一种用于光声成像的LED脉冲光源制造技术

本实用新型专利技术提出一种用于光声成像的LED脉冲光源。目前用于光声成像的脉冲光源主要为激光光源，因为其体积较大，价格昂贵，大大增加了使用成本。本实用新型专利技术提出一种用于光声成像LED脉冲光源，包括脉冲信号发生模块、驱动电路模块以及LED脉冲光源模块。基于FPGA的信号发生模块通过编写程序输出预定要求的脉冲信号，通过电气连接将I/O口与驱动电路的信号输入端连接，控制MOS管的开关状态，进而通过驱动电路来驱动LED脉冲光源。本实用新型专利技术的优点是利用LED光源替代激光光源，提供了一套脉宽及脉冲频率可调、结构简单、体积小、成本低的脉冲光源装置，该装置不仅增加了波长覆盖范围，也大大降低了使用成本，减少了能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光声成像的LED脉冲光源
本技术涉及一种脉冲光源，特别涉及到一种用于光声成像的LED脉冲光源。
技术介绍
光声成像是近几年兴起的一种基于激光二极管超声成像的新型生物医学成像方式。通过利用脉冲激光照射到生物组织，使组织的光吸收域产生超声信号，这种由光激发产生的超声信号称为光声信号。一般来说，脉冲激光器具有光声转换效率高的优点，通常被作为光声成像研究中产生信号的激励源。但是常用的高能耗激光器因驱动和冷却系统的存在，制约其在便携式手持设备方面的应用；同时用于光声成像的激光器尤其是商用的激光器在波长选择上有很大的局限性，而且一般体积较大，价格昂贵。目前的LED因为其成本低、体积小、易于集成等特点，应用范围越来越广。LED脉冲驱动作为一种富有潜力的驱动方式，不仅能够节约电能、减少产热、延长使用寿命，还可以利用窄脉冲特性，通过过驱动得到强度更高的照明效果；同时窄脉冲驱动的LED在特殊照明领域有很大应用前景。现有的LED脉冲光源，会因为低脉冲频率和高脉冲宽度的限制，而不能满足光声成像的要求。
技术实现思路
(一)解决的技术问题鉴于以上技术缺陷，本技术的目的在于提供一种用于光声成像的LED脉冲光源，可以取代复杂且昂贵的激光系统，能够实现体积小、波长覆盖广、脉冲频率高、占空比小的LED脉冲光源。(二)技术方案为实现以上目的，本技术提供了一种用于光声成像的LED脉冲光源，通过脉冲信号发生模块、驱动电路模块以及LED脉冲光源模块，以模块化的设计，再结合功率型LED光源，实现一款脉冲信号可调、波长覆盖广、成本低、重用性高的功率型LED脉冲光源，代替复杂且昂贵的脉冲激光装置。本技术通过采用模块化的设计，提供一种功率型LED脉冲光源，其中包括：脉冲信号发生模块、驱动电路模块以及LED脉冲光源模块。基于FPGA的信号发生模块通过编写程序，直接在I/O口输出预定要求的脉冲信号，再将脉冲信号输入驱动电路模块，通过控制MOS管Q1开关状态，进而驱动LED脉冲光源模块的功率型LED光源以脉冲方式工作，输出准直光束，再针对不同脉冲光源应用场合，调整脉冲信号，以满足应用需求。所述脉冲信号发生模块是由FPGA芯片及晶振、JTAG下载接口等器件组成，通过贴片或插件孔焊接的方式完成电气连接，晶振与JTAG下载接口分别与FPGA芯片电性连接，利用VHDL语言编写程序来控制脉冲信号发生模块产生所需要的脉冲信号。本技术所述驱动电路模块包括MOS管Q1(EPC2036)、肖特基二极管D1、MOS管驱动器U1(UCC27611DRVT)、磁珠FB1，以贴片的方式接入PCB板上的驱动电路。磁珠FB1一端与电源VDD连接，另一端分别与MOS管驱动器U1相连，肖特基二极管D1与LED光源并联分别一端通过电阻R4与电源VDD连接，另一端与MOS管Q1漏极连接，MOS管Q1栅极通过电阻R2和电阻R3分别与MOS管驱动器U1输出端口相连，该模块是根据脉冲信号的脉冲重复频率、脉宽属性以及驱动LED所需要的电压、电流属性而设计的，旨在能够完成纳秒级响应、持续稳定工作使用场效应管驱动器U1来驱动场效应管，使电路能够在高频窄脉冲信号下快速响应，达到脉冲光源持续脉冲工作的要求。进一步说，该驱动电路通过MOS管Q1(EPC2036)及磁珠FB1等部件，不仅能够稳定、快速地驱动LED光源实现脉冲工作，还能降低噪声影响，稳定脉冲信号。本技术所述LED脉冲光源模块由功率型LED与准直透镜组成，准直透镜位于LED出光侧，完全覆盖出光面，使光线进入准直透镜，二次配光后LED脉冲光源模块输出平行准直光束，通过二次配光，将发散的LED光源光线准直成平行光束输出。进一步说，该功率型LED光源，可以根据实际需要更换不同波长的LED光源。本技术所述的一种功率型LED脉冲光源，集成在一块体积较小的PCB板上，大大减小了该脉冲光源的体积。本技术的优点在于：1、常见的脉冲光源实现方法中很少有脉冲信号的产生部分。本技术所述中，该功率型LED脉冲光源采用基于FPGA的脉冲信号发生模块方便脉冲信号的调整，不仅可以根据实际应用需要，输出脉冲频率更高，占空比更小的脉冲信号，进一步拓展其应用范围，而且该方法结构简单、易于实现。2、驱动电路模块使用快速响应的场效应管设计而成，能够满足高频窄脉冲信号的及时响应，实现LED的快速驱动；同时降低噪声影响，输出稳定。3、LED脉冲光源模块通过利用准直透镜，对LED光源二次配光，可以使脉冲光源输出平行准直光束，且LED光源可以根据不同的应用需要，选择不同波长的功率型LED光源或LED模组。整个装置可以集成在一块较小的PCB板上，与LD脉冲光源及其他类型脉冲光源相比，大大降低了该脉冲光源实现方法的复杂性，提高了重用性，本技术所涉及的功率型LED脉冲光源大大增加了其便携性，易于安装固定，降低了脉冲光源的成本。同时，本技术所涉及的功率型LED脉冲光源波长覆盖范围更广，脉冲频率更高，占空比更小。附图说明图1为本技术实施例的结构原理图。图2为本技术LED脉冲光源模块实施例的结构示意图。图3为本技术驱动电路部分电路图。附图标记：脉冲信号发生模块1、驱动电路模块2、LED脉冲光源模块3、LED光源31、准直透镜32、平行准直光束33。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例1、如图1所示：一种用于光声成像的LED脉冲光源，包括脉冲信号发生模块1、驱动电路模块2、LED脉冲光源模块3；其中：脉冲信号发生模块由FPGA芯片及构成其子系统的元器件以贴片及插件孔焊接的形式固定在PCB板上构成，VHDL语言编写程序，输出特定的脉冲信号；驱动电路模块2根据高频窄脉冲信号特性以及驱动LED的电气属性，选用合适的场效应管驱动器U1来驱动相应的高速场效应管，使电路能达到纳秒级响应，以达到稳定且持续的脉冲输出；LED脉冲光源模块3由功率型LED光源和准直透镜组合而成，通过二次配光使LED脉冲光源输出平行的准直光束，其中功率型LED或LED模组直接以贴片形式接入并固定在驱动电路所在PCB板上，准直透镜位于LED出光侧并以螺旋方式固定在PCB上，该模块通过二次配光使LED脉冲光源输出平行的准直光束。实施例2、实现重复频率为10kHz，脉冲宽度为50ns的光脉冲信号。即通过程序编写、烧录，使脉冲信号发生模块在I/O输出所需的电脉冲信号a，通过电气连接将脉冲信号a输入驱动电路模块，场效应管在脉冲信号控制下迅速响应，控制LED脉冲光源模块以脉冲方式工作，产生预定要求的光脉冲信号b。实施例3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光声成像的LED脉冲光源，脉冲信号发生模块(1)、驱动电路模块(2)和LED脉冲光源模块(3)；其特征在于：/n所述脉冲信号发生模块(1)包括FPGA芯片、晶振、JTAG下载接口；晶振与JTAG下载接口分别与FPGA芯片电性连接，利用VHDL语言编写程序来控制脉冲信号发生模块(1)产生所需要的脉冲信号；/n所述驱动电路模块(2)包括MOS管Q1、肖特基二极管D1、MOS管驱动器U1、磁珠FB1，以贴片的方式接入PCB板上的驱动电路，磁珠FB1一端与电源VDD连接，另一端分别与MOS管驱动器U1端口相连，肖特基二极管D1与LED光源并联分别一端通过电阻R4与电源VDD连接，另一端与MOS管Q1漏极连接，MOS管Q1栅极通过电阻R2和电阻R3分别与MOS管驱动器U1输出端口相连；/n所述LED脉冲光源模块(3)包括功率型LED与准直透镜，功率型LED贴片固定在PCB板上的预留位置，与驱动电路模块(2)连接，准直透镜位于功率型LED出光侧，通过螺旋方式固定在PCB板上。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于光声成像的LED脉冲光源，脉冲信号发生模块(1)、驱动电路模块(2)和LED脉冲光源模块(3)；其特征在于：
所述脉冲信号发生模块(1)包括FPGA芯片、晶振、JTAG下载接口；晶振与JTAG下载接口分别与FPGA芯片电性连接，利用VHDL语言编写程序来控制脉冲信号发生模块(1)产生所需要的脉冲信号；
所述驱动电路模块(2)包括MOS管Q1、肖特基二极管D1、MOS管驱动器U1、磁珠FB1，以贴片的方式接入PCB板上的驱动电路，磁珠FB1一端与电源VDD连接，另一端分别与MOS管驱动器U1端口相连，肖特基二极管D1与LED光源并联分别一端通过电阻R4与电源VDD连接，另一端与MOS管Q1漏极连接，MOS管Q1栅极通过电阻R2...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志华，赵德志，陈聪，牛云飞，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：新型
国别省市：江西;36