CN105739075B - 一种基于环形led的落射明暗场显微镜及其照明方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，属于显微镜领域，用于解决暗场照明光路与成像光路无法完全分开，造成照明的光线不可避免的进入成像系统的问题。它包括暗场物镜、落射明场照明组、落射暗场照明组、显微镜机架组、铰链头部、电器控制组，所述落射暗场照明组固定于显微镜机架组内部，所述落射明场照明组能拆卸式的设置于显微镜机架组上，所述落射明场照明组设有第一电源输入口，所述电器控制组设有第一电源输出口，所述暗场物镜包括暗场通光孔、暗场聚光镜和成像透镜。利用独特的落射明场照明组和落射暗场照明组设计，实现暗场照明光路与成像光路完全分开。本发明还提供了一种基于环形LED的落射明暗场显微镜照明方法。

Description

一种基于环形LED的落射明暗场显微镜及其照明方法

技术领域

本发明属于显微镜领域，具体来说，是一种基于环形LED的落射明暗场显微镜及其照明方法。

背景技术

目前，显微镜的照明方法种类可分“透射照明”和“落射照明”两大类。落射照明的光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射或衍射后再返回物镜成像，所以落射照明主要用于观察金属和矿物等不透明物体(如矿石、昆虫、电路板等)。

暗视场显微术是最古老的显微术之一，它是利用丁达尔光学效应的原理，依靠圆锥形斜射的光线照射到标本上，然后发生反射或衍射，由于衍射光线偏离原来的角度，从而能够进入物镜，而非衍射光线不能进入物镜，这样通过这些衍射光线而形成图像效果就是暗场效果，这些图像经常会显现带有一个白色的亮的光环围绕在他们周围，这增强了他们的外观形状，并且使图像具有非常高的衬度和细节。

随着电子信息产业的快速发展，集成电路的集成度不断提高，在线检测或非接触式检测已成为产品制造过程中必不可少的工序，由于落射明暗场显微镜特别适用于非均质材料表面组织与形态的检测与分析，使之成为电子信息产业不可或缺的仪器。

与此同时，材料的种类的越来越多，以及对材料的性能要求越来越高，如对金相组织晶粒度，球化率的要求，也使落射明暗场显微镜成为用来鉴定和分析金属内部结构组织、工业产品鉴定的重要工具。

传统上落射暗场照明通过在照明系统增加环形遮光板阻挡，使光束不能由上而下的通过物镜照明标本，而是使平行的照明光线通过环形反光镜、暗场物镜的环形通光孔及暗场聚光镜后倾斜的照明标本，从而实现暗场照明效果；而落射明场照明则采用会聚的照明光线通过半透半反镜、物镜成像透镜来照明标本，从而实现柯拉明场照明效果；由于落射暗场照明、落射明场照明对照明光线的要求不同，所以，为了在同一台产品实现两种照明方式，不管是光学还是机械都需要增加明暗场切换机构，造成结构复杂；同时，暗场照明光路与成像光路无法完全分开，造成照明的光线不可避免的进入成像系统，影响成像质量，这对暗场图像来说，这种影响是严重的；另外，由于中心挡光，造成光能量的巨大损失。

文章编号为1005-5630(2010)01-0039-05的文献中公开了一种通过在落射照明系统中增加内外反射型光锥体和环形反光镜来实现落射暗场照明、通过在如果落射照明系统中切换成聚光透镜和半透分光镜来实现落射明场照明的方法。申请号为CN201320273674.X的专利中公开一种通过在柯拉照明系统中增加半透分光镜来实现落射明场照明，通过在如果前述照明系统中切换成内外反射型光锥体、小透镜组和环形反光镜来实现落射暗场照明的方法。

这两种方法都能大幅提高光能利用率，但由于锥形反光镜与水平面呈45度夹角，外锥反光镜和内锥反光镜同心，外锥反光镜的锥面与内锥反光镜的锥面平行，给装校带来极大的难度，很容易由于角度的偏差，造成平行照明光线无法顺利的通过后续的暗场聚光光镜，造成照明不均匀；同时，为了在同一台产品实现两种照明方式，不管是光学还是机械都需要增加明暗场切换机构，造成结构复杂；另外，暗场照明光路与成像光路无法完全分开，造成照明的光线不可避免的进入成像系统，影响成像质量，这对暗场图像来说，这种影响是严重的。

发明内容

本发明目的是旨在提供了一种实现落射暗场照明光路与成像光路、落射明场照明光路完全分开，杜绝落射暗场照明光线进入到成像光路的基于环形LED的落射明暗场显微镜。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，包括暗场物镜、落射明场照明组、落射暗场照明组、显微镜机架组、铰链头部、电器控制组，所述落射暗场照明组固定于显微镜机架组内部，所述落射明场照明组能拆卸式的设置于显微镜机架组上，所述落射明场照明组设有第一电源输入口，所述电器控制组设有第一电源输出口，当装上所述落射明场照明组时，铰链头部装于落射明场照明组上，当卸下落射明场照明组，铰链头部直接装于显微镜机架组上，所述暗场物镜包括暗场通光孔、暗场聚光镜和成像透镜；

所述落射明场照明组包含灯源、照明透镜、孔径光栏、视场光栏、半透半反镜，所述半透半反镜放置于落射明场照明组内，与水平呈45度夹角固定；

所述落射暗场照明组包括环形透镜、环形LED电路板和挡光筒，所述环形透镜采用塑料注塑成型；

所述显微镜机架组包括载物台、转换器、机架和调焦机构，所述载物台能在X方向或Y方向来回移动，所述调焦机构能带动载物台在Z方向移动，所述转换器上设有2-7个暗场物镜，优选的转换器上设有5个暗场物镜；

所述电器控制组采用内置方式固定于显微镜机架组内部；

所述环形LED电路板径向与环形透镜、落射明场照明组光轴同轴，所述环形LED电路板的位置与暗场通光孔相匹配。

采用上述技术方案的发明，第一，暗场物镜包括暗场通光孔、暗场聚光镜和成像透镜，实现对标本的成像，也用来实现落射明场照明及落射暗场照明的聚光作用；第二，所述落射明场照明组包含灯源、照明透镜、孔径光栏、视场光栏、半透半反镜，该灯源发出的光线沿着落射明场照明光路经照明透镜组、暗场物镜的成像透镜后照亮标本，实现对标本的落射明场照明，标本通过成像光路成像到目镜上；第三，所述落射暗场照明组包括环形透镜、环形LED电路板和挡光筒，该光线从环形LED电路板发出，沿着落射暗场照明光路经环形透镜、暗场通光孔、暗场聚光镜后照亮标本，实现对标本的落射暗场照明，尤其需要强调的是，一方面，该照明组通过挡光筒实现落射暗场照明光路与物镜成像光路的隔离，另一方面，该照明组通过环形透镜、环形LED电路板，并放置于落射明场照明组的半透半反镜与暗场物镜之间(最优选位置为与转换器设计成一体)，从而实现此落射暗场照明光路与成像光路、落射明场照明光路完全分开，绝落射暗场照明光线进入到成像光路；第四，所述显微镜机架组包括载物台、转换器、机架和调焦机构，所述载物台能在X方向或Y方向来回移动，所述调焦机构能带动载物台在Z方向移动，实现对标本的方便观察；第五，本技术方案中提供的铰链头部用来实现在各种照明状态、各种观察时对标本的观察。

进一步限定，所述的环形LED电路板包括环形PCB板，位于环形PCB板上的圆形陈列的至少2颗小发散角的LED灯珠。

进一步限定，所述落射暗场照明组在环形LED电路板前设有匹配的环形透镜，该环形透镜采用环形陈列分布的透镜单元，所述透镜单元和LED灯珠的数量相适配。

进一步限定，所述落射暗场照明组在环形LED电路板前设有匹配的环形透镜，该环形透镜采用散射透镜。

进一步限定，所述LED灯珠的发散角介于15度-60度，优选的所述LED灯珠的发散角为25度。

进一步限定，所述LED灯珠或为白光LED，或为单色LED，或为彩色LED，或为各种颜色的LED的排列组合。

达到所需的照明色温，且得到所需的照明光谱，色温大致分为三类，暖色小于3000k，中间色3000k-5000k，冷色大于6000k，由于光线中的光谱的组成有差别，因此，即使光色相同，灯的显色性也可能不同，也即光的颜色也可能不同。

优选的，所述LED灯珠采用白光LED与琥珀色LED组合。

实现柔和的色温效果。

优选的，所述LED灯珠采用白光LED与蓝绿色LED组合。

实现照明光谱的连续性，实现对标本更好的色彩还原性。

进一步限定，所述电器控制组采用分段控制或数字化控制。

实现斜射阴影照明效果。

本发明还提供了一种基于环形LED的落射明暗场显微镜照明方法，包括以下照明路径：

落射明场照明组，该灯源发出的光线沿着落射明场照明光路经照明透镜组、暗场物镜的成像透镜后照亮标本，实现对标本的落射明场照明，标本通过成像光路成像到目镜上；

落射暗场照明组，该光线从环形LED电路板发出，沿着落射暗场照明光路经环形透镜、暗场通光孔、暗场聚光镜后照亮标本，实现对标本的落射暗场照明。

本发明相比现有技术，第一，本技术方案提供一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，可以通过电子切换就能实现落射明场照明与落射暗场照明的切换，结构简单，装校容易；第二，提供一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，可以最大限度的提高光能利用率，提高照明亮度，大大节约电能；第三，提供一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，可以方便的调节色温颜色；第四，提供一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，可以方便的实现斜射阴影照明效果；第五，提供一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，可以加强中间照明体的通用性，实现明暗场显微镜与明场金相显微镜共用中间照明体。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1是本发明应用于正置显微镜的总装配图；

图2是本发明应用于倒置显微镜的总装配图；

图3是落射暗场照明组及落射明场照明组的剖视图；

图4是图3中A部的放大示意图；

图5是环形透镜俯视图；

图6是环形LED电路板俯视图；

主要元件符号说明如下：

暗场物镜1，落射明场照明组2，落射暗场照明组3，显微镜机架组4，铰链头部5，电器控制组6，第一电源输入口7，第一电源输出口8，暗场通光孔9，暗场聚光镜10，成像透镜11，灯源12，照明透镜13，孔径光栏14，视场光栏15，半透半反镜16，环形透镜17，透镜单元17a，环形LED电路板18，挡光筒19，载物台20，转换器21，机架22，调焦机构23，环形PCB板24，LED灯珠25，成像光路B1，落射明场照明光路B2，落射暗场照明光路B3。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例一，

如图1，图2，图3，图4，图5，图6所示，一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，包括暗场物镜1、落射明场照明组2、落射暗场照明组3、显微镜机架组4、铰链头部5、电器控制组6，落射暗场照明组2固定于显微镜机架组4内部，落射明场照明2组能拆卸式的设置于显微镜机架组4上，落射明场照明组2设有第一电源输入口7，电器控制组6设有第一电源输出口8，需要指出的是，只需用一条双插头的弹簧线将二者连接即可。当装上落射明场照明组2时，铰链头部5装于落射明场照明组2上，当卸下落射明场照明组2，铰链头部5直接装于显微镜机架组4上，暗场物镜1包括暗场通光孔9、暗场聚光镜10和成像透镜11；成像透镜11外圈设有暗场通光孔9，暗场通光孔9下方设有暗场聚光镜10。

落射明场照明组2包含灯源12、照明透镜13、孔径光栏14、视场光栏15、半透半反镜16，半透半反镜16放置于落射明场照明组2内，与水平呈45度夹角固定；落射明场照明组2内部从右到左依次设有灯源12，照明透镜13，视场光栏15，视场光栏15外圈设有孔径光栏14，视场光栏15左方设有半透半反镜16。

落射暗场照明组3包括环形透镜17、环形LED电路板18和挡光筒19，环形透镜17采用塑料注塑成型，挡光筒19外圈上部分通道设有环形LED电路板18，其外圈下部分通道设有环形透镜17。

显微镜机架组4包括载物台20、转换器21、机架22和调焦机构23，载物台20能在X方向或Y方向来回移动，调焦机构23能带动载物台20在Z方向移动，转换器21上设有设有5个暗场物镜1，转换器21有5个安装位置，可同时安装5个不同倍数的暗场物镜1，转换器21同时可以实现在不同倍数的暗场物镜1之间进行切换，以满足使用需求；机架22中部为C字形，机架22上端连接转换器21，其下端连接载物台20，机架22侧壁设有用于控制载物台20在Z方向移动的调焦机构23。

电器控制组6采用内置方式固定于显微镜机架组4内部，大大简化了外部的电线而在机架内部走线，达到安全、美观的目的。

环形LED电路板18径向与环形透镜17、落射明场照明组2光轴同轴，环形LED电路板18的位置与暗场通光孔9相匹配。

环形LED电路板18包括环形PCB板24，位于环形PCB板24上的圆形陈列的18颗小发散角的LED灯珠25。

落射暗场照明组3在环形LED电路板18前设有匹配的环形透镜17，该环形透镜17采用环形陈列分布的透镜单元17a，透镜单元17a和LED灯珠25的数量相适配。

需要说明的是，LED灯珠25直径为3mm，每颗LED灯珠25的功率约0.06W，LED灯珠25发散角介于15度-60度，优选的LED灯珠25的发散角为25度。LED灯珠25与环形透镜17上的18个透镜单元分别一一对应。

当然，另一种最佳实施方案中，也可以采用落射暗场照明组3在环形LED电路板18前设有匹配的环形透镜17，该环形透镜17采用散射透镜(图示未画出)。

LED灯珠25或为白光LED，或为单色LED，或为彩色LED，或为各种颜色的LED的排列组合。

LED灯珠25采用白光LED与琥珀色LED组合。

电器控制组6采用分段控制，当然，也可以采用数字化控制。

实施例二，

如图1，图2，图3，图4，图5，图6所示，一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，包括暗场物镜1、落射明场照明组2、落射暗场照明组3、显微镜机架组4、铰链头部5、电器控制组6，落射暗场照明组2固定于显微镜机架组4内部，落射明场照明2组能拆卸式的设置于显微镜机架组4上，落射明场照明组2设有第一电源输入口7，电器控制组6设有第一电源输出口8，需要指出的是，只需用一条双插头的弹簧线将二者连接即可。当装上落射明场照明组2时，铰链头部5装于落射明场照明组2上，当卸下落射明场照明组2，铰链头部5直接装于显微镜机架组4上，暗场物镜1包括暗场通光孔9、暗场聚光镜10和成像透镜11；成像透镜11外圈设有暗场通光孔9，暗场通光孔9下方设有暗场聚光镜10。

落射明场照明组2包含灯源12、照明透镜13、孔径光栏14、视场光栏15、半透半反镜16，半透半反镜16放置于落射明场照明组2内，与水平呈45度夹角固定；落射明场照明组2内部从右到左依次设有灯源12，照明透镜13，视场光栏15，视场光栏15外圈设有孔径光栏14，视场光栏15左方设有半透半反镜16。

落射暗场照明组3包括环形透镜17、环形LED电路板18和挡光筒19，环形透镜17采用塑料注塑成型，挡光筒19外圈上部分通道设有环形LED电路板18，其外圈下部分通道设有环形透镜17。

显微镜机架组4包括载物台20、转换器21、机架22和调焦机构23，载物台20能在X方向或Y方向来回移动，调焦机构23能带动载物台20在Z方向移动，转换器21上设有设有5个暗场物镜1，转换器21有5个安装位置，可同时安装5个不同倍数的暗场物镜1，转换器21同时可以实现在不同倍数的暗场物镜1之间进行切换，以满足使用需求；机架22中部为C字形，机架22上端连接转换器21，其下端连接载物台20，机架22侧壁设有用于控制载物台20在Z方向移动的调焦机构23。

电器控制组6采用内置方式固定于显微镜机架组4内部，大大简化了外部的电线而在机架内部走线，达到安全、美观的目的。

环形LED电路板18径向与环形透镜17、落射明场照明组2光轴同轴，环形LED电路板18的位置与暗场通光孔9相匹配。

环形LED电路板18包括环形PCB板24，位于环形PCB板24上的圆形陈列的18颗小发散角的LED灯珠25。

落射暗场照明组3在环形LED电路板18前设有匹配的环形透镜17，该环形透镜17采用环形陈列分布的透镜单元17a，透镜单元17a和LED灯珠25的数量相适配。

需要说明的是，LED灯珠25直径为3mm，每颗LED灯珠25的功率约0.06W，LED灯珠25发散角介于15度-60度，优选的LED灯珠25的发散角为25度。LED灯珠25与环形透镜17上的18个透镜单元分别一一对应。

当然，另一种最佳实施方案中，也可以采用落射暗场照明组3在环形LED电路板18前设有匹配的环形透镜17，该环形透镜17采用散射透镜(图示未画出)。

LED灯珠25或为白光LED，或为单色LED，或为彩色LED，或为各种颜色的LED的排列组合。

LED灯珠25采用白光LED与蓝绿色LED组合。

电器控制组6采用分段控制，当然，也可以采用数字化控制。

上述实施例一和实施例二的区别在于，实施例一中，LED灯珠采用白光LED与琥珀色LED组合，能实现柔和的色温效果。实施例二中，LED灯珠采用白光LED与蓝绿色LED组合，能实现照明光谱的连续性，实现对标本更好的色彩还原性。针对不同的需求，更换不同的颜色组合。

一种基于环形LED的落射明暗场显微镜照明方法，包括以下照明路径：

落射明场照明组，该灯源发出的光线沿着落射明场照明光路经照明透镜组、暗场物镜的成像透镜后照亮标本，实现对标本的落射明场照明，标本通过成像光路成像到目镜上；

落射暗场照明组，该光线从环形LED电路板发出，沿着落射暗场照明光路经环形透镜、暗场通光孔、暗场聚光镜后照亮标本，实现对标本的落射暗场照明。

如图4所示，增加落射暗场照明光路、成像光路、落射明场照明光路的标示。从图中可知，落射暗场照明光路是完全单独的光路，与成像光路、落射明场照明光路没有重叠部分成像光路与落射明场照明光路有部分重叠部分。

以上对本发明提供的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，包括暗场物镜、落射明场照明组、落射暗场照明组、显微镜机架组、铰链头部、电器控制组，其特征在于：所述落射暗场照明组固定于显微镜机架组内部，所述落射明场照明组能拆卸式的设置于显微镜机架组上，所述落射明场照明组设有第一电源输入口，所述电器控制组设有第一电源输出口，当装上所述落射明场照明组时，铰链头部装于落射明场照明组上，当卸下落射明场照明组，铰链头部直接装于显微镜机架组上，所述暗场物镜包括暗场通光孔、暗场聚光镜和成像透镜；

所述落射明场照明组包含灯源、照明透镜、孔径光栏、视场光栏、半透半反镜，所述半透半反镜放置于落射明场照明组内，与水平呈45度夹角固定；

所述落射暗场照明组包括环形透镜、环形LED电路板和挡光筒，所述环形透镜采用塑料注塑成型；

所述显微镜机架组包括载物台、转换器、机架和调焦机构，所述载物台能在X方向或Y方向来回移动，所述调焦机构能带动载物台在Z方向移动，所述转换器上设有2-7个暗场物镜；

所述电器控制组采用内置方式固定于显微镜机架组内部；

所述环形LED电路板径向与环形透镜、落射明场照明组光轴同轴，所述环形LED电路板的位置与暗场通光孔相匹配；

所述的环形LED电路板包括环形PCB板，位于环形PCB板上的圆形陈列的至少2颗LED灯珠。

2.根据权利要求1所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，其特征在于：所述落射暗场照明组在环形LED电路板前设有匹配的环形透镜，该环形透镜采用环形陈列分布的透镜单元，所述透镜单元和LED灯珠的数量相适配。

3.根据权利要求1所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，其特征在于：所述落射暗场照明组在环形LED电路板前设有匹配的环形透镜，该环形透镜采用散射透镜。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，其特征在于：所述LED灯珠的发散角介于15度-60度。

5.根据权利要求4所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，其特征在于：所述LED灯珠或为白光LED，或为单色LED，或为彩色LED。

6.根据权利要求5所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，其特征在于：所述LED灯珠采用白光LED与琥珀色LED组合。

7.根据权利要求5所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，其特征在于：所述LED灯珠采用白光LED与蓝绿色LED组合。

8.根据权利要求4所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜，其特征在于：所述电器控制组采用分段控制或数字化控制。

9.根据权利要求6或7所述的一种基于环形LED的落射明暗场显微镜的照明方法，包括以下照明路径：

落射明场照明组，该灯源发出的光线沿着落射明场照明光路经照明透镜组、暗场物镜的成像透镜后照亮标本，实现对标本的落射明场照明，标本通过成像光路成像到目镜上。