[发明专利]一种基于LED阵列的显微镜照明系统

说明书

技术领域

本发明属于显微镜技术领域，具体涉及一种基于LED阵列的显微镜照明系统。

背景技术

显微镜光学系统包括照明系统和成像系统两部分，照明系统是显微镜很重要的一部分，照明系统的照明方式对成像系统有着非常重要的影响，通常能够较多地用它来影响显微镜的性能。但照明系统也是显微镜中被理解最少的一部分，在很多情况下，一台设计精良的显微镜并不一定会获得良好的成像质量，在《Photography Through the Microscope》一书中John Delly认为，提供给学术讨论、展览会和科技出版物的显微摄影照片有80％～90％光路校正均不正确，其标本的照明状况很差，这是显微观察和显微摄影中存在的一个十分严重的通病，出现这种问题的主要原因多半是照明系统未调校好或没有设计好，使标本不能获得充分的照明所致。

总体来说，显微镜标本最佳的照明状态应该是明亮、无眩光、均匀、色温符合使用要求的；照明范围、照明孔径与显微镜成像系统是相适配的。为了得到最好的照明效果，现有的显微镜照明通常采用临界照明或柯拉照明。

临界照明是根据阿贝提出的光学原理发明的，它依靠聚光透镜将光源成像于标本平面上，实现对标本的照明，但在这种照明方法中，光源的均匀性是一个十分重要的条件，实际的钨丝灯、卤素灯普遍存在均匀性不够好的问题，从19世纪到20世纪，临界照明在显微镜中得到了十分广泛的应用，但由于存在照明不够均匀等问题，现目前，临界照明通常只应用在不需要显微镜摄影或者较为价廉的显微镜中。

柯拉照明是通过集光透镜、场镜透镜将一个放大的光源像成于聚光透镜的孔径光栏处，通过聚光镜产生一个角度很大的能产生标本最佳分辨率的平行光锥，并通过孔径光栏控制平行光锥的角度，也就是照明系统的数值孔径，以扼制不必要的杂散光和眩光，这样，由于光源成像在系统的孔径光栏处，采用柯拉照明即使光源发出的是不均匀的光，在视场里分布也不会是不均匀的。但是，柯拉照明由于光学透镜很多，光路很长，造成结构复杂，给光学器件的调校带来很大的难度，而光学器件的正确与否将直接影响有效的标本照明，不正确的校正将严重地影响显微镜成像的质量，使其产生斑点、虚光、色斑、衬度不良及其它各式各样的缺陷。所以，为了保证照明系统与成像系统的各种物镜适配，通常需增加照明系统的轴向调节机构和径向调节机构，与此同时，由于显微镜为了保证在不更换聚光镜的情况下能同时满足高低倍物镜时都能最佳使用，根据拉赫不变量的原理可知，现有产品的照明系统很难满足成像系统的要求，为此，柯拉照明系统不仅结构复杂，往往还需或增加毛玻璃、或采用多种聚光透镜、或放弃照明范围或照明孔径的需求。

同时，现有的显微镜系统通常采用钨丝灯、荧光灯、卤素灯、LED灯等光源，钨丝灯、荧光灯、卤素灯普通存在寿命短、发热大、光衷快等问题，LED灯由于体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、坚固耐用等优点现在已越来越普遍的应用于照明，但LED存在光谱连续性不够、显色指数不够等问题。

另外，在使用显微镜观察标本的过程中，由于标本本身性质的不同，只具有某种单一照明方式的显微镜，在对不同性质的标本进行观察时，很难达到理想的照明效果以及成像效果。一般显微镜都会提供多种不同照明的方式供用户选择，如除了常规的透射照明外，还有暗场照明、相衬观察所需要的环形斜照明等，但在切换照明方式时，步骤比较繁琐，如切换为透射暗场时，除了切换物镜，还需根据物镜的参数选择对应的暗场推拉板，容易出错。

在公开号为CN104459969A的专利中，描述了一种基于工程漫射体的生物显微镜照明系统，其包括：发光二极管LED灯、会聚透镜、工程漫射体、载物台，发光二极管LED提供高强度的照明光束，会聚透镜接收并会聚照明光束，工程漫射体对照明光束进行控制，控制照明光束的空间分布和强度轮廓，使得照明光束的光照度均匀地投射到载物台上放置的待检测的生物样品。在公开号为CN102789048A的专利中，描述了一种用于显微镜的冷光源照明系统，其包括：壳体、LED灯、非球面聚光镜、镜筒组件等，壳体的内部设有LED发光光源，非球面聚光镜聚集LED灯发出的光，镜筒组件用于固定其它零件。在公开号为CN2769911Y的专利中，描述了一种采用发光二极管的生物显微镜的照明装置，其在载物台的下边且与镜臂固定连接有光源承载台，该光源承载台上固定连接发光二极管插座，该发光二极管插座活动连接发光二极管。上述照明系统都存在无法同时满足显微镜在高低观察时的数值孔径、照明范围的要求，在照明均匀上也存在一定的不足，同时，上述照明系统的照明方式单一，只具有明场功能，无法满足各种标本的观察要求。