[发明专利]一种LED反射照明式光学显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学显微镜，尤其涉及一种LED反射照明式光学显微镜。

背景技术

显微镜是人们洞察微观世界的眼睛，目前在医学、生物学等众多领域中得到了广泛的应用。一台精确的显微镜不仅仅依赖于物镜和目镜的设计，照明系统也会很大程度上影响着显微镜的成像效果。

显微镜一般使用金属卤素灯和其他热光源作为照明光源，随着LED发光二极管的发展，由于其成本低、体积小、色温优良和寿命长等优点，LED正逐步取代传统光源。LED的光色较纯，非常适合作为显微镜照明系统。但目前市场上应用LED作为显微镜反射照明装置的方式比较落后，主要是环形照明方式。由于LED环形照明灯没有经过严格的光学配光，在观察面形成的照度不均匀，而且随着观察距离的变化，光照度会发生较大的变化，并因此会影响光学显微镜的成像效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种LED反射照明式光学显微镜，能够在观察面形成的照度均匀的照明，而且随着观察距离的变化，光照度不会发生较大的变化，使光学显微镜得到较为理想的成像效果。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种LED反射照明式光学显微镜，包括位于显微镜主光轴上的观察面和将光线投射到观察面上的LED照明装置，所述的LED照明装置包括一个LED平面光源、一个LED准直透镜和一个自由曲面微反射镜阵列，所述的LED准直透镜设置在所述的显微镜主光轴的侧面，所述的LED准直透镜的光轴与所述的显微镜主光轴平行，所述的LED平面光源设置在所述的LED准直透镜的前方，所述的自由曲面微反射镜阵列设置在所述的LED准直透镜后，所述的自由曲面微反射镜阵列由设置在平面基板上的沿所述的显微镜主光轴的垂线与所述的LED准直透镜的光轴的连接线的方向并行排列的多个自由曲面微反射镜组成，所述的LED准直透镜由大直径的第一平面和小直径的第二平面及位于所述的第一平面和所述的第二平面之间的侧面构成，所述的第二平面上设置有凹腔，所述的凹腔的内面由圆柱面和半球面构成，所述的第一平面为所述的LED准直透镜的出射面，所述的凹腔的内面为所述的LED准直透镜的入射面，所述的LED平面光源设置在所述的凹腔的中心并与所述的第二平面平齐，所述的LED平面光源发出的发散光经过所述的准直透镜后形成平行光从所述的第一平面出射在所述的自由曲面微反射镜阵列上，从所述的LED准直透镜出射的平行光整个布满所述的自由曲面微反射镜阵列，所述的平行光在所述的自由曲面微反射镜阵列上重新配光后在所述的观察面上形成照度均匀的照明光斑。

若以所述的LED准直透镜的光轴方向作为Z轴的方向，以所述的LED准直透镜的光轴的垂线与所述的显微镜主光轴的连线方向作为X轴，建立一个三维空间坐标系，定义第二平面为Z轴的坐标原点Z＝0，第一平面离所述的显微镜主光轴的最远点为X轴的坐标原点X＝0，以与X方向垂直的第一平面的最宽点为Y轴的坐标原点Y＝0，若第一平面的直径为D，则将第一平面平均划分成多个x方向长度为a，y方向宽度为b的微小矩形区域a×b，所述的自由曲面微反射镜阵列的行数为D/a，所述的自由曲面微反射镜阵列的列数为D/b，当所述的平面基板与XOY平面的夹角为θ时，所述的自由曲面微反射镜的宽度为b，长度为a/cosθ，若将微小矩形区域均匀地划分为m×n网格，微小矩形区域内第i行第j列的网格点G(i,j)在所述的自由曲面微反射镜上对应的点为而在观察面上对应的点为其中H为所述的自由曲面微反射镜的初始点在Z轴上与坐标原点的距离，d为观察面与坐标原点的距离，l为观察面直径，则自由曲面微反射镜上G_s点处的单位法向量为其中为入射光的单位向量，为出射光单位向量。

所述的自由曲面微反射镜在平行光束截面的投影是矩形的，在所述的观察面上，所述的矩形光斑覆盖整个圆形的显微镜观察区。

所述的第一平面位于所述的第二平面的上方。

所述的第一平面位于所述的第二平面的下方。

与现有技术相比，本发明的优点在于本发明提出的采用自由曲面微反射镜阵列实现显微镜反射式的离轴照明，显微镜观察区照度均匀性较高，照度均匀性不会因为显微镜镜筒距离的变化而减低，照度均匀性始终在85％以上，系统的体积小，安装方便。

附图说明

图1(a)为本发明的显微镜中LED反射照明装置的平行光束向上出射时的配光结构示意图，此时第一平面位于第二平面的上方；

图1(b)为本发明的显微镜中LED反射照明装置的平行光束向下出射时的配光结构示意图，此时，第一平面位于第二平面的下方；