冷光源系统

冷光源系统（精选12篇）

冷光源系统 篇1

0 前言

内镜术(Endoscopy)是指通过一些器械,对内腔进行窥视,从而进行诊断与治疗。100多年来内镜的发展及其迅速,简单地可分为:硬式内镜、半可曲式内镜、纤维内镜、电子内镜几个阶段。我院主要使用电子内镜,其主要原理是用电荷耦合器件(CCD)代替纤维镜的导象束,将光信号转变为电信号并用监视器进行观察。电子内镜主要由:光源、图像处理器、诊断治疗器械等组成。这里我们主要围绕日本Olympus公司生产的CLV-U40型冷光源进行介绍。

CLV-U40内镜冷光源(如图1)装置的主要构造:(1)灯泡:疝气灯色温高、功率大。(2)散热装置:疝气灯本身可滤去照明光线内产生热量的红外线,同时旁边的冷切风扇,可驱散滤出的红外线产生的热量。(3)送气装置:冷光源装置中的电磁泵向内镜输送一定的压力的空气,空气的流量由冷光源装置面板上“Air”开关(有高、中、低3档)控制。(4)内镜摄影自动控制系统根据物镜和被摄物的距离、反光量大小、自动调节内镜摄影的曝光量,以保证取得满意的摄影效果。

1 故障现象

奥林巴斯内窥镜系统在使用过程中,其CLV-U40型冷光源出现气压不足现象,将导致内窥镜无法将胃体、肠腔充盈,影响临床诊断工作。奥林巴斯电子内窥镜系统冷光源供气系统是由一气泵工作后,通过供气管道输送到机器前端,当内窥镜导光杆插入后启动供气开关,由内窥镜先端插入病人体内进入检查部位。气泵正常供气有高0.05MPa/中0.009Mpa/低0.0075Mpa 3档,当输出气压低于正常值时将导致供气不足。

2 故障分析与处理

打开冷光源机壳,发现冷光源供气为一个15V/12W电磁气泵,工作是由供电电源盒提供15V电压给线圈,启动电磁阀在密闭空间内上下运动产生输出气压。

电子设备长期工作,进入气泵内部的进气孔会被灰尘堵塞,导致进气量不足,使输出气压变低,清洗后改善了进气量,但输出气压仍然不理想。

检查后发现电磁阀下端连带一弹簧使电磁阀上下运动输出气压,该弹簧因长期工作后弹性变差,导致电磁阀运动力量变弱,行程变短。

因电磁气泵为专用配件,配件在市场上无法购买,向厂家购买又会产生较高费用。因此采用如下方法修复上述故障:从机电配件市场上购得规格一致的弹簧,将原弹簧更换掉,调整弹簧使弹簧与电磁阀水平一致,安装时注意气泵的密闭及上盖方向。

所有配件安装完成后,接通冷光源工作电源,交临床医生使用,气泵供气正常,当设置置于“HIGH”、“MED”状态下胃体、肠腔均能迅速充盈,故障排除。

摘要：本文主要围绕奥林巴斯电子内窥镜,介绍其CLV-U40型冷光源出现气压不足现象时的故障分析及解决办法。

关键词：电子内窥镜,奥林巴斯,原理,维修

参考文献

[1]官丽梅,周洪军,于江.医用冷光源原理与结构简介[J].医疗卫生装备,2004,(06).

[2]许国铭,李兆申.消化内镜[M]上海:上海科技教育出版社,2000,(08).

[3]孟繁华.医用冷光源的维修体会[J].医疗卫生装备,2004,(12).

冷光源系统 篇2

主要照明光源介绍

实质上，使用效率最高的光源是低压钠灯，由于它发射单色的黄色光，因此几乎没有显色性能。与之相对照，白炽灯及卤钨灯有极好的显色性能，但是其发光效率很低。

1、白炽灯

有较宽的工作电压范围，从电池提供的几伏电压到市电电压，价格低廉，不需要附加电路。其主要应用是家庭照明及需要密集的低工作电压灯的地方，如手电筒、控制台照明等。仅有10%的输入能量转化为可见光能，典型的寿命从几十小时到几千小时不等。

使用通电的方式加热玻璃泡壳内的灯丝，导致灯丝产生热辐射而发光的光源，灯头是白炽灯电连接和机械连接部分，按形式和用途主要可分为螺口式灯头，聚焦灯头及特种灯头。在普通白炽灯中，最常用的螺口式灯头为E14、E27；最常用的插口灯头为B15、B22。常用于住宅基本照明及装饰照明，具有安装容易，立即启动，成本低廉等优点。

主要部件：灯丝、支架、泡壳、填充气体、灯架。

2、卤钨灯

同额定功率相同的无卤素白炽灯相比，卤钨灯的体积要小得多，并允许充入高气压的较重气体（较昂贵），这些改变可延长寿命或提高光效。同样，卤钨灯也可直接接电源工作而不需控制电路。卤钨灯广泛用于机动车照明、投射系统统、特种聚光灯、低价泛光照明、舞台及演播室照明及其他需要在紧凑、方便、性能良好上超过非卤素白炽灯的场合。

3、荧光灯

3AAA电子镇流器1低碳、节能、环保

主导商业和工业照明。通过设计的革新、荧光粉的发展，及电子控制线路的应用，荧光灯的性能不断提高。带一体化电路的紧凑型荧光灯的引入拓宽了荧光灯的应用，包括家居的应用，这种灯替代白炽灯，将节能75%，寿命提高8~10倍。一般情况下，所有气体放电灯都需要某种形式的控制电路才能工作。

荧光灯的性能主要取决于灯管的几何尺寸即长度和直径，填充气体的种类和压器，涂敷荧光灯粉及制造工艺。现在我们常用的荧光灯主要分以下三类：

1）直管灯：一般使用的有T5、T8、T12，常用于办公室，商场、主宅等一般公用建筑，具有可选光色多，可达到高照度兼顾经济性等优点。

“T”表示灯管直径一个“T”表示1/8英寸

T5管直径15mmT8管直径25 mmT12管直径38 mm

荧光灯都可调配出3000K3500K4000K6500K四种标准“白色”。

2）高流明单端荧光灯

高流明单端荧光灯又称为是为高级商业照明中代替直管荧光灯设计。这种灯管与直管型灯管相比，主要的优点有：结构紧凑、流明维护系数高，还有它这种单端的设计使得灯具中的布线简单的多。

3）凑型荧光灯（CFLS）

紧凑型荧光灯又称为节能灯，使用直径9-16 mm细管弯曲或拼接成（U型、H型、螺旋型等），缩短了放电的线型长度。它的光效为白炽灯的五倍，寿命约8000—10000小时，常用于局部照明和紧急照明。一般分为两类：

A、带镇流器一体化紧凑型荧光灯

这种灯自带镇流器、启辉器等全套控制电路；并装有爱迪生螺旋灯头或插式

灯头。可用于使用普通白炽灯泡的场所，具有体积小，寿命长，效率高，省电节能等优点，可用来取代白炽灯。

B、与灯具中电路分离的灯管（PLC）

用于专门设计的灯具之中借助与灯具结合成一体的控制电路工作，灯头有两针和四针两种，两针灯头中含有启辉器和射频干扰（RFI）抑制电容，四针无任何电器组件。一般四针PLC光源使用于高频的电子镇流器中。常用于局部照明和紧急照明。

荧光灯控制电路（镇流器）可分为：电感式、电子式。电感式镇流器的特点是功率因素低，有频闪效应，自身重量大，但寿命长，坚固耐用，成本低；电子式镇流器的特点是功率因素高，无频闪，重量轻。随着技术的发展进步，低成本、长寿命的电子镇流器将逐步取代传统的电感镇流器。

4、低压钠灯

光效最高，但仅辐射单色黄光，这种灯照明情况下不可能分辨各种颜色的。主要应用是：道路照明，安全照明及类似场合下的室外应用。其光效是荧光灯的2倍，卤钨灯的10倍。与荧光灯相比，低压钠灯放电管是长管形的，通常弯成“U”型，把放电管放在抽成真空的夹层外玻壳内，其夹层外玻壳上涂有红外反射层以达到节能和提高最大光效的目的。

5、高强度气体放电灯（HID）

这类灯都是高气压放电灯，特点是都有短的高亮度的弧形放电管，通常放电管外面有某种形状的玻璃或石英外壳，外壳是透明或磨砂的，或涂一层荧光粉以增加红色辐射。分为：

高压汞灯（HPMV）：最简单的高强度气体放电灯，放电发生在石英管内的汞

蒸气中，放电管通常安装在涂有荧光粉的外玻璃壳内。高压汞灯仅有中等的光效及显色性，因此主要应用于室外照明及某些工矿企业的室内照明。

高压钠灯（HPS）：需要用陶瓷弧光管，使它能承受超过1000℃的有腐蚀性的钠蒸气的侵蚀。陶瓷管安装在玻璃或石英泡内，使它与空气隔离。在所有高强度气体放电灯中，高压钠灯的光效最高，并且有很长的寿命（24000小时），因此它是市中心、停车场、工厂厂房照明的理想光源。在这些场合，中等的显色性就能满足需要。显色性增强型及白光型高压钠灯也可用，但这是以降低光效为代价的。

金属卤化物灯（M-H）：是高强度气体放电灯中最复杂的，这种灯的光辐射是通过激发金属原子产生的，通常包括几种金属元素。金属元素是以金属卤化物的形式引入的，能发出具有很好显色性的白光。放电管由石英或陶瓷制成，与高压钠灯相似，放电管装在玻璃泡壳或长管形石英外壳内。广泛应用在需要高发光效率、高品质白光的所有场合。典型应用包括上射照明、下射照明、泛光照明和聚光照明。紧凑型金属卤化物灯在需要精确控光的场合尤其适宜。

6、感应灯

刚出现不久的无极气体放电灯。所需要的能量是通过高频场耦合到放电中的，变压器的次级线圈就能产生有效的放电。从形式看来，感应灯是紧凑型荧光灯的另一种形式，但高压部分也许不同。这种灯不局限于长管形（如荧光灯管），同时还能瞬时发光。工作频率在几个兆赫之内，并且需要特殊的驱动和控制灯燃点的电子线路装置。

7、场致发光照明

包括多种类型的发光面板和发光二极管，主要应用于标志牌及指示器，高亮

冷光源系统 篇3

【关键词】LED，DLP；SPI接口控制，控制电路

【中图分类号】O213.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0383-01

前言

对于LED结构，优化散热方式，能大大提高 LED的单管功率和单位瓦数输出光通量，结合本身具有的那些显著优点，LED逐渐为市场所接纳。但国内和国际对LED光源的开发处于基本的研究阶段，目前还没有出现以LED光源背投电视驱动电路的产品。可见，良好的开发DLP背投电视的LED光源照明系统在现在的市场上有很大的发展空间，同时在一定程度上可促进我国自主知识产权的研究。

1.LED光源的DLP控制系统研究现状

目前，国内外的很多厂家使用德州仪器的DSP部件在实时处理系统信息时运用LED技术的DLP产品，在温度确定的情况下一定程度的提高DLP控制系统的稳定性、亮度和可靠性。LED技术可与DLP技术实现快速的有机结合，DMD和LED的高速性能，可实现色彩的随意排列，并能加深图像的颜色，增加亮度，使整体效果得到提高。LEP的快速交换技术，利用单个的DMD设备可达到多重色彩配置的要求，提高系统的灵活性。LED需要将光从DMD镜面准确而反射出去不需要极化过程。光线利用率极高，能大大减少发热，并且使亮度最大化效率也能达最大程度。

2.LED光源的系统结构和SPI接口控制

FPGA控制处理、色度监控、温度监控、LED驱动模块及电压电流监控构成了LED驱动的五个系统。将使R、G、B三个LED的驱动控制成为现实，避免了LED出现温度过高、色域变化大、电流电压不稳定所造成的系统关闭和系统恢复时不必要的调整。（见图1）

通信或者交换信息是在串行方式下完成的。其中同步串行外设的接口spl（serialperipheralBus）总线，能使master（主控器）与多个slave（受控器）连接。前端FORMATER与后端驱动电路的连接是在SPI串行的总线接口的作用下实现连接的，master（DDP302l）以SPI信号线为基点，进行LED电流信息的接受和传送，处理后的电流信息以数据形式发到DA控制模块。通过对其电流电压的实时监控，可以避免LED异常工作，转换后的数据传经过A/D系统的处理最终传输给FPGA。FPGA是电压电流的处理模块，它可以检测出超出负荷的电压和电流，并进行合理的处置。颜色的色点会受到色移的影响，而且对其他系统也在一定程度上收到色移的影响。色度传感器对LED的输出波长变化实时监测，并能及时反馈，之后通过刀D将转换后的数字信号及时传送给FPGA。

3.LED光源监控电路的设计

为了确保LED在其额定的电流和电压下工作正常，对电压和电流进行实时监控是十分必要的。照明系统的温度会随着运行时间的增加而增高，同时，LED的性能会受到其影响，出现主波长变化和光通量减小的现象。因此，实施相应的处理措施避免该现象是很有必要性的。一些方法可一定程度额避免这种现象，例如尽快关闭系统或换相对更高亮度水平的现色点，在主波增长的同时对每个LED的亮度值进行重新精确的计算，以确保温度升高对其产生的不良影响，使其实现目标色点化。

近几年来，随着科学技术的不断进步逐渐出现了关于显色域标准的相关规定，本文所研制以LED光源为基础的DLP投影显示器是一种扩色域的显示器。若想使图像信息准确显示出来，就必须对此进行动态LED发光色域调整并在此基础上满足队L制式的显示标准。

3.1 LED光源热度监控管理系统的设计

控制LED发光性能和稳定性的关键是控制LED晶粒的热稳定性。针对于将光能集中到小型显示设备及其他各种应用，超出系统光学径角的各种光都是无法使用的，严重的可造成温度的增加和系统能源的浪费。为了避免此现象，将系统的光学径角和光的发散形状结构有机结合，将热从晶粒中扩散出去，提高热效率。这已成为了LED的产生和可用性的必然选择。

色移是高温带来的另一个影响。PN链接伴随着温度变化，这对其输出的波长会造成10nnl以上的偏移。该影响会作用到整个系统的白点（白点是其他颜色混合而成的），而且会影响该颜色的色点。为了从根本上解决色移的问题，LED需要保持一个较低的运行功率，另一方面系统需要具有极高的热稳定性。

3.2 LED色度监控电路的设计

电脑显示器、电视、投影机构成了彩色显示器的主要应用成分，一般情况下，一个重要的考察指标是显示强度，通常采用显示器三基色的色品坐标在色品图上构成的三角形面积来进行描述的。

随着社会的进步，科技的发展，近几年来，有些产品在显色域上逐渐超出了有关标准的指标。在本文当中，DLP依靠LED光源的投影显示器实则是具有较广色域的显示器。大多数显示器采用LED光源进行大出队L制式的色域。其中，显示器主要有俩种工作方式即有时序显示和三基色同时显示。显示是将三种基色在给定的要求下的有效投影并显示，经过合理的彩色图像合成在最后出现在屏幕上。另一种则是时序显示，这种情况是将二基色图像按照时间的前后分别显示在屏幕上，利用了人眼生理上的视觉暂留特性，合成彩色完美的图像。

结论

DLP是一种新型技术，利用光学半导体现象产生数字式多光源显示，具有独立首创的特点。另外，它吸收了LED照明技术的优点，其显示的优良性能在一定程度上已经能和灯泡的系统相比较。通过对新一代亮度LED技术的研究，结合有效的检查反馈系统，利用LED照明已成为DLP高清电视在现阶段的优先选择，这是目前该技术的核心成分。

参考文献

[1] 张鸣杰.基于LED光源的DLP投影系统中实时色域校准[D].华东师范大学，2008

[2] 朱兵.基于LED光源的DLP控制系统研究[D].华东师范大学，2008.

[3] 汪敏，夏咸军.新型LED背光源技术及应用[J].光电子技术，2005，25（4）：267-270

[4] 王蔚生，邱藕，毛敏等.采用LED光源DLP背投电视光学引擎的研究[J].现代显示，2006，（70）：22-26

点光源跟踪系统设计 篇4

文中设计的系统是源自于2010年TI杯湖北省电子设计大赛,要求是设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统,系统示意图如图1所示。光源B使用单只1W白光LED,固定在一支架上。LED的电流能够在150mA~350mA的范围内调节。初始状态下光源中心线与支架间的夹角约为60o,光源距地面高约100cm,支架可以用手动方式沿着以A为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于45o的范围内移动,也可以沿直线LM移动。在光源后3cm距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm暗色纸板。光源跟踪系统A放置在地面,通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置,并以激光笔指示光源的位置。文中采用MCU MSP430作为控制核心,充分发挥了其功耗超低、精度较高等优势,其他各部分电路设计时也充分考虑了简单、可靠、经济等因素,为实际应用提供了一定的参考价值。

2 系统方案论证

根据设计目标,系统方案论证如下:

2.1 光敏器件选择

光敏器件有很多种,但哪一种既能满足要求又能方便检测控制呢?点光源跟踪系统任务要求的检测距离基本为2m,最远也只达2.05m,光源利用1W白光LED,其发出的光线较强,利用光敏电阻即可满足要求,另外光敏电阻价格便宜、光敏电压检测电路简单,考虑到设计中肯定需要多组测量,因此光敏电阻是较好的选择[1]。

2.2 光源跟踪方案

方案一:直流电机带动激光笔跟踪光源

利用两个直流电机,采用全桥PWM控制,将固定在旋转电机上不同位置的光敏二极管感应到的电压信号送入比较器(比较电压以实际情况测取),通过比较器输出来控制直流电机正、反转,从而达到动态调节,直至激光笔直线对准光源中心位置。但该方案有许多不足之处,直流电机不易受单片机控制,旋转角度无法程序有效控制且精度不高,对于固定角度旋转比较困难。

方案二:步进电机带动激光笔,精确控制旋转角度

给步进电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角,这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域采用步进电机控制变的非常的简单。控制时,可将电路处理后的信号送入单片机,经过单片机逻辑时序控制步进电机准确旋转一定角度,使得激光笔准确指示点光源;另外还可利用另一电机上安装的多个光敏电阻进行微调,形成闭环控制,使得点光源定位精确,稳定,可靠。

经试验比较,可采用第二种方案。

2.3 光敏检测控制方案

方案一:采用一个光敏电阻,在规定范围内进行扫描,采集尽可能多的电压值,比较选择最大电压值,激光笔将迅速回到反应最大电压值的那一点即找到最亮点实现光源的跟踪。此种方式简单方便,跟踪快,但精确度不高。

方案二:在规定范围内采用八个固定位置的光敏电阻进行检测,采集每一个光敏电阻电压值进行比较,找到最大电压值,计算相应角度,控制电机转到那一点,实现光源的跟踪,但此种方式结构复杂,控制精度不太高。

方案三:水平位置采用四个光敏电阻进行水平定位控制,另外在中间位置放置上下两个光敏电阻进行上下定位控制,定位准确,控制精度较高。

经比较,选择方案三。

2.4 LED电流调节

方案一:采用PWM控制芯片,利用闭环控制实现电流的自行调节。该方法自动化程度高,但电路比较复杂,实现起来有些费时。

方案二:采用LM317构成典型的电压可调恒流源电路,可以很简单的实现LED电流的调节。

经比较,选用方案二。

2.5 控制方案选择

根据控制对象的特点,比较PID控制、模糊控制和模糊PID控制这三种控制策略发现,常规PID(比例,积分,微分)控制具有简单、稳定性好、可靠性高的特点,但是,常规的PID控制存在一些问题。首先,常规PID控制器不能在线整定参数;并且,常规PID控制器对于非线性、时变的系统和模型不清楚的系统就不能很好的控制,其PID参数不是整定困难就是根本无法整定,因此不能得到预期的控制效果。简单模糊控制由于不具有积分环节,因而在模糊控制的系统中又很难消除稳态误差,而且在变量分级不够多的情况下,常常在平衡点附近会有小的振荡现象。但模糊控制器对复杂的和模型不清楚的系统都能进行简单而有效的控制,所以如果把两者结合起来,就可以构成兼有着两者优点的模糊P I D(Fuzzy-PID)控制器。所以,针对被控对象的特性我们选择利用模糊控制方式来给PID控制器在线自整定(或自校正,自调整)PID参数,组成模糊自整定(或自调整)参数PID控制器的控制策略。

2.6 系统总体方案

基于以上方案的比较选择,系统总体电路框图如图2所示。

整个设计以MSP430为核心,MSP430根据光敏电阻所反应的不同电压值经相应程序对两个步进电机进行控制,并由步进电机带动激光笔进行左右和上下精确定位,从而实现对光源的跟踪同时还具备对检测电压进行实时显示的功能,而L E D电流调节则采用简单实用的LM317调压电路实现。

3 硬件电路设计

3.1 步进电机驱动模块

电路主要由光电耦合器TLP521-4和TLP521-2以及电机驱动芯片L298组成。IN1、IN2控制电机正反转方向,ENA使能,同理,IN3、IN4和ENB实现对另一电机的控制。单片机控制端与L298之间采用光耦隔离以减少信号干扰。电机驱动模块电路如图3。

3.2 光敏电阻电压检测模块

电源电压经稳压芯片AMS1117稳压到3.3v后提供给光敏电阻分压电路,其输出检测信号供后级电路处理[2]。如图4所示。

3.3 LED电流控制调节模块

该电路主要由L M 3 1 7组成,通过可调电阻来调节LED的电流,使之满足电流在150~350mA范围内可调[3]。LED电流检测电路如图5。

4 软件设计

整个系统分左右位置和上下位置两部分判别是否到达光源中心。左右部分寻找光源通过不断比较两者大小来判别方向,当两者差值在一定范围内时,就可以认定横向范围内到达光源中心[4]。当光源支架走圆弧时,光源中心几乎不会偏离;只有光源支架走直线时,A点偏角度最大为0.8°,板上激光点上下偏离最大为267cm。而步进电机单步运行0.45°,因此只需记录旋转的范围区域就可控制上下激光点微调。

系统软件设计流程如下图6。

5 测试数据与结果分析

测试工具选用精度0.1cm的卷尺和精度0.01s秒表。测试过程将光源固定于指定范围内的任一点,通过现场设置参数决定两个步进电机的运行,进行上下左右的定位。不同定位的测试结果如下:

(1)激光笔偏离点光源30cm跟踪测试

将激光笔光点偏离光源30cm,我们对系统的跟踪性能进行了多次反复测试,测试数据如下表1所示:

从测试数据反映,系统跟踪精度好,跟踪速度快。

(2)光源支架圆周移动20°跟踪测试

在激光笔基本对准光源时,以A为圆心,将光源支架沿着圆周缓慢(10~15秒内)平稳移动20o(约60cm),对系统的跟踪性能进行了多次反复测试,测试数据如下表2所示:

从测试数据反映,系统跟踪精度好,在测试过程中,激光笔跟踪的连续性很好。

(3)光源支架沿着直线LM平稳缓慢移动跟踪测试

在激光笔基本对准光源时,将光源支架沿着直线LM平稳缓慢(15秒内)移动60cm,对激光笔跟踪情况进行反复测试,测试数据如下表3所示:

从测试数据反映,系统跟踪精度较好,激光笔跟踪的连续性较好。

(4)光源支架移动20cm左右距离、再旋转一个角度(20°)跟踪测试

将光源支架移动20cm左右距离、再旋转一个角度(20°)后,对激光笔跟踪情况进行反复测试,测试数据如下表4所示:

从测试数据反映,系统跟踪精度比较好,跟踪速度比较快。

(5)改变点光源的亮度时(L E D驱动电流变化±50mA)系统自适应测试

通过LED电流调节电路调节LED电流在规定范围内变化,将光源支架沿着直线LM平稳缓慢(15秒内)移动6 0 c m,反复测试系统跟踪情况,数据如表5所示:

从测试数据反映,系统自适应能力较强,尤其在光线越强时,精度越高。,

6 结束语

通过测试,本论文设计的点光源跟踪系统完全实现了2m内的光源跟踪及定位,在跟踪定位的过程中,光敏电阻的布局和模糊控制算法起到了决定性作用,整个系统功能完善,跟踪精度较好,自适应能力较强,有一定的实用价值。

摘要：本系统以TI公司的超低功耗MCU MSP430处理器为核心,CPU(MSP430)根据光敏电阻所反应的不同电压值经相应程序对两个步进电机进行控制,进而由步进电机带动激光笔进行左右和上下精确定位,实现对光源的跟踪并对检测电压进行实时显示。LM317典型恒流源电路实现LED电流在150￣350mA范围内可调,从而调节LED灯光的强弱。整个系统很好的完成了规定范围内的点光源跟踪,并在光源亮度发生改变时具有较好的自适应性。

关键词：步进电机,MSP430,光敏电阻,恒流源

参考文献

[1]瞿安连.电子电路-分析与设计[M].武汉:华中科技大学出版社,2010.

[2]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2006,(4).

[3]刘树棠等.基于运算放大器和模拟集成电路的设计[M].西安:西安交通大学出版社,2004.

[4]张天钟,姜宝钧,邓兴成.基于MCS-51单片机的光源跟踪[J].实验科学与技术,2006,(1):39-40.

LED光源使用论文 篇5

此次标准的制定将推动直管型LED灯普及。在直管型LED灯方面，此前曾被指出在灯管兼容性、亮度、重量及安全性等方面存在问题。此次的标准加入了可消除这些担心的内容。标准的特点 不仅对灯管单体，而且还对使用直管型LED灯的照明系统也制定了标准。系统上的特点大致有四项。首先是电源电路设置在灯管外侧，向灯管供给直流电。也就是说，灯管单体省去了电源电路，变为了直流驱动。其次是采用了L型灯口。然后是灯座可以更换。最后是灯管从一侧的端面进行供电（单侧供电）。外置电源电路的最大原因是为了提高直管型LED灯的发光效率。现阶段要通过LED灯达到不亚于40W级直管型荧光灯的亮度及效率。将电源电路改为外置方式，是考虑到这样可增加灯管内的光学设计自由度，提高亮度及效率。

将具备L型灯口的灯座改为可更换的设计，是为了长期使用照明器具也可确保高安全性。不论哪种光源，灯座长期使用后都避免不了劣化。将灯座改为可更换的设计后，便可确保照明器具能够长期使用。改为单侧供电是为了提高更换LED灯时的安全性。在LED灯的两端设置电极的话，即使将单侧电极接入灯口时，徒手接触另一侧电极时也会发生触电。而通过将电极集中在一侧，便可避免这种触电危险。另外，直管型荧光灯虽然在两端都有端子，但这种灯在两端电极都接入灯口时才会通电，因此不用担心发生触电。也有人指出直管型LED灯存在掉落的危险。

冷光源系统 篇6

关键词：照明企业；光电源；环保节能

中图分类号：TU113 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0008-02

当前全球范围内的能源危机，为生产发展敲响了警钟。如何在发展过程中，注重能源的节约，实现经济与能源的并重共存，是当下生产企业所面临的重要问题。就我国现在的情况来看，能源储存明显不足，在未来的生产发展中必定会带来极大的制约作用。因此从我国能源现状出发，在照明行业要遵循节能环保的原则，将能源消耗降到最低。这里我们所提到的绿色照明其实是说采取科学先进的技术，对照明产品进行合理的设计，以实现提高能源使用率、延长照明设备生命周期，确保安全健康生活的目的，这将是绿色照明发展的趋势所向。

1 企业加速向LED新光源转型的紧迫性及必然性

1.1 国际形势所趋

传统照明转型LED照明乃大势所趋顺势而为。虽然传统照明企业也面临着技术、成本等诸多因素的制约。然而，传统照明企业上马LED可谓时势所逼，在压力之下纷纷转型，LED急剧改变着整个照明市场的结构框架。作为节能降耗理念下的衍生物，LED照明产业逐渐地凸显出其蓬勃的发展势头以及良好的发展前景，吸引了全世界越来越多关注的目光。特别是在过去的几年间，照明产品生产成本持续的升高，市场竞争进入白热化的状态以及人们自主消费意识的提升，使得照明企业面临着极大的挑战。在困境及竞争多重压力的催化下，很多的企业都开始考虑转型，以确保企业的生存与发展。中国作为世界制造业大国之一，其照明产品的制造超过全球电光源产品总量的三分之一，因此照明企业的发展对于我国经济的发展有着至关重要的作用。同时因为世界油价飙升，导致能源紧张，节能节电形势刻不容缓，所以企业加速向LED新光源转型是十分紧迫的，也是社会发展所必然的结果。

1.2 产品更具节能环保效果

当前社会经济飞速前行，这不仅为我国创造了更加雄厚的经济实力，同时也为我国的能源环境带来了极大的破坏，能源储备已经无法满足制造生产的大量需求，发展和能源之间的矛盾逐渐激化。并且需要注意到的是这种不考虑其他问题，只关注经济的发展方式不光造成资源的过度消耗以及生态环境的破坏，并且也造成投资和消费无法均衡地发展，从而形成反作用力制约我国的发展。现在，随着我国人民自主消费意识的增强以及对自身健康的注重，节能降耗生态环保逐步地变为新时期的社会焦点，同时也变成我国经济发展的基本理念。LED照明产品的出现正是在这一理念的推崇之下，相对于传统的照明产品它具备明显的优势，更加符合新时期社会发展需求，在当今的照明市场占据了越来越大的比重。现在LED产品已经被广泛地应用在各个领域，充斥着我们的生活，比如我们身边较为常见的红绿灯，商店外用作宣传的显示屏以及各种形式不一，形态相异的照明等等。我们的生活也因此而更加方便，同时这些LED还为城市带来美好的夜色景观，满足了视觉需求。不仅如此，LED对于我国承办国际重大会议、赛事的作用也是不容忽视的，北京奥运会以及上海世界博览会都广泛地应用了LED照明产品，这在很大程度上也推动了LED照明行业的发展。所以，我们可以很明显地看出发展LED照明行业的重要性，它不光能够控制生产所带来的能源消耗，同时也有效提升了我们的生活水平，最终实现推动社会进步的目的。并且，我们相信在当前可持续发展战略的实施背景下以及绿色节能理念的倡导下，LED照明行业将在未来拥有更加广阔的发展空间，这也为LED照明企业带来全新的发展机遇。

2 企业向LED新光源转型的关键

从事LED照明的企业，必需加大科研投入、技改投入不断提升自身科技含量，并且在自身技术进步的同时，还应该树立科学态度。科学认识LED由芯片到光源，由光源到照明的技术路线发展、成熟的过程，减少浮躁与盲目性，循序渐进，同时找准投资与经营的位置，掌握进入LED照明产业的主动权；要树立LED照明向传统照明学习的理念，不学习传统照明在几十年应用中积累的经验，LED照明就难以走向成熟。LED照明只能是站在传统照明这个巨人的肩膀上，才能不断地成熟起来。处理好热发光、气体放电与固体发光等各种电光源之间的关系，根据环境需要科学设计、合理应用，使其“取长补短，物尽其用”。

产品和项目的转变，必然会导致围绕产品和项目运作的人才的转变，这里体现的就是从事传统照明的管理型、技术型人才向新兴LED照明流动。LED照明产品的生产涉及多个环节，如散热、配光、材料、电子学等，且每个方面都需要专业级的人才，才能让产品各个环节的质量得到保证。而整个LED行业人才欠缺，这让转型企业面临人才问题。因此对于处于转折期的照明企业而言，必须加大科研投入、技改投入不断提升自身科技含量，实现传统光源产品的生产劳动密集型向科技型转变，从而大大降低日益攀升的人工成本等因素。

3 企业向LED新光源转型的现实性意义

3.1 为企业带来更多的经济效益

2008年，一场金融海啸席卷全球，许多从事加工贸易的企业遭受重创。面对如此严峻的经济环境，我国2008年仅上半年LED产业的出口金额就达到了12.7亿美元，成为了最具生命力的产业。我国LED显示屏起步较早，一直具备很强的实力，经过多年的发展，已广泛应用于各大公共设施，占据了国内大部分市场份额。近年来，随着国家扩大内需和城市化建设的加强，LED以其低功耗的优势，成为了城市亮化的主力军，景观照明市场呈现出强劲的增长态势。经过了几年的交通灯替换工作，我国主要城市的交通信号灯已经全部更换为LED交通灯，使得LED交通灯市场高速增长的势头有所缓解。LED照明已从前些年的工业应用、公共照明、商业照明等领域至目前快速向民用照明领域的应用发展，而进入民用领域后将是一个庞大的

市场。

3.2 促进企业加速向高新技术转型

目前，全球LED照明市场正稳步发展，我国在LED照明技术方面获得了一系列的突破。作为新的经济增长点，信息产业部在鼓励LED照明企业技术创新的同时，也努力为LED照明企业创造良好的政策环境。2006年，863半导体照明重大工程总体专家组正式成立，项目实施以来，实现了从衬底、外延芯片到封装、产品及系统的整体技术的突破。自主研发的核心技术也为我国LED企业未来的发展打下了坚实的基础。但我国LED照明企业在研发上并没有很统一的规划和分工，很多研发单位都各自做着重复的研究，虽然部分产品的技术水平有所突破，但总体水平却没有大的提升。再加上国外对专利制度的熟练运用，牢牢将LED照明的核心专利握于手中。而我国专利制度起步较晚，无法形成有效的专利保护制度，使得知识产权成为我国LED照明领域最薄弱的环节之一。

4 结语

总的来说，节能环保是当今社会的发展主体，企业向LED新光源转型具有重要的现实性意义，顺应了当今社会的发展趋势，符合我国经济可持续发展的理念。同时在日常生活与工作中选择节能性质的照明产品，可以营造更加良好的光照条件，有效确保了人们的健康生活品质，是我国贯彻落实科学发展观、建设节约型社会的一项重要

措施。

参考文献

[1] 张国友，毛泽剑，胡志光.开化电光源形成产业优势[N].消费日报，2006.

[2] 孙爱霞.N电光源研究所科技成果转化问题与对策研究[D].西安理工大学，2007.

除杂机光源系统线路优化改进 篇7

1 存在问题

1.1 光源整流模块或灯管出现的问题

在实际生产过程中, 除杂机经常出现光源整流模块几串失效或灯管烧坏等问题, 而一个光源整流模块或灯管出现问题会造成整个光源系统的另外9个灯管也都失灵。在此期间除杂机的除杂功能将无法使用, 来料中的杂物因此未经过剔除处理直接流入下游工段, 最终影响成品烟丝的质量。

1.2 故障排除麻烦, 所需时间长

一个光源整流模块或灯管出现问题会造成整个光源系统的另外9个灯管也都失灵。排除故障的时候需要对10个照相机光源灯管的线路进行逐个排查, 因此耗费了大量维修时间。

2 问题分析

2.1 光源整流模块或灯管出现的问题分析

通过图纸以及实际线路的研究, 整改前如图1电气线路布置。除杂机的10个光源是由同一个电源模块对其直接供电的, 各支路之间不独立, 容易相互影响。生产过程中如果有一条支路出现问题就会直接影响到电源模块, 间接的影响到其他的光源供电。从而导致10个灯管全部失效。

2.2 故障排除时间长分析

一个光源整流模块或灯管出现问题会造成整个光源系统的另外9个灯管也都失灵。对于这个故障的排除只能是一个的排除, 每一次的排查都要进行除杂系统的断电、上电过程。断电不能直接进行上电操作, 需要等一段时间。所以一次的排查故障过程是就需要至少20分钟, 一般要排查4、5次, 最多要9次, 最后排查结束要花费大量的时间。

3 整改措施

为每个照相机光源整流模块及HID灯管安装一个分路保护装置; (正常时流过光源整流模块及HID灯管的电流0.3A) , 再以5个光源整流模块和HID灯管为一组安装两个总保护装置如图2。

4 整改、优化措施目的

4.1

当有超过额定值的电流, 保护装置会自动跳闸切断电流通过整流模块, 保护了照相机光源整流模块及HID灯管, 延长了HID光源灯管的使用寿命。

4.2 当存在因为光源灯管或其配套的整流模块的故障而造成整个光源系统出现故障时, 可以大大缩短分析排除故障的时间。

因为将某个保护装置关闭就是将这个保护装置所保护的整流模块及HID灯管从整个光源系统中分离出来, 这些整流模块和HID灯管的好坏就不会影响整个光源系统。当出现整个光源系统出现故障时首先关闭一个总保护装置, 如果剩下的光源HID灯管亮的, 那么说明故障灯管就是该保护装置所控制的那5个HID灯管中的一个。反之, 就在另外5个HID灯管中。用同样的方法再对剩下的5个HID灯管进行分路排查, 最终确定整流模块及HID灯管故障点。

5 改进效果

通过这种方式优化改进之后, 效果很好, 大半年除杂机运转下来没有出现整流模块烧掉现象。 (原来每个月整流模块要烧掉2至3块, 由于整流模块烧掉造成HID灯管损坏2至3个, 整流模块价格1700元/块, HID灯管价格1900元/个) 。在排除类似故障时可以缩短60%~70%的维修时间。

整改前的排除故障时间:10min×10=100min

整改后排除故障时间:5min×4=20min

6 结论

通过对除杂机照相机光源电路进行改进之后, 效果很好, 保证了照相机光源灯管及其整流模块的可靠运行, 延长其使用的寿命, 大大降低了维修成本。在排除类似故障时缩短时间, 减少除杂机的停机率, 保证除杂机的正常使用, 有效保证了成品烟丝的质量。

参考文献

[1]刘学军.继电保护原理[M].北京:中国电力出版社, 2007.

[2]陈良元.卷烟生产工艺技术[M].郑州:河南科学技术出版社, 2002.

冷光源系统 篇8

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)系统能够提供一种物理上安全的密钥分发方式,在国家政府、军队、金融、科研等信息安全领域有着重要的应用价值,因而成为量子保密通信领域的研究热点[1]。

由于传输路径的差异、各路激光器响应时间的不严格一致性,使得QKD系统发送方同一时刻发出的八路光信号在设备出口处会有明显的时间间隔,这会给窃听者提供一定的分析价值,系统存在安全隐患。为了保证QKD系统的安全性,必须对QKD系统发送方的八路光源信号进行时序校准处理,达到任意两路光源信号在时间上不可分辨性,从而使窃听者无法辨别发送方发送的状态信息。传统的QKD光源时序校准方法操作复杂、精度不高,且需要借助于专用的校准设备。因此,开发一套高精度、高效率的QKD光源时序自动校准系统迫在眉睫,并且对加快量子通信产业化进程也有重要意义。

本文使用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX与现场可编程门阵列FPGA,设计了一套能够满足量子密钥分发光源时序校准要求的高精度、高效率时序校准系统。

1 总体设计

量子密钥分发光源时序校准系统以TDC-GPX为核心器件,以FPGA为主控制单元,配以其他外围辅助单元完成整个校准功能,系统总体实现框图如图1所示。系统主要由光电转换单元、信号调理单元、TDC-GPX时间测量单元、FPGA主控制单元、板级通信单元组成。光电转换单元采用PIN光电管分别将同步光、信号光(信号态和诱骗态下各四路)脉冲转换成脉冲电信号;信号调理单元由交流耦合电路、高速比较器ADCMP572、电平转换芯片MC100EPT21组成,最终调理成TDC-GPX能够识别的LVTTL信号;时间测量单元采用德国ACAM公司的高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX,将各路信号光相对于同步光的时间准确测量出来;主控制单元选用Altera公司的型号为EP4CE10E22C8N的FPGA,主要完成对TDC-GPX的工作模式配置、数据读写操作及后期的数据处理等;板级通信单元主要通过FPGA实现本校准系统与QKD发送方设备的FPGA、ARM通信。

在主控制单元完成对时间测量单元的初始参数及模式配置后,时间测量单元测出八路信号光相对于同步光之间的时间间隔;主控制单元分别读取时间测量单元中八路信号光与同步光的时间间隔值并进行特定的数据处理,然后将处理后的结果命令帧通过串口下发给QKD发送方FPGA。此FPGA按照接收到的命令帧产生各路延时电驱动信号延迟各路信号对应的激光器发光,经过一次延时调整后,系统自动进行第二次信号光与同步光的时间间隔测量,由主控制单元读取第二次测量结果并进行数据处理后通过串口再次下发延时命令。如此反复,经多次测量、偏差比较、反馈控制后,八路信号之间的偏差值会越来越小,直至八路信号之间时间间隔小于给定技术指标后校准完成,校准完成后主控制单元将最终的校准参数一方面写到Flash存储器中用于保存校准参数,另一方面将校准参数通过串口写入QKD发送方ARM中。

2 关键技术及实现

2.1 前端信号调理

信号调理单元主要由交流耦合电路、高速比较器、电平转换芯片构成,其结构框图如图2所示。

在量子密钥分发系统中,同步光经过光电转换单元输出的信号为差分小信号,共模幅值为1 V,差分幅值为400 m V左右。为了甄别出此小幅值信号,需要通过交流耦合的方式接入高速比较器[2]。为了消除噪声,比较器需要设置一定的滞回比较阈值,设定其值为±20 m V[3],比较器输出的是CML差分信号,通过电平转换芯片将其转换成LVTTL单端信号作为TDC-GPX的输入信号。同步光信号调理电路原理图如图3所示。

图4为经信号调理单元调理前后的波形图,示波器Ch2、Ch3为信号调理前的差分小信号,Ch1为调理后的单端LVTTL信号。

2.2 TDC-GPX模式配置

TDC-GPX采用起停型的测量方式,共有4种测量模式,在本量子密钥分发光源时序校准系统中设置同步光、信号光频率都为100 k Hz;选用TDC-GPX的I模式进行测量,设置信号的输入类型为LVTTL单端输入,TDC-GPX的起始、停止输入信号全部为上升沿触发;设置Start Retrig=1,开启内部再触发,此时测量的是每个停止信号相对于前面最近的起始信号之间的时间间隔;考虑到TDC-GPX的测量精度与芯片内部PLL有关[4],设置与PLL相关的HSDiv=205、Ref Clk Div=128、MTimer=40。

2.3 FPGA流程控制

基于Quartus II平台,通过编写Verilog HDL逻辑代码,实现对整个量子密钥分发光源时序校准系统的自动控制,相应的程序流程图如图5所示。系统上电后,FPGA对TDC-GPX的寄存器进行配置,完成TDC-GPX的初始化;然后FPGA发出指令给QKD发送方设备,使其发出同步光和第1种类型光,当TDC-GPX的FIFO不为空时,FPGA将FIFO中的时间间隔数据读取出来并进行特定的数据格式转换、数据处理;将第1种类型光延时一个固定的时间,关闭第1种类型光、发出第X种类型光(X的初始值为2);逐一判断第X种类型光与第1种类型光的时间偏差Δtx是否小于给定的指标δ,不满足时进行延时调整,直至所有类型光全部满足要求为止;最后将8种类型光对应的延时时间写入Flash,固化到QKD发送方设备的ARM中。

3 TDC-GPX性能测试

TDC-GPX作为整个校准系统的核心器件,其性能的好坏直接决定了校准系统的校准结果,为此进行了TDC-GPX的测量精度及线性度的测试。

3.1 精度测试

时间测量的精度是指在可重复的条件下,对相同的时间间隔重复测量所得标准差的分布,通常取最坏情况的值为测量精度[5,6]。本测试系统通过信号发生器产生两路窄脉冲信号,一路作为TDC-GPX的START信号,另一路作为TDC-GPX的STOP信号,STOP信号相对于START信号的时间间隔可调。

在本测试实验中设置STOP信号与START信号间的标准时间间隔分别为10 ns、20 ns、50 ns、100 ns,对每组标准时间间隔分别进行测量10 000次,测试结果如表1所示,图6给出了标准时间间隔为20 ns时的测试结果数据分布。分析测试结果知,TDC的测量精度小于80 ps,可以满足量子密钥分发光源时序校准的要求。

3.2 线性度测试

在5 ns~9μs的测试时间区间内,抽取12个标准时间间隔进行测试,测试结果如表2所示。采用最小二乘法得出数据拟合方程如下所示:

式中,x为标准时间间隔,单位为ns;y为TDC测量值,单位为ns;曲线斜率为0.999 994,由于所使用的信号发生器自身的精度、测试系统板布线不严格一致等方面的影响[7],测试数据始终存在0.421 848 ns左右的偏差[5,8,9,10]。图7为对应的数据拟合曲线图,从数据拟合曲线图及数据拟合曲线方程可以看出TDC-GPX在整个测试区间内具有良好的线性度。

4 系统应用

将校准系统用于实际量子密钥分发待校准设备中进行校准测试,图8为校准前八路光信号之间的时间关系分布图,图9为校准后八路光信号之间的时间关系分布图。图中幅度较高的为四路信号态信号,幅度较低的为四路诱骗态信号,从图中可以看出校准前的八路信号之间会有明显的时间偏差,而校准后的八路信号之间达到了时间上的不可分辨性,可以满足量子密钥分发系统对光源时序的要求。

5 结论

以TDC-GPX为核心研制了一套量子密钥分发光源时序自动校准系统,对TDC-GPX进行了精度和线性度测试。测试结果表明在整个测试区间内线性度良好,测量精度小于80 ps。将校准系统用于实际量子密钥分发待校准设备中进行校准测试,最终结果表明校准性能良好,可以满足量子密钥分发系统对光源时序的要求。

摘要：针对量子密钥分发终端设备中八路量子态光信号在设备出口处存在固有时间偏差的问题,设计了一套以TDC-GPX为核心的量子密钥分发光源时序校准系统。系统对量子态光信号进行光电转换、信号调理,使用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX分时对调理后的脉冲电信号进行采集,并通过FPGA进行数据处理,调整八路光信号的发光时间,使其满足在时间上的不可分辨性。测试结果表明,系统测量精度小于80 ps,用于实际量子密钥分发待校准设备中的校准性能良好,满足校准要求。

关键词：量子密钥分发,TDC-GPX,时序校准,信号调理,FPGA,高精度

参考文献

[1]王金东,张智明.量子密钥分发系统的现实无条件安全性[J].量子电子学报,2014,31(4):449-458.

[2]高原.量子密钥分发系统中若干电子学模块的设计[D].合肥:中国科学技术大学,2011.

[3]陈瑞强,江月松,裴朝.基于双阈值前沿时刻鉴别法的高频脉冲激光测距系统[J].光学学报,2013,33(9):155-162.

[4]Acam-Messelectronic Gmb H.TDC-GPX ultra-high performance8 channel time-to digital converter datasheet[Z].2007.

[5]郭静,龙涛,包泽民,等.飞行时间质谱仪数据采集系统设计[J].分析测试学报,2014,33(12):1426-1430.

[6]NAPOLITANO P,MOSCHITTA A,CARBONE P.A survey on time interval measurement techniques and testing methods[C].Instrumentation and Measurement Technology Conference(I2MTC),2010 IEEE.IEEE,2010:181-186.

[7]章坚武,数明.TDC-GP2在激光测距传感器中的应用[J].仪表技术与传感器,2009(8):74-76.

[8]朱磊,黄庚华,欧阳俊华,等.光子计数成像激光雷达时间间隔测量系统研究[J].红外与毫米波学报,2008,27(6):461-464.

[9]侯利冰,郭颖,黄庚华,等.光子计数激光雷达时间-数字转换系统[J].红外与毫米波学报,2012,31(3):243-247.

光谱测量的多光源合光系统 篇9

在对物体光谱特性进行瞬态测量时,要求所提供的发光光源的特征必须是连续的全波波段,或者是某些特定波段的光谱,为了获得更好的稳定性和大的动态范围,且各波段光强度信号强度尽量接近,即全波段的均衡光源。

传统的光谱扫描式分光光度计在测量时,由于光源辐射范围的限制,在整个波段内,需要更换不同的光源,如测量200nm~400nm时采用氘灯,测量400nm~780nm时采用钨灯。以满足从紫外到可见光的连续谱测量。但这种光源切换的方式在瞬态采集测量时(如光纤光谱仪)是不可用的。

在瞬态光谱测量中,要求所提供的发光体全谱段的光谱能量同时照射至样品表面,目前所能提供的单一光源无法满足其光谱能量的带宽要求如从(200nm~800nm)。

此外在实际测量中由于光源本身功率的限制,单一光源的输出能量不能满足测量要求。

通常的合光方法有:

其一,采用二向色镜法进行合光。既采用透射和反射滤光的方法进行合光。

其二,光源叠加方式进行合光。既采用两光源在同一光轴方向直接叠加的方式进行合光。

二向色镜法由于需要特定的二向色滤光片和复杂的光学系统,成本较高,调整困难。光源叠加方式进行合光需要将不同光源准直到同一轴线上,通常只能叠加两种左右的光源,谱段范围有限。

2 技术方案

为解决上述技术问题,设计提供一种积分方式的可调光波段、可调光强度的多点合光光源系统。能够方便、快捷的进行不同光源的合光。

解决上述问题的技术方案为:

环绕积分球分别采用光纤光缆连接耦合、成像透镜及孔径光阑匹配不同的光源,各光源输出功率连续、可调。如图一所示。

实施方式

结合实例,三光源合光。合光系统是通过以下方案实现的:

包括光源发生装置A、B、C,一组成像图3(c)透镜、一组反光镜、一组孔径光阑、光纤、采用d/0方式接收的积分球。

光源发生装置A、B、C,发出的光源通过成像透镜、反光镜及孔径光阑直接照射被测物体表面。经积分球积分方式进行多光源的合光。如图三所示。

图3(a)为光源A的光谱特征;

图3(b)为光源B的光谱特征;

图3(c)为光源C的光谱特征;

图3(d)为光源A、B、C合光后的光谱曲线。

采用各光源功率连续可调的方式能够方便的调整各光波段的光谱能量,使其相互匹配。如图四所示。

采用更换不同光谱段特性的光源能够方便的获得测量所需的各光波段的光谱。

由于采用任意光源的合光,当一组发光光源的输出功率受限时,则可以采用叠加的方式,成倍增加其输出功率。

3 结论

合光系统能够方便、快捷的进行不同光源的合光。解决了任意光波段的组合和光强度连续可调的问题,并且解决了光源功率不够造成的输出能量偏低的问题。适于广泛应用。

摘要：光谱测量的多光源合光系统,是一种基于积分式光谱测量的多光源合光系统,其特点是可以形成连续的全波段光谱,使得全光谱瞬态测量成为可能。

关键词：光谱测量,合光系统

参考文献

[1]陈熙谋.光学·近代物理.北京大学出版社,2002.

投影系统多独立光源散斑抑制 篇10

自20 世纪60 年代早期激光被发明以来,很多科学家热衷于激光散斑的研究。Goodman对于散斑的形成、统计特性和抑制方法的基础理论给出了充分的分析[1]。基于Goodman的理论,研究人员提出多种散斑抑制方案,如: 基于偏振多样化的散斑抑制方法[2—4]、基于时间平均的振动散射片的散斑抑制方法[5—10]、基于波长多样化和角度多样性的散斑抑制方法[11—16]。

采用多独立光源角度多样化散斑抑制方案,实现在人眼积分时间内,到屏幕上N个不相关散斑图样的叠加,可有效的降低了投影画面的散斑对比度C,如公式( 1) 所示[17]。

式( 1) 中 σ 为散斑图样的方差,I为散斑图样的均值。

1 多独立光源角度多样化散斑抑制的原理

由公式( 1) 可知,如何获得不相关的散斑图样是问题的关键,因此重点考察两散斑强度图样的归一化相关函数。如图1 所示的干涉成像模型。

图2 中( ξ,η) ,( x,y) ,( u,v) 分别为物、出瞳和像平面,由范西特一泽尼克定理,光强分布为I( ξ,η) 的非相干源在距离Z处的平面上( 如出瞳) 任意的点( x1,y1) ,( x2,y2) 处形成的复相关因子为μ( x1,y1; x2,y2) 。设 Δx = x2- x1,Δy = y2- y1可得到范西特—泽尼克定理的形式变为

式(2)中位相因子ψ由下式给出:当满足条件时,e-jψ可忽略。由此,复相关因λ子μ(x1,y1;x2,y2)等于光源强度函数的归一化傅里叶变换。

比较光瞳函数定义式(3)和式(2)。

可知

这里考虑图2 所示模型,入射角为 ξ,- ξ,Δφ = π。

with two mutually incoherent sources

从而式( 4) 可转化为

对于人眼( 圆形光瞳成像系统) ,光瞳函数形式为

式( 6) 中为光瞳函数的截止频率,比较式( 5) 、式( 6) 显然当

时相关系数| μ12( x,y,ξ,- ξ,π) | 为0,即当角度 ξ满足公式( 8) 时,

在像平面上形成的两个散斑图样是完全独立的[1],像平面上散斑的对比度C将降低至原来的。这里D为成像物镜的直径,Z为散射面到成像物镜的距离。

2 多独立光源激光散斑抑制验证

2. 1 两等强度独立光源不同角度入射情况

基于前一节的理论推导,在一个实际投影系统中采用两等强度独立激光源分别同角度( 垂直于diffuser) 入射,测量到屏幕的散斑情况,其原理图如图3 所示。

633 μm半导体激光光源通过扩束镜扩展为光斑直径为20 mm的光斑,用保偏振的全息散射片模拟形成散斑的屏幕,用单个像素单元为5. 6 μm的、有效分辨率为640 × 480 的50 mm DMK-21BU04CCD照相机替代偏振测量仪采集部分偏振散斑图样,CCD测得不同情况下的散斑对比度如表1所示。

由表1 可知,两等强度独立的激光光源以在满足公式( 8) 的条件下,不同入射角形成的散斑图样是不相关的,两光源形成散斑图样合成后散斑对比度降低为原来的,而当sinξ > D /2 Z没有明显降低。意味着两独立光源在相同入射角下形成的散斑图样是相关的。

2. 2 多独立光源投影系统实验设计

基于前一节的理论推导,在一个实际散斑成像系统中,采用12 颗相同光功率的红色半导体激光光源空间分布实现散斑有效抑制,其原理图如图4所示。

另外,在一个实际的典型投影系统中,投影镜头的放大倍数往往不会如图3 中所示为1,这里考虑一个放大倍数为M的成像系统,其存在使得物在屏幕上成的像产生M倍的放大,同时使得投影幕上各光源间夹角缩减至原来的1 /M。也就是说,对于一个M倍放的投影系统,当像平面满足公式( 8) 所述条件时,在光源端光源与光轴的夹角需要增大至M × ξ,才能保证最有效的散斑抑制效果,即:

空间排布的准直后的激光光源阵列通过一组汇聚镜头Lens1( f = 10 mm) 进入一个截面尺寸为7. 47 mm × 7. 9 mm镀金属膜的方形光管,这里需要注意的是,为了排除偏振对散斑对比度的影响,需严格将单颗光源的偏振方向垂直于光管截面中任意一对平行的反射玻璃[19],应保证光管出射端得到大小等于光管截面尺寸的均匀光斑; 一个投影镜头将该光斑放大成像到金属投影屏幕上,形成1 000 mm × 1 360 mm的投影画面。对角线放大倍数为

以有效分辨率为640 × 480 的DMK-21BU04 CCD( charge coupled device) 照相机模拟成像系统( 人眼) 聚焦至屏幕,测量散斑图样,CCD的镜头直径D = 20 mm,CCD到屏幕( 散射面) 的距离Z = 2 500mm,CCD成像的放大倍数为0. 005。

据公式( 3) 可知,本系统中保证最有效的散斑抑制效果的光源与光轴夹角应为

相应的光源之间的最小夹角为2ξ=0.12 rad。

12 颗半导体红光准直后可近似为平行入射至镜头汇聚Lens1,因此空间分布光源之间最小间距应为12 mm,如图5( a) 所示,其使用照相机实拍光斑实际分布图如图5( b) 所示。

2. 3 实验结果

按照图5 所示搭建实验光路,CCD采集的2 幅散斑图样如图6 所示。

按照公式( 1) 所示,对图像处理后,获得实测散斑对比度为和理论值如表2 所示。

2. 4 数据分析

12 颗空间分布的激光光源,通过相对位置的合理排布,实现了散斑对比度度的有效抑制,实验结果与理论期望基本相符。值得注意的是两组实验结果中,实测散斑对比度略小于理论值,产生误差可能的因素有:

( 1) 光源准直效果: 光源准直后光束不能保证完全平行,部分光源之间距离小于12 mm,这种情况下会导致实测散斑对比度略高于理论值。

( 2) 光源偏振方向调整: 光源偏振方向为手动调整,调整过程中,不能保证光源偏振方向和光管截面任意一对平行的反射玻璃完全垂直,会造成激光光源的退偏振,这种情况下会导致实测散斑对比度略低于理论值。

( 3) 屏幕的退偏效应: 为排除光源的退偏振引起的散斑对比度的降低,本实验中采用了保偏振的金属投影幕,但金属幕仍然有一定的退偏效应,会导致实测散斑对比度略低于理论值。

3 结论

在激光本身的带宽无法调整到完全退相关的情况下,激光的相干性将长期存在。随着系统中光通量的增大,所需要的光源数量也随之增加,使得多颗独立光源形成独立的散斑图样成为可能。和以往的散斑抑制方案不同的是,多独立光源角度多样性散斑抑制方案在不给系统带来光损的情况下,通过使用多颗独立激光光源、并有目的的调整光源之间的夹角,可有效地降低散斑对比度,提高成像质量。

摘要：在激光投影系统中,散斑问题造成图像质量的严重下降。基于光源角度多样性散斑抑制原理,分析了多颗独立光源实现最有效散斑抑制的条件。通过理论计算得到某条件下多颗独立激光光源间的最小相对空间夹角,并搭建实验平台验证了多独立光源实现角度多样性散斑抑制的效果。实验结果表明,多颗独立光源在合理分布空间相对位置的情况下,可有效降低屏幕上的散斑对比度、实现散斑抑制。

光源技术的未来曙光 篇11

LED光源技术高歌猛进

如果说采用LED光源在前两年的展览上还属于新奇技术的话，那今年如果厂商没有在展台上摆出一系列LED光源的显示设备，那真是有些落伍了。厂商对LED光源的应用更加成熟了，例如我们前面介绍的三星Local Dimming技术，可以让背光源根据图像亮度分布发光，带来非常高的对比度。而LED光源本身也进步神速。首先，LED光源的价格不再高不可攀了，以背投为例，目前采用传统灯泡和LED光源的产品差价在千元人民币左右，用户很容易接受。其次，LED光源的亮度进一步提高，这一点在口袋型投影机上体现得非常明显。以三菱的产品为例，其2005年率先推出的第一代的产品PK10亮度为251m，2006年第二代产品亮度提升了1倍，而这次CES上最新的产品已经达到了100lm。在这种投影机狭小的内部空间中，LED光源的亮度提升会带来鲜明的变化。

激光光源崭露头角

在索尼的发布会上，Bravia电视展区悬挂着一台55英寸的SXRD背投。一开始，记者只是注意到其仅为275mm的厚度，可以像平板电视一样挂墙安装。但看到演示画面的说明才“肃然起敬”——这是一台采用激光引擎的SXRD背投原型机。

其光源由RGB的三色半导体激光器构成，照射到3块SXRD面板上。索尼这样描述激光光源的特色：宽广的色域，高对比度，出色的光源寿命，即开即关。针对色域问题，索尼专门进行了解释。首先，激光光源的色纯度和亮度很高，与UHP等高性能灯泡、LED的分散光谱特性形成了鲜明的区别。因此，通过相对简单的算法就可以用三色激光光源实现非常丰富、精确而自然的色彩组合。从索尼公布的色域对比图看，这台原型机已经全面超越了NTSC色域，而且也超过了LED光源目前能达到的最佳水准。其次，激光具备良好的光学特性，光束不会发散和衰减，也没有透镜成像的相差，因此，采用激光光源让背投具备了出色的画面一致性，从屏幕中央到边角都清晰锐利。第三，激光光源的稳定性和光效率非常高，可以让用户放心使用。从索尼的展示样机看，激光光源已经相当实用化，当然，没有直接对比，我们也不太容易发现其显示质量的优势，但其发展不可限量。

专门从事激光光源开发的美国Novalux在CES上展示了更多的激光光源方案，其中包括DLP、SXRD微显背投和前投影产品。与传统光源技术相比，激光投影能实现更深沉的黑色。在便携产品应用中，激光投影技术也颇具潜力，效率和亮度高的特性让它能在有限的设备体积内投射明亮的画面。

记者估计，在明年的CES展会上，我们会看到更多使用激光光源的显示设备，而听上去有些令人生畏的目视安全性问题也会得到圆满解决。

高性能灯泡焕发新生

在LED、激光光源等技术大放异彩的同时，传统高性能灯泡也取得了新的进展。松下展示了将在2007年款LCD背投电视中采用新型光源“LIFI”，其特色在于使用寿命长、启动后迅速发光、色彩范围大。

与传统灯泡相比，LIFI光源没有电极，因此不会因电极老化导致亮度下降以及投影灯破裂等问题。松下表示，其寿命远远高于传统灯泡，基本可以保证在LCD背投的生命周期内不用更换灯泡。同时，其启动时间只需一两秒钟，色彩范围可以超越NTSC标准。

冷光源系统 篇12

选择性激光烧结是采用激光逐层烧结粉末固体特定区域, 使得烧结成型的固话层通过叠加最终形成所需形状的零件。整个工艺过程包括数据处理、铺粉、烧结、后处理等。其成型工作原理:首先将模型数据进行处理, 通过计算机控制激光的运动轨迹。在进行工作时粉末缸上升, 由铺粉装置将粉末均匀的铺在成型缸的上层, 同时激光在工作层面有选择的将固体粉末烧结成型, 形成一个零件的层面, 一个工作面完成后成型缸下降, 再由铺粉装置将粉末均匀的铺设在已成型工件的表面, 如此循环往复最终形成三维零件。在整个工艺过程中需要对设备的环境温度以及工作平台温度进行调控, 以减少成型翘曲以及层与层之间的结合力。

工艺过程中铺粉装置作为工艺成型的基础装置, 铺粉装置的稳定性对成型的效率及精度、工艺的可靠性与便捷性都具有重要的影响, 任何因送粉铺粉装置的缺陷都会影响成型零件的质量, 因此现阶段有许多对SLS铺粉装置的研究与探索。

杨军惠[6]等人设计了一种辊子式铺粉装置如图1所示, 系统由工作台、铺粉装置、激光器、激光光路发生系统外加辅助系统组成。铺粉装置动力部分配置伺服电机、滚珠丝杠、通过齿轮和齿条进行传动。铺粉装置的Z方向采用双活塞缸结工作平台, 通过控制两个缸体内活塞的升降高度来实现对铺粉层厚的控制。铺粉装置Z轴方向的运动采用了导柱滑键结构, 活塞与丝杠母采用导柱连接, 其优点是在丝杠螺母副带动活塞直线运动的过程中, 丝杠螺母副在滑键的导向作用下运动平稳, 避免了由于丝杠螺母副的摆动所引起的活塞上升、下降产生的高度误差而影响Z方向铺粉层厚。

包坤[7]设计了一种单缸双辊双向铺粉装置, 缩小了设备体积, 提高了设备运行效率;针对双光源激光快速成型机, 双缸铺粉三缸铺粉方式都会使得激光快速成型机整体设备过于庞大, 同时使得铺粉效率低下。因此其采用了单缸跟随式漏斗铺粉方式。同时采用辊子式和移动漏斗式相结合的复合式铺粉方式。通过调节漏斗出粉口的高度来调节铺粉辊对铺粉平面的压力作用, 可提高铺粉的密实度, 利用铺粉辊逆向旋转所产生的摩擦力作用, 将粉末颗粒向前滚动推进, 可以实现小粒径流动性较差的粉体的铺粉。

赵培[8]等人提出了一种结构简单的快速成形的“跳跃式”铺粉装置。该铺粉装置采用刮板式铺粉机构和滚轮、轨道的构建, 并配有辅助的侧翼结构。该铺粉装置利用上下轨道的自动切换使刮片在铺粉过程的行程两端实现单向抬升与下落, 使得粉末堆始终保持在刮片运动前方, 减少了物料的堆积, 同时加装的侧翼减少了刮片两侧的物料流失, 达到了粉末的高效利用。其设计的铺粉装置具有模块化设计, 可针对不同物料加装模块, 具有易用性的特点。

综上所述, 较为成熟的铺粉装置有移动料斗式, 刮板式, 辊子式以及复合式移动料斗及其复合型铺粉机构, 适用于铺送高流动性粉末。辊子式在上述铺粉装置中的压实效果最好, 刮板式的铺平效果最好, 其缺点在于推铺粉末的过程中, 辊子和刮板对粉末的约束性较差, 造成粉末在铺粉方向的两侧流散, 并在铺粉形成的末端形成粉末堆积, 造成粉末的浪费, 同时效率也会降低。随着SLS加工材料的需求越来越多样, 需要针对对物性不同的材料开发出更为多样的铺粉系统。文章由苏州市基础项目资助。

摘要：选择性激光烧结 (SLS) 是一种重要的快速成型技术, 利用激光照射粉末实现工件的加工固化。文章对SLS系统现有的铺粉结构进行了对比介绍, 主要包括辊子式铺粉装置、单缸双辊双向铺粉装置和“跳跃式”铺粉装置等。此外, 文章还对双光源激光快速成型机的单缸跟随式漏斗铺粉方式进行了简要介绍。

关键词：选择性激光烧结,SLS,铺粉装置

参考文献

[1]Chua Chee Kai, Leong Kah Fai.Rapid prototyping in Singapore:1988 to 1997[J].Rapid Prototyping Journal, 1997, 3 (3) :116-119.

[2]张剑峰, 张建华, 赵剑峰, 等.激光快速成形制造技术的应用研究进展[J].航空制造技术, 2002, 7:34-37.

[3]Knuth J P.Material increase manufacturing by rapid prototyping technique[J].Annals of the CIPP, 1999, 40 (2) :603-604.

[4]朱剑英.增材制造法-MIM技术[J].航空精密制造技术, 1993 (1) :29-32.

[5]J.P.Kruth, X.Wang, T.Laoui, L.Froyen.Progress in Selective Laser Sintering.Annals of the CIPP, 2001, 21-38.

[6]杨军惠, 党新安, 杨立新.选择性激光烧结快速成型机铺粉装置设计[J].机床与液压, 2010, 38 (8) :11-13.

[7]包坤.双光源激光烧结铺粉系统的改进及成型工艺研究[D].