[发明专利]环形灯照明器、射束成形器及用于照明的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年7月30日提交的美国临时专利申请第61/369,632的优先权，该申请以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及环形灯照明器。

本发明还涉及射束成形器。

本发明还涉及用于照明的方法。

发明背景

在许多光学检查或成像作业中，需要对待检查或成像的区域进行清晰地照明。对于许多这样的照明目的来说，在例如显微镜检查中使用环形灯，环形灯是提供暗视野照明的常用装置。在这些应用场合中，希望将被照明的区域限制于所期望的区域，并且在所期望的区域内具有均匀的光分布。可能的光源例如是弧光灯、LED（发光二极管）、激光二极管以及卤素灯泡。虽然弧光灯通常比LED提供更高的光强度，然而这些弧光灯也比LED具有更大的强度涨落以及较短的寿命；因此通常LED是较佳的光源选择。在将来自典型LED的光发射到LED周围的半球区域中时，需要光学元件将从一个或多个LED发出的光尽可能地引到所期望的区域中、即引到待照明的区域中。

欧洲专利申请EP 1 919 001 A1涉及一种用于产品检验的聚光灯装置，其中LED用作光源。为了使光在整个特定区域上均匀地分布，使来自LED的光穿过棒状透镜。来自LED的光通过聚光透镜被引入棒状透镜中。为了确保棒状透镜和聚光透镜适当对准，并且此外为了减少在光学系统组装过程中需处理的各个部件的数量，将棒状透镜和聚光透镜设置成光学单元的各个部段，即棒状透镜构成发光部段，而聚光透镜构成聚光部段。聚光部段将折射和反射组合起来，以将来自光源的光引到发光部段中。

欧洲专利申请EP 2 177 816 A2披露了一种光源阵列、尤其是LED阵列，该光源阵列的光被引到呈棒状的光学积分器中。基于光在积分器内的反射，该光学积分器对光进行均匀化和限制。光学积分器可以是具有反射内表面的中空管件或者具有透光材料的实心棒，其中光在光学积分器内的反射是由于全内反射而产生。光学积分器的横截面可以是圆形的、多边形的或者不规则的。又一些光学元件可设置在光学积分器下游。对于每个光源来说，对应有用于控制和引导来自光源的光的光学元件。光学积分器可以是锥形的，以影响从光学积分器发出光的发散。

欧洲专利申请EP 1 150 154 A1披露了一种照明系统、尤其是用于显微镜检查的照明系统，其中多个光源、较佳的是LED设置在环形载体中。LED能单独地或成组地控制，并且具有较小的发射角。

德国专利申请DE 28 52 203披露了一种用于显微镜检查的照明装置，其中来自光源的光沿着光纤被引导，并且在光纤的对应端部处离开光纤，其中这些对应端部以环形方式设置。又一种基于光纤的环形照明系统例如在德国专利申请DE 40 16 264进行了披露。

基于光纤的环形照明系统的问题在于离开光纤的光具有较大的发散。类似地，LED的环形结构趋于产生相当不均匀的照明区域，并且即使LED结合现有技术的聚光透镜使用，仍无法实现一些应用场合所需的照明区域均匀度。

最大光强度对于环形灯是极为重要的设计参数，因为环形灯固有地是“暗视野”照明，其中发散的光通常是观测目标。LED与弧光灯（用于正常显微镜观察的明亮照明标准）相比主要缺点在于LED通常较暗。基于LED的系统通常没有在所观察的目标处合适的光强度，并且，应极为谨慎地进行设计，以使图象处的可能光照最强。使光照最强对于机器视觉/检查尤为重要，其中积分时间无法任意延长来增大能够获得以产生良好曝光图象的光能。延长机器视觉系统中的积分时间会减小成像频率并且延长总的检查时间（成像时间）。由于检查机器的数值取决于在固定时间能对多少区域进行成像，因此使目标处的光照最强是极为重要的特征。

采用环形灯，待照明的区域通常在斜角下照明。来自环形灯中的各个光源的光束照射在待照明的表面上，使得相对应光束的表面法线和中心轴线之间的角度不是零也不是90°。待照明表面上相对应光束的横截面大于沿着表面法线的表面照明情形中相对应光束的横截面。因此，对于环形灯中的光束来说，光束强度与沿着表面法线照明相比分布在表面上的较大区域上。因此，有效地减小表面上可获得的光束强度。从最大光强度的上述目的的角度出发，这是不利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种环形灯照明器，该环形灯照明器能够在表面上的待照明区域中产生良好限定且均匀的照明域。此外，尽管存在倾斜的照明角，来自环形灯照明器的光源的光应有效地聚集并被引向待照明的区域。

通过一种用于对表面上区域进行照明的环形灯照明器来实现该目的，该环形灯照明器包括：