CN210514774U - 一种高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，包括在物面(1)和像面(6)之间依次设置的具有正光焦度的第一透镜组(2)、具有正光焦度的第二透镜组(3)、具有负光焦度的第三透镜组(4)和具有负光焦度的第四透镜组(5)；所述第一透镜组(2)与第四透镜组(5)为固定组；第二透镜组(3)为变倍组，通过沿光轴O移动实现不同的放大倍率以及放大倍率的连续变倍；第三透镜组(4)为补偿组，通过沿光轴O移动对放大倍率变化进行倍率补偿。本实用新型物镜的放大倍率低至4×～6×，高至32×～48×，变倍比达8倍以上，可用于观察不同尺寸的物体细节，克服目前高倍率显微镜倍率选择有限的通病。

Description

一种高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜

技术领域

本实用新型涉及显微镜技术领域，具体涉及一种高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜。

背景技术

显微镜是将微小物体或物体的微细部分高倍放大以便于观察或检测的光学装置。连续变倍的显微镜是指其放大倍率可在一定范围内连续变化的显微镜，可以更方便地观察不同尺寸物体的微细结构。

目前的连续变倍显微镜主要为体视显微镜，其变倍比可以达到10倍或以上，但放大倍率大部分都在0.5×～7×范围，放大倍率较低。

其他类型显微镜如生物或金相等显微镜很少有连续变倍物镜。为了实现对物体不同细节的观测需要，往往借助于物镜转换器，通过在物镜转换器上安装不同倍率的物镜实现。但缺点是放大倍率的选择有限，只有6种左右的固定倍率。

公开号为CN 106842531A的专利说明书公开了一种可连续变倍的显微镜物镜，包括物镜座、设置在物镜座的空腔中且可沿空腔轴线方向移动的变倍组和补偿组，物镜座的外壁上套接有变倍套，变倍组和补偿组均通过连接件分别与变倍套中的两个曲线导槽插接，物镜座的侧壁上设置有供连接件滑动的滑槽，变倍组包括变倍座，补偿组包括补偿座，变倍座与补偿座活动插接；通过采用变倍座与补偿座活动插接的结构，当变倍组和补偿组在物镜座内的空腔中移动时，变倍组和补偿组能够始终保持很好的同心度，从而能够保证物镜的稳定度。上述技术方案虽然可实现连续变倍，但其目的主要是使变倍组和补偿组之间的同心度高、移动稳定性高。至于该显微镜物镜具体的连续变倍效果却没有任何涉及。而且，上述技术方案也没有具体阐述变倍组和补偿组的透镜组合和结构特征等。

数码显微镜是将显微镜看到的实物图像通过图像传感器，成像在显微镜自带的屏幕上或计算机上。

数码显微镜的主要好处在于：传统的光学显微镜只能供一人使用，要分享显微镜的影像很困难，而要拍摄显微镜内的影像，亦往往需要用到特别的仪器帮助。然而，数码显微镜可以通过传感器将显微图像直接显示到显微镜自带屏幕或传输到电脑进行进一步分析和处理。

因此，亟待开发一种高放大倍率大变倍比的连续变倍显微镜物镜用于数码显微镜来填补市场空缺。

公告号为CN 201242610Y的专利说明书公开了一种连续变倍数码摄录显微物镜，包括依次设置的十三片透镜，构成接物透镜组和共辄距为∞的变焦距透镜组，变焦距透镜组包括依次设置的前固定组、变倍组、后固定组以及补偿组。上述连续变倍数码摄录显微物镜的变倍比可达8倍。

实用新型内容

针对本领域存在的不足之处，本实用新型提供了一种高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，以用于观察不同尺寸的物体细节，克服目前高倍率显微镜倍率选择有限的通病。

一种高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，包括在物面和像面之间依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、具有负光焦度的第三透镜组和具有负光焦度的第四透镜组；

所述第一透镜组与第四透镜组为固定组；

第二透镜组为变倍组，通过沿光轴O移动实现不同的放大倍率以及放大倍率的连续变倍；

第三透镜组为补偿组，通过沿光轴O移动对放大倍率变化进行倍率补偿。

所述高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜的放大倍率的改变是依靠各组分间的间隔的改变来实现的。该物镜通过两个固定组与两个移动组来实现变倍功能，其中固定组分为前固定组(第一透镜组)与后固定组(第四透镜组)，移动组分为变倍组与补偿组。前固定组与物面的距离固定不变，变倍组随放大倍率的变化作线性运动，移动距离与放大倍率的变化呈线性关系，补偿组随放大倍率的变化作非线性运动，移动距离与放大倍率的变化呈非线性关系，对变倍组的位移产生的倍率变化进行倍率补偿，后固定组保持像面位置不变并校正像差。

所述高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜的放大倍率低至4×～6×，高至32×～48×，变倍比达8倍以上。

作为优选，所述第一透镜组为前固定组，与物面的距离固定不变；

所述第一透镜组由具有正光焦度的平凸透镜、具有负光焦度的平凹透镜和具有正光焦度的第一双凸透镜组成；

所述平凹透镜与第一双凸透镜为胶合组件。

作为优选，所述第二透镜组由具有正光焦度的第二双凸透镜和具有负光焦度的第一弯月形透镜组成；

所述第二双凸透镜与第一弯月形透镜为胶合组件；

所述第二透镜组的移动距离为20～30mm。

作为优选，所述第三透镜组由具有负光焦度的第二弯月形透镜，具有负光焦度的第三弯月形透镜组成；

所述第二弯月形透镜与第三弯月形透镜为胶合组件；

所述第三透镜组的移动距离为70～80mm。

作为优选，所述第四透镜组为后固定组，与像面的距离固定不变；

所述第四透镜组由具有负光焦度的双凹透镜、具有负光焦度的第四弯月形透镜和具有正光焦度的第三双凸透镜组成；

所述第四弯月形透镜与第三双凸透镜为胶合组件。

作为优选，所述高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜满足以下条件：

0.2<|f1/f|<2.2；

0.5<|f2/f|<6.1；

0.8<|f3/f|<8.9；

2.0<|f4/f|<23.3；

其中，f为所述数码显微镜物镜的总焦距，f1为所述第一透镜组的焦距，f2为所述第二透镜组的焦距，f3为所述第三透镜组的焦距，f4为所述第四透镜组的焦距。

作为优选，所述第一透镜组与第二透镜组的最小间隔为5mm；

所述第二透镜组与第三透镜组的最小间隔为4mm。

作为优选，所述高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜的焦距范围为 5～61mm，工作距离为5～15mm。

作为优选，所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜还包括光阑，设于第三透镜组的第二弯月形透镜处，所述光阑口径在变倍过程中保持不变。

所述前固定组与物面距离固定不变，因此不同放大倍率下其工作距离 (即物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离)恒定且达到5mm以上；由后固定组校正像差后，控制所有变倍位置的畸变都在1％以内，可用于观察与测量。

所述光阑口径在变倍过程保持不变，但整个物镜的物方数值孔径会随着倍率的变化而变化，符合显微系统不同倍率情况下不同的数值孔径的要求。

本实用新型与现有技术相比，主要优点包括：本实用新型设计实现了光学放大倍率连续变倍，放大倍率低至4×～6×、高至32×～48×，其变倍比可达到8倍以上的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，且成像清晰、结构简单、使用简便、工作距离恒定。该物镜实现连续变倍的同时解决了传统显微镜需要切换物镜、目镜的不便之处，可直接匹配图像传感器进行进一步的分析处理，实现显微镜的数字化。

附图说明

图1为具有不同光学倍率设定的数码显微镜物镜示意图；

图2为最小倍率(5×)调制传递函数(MTF)曲线图；

图3为中间倍率(20×)MTF曲线图；

图4为最大倍率(40×)MTF曲线图；

图5为最小倍率(5×)点列图；

图6为中间倍率(20×)点列图；

图7为最大倍率(40×)点列图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

本实施例的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜如图1所示，从物面1到像面6的方向上依序包括：物面1、具有正光焦度的第一透镜组2、具有正光焦度的第二透镜组3、具有负光焦度的第三透镜组4、具有负光焦度的第四透镜组5、保护玻璃7以及像面6。

第一透镜组2与第四透镜组5为固定组。

第二透镜组3为变倍组，通过沿光轴O移动实现不同的放大倍率以及放大倍率的连续变倍。

第三透镜组4为补偿组，通过沿光轴O移动对放大倍率变化进行倍率补偿。

本实施例物镜适用于数码显微镜领域，能够实现光学放大倍率 5×～40×连续变化，且达到8倍的大变倍比。

第一透镜组2为前固定组，由具有正光焦度的平凸透镜21、具有负光焦度的平凹透镜22和具有正光焦度的第一双凸透镜23组成，其中平凹透镜22与第一双凸透镜23为胶合组件，且该透镜组与物面1的距离固定不变。

第二透镜组3为变倍组，由具有正光焦度的第二双凸透镜31和具有负光焦度的第一弯月形透镜32组成，其中第二双凸透镜31与第一弯月形透镜32为胶合组件，且该透镜组沿光轴O作线性运动，第二透镜组3的移动距离为20～30mm。

第三透镜组4为补偿组，由具有负光焦度的第二弯月形透镜41和具有负光焦度的第三弯月形透镜42组成，其中第二弯月形透镜41与第三弯月形透镜42为胶合组件，且该透镜组沿光轴O作曲线运动，第三透镜组 4的移动距离为70～80mm。

第四透镜组5为后固定组，由具有负光焦度的双凹透镜51、具有负光焦度的第四弯月形透镜52和具有正光焦度的第三双凸透镜53组成，其中第四弯月形透镜52与第三双凸透镜53为胶合组件，且该透镜组与像方平面的距离固定不变。

本实施例物镜满足以下条件：

f1＝11.2mm，

f2＝31.2mm，

f3＝-45.5mm，

f4＝-118.8mm；

其中，f1为第一透镜组2的焦距，f2为第二透镜组3的焦距，f3为第三透镜组4的焦距，f4为第四透镜组5的焦距。

实施例物镜的光阑设置于第三透镜组4的第二弯月形透镜41处，光阑口径在变倍过程中保持不变。

表1对实施例物镜不同放大倍率下对应的各参数进行了详细说明。其中规定了本实用新型所述物镜中各透镜的各个面曲率半径(R)、各面与前一面的距离即厚度(D)、各元件的折射率(n)。厚度D以各面与光轴O 的交点之间的距离计算。

表1

序号	曲率半径(R/mm)	厚度(D/mm)	折射率(n)
				物面	Infinity	5
1#	Infinity	3	1.8
				2#	-9	6
3#	Infinity	2	1.9
				4#	14	4	1.5
5#	-13	83；56；39；27；13；5
				6#	26	4	1.7
7#	-15	3	1.9
				8#	-49	10；4；5；8；17；28
9#	19	3	1.7
				10#	7	3	1.9
11#	9	22；55；70；79；84；82
				12#	-12	3	1.7
13#	12	10
				14#	21	2	1.8
15#	9	3	1.7
				16#	-27	28
17#	Infinity	1	1.5
				18#	Infinity	2

表1中，半径R为正数，表示该面的凹向像面6一侧；半径R为负数，表示该面凹向物面1一侧；半径R为无穷大(Infinity)表示该面为平面。

表1中的序号按照物面1至像面6的方向顺序排列标记，例如：1#、 2#为平凸透镜21的两个面，其中1#为靠近物面1一侧的面，为平面，2# 为靠近像面6一侧的面，凹向物面1；4#为平凹透镜22与第一双凸透镜 23的胶合面，凹向像面6；9#为第二弯月形透镜41靠近物面1一侧的面，也是光阑位置；18#为保护玻璃7靠近像面6一侧的面，为平面。

表1中，物面1对应厚度D为5mm，表示物面1和平凸透镜21的 1#面的距离为5mm，该距离即为本实施例物镜的工作距离；1#面对应厚度D为3mm，表示1#面与2#面的距离为3mm，即平凸透镜21的厚度为3mm；依次类推；18#面对应厚度D为2mm，表示18#面与像面6的距离为2mm。

本实施例中，设定物方数值孔径与不同倍率的对应关系如表2所示。

表2

倍率	物方数值孔径
		5×	0.12
10×	0.14
		15×	0.16
20×	0.20
		30×	0.30
40×	0.40

本实施例中，所述物镜的MTF曲线图如图2～4所示。在不同倍率的情况下，各视场的MTF曲线集中且接近衍射极限。表3列出本实施例所述数码显微镜物镜与普通光学显微镜物镜可分辨的线对数，对比可知，本实施例能够分辨的线对数更高，成像的对比度更好。

表3

放大倍率	普通光学显微镜(lp/mm)	本实施例所述物镜(lp/mm)
			5×	250	320
20×	800	840
			40×	1160	1400

本实施例中，所述物镜的点列图如图5～7所示。不同倍率的不同视场对应的点列图RMS尺寸都在一个像素大小范围内，分辨率满足图像传感器的要求。

本实施例中，所述物镜达到以下的光学指标：

焦距：f’＝5.1～60.9mm；

工作距离：5.2mm；

畸变：<0.55％(所有变倍位置)；

分辨率：可匹配1/3英寸及1/3英寸以下、350～500万像素图像传感器。

此外应理解，在阅读了本实用新型的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，包括在物面(1)和像面(6)之间依次设置的具有正光焦度的第一透镜组(2)、具有正光焦度的第二透镜组(3)、具有负光焦度的第三透镜组(4)和具有负光焦度的第四透镜组(5)；

所述第一透镜组(2)与第四透镜组(5)为固定组；

第二透镜组(3)为变倍组，通过沿光轴O移动实现不同的放大倍率以及放大倍率的连续变倍；

第三透镜组(4)为补偿组，通过沿光轴O移动对放大倍率变化进行倍率补偿。

2.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，放大倍率低至4×～6×，高至32×～48×，变倍比达8倍以上。

3.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，所述第一透镜组(2)为前固定组，与物面(1)的距离固定不变；

所述第一透镜组(2)由具有正光焦度的平凸透镜(21)、具有负光焦度的平凹透镜(22)和具有正光焦度的第一双凸透镜(23)组成；

所述平凹透镜(22)与第一双凸透镜(23)为胶合组件。

4.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，所述第二透镜组(3)由具有正光焦度的第二双凸透镜(31)和具有负光焦度的第一弯月形透镜(32)组成；

所述第二双凸透镜(31)与第一弯月形透镜(32)为胶合组件；

所述第二透镜组(3)的移动距离为20～30mm。

5.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，所述第三透镜组(4)由具有负光焦度的第二弯月形透镜(41)，具有负光焦度的第三弯月形透镜(42)组成；

所述第二弯月形透镜(41)与第三弯月形透镜(42)为胶合组件；

所述第三透镜组(4)的移动距离为70～80mm。

6.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，所述第四透镜组(5)为后固定组，与像面(6)的距离固定不变；

所述第四透镜组(5)由具有负光焦度的双凹透镜(51)、具有负光焦度的第四弯月形透镜(52)和具有正光焦度的第三双凸透镜(53)组成；

所述第四弯月形透镜(52)与第三双凸透镜(53)为胶合组件。

7.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，所述数码显微镜物镜满足以下条件：

0.2<|f1/f|<2.2；

0.5<|f2/f|<6.1；

0.8<|f3/f|<8.9；

2.0<|f4/f|<23.3；

其中，f为所述数码显微镜物镜的总焦距，f1为所述第一透镜组(2)的焦距，f2为所述第二透镜组(3)的焦距，f3为所述第三透镜组(4)的焦距，f4为所述第四透镜组(5)的焦距。

8.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，所述第一透镜组(2)与第二透镜组(3)的最小间隔为5mm；

所述第二透镜组(3)与第三透镜组(4)的最小间隔为4mm。

9.根据权利要求1所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，所述数码显微镜物镜的焦距范围为5～61mm，工作距离为5～15mm。

10.根据权利要求5所述的高放大倍率大变倍比数码显微镜物镜，其特征在于，还包括光阑，设于第三透镜组(4)的第二弯月形透镜(41)处，所述光阑口径在变倍过程中保持不变。

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