CN114217430A - 一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜 - Google Patents
一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114217430A CN114217430A CN202111506848.8A CN202111506848A CN114217430A CN 114217430 A CN114217430 A CN 114217430A CN 202111506848 A CN202111506848 A CN 202111506848A CN 114217430 A CN114217430 A CN 114217430A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- bifocal
- microscope
- continuous
- objective
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 238000004720 dielectrophoresis Methods 0.000 claims description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002558 medical inspection Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/24—Base structure
- G02B21/241—Devices for focusing
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0052—Optical details of the image generation
- G02B21/006—Optical details of the image generation focusing arrangements; selection of the plane to be imaged
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/02—Objectives
- G02B21/025—Objectives with variable magnification
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
- G02B26/005—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid based on electrowetting
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
- G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Lenses (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
本发明提出一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜。该显微镜由双焦点连续变焦显微物镜、半反半透镜，相机和控制系统组成。初始条件下，控制系统在双焦点连续变焦显微物镜内部自适应透镜上施加电压，物体通过物镜的长焦焦点（成低倍像）和短焦焦点（成中倍像），经过半反半透镜分束后同时成像于两个相机中；增大显微镜的放大倍率时，控制系统向物镜发送信号，物镜的两个焦距同时变短，放大倍率变大，后工作距离保持不变，两个焦点同时实现连续光学变焦成像，此时长焦焦点成中倍像，短焦焦点成高倍像，双焦点分别覆盖两个变焦范围的方式提升了显微镜的变焦能力。无机械移动、连续光学变焦、动态像差补偿和同时观察两个倍率的特点更适合观察。
Description
技术领域
本发明涉及一种显微镜，更具体地说，本发明涉及一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜。
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；目前的连续光学变焦显微镜结构设计复杂，不能兼顾变焦速度和变焦范围，例如，基于机械移动的连续光学变焦显微镜虽然能连续光学变焦且变焦范围大，但是变焦过程中引入的机械移动导致了其变焦速度慢，并且机械移动变焦造成的像质退化和抖动严重影响成像质量。另一方面，基于液体透镜的变焦显微镜具有极快的变焦速度，电控变焦的方式无机械移动成像质量稳定，但是受限于液体透镜的变焦能力，这样的显微镜放大倍率变化范围有限，不能满足科学研究对显微观察的需求。因此，目前仍欠缺同时快速连续光学变焦和大连续光学变焦范围的显微镜。
发明内容
本发明提出一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜。如附图1所示，该显微镜包括双焦点连续变焦显微物镜，半反半透镜，相机和控制系统。
如附图2所示，双焦点连续变焦显微物镜由双焦点透镜、玻璃透镜和自适应透镜构成，与在初始条件下，控制系统改变施加在双焦点连续变焦显微物镜内部的自适应透镜上的电压，改变物镜的焦距，该物镜同时存在两个焦距不同的焦点，且两个焦点可同时连续光学变焦。被观察物体通过两个不同焦距焦点同时成像于后工作距离不同的像平面，分别形成一个中间倍的像和一个低倍的像，经过半反半透镜分束之后，由相机A和相机B分别承接，以实现同时在两个不同倍率下观察的效果；在增大变焦显微镜的放大倍率时，控制系统向双焦点连续变焦显微物镜连续发送信号，物镜中的多个自适应透镜同时变焦，使得物镜的焦距变短，放大倍率变大，同时后工作距离保持不变，实现连续光学变焦。此时物体通过双焦点连续变焦显微物镜之后的所成的两个像也同时变大，其中低倍的像连续变焦放大至中间倍，中间倍的像连续变焦放大至高倍。由于本显微镜同时存在两个焦点，两个焦点的倍率变化范围分别覆盖了高倍和低倍，极大增大了显微物镜的变焦范围，提升了整个显微镜的变焦能力。可实现高变倍比观察，具有无机械移动、连续光学变焦、动态像差补偿和同时观察两个倍率的特点。
优选地，双焦点连续变焦显微物镜中有M个自适应透镜，其中2≤M≤8。
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。
优选地，双焦点透镜可采用双焦点衍射透镜，双焦点超表面透镜和双焦点玻璃透镜等。
附图说明
附图1为本发明的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜的结构图。
附图2为本发明的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜的原理示意图。
附图3为本发明的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜实施例1的原理示意图。
附图4为本发明的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜实施例2的原理示意图。
附图5为本发明的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜实施例2的原理示意图。
附图6为本发明的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜的长焦焦点和短焦焦点的图像的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相机A，2半反半透镜，3双焦点连续变焦显微物镜，4双焦点透镜，5被观察物体，6相机B，7控制系统，8自适应透镜，9玻璃透镜，10双焦点衍射透镜，11双焦点玻璃透镜， 12双焦点超表面透镜。
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基于双焦点透镜的连续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1中的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜如图3所示，包括双焦点连续变焦显微物镜、半反半透镜以及控制系统。其中双焦点连续变焦显微物镜由1个双焦点透镜、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，用于实现连续光学变焦功能，其驱动方式为电湿润驱动，玻璃透镜用于增加光焦度。双焦点透镜为具有两个焦点的衍射透镜。半反半透镜用于将光束分为两束，使得两个焦点的光路具有不同的后工作距离。控制系统用于向自适应变焦物镜中的液体透镜输出驱动电压信号。
本实施例2中的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜如图4所示，包括双焦点连续变焦显微物镜、半反半透镜以及控制系统。其中双焦点连续变焦显微物镜由1个双焦点玻璃透镜、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，用于实现连续光学变焦功能，其驱动方式为电湿润驱动，玻璃透镜用于增加光焦度。双焦点玻璃透镜由两块曲率不同、材料不同但是直径相同的玻璃透镜沿着直径切开后胶合而成。半反半透镜用于将光束分为两束，使得两个焦点的光路具有不同的后工作距离。控制系统用于向自适应变焦物镜中的液体透镜输出驱动电压信号。
本实施例3中的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜如图5所示，包括双焦点连续变焦显微物镜、半反半透镜以及控制系统。其中双焦点连续变焦显微物镜由1个超表面双焦点透镜、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，用于实现连续光学变焦功能，其驱动方式为电湿润驱动，玻璃透镜用于增加光焦度。超表面双焦点透镜经过优化设计而成，具有两个不同焦距的焦点。半反半透镜用于将光束分为两束，使得两个焦点的光路具有不同的后工作距离。控制系统用于向自适应变焦物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18.3V、8.2V、8.2V和59.8V时，双焦点透镜的两个焦点焦距分别为10mm和15mm。双焦点显微物镜的两个焦点焦距分别为18mm和16mm，长焦焦点成像于相机A，其像放大倍率为10×，短焦焦点成像于相机B，图像的放大倍率为31×。当4个自适应透镜驱动电压为59.8V、17.5V、8.2V和8.2V时，双焦点透镜的两个焦点焦距仍然为10mm和15mm。此时，双焦点显微物镜的两个焦点焦距分别为6.7mm和4.5mm，长焦焦点成像于相机A，放大倍率为31×，短焦焦点成像于相机B，放大倍率为100×。本显微镜使用双焦点透镜与自适应透镜实现连续光学变焦和双焦点同时成像同时采集，可实现从10×到100×共10倍高变倍比观察。介于10×到100×中间的放大倍率与驱动电压的关系如附图6所示。
Claims (5)
1.一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜，包括双焦点连续变焦显微物镜，半反半透镜，相机和控制系统，其特征在于，双焦点连续变焦显微物镜由双焦点透镜、玻璃透镜和自适应透镜组成，同时成两个倍率不同的像于两个相机平面，控制系统改变施加在连续光学变焦物镜内部的自适应透镜上的电压同时改变两个像的放大倍率实现在两个倍率下同时连续光学变焦，两个焦点的倍率变化范围分别覆盖了高倍和低倍，提升了整个显微镜的变焦能力。
2.根据权利要求1所述的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜，其特征在于，双焦点连续变焦显微物镜中有M个自适应透镜，其中2≤M≤8。
3.根据权利要求1所述的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜，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等。
4.根据权利要求1所述的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜，其特征在于，自适应透镜可采用电湿润、介电力和电磁力等方式驱动。
5.根据权利要求1所述的一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜，其特征在于，双焦点透镜可采用双焦点衍射透镜，双焦点超表面透镜和双焦点玻璃透镜等。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111506848.8A CN114217430A (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111506848.8A CN114217430A (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114217430A true CN114217430A (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=80700831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111506848.8A Pending CN114217430A (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114217430A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114879352A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-09 | 四川大学 | 一种具有可变光片的连续光学变焦光片荧光显微镜 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11271628A (ja) * | 1998-03-24 | 1999-10-08 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡 |
| CN103149678A (zh) * | 2013-02-28 | 2013-06-12 | 华中科技大学 | 一种微型双焦点物镜探头 |
| CN110596877A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 四川大学 | 一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜 |
-
2021
- 2021-12-10 CN CN202111506848.8A patent/CN114217430A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11271628A (ja) * | 1998-03-24 | 1999-10-08 | Olympus Optical Co Ltd | 顕微鏡 |
| CN103149678A (zh) * | 2013-02-28 | 2013-06-12 | 华中科技大学 | 一种微型双焦点物镜探头 |
| CN110596877A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 四川大学 | 一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114879352A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-09 | 四川大学 | 一种具有可变光片的连续光学变焦光片荧光显微镜 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3563800B2 (ja) | 観察光学装置 | |
| KR20050092389A (ko) | 줌렌즈 및 촬상 장치 | |
| Liu et al. | Continuous optical zoom microscope with extended depth of field and 3D reconstruction | |
| CN114217430A (zh) | 一种基于双焦点透镜的连续光学变焦显微镜 | |
| JP4061152B2 (ja) | ズーム撮影光学系 | |
| JP2023522432A (ja) | 光学系およびこれを含むカメラモジュール | |
| CN110596877B (zh) | 一种物镜和目镜焦距连续可调的光学变焦显微镜 | |
| CN106707502A (zh) | 一种超长焦距红外多视场光路系统 | |
| JP2005173602A (ja) | 観察装置用対物レンズ、顕微鏡ならびに対物レンズの調節方法 | |
| US6603607B2 (en) | Minute particle optical manipulation method and apparatus | |
| CN102902058B (zh) | 连续变倍目镜 | |
| JP4189798B2 (ja) | 可変焦点レンズを用いた定倍率結像方法と装置 | |
| JP2007292935A (ja) | 実体顕微鏡 | |
| JPH11183124A (ja) | 画像検査・測定装置 | |
| CN113176662A (zh) | 一种显微成像装置 | |
| JP2006221177A (ja) | 観察装置用鏡胴ならびに観察装置 | |
| CN216602814U (zh) | 一种转接光学系统及内窥镜设备 | |
| CN117666110A (zh) | 一种基于透过率可调自适应透镜的连续光学变焦显微系统 | |
| CN114690389A (zh) | 一种基于复眼结构的大视场连续变倍显微系统及方法 | |
| Li et al. | Microspherical lens assembly for super-wide field of view of super-resolution optical imaging | |
| JP7163076B2 (ja) | 観察装置 | |
| CN215181182U (zh) | 一种显微成像装置 | |
| JP2020517992A (ja) | 顕微鏡用の補正対物レンズ | |
| US20220011561A1 (en) | Microscope and method for generating an overview image of a sample | |
| CN107247328B (zh) | 一种用于液体分离的透明介质球固定显微装置及其方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220322 |