ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а в частности, к осветительным устройствам, применяемым, преимущественно, в микроскопии.
Известно осветительное устройство, состоящее из источника света в виде лампы накаливания, коллектора и конденсора. Коллектор изображает источник света в апертурную диафрагму конденсора, а конденсор проецирует полевую диафрагму коллектора в плоскость освещаемого предмета. Такой метод освещения является наиболее рациональным и называется "метод освещения по Келеру". В случае, когда светящееся тело источника света проецируется на поверхность освещаемого поля, имеет место критический способ освещения [В.А.Панов, Л.Н. Андреев Оптика микроскопов, Л.: Машиностроение, 1976, стр.325, рис.У111.1].
Недостатком такого осветительного устройства, является то, что исследуемый объект подвергается сильному тепловому воздействию, в результате которого он выцветает и может даже обуглиться.. Кроме того, поскольку светящееся тело лампы накаливания выполняется обычно в виде спирали, имеющей продольный размер, за счет очень большого продольного увеличения коллектора, которое равно квадрату его линейного увеличения, изображение светящегося тела лампы сильно вытягивается вдоль оптической оси и при работе микроскопа на малых увеличениях в изображении просматриваются следы витков указанной спирали.
Наиболее близким по техническому решению, выбранным авторами за прототип, является осветительное устройство, содержащее
расположенные последовательно вдоль оси источника света, коллектор, состоящий из двух положительных линз, полевую диафрагму, апертурную диафрагму и конденсор, состоящий из двух положительных линз [Г.Е.Скворцов и др. Микроскопы, Л., Машиностроение, 1969 стр.75, рис.IV.4].
Недостатками указанного осветительного устройства являются то, что исследуемый объект подвергается сильному тепловому воздействию, в результате которого он выцветает и может даже обуглиться;
кроме того, поскольку светящееся тело лампы накаливания выполняется обычно в виде спирали, имеющей продольный размер, за счет очень большого продольного увеличения коллектора, которое равно квадрату его линейного увеличения, изображение светящегося тела лампы сильно вытягивается вдоль оптической оси и при работе микроскопа на малых увеличениях в изображении просматриваются следы витков указанной спирали, что значительно снижает качество изображения. Кроме того, использование в качестве источника света лампы накаливания, у которой светящееся тело всегда находится в воздушной или газонаполненной среде с показателем преломления близким к единице, не позволяет в полной мере использовать световой поток источника света, а при регулировке яркости лампы меняется цветовая температура. В качестве меры использования светового потока может выступать значение числовой апертуры коллектора в пространстве предметов, которая при использовании лампы накаливания определяется значением синуса переднего апертурного угла коллектора, которая обычно не превышает значения 0,7.
Задача, на решение которой направлено создаваемое осветительное устройство, заключается в уменьшении теплового воздействия на объект при одновременном повышении освещенности и качества изображения.
Это достигается благодаря тому, что согласно формуле изобретения в известном осветительном устройстве, содержащем последовательно расположенные источник света, коллектор, состоящий из двух положительных линз, полевую диафрагму, апертурную диафрагму, конденсор, состоящий из двух положительных линз, в качестве источника использован светодиод, излучающее тело которого с плоской выходной поверхностью залито оптически прозрачным веществом и оптически сопряжено с апертурной диафрагмой, коллектор выполнен иммерсионным с плосковыпуклой первой линзой, обращенной выпуклостью к объекту. Целесообразно промежуток между плоской выходной поверхностью светодиода и первой поверхностью первой линзы коллектора заполнить иммерсионным веществом.
Кроме того, возможно плоскую выходную поверхность светодиода жестко соединить с первой поверхностью первой линзы коллектора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена оптическая схема осветительного устройства.
Оптическая схема осветительного устройства содержит последовательно расположенные светодиод 1, светящееся тело 2 которого с плоской выходной поверхностью залито оптически прозрачным веществом, первую (фронтальную) плосковыпуклую линзу 3 двухлинзового коллектора,приклеенную первой плоской поверхностью к плоской выходной поверхности светодиода 1, вторую положительную линзу 4 коллектора, полевую диафрагму 5, апертурную диафрагму 6, конденсор, выполненный из двух положительных линз 7 и 8 и освещаемый объект 9.
Устройство работает следующим образом. Светящееся тело 2 светодиода 1 может представлять из себя светящейся кристалл, если этот светодиод 1 является источником квазимонохроматического света, а в случае светодиода 1 белого свечения в роли светящегося тела 2
2
выступает слой люминофора, покрывающий указанный кристалл [Новости светотехники. Выпуск 7-8 (34-35) Москва, ноябрь 2001 г.]. И в том и в другом случае, светящееся тело 2 светодиода 1 является плоским, светящаяся плоскость перпендикулярна оптической оси осветительного устройства, изображение которой линзами 3-4 коллектора строится в плоскости апертурной диафрагмы 5. При этом изображение полевой диафрагмы 6 строится линзами 7-8 конденсора в плоскости объекта 9, чем реализуется метод освещения по Келеру. То, что фронтальная плосковыпуклая линза 3 приклеена первой плоской поверхностью к плоской выходной поверхности светодиода 1, позволяет в качестве меры использования светового потока источника света брать не sinσ, а произведение n·sinσ, где n - показатель преломления полимера, которым залит светодиод, σ - апертурный угол. Обычно, значение показателя преломления колеблется от 1,5 до 1,65, что и определяет выигрыш в использовании светового потока в предлагаемом устройстве в n раз. Этим реализуется вариант иммерсионного коллектора.
То, что спектр излучения светодиодов не содержит ИК составляющей [Новости светотехники. Выпуск 7-8 (34-35), Москва, ноябрь 2001 г.] приводит к отсутствию теплового воздействия на объект.
Для реализации заявляемого осветительного устройства в качестве источника света может быть использован светодиод марки, У-345, вторая линза 4 коллектора выполнена двояковыпуклой, а линзы 7 и 8 конденсора аналогичны по форме линзам 4 и 3 коллектора соответственно, причем линза 8 обращена плоской поверхностью к плоскости освещаемого объекта.
На основании вышеизложенного заявляемая совокупность признаков позволяет уменьшить тепловое воздействие на объект и одновременно повысить качество изображения.
Заявляемое оптическое устройство может быть реализовано в составе, например, встроенных (не сменяемых) осветительных устройств микроскопа.
Применение таких осветительных устройств в микроскопии повышает эксплуатационные свойства микроскопа, улучшает качество изображения за счет снижения температурного воздействия на объект и на элементы конструкции микроскопа, повышает светотехнические характеристики, как за счет увеличения доли использования светового потока источника при использовании иммерсионного коллектора, так и за счет концентрации излучаемого потока в видимой области спектра. Кроме того, светодиоды имеют срок службы на несколько порядков больше срока службы лампы накаливания, например, отечественная лампа типа КГМ имеет срок службы 100-200 часов, в то время как для светодиода срок службы может доходить до 50000 часов.