带有用于临界照明的透射光照明机构的显微镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有用于临界照明的透射光照明机构的显微镜。
【背景技术】
[0002]比如在光学显微术中使用的通常的光源(例如白炽绕圈灯丝或LED阵列)本身很不均匀，因而往往使用散光器(多数情况下为散光片)，这导致在样本方向上的光损失，从而光源必须相应地明亮。
[0003]简单的显微镜往往使用所谓的临界照明，其利用少量光学器件就能应付得了。通常至少省去了集光器和场光圈。物体基本上位于聚光器的试样侧的焦点上，利用基本上平行的光对所述聚光器进行大面积照射。有时存在的孔径光圈基本上位于聚光器的灯侧的焦点上。光源的远场中的不均匀性可在物像中直接看到。如果光源面积太小，就会在物像中出现渐晕。
[0004]而提供面积足够大且同时均匀的光源非常耗费钱财。尤其是就昂贵的光学质量要求高的显微镜而言，这种光源只能以很高的成本来提供。
[0005]为了能够针对高的放大率提供足够的光强，必须使用光线强的照明机构。LED作为具有很多优点的紧凑的照明机构受到欢迎。然而，为了得到足够高的照明强度，通常必须使用多个LED。
[0006]为了特别是针对不同的放大率也能提供足够的均匀性，必须使用散光器，通常使用散光片，因为特别是LED中间腔会导致明显的不均匀性。然而，使用散光片导致了光损失，因而必须使用更明亮的和/或更多的LED。
[0007]为了能够在无渐晕的情况下提供足够的照明，必须增大已知的光源。这一方面需要透镜系统，另一方面需要相当长的光路，这需要使得光路偏折。这两者显著地提高了代价。
[0008]因此，提供良好质量的临界照明非常耗费钱财，因而针对较昂贵的显微镜基本上仅仅使用所谓的柯而勒照明，这种照明对光源的要求低。但这里需要附加的光学器件。
[0009]在后公开的DE 10 2011 082 770中披露了一种带有用于临界照明的透射光照明机构的显微镜。为了有针对性地影响光源的方向特性，使用光定向器件。由此对远距离的面产生预定的照明(大小、亮度下降等)。这通过输入光的反射在光定向器件壁上进行，和/或通过合适的结构(例如透镜)在输出面上进行。
[0010]希望针对高价值的光学显微镜以低廉的代价提供足够均匀的临界照明。
【发明内容】
[0011]根据本发明，提出一种具有权利要求1的特征的带有用于临界照明的透射光照明机构的显微镜。从属权利要求以及后续说明所述为有利的改进。
[0012]光源具有LED装置，其包括至少一个LED。相比于白炽灯，使用LED减小了电流消耗和废热，从而几乎无需用于繁琐的冷却的额外的安装空间。相比于通常的白炽灯，LED是有利的，因为其光功率高、功率消耗小，且仅有微小的体积，也因为其在不改变色温的情况下即可变暗。由于使用合适的光定向单元(如下所述)，所以无需使用通常的散光器，从而在LED装置仅有少量LED优选一个LED、最多四个LED时就已经能够实现足够的照明强度，这简化了结构、减小了特别是由LED中间腔引起的不均匀性。
[0013]为了有针对性地影响光源的方向特性，使用光定向单元。由此对远距离的面产生预定的照明(大小、亮度下降等)。光源的主射出方向优选平行于光定向单元的光轴，它们优选重叠。
[0014]为了对由光源射出的光予以定向，光定向单元具有在输入面和输出面之间的反射性的壳面以及具有准直仪。准直仪设置在光定向单元的内部，使得光定向单元的光轴延伸穿过准直仪，且平行于准直仪的光轴，优选与其重叠。准直仪使得由光源射出的光的角度范围与较小的射出角度(特别是相对于主射出方向的较小的阈值角度)准直或平行。准直仪优选被设计成透镜。此外，透镜的焦点优选位于光源中。壳面用于使得射出的光的角度范围与较大的射出角度(特别是相对于主射出方向的较大的阈值角度)平行。这种设计提供了如下优点:阈值角度可由制造商预定，且可符合相应的条件。合适的阈值角度例如约为40°。光定向单元经过优选设计，使得几乎全部由光源射出的且输入到光输入面上的光都要么通过准直仪被平行化，要么通过壳面被平行化。为此例如可以与光输入面邻接地直至准直仪设置有中央的由内壳面限定成的空腔。在透射内壳面时会出现光折射，由此将光引向反射性的壳面。这在图6中示出。
[0015]壳面优选具有旋转抛物面的形状或旋转椭圆体的形状。此外，壳面优选被构造成(有利地例如用于UV光学机构的)表面镜，或者被构造成全反射镜，该全反射镜利用在(例如塑料-空气的)界面上发生的内部全反射。壳面对光定向元件内部的光予以反射。
[0016]为了进一步改善光定向单元的光方向特性，其可以在输出面上或输出面后面具有合适的结构(例如透镜)。该结构可以要么集成到光定向单元的输出面中，要么作为其它结构化的光学器件在光路上放置在光定向单元后面。利用这些结构化的器件可以影响和控制远场中的角度特性和/或均匀性。这可以通过一些结构例如菲涅耳结构、散光器或微结构来实现。
[0017]光定向单元可以视为各个功能器件(准直仪、壳面和有时结构化的光学器件)的组合。通过这些器件的有针对性的组合，可以将优化重点要么放在被照明的光斑的均匀性上，要么放在对射出角度的有针对性的控制上。可以在光定向单元内部通过对各种不同特性的权衡来实现微调。
[0018]与通常的显微镜照明相反，并不通过光定向单元对光源成像。输出面对于聚光器的全面照明来说足够大。已表明，在输出面大于最大的聚光器孔径时，具有不同放大率的物镜的物镜孔眼(Pupille)得到良好的照明。如上所述，光源本身具有相对小的特别是小于输出面的光射出面。
[0019]由光源输出的光对于高的光效率充分地集束，且对于临界照明足够均匀。为此，由光源和光定向单元构成的系统经过设计，使得从光定向单元发出的光在最小±10°、最大±50°的角度范围内射出，且在最小±5°的角度范围内对5米间距内的面予以照明，(对于在显微术中通常使用的具有圆形横截面的光路来说，这相当于对直径最小为87.5cm的圆形面予以照明)，且强度波动小于50%，优选小于35%，更优选小于25%。换句话说，在光定向单元的光轴周围的最小±5°的范围内，亮度仅波动最多50%、35%或25%。
[0020]比如在显微镜照明中对于均匀化来说常见的散光片不需要了。因此不会出现与散光片有关的光损失，且即使利用相对少的LED也能产生足够的亮度。
[0021]优选的光定向单元基本上是截锥形的，其中，输入面小于输出面。输出面可以具有优选蜂窝式结构的微透镜装置、优选带有多于20个的微透镜的微透镜装置。
[0022]优选的光定向单元由透明塑料制成。
[0023]本发明以较低的代价针对高价值的特别是带有可更换物镜的光学显微镜，即针对极为不同的放大率，进而也针对极为不同的均匀性要求和亮度要求，提供了足够均匀的临界照明。
[0024]但视所使用的光定向单元而定，有时还会在近场中，即在输出面后面不远处的区域中，存在不均匀性。已表明，对于物镜来说，从20x的放大率起，输出面相距聚光器孔径的至少等于输出面直径双倍的间距就已经引起所观察的物体的足够的均匀性。
[0025]输出面相距聚光器孔径的间距越大，对物场照明得就越均匀。但优选该间距的大小最多被选择得无需使得照明光路偏折。这导致了成本优势，因为无需换向机构。通常，等于输出面直径四倍的间距还允许输出面与聚光器之间的直线的光路。
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