基于正交试验法的显微镜上照明设计

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1、万方数据第36卷第5期2010年9月光学技术0PTICALTECHNIQUEV01．36No．5Sep．2010文章编号：1002—1582(2010)05—0691—04基于正交试验法的显微镜上照明设计。蒋贤满1，徐永明2，余桂英1(1．中国计量学院，杭州310018)(2．杭州富光科技有限公司，杭州310019)摘要：根据LED光源特性和目标面光强的分布要求，采用正交试验法，对显微镜的LED照明系统进行优化设计。利用TracePro软件对所设计的系统进行光线追迹仿真，结果表明，在中50mm的范围内照度均匀性达

2、到83．7％，能量利用率达到52．8％。该结构简单，成本低，易于实现。关键词：LED；正交试验法；照明系统中图分类号：0439文献标识码：AThedesignforlightingsystemonthemicroscopebasedonorthogonalexperimentJIANGXianmanl。XUYongmin92，YUGuiyin91(1．ChinaJiliangUniversity，Hangzhou310018，China)(2．HangzhouFutureOpticsSei．&Tech．Co．，L

3、td，Hangzhou310019，China)Abstract：AccordingtOtheLEDlightsource’Scharacteristicsandthedemandoftargetsurface'slightintensitydistri—bution，LEDlightingsystemonthemicroscopeisdesigndbyusingorthogonalexperiment．UsingTraeepro，theray-trac—ingsimulationresultsshowthatt

4、heuniformityofilluminationreaches83．7％inthescopeof(P50mm，andtheefficiencycanreach52．8％．Thestructureissimple，cheapandeasytOimplement．Keywords：LED；orthogonalexperiment；lightingsystem0引言显微镜照明包括上照明和下照明，通常采用卤灯作为光源，以成像光学为设计理论。随着半导体照明技术的发展，发光二极管(LED)正逐渐取代传统光源，成为新一代光

5、源。由于在尺寸和节能方面的优势，越来越多的照明系统使用LED作为光源[卜3

6、。基于非成像理论的均匀照明设计方法有：重叠法、裁剪法L4』和TEDs(TailoredEdge-rayDe—signs)E5]等。重叠法如复眼照明、光管照明和微透镜阵列的设计[6]，FlorianFournier等人通过Bezier曲线的控制点来控制光管外形，实现均匀照明[7]。裁剪法如自由曲面透镜设计，丁毅等人基于折射方程和能量守恒建立一阶偏微分方程组，通过数值求解得到用于均匀照明的自由曲面透镜和自由曲面反射器[8--lO]。TEDs也

7、可归为裁剪法，它可以实现特定位置目标面上或无穷远处目标面的均匀照明，但*收稿日期：2010-03-25基金项目：浙江省科技计划项目(2008C21158)资助项目；浙江省建设科研和推广项目(0910)作者简介：蒋贤满(1986-)，男，中国计量学院硕士研究生，从事精密光学仪器研究。E-nmil：jiangxianmanl@126。C01TI通讯作者：余桂英(1965一)，女，中国计量学院副教授，从事光学精密测量研究。E-mail：yuguiyingll@163．corn691万方数据光学技术第36卷不利于小范围均

8、匀照明。上述这些方法都较为繁琐，且理论的应用都是建立在光源为近似点光源的条件下，对光源分布为环形的显微镜垂直上照明而言，并不适用。目前，LED显微镜上照明光源通常采用多颗均布的方式，但在指定目标面上的均匀性和利用率都不高，分别不足70％和30％。正交试验法是在实际经验与理论认识的基础上，利用正交表来安排“均衡分散”的试验，通过少数的试验次数，找到最优方案。本文根据LED光源特性和目标面光强的分布要求，采用正交试验法，设计LED显微镜上照明系统，使均匀性和利用率得到明显的提高。1反射器的设计实现均匀照明反射器有圆锥

9、面、抛物面、多面体等，考虑到圆锥面反射器能以简单的结构实现较好的照明，且成本低，本文选用圆锥面为反射器形状。选取常用的光通量为3lm的8颗LED作为光源，图1为其光强分布图。显微镜模型采用调焦范围为0．7x～4．5x，工作距离在45ram的变焦显微镜。O。越襄o．5靶OTa=25℃／隧缉牟悄1．}I’IF=20mA／}i

10、}／90。60。300Oo0．，1．0辐射角度／(