[发明专利]一种双远心柯勒照明光路

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型照明光路，特别是一种双远心柯勒照明光路。

背景技术

照明光路是光学系统的重要组成部件，其光源质量的高低，直接影响光学系统的性能。普通低端光学系统利用自然光或灯泡直接照明，若要满足数值孔径和光照均匀性的要求，则要采用聚光镜进行加强设计。

目前，常用的照明系统有临界照明、斜射照明、反射式照明和柯勒照明。

临界照明：是指光源被照明系统成像在物面上的一种照明方法，这种照明的特点是光源经聚光镜后成像在被检物体上,视场光阑在光源位置，孔径光阑设在聚光镜框或其附近，因而这种照明在物面视场范围内有最大亮度，且没有杂光。但是光源的灯丝像与被检物体的平面重合，这样就造成被检物体的照明呈现出不均匀性，在有灯丝的部分则明亮，无灯丝的部分则暗淡，不仅影响成像的质量，更不适合显微照相，这是临界照明的主要缺陷。

斜射照明：这种照明光束的中轴与显微镜的光轴不在同一直线上，而是与光轴形成一定的角度斜照在物体上，因此成斜射照明。

    反射式照明：这种照明的光束来自物体的上方通过物镜后射到被检物体上，这样物镜又起着聚光镜的作用。这种照明法只适用于非透明物体，如金属，矿物等。 

柯勒照明：是指被照明系统成像在物镜入瞳上的一种照明物体的方法，这种方法克服了临界照明不均匀的缺点，是研究用显微检测系统中的理想照明法。这种照明法不仅观察效果佳，而且是成功地进行显微照相所必须的一种照明法。光源的灯丝经集光镜及可变视场光阑后，第一次灯丝像落在聚光镜孔径光阑的平面处，聚光镜又将该一次像在后焦点平面处形成第二次的灯丝像。这样在被检物体所在平面处没有灯丝像的形成，不影响观察。此外照明变得均匀。观察时，可改变聚光镜孔径光阑的大小，使光源充满不同物镜的入射光瞳，而使聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径匹配。同时聚光镜又将视场光阑成像在被检物体的平面处，改变视场光阑的大小可控制照明范围。此外，这种照明的热焦点不在被检物体的平面处，即使长时间的照明，也不致损伤被检物体。尽管柯勒照明效果不错但是其镜片较多，加工较为复杂，安装及放置精度要求高，因此也存在成本相对较高的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种镜片数少、结构简单、成像质量高、总光路长度可调节的双远心柯勒照明光路。

双远心柯勒照明光路指的是孔径光阑通过适当的调节位于聚光镜的物方焦面上，同时也位于集光镜的像方焦面，构成了像方远心和物方远心双远心光路，同时具备像方物方远心光路特点。

实现本发明的技术方案是：

一种双远心柯勒照明光路，包括光源和透镜，该光路由与光源中心同轴排列的6片透镜分成集光镜光组和聚光镜光组两个光组组成，光路从左到右排序为：光源、第一片弯月透镜、第二片弯月透镜、第三片凹透镜、第四片凸透镜、第五片凸透镜、第六片凹透镜，在第四片凸透镜和第五片凸透镜之间设有光阑，光源经上述透镜系统后将光束投射到无限远处。

所述集光镜光组由顺序排列的第一片弯月透镜、第二片弯月透镜和胶合的第三片凹透镜、第四片凸透镜组成，所述聚光镜光组由第五片凸透镜和第六片凹透镜组成，两光组之间的光阑面为集光镜光组的像方焦面的同时也是聚光镜光组的物方焦面。

所述光路透镜所构成的物镜系统其数值孔径为0.5，孔径角为2.6652°，焦距为43.175mm。

集光镜光组与聚光镜光组之间构成是双远心系统，此间光束为平行光束，因而能进行一定的间距调节。

本发明是通过如下技术原理实现的:根据组合光焦度公式φ＝φ₁+φ₂-dφ₁φ₂（φ_1、φ₂分别为光组1、2光焦度, d为光组1的第二主面和光组2的第一主面之间的距离）可确定双组柯勒照明光路，由此结构型式来选择相近结构的照明光路作为初始结构，然后通过适当的焦距缩放和像差的优化设计，最终得到像质优良的双远心柯勒照明光路。

本发明应用已有的柯勒照明为初始结构，使用OSLO光学设计CAD软件，通过焦距缩放，优化设置透镜数及透镜的r、d、n（r:透镜半径、d:透镜曲率厚度、n:透镜折射率）等结构要素，使光路达到照明系统的各项指标和要求,并通过光学模拟软件Lighttools得到优质的照明效果。

本发明的优点是：

1.   透镜数少，成像质量高；