CN205507208U - 一种基于led阵列的显微镜照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于显微镜技术领域，具体涉及一种基于LED阵列的显微镜照明系统，包括显微镜机架、固定装置、连接装置和电器控制装置,显微镜机架上设有目镜、转换器、物镜、载物台组、衬度推拉板组、照明装置、调焦机构和镜壁组，照明装置包括消球差透镜、LED阵列灯组、PCB板和孔径光栏组，照明装置通过固定装置固定成为一个整体，消球差透镜的焦距为8～30mm，LED阵列灯组阵列在PCB板上、并设置在物镜入瞳经过消球差透镜后的共轭面位置，LED阵列灯组中LED的发散角为15°～60°、LED的数量≥15颗，连接装置将照明装置连接在显微镜机架上，照明装置通过连接装置与电器控制装置连接。其目的是：解决现有显微镜照明装置结构缺陷带来照明不均匀等诸多的问题。

Description

一种基于LED阵列的显微镜照明系统

技术领域

本实用新型属于显微镜技术领域，具体涉及一种基于LED阵列的显微镜照明系统。

背景技术

显微镜光学系统包括照明系统和成像系统两部分，照明系统是显微镜很重要的一部分，照明系统的照明方式对成像系统有着非常重要的影响，通常能够较多地用它来影响显微镜的性能。但照明系统也是显微镜中被理解最少的一部分，在很多情况下，一台设计精良的显微镜并不一定会获得良好的成像质量，在《Photography Through the Microscope》一书中JohnDelly认为，提供给学术讨论、展览会和科技出版物的显微摄影照片有80％～90％光路校正均不正确，其标本的照明状况很差，这是显微观察和显微摄影中存在的一个十分严重的通病，出现这种问题的主要原因多半是照明系统未调校好或没有设计好，使标本不能获得充分的照明所致。

总体来说，显微镜标本最佳的照明状态应该是明亮、无眩光、均匀、色温符合使用要求的；照明范围、照明孔径与显微镜成像系统是相适配的。为了得到最好的照明效果，现有的显微镜照明通常采用临界照明或柯拉照明。

临界照明是根据阿贝提出的光学原理发明的，它依靠聚光透镜将光源成像于标本平面上，实现对标本的照明，但在这种照明方法中，光源的均匀性是一个十分重要的条件，实际的钨丝灯、卤素灯普遍存在均匀性不够好的问题，从19世纪到20世纪，临界照明在显微镜中得到了十分广泛的应用，但由于存在照明不够均匀等问题，现目前，临界照明通常只应用在不需要显微镜摄影或者较为价廉的显微镜中。

柯拉照明是通过集光透镜、场镜透镜将一个放大的光源像成于聚光透镜的孔径光栏处，通过聚光镜产生一个角度很大的能产生标本最佳分辨率的平行光锥，并通过孔径光栏控制平行光锥的角度，也就是照明系统的数值孔径，以扼制不必要的杂散光和眩光，这样，由于光源成像在系统的孔径光栏处，采用柯拉照明即使光源发出的是不均匀的光，在视场里分布也不会是不均匀的。但是，柯拉照明由于光学透镜很多，光路很长，造成结构复杂，给光学器件的调校带来很大的难度，而光学器件的正确与否将直接影响有效的标本照明，不正确的校正将严重地影响显微镜成像的质量，使其产生斑点、虚光、色斑、衬度不良及其它各式各样的缺陷。所以，为了保证照明系统与成像系统的各种物镜适配，通常需增加照明系统的轴向 调节机构和径向调节机构，与此同时，由于显微镜为了保证在不更换聚光镜的情况下能同时满足高低倍物镜时都能最佳使用，根据拉赫不变量的原理可知，现有产品的照明系统很难满足成像系统的要求，为此，柯拉照明系统不仅结构复杂，往往还需或增加毛玻璃、或采用多种聚光透镜、或放弃照明范围或照明孔径的需求。

同时，现有的显微镜系统通常采用钨丝灯、荧光灯、卤素灯、LED灯等光源，钨丝灯、荧光灯、卤素灯普通存在寿命短、发热大、光衷快等问题，LED灯由于体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、坚固耐用等优点现在已越来越普遍的应用于照明，但LED存在光谱连续性不够、显色指数不够等问题。

另外，在使用显微镜观察标本的过程中，由于标本本身性质的不同，只具有某种单一照明方式的显微镜，在对不同性质的标本进行观察时，很难达到理想的照明效果以及成像效果。一般显微镜都会提供多种不同照明的方式供用户选择，如除了常规的透射照明外，还有暗场照明、相衬观察所需要的环形斜照明等，但在切换照明方式时，步骤比较繁琐，如切换为透射暗场时，除了切换物镜，还需根据物镜的参数选择对应的暗场推拉板，容易出错。

在公开号为CN104459969A的专利中，描述了一种基于工程漫射体的生物显微镜照明系统，其包括：发光二极管LED灯、会聚透镜、工程漫射体、载物台，发光二极管LED提供高强度的照明光束，会聚透镜接收并会聚照明光束，工程漫射体对照明光束进行控制，控制照明光束的空间分布和强度轮廓，使得照明光束的光照度均匀地投射到载物台上放置的待检测的生物样品。在公开号为CN102789048A的专利中，描述了一种用于显微镜的冷光源照明系统，其包括：壳体、LED灯、非球面聚光镜、镜筒组件等，壳体的内部设有LED发光光源，非球面聚光镜聚集LED灯发出的光，镜筒组件用于固定其它零件。在公开号为CN2769911Y的专利中，描述了一种采用发光二极管的生物显微镜的照明装置，其在载物台的下边且与镜臂固定连接有光源承载台，该光源承载台上固定连接发光二极管插座，该发光二极管插座活动连接发光二极管。上述照明系统都存在无法同时满足显微镜在高低观察时的数值孔径、照明范围的要求，在照明均匀上也存在一定的不足，同时，上述照明系统的照明方式单一，只具有明场功能，无法满足各种标本的观察要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是：旨在提供一种基于LED阵列的显微镜照明系统，用以解决现有显微镜照明装置结构缺陷带来照明不均匀、数值孔径和照明范围无法满足要求、照明方式单一、功能单一等诸多的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种基于LED阵列的显微镜照 明系统，包括显微镜机架,所述的显微镜机架上设有目镜、转换器、物镜、载物台组、衬度推拉板组、照明装置、调焦机构和镜壁组，还包括固定装置、连接装置和电器控制装置，所述的照明装置包括消球差透镜、LED阵列灯组、PCB板和孔径光栏组，所述的照明装置通过固定装置固定成为一个整体，所述消球差透镜的焦距为8～30mm，所述的LED阵列灯组阵列在PCB板上、并设置在物镜入瞳经过消球差透镜后的共轭面位置，所述LED阵列灯组中LED的发散角为15°～60°、LED的数量≥15颗，所述的连接装置将照明装置连接在显微镜机架上，所述的照明装置通过连接装置与电器控制装置连接,所述的电器控制装置包括驱动电路、微控制器和电器开关。

采用上述技术方案的实用新型，可以实现对标本的大范围、大孔径、高亮度的完善柯拉照明，达到对标本的均匀照明效果，用户无需中心调节、无需轴向调节就能达到最好的照明效果。

进一步，所述的LED阵列灯组中的LED为白光LED、单色LED、多色LED中的任意一种。

这样的设计，照明方式和功能多样，可以满足不同的需求。

进一步，所述消球差透镜的焦距为15mm；所述LED阵列灯组中LED的发散角为25°、LED的数量为37颗。

这样的设计，数值孔径和照明范围较佳，成像效果较好。

进一步，所述的多色LED为白光LED与琥珀色LED排列组合。

这样的设计，色温柔和，对标本细节的分辨率较高。

进一步，所述的多色LED为白光LED与蓝绿色LED排列组合。

这样的设计，照明光谱连续性较好，可以实现对标本更好的色彩还原效果。

进一步，所述的消球差透镜为菲涅尔透镜，所述的照明装置还包括保护玻璃、菲涅尔透镜上座、聚光透镜下座、聚光透镜底座、下盖板和隔圈，所述的固定装置包括十字沉头螺钉、定位螺钉、压缩弹簧、内六角紧定螺钉、十字小盘头螺钉和钢球，所述的保护玻璃和菲涅尔透镜固定在菲涅尔透镜上座内，所述的孔径光栏组通过十字小盘头螺钉锁紧在菲涅尔透镜上座和菲涅尔透镜下座中间，所述的压缩弹簧和钢球设于菲涅尔透镜下座内，并通过内六角紧定螺钉锁紧，所述的LED阵列灯组设于菲涅尔透镜底座内，所述的下盖板和隔圈通过十字沉头螺钉锁紧，所述的下盖板开设有与电器控制装置连接的电源线孔。

这样的设计，在切换不同物镜时，不需要轴向、径向调节就能方便的满足使用要求，达到均匀的照明效果，同时，调节孔径光栏组以可以改变照明孔径，使在使用不同的标本、不同的物镜时，都能达到最佳的衬度，极大的降低对使用人员的技术要求，让使用更方便，质量更稳定，并且结构简单，装配方便，可以整体形成单独附件，可大大降低产品制造成本。

进一步，所述的消球差透镜为非球面透镜。

这样的设计，制造成本较低，方便人们使用。

进一步，所述的消球差透镜为多片透镜组合，包括上聚光片、中聚光片和下聚光片，所述的照明装置还包括一号隔圈、多片透镜上座、二号隔圈、压圈、聚光透镜下座、聚光透镜底座、下盖板和隔圈，所述的固定装置包括十字沉头螺钉、定位螺钉、压缩弹簧、内六角紧定螺钉、十字小盘头螺钉和钢球，所述的上聚光片、中聚光片和下聚光片通过二号隔圈、一号隔圈隔开装在多片透镜上座内，并通过压圈锁紧，所述的孔径光栏组通过十字小盘头螺钉锁紧在多片透镜上座和聚光透镜下座中间，所述的压缩弹簧和钢球设于聚光透镜下座内，并通过内六角紧定螺钉锁紧，所述的LED阵列灯组设于聚光透镜底座内，所述的下盖板和隔圈通过十字沉头螺钉锁紧，所述的下盖板开设有与电器控制装置连接的电源线孔。

这样的设计，在切换不同物镜时，不需要轴向、径向调节就能方便的满足使用要求，达到均匀的照明效果，同时，调节孔径光栏组以可以改变照明孔径，使在使用不同的标本、不同的物镜时，都能达到最佳的衬度，极大的降低对使用人员的技术要求，让使用更方便，质量更稳定，并且结构简单，装配方便，可以整体形成单独附件，可大大降低产品制造成本。

进一步，所述的电器控制装置与物镜连接。

这样的设计，可以根据实际使用的物镜的情况自动调节亮度和孔径。

进一步，所述的电器控制装置与计算机连接。

这样的设计，可以实现通过计算机控制照明状态。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型一种基于LED阵列的显微镜照明系统的实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种基于LED阵列的显微镜照明系统中消球差透镜为菲涅尔透镜时照明装置的结构示意图；

图3为本实用新型一种基于LED阵列的显微镜照明系统中消球差透镜为多片透镜组合时照明装置的结构示意图；

图4为本实用新型一种基于LED阵列的显微镜照明系统中LED阵列灯组中的LED为白光LED或单色LED时的结构示意图；

图5为本实用新型一种基于LED阵列的显微镜照明系统中LED阵列灯组中的LED为多色LED时的结构示意图；

图6是图2中菲涅尔透镜的结构示意图。

主要元件符号说明如下：

11.目镜，12.转换器，13.物镜，14.标本，15.载物台组,16.衬度推拉板组,17.照明装置,18.调焦机构,19.镜壁组,20.保护玻璃,21.菲涅尔透镜,22.菲涅尔透镜上座,23.孔径光栏组,24.聚光透镜下座,25.LED阵列灯组,26.聚光透镜底座,27.下盖板,28.隔圈,29.十字沉头螺钉,30.定位螺钉,31.压缩弹簧,32.内六角紧定螺钉,33.十字小盘头螺钉,34.钢球,35.上聚光片,36.一号隔圈,37.中聚光片,38.多片透镜上座,39.二号隔圈,40.下聚光片,41.压圈,42.PCB板,43.同性LED光源,44.第一LED光源,45.第二LED光源

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实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实用新型的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，包括显微镜机架、固定装置、连接装置和电器控制装置,显微镜机架上设有目镜11、转换器12、物镜13、载物台组15、衬度推拉板组16、照明装置17、调焦机构18和镜壁组19，照明装置17包括消球差透镜、LED阵列灯组25、PCB板42和孔径光栏组23，照明装置17通过固定装置固定成为一个整体，消球差透镜的焦距为8～30mm，优选15mm，LED阵列灯组25阵列在PCB板42上、并设置在物镜13入瞳经过消球差透镜后的共轭面位置，LED阵列灯组25中LED的发散角为15°～60°，优选25°、LED的数量≥15颗，优选37颗，此时，数值孔径和照明范围较佳，成像效果较好，LED阵列灯组25中的LED可以为白光LED或单色LED或多色LED，照明方式和功能多样，可以满足不同的需求。当LED为白光LED或单色LED时，采用同性LED光源43，通常，多色LED为白光LED与琥珀色LED排列组合时，色温柔和，多色LED为白光LED与蓝绿色LED排列组合时，光谱连续性较好，分别采用第一LED光源44,第二LED光源45。连接装置将照明装置17连接在显微镜机架上，照明装置17通过连接装置与电器控制装置连接,电器控制装置包括驱动电路、微控制器和电器开关。

当消球差透镜采用菲涅尔透镜21时，照明装置17还包括保护玻璃20、菲涅尔透镜上座22、聚光透镜下座24、聚光透镜底座26、下盖板27和隔圈28，固定装置包括十字沉头螺钉29、定位螺钉30、压缩弹簧31、内六角紧定螺钉32、十字小盘头螺钉33和钢球34，保护玻璃20和菲涅尔透镜21固定在菲涅尔透镜上座22内，孔径光栏组23通过十字小盘头螺钉33锁紧在菲涅尔透镜上座22和菲涅尔透镜下座24中间，压缩弹簧31和钢球34设于菲涅尔透镜下座24内，并通过内六角紧定螺钉32锁紧，LED阵列灯组25设于菲涅尔透镜底座26内，下盖板27和隔圈28通过十字沉头螺钉29锁紧，下盖板27开设有与电器控制装置连接的电 源线孔。

在切换不同物镜13时，不需要轴向、径向调节就能方便的满足使用要求，达到均匀的照明效果，同时，调节孔径光栏组23以可以改变照明孔径，使在使用不同的标本14、不同的物镜13时，都能达到最佳的衬度，极大的降低对使用人员的技术要求，让使用更方便，质量更稳定，并且结构简单，装配方便，可以整体形成单独附件，可大大降低产品制造成本。

当消球差透镜采用非球面透镜时，可以降低制造成本。

当消球差透镜采用多片透镜组合时，多片透镜组合包括上聚光片35、中聚光片37和下聚光片40，照明装置17还包括一号隔圈36、多片透镜上座38、二号隔圈39、压圈41、聚光透镜下座24、聚光透镜底座26、下盖板27和隔圈28，固定装置包括十字沉头螺钉29、定位螺钉30、压缩弹簧31、内六角紧定螺钉32、十字小盘头螺钉33和钢球34，上聚光片35、中聚光片37和下聚光片40通过二号隔圈39、一号隔圈36隔开装在多片透镜上座38内，并通过压圈41锁紧，孔径光栏组23通过十字小盘头螺钉33锁紧在多片透镜上座38和聚光透镜下座24中间，压缩弹簧31和钢球34设于聚光透镜下座24内，并通过内六角紧定螺钉32锁紧，LED阵列灯组25设于聚光透镜底座26内，下盖板27和隔圈28通过十字沉头螺钉29锁紧，下盖板27开设有与电器控制装置连接的电源线孔。

在切换不同物镜13时，不需要轴向、径向调节就能方便的满足使用要求，达到均匀的照明效果，同时，调节孔径光栏组23以可以改变照明孔径，使在使用不同的标本14、不同的物镜13时，都能达到最佳的衬度，极大的降低对使用人员的技术要求，让使用更方便，质量更稳定，并且结构简单，装配方便，可以整体形成单独附件，可大大降低产品制造成本。

需要指出的是，电器控制装置与物镜13连接，主要考虑的是，可以根据实际使用的物镜13的情况自动调节亮度和孔径。实际上，也可以根据实际情况而定。

另外，电器控制装置与计算机连接，可以实现通过计算机控制照明状态。实际上，也可以根据实际情况而定。

除此之外，LED光源直径为3mm，每颗LED的功率约0.06W，37颗LED光源阵列布局在PCB电路板42上，并呈四个环，外环六段的形式，其中中心位置的第一环由1颗LED光源组成，用于实现低数值孔径的物镜13的照明需求；第二环由6颗LED光源组成，每一段包含1颗LED光源，用于实现中数值孔径的物镜13的照明需求；第三环由12颗LED光源组成，每一段包含2颗LED光源，用于实现高数值孔径的物镜13的照明需求；第四环由18颗LED光源组成，每一段包含3颗LED光源，用于实现暗场显微镜的照明需求。这样可以通过电器控制装置实现不同环，不同段的开关及亮度状态，实现照明孔径的调节，也可以实现暗场等显微术。

当第一LED光源44,第二LED光源45同时存在时，大部分采用第一LED光源44，部分采用第二LED光源45。

还有，菲涅尔透镜21的不同的环带采用不同的曲率半径，从而实现对球差的消除，以及尽可能的实现产品的最小化，从而可以极大的简化结构、降低成本。

上述实施例仅示例性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于LED阵列的显微镜照明系统，包括显微镜机架,所述的显微镜机架上设有目镜(11)、转换器(12)、物镜(13)、载物台组(15)、衬度推拉板组(16)、照明装置(17)、调焦机构(18)和镜壁组(19)，其特征在于：还包括固定装置、连接装置和电器控制装置，所述的照明装置(17)包括消球差透镜、LED阵列灯组(25)、PCB板(42)和孔径光栏组(23)，所述的照明装置(17)通过固定装置固定成为一个整体，所述消球差透镜的焦距为8～30mm，所述的LED阵列灯组(25)阵列在PCB板(42)上、并设置在物镜(13)入瞳经过消球差透镜后的共轭面位置，所述LED阵列灯组(25)中LED的发散角为15°～60°、LED的数量≥15颗，所述的连接装置将照明装置(17)连接在显微镜机架上，所述的照明装置(17)通过连接装置与电器控制装置连接,所述的电器控制装置包括驱动电路、微控制器和电器开关。

2.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的LED阵列灯组(25)中的LED为白光LED、单色LED、多色LED中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述消球差透镜的焦距为15mm；所述LED阵列灯组(25)中LED的发散角为25°、LED的数量为37颗。

4.根据权利要求2所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的多色LED为白光LED与琥珀色LED排列组合。

5.根据权利要求2所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的多色LED为白光LED与蓝绿色LED排列组合。

6.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的消球差透镜为菲涅尔透镜(21)，所述的照明装置(17)还包括保护玻璃(20)、菲涅尔透镜上座(22)、聚光透镜下座(24)、聚光透镜底座(26)、下盖板(27)和隔圈(28)，所述的固定装置包括十字沉头螺钉(29)、定位螺钉(30)、压缩弹簧(31)、内六角紧定螺钉(32)、十字小盘头螺钉(33)和钢球(34)，所述的保护玻璃(20)和菲涅尔透镜(21)固定在菲涅尔透镜上座(22)内，所述的孔径光栏组(23)通过十字小盘头螺钉(33)锁紧在菲涅尔透镜上座(22)和菲涅尔透镜下座(24)中间，所述的压缩弹簧(31)和钢球(34)设于菲涅尔透镜下座(24)内，并通过内六角紧定螺钉(32)锁紧，所述的LED阵列灯组(25)设于菲涅尔透镜底座(26)内，所述的下盖板(27)和隔圈(28)通过十字沉头螺钉(29)锁紧，所述的下盖板(27)开设有与电器控制装置连接的电源线孔。

7.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的消 球差透镜为非球面透镜。

8.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的消球差透镜为多片透镜组合，包括上聚光片(35)、中聚光片(37)和下聚光片(40)，所述的照明装置(17)还包括一号隔圈(36)、多片透镜上座(38)、二号隔圈(39)、压圈(41)、聚光透镜下座(24)、聚光透镜底座(26)、下盖板(27)和隔圈(28)，所述的固定装置包括十字沉头螺钉(29)、定位螺钉(30)、压缩弹簧(31)、内六角紧定螺钉(32)、十字小盘头螺钉(33)和钢球(34)，所述的上聚光片(35)、中聚光片(37)和下聚光片(40)通过二号隔圈(39)、一号隔圈(36)隔开装在多片透镜上座(38)内，并通过压圈(41)锁紧，所述的孔径光栏组(23)通过十字小盘头螺钉(33)锁紧在多片透镜上座(38)和聚光透镜下座(24)中间，所述的压缩弹簧(31)和钢球(34)设于聚光透镜下座(24)内，并通过内六角紧定螺钉(32)锁紧，所述的LED阵列灯组(25)设于聚光透镜底座(26)内，所述的下盖板(27)和隔圈(28)通过十字沉头螺钉(29)锁紧，所述的下盖板(27)开设有与电器控制装置连接的电源线孔。

9.根据权利要求1所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的电器控制装置与物镜(13)连接。

10.根据权利要求1或9所述的一种基于LED阵列的显微镜照明系统，其特征在于：所述的电器控制装置与计算机连接。