[发明专利]一种用于海洋微小生物检测的远心照明和摄像系统

说明书

技术领域

本发明涉及照明和成像技术，特别是涉及一种用于海洋微小生物检测的远心照明和摄像系统，为海洋微小生物检测提供照明。

背景技术

随着科学研究的发展，发现海洋、湖泊、河流等水系环境的微小生物的存在、生长、代谢物的成份、溶水气体成份等数据都紧密、准确的反映出当地环境的状况，与人们的生活环境息息相关。然而研究微小生物的技术手段存在不少的技术难题，原因在于微小生物的体积大小多在微米数量级，尤其在较混浊的水体和淤泥混合物的水体中。

一般的照明光源和摄像镜头，对微小生物成像时，存在散射、光相干涉、成像照度不均匀等问题，给观察微小生物造成很多不良影响，如散射造成的成像模糊、对比度低；光相干涉形成的相干条纹，像面局部明暗相间；成像照度不均匀影响成像的整体观察；

与此同时，用于照明的大功率LED系统也需要更好的驱动，可采用的主要有电阻限流、线性稳压器和开关型变换器3类。电阻限流方案适用于效率低的应用场合，对效率要求极高，因此对于要求图像采集精度高的照明驱动不采用此方法；线性稳压器只适应于低电流或LED正向压降稍低于电源电压的场合，但同样存在效率和输入电压范围小的问题；开关型同步降压型驱动具有电路拓扑灵活、效率高和输入电压宽的特性、电流采样精度高。综合考虑工作效率、安装尺寸、静态电流、工作电压、噪声和输出调节等因素后，目前大多数图像照明检测设备驱动电路中多采用开关型变换器。开关变换器拓扑结构分为Buck、Boost及Buck-Boos等方式。但这种开关型变换器，尚不能很好地解决以下五个问题和因长时间工作LED光效衰减问题。

(1)升降压功能。当输入电压或LED本身压降有波动时，调节输出电压，满足输出电流恒定的要求，保证LED发光稳定可靠。

(2)高功率转换效率。以降低电路驱动损耗，降低能耗，同时减少蓄电池充电次数，延长电池使用寿命。

(3)亮度调节功能。当需要调节成像系统的爆光时间时，可以通过PWM信号调节电流的大小。

(4)具有完善的保护电路。应设置各种保护措施，用以保护自身和LED可靠工作。例如，低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护等。

(5)良好的散热功能。由于LED的热学特性，温度是影响LED稳定工作的重要因素之一。在夜晚工作时，LED处于长时间点亮状态，因此，必须有良好的散热功能，保证LED的使用寿命和工作可靠。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于海洋微小生物检测的远心照明和摄像系统，使得成像照度高度均匀，提高成像质量。

本发明进一步的目的在于为海洋浮游生物检测提供大电流、高可靠性的照明驱动。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于海洋微小生物检测的远心照明和摄像系统，包括光路模块和照明驱动模块，所述光路模块包括：

LED光源，其提供照明光源；

匀光棒，其对从所述LED光源出射的光束进行混光以得到均匀的光强分布；

消相干匀光片，其对从所述匀光棒的端面出射的光束进行二次匀光和对光束进行消相干处理，得到非相干和均匀的光源面；

光栏，其根据照明光束准直度的要求确定相应的光栏口径；

远心准直镜头，从所述光栏出射的光束经所述远心准直镜头后以均匀的照度入射到微小生物区域；

远心成像镜头，其与所述远心准直镜头相匹配，配合所述远心准直镜头接收通过微小生物区域的照明光束并输出至成像单元，以得到照度均匀的成像结果。

进一步地：

所述LED光源的光谱范围包括从近紫外365nm至红外波段，可以是其中某一波段光谱区，例如420nm-680nm，或者是单一窄波光谱，例如红光635±50nm。

匀光棒可以是方形或锥形的内反射腔体，也可以是透明的光学材料实体。

优选地，所述LED光源的发光直径D与所述匀光棒的长度L满足以下关系：L≧D*3。

更优选地，所述LED光源的发光面为矩形，对应的发光直径D为矩形的对角线长度。

所述消相干匀光片的散射模式为朗伯型(lambertian)，散射率≧0.5。

所述远心准直镜头的数值孔径NA≧0.5。

所述远心准直镜头的远心度小于或等于2度，经设置能够满足对小至50微米的微小生物的照明观察。

所述光路模块还包括：