Осветительное устройство Советский патент 1984 года по МПК G02B21/06 

Изобретение относится к оптике, аточнее к осветительным устройствам применяемым преимущественно в микроскопии. Известно осветительное устрой,ство состоящее из источника света, коллектора и гонденсора.. Коллектор изображает источник света в апер турную диафрагму конденсора, а конденсор проецирует полевую диафрагму коллектора в плоскость освещаемого поля зрения. Такой метод освещения является наиболее рациональным и называется метод освещения по Келлеру 1 . Недостатками осветительного устройства .является невозможность получ ния равномерного освещения объекта при использовании объективов средних и малых увеличений, а для освещения полей зрения объективов малых увеличений (от 2,5 до Ю) приходится вво дить дополнительные элементы в осветительную систему, такие, как парабо лическую линзу или матовое стекло, которые нарушают работу осветительно системы по принципу Келлера и приводят к большим энергетическим потерям, а также большим габаритам (длин около 300-400 мм). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является осветительное устройство, состоящее из расположенных последовательно вдо вдоль оси источника света, коллектора, полевой и апертурной диафрагмы и конденсора, работающих по прингщпу Келлера С 2 . Недостатком указанного осветитель ного устройства является то, что в плоскости изображения объекта видн следы изображения источника света, например, спирали тела накала. При-чиной этого является большое продоль .ное увеличение системы проекции источника , достигающее значений 100 и более крат, в результате чего изображение источника сильно вытягивается вдоль оптической оси. Это при водит также к увеличению виньетирования освещающих пучков. Кроме того, необходимость обеспечения полного заполнения апертурной диафрагмы объе тива изображением источника света находится в противоречии с мерами, связанными с устранением следов изоб ражения источника света в поле зрения, при которых стремятся зт еньшить :размер источника света. Цель изобретения - улучшение качества изображения по всему полю зрения, уменьшение габаритов и упрощение конструкции осветительного устройства микроскопов. Указанная цель достигается тем, что осветительное устройство, содержащее последовательно установленные вдоль оптической оси источник света, коллектор и конденсор, снабжено линзовым растром, установленным между коллектором и конденсором, при этом задняя фокальная плоскость растра совмещена с передней фокальной плоскостью конденсора, источник света установлен в переднем фокусе коллектора, фокус-ное расстояние линзового ь элемента растра р находится в следующем соотношении с фокусным рас-. стоянием коллектора fn а апертура бр определяется из соотношения6. I КОНА где У - половина освещаемого по ля$ - фокусное расстояние конденсора. В осветительном устройства образуются две пары оборачивающих систем: коллектор - линзовый растр и конденсор - микрообъектив с параллельными ходом лучей внутри каждой пары. Как известно продольное увеличение Q таких систем определяется по формуле где р., асстояния линзового растра, коллектора, конденсора и микрообъектива, оответственно. Множитель fgj/f Pj обычно имеет значение около 1, так как f,. „.. . оэтому величина 0 в основном опрееляется первым, множителем, который нашем случае ., 1 вследствие того, то fp д и значение в будет 1 , то время как в прототипе в 100. результате этого изображение источика будет сплюснутым вдоль оптичесой оси, что приведёт к уменьшению 3 виньетирования на апертурной диафра ме микрообъектива виеосевых пучков и, как следствие, к улучшению качества изображения объекта. Апертур выби линзового элемента растра рается из соотношения - половина освещаемого поля fLnwA фокусное расстояние конде сора. Таким образом, величина 2у освещаемого поля не зависит от аперт ры коллектора, что позволяет применить малоапертурные коллекторы упр щенной конструкции, обладающие малыми остаточными аберрациями, и тем самым повысить контраст изображения а р определяется из требуемой величины освещаемого поля зрения микр объектива. На чертеже представлена оптическ схема осветительного устройства с принципиальным ходом лучей в ней, с ловые оптические элементы изображе/ны совмещенными главными штоскостяОсветительное устройство состоит из источника 1 света, коллектора 2, линзового растра 3 и ко щенсора 4. Оптическая система работает следующим образом. I Источник света 1 (на фигуре он показан в виде сечения тела накала) проецируется коллектором 2 на бесконечность, далее световые пучки поступают на линзовый растор 3, в задней фокальной плоскости которо строится множествоизображений укаванного источника света, число кото рых равно числу линчовыхэлементов в растре. Затем эти изображения переносятся конденсором 4 в бесконеч ность, при этом объект, находясь в задней фокальной плоскости конденсора 4, освещается множеством пучков параллельных лучей. Таким образом, система в целом работает по принципу Келера с телецентричесКИМ ходом главных лучей, что осЪ- бенно необходимо при измерительных операциях на микроскопе. Рассмотрим работу осветительного устройства в сравнении с базовым ус ройством, за которое выбрано осветительное устройство биологического микроскопа серии БИОЛАМ-Л213. 48 4 В качестве источника 1 света используют лампу КИМ 9-75 с размером спирали 2,66л 2,6 мм колллстора 2 равно 27,01 мм, 5pf,s -29,178 мм. f конденсора равно 11,7 мм. Источник 1, коллектор 2 и конденсор 4, входят в микроскоп ВИОЛАМ-Л213. Проанализируем проекцию краев спирали в системе БИОЛАМ-Л213 для случая симметричного расположения краев относительно рабочего коллектора. Ньютоновские отрезки Za и Ze. .для краев спирали имеют значения 2ct ,868 мм, 26 -3,468 мм, величины этих отрезков за окуляром составляют ,11 мм и Ze -260,9 мм, т.е. о«и недопустимо велики, так как допустимая абсолютная величина их не должна превьшать 30 мм Большой разнос концов изображения спирали приводит к тому, что в поле зрения микроскопа явно видйы ее следы. При использовании растра 3 в этой же модели микроскопа с теми же компонентами, но расположенными в соответствии с формулой изобретения, величины 2а -Z0 7,76 мм « 30 мм и,.следовательно, следов спирали лампы не видно. Таким образом, линзовый растр повышает качество изображения за счет равномерности освещения и повышения контраста. Введение линзового растра позволяет осветить полное поле зрения самогослабого объектива с увеличением ,5 , 2-у предмета которого составляют 6,8 мм, так как исходя из этой величины определяется апертура линзового растра 6 р рт-- 0,3 t (соНА и при шаге растра t 0,44 мм фокусное 0,41 расстояние растра 2dp 2-0,3 0,7 мм. В то же время осветительная система БИОЛАМ-Л213 без растра при апертуре коллектора А,.0,75 освещает. ,6 мм, т.е. в 4 раза меньшее поле. Таким образом, отпадает необходимость в применении включающихся дополнительных оптических элементов (параболических линз,, матовое стекло) для освещения больших полей, которые усложняют.и удорожают осветительную, систему и при этом еще и резко ухудшают качество изображения объекта, нарушая принцип ее работы по Келеру. 5 Сравним величины продольных увели чений системы с растром и без растра Продольное увеличение lu осветительной системы с растром определяется так 06 f/ОЛ12/62Л1 2 0,019«1, I gl -iJ I. I -..t-, I O r I 27| 11,7 / комд/ В TO время, как продольное увеличени ристемы без растра 10-2B-16QO КОАЛ I .. I I коиА Из сравнения этих величин видно, что виньетирование световых пучков на апертурной диафрагме микрообъекти 48 ва с применением растра сильно уменьшено, т.е. значительно улучшего качество изображения объекта в микроскопе. Осветительное устройство позволяет повысить качество изображения в микроскопе в результате повышения сонтраста изображения и повышения равномерности освещения, улучшить условия работы при наблюдении не только в бинокулярный тубус, но и на экране, удешевить конструкцию путем применения малоапертурных простых коллекторов и сокращения длин осветительной системы, что в целом повышает технические и эксплуатационные характеристики микроскопов.

ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно установленные вдоль оптической оси источник света, коллектор и конденсор, отличающееся тем, что, с целыа улучшения качества изображения объекта по всему полю зрения с одновременным увеличением размера освещаемых полей зрения, уменьшения габаритов и упрощения конструкции, оно снабжено линзовым растром, установленным между коллектором И конденсором, при этом задняя фокальная, плоскость) растра совмещена с передней фокальной плоскостью конденсора , источник света установлен в переднем фокусе коллектора, фокусное расстояние линзового элемента растра fр находится.в следующем соотношении с фокусным расстоянием коллектора кол где J - половина освещаемого поля, fi фокусное расстояниеконденkoHA сора . Op ;о 4 X)