CN1190680C - 多功能光电显像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能光电显像装置。为了克服现有技术存在的不足与缺陷，提供一种可用于显微放大、近距物体或远距目标观察，固定倍率或者无级变倍的多功能光电显像装置。其包括显像筒、控制盒、摄像机、显示器，其中显像筒包括第一望远物镜，第二望远物镜，所述两个望远物镜依次同轴设置，使目标或者目标的像成像在第一望远物镜的前焦点上，摄像机的摄像头的靶面放置在第二望远物镜的后焦点上，使整个光学系统物像共轭，在第一和第二望远物镜及摄像头之间分别设有图像对中装置，使被观察物的中心始终在荧屏显示的范围内，在第一望远物镜前设置连接装置，用于连接可置换的成像物镜。采用微电机工作，图像质量清晰稳定。屏幕显示在合理的放大范围内。

Description

多功能光电显像装置

技术领域

本发明涉及一种光电显像仪，尤其是一种可用于显微放大、近距物体或远距目标观察，固定倍率或者无级变倍的多功能光电显像装置。

背景技术

目前显微镜增倍有二种方法，一种是增长像距来增加倍率，如中国专利92112064.8号，名称为“显微术系统”。另一种是电动改变镜头焦距来达到增倍的目的。

其中，第一种方法具有荧屏显示和无级变倍的功能，它采用在圆筒内安装电动机，并带动丝杆来移动导轨上已安装定位的摄像机，从而使像距拉长，达到仪器无级变倍的目的，这种变倍达到的最高放大倍率为12000倍。由于光学系统物像不共轭，使得每改变一次倍率，图像的位置和清晰度也会随之改变，使用观察中不甚方便。这种仪器在变倍观察中，要垂直移动重量较大的摄像头，步进电机产生的大电流会引起噪声及引起振动，使图像抖动，像质变坏。该仪器说明书中所述的可变放大倍率为40-12000倍。而实际上其高倍放大至8000倍以上时，由于像差增加，使仪器分辨率有所下降，图像趋渐失真，已不属于最佳放大倍率之列。而说明书中所述的40倍等低倍放大区间，实际上不能在荧屏上显像，只能用眼睛从目镜中观察。而被观察物低倍放大在荧屏上显示，正是科研、生产过程中所迫切需要的。该仪器没有光轴中心调整装置。在间隙观察操作过程中，显微镜中心的图像经高倍放大后都会偏离荧屏，调整起来费时费劲，使用不方便。由于使用一个150瓦卤素灯照明等箱，并用光纤传输光能，使得仪器结构复杂，体积庞大，造价昂贵。再加上这种造倍圆筒只能与显微镜相配接使用，功能单一。

第二种方法采用电动改变镜头焦距，其体积庞大，重量压迫显微镜架产生变形，也没有光轴中心调整装置，显微镜图像会偏离观察屏幕。价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足与缺陷，提供一种可用于显微放大、近距物体或远距目标观察，固定倍率或者无级变倍的多功能光电显像装置。

本发明多功能光电显像装置，包括显像筒、控制盒、摄像机、显示器，其中所述显像筒包括第一望远物镜，第二望远物镜，所述两个望远物镜依次同轴设置，使目标或者目标的像成像在第一望远物镜的前焦点上，所述摄像机的摄像头的靶面放置在第二望远物镜的后焦点上，使整个光学系统物像共轭，在所述第一望远物镜和所述第二望远物镜及所述摄像头之间分别设有图像对中装置，使被观察物的中心始终在荧屏显示的范围内，在所述第一望远物镜前设置连接装置，用于连接活动物镜。

本发明多功能光电显像装置，其中第一望远物镜有第一凸透镜、可移动负透镜和第二凸透镜组成，其中可移动负透镜可由微电机或者手动带动沿光轴移动。

本发明多功能光电显像装置，其中所述第一望远物镜和第二望远物镜之间的图像对中装置，包括固定套，固紧螺钉，连接调整座及中心调整螺钉。

本发明多功能光电显像装置，其中所述第一望远物镜、固定套、摄像头都和直角定位板相固接。

本发明多功能光电显像装置，其中所述活动物镜为显微观察物镜或者近距观察物镜或者远距观察物镜，使得观察目标分别经所述三个物镜所成的一次像均落在第一望远物镜的前焦点上。

本发明多功能光电显像装置，其中所述显示器的大小与所用摄像头靶面尺寸之间放大比例关系固定。

本发明多功能光电显像装置，其中所述放大比例关系为：21英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为66.6，对应1/3英寸靶面，放大倍率为88.8。

本发明多功能光电显像装置，其中所述放大比例关系为：17英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为54，对应1/3英寸靶面，放大倍率为72。

本发明多功能光电显像装置，其中所述放大比例关系为：14英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为44.5，对应1/3英寸靶面，放大倍率为59.3；12英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为38，对应1/3英寸靶面，放大倍率为51；9英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为28.6，对应1/3英寸靶面，放大倍率为38。

本发明多功能光电显像装置优点和积极效果在于：光学系统是物像共轭的，即当改变放大倍率时，图像的清晰度和位置不随变倍而改变。采用微电机工作，工作电流小，噪声低，变倍平稳准确，图像质量清晰稳定。屏幕显示在合理的无级变倍放大范围内，其倍率既能达到有效放大倍率，又能保证低倍率放大时屏幕显示要求，即线性放大倍率在40-8000倍之间，且被放大的图像质量高于现有仪器的技术水平。在两个主镜头之间安装了图像对中装置，依次在生产装配仪器的过程中，已把靶面的中心位置调整在中心状态，所以被观察物的中心始终在屏幕显示在范围之内，无须在变倍过程中重新调整。所述显示器可根据用户需要采用各种规格的电视机、监视器、台式计算机，手提电脑等荧屏显示终端，若将仪器的视频输出信号通过图像采集卡输入计算机，变能完成现代计算机的所有功能，若根据不同需要编制各类应用软件，更能扩展仪器的多种功能，本仪器采用普通30W光源的显微镜，以及在微光照射下的有限物距和远距目标，都能满足最高倍率的光照显像要求。本发明要求具有多功能性，既能独立使用，又能通过对各种镜头的快速配接，实现与显微系统、有限物距及远程目标状态下的匹配组合，完成各自的无级变倍的显像功能。

本发明多功能光电显像装置的其他细节和特点可通过阅读下文结合附图详加描述的实施例即可清楚明了。

附图说明

图1是本发明多功能光电显像装置优选实施例的光学系统原理图；

图2是本发明各组件的外观图；

图3是本发明多功能光电显像装置显像筒的剖视图；

具体实施方式

如图1所示，是本发明多功能光电显像装置优选实施例的光学系统原理图，第一望远物镜的前焦点1，即A，其焦距为f₁，第一凸透镜2，可变光栏3，可移动负透镜4和第二凸透镜5，第二望远物镜6，其焦距为f₂，摄像头的靶面位置7，即A′，显示器8，第二望远物镜6的可变光栏9，显微系统中物方目标P₁，显微镜的物镜11，其倍率为β_物，近距目标P₂的物方位置12，调焦物镜13，远距目标P₃的物方位置14，TV物镜15。下面根据图1说明本发明的工作原理：

由焦距为f₁和f₂的第一和第二望远物镜组成平行光管图像放大系统，f₁由第一凸透镜2，可变光栏3，可移动负透镜4和第二凸透镜5共同组成，其中可移动负透镜4是能用手动或者电动的负透镜，当所述负透镜4轴向移动时，就能改变焦距f₁。根据平行光管放大原理，位于f₁前焦点上的A和位于第二望远物镜6后焦点A′组成的光学系统其线性放大倍率为β_平，且β_平＝f₂/f₁。其中f₁是随可移动负透镜4的移动而改变的，因而β_平也随之改变，那么整个光学系统就能完成无级变倍功能，合理选择第二望远物镜6的焦距f₂和第一望远物镜的焦距f₁以及f₁的变化范围，就成为实际本要求的关键所在：

当选择f₂＞f₁时，β_平＞1就能增倍

当选择f₂＜f₁时，β_平＜1就能减倍

当选择f₂＝f₁时，β_平＝1就能观察长距离的目标

光学系统中把摄像头的靶面放置在焦距为f₂的后焦点A′的位置上，并通过摄像头输出的视频信号转换到电视机，监视器屏幕上直接显示；或者将视频信号经过图像采集卡，转换成数字信号输入计算机内，那么A点图像在经过了β_平和β_摄二级图像光电放大而成像在显示器上。

整个多功能无级变倍显像仪的放大倍数为：

                          β₀＝β_平×β_摄

经过长期的实验研究和计算，各种不同靶面尺寸的摄像头与对应显像屏尺寸决定了β_摄的大小。

标称靶面与对应荧屏的放大倍数β摄		屏  幕  尺  寸
							9英寸	12英寸	14英寸	17英寸	21英寸
		靶面标称	1/2英寸	28.6	38	44.5						54	66.6
1/3英寸	38						51	59.3	72	88.8

对于显微系统的物方的物体P1 10经过显微镜物镜11的放大β_物后的一次像，调整后落在图1中的A点上，就能完成显微镜的荧屏观察(最高有效放大倍率约为6000倍-8000倍)。合理选择β_平，使得β_平能同时满足下列公式：

β_平＝f₂/f_1小值＞1  及β_平＝f₂/f_1大值＜1

这样，就能在显微观察中，同时能在高倍和低倍解决荧屏观察的技术要求，如果显微物镜的放大倍率为β_物，那么总放大倍率为β_总

β_总＝β_物×β₀＝β_物×β_平×β_摄

由于选择的彩色摄像机是高分辨低照度的，最小光能达到0.2LUX，仪器最高分辨率可达0.2微米。只要有30W左右的灯泡。就能清晰的看到1万倍左右的放大图像。

对于近距离物体观察，如显微外科、病理分析、微生物观察、近距离翻拍显示集成电路检测及虚焊点鉴别等，都是要求在近距离显像的应用。在这种情况下，只要在连接装置17上加上一个调焦物镜13，使近距离目标P2的物方位置12经调焦物镜13成像在仪器的A点上。其中S1为调焦物镜13的物距，S2为调焦物镜13达到像距。这时近距离物体的倍率为：

β_有＝S2/S1×β₀＝S2/S1×β_平×β_摄

调焦物镜13是根据不同工作距离而不同的。

对于远距目标P3的物方位置14的观察和使用与近距离物体相同，只要在连接装置17上加上一个TV物镜15，使其后焦点的位置经调焦也落在A点上，这时，经过β_平无级变倍就能在显示屏上观察到远距离目标的图像。

无论是显微，近距离物体及远距离目标，都是将观察目标经过各自物镜成像于A点上，再成像于摄像头的靶面A′上，由于摄像头的位置是固定不动的，所以物像总是共轭的。

图2中，无级变倍显像筒16，显微观察连接套17，近距离观察物镜套18，远距离观察物镜套19，调节支架20，电子控制盒21。电子控制盒21通过无级变倍显像筒16的上盖34为摄像头提供12V电源及可移动负透镜4所需的变倍、调焦、光栏3，9变化的电压，对于不同需要，在无级变倍显像筒16前变换不同的显微观察连接套17，近距离观察物镜套18，远距离观察物镜套19即可。

图3是本发明多功能光电显像装置显像筒的剖视图，其中螺母23，铝质圆盘24，镜头座25，中心调整螺钉27，连接调整座28，镜头座29，摄像头移动套30，彩色摄像头32，视频信号输出口33，上盖34，电源及控制线输入口35，外壳36，支架座39，固定套40，直角定位板44，微型螺杆48，拇指电机49，固定螺母50，紧固螺钉26，31，37，41-43，45等。在图3中先将第一凸透镜2，可变光栏3，可移动负透镜4和第二凸透镜5组合的焦距为f₁的镜头座25用螺母23固定在铝质圆盘24上，再将固定套40与镜头座25用螺钉26固定，这时先把第二望远物镜6组成的焦距为f₂的后焦点正好落在摄像头的靶面A′上，然后再将连接调整座28与镜头座29前端的螺丝拧紧，放入固定套40中，通三个均分的中心调整螺钉27调节图像中心位置并紧固，以保证观察目标不偏离屏幕。

在铝质圆盘24上，由螺钉45固定直角定位板44，用螺钉43，41，37分别把焦距为f₁的镜头座25，固定套40及摄像头32与直角定位板44相固紧，以保证仪器使用的可靠性。

由于上述结构，因此在电动变倍时，三种目标在显示屏的像都只有大小的变化而没有清晰度的变化，不需要重新调焦，且图像均在屏幕之内。

本发明原子实施例给出了采用无级变倍的光学系统，当然还可使用定焦放大系统，这里不再例举。

Claims (9)

1、一种多功能光电显像装置，包括显像筒、控制盒、摄像机、显示器，其特征在于所述显像筒包括第一望远物镜，第二望远物镜，所述第一和第二望远物镜依次同轴设置，使目标或者目标的像成像在第一望远物镜的前焦点上，所述摄像机的摄像头的靶面放置在第二望远物镜的后焦点上，使整个光学系统物像共轭，在所述第一望远物镜和所述第二望远物镜之间，及所述第二望远物镜与所述摄像头之间分别设有图像对中装置，使被观察物的中心始终在荧屏显示的范围内，在所述第一望远物镜前设置连接装置，用于连接活动物镜。

2、根据权利要求1所述的多功能光电显像装置，其特征在于第一望远物镜由第一凸透镜、可移动负透镜和第二凸透镜组成，其中可移动负透镜可由微电机或者手动带动沿光轴移动。

3、根据权利要求1或2所述多功能光电显像装置，其特征在于所述第一望远物镜和第二望远物镜之间的图像对中装置，包括固定套，固紧螺钉，连接调整座及中心调整螺钉。

4、根据权利要求3所述的多功能光电显像装置，其特征在于所述第一望远物镜、固定套、摄像头都和直角定位板相固接。

5、根据权利要求4所述的多功能光电显像装置，其特征在于所述活动物镜为显微观察物镜或者近距观察物镜或者远距观察物镜，使得观察目标分别经所述活动物镜所成的一次像均落在第一望远物镜的前焦点上。

6、根据权利要求5所述的多功能光电显像装置，其特征在于所述显示器的大小与所用摄像头靶面尺寸之间放大比例关系固定。

7、根据权利要求6所述的多功能光电显像装置，其特征在于所述放大比例关系为：21英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为66.6，对应1/3英寸靶面，放大倍率为88.8。

8、根据权利要求6所述的多功能光电显像装置，其特征在于所述放大比例关系为：17英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为54，对应1/3英寸靶面，放大倍率为72。

9、根据权利要求6所述的多功能光电显像装置，其特征在于所述放大比例关系为：14英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为44.5，对应1/3英寸靶面，放大倍率为59.3；12英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为38，对应1/3英寸靶面，放大倍率为51；9英寸显示屏，对应1/2英寸靶面，放大倍率为28.6，对应1/3英寸靶面，放大倍率为38。

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