[发明专利]一种小型化光学显微镜的直筒式组合设计方法

说明书

本发明公开了一种小型化光学显微镜的直筒式组合设计方法，确定显微镜的光路结构，计算物镜的物方焦距以及光学筒长，确定最小系统放大倍数，确定缩小比例，根据缩小比例缩小光学筒长，计算缩小后的共轭距离，加入像差校正透镜组，在光学仿真软件中仿真调整，使得物体成像能被清晰分辨，将物镜和目镜与不同长度的镜筒进行直筒式组合连接，设计小型化显微镜系统的辅助照明系统。本发明显微镜体积小，便于携带，成像质量优良，可得到不同放大倍率的小型化系统。另外还设计了配套的辅助照明系统，可以引入外部光源为被观测样品提供照明，同时起到支撑作用，可以帮助调节和固定显微镜的位置，获得清晰成像。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种小型化光学显微镜的直筒式组合设计方法。

背景技术

在20世纪之前，人类仅用肉眼或者手持放大镜来观察世界上的物体，无法看到微小物质，直到人类发明了显微镜这一光学仪器之后，才开始对微观世界有了新的认识。显微镜是一种由一个或几个透镜的组合构成的光学仪器，它打开了人类视野的新大门，也让人类看到了一个全新的世界。从人们第一次看到微小的物质，到如今显微镜在医疗器械、生物研究、物质科学等方面发挥出巨大作用，显微镜不言而喻是人类认识微观世界的重要工具，也是研究人员从事科学研究所需要的一种不可或缺的仪器。

由于传统显微镜的体积较大，大多数都是放置在实验室的仪器台上使用，对使用环境有一定要求，使得显微镜的应用受到限制。随着技术的发展，显微镜的成像质量在不断提升，但很多新型的高分辨率显微镜的体积更加庞大，人们进行野外工作时，就会出现不便携带、不便放置以及不便操作等问题。为了适应不同环境的使用需求，需要对传统显微镜进行改造设计，缩减显微镜的尺寸和重量，这对提高显微镜的易用性具有重大意义。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种小型化光学显微镜的直筒式组合设计方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小型化光学显微镜的直筒式组合设计方法，包括以下步骤：

步骤1、确定显微镜的光路结构，显微镜的光路结构包括一个目镜和一个物镜；

步骤2、计算物镜的物方焦距f_o以及光学筒长Δ；

步骤3、根据人眼分辨角和物镜的数值孔径，确定最小系统放大倍数；

步骤4、根据最小系统放大倍数和基础系统放大倍数，确定缩小比例，系统基础放大倍数为物镜放大倍率和目镜放大倍率的乘积，缩小比例为最小系统放大倍数除以基础系统放大倍数；

步骤5、根据缩小比例缩小光学筒长Δ，计算缩小后的共轭距离L为L＝Δ+2f_o+X_F，其中，X_F＝f_of_o'/Δ，f_o'为物镜的像方焦距，f_o为物镜的物方焦距，物镜的像方焦距f_o'的数值等于物镜的物方焦距f_o的数值；

步骤6、在物镜后表面和目镜前表面之间加入像差校正透镜组，进行像差校正；

步骤7、在光学仿真软件中搭建按照缩小后的光学筒长Δ、缩小后的共轭距离L搭建目镜、像差校正透镜组、以及物镜，调整像差校正透镜组的各个透镜镜面的曲率半径和像差校正透镜组的的各个透镜的厚度，使得物体成像能被清晰分辨；

步骤8、改变最小系统放大倍数，重复第4和第7步操作，得到不同系统放大倍数下的小型化显微镜系统的光路结构。

一种小型化光学显微镜的直筒式组合设计方法，还包括以下步骤：

步骤9、将物镜和目镜与不同长度的镜筒进行直筒式组合连接，即可得到多种不同放大倍率的小型化显微镜系统。