CN110596877B - 一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜。该显微镜由自适应变焦物镜、自适应变焦目镜和控制系统组成。初始条件下，控制系统改变施加在自适应变焦物镜与自适应变焦目镜内部的自适应透镜上的电压，将两者的焦距调整至特定值，此时显微镜实现低倍放大；在增大显微镜的放大倍率时，控制系统向自适应变焦物镜连续发送信号，使其焦距变短，放大倍率变大，后工作距离变长，实现连续光学变焦，像平面将沿光轴向自适应变焦目镜方向移动，与此同时，控制系统使自适应变焦目镜的焦点与像平面重合。自适应变焦物镜的后工作距离可变，释放了自适应透镜的变焦能力，同时自适应变焦目镜与自适应变焦物镜结合的方式提升了整个显微镜的变焦能力。

Description

一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜
技术领域
本发明涉及一种显微镜，更具体地说，本发明涉及一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜。
背景技术
显微镜在医学检验、生命科学和微结构加工等科学研究和生产生活领域中起着非常重要的作用。在对于细胞、微生物和微结构等不同尺寸的目标进行观测时，通常要求显微镜具有不同的放大倍率。传统的显微镜具有不同的放大倍率，能够通过离散变焦方式，实现在不同倍率下的观察。除了可变的放大倍率外，随着科学研究的深入，生命科学等领域对显微镜观测的实时性、连续性等有更高的要求。但是传统显微镜在由低倍率转换到高倍率下观察时，往往需要手动机械式转换物镜镜头并且重新对焦，不具有连续光学变焦的能力，离散变焦的方式影响了观察的连续性；而连续光学变焦显微镜结构设计复杂，放大倍率变化范围有限，不满足科学研究对显微观察的需求。因此，目前仍欠缺同时具有高放大倍率和连续光学变焦功能的显微镜。
发明内容
本发明提出一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜。如附图1所示，该显微镜包括自适应变焦物镜、自适应变焦目镜和控制系统。
如附图2所示，在初始条件下，控制系统改变施加在自适应变焦物镜与自适应变焦目镜内部的自适应透镜上的电压，同时改变自适应变焦物镜与自适应变焦目镜的焦距，使被观察物体通过自适应变焦物镜放大后成像于像平面，再经过自适应变焦目镜放大后供人眼观看；在增大变焦显微镜的放大倍率时，控制系统向自适应变焦物镜连续发送信号，自适应变焦物镜的焦距变短，放大倍率变大，后工作距离变长，实现连续光学变焦，像平面将沿光轴向自适应变焦目镜方向移动，与此同时，控制系统使自适应变焦物镜成的像与自适应变焦目镜的焦点重合。此时，被观察物体经过自适应变焦物镜与自适应变焦目镜放大之后成放大倍率更大的像。由于变焦的过程中自适应变焦物镜的后工作距离可变，释放了自适应透镜的变焦能力，同时自适应变焦物镜与自适应变焦目镜结合变焦的方式提升了整个显微镜的变焦能力，可实现高变倍比观察。
优选地，自适应变焦物镜由玻璃透镜和M个自适应透镜组成，其中1≤M≤8。
优选地，自适应变焦目镜由玻璃透镜和N个自适应透镜组成，其中1≤N≤2。
优选地，自适应透镜为液体透镜、聚合物透镜和液晶透镜等。
优选地，自适应透镜可采用电湿润、介电力和电磁力等方式驱动。
附图说明
附图1为本发明的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜的结构图。
附图2为本发明的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜的原理示意图。
附图3为本发明的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜的自适应变焦物镜的放大倍率、自适应变焦目镜放大倍率与驱动电压的关系图。
上述各附图中的图示标号为：
1眼睛，2自适应变焦目镜，3自适应变焦物镜，4被观察物体，5控制系统，6自适应透镜，7玻璃透镜，8像平面。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本实施例中的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜包括自适应变焦物镜、自适应变焦目镜以及控制系统。其中自适应变焦物镜由4个自适应透镜以及玻璃透镜构成，本实施例中自适应透镜为液体透镜，用于实现变焦功能，其驱动方式为电湿润驱动，玻璃透镜用于增加光焦度。自适应变焦目镜由2个自适应透镜以及玻璃透镜构成，本实施例中自适应透镜采用液体透镜，用于实现变焦功能，其驱动方式为电湿润驱动，玻璃透镜用于增加光焦度。控制系统用于向自适应变焦物镜与自适应变焦目镜中的液体透镜输出驱动电压信号。
当4个自适应透镜的驱动电压为17.5V、7.6V、7.5V和58.2V时，自适应变焦物镜的有效焦距为17.5mm，放大倍率为10×；自适应变焦目镜中2个液体透镜上的驱动电压为59.6V和10.4V，自适应变焦目镜的有效焦距为50mm，放大倍率为5×。显微镜的总放大倍率为50×。当4个自适应透镜驱动电压为60.1V、19.8V、7.4V和7.5V时，自适应变焦物镜的有效焦距为3mm，放大倍率100×；自适应变焦目镜中2个液体透镜上的驱动电压为11.8V和57.2V，自适应变焦目镜的有效焦距为15mm，放大倍率为15×。显微镜总放大倍率为1500×。本显微镜结合自适应变焦物镜与自适应变焦目镜实现连续光学变焦，可实现从50×到1500×共30倍高变倍比观察。介于50×到1500×中间的放大倍率与驱动电压的关系如附图3所示。

Claims (4)

1.一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜，包括自适应变焦物镜、自适应变焦目镜和控制系统，其特征在于，自适应变焦物镜由玻璃透镜和自适应透镜组成，自适应变焦目镜由玻璃透镜和自适应透镜组成，控制系统改变施加在自适应变焦物镜与自适应变焦目镜内部的自适应透镜上的电压，自适应变焦物镜与自适应变焦目镜均连续光学变焦，自适应变焦物镜成的像与自适应变焦目镜的焦点重合，且可沿光轴移动，实现放大倍率的变化；在增大变焦显微镜的放大倍率时，控制系统向自适应变焦物镜连续发送信号，自适应变焦物镜的焦距变短，放大倍率变大，后工作距离变长，实现连续光学变焦，像平面将沿光轴向自适应变焦目镜方向移动，与此同时，控制系统使自适应变焦物镜成的像与自适应变焦目镜的焦点重合，此时，被观察物体经过自适应变焦物镜与自适应变焦目镜放大之后成放大倍率更大的像，其中自适应变焦物镜包括四个自适应透镜。
2.根据权利要求1所述的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜，其特征在于，自适应变焦目镜由玻璃透镜和N个自适应透镜组成，其中N＝2。
3.根据权利要求1所述的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜，其特征在于，自适应透镜为液体透镜、聚合物透镜和液晶透镜。
4.根据权利要求1所述的一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜，其特征在于，自适应透镜可采用电湿润、介电力和电磁力的方式驱动。
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