CN115499970A - 一种基于大功率led光纤耦合输出的单色光源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其主要包括光源、耦合单元、驱动单元、反馈单元、人机交互单元五个模块。光源模块采用大功率LED光源，并由单片机控制相关放大电路驱动点亮。耦合单元由耦合***与输出介质(光纤)构成，将耦合***与输出介质(光纤)前后固定在同一负载平台上。驱动单元采用单片机来实现对步进电机的控制，并由步进电机带动丝杠转动，进而带动负载平台的平移，使负载平台上的耦合单元可以与不同LED光源进行准直、耦合与输出。反馈单元由平行于丝杠安装的光栅尺及其反馈电路组成，每次位置切换后，光栅尺测量出耦合单元实际位置，单片机根据反馈参数对耦合单元位置再进行精确调整。人机交互单元由数码板、显示屏与单片机组成，在数码板输入所需单色光波长，单片机根据输入波长控制***进行单色光的产生与输出，并在显示屏显示输入所需波长与真实输出波长。
Description
技术领域
本发明涉及光电应用特种光源领域，具体涉及一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源。
背景技术
近年来在进行生化分析、物质成分鉴别、荧光激发等实验操作及实际应用中，存在许多普通照明无法满足的照明需求，如对特定波长高精度的需求、对光照高显色度的需求、易燃易爆环境下高安全性的需求等。
新兴的光纤照明技术较好地解决了传统照明所面临的难题。市面上作此用途的产品大多是以氙灯、钨灯等作为基础光源，通过棱镜、光栅等光学器件进行分光，从而得到窄线宽的小功率单色光。氙灯、钨灯等作为基础光源来说，利用效率低、器件成本高，在使用过程中不仅会产生大量的热，还会造成汞污染。通过棱镜和光栅等光学器件进行分光的方法，虽然获得了谱宽更窄的单色光，但输出功率大大降低，光源有效利用率也较低。对于对单色光线宽精度要求不高，但功率需求较大的一类应用来说，现有产品不能很好的满足使用要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源。
本发明采用的技术方案是：一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，包括光源、耦合单元、驱动单元、反馈单元、人机交互单元五个模块。光源用于单色光的产生，耦合单元用于单色光的准直、耦合与输出，驱动单元用于不同波长单色光之间的切换，反馈单元用于提高单色光的实际输出波长精确性，人机交互单元用于操作者对所需单色光进行的波长信息输入与实际输出单色光的波长信息反馈。
进一步的，光源由光谱范围在395-535nm的15只光谱间隔10nm，带宽 5nm的1W大功率LED构成，15只LED并行排列安装，并用单片机和相应放大电路进行驱动，按需点亮。耦合单元由耦合***与输出介质构成，耦合***为一双凸透镜组，输出介质为2mm大直径塑料光纤。考虑到二者对光波长需求的同步性，将耦合***与输出介质前后固定在同一负载平台上。驱动单元采用单片机来实现对步进电机的控制，并由步进电机带动丝杠转动，进而带动负载平台的平移，此时负载平台上的耦合单元可以与不同LED光源进行准直、耦合与输出。反馈单元由平行于丝杠安装的光栅尺及其反馈电路组成，耦合单元每次位置切换后，光栅尺测量出实际的耦合单元精确位置并反馈回单片机，单片机根据返回参数对耦合单元位置再进行调整。人机交互单元由数码板、显示屏与单片机组成，数码板供操作者输入所需单色光波长，单片机根据输入波长控制***进行单色光的产生与输出，并在显示屏显示输入所需波长与真实输出波长。
作为本发明的进一步改进，所述单片机中计算机控制的***采用 STM32作为主控制器,其拥有先进的Cortex-M3内核架构,与传统的 8051,ARM7TDMI内核相比有以下优点:
(1)单周期乘法指令和硬件除法指令,实现了出色的高效率(1.25DMIPS/MHz)
(2)内置快速的中断控制器,提供了优越的实时特性
(3)与ARM7TDMI相比运行速度最多可快35％且代码最多可节省45％
(4)拥有三种低功耗模式和灵活的时钟控制机制，便于用户优化需要灵活选择
(5)价格低廉，外设功能丰富，节省***开发时间
作为本发明的进一步改进，所述光源采用大功率LED作为基础光源有以下优点：
(1)使用寿命时间长。发光寿命可长达5～10万小时。
(2)发光效率高。当LED通电发光时，实验测定，有百分之十的电能转换为光能，普通白炽灯的转化效率仅有百分之七到百分之八。
(3)发光响应速度快。LED灯的响应时间在几纳秒内，高频特性高，能显示脉冲信号，与LED灯进行对比，白炽灯响应时间在毫秒级，高频特性较差。运用于本产品，可提高光源处的出光速度。
(4)绿色环保。普通节能灯工作原理是加热电阻丝，所以容易产生对环境有害的物质比如汞和其他重金属。而LED为全固体发光体、废弃物可回收、没有污染减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生改善人们生活居住环境，可称“绿色照明光源。”
附图说明
图1本发明的主要结构示意图。
图2本发明的***机械结构示意图。
图3本发明的LED控制结构示意图。
图4本发明的步进电机模块控制示意图。
具体实施方案：
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参看图1至图4所示，本发明提出一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，包括光源、耦合单元、驱动单元、反馈单元、人机交互单元五个模块。光源用于单色光的产生，耦合单元用于单色光的准直、耦合与输出，驱动单元用于不同波长单色光之间的切换，反馈单元用于提高单色光的实际输出波长精确性，人机交互单元用于操作者对所需单色光进行的波长信息输入与实际输出单色光的波长信息反馈。
参看图2，光源由范围在395-535nm的15只光谱间隔10nm，带宽5nm 的1W大功率LED构成，15只(4)LED光源采用并行排列的安装方式，并由(1) 单片机和相应(2)驱动电路进行控制，按需点亮。耦合单元由(6)耦合***与 (7)输出介质构成，耦合***为一双凸透镜组，输出介质为2mm大直径塑料光纤。考虑到二者对光波长需求的同步性，将(6)耦合***与(7)输出介质前后固定在同一(8)负载平台上。驱动单元采用(1)单片机来实现对(3)步进电机的控制，并由(3)步进电机带动丝杠转动，进而带动(8)负载平台的平移，此时(8)负载平台上的耦合单元可以与不同(4)LED光源进行准直、耦合与输出。反馈单元由平行于丝杠安装的(5)光栅尺及其(9)反馈电路组成，耦合单元每次位置切换后，(5)光栅尺测量出实际的耦合单元精确位置并反馈回(1) 单片机，(1)单片机根据返回参数对耦合单元位置再进行调整。人机交互单元由数码板、显示屏与(1)单片机组成，数码板供操作者输入所需单色光波长，单片机根据输入波长控制***进行单色光的产生与输出，并在显示屏显示输入所需波长与真实输出波长。
本具体实施方式结构简单，设计合理，通过单片机控制步进电机进行对不同波长的光源的选择并最后输出单色光源。提高了单色光源的功率且不造成光污染，提高了***开发的时间，具有一定的使用价值，可以实现自由选择，操作方便，便携使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方案。
Claims (7)
1.一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其特征在于：包括光源、耦合单元、驱动单元、反馈单元、人机交互单元五个模块，主要结构有单片机、数码板、显示屏、步进电机、LED光源、光栅尺、光纤、丝杠等。所述光源用于单色光的产生，耦合单元用于单色光的准直、耦合与输出，驱动单元用于不同波长单色光之间的切换，反馈单元用于提高单色光的实际输出波长精确性，人机交互单元用于操作者对所需单色光进行的波长信息输入与实际输出单色光的波长信息反馈。
2.根据权利要求1所述的一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其特征在于：15支光谱间隔10nm，带宽5nm的1W大功率LED光源代替钨灯、氙灯、卤素灯等作为基础光源，光谱范围为395-535nm，有效光谱范围广，功率大，电光转换效率高，同时可通过电流调控实现光源亮度的可调控。
3.根据权利要求1所述的一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其特征在于：直接对不同波长LED光源进行耦合，相较棱镜、光栅等分光器件，可以获得更大功率的输出。
4.根据权利要求1所述的一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其特征在于：基于单片机和多路解复用器件，实现对15只并行大功率LED的按需点亮控制，避免不相干波长单色光的干扰。
5.根据权利要求1所述的一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其特征在于：耦合单元中以双凸透镜组作为耦合***，实现从光源到输出介质的耦合，直接方便，减少耦合过程中的光损耗。
6.根据权利要求1所述的一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其特征在于：传输介质采用2mm大直径塑料光纤，提高耦合效率，减少损耗，同时提高容差率，降低对操作的要求。
7.根据权利要求1所述的一种基于大功率LED光纤耦合输出的单色光源，其特征在于：用光栅尺实时测量负载平台的实际位置，并通过反馈回单片机对负载平台进行二次调整，提高***精确度与光源输出的有效利用率。
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