专利名称：体视显微镜led照明及透镜调焦控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及体视显微镜技术领域，尤其涉及一种体视显微镜LED照明^:透 镜调焦控制系统。
背景技术：
体视显微镜是一种在工业生产、医疗和科研领域有着广泛应用的观测仪器。 体视显微镜需要照明光源，随着LED照明技术的不断发展，越来越多的体视显 微镜选择LED作为其光源，其原因有以下6点 .
(1) LED是点光源，可以制作任何形状的显微镜显微镜灯头，并能实现灯 头的局部照明；
(2) 节能低耗，LED光源的能量转化效率非常高，理论上可以达到白炽灯 10%的能耗，LED相比荧光灯也可以达到50%的节能效果。节能效果显著， 这对能源十分紧张的中国来说，无疑具有十分重要的意义；
(3) 高亮度，低热量；
(4) 环保，其本身不含有毒有害物质，避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次 污染，同时又没有干扰辐射；
(5) 坚固耐用，正常情况下使用LED，其光衰减到70%的标称寿命为10 万小时，减少了更换频率和其他维护工作；
(6) 控制性强，响应速度快。
使用LED作为体视显微镜的光源，增强了显微镜的观测性能，但是目前的 体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统依然存在如下的缺点
(1) 透镜调焦仍然依靠观测人员重复地手动操作。在实际的生产科研现场， 每天都有大量的产品或者实验样本需要观测人员对其进行观测，对于同一类产 品或者实验样本，重复地调焦观测会严重影响工作效率，对观测人员的耐心和 技术也是考验；
(2) 现代观测技术对显微镜照明提出了新的要求，不仅需要正常照明，同时 需要其具备局部照明效果来满足相应的观测需要。目前，部分体视显微镜LED 照明控制器只具备正常照明的控制功能，其控制器的可视化程度低，在LED照 明工作状态和模式之间切换缺乏相应的指示，给观测工作带来不便，同时不支 持计算机操作，不支持与计算机之间通信，不符合观测技术的发展趋势；
(3) 目前的LED照明控制器基于模拟电子技术设计，其调光比大约为30: 1，不能满足部分观测需求，同时这种控制器还存在产品稳定性差，可扩展性差，
生产调试复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有的体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统存在 的不足，提供了一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统。
体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统包括照明及调焦控制器、LCD显 示器、可选件PC机、键盘、驱动粗、细调焦螺母的步进电机和LED灯^^，照 明及调焦控制器分别与LCD显示器、可选件PC机、键盘、LED灯头、驱动粗、 细调焦螺母的步进电机相连接；体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照 明及调焦控制器包括微处理器模块、串口通信模块、键盘控制模块、步进电机 控制和驱动模块、LCD显示控制模块，微处理器模块分别与串口通信模块、键 盘控制模块、步进电机控制和驱动模块、LCD显示控制模块相连接。
体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的LCD显示控制模块包括微处 理接口、 LCD驱动芯片、LCD平板接口、 LED背光模块，LCD驱动芯片分别 与微处理接口、 LCD平板接口、 LED背光模块相连接。
体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的步进电机控制和驱动模块包括 微处理器模块、脉冲分配模块、功率驱动电路模块、步进电机、电流控制模块、 保护电路，脉冲分配模块分别与微处理器模块、电流控制模块、功率驱动电路 模块相连接，电流控制模块分别与微处理器模块、功率驱动电路模块相连接， 功率驱动电路模块分别与步进电机、保护电路相连接。
体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的串口通信模块包括微处理器模 块、电平转化芯片、PC机串口，电平转化芯片分别与微处理器模块、PC机串 口相连接。
体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的LED灯头光效控制和驱动模块 包括微处理器模块、LED驱动模块、LED亮度控制模块、LED灯具接口，微处 理器模块分别与LED亮度控制模块、LED驱动模块相连接，LED灯具接口分别 与LED亮度控制模块、LED驱动模块相连接。
体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的工作状态包括LED灯头的点亮 区域、LED亮度、显微镜透镜的高度，LED灯头的点亮区域、LED亮度的存储 记忆功能是通过存储相应的数值实现的，而显微镜镜头的高度则是通过固定初 始化镜头高度和步进电机的脉冲计数实现的，粗、细调聚焦则是通过不同半径 的齿轮传动实现的。本发明具备存储、记忆功能，能够按照实际生产科研的需要存储若干种常 用的工作状态，用户可以随时调用这些存储的工作状态，方便用户操作，提高 工作效率。同时支持上位机操作和下位机操作，并可以通过对应的显示装置， 了解系统的工作模式和状态，增强了体视显微镜的可视化水平。 .
LED光源控制器基于数字电子技术，相对于传统的基于模拟电子技术设计 的控制器，其具有调光比高，产品稳定性好及生产调试简单等优点。
图l是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统方框图； 图2是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控制器与 PC通信的通信协议示意图3是体视显微镜操作组态和监控管理软件界面图4是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的键盘界面图5是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的操作流程图6是体视显微镜操作组态和监控管理软件更多工作状态存储和调用界面
图7是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的LCD显示器界面图； 图8是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控制器方框
图9是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控制器的 LED显示控制模块方框图10是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控制器的 步进电机控制和驱动模块方框图11是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控制器的 串口通信模块方框图12是体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控制器的 LED灯头光效控制和驱动模块方框图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的技术路线。
如图1所示，体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统，包括照明及调焦 控制器、LCD显示器、可选件PC、键盘、驱动粗、细调焦螺母的步进电机和 LED灯头，照明及调焦控制器分别与LCD显示器、可选件PC、键盘、LED灯 头、驱动粗、细调焦螺母的步进电机相连接。PC是可选件，即有PC可以在PC上操作监控体视显微镜照明及调焦的工 作状态和模式，没有PC也可以在照明及调焦控制器上监控体视显微镜的照明及 调焦工作状态和模式，照明和调焦控制器通过PC机串口与其进行通信，通信协 议可以自定义，如图2所示，可以按此格式定义通信协议，PC机以一定的频率 发送数据包，实时更新LED灯头及透镜调焦状态。PC机上的体视显微镜操作组 态和监控管理软件界面如图3所示。
键盘可以按图4定义按键，按键包括初始化、开/关机、工作状态存储、工 作状态调用、LED亮度向上粗调、LED亮度向下粗调、LED亮度向上细调、LED 亮度向下细调、LED灯头照明区域选择x(x-l， 2， 3......8)、透镜向上粗调、透
镜向下粗调、透镜向上细调、透镜向下细调、工作状态x(x^， 2, 3......8)， LED
灯头照明区域选择x(x=l， 2， 3......8)和工作状态x(x=l， 2， 3......8)使用带锁
按键，其它的使用普通复位按键。
如图5所示，以下以键盘操作为例，说明本发明的使用方法。首次利用体 视显微镜观测产品或者实验样品时，需手动调节体视显微镜的LED灯头亮度、 照明区域和透镜调焦，调节好之后，若想存储工作状态，可以选择一个工作状 态，按下相应的带锁按键之后，紧接着按下工作状态存储键，则原来存在该工 作状态中的数据被覆盖更新，新的工作状态被存储，然后再次按下带锁按键， 完成工作状态存储工作，若下次观测的是同样的产品或者实验样品，只要按下 相应工作状态的带锁按键，然后按下工作状态调用键就可以直接使体视显微镜 处于所需的工作状态。假如操作在体视显微镜操作组态和监控管理软件上完成， 需要在上述整个操作之前做一个端口配置，使PC连上照明及调焦控制器，同样， 首次利用体视显微镜观测产品或者实验样品时，需手动调节体视显微镜的LED 灯头亮度、照明区域和透镜调焦，调节好之后需要点击确认并发送至下位机按 钮，若想存储工作状态，可以选择一个工作状态，点击相应的工作状态复选框 之后，紧接着点击工作状态存储按钮，同样原来存在该工作状态中的数据被覆 盖更新，新的工作状态被存储，完成工作状态存储工作，此时的工作状态存储 在PC机数据库内，若下次观测的是同样的产品或者实验样品，只要点击相应的 工作状态复选框，点击工作状态调用按钮，然后点击确认并发送至下位机按钮 就可以使体视显微镜处于所需的工作状态。
当需要存储的工作状态超过8个或者需存储的工作状态需要长时期保存， 首先仍然按照上述说明完成调节、存储操作，然后点击图3界面中更多工作状 态存储和调用，调出模式对话框如图6所示，在工作状态存储时，填写标号，产品批号，工号和工作状态(工作状态勿重复)，然后点击工作状态存储，则 将当前工作状态存入新的数据库空间，只要人工不删除该存储数据，该存储数
据将不会被覆盖更新；如若需要调用已存储的工作状态，可以通过标号标号， 产品批号，工号和工作状态索引，并点击工作状态调用，则该工作状态被调用； 欲删除该工作状态则点击工作状态删除，则该存储数据被删除。该设计提供了 更多工作状态存储和检索调用的功能。
如图7所示，LCD显示器显示LED照明及透镜调焦的工作状态，包括是否 接通电源，是否连上PC机，LED灯头的点亮区域、LED灯光亮度和透镜的高 度。
步进电机驱动粗、细调变焦螺母可以采用单机切换驱动两个螺母，也可以 采用双机各驱动一个螺母，为了达到调焦精度的要求，基于不同种类的步进电 机，可以采用不同半径的齿轮进行传动，但是单个步进电机驱动两个螺母会因 为传动链长而影响传动精度，因此使用双步进电机的方案更好。
如图8所示，体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控制 器包括微处理器模块、串口通信模块、键盘控制模块、步进电机控制和驱动模 块、LCD显示控制模块，微处理器模块分别与串口通信模块、键盘控制模块、 步进电机控制和驱动模块、LCD显示控制模块相连接。
如图9所示，体视显微镜LED光源控制系统的LCD显示控制模块包括微 处理模块、LCD驱动芯片、LCD平板接口、 LED背光模块，LCD驱动芯片分 别与微处理接口、 LCD平板接口、 LED背光模块相连接。
如图10所示，体视显微镜LED光源控制系统的步进电机控制和驱动模块 包括微处理器模块、脉冲分配模块、功率驱动电路模块、步进电机、电流控制 模块、保护电路，脉冲分配模块分别与微处理器模块、电流控制模块、功率驱 动电路模块相连接，电流控制模块分别与微处理器模块、功率驱动电路模块相 连接，功率驱动电路模块分别与步进电机、保护电路相连接。
如图11所示，体视显微镜LED光源控制系统的串口通信模块包括微处理 器模块、电平转化芯片、PC机串口，电平转化芯片分别与微处理器模块、PC 机串口相连接。
如图12所示，体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的照明及调焦控 制器的LED灯头光效控制和驱动模块包括微处理器模块、LED驱动模块、LED 亮度控制模块、LED灯具接口，微处理器模块分别与LED亮度控制模块、LED 驱动模块相连接，LED灯具接口分别与LED亮度控制模块、LED驱动模块相连接。
体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统的工作状态包括LED灯头的点亮 区域、LED亮度、显微镜透镜的高度，LED灯头的点亮区域、LED亮度的存储 记忆功能是通过存储相应的数值实现的，如图2所示，亮度值是一个16位的2 进制数，照明区域值的位数根据灯头区域数设计，本发明是8个照明区域，所 以照明区域值是8位，l表示点亮，0表示不点亮；显微镜镜头的高度则是通过 固定初始化镜头高度和步进电机的脉冲计数实现的，镜头高度指的是透镜头到 载物台的距离，初始化镜头高度由产品设计者设定，假设为x，对于步进电机来 说，控制器的脉冲数控制着它的转动角度，假设每个脉冲电机转过^角，步进电 机带动的齿轮半径为《，带动调焦螺母的齿轮半径为^，调焦螺母带动镜筒的 齿轮半径为A,则体视显微镜的镜头高度为/^;c士6ix(《/i 2)xi 3， 土表示两种 转动方向，综上所述，粗、细调焦是通过不同半径的齿轮传动实现的，并能保 证调节精度。
权利要求
1.一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统，其特征在于包括照明及调焦控制器、LCD显示器、可选件PC机、键盘、驱动粗、细调焦螺母的步进电机和LED灯头，照明及调焦控制器分别与LCD显示器、可选件PC机、键盘、LED灯头、驱动粗、细调焦螺母的步进电机相连接；所述的照明及调焦控制器包括微处理器模块、串口通信模块、键盘控制模块、步进电机控制和驱动模块、LCD显示控制模块，微处理器模块分别与串口通信模块、键盘控制模块、步进电机控制和驱动模块、LCD显示控制模块相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统， 其特征在于所述的LCD显示控制模块包括微处理模块、LCD驱动芯片、LCD 平板接口、 LED背光模块，LCD驱动芯片分别与微处理模块、LCD平板接口、 LED背光模块相连接。
3. 根据权利要求1所述的一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统， 其特征在于所述的步进电机控制和驱动模块包括微处理器模块、脉冲分配模块、 功率驱动电路模块、步进电机、电流控制模块、保护电路，脉冲分配模块分别 与微处理器模块、电流控制模块、功率驱动电路模块相连接，电流控制模块分 别与微处理器模块、功率驱动电路模块相连接，功率驱动电路模块分别与步进 电机、保护电路相连接。
4. 根据权利要求1所述的一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统， 其特征在于所述的串口通信模块包括微处理器模块、电平转化芯片、PC机串口 ， 电平转化芯片分别与微处理器模块、PC机串口相连接。
5. 根据权利要求1所述的一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统， 其特征在于所述的LED灯头光效控制和驱动模块包括微处理器模块、LED驱动 模块、LED亮度控制模块、LED灯具接口，微处理器模块分别与LED亮度控制 模±央、LED驱动模块相连接，LED灯具接口分别与LED亮度控制模块、LED 驱动模块相连接。
6. 根据权利要求1所述的一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统， 其特征在于所述的工作状态包括LED灯头的点亮区域、LED亮度、显微镜透镜 的高度，LED灯头的点亮区域、LED亮度的存储记忆功能是通过存储相应的数 值实现的，而显微镜镜头的高度则是通过固定初始化镜头高度和步进电机的脉 冲计数实现的，粗、细调聚焦则是通过不同半径的齿轮传动实现的。
全文摘要
本发明公开了一种体视显微镜LED照明及透镜调焦控制系统，包括照明及调焦控制器、LCD显示器等，照明及调焦控制器分别与LCD显示器、可选件PC机、键盘、LED灯头、驱动粗、细调焦螺母的步进电机相连接；所述的照明及调焦控制器包括微处理器模块、串口通信模块等，微处理器模块分别与串口通信模块、键盘控制模块、步进电机控制和驱动模块、LCD显示控制模块相连接。所述的LCD显示控制模块包括微处理模块、LCD驱动芯片、LCD平板接口、LED背光模块，LCD驱动芯片分别与微处理模块、LCD平板接口、LED背光模块相连接。本发明具备存储功能，能存储多种工作状态，方便用户操作，提高工作效率；支持上、下位机操作，增强可视化水平；照明及调焦控制器具有调光比高等优点。
文档编号G02B21/00GK101576651SQ20091009728
公开日2009年11月11日 申请日期2009年4月2日 优先权日2009年4月2日
发明者吴明光, 勇 蔡, 邵旭敏 申请人:浙江大学