CN1209652C - 远距高倍短筒显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远距高倍短筒显微镜，包括准直透镜和目镜，准直透镜和目镜之间依次放置有微透镜列阵型角扩束器和聚焦透镜，显微镜的物平面位于准直透镜的焦平面上。满足以下条件其效果更好：角扩束器靠近但不接触准直透镜，聚焦透镜靠近但不接触角扩束器；角扩束器的孔径大于聚焦透镜的孔径。角扩束器的板面与显微镜的光轴垂直。目镜的前焦面在聚焦透镜的后焦面之前，目镜将聚焦透镜的后焦面上的像成一个位于明视距离处的虚象。由于加上了角扩束器，在系统总长度基本不增大了情况下，使显微镜放大率成倍增大，这样，就可以将一个远距低倍显微镜配一个N倍的微透镜列阵角扩束器，改造成一个远距高倍短筒显微镜。

Description

远距高倍短筒显微镜

技术领域

本发明涉及一种显微镜，具体地说，是一种远距高倍短筒显微镜。这种显微镜由准直透镜、微透镜列阵型角扩束器、聚焦透镜和目镜构成。

背景技术

普通显微镜是一种经典的光学仪器，它是由物镜和目镜组成。普通显微镜有如下性质：

物体S0距物镜OL的物方焦点F1很近，因此物距L0近似等于物镜的焦距F1，而物体经物镜所成的实像S1的像距L1远大于F1，因此物镜的放大率很大，等于L1/L0，并近似等于L1/F1，普通显微镜物镜倍数一般为40倍、60倍、100倍。S1位于显微镜目镜的焦点前，经目镜后成为一虚像S2，S2距目镜的距离为250mm，即人眼的明视距离。显微镜目镜EL的放大倍数＝250/F2，通常目镜倍数只有5倍、10倍、15倍，因此，显微镜总体的放大倍数主要由物镜决定。

显微镜的镜筒长度主要由L1决定，显然，受仪器尺寸限制，L1不能设计得很大，因此，当显微镜不能靠近被测物体时，L0就比较大，物镜放大倍数L1/L0就比较小，这就造成远距观察显微镜的放大倍数比较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷的远距高倍短筒显微镜，它解决了远距显微镜倍数小的问题，达到了远距高倍短筒的效果。

本发明的远距高倍短筒显微镜，包括准直透镜和目镜，其特征在于：所述准直透镜和目镜之间依次放置有微透镜列阵型角扩束器和聚焦透镜，显微镜的物平面位于准直透镜的焦平面上。

在满足下述条件时，本发明具有更好的技术效果：微透镜列阵型角扩束器靠近但不接触准直透镜，聚焦透镜靠近但不接触微透镜列阵型角扩束器；微透镜列阵型角扩束器的孔径大于聚焦透镜的孔径。微透镜列阵型角扩束器的板面与显微镜的光轴垂直。目镜的前焦面在聚焦透镜的后焦面之前，目镜将聚焦透镜的后焦面BF上的像成一个位于明视距离处的虚象。

新显微镜的工作过程是这样的：被测物体S0置于物镜CL的前焦平面上，因此物体上一点发出的球面波光束通过物镜CL后成为一平面光束，该平面光束与光轴的夹角由S0到光轴的距离决定，然后该平面光遇到微透镜列阵角扩束器，由微透镜列阵角扩束器的性质知道，从角扩束器出射的也是平面光，只是光线方向与光轴的夹角角度增大了。从角扩束器出射的平面光经过聚焦透镜FL后在其焦平面上聚焦成一实像S1，该实像经目镜最后成一个距目镜为人眼明视距离(250毫米~3米)的虚像S2。

从以上过程可知，系统总放大倍数由于微透镜列阵角扩束器的角放大和普通望远镜的角放大的共同贡献而增大：

系统总放大倍数＝F_FL/F1×M×(250/F2)

其中，F_FL是聚焦透镜FL的焦距，F1是准直透镜CL的焦距，M是微透镜列阵角扩束器的角放大率，F2是目镜焦距。

由于加上了微透镜列阵角扩束器，在系统总长度基本不增大了情况下，使显微镜物镜放大率成倍增大，这样，就可以将一个远距低倍显微镜配一个N倍的微透镜列阵角扩束器，改造成一个远距高倍短筒显微镜。

附图说明

图1普通显微镜示意图；图中：F1是物镜OL的焦点，F2是目镜EL的焦点，S0是被测物点，S1是物镜的像点，L1是物镜的像距，S2是目镜所成的虚像，L2是S2到目镜的距离。

图2为微透镜列阵型角扩束器的原理示意图；图中：f1是正透镜的焦距，f2是负透镜的焦距，T是正负透镜的间隔，F是正透镜和负透镜的公共焦点。

图3为微透镜列阵型角扩束器的结构示意图；图中：1是正透镜折射面，2是负透镜折射面，ab是入射的大孔径平面光束，a′b′是出射的小孔径平面光束，空心圆表示正透镜(左表面)的焦点F1，实心圆点表示负透镜(右表面)的焦点F2，空心圆与实心圆点同心。

图4为本发明显微镜的一个实例的示意图及实例。

具体实施方式

角扩束器的功能是将某一方向入射的平面光变换成另一方向的出射平面光，且入射光、出射光与光轴的夹角满足固定的放大倍数。角扩束器是由焦点重合的一正一负两个透镜或透镜组构成(图2a)，当一束平面光以角度θ入射于左边的正透镜上时，它被聚焦于正透镜的焦平面上，汇聚点至光轴的距离为f1×θ，由于正透镜的焦点与负透镜的焦点重合，因此，该汇聚光束经负透镜折射后，仍将成为一出射平面光，且其方向(图2b)为f1×θ/f2＝M×θ。

采用微透镜列阵的加工方法，可以在一块薄片基材的两边，分别做出正微透镜列阵和负微透镜列阵，并按光焦度为零的原则形成微角扩束器列阵(图3)。由于每一个微角扩束器的厚度都很小，因此微透镜列阵角扩束器的厚度也很小。

角扩束器的进一步说明请见中国发明专利申请“一种列阵型角扩束器”，申请号为03128299.7，申请日为2003年7月8日。

本发明将微透镜列阵角扩束器MLA置于显微镜物镜CL后，再在微透镜列阵角扩束器后依次放置一聚焦透镜FL和一目镜EL，构成一种新显微镜(图4)。

本发明的结构满足以下要求时，显微镜具有更好的技术效果：

1)准直透镜CL用于将被测物体上各点发出的光变成不同方向的平面光，因此，该镜要按照这一要求进行像差校正。

2)微透镜列阵型角扩束器MLA的孔径要大于聚焦透镜的孔径。

3)微透镜列阵型角扩束器的位置在准直镜后，他们之间的间隔在不接触的情况下应尽可能小。

4)微透镜列阵型角扩束器的板面与显微镜的光轴垂直。

5)聚焦透镜在微透镜列阵型角扩束器之后，他们之间的间隔在不接触的情况下应尽可能小。

6)聚焦透镜FL将各方向平面光聚焦在其后焦面BF上，因此，该镜要按照这一要求进行像差校正。

7)目镜EL的前焦面FF在聚焦透镜的后焦面BF之前，目镜将聚焦透镜的后焦面BF上的像S1成一个位于明视距离处的虚象S2。

图4是一个本发明显微镜的示意图及实例，其中，微透镜列阵型角扩束器的凸面半径＝0.400mm，凹面半径＝0.1091903mm，厚度T＝0.856mm，孔径＝0.44mm，材料折射率n＝1.5168，各微透镜中心按正三边形排列分布，中心距rc＝0.40mm。该微透镜列阵型角扩束器的角放大率＝2

显微镜准直镜CL参数为：焦距F1＝100，左表面曲率半径r1＝-1957.069mm，右表面曲率半径r2＝-48.18453mm，厚度d1＝5mm，孔径22mm，材料折射率n＝1.5168；

显微镜聚焦透镜FL参数为：焦距F_FL＝1 50，左表面曲率半径r3＝83.07187mm，右表面曲率半径r4＝517.9308mm，厚度d2＝3mm，孔径22mm，材料折射率n＝1.5168。

目镜参数为：左表面曲率半径r5＝89.9159mm，右表面曲率半径r6＝-14.14459mm，厚度d3＝3mm，目镜孔径＝14mm。材料折射率n＝1.5168。

准直镜与微透镜列阵型角扩束器间隔g1＝15mm，微透镜列阵型角扩束器与聚焦透镜间隔g2＝15mm，聚焦透镜与目镜间隔＝167.48mm。

本发明显微镜实例的工作距离为100mm，放大率为约30倍，筒长为250mm。

Claims (6)

1、一种远距高倍短筒显微镜，包括准直透镜和目镜，其特征在于：所述准直透镜(CL)和目镜(EL)之间依次放置有微透镜列阵型角扩束器(MLA)和聚焦透镜(FL)。

2、根据权利要求1所述的远距高倍短筒显微镜，其特征在于：被观察物体位于准直透镜(CL)的焦平面上，微透镜列阵型角扩束器(MLA)靠近但不接触准直透镜(CL)，聚焦透镜(FL)靠近但不接触微透镜列阵型角扩束器(MLA)。

3、根据权利要求1或2所述的远距高倍短筒显微镜，其特征在于：微透镜列阵型角扩束器(MLA)的孔径大于聚焦透镜(FL)的孔径。

4、根据权利要求3所述的远距高倍短筒显微镜，其特征在于：微透镜列阵型角扩束器(MLA)的板面与显微镜的光轴垂直。

5、根据权利要求4所述的远距高倍短筒显微镜，其特征在于：目镜(EL)的前焦面(FF)在聚焦透镜(FL)的后焦面(BF)之前，目镜(EL)将聚焦透镜(FL)的后焦面(BF)上的像(S1)成一个位于明视距离处的虚象(S2)。

6、根据权利要求1或2所述的远距高倍短筒显微镜，其特征在于：所述微透镜列阵型角扩束器(MLA)由n个相同的角扩束器组件构成面列阵，n≥2，各组件由正微透镜和负微透镜构成，正微透镜和负微透镜的焦距及其间隔应满足每一个由正微透镜和对应负微透镜构成的透镜组的整体光焦度为零；列阵中任一微透镜的中心与相邻微透镜的中心之间的距离相等。

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