RU46110U1

RU46110U1 - LIGHTING DEVICE

Info

Publication number: RU46110U1
Application number: RU2005101657/22U
Authority: RU
Inventors: М.А. Волкова; О.Д. Калинина; С.Н. Натаровский; Б.П. Папченко; Л.М. Коган; А.Х. Злочин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМСЕРВИС"
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2005-06-10

Abstract

Полезная модель относится к области оптики, а точнее к осветительным устройствам, применяемым преимущественно в микроскопии. Задача, на решение которой направлено создаваемое осветительное устройство, заключается в уменьшении теплового воздействия на объект при одновременном повышении освещенности и качества изображения. Это достигается благодаря тому, что согласно формуле изобретения в известном осветительном устройстве, содержащем последовательно расположенные источник света, коллектор, состоящий из двух положительных линз, отличающееся тем, что в качестве источника использован светодиод, излучающее тело которого с плоской выходной поверхностью залито оптически прозрачным веществом и оптически сопряжено с апертурной диафрагмой, а коллектор выполнен иммерсионным с плоско-выпуклой первой линзой, обращенной выпуклостью к освещаемому объекту. Целесообразно промежуток между плоской выходной поверхностью светодиода и первой поверхностью первой линзы коллектора заполнить иммерсионным веществом. Кроме того, возможно плоскую выходную поверхность светодиода жестко соединить с первой поверхностью первой линзы коллектора. Заявляемое оптическое устройство за счет совокупности предлагаемых признаков позволяет уменьшить тепловое воздействие на объект и одновременно повысить освещенность и качество изображенияThe utility model relates to the field of optics, and more specifically to lighting devices used mainly in microscopy. The task to which the created lighting device is directed is to reduce the thermal effect on the object while increasing the illumination and image quality. This is achieved due to the fact that, according to the claims, in a known lighting device containing a sequentially located light source, a collector consisting of two positive lenses, characterized in that an LED is used as the source, the emitting body of which with a flat output surface is filled with an optically transparent substance and optically coupled to the aperture diaphragm, and the collector is made immersion with a plano-convex first lens, convex to the illuminated object. It is advisable to fill the gap between the flat output surface of the LED and the first surface of the first collector lens with an immersion substance. In addition, it is possible to rigidly connect the flat output surface of the LED to the first surface of the first collector lens. The inventive optical device due to the combination of the proposed features can reduce the thermal effect on the object and at the same time increase the illumination and image quality

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а в частности, к осветительным устройствам, применяемым, преимущественно, в микроскопии.The utility model relates to optical instrumentation, and in particular, to lighting devices used mainly in microscopy.

Известно осветительное устройство, состоящее из источника света в виде лампы накаливания, коллектора и конденсора. Коллектор изображает источник света в апертурную диафрагму конденсора, а конденсор проецирует полевую диафрагму коллектора в плоскость освещаемого предмета. Такой метод освещения является наиболее рациональным и называется "метод освещения по Келеру". В случае, когда светящееся тело источника света проецируется на поверхность освещаемого поля, имеет место критический способ освещения [В.А.Панов, Л.Н. Андреев Оптика микроскопов, Л.: Машиностроение, 1976, стр.325, рис.У111.1].A lighting device is known consisting of a light source in the form of an incandescent lamp, a collector and a condenser. The collector depicts the light source into the aperture diaphragm of the condenser, and the condenser projects the field diaphragm of the collector into the plane of the illuminated object. This lighting method is the most rational and is called the "Koehler lighting method." In the case when the luminous body of the light source is projected onto the surface of the illuminated field, there is a critical way of lighting [V.A. Panov, L.N. Andreev Optics of Microscopes, L .: Mechanical Engineering, 1976, p. 325, Fig. U111.1].

Недостатком такого осветительного устройства, является то, что исследуемый объект подвергается сильному тепловому воздействию, в результате которого он выцветает и может даже обуглиться.. Кроме того, поскольку светящееся тело лампы накаливания выполняется обычно в виде спирали, имеющей продольный размер, за счет очень большого продольного увеличения коллектора, которое равно квадрату его линейного увеличения, изображение светящегося тела лампы сильно вытягивается вдоль оптической оси и при работе микроскопа на малых увеличениях в изображении просматриваются следы витков указанной спирали.The disadvantage of such a lighting device is that the object under study is exposed to strong thermal effects, as a result of which it fades and can even become charred .. In addition, since the luminous body of an incandescent lamp is usually made in the form of a spiral having a longitudinal size, due to the very large longitudinal the magnification of the collector, which is equal to the square of its linear increase, the image of the luminous lamp body is strongly elongated along the optical axis and when the microscope is operating at low magnifications mapping scan track turns of said helix.

Наиболее близким по техническому решению, выбранным авторами за прототип, является осветительное устройство, содержащее Closest to the technical solution chosen by the authors for the prototype is a lighting device containing

расположенные последовательно вдоль оси источника света, коллектор, состоящий из двух положительных линз, полевую диафрагму, апертурную диафрагму и конденсор, состоящий из двух положительных линз [Г.Е.Скворцов и др. Микроскопы, Л., Машиностроение, 1969 стр.75, рис.IV.4].arranged sequentially along the axis of the light source, a collector consisting of two positive lenses, a field diaphragm, an aperture diaphragm and a condenser consisting of two positive lenses [G.E. Skvortsov et al. Microscopes, L., Engineering, 1969 p. 75, fig. .IV.4].

Недостатками указанного осветительного устройства являются то, что исследуемый объект подвергается сильному тепловому воздействию, в результате которого он выцветает и может даже обуглиться;The disadvantages of this lighting device are that the test object is subjected to strong thermal effects, as a result of which it fades and can even become charred;

кроме того, поскольку светящееся тело лампы накаливания выполняется обычно в виде спирали, имеющей продольный размер, за счет очень большого продольного увеличения коллектора, которое равно квадрату его линейного увеличения, изображение светящегося тела лампы сильно вытягивается вдоль оптической оси и при работе микроскопа на малых увеличениях в изображении просматриваются следы витков указанной спирали, что значительно снижает качество изображения. Кроме того, использование в качестве источника света лампы накаливания, у которой светящееся тело всегда находится в воздушной или газонаполненной среде с показателем преломления близким к единице, не позволяет в полной мере использовать световой поток источника света, а при регулировке яркости лампы меняется цветовая температура. В качестве меры использования светового потока может выступать значение числовой апертуры коллектора в пространстве предметов, которая при использовании лампы накаливания определяется значением синуса переднего апертурного угла коллектора, которая обычно не превышает значения 0,7.in addition, since the luminous body of an incandescent lamp is usually made in the form of a spiral having a longitudinal size, due to the very large longitudinal magnification of the collector, which is equal to the square of its linear increase, the image of the luminous body of the lamp is strongly elongated along the optical axis and when the microscope is operating at low magnifications in the image shows traces of turns of the specified spiral, which significantly reduces the image quality. In addition, the use of an incandescent lamp as a light source, in which the luminous body is always in an air or gas-filled medium with a refractive index close to unity, does not allow full use of the light flux of the light source, and when adjusting the brightness of the lamp, the color temperature changes. As a measure of the use of the light flux, the value of the numerical aperture of the collector in the space of objects can be used, which when using an incandescent lamp is determined by the value of the sine of the front aperture angle of the collector, which usually does not exceed 0.7.

Задача, на решение которой направлено создаваемое осветительное устройство, заключается в уменьшении теплового воздействия на объект при одновременном повышении освещенности и качества изображения.The task to which the created lighting device is directed is to reduce the thermal effect on the object while increasing the illumination and image quality.

Это достигается благодаря тому, что согласно формуле изобретения в известном осветительном устройстве, содержащем последовательно расположенные источник света, коллектор, состоящий из двух положительных линз, полевую диафрагму, апертурную диафрагму, конденсор, состоящий из двух положительных линз, в качестве источника использован светодиод, излучающее тело которого с плоской выходной поверхностью залито оптически прозрачным веществом и оптически сопряжено с апертурной диафрагмой, коллектор выполнен иммерсионным с плосковыпуклой первой линзой, обращенной выпуклостью к объекту. Целесообразно промежуток между плоской выходной поверхностью светодиода и первой поверхностью первой линзы коллектора заполнить иммерсионным веществом.This is achieved due to the fact that, according to the claims, in a known lighting device comprising a sequentially located light source, a collector consisting of two positive lenses, a field diaphragm, an aperture diaphragm, a condenser consisting of two positive lenses, an LED emitting a body is used as a source which is flooded with an optically transparent substance with a flat exit surface and is optically coupled to an aperture diaphragm, the collector is immersion with a plano-convex rvoy lens facing convex to the object. It is advisable to fill the gap between the flat output surface of the LED and the first surface of the first collector lens with an immersion substance.

Кроме того, возможно плоскую выходную поверхность светодиода жестко соединить с первой поверхностью первой линзы коллектора.In addition, it is possible to rigidly connect the flat output surface of the LED to the first surface of the first collector lens.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена оптическая схема осветительного устройства.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the optical scheme of the lighting device.

Оптическая схема осветительного устройства содержит последовательно расположенные светодиод 1, светящееся тело 2 которого с плоской выходной поверхностью залито оптически прозрачным веществом, первую (фронтальную) плосковыпуклую линзу 3 двухлинзового коллектора,приклеенную первой плоской поверхностью к плоской выходной поверхности светодиода 1, вторую положительную линзу 4 коллектора, полевую диафрагму 5, апертурную диафрагму 6, конденсор, выполненный из двух положительных линз 7 и 8 и освещаемый объект 9.The optical scheme of the lighting device contains a sequentially located LED 1, the luminous body 2 of which with a flat output surface is flooded with an optically transparent substance, the first (frontal) plano-convex lens 3 of the two-lens collector glued by the first flat surface to the flat output surface of LED 1, the second positive collector lens 4, field aperture 5, aperture diaphragm 6, a condenser made of two positive lenses 7 and 8 and the illuminated object 9.

Устройство работает следующим образом. Светящееся тело 2 светодиода 1 может представлять из себя светящейся кристалл, если этот светодиод 1 является источником квазимонохроматического света, а в случае светодиода 1 белого свечения в роли светящегося тела 2 The device operates as follows. The luminous body 2 of the LED 1 can be a luminous crystal, if this LED 1 is a source of quasi-monochromatic light, and in the case of the white LED 1 as a luminous body 2

выступает слой люминофора, покрывающий указанный кристалл [Новости светотехники. Выпуск 7-8 (34-35) Москва, ноябрь 2001 г.]. И в том и в другом случае, светящееся тело 2 светодиода 1 является плоским, светящаяся плоскость перпендикулярна оптической оси осветительного устройства, изображение которой линзами 3-4 коллектора строится в плоскости апертурной диафрагмы 5. При этом изображение полевой диафрагмы 6 строится линзами 7-8 конденсора в плоскости объекта 9, чем реализуется метод освещения по Келеру. То, что фронтальная плосковыпуклая линза 3 приклеена первой плоской поверхностью к плоской выходной поверхности светодиода 1, позволяет в качестве меры использования светового потока источника света брать не sinσ, а произведение n·sinσ, где n - показатель преломления полимера, которым залит светодиод, σ - апертурный угол. Обычно, значение показателя преломления колеблется от 1,5 до 1,65, что и определяет выигрыш в использовании светового потока в предлагаемом устройстве в n² раз. Этим реализуется вариант иммерсионного коллектора.protrudes a layer of a phosphor covering the specified crystal [Lighting News. Issue 7-8 (34-35) Moscow, November 2001]. In either case, the luminous body 2 of the LED 1 is flat, the luminous plane is perpendicular to the optical axis of the lighting device, the image of which with collector lenses 3-4 is built in the plane of the aperture diaphragm 5. In this case, the image of the field diaphragm 6 is built with condenser lenses 7-8 in the plane of the object 9, which implements the method of lighting according to Kähler. The fact that the front plano-convex lens 3 is glued by the first flat surface to the flat output surface of the LED 1 allows us to take not sinσ but the product n · sinσ as a measure of the use of the light source, where n is the refractive index of the polymer with which the LED is flooded, σ - aperture angle. Typically, the value of the refractive index ranges from 1.5 to 1.65, which determines the gain in the use of light flux in the proposed device by n ² times. This implements the version of the immersion collector.

То, что спектр излучения светодиодов не содержит ИК составляющей [Новости светотехники. Выпуск 7-8 (34-35), Москва, ноябрь 2001 г.] приводит к отсутствию теплового воздействия на объект.The fact that the emission spectrum of LEDs does not contain an IR component [Lighting News. Issue 7-8 (34-35), Moscow, November 2001] leads to the absence of thermal effects on the object.

Для реализации заявляемого осветительного устройства в качестве источника света может быть использован светодиод марки, У-345, вторая линза 4 коллектора выполнена двояковыпуклой, а линзы 7 и 8 конденсора аналогичны по форме линзам 4 и 3 коллектора соответственно, причем линза 8 обращена плоской поверхностью к плоскости освещаемого объекта.To implement the inventive lighting device, a U-345 brand LED can be used as a light source, the second collector lens 4 is biconvex, and the condenser lenses 7 and 8 are similar in shape to the collector lenses 4 and 3, with lens 8 facing a flat surface to the plane lighted object.

На основании вышеизложенного заявляемая совокупность признаков позволяет уменьшить тепловое воздействие на объект и одновременно повысить качество изображения.Based on the foregoing, the claimed combination of features can reduce the thermal effect on the object and at the same time improve image quality.

Заявляемое оптическое устройство может быть реализовано в составе, например, встроенных (не сменяемых) осветительных устройств микроскопа.The inventive optical device can be implemented as part of, for example, built-in (not replaceable) lighting devices of the microscope.

Применение таких осветительных устройств в микроскопии повышает эксплуатационные свойства микроскопа, улучшает качество изображения за счет снижения температурного воздействия на объект и на элементы конструкции микроскопа, повышает светотехнические характеристики, как за счет увеличения доли использования светового потока источника при использовании иммерсионного коллектора, так и за счет концентрации излучаемого потока в видимой области спектра. Кроме того, светодиоды имеют срок службы на несколько порядков больше срока службы лампы накаливания, например, отечественная лампа типа КГМ имеет срок службы 100-200 часов, в то время как для светодиода срок службы может доходить до 50000 часов.The use of such lighting devices in microscopy increases the operational properties of the microscope, improves the image quality by reducing the temperature effect on the object and on the elements of the microscope design, and increases the lighting characteristics, both by increasing the share of the use of the light flux of the source when using an immersion collector, and by concentrating radiated flux in the visible region of the spectrum. In addition, LEDs have a service life several orders of magnitude longer than the life of an incandescent lamp, for example, a domestic lamp of the KGM type has a life of 100-200 hours, while for an LED, the life can reach up to 50,000 hours.

Claims

1. A lighting device containing a sequentially located light source, a collector consisting of two positive lenses, a field diaphragm, an aperture diaphragm, a condenser consisting of two positive lenses, characterized in that an LED is used as a source, the radiating body of which has a flat output surface is filled with an optically transparent substance and is optically conjugated with an aperture diaphragm, and the collector is immersion with a flat-convex first lens, convex to the illuminated to the subject.

2. The optical scheme according to claim 1, characterized in that the gap between the flat output surface of the LED and the first surface of the first collector lens is filled with an immersion substance.

3. The optical circuit according to claim 1, characterized in that the flat output surface of the LED is rigidly connected to the first surface of the first collector lens.