Осветительное устройство

 

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)

ССЮЭ.СОВЕТСКИХ

MUHII5 Å

РЕСПУБЛИК зя1 С. 02 В 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н Ав ТОРСНОМУ-СВИДЕТЕЛЬСТВУ конд

Ъ»

ГОСУДАФ(СТВЕННОЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПМЙ (21) 3519426/18-10 (22) 09.12.82 (46) 15. 10. 84. Бюл. 8 38 (72) О.Д.Калинина, А.А.Кучин, И.И.Макарова, В.И,Наливайко и С.Н.Наторовскнй (53) 535.8(088.8) (56) 1. Панов В.А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. Л., "Машиностроение", 1976, рис.325, рис.УШ.1.

2. Скворцов Г.E. и др. "Микроскопы" Л., "Машиностроение", 1969, с.74 (прототип). (54)(57) OCBETHTEJIbHOE УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно установленные вдоль оптической оси источник света, коллектор и конденсор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества изображения объекта по всему полю зрения с одновременным. увеличением размера освещаемых полей зрения, уменьшения габаритов и упрощения конструк- ,Я0.„1118948 А ции, 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 эле( мента растра Х находится.в следующем соотношении с фокусным расстоянием коллектора Ю„ол !

gJ

С1 кол а апертура б определяется из соотношения где 1 — половина освещаемого поля, 1

-. фокусное расстояние конденсора.

I.1 l8948

fp — С1, g I кол

1 конд

Изобретение относится к оптике, а точнее к осветительным устройствам, применяемым преимущественно в микроскопии..

Известно осветительное устройство, 5 состоящее из источника света, коллектора и гонденсора. Коллектор

1 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" (11.

f5

Недостатками осветительного уст1 ройства, является невозможность получения равномерного освещения объекта при использовании объективов средних и малых увеличений, а для освещения полей зрения объективов малых увеличений (от 2,5 до 10 ) приходится вводить дополнительные элементы в осветительную систему, такие, как параболическую линзу или матовое стекло, которые нарушают работу осветительной системы по принципу Келлера и приводят к большим энергетическим поте" рям, а также большим габаритам (длина около 300-400 мм).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является осветительное устрайство, состоящее из расположенных последовательно вдоль вдоль оси источника света, коллектора, полевой и апертурной диафрагмы и конденсора, работающих по принципу

Келлера (2 ).

Недостатком указанного осветительного устройства является то, что в плоскости изображения объекта видны

40 следы изображения источника света, например, спирали тела накала. При-. чиной этого является большое продоль.ное увеличение системы проекции! источника, достигающее значении

100 и более крат, в результате чего изображение источника сильно вытягивается вдоль оптической аси. Это приводит также к увеличению виньетирования освещающих пучков. Кроме того, необходимость обеспечения полного заполнения апертурной диафрагмы объектива изображением источника света находится в противоречии с мерами, связанными с устранением следов изоб-55 ражения источника света в поле зрения, при которых стремятся уменьшить

;размер источника света.

Цель изобретения — улучшение качества изображения по всему полю зрения, уменьшение габаритов и упрощение конструкции осветительного устройства микроскопов.

Укаэанная 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, фокусное расстояние линзового ь

I элемента растра Е находится в слеР дующем соотношении с фокусным рас-. стоянием коллектора . jð

I а апертура Ь определяется из соотношения где 3 — половина освещаемого поля — фокусное расстояние конденсора.

В осветительном устройстве, абра" эуются две пары оборачивающих систем . коллектор - линзовый растр и конденсор — микрообъектив с параллельными ходом лучей внутри каждой пары. Как известно продольное увеличение Й таких систем определяется по формуле ! р î5 Я=

I I

1 кол кон* расстояния линзового растра, коллектора, кондЕнсора и микрообъектива, со6тветственно.

Множитель Eî5/Eêî„ àáû÷íî имеет значение около 1, так как Х f „ оЕ корд

Поэтому величина 9 в основном определяется первым, множителем, который в нашем случае .,(1 вследствие того, что Е « Е„ „ и значение 8 будет (1, в то время как в прототипе 6 ) 100.

В результате этого изображение источника будет сплюснутым вдаль оптической аси, что приведет к уменьшению

3 11 18 виньетирования на апертурной диафрагме микрообъектива внеосевых пучков и, как следствие, к улучшению качества изображения объекта. Апертура линзового элемента растра 6 выбиl

Р рается из соотношения (1)

1 р кон@

10 где — половина освещаемого поля; — фокусное расстояние конденсора. Таким образом, величина 2 освещаемого поля не зависит от апертуры коллектора что позволяет примеУ

15 нить малоапертурные коллекторы упрощенной конструкции, обладающие малыми остаточными аберрациями, и тем самым повысить контраст изображения, а 6 определяется из требуемой веP 20 личины освещаемого поля зрения микрообъектива.

На чертеже представлена оптическая схема осветительного устройства с принципиальным ходом лучей в ней, си)ловые оптические элементы изображе>ны совмещенными главными плоскостя-, ми.

Осветительное устройство состоит из источника 1 света, коллектора 2, линзового растра 3 и конденсора 4.

Оптическая система работает следующим образом.

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 которого строится множество иэображений ука- 40 занного источника света, число которых равно числу линзовых элементов в растре. Затем эти изображения переносятся конденсором 4 в бесконечность, при этом объект, находясь 45 в задней фокальной плоскости конденсора 4, освещается множеством пучков параллельных лучей. Таким образом, система в целом работает по принципу Келера с телецентричес- S0 ким ходом главных лучей, что особенно необходимо при измерительных операциях на микроскопе.

Рассмотрим работу осветительного устройства в сравнении с базовым уст-у ройством, за которое выбрано осветительное устройство биологического микроскопа серии "ВИОЛАМ-JI213™.

948 4

В качестве источника 1 света используют лампу KHM 9-75 с размером спирали 2,66, 2,6 мм f коллектора 2 равно 27,01 мм, 5 =-29, 178 мм. конденсара равно 11,7 мм. Источник 1, коллектор 2 и конденсор 4 входят в микроскоп "ВИОЛАМ-Л213".

Проанализируем проекцию краев спирали в системе БИОЛАИ JI213" для случая симметричного расположения краев относительно рабочего коллектора °

Ньютоновские отрезки Za H Z5, .для краев спирали имеют значения Z

1 ,=-0,868 мм, Zg -3,468 мм, величины этих отрезков за окуляром составляют Z =309 11 мм и 2." 6 =-260,9 мм, т.е. они недопустимо велики, так как допустимая абсолютная величина их не должна превышать 30 мм. Большой разнос концов изображения спирали приI водит 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 2 а =- Z 8 =7,76 мм <(30 мм и, следовательно, следов спирали лампы не видно. Таким образом, линзовый растр повышает качество изображения за счет равномерности освещения и повьппения контраста.

Введение линзового растра позволяет осветить полное поле зрения самого слабого объектива с увеличением х

V=2,5, 2 предмета которого составляют 6,8 мм, так как исходя из этой величины определяется апертура линзового растра 6 р =, = †=0,3

3 4

f „ „ä 1М,Ч и при шаге растра =0,44 мм фокусное расстояние растра Е

Ф 0,41

О 26 2.0р3

=0,7 мм. В то же время осветительная система "ВИОЛАМ-Л213" без растра при апертуре коллектора А =0,75 освещает., 2„ „ =1,6 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.! 118948

Сравним величины продольных увели- ва чений системы с растром и без растра. me

Продольное увеличение 4 осветитель- . че

:ной системы с растром определяется . ск так 5

Составитель В. Дринь

Редактор Л. Пчелинская ТехредЖ.Kae телевик

Корректор п. Бутяга

Заказ 7447/33 Тирал 49б ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Paymcxaa наб., д. 4/5 юаВ Ф

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 кол конд в то время, как продольное увеличение я системы беэ растра

=«2S=iSOO комд

Из сравнения этих величин видно, что виньетирование световык пучков на апертурной диафрагме микрообъектис применением растра сильно уменьно, т.е. значительно улучшего каство изображения объекта в микроопе.

Осветительное устройство позволяет повысить качество изображения в микроскопе в результате повышения контраста 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 ми-. кроскопов.