多倍数可调焦距手机显微镜的制作方法

本发明属于小型光学仪器技术领域，尤其涉及一种能适配于多种手机的多倍数可调焦距手机显微镜。

背景技术：

近年来，光学显微镜在基础医学研究领域中，发挥着至关重要的作用。在医疗诊断方面，大多数的诊断标准，都是以台式显微镜作为工具得出的，而台式显微镜通常配备昂贵的目镜、物镜、载物台等，移动性差，必须由专业人员操作。这些因素潜在地限制了显微技术的使用范围。为了降低台式显微镜的成本效益，同时使其结构更紧凑，研究人员设计了成本效益更高的手机显微镜，这种显微镜通常是基于现成的电子设备，配备光学放大镜。

在各种实验中，手机显微镜技术已被证明是一种快速、灵敏的观察微小物体的分析工具，也是一种非常有前途的分析工具。但是这些设计仍然存在设备庞大、放大倍数低的问题。Freeman EE,Semeere A,Osman H等人设计的手机显微镜由一个准直透镜、两个正透镜和两个智能手机摄像头镜头组成，其物理尺寸为16×18×19cm³，重量为1.25kg，可分辨0.87μm的线宽。这款手机显微镜的体积大于手机本身，照明效率低，成像速度慢。Go T,Yoon GY,Lee SJ曾使用激光束、针孔、样品架、三维打印附件和改进的内置智能手机摄像头模块制成手机显微镜。其物理尺寸为4×8×10cm³，重量为220g，可以记录直径为2～50μm的聚苯乙烯微粒的全息图。相比于Freeman EE等人的设计，Yoon GY等人的设计改进了手机显微镜的外观，但是成像分辨率被降低。Bornhorst J,Nustede EJ,Fudickar S.在手机摄像头前安装了半径为10.5mm、高为7mm的12倍放大透镜，成功观测到1.5mm长的秀丽隐杆线虫。这款手机显微镜虽然在体积上进一步突破，但是由于放大倍数较低仅适合拍摄体积较大的细胞。市面上用于珠宝古玩鉴定的手机显微镜长8cm，通过将镜筒夹持在手机摄像头上实现显微放大，放大倍数在60～100倍之间。此款手机显微镜虽然在放大倍数上有所提高，但是依然不适合拍摄细胞。

技术实现要素：

为了克服现有的显微镜价格昂贵、不便于携带、不能灵活使用的不足，本发明提供了多倍数可调焦距手机显微镜，主要用于观察载玻片，该手机显微镜不仅能提供较大的放大倍数，还可以搭载在多种手机上灵活使用，且成本低廉。

本发明的技术方案为：

多倍数可调焦距手机显微镜，包括夹子上部10、夹子下部6、滚珠轴承2、转盘3、转轴4、透镜、弹簧A7、挡板8、载玻片9和弹簧B11；

所述转盘3为中心加工有通孔的圆盘结构，转盘3上均匀设置两个以上沉孔，用于安装透镜；转盘3的中心通孔水平套装在转轴4上端，并通过滚珠轴承2与转轴4连接，通过转动转盘3实现切换不同放大倍数的透镜；所述转轴4上部的外周设置凸起，弹簧B11套装在转轴4上部、位于凸起与转盘3之间，从而支撑转盘3并使转盘3相对转轴4升降。由于透镜本身原因，不同放大倍数的透镜间焦距和结构有微小差别，且为了方便调节放大倍数，故镜头到观察目标间需要的距离不同；另外，由于不同的被观察物体自身厚度不同也能导致手机自身聚焦不能满足；因此转轴4下部和夹子下部6一端的通孔之间依靠螺纹配合连接，并通过旋转转轴4底部的旋转盘实现微调焦距。所述夹子下部6另一端加工有轴向滑槽，滑槽内安装弹簧A7；弹簧A7一端与挡板8一侧连接，挡板8另一侧与夹子下部6的空间形成卡槽，载玻片9放置于卡槽上，使载玻片的被观察部位对准转盘3上的透镜，并通过移动挡板8卡住固定；所述卡槽位置设有通孔，用于观察大件物体；所述夹子下部6设有滑槽的一端与夹子上部10一端连接形成夹子，从而将手机镜头夹持在透镜上，实现微小物体的观察。

进一步地，透镜为膜造非球面镀膜透镜且透镜中间凸起、透镜边缘平整。

进一步地，转盘3上的沉孔深度为透镜边缘的厚度，从而卡住透镜边缘，实现透镜固定。

进一步地，转轴4下部的螺纹和夹子下部6上的螺纹均采用梯形传动螺纹，螺纹角为30°，螺距为1mm。

进一步地，弹簧B11的线径为0.6mm、内径为10mm、有效圈数为3圈、自由长度为3mm。

进一步地，夹子上部10夹持手机的部位设置胶垫，用于夹紧手机。

本发明的有益效果：(1)采用膜造非球面镀膜透镜，配合手机自带的变焦系统(市场上智能手机大多数有3-5倍光学变焦，10倍混合光学变焦)可以实现高倍放大，且能清晰放大的倍数区间也较大；本发明能通过手机屏幕观察到放大后的图片(放大倍数因手机不同有差别)；(2)夹子直接夹在手机上，手机不需平放，成像稳定，可以在移动中使用；(3)本发明简易便携，可以直接放在口袋，不受环境限制。

附图说明

图1是本发明的整体结构图。

图2是本发明透镜的固定安装位置示意图。

图3是夹子下部正视图。

图4是夹子下部俯视图。

图5为图3的剖视图。

图6为配合手机观察载玻片时的实施例。

图7为观察大件目标时的实施例。

图中：1.透镜A；2.滚珠轴承；3.转盘；4.转轴；5.透镜B；6.夹子下部；7.弹簧A；8.挡板；9.载玻片；10夹子上部；11.弹簧B；12.透镜C；13.被观察物体。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

本发明多倍数可调焦距手机显微镜，包括透镜A1、滚珠轴承2、转盘3、转轴4、透镜B5、夹子下部6、弹簧A7、挡板8、载玻片9、夹子上部10、弹簧B11和透镜C12。其中，透镜A1、透镜B5和透镜C12分别是直径为2.4mm、4mm、6.33mm的膜造非球面镀膜透镜。

转盘3为中心加工有通孔的圆盘结构，转盘3上均匀设置3个沉孔，用于安装透镜A1、透镜B5和透镜C12。本实施例中透镜A1、透镜B5和透镜C12的安装固定如图2所示，三个透镜中间凸起、边缘平整，沉孔深度为透镜边缘的厚度，从而卡住透镜边缘，利用此方式安装透镜既稳定又不影响采光和放大。转盘3的中心通孔套装在转轴4上端，并通过滚珠轴承2与转轴4连接，通过转动转盘3实现透镜A1、透镜B5和透镜C12之间的切换。滚珠轴承2采用国标61700X3开式深沟球轴承，规格为10×14×2。

如图3和图5所示，转轴4上部的外周设置凸起，弹簧B11套装在转轴4上部，并被凸起卡住，从而支撑转盘3，让转盘3时刻贴住手机背部，从而很好地使手机摄像头时刻贴在透镜上；弹簧B11的线径为0.6mm，内径为10mm，有效圈数为3圈，自由长度为3mm，两端并紧磨平。转轴4底部设有旋转盘，转轴4下部有外螺纹与夹子下部6一端的通孔中的内螺纹相互配合连接，并通过旋转旋转盘以调整转轴4的高度，转轴4的高度直接影响到手机能否对焦清晰。转轴4下部和夹子下部6通孔中的螺纹采用梯形传动螺纹，螺纹角为30°，螺距为1mm。本实施例中转轴4上升或下降的区间为3mm，即转轴4相对夹子下部6上、下运动的范围为3mm；因为本实施例中三种透镜的焦距在实际使用中测得为4.05mm、4mm、1mm，不能只依靠手机变焦来调节，所以需要控制转轴4上、下活动范围为3mm。

如图1和图4所示，夹子下部6加工有轴向滑槽，滑槽内安装弹簧A7；挡板8与弹簧A7连接；当载玻片9尺寸不一样或者观察目标过大或过小时，弹簧A7提供弹力使挡板8卡住载玻片9，从而使载玻片9卡在挡板8与夹子下部6形成的卡槽上。

如图7所示，所述夹子下部6卡槽位置掏有方形通孔，当观察大件目标时，把被观察物体13置于方形通孔下方，然后旋转转轴4的旋转盘来降低转轴4，从而拉近目标来透过方形通孔观察被观察物体13。

夹子下部6设有滑槽的一端与夹子上部10一端连接形成夹子，从而将手机镜头夹持在转盘3上的透镜上，且在夹子上部10夹持手机的部位表面设置胶垫，胶垫能够很好地贴合手机，从而更稳固地夹紧手机，在使用中不发生震动。

开始使用时打开夹子，先把要观察的载玻片9插入夹子下部6上预留出来的卡槽位置。再把要用到的透镜旋转到载玻片9上方，最后把手机摄像头对准透镜放在转盘3上，关上夹子即可。夹子可以保持手机摄像头与载玻片9间相对静止从而提供稳定的成像。此装置专门针对观察载玻片上细胞而设计，但不放载玻片时也能使用。放置手机后观察如图6所示。观察大件物品时如图7所示。