一種基于led陣列的標準平面光源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于LED陣列的標準平面光源，其包括：殼體，所述殼體保證無光線泄露；LED發(fā)光陣列，所述LED發(fā)光陣列安置在殼體內(nèi)；LED亮度控制模塊，所述LED亮度控制模塊安置在殼體內(nèi)，并控制調節(jié)LED發(fā)光陣列中的每個LED，使得LED發(fā)光陣列中的LED亮度值最大誤差小于1%；接口模塊，所述接口模塊安置在殼體內(nèi)，并與LED亮度控制模塊通信相接，實現(xiàn)LED亮度控制模塊與上位控制系統(tǒng)的通信；電源模塊，所述電源模塊安置在殼體內(nèi)，為標準平面光源的組成部件提供穩(wěn)定的工作電壓。該標準平面光源由LED組成發(fā)光陣列，使用時穩(wěn)定、均勻度高、體積小巧實用、低成本以及操作方便。
【專利說明】一種基于LED陣列的標準平面光源
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生物蛋白芯片閱讀儀的均勻性校正和儀器間校正的標準平面光源，具體涉及一種基于LED陣列的標準平面光源。
【背景技術】
[0002]生物芯片閱讀儀通過對生物芯片進行拍攝，根據(jù)標準曲線和樣品點的灰度值，計算出各個樣品的濃度值。
[0003]生物芯片閱讀儀的拍攝系統(tǒng)是由單色C⑶和鏡頭組成，由于拍攝距離受限制，拍攝范圍內(nèi)無法得到均勻性非常好的圖像(中心與邊緣的誤差在10%?15%)，所以需要對拍攝系統(tǒng)進行均勻性的校正。同時，在儀器生產(chǎn)時，需要將新生產(chǎn)的儀器與標準儀器進行一致性校正，這時也需要使用標準光源。
[0004]由于標準平面光源的研制難度極高，很多技術難點無法克服，因此目前采用點光源來進行儀器的均勻性校正和儀器間的一致性校正。采用點光源有利之處是:體積小，放置靈活，適用范圍廣；存在問題是:操作復雜，定位麻煩，每次校正，點光源需要在48個位置不斷地移動，每個位置都需要拍攝一張圖片。進行一次均勻性校正，需要大約I?2個小時。
[0005]為此，本發(fā)明設計出一套穩(wěn)定、均勻度高、體積小巧實用、低成本以及操作方便的標準光源，作為生物芯片閱讀儀的標定工具。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中采用點光源來進行儀器的均勻性校正和儀器間的一致性校正，所存在的操作復雜、定位麻煩以及效率低等問題，而提供一種基于LED陣列的標準平面光源。該標準平面光源由LED組成發(fā)光陣列，使用時穩(wěn)定、均勻度高、體積小巧實用、低成本以及操作方便。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案:
[0008]一種基于LED陣列的標準平面光源，所述標準平面光源包括:
[0009]殼體，所述殼體保證無光線泄露；
[0010]LED發(fā)光陣列，所述LED發(fā)光陣列安置在殼體內(nèi)；
[0011]LED亮度控制模塊，所述LED亮度控制模塊安置在殼體內(nèi)，并控制調節(jié)LED發(fā)光陣列中的每個LED，使得LED發(fā)光陣列中的LED亮度值最大誤差小于1% ；
[0012]接口模塊，所述接口模塊安置在殼體內(nèi)，并與LED亮度控制模塊通信相接，實現(xiàn)LED亮度控制模塊與上位控制系統(tǒng)的通信；
[0013]電源模塊，所述電源模塊安置在殼體內(nèi)，為標準平面光源的組成部件提供穩(wěn)定的工作電壓。
[0014]在本發(fā)明的優(yōu)選實例中，所述LED發(fā)光陣列根據(jù)蛋白芯片的形式設置為8X6陣列。
[0015]進一步的，所述LED亮度控制模塊包括CPU和LED亮度調節(jié)芯片，所述CPU通過接口模塊與上位控制系統(tǒng)進行通信，并控制連接LED亮度調節(jié)芯片，所述LED亮度調節(jié)芯片控制連接LED發(fā)光陣列中的每個LED。
[0016]再進一步的，所述LED亮度調節(jié)芯片通過電流控制方式和頻率控制方式對LED的亮度進行控制。
[0017]再進一步的，所述電流控制方式通過如下公式進行:
[0018]I 實=I 設 XR/63
[0019]式中:I 實-實際工作電流；I電流；R-工作電流設置。
[0020]再進一步的，所述頻率控制方式通過如下公式進行:
[0021]H 實=H設 XM/4095
[0022]式中:H 實-實際工作頻率；HS_設定頻率;M-工作頻率設置。
[0023]進一步的，所述電源模塊包括鋰電池、電源開關芯片、穩(wěn)壓器件以及CPU，所述穩(wěn)壓器件控制鋰電池的電壓輸出，確保其輸出穩(wěn)定一致的電壓；所述電源開關芯片控制鋰電池的電壓輸出；所述CPU通過A/D轉換模塊實時檢測鋰電池的輸出電壓，當CPU檢測到鋰電池的輸出電壓低于要求時，自動關閉標準光源，這樣就確保了每次開機都能獲得一致的工作電壓；所述CPU通過定時模塊檢測到工作時間大于等于設定的自動關機時間，就自動關閉電源開關芯片，實現(xiàn)自動關機。
[0024]根據(jù)上述方案得到的標準平面光源由LED組成發(fā)光陣列，采用LED陣列代替原有光源，其均勻性非常的高，完全滿足標定的要求；并且每個LED都可以單獨調節(jié)其亮度，從而使整個陣列的LED亮度值最大誤差小于I % ;標準平面光源帶有串口，可以通過電腦軟件對每個LED的亮度進行設置；調節(jié)方式分為電流調節(jié)和頻率調節(jié)，調節(jié)精度高；采用高精度穩(wěn)壓器件，只要鋰電池輸出電壓高于3.0V時，經(jīng)過穩(wěn)壓后的輸出電壓峰一峰值誤差小于0.5%;整個光源自成一體，結構緊湊，體積小，能夠放置在生物蛋白芯片閱讀儀的檢測室內(nèi)，不破壞暗室密閉性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明。
[0026]圖1為本發(fā)明的示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明結構主視圖；
[0028]圖3為本發(fā)明結構俯視圖；
[0029]圖4為本發(fā)明結構仰視圖；
[0030]圖5為本發(fā)明結構后視圖；
[0031]圖6為本發(fā)明結構仰視剖視圖；
[0032]圖7為本發(fā)明的電路板俯視圖；
[0033]圖8為本發(fā)明中上位控制系統(tǒng)的框圖；
[0034]圖9為本發(fā)明中LED發(fā)光陣列的結構示意圖。
[0035]圖中標識說明:
[0036]100-標準平面光源；101-殼體；102-LED發(fā)光陣列；103-LED亮度控制模塊；104-接口模塊；105-電源模塊；201-上蓋；202_底蓋；203_蓋板；204_透光膜；205_擴散板；206-衰減片；207-柵格膜；208-電路板;209_電池;210_電源開關；211-RS232接口 ；212-通訊狀態(tài)指示模塊；213_光源預熱設置模塊；214_電流調節(jié)設置模塊；215_頻率調節(jié)設置模塊；216_自動關機設置模塊。
【具體實施方式】
[0037]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0038]參見圖1，本發(fā)明提供的基于LED陣列的標準平面光源100，其主要包括一不泄露光線的殼體101、作為發(fā)光源的LED發(fā)光陣列102、LED亮度控制模塊103、接口模塊104以及電源模塊105。
[0039]殼體101為整個平面光源的安置主體，其除了用于承載組成平面光源的部件外，同時必須保證不泄露相應的光線。
[0040]其中LED發(fā)光陣列102安裝在殼體中，該LED陣列在整個測試范圍內(nèi)與生物蛋白芯片的結構相對應，每個LED代表了一個人份的區(qū)域，同時采用分隔措施，使得相鄰的LED不會相互影響。
[0041]LED亮度控制模塊103安置在殼體中，用于控制調節(jié)LED發(fā)光陣列中的每個LED，使得LED發(fā)光陣列中的LED亮度值最大誤差小于1%。
[0042]為了實現(xiàn)了對每一個LED的亮度進行單獨調節(jié)，本發(fā)明中的亮度控制模塊是由(PU和專用的LED亮度調節(jié)芯片組成，CPU把從上位控制系統(tǒng)(即上位控制電腦)上接收到的設置參數(shù)，轉化為控制信號傳送給專用的LED亮度調節(jié)芯片，由該芯片完成對LED的實時控制，這樣設計的最大好處是不占用CPU的資源，控制精度比CPU直接控制高很多。
[0043]具體實現(xiàn)方式如下:
[0044]打開標準光源電源，把每一個LED依次放置到蛋白芯片閱讀儀的正下方，通過芯片閱讀儀觀察其位置，確保被測LED處于拍攝的中心位置(在蛋白芯片閱讀儀的電腦顯示界面上有中心標志)，然后按照相同的拍攝時間進行拍攝，獲得其灰度值，通過亮度調節(jié)軟件，對被測LED的灰度值進行調節(jié)，使其達到設定值。通過這樣的方法確保了整個標準光源上LED灰度值的誤差小于I %。
[0045]為了保證對LED亮度調節(jié)的精度，LED亮度調節(jié)芯片對LED采用電流調節(jié)和頻率調節(jié)兩種方式。
[0046]此處所述的上位控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)標準平面光源的自能控制，其基于上位電腦實施，使用戶能夠快速簡單的完成亮度調節(jié)、預熱設置和自動關機等功能。電腦與標準平面光源之間采用標準RS232接口，每次通訊結果都顯示在軟件界面上，如果通訊失敗，將有明顯提示。
[0047]接口模塊104安置在殼體內(nèi)，其與LED亮度控制模塊通信相接，實現(xiàn)LED亮度控制模塊與上位控制系統(tǒng)的實時通信。
[0048]電源模塊105安置在殼體內(nèi)，其為標準平面光源的各組成部件提供穩(wěn)定的工作電壓。
[0049]在本發(fā)明中，該電源模塊也是確保標準平面光源穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié)之一，它實現(xiàn)兩個功能:保證每次開機后的輸出電壓一致和自動關機功能。在電源部分采用了高精度的穩(wěn)壓器件，確保每次開機后的輸出電壓誤差小于0.5%。由于標準平面光源的體積受到很大限制，而LED的耗電又比較大，即使采用大容量的鋰電池，連續(xù)工作時間也比較有限。根據(jù)實際使用的要求，在本發(fā)明中設計了自動關機的功能，由亮度控制模塊中的CPU自動計時，按照設定的關機時間，自動切斷電源，大大延長了標準平面光源的使用次數(shù)。另外一方面，由于采用了高質量的穩(wěn)壓器件，使得更換電池對LED的亮度沒有造成任何影響。
[0050]具體的，本電源模塊包括鋰電池、電源開關芯片和穩(wěn)壓器件。穩(wěn)壓器件采用高精度的LDO，LDO是高精度、高穩(wěn)定性的穩(wěn)壓器件，只要滿足:輸入電壓>輸出電壓十0.2V的條件(低于器件規(guī)定的最大輸入電壓值)，就能確保輸出穩(wěn)定一致的電壓。為了保證每次開機都能獲得一致的輸出電壓，利用亮度控制模塊中CPU(采用亮度控制模塊中的CPU進行控制不僅降低成本，還能夠減少元器件的使用，使得產(chǎn)品結構緊湊)的A/D轉換功能對電池電壓進行檢測，當CPU檢測到電池的輸出電壓低于要求時，自動關閉標準光源，這樣就確保了每次開機都能獲得一致的工作電壓。同時利用同一個CPU的定時功能，當檢測到工作時間大于等于用戶設定的自動關機時間，就自動關閉電源開關芯片，實現(xiàn)自動關機的功能。
[0051]基于上述方案，本發(fā)明的具體實施如下:
[0052]參見圖2至7，在具體實例中，采用上蓋201、底蓋202以及蓋板203組成殼體，上蓋201與底蓋202相配合相接，在兩者之間形成安置組成平面光源的各部件的空間，同時蓋板203安置在底蓋202，對底蓋202上的安置孔進行封蓋。由此形成的殼體，除了工作所需夕卜，避免其他一切光線的泄露，保證測量結果的精確性。
[0053]為保證平面光源整體結構的緊湊，減小其體積，該實例中將LED發(fā)光陣列102、LED亮度控制模塊103、接口模塊104以及電源模塊105中除電池外的控制部分集成形成一電路板208，該電路板208中各功能模塊(LED發(fā)光陣列102、LED亮度控制模塊103、接口模塊104)的結構特點和功能與上述相同，此處不加以贅述。
[0054]據(jù)此，如圖7所示該電路板208中的中間部位根據(jù)蛋白芯片的形式設置8X6陣列的LED，形成相應的LED發(fā)光陣列208a ;在電路板208的一端形成有RS232接口 211作為相應的接口模塊，同時在電路板208的另一端設置有相應的電源開關210，通過該電源開關控制電路板的工作與停止；電路板208上還集成有形成LED亮度控制模塊103的相應芯片，圖中未顯示。
[0055]電路板208的形狀與上蓋201和底蓋202相接形成的安置空間相配合，并安置在上蓋201和底蓋202之間，其中上蓋201將電路板208壓緊在底蓋202內(nèi)部的上側。
[0056]由于生物蛋白芯片的發(fā)光是極其微弱的，因此在LED上需要覆蓋衰減片對其光線進行弱化，使其接近生物芯片的亮度。為此在該實例中，在電路板208的上方黏貼一層柵格膜207，同時在電路板208的上方設置有透光膜204、擴散板205和衰減片206，其中透光膜204、擴散板205和衰減片206依次從上到下貼合在一起，并固定在上蓋板201的內(nèi)部。衰減片206根據(jù)需要可以設置兩層。
[0057]柵格膜207的作用是分隔LED發(fā)光陣列，減少LED之間的相互影響；透光膜204是開有48個小孔的膜，作用是控制LED的發(fā)光范圍；擴散板205的作用是將LED發(fā)出的光分散化、均勻化；衰減片的作用是降低LED的發(fā)光亮度，使標準光源的發(fā)光強度接近蛋白芯片的發(fā)光強度。
[0058]由此形成的LED發(fā)光陣列如圖9所示，在安裝有LED發(fā)光陣列的電路板208與衰減片206之間安裝不透光的柵格膜207，柵格膜207由富有彈性的、不透光的橡膠材料制成，按照LED發(fā)光陣列的尺寸，開有48個方形孔，每個孔之間相互隔絕不透光。柵格膜207與衰減片206和線路板208緊密貼合，這樣就把每個LED分隔開，使得LED之間不相互影響。
[0059]作為工作電源提供部件的電池209，其放置在電路板208的下面，與電路板上的控制部件進行相接，并通過固定在底蓋202底部的蓋板203封裝在平面光源的內(nèi)部。
[0060]根據(jù)上述方案形成的平面光源成品為了避免光泄漏，對測量造成影響，可將電源開關和通信接口都放置于光源殼體的側面，并采用必要的手段避免了光線的泄漏。這樣形成的平面光源自成一體，結構緊湊，體積小。
[0061]在該實例中與該平面光源配合使用的上位控制系統(tǒng)具有通訊狀態(tài)指示模塊212、光源預熱設置模塊213、電流調節(jié)設置模塊214、頻率調節(jié)設置模塊215、自動關機設置模塊216。
[0062]通訊狀態(tài)指示模塊212用于指示串口通訊狀態(tài)，通訊成功或失敗都通過該模塊進行顯示。
[0063]光源預熱設置模塊213用于進行標準光源預熱參數(shù)設置，能夠設置預熱時間(O?5分鐘)、預熱電流(O?63)和預熱頻率(O?4095)。
[0064]電流調節(jié)設置模塊214用于對單個LED工作電流設置，并通過如下的公式對LED的實際工作電流進行計算:
[0065]I 實=I 設 XR/63
[0066]式中:
[0067]I實-實際工作電流。
[0068]-設定電流，由外接電阻進行設置，本發(fā)明中的設定電流為2mA。
[0069]R-工作電流設置，調節(jié)范圍為O?63。
[0070]頻率調節(jié)設置模塊215用于單個LED工作頻率設置，并通過如下的公式對實際工作頻率進行計算:
[0071]H 實=H設 XM/4095
[0072]式中:
[0073]H實-實際工作頻率。
[0074]-設定頻率，由亮度調節(jié)模塊的軟件進行設置，本發(fā)明中的設定電流為IK Hz0
[0075]M-工作頻率設置，調節(jié)范圍為O?4095。
[0076]自動關機設置模塊216用于自動關機設置，自動關機時間設置范圍為O?999分鐘，當輸入O時，標準光源不會自動關機。
[0077]由上述控制系統(tǒng)控制本實例平面光源具體的操作分為亮度設置、光源標定和正常工作三部分，具體過程如下:
[0078]( I)亮度設置:
[0079]使用通訊線連接標準平面光源上的RS232接口和安置有上位控制系統(tǒng)的電腦，打開相應的上位控制系統(tǒng)。在進行亮度設置時可以實現(xiàn)對單個LED亮度進行調節(jié)，也可以對所有的LED同時調節(jié)。
[0080]設置LED亮度實例I (設置單個LED亮度):
[0081]步驟1:通過相應的設置控件，選擇相應LED的號碼
[0082]步驟2:通過電流調節(jié)設置模塊214和頻率調節(jié)設置模塊215修改該LED的電流和頻率參數(shù)；
[0083]步驟3:電流調節(jié)設置模塊214和頻率調節(jié)設置模塊215根據(jù)設置的參數(shù)進行計算得到最終的控制信號通過通訊線傳至平面光源上；
[0084]步驟4:平面光源上的控制LED的CPU接收到設置參數(shù)后，轉化為控制信號傳送給專用的LED亮度調節(jié)芯片，由該芯片完成對相應LED的實時控制。
[0085]設置LED亮度實例2 (設置全部LED亮度):
[0086]步驟1:通過相應的設置控件，選擇全部LED的號碼
[0087]步驟2:通過電流調節(jié)設置模塊214和頻率調節(jié)設置模塊215修改所有LED的電流和頻率參數(shù)；
[0088]步驟3:電流調節(jié)設置模塊214和頻率調節(jié)設置模塊215根據(jù)設置的參數(shù)進行計算得到最終的控制信號通過通訊線傳至平面光源上；
[0089]步驟4:平面光源上的控制LED的CPU接收到設置參數(shù)后，轉化為控制信號傳送給專用的LED亮度調節(jié)芯片，由該芯片完成對所有LED的實時控制。
[0090]( 2 )標準光源的標定:
[0091]將每個LED依次放置到專用的生物蛋白芯片閱讀儀的正下方，然后對其亮度進行測量，根據(jù)測量結果進行調節(jié)，使其測量值在2000±10的范圍內(nèi)。當48個LED全部調節(jié)完畢后，就完成了標準光源的校正。
[0092](3)工作過程:
[0093]步驟1:按標準平面光源上的電源開關210
[0094]步驟2:將標準平面光源放置于生物蛋白芯片閱讀儀檢測室內(nèi)
[0095]步驟3:等待標準平面光源完成預熱
[0096]步驟4:拍攝3?5次，每次I分鐘
[0097]步驟5:生物蛋白芯片閱讀儀上的軟件自動計算出48個位置的校正系數(shù)
[0098]步驟6:取出標準平面光源，放入保護盒內(nèi)，等待下次使用
[0099]通過上述實例可知，使用本發(fā)明提供的LED標準平面光源對儀器校準時，可以校準儀器的均勻性系數(shù)，儀器通過拍攝標準平面光源的圖片，可以計算出儀器整體的均勻性系數(shù)。
[0100]同時還使用本發(fā)明提供的LED標準平面光源對不同儀器校準，可以校準儀器的感光一致性，通過記錄同一位置LED的測量值(通常是標準平面光源的中心位置)，計算出任意兩臺儀器之間的測量誤差，通過調節(jié)光圈等手段，使兩臺儀器在這個位置上的測量值誤差小于5%。
[0101]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種基于LED陣列的標準平面光源，其特征在于，所述標準平面光源包括: 殼體，所述殼體保證無光線泄露； LED發(fā)光陣列，所述LED發(fā)光陣列安置在殼體內(nèi)； LED亮度控制模塊，所述LED亮度控制模塊安置在殼體內(nèi)，并控制調節(jié)LED發(fā)光陣列中的每個LED，使得LED發(fā)光陣列中的LED亮度值最大誤差小于1% ； 接口模塊，所述接口模塊安置在殼體內(nèi)，并與LED亮度控制模塊通信相接，實現(xiàn)LED亮度控制模塊與上位控制系統(tǒng)的通信； 電源模塊，所述電源模塊安置在殼體內(nèi)，為標準平面光源的組成部件提供穩(wěn)定的工作電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于LED陣列的標準平面光源，其特征在于，所述LED發(fā)光陣列根據(jù)蛋白芯片的形式設置為8X6陣列。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于LED陣列的標準平面光源，其特征在于，所述LED亮度控制模塊包括CPU和LED亮度調節(jié)芯片，所述CPU通過接口模塊與上位控制系統(tǒng)進行通信，并控制連接LED亮度調節(jié)芯片，所述LED亮度調節(jié)芯片控制連接LED發(fā)光陣列中的每個LED。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于LED陣列的標準平面光源，其特征在于，所述LED亮度調節(jié)芯片通過電流控制方式和頻率控制方式對LED的亮度進行控制。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于LED陣列的標準平面光源，其特征在于，所述電流控制方式通過如下公式進行:` I實=I設XI?/⑵ 式中:1實-實際工作電流；1設-電流；R-工作電流設置。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種基于LED陣列的標準平面光源，其特征在于，所述頻率控制方式通過如下公式進行: H實=Hs XM/4095 式中:H$-實際工作頻率；HS-設定頻率；M-工作頻率設置。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于LED陣列的標準平面光源，其特征在于，所述電源模塊包括鋰電池、電源開關芯片、穩(wěn)壓器件以及CPU，所述穩(wěn)壓器件控制鋰電池的電壓輸出，確保其輸出穩(wěn)定一致的電壓；所述電源開關芯片控制鋰電池的電壓輸出；所述CPU通過A/D轉換模塊實時檢測鋰電池的輸出電壓，當CPU檢測到鋰電池的輸出電壓低于要求時，自動關閉標準光源，這樣就確保了每次開機都能獲得一致的工作電壓；所述CPU通過定時模塊檢測到工作時間大于等于設定的自動關機時間，就自動關閉電源開關芯片，實現(xiàn)自動關機。
【文檔編號】G03B15/05GK103775951SQ201210403202
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月19日 優(yōu)先權日:2012年10月19日
【發(fā)明者】許穎原, 陳毅, 姚涌 申請人:上海銘源數(shù)康生物芯片有限公司