数码用连续变倍显微物镜又称为单筒连续变倍数码显微镜,连续变倍数码显微镜,连续变倍工业镜头,连续变倍镜头等。
SZ0745数码用连续变倍显微物镜的基本原理如图 1所示。
图 1 SZ0745光学模型
SZ0745(如图 1所示)光学系统由三个主要模块组成:
辅助物镜,变倍主体和TV镜头。
物体位于辅助物镜的前焦平面,其尺寸用FOV(mm)表示。由不同物点发出或反射的光线经过辅助物镜后变为具有一定角度的平行光。平行光经过变倍主体后以放大或缩小的角度平行出射,再经TV镜头聚焦于成像面。(变倍主体包含前固定组,变倍组,补偿组和后固定组,变倍组和补偿组在图 1中以理想透镜的方式显示。)
辅助物镜决定着变倍数码显微镜的基本放大倍率。经辅助物镜出射的平行光角度越小,此时系统的放大倍率越大。变倍数码显微镜采用了无限远光路设计,辅助物镜与变倍主体之间的光路为“平行光”,所以任何以无限远光路设计的镜头都可以接到变倍主体的下端以实现不同的放大倍率。同时,模块化的设计便于在系统中使用其他成像或照明附件(平行光路)。
变倍主体是变倍数码显微镜***主要的模块,包括前固定组,变倍组,补偿组和后固定组。变倍主体收集经过辅助物镜产生的平行光,并将具有一定角度入射的平行光转换为不同角度(角度增大或减小)的平行光经后固定组出射。
TV镜头接收由变倍主体出射的平行光并将其聚焦于图像传感器感光面(像面)。TV镜筒具有C接口螺纹,可搭配C接口相机使用。用户可以选择不同放大倍率的TV镜头来适配不同尺寸的图像传感器。
辅助物镜相当于无限远显微镜的物镜,变倍主体与TV镜头组合起来相当于无限远显微镜的筒镜。
图 2当辅助物镜与变倍主体之间的距离由5mm增大到30mm时,光线被辅助物镜遮挡
系统的放大倍率(PMAG)是像平面的视场(FOV’,传感器成像面尺寸)与物平面的视场(FOV)的比值。
PMAG=FOV'[or Sensor Size in mm]/FOV[Object Size in mm]
数值孔径(NA)指由聚焦镜头形成的光锥角大小,描述了镜头收集光线的能力(与F/#数类似)。NA表示为以下公式,n是介质中的折射率(通常在空气中n=1),ø是入射光锥角度的一半(如图 1所示)。连续变倍数码显微镜的NA可以表示为:
NA=n*sinø
当在平行光路中引入同轴照明模块后,辅助物镜与变倍主体之间的距离增大,低放大倍率边缘视场角的光线会被遮挡,导致在保持图像传感器尺寸不变的情况下,低放大倍率会出现不均匀的照明。对于高放大倍率,这种不均匀照明的情况不会很严重。
二、SZ0745特点与性能:
SZ0745连续变倍数码显微镜变倍比达到8X,具有高分辨率与大景深,可工作在可见光波段与近红外波段。SZ0745使用起来灵活且方便,当需要高放大倍率时,可以选择高倍辅助物镜或无限远显微物镜安装于变倍主体下端。不同的配置可以实现0.18X-22.4X的放大倍率范围和160mm-37.5mm的工作距离(使用定制的辅助物镜或无限远显微物镜,放大倍率和工作距离范围可进一步扩大)。
SZ0745的主要特点如下:
1. 放大倍率:0.7X-5.6X(搭配2/3英寸相机和21英寸显示屏使用时,数码放大倍率22X-175X)
2. 大变倍比:8X
3. 大NA:0.018-0.092(使用1X辅助物镜)
4. 高分辨率:18.6um-3.65um(使用1X辅助物镜)
5. 大像面,***可适配图像传感器尺寸:2/3英寸(使用1X TV镜头)
6. 大视场:0.99mm-31.74mm
7. 工作距离:37.5mm-160mm
8. 可搭配无限远显微物镜使用(生物显微物镜与金相显微物镜均可)
9. 紧凑的尺寸:150mm x 40mm
10. 重量:480g(TBD)
SZ0745主要用于机器视觉,工业检测和科学研究。模块化的设计使其具有优异的光学性能。SZ0745结构紧凑,将所有的功能集中于单筒内,适合现代设备安装空间较小的场合。
SZ0745采用半复消色差平行光路系统,辅助物镜同TV镜均可任意搭配,可扩展性强。镜片采用先进的多层镀膜技术,很好的校正了边缘视场的像差。使用SZ0745可获得具有高分辨率和对比度的图像,重现观察目标***真实的色彩。
同轴照明模块采用高亮度3W LED,色温5500K,可实现均匀照明。适用于具有高反射率表面的精密检测。
透射式照明模块采用19颗高亮度LED,色温5500K,可实现均匀照明。适用于生物切片的观察。
三、SZ0745规格参数:
SZ0745搭配不同辅助物镜和TV镜头后的参数列于表 1中。搭配1X辅助物镜和1X TV镜头的参数是表中其他数据的基准,列于表格左上角的单元格中。
辅助物镜 1.0X(80mm WD)
0.7X 线视场15.8mm NA 0.018
5.60X 线视场1.96mm NA0.92
四、可选功能模块及其配件:
图 3展示了SZ0745可选择的功能模块及对应所需的配件。SZ0745的主体包括辅助物镜、变倍主体和TV镜头以及相机适配筒。用户可以根据不同的需求选择不同的辅助物镜和TV镜头。
使用环形光模块(可选,有普通环形光源与偏振环形光源两种)或同轴照明模块(可选,由同轴分光器与同轴点光源组成)可以获得良好的照明,保证成像质量。
选择尺寸合适的支架适配器,可搭配不同开孔尺寸的支架使用。
SZ0745搭配相机模块(可选)即可组成数码用连续变倍显微物镜系统。
图 3数码用连续变倍显微物镜的基础模块与可选模块
可选模块及对应所需的配件列于表 2中,供用户选择。
表 2 SZ0745功能模块
1、辅助物镜
2、变倍主体
3、TV镜头
4、同轴照明模块
5、LED环形光模块
6、透射式照明模块
7、支架适配器
8、光源电源