CN207198452U - 一种激光脉冲照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用激光二极管的脉冲照明光源，包括激光二极管、镜筒、透镜、固定支架、驱动电路、供电电源。激光二极管与驱动电路电连接，激光二极管与镜筒机械连接，透镜与镜筒机械连接，激光二极管的高度和出射光的角度、方向和时间都可以调节。本申请改善了拍摄的时间分辨率，可以缩短拍摄的曝光时间，使曝光时间小于快门时间，减弱了视野内的激光散斑。

Description

一种激光脉冲照明装置

技术领域

本实用新型涉及一种照明装置，尤其涉及一种用在光学显微镜上的激光脉冲照明装置。

背景技术

在光学显微镜中，照明装置是必不可少的。为了提高成像的质量，观测到清晰的图片，必须要在显微镜上增加辅助照明设备。在现有的技术中主要是采用辅助光源照亮待测样品，或者是收集和利用环境光照明待测样品。常用的辅助光源是LED灯、低压钨丝灯、卤素灯、氙灯和超高压汞灯。

这些灯具不能满足现代显微镜的照明要求，为了提高显微镜的分辨率，要使用短波长的照明光源，而现有的技术方案中光源的波长范围普遍较宽，含有波长较大的成分，不利于显微镜分辨率的提高。为了限制光源的波长，通常采用滤色片，然而采用滤色片后，在待观测样品上的照度会明显下降。为了满足照度的要求，又必须要增加光源的功率，这样增加了功耗，导致散热困难，缩短了光源的寿命，增加了成本。

现代显微镜通常安装了各种拍摄装置，将待测物体的图片转换为电信号，并存储在各种存储器中。为了拍摄相对于显微镜镜头高速运动或高速变化的物体，常常需要曝光时间足够短，以获得清晰的图像。然而现有的光学快门只能达到1/8000秒，不能满足拍摄高速变化物体的要求。在现有的拍摄装置中，通常采用CCD（电荷耦合元件）作为感光元件，可以通过电子快门控制CCD表面的电荷积累时间以控制曝光时间，曝光时间通常在1/60秒到1/10000秒的范围内，1/10000秒的曝光时间仍然不能满足拍摄高速变化物体的要求，并且由于曝光时间非常短，导致落在CCD上的光子少，采集到的图像非常暗，即便采用各种算法可以提高图像的亮度，但图像的信噪比不好，图像不清晰。为了增加光子数量，需要将光源的亮度提高数十倍，甚至数百倍，然而现有的显微镜照明光源不能满足该要求。

现有的频闪灯体积大、功耗高，而且频率和亮度不能满足要求。

现有的显微镜光源装置要把光汇聚到待测物体的表面，因而需要反射镜或者透镜等辅助结构，这样导致装置体积较大，加工成本较高。

现有的显微镜光源存在以下技术问题：光源发出的光中有波长较长的成分，导致显微镜的分辨率受到限制；为了使用波长较短的单色光，需要滤色片，导致照度下降；亮度不够高，不能满足拍摄快速变化物体的要求；发热量大，散热困难，使用寿命短；不能很好的配合拍摄装置中的CCD；体积大，加工成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种激光脉冲照明装置，包括激光二极管、镜筒、透镜、固定支架、驱动电路、供电电源；所述的镜筒由固定套筒与固定底座组成，所述的固定套筒与所述的固定底座机械连接；所述的激光二极管与所述的固定底座机械连接，所述的透镜与所述的固定套筒机械连接；所述的镜筒与所述的固定支架机械连接，所述的固定支架安装在显微镜的物镜附近；所述的激光二极管与所述的驱动电路电连接，所述的驱动电路与所述的供电电源连接；固定支架有安装端和镜筒支架两个部分；安装端为圆环形结构，所述的安装端有螺纹；所述的镜筒支架由固定环、圆环、多个横向伸出端和纵向支架构成；所述的固定环与所述的圆环机械连接，所述的圆环与所述的横向伸出端机械连接，所述的横向伸出端与所述的纵向支架机械连接；相邻的横向伸出端之间的夹角是相等的，每个纵向支架设置有安装孔，所述固定环与安装端机械连接。

优选的，在镜筒的尾部安装有压电陶瓷片。

优选的，安装端是塑料材质的。

优选的，固定套筒尾部有螺丝，镜筒通过螺丝固定在镜筒支架上。

本实用新型的有益效果是：光源的波长单一，并且波长较短，可以明显地提高显微镜的分辨率；不需要使用滤色片，不会降低照度；光源的亮度足够大，可以满足显微镜拍摄快速变化物体的要求；发热量小，使用寿命长；能够很好的配合拍摄装置中的CCD；体积很小，加工成本低。

本实用新型使用激光二极管、镜筒、透镜、固定支架、驱动电路、供电电源共同组成的频闪照明装置，产生脉冲激光束照明，脉冲激光的持续时间可以远小于快门的时间，可以提高显微镜成像的时间分辨率，满足拍摄快速变化物体的要求；镜筒通过螺丝固定在镜筒支架上，可以根据照明需要，调整入射光角度；结构简单，便于安装和拆卸，降低了成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。附图用来提供对本申请的进一步理解，与本申请的实施例共同用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。

图1是实施例中固定支架与镜筒的示意图。

图2是实施例的镜筒支架结构示意图。

图3是实施例的镜筒的结构示意图。

图4是实施例的局部结构示意图。

图中：1.安装端，2.镜筒支架，3.镜筒，4.M3的螺丝孔，21.固定环，22.圆环，23.横向伸出端，24.纵向支架，31.固定套筒，32.固定底座，33.透镜，34.激光二极管，35.压电陶瓷，36.螺丝。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例做进一步的详细说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本实用新型的技术方案，而不能解释为是对本实用新型技术方案的限制。

在图中，一种激光脉冲照明装置，包括激光二极管、镜筒、透镜、固定支架、驱动电路、供电电源；所述的镜筒由固定套筒与固定底座组成，所述的固定套筒与所述的固定底座机械连接；所述的激光二极管与所述的固定底座机械连接，所述的透镜与所述的固定套筒机械连接；所述的镜筒与所述的固定支架机械连接，所述的固定支架安装在显微镜的物镜附近；所述的激光二极管与所述的驱动电路电连接，所述的驱动电路与所述的供电电源连接，所述固定环与安装端机械连接；本申请结构简单，加工成本低，体积小，容易安装和拆卸。

固定支架由安装端与固定所述激光二极管的镜筒支架组成，安装端与显微镜物镜或显微镜镜筒机械连接，安装端为圆环形结构，安装端的上端内表面设置有螺纹，下端外表面设置有螺纹。安装端的高度为12毫米，安装端的上端内表面螺纹为M24，可以与一款工业显微镜镜筒上的外螺纹配合。图1中安装端还有横向的M3的螺丝孔，单独使用M3的螺丝可以将安装端固定在显微镜的镜筒或物镜上，适合于不带外螺纹的工业显微镜镜筒。安装端下端外表面螺纹为M32，与固定环的内螺纹配合。安装端由塑料材质加工制成，塑料材质加工简单，制造成本低，同时塑料材质相比于显微镜的金属材质质地较软，不会对显微镜造成损伤。镜筒支架由固定环、圆环、多个横向伸出端和纵向支架构成，固定环外径为39毫米，高度为5毫米，固定环内部设置有M32的螺纹。固定环由塑料材质加工制成。

在图2中，所述的固定环与所述的圆环机械连接，所述的圆环与所述的横向伸出端机械连接，所述的横向伸出端与所述的纵向支架机械连接；相邻的横向伸出端之间的夹角是相等的，所述的纵向支架在所述的横向伸出端的外端折弯处，每个纵向支架设置有“一”字型的安装孔，所述的镜筒支架通过固定环与安装端机械连接。镜筒支架的圆环内径为33毫米，外径为39毫米，圆环与安装端上的固定环通过胶水粘接。横向伸出端长度为18.75毫米，宽度为3.5毫米。纵向支架在所述的横向伸出端外端的折弯处，纵向支架所处的平面与横向伸出端所处的平面夹角成90度。纵向支架的长度为35毫米，宽度为7毫米，纵向支架内设置有“一”字型安装孔，安装孔长度为29毫米，宽度为3毫米，安装孔距纵向支架顶端距离为4毫米，安装孔距离纵向支架侧边距离为2毫米。圆环、横向伸出端和纵向支架为一体结构，均使用1毫米不锈钢钢板加工制成，薄钢板的加工工艺成熟，加工成本低廉，能够有效降低镜筒支架的成本。固定环与安装端机械连接，镜筒支架通过固定环与安装端机械连接。

在图3中，镜筒的直径为8毫米，长度为10毫米，镜筒的固定套筒尾部设置有直径为3毫米，长度为5毫米的固定螺丝，镜筒通过固定螺丝固定在镜筒支架上。在图4中，镜筒通过固定螺丝穿过纵向支架上的安装孔与螺母拧在一起，并固定在纵向支架上。通过旋拧螺母，可以方便地调节激光二极管的高度和照射角度，使激光束集中在显微镜圆形视野区，以某一确定角度照射在待测样品上。在图1和图2中，镜筒支架与安装端之间通过螺纹连接，镜筒支架具有中心线，并可以绕中心线旋转，使激光二极管从不同方向照射样品。对于有些样品，必须要使用特定角度或特定方向的光线照明，才能清晰的显示出细微的结构，达到良好的拍摄效果，本申请有效的解决了入射光调整角度和方向的难题。有些情况下，调整入射光的角度和方向还可以减弱甚至消除视野中的激光散斑，本申请公开的结构有助于消除散斑，改善拍摄效果。

安装端与镜筒支架通过螺纹连接，可以在不改变安装端位置的情况下，调节镜筒支架的高度；也可以在镜筒固定好角度的情况下，方便地调整激光二极管发出光束汇聚位置的高度，使光束能够准确的汇聚在待测样品的表面。

在实施例中，在镜筒的尾部安装有压电陶瓷片，通过给压电陶瓷片加交流电压，压电陶瓷发生的振动促使激光二极管振动，降低了散斑图案的对比度，能够减弱激光散斑对显微镜拍摄到的图片质量的影响。

驱动电路给多颗激光二极管同时供电，多颗激光二极管同时从不同的方向照亮被观测的样品。驱动电路可以接收外接的脉冲电压信号作为触发信号，当没有触发信号时，驱动电路输出的电流小于激光二极管的阈值电流，激光二极管没有产生激光；当有触发信号时，驱动电路输出的电流大于激光二极管的阈值电流，激光二极管产生激光。由于在镜筒支架上有多个镜筒和激光二极管，采用了多颗激光二极管同时照明，增加照明均匀性，提高了照明亮度，各个激光二极管产生的光斑互相叠加，减弱了激光散斑。各个激光二极管发出的激光互不相干，经过叠加以后，减小整体的相干性，会明显降低散斑的强度。

实施例中，激光二极管受激发射时，工作电流是连续变化的，工作电流连续变化会导致发出激光的波长连续变化，进而降低光的相干性，提高成像质量；工作电流连续变化会导致PN结的温度连续变化和、或谐振腔发生连续变化，进一步的降低了光的相干性。

实施例中激光二极管是蓝色激光二极管，波长为450nm，该激光管尺寸小、寿命长、发散角度小。在5V工作电压下光输出功率为80毫瓦，多颗激光二极管同时发光同时熄灭。每个激光脉宽的时间为1微秒，远小于快门时间，当激光脉冲消失后即便快门仍然开启，但没有光线，不会继续让CCD感光，满足了拍摄快速变化的物体的要求；由于激光方向性好，光线都集中在载物台上样品区域，浪费的光线少，达到节能的目的，并且不需要反射镜，降低了生产成本，使得维护更方便，维护成本低；由于激光亮度高并且很容易调节激光强度，每次光脉冲都有足够多的光子落在CCD上，拍摄的到图像清晰，信噪比好；由于激光的波长为450nm，没有其它波长的光线，和白光照明相比，显微镜的分辨率也改善了；由于不使用滤色片，提高了系统的光线利用率，也提高了激光二极管的整体的光线利用率，并且由于采用脉冲照明，激光二极管的平均功率较低，无需采用散热装置，简化了机械结构和电路结构，降低了成本，减少了故障率。

本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式。但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种激光脉冲照明装置，其特征是：包括激光二极管、镜筒、透镜、固定支架、驱动电路、供电电源；所述的镜筒由固定套筒与固定底座组成，所述的固定套筒与所述的固定底座机械连接；所述的激光二极管与所述的固定底座机械连接，所述的透镜与所述的固定套筒机械连接；所述的镜筒与所述的固定支架机械连接，所述的固定支架安装在显微镜的物镜附近；所述的激光二极管与所述的驱动电路电连接，所述的驱动电路与所述的供电电源连接；固定支架有安装端和镜筒支架两个部分；安装端为圆环形结构，所述的安装端有螺纹；所述的镜筒支架由固定环、圆环、多个横向伸出端和纵向支架构成；所述的固定环与所述的圆环机械连接，所述的圆环与所述的横向伸出端机械连接，所述的横向伸出端与所述的纵向支架机械连接；相邻的横向伸出端之间的夹角是相等的，每个纵向支架设置有安装孔，所述固定环与安装端机械连接。

2.根据权利要求1所述的一种激光脉冲照明装置，其特征是在镜筒的尾部安装有压电陶瓷片。

3.根据权利要求1所述的一种激光脉冲照明装置，其特征是安装端是塑料的。

4.根据权利要求1所述的一种激光脉冲照明装置，其特征是固定套筒尾部有螺丝。