專利名稱：用于對(duì)顯微鏡中的光源提供電能的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說，本發(fā)明涉及顯微鏡，特別涉及一種用于對(duì)顯微鏡中的光源提供電能的方法和設(shè)備，更特別地涉及這樣的方法和設(shè)備，其利用脈沖寬度調(diào)制逐步對(duì)顯微鏡中的光源提供電能，以減小作用在照明燈絲的應(yīng)力并能維持光源的壽命。
因此可以看出，用數(shù)字方法向顯微鏡內(nèi)的光源逐步地提供電能的方法和設(shè)備是人們的長期以來的需求。
本發(fā)明的總的目的在于提供一種用于對(duì)顯微鏡中的光源逐步提供電能的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備是這樣實(shí)現(xiàn)的，即通過以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置一功率晶體管以便以多個(gè)分散的步長逐步增大施加至光源的外加電壓。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于對(duì)顯微鏡中的光源供給電能的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備能夠維持光源燈絲壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于對(duì)顯微鏡中的光源供給電能的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備能夠減小在光源燈絲上產(chǎn)生的應(yīng)力并防止燈源過早損壞。
對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，通過閱讀和研究以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求將能夠容易地理解本發(fā)明的這些和其它目的，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)最佳實(shí)施例的描述首先，應(yīng)理解在不同附圖中的相同參考標(biāo)號(hào)表示了本發(fā)明中相同的電路/結(jié)構(gòu)元件。還應(yīng)理解以下的定義有助于理解本發(fā)明和解釋
權(quán)利要求
光源包括用于顯微鏡的任意光源，它們包括但不限于白熾燈泡(鹵素、鎢等)。
術(shù)語“變化”是指外加電壓變化，即逐步增大。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，外加電源以逐漸增大的分散步長變化，但是術(shù)語變化概括地表示任意類型或數(shù)值的變化的外加電壓。
參見附圖，

圖1為用于控制顯微鏡的本發(fā)明電子系統(tǒng)中一個(gè)最佳實(shí)施例的示意性框圖。部件A為國際電工委員會(huì)(IEC)型設(shè)備耦合器，具有用于接收任意IEC-60320-1型電源線的雙極熔絲盒。部件B為一種通用電源。部件C為主控制器印刷電路板，它包括電壓調(diào)節(jié)器U1(LM340T-5.0或類似裝置)，微控制器U3(PIC16C54C-04P(18)或類似裝置)，復(fù)位管理器U2(MCP100-460DI/TO或類似裝置)，多個(gè)發(fā)光二極管(DS1-DSN)，兩個(gè)MOSFET(Q1&Q2)(IRLZ44N或類似裝置)以及在圖2的詳細(xì)電路示意圖中所示的各種電阻器和電容器。
通過所述設(shè)備耦合器將范圍為100-240VAC+/-10％，50/60Hz的輸入功率信號(hào)施加至通用電源，從通用電源的輸出端將12.0VDC的輸出電壓輸送至主控制器印刷電路板上的U1的輸入端和燈座組件D的聯(lián)接器。U1使12.0VDC的信號(hào)降至能夠?qū)χ靼錍內(nèi)所有集成電路供電的5.0VDC的信號(hào)。
一旦對(duì)主板供電，U2便在一預(yù)先設(shè)定的時(shí)間段使U3保持在復(fù)位狀態(tài)，以允許U3的晶體穩(wěn)定。在所述預(yù)先設(shè)定的時(shí)間段之后，U3開始工作。由U3執(zhí)行的第一程序?yàn)槌跏蓟绦?，該程序配置U3的內(nèi)部寄存器并使U3將外部裝置設(shè)定在預(yù)定狀態(tài)。隨后，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)以便通過將一個(gè)邏輯低(0.0VDC)信號(hào)發(fā)送至每一個(gè)門電路而使Q1和Q2處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，在初始化之后，所有的光源均處于切斷狀態(tài)或停止供電狀態(tài)。
在初始化程序后，執(zhí)行主程序。在執(zhí)行主程序期間，應(yīng)監(jiān)測兩種主要情況。首先，查詢開關(guān)E的動(dòng)作且從開關(guān)E的最后激勵(lì)開始監(jiān)測時(shí)間。如果在一段預(yù)定的時(shí)間之后未探測到開關(guān)E上的動(dòng)作，則關(guān)閉所有光源。在開關(guān)E上的任意動(dòng)作將會(huì)使U3內(nèi)的寄存器跟蹤時(shí)間復(fù)原至零。
在每次壓下所述開關(guān)時(shí)，U3均會(huì)循環(huán)通過以下四種情況。首先，接通燈座組件中的光源。第二，接通LED，同時(shí)關(guān)閉燈座組件中的光源。第三，在使所述LED保持接通的同時(shí)，接通燈座組件中的光源。第四，關(guān)閉所有的光源。每次執(zhí)行以數(shù)字方式軟起動(dòng)光源的過程，在所述循環(huán)中的程序均要求接通光源。
在軟起動(dòng)過程期間，從U3輸出一個(gè)脈沖串(方波)至Q2的柵極輸入端，使電壓慢慢地從0.0VDC升高至由光源兩端的電源提供的最大電位。在一軟件程序中(這里，包括光盤)固定達(dá)到最終穩(wěn)定狀態(tài)電壓的步長的數(shù)目。但是，應(yīng)理解本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠任容易地改變所述程序以影響任意的步長的數(shù)目以及在每一步中的電壓增量。在圖4中說明了代表性的脈沖串方波和最終的外加電壓。在時(shí)間t1對(duì)燈施加第一外加電壓V1。隨后，調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制以便在時(shí)間2xt1對(duì)燈提供電壓V2。這一逐步增大用于施加外加電壓的時(shí)間段的過程持續(xù)進(jìn)行，直至獲得全部外加電壓。應(yīng)理解本發(fā)明的控制方案適于與具有一個(gè)或多個(gè)光源以及多種類型照明的顯微鏡一起使用。例如，所述方案可用于并適用于軟起動(dòng)單獨(dú)或結(jié)合使用的鹵素、鎢和其它類型的光源。
通過驅(qū)動(dòng)U3的20MHz晶體振蕩器，脈沖串從提供15.152kHz的恒定頻率的65.4μS的低脈沖寬度(低時(shí)間長度)、由600ns(接通持續(xù)時(shí)間)的高脈沖寬度開始。隨即，可以對(duì)不同的恒定頻率編程并設(shè)定施加至光源的起動(dòng)電壓。在經(jīng)過可以用軟件編程和調(diào)節(jié)的預(yù)定延時(shí)期間之后，接通時(shí)間增加600ns，切斷時(shí)間縮短600ns，保持恒定頻率。增長接通時(shí)間和縮短切斷時(shí)間的過程將持續(xù)進(jìn)行直至達(dá)到預(yù)定數(shù)量的步長，這時(shí)能夠以穩(wěn)定狀態(tài)的5.0VDC信號(hào)驅(qū)動(dòng)Q2的柵極。因?yàn)?.0VDC作用于Q2的柵極，在光源的兩端施加減去Q2兩端電壓降的電源發(fā)出的全電位。
通過步長數(shù)目，方波的頻率，在脈沖串處于恒定脈沖寬度的每一步長的延時(shí)，以及由軟起動(dòng)程序內(nèi)的程序分支產(chǎn)生的某些附加編碼來控制用于獲得光源兩端的全部電位的整個(gè)軟起動(dòng)時(shí)間段。由于步長的數(shù)量，方波的頻率以及在每一步驟的延時(shí)均是可以編程的，因此，能夠?qū)④浧饎?dòng)時(shí)間段設(shè)定至作為驅(qū)動(dòng)U3的晶體振蕩器的函數(shù)的任意速率。在圖4中說明了施加至燈的相關(guān)外加電壓(V1，V2，V3，[V9N]-[Rds(on)*I_燈])與不同編程時(shí)間段的時(shí)間的關(guān)系曲線。
為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，在描述了所有電路元件、它們的數(shù)值以及相互連接的圖2A，2B以及2C中提供了詳細(xì)的電路方案圖。這三個(gè)附圖一起包括了本發(fā)明的整個(gè)驅(qū)動(dòng)和控制電路。通過跳接線A1，A2，…B1，B2…等說明了引線的相互連接。例如，圖2A中在跳接線A1終止的引線連接至圖2B上的跳接線A1處的相同引線等。
因此可理解，雖然能夠有效地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地理解本發(fā)明的改變和改進(jìn)，并且這些改變和改進(jìn)都落入在權(quán)利要求書中限定的思想和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)顯微鏡中的光源逐步提供電能的設(shè)備，包括可操作地設(shè)置以提供第一電壓的電源；功率晶體管，可操作地與所述電源相連且可操作地對(duì)所述光源提供變化的外加電壓；以及用于以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置所述功率晶體管的裝置，以便在多個(gè)分散的步長中逐步增大施加至所述光源的所述外加電壓，直至所述外加電壓接近第一電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置所述功率晶體管的所述裝置能夠以多個(gè)分散的步長使所述功率晶體管逐步提高施加至所述光源的所述外加電壓，直至所述外加電壓等于所述第一電壓減去所述功率晶體管兩端的電壓降。
3.一種用于逐步對(duì)顯微鏡中的光源供給電能的設(shè)備，包括功率晶體管，可操作地設(shè)置以對(duì)所述光源提供變化的外加電壓；以及用于以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置所述功率晶體管的裝置，以便以多個(gè)分散的步長逐步增大施加至所述光源的所述外加電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于在所述光源兩端施加最大額定外加電壓之前，用于以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置所述功率晶體管的所述裝置以均勻平穩(wěn)的增量、恒定的頻率、以及開始于0％并結(jié)束于90％的占空比使所述光源兩端的外加電源上升。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于通過一微處理器提供所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述功率晶體管由數(shù)字信號(hào)偏置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)為方波。
8.一種對(duì)顯微鏡中的光源逐步提供電能的方法，包括以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置功率晶體管，以便以多個(gè)分散步長逐步增大施加至所述光源的外加電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述數(shù)字信號(hào)為方波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中可操作地安排所述方波使其具有逐步增大的占空比。
全文摘要
一種用于對(duì)顯微鏡中的光源逐步提供電能的設(shè)備，包括功率晶體管，它可操作地設(shè)置以可操作地對(duì)所述光源提供變化的外加電壓；以及用于以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置所述功率晶體管的裝置，以便以多個(gè)分散步長逐步增大施加至所述光源的所述外加電壓。本發(fā)明還包括對(duì)顯微鏡中的光源逐步提供電能的方法，該方法通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即通過以脈沖寬度調(diào)制信號(hào)偏置功率晶體管，以便以多個(gè)分散步長逐步增大施加至所述光源的外加電壓。
文檔編號(hào)H05B39/00GK1432838SQ0214816
公開日2003年7月30日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月7日
發(fā)明者大衛(wèi)·J·卡什 申請人:萊卡股份有限公司