本发明属于显微镜技术领域，具体涉及一种连续变倍显微镜的显微结构及其设计方法。
背景技术
传统的光学显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达波长的1/2，国内显微镜机械筒长度一般是160毫米，筒长不可改变。光学显微镜通常由目镜、物镜、粗准焦螺旋、细准焦螺旋、压片夹、通光孔、遮光器、转换器、反光镜、载物台、镜臂、镜筒、镜座、聚光器、光阑等组成。可以将上述部件大致分为光学部分、照明部分和机械部分。光学部分是最为关键的，它由目镜和物镜组成。
传统的光学显微镜主体为镜筒，镜筒的两端分别装配物镜和目镜；而物镜通常装在一个叫镜碗的圆盘上，镜碗装在镜筒的一端上，镜碗上装有4-5个不同倍数的物镜如10x、20x、40x、100x等，通过旋转镜碗使不同的物镜分别对准镜筒，实现倍率的变换；而目镜由镜筒的另一端插入使用；目镜也配置有多个不同倍率的目镜如10x，12.5x、15x、20x等；使用时，通过镜碗选择物镜，根据需要选配目镜，如物镜选20x，目镜选15x，总倍数为：20×15＝300x；从而，传统显微镜通过镜碗上的物镜和目镜的配合使用来达到倍率转换的目的。
而采用上述方式具有如下的缺陷：1、物镜和目镜的倍率固定，使用时需要使用者合理估计放大的倍率选择物镜和目镜的组合，甚至需要多次尝试多次组合，才能选到合适的倍率，倍率变换很慢，需要依赖操作者的使用经验，费时费力；2、由于物镜和目镜的数量有限，因此两者均采用了多种常用的放大倍率，从而在物镜和目镜组合使用后的放大倍率中间存在断点，不能实现连续改变倍率；3、为了能够具有更多的倍率可以选择，在镜碗上需要设置多个物镜，目镜的数量也很多，从而传统的光学显微镜零部件很多、体积大、重量重不利于使用。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的上述问题的至少一项，本发明的目的在于提供一种连续变倍显微镜的显微结构及其设计方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种连续变倍显微镜的显微结构的设计方法，包括仅通过调整物镜与目镜之间的长度来实现显微结构显微倍率改变的步骤。
进一步的，一种连续变倍显微镜的显微结构的设计方法，还包括调节观察物到物镜的距离以得到更加清晰的像的步骤。
进一步的，所述设计方法中物镜与目镜之间的长度为l,观察物与物镜之间的距离为l，l与l受下述公式约束：
公式中，f为物镜焦距。
进一步的，所述设计方法中显微结构的显微倍率的改变，受以下公式约束：
公式中，x为显微结构的显微倍率，m为目镜的放大倍率，f为物镜焦距。
一种连续变倍显微镜的显微结构，包括载物台和光学结构；所述光学结构包括固定物镜、长度可伸缩镜筒和固定目镜；所述固定物镜、长度可伸缩镜筒和固定目镜依次连接；所述固定目镜内设有固定目镜光阑和固定目镜镜片，所述载物台与固定物镜的距离为l，所述长度可伸缩镜筒的长度为l,长度可伸缩镜筒通过伸缩来改变l的大小；所述l与l受下述公式约束：
公式中，f为物镜焦距；
所述目镜的放大倍率为m，所述显微结构的显微倍率为x，所述显微倍率x受下述公式约束：
进一步的，所述长度可伸缩镜筒包括第一套管和第二套管；所述第一套管的一端与伸入第二套管内并与第二套管内壁滑动连接。
进一步的，所述的连续变倍显微镜的显微结构，所述载物台通过机械臂与光学结构连接；所述机械臂连接有单片机，所述单片机通过机械臂控制光学结构与载物台的距离；所述第二套管的两侧上分别设有电动推杆，电动推杆的伸缩端通过连接件与第一套管的一端固定连接；所述电动推杆与单片机连接，单片机通过控制电动推杆控制长度可伸缩镜筒的长度。
本发明的有益效果为：本发明的一种连续变倍显微镜的显微结构及其设计方法，解决了现有技术倍率变换很慢，费时费力；放大倍率中间存在断点，不能实现连续改变倍率体积大、重量重等不利于使用的问题，本发明的显微结构通过长度可伸缩的镜筒的连续变化实现了显微镜的显微倍率的连续变化，该显微结构具有倍率转换快、轻便、利于使用的特点。
附图说明
图1是现有的单物镜和单目镜的显微镜的结构示意图。
图2是现有的图1的显微镜的原理示意图。
图3是现有的带有镜碗的显微镜的结构示意图。
图4是本发明的显微镜的原理示意图。
图5是图4的低倍状态的原理示意图。
图6是图4的中倍状态的原理示意图。
图7是图4的高倍状态的原理示意图。
图8实施例2的长度可伸缩镜筒的结构示意图。
图中：1-单物镜；2-单目镜；3-光阑；4-目镜镜片；5-镜筒；6-多物镜镜筒，7-可更换目镜；8-镜碗；9-物镜a；10-物镜b；11-物镜c；12-观察物；13-固定物镜；14-固定目镜光阑；15-固定目镜镜片，16-固定目镜；17-第一套管，18-第二套管，19-电动推杆，20-连接件。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
本实施例提供一种连续变倍显微镜的显微结构的设计方法，包括仅通过调整物镜与目镜之间的长度来实现倍率的改变的步骤。
该设计方法克服了现有的显微镜倍率变换很慢，需要依赖操作者的使用经验，费时费力，不能实现连续改变倍率，目镜和物镜的数量多，现有的显微镜零部件多、体积大、重量重等不利于使用的问题。以下详细说明。
现有的显微镜的结构以及原理，如图1-3所示。如图1所示的，现有的具有单目镜和单物镜的显微镜；单物镜1通过螺纹旋接在镜筒5的左侧，单目镜2通过插接的方式插入镜筒的右侧，单目镜2上集成有作为光阑使用的光阑3和一定倍率的目镜镜片4，该种显微镜的镜筒长度不变，需要改变倍率时通过更换单物镜和单目镜的来实现；其光路结构如图2所示。单物镜1是正透镜，焦距为f,被观察物与单物镜的距离为l,物像公式为：
f为物镜焦距；l为物距，即被观察物到物镜的距离；l为像距，即被观察物投影的距离。
物镜放大倍数为：
β为放大倍数。
由于要取得最大放大倍数，l非常接近f，但小于f。即l≈f，因而，得到如下的物镜放大倍数的近似公式：
从而，现有的单物镜的放大倍数采用上述公式(3)可以算出。
如图3所示，通常情况下，现有的显微镜都配有镜碗，镜碗上装有3-5个物镜，本实施例的镜碗上装有3个物镜,即物镜a9、物镜b10和物镜c11；通过旋转镜碗8将不同倍率的物镜对准多物镜镜筒6实现物镜的更换。多物镜镜筒6的右端装配可更换目镜7。由于现有的显微镜通过物镜和目镜组合来实现调整倍率已经非常的繁琐，需要尝试多次才能达到理想的放大倍率，现有的显微镜为了方便使用，都将镜筒长度进行了统一固定长度。
根据公式(3)f为物镜焦距，因筒长l是统一的，我们只要调整物镜的焦距f，就可以得到需要的物镜放大镜放大倍率，每个物镜的焦距f是确定的，通过转动镜碗，镜筒分别对准不同倍数的物镜，如10x、20x、40x、100x等；再切换不同倍数的目镜，就可以得到显微镜最终的放大倍数，因为现有的显微镜放大倍数等于物镜放大倍数乘以目镜放大倍数。如物镜选20x，目镜选15x，总倍数为：20×15＝300x；显微物镜是正透镜，通过一定距离l，将物体放大到光阑处(筒长)，而目镜则就是一个放大镜(正透镜)，它可以将光阑处的像再放大。不同的焦距，可得到不同的放大倍率。因此，在显微镜中，可配置成标准目镜，如10x，12.5x、15x、20x等。通过镜碗选择物镜，再根据需要选配目镜。就可以得到不同的倍数。如检测血球或细菌等。如图3所示，由于放大的总倍数为目镜的放大倍数乘以物镜的放大倍数，目镜和物镜的数量有限，其组合也必定有限，因此在物镜和目镜组合使用后的放大倍率中间存在断点，不能实现连续改变倍率；在镜碗上设置有多个物镜，目镜的数量也很多，从而该显微镜零部件很多、体积大、重量重不利于使用。
本实施例的连续变倍显微镜的显微结构的设计方法，包括仅通过调整物镜与目镜之间的长度(即镜筒的长度)来实现倍率的改变的步骤。根据上述步骤；在设计连续变倍显微镜时，是通过一个正透镜物镜，改变成像距离，得到不同的放大倍率，再经过一个固定的目镜放大，得到显微像，整个可动的部分，仅是筒长。一种可行的结构如图4所示，从左至右依次为观察物12、固定物镜13、长度可伸缩镜筒、固定目镜光阑14和固定目镜镜片15；固定目镜光阑和固定目镜镜片可集成为一个固定目镜，固定物镜13与固定目镜光阑之间的长度即镜筒的长度，该长度可伸缩变化，为像距l，固定物镜13与观察物12之间的距离为物距；像距l与物距的变化，受到公式(4)的约束，整个该显微镜的显微结构的显微倍率x受到公式(6)的约束，从而组成连续变倍显微镜的核心结构。与传统显微结构最大的不同是物镜和目镜是不是必须更换的。这就大大的简化了结构，减少了操作时间。倍率间转换也非常快。
具体原理如图4-7所示。本实施例的设计方法中物镜与现有技术的物镜一致，因此，本实施例的设计方法中的物镜的放大倍数也适用公式(3)，此不赘述。
根据公式(3)，本实施例的设计方法中的目镜和物镜固定，物镜选定，其焦距f也确定了。因此f为定值，从而调节l相应的大小，根据公式(3)即可得到物镜的最终的放大倍数β。本实施例的设计方法中的显微镜放大倍数等于物镜放大倍数乘以目镜放大倍数。
对比传统显微镜和本实施例的方法，例如，从600x转换到400x：传统显微镜处于600x观察时，目镜选用15x目镜，而物镜选用40x物镜。筒长为160mm；当转换它的放大倍率时，筒长160mm不可能改变。可保持物镜不变，将15x目镜取下，换上10x的目镜，此时倍率为400x；本实施例的方法采用目镜为15x变化倍率时，不改变目镜或物镜的倍率，只改变筒长l距离为151.25mm，时，物镜为40x，此时显微倍数为：15×40＝600x，600倍为生物显微镜的标准倍数；采用本实施例的方法，要降低倍数，如选l＝47.93mm，此时物镜放大倍数为25x；总倍数为：15×25＝375x；该倍数为教学显微镜的倍数(教学显微镜通常为400倍左右)；若l再长，可达到1000倍的放大倍数，可达到医学生物显微镜的使用范围。具体的对比详见下表1。
传统显微结构和本实施例的显微结构对比表1
如表1所示。本实施例的显微镜和传统显微镜的最主要的不同在于：传统显微镜是通过更换目镜和物镜，从而实现不同的显微倍率。而本发明则不改变目镜和物镜，而是仅通过调整镜筒的长度，从而改变物镜的放大率，从而实现不同的显微倍率。镜筒的长度是可以连续伸缩的，因而，物镜的倍率变化也是连续的。相应的，显微镜的倍率变化也是连续的。只需将镜筒设置为连续伸缩的即可实现物镜的倍率的连续变化。
进一步的，本发明的连续变倍显微镜的显微结构的设计方法还包括调节观察物到物镜的距离以得到更加清晰的像的步骤。
为了得到更加清晰的像，根据公式(1)，f固定，像距l变化了(镜筒长度)，那么物距l也要做相应的变化，才能得到清晰的像，即调焦。因为物镜焦距f是固定不变的，而像距(筒长)l一旦确定，物镜l也就确定了。将公式(1)变形得到如下公式：
从而，本实施例的设计方法中，在显微镜物镜不更换(焦距f固定)的情况下，选取不同的像距l，会形成不同的显微倍率。同时，物距l也会随着l的不同，而发生改变。根据公式(4)可知，随着l的变化而调整l的距离，可以使计算值与物镜的焦距相同，从而保持成像清晰。
进一步的，所述设计方法中物镜与目镜之间的长度为l,观察物与物镜之间的距离为l，l与l受下述公式约束：
公式中，f为物镜焦距。
进一步的，所述设计方法中显微结构的显微倍率的改变，受以下公式约束：
公式中，x为显微结构的显微倍率，m为目镜的放大倍率，f为物镜焦距。
将公式(4)代入公式(3)中得到公式：
此时，整个显微结构的显微倍率x为物镜放大倍率β乘以目镜放大倍率m，即：
在目镜放大率m及物距焦距f是确定的情况下，唯一的变量就是筒长(物距)l。新型显微镜的显微倍率x随筒长(物距)而变化。从而，根据上述方式满足放大倍率的同时可以得到更为清晰的像。
如图5-7所示，本实施例给出了本实施例显微结构设计方法中低倍状态、中倍状态、高倍状态相应的原理图。根据上述公式(6)，本实施例的设计方法中的低倍状态、中倍状态、高倍状态的原理图如图5-7所示，图5-7中l1>l2>l3，l1>l2>l3；将l1，l1；l2，l2；和l3，l3；分别带入公式(6)可得相应的低倍状态、中倍状态、高倍状态的放大倍率。从图中可以看出，随显微镜倍率增加，物镜像距(筒长)l是增加的，而物镜物距l随显微倍率增加而减少。从而，采用本实施例的设计方法可以在保持图像清晰的条件下，可以实现低倍状态、中倍状态、高倍状态的放大倍率，满足教学和生物的需求。
实施例2
在实施例1的设计方法的基础上，本实施例提供一种连续变倍显微镜的显微结构，包括载物台和光学结构；所述光学结构包括固定物镜13、长度可伸缩镜筒和固定目镜16；所述固定物镜、长度可伸缩镜筒和固定目镜依次连接；所述固定目镜内设有固定目镜光阑14和固定目镜镜片15，所述载物台21与固定物镜的距离为l，所述长度可伸缩镜筒的长度为l,长度可伸缩镜筒通过伸缩来改变l的大小；所述l与l受下述公式约束：
公式中，f为物镜焦距；
所述目镜的放大倍率为m，所述显微结构的显微倍率为x，所述显微倍率x受下述公式约束：
基于此，本实施例的显微结构与现有技术相比具有如下的优点，见下表2。
传统显微镜的显微结构与本实施例的显微镜的显微结构对比表2
需要说明的是，本发明的显微结构的设计方法和显微结构也可以配备多个目镜或多个物镜来备用更换。
本实施例的显微结构中的长度可伸缩镜筒可采用现有的伸缩结构也可以采用相应的电子控制设备来控制长度可伸缩镜筒的伸缩；物距l可通过调整观察物12与固定物镜13之间的距离来实现。
进一步的，所述长度可伸缩镜筒包括第一套管17和第二套管18；所述第一套管17的一端与伸入第二套管18内并与第二套管内壁滑动连接。
进一步的，所述的连续变倍显微镜的显微结构，所述载物台通过机械臂与光学结构连接；所述机械臂连接有单片机，所述单片机通过机械臂控制光学结构的固定物镜与载物台的距离；所述第二套管的两侧上分别设有电动推杆19，电动推杆的伸缩端通过连接件20与第一套管17的一端固定连接；所述电动推杆与单片机连接，单片机通过控制电动推杆控制长度可伸缩镜筒的长度。从而实现了智能控制l和l的大小，更为简便实用。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。