專利名稱：半導體激光電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光電源，特別涉及一種用于眼科治療儀器的半導體激光電源。
背景技術：
當前，半導體激光電源通常是由激光器驅動電路、主控制電路、溫度控制電路和功率反饋電路等組成，通過按鍵或是旋鈕改變激光的注入電流大小和頻率大小，然后在LED或LCD上面顯示出電流和頻率的值。這種電源通常體積較大，智能性不夠，適應性較差，尤其是在某些專用場合，如用于醫科治療時，無法對輸出功率及光斑大小進行檢測，無法滿足實際需求。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種半導體激光電源，不僅可以控制半導體激光器注入電流大小和激光持續時間，還能夠對輸出的激光功率和激光光斑大小進行檢測，并根據檢測結果和需求調節電源輸出。
為實現上述目的，本實用新型提供一種半導體激光電源，包括半導體激光器、溫度控制電路、輸入輸出接口電路，其特點在于還包括主控單片機、驅動電路、功率檢測電路以及光斑檢測電路，其中主控單片機輸出控制電壓至驅動電路，驅動電路將該電壓轉換為穩定電流，驅動半導體激光器發出激光；功率檢測電路用于將半導體激光器的激光輸出功率轉換為模擬電壓信號并輸入主控單片機，由主控單片機對此信號進行采樣、量化和定標，獲取激光輸出功率；光斑檢測電路用于將光斑大小信號轉換為電壓信號并輸入主控單片機，由主控單片機對該信號進行采樣、量化和定標，獲取光斑大小。
所述驅動電路包括第一級倒相放大電路和第二級由反饋的放大電路組成的壓控電流源，驅動電路接收主控單片機的控制電壓，并將該電壓先經第一級倒相放大電路倒相，再由壓控電流源轉換為穩定電流。
所述壓控電流源的第二級運放的反相輸入端經電阻接第一級倒相放大電路的第一級運放的輸出端，經電阻接三級管的發射級，同相輸入端經電阻接地，輸出端經隔離二極管接三極管的基極，該三極管發射極經功率電阻及電阻接第二級運放的同相輸入端，并經所述功率電阻輸出電流。
所述驅動電路還于電流輸出端設有并聯的保護電阻、二極管和電容。
所述功率檢測電路為一PIN管偏置電路，PIN管經半導體激光器激光照射產生的光生電流流經電阻產生電壓，該電壓經同相運放放大后輸入主控單片機。
所述光斑檢測電路采用滑動變阻器將光斑大小信號轉換為電壓信號。
所述輸入輸出接口電路包括腳踏開關、觸摸屏、液晶顯示屏及上電復位芯片，其中觸摸屏可置在液晶顯示屏上。
所述主控單片機采用ADUC812BS或ADUC831BS芯片、觸摸屏采用ADS7843芯片控制、液晶顯示屏采用SED1335芯片控制、上電復位芯片采用IMP708或MAX708芯片。
所述半導體激光電源，還設置有電平轉換電路，以與計算機連接。
本實用新型通過設置和調節主控單片機的輸出電壓，可以靈活控制半導體激光器注入電流大小和激光持續時間；通過設置功率檢測電路，可以獲取準確的激光輸出功率，實現對激光功率的檢測；通過設置光斑檢測電路，獲取輸出激光的光斑大小，實現對輸出激光光斑大小檢測。由此本實用新型除了可應用于一般場合，還可以滿足眼科治療儀器對電源的特殊要求，對輸出的激光功率和激光光斑大小進行檢測，并根據檢測結果和需求調節電源輸出。同時，本實用新型結構簡單、體積小、操作方便、電源的狀態顯示直觀、可方便地與計算機通信。
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。
圖1為本實用新型的電路結構框圖。
圖2為本實用新型的驅動電路的電路圖。
圖3為本實用新型的功率檢測電路的電路圖。
圖4為本實用新型的主控單片機與觸摸顯示模塊以及上電復位芯片的連接線路圖。圖中觸摸顯示模塊的管腳定義如下1-VSS，2-VDD，3-V0，4-A0，5-WR，6-RD，7～14-DB0～DB7，15-CS，16-RESET，17-VEE/NC，18-SEL1，19-DCLK，20-CS，21-DIN，22-DOUT，23-PEN，24-PEN1，25-IN3，26-IN4圖5為本實用新型的主控單片機與電平轉換電路的連接線路圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型半導體激光電源包括主控單片機1、驅動電路2、半導體激光器3、溫度控制電路4、功率檢測電路5、光斑檢測電路6、輸入輸出接口電路及電平轉換電路8。
本實用新型采用主控單片機1作為控制核心，控制其它部件動作。本實施例中該主控單片機1采用ADUC812BS單片機實現。當然亦可用其它單片機代替，如可用單片機ADUC831BS代替，獲得更大的程序代碼空間和數據存儲空間。
主控單片機1通過其數模轉換端口DAC0輸出電壓至驅動電路2，如圖2所示，驅動電路2將該電壓先經第一級倒相放大電路的第一級運放B倒相，變為一個負值輸入到第二級運放A的反相輸入端，經第二級運放A、隔離二極管D4、三極管Q1以及電阻R12、R3、R4、R11和R1共同組成的帶反饋的壓控電流源轉換為一個穩定的電流，作為半導體激光器3的注入電流驅動半導體激光器3發光，理論上，該電流與輸入電壓的關系為iLD=VDAC0R1.]]>所述壓控電流源的第二級運放A的反相輸入端經電阻R12接第一級運放B的輸出端，經電阻R3接三級管Q1的發射級，同相輸入端經電阻R4接地，輸出端經隔離二極管D4接三極管Q1的基極。該三極管Q1發射極經功率電阻R1及電阻R11接第二級運放A的同相輸入端，并經所述功率電阻R1輸出電流。此外，為了對半導體激光器3進行防靜電、反向電流和沖擊電流保護，并改善半導體激光器3的注入電流波形，在壓控電流源的電流輸出端設有并聯的保護電阻R10、二極管D3和電容C1。
溫度控制電路4用于控制半導體激光器3的工作溫度，可采用現已較為成熟的電路來完成，通過半導體制冷的方式保持激光器的工作溫度的穩定。比如，采用專用的激光器溫度控制模塊WTC3243，只需要另外提供幾個電阻分別用來調整PI控制的P(比例)常數和I(積分)常數，電流上限值等參數，就可以實現半導體激光器3的溫度控制。如果激光器中沒有整合TEC(Thermoelectric Controller)和熱敏電阻，則還需要一個相應TEC和一個相應的熱敏電阻。此已為既有技術，本文中不再贅述。
功率檢測電路5用于檢測半導體激光器3發出的激光的功率大小。如圖3所示，本實施例中該功率檢測電路5采用PIN管偏置電路實現，其中PIN管設于電源與同相運放C的同相輸入端之間。當激光照射PIN管時，PIN管的光生電流發生變化，在同相運放C的同相輸入端(管腳5)和電源地之間(電阻R8上)產生一個電壓，深度負反饋條件下，該同相運放C輸出電壓(管腳7處)是同相輸入端電壓的6倍(U7＝6U5)。該輸出電壓輸入主控單片機1的P1.4端口(ADUC812BS的P1.4端口作為模擬數字轉換口)，由主控單片機1對這個信號進行采樣、量化、定標之后獲取半導體激光器3發出的激光的功率大小。
對于光斑檢測電路6，由于設計上光斑大小的值與使用鏡頭的長度成線性關系，因此，采用一個長度足夠的滑動變阻器將光斑大小信號轉換為電壓信號，之后同樣經由主控單片機1的模擬數字轉換口對電壓進行的采樣，輸入主控單片機1，經過量化和定標處理，獲取光斑的大小。其連接方式可為滑動變阻器的兩端分別接+5V直流電源和模擬地GND，其滑動端接上一個跟隨器的輸入端，跟隨器的輸出端連接至單片機上未被其他信號占據的ADC端口，比如P1.2。滑動變阻器的兩端固定在使用的鏡頭的安裝筒上，滑動端和鏡頭的調節旋鈕精密配合，隨著鏡頭旋鈕的位置移動而上下滑動。
輸入輸出接口電路包括腳踏開關71、觸摸屏72、液晶顯示屏73及上電復位芯片74，其中腳踏開關71一端接至地(GND)，另一端通過一個上拉電阻接至單片機1的INT0端口(圖未示)；通過主控單片機1控制半導體激光器3激光的輸出；觸摸屏72液晶顯示屏73分別作為輸入、輸出終端，本實施例中將觸摸屏72直接貼在液晶顯示屏73上，以節省出空間一般按鍵所需要的空間，減小電源的體積；上電復位芯片74用于實現系統復位。
如圖4所示，為主控單片機1與觸摸屏72、液晶顯示屏73組成的觸摸顯示模塊以及上電復位芯片74的連接線路圖。本實施例中，觸摸顯示模塊采用DG32240，其中液晶顯示屏控制芯片為SED1335，觸摸屏控制芯片為ADS7843；上電復位芯片74采用IMP708芯片(或MAX708等相同功能的芯片替代)。圖中觸摸顯示模塊DG32240的1腳和2腳分別作為地線和電源線；17腳是模塊內部的負壓輸出管腳，通過3腳、17腳和1腳間的電位器R2可以調節管腳3的電壓，從而改變液晶顯示屏73的對比度；4腳接至主控單片機1的P2.0端口，利用該P2.0端口作為液晶顯示屏控制芯片SED1335的指令/數據選擇位；7-14腳作為8位指令/數據線直接與主控單片機1的P0端口相連；15腳是液晶顯示屏控制芯片SED1335的片選線，通過主控單片機1的P2.1口控制；系統的復位功能通過上電復位芯片IMP708(或MAX708)實現(接至觸摸顯示模塊的16腳、主控單片機1的復位端口Reset)；由于本實施例的主控單片機1采用8031核心兼容的單片機，其讀寫時序屬于8086類型，故觸摸顯示模塊DG32240的18腳接低電平；19-24腳是和觸摸屏控制相關19腳從主控單片機1的P2.4端口讀取同步時鐘信號，21、22腳分別為串行數據輸入、輸出端口，直接連接至主控單片機1的P2.7和P2.6端，23腳作為觸摸屏的中斷口與主控單片機1的外部中斷 INT1相連，當觸摸屏被觸摸時，該管腳電平立即變為低電平，主控單片機1檢測到這個中斷，就通過P2.7端口給觸摸顯示模塊DG32240(觸摸屏控制芯片ADS7843)發送控制指令，然后由該芯片執行相應的動作，并把結果通過22腳傳送給主控單片機1。控制指令的發送和結果的接收均由主控單片機1相應控制程序來完成。
本實施例中的觸摸屏72為四線電阻觸摸屏，通過觸摸屏控制芯片ADS7843控制，使用觸摸屏可以取代鍵盤獲取用戶的輸入信息；液晶顯示屏73可采用分辨率為320*240的液晶顯示屏。當然觸摸顯示模塊、觸摸屏及其控制芯片、液晶顯示屏及其控制芯片、上電復位芯片亦可采用其它型號裝置及芯片實現，只要能實現其輸入、顯示、復位等功能即可。
本實施例還設有電平轉換電路8，用于將本半導體激光電源連接至計算機。如圖5所示，本實施例中的電平轉換電路8采用電平轉換芯片MAX232CPE及連接器J1實現。主控單片機1從TXD端口發出數據，經過電平轉換芯片MAX232CPE，把TTL電平轉換為RS232標準電平，經過連接器J1傳送到計算機的串口中；同樣，計算機發出來的數據經電平轉換芯片MAX232CPE將RS232標準電平轉換為TTL標準電平，傳送到主控單片機1的RXD端口，從而實現數據通訊和程序的下載。該電平轉換芯片亦可采用其它芯片如ADM202、MAX202等芯片替代。
本實用新型半導體激光電源以主控單片機為控制核心，輸出相應的控制電壓至驅動電路，由驅動電路將該電壓轉換為一個穩定的電流，驅動半導體激光器發出激光。設置和調節主控單片機的輸出電壓，即可控制半導體激光器注入電流大小和持續時間，從而對所需要的注入電流大小和激光的持續時間進行靈活的設置。本實用新型還通過設置功率檢測電路，將激光輸出功率轉換為模擬電壓信號，由主控單片機對此信號進行采樣，并完成量化和定標，從而獲取準確的激光輸出功率，完成對激光功率的檢測；通過設置光斑檢測電路，將光斑大小信號轉換為電壓信號，由主控單片機對該信號進行采樣，并經過量化和定標，獲取光斑大小。本實用新型選用觸摸屏和液晶顯示屏作為輸入和輸出的終端，并可將觸摸屏直接貼在液晶顯示屏上，以節省空間，減小電源體積。此外，本實用新型還設置有電平轉換電路，以與計算機通信，下載所需要的程序。
權利要求1.一種半導體激光電源，包括半導體激光器(3)、溫度控制電路(4)、輸入輸出接口電路，其特征在于還包括主控單片機(1)、驅動電路(2)、功率檢測電路(5)以及光斑檢測電路(6)，其中主控單片機(1)輸出控制電壓至驅動電路(2)，驅動電路(2)將該電壓轉換為穩定電流，驅動半導體激光器(3)發出激光；功率檢測電路(5)用于將半導體激光器(3)的激光輸出功率轉換為模擬電壓信號并輸入主控單片機(1)，由主控單片機(1)對此信號進行采樣、量化和定標，獲取激光輸出功率；光斑檢測電路(6)用于將光斑大小信號轉換為電壓信號并輸入主控單片機(1)，由主控單片機(1)對該信號進行采樣、量化和定標，獲取光斑大小。
2.根據權利要求1所述的半導體激光電源，其特征在于所述驅動電路(2)包括第一級倒相放大電路和第二級由反饋的放大電路組成的壓控電流源，驅動電路(2)接收主控單片機(1)的控制電壓，并將該電壓先經第一級倒相放大電路倒相，再由壓控電流源轉換為穩定電流。
3.根據權利要求2所述的半導體激光電源，其特征在于所述壓控電流源的第二級運放A的反相輸入端經電阻R12接第一級倒相放大電路的第一級運放B的輸出端，經電阻R3接三級管Q1的發射級，同相輸入端經電阻R4接地，輸出端經隔離二極管D4接三極管Q1的基極，該三極管Q1發射極經功率電阻R1及電阻R11接第二級運放A的同相輸入端，并經所述功率電阻R1輸出電流。
4.根據權利要求2或3所述的半導體激光電源，其特征在于所述驅動電路(2)還于電流輸出端設有并聯的保護電阻R10、二極管D3和電容C1。
5.根據權利要求1所述的半導體激光電源，其特征在于所述功率檢測電路(5)為一PIN管偏置電路，PIN管經半導體激光器(3)激光照射產生的光生電流流經電阻產生電壓，該電壓經同相運放C放大后輸入主控單片機(1)。
6.根據權利要求1所述的半導體激光電源，其特征在于所述光斑檢測電路(6)采用滑動變阻器將光斑大小信號轉換為電壓信號。
7.根據權利要求1所述的半導體激光電源，其特征在于所述輸入輸出接口電路包括腳踏開關(71)、觸摸屏(72)、液晶顯示屏(73)及上電復位芯片(74)，其中觸摸屏(72)可置在液晶顯示屏(73)上。
8.根據權利要求7所述的半導體激光電源，其特征在于所述主控單片機(1)采用ADUC812BS或ADUC831BS芯片、觸摸屏(72)采用ADS7843芯片控制、液晶顯示屏(73)采用SED 1335芯片控制、上電復位芯片(74)采用IMP708或MAX708芯片。
9.根據權利要求1所述的半導體激光電源，其特征在于還設置有電平轉換電路(8)，以與計算機連接。
專利摘要本實用新型提供一種半導體激光電源，包括主控單片機、驅動電路、半導體激光器、溫度控制電路、功率檢測電路、光斑檢測電路、輸入輸出接口電路及電平轉換電路。其中主控單片機輸出控制電壓至驅動電路，驅動電路將該電壓轉換為穩定電流，驅動半導體激光器發出激光；功率檢測電路用于將半導體激光器的激光輸出功率轉換為模擬電壓信號并輸入主控單片機，由主控單片機對此信號進行采樣、量化和定標，獲取激光輸出功率；光斑檢測電路用于將光斑大小信號轉換為電壓信號并輸入主控單片機，由主控單片機對該信號進行采樣、量化和定標，獲取光斑大小。本實用新型結構簡單，體積小，操作方便，電源的狀態顯示直觀，可方便地與計算機通信。
文檔編號A61F9/008GK2770168SQ20052003955
公開日2006年4月5日 申請日期2005年2月5日 優先權日2005年2月5日
發明者余達文, 俞敦和, 夏文兵, 胡企銓 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所