CN109445085B

CN109445085B - 一种兼有显微和望远功能的单筒镜

Info

Publication number: CN109445085B
Application number: CN201910003013.7A
Authority: CN
Inventors: 黄振永
Original assignee: Beijing Institute of Technology Zhuhai
Current assignee: Beijing Institute of Technology Zhuhai
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2039-01-03
Also published as: CN109445085A

Abstract

本发明公开了一种兼有显微和望远功能的单筒镜，涉及光学文教用品技术领域，包括外筒，所述外筒的内部套设有与外筒相适配的内筒，外筒的左端螺旋连接有物镜筒，物镜筒的内部放置有物镜，内筒的内部放置有第一倒像镜，且第一倒像镜位于内筒的左端，内筒的内部放置有第一支架筒，且第一支架筒的左侧面与第一倒像镜的右侧面相接触。该兼有显微和望远功能的单筒镜，通过设置物镜，在第一倒像镜和第二倒像镜的作用下，通过调节物镜与第一倒像镜之间的距离，能达到图像正立望远或图像正立显微的效果，解决了传统兼有显微和望远功能的单筒镜其在显微状态时图像倒立的问题，通过在四块镜片的作用下，能达到望远和显微的效果，结构简单。

Description

一种兼有显微和望远功能的单筒镜

技术领域

本发明涉及光学文教用品技术领域，具体为一种兼有显微和望远功能的单筒镜。

背景技术

显微镜是一种观察微小物体的常用光学仪器，望远镜是一种观察远方景物的常用光学仪器，在现有市场中，显微镜和望远镜是两种不同的仪器，很少有即能当作显微镜使用，又可当作望远镜使用的仪器。

申请号：201710080310.2公布了一种兼具望远和显微功能的光学系统，共使用了8块镜片，制作成本较高，望远功能对应的是正立的像，显微功能对应的是倒立的像，不便于识别微小物体，申请号：201610935535.7公布一种便携式多功能望远/显微两用镜装置，包括单筒望远镜、附加物镜、显微观察支撑及照明连接附件以及数码图像转换接头装置，附加物镜安装在单筒望远镜物镜端组成显微镜；显微观察支撑及照明连接附件与显微镜连接，构成有支撑并且利用环境光照明和自带光源照明的显微镜的组合体，数码图像转换接头与单筒望远镜目镜端连接，以实现将望远镜或显微镜得到的影像转换为数码图像的功能，该专利涉及的产品结构复杂，不适合用作文教用品，显微时观察到的也是倒像，不便于识别微小的物体，为解决上述问题我们提供了一种兼有显微和望远功能的且都成正立像的单筒镜。

发明内容

本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种兼有显微和望远功能的单筒镜及其设计方法，它具有不论是显微功能还是望远功能都成正立的像，与被观察物体一致便于识别，且该装置结构简单、造价低、使用方便、成像质量好的优点，解决了现有兼有显微和望远功能的单筒镜其在显微状态时倒立成像，且其整体结构复杂的问题。

本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种兼有显微和望远功能的单筒镜，包括外筒，所述外筒的内部套设有与外筒相适配的内筒，所述外筒的左端螺旋连接有物镜筒，所述物镜筒的内部放置有物镜，所述内筒的内部放置有第一倒像镜，且第一倒像镜位于内筒的左端，所述内筒的内部放置有第一支架筒，且第一支架筒的左侧面与第一倒像镜的右侧面相接触，所述内筒的内部套设有第二支架筒，且第二支架筒的左侧面与第一支架筒的右侧面相接触，所述内筒的内部套设有第二倒像镜，且第二倒像镜的左侧面与第二支架筒的右侧面相接触，所述内筒的内部套设有第三支架筒，且第三支架筒的左侧面与第二倒像镜的右侧面相接触，所述内筒的内部套设有目镜，且目镜位于内筒的右端，所述目镜的左侧面与第三支架筒的右侧面相接触，所述内筒的右端螺纹连接有目镜筒，且目镜筒的左侧面与目镜的右侧面相接触。

进一步的，所述物镜筒的内部固定连接有V型挡块，且物镜的左侧面与V型挡块的右侧面之间通过胶水相连接。

通过采用上述技术方案，能方便将物镜与挡块进行粘贴连接，能达到使物镜进行固定的目的。

进一步的，所述第一支架筒和第三支架筒均为直筒结构，所述第二支架筒的右端为直筒结构，且第二支架筒的左端固定连接有圆盘，所述圆盘右侧面的中部开设有通孔，且通孔的直径值为3mm-5mm。

通过采用上述技术方案，通孔可用作光阑，用来消除系统的杂散光。

进一步的，所述物镜为一个双凸型、非对称的凸透镜，所述第一倒像镜和第二倒像镜均为双凸型、对称的凸透镜，且第一倒像镜和第二倒像镜大小相等方向相反，所述目镜为双凸型、对称的凸透镜。

通过采用上述技术方案，对各种镜片的功能进行限定，使其能按原有的设计进行工作。

进一步的，所述第一倒像镜、第一支架筒、第二支架筒、第二倒像镜、第三支架筒和目镜之间的距离是固定的。

通过采用上述技术方案，防止第一倒像镜、第二倒像镜和目镜之间的距离改变，致使该装置不能同时兼有望远和显微功能。

一种兼有显微和望远功能的单筒镜的设计方法，其具体步骤为：

S1、建立理想眼睛模型，再用球面的像面作为成像面来评价成像质量；

S2、在ZEMAX中，光学面的类型选择“PARAXIAL”，选取正常视力的人眼睛的明视距离25.4mm为理想透镜的焦距，理想透镜位于目镜的右光学面的右侧一定距离处，视网膜面位于理想透镜的右侧25.4mm处，视网膜面的曲率半径为-21.724mm；

S3、ZEMAX系统参数设置；

S4、双重结构约束条件设置。

与现有技术相比，该兼有显微和望远功能的单筒镜及其设计方法具备如下有益效果：

1、本发明通过设置物镜，在第一倒像镜和第二倒像镜的作用下，通过调节物镜与第一倒像镜之间的距离，能达到图像正立望远或图像正立显微的效果，解决了传统兼有显微和望远功能的单筒镜其在显微状态时图像倒立的问题，通过设置物镜、第一倒像镜、第二倒像镜和目镜共计四块镜片的作用下，能达到望远和显微的效果，该装置结构简单，解决了传统兼有显微和望远功能单筒镜结构复杂的问题。

2、本发明通过设置通孔，可用作光阑，用来消除系统的杂散光，通过设置V型挡块，能方便将物镜与挡块进行粘贴连接，能达到使物镜进行固定的目的，通过设置内筒，能使内筒在外筒的内部滑动，从而实现调节物镜与倒像镜之间的距离，从而可达到使该装置进行望远和显微的功能。

附图说明

图1为本发明显微镜工作状态图；

图2为本发明望远镜工作状态图；

图3为本发明物镜筒正视图的剖视图；

图4为本发明第二支架筒正视图的剖视图。

图中：1-外筒，2-内筒，3-物镜筒，4-物镜，5-第一倒像镜，6-第一支架筒，7-第二支架筒，8-第二倒像镜，9-第三支架筒，10-目镜，11-目镜筒，12-V型挡块，13-圆盘，14-通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种兼有显微和望远功能的单筒镜，包括外筒1，外筒1的内部套设有与外筒1相适配的内筒2，外筒1的左端螺旋连接有物镜筒3，物镜筒3的内部放置有物镜4，物镜4为一个双凸型、非对称的凸透镜，物镜筒3的内部固定连接有V型挡块12，且物镜4的左侧面与V型挡块12的右侧面之间通过胶水相连接，能方便将物镜4与挡块12进行粘贴连接，能达到使物镜4进行固定的目的，内筒2的内部放置有第一倒像镜5，且第一倒像镜5位于内筒2的左端，内筒2的内部放置有第一支架筒6，且第一支架筒6的左侧面与第一倒像镜5的右侧面相接触，内筒2的内部套设有第二支架筒7，且第二支架筒7的左侧面与第一支架筒6的右侧面相接触，第二支架筒7的右端为直筒结构，且第二支架筒7的左端固定连接有圆盘13，圆盘13右侧面的中部开设有通孔14，且通孔14的直径值为3mm-5mm，通孔14可用作光阑，用来消除系统的杂散光，内筒2的内部套设有第二倒像镜8，且第二倒像镜8的左侧面与第二支架筒7的右侧面相接触，第一倒像镜5和第二倒像镜8均为双凸型、对称的凸透镜，且第一倒像镜5和第二倒像镜8大小相等方向相反，内筒2的内部套设有第三支架筒9，且第三支架筒9的左侧面与第二倒像镜8的右侧面相接触，第一支架筒6和第三支架筒9均为直筒结构，内筒2的内部套设有目镜10，且目镜10位于内筒2的右端，目镜10为双凸型、对称的凸透镜，目镜10的左侧面与第三支架筒9的右侧面相接触，内筒2的右端螺纹连接有目镜筒11，且目镜筒11的左侧面与目镜10的右侧面相接触，第一倒像镜5、第一支架筒6、第二支架筒7、第二倒像镜8、第三支架筒9和目镜10之间的距离是固定的，防止第一倒像镜5、第二倒像镜8和目镜10之间的距离改变，致使该装置不能同时兼有望远和显微功能。

S1、建立理想眼睛模型，再用球面的像面(视为视网膜)作为成像面来评价成像质量；

S2、在ZEMAX中，光学面的类型选择“PARAXIAL(理想透镜)”，选取正常视力的人眼睛的明视距离25.4mm为理想透镜的焦距，理想透镜位于目镜的右光学面的右侧一定距离处(该距离参数是参与优化的，由软件自行优化设计得到值)，视网膜面位于理想透镜的右侧25.4mm处(不参与优化)，视网膜面的曲率半径为-21.724mm(不参与优化)；

S3、ZEMAX系统参数设置如下表：

S4、双重结构的约束条件如下表：

其中：

参数的右侧有“V”表示该参数是参与优化的。

参数的右侧有“P”表示该参数与前面对应的光学面的参数(曲率半径、厚度/间距)一致。

参数的右侧有“E”表示边缘厚度是限定的。

参数的右侧有“C”表示用主光线的高度限定光线传播轨迹。

望远系统的实施案例：

对应的透镜数据表：对应的视放大倍率为约7倍。

其中：

参数的右侧有“V”表示该参数是参与优化的。

参数的右侧有“E”表示边缘厚度是限定的。

参数的右侧有“C”表示用主光线的高度限定光线传播轨迹。

显微系统的实施案例：

透镜数据表：对应的显微功能的视放大倍率为约20倍。

其中：

参数的右侧有“V”表示该参数是参与优化的。

参数的右侧有“E”表示边缘厚度是限定的。

参数的右侧有“C”表示用主光线的高度限定光线传播轨迹。

望远功能的工作原理：

远处的被观察目标(如远处视力测试表上的符号)发出的泛平行光(像太阳光一样，可视为平行光)经过物镜4后在第一倒像镜5之前成倒立的实像(第一中间像)，第一中间像经过第一倒像镜5和第二倒像镜8后在目镜10之前成正立的实像(第二中间像)，第二中间像经目镜10后成平行光，再进入眼睛的瞳孔并在视网膜上成像，能达到人眼在出瞳位置看到的是正立图像且达到望远的目的。

显微功能的工作原理：

被观察的微小物体(如手机屏幕上的像素)经过物镜4、第一倒像镜5和第二倒像镜8，由于此时物镜4、第一倒像镜5和第二倒像镜8之间的距离短，物镜4、第一倒像镜5和第二倒像镜8组合起来可等效为显微系统的物镜组，在第二倒像镜8和目镜10之间成倒立的实像(第三中间像)，第三中间像经目镜10后成正立的实像，人眼在出瞳位置看到的是正立的像，正立的像与被观察物体一致，便于识别。

在本发明的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种兼有显微和望远功能的单筒镜，包括外筒（1），所述外筒（1）的内部套设有与外筒（1）相适配的内筒（2），其特征在于：所述外筒（1）的左端螺旋连接有物镜筒（3），所述物镜筒（3）的内部放置有物镜（4），所述内筒（2）的内部固定连接有第一倒像镜（5），且第一倒像镜（5）位于内筒（2）的左端，所述内筒（2）的内部放置有第一支架筒（6），且第一支架筒（6）的左侧面与第一倒像镜（5）的右侧面相接触，所述内筒（2）的内部套设有第二支架筒（7），且第二支架筒（7）的左侧面与第一支架筒（6）的右侧面相接触，所述内筒（2）的内部套设有第二倒像镜（8），且第二倒像镜（8）的左侧面与第二支架筒（7）的右侧面相接触，所述内筒（2）的内部套设有第三支架筒（9），且第三支架筒（9）的左侧面与第二倒像镜（8）的右侧面相接触，所述内筒（2）的内部套设有目镜（10），且目镜（10）位于内筒（2）的右端，所述目镜（10）的左侧面与第三支架筒（9）的右侧面相接触，所述内筒（2）的右端螺纹连接有目镜筒（11），且目镜筒（11）的左侧面与目镜（10）的右侧面相接触。

2.根据权利要求1所述的一种兼有显微和望远功能的单筒镜，其特征在于：所述物镜筒（3）的内部固定连接有V型挡块（12），且物镜（4）的左侧面与V型挡块（12）的右侧面之间通过胶水相连接。

3.根据权利要求1所述的一种兼有显微和望远功能的单筒镜，其特征在于：所述第一支架筒（6）和第三支架筒（9）均为直筒结构，所述第二支架筒（7）的右端为直筒结构，且第二支架筒（7）的左端固定连接有圆盘（13），所述圆盘（13）右侧面的中部开设有通孔（14），且通孔（14）的直径值为3mm-5mm。

4.根据权利要求1所述的一种兼有显微和望远功能的单筒镜，其特征在于：所述物镜（4）为一个双凸型、非对称的凸透镜，所述第一倒像镜（5）和第二倒像镜（8）均为双凸型、对称的凸透镜，且第一倒像镜（5）和第二倒像镜（8）大小相等方向相反，所述目镜（10）为双凸型、对称的凸透镜。

5.根据权利要求1所述的一种兼有显微和望远功能的单筒镜，其特征在于：所述第一倒像镜（5）、第一支架筒（6）、第二支架筒（7）、第二倒像镜（8）、第三支架筒（9）和目镜（10）之间的距离是固定的。