0 引 言
現(xiàn)代數(shù)碼激光彩色沖印系統(tǒng)是將存儲在計算機中含有光電信號的圖像信息轉(zhuǎn)換成激光束控制信號,分別控制R,G,B三支半導(dǎo)體激光器發(fā)出不同強度的激光束,再會聚成各種色彩對感光相紙進行逐行掃描而成像。雖然半導(dǎo)體激光器所發(fā)出的激光具有單色性好,方向性好,發(fā)射角小,輸出功率大,工作穩(wěn)定,壽命長,使用方便等眾多優(yōu)點;但激光作為現(xiàn)代數(shù)碼彩色沖印系統(tǒng)中感光相紙的光源,每一支半導(dǎo)體激光器都會受周圍溫度變化和本身壽命等的影響,這種影響會直接反映到所沖印彩色照片的色彩層次、輪廓、清晰度、鮮艷度等。為了有效防止半導(dǎo)體激光器出射光功率的變化對沖印照片造成的色彩失真,提高沖印照片的色彩純真度,通過自動測量并自動控制R,G,B三支半導(dǎo)體激光器的出射功率,可以保證系統(tǒng)沖印彩色照片的質(zhì)量,同時可大大減少系統(tǒng)設(shè)備的維護維修時間,提高服務(wù)能力和經(jīng)濟效益。
1 系統(tǒng)原理
1.1 半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)原理
半導(dǎo)體激光器的電氣符號及其結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由激光發(fā)射部分LD和激光接收部分PD構(gòu)成。LD和PD封裝在一個管殼中,共用一個公共端點,并與管子的金屬外殼相連。激光驅(qū)動電壓分別經(jīng)過一個電阻接入激光器第1腳和第3腳,可控制LD的工作電流和PD受光后的轉(zhuǎn)換電流。由LD發(fā)出的激光強度暫且稱作發(fā)射功率。
1.2 半導(dǎo)體激光器功率測量與控制原理
半導(dǎo)體激光器是一種熱功率器件,在連續(xù)工作情況下結(jié)區(qū)溫度升高較快,閾值電流也相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)溫度升高時,激光器發(fā)射功率隨之下降,發(fā)射出的激光會聚后,色彩信息與存儲文件包含的色彩信息偏差較大,因此有必要進行出射光補償。補償方法是在激光器前面加裝一個可通過步進電機調(diào)整的偏振鏡,調(diào)整偏振鏡的角度,以改變出射光強度(出射功率),在激光器溫度變化較小的范圍內(nèi)(另有半導(dǎo)體制冷裝置調(diào)節(jié))適當(dāng)?shù)丶哟蟀l(fā)射功率,可通過偏振鏡調(diào)整輸出與存儲文件中相對應(yīng)的光強度信息,從而保證輸出激光對相紙掃描曝光的失真。
1.3 測量控制系統(tǒng)框圖
測量控制系統(tǒng)中的主要硬件電路由微處理器AT89C52、光電探測器(每支激光器發(fā)射口和出射口各1個)、放大電路、12位ADC轉(zhuǎn)換電路、步進電機控制模塊等組成,其基本框圖如圖2所示。
驅(qū)動電路提供半導(dǎo)體激光器所需要的工作電流;光電探測器測量激光發(fā)射功率和出射功率的變化;放大電路對所采集的微弱電壓變化信號進行放大,以適合ADC轉(zhuǎn)換;微處理器AT89C52接收到ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息,再通過軟件與設(shè)定值比較,發(fā)出PWM脈沖控制信號,驅(qū)動步進電機動作,以改變激光器出射處偏振鏡的偏轉(zhuǎn)角度,調(diào)整半導(dǎo)體激光器的出射功率達到穩(wěn)定。
1.4 AD7896特性及工作模式
AD7896是生產(chǎn)的一種低功耗12位高速串行A/D轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品有8腳Plastic DIP,Lead Cerdip和SOIC三種封裝形式,且?guī)в袃?nèi)部時鐘。它的外圍接線極其簡單,AD7896的轉(zhuǎn)換時間為8μs,采用標(biāo)準(zhǔn)SPI同步串行接口輸出和單一電源(2.7~5.5 V)供電。圖3是AD7896工作在高速模式時的時序圖。在此模式下,啟動信號CONVST一般處于高電平。當(dāng)CONVST輸入一個負(fù)脈沖,其下降沿將啟動一次轉(zhuǎn)換.該信號觸發(fā)BUSY由低電平變?yōu)楦唠娖?,并?biāo)記轉(zhuǎn)換正在進行。經(jīng)過最大8μs時間后轉(zhuǎn)換結(jié)束,BUSY自動從高電平變?yōu)榈碗娖?,然后?6個時鐘脈沖讀出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行存儲,時鐘脈沖頻率最大為10 MHz(+5 V供電),讀出數(shù)據(jù)時間最短為1.6μs,再經(jīng)過400 ns時間等待,在下一次轉(zhuǎn)換開始時,數(shù)據(jù)串行移位輸出,整個轉(zhuǎn)換時間最短為10μs。
2 硬件電路的設(shè)計
2.1 放大電路的設(shè)計
由于半導(dǎo)體激光器起振產(chǎn)生激光的電流很小,且在正常工作時一般僅數(shù)微安至數(shù)十毫安,所以選用性能價格比較高的AD707作為減法運算放大器。圖4為實際的應(yīng)用放大電路。圖4中JGT為紅色激光器光電探測器輸出端(連接在激光器第3腳),經(jīng)電阻R1輸入到運算放大器AD707的同相端,反相端通過R40構(gòu)成反饋電路,電路中R34和R22構(gòu)成的分壓電路為反相輸入端,用以提供電壓μA。該電壓可通過調(diào)整R34校準(zhǔn)三基色的比例。JGT采樣到的電壓信號uJGT經(jīng)減法運算后從AD707第6引腳輸出,其大小為:
集成運放采用雙電源+8 V和-8 V供電,可有效降低輸出電壓噪聲,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
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