CN107621692A - 一种物镜模块及显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物镜模块及显微镜，其中，该物镜模块包括物镜固定装置，用于固定物镜；样品放置装置，用于放置样品；以及连接装置，用于固定连接样品放置装置与物镜固定装置，使得放置在样品放置装置上的样品的观测面基本上在物镜固定装置上设置的物镜的焦平面上。显微镜包括该物镜模块和成像模块。本发明将目镜和物镜解耦合，使得物镜模块与成像模块之间的距离不再关键，从而成像模块可以方便地与物镜模块耦合形成显微镜,独立获取显微图像。

Description

一种物镜模块及显微镜

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，尤其涉及一种物镜模块及显微镜。

背景技术

传统光学显微镜通常由光学部分和机械部分组成，其中光学部分通常由物镜和目镜组成一个整体，物镜和目镜的距离是固定的。此外，有些显微镜配备数字相机以代替人眼摄像和记录。

作为手机等电子设备配件的微型相机性能不断提高，在透镜的焦距、色散和球差等参数上不断优化，可以快速自动对焦，能够适用于紧凑场合的光学成像。并且由于超大规模生产，其造价低廉，这使得显微镜模块化和小型化成为可能。

现有的基于移动设备的显微镜，大多仅将显微光学部件作为附件附着在移动设备上使用，但由于显微成像对光学元件的位置十分敏感，显微光学部件需要和移动设备相机紧密配合，并根据移动设备的不同选用不同的机械适配装置，这种方法通用性差，难以适应不同应用场景的需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种物镜模块及显微镜，通过优化显微镜各模块内部结构，使得能够方便地组装和使用显微镜。

根据本发明的一个方面，提供了一种物镜模块，包括：物镜固定装置，用于固定物镜；样品设置装置，用于设置样品；以及连接装置，用于固定连接样品设置装置与物镜固定装置，使得设置在样品设置装置上的样品的观测面基本上在物镜固定装置上固定的物镜的焦平面上。

这样可根据在物镜固定装置上固定的物镜焦距的不同，设置不同的物镜固定装置和样品设置装置的固定位置，使样品的观测面基本上在物镜的焦平面上，可以使成像清晰。

优选地，该物镜模块还包括：微调机构，用于对样品设置装置的位置进行微调。

这样可以使样品的观测面准确固定在物镜的焦平面上获得最清晰的成像。

优选地，该物镜模块还包括：物镜，固定在物镜固定装置上。

优选地，连接装置具有多个离散的固定连接位置，分别对应于多个物镜的焦距，

在使用其中一个固定连接位置来固定连接样品设置装置与物镜固定装置，并且在物镜固定装置上固定对应于一个固定连接位置的物镜的情况下，设置在样品设置装置上的样品的观测面基本上在物镜的焦平面上。

这样可以方便地根据固定的物镜的焦距不同，在不同的固定连接位置上固定连接样品设置装置与物镜固定装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种显微镜，包括上述的物镜模块以及成像模块，成像模块包括目镜和光电传感器。

这样显微镜对物镜模块和成像模块之间的距离不再敏感，可以改变物镜模块和成像模块之间的距离而不影响显微成像的质量。

优选地，成像模块是微型相机，其中目镜是微型相机的透镜，光电传感器是微型相机的光电传感器。

这样可以充分利用微型相机的良好性能，自动对焦，独立获取显微图像。

优选地，物镜模块可拆卸地安装在成像模块的取景区。

优选地，显微镜包括多个物镜模块，分别对应于具有不同焦距的物镜。

这样可以组合成不同类型和放大倍数的显微镜头。

优选地，该显微镜还包括：照明模块，用于照射样品的观测面或样品观测面的背面。即根据光路形式形成透射式和反射式显微镜。

优选地，该显微镜还包括：半透半反镜，设置在物镜模块的中心轴线上并与其成45度夹角，照明模块发出的光束的中心线基本上与物镜模块的中心轴线垂直，使光束经半透半反镜的反射后照射在样品的观测面上。

优选地，照明模块包括光源和凸透镜，凸透镜用于将光源发出的光束会聚到样品的观测面或样品观测面的背面。

优选地，照明模块还包括遮光片，用于遮挡光源发出的光束的中心部分。

优选地，遮光片能够在遮光位置和不遮光位置之间切换。

这样可以使显微镜在明场和暗场之间切换，以适用不同类型的待观测样品，还可以改变光束的光路，使光束在正入射和斜入射之间切换。

优选地，该显微镜还可以包括：电路模块，用于对成像模块采集的图像进行处理和/或传输。

通过上述方案，显微镜可以独立获取显微图像，物镜模块和成像模块之间的距离不会影响显微成像的质量，有利于显微镜功能扩展，可通过各模块的不同组合或置换得到不同类型的显微镜，适用不同的应用场景，增加了显微成像的灵活性。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其特征在于，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一实施例的物镜模块的示意性结构图。

图2示出了根据本发明一实施例的显微镜的示意性结构图。

图3示出了根据本发明一实施例的显微镜光路示意图。

图4示出了根据本发明一实施例的显微镜光路示意图。

图5示出了根据本发明一实施例的显微镜光路示意图。

图6示出了根据本发明一实施例的显微镜光路示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如上所述，为了使显微镜成像不受物镜模块与成像模块之间距离的影响，本发明提供了一种物镜模块，通过根据物镜不同的焦距，设置不同的物镜模块，使得样品观测面基本上在物镜的焦平面上，这样可以方便地通过置换或组合不同类型的功能模块得到不同类型的显微镜。

下面参考附图和实施例详细描述本发明的技术方案。

图1示出了根据本发明一实施例的物镜模块100的示意性结构图。

如图1所示，物镜模块100可以包括：物镜固定装置110、样品设置装置130以及连接装置120。

其中，物镜固定装置110可以固定物镜111。样品设置装置130可以设置样品。连接装置120可以固定连接样品设置装置130与物镜固定装置110，使得设置在样品设置装置130上的样品的观测面基本上在物镜固定装置110上固定的物镜111的焦平面上。

物镜111具有一定的焦距，可以是一个透镜或若干个透镜组成的透镜组，为了减少相差通常使用透镜组合，可由不同材料、不同参数的透镜胶合而成。物镜可以采用手机相机透镜或CD、DVD播放器上的读写头上的非球面透镜以降低费用。

当期望拍摄观测的样品具有较大的表面时，样品设置装置130例如可以是一个搁置框架，通过该搁置框架，将物镜模块100放置在样品的检测面上，从使得观测面基本上在物镜固定装置110上固定的物镜111的焦平面上。当期望拍摄观测的样品较为微小时，样品设置装置130例如可以是一个样品支持结构，样品例如放置在载玻片上，然后载玻片放置在样品支持结构上，使样品的观测面基本上在物镜固定装置110上固定的物镜111的焦平面上。

当平行光进入物镜时，光线会向物镜主轴折射而聚成一点，这个会聚点就是物镜的焦点，即成像最清晰的点，由物镜的主焦点和众多的副焦点构成的垂直于主轴的平面就是物镜的焦平面，通过连接装置120将样品固定在物镜的焦平面附近可以使物镜获得较清晰的成像。这样，可以根据不同的物镜来确定样品设置装置的位置，进行离散的调节，省去了连续调焦，即调节工作距离的步骤，可以快速获取清晰的放大图像。

优选地，物镜模块100还可以包括微调机构(未示出)。微调机构可以对样品设置装置130的位置进行微调。

其中，微调机构可以是旋钮、齿轮、微调螺栓等，可以调节样品设置装置的垂直位置，将样品设置装置准确固定在物镜的焦平面上，使样品成像最清晰。也可以调节样品设置装置上的水平位置，使其待观测部分位于物镜的中心轴线处。

在一个优选的实施例中，连接装置120可以具有多个离散的固定连接位置，分别对应于多个物镜的焦距。

在使用其中一个固定连接位置来固定连接样品设置装置130与物镜固定装置110，并且在物镜固定装置110上固定对应于一个固定连接位置的物镜111的情况下，设置在样品设置装置130上的样品的观测面基本上在所述物镜111的焦平面上。

例如，可以在物镜模块100中设置多个卡槽，分别标记不同的物镜焦距，当在物镜固定装置中固定具有预定焦距的物镜时，可以将样品设置装置130插入对应焦距的卡槽中，这样设置在样品设置装置130上的样品的观测面就基本上在物镜111的焦平面上。

图2示出了根据本发明一实施例的显微镜200的示意性结构图。

如图2所示，显微镜200包括物镜模块100以及成像模块210，其中，成像模块210可以包括目镜211和光电传感器212。

在一个优选的实施例中，成像模块210是微型相机，目镜211可以是微型相机的透镜，光电传感器212可以是微型相机的光电传感器。目镜211和光电传感器212可以是分开单独使用的，在一个优选实施例中两者组合使用，可以提高成像效率和质量。

例如，成像模块210可以使用手机相机模块、手机相机透镜等配件，由于手机配件生产量大，使其造价低廉且性能良好，能够自动对焦，独立获取图像。其中，目镜211可以采用手机相机透镜或CD播放器、DVD机的读写头上的非球面透镜，由于非球面透镜的曲率半径随中心轴变化，可以最大限度的消除球差，改变光学品质，减少光学元件，从而降低设计成本。光电传感器212可以是CCD传感器或CMOS传感器，利用光电效应将光信号转换成电信号。

在一个优选的实施例中，物镜模块100可拆卸地安装在成像模块210的取景区。其中，可拆卸安装方式可以是夹持、咬合、螺旋扭转、插槽滑动等任何一种方式，使物镜模块100和成像模块210基本上处于连接的中心轴线处，从而使成像模块210能够获取显微图像。

在一个优选的实施例中，显微镜200可以包括多个物镜模块100，分别对应于具有不同焦距的物镜。

例如，在使用多个物镜模块100中一个固定连接位置来固定连接样品设置装置130与物镜固定装置110，并且在物镜固定装置110上固定对应于一个固定连接位置的物镜111的情况下，设置在样品设置装置130上的样品的观测面基本上在物镜111的焦平面上，因此可以使用多个物镜模块固定具有不同焦距的物镜，组成长镜头，得到不同放大倍数的显微镜。

在一个优选的实施例中，显微镜200还可以包括电路模块(未示出)，可以对成像模块210采集的图像进行处理和/或传输。

例如，通过目镜211生成的光学图像投射到光电传感器212表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，可以送到电路模块中进行图像压缩等处理，可以将处理后的图像无线传输到手机，或者通过USB接口传输到计算机中进一步处理，通过显示器就可以看到图像。电路模块可由电池或外接变压器电源供电。

图3-图6示出了包含照明模块300的显微镜光路示意图。

在一个优选的实施例中，显微镜200还可以包括照明模块300，照明模块300可以照射样品的观测面或样品观测面的背面。其中，照明模块300可以包括光源301和凸透镜302。凸透镜302可以将光源301发出的光束会聚到样品的观测面或样品观测面的背面。照明模块300对样品的照射方式可以采用透射式或反射式，光源可以通过一系列光学元件引导到样品上。

图3-图4示出的照射方式为反射式照明，可以用于观察不透明的样品，可以应用于金相显微镜或荧光显微镜。

如图3所示，当照明模块300照射到样品观测面时，可以在显微镜300中设置半透半反镜310。可以将半透半反镜310设置在物镜模块100的中心轴线上并与其成45度夹角，照明模块300发出的光束的中心线基本上与中心轴线垂直，使光束经半透半反镜310的反射后照射在样品的观测面上。

如图4所示，照明模块300还可以包括遮光片303。遮光片303可以遮挡光源301发出的光束的中心部分，可以通过设置遮光片303放置装置，使遮光片303在遮光位置和不遮光位置之间切换，这样可以是显微镜在明场照明和暗场照明之间切换。

照明光束经半透半反镜310反射后照射在样品的观测面，从样品上反射的光经物镜111和半透半反镜310，在成像模块210中成像。由于加入半透半反镜310，从样品上反射的光转换为平行光，从而使物镜模块100和成像模块210之间距离的变化不会影响显微成像的效果。

图5-图6示出的照射方式为透射式，适用于透明或半透明的样品。

如图5所示，照明光束的中轴与显微镜的光轴在同一直线上，可以分为临界照明和柯勒照明两种。光源照射到样品的散射光经物镜111转换为平行光，从物镜111透射的平行光经成像模块210的目镜211聚焦在光电传感器212上形成图像。这样显微镜对物镜模块100和成像模块210之间的距离不再敏感，在它们之间可以放置其他的光学元件或机械元件，如偏振期间、滤光片、光阑、相环等，形成其他类型的显微镜。

如图6所示，在照明模块300中加入遮光片303使显微镜变为暗场照明，暗场显微镜具有高分辨率和图像对比度高的特点。暗场显微镜利用斜射照明法阻挡透过样本细节的直射光，以反射光和衍射光来观察样本。例如，可以通过放置遮光片303挡住光源301发出的光束的中间部分，使光束斜入射照射在样品观测面的背面，这样就形成一个暗背景。因为照明光束中间部分被挡光片挡住，这样照明光源变成了一个光环，经透镜聚焦到样品上。从侧面照射到样品的光束，衍射或反射造成样品外形的侧影。因此暗场显微镜下可以看到物体的轮廓或物体的运动。

上述各模块可以置换或组合，例如，通过互换不同的物镜模块，可以得到不同放大倍数的显微成像系统，通过置换照明模块的光源，如白光LED或单一波长的激光光源，可以组成普通显微镜和荧光显微镜。通过置换照明模块改变照明的角度等。

通过上述技术方案，显微镜可以独立获取显微图像，物镜和目镜都可以使用手机相机透镜，降低了制作成本，并且成像模块可以直接利用手机相机模块，造价低且性能良好。由于物镜模块和成像模块之间的距离不会影响显微成像的质量，因此，显微镜可以做的很薄，例如可以是贴片型，具有很好的便携性，可通过各模块的不同组合或置换得到不同类型的显微镜，适用不同的应用场景，增加了显微成像的灵活性。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的物镜模块及显微镜。

针对常规的显微镜目镜和物镜连接在一起的结构，以及样品设置装置和传感器都是附加装置的设计。本发明将目镜和物镜解耦合，构建了物镜模块，通过将物镜模块中样品检测面基本上设置在焦平面，从而物镜模块的出射光基本上为平行光，使得物镜模块与成像模块之间的距离不再关键。

进一步将传感器和目镜耦合起来，成为成像模块，传感器可以设置在目镜的焦平面附件，从而可以方便地与物镜模块耦合形成显微镜。

进而使得有可能使用现成的已经广为使用的微型相机来作为成像模块，大幅降低成本，同时提高成像效果和便利性。另外，微型相机可以具有自调焦功能，即使物镜模块中样品检测面不严格在物镜焦平面上，出射光不严格为平行光，微型相机也可以通过自调焦而产生清晰的像。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (14)

1.一种物镜模块，其特征在于，包括：

物镜固定装置，用于固定物镜；

样品设置装置，用于设置样品；以及

连接装置，用于固定连接所述样品设置装置与所述物镜固定装置，使得设置在所述样品设置装置上的样品的观测面基本上在所述物镜固定装置上固定的物镜的焦平面上。

2.根据权利要求1所述的物镜模块，其特征在于，还包括：

微调机构，用于对所述样品设置装置的位置进行微调。

3.根据权利要求1所述的物镜模块，其特征在于，还包括：

物镜，固定在所述物镜固定装置上。

4.根据权利要求1所述的物镜模块，其特征在于，

所述连接装置具有多个离散的固定连接位置，分别对应于多个物镜的焦距，

在使用其中一个固定连接位置来固定连接所述样品设置装置与所述物镜固定装置，并且在所述物镜固定装置上固定对应于所述一个固定连接位置的物镜的情况下，设置在所述样品设置装置上的样品的观测面基本上在所述物镜的焦平面上。

5.一种显微镜，其特征在于，包括：

如权利要求1-4任一项所述的物镜模块以及成像模块，

所述成像模块包括目镜和光电传感器。

6.根据权利要求5所述的显微镜，其特征在于，所述成像模块是微型相机，所述目镜是微型相机的透镜，所述光电传感器是微型相机的光电传感器。

7.根据权利要求5所述的显微镜，其特征在于，所述物镜模块可拆卸地安装在所述成像模块的取景区。

8.根据权利要求5所述的显微镜，其特征在于，

包括多个所述物镜模块，分别对应于具有不同焦距的物镜。

9.根据权利要求5所述的显微镜，其特征在于，还包括：

照明模块，用于照射样品的观测面或所述样品观测面的背面。

10.根据权利要求9所述的显微镜，其特征在于，还包括：

半透半反镜，设置在所述物镜模块的中心轴线上并与其成45度夹角，所述照明模块发出的光束的中心线基本上与所述中心轴线垂直，使所述光束经所述半透半反镜的反射后照射在所述样品的观测面上。

11.根据权利要求9所述的显微镜，其特征在于，

所述照明模块包括光源和凸透镜，所述凸透镜用于将所述光源发出的光束会聚到样品的观测面或样品观测面的背面。

12.根据权利要求11所述的显微镜，其特征在于，所述照明模块还包括遮光片，用于遮挡所述光源发出的光束的中心部分。

13.根据权利要求12所述的显微镜，其特征在于，所述遮光片能够在遮光位置和不遮光位置之间切换。

14.根据权利要求5-13中任何一项所述的显微镜，其特征在于，还包括：

电路模块，用于对所述成像模块采集的图像进行处理和/或传输。