[發明專利]一種基于LED陣列的顯微鏡照明系統

有效

• 申請號: 201610228592.1
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105700124B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 夏波;鄔明慧;林茂英
• 申請（專利權）人: 麥克奧迪實業集團有限公司
• 主分類號: G02B21/06
• 分類號: G02B21/06;G02B21/08;G02B21/00
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產權代理有限公司50219
• 代理人: 高姜

技術領域

本發明屬于顯微鏡技術領域，具體涉及一種基于LED陣列的顯微鏡照明系統。

背景技術

顯微鏡光學系統包括照明系統和成像系統兩部分，照明系統是顯微鏡很重要的一部分，照明系統的照明方式對成像系統有著非常重要的影響，通常能夠較多地用它來影響顯微鏡的性能。但照明系統也是顯微鏡中被理解最少的一部分，在很多情況下，一臺設計精良的顯微鏡并不一定會獲得良好的成像質量，在《Photography Through the Microscope》一書中John Delly認為，提供給學術討論、展覽會和科技出版物的顯微攝影照片有80％～90％光路校正均不正確，其標本的照明狀況很差，這是顯微觀察和顯微攝影中存在的一個十分嚴重的通病，出現這種問題的主要原因多半是照明系統未調校好或沒有設計好，使標本不能獲得充分的照明所致。

總體來說，顯微鏡標本最佳的照明狀態應該是明亮、無眩光、均勻、色溫符合使用要求的；照明范圍、照明孔徑與顯微鏡成像系統是相適配的。為了得到最好的照明效果，現有的顯微鏡照明通常采用臨界照明或柯拉照明。

臨界照明是根據阿貝提出的光學原理發明的，它依靠聚光透鏡將光源成像于標本平面上，實現對標本的照明，但在這種照明方法中，光源的均勻性是一個十分重要的條件，實際的鎢絲燈、鹵素燈普遍存在均勻性不夠好的問題，從19世紀到20世紀，臨界照明在顯微鏡中得到了十分廣泛的應用，但由于存在照明不夠均勻等問題，現目前，臨界照明通常只應用在不需要顯微鏡攝影或者較為價廉的顯微鏡中。

柯拉照明是通過集光透鏡、場鏡透鏡將一個放大的光源像成于聚光透鏡的孔徑光欄處，通過聚光鏡產生一個角度很大的能產生標本最佳分辨率的平行光錐，并通過孔徑光欄控制平行光錐的角度，也就是照明系統的數值孔徑，以扼制不必要的雜散光和眩光，這樣，由于光源成像在系統的孔徑光欄處，采用柯拉照明即使光源發出的是不均勻的光，在視場里分布也不會是不均勻的。但是，柯拉照明由于光學透鏡很多，光路很長，造成結構復雜，給光學器件的調校帶來很大的難度，而光學器件的正確與否將直接影響有效的標本照明，不正確的校正將嚴重地影響顯微鏡成像的質量，使其產生斑點、虛光、色斑、襯度不良及其它各式各樣的缺陷。所以，為了保證照明系統與成像系統的各種物鏡適配，通常需增加照明系統的軸向調節機構和徑向調節機構，與此同時，由于顯微鏡為了保證在不更換聚光鏡的情況下能同時滿足高低倍物鏡時都能最佳使用，根據拉赫不變量的原理可知，現有產品的照明系統很難滿足成像系統的要求，為此，柯拉照明系統不僅結構復雜，往往還需或增加毛玻璃、或采用多種聚光透鏡、或放棄照明范圍或照明孔徑的需求。

同時，現有的顯微鏡系統通常采用鎢絲燈、熒光燈、鹵素燈、LED燈等光源，鎢絲燈、熒光燈、鹵素燈普通存在壽命短、發熱大、光衷快等問題，LED燈由于體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱量、堅固耐用等優點現在已越來越普遍的應用于照明，但LED存在光譜連續性不夠、顯色指數不夠等問題。

另外，在使用顯微鏡觀察標本的過程中，由于標本本身性質的不同，只具有某種單一照明方式的顯微鏡，在對不同性質的標本進行觀察時，很難達到理想的照明效果以及成像效果。一般顯微鏡都會提供多種不同照明的方式供用戶選擇，如除了常規的透射照明外，還有暗場照明、相襯觀察所需要的環形斜照明等，但在切換照明方式時，步驟比較繁瑣，如切換為透射暗場時，除了切換物鏡，還需根據物鏡的參數選擇對應的暗場推拉板，容易出錯。

在公開號為CN104459969A的專利中，描述了一種基于工程漫射體的生物顯微鏡照明系統，其包括：發光二極管LED燈、會聚透鏡、工程漫射體、載物臺，發光二極管LED提供高強度的照明光束，會聚透鏡接收并會聚照明光束，工程漫射體對照明光束進行控制，控制照明光束的空間分布和強度輪廓，使得照明光束的光照度均勻地投射到載物臺上放置的待檢測的生物樣品。在公開號為CN102789048A的專利中，描述了一種用于顯微鏡的冷光源照明系統，其包括：殼體、LED燈、非球面聚光鏡、鏡筒組件等，殼體的內部設有LED發光光源，非球面聚光鏡聚集LED燈發出的光，鏡筒組件用于固定其它零件。在公開號為CN2769911Y的專利中，描述了一種采用發光二極管的生物顯微鏡的照明裝置，其在載物臺的下邊且與鏡臂固定連接有光源承載臺，該光源承載臺上固定連接發光二極管插座，該發光二極管插座活動連接發光二極管。上述照明系統都存在無法同時滿足顯微鏡在高低觀察時的數值孔徑、照明范圍的要求，在照明均勻上也存在一定的不足，同時，上述照明系統的照明方式單一，只具有明場功能，無法滿足各種標本的觀察要求。