DE112012002055T5

DE112012002055T5 - Lichtquelle, LED-Impulssteuerung und Verfahren zur programmierbaren Impulssteurung und Synchronisierung von Leuchtvorrichtungen

Info

Publication number: DE112012002055T5
Application number: DE112012002055.3T
Authority: DE
Inventors: Thomas Blair Porter; Stewart Andrew Clark
Original assignee: Lumen Dynamics Group Inc
Current assignee: Excelitas Canada Inc
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2014-02-06
Also published as: US9013116B2; WO2012151678A1; US20140184089A1

Abstract

Bereitgestellt werden eine LED(Leuchtvorrichtungs)-Lichtquelle (100), eine Impulssteuerung oder ein Impulssteuermodul (130) für eine LED-Lichtquelle, und ein Verfahren, um das relative Timing und die Phase der LED-Lichtimpulserzeugung und des Betriebs von Periphergeräten in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug zu steuern. Es wird ein System bereitgestellt, das eine Impulssteuerung (130) umfasst, um die Synchronisierung mehrerer LEDs (144) und/oder anderer Vorrichtungen und Periphergeräte (164) in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug zu steuern. Die Impulssteuerung (130) umfasst einen Prozessor (131), der eine zeitbasierte Abfolge von digitalen Steuersignalen (141) von empfangenen Eingängen (121), die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, programmierbar ausführt. Die Impulssteuerung sorgt für mehrere Impulsfolgen, wo eine verbesserte Steuerung des relativen Timings mehrerer Ereignisse erforderlich ist, wie etwa zum Steuern mehrerer LED-Lichtquellen mit hoher Stärke und zur synchronisierten Steuerung von Periphergeräten wie Detektoren für Anwendungen wie etwa die Fluoreszenzmikroskopie und andere spektroskopische Anwendungen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Entfällt
TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern von Lichtquellen, die Festkörperleuchtvorrichtungen (LEDs) umfassen, und betrifft insbesondere Impulssteuerungen für LED-Lichtquellen mit hoher Stärke für Anwendungen wie die Fluoreszenzmikroskopie, die eine Steuerung des Timings und eine Synchronisierung eines oder mehrerer Lichtimpulse erfordern.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Festkörper-Leuchtvorrichtungen (LEDs) wie etwa Leuchtdioden oder Festkörperlaser sind nun im Handel erhältlich, wobei die Leistungsdichte im sichtbaren und im Nahultraviolett(UV)spektrum zunehmend höher wird. Einige dieser LEDs, und insbesondere Leuchtdioden für UV und sichtbares Licht mit hoher Helligkeit haben nun die Fähigkeit gezeigt, Hochleistungslampen (z. B. Quecksilberlampen) und herkömmliche laserbasierte Systeme als Lichtquellen für die Fluoreszenzmikroskopie und andere spektroskopische Anwendungen abzulösen. LED-Lichtquellen sind verhältnismäßig kompakt, sind elektronisch steuerbar, können moduliert werden, um einen gepulsten Betrieb bereitzustellen, und weisen möglicherweise Vorteile in Bezug auf die Kosten und eine verhältnismäßig lange Lebensdauer auf.
Bei einer typischen Fluoreszenzmikroskopieanwendung, zum Beispiel für die biomedizinische Diagnostik, wird eine biologische Probe, die einen Fluorophor enthält, mit Licht mit einer bekannten Wellenlänge beleuchtet und die sich ergebende Fluoreszenz unter Verwendung einer CCD-Kamera beobachtet. Obwohl es genügte, die Fluoreszenz qualitativ zu beleuchten und zu erfassen, hat ein zunehmendes Streben nach einer quantitativen Analyse eine genauere Steuerung der Versuchsbedingungen und -parameter erforderlich gemacht. In einigen Systemen kann das Beleuchtungssystem einige LED-Lichtquellen umfassen, die jeweils Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge oder Farbe erzeugen und für eine gepulste Anregung von Fluoreszenz von einer biologischen Probe mit dem Mikroskopsystem gekoppelt sind. Bestehende LED-Beleuchtungssysteme bieten nur eine begrenzte Flexibilität im Hinblick auf die Steuerung der Lichtimpulse oder Impulsfolgen von mehreren LEDs und/oder die Synchronisierung mit externen Vorrichtungen wie etwa Strahlungsmessern, Detektoren, Kameras oder anderen Mikroskopie-Periphergeräten.
Zum Beispiel kann es bei manchen Anwendungen während eines Versuchs erwünscht sein, Zellen einem Lichtimpuls von kontrollierter Dauer und Stärke auszusetzen, um die Photobleichung der Zellen zu minimieren. Zu diesem Zweck ist zusammen mit einem in Bezug auf das Ein- oder Ausschalten der Lichtquelle vorab oder verzögert erfolgenden Betätigen von externen Vorrichtungen eine bestimmte und genaue Steuerung der Lichtquellenimpulse nötig. Typischerweise kann eine enge und flexible Steuerung der LED-Lichtquelle in einem Zeitbereich von einigen wenigen Mikrosekunden bis zu vielen Stunden mit Einstellbarkeit im Mikrosekunden-, Millisekunden- oder Sekundenbereich erforderlich sein.
Daher kann ein typischer Fluoreszenzmikroskopieversuch erfordern, dass dem folgenden generischen Vorgang gefolgt wird:

– Aktivieren einer/von LED(s) mit (einer) gewählten Wellenlänge(n) mit (einer) vorherbestimmte(n) Intensitätsstufe(n)
– Erfassen eines Bildframes von einer Digitalkamera,
– Deaktivieren der LED(s),
– falls nötig, Wiederholen der Abfolge.

Die Komplexität des Versuchs kann zum Beispiel abhängig von der Anzahl der LEDs, die ein/ausgeschaltet werden, der Erfassungszeit eines Periphergeräts wie etwa einer CCD-Kamera, der Ablaufsteuerung der verschiedenen LEDs, der Gerätesynchronisierung, der Wiederholungsrate wie auch anderer Parameter und Steuerungen unterschiedlich sein.
Die Anforderungen für die Auslösung ergeben sich aus der Notwendigkeit, Ereignisse zeitlich zwischen mehreren physischen Elementen in einem System abzustimmen. Das heißt, dass zum Beispiel ein Detektor oder eine CCD-Kamera ausgelöst werden muss, um zu einer bestimmten Zeit in Bezug auf den Beginn des Versuchs mit der Erfassung von Daten zu beginnen.
Viele bekannte LED-Quellen gestatten, dass zur Automatisierung der LED-Aktivierung/Deaktivierung während eines Fluoreszenzversuchs externe Impulserzeugungsgeräte an die LED-Lichtquelle angeschlossen werden. Doch solche Geräte erfordern typischerweise die Fähigkeit des Anschlusses eines BNC-Kabels für jede LED und zumindest einen externen Impulsgenerator auf dem Labortisch. Ein gesondertes Signal muss gesendet werden, um die Kamerabelichtung auszulösen. Dieses kann entweder durch den Impuls selbst oder von dem Signalgenerator-Auslösungsausgangssignal erlangt werden. In Situationen, in denen bei jeder LED unterschiedliche Impulslängen und Wiederholungsraten bestehen, würde für jede einzigartige Impulssignatur, die verwendet wird, das Erfordernis einzelner Impulsgeneratoren und zugehöriger Verkabelungen bestehen.
Die Fähigkeit, Impulse intern zu erzeugen, würde die Notwendigkeit von externen Impulsgeneratoren, der Ableitung externer Auslösungen und der Komplexität der zugehörigen Verkabelung beseitigen. Doch bestehende LED-Lichtquellen bieten keine individuelle Impulssteuerung für mehrere LEDs. Ein im Handel erhältliches System arbeitet entweder im internen Impulserzeugungsmodus oder im externen Impulserzeugungsmodus. Eine solche Beschränkung bedeutet, dass das System entweder extern gepulst wird oder sich auf den internen Generator verlässt. Obwohl einzelne LEDs ein- oder ausgeschaltet werden können, ist die Folge davon, dass die Impulse in der Phase ausgerichtet werden und über alle LEDs hinweg kopiert werden. Für Fluoreszenzversuche, bei denen es erforderlich ist, dass die LEDs in Abfolgen aktiviert und deaktiviert werden, die deutlich phasenverschoben sind und/oder unterschiedliche Impulseigenschaften aufweisen, ist erhebliche zusätzliche Hardware einschließlich eines zusätzlichen externen Impulsgenerators erforderlich.
Zum Beispiel werden unter Bezugnahme auf 1 (Stand der Technik), die Lichtimpulsabfolgen veranschaulicht, wenn ein einzelner interner oder externer Impulsgenerator verwendet wird, um mehrere LEDs, z. B. die LED1 und die LED2, zu steuern, alle LEDs in dem System zur gleichen Zeit und mit der gleichen Einschaltdauer ein- oder ausgeschaltet sein. Es gibt nur eine Auslösung, die angibt, wann sich alle LEDs ein- und ausschalten sollten. Es gibt keine unabhängige Kanaleinstellung. Unter Bezugnahme auf 2 (Stand der Technik), die Lichtimpulsabfolgen veranschaulicht, welche unter Verwendung mehrerer Impulsgeneratoren erhalten werden, um eine unabhängige Steuerung der LEDs bereitzustellen, kann jede LED eine einzigartige Ein/Aus-Zeit aufweisen. Doch die Verzögerung oder Phasenverschiebung zwischen der ersten und der zweiten Impulsfolge ist schwer zu steuern.
Das Fehlen einer integrierten Impulssteuerungsfunktionalität in den bekannten Systemen führt zu erheblichen zusätzlichen Ausrüstungskosten für externe Impulsgeneratoren und Steuergeräte und sich daraus ergebenden Anforderungen für den Platz auf dem Labortisch und die Verkabelung, die damit verbunden sind. Selbst für erfahrene Benutzer führt eine solche Anordnung bei Versuchen, die eine Steuerung der Lichtimpulseigenschaften und der relativen Phase für mehrere LEDs erfordern, auch zu einer erheblichen Zeit und Komplexität für die Einrichtung des Versuchs. Ein billigeres System und eine einfachere Einrichtung und ein einfacherer Betrieb wären erwünscht.
Daher besteht ein Bedarf an verbesserten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern der Impulserzeugung und der Synchronisierung von LED-Lichtquellen für Anwendungen wie etwa die Fluoreszenzmikroskopie.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung trachtet danach, die oben genannten Probleme bei bekannten LED-Steuersystemen und Verfahren zu beseitigen oder abzuschwächen oder wenigstens eine Alternative zu bieten.
Ein erster Gesichtspunkt der Erfindung stellt eine LED-Lichtquelle bereit, die Folgendes umfasst: ein LED-Modul (140), das eine oder mehrere LEDs (142) und jeweilige LED-Treiber (144) umfasst, ein Steuermittel (120), und ein Impulssteuermittel (130), um die Impulserzeugung zu steuern, wobei das Impulssteuermittel ein Prozessormittel (130) umfasst, um Eingänge (121), die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, zu erhalten, und Steuersignale für jede von mehreren Vorrichtungen, die die eine oder die mehreren LEDs und/oder andere (Peripher)geräte umfassen, zu erzeugen und das Timing und die relative Phase des gepulsten Betriebs der einen oder der mehreren LEDs und/oder der einen oder der mehreren anderen Vorrichtungen (160) in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug unabhängig zu steuern.
Vorteilhaft ist das Prozessormittel (130) dazu betriebsfähig, eine zeitbasierte Abfolge von Steuersignalen auszuführen, die digitale Ausgänge zur unabhängigen Steuerung des Timings und der relativen Phase einer Veränderung im Betriebszustand einer oder mehrerer der mehreren Vorrichtungen umfassen, wobei die digitalen Ausgänge für jede der mehreren Vorrichtungen einen entsprechenden LED-Ausgang oder Auslösungsausgang umfassen. Für jede Veränderung im Betriebszustand umfassen die digitalen Ausgänge eines oder mehrere aus LED-Ein-, LED-Aus-, Auslösung-Ein- und Auslösung-Aus-Ausgängen.
Das Prozessormittel (130) kann ferner Folgendes umfassen: ein Schnittstellenmittel (136), um von dem Steuermittel (120) Eingänge zu erhalten, die eine Impulserzeugungsabfolge (121) angeben, welche Übergangsereignisse definiert, die mit einer Veränderung des Betriebszustands für eine oder mehrere der mehreren Vorrichtungen verbunden sind, wobei die Eingänge das Timing jedes Übergangsereignisses in Bezug auf den gemeinsamen Timingbezug und für jedes Übergangsereignis den entsprechenden Betriebszustand für jede Vorrichtung umfassen; ein Datenspeichermittel (134), um die Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, zu speichern; ein Timermittel (132), um Übergangsereignisse zeitlich in Bezug auf den gemeinsamen Timingbezug zu bestimmen; und ein digitales Ausgabemittel (138), um eine zeitbasierte Abfolge der Steuersignale zu erzeugen, die für jedes Übergangsereignis digitale Ausgänge umfasst.
Für jedes Übergangsereignis umfassen die digitalen Ausgänge eines oder mehrere aus LED-Ein-, LED-Aus-, Auslösung-Ein- und Auslösung-Aus-Ausgängen, um den Betriebszustand einer jeden der mehreren Vorrichtungen zu steuern. Das Timermittel (132) definiert das gemeinsame Bezugstiming für die mehreren Vorrichtungen und kann ferner ein Zählermittel zum Zählen von Zeiteinheiten umfassen. Das Speichermittel (134/136) speichert Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge für die zeitbasierte Abfolge angeben und die Folgendes umfassen: Timingwerte in Timingeinheiten in Bezug auf das gemeinsame Bezugstiming für jedes Übergangsereignis; und entsprechende Anschlussausgangswerte zur Festlegung des Betriebszustands einer jeden der mehreren Vorrichtungen bei jedem Übergangsereignis. Das Prozessormittel ist von der zeitbasierten Abfolge her dazu betriebsfähig, anfängliche Ausgangsanschlusswerte festzulegen und das Zählermittel so zu betreiben, dass Timingeinheiten bis zu einem Übergangsereignis gezählt werden, entsprechende Ausgangsanschlusswerte abzurufen und entsprechende digitale Ausgänge bereitzustellen, die Anschlussausgangswerte für jede Vorrichtung für jedes Übergangsereignis umfassen.
Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung stellt eine Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle (100) bereit, die ein Prozessormittel (130) umfasst, um Eingänge (121), die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, zu erhalten, und Steuersignale für jeden von mehreren Kanälen (131/161) zu erzeugen, um das Timing und die relative Phase des gepulsten Betriebs von mehreren Vorrichtungen (140 und/oder 160), die eine oder mehrere LEDs (140) und eine oder mehrere andere Vorrichtungen oder Periphergeräte 160) umfassen, in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug unabhängig zu steuern.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer LED-Lichtquelle, die eine oder mehrere LEDs und jeweilige LED-Treiber, ein Steuermittel und ein Impulssteuermittel zum Steuern der Impulserzeugung umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhalten von Eingängen, die eine Impulserzeugungsabfolge für jede von mehreren Vorrichtungen, die die eine oder die mehreren LEDs umfassen, und optional für eine oder mehrere andere Vorrichtungen angeben, von einem Eingabemittel; Erzeugen, in dem Impulssteuermittel, von digitalen Steuersignalen für jeden von mehreren Kanälen (131/161), die jeweils mit einer jeweiligen einen der einen oder der mehreren LEDs und des einen oder der mehreren Periphergeräte verbunden sind; wobei die digitalen Steuersignale das Timing und die relative Phase des gepulsten Betriebs der mehreren Vorrichtungen (140 und/oder 160), die eine oder mehrere LEDs (140) umfassen, und einer oder mehrerer anderer Vorrichtungen (160) in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug unabhängig steuern.
Noch ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung stellt ein System bereit, das eine Impulssteuerung zum Steuern der Impulserzeugung und der Synchronisierung mehrerer LEDs und optional eines oder mehrerer Periphergeräte umfasst, wobei die Impulssteuerung ein Prozessormittel zur Ausführung eines wie hier beanspruchten Verfahrens umfasst.
Ein zusätzlicher Gesichtspunkt der Erfindung stellt ein Fluoreszenzmikroskopiesystem bereit, das eine LED-Lichtquelle umfasst, die ein wie hier beanspruchtes integriertes Impulssteuermodul umfasst, um eine zeitbasierte Abfolge von digitalen Ausgängen auszuführen, um das Timing und die relative Phase eines oder mehrerer LED-Lichtimpulse und die Synchronisierung mit Periphergeräten des Fluoreszenzmikroskopiesystems unabhängig zu steuern.
Zum Beispiel kann eine Impulssteuerung oder ein Impulssteuermodul digitale Ausgänge zum Steuern von 8 Kanälen, z. B. für 4 LEDs und 4 jeweilige/entsprechende Auslösungen für Periphergeräte, bereitstellen. Das Verfahren umfasst das Ausführen einer Ausgangssteuerabfolge, um 8 jeweilige digitale Ausgänge in einer koordinierten Abfolge zu erzeugen. Auf Basis eines gemeinsamen Timingbezugs können Timingimpulse in Bezug zueinander erzeugt werden, um zu ermöglichen, dass auf jedem Kanal eine Abfolge von Ereignissen unabhängig gesteuert wird. Jedes Ausgangssignal oder jeder Kanal kann in Bezug auf einen einzelnen Zeitbezug unabhängig oder abhängig programmiert werden. Die Impulsfolge für jeden Kanal kann unabhängig sein, und das Verfahren kann das Erzeugen von Impulsen in jeder beliebigen Abfolge auf jedem beliebigen Kanal, und/oder ohne dass Ausgabekanäle verändert werden müssen, umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Impulssteuerung die Form eines Impulssteuermoduls an, das vorzugsweise in die Lichtquelleneinheit aufgenommen ist und zum Beispiel einen Prozessorchip, ein FPGA, CPLD, ASIC oder eine andere digitale Prozessorvorrichtung oder -schaltung umfassen kann, um ein wie hier beschriebenes Verfahren auszuführen, d. h., um die zeitbasierte Abfolge digitaler Steuersignale von empfangenen Eingangsimpulsparametern programmatisch auszuführen.
Günstigerweise umfasst die Lichtquelle eine Benutzerschnittstelle, vorzugsweise eine graphische Touch-Screen-Benutzerschnittstelle, um die Eingabe von Impulsparametern für jeden Kanal zu erleichtern, und um das Sehen der Impulsparameter zum Beispiel in einem virtuellen Oszilloskop-Modus zu gestatten.
Daher wird der Betrieb einer oder mehrerer LED-Lichtquellen durch einen gemeinsamen Timingbezug oder ein einzelnes Anfangsereignis ausgelöst und zeitlich in Bezug dazu festlegt und auf einen einzelnen zeitbasierten Parameter, der eine Reihe von digitalen Ausgängen erzeugt, die wie ein Programm ausgeführt werden können. basiert. Alle LEDs können unabhängig mit unterschiedlichen Impulsfolgen eingerichtet werden, während das Timing zwischen den internen LEDs und externen Vorrichtungen auf eine einzelne (d. h., gemeinsame) Zeitquelle, die durch ein gemeinsames Anfangserzeugnis ausgelöst wird, zurück bezogen wird.
Die LED-Lichtquelle kann mehrere LEDs umfassen, die verschiedene Wellenlängen oder Farben ausstrahlen und unabhängig betätigt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Steuerausgänge in Paaren für jede LED und eine entsprechende externe Auslösung erzeugt und umfassen sie einen Phasenunterschied, der durch einen jeweiligen ”Sync-Out”-Timingparameter definiert ist.
Durch Wählen einer umfassenden Auslösungsoption können alle Ausgänge an eine Eingangsauslösung gebunden werden. Dies verringert die erforderliche Anzahl der Kabeleingänge, wenn die LEDs stets zur gleichen Zeit ausgelöst werden sollen. Sie kann mit einer Softwareeinstellung ausgeführt werden und kann für jeden beliebigen Kanal deaktiviert werden, wodurch gestattet wird, dass der isolierte Kanal in einer gesonderten Auslösungsdomäne arbeitet, falls dies nötig ist.
Dadurch gestattet das System, dass jede LED-Impulssteuerung mit einem Auslösungsausgang verbunden wird, der verwendet werden kann, um externe Geräte zu synchronisieren. Wenn Signale intern erzeugt werden, d. h., durch ein integriertes Impulssteuermodul in der Lichtquelleneinheit, besteht auch die Möglichkeit, einen Auslösungskanalausgang in Bezug auf den LED-Steuerausgang abzustimmen. Das heißt, dass es in einer Situation, in der ein externes Gerät eine lange Zeit zur Initialisierung benötigt, bevor es zur Verwendung bereit ist, möglich ist, sein Anlaufen durch Verwenden der LED-Impulsinformation und ”Vorausblicken” für eine bestimmte Zeit in der Abfolge von der Abfolge her vor der Aktivierung der LED einzurichten.
Das System ist fähig, dies auf einer ”pro-LED”-Basis vorzunehmen, so dass für ein System von 4 LEDs vier solche Ausgänge vorhanden sein können, die passend zeitlich entweder vorgerückt oder verzögert werden können. Auch in sich wiederholenden Impulsfolgen sind die Vorrück- und die Verzögerungszeit nicht auf einen einzelnen Zyklus beschränkt.
Eine bevorzugte Ausführung des Systems umfasst 8 Kanäle und bindet 4 Kanäle an die LEDs und 4 an die Auslösungsausgänge für andere Vorrichtungen, z. B. Periphergeräte wie Detektoren oder andere externe Geräte. Jeder LED-Kanal ist mit einem Auslösungsausgangskanal gepaart, und der Auslösungsausgang kann eine zeitlich vorgerückte oder verzögerte Version der LED-Impulsfolge sein. Die Paarung aus LED und Auslösung kann unterbrochen oder auf eine andere Weise eingerichtet sein, um die Auslösung von einem Wiederholen der LED-Impulsfolge zu lösen. Diese Option gestattet, dass sich die Einheit so verhält, als ob sie vier gesonderte, programmierbare TTL-Pegel-Impulserzeuger aufweisen würde, die entweder zum Antreiben von Geräten in einem anderen Teil des Versuchs oder zur Gänze für einen vollständig isolierten Versuch verwendet werden könnten. Da die Impulsfolge in dem Speicher als Reihe von Übergangsereignissen erstellt ist, ist es in gleicher Weise möglich, dass jede LED so konfiguriert wird, dass sie eine willkürliche zugeteilte Impulsabfolge aufweist.
Die Fähigkeit, verschiedene Auslösungsdomänen und verschiedene Impulsabfolgen über ausgedehnte oder sehr lange Zeiträume zu erstellen, bedeutet, dass vieles der Komplexität der Ablaufsteuerung, das bei bestehenden Abfolgen gegenwärtig in Softwareanwendungen höherer Ebene ausgeführt wird, nach unten zu einem Einzweck-Hardwareelement wandern kann. Bei PC-Anwendungssoftware, die im Hinblick auf, zum Beispiel, Timinginstabilität, Sicherheitsprobleme oder die Stabilität des Betriebssystems empfindlich ist, hilft die Wanderung dieser Ablaufsteuerung bei der experimentellen Stabilität der Einrichtung.
Jede LED kann in Bezug auf die Beschaffung des Signalimpulses unabhängig arbeiten. Sofern die LED von ihrem eigenen internen Generator zum Pulsieren eingerichtet werden kann, kann sie auch einzeln zur Verwendung einer externen Quelle eingerichtet werden.
Die Kanäle können einzeln als intern oder extern konfiguriert werden und können auf einer ”pro-LED”-Basis ausgelöst werden. Dies weist den Vorteil auf, dass die Fähigkeit besteht, Anwendungen zu unterstützen, bei denen zwischen einigen der Eingänge keine bekannte Beziehung besteht. Zum Beispiel können zwei der Kanäle durch Auslösungen laufen, die intern in dem Impulssteuermodul erzeugt werden, während ein asynchrones Ereignis andere LEDs steuert.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung stellt ein Fluoreszenzmikroskopiesystem bereit, das eine LED-Lichtquelle umfasst, die ein wie oben beschriebenes Impulssteuermodul umfasst, um eine zeitbasierte Abfolge von digitalen Ausgängen auszuführen, um das Timing und die relative Phase eines oder mehrerer LED-Lichtimpulse und die Synchronisierung mit Periphergeräten unabhängig zu steuern.
Die LED-Lichtquellen können Leuchtdioden oder andere Halbleiter-Leuchtvorrichtungen einschließlich Laserdioden oder andere Elektrolumineszenz-Vorrichtungen, die Licht mit einer erforderlichen Wellenlänge ausstrahlen, umfassen.
Somit stellen die LED-Lichtquellen, die Impulssteuermodule, die Systeme und die Verfahren nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine integrierte Funktionalität für eine interne Impulssynthese mit einer verbesserten Steuerung einzelner Impulse oder Impulsfolgen von mehreren LEDs einschließlich von Auslösungsdomänen, der Auslösungsphasenregulierung und der externen Synchronisierung für Anwendungen wie die Fluoreszenzmikroskopie bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen umfassen eine graphische Touch-Screen-Benutzerschnittstelle für die Steuerung, die einer Bedienungsperson vorteilhaft gestattet, Versuche leichter einzurichten und Parameter leichter abzuwandeln, indem eine Schnittstelle angeboten wird, um für jeden Kanal eine bestimmte Betriebswellenlänge und Parameter wie etwa die Verzögerungszeit, die Einschaltzeit, die Ausschaltzeit und das ”Sync-Out”-Timing zu wählen. Eine andere Schnittstelle oder ein LED-Bildschirm kann eine virtuelle Oszilloskop-Ansicht bereitstellen, um zu ermöglichen, dass Impulsabfolgen oder Impulsfolgen für jeden Kanal z. B. für jedes der vier Paare aus LED und externer Auslösung sichtbar gemacht werden.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, wobei diese Beschreibung nur beispielhaft ist, offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen weisen identische oder entsprechende Elemente in den verschiedenen Figuren das gleiche Bezugszeichen auf.
1 (Stand der Technik) veranschaulicht schematisch Impulsfolgen, wenn ein einzelner interner oder externer Impulserzeuger verwendet wird, um mehrere LEDs (LED1, LED2) zu steuern;
2 (Stand der Technik) veranschaulicht schematisch Impulsfolgen für mehrere LEDs (LED1, LED2) unter Verwendung gesonderter Impulserzeuger für eine unabhängige Steuerung der LEDs;
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung für die Fluoreszenzmikroskopie, die eine LED-Lichtquelle aufweist, welche ein LED-Modul, ein Steuermodul und ein Impulssteuermodul nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils des Systems, das mehr Einzelheiten des LED-Moduls, des Steuermoduls und des Impulssteuermoduls, die in 3 veranschaulicht sind, zeigt;
5 zeigt ein Beispiel eines schematischen Timingdiagramms für die Timingausgänge (Timingeinheiten) und jeweilige Steuerbits für zwei Kanäle, die ein Paar von digitalen Steuersignalen, d. h., eines für einen LED-Ausgang und eines für einen zugehörigen Auslösungsausgang, bereitstellen;
6 zeigt ein anderes Beispiel eines schematischen Timingdiagramms für die Timingausgänge (Timingeinheiten) und jeweilige Steuerbits für eine Vielzahl von 4 Kanälen für LED-Ausgänge und/oder Auslösungsausgänge;
7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Schritte des Verfahrens zur Erzeugung digitaler Ausgänge zum Steuern der Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge für jeweilige Kanäle für jeden LED-Ausgang und einen externen Auslösungsausgang angeben, veranschaulicht;
8, 9, 10 und 11 zeigen schematische Diagramme, die Bildschirmabbildungen der graphischen Touch-Screen-Benutzerschnittstelle für das Steuersystem zeigen; und
12 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Verfahrensschritte (durch das System ausgeführte Schritte einer hohen Ebene) zur Erzeugung digitaler Steuersignale veranschaulicht, die LED-Lichtquellen für die Fluoreszenzmikroskopie steuern.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine schematische Ansicht einer Vorrichtung für die Fluoreszenzmikroskopie 10, die eine integrierte Impulssteuerung, d. h., ein Impulssteuermodul 130, nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, ist in 3 gezeigt. Die Lichtquelle 100 umfasst auch ein LED-Modul 140 und ein Steuermodul 120.
Unter Bezugnahme auf 3 wird die Beleuchtung von dem LED-Modul 140 durch einen Lichtleiter 180 optisch mit einem Mikroskop 200 gekoppelt, um eine untersuchte biologische Probe 220 zu beleuchten. Ein Abbildungssystem, d. h., eine CCD-Kamera 160, ist mit dem Mikroskop 200 gekoppelt. Die Lichtquelle 100, die das LED-Modul 140, die Steuerung 120, die Impulssteuerung 130 und eine Benutzerschnittstelle 150 umfasst, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 4, die schematisch ein Blockdiagramm zeigt, das nähere Einzelheiten dieser Bestandteile und ihrer Verbindungen veranschaulicht, näher beschrieben werden.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst die Lichtquelle 100 bei dieser Ausführungsform das LED-Modul 140, das mehrere LED-Lichtquellen 144 mit verschiedenen Wellenlängen umfasst, in einer Einheit mit dem Steuermodul 120 und dem Impulssteuermodul 130. Das Lichtquellenmodul 140 umfasst vier LEDs 144 (144a bis 144d) und jeweilige LED-Treiber 142 (142a bis 142d), die jeweils über eine digitale E/A-Schnittstelle an die Steuerung 120 angeschlossen sind. Die Steuerung 120 umfasst einen Hauptprozessor 122, um die LEDs ein- und auszuschalten und Betriebsparameter einschließlich des Ein/Aus-Status und anderer Betriebsparameter zu steuern. Die LED-Steuerung 120 weist eine Schnittstelle 124 auf, d. h., umfasst eine IIC(Inter-Integrated Circuit)-Schnittstelle mit einem Zweidraht-Serienbus-Kommunikationsprotokoll zu dem Impulssteuermodul 130 auf. Die LED-Steuerung 120 umfasst auch eine externe Schnittstelle 128 zu der Benutzerschnittstelle 150 und ein digitales E/A-Modul 125, das mit den LED-Treibern 142 des LED-Moduls 140 gekoppelt ist. Die Benutzerschnittstelle 150 umfasst vorzugsweise eine graphische Touch-Screen-Benutzerschnittstelle, um die Benutzereingabe von Impulsparametern und die Steuerung des Systems zu erleichtern. Die LED-Steuerung 120 weist vorzugsweise auch eine externe USB-Schnittstelle auf, die verwendet werden kann, um die Benutzereingabe und die Steuerung des Systems zu erleichtern. Benutzereingaben, die Impulsparameterinformationen umfassen, werden durch die Steuerung umgewandelt, wie nachstehend ausführlich beschrieben werden wird, um entsprechende Eingänge (121) an das Impulssteuermodul bereitzustellen, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben.
Das Impulssteuermodul 130 umfasst ein Verarbeitungsmittel, bei diesem Beispiel einen Prozessor 131, der eine interne Schnittstelle 136 zu der Steuerung 120, um Eingänge von der Steuerung zu erhalten, einen Timer 132 und ein Speicherfeld 134 und digitale Ausgänge 138 an das LED-Modul 140 zur Steuerung der Impulsdauer und der relativen Phase umfasst. Die digitalen Ausgänge 138 stellen digitale Steuersignale in der Form von LED-Ausgängen, oder LED-Ein/Aus-Auslösungen, bereit, um Timingparameter wie die Impulsdauer und die relative Phase für einen einzelnen Impuls (Einzelschuss) oder mehrere Impulse (Impulsfolgen) von Licht mit einer oder mehreren Wellenlängen von einer oder mehreren LEDs zu steuern. Die digitalen Ausgänge 138 können über eine Verbindung/einen Anschluss 141 mit Eingängen der LED-Treiber gekoppelt sein.
Optional können auch eine externe Vorrichtung 160, die ein Periphergerät 164 umfasst, und ein entsprechender Treiber 162 mit den digitalen Ausgängen 135 des Impulssteuermoduls 130 gekoppelt sein. Die externe Vorrichtung kann zum Beispiel ein Detektor wie etwa die in 3 gezeigte CCD-Kamera 160 sein. Das heißt, die digitalen Ausgänge 138 des Impulssteuermoduls 130 können auch über die Verbindung/den Anschluss 160 gekoppelt sein, um der oder den externen Vorrichtung(en) 160 digitale Steuersignale (z. B. Auslösungssignale) bereitzustellen, z. B. eine externe Auslösung und eine Synchronisierung für den Betrieb der externen Vorrichtung(en) 160.
Das Impulssteuermodul 130 wirkt als relationale Impulssteuerung und umfasst einen zweckbestimmten Hochgeschwindigkeitsprozessor 131, der ein Programm von LED-Ein/Aus-Signalen, um die LEDs zu steuern, und Auslösungssignalen, um Periphergeräte zu steuern, ausführt. Alle LED-Ein/Aus-Signale und Auslösungssignale sind zeitlich in Bezug auf einen einzelnen oder gemeinsamen Zeitbezug festgelegt.
Das Impulssteuermodul 130 bei dieser Ausführungsform umfasst den Prozessor 131 mit einem abwärts zählenden Timer 132, der läuft, wenn die Impulssteuerung eingeschaltet wird, um das Programm auszuführen. Die Datenspeicherfelder 134 halten Programminformationen, die von der Steuerung 120 über die interne Schnittstelle 136 erhalten werden. Die digitalen Ausgänge 138 sind mit dem LED-Modul 140 (über die Verbindung 141) und optional mit einer oder mehreren externen Vorrichtungen (über die Verbindung 161) gekoppelt.
Das Impulssteuermodul 130 erhält Eingänge 121, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, und führt ein Programm aus, das digitale Steuerausgänge für jeden Kanal, d. h., LED-Ausgänge, oder Auslösungsausgänge erzeugt, die zeitlich in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug festgelegt sind. Dadurch können einzelne Impulse oder mehrere Impulsabfolgen für jeden Kanal unabhängig gesteuert werden, während der gemeinsame Timingbezug eine genaue Steuerung des relativen Timings und der relativen Phase der Impulse oder Ereignisse auf zwei oder mehr Kanälen gestattet.
Im Betrieb erhält das Impulssteuermodul 130 eine Reihe von Ereignissen, die zeiteinheitsbasiert sind. Während der Einrichtung werden Benutzereingaben zur Definition von Impulsparametern empfangen und gespeichert, um Eingänge zu definieren, die eine Impulserzeugungsabfolge 121 für jeden Kanal angeben, um z. B. eine Verzögerungszeit, eine Einschaltzeit, eine Ausschaltzeit für jeden LED-Lichtimpuls und ein ”Sync-Out”-Timing, das eine Vorrückungs- oder Verzögerungszeit für eine zugehörige externe Auslösung definiert, zu definieren. Außerdem ist das Mindestzeitintervall für jeden Kanal definiert. Benutzereingaben können auch Informationen umfassen, die externe Auslösungsoptionen betreffen oder zur Wahl gemeinsamer Auslösungsoptionen für zwei oder mehr Kanäle dienen. Die Benutzereingaben werden durch die Steuerung 120 in Eingänge umgewandelt, die eine wie zum Beispiel in den in 5 und 6 gezeigten Schemata veranschaulichte Impulserzeugungsabfolge in der Form eines einfachen Programms von Befehlen von Ein/Aus-Intervallen zur Ausführung der Verfahrensschritte, die in dem in 7 gezeigten Ablaufdiagramm gezeigt sind, angeben.
Das Programm, das die digitalen Ausgänge 138 steuert, ist vorzugsweise als Feld einer Reihe von Zeiteinheiten auf Basis des Mindestzeitintervalls oder der Schrittlänge und entsprechendes Feld jeweiliger Anschlussausgangswerte für jeden Kanal zu jedem Zeitintervall gespeichert.
Die Zeitbasis wird von einer gezeiteten Unterbrechung der kleinsten Zeitschrittlänge, die durch die Spezifikationen benötigt wird, zum Beispiel 10 μs, abgeleitet. Somit wird die Zeitbasis dann, wenn die kleinste Zeitschrittlänge 10 μs beträgt, 100 Einheiten hochgezählt, um 1 ms zu ergeben, oder für 1 Sekunde 1000 Einheiten hochgezählt. Die gewählte Zeitbasis für ein Programm kann abhängig von den Versuchsanforderungen zum Beispiel Sekunden, Millisekunden oder Mikrosekunden sein. In geeigneter Weise werden digitale Ausgänge für alle acht Kanäle für gleichzeitige Übergänge auf einen Anschluss gesetzt. Alle Zeitbasen werden fortlaufend überwacht, und an dem Ende der Unterbrechung werden die Ausgangsanschlusswerte zu einem Ausgang kombiniert.
Ein einfaches Beispiel dafür, wie dies funktioniert, ist in 5 gezeigt, die die Timingeinheitsabfolge und den LED(Steuer)-Ausgang und den Auslösungs(Synchronisierungs)-Ausgang für ein Paar eines LED-Ausgangs und eines Auslösungsausgangs (d. h., zwei Steuerkanäle) zeigt.
Bei einem solchen Beispiel führt das Impulssteuermodul ein Programm wie folgt aus (es ist zu beachten, dass das Bit 1 der Auslösungsausgang ist, und das Bit 5 der LED-Ausgang ist).

1. Eine Zeit von 5 ist gegeben, und bis die erste Zeiteinheit abläuft, wird der digitale Ausgangsanschlusswert geschrieben, in diesem Fall 0x00.
2. Wenn die Zeit von 25 abgelaufen ist, wird bei diesem Beispiel ein Wert von 1 in den die Zeit abwärts zählenden Timer geladen.
3. Der Wert von 0x10 wird in den Ausgangsanschluss geladen, bis der nächste abwärts zählende Timer abgelaufen ist.
4. Wenn der abwärts zählende Timer abgelaufen ist, wird ein Wert von 9 in den die Zeit abwärts zählenden Timer geladen.
5. Der Wert von 0x11 wird in den Ausgangsanschluss geladen, bis der nächste abwärts zählende Timer abgelaufen ist.
6. Wenn der abwärts zählende Timer abgelaufen ist, wird ein Wert von 1 in den die Zeit abwärts zählenden Timer geladen.
7. Der Wert von 0x01 wird in den Ausgangsanschluss geladen, bis der nächste abwärts zählende Timer abgelaufen ist.
8. Wenn der abwärts zählende Timer abgelaufen ist, wird ein Wert von 1 in den abwärts zählenden Timer geladen.
9. Der Wert von 0x00 wird in den Ausgangsanschluss geladen, bis der Zyklus abgeschlossen ist. Das Programm lädt Eins zurück in den abwärts zählenden Timer und beginnt hinten bei Schritt #1.
10. Wenn das Programm wiederholt werden soll, kehrt es zu Schritt 1 zurück.

Das Ausgangsabfolgefeld lautet:
Zeiten: 5, 1, 9, 1, 1
Anschlussausgang: 0x00, 0x10, 0x11, 0x01, 0x00
Ein Längenzähler von 5 ist automatisch, d. h., aus der Länge des Felds, bestimmt.
Der Betrieb geht wie folgt vor sich:

1. Die Bedienungsperson programmiert zum Beispiel unter Verwendung der wie in dem Bildschirmabzug von 8 gezeigten Benutzerschnittstelle (Touch-Screen 150) die Timingabfolge ein, um die Verzögerungszeit, die Einschaltzeit, die Ausschaltzeit und das ”Sync-Out”-Timing für jedes Paar aus dem LED- und dem Auslösungskanal einzugeben. Die Bedienungsperson kann alternativ die Verzögerungszeit, die Einschaltzeit, die Ausschaltzeit und das ”Sync-Out”-Timing für jedes Paar aus dem LED- und dem Auslösungskanal über eine Befehlsleitungsschnittstelle eingeben.
2. Die Benutzereingaben werden durch den Hauptprozessor 124 der Hauptsteuerplatine 120 über die externe Schnittstelle 128 empfangen und durch die Steuerung 120 verarbeitet, um das Impulssteuerprogramm zu erzeugen, das Übergangsereignisse für jeden Kanal (z. B. LED-Ein-, LED-Aus-, Auslösung-Ein-, und Auslösung-Aus-Ereignisse und das relative Timing der Übergangsereignisse auf jedem Kanal in Bezug auf einen gemeinsamen Zeitbezug) definiert. Ds Programm kann ein Zeitausgangsfeld und ein Anschlussausgangsfeld und jegliche anderen Parameter, die das Timing der Übergangsereignisse auf jedem beliebigen Kanal definieren, und entsprechende Ausgangsanschlusswerte für jeden Kanal für jedes der Übergangsereignisse umfassen.
3. Wenn das Programm begonnen werden soll, sendet der Hauptprozessor 124 auf der Hauptsteuerplatine 120 das Programm über die interne Schnittstelle 122 zu dem Impulssteuermodul 130.
4. Der Hauptprozessor 124 auf der Hauptsteuerplatine legt die digitalen Ein-/Ausgänge an die LED-Treiber fest, um die LEDs durch die digitalen Ausgänge 138 des internen Impulssteuermoduls ein- und auszuschalten.
5. Das Programm wird über die interne Schnittstelle 136 in dem Impulssteuermodul empfangen.

Wenn der LED-Treiber 142 eine ”1” oder ”Ein” empfängt, schaltet er die entsprechende LED ein. Wenn der LED-Treiber eine ”0” oder ”Aus” empfängt, schaltet er die entsprechende LED aus.
Die Ausführungsabfolge wird programmatisch gesteuert, was bedeutet, dass die Impulsfolge nicht auf einen Wechsel zwischen Ausgangspins beschränkt ist; sie gestattet, dass ein Stift mehrere Male getoggelt wird, bevor ein anderer Stift ein Mal getoggelt wird. Dies gestattet dem Programm, zahlreiche digitale Ausgänge (Kanäle) mit einem Mindestmaß an Hardware auf eine genaue Zeit zu steuern. Die Ausgänge sind alle durchwegs durch das gleiche Programm in Bezug zueinander zeitlich festgelegt. Daher können alle LED-Ausgänge und Auslösungsausgänge in Bezug zueinander zeitlich festgelegt werden.
Wie zum Beispiel in 6, die ein Beispiel für vier LED-Kanäle zeigt, veranschaulicht verbindet sich diese höchst variable Zeiteinstellung mit der Fähigkeit, zum Beispiel vier LEDs und vier externe Auslösungssteuerungen in Bezug zueinander zu steuern, wie in der in 4 gezeigten Ausführungsform veranschaulicht ist. Daher können Versuche genauer gesteuert werden, und können sie zur Gänze von der Lichtquelle gesteuert werden. Die Steuerung gesonderter digitaler Ausgangsleitungen kann mit einer hohen Geschwindigkeit bereitgestellt werden.
Die Programmierung kann rasch und mit wenig Aufwand ausgeführt werden. Anstelle des Erfordernisses externer Impulsgeneratoren für jeden Kanal, die bis zu 6 bis 8 Quadratfuß an Labortischplatz einnehmen könnten, umfasst zum Beispiel das Impulssteuermodul oder die -einheit einen einzelnen Prozessorchip oder einen anderen digitalen Prozessor wie ein FPGA, CPLD oder ASIC, der in die LED-Steuereinheit integriert werden kann. Zusätzlich zu der Steuerung einzelner LEDs sorgt das Impulssteuermodul für die Auslösung externer Vorrichtungen wie etwa Kameras und anderer Mikroskopie-Periphergeräte, Strahlungsmesser und Bildverarbeitungsvorrichtungen und die Synchronisierung damit. Dies führt zu einer billigeren Einheit, die skalierbar ist, ohne die Fähigkeit, das Timing korrekt zu halten, zu beeinträchtigen.
Bei anderen alternativen Ausführungsformen kann eine Lichtquelleneinheit 100 wie die in 4 veranschaulichte andere Lichtquelleneinheiten 10 in einer kaskadenartigen Anordnung steuern, falls dies nötig ist. Zum Beispiel kann das Auslösungssignal von 161 direkt an LED-Treiber 142 in einem anderen LED-System angeschlossen werden.
Die unter Bezugnahme auf 4 beschriebene Ausführungsform verwendet einen einfachen Prozessor, um 8 Kanäle, z. B. 4 LEDs mit unterschiedlichen Wellenlängen und 4 externe Auslösungen, zu steuern. Bei alternativen Ausführungsformen kann das System, falls erforderlich, mit einem größeren Prozessor erweitert werden, um zum Beispiel 8, 16 oder 32 Kanäle zu steuern. Die Ausgänge für alle Kanäle können zum Beispiel auf einen Anschluss gruppiert werden, wenn 8 Ausgänge oder weniger vorhanden sind. Alternativ können die Ausgänge dann, wenn eine große Anzahl von Kanälen vorhanden ist, oder wie erforderlich auf mehr als einen Anschluss gesetzt werden.
Günstigerweise umfasst die Lichtquelleneinheit 100 eine integrierte Benutzerschnittstelle, so dass dem Benutzer/der Bedienungsperson eine große Touch-Screen-Benutzerschnittstelle zur Verfügung steht, um die Steuerung zu erleichtern, indem einfach einige wenige Parameter gewählt oder festgelegt werden, um die Lichtimpulse zu definieren, z. B. die Verzögerung, die Ein- und die Ausschaltzeit, und um ein Vorrücken oder Verzögern einer Auslösung (”Sync-Out”-Timing) festzulegen. Alternativ kann das System bei anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) mit einem Standard-Personalcomputer mit einer Tastatur und einer graphischen Benutzerschnittstelle oder einer anderen geeigneten Benutzerschnittstelle verbunden sein und dadurch programmiert werden.
8, 9, 10 und 11 zeigen Beispiele für Bildschirmabbildungen der Touch-Screen-Benutzerschnittstelle, um einen Versuch einzurichten, bei dem vier LED-Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen mit Emissionsbändern bei 460 nm, 385 nm, 525 nm und 635 nm verwendet werden. Jeder LED-Kanal weist einen zugehörigen Auslösungskanal auf. Der erste Bildschirm (8) zeigt einen Auslösungseinstellbildschirm, der Werte angibt, die für jedes aus einer Verzögerungszeit, einer Einschaltzeit, einer Ausschaltzeit und einem ”Sync-Out”-Timing für jeden LED-Kanal gewählt werden. Zum Beispiel zeigen die Auswahlen für den 385-nm-LED-Kanal eine Verzögerungszeit von 1 ms, eine Einschaltzeit von 2 ms und eine Ausschaltzeit von 3 ms und ein ”Sync-Out”-Timing des zugehörigen Auslösungskanals von –1 ms, d. h., ein Vorrücken um 1 ms. Ähnlich wurden für den 460-nm-LED-Kanal für jedes aus der Verzögerungszeit, der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit 20 μs gewählt und ist ein ”Sync-Out”-Timing für den Auslösungskanal um 10 μs verzögert. Für die Wiederholungsschleife ist ”Ein” gewählt, um eine fortlaufende Wiederholung der Impulsabfolgen zu ermöglichen. Die Wahl einer Auslösungsoption ”Extern” sorgt dafür, dass der entsprechende Kanal oder die entsprechenden Kanäle an eine externe Auslösungsquelle gebunden werden. Die Wahl einer Auslösungsoption ”umfassend” sorgt dafür, dass mehrere Kanäle an eine gemeinsame interne oder externe Auslösung gebunden werden.
Während der Einrichtung werden Benutzereingaben erhalten, gespeichert und in ein einfaches Programm aus Befehlen von Ein/Aus-Intervallen umgewandelt, die zum Beispiel wie in dem in 7 gezeigten Ablaufdiagramm veranschaulicht ausgeführt werden, was bei diesem Beispiel für Timingintervalle in dem μs-, dem ms- und dem s-Bereich bei einem Mindesttimingintervall von 10 μs sorgt.
Zum Beispiel sind wie in der in 9 gezeigten Bildschirmabbildung des LED-Bildschirms für jede der vier LEDs Paare von Impulskurven gezeigt, die die Ein/Aus-Zyklen des LED-Ausgangs (obere Kurve jedes Paars) und die entsprechenden externen Auslösungs- oder Synchronisierungsimpulse (untere Kurve jedes Paars) angeben. Dadurch stellt das Steuerprogramm digitale Ausgänge für 8 Kanäle bereit, vier LED-Ausgänge und vier LED-Externauslösungen. Bei diesem Beispiel unterscheidet sich der Zeitmaßstab für jedes Paar von LED/Auslösungs-Kanälen. 10 zeigt eine ähnliche Bildschirmabbildung für einen anderen Satz von Betriebsparametern mit einem ähnlichen Impulsmuster, wobei aber jeder Kanal den gleichen Zeitmaßstab aufweist. 11 zeigt eine andere LED-Bildschirmabbildung für andere Impulsparameter.
Somit kann das System leicht durch Benutzereingaben, die die Zeitbasiseinheit, die Verzögerungszeit, die Einschaltzeit, die Ausschaltzeit und die ”Sync-Out”-Zeit für jeden Kanal angeben, zusammen mit anderen Optionen wie dem Einstellen einer umfassenden (gemeinsamen) Auslösung oder einer einzelnen, internen oder externen Auslösung auf jedem Kanal programmiert werden. Die externen Auslösungsausgänge können verwendet werden, um Geräte wie einen Strahlungsmesser, eine Kamera/einen Detektor oder andere externe Geräte wie etwa zum Beispiel einen Probeninjektor, eine Bildverarbeitung oder andere Periphergeräte zu überwachen.
Bei der bestimmten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, führt die Impulssteuerung ein Programm aus, um bis zu 8 digitale Ausgänge in einer koordinierten Abfolge einzurichten. Zum Beispiel können für einen Satz von 4 LEDs und 4 Auslösungskanälen pro Zeitbasis pro Zyklus 24 Ereignisse codiert werden. Die Anzahl der Ereignisse ist durch den Speicher in dem Prozessor beschränkt, und ein größerer Prozessor und ein größerer Speicher würden eine größere Anzahl von Ereignissen ermöglichen. Das System gestattet, dass jeder Kanal einzeln auf einer ”pro-LED”-Basis als intern oder extern ausgelöst konfiguriert wird. Somit können Anwendungen unterstützt werden, bei denen zwischen einigen der Eingänge keine bekannte Beziehung besteht. Zum Beispiel können zwei Kanäle durch Auslösungen laufen, die intern in dem Impulssteuermodul 130 erzeugt werden, während die anderen LEDs durch ein asynchrones Ereignis gesteuert werden.
Alle Eingangsauslösungen können aneinander gebunden werden; d. h., eine gemeinsame Eingangsauslösung ist in 8 als ”umfassend” angegeben. Dies verringert die Anzahl der erforderlichen Kabeleingänge, wenn die LEDs immer zur gleichen Zeit ausgelöst werden sollen. Diese Option kann durch eine Softwareeinstellung gewählt werden und kann für jeden beliebigen Kanal deaktiviert werden, was dem isolierten Kanal gestattet, in einer gesonderten Auslösungsdomäne zu arbeiten, falls dies nötig ist.
Die Einheit 100 gestattet, dass jedes LED-Signal einen zugehörigen Auslösungsausgang, der verwendet werden kann, um externe Geräte zu synchronisieren, mit einem vorgerückten oder verzögerten Signal antreibt. Wenn solche Signale intern erzeugt werden (d. h., in der Lichtquelleneinheit), besteht die Möglichkeit, den Auslösungsausgang ”in der Phase auszurichten”; d. h., in einer Situation, in der ein externes Gerät eine lange Zeit zur Initialisierung benötigt, bevor es zur Verwendung bereit ist, ist es möglich, sein Anlaufen durch Verwenden der LED-Impulsinformationen und ein ”Vorausblicken” für eine vorherbestimmte Zeit in der Abfolge vor die Aktivierung der LED zu reihen.
Das System ist fähig, dies auf einer ”pro-LED”-Basis durchzuführen, so dass es vier derartige Ausgänge gibt, die zeitlich passend vorgerückt oder verzögert werden können. Selbst bei sich wiederholenden Impulsfolgen sind die Vorrückungs- und die Verzögerungszeit nicht auf einen einzelnen Zyklus beschränkt. Die oben unter Bezugnahme auf 8 bis 10 beschriebene Ausführung weist tatsächlich acht individuelle Kanäle auf, bindet aber vier an die LEDs und vier an die Auslösungsausgänge. Jeder LED-Kanal ist mit einem Auslösungsausgangskanal gepaart, und der Auslösungsausgang kann eine zeitlich vorgerückte oder verzögerte Version der LED-Impulsfolge sein. Alternativ kann die LED-Auslösungs-Paarung aufgebrochen sein, was die Auslösung von einem Kopieren der LED-Impulsfolge löst. Dies gestattet der Einheit, sich so zu verhalten, als ob sie vier gesonderte programmierbare TTL-Pegel-Impulsgeneratoren aufweisen würde, die entweder zum Antreiben von Geräten in einem anderen Teil des Versuchs oder zur Gänze für einen vollständig isolierten Versuch verwendet werden könnten. Da die Impulsfolge in dem Speicher als Reihe von Übergangsereignissen erstellt ist, besteht in gleicher Weise die Möglichkeit, dass jede LED so konfiguriert werden könnte, dass sie eine willkürliche zugeteilte Impulsabfolge aufweist.
Die Fähigkeit, verschiedene Auslösungsdomänen und verschiedene Impulsabfolgen über sehr lange Zeiträume zu erstellen, bedeutet, dass vieles der Komplexität der Ablaufsteuerung, das gegenwärtig in Softwareanwendungen höherer Ebene ausgeführt wird, nach unten zu einem Einzweck-Hardwareelement wandern kann. Bei PC-Anwendungssoftware, die im Hinblick auf Probleme wie etwa zum Beispiel die Timinginstabilität, Sicherheitsprobleme oder die Stabilität des Betriebssystems empfindlich ist, hilft die Wanderung dieser Ablaufsteuerung bei der experimentellen Stabilität der Einrichtung.
Das Impulssteuermodul des Systems gestattet, dass jede LED im Hinblick auf die Beschaffung des Signalimpulses unabhängig arbeitet. Sofern die LED von ihrem eigenen internen Generator zum Pulsieren eingerichtet werden kann, kann sie auch einzeln zur Verwendung einer externen Quelle eingerichtet werden.
Die Kanäle können einzeln auf einer ”pro-LED”-Basis als intern oder extern ausgelöst konfiguriert werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Fähigkeit besteht, Anwendungen zu unterstützen, bei denen zwischen einigen der Eingänge keine bekannte Beziehung besteht. Zum Beispiel können zwei der Kanäle durch Auslösungen, die intern in der Impulssteuerung erzeugt werden, laufen, während andere LEDs durch ein asynchrones Ereignis gesteuert werden. Die Benutzerschnittstelle kann zum Beispiel Optionen bieten, um interne oder externe Auslösungen, eine umfassende Auslösung (wenn eine einzelne externe Quelle an alle gewählten Kanäle gebunden ist) oder Auslösung-Aus zu wählen.
Das System kann die folgenden Merkmale bereitstellen:

– Die Impulssteuerung führt ein Programm aus, um eine bestimmte Anzahl von z. B. 8 digitalen Ausgängen in einer koordinierten Abfolge einzurichten.
– Die Impulse für jeden Kanal können zeitlich in Bezug zueinander festgelegt werden, um zu ermöglichen, dass das relative Timing und die Phase einer Abfolge von Ereignissen auf zwei oder mehr Kanälen gesteuert werden.
– Die Impulsfolgen für jeden Kanal sind voneinander unabhängig; die Kanäle müssen nicht in einer bestimmten Reihenfolge, Abfolge oder einem bestimmten Muster laufen, um die gewünschte Impulsfolge zu erzeugen. Zum Beispiel muss Kanal 1 nicht eingeschaltet sein, damit Kanal 2 eingeschaltet werden kann.

Benutzereingaben an dem Touch-Screen 150 oder einer anderen geeigneten Schnittstelle können durch die Steuerung 120 gespeichert werden; und dann werden die Impulsprofile in das Impulssteuermodul 130 geladen, wenn das Impulssteuerprogramm begonnen wird.
Bei der oben beschriebenen und in 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Impulssteuerung 130 ein Impulssteuermodul 130 einschließlich eines Prozessors, das in die Leuchtquelleneinheit 100 integriert ist. Doch bei alternativen Ausführungsformen kann die Impulssteuerungshardware eine gesonderte Einheit sein oder mit anderen Bestandteilen der Lichtquelleneinheit vereinigt sein.
Zum Beispiel können ein wie oben beschriebener Prozessor, eine Zustandsmaschine, ein FPGA(Field Programmable Gate Array, im Feld programmierbare Gatteranordnung)- oder ein CPLD(Complex Programmable Logic Device, komplexe programmierbare Logikvorrichtung)-Chip oder ein ASIC(Application Specific Integrated Circuit, anwendungsspezifische integrierte Schaltung) verwendet werden, um die Schritte des Impulssteuerverfahrens auszuführen.
Die Timingabfolge kann mehrere Zeitdomänen, z. B. drei Zeitdomänen, überspannen, die zum Beispiel μs, ms oder s sein können. Andere Ausführungen können, falls nötig, ns, Minuten oder Stunden umfassen.
Schritte eines Verfahrens nach einer Ausführungsform, die der oben beschriebenen ähnlich ist, sind in dem Ablaufdiagramm in 12 veranschaulicht. Nachdem die Eingaben, d. h., Benutzereingaben, um die Mindestzeiteinheit, die Verzögerungszeit, die Einschaltzeit, die Ausschaltzeit und die ”Sync”-Vorrückung oder -Verzögerung zu definieren, erhalten wurden, werden die Benutzereingaben verwendet, um ein Zeiteinheitsfeld und ein LED/Auslösungsausgangfeld zu erzeugen. Andere Eingänge können erhalten werden, um andere Parameter zu definieren, zum Beispiel, ob ein einzelner Zyklus oder eine Wiederholungsschleife verwendet werden soll. Wie in 4 dargestellt werden diese Daten verwendet, um Eingänge 121 an das Impulssteuermodul zu erzeugen. Die Eingänge 121, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, werden in der Form von Datenfeldern, d. h. eines Zeiteinheitsfelds und eines Anschlussausgangsfelds, und den zugehörigen Werten an das Impulssteuermodul 130 gesendet. Beim Empfang eines Befehls, das Programm zu beginnen, werden die Eingänge 121 durch den Prozessor des Impulssteuermoduls 130 erhalten und gespeichert, d. h., als Felder gespeichert, die wie oben beschriebene Programminformationen 134 halten, d. h., ein Zeitfeld und ein Anschlussausgangsfeld. Das Programm bietet gewisse Mittel, um die beiden Felder zu verbinden, z. B. einen Adressenverweis. Wenn der Befehl, das Impulssteuerprogramm zu starten, erhalten wird, werden die Timer 132 für jeden Zeitbereich initialisiert und wird ein anfänglicher Ausgangszustand auf den Anschluss gesetzt. Der Timer wird mit dem kleinsten gewählten Zeitintervall, z. B. 10 μs, gestartet, und wenn es zur Auslösung der 10-μs-Unterbrechung kommt, wird der 10-μs-Zähler um 1 verringert, bis der 10-μs-Zähler null erreicht, zu welchem Zeitpunkt der Programmzähler um 1 erhöht wird und das nächste μs-Zeit-Ereignis aus dem Programm geladen wird. Wenn der 10-μs-Zähler noch nicht null erreicht hat, verringert der ms-Zähler den ms-Zähler alle 100 10-μs-Einheiten um 1, bis der ms-Zähler null erreicht, und wird der Programmzähler dann gleichermaßen um 1 erhöht und das nächste ms-Zeit-Ereignis aus dem Programm geladen. Eine ähnliche Abfolge wird für das Sekunden-Timingintervall durchgeführt. Dann wird der Ausgangsanschluss unter Verwendung des gegenwärtigen Programmzählers gesetzt, bis das Programm wie erforderlich für die Bereiche μs, ms und s abgeschlossen wurde.
Bei alternativen Ausführungsformen kann die Ausführung der zeitlich festgelegten Abfolge der LED- und der Auslösungssteuersignale auf mehrere andere Weisen bewerkstelligt werden. Sie ist nicht auf die bestimmte Hardware- und Software-Ausführung, die oben beschrieben wurde, beschränkt. Bei alternativen Ausführungsformen können die Impulssteuerung und die Programmausführung zum Beispiel Folgendes umfassend:

a. einen FIFO-Puffer und eine verbundene Liste zur Erhöhung über die Zeiten hinweg und digitale E/A-Ausgangsinformationen.
b. Eine mehrsträngige Anwendung könnte eine gemeinsame Adressenverweisvariable verwenden, wobei ein Strang zur Erhöhung der Adressenverweisvariablen auf Basis der Zeit dient. Der andere Strang könnte die gegenwärtige Adressenverweisvariable verwenden, um an den digitalen E/A-Anschluss zu schreiben.
c. Es kann auch ein Stapel verwendet werden, um die Zahlenfelder durchzugehen, um die Abfolge auszuführen. Dies beseitigt die Notwendigkeit der Adressenverweisvariablen.

Vorteilhaft verwenden wie oben beschriebene bevorzugte Ausführungsformen einen einzelnen Timer, um z. B. auf Basis eines 10-μs-Zählers eine einzelne gemeinsame Bezugszeit für alle Kanäle bereitzustellen. Dadurch können Steuersignale für jeden Kanal in der Phase in Bezug auf eine Zeit ”Null” oder eine gewünschte Bezugszeit ausgerichtet werden. Das relative Timing und die relative Phase von Ereignissen auf jedem Kanal können unabhängig gesteuert werden, während alle auf einem gemeinsamen Timingbezug für alle Kanäle beruhen.
Die Impulsbreite kann mit einer Granularität eingestellt werden, die mit der kleinsten Zählung von 1 in Bezug auf die Anzahl der erkennbaren Kombinationen für einen Zähler von n Bit, d. h., 1/(2ⁿ) in Zusammenhang steht. Zum Beispiel gestattet ein 16-Bit-Zähler Einstellungen in Zeitschrittweiten von 1/(2¹⁶) oder 0,0015%. Dies bietet einen deutlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen PWM-basierten Impulssteuerungen für LEDs, die typischerweise 12 Einstellungen oder 100 Einstellungen gestatten und daher Schrittweiten von 3,5% bzw. 1% erlauben.
Um die Verarbeitungsanforderungen zu verringern, minimiert das Verfahren, das Zeitereignisse zum Beispiel wie oben beschrieben unter Verwendung von Feldern speichert, die Anzahl der Speicherablesungen auf die absolut erforderlichen. Das heißt, der Speicher wird anstelle für jede Zeiteinheit für jedes Übergangsereignis gelesen. Dieser Ansatz bedeutet auch, dass Speicherzugriffe nicht rascher auftreten werden, als das kleinste Zeitintervall.
Obwohl ins Auge gefasst ist, dass alternative Ausführungsformen, insbesondere jene, die eine größere Anzahl von Kanälen steuern, mehrere Timer umfassen können, wovon jeder einzelnen Kanälen oder Gruppen von Kanälen zugeordnet ist, um einen gemeinsamen Timingbezug bereitzustellen, würde es nötig sein, dass die Timer mit einem gemeinsamen Haupttakt oder -timer in Bezug gebracht werden, um eine Phasenausrichtung der Kanäle, die durch unterschiedliche Timer gesteuert werden, zu gestatten, wodurch die Komplexität des Systems erhöht würde.
Günstigerweise sorgt das Verfahren für eine parallele Adressierung aller LED-Quellen und Auslösungskanäle z. B. für bis zu 8 Kanäle an einen einzelnen Anschluss. Ausführungen mit mehreren Anschlüssen können wie passend oder wie erforderlich für Ausführungen verwendet werden, die eine größere Anzahl von Kanälen benötigen.
Obwohl die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eine Impulssteuerung bereitstellen, bei der eine zeitbasierte Abfolge von Steuersignalen verwendet wird, können andere Ausführungen des Verfahrens verwendet werden, die z. B. einen programmierbaren Impulsgenerator verwenden, der einen festen Zeitbezug benutzt.
Obwohl im Vorhergehenden bestimmte Ausführungsformen zur Steuerung von Paaren von Kanälen für eine LED und den zugehörigen Auslösungsausgang ausführlich beschrieben sind, wird man verstehen, dass ein Impulserzeugungssystem nach alternativen Ausführungsformen ein Impulssteuermodul 130 umfassen kann, das eine unabhängige Steuerung mehrerer Impulsausgangskanäle für andere Gestaltungen von LEDs und/oder andere Vorrichtungen bereitstellen kann. Zum Beispiel kann die Impulssteuerung nur mehrere LEDs steuern, oder kann sie eine oder mehrere LEDs und mehrere Periphergeräte steuern. Ein Beispiel kann eine Impulssteuerung sein, die als externe Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuerausgängen für die Zeitsteuerung einer LED, dann einer Autofokus-Einheit und dann anschließend einer Kamera ausgeführt ist. Wie oben erwähnt können zwei oder mehr Lichtquelleneinheiten kaskadenartig angeordnet sein, wobei eine Einheit Steuerausgänge an eine andere bereitstellt.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf Lichtquellen, die eine oder mehrere Leuchtdioden umfassen, welche Licht im ultravioletten, im sichtbaren Bereich und/oder im Infrarotbereich des Spektrums ausstrahlen, insbesondere LEDs mit hoher Stärke zur Verwendung als Anregungslichtquellen für Anwendungen wie zum Beispiel die Fluoreszenzmikroskopie, die Absorptionsspektroskopie mit hoher Auflösung und andere optische spektroskopische Messungen. Die Impulssteuerung ist insbesondere für Messungen, die eine genaue Steuerung des Timings und der Phase mehrerer Lichtimpulse mit unterschiedlichen Wellenlängen erfordern, und/oder die Synchronisierung mit anderen Geräten sowohl für die quantitative als auch die qualitative Analyse anwendbar.
Man wird verstehen, dass die Impulssteuerung nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch zur Steuerung anderer geeigneter Arten von Festkörper- oder Halbleiter-Leuchtvorrichtungen einschließlich, zum Beispiel, Laserdioden anwendbar sein kann. Für einige Wellenlängen können Halbleiter-Leuchtvorrichtungen in Kombination mit Leuchtstoffen oder Wellenlängenumwandlungselementen verwendet werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
LED-Lichtquellen, Impulssteuerungen, Impulssteuermodule und Verfahren nach Ausführungsformen der Erfindung finden besondere Anwendung zur Steuerung einer Beleuchtung, die einzelne und mehrere Impulsfolgen umfasst, wo eine verbesserte Steuerung des relativen Timings mehrerer Ereignisse erforderlich ist, wie etwa zur Steuerung mehrerer LEDs mit unterschiedlichen Wellenlängen für die Fluoreszenzmikroskopie oder eine andere spektroskopische Analyse und/oder zur Synchronisierung und Steuerung von Periphergeräten.
Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Impulssteuerung mit hohem Leistungsvermögen bereit, vorzugsweise als Modul, das intern in eine LED-Lichtquelle aufgenommen ist und eine hochentwickelte Phasen- und Frequenzsynthese mit einer fein granularen Einstellung des Tastverhältnisses über mehrere unabhängige Taktdomänen gestattet, wodurch die Abhängigkeit von externen Geräten und eine Überfüllung des Labortisches verringert werden. Vorzugsweise stellt ein leicht zu verwendendes Modul einer graphischen Schnittstelle (GUI) eine vollständige Kontrolle über das System bereit, und gestattet es das Betrachten des LED- und des Systemstatus, von Monitoren und LED-Parametern. Eine virtuelle Oszilloskop-Funktion stellt alle Kanalwellenformen dar, wodurch eine Sichtbarmachung der LED-Ausgänge und der Auslösungsausgänge im Zeitverlauf bereitgestellt wird und möglicherweise der Bedarf an externen elektrischen oder optischen Prüfgeräten verringert wird.
Obwohl Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben und veranschaulicht wurden, versteht sich deutlich, dass diese nur erläuternd und beispielhaft sind und nicht als beschränkend aufgefasst werden sollen; der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nur durch die beiliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims

LED(Leuchtvorrichtungs)-Lichtquelle (100), umfassend: ein LED-Lichtquellenmittel (140), das eine oder mehrere LEDs (142) und jeweilige LED-Treiber (144) umfasst, ein Steuermittel (120) und ein Impulssteuermittel (130), um die Impulserzeugung zu steuern, wobei das Impulssteuermittel ein Prozessormittel (130) umfasst, um Eingänge (121), die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, zu erhalten, und Steuersignale für jede von mehreren Vorrichtungen, die die eine oder die mehreren LEDs und andere Periphergeräte (160) umfassen, zu erzeugen und das Timing und die relative Phase des gepulsten Betriebs der einen oder der mehreren LEDs (142) und/oder der einen oder der mehreren anderen Vorrichtungen (160) in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug unabhängig zu steuern.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das Prozessormittel (130) dazu betriebsfähig ist, eine zeitbasierte Abfolge von Steuersignalen auszuführen, die digitale Ausgänge zur unabhängigen Steuerung des Timings und der relativen Phase einer Veränderung im Betriebszustand einer oder mehrerer der mehreren Vorrichtungen umfassen, wobei die digitalen Ausgänge für jede der mehreren Vorrichtungen einen entsprechenden LED-Ausgang oder Auslösungsausgang umfassen.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 2, wobei die digitalen Ausgänge für jede Veränderung im Betriebszustand eines oder mehrere aus LED-Ein-, LED-Aus-, Auslösung-Ein- und Auslösung-Aus-Ausgängen umfassen.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das Prozessormittel (130) ferner Folgendes umfasst: ein Schnittstellenmittel (136), um von dem Steuermittel (120) Eingänge zu erhalten, die eine Impulserzeugungsabfolge (121) angeben, welche Übergangsereignisse definiert, die mit einer Veränderung des Betriebszustands für eine oder mehrere der mehreren Vorrichtungen verbunden sind, wobei die Eingänge das Timing jedes Übergangsereignisses in Bezug auf den gemeinsamen Timingbezug und für jedes Übergangsereignis den entsprechenden Betriebszustand für jede Vorrichtung umfassen; ein Datenspeichermittel (134), um die Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, zu speichern; ein Timermittel (132), um Übergangsereignisse zeitlich in Bezug auf den gemeinsamen Timingbezug zu bestimmen; und ein digitales Ausgabemittel (138), um eine zeitbasierte Abfolge der Steuersignale zu erzeugen, die für jedes Übergangsereignis digitale Ausgänge umfasst.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 4, wobei die digitalen Ausgänge für jedes Übergangsereignis eines oder mehrere aus LED-Ein-, LED-Aus-, Auslösung-Ein- und Auslösung-Aus-Ausgängen umfassen, um den Betriebszustand einer jeden der mehreren Vorrichtungen zu steuern.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 4, wobei das Timermittel (132) das gemeinsame Bezugstiming für die mehreren Vorrichtungen definiert und ferner ein Zählermittel zum Zählen von Zeiteinheiten umfasst; und das Speichermittel (134/136) die Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge für die zeitbasierte Abfolge angeben und Timingwerte in Timingeinheiten in Bezug auf das gemeinsame Bezugstiming für jedes Übergangsereignis; und entsprechende Anschlussausgangswerte zur Festlegung des Betriebszustands einer jeden der mehreren Vorrichtungen bei jedem Übergangsereignis umfassen, speichert; wobei das Prozessormittel von der zeitbasierten Abfolge her dazu betriebsfähig ist, anfängliche Ausgangsanschlusswerte festzulegen und das Zählermittel so zu betreiben, dass Timingeinheiten bis zu einem Übergangsereignis gezählt werden, entsprechende Ausgangsanschlusswerte abzurufen und entsprechende digitale Ausgänge bereitzustellen, die Anschlussausgangswerte für jede Vorrichtung für jedes Übergangsereignis umfassen.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 6, wobei die Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, ferner ein Mindestzeitintervall für Übergangsereignisse für jede Vorrichtung umfassen; und wobei das Timing jedes Übergangsereignisses in Zähleinheiten auf Basis des Mindestzeitintervalls definiert ist.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 6, wobei das Zählermittel Zähler umfasst, um Ausgabezeitwerte für einen oder mehrere Zeitmaßstäbe zu zählen, wobei wenigstens ein Zeitmaßstab einem zumindest erforderlichen Zeitintervall für den Betrieb der mehreren Vorrichtungen entspricht.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 6, wobei das Zählermittel Zählzeiteinheiten bis zu jedem Übergangsereignis für wenigstens einen Zeitmaßstab umfasst, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus Nanosekunden, Mikrosekunden, Millisekunden und Sekunden besteht.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 6, wobei die zeitbasierte Abfolge eine unabhängige Steuerung des Timings und der relativen Phase des gepulsten Betriebs für jede einzelne Vorrichtung, für ein oder mehr Paare von Vorrichtungen, für eine oder mehrere Gruppen von Vorrichtungen bereitstellt oder eine gemeinsame Auslösung aller Vorrichtungen bereitstellt.
LED-Lichtquellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das digitale Ausgabemittel Ausgänge für wenigstens eines aus a) einem Paar von Kanälen, die jeweils einen LED-Ausgang und einen Auslösungsausgang bereitstellen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung einer LED und einer anderen Vorrichtung zu steuern; oder b) mehreren Kanälen, die LED-Ausgänge umfassen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung einer entsprechenden Mehrzahl von LEDs zu steuern; oder c) mehreren Kanälen, die mehrere LED-Ausgänge und wenigstens einen Auslösungsausgang umfassen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung von mehreren LEDs und wenigstens einem anderen (Peripher)gerät zu steuern; oder d) mehreren Kanalpaaren, wobei jedes Paar einen LED-Ausgang und einen zugehörigen Auslösungsausgang umfasst, um das Timing und die relative Phase des Betriebs eines Periphergeräts zu steuern, bereitstellt.
LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das LED-Modul einen Satz von LEDs und entsprechende einzelne LED-Treiber umfasst, und wobei das digitale Ausgabemittel Ausgänge für vier Kanäle, die die vier LED-Ausgänge umfassen, und für vier andere Kanäle, die Auslösungsausgänge für andere Periphergeräte umfassen, bereitstellt, und wobei jeder LED-Ausgang optional mit einem zugehörigen Auslösungsausgang gepaart sein kann.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das Steuermittel (120) ferner ein Eingabemittel umfasst, um a) Impulsparameter für jeden von mehreren Kanälen, die mit einer jeweiligen LED oder einer anderen Vorrichtung verbunden sind, zu erhalten; b) aus den erhaltenen Impulsparametern ein Timing für jedes Übergangsereignis, das mit einer Veränderung des Betriebszustands einer LED oder einer anderen Vorrichtung verbunden ist, in Zähleinheiten auf Basis eines Mindestzeitintervalls für alle Kanäle, und für jedes Übergangsereignis den entsprechenden Betriebszustand jeder LED oder anderen Vorrichtung zu erzeugen; und c) Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben und das Timing, in Zähleinheiten, jedes Übergangsereignisses und die entsprechenden Ausgangsanschlusswerte für jeden Kanal zur Ausführung der Übergangsereignisse umfassen, zu erzeugen.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 13, wobei das Eingabemittel ferner eine Benutzerschnittstelle umfasst, um Impulsparameter, die das Timing und die relative Phase für einen oder mehrere Impulse zum Betrieb einer jeden aus der wenigstens einen LED und der wenigstens einen anderen Vorrichtung definieren, zu wählen.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 14, wobei die Benutzerschnittstelle ein Mittel zum Anzeigen eines Benutzereingabebildschirms für die Wahl eines oder mehrerer Impulsparameter, Auslösungsoptionen und Schleifenoptionen durch den Benutzer umfasst.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 14, wobei die Benutzerschnittstelle eine graphische Touch-Screen-Benutzerschnittstelle zum Anzeigen eines Benutzereingabebildschirms für die Wahl eines oder mehrerer Impulsparameter, Auslösungs- und Schleifenoptionen durch den Benutzer für jedes von mehreren einen LED-Ausgang und einen Auslösungsausgang umfassenden Kanalpaaren umfasst, und wobei die Impulsparameter eines oder mehrere aus einem Mindestzeitintervall für alle Kanäle, und für jeden Kanal, eine Verzögerungszeit, eine Einschaltzeit, eine Ausschaltzeit und eine ”Sync-Out” (z. B. Phasenunterschied, Verzögerung oder Vorrückung)-Zeit umfassen.
LED-Lichtquelle nach Anspruch 16, wobei die Benutzerschnittstelle ferner ein Mittel zur Darstellung einer virtuellen Oszilloskopansicht von Impulsen für jedes der mehreren Kanalpaare umfasst.
LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Impulssteuermittel ein Impulssteuermodul umfasst, das über ein Schnittstellenmittel mit dem Steuermittel gekoppelt ist und in eine Einheit der LED-Lichtquelle aufgenommen ist.
LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die digitalen Ausgänge des Impulssteuermoduls mit jeweiligen Eingängen von Treibern der einen oder der mehreren LEDs und mit externen Auslösungsausgängen für eine oder mehrere andere Vorrichtungen gekoppelt sind.
LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Prozessormittel eines aus einem Prozessor, einem FPGA, einem CPDL, einem ASIC-Chip und anderen digitalen Vorrichtungen oder -schaltungen umfasst, um die zeitbasierte Abfolge der digitalen Steuersignale aus den erhaltenen Eingängen, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, programmatisch auszuführen.
LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei jede LED ein beliebiges aus einer Leuchtdiode, einer Laserdiode, einer Elektrolumineszenz-Leuchtvorrichtung, einer Superlumineszenz-Leuchtvorrichtung oder einer anderen Festkörper-Leuchtvorrichtung oder Halbleiter-Leuchtvorrichtung umfasst.
Impulssteuerung für eine LED(Leuchtvorrichtungs)-Lichtquelle (100), umfassend ein Prozessormittel (130), um Eingänge, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, zu erhalten, und Steuersignale für jeden von mehreren Kanälen (131/161) zu erzeugen, um das Timing und die relative Phase des gepulsten Betriebs von mehreren Vorrichtungen (140 und/oder 160), die eine oder mehrere LEDs (140) und eine oder mehrere andere Vorrichtungen (160) umfassen, in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug unabhängig zu steuern.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 22, wobei das Prozessormittel (130) dazu betriebsfähig ist, eine zeitbasierte Abfolge von Steuersignalen auszuführen, die digitale Ausgänge zur unabhängigen Steuerung des Timings und der relativen Phase einer Veränderung im Betriebszustand einer oder mehrerer der mehreren Vorrichtungen umfassen; wobei die digitalen Ausgänge für jede der mehreren Vorrichtungen einen entsprechenden LED-Ausgang oder Auslösungsausgang umfassen.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 22, wobei die digitalen Ausgänge für jeden Übergang im Betriebszustand für jeden Kanal eines oder mehrere aus LED-Ein-, LED-Aus-, Auslösung-Ein- und Auslösung-Aus-Ausgängen umfassen.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 22, wobei das Prozessormittel (130) ferner Folgendes umfasst: ein Schnittstellenmittel (136), um von einem Steuermittel (120) der LED-Lichtquelle Eingänge zu erhalten, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben und Parameter umfassen, die das Timing von Übergangsereignissen, die mit einer Veränderung des Zustands jeweiliger LED-Ausgänge und anderer Vorrichtungsauslösungsausgänge verbunden sind, für jeden Kanal definieren; ein Datenspeichermittel (134), um die Parameter zu speichern; ein Timermittel (132), um Übergangsereignisse für jeden Kanal zeitlich in Bezug auf den gemeinsamen Timingbezug zu bestimmen; und ein digitales Ausgabemittel (138), um eine zeitbasierte Abfolge der Steuersignale zu erzeugen, die für jeden Kanal für jedes Übergangsereignis digitale Ausgänge umfasst.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 25, wobei das Timermittel (132) das gemeinsame Bezugstiming für alle Vorrichtungskanäle definiert und ein Zählermittel zum Zählen von Zeiteinheiten umfasst; und das Speichermittel (134/136) die Parameter für die zeitbasierte Abfolge, die Timingwerte in Timingeinheiten in Bezug auf das gemeinsame Bezugstiming für jedes Übergangsereignis; und entsprechende Anschlussausgangswerte für jeden Kanal für jedes Übergangsereignis umfassen, speichert; wobei das Prozessormittel dazu betriebsfähig ist, anfängliche Anschlussausgangswerte festzulegen und das Zählermittel so zu betreiben, dass Timingeinheiten bis zu einem Übergangsereignis gezählt werden, entsprechende Ausgangsanschlusswerte abzurufen und entsprechende digitale Ausgänge bereitzustellen, die Ausgangsanschlusswerte für jeden Kanal umfassen.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 26, wobei Parameter für die zeitbasierte Abfolge ferner ein Mindestzeitintervall für Übergangsereignisse für jeden Kanal umfassen; und wobei das Timing jedes Übergangsereignisses in Zähleinheiten auf Basis des Mindestzeitintervalls definiert ist.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 27, wobei das Zählermittel Zähler umfasst, um Ausgabezeitwerte für einen oder mehrere Zeitmaßstäbe zu zählen, wobei wenigstens ein Zeitmaßstab einem zumindest erforderlichen Zeitintervall für den Betrieb der mehreren Vorrichtungen entspricht.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 26, wobei das Zählermittel Zählzeiteinheiten bis zu jedem Übergangsereignis für wenigstens einen Zeitmaßstab umfasst, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus Nanosekunden, Mikrosekunden, Millisekunden und Sekunden besteht.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 26, wobei die zeitbasierte Abfolge eine unabhängige Steuerung des Timings und der relativen Phase des gepulsten Betriebs für jeden einzelnen Kanal, für ein oder mehr Paare von Kanälen, für eine oder mehrere Gruppen von Kanälen bereitstellt oder eine gemeinsame Auslösung aller Kanäle bereitstellt.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 22 bis 30, wobei das digitale Ausgabemittel Ausgänge für wenigstens eines aus a) einem Paar von Kanälen, die jeweils einen LED-Ausgang und einen Auslösungsausgang bereitstellen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung einer LED und einer anderen Vorrichtung zu steuern; oder b) mehreren Kanälen, die LED-Ausgänge umfassen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung einer entsprechenden Mehrzahl von LEDs zu steuern; oder c) mehreren Kanälen, die mehrere LED-Ausgänge und wenigstens einen Auslösungsausgang umfassen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung von mehreren LEDs und wenigstens einem anderen (Peripher)gerät zu steuern; oder d) mehreren Kanalpaaren, die einen LED-Ausgang und einen zugehörigen Auslösungsausgang umfassen, um das Timing und die relative Phase des Betriebs eines Periphergeräts zu steuern, bereitstellt.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 22 bis 31, wobei das Impulssteuermittel ein Impulssteuermodul zur Aufnahme in eine Einheit der LED-Lichtquelle umfasst und ein Schnittstellenmittel zur Kopplung mit einem Steuermittel der LED-Lichtquelle umfasst.
Impulssteuerung für eine LED-Lichtquelle nach Anspruch 32, wobei das Prozessormittel eines aus einem Prozessor, einem FPGA, einem CPDL, einem ASIC-Chip und anderen digitalen Prozessorvorrichtungen oder -schaltungen umfasst, um die zeitbasierte Abfolge der digitalen Steuersignale aus den erhaltenen Eingängen, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben, programmatisch auszuführen.
Verfahren zum Steuern des Betriebs einer LED-Lichtquelle, die eine oder mehrere LEDs und jeweilige LED-Treiber, ein Steuermittel und ein Impulssteuermittel zum Steuern der Impulserzeugung umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhalten von Eingängen, die eine Impulserzeugungsabfolge für jede von mehreren Vorrichtungen, die die eine oder die mehreren LEDs umfassen, und optional für eine oder mehrere andere Vorrichtungen angeben, von einem Eingabemittel; und Erzeugen, in dem Impulssteuermittel, von digitalen Steuersignalen für jeden von mehreren Kanälen (131/161), die jeweils mit einer jeweiligen einen der einen oder der mehreren LEDs und des einen oder der mehreren Periphergeräte verbunden sind; wobei die digitalen Steuersignale das Timing und die relative Phase des gepulsten Betriebs der mehreren Vorrichtungen (140 und/oder 160), die eine oder mehrere LEDs (140) umfassen, und einer oder mehrerer anderer Vorrichtungen (160) in Bezug auf einen gemeinsamen Timingbezug unabhängig steuern.
Verfahren nach Anspruch 34, ferner umfassend: Erzeugen, aus den eingegebenen Impulsparametern, einer zeitbasierten Abfolge von Steuersignalen, die digitale Ausgänge für jeden Kanal umfassen, um das Timing und die relative Phase einer Veränderung des Betriebszustands einer oder mehrerer der mehreren Vorrichtungen unabhängig zu steuern, wobei die digitalen Ausgänge einen entsprechenden LED-Ausgang oder Auslösungsausgang umfassen.
Verfahren nach Anspruch 35, umfassend, für jede Veränderung des Betriebszustands, das Erzeugen der digitalen Ausgänge, die eines oder mehrere aus LED-Ein-, LED-Aus-, Auslösung-Ein- und Auslösung-Aus-Ausgängen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 34, umfassend das Erhalten von Eingaben, die eine Impulserzeugungsabfolge angeben und Parameter umfassen, die Übergangsereignisse definieren, welche mit einer Veränderung des Betriebszustands für eine oder mehrere der mehreren Vorrichtungen verbunden sind, und ferner umfassend: Speichern von Parametern, die eine zeitbasierte Abfolge definieren, welche das Timing jedes Übergangsereignisses in Bezug auf den gemeinsamen Timingbezug umfasst, und für jedes Übergangsereignis entsprechender digitaler Anschlussausgangswerte für jeden Kanal; und wobei das Verfahren ferner das Ausführen der zeitbasierten Abfolge durch Schritte umfasst, die Folgendes umfassen: Setzen anfänglicher Anschlussausgangswerte für jeden Kanal; und für jedes Übergangsereignis, Zählen, in Timingeinheiten in Bezug auf den gemeinsamen Timingbezug, einer Zeit bis zu dem Übergangsereignis; und Abrufen digitaler Anschlussausgangswerte für das Übergangsereignis und Erzeugen entsprechender digitaler Ausgänge für jeden Kanal.
Verfahren nach Anspruch 37, ferner umfassend Erhalten und Speichern eines Mindestzeitintervalls für Übergangsereignisse für jeden Kanal; und wobei das Zählen des Timings jedes Übergangsereignisses ein Zählen in Zähleinheiten auf Basis des Mindestzeitintervalls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Zählen ein Zählen von Ausgabezeitwerten für einen oder mehrere Zeitmaßstäbe, wobei wenigstens ein Zeitmaßstab einer zumindest erforderlichen Zeit für den Betrieb der mehreren Vorrichtungen entspricht, und für wenigstens einen Zeitmaßstab, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus Nanosekunden, Mikrosekunden, Millisekunden und Sekunden besteht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Erzeugen digitaler Ausgänge das Erzeugen von Anschlussausgangswerten für Übergangsereignisse für wenigstens eines aus a) einem Paar von Kanälen, die jeweils einen LED-Ausgang und einen Auslösungsausgang bereitstellen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung einer LED und einer anderen Vorrichtung zu steuern; oder b) mehreren Kanälen, die LED-Ausgänge umfassen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung einer entsprechenden Mehrzahl von LEDs zu steuern; oder c) mehreren Kanälen, die mehrere LED-Ausgänge und wenigstens einen Auslösungsausgang umfassen, um die Impulserzeugung und die Synchronisierung von mehreren LEDs und wenigstens einem anderen Periphergerät zu steuern; oder d) mehreren Kanalpaaren, die einen LED-Ausgang und einen zugehörigen Auslösungsausgang umfassen, um das Timing und die relative Phase des Betriebs eines Periphergeräts zu steuern, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Verfahren für ein LED-Modul, das einen Satz von vier LEDs und jeweiligen einzelnen LED-Treibern umfasst, das Erzeugen digitaler Ausgabeausgänge für vier Kanäle, die die vier LED-Ausgänge umfassen, und für vier andere Kanäle, die Auslösungsausgänge für Periphergeräte umfassen, umfasst und das Paaren jedes LED-Ausgangs mit einem zugehörigen Auslösungsausgang umfasst.
System, das eine Impulssteuerung zum Steuern der Impulserzeugung und der Synchronisierung mehrerer LEDs und, optional, eines oder mehrerer Periphergeräte umfasst, wobei die Impulssteuerung Mittel zur Ausführung der Verfahrensschritte eines der Verfahrensansprüche 34 bis 41 umfasst.
Fluoreszenzmikroskopiesystem, umfassend eine LED-Lichtquelle, die ein Impulssteuermodul nach einem der Ansprüche 22 bis 33 umfasst, um das Timing und die relative Phase eines oder mehrerer LED-Lichtimpulse und die Synchronisierung mit Periphergeräten des Fluoreszenzmikroskopiesystems unabhängig zu steuern.
Fluoreszenzmikroskopiesystem, umfassend eine LED-Lichtquelle, die ein integriertes Impulssteuermodul nach einem der Ansprüche 22 bis 33 umfasst, um eine zeitbasierte Abfolge von digitalen Ausgängen auszuführen, um das Timing und die relative Phase eines oder mehrerer LED-Lichtimpulse und die Synchronisierung mit Periphergeräten des Fluoreszenzmikroskopiesystems unabhängig zu steuern.
System nach einem der Ansprüche 42 bis 44, wobei jede LED ein beliebiges aus einer Leuchtdiode, einer Laserdiode, einer Elektrolumineszenz-Leuchtvorrichtung, einer Superlumineszenz-Leuchtvorrichtung oder einer anderen Festkörper- oder Halbleiter-Leuchtvorrichtung umfasst.