CN110891102A - 外置光学模块及具备该模块的显微图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外置光学模块及具备该模块的显微图像采集装置。本发明的外置光学模块利用内置于智能手机等便携终端的相机能够拍摄具有高放大率的显微图像。本发明本身具备照明***，从而可以方便地用于各种具有内置相机的便携终端。并且本发明采用高放大倍数的短焦距镜头达到超薄、便携的设计。

Description

外置光学模块及具备该模块的显微图像采集装置

技术领域

本发明涉及一种利用便携终端的内置相机而进行放大拍照的外置光学模块及具备该模块的放大拍照装置。

背景技术

显微镜是一种广泛应用的观察微小物体的仪器设备。传统的显微镜由基座，支架，镜筒，以及安装于镜筒两端的物镜和目镜构成。朝着被摄体的物镜是焦距极短的透镜，用于将物体放大成实像，与用户的眼睛接触的目镜是用于观察上述被放大的实像的放大镜。显微镜的放大率可以通过将物镜的放大率和目镜的放大率相乘而得到。

为了解决便携移动应用的要求，有研究者报道了关于袖珍显微镜和笔式显微镜的专利，如CN1888947A和CN2550790Y报道了袖珍显微镜，CN2369255Y和CN1782776A报道了笔式显微镜。

近期广为使用的智能手机、平板电脑等便携终端广泛内置有用于拍摄被摄体的相机。并且智能手机的内置相机的分辨率与一般的专用数字相机水平相当甚至更高。据此，出现了利用智能手机的内置相机进行显微拍照的各种装置，如中国专利ZL 201320295925.4公开了一种将智能手机等移动终端固定在显微镜目镜上实现显微数码摄影的装置。

内置于智能手机的相机的最短拍摄距离一般为十几厘米，如果被摄***于最短拍摄距离以内，则可能无法进行拍摄，或者由于失焦而不能清晰拍照。因此，为了能够将智能手机的相机作为显微镜或者放大镜来使用，需要在智能手机的相机上额外地安装外置微距镜头或微型的显微镜。

为了实现上述的目的，中国专利ZL201220163127.1公开了一种基于智能手机的掌上数码显微镜，其中描述了通过光导管用手机本身的闪光灯进行照明的显微拍摄装置。CN206251149U对这一技术进行了改进和详细描述。

但现有的技术，有各种不足。如台式显微镜，有体积庞大和昂贵的不足；手机微距镜头，有放大倍数低，成像不够清晰的缺点；将便携显微镜安装到手机上，由于在手机相机前面长长的突起，其不便于携带和使用；而通过手机闪光灯进行照明的显微镜头，会受手机镜头和闪光灯位置的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种如下的具有高放大率的用于放大的外置光学模块及具备该模块的放大拍摄装置：便携，容易使用，并且成像清晰。

本发明的又一目的在于提供一种如下的用于放大的外置光学模块：其本身具有照明***，可以不受环境光的限制，也不受手机本身闪光灯的限制，方便地进行放大图像的拍摄。

本发明的又一目的在于提供一种如下的用于放大的外置光学模块：其通过纳米吸盘将其吸附在手机等终端表面，减小体积并可以很方便装上和取下。

本发明的又一目的在于提供一种如下的用于放大的外置光学模块：为了在实现高放大率的放大的同时使整体产品的厚度实现为较薄的厚度而不使用目镜以及镜筒。

本发明由于本身设计有照明光源，因而其不受环境照明和便携终端闪光灯的限制，无论环境光源强还是弱，也无论便携终端有没有闪光灯，以及闪光灯在便携终端上的位置，本发明都能取得很好的效果。

另外，由于本发明通过纳米吸盘与便携终端相连，本发明也不受便携终端上内置相机的位置的限制，无论其是在便携终端的任何一角或边缘，还是在便携终端的中部，本发明都能取得很好的效果。

附图说明

图1是根据一实施例示出的本外置光学模块安装在便携终端的放大拍摄装置的示例图。

图2是根据一实施例示出的本外置光学模块的剖面图。

图3是本发明外置光学模块与便携终端相机的局部放大及其成像光路图。

图4是本发明的放大原理概念图。

符号说明：

10便携终端 20外置光学模块

101内置相机 201外置光学模块镜头

102便携终端外表面 2010纳米吸盘

103便携终端相机镜头 2011第一贯通孔

104便携终端相机感光元件 2012第二贯通孔

105便携终端显示屏 2013控制部

106图像局部放大后便携终端显示屏 202散射环

203发光二极管 207电源电路板

204照明电路板 208电池

205导光部件 209针孔透镜

206外壳 301被摄体

具体实施方法与实施例

下面参照附图结合具体的实施例对本发明进一步详细说明。但是，应该明白这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。

图1是根据一实施例示出的本外置光学模块20安装在便携终端10的放大拍摄装置的示例图。通过这一图示，可以看出外置光学模块20与便携终端10及其内置相机101的相对位置和连接方式。外置光学模块20的镜头201与便携终端的内置相机101的镜头光轴对准；外置光学模块20的纳米吸盘2010(未示出)与便携终端10的内置相机101所在的便携终端外表面102贴合吸附在一起。这样，外置光学模块20与便携终端10有机地结合在一起，形成一个和谐的整体。外置光学模块20的紧凑的设计使得其不会从便携终端的边缘突出出来；由于其超薄设计，其也不会从便携终端相机所在的表面凸起太多。与传统便携显微镜相比，体积和便携性有了显著改变。

为了达到最佳的成像效果，外置光学模块最好与便携终端的内置相机紧密接触。这样，外置光学模块的镜头与便携终端的内置相机的镜头虽然不是整体设计，由于他们紧密接触，他们的光路可以最佳地联合在一起，从而达到最佳成像效果。为了使外置光学模块20的镜头与便携终端的内置相机的镜头能紧密接触，对于内置相机镜头与便携终端表面相平的情况，采用厚度较薄的纳米吸盘，这样会减小外置光学模块镜头后缘与便携终端相机镜头前缘的距离。某些便携终端，其相机是突出于其表面的。这种情况下，采用较厚的纳米吸盘来补偿便携终端的相机凸起的高度。

另外，不同的便携终端，其相机设计会有不同的形态，有的会靠近其一角，有的会靠近其中部，有的会是单镜头设计，有的会是双镜头设计。外置光学模块与上述不同设计形态的便携终端的配合就显得尤为重要，这样才能使外置光学模块可以与各种不同的便携终端相互兼容，能很好地工作。这也是本发明采用纳米吸盘与便携终端连接的一个原因。这样，无论便携终端的相机是上述提到的哪一种形态，外置光学模块都可以将其镜头与之配合并通过纳米吸盘与便携终端结合在一起，从而与各种便携终端具有最大的兼容性。

为了达到上述效果，本外置光学模块，其紧凑超薄的设计也很重要。图2是根据本发明的一实施例示出的外置光学模块的剖面图。外置光学模块的镜头201和针孔透镜209构成外置光学模块的镜头部。镜头部安置在外壳206的上表面的第一贯通孔2011和下表面的第二贯通孔2012之间。为了达到紧凑和超薄的设计，本外置光学模块20使用的镜头201是无论直径还是厚度以及焦距都很小的镜头。在使用这么小的镜头的情况下，如何照亮其视野和被摄物就显得尤为重要。本发明通过照明部电路板204，其上的发光二极管203，导光部件205和散射环202组成的照明部来实现对被摄物的照明。数个发光二极管203呈环状排布在照明电路板204上并环绕镜头201。发光二极管203发出的光通过前面的导光部件205及其前端的散射环202使其照明效果达到最亮和均匀的效果。

为了保证照明效果，导光部件前端发射面特别地设计为一具有凹凸的图案的表面，这样可以使光线不会再次向导光部件的内部反射，而向外部发射。并且，这样可以达到均匀的照明效果。

为了达到超薄和紧凑设计的效果，本发明的电源部由电路板207和薄型电池208组成。根据一实施例，薄型纽扣电池208直接与电源电路板207接触，而电路板207的基板为本发明的外壳206的一组成部分，形成外置光学模块的外壳下表面。纳米吸盘2010贴合在电路板基板所组成的外置光学模块的下表面。这样最大利用了其内部空间，并使其壳体外壁做到占用空间最少，而纳米吸盘的应用进一步使其达到超薄和紧凑的设计。

另外，针孔透镜209特别设计在外置光学模块镜头与第二贯通孔之间，进一步提高放大成像的清晰度和景深范围。针孔透镜是一单纯的细孔，其中没有光学元件。这里针孔透镜起到控制镜头部光圈的作用，也就是给镜头部增加一个固定的小光圈。这一针孔透镜能够增加镜头部成像的景深，从而使所成的像更加清晰。

电源部与照明部之间通过装置在外壳内部的控制部2013连接和控制。控制部包括控制电路和装置在外壳上的按钮开关(未示出)。

本发明外置光学模块具有优异的放大和显微成像效果。图3是本发明外置光学模块20与便携终端10内置相机的局部放大及其成像光路图。发光二极管203发出的光通过导光部件205经过折射和散射均匀化后照射在被摄物301表面上，再由被摄物301反射进入外置光学模块镜头201和便携终端内置相机镜头103，在便携终端相机的感光元件104的成像面上成放大的像，最终在便携终端的显示屏上显示进一步放大的图像；在实际使用时，便携终端的相机软件将图像再进行数字放大，也就是通过软件数字处理或对图像进行裁切显示原图像局部的放大的图。

图4是本发明的放大原理概念图。这里，如图4所示，总结起来主要有三次不同的放大。第一次，是被摄物301通过外置光学模块的镜头和便携终端的相机镜头在其感光元件104上成放大的像，为光学放大。其放大能力取决于两个镜头的光学放大倍数。第二次，是在感光元件104上成的像通过电子电路的处理过程将其显示在便携终端的显示屏105上。由于便携终端的感光元件104面积相对比较小，像素密度很高，而显示屏105面积相对比较大，所以在感光元件上成的像得到了第二次的放大。这一次的放大倍数取决于显示屏105的有效显示面积与感光元件104的有效感光面积的大小之比，二者比例越大，放大倍数越大。这一次放大我们称之为电子放大。第三次，在便携终端显示屏105上成的像通过软件进行数字处理使其在显示屏上只显示其局部放大像106从而对其局部进一步进行放大观看。这一种放大我们称之为数字放大。

总的放大倍数是上述三次放大的综合，是三次放大倍数的乘积。所以相比于传统光学显微镜的纯光学放大，本发明增加了电子放大和数字放大。虽然其光学放大倍数与传统光学显微镜的光学放大倍数相比不一定很高，但最后总的放大倍数却可以很高。

当然，显微镜的效果，不仅与放大倍数有关，还与分辨率有关。分辨率如果不高，一味提高放大倍数是没有意义的，因为虽然图像很大，却并不清楚。一个好的显微镜，其效果应该是分辨率与放大倍数的综合效果。本发明的分辨率主要与两个因素有关，一个是镜头的成像效果，也就是外置光学模块的镜头与便携终端的相机镜头的成像效果。另一个是便携终端的相机的感光元件的像素密度(分辨率)。目前，便携终端的相机镜头和其感光元件的像素密度都已经达到了很高的水平。这就为本发明的综合效果奠定了基础。为了提高本发明的效果，选择设计本外置光学模块的镜头，提高其成像效果对提高整体放大效果有很大贡献。

实施例1

如图2所示，对外置光学模块进行紧凑和超薄设计。将铝合金通过CNC加工成稳固而超薄的外壳上部，将电源部，照明部，控制部集成安装在一块电路板上，并用此电路板的基板兼做外壳的下表面。将导光部件，以及镜头部结合在一起，装置在铝合金和电路板基板形成超薄外壳内部，并将纳米吸盘复合电路板基板形成的下表面上。这样得到一个可以用于各种便携终端的超薄的外置光学模块。

实施例2

如图1所示，将上述外置光学模块与便携终端通过纳米吸盘结合，从而构成一个便携放大装置。外置光学模块与便携终端连接在一起时，要使外置光学模块的镜头的光轴与便携终端的内置相机的镜头的光轴对准。将被摄体贴近外置光学模块的前端面。通过控制部开启照明部使其发光照亮被摄体。在便携终端相机感光元件上成的像被便携终端的相机采集下来并在其屏幕上显示出来。

以上对本发明优选的实施例进行了图示和说明。但是本发明并不受上述实施例的局限。显然，在不脱离本发明权利要求书所请求的本发明主旨的前提下，其能够被本发明所属技术领域中的具有基本知识的人实现多样的变形实施。

Claims (6)

1.一种外置光学模块，被安装在内置相机的便携终端的外表面，使被摄体的放大的影像在所述内置相机成像，其特征在于，包括：

壳体，在上表面形成有与所述被摄体紧邻的第一贯通孔，在下表面形成与内置相机正对的第二贯通孔；

透镜部，布置于所述壳体内部的第一贯通孔与第二贯通孔之间而将所述被摄体的影像放大，并且在被安装到所述便携终端时，使被放大的影像通过所述第二贯通孔而在所述内置相机成像；

照明部，布置于第一贯通孔并环绕透镜部，发射朝向所述第一贯通孔，从而照明与所述第一贯通孔紧邻的被摄体；以及

电源部，布置于所述壳体内部，为照明部提供电力。

控制部，布置与所述壳体内部，控制施加到照明部的电力而控制照明部照明。

2.如权利要求1所述的外置光学模块，其特征在于，

所述照明部包括：

照明部电路板；

在上述照明部电路板上成环形排布的发光二极管，发出照明光线；

导光部件，位于发光二极管的前面，将发光二极管发出的光线导向被摄体；

散射环，位于导光部件的前端，将发光二极管发出的光线散射均匀照射到被摄体。

3.如权利要求2所述的外置光学模块，其特征在于，

所述导光部件的发射面形成为凹凸面，以使发射的光线不会再次向导光部件的内部反射，而向外部发射。

4.如权利要求1所述的外置光学模块，其特征在于，还包括：

针孔透镜，配备于所述透镜部与所述第二贯通孔之间，以将所述透镜部的焦深调整成较深的深度。

5.如权利要求1所述的外置光学模块，其特征在于，还包括：

纳米吸盘，配备于所述壳体的下表面，以将所述外置光学模块吸附在便携终端的外表面。

6.一种放大拍摄装置，其特征在于，

包括：内置相机的便携终端；记载于所述权利要求1至5中的某一项的外置光学模块；

所述外置光学模块被安装到所述便携终端的外表面；所述内置相机将从所述外置光学模块入射的影像生成为数字图像。

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