超长工作距视频显微镜光学系统设计

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1、第一章绪论显微镜是经典光学仪器之一，为人们所熟知，在设计之前有必要了解一下显微镜的发展史、种类及长工作距显微镜的用途。1．1显微镜的发展史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志。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

2、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。荷兰是世界上公认的最早制造出显微镜的国家。在这个国家有一个生产眼镜的人叫札恰里亚斯·詹森，他被认为可能是显微镜的创始者。他是在一个无意的瞬间发现显微镜的，事情的经过如下：清晨，詹森正在一个人玩耍，闲来无事，他发现家里有很多眼镜片，就把其中两个眼镜片装在一个管子里，然后在管子的一端往另一端看。奇迹就这样出现了，路上的物体比原来大好很多。詹森被这个意外的发现弄的兴奋起来，他兴高采烈的跑到楼下找父

3、亲，把父亲也拉上楼来观看，一起和他分享这个愉悦。可是，这个意外的发现在当时没有得到足够的重视，所以也就没有得到更进一步的深入研究。这种形式简单的显微镜，它的放大倍率最大也就只能达到30倍，所以，用它只能研究一些像跳蚤之类的小生物，“跳蚤镜”也就因此而得名了。我们都知道，科学研究是是需要长期实践的，偶尔一次的意外不具有代表性。可是，这对父子没有轻视这次意外，他们进行了多次的实验来验证这一现象，把各种不同尺寸的镜片用不同的方式聚合在一起。终于，功夫不负有心人，世界上第一台显微镜就这样问世了。图1．1詹森显微镜在科研领域最早应用显微镜的分别是伽利略和安东尼·凡·列文虎克。伽利略是一位意大利科学家，

4、他的突出贡献是借助显微镜对长有复眼的生物体进行了观测，并且对其特性进行了阐述。伽利略拓宽了显微镜的应用领域，开创了显微镜应用于科研领域的先河。安东尼·凡·列文虎克是一位荷兰人，他最突出的贡献是复式显微镜的发明。这种复式显微镜是由物镜和目镜组成的，物镜和目镜的形状与尺寸不同，同时安装在长度可以改变的镜筒里。在复式显微镜的底部，安装有聚光灯，使用时使人的视野里更明亮，便于观察，我们现在应用的显微镜就是从它一步步发展、衍变而来的。虎克应用这种显微镜首次观测到人类肉眼观测不到的生物。这两位科学家，凭借自己的努力，研制出了最早应用在科研领域的显微镜，在生物微观组织的观察研究领域起到了弥足珍贵的作用。图

5、1．2列文虎克显微镜使显微镜得到更进一步发展的是罗伯特·虎克，一位英国的科学家，它制造出的显微镜放大率已经达到了140倍。这种显微镜的结构也不复杂，它由皮管和支架组成，并且皮管由支架支撑，皮管内按要求放置镜片，支架的高度可以调整，底部也要有聚光器照射物体。罗伯特·虎克用它来观察软木薄片，结果观察到了它的细胞组织，震惊了整个生物学领域。后来，经过显微镜的不断发展与进步，人类甚至能够探究细胞里面的神奇世界了。2图1．3罗伯特·虎克显微镜在1931年，第一台电子显微镜问世了，他的发明者是恩斯特·鲁斯卡。电子显微镜的发明，使显微镜分辨率的提高得到了质的飞越。正因为此项贡献，1986年，恩斯特·鲁斯卡

6、被授予诺贝尔奖。经过几个世纪的发展，显微镜的设计与制造技术日趋成熟，种类更加繁多‘11。1．2显微镜的种类光学显微镜的分类方法是多种多样的，按照光路出口的数目不同可以分为单目、双目和三目显微镜等；按照成像的感觉不同可分为双目立体视觉和非立体视觉显微镜；按照照明光的形式不同可分为卤素灯、荧光灯、水银灯和激光显微镜等；按照应用领域不同可分为金相和生物显微镜；按照光传播过程中变化的形式不同可分为偏光、相称和微分干涉显微镜等；按照最后存储图像的工具不同可分为普通、电视、CCD显微镜等。根据不同的场合，不同的目的，要选择合适的显微镜来使用。下面介绍几种典型且常见的显微镜：图1．4双目体视显微镜3顾名思

7、义，双目立体视觉显微镜有两个光路出口，使用时将两只眼睛对准这两个光路出口，这样，由于人眼具有双目立体视觉的特性，在人眼中所成的图像就变成立立体的感觉了。双目立体视觉显微镜实际上就相当于把两个单目显微镜以一定的夹角安放在一起，这个夹角和人用双眼观测物体时的视角相等，这样人眼接收到的像就有了立体感觉，这就是双目立体视觉显微镜的基本原理。双目立体视觉显微镜的应用十分广泛，在生物、医学和工业等领域都发挥着重要的作用。