为仪器定标的标准光源。

为此本实用新型的技术方案如下：

一种基于LED设计的标准面光源，包括框架、LED面光源、电路控制模块和电源，LED面光源、电路控制模块和电源置于框架内部，所述LED面光源连接电路控制模块，所述电路控制模块连接电源，所述LED标准面光源采用侧导光型背光板结构。

所述LED面光源包括侧导光型电路板、导光板和软排线，若干LED采用并联方式排列在所述侧导光型电路板上，所述侧导光型电路板紧贴于所述导光板的两个侧边，所述软排线一端焊接于侧导光型电路板的电路引脚焊点上，另一端与所述电路控制模块相连接。

所述电路控制模块上设置有电源开按键，电源关按键，程序重置按键，亮度调节按键，用于显示电路调节状态的LED指示灯和显示电源状态的LED指示灯以及LED调节控制组件。

本实用新型采用LED作为光源是基于以下因素的考量：一方面，检测仪器经过多年的更新换代，市场上存在的仪器中采用的CCD感光芯片并非同一型号；另一方面，生物蛋白芯片采用的是化学发光体系，产生单色光，这样不同CCD感光芯片对特定单色光的灵敏度不尽相同，所以必须选用与发光体系相同的单色光源对仪器进行校准。

本实用新型光源采用侧导光型背光板结构。LED背光板有两种形式，侧导光型和背投型，侧导光型是LED发光法线与光源出光面法线相垂直，背投型是两法线平行且方向相同。相同的发光面积时，侧导光型使用的LED颗粒数量较少，但是面光源的亮度相对较低，相对应功耗也不同。侧导光型产生的面发光均匀性较差，背投型较好，两者在均匀性的改善方面都是LED间隔越小则出光均匀性越好的趋势，相对而言，侧导光型对LED焊接时的方向性控制需求较弱，背投型对LED焊接定位更敏感。在本实用新型中，由于仪器暗室空间狭小，出于光源整体厚度与出光均匀性之间的矛盾权衡而采用侧导光型背光板。背投型在LED间隔一定时，必须有一定的厚度才能避开LED间隔造成的光学“死角”，LED间隔越小，则避开“死角”所需的厚度也越小。实际的LED有最小的尺寸和焊接空间，所以采用背投型背光板结构超出了仪器的使用条件。而侧导光型背光板结构产生的光源厚度是固定的，主要由LED短边厚度确定，侧导光型背光板上可叠加一块适当厚度的光学盖板，起到保护导光板的作用，还可以通过光的扩散辅助提高面光源的出光均匀性。

受使用空间限制，本实用新型采用内置锂离子电池作为电源，并配套有充电器，从而不必外接大型电源而破坏仪器的暗室结构。

本实用新型的电路控制模块采用LED专业控制芯片，可针对每一颗LED单独调节电流大小，将LED最大驱动电流值的80％作为调节上限，分级63级精确调节并保存调节值；还可以实现脉宽调节，最多可分100级。本实用新型的电路控制模块可实现LED驱动电流的稳定性。

本实用新型可以保证多台仪器之间的一致性：使用本实用新型对仪器进行标定，被标定过的仪器可以作为参考机使用，被标定过的光源可以作为参考光源使用。当需要调试其它仪器时，用参考光源标定新的仪器。用参考机可以标定其它的光源，然后这些光源可以配套给新的仪器，供用户定期对配套仪器校准。

附图说明

图1是本实用新型的内部结构示意图。

图2是本实用新型LED面光源的结构示意图。

图3是电路控制模块的结构示意图。

图4是本实用新型的外部结构示意图。

上述附图中：10——侧导光型背光板；11——侧导光型电路板；12——导光板；13——软排线；20——电路控制模块；21——排线端子；22——电源开按键；23——程序重置按键；24——电源关按键；25——调高LED亮度的调节按键；26——调低LED亮度的调节按键；27——LED调节控制组件；281——LED指示灯，调节状态显示；282——LED指示灯，电源状态显示；30——标定标准面光源用的辅助空板。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐述本实用新型。

实施例：

如图1所示，本实用新型的基于LED设计的标准面光源，包括框架(图中未示出)、LED面光源10、电路控制模块20和电源(图中未示出)，LED面光源10、电路控制模块20和电源置于框架内部，LED面光源10连接电路控制模块20，电路控制模块20连接电源，LED标准面光源10采用侧导光型背光板结构。

如图2所示，LED标准面光源10由三部分组成：侧导光型电路板11(左右各一片)、导光板12和软排线13(左右各一根)。

若干LED采用并联方式排列在侧导光型电路板11上，本实施例根据暗室尺寸在每个电路板上并联11颗贴片LED。LED的排列方式可以是沿着电路板一字排布，也可以根据需要采用两排或更多排；LED的间隔可以是等距，也可以是不等距排列，这需要根据对出光均匀度的控制来具体调整，本实施例LED采用单排、等间距排列方式。

导光板12采用光学塑料，其上有若干光学散射颗粒，光学散射颗粒用于将两侧LED出射光漫反射到正面上方，形成均匀面光源。光学散射颗粒的数量、大小和排布方式是根据光学设计原理计算出来，由专业设备制作的。导光板也可以是由其它方式实现均匀面光源，比如倾斜倒角型光学塑料。

侧导光型电路板11通过胶合或其它方式紧贴于导光板12的两个侧边。

软排线13连接侧导光型电路板11和电路控制模块20。由于仪器暗室空间狭小，为节约空间，本实施例采用软排线，实际上任何电路连接方式都是可以实现的。软排线13一端焊接于侧导光型电路板11的电路引脚焊点上，另一端采用接插件端口，与电路控制模块20的排线端子21(见图3)相连，排线端子21也有左右两个，与软排线相对应。

图3所示是本实用新型的电路控制模块20，它是整个标准面光源的控制板，它的电路控制板上设置了一组功能按键。电源开按键22和电源关按键24用来启动和关闭标准面光源，程序重置按键23可以初始化程序，重新调节LED亮度。通过LED调节控制组件27来选择LED的调节方式，可以选择所有LED或单颗LED或单排LED，还可以选择是调节电流或是调节脉宽方式；选择好之后，使用调高LED亮度的调节按键25或调低LED亮度的调节按键26，可以对选择好的LED进行调节。调节完成后，可以通过长按电源关按键24超过2秒钟，保存当前对LED的调节效果，下次开机时LED将按照此次调节的记忆工作。LED指示灯281显示电路调节状态，如图3所示，从左到右共四颗LED指示灯，左边两颗LED是黄色，当电路板对LED的电流调节时会同时闪烁，右边两颗LED是绿色，当电路板对LED的脉宽调节时会同时闪烁。LED指示灯282显示电源状态，如图3所示，包括上下两颗LED指示灯，当光源开始工作时，上面一颗LED发光，表示电路工作正常；当下面一颗LED发光时，表示电源电量不足，提醒用户及时充电。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种基于LED设计的标准面光源，包括框架、LED面光源、电路控制模块和电源，LED面光源、电路控制模块和电源置于框架内部，所述LED面光源连接电路控制模块，所述电路控制模块连接电源，其特征在于，所述LED标准面光源采用侧导光型背光板结构。

2.根据权利要求1所述的基于LED设计的标准面光源，其特征在于，所述LED面光源包括侧导光型电路板、导光板和软排线，若干LED采用并联方式排列在所述侧导光型电路板上，所述侧导光型电路板紧贴于所述导光板的两个侧边，所述软排线一端焊接于侧导光型电路板的电路引脚焊点上，另一端与所述电路控制模块相连接。

3.根据权利要求1所述的基于LED设计的标准面光源，其特征在于，所述电路控制模块上设置有电源开按键，电源关按键，程序重置按键，亮度调节按键，用于显示电路调节状态的LED指示灯和显示电源状态的LED指示灯以及LED调节控制组件。

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