一种外置折反式连续变倍显微镜、机械封装结构、夹持装置及照明电路

本发明涉及光学系统设计领域及显微仪器，具体而言，涉及一种折反式连续变倍显微镜头、机械封装结构、夹持装置及led照明电路。

背景技术：

1、显微镜给人类带来了一个前所未有的奇妙世界。借助显微镜，人类第一次能够观察到通过肉眼所不能观察到的生物以及这些生物的内部结构，所以，科学家也可以通过它来进行科学研究，发现新生物。显微镜的应用十分的广泛，它不仅能够应用在生物学领域，在其它医学、天文学、材料学等科学领域也发挥着举足轻重的作用。正因为显微镜扮演着如此重要的角色，才使得科研领域的每一次革新都离不开它，所以，显微镜就成为了科学发展的重要标。显微镜的基本成像原理为：微小物体经过显微物镜和显微目镜的两次放大，使人眼能够观察得到，这样人们就获得了微小物体的内部结构信息。很早之前，人类就发现了玻璃球有能起到对微小物体放大的作用，经过一段时间的研究后，人类才得到了具体的放大法则，对显微镜的认识也就更加深刻了。

2、随着科学技术、半导体加工、精密制造技术的快速发展，物体表面形貌测量变得越来越重要，表面三维细节的可视化有助于研究人员对物体表面质量进行准确评估，发现新的功能材料，提高器件性能。由于显微镜具有较高的分辨率，且能实现与物体非接触测量，避免测量时因接触带来的损伤和误差，它被广泛应用于各种精的3d测量领域。比如，近场扫描光学显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜以及普通光学显微镜都可以进行3d表面的高精度测量。但是这些方法之间仍存在许多的问题，它们对环境要求高，实现过程复杂，分辨率以及测量精度较低，在表面轮廓测量领域的应用受到极大的限制。

3、便携式显微镜的发展趋势主要为：显微传感单元的小型化、检测领域多样化和结果数据分析处理的智能化方向。其中在显微传感单元小型化方面，光电，光纤，微光学和微机电系统(mems)等各种光学技术的快速发展进一步为光学成像平台小型化及成本的降低提供了关键技术条件，同时嵌入微流控系统的光学传感检测平台为检测领域的拓展提供了新可能。在检测对象方面，便携式显微镜已经在人体健康监测、环境和水质监测及食品监测领域有了较成熟的应用。在数据处理分析智能化方面，通过将显微观测图像进行深度分析与数据处理，拓展了检测领域，尤其在结合云端服务器数据处理、传感检测的校正和补偿后大大提高了显微检测系统的精准分析能力。

4、手机的数码相机功能指的是手机通过内置或者外置的数码相机对静态图或者动态短片的拍摄功能。自2000年日本夏普公司推出全球首款照相手机以来，照相手机受到市场的极大欢迎。作为手机的一项附加功能，数码相机功能在短短的数十年之间得到了迅速的发展，并取得了一定的成效。随着各项技术的提升，手机附加的数码相机的拍摄效果也是越来越接近传统的卡片相机甚至是低端的单反相机。手机作为人们几乎随时携带的数码设备，为拍摄记录身边发生的事情、偶然遇见的景色提供了便利。

5、作为一个交叉的产品，手机和显微镜的组合可以使人们更方便的通过手机进行微观世界的拍摄。这也就是手机外置显微镜头的概念。通过在手机内置镜头的外部再加上一个外置的镜头，使得手机的拍摄功能更为强大。通过外置手机镜头的设计使得手机就能完成显微功能，在观察的同时还能完成记录功能，而且免去了携带装置的不便。但是目前手机外置显微镜头不能实现连续变焦，而且在便携和性能方面还有较大的进步空间。

技术实现思路

1、本发明提供了一种手机外置折反式连续变倍显微镜，该显微镜的光学系统，具有可连续变焦、体积小、便携易安装的特点。

2、对于连续变焦，本发明的放大倍数范围为100倍至500倍，其中物镜组放大倍数为20倍至50倍，目镜放大倍数为5倍至10倍。目镜可搭配手机镜头本身变焦功能获得更大的放大倍数

3、下面为该折反式连续变倍显微镜的镜头结构，光学镜头基本结构如图1所示

4、本发明提供了一种小体积、连续变焦的显微镜头的解决方案：所述光学系统镜头模组自左至右依次排列为物面、第一至第三透镜、第二球面反射镜、第一球面反射镜和第四至第八透镜。其中第一球面反射镜为光阑。

5、所述第一透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，厚度为3.346mm；

6、所述第二透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，厚度4.308mm；

7、所述第三透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，其两个表面都为非球面，后表面开孔用来安装第二球面反射镜；厚度为2.679mm；

8、所述第一球面反射镜，其朝向物侧的一面为凹面反射面，中心区域开口用来通过第二球面反射镜反射的光线；

9、所述第二球面反射镜，其朝向物侧的一面为凹面，其朝向像侧的一面为反射面；

10、所述第四透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凹面，厚度为1.100mm；

11、所述第五透镜为双凹透镜；厚度为1.358mm；

12、所述第六透镜为双凸透镜；厚度为3.816mm；

13、所述第七透镜为弯月形透镜，其朝向物侧的一面为凸面；厚度为7.138mm；

14、所述第八透镜为双凸透镜；厚度为6.170mm；

15、进一步地，各个镜面曲率半径如下：

16、所述第一透镜前表面半径为-582.165mm，后表面半径为-620.731mm；

17、所述第二透镜前表面半径为-60.731mm，后表面半径为-36.796mm；

18、所述第三透镜前表面为非球面，半径为-66.293mm，二次球面常数k为15.618，四阶系数a为-7.442e-006，六阶系数b为-4.299e-009，八阶系数c为-5.325e-010，后表面为非球面，半径为4467.389mm；二次球面常数k为-3.454e+033，四阶系数a为-2.233e-008，六阶系数b为-2.834e-008，八阶系数c为-1.363e-010；

19、所述第一球面反射镜半径为-23.245mm；

20、所述第二球面反射镜半径为-4.093mm；

21、所述第四透镜前表面半径为-10.112mm，后表面半径为-65.348mm；

22、所述第五透镜前表面半径为-26.385mm，后表面半径为20.414mm；

23、所述第六透镜前表面半径为20.414mm，后表面半径为-31.585mm；

24、所述第七透镜前表面半径为82.995mm，后表面半径为18.569mm；

25、所述第八透镜前表面半径为18.569mm，后表面半径为-27.262mm。

26、各镜片焦距如下：

27、所述第一第二透镜为双胶合、焦距为正的透镜，其焦距为58.244mm；

28、所述第三透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-121.301mm；

29、所述第四透镜为焦距为负的透镜，其焦距为-23.387mm；

30、所述第五第六透镜为双胶合、焦距为正的透镜，其焦距为83.025mm；

31、所述第七第八透镜为双胶合、焦距为正的透镜，其焦距为50.420mm。

32、所述镜头的各个透镜的曲率半径r、中心厚度tc、折射率nd、阿贝常数vd满足表1所列的条件：

33、表1

34、

35、非球面数据如表2：

36、表2

37、

38、厚度(单位：mm)变焦数据如表3：

39、表3

40、 表面 物面 7 10 13 100倍 11.71638 20.63266 13.90885 19.86769 200倍 11.71638 47.77573 5.63966 10.77694 500倍 11.63207 151.88562 1.78801 3.81604

41、本发明还提供了用于封装显微镜头的机械封装结构：采用eva树脂外壳，所述壳体内部使用固化胶将所有透镜和球面反射镜固定。

42、本发明还提供了用于给显微镜提供照明的led照明电路：包括物方的led灯珠以及led灯珠的连续调挡电路，通过连续调挡电路可调整led灯珠的亮度；连续调挡电路包括直流电源、电容、晶体管和若干电阻组成，通过调节电阻大小以调整晶体管集电极输出信号大小，通过集电极信号大小调整led灯的亮度，为显微成像提供稳定充足的照明。

43、本发明还提供了用于将显微镜和手机外置式组装一起的夹持装置：包括带一定弹性的外壳，外壳一端设有卡槽，能够将手机卡入卡槽内，外壳另一端设置开口的筒，能够将变倍显微镜的机械封装结构插入筒内，所述开口的筒与壳体之间活动连接，即，开口的筒能够在壳体上移动以调整与壳体的相对位置。

44、本发明的有益效果：

45、(1)连续变焦，本发明显微镜头可连续变焦由100倍至500倍。

46、(2)通过夹持装置可安装在手机上，其体积小巧地特点使得其可以安装在手机镜头前，可结合led照明效果获取清晰的图像，通过手机镜头的放大功能获得更好的放大效果。

47、(3)高度便携，通过球面反射镜折反结构，解决了传统显微镜像距长的问题，100倍变焦镜筒长约8cm，适合日常生活随身携带，同时为在野外检测观察提供便捷。