Осветитель Советский патент 1988 года по МПК G02B21/10 

|0

Изобретение относится к оптическим осветительньм системам и может быть использовано, в частности, в микроэлектронном производстве для освещения поверхности изделий в процессе визуального контроля с помощью микроскопов и проектороп а также s других областях науки и техники, где необходимо освещение об ьектов по методу темного поля.

Цель изобретения - новьппение РЭТД, а также обеспечение возможности регулирования уровня освещенности поверхности визуально контролируем 1 х с помощью осветителя изделий,

На фиг, 1 представлена принципиальная оптическая схема осветителя; на фиг о 2 - схема регулирования уровня освещенности; на фиг, 3 - схема хода лучей в осветителе.

Осветитель содержит источник 1 света с установленной вокруг него в плоскости, перпендикулярной оптической оси, системой плоских зеркал 2, и линзовые коллекторы 3 по числу плоских зеркал 2, размещенные в плоскости кольцевой диафрагмы 4, При этом плоские зеркала 2 ориентированы под углом 45 к оптической оси осветителя, а линзовые коллекторы 3 удалены от нее на расстояние, удовлетворяюп ее соотношению

Si t (tgco+tgU+tgB ) ,

S - расстояние от оптической оси осветителя до линзовых коллекторов 3; t, - расстояние от плоскости пред3 так, что их центры совпадают с оптическими осями последних. Ширина отверстий выбирается в соответствии с нер;и енством

,

где п - ширина нити накала источника 1 света в направлении враще- ния диска 7;

l - линейное увеличение линз коллектора 3;

D - щиринй отверстий; d - диаметр входного зрачка кол- лектора 3.

При этом плоскости изображения линз коллектора 3 совмещены с плоскостью входного зрачка кольцевого конденсора 6.

Благодаря тому, что зеркала 2 ус- тановле}1ы вокруг источника 1 под углом 45 к оптической оси осветителя, они формируют не одно, как это имеет место в известном осветителе, а множество независимых изображений источников 1 света, расположенных по окружности с центром на оптической оси осветителя, свет от этих источников распространяется в направле- НИИ, параллельном оптической оси осветителя. Так как плоскости изображе НИИ линз коллектора 3 совмещены с плоскостью входного зрачка кольцевого конденсора 6, каждая линза 3 проецирует полученное таким образом изображение источника 1 света не в бесконечность, как это имеет место в известном осветителе, а в плоскость входного зрачка кольцевого конденсо

Изобретение относится к оптическим осветительным системам и может быть использовано в таких областях науки и техники, где необходимо освещение объектов по методу темного поля. Цель изобретения - повышение КПД осветителя и обеспечение возможности регулирования уровней освещенности. Осветитель содержит последовательно расположенные на оптической оси источник света 1, коллектор 3 и кольцевую диафрагму 4, зеркало 5 и конденсор 6, В осветитель дополнительно введена система оптически связанных с источником света 1 равноудаленных от оптической оси осветителя зеркал 2, установленных вокруг источника 1 под углом 45 к оптической оси осветителя. Коллектор 3 выполнен в виде оптически связанного с системой зеркал 2 блока линз, установленных в плоскости, перпендикулярной оптической оси осветителя. Между плоским зеркалом 5 и кольцевым конденсором 6 в плоскости входного зрачка последнего с возможностью поворота вокруг оптической оси осветителя установлен непрозрачный диск 7 с отверстиями. Осветитель обладает высоким КПД и дает возможность осуществлять регулирование освещенности в широких пределах. 1 э.п. ф-лы, 3 ил. о SS

метов .до входного зрачка объ-40 ра 6. В плоскость изображения осектива;со - УГОЛ поля зрения объектива

в пространстве предметов; и апертурный угол объектива в

пространстве предметов; З - апертурный угол линз коллектора 3 в пространстве изображений .

Кроме того, осветитель содержит кольцевое зеркало 5, кольцевой линз овый конденсор 6 и установленный между ними с возможностью поворота вокруг оптической оси осветителя непрозрачный диск 7 с отверстиями по числу линзовых коллекторов 3. Диск 7 размещен в плоскости входного зрачка кольцевого конденсора 6. Отверстия в непрозрачном диске 7 выполнены напротив соответствующих линз коллектора

ветителя при этом проецируется изображение оправ линз коллектора 3. Благодаря этому удается получить большие размеры засвечиваемого поля несмотря на малые размеры источника 1 света и сохранить при этом габариты осветителя. Так как кольцевое распределение светового пучка задается расположением линз коллектора 3 в ряд по окружности, а не экранированием центральной части пучка, то не происходит потерь света и, следовательно, повышается освещенность изображения. Освещенность повьшается также за счет увеличения угла охвата коллектора 3, который в этом случае равен сумме углов охвата отдельных линз коллектора 3. Минимальное расстояние от оптической оси осветителя до оптической оси

314050

отдельной линзы коллектора 3 определяется из условия получения темного поля

(1) 5

tgi,,tgQ+tgU+tg,V,

где 1., , - минимальный угол падения

МУ1н

луча; СО - угол поля зрения объектива

в пространстве предметов; и - апертурный угол объектива в пространстве предметов; PI - апертурный угол линзы коллектора 3 в пространстве изображений.

Это условие вытекает из геометрических построений, суть которых поясняется фиг. 3, где изображена схема хода лучей в осветителе к определению минимального расстояния от оп- тической оси до линз коллектора 3, при котором наблюдается темное поле. Кз фиг. 3 следует, что минимальный угол падения лучей i на плоскость объекта, расположенную перпендикуляр но оптической оси объектива, определяется углом отражения, при котором лучи света не попадают в отверстие объектива, т.е. тангенсом угла I VIMH равным сумме тангенсов: tgW+tgU+tg 3 Минимальный угол падения i,,H минимальное расстояние от оптической оси осветителя до линз коллектора 3 связаны отношением

q

tei (2

Г

t

ЭР

где S .„,,- минимальное расстояние от

ЛЛ И п

оптической оси осветителя до линз 3;

- расстояние от плоскости

предметов до входного зрачка объектива.

Подставляя (2) в (l), получаем минимальное расстояние от оптической оси осветителя до линз коллектора 3

SMHH 4p 8 eU+tg/ ).

Si: tjp(tgU+tgU+tgp ).

Отсюда расстояние от оптической оси осветителя до линз коллектора 3 должно удовлетворять соотношению

(4)

Увеличение расстояния S при сохранении размеров засвечиваемого псшя приводит к увеличению количества линз коллектора 3 и, следовательно, к увеличению равномерности освещенно- сти в плоскости изобра жения осветите144

ля, но при этом из-за увеличения угла падения составных лучей происходит падение освещенности. Число линз коллектора 3 зависит от их диаметра и расстояния от оптической оси и определяется из соотношения

2TS 5Г

(5)

где d - диаметр выходного зрачка

линзы коллектора 3. Непрозрачный диск 7 с радиальными отверстиями, установленный в плоскости входного зрачка кольцевого конденсора 6, выполняет функцию апертур- ной диафрагмы для каждого канала коллектора 3. ITosTONfy перемещение отверстий диска 7 относительно неподвижных изображений источников 1 света приводит к перекрытию части изображения источников I,и, следовательно, к уменьшению освещенности в плоскости изображения осветителя, но без ухудшения равномерности освещенности. При этом форма отверстий в диске 7 опредапяется формой источника 1 света, а их ширина в направлении вращения диска 7 удовлетворяет условию максимального использования светового потока источника 1.

.p, ,

(6)

где D - размер отверстия;

п - ширина нити накала источника света в направлении вращения диска; ftft- линейное увеличение линзы

коллектора,

и условию обеспечения полного перекрытия в крайнем положении изображений источников света диском

..§.

(7)

45

где D - размер отверстия; диаметр выходного линзы коллектора 3.

d - диаметр выходного зрачка ;

Эти условия вытекают из геометрических построений, суть которых поясняется фиг. 2, где изображена картина не перекрытого (фиг. 2а), частино {фиг. 2б) и полностью (фиг. 2в) перекрытых изображений источника 1 света, удовлетворяющих указанным вы- ш-е условиям.

Из фиг. 2 следует, что размер отверстия не должен быть меньше изоб51

ражения источника света, но не должен быть больше половины диаметра выходного зрачка линзы коллектора 3.

Осветитель работает следующим образом.

Система,, например, из шести зеркал 2 формирует шесть изображений источника I света, расположенных в плоскости предметов блока линз 3 по окружности с центром на оптической оси осветителя. Блок линз 3 и кольцевое зеркало 5 проецируют изображения источников 1 света Б плоскость диска 7, установленного во входном зрачке кольцевого конденсора 6. Кольцевой конденсор 6 направляет световые пучки, прошедшие через отверстия в диске 7, на объект проецируя изображения оправ линз коллектора 3 на его поверхность, Кольцевая диафрагма 4 предохраняет от попадания в объектив прямого света, При повороте диска 7 вокруг оси происходит одновременное перекрытие -части изображения источников 1 света в плоскости диска 7, в результате чего наблюдается плавное изменение освещенности в плоскости изображения осветителя от максимального значения до нуля.

Благодаря увеличенному углу охвата коллектора осветитель имеет кий КПД, Это позволяет формировать большие линейные размеры освеша1эмого поля при одновременном повьпиении уровня освещенности. Наличие поворотного непрозрачного диска с отверстиями, кроме того, дает возможность варьировать уровни освещенности в широких пределах.

Формула изобретения

1, Осветитель, содержащий последовательно расположенные на оптической оси источник света,, коллектор и кольцевые диафрагму, зеркало и конденсор

0

146

о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью регулирования уровня освещенности и увеличения КПД, он дополнительно снабжен системой оптически связанных с источником света зеркал, установленных в плоскости источника света вокруг него под углом 45 к оптической оси осветителя и равноудаленшзгх от последней, а коллектор выполнен в 131ще блока линз, установленных в плос- 1СОСТИ5 перпендикулярной оптической

оси осветителя, на расстоянии

от

Р

нее 5 которое определяют уравнением

(tg03+tgU+tg3 ), где t. - расстояние от плоскости поедэк

метов до входного зрачка объектива; СО - угол поля зрения объектива в

пространстве предметов; и - апертурный угол объектива в

пространстве предметов; - апертурный угол линз коллектора в пространстве изображений ,

причем плоскости изображений линз совмещены с плоскостью входного зрачка KOSiaeHcopa. .

np,.D. - ,

п pf

ширина нити источника света; линейное увеличение линз коллектора;

диаметр выходного зрачка линз коллектора.

и

Ось Вращения диска (оптическая ось осветителя)

MUCK с отдерс- тиями.

ОтВврс/пия 8 диске

Изображение источника с дета

Проекция бымдного зрачка линзы коллектора на плоскость диска.

Фиг.г

fiHUfiae изображение LLcmoi Huf a c&e/rta

.H света

/

&Ь/ХОаНОа / инз01

каментора

дкоднои dpuVOfi объе/ ти а

б однои / мденсори

n/fOCKOcmb npefffiemoS