CN110412759A - 一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器 - Google Patents

一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，包括场镜和变倍***，物体通过显微物镜所成的中间像经过场镜收光后由变倍***二次成像到图像传感器上；所述变倍***包括沿光轴布置的变倍组、固定组和补偿组；所述变倍组与固定组、补偿组与固定组的间距可调，用于实现连续变倍功能。本发明利用场镜减小适配器的径向尺寸，将向外扩散的光线快速收拢，并实现前后***的光瞳衔接来减小适配器的通光口径，同时可实现连续变倍，能够配合不同尺寸的图像传感器使用。

Description

一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器
技术领域
本发明属于数码显微镜***或装置领域，尤其是涉及一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器。
背景技术
目镜是光学目视仪器的一个组成部分，其作用是把物镜所成的像通过它成像在无限远(或明视距离)，再通过观察者的眼睛成像于视网膜。传统目镜的放大倍率是固定的，且由人眼直接观看。数码显微镜则是由图像传感器接收显微镜所成的像，经处理以后通过显示器供用户观看，所以数码显微镜一定是通过正透镜组成实像。
公开号为CN201344999Y的中国专利文献公开了一种光学显微镜30倍电子目镜，包括依次连接的目镜筒和接筒，所述目镜筒的前端设置有目镜片I，所述目镜筒的后端设置有目镜片II，所述接筒的内部设置有图像传感器芯片，该装置通过目镜片I和目镜片II的设置，能够将目标放大30倍。
公开号为CN201345001Y的中国专利文献公开了一种光学显微镜电子目镜镜头组，适于将物体成像于感光元件上，其从初始成像平面至感光元件之间依次包括第一至第六透镜组，该专利采用8片6组得设计，镜片数量的增加提升了光学***的性能，较好的消除了由球差、慧差、畸变、色差、像散等带来的像差问题，采集得到的图像像质较好。
现有的电子目镜适配器还局限于固定倍率，造成单个电子目镜适配器只能匹配某一尺寸的图像传感器，当使用不同尺寸的图像传感器时，需要更换不同放大倍率的电子目镜适配器，操作不够便利。
目前图像传感器在不断向大尺寸方向发展，现有的电子目镜适配器能匹配的图像传感器尺寸较小，无法使用大尺寸图像传感器来接收图像并进行后续处理。所以，目前亟需一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器。
发明内容
针对现有显微镜电子目镜适配器倍率固定的问题，本发明提供了一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，可实现连续变倍功能，达到同一适配器匹配不同尺寸的图像传感器的目的。
本发明的技术方案如下：
一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，包括场镜和变倍***，物体通过显微物镜所成的中间像经过场镜收光后由变倍***二次成像到图像传感器上；
所述变倍***包括沿光轴布置的变倍组、固定组和补偿组；所述变倍组与固定组、补偿组与固定组的间距可调，用于实现连续变倍功能。
本发明的电子目镜适配器中，变倍***通过分析普通镜头放大的原理，在图像传感器位置固定的情况下，自低倍到高倍的变倍过程中，通过调节变倍组与固定组的间距以及补偿组与固定组的间距，确保物距的变小同像距的增大，还原了物距像距的一个变小，另外一个变大的原理，实现变倍功能，并且使***镜片数最佳化，成像质量最优。
在各运动组件运动时需要控制各组之间的最小间距，使它们在变倍过程中不会相互接触，需要保证所述变倍组和固定组之间的最小距离大于4mm，所述固定组和补偿组之间的最小距离大于4mm。
所述变倍***通过变倍组和补偿组的移动将中间像放大的变倍倍率为0.3×～2.5×。
所述场镜的物面侧与图像传感器的距离为90～110mm。其中，所述场镜安装在中间像前10～15cm的位置或者中间像后10～15cm的位置。该尺寸保证了场镜的成品率，并且保证图像传感器不会因为场镜的微小缺陷产生黑斑。在安装之前，先确定物体通过显微物镜所成的中间像的位置。
本发明的变倍***中，变倍组、固定组和补偿组之间可以有多种位置关系，其中，最优位置关系是：
所述固定组布置在变倍组和补偿组之间，变倍组靠近场镜，补偿组靠近图像传感器。此时，所述场镜的焦距为25～100mm，所述变倍组的焦距为-10～-200mm，所述固定组的焦距为20～500mm，所述补偿组的焦距为5～30mm。变倍组、固定组和补偿组的镜片组成可以不固定，在满足焦距范围的前提下有多种组合形式，以下是其中效果较佳的一种组合形式：
所述变倍组包括一个平凸透镜和一个平凹透镜，且平凸透镜靠近场镜；
所述固定组包括一个负弯月形透镜和一个正弯月形透镜，且负弯月形透镜靠近变倍组；负弯月形透镜的凹面与正弯月形透镜的凸面胶合；
所述补偿组包括一个双凸透镜和一个负弯月形透镜，且双凸透镜靠近固定组；双凸透镜的一个凸面与负弯月形透镜的凹面胶合。
采用上述镜片组合可以达到镜片数最佳化，成像质量最优的目的。
该位置关系中，变倍组中，平凸透镜的焦距为5～200mm，平凹透镜的焦距为-5～-30mm；固定组中，负弯月形透镜的焦距为-5～-200mm，正弯月形透镜的焦距为5～30mm；补偿组中，双凸透镜的焦距为2～20mm，负弯月形透镜的焦距为-5～-200mm。
通过调节变倍组与固定组、补偿组与固定组的间距，不同变倍倍率对应的像圆直径在5～45mm之间，使得该变倍电子目镜适配器能配合不同尺寸的图像传感器。
在变倍过程中，变倍组、固定组和补偿组均作为一个整体，其中，所述固定组和图像传感器的位置固定，所述变倍组和补偿组的位置可调。通过左右调节移动变倍组和补偿组的位置来实现连续变倍功能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用场镜减小适配器的径向尺寸，将向外扩散的光线快速收拢，并实现前后***的光瞳衔接来减小适配器的通光口径；利用变倍***中变倍组和补偿组的移动实现了较大的变倍比；该适配器的像圆直径范围为5～45mm，能配合不同尺寸的图像传感器使用。
附图说明
图1为本发明一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器的结构简图；
图2为发明电子目镜适配器在放大倍率为0.3×～0.75×时的成像***示意图；
图3为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.3×时的MTF曲线图；
图4为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.5×时的MTF曲线图；
图5为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.63×时的MTF曲线图；
图6为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.75×时的MTF曲线图；
图7为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.3×时的点列图；
图8为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.5×时的点列图；
图9为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.63×时的点列图；
图10为本发明电子目镜适配器放大倍率为0.75×时的点列图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，物体通过物镜所成的中间像2，场镜1将由物镜形成的向外扩展的光线向光轴偏折，变倍***3用于调节图像的放大倍率，最后成像光线会聚在图像传感器4上。变倍***3由依次沿轴向布置的变倍组31、固定组32和补偿组33组成，且变倍组31靠近物面侧，通过调节变倍组31与固定组32、补偿组33与固定组32的间距实现连续变倍功能。
如图2所示，为本发明电子目镜适配器在放大倍率为0.3×～0.75×时的成像***，从上往下依次为0.3×、0.5×、0.63×和0.75×。参见图2中最上方放大倍率为0.3×的成像***结构图，该适配器第一片透镜是场镜1，光线通过场镜1后光束向光轴偏折，进入后面的变倍***3。变倍***3中变倍组31为平凸透镜311和平凹透镜312，固定组32为由负弯月形透镜321和正弯月形透镜322密接组成的双胶合透镜，补偿组33为由双凸透镜331和负弯月形透镜332密接组成的双胶合透镜。
在放大倍数由小变大的过程中，变倍组31和补偿组33向左运动，这符合放大倍率增大过程中物距减小像距增大的基本成像规律。整个变倍过程中图像传感器4的位置保持固定。在优化过程中需要控制各组之间的最小间距，使它们在变倍的时候不会接触，考虑机构的需求，变倍***变倍组31最后一片(即像面侧)和补偿组33第一片(即物面侧)之间的距离大于4mm，固定组32最后一片(即像面侧)和补偿组33第一片(即物面侧)间距大于4mm。
***从场镜1第一面(即物面侧)到图像传感器4的距离为90～110mm，其中，中间像2与场镜1的间距控制在10～15mm，该尺寸保证了场镜1的成品率，并且保证图像传感器4不会因为场镜1的微小缺陷产生黑斑。在最高倍率下像圆直径设置为13.5mm，能够匹配大尺寸的图像传感器。
上述结构，通过移动变倍组31和补偿组33，可以实现放大倍率的连续线性变化，从而实现单个适配器匹配不同尺寸的图像传感器。
由于有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器的接收器件是图像传感器4而不是人眼，所以与传统的目镜相比，该适配器需要校正像差。这里取低倍为0.3×，中倍为0.5×，高倍为0.63×，最大倍率为0.75×为例来分析像差。
不同放大倍率下的MTF曲线如图3～6所示，整体而言，所有放大倍率的MTF曲线都比较平滑，接近衍射极限。参见图3，放大倍率为0.3×时适配器的MTF曲线最高，MTF在60lp/mm处基本大于0.5。如图4所示，放大倍率为0.5×时适配器的MTF在60lp/mm处基本大于0.4。如图5所示，放大倍率为0.63×时适配器的MTF在60lp/mm处基本大于0.3。如图6所示，放大倍率为0.75×时适配器的MTF在60lp/mm处大于0.2。
不同放大倍率下的点列图如图7～10所示，其中，图7为放大倍率为0.3×时的点列图，图8为放大倍率为0.5×时的点列图，图9为放大倍率为0.63×时的点列图，图10为放大倍率为0.75×时的点列图。整体而言，点列图尺寸较小，RMS直径基本控制在10μm以内。放大倍率为0.5×和0.63×时适配器的中心视场点列图比另两个倍率时的更好，相对的，其边缘视场的像质比另两个倍率的稍差，但均满足图像传感器分辨率要求。
具体地，在本实施例中，场镜1的焦距为52.5mm，平凸透镜311的焦距为18.0mm，平凹透镜312的焦距为-10.3mm，负弯月形透镜321的焦距为-16.4mm，正弯月形透镜322的焦距为13.5mm，双凸透镜331的焦距为7.2mm，负弯月形透镜332的焦距为-14.9mm。
本光学***在放大倍率为0.3×，0.5×，0.63×，0.75×的情况下，各项基本参数如下表1所示。
表1
R1＝33.5 d1＝5.0 n1＝1.6
R2＝Infinity d2＝25.0，26.3，23.0，19.5
R3＝13.5 d3＝4.0 n2＝1.7
R4＝Infinity d4＝1.3
R5＝Infinity d5＝2.5 n3＝1.6
R6＝6.6 d6＝5.3，4.0，7.3，10.8
R7＝13.5 d7＝1.8 n4＝1.7
R8＝5.8 d8＝2.5 n5＝1.7
R9＝11.0 d9＝18.4，11.0，7.1，4.0
R10＝18.6 d10＝3.5 n6＝1.7
R11＝-6.0 d11＝2.0 n7＝1.8
R12＝-14.8 d12＝21.2，28.6，32.5，35.5
其中，n1～n7表示所述第一透镜到第七透镜的折射率，R1、R3、R5、R7、R8、R10、R11依序表示第一透镜到第七透镜朝向物面一侧表面中心的曲率半径；R2、R4、R6、R8、R9、R11、R12依序表示第一透镜到第七透镜朝向像面一侧表面中心的曲率半径，单位为mm，“-”表示方向为负，Infinity为无穷大，即表示平面；d1、d3、d5、d7、d8、d10、d11表示第一透镜到第七透镜的厚度；d2、d4、d6、d9、d12分别表示镜片间距，单位为mm；进一步，所述场镜1与平凸透镜311之间的距离为25.0、26.3、23.0、19.5mm；
进一步，所述平凸透镜311与平凹透镜312之间的距离为1.3mm；
进一步，所述平凹透镜312与负弯月形透镜321之间的距离为5.3、4.0、7.3、10.8mm；
进一步，所述正弯月形透镜322与双凸透镜331之间的距离为18.4、11.0、7.1、4.0mm；
进一步，所述负弯月形透镜332与图像传感器之间的距离为21.2、28.6、32.5、35.5mm。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，包括场镜和变倍***，物体通过显微物镜所成的中间像经过场镜收光后由变倍***二次成像到图像传感器上；
所述变倍***包括沿光轴布置的变倍组、固定组和补偿组；所述变倍组与固定组、补偿组与固定组的间距可调，用于实现连续变倍功能。
2.根据权利要求1所述的有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，所述变倍组和固定组之间的最小距离大于4mm，所述固定组和补偿组之间的最小距离大于4mm。
3.根据权利要求1所述的有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，所述变倍***将中间像放大的变倍倍率为0.3×～2.5×。
4.根据权利要求1所述的有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，所述场镜安装在中间像前10～15cm的位置或者中间像后10～15cm的位置。
5.根据权利要求1所述的有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，所述固定组布置在变倍组和补偿组之间，变倍组靠近场镜，补偿组靠近图像传感器；
所述场镜的焦距为25～100mm，所述变倍组的焦距为-10～-200mm，所述固定组的焦距为20～500mm，所述补偿组的焦距为5～30mm。
6.根据权利要求5所述的有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，所述变倍组包括一个平凸透镜和一个平凹透镜，且平凸透镜靠近场镜；
所述固定组包括一个负弯月形透镜和一个正弯月形透镜，且负弯月形透镜靠近变倍组；负弯月形透镜的凹面与正弯月形透镜的凸面胶合；
所述补偿组包括一个双凸透镜和一个负弯月形透镜，且双凸透镜靠近固定组；双凸透镜的一个凸面与负弯月形透镜的凹面胶合。
7.根据权利要求6所述的有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，变倍组中，平凸透镜的焦距为5～200mm，平凹透镜的焦距为-5～-30mm；固定组中，负弯月形透镜的焦距为-5～-200mm，正弯月形透镜的焦距为5～30mm；补偿组中，双凸透镜的焦距为2～20mm，负弯月形透镜的焦距为-5～-200mm。
8.根据权利要求1所述的有限远共轭距显微镜用可变倍电子目镜适配器，其特征在于，所述固定组和图像传感器的位置固定，所述变倍组和补偿组的位置可调。
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