CN204331133U - 高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高低倍共焦复合镜像面照度匹配装置。所述的装置包括在显微镜主光路中设置的高倍显微镜部分和在显微镜副光路中设置的低倍显微镜部分；所述的显微镜主光路中光轴上依次设置有物镜镜组、内照明环形光源、透反比例分光棱镜和构成高倍显微镜负组的镜组Ⅰ，组成复合显微镜的高倍显微镜部分。在与显微镜主光路中光轴线相垂直的光路光轴上固定设置有构成低倍显微镜负组的镜组Ⅱ，通过共用显微镜主光路中的物镜镜组、内照明环形光源和透反比例分光棱镜，组成复合显微镜的低倍显微镜部分。本实用新型结构简单，解决了高倍显微镜与低倍显微镜对相同物面成像所引起的照度不匹配问题。
Description
技术领域
本实用新型属于光学测量领域，特别涉及一种高低倍共焦复合镜像面照度匹配装置，尤其是针对相同物面不同倍率双像面成像的照度匹配。
背景技术
目前，显微镜具有广泛的应用。高倍显微镜便于分辨目标细节，测量精度高，但高倍显微镜具有小视场、小景深、对焦困难以及寻找目标困难等缺点；低倍显微镜具有大视场、大景深、易于对焦的优点，但是低倍显微镜分辨力较低，不宜进行高精度测量。针对不同应用，开发了不同放大倍率、不同工作距离、不同数值孔径的各类光学显微镜，也设计了灵活性更好的变焦显微镜，但是观察和测量需要同时分辨细节和大视场的问题没有得到很好的解决。一般装置通过更换不同倍率镜进行切换，因为高低倍光学显微镜焦面不一致需要重新对焦，不仅不便且同一时间只能满足大视场与高分辨力二者之一；变焦显微镜虽然解决了方便性的问题，但其结构复杂，且变焦导致的光轴变化会影响定位和瞄准测量,也没解决观察和测量需要同时分辨细节和大视场的问题。目前公知的显微镜成像照度设计在于调整物面照度获得适当的像面照度。对相同物面不同倍率双像面成像导致的双像面难以同时获得适当照度问题，通过目前公知的调整物面照度的方法不能解决；依靠相机自动增益控制是一种选择，但其增益调整范围受限于光电信号的信噪比以及光电变换的饱和阈值，实际效果非常有限。对相同物面不同倍率双像面成像的高低倍复合显微镜不能同时获得高低倍的满意成像质量。名称为“焊接装置用摄像装置及摄像方法”的发明（文件号 CN 101320703A）提供了一种高低倍组合光学摄像装置及摄像方法，对不同物面的衬底及高度方向阶梯差大的多段叠层半导体芯片摄取图像。不具有高低倍光学像面共焦特性，影响应用过程中的便利性，没有解决高倍显微镜与低倍显微镜对相同物面成像所引起的照度不匹配问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置。
本实用新型的高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置，其特点是：所述的匹配装置包括在显微镜主光路中设置的高倍显微镜部分和在显微镜副光路中设置的低倍显微镜部分；所述的显微镜主光路中光轴上依次设置有物镜镜组、内照明环形光源、透反比例分光棱镜和构成高倍显微镜负组的镜组Ⅰ，组成复合显微镜的高倍显微镜部分。在与显微镜主光路中光轴线相垂直的光路光轴上固定设置有构成低倍显微镜负组的镜组Ⅱ，通过共用显微镜主光路中的物镜镜组、内照明环形光源和透反比例分光棱镜，组成复合显微镜的低倍显微镜部分。
在复合显微镜主光路上外接CCD或CMOS图像传感器Ⅰ，在复合显微镜副光路上同样外接CCD或CMOS图像传感器Ⅱ。
所述的显微镜主光路中的物镜镜组中的透镜数量为1—8个。
所述的构成高倍显微镜负组的镜组Ⅰ中的透镜数量为1—8个；构成低倍显微镜负组的镜组Ⅱ中的透镜数量为1—8个。
所述的高低倍共焦复合显微镜像面匹配装置中的高倍和低倍复合显微镜，经物镜镜组到CCD或CMOS图像传感器Ⅰ及CCD或CMOS图像传感器Ⅱ，与两个被摄体摄像范围对应，具有从物镜镜组到双像面相等的双光程；高倍和低倍复合显微镜，经物镜镜组到CCD或CMOS图像传感器Ⅰ及CCD或CMOS图像传感器Ⅱ，由物镜镜组进入的光通量在双像面之间按照比例进行分配，一路经由单个反射面，另一路不经由反射面，在双像面上同时获得适当照度。
本实用新型的高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置，可以在高倍和低倍像面之间匹配光通量，再通过调整物面照度的方法在高低倍双像面同时获得适当照度，进而同时获得高倍和低倍的高质量图像。共焦的高低倍复合显微镜，在低倍像对焦的同时完成高倍像的初对焦，获得应用过程中的便利性。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光学装置，采用双光路复合高低倍复合显微镜共焦成像结构，一路高倍成像，作为光学装置高倍显微镜；另一路低倍成像，作为光学装置低倍显微镜；高倍显微镜与低倍显微镜的像面对应在相同物面上。在镜组Ⅰ与镜组Ⅱ重叠区间插入分光棱镜（透反比例分光棱镜），作为低倍镜组的光线转折部件和光学系统的唯一光线转折部件，实现对相同物面的高低倍显微镜同时成像；分光镜的透反比按照光学装置的实际参数设定成特定的比值，在高倍显微镜和低倍显微镜之间分配光通量，实现高低倍显微镜像面照度的匹配一致。光学装置获取的两路光学影像传至对应的光电图像传感器，光电图像传感器将光学影像转换成电信号，用于后续的图像处理和观测。
本实用新型的有益效果是：有效解决了相同物面高低倍复合显微镜成像带来的双像面照度不匹配问题；共焦的高低倍复合显微镜，在低倍像对焦的同时完成高倍像的初对焦，获得应用过程中的便利性；光学系统具有唯一光线转折部件，整体结构简单易于实现。可以用于显微镜高低倍共焦复合成像系统，有利于同时获得大视场和高分辨力的图像，解决视场与分辨力的相互制约问题。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理图；
图2是本实用新型实施例的机械结构剖面图；
图中，1. 被测物 2.物镜镜组 3.内照明环形光源 4.透反比例分光棱镜 5.镜组Ⅰ 6.镜组Ⅱ 7. CCD或CMOS图像传感器Ⅰ 8.CCD或CMOS图像传感器Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
图1是本发明的结构原理框图。图1中，物镜镜组2、环形内照明光源3以及透反比例分光棱镜4组成高倍显微镜与低倍显微镜的共用部分，镜组Ⅰ5构成高倍显微镜的负组，与共用部分构成高倍显微镜（光学显微镜主光路），CCD或CMOS图像传感器Ⅰ7作为高倍显微镜的图像传感器；镜组Ⅱ6构成低倍显微镜的负组，与共用部分共同构成低倍显微镜（光学显微镜副光路），CCD或CMOS图像传感器Ⅱ8作为低倍显微镜的图像传感器；本实用新型工作时，高倍显微镜与低倍显微镜具有共同的被测物1。被测物1的照度根据需要进行调整，入射光通量在透反比例分光棱镜2上按照设定比例分配在高倍像面和低倍像面上，在CCD或CMOS图像传感器Ⅰ7和CCD或CMOS图像传感器Ⅱ8同时得到照度适当的图像。
图2是本发明的实施例结构剖面图。图2中，本发明的复合显微镜采用双光路成像复合镜头设计，一路高倍小景深显微镜，作为光学显微镜主光路设计；另一路低倍较大景深显微镜，作为光学显微镜副光路设计。双光路高低倍复合显微镜，包括显微镜主光路、显微镜副光路、内照明环形光源3；显微镜主光路依次设置有物镜镜组2、分光棱镜4、镜组Ⅰ5；显微镜副光路依次设置有物镜镜组2、透反比例分光棱镜4、镜组Ⅱ6；物镜镜组2由三个透镜组成。在显微镜主光路上外接CCD或CMOS图像传感器Ⅰ7，在显微镜副光路上同样外接CCD或CMOS图像传感器Ⅱ8。高低倍显微镜系统采用长工作距物镜设计，利用正负两个组件组成，正、负组件间隔越远，工作距越长。物镜镜组2由三个透镜组成，即单透镜21、双胶合透镜22以及双胶合透镜23，每个透镜光焦度平均分配，以便于降低系统的高级像差，增大数值孔径NA。物镜镜组2作为双光路高低倍复合显微镜的正组，与内照明环形光源3、透反比例分光棱镜4构成显微镜系统的共用部分，内照明环形光源3采用LED绿光源，主波长为530nm。设计思路上，双光路高低倍复合显微镜的主光路设计思想与副光路设计思想一致，只是在像差校正以及倍率方面有所区别。因此，在实施方式中，两路光学设计均利用一个双胶合透镜分别作为显微镜负组设计，通过改变与物镜镜组的间距来获取合适的工作距。主光路中的镜组Ⅰ5采用双胶合透镜，与共用部分构成高倍显微镜部分；副光路中的镜组Ⅱ6采用双胶合透镜，与共用部分构成低倍显微镜部分。实施例中，利用CCD或CMOS图像传感器作为双光路的图像传感器，CCD或CMOS图像传感器与光学系统之间采用C-Mount接口，CCD或CMOS图像传感器Ⅰ7用于接受高倍图像，实现获取大细节、高分辨率图像，精密测量的目的；CCD或CMOS图像传感器Ⅱ8用于接受低倍图像，实现初对焦，找正被测物1的目的。被测物1的照度根据需要进行调整，入射光通量在透反比例分光棱镜2上按照设定比例分配在高倍像面和低倍像面上，在CCD或CMOS图像传感器Ⅰ7和CCD或CMOS图像传感器Ⅱ8同时得到照度适当的图像。
本实用新型的实施例中的物镜镜组透镜数量为3个，镜组Ⅰ、镜组Ⅱ中的透镜数量为1个，也可以采用1—8个中的任意组合。
本实用新型的高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置的两组镜头同时成像，被测物的照度根据需要进行调整，入射光通量在透反比例分光棱镜上按照设定比例分配在高倍像面和低倍像面，解决了高倍显微镜与低倍显微镜对相同物面成像所引起的照度不匹配问题。
Claims (4)
1.一种高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置，其特征在于：所述的匹配装置包括在显微镜主光路中设置的高倍显微镜部分和在显微镜副光路中设置的低倍显微镜部分；所述显微镜主光路中光轴上依次设置有物镜镜组（2）、内照明环形光源（3）、透反比例分光棱镜(4)和构成高倍显微镜负组的镜组Ⅰ(5)，组成复合显微镜的高倍显微镜部分；在与显微镜主光路中光轴线相垂直的光路光轴上固定设置有构成低倍显微镜负组的镜组Ⅱ(6)，通过共用显微镜主光路中的物镜镜组（2）、内照明环形光源（3）和透反比例分光棱镜（4），组成复合显微镜的低倍显微镜部分；
在复合显微镜主光路上外接CCD或CMOS图像传感器Ⅰ（7），在复合显微镜副光路上同样外接CCD或CMOS图像传感器Ⅱ（8）。
2.根据权利要求1所述的高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置，其特征在于：所述的显微镜主光路中的物镜镜组（2）中的透镜数量为1—8个。
3.根据权利要求1所述的高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置，其特征在于：所述的构成高倍显微镜负组的镜组Ⅰ（5）中的透镜数量为1—8个；构成低倍显微镜负组的镜组Ⅱ（6）中的透镜数量为1—8个。
4.根据权利要求1所述的高低倍共焦复合显微镜像面照度匹配装置，其特征在于：所述的高倍显微镜部分和低倍显微镜部分，经物镜镜组（2）到CCD或CMOS图像传感器Ⅰ（7）及CCD或CMOS图像传感器Ⅱ（8），与两个被摄体摄像范围对应，具有从物镜镜组（2）到双像面相等的双光程；高倍显微镜部分和低倍显微镜部分，经物镜镜组（2）到CCD或CMOS图像传感器Ⅰ（7）及CCD或CMOS图像传感器Ⅱ（8），由物镜镜组进入的光通量在双像面之间按照比例进行分配，一路经由单个反射面，另一路不经由反射面，在双像面上同时获得匹配照度。
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