一种基于led阵列的标准平面光源的制作方法

一种基于led阵列的标准平面光源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于LED阵列的标准平面光源，其包括：壳体，所述壳体保证无光线泄露；LED发光阵列，所述LED发光阵列安置在壳体内；LED亮度控制模块，所述LED亮度控制模块安置在壳体内，并控制调节LED发光阵列中的每个LED，使得LED发光阵列中的LED亮度值最大误差小于1%；接口模块，所述接口模块安置在壳体内，并与LED亮度控制模块通信相接，实现LED亮度控制模块与上位控制系统的通信；电源模块，所述电源模块安置在壳体内，为标准平面光源的组成部件提供稳定的工作电压。该标准平面光源由LED组成发光阵列，使用时稳定、均匀度高、体积小巧实用、低成本以及操作方便。
【专利说明】一种基于LED阵列的标准平面光源
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于生物蛋白芯片阅读仪的均匀性校正和仪器间校正的标准平面光源，具体涉及一种基于LED阵列的标准平面光源。
【背景技术】
[0002]生物芯片阅读仪通过对生物芯片进行拍摄，根据标准曲线和样品点的灰度值，计算出各个样品的浓度值。
[0003]生物芯片阅读仪的拍摄系统是由单色C⑶和镜头组成，由于拍摄距离受限制，拍摄范围内无法得到均匀性非常好的图像(中心与边缘的误差在10%?15%)，所以需要对拍摄系统进行均匀性的校正。同时，在仪器生产时，需要将新生产的仪器与标准仪器进行一致性校正，这时也需要使用标准光源。
[0004]由于标准平面光源的研制难度极高，很多技术难点无法克服，因此目前采用点光源来进行仪器的均匀性校正和仪器间的一致性校正。采用点光源有利之处是:体积小，放置灵活，适用范围广；存在问题是:操作复杂，定位麻烦，每次校正，点光源需要在48个位置不断地移动，每个位置都需要拍摄一张图片。进行一次均匀性校正，需要大约I?2个小时。
[0005]为此，本发明设计出一套稳定、均匀度高、体积小巧实用、低成本以及操作方便的标准光源，作为生物芯片阅读仪的标定工具。

【发明内容】

[0006]本发明针对现有技术中采用点光源来进行仪器的均匀性校正和仪器间的一致性校正，所存在的操作复杂、定位麻烦以及效率低等问题，而提供一种基于LED阵列的标准平面光源。该标准平面光源由LED组成发光阵列，使用时稳定、均匀度高、体积小巧实用、低成本以及操作方便。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0008]一种基于LED阵列的标准平面光源，所述标准平面光源包括:
[0009]壳体，所述壳体保证无光线泄露；
[0010]LED发光阵列，所述LED发光阵列安置在壳体内；
[0011]LED亮度控制模块，所述LED亮度控制模块安置在壳体内，并控制调节LED发光阵列中的每个LED，使得LED发光阵列中的LED亮度值最大误差小于1% ；
[0012]接口模块，所述接口模块安置在壳体内，并与LED亮度控制模块通信相接，实现LED亮度控制模块与上位控制系统的通信；
[0013]电源模块，所述电源模块安置在壳体内，为标准平面光源的组成部件提供稳定的工作电压。
[0014]在本发明的优选实例中，所述LED发光阵列根据蛋白芯片的形式设置为8X6阵列。
[0015]进一步的，所述LED亮度控制模块包括CPU和LED亮度调节芯片，所述CPU通过接口模块与上位控制系统进行通信，并控制连接LED亮度调节芯片，所述LED亮度调节芯片控制连接LED发光阵列中的每个LED。
[0016]再进一步的，所述LED亮度调节芯片通过电流控制方式和频率控制方式对LED的亮度进行控制。
[0017]再进一步的，所述电流控制方式通过如下公式进行:
[0018]I 实=I 设 XR/63
[0019]式中:I 实-实际工作电流；I电流；R-工作电流设置。
[0020]再进一步的，所述频率控制方式通过如下公式进行:
[0021]H 实=H设 XM/4095
[0022]式中:H 实-实际工作频率；HS_设定频率;M-工作频率设置。
[0023]进一步的，所述电源模块包括锂电池、电源开关芯片、稳压器件以及CPU，所述稳压器件控制锂电池的电压输出，确保其输出稳定一致的电压；所述电源开关芯片控制锂电池的电压输出；所述CPU通过A/D转换模块实时检测锂电池的输出电压，当CPU检测到锂电池的输出电压低于要求时，自动关闭标准光源，这样就确保了每次开机都能获得一致的工作电压；所述CPU通过定时模块检测到工作时间大于等于设定的自动关机时间，就自动关闭电源开关芯片，实现自动关机。
[0024]根据上述方案得到的标准平面光源由LED组成发光阵列，采用LED阵列代替原有光源，其均匀性非常的高，完全满足标定的要求；并且每个LED都可以单独调节其亮度，从而使整个阵列的LED亮度值最大误差小于I % ;标准平面光源带有串口，可以通过电脑软件对每个LED的亮度进行设置；调节方式分为电流调节和频率调节，调节精度高；采用高精度稳压器件，只要锂电池输出电压高于3.0V时，经过稳压后的输出电压峰一峰值误差小于0.5%;整个光源自成一体，结构紧凑，体积小，能够放置在生物蛋白芯片阅读仪的检测室内，不破坏暗室密闭性。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0026]图1为本发明的示意图；
[0027]图2为本发明结构主视图；
[0028]图3为本发明结构俯视图；
[0029]图4为本发明结构仰视图；
[0030]图5为本发明结构后视图；
[0031]图6为本发明结构仰视剖视图；
[0032]图7为本发明的电路板俯视图；
[0033]图8为本发明中上位控制系统的框图；
[0034]图9为本发明中LED发光阵列的结构示意图。
[0035]图中标识说明:
[0036]100-标准平面光源；101-壳体；102-LED发光阵列；103-LED亮度控制模块；104-接口模块；105-电源模块；201-上盖；202_底盖；203_盖板；204_透光膜；205_扩散板；206-衰减片；207-栅格膜；208-电路板;209_电池;210_电源开关；211-RS232接口 ；212-通讯状态指示模块；213_光源预热设置模块；214_电流调节设置模块；215_频率调节设置模块；216_自动关机设置模块。
【具体实施方式】
[0037]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0038]参见图1，本发明提供的基于LED阵列的标准平面光源100，其主要包括一不泄露光线的壳体101、作为发光源的LED发光阵列102、LED亮度控制模块103、接口模块104以及电源模块105。
[0039]壳体101为整个平面光源的安置主体，其除了用于承载组成平面光源的部件外，同时必须保证不泄露相应的光线。
[0040]其中LED发光阵列102安装在壳体中，该LED阵列在整个测试范围内与生物蛋白芯片的结构相对应，每个LED代表了一个人份的区域，同时采用分隔措施，使得相邻的LED不会相互影响。
[0041]LED亮度控制模块103安置在壳体中，用于控制调节LED发光阵列中的每个LED，使得LED发光阵列中的LED亮度值最大误差小于1%。
[0042]为了实现了对每一个LED的亮度进行单独调节，本发明中的亮度控制模块是由(PU和专用的LED亮度调节芯片组成，CPU把从上位控制系统(即上位控制电脑)上接收到的设置参数，转化为控制信号传送给专用的LED亮度调节芯片，由该芯片完成对LED的实时控制，这样设计的最大好处是不占用CPU的资源，控制精度比CPU直接控制高很多。
[0043]具体实现方式如下:
[0044]打开标准光源电源，把每一个LED依次放置到蛋白芯片阅读仪的正下方，通过芯片阅读仪观察其位置，确保被测LED处于拍摄的中心位置(在蛋白芯片阅读仪的电脑显示界面上有中心标志)，然后按照相同的拍摄时间进行拍摄，获得其灰度值，通过亮度调节软件，对被测LED的灰度值进行调节，使其达到设定值。通过这样的方法确保了整个标准光源上LED灰度值的误差小于I %。
[0045]为了保证对LED亮度调节的精度，LED亮度调节芯片对LED采用电流调节和频率调节两种方式。
[0046]此处所述的上位控制系统用于实现标准平面光源的自能控制，其基于上位电脑实施，使用户能够快速简单的完成亮度调节、预热设置和自动关机等功能。电脑与标准平面光源之间采用标准RS232接口，每次通讯结果都显示在软件界面上，如果通讯失败，将有明显提示。
[0047]接口模块104安置在壳体内，其与LED亮度控制模块通信相接，实现LED亮度控制模块与上位控制系统的实时通信。
[0048]电源模块105安置在壳体内，其为标准平面光源的各组成部件提供稳定的工作电压。
[0049]在本发明中，该电源模块也是确保标准平面光源稳定工作的重要环节之一，它实现两个功能:保证每次开机后的输出电压一致和自动关机功能。在电源部分采用了高精度的稳压器件，确保每次开机后的输出电压误差小于0.5%。由于标准平面光源的体积受到很大限制，而LED的耗电又比较大，即使采用大容量的锂电池，连续工作时间也比较有限。根据实际使用的要求，在本发明中设计了自动关机的功能，由亮度控制模块中的CPU自动计时，按照设定的关机时间，自动切断电源，大大延长了标准平面光源的使用次数。另外一方面，由于采用了高质量的稳压器件，使得更换电池对LED的亮度没有造成任何影响。
[0050]具体的，本电源模块包括锂电池、电源开关芯片和稳压器件。稳压器件采用高精度的LDO，LDO是高精度、高稳定性的稳压器件，只要满足:输入电压>输出电压十0.2V的条件(低于器件规定的最大输入电压值)，就能确保输出稳定一致的电压。为了保证每次开机都能获得一致的输出电压，利用亮度控制模块中CPU(采用亮度控制模块中的CPU进行控制不仅降低成本，还能够减少元器件的使用，使得产品结构紧凑)的A/D转换功能对电池电压进行检测，当CPU检测到电池的输出电压低于要求时，自动关闭标准光源，这样就确保了每次开机都能获得一致的工作电压。同时利用同一个CPU的定时功能，当检测到工作时间大于等于用户设定的自动关机时间，就自动关闭电源开关芯片，实现自动关机的功能。
[0051]基于上述方案，本发明的具体实施如下:
[0052]参见图2至7，在具体实例中，采用上盖201、底盖202以及盖板203组成壳体，上盖201与底盖202相配合相接，在两者之间形成安置组成平面光源的各部件的空间，同时盖板203安置在底盖202，对底盖202上的安置孔进行封盖。由此形成的壳体，除了工作所需夕卜，避免其他一切光线的泄露，保证测量结果的精确性。
[0053]为保证平面光源整体结构的紧凑，减小其体积，该实例中将LED发光阵列102、LED亮度控制模块103、接口模块104以及电源模块105中除电池外的控制部分集成形成一电路板208，该电路板208中各功能模块(LED发光阵列102、LED亮度控制模块103、接口模块104)的结构特点和功能与上述相同，此处不加以赘述。
[0054]据此，如图7所示该电路板208中的中间部位根据蛋白芯片的形式设置8X6阵列的LED，形成相应的LED发光阵列208a ;在电路板208的一端形成有RS232接口 211作为相应的接口模块，同时在电路板208的另一端设置有相应的电源开关210，通过该电源开关控制电路板的工作与停止；电路板208上还集成有形成LED亮度控制模块103的相应芯片，图中未显示。
[0055]电路板208的形状与上盖201和底盖202相接形成的安置空间相配合，并安置在上盖201和底盖202之间，其中上盖201将电路板208压紧在底盖202内部的上侧。
[0056]由于生物蛋白芯片的发光是极其微弱的，因此在LED上需要覆盖衰减片对其光线进行弱化，使其接近生物芯片的亮度。为此在该实例中，在电路板208的上方黏贴一层栅格膜207，同时在电路板208的上方设置有透光膜204、扩散板205和衰减片206，其中透光膜204、扩散板205和衰减片206依次从上到下贴合在一起，并固定在上盖板201的内部。衰减片206根据需要可以设置两层。
[0057]栅格膜207的作用是分隔LED发光阵列，减少LED之间的相互影响；透光膜204是开有48个小孔的膜，作用是控制LED的发光范围；扩散板205的作用是将LED发出的光分散化、均匀化；衰减片的作用是降低LED的发光亮度，使标准光源的发光强度接近蛋白芯片的发光强度。
[0058]由此形成的LED发光阵列如图9所示，在安装有LED发光阵列的电路板208与衰减片206之间安装不透光的栅格膜207，栅格膜207由富有弹性的、不透光的橡胶材料制成，按照LED发光阵列的尺寸，开有48个方形孔，每个孔之间相互隔绝不透光。栅格膜207与衰减片206和线路板208紧密贴合，这样就把每个LED分隔开，使得LED之间不相互影响。
[0059]作为工作电源提供部件的电池209，其放置在电路板208的下面，与电路板上的控制部件进行相接，并通过固定在底盖202底部的盖板203封装在平面光源的内部。
[0060]根据上述方案形成的平面光源成品为了避免光泄漏，对测量造成影响，可将电源开关和通信接口都放置于光源壳体的侧面，并采用必要的手段避免了光线的泄漏。这样形成的平面光源自成一体，结构紧凑，体积小。
[0061]在该实例中与该平面光源配合使用的上位控制系统具有通讯状态指示模块212、光源预热设置模块213、电流调节设置模块214、频率调节设置模块215、自动关机设置模块216。
[0062]通讯状态指示模块212用于指示串口通讯状态，通讯成功或失败都通过该模块进行显示。
[0063]光源预热设置模块213用于进行标准光源预热参数设置，能够设置预热时间(O?5分钟)、预热电流(O?63)和预热频率(O?4095)。
[0064]电流调节设置模块214用于对单个LED工作电流设置，并通过如下的公式对LED的实际工作电流进行计算:
[0065]I 实=I 设 XR/63
[0066]式中:
[0067]I实-实际工作电流。
[0068]-设定电流，由外接电阻进行设置，本发明中的设定电流为2mA。
[0069]R-工作电流设置，调节范围为O?63。
[0070]频率调节设置模块215用于单个LED工作频率设置，并通过如下的公式对实际工作频率进行计算:
[0071]H 实=H设 XM/4095
[0072]式中:
[0073]H实-实际工作频率。
[0074]-设定频率，由亮度调节模块的软件进行设置，本发明中的设定电流为IK Hz0
[0075]M-工作频率设置，调节范围为O?4095。
[0076]自动关机设置模块216用于自动关机设置，自动关机时间设置范围为O?999分钟，当输入O时，标准光源不会自动关机。
[0077]由上述控制系统控制本实例平面光源具体的操作分为亮度设置、光源标定和正常工作三部分，具体过程如下:
[0078]( I)亮度设置:
[0079]使用通讯线连接标准平面光源上的RS232接口和安置有上位控制系统的电脑，打开相应的上位控制系统。在进行亮度设置时可以实现对单个LED亮度进行调节，也可以对所有的LED同时调节。
[0080]设置LED亮度实例I (设置单个LED亮度):
[0081]步骤1:通过相应的设置控件，选择相应LED的号码
[0082]步骤2:通过电流调节设置模块214和频率调节设置模块215修改该LED的电流和频率参数；
[0083]步骤3:电流调节设置模块214和频率调节设置模块215根据设置的参数进行计算得到最终的控制信号通过通讯线传至平面光源上；
[0084]步骤4:平面光源上的控制LED的CPU接收到设置参数后，转化为控制信号传送给专用的LED亮度调节芯片，由该芯片完成对相应LED的实时控制。
[0085]设置LED亮度实例2 (设置全部LED亮度):
[0086]步骤1:通过相应的设置控件，选择全部LED的号码
[0087]步骤2:通过电流调节设置模块214和频率调节设置模块215修改所有LED的电流和频率参数；
[0088]步骤3:电流调节设置模块214和频率调节设置模块215根据设置的参数进行计算得到最终的控制信号通过通讯线传至平面光源上；
[0089]步骤4:平面光源上的控制LED的CPU接收到设置参数后，转化为控制信号传送给专用的LED亮度调节芯片，由该芯片完成对所有LED的实时控制。
[0090]( 2 )标准光源的标定:
[0091]将每个LED依次放置到专用的生物蛋白芯片阅读仪的正下方，然后对其亮度进行测量，根据测量结果进行调节，使其测量值在2000±10的范围内。当48个LED全部调节完毕后，就完成了标准光源的校正。
[0092](3)工作过程:
[0093]步骤1:按标准平面光源上的电源开关210
[0094]步骤2:将标准平面光源放置于生物蛋白芯片阅读仪检测室内
[0095]步骤3:等待标准平面光源完成预热
[0096]步骤4:拍摄3?5次，每次I分钟
[0097]步骤5:生物蛋白芯片阅读仪上的软件自动计算出48个位置的校正系数
[0098]步骤6:取出标准平面光源，放入保护盒内，等待下次使用
[0099]通过上述实例可知，使用本发明提供的LED标准平面光源对仪器校准时，可以校准仪器的均匀性系数，仪器通过拍摄标准平面光源的图片，可以计算出仪器整体的均匀性系数。
[0100]同时还使用本发明提供的LED标准平面光源对不同仪器校准，可以校准仪器的感光一致性，通过记录同一位置LED的测量值(通常是标准平面光源的中心位置)，计算出任意两台仪器之间的测量误差，通过调节光圈等手段，使两台仪器在这个位置上的测量值误差小于5%。
[0101]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种基于LED阵列的标准平面光源，其特征在于，所述标准平面光源包括:壳体，所述壳体保证无光线泄露；LED发光阵列，所述LED发光阵列安置在壳体内；LED亮度控制模块，所述LED亮度控制模块安置在壳体内，并控制调节LED发光阵列中的每个LED，使得LED发光阵列中的LED亮度值最大误差小于1% ；接口模块，所述接口模块安置在壳体内，并与LED亮度控制模块通信相接，实现LED亮度控制模块与上位控制系统的通信；电源模块，所述电源模块安置在壳体内，为标准平面光源的组成部件提供稳定的工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的标准平面光源，其特征在于，所述LED发光阵列根据蛋白芯片的形式设置为8X6阵列。
3.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的标准平面光源，其特征在于，所述LED亮度控制模块包括CPU和LED亮度调节芯片，所述CPU通过接口模块与上位控制系统进行通信，并控制连接LED亮度调节芯片，所述LED亮度调节芯片控制连接LED发光阵列中的每个LED。
4.根据权利要求3所述的一种基于LED阵列的标准平面光源，其特征在于，所述LED亮度调节芯片通过电流控制方式和频率控制方式对LED的亮度进行控制。
5.根据权利要求4所述的一种基于LED阵列的标准平面光源，其特征在于，所述电流控制方式通过如下公式进行:` I实=I设XI?/⑵式中:1实-实际工作电流；1设-电流；R-工作电流设置。
6.根据权利要求4所述的一种基于LED阵列的标准平面光源，其特征在于，所述频率控制方式通过如下公式进行: H实=Hs XM/4095式中:H$-实际工作频率；HS-设定频率；M-工作频率设置。
7.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的标准平面光源，其特征在于，所述电源模块包括锂电池、电源开关芯片、稳压器件以及CPU，所述稳压器件控制锂电池的电压输出，确保其输出稳定一致的电压；所述电源开关芯片控制锂电池的电压输出；所述CPU通过A/D转换模块实时检测锂电池的输出电压，当CPU检测到锂电池的输出电压低于要求时，自动关闭标准光源，这样就确保了每次开机都能获得一致的工作电压；所述CPU通过定时模块检测到工作时间大于等于设定的自动关机时间，就自动关闭电源开关芯片，实现自动关机。
【文档编号】G03B15/05GK103775951SQ201210403202
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】许颖原, 陈毅, 姚涌 申请人:上海铭源数康生物芯片有限公司