一种影像扫描装置的激光功率衰减补偿电路的制作方法

本实用新型涉及计算机x射线摄影成像领域，特别是一种影像扫描装置的激光功率衰减补偿电路。

背景技术：

计算机x射线摄影术（computedx-rayradiography,cr）已经广泛应用于医疗健康领域，x射线穿透物体照射到含有光激励荧光粉的影像板上，会产生一帧潜影（latentimage）并存储在影像板中。当使用一定波长（600-700nm）的激光照射时，影像板会激发出特定波长（350-450nm）的荧光，其能量分布特性和潜影形态完全相关，这些荧光被收集、转换成电信号并数字化，从而将潜影转换成可以存储和传输的二维数字图像。

半导体激光器因其体积小、高频响应好、调制效率高、调制方便等，在影像扫描系统中有广泛应用。基于光激励发光（psl）的成像装置中，稳定输出的激光功率有利于提升影像画面的均匀性。

在用激光对影像板记录的信息进行扫描的过程中，激光二极管会出现以下现象：1、激光二极管使用一段时间后，随着温度的升高，激光输出功率出现衰减，从而影响扫描仪的影像质量；2、当激光二极管温度较高时，因为温度过高，导致ith很大，使激光二极管（ld）输出光功率下降很多，经反馈电路后其电流增加很多，致使其温度进一步升高，则ith更大，使激光二极管（ld）损坏，从而影响激光器的寿命；3、激光器在影像扫描装中的高速开启和关闭，会出现激光功率过冲现象，造成输出激光功率不稳定，从而影响扫描装置的成像质量。

半导体激光器是电流驱动发光器件。如图1所示，只有当驱动电流在激光器阈值电流ith以上时，半导体激光器才能产生并持续输出激光功率。当i>>ith时，半导体激光器的功率可表示为：p=k*(i-ith)，k为图1中直线的斜率。1、半导体激光器是温度敏感器件，其阈值电流ith随着温度的升高增大，且p-i曲线斜率δp/δi减小，使输出光功率减小，甚至停止发射激光；2、随着使用时间的增长，器件老化也会导致其阈值电流ith的增大，使输出光功率减小。以上原因造成半导体激光器使用一段时间后，输出功率出现衰减，从而影响扫描装置的影像质量。

常用的半导体激光二极管内部结构如图2所示。从激光二极管（ld）透射出来的光经过pd检测后，将光功率转化为检测电流，反馈给控制电路，从而实现对激光功率的监测。当温度较高时，因为温度过高，导致ith很大，使激光二极管（ld）输出光功率下降很多，经反馈电路后其电流增加很多，致使其温度进一步升高，则ith更大，使激光二极（ld）损坏，从而影响激光器的寿命。

常见的激光驱动方式如：恒流源驱动，半导体激光器在高速开启和关闭的过程中会出现激光功率过冲现象，造成输出的激光功率不稳定，从而影响扫描装置的成像质量，如图3所示。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种影像扫描装置的激光功率衰减补偿电路，在影像扫描过程中使激光二极管输出功率不随着时间的增长和温度的升高而改变。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种影像扫描装置的激光功率衰减补偿电路，包括：激光二极管ld、激光驱动模块及系统功能控制模块，所述激光功率衰减补偿电路还包括负反馈控制模块、系统补偿模块及参考基准模块；所述激光驱动模块及所述系统功能控制模块分别和所述激光二极管ld连接，以用于为所述激光二极管ld提供偏置电流及调制电流；所述负反馈控制模用于检测所述激光二极管的输出光功率；所述系统补偿模块的一个输入端连接所述负反馈控制模块，另一个输入端连接所述参考基准模块，输出端连接所述激光驱动模块，以用于为所述激光驱动模块提供补偿电流使偏置电流与阈值电流的差值稳定。

优选地，所述系统补偿模块包括比较器u3、电容c1及稳压二极管d3；所述比较器u3的反相输入端连接所述负反馈控制模块，同相输入端连接所述参考基准模块，输出端连接于所述激光驱动模块；所述电容c1并接于所述比较器u3的反相输入端和输出端之间；所述稳压二极管d3的负极连接所述比较器u3的输出端，正极接0v。

优选地，所述负反馈控制模块包括pin光电二极管pd、电阻r8、电阻r1、运算放大器u1及电容c2；所述pin光电二极管pd串接所述电阻r8后连接至所述运算放大器u1的反相输入端；所述运算放大器u1的同相输入端接0v，输出端连接所述系统补偿模块；所述电阻r1并接于所述运算放大器u1的反相输入端和输出端之间；所述电容c2并接于所述运算放大器u1的反相输入端和输出端之间。

更优选地，所述激光二极管ld和所述pin光电二极管pd分别连接至电源vcc。

优选地，所述参考基准模块包括电阻r6、电阻r7、可调电阻vr及运算放大器u4；所述电阻r6的一端接基准参考电压vref，另一端连接所述运算放大器u4的反相输入端；所述可调电阻vr的第一端接电源vcc，另一端接0v，可调端接所述运算放大器u4的同相输入端；所述运算放大器u4的输出端连接所述系统补偿模块；所述电阻r7并接于所述运算放大器u4的反相输入端和输出端之间。

优选地，所述激光驱动模块包括电阻r9、电阻r10、电感l1及半导体三极管q1；所述电阻r9的一端连接所述系统补偿模块，另一端连接所述半导体三极管q1的基极；所述电阻r10的一端连接所述半导体三极管q1的发射极，另一端接0v；所述电感l1连接于所述半导体三极管q1的集电极和所述激光二极管之间。

优选地，所述系统功能控制模块包括电阻r5、电阻r11、半导体三极管q2及运算放大器u5；所述运算放大器u5的反相输入端串接所述电阻r5、所述电阻r11后接0v，同相输入端接控制电压，输出端连接所述半导体三极管q2的基极；所述半导体三极管q2的集电极连接所述激光二极管ld，发射极串接所述电阻r11后接0v。

优选地，所述激光功率衰减补偿电路还包括用于提供抵消寄生电感产生的瞬时电压的阻抗的滤波电路模块。

更优选地，所述滤波电路模块包括电阻r3、电容c3及电容c4；所述电阻r3的一端连接所述激光二极管ld的负极，另一端连接所述系统功能控制模块和所述激光驱动模块；所述电容c3及所述电容c4相互并联且一端连接所述激光二极管ld的负极，另一端接0v；所述激光二极管ld的正极接电源vcc。

进一步地，所述滤波电路模块的阻抗值zab(jw)如下式所示：

zab(jw)=r+r3+jwl-j/(w(c3+c4))

其中，a、b分别表示激光二极管ld的正端和负端，r表示电路内阻，r3表示所述电阻r3的阻值，l表示寄生电感，j表示虚数单位，w表示电路角频率，c3、c4分别所述电容c3和所述电容c4的电容值。

本实用新型采用上述技术方案，相比现有技术具有如下优点：

在较高温度下，传统的控制方法会出现激光二极管因为过度驱动而无法正常工作，而实用新型的激光功率衰减补偿电路能解决温度过高时激光二极管反馈和系统补偿的问题，使激光二极管在较高温度下也能正常稳定地输出功率。本实用新型的激光功率衰减补偿电路中，激光二极管更加稳定、精准的输出激光功率，在影像扫描过程中使激光二极管输出功率不随着时间的增长和温度的升高而改变，达到提高影像装置的成像质量的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为半导体激光器ld的p-i曲线示意图；

图2为半导体激光器的结构示意图；

图3为现有的激光驱动方式的激光功率曲线图；

图4为根据本实用新型实施例的一种的激光功率衰减补偿电路的示意图；

图5为根据本实用新型实施例的一种激光功率衰减补偿流程图；

图6为根据本实用新型实施例的滤波电路模块的等效电路图；

图7为经滤波电路模块后的激光功率曲线图；

图8为激光功率不稳定时的影像图像；

图9为激光功率稳定输出时的影像图像。

上述附图中，

101、系统功能控制模块；102、激光驱动模块；103、系统补偿模块；104、负反馈控制模块；105、参考基准模块；106、滤波电路模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本实施例提供一种影像扫描装置的激光功率衰减补偿电路。参照图4和图5所示，该激光功率衰减补偿电路主要由激光二极管ld、系统功能控制模块101、激光驱动模块102、系统补偿模块103、负反馈控制模块104、参考基准模块105以及滤波电路模块106组成。

激光二极管ld作为影像扫描装置的激光光源，用于出激光光束，其出射的激光光束即形成对影像板进行扫描的激光光斑。激光二极管ld的正极连接电源vcc，负极通过滤波电路模块106后分别连接系统功能控制模块101、激光驱动模块102。

系统功能控制模块101，其为恒流源控制电路，为激光二极管ld提供合适的偏置电流，以开启和关闭激光二极管ld的激光输出。该系统功能控制模块101具体包括电阻r5、电阻r11、半导体三极管q2及运算放大器u5。运算放大器u5的反相输入端串接电阻r5、电阻r11后接0v，同相输入端接控制电压，输出端连接半导体三极管q2的基极；半导体三极管q2的集电极连接激光二极管ld的负极，发射极串接电阻r11后接0v。

激光驱动模块102，为ld驱动电路，用于给半导体激光二极管ld提供合适的偏置电流和调制电流。其中偏置电流是一定的，它能使半导体激光器始终工作在阈值电流以上的线性区域内，而调制电流是变化的，会根据系统补偿模块103提供的电压信号，做出相应的开关切换动作。该激光驱动模块102包括电阻r9、电阻r10、电感l1及半导体三极管q1；电阻r9的一端连接系统补偿模块103，另一端连接半导体三极管q1的基极；电阻r10的一端连接半导体三极管q1的发射极，另一端接0v；电感l1连接于半导体三极管q1的集电极和激光二极管之间。其中电感l1用于阻止交流信号对调制电流的影响，而使直流信号不受影响。因为激光二极管阴极保持一定的阻抗可以使高速输出电路对频率的信号的负载保持稳定，如果输出端负载不稳定，那么输出激光信号将产生发射、振铃现象。

负反馈控制模块104，包括pin光电二极管pd、电阻r8、电阻r1、运算放大器u1及电容c2。pin光电二极管pd的一端接电源vcc，另一端串接电阻r8后连接至运算放大器u1的反相输入端；运算放大器u1的同相输入端接0v，输出端连接系统补偿模块103；电阻r1并接于运算放大器u1的反相输入端和输出端之间；电容c2并接于运算放大器u1的反相输入端和输出端之间。其中，pin光电二极管pd是一种光检测器件，具体为半导体激光器的pd端。激光二极管ld输出光功率，经过pin光电二极管pd检测后，经运算放大器u1，反馈到系统补偿模块103。

参考基准模块105，包括电阻r6、电阻r7、可调电阻vr及运算放大器u4。电阻r6的一端接基准参考电压vref，另一端连接运算放大器u4的反相输入端；可调电阻vr的第一端接电源vcc，另一端接0v，可调端接运算放大器u4的同相输入端；运算放大器u4的输出端连接系统补偿模块103；电阻r7并接于运算放大器u4的反相输入端和输出端之间。该参考基准模块105用于提供适当的电压，使激光二极管ld得到所需要的驱动电流；而且当输入通道无信号时，参考基准模块105能使激光驱动模块102不动作，避免误动作的发生。

系统补偿模块103，用于提供合适的补偿电流，使偏置电流与阈值电流的差值ibias-ith相对稳定，从而使激光输出功率稳定，并且具有在高温下可防止激光二极管因过度驱动而损坏的功能。该系统补偿模块103包括比较器u3、电容c1及稳压二极管d3；比较器u3的反相输入端连接负反馈控制模块104（具体为运算放大器u1的输出端），同相输入端连接参考基准模块105（具体为运算放大器u4的输出端），输出端连接于激光驱动模块102；电容c1并接于比较器u3的反相输入端和输出端之间；稳压二极管d3的负极连接比较器u3的输出端，正极接0v。激光二极管ld输出光功率，经过pin光电二极管pd检测后，经运算放大器u1，反馈到比较器u3的反相输入端，同时基准参考电压vref经过运算放大器u4，反馈到比较器u3的同相输入端，经过比较器u3后输出电压，驱动激光驱动模块102的半导体三极管q1工作，其工作流程如下：ld输出光功率↓→pd输出电流↓→u1输出电压↓→vr↓→u3输出电压↑→q1基极电流↑→q1集电极电流（即ib）↑→ld输出光功率↑。

现有技术中的激光驱动电路，因为温度过高，导致ith很大，使激光二极管输出光功率下降很多，经运放作用后则ib增加很大，致使激光二极管管芯温度进一步升高，使ith更大，如此恶性循环下去，会烧坏激光二极管。而本实用新型提供的电路中的稳压二极管d3能使运算放大器u3输出的电压，在大于一定的值后，将电压钳制在安全范围内，使半导体激光器免于过度驱动而损坏，从而使激光二极管ld在温度较高的情况下也能安全稳定的工作。

滤波电路模块106，用于有效消除半导体激光器在高速开启和关闭过程中的激光功率过冲的现象。该滤波电路模块106包括电阻r3、电容c3及电容c4；电阻r3的一端连接激光二极管ld的负极，另一端连接系统功能控制模块101（具体为电感l1）和激光驱动模块102（具体为半导体三极管的集电极）；电容c3及电容c4相互并联且一端连接激光二极管ld的负极（具体接于激光二极管ld的负极和电阻r3之间），另一端接0v。

激光器在高速电流切换工程中产生的引线电感（寄生电感），流过的引线电感的调制电流将产生一个与调制电流变化相同的瞬时电压，该瞬时电压将会引起激光功率的波动。而滤波电路模块106此时正好能给激光二极管电路提供合适的阻抗，抵消寄生电感产生的瞬时电压的影响，从而避免激光功率过冲现象的发生，为影像扫描装置提供稳定的激光光源。

不考虑激光二极管的寄生电容，将激光二极管ld视为负载，其频率等效电路图如图6所示。则滤波电路模块106的阻抗值zab(jw)如下式所示：

zab(jw)=r+r3+jwl-j/(w(c3+c4))

其中，a、b分别表示激光二极管ld的正端和负端，r表示电路内阻，r3表示电阻r3的阻值，l表示寄生电感，j表示虚数单位，w表示电路角频率，c3、c4分别电容c3和电容c4的电容值。

由上式可知：当w2l(c3+c4)<<1时，阻抗值zab(jw)=r+r3。经滤波电路模块106后的激光功率曲线如图7所示，可知，通过采用滤波电路模块106，避免了激光功率过冲现象的发生，为影像扫描装置提供稳定的激光光源。

本实施例的激光功率衰减补偿电路中，当激光二极管ld的输出光功率降低时，pin光电二极管的输出电流减小，则经过运算放大器u1输出的电压降低，此时可调电阻vr的阻值调低，使比较器u3输出的电压升高，则半导体三极管q1的基极电流增大，半导体三极管q1的集电极电流增大，为激光二极管ld提供合适的电流，从而使得激光二极管ld的输出光功率增大。

本实施例的激光功率衰减补偿电路，在影像扫描过程中使激光二极管输出功率不随着时间的增长和温度的升高而改变。在较高温度下，传统的控制方法会出现激光二极管因为过度驱动而无法正常工作，而本实施例的激光功率衰减补偿电路能解决温度过高时激光二极管反馈和系统补偿的问题，使激光二极管在较高温度下也能正常稳定地输出功率。现有技术中的激光驱动方式如：恒流源驱动，激光二级管在高速开启和关闭过程中会出现功率过冲现象，从而影响扫描装置的成像质量；而本实施例的激光功率衰减补偿电路采用的滤波电路可有效减小激光功率过冲现象，从而提高影像装置的成像质量。本实施例中激光二极管采用恒流源和恒功功率相结合的控制的方式，恒流源粗调，恒功功率（apc）微调，从而使激光二极管更加稳定、精准的输出激光功率，以此达到提高影像装置的成像质量的目的，如图8和图9所示。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。