CN104965301B - 一种光学显微镜用复式串联led混合照明器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学显微镜用复式串联LED混合照明器，至少包括红光LED、绿光LED和蓝光LED三种单色光源，所有单色光源出射光通过光学元件混合在一起形成混合出射光；所有单色光源与电源控制模块连接，电源控制模块用于控制每种单色光源的波长、色温以及色光输出比例，以使所有单色光源混合后的混合出射光达到所需照明光源特性。本混合照明器既具有LED发光效率高、热量损耗小的优点，又能够最大程度地接近照明需要的日光光谱特性。

Description

一种光学显微镜用复式串联LED混合照明器

技术领域

本发明涉及显微镜照明器结构改进，具体涉及一种光学显微镜用复式串联LED混合照明器，用于光学显微镜观察的照明光源，属于显微镜技术领域。

背景技术

现代光学显微镜明场照明电光源通常使用卤素灯泡。卤素灯泡光谱特性非常接近日光，是光学显微镜进步过程中取代反射日光的反光镜的主要光源。

随着技术进步，新一代照明光源LED已经逐步成熟，在各品牌中低档光学显微镜光源中已经有较多的应用，例如目前普通教学显微镜。与卤素灯相比较，LED发光效率高、热量损耗小的特点非常有利，也十分符合当今社会节约、合理利用能源的发展趋势。

目前较常见应用到光学显微镜光源中有两种LED灯珠产品，它们被简单的替换到卤素灯等作为光源的照明系统中，见图1，其中A为卤素灯，B为LED灯，a为聚光系统，b为物镜，c为目镜，由此可见，两者差别仅在于光源不同。但这种方式只适合于中低档产品，应用在普通教学、一般医疗检测等范围，无法满足专业研究等学科领域。这是由于LED光源的发光原理，其光谱特性跟卤素灯泡光谱特性还是存在区别，这种区别在普通显微镜中可能不明显，但在研究级显微镜中就会体现出来，导致实验结果中有较多地方与传统光源得出数据存在差别，很难获得用户的认可。

同时，目前以单色定波长LED为光源的荧光显微镜产品，已经逐步在一定范围内应用。但是荧光装置经常使用多组模块，不同于汞灯光源，单色定波长LED须以模块相应数目配套使用，LED光源则需要相应的手动或电动传感机械装置实现相应的转换，大大增加了结构复杂性及产品成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种光学显微镜用复式串联LED混合照明器，本混合照明器既具有LED发光效率高、热量损耗小的优点，又能够最大程度地接近照明需要的日光光谱特性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种光学显微镜用复式串联LED混合照明器，至少包括红光LED、绿光LED和蓝光LED三种单色光源，所有单色光源出射光通过光学元件混合在一起形成混合出射光；所有单色光源与电源控制模块连接，电源控制模块用于控制每种单色光源的波长、色温以及色光输出比例，以使所有单色光源混合后的混合出射光达到所需照明光源特性。

所述光学元件包括透镜和半透反光镜，透镜与所有单色光源一一对应，透镜设于对应单色光源前以通过透镜形成单色出射光，其中一种单色出射光为水平光，其余单色出射光为与水平光垂直的垂直光，半透反光镜与垂直光一一对应，半透反光镜设于对应垂直光与水平光相交处，该半透反光镜用于将对应的垂直光改变90°以变成水平光并与穿过该半透反光镜的所有水平光混合。

所有单色光源和光学元件位于壳体内，该壳体具有连为一体的水平单色光源容纳腔、水平导光柱容纳腔、垂直单色光源容纳腔和垂直导光柱容纳腔，其中一种单色光源位于水平单色光源容纳腔内并通过位于该单色光源正前方的水平导光柱射出以使出射光为水平光，其余单色光源位于垂直单色光源容纳腔内以使出射光为与水平光垂直的垂直光，位于垂直单色光源容纳腔内的每个单色光源分别通过转向导光柱将自身出射的垂直光变为与位于水平单色光源容纳腔内的单色光源出射的水平光方向相同；转向导光柱由一体成型的水平导光柱和垂直导光柱构成，所有水平导光柱位于水平导光柱容纳腔内，所有垂直导光柱位于垂直导光柱容纳腔内；除最前端的水平导光柱外，其余水平导光柱前端加工形成45°斜面，转向导光柱在水平导光柱和垂直导光柱相交处外侧加工为与水平导光柱前端45°斜面相平行的反射斜面，该反射斜面加工形成所述半透反光镜；每个水平导光柱45°斜面与光路前方相邻的转向导光柱的反射斜面贴合在一起，透镜位于最前端的水平导光柱前端面上。

所有水平导光柱和垂直导光柱采用光学玻璃或有机光学玻璃材料制成。

每种单色光源背面设有散热片，散热片位于容纳该单色光源的容纳腔内。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明根据白光光谱特性，结合光学显微镜光学系统特点，逆向混合多个颜色LED光源，得到满足高级光学显微镜使用要求的LED光源，使LED光源能够更加合理的、充分的利用在光学显微镜及其相关领域。

2、本复式串联LED混合照明器可以抛弃复杂的机械转换结构，变成光学方式及简单电路控制集成器转换，结构与控制都较为简单，成本也低。

3、复式串联LED混合光源可以拓宽在光学显微镜类别上的使用范围，例如中高档偏光显微镜、金相显微镜，以及目前已经部分应用使用LED光源的荧光显微镜，可以利用光学方法简化其机械结构。

4、本混合照明器既具有LED发光效率高、热量损耗小的优点，又能够最大程度地接近照明需要的白光光谱特性。

5、LED光源可以简化原来卤素灯照明光源因为发热量大要求较高的散热结构，因此在优化结构的同时降低了制造成本和难度。

附图说明

图1-现有LED产品（简单替换卤素灯）和卤素灯作为光源应用对比示意图。

图2-本发明结构示意图。

图3-本发明应用原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

太阳光经过三棱镜后形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫次序连续分布的彩色光谱，本发明即根据白光色散原理以及三原色光模式原理（RGB color model），选择一定波长及色温的红、绿、蓝三色LED光源进行混合，以逆向构成白光，进行串联设计，实现所需照明光源特性。根据需要，甚至可以用更多原色种类（七种原色）混合，以实现高端机上的使用需求，使LED光源能够更加合理的、充分的利用在光学显微镜及其相关领域。具体实现介绍如下。

本发明光学显微镜用复式串联LED混合照明器，至少包括红光LED、绿光LED和蓝光LED三种单色光源，所有单色光源出射光通过光学元件混合在一起形成混合出射光；所有单色光源与电源控制模块连接，电源控制模块用于控制每种单色光源的波长、色温以及色光输出比例，以使所有单色光源混合后的混合出射光达到所需照明光源特性，如常见的白光或者其他颜色光。

参见图2和图3，从图上可以看出，所述光学元件包括透镜1和半透反光镜2，透镜1与所有单色光源3一一对应，透镜1设于对应单色光源3前以通过透镜形成单色出射光，其中一种单色出射光为水平光，其余单色出射光为与水平光垂直的垂直光，半透反光镜2与垂直光一一对应，半透反光镜2设于对应垂直光与水平光相交处，该半透反光镜2用于将对应的垂直光改变90°以变成水平光并与穿过该半透反光镜的所有水平光混合。

参见图2，所有单色光源3和光学元件位于壳体13内，壳体13由对称的左右半部扣合形成。该壳体13具有连为一体的水平单色光源容纳腔4、水平导光柱容纳腔5、垂直单色光源容纳腔6和垂直导光柱容纳腔7，其中一种单色光源3位于水平单色光源容纳腔4内并通过位于该单色光源正前方的水平导光柱8射出以使出射光为水平光，其余单色光源3位于垂直单色光源容纳腔6内以使出射光为与水平光垂直的垂直光，位于垂直单色光源容纳腔内的每个单色光源3分别通过转向导光柱将自身出射的垂直光变为与位于水平单色光源容纳腔内的单色光源出射的水平光方向相同；转向导光柱由一体成型的水平导光柱8和垂直导光柱9构成，所有水平导光柱8位于水平导光柱容纳腔5内，所有垂直导光柱9位于垂直导光柱容纳腔7内；除最前端的水平导光柱外，其余水平导光柱前端加工形成45°斜面10，转向导光柱在水平导光柱和垂直导光柱相交处外侧加工为与水平导光柱前端45°斜面相平行的反射斜面11，该反射斜面11加工形成所述半透反光镜2；每个水平导光柱45°斜面10与光路前方相邻的转向导光柱的反射斜面11贴合在一起，透镜1位于最前端的水平导光柱8前端面上。

图2和图3反映的为三种单色光源合成需要的光（主要指利用红、绿、蓝三色合成白光，当然根据需要也可以是其它颜色的光）。根据使用需要，也可以加入其他单色光，因为根据逆向白光色散原理，可以由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色单色光合成白光，其增加光源及对应配套光路结构跟中间的单色光源结构完全类似。不过在能满足使用要求的情况下，应以“三原色光模式”设计为佳，即红、绿、蓝三色，因为并入原色LED光源越多，结构越复杂繁琐。

所有导光柱（包括水平导光柱和垂直导光柱）采用光学玻璃或有机光学玻璃材料制成。

为了提高可靠性，在每种单色光源3背面设有散热片12用于对LED散热，散热片12位于容纳该单色光源的容纳腔内。

一般3瓦的LED光源远超出20瓦卤素灯发光效率，接近30瓦卤素灯。中高档偏光显微镜、金相显微镜以及荧光显微镜少则使用30瓦卤素灯，多则需要使用50瓦或100瓦卤素灯或汞灯光源。实际上如果使用LED光源一般都可以在3至5瓦解决，最多8至10W。由此可以看出，LED光源在能耗上的优势。

本发明复式串联LED混合照明器可作为中高档显微镜或专业研究级显微镜光源使用，以弥补普通LED灯简单应用无法满足使用效果，并解决以往大功率光源高损、低效、发热量大的缺陷。

对于某些需要使用多种滤色片的显微镜，在合理条件情况下也可以使用复式串联LED混合照明器。例如反射金相显微镜一般带有多滤色片转换装置，需要切换光源颜色使用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.光学显微镜用复式串联LED混合照明器，其特征在于：至少包括红光LED、绿光LED和蓝光LED三种单色光源，所有单色光源出射光通过光学元件混合在一起形成混合出射光；所有单色光源与电源控制模块连接，电源控制模块用于控制每种单色光源的波长、色温以及色光输出比例，以使所有单色光源混合后的混合出射光达到所需照明光源特性；

所述光学元件包括透镜和半透反光镜，透镜与所有单色光源一一对应，透镜设于对应单色光源前以通过透镜形成单色出射光，其中一种单色出射光为水平光，其余单色出射光为与水平光垂直的垂直光，半透反光镜与垂直光一一对应，半透反光镜设于对应垂直光与水平光相交处，该半透反光镜用于将对应的垂直光改变90°以变成水平光并与穿过该半透反光镜的所有水平光混合；

所有单色光源和光学元件位于壳体内，壳体由对称的左右半部扣合形成；该壳体具有连为一体的水平单色光源容纳腔、水平导光柱容纳腔、垂直单色光源容纳腔和垂直导光柱容纳腔，其中一种单色光源位于水平单色光源容纳腔内并通过位于该单色光源正前方的水平导光柱射出以使出射光为水平光，其余单色光源位于垂直单色光源容纳腔内以使出射光为与水平光垂直的垂直光，位于垂直单色光源容纳腔内的每个单色光源分别通过转向导光柱将自身出射的垂直光变为与位于水平单色光源容纳腔内的单色光源出射的水平光方向相同；转向导光柱由一体成型的水平导光柱和垂直导光柱构成，所有水平导光柱位于水平导光柱容纳腔内并位于同一光轴上，所有垂直导光柱位于垂直导光柱容纳腔内；除最前端的水平导光柱外，其余水平导光柱前端加工形成45°斜面，转向导光柱在水平导光柱和垂直导光柱相交处外侧加工为与水平导光柱前端45°斜面相平行的反射斜面，该反射斜面加工形成所述半透反光镜；每个水平导光柱45°斜面与光路前方相邻的转向导光柱的反射斜面贴合在一起，透镜位于最前端的水平导光柱前端面上。

2.根据权利要求1所述的光学显微镜用复式串联LED混合照明器，其特征在于：所有水平导光柱和垂直导光柱采用光学玻璃或有机光学玻璃材料制成。

3.根据权利要求1所述的光学显微镜用复式串联LED混合照明器，其特征在于：每种单色光源背面设有散热片，散热片位于容纳该单色光源的容纳腔内。