一种大视场增强现实显微镜
阅读说明：本技术 一种大视场增强现实显微镜 (Large-view-field augmented reality microscope ) 是由 林顺华 方政 江育英 陈木旺 拉夫 文源皓 康军 杨铭 庄静云 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大视场增强现实显微镜,包括目镜、物镜和配置在所述目镜与所述物镜之间的大视场增强现实模块；大视场增强现实模块包括顺序设置在所述物镜至所述目镜光路中的第一透镜组、偏向反射镜、第二透镜组、第一透过反射镜片、第二透过反射镜片、第四透镜组和棱镜组；大视场增强现实模块还包括用来采集图像的第三透镜组和相机装置、以及用来投射图像的屏幕显示装置和第五透镜组。本发明可以使用大视场目镜观察显微镜,并且观察到来自人工智能处理后的信息显示在人眼,以解决视场小的增强现实显微镜光学系统,在批量观测中减轻操作人员的工作强度与提高成像质量的问题。(The invention discloses a large-view-field augmented reality microscope, which comprises an ocular, an objective and a large-view-field augmented reality module arranged between the ocular and the objective; the large-view-field augmented reality module comprises a first lens group, a deflection reflector, a second lens group, a first transmission reflector, a second transmission reflector, a fourth lens group and a prism group which are sequentially arranged in a light path from the objective lens to the eyepiece lens; the large-field-of-view augmented reality module further comprises a third lens group and a camera device for collecting images, and a screen display device and a fifth lens group for projecting the images. The invention can use the large-view-field eyepiece to observe the microscope, and observe the information processed by artificial intelligence to be displayed on human eyes, so as to solve the problems that the optical system of the augmented reality microscope with small view field lightens the working intensity of operators and improves the imaging quality in batch observation.)
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种大视场增强现实显微镜。
背景技术
随着近年来显微技术的高速发展，在生物、医疗、电子、半导体、光学制造等众多领域有着广泛的应用，显微镜也发展出了多种形式、结构及成像方式，在不同的应用中均发挥了重要的作用。但目前显微镜还基本属于人工操作，尤其作为现场检验及判断的用途，例如医疗领域中的病理分析，主要工作是通过显微镜对目标物体进行观察。目前，很多显微镜都具有图像获取系统，即电子成像器件接收显微图像，在显示屏幕上显示并观察，这样可以减轻人工观察所造成的疲劳，然而在屏幕上观察到的图像与直接通过显微镜观察到的图像，在感觉上存在差异。因此，在类似病理分析的应用中，操作人员还是更倾向于直接观察，保证观察结果的准确性，如此，当被分析的样品数量过多，操作人员的工作强度、疲劳强度会大大增加，从而会影响观察分析结果。
随着图像处理、模式识别及人工智能技术的发展，可以对获取的显微图像进行处理，并对关键目标进行自动探测，由于自动探测结果不能作为最终结果，往往需要人工进行核对。观察视场小，极易造成观察者疲劳，如何在大批量观测中减轻操作人员的工作强度与质量，为待解决问题。
专利文献CN 109031643A公开了一种增强现实显微镜，以中间体分离式结构放置在显微镜中。中间体分离式结构虽然方便拆卸，但是其不足处在于抬高头部光学系统，导致无法支持大视场目镜，具有一定的局限性。
专利文献CN 110488479A公开了一种增强现实显微镜、图像投影设备及图像处理系统，以中间体分离式结构放置在显微镜中。中间体分离式结构虽然方便拆卸，但是其不足处在于抬高头部光学系统，导致无法支持大视场目镜，具有一定的局限性。
专利文献CN 112346233A公开了一种用于显微镜的增强现实模块，采用中间体分离式结构虽然方便拆卸，但是其不足处在于抬高头部光学系统，导致无法支持大视场目镜，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种大视场增强现实显微镜，可以使用大视场目镜观察显微镜，并且观察到来自人工智能处理后的信息显示在人眼，以解决视场小的增强现实显微镜光学系统,在批量观测中减轻操作人员的工作强度与提高成像质量的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大视场增强现实显微镜，包括目镜、物镜和配置在所述目镜与所述物镜之间的大视场增强现实模块；所述大视场增强现实模块包括顺序设置在所述物镜至所述目镜光路中的第一透镜组、偏向反射镜、第二透镜组、第一透过反射镜片、第二透过反射镜片、第四透镜组和棱镜组；所述大视场增强现实模块还包括用来采集图像的第三透镜组和相机装置、以及用来投射图像的屏幕显示装置和第五透镜组；所述第二透镜组和所述第三透镜组分处在第一透过反射镜片的光路透过路径的前后端，所述相机装置相对于所述第一透过反射镜片处在所述第三透镜组的外侧；所述第五透镜组和所述第四透镜组分处在第二透过反射镜片的光路透过路径的前后端，所述屏幕显示装置相对于所述第二透过反射镜片处在所述第五透镜组的外侧。
进一步的，所述大视场增强现实显微镜中，还需要满足以下条件：
6<|f71/W|<9；
1.1<|f71/f1|<3.1；
2.2<|f71/f2|<4.2；
2.7<|f71/f3|<4.7；
0.5<|f71/f4|<2.5；
0.5<|f71/f5|<2.5；
其中，f71是第一透镜组、偏向反射镜、第二透镜组、第一透过反射镜片、第二透过反射镜片和第四透镜组的组合焦点距离，W为目镜视场大小，f1是第一透镜组的焦点距离，f2是第二透镜组的焦点距离，f3是第三透镜组的焦点距离，f4是第四透镜组的焦点距离，f5是第五透镜组的焦点距离。
所述第一透镜组设在所述物镜与所述偏向反射镜之间，所述第二透镜组设在所述偏向反射镜的对应位置处并使得所述物镜通过所述第一透镜组透过的光线通过所述偏向反射镜后旋转90°而进入所述第二透镜组；所述第一透过反射镜片和第二透过反射镜片设在相互配合的位置，并使得所述第二透镜组透过的光线通过所述第一透过反射镜片和所述第二透过反射镜片后旋转180°而进入所述第四透镜组。
所述第一透镜组由所述物镜向所述偏向反射镜方向依次包括具有正屈光度的第一透镜、具有正屈光度的第二透镜和具有负屈光度的第三透镜，且所述第一透镜、第二透镜和第三透镜靠在一起；所述第一透镜组将来自所述物镜大致的平行光进入第一透镜组的光汇聚在所述偏向反射镜的附近，光线的汇聚位置为所述偏向反射镜与所述第一透镜组之间或者是所述偏向反射镜与所述第二透镜组之间。
所述第二透镜组由所述偏向反射镜向所述第一透过反射镜片方向依次包括具有负屈光力的第四透镜、具有正屈光度的第五透镜和具有正屈光度的第六透镜，且所述第四透镜、第五透镜和第六透镜靠在一起；所述第二透镜组，使偏向反射镜出射的光线进入所述第一透过反射镜片，由所述第一透过反射镜片使光线中的一定比例的透过光线进入所述第三透镜组和使光线中的一定比例的反射光线进入所述第二透过反射镜片。
所述第三透镜组由所述第一透过反射镜片向所述相机装置方向依次包括具有正屈光度的第七透镜、具有负屈光力的第八透镜、具有负屈光力的第九透镜和具有正屈光度的第十透镜，且所述第七透镜和第八透镜靠在一起，所述第九透镜和第十透镜靠在一起，所述第八透镜和第九透镜之间具有一定的间隙；所述第三透镜组将所述第一透过反射镜片的光线中的一定比例的透过光线汇聚在所述相机装置中。
所述第二透过反射镜片将第一透过反射镜片的所述光线中的一定比例的反射光线再按一定的比例反射进入所述第四透镜组，再由所述第四透镜组出射大致的平行光进入所述棱镜组。
所述第四透镜组由所述第二透过反射镜片向所述透镜组方向依次包括具有负屈光力的第十一透镜、具有正屈光度的第十二透镜、具有负屈光力的第十三透镜和具有正屈光度的第十四透镜；且所述第十一透镜和第十二透镜靠在一起，所述第十三透镜和第十四透镜靠在一起，所述第十二透镜和第十三透镜之间具有一定的间隙。
所述屏幕显示装置通过发射光线经过所述第五透镜组，光线通过所述第五透镜组形成大致的平行光进入所述第二透过反射镜片，通过所述第二透过反射镜片按一定的比例透射后进入所述第四透镜组，再由所述第四透镜组出射大致的平行光进入所述棱镜组。
所述第五透镜组由所述第二透过反射镜片向所述屏幕显示装置方向组依次包括具有负屈光力的第十五透镜、具有正屈光度的第十六透镜、具有正屈光度的第十七透镜和具有负屈光力的第十八透镜；且所述第十五透镜和第十六透镜靠在一起，所述第十七透镜和第十八透镜靠在一起，所述第十六透镜和第十七透镜之间具有一定的间隙。
进一步的，所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组中，还需满足以下条件：
0.3<|f4/f1|<2.3；
1.1<|f4/f2|<3.1；
0.5<|f1/f2|<2.5；
0.8<|f1/f3|<2.8；
0.2<|f2/f3|<2.2；
0.1<|f5/f4|<2.0；
其中，f1是第一透镜组的焦点距离，f2是第二透镜组的焦点距离，f3是第三透镜组的焦点距离，f4是第四透镜组的焦点距离，f5是第五透镜组的焦点距离。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明由于采用了大视场增强现实模块包括顺序设置在所述物镜至所述目镜光路中的第一透镜组、偏向反射镜、第二透镜组、第一透过反射镜片、第二透过反射镜片、第四透镜组和棱镜组；以及大视场增强现实模块还包括用来采集图像的第三透镜组和相机装置、以及用来投射图像的屏幕显示装置和第五透镜组；所述第二透镜组和所述第三透镜组分处在第一透过反射镜片的光路透过路径的前后端，所述相机装置相对于所述第一透过反射镜片处在所述第三透镜组的外侧；所述第五透镜组和所述第四透镜组分处在第二透过反射镜片的光路透过路径的前后端，所述屏幕显示装置相对于所述第二透过反射镜片处在所述第五透镜组的外侧。本发明可以使用大视场目镜观察显微镜，并且观察到来自人工智能处理后的信息显示在人眼，以解决视场小的增强现实显微镜光学系统,在批量观测中减轻操作人员的工作强度与提高成像质量的问题。并且通过对第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组进行设置，使得显微镜系统具有很好的光学性能。
2、本发明由于采用了大视场增强现实显微镜中，还需要满足以下条件：
6<|f71/W|<9；
1.1<|f71/f1|<3.1；
2.2<|f71/f2|<4.2；
2.7<|f71/f3|<4.7；
0.5<|f71/f4|<2.5；
0.5<|f71/f5|<2.5；
其中，f71是第一透镜组、偏向反射镜、第二透镜组、第一透过反射镜片、第二透过反射镜片和第四透镜组的组合焦点距离，W为目镜视场大小，f1是第一透镜组的焦点距离，f2是第二透镜组的焦点距离，f3是第三透镜组的焦点距离，f4是第四透镜组的焦点距离，f5是第五透镜组的焦点距离。本发明通过第一透镜组、偏向反射镜、第二透镜组、第一透过反射镜片、第二透过反射镜片和第四透镜组的组合焦点距离限定，使得显微镜系统的场曲、畸变、像差敏感度得到进一步的改善，从而保证显微镜系统的光学性能，使得该显微镜系统具有大视场下色差小的特点，从而在批量观测中减轻操作人员的工作强度与提高成像质量的问题。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种大视场增强现实显微镜不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图；
图2是本发明的实施例的局部光路图；
图3是本发明的实施例的局部结构图。
具体实施方式
实施例
参见图1所示，本发明的一种大视场增强现实显微镜，包括目镜1、物镜4和配置在所述目镜1与所述物镜4之间的大视场增强现实模块2；该显微镜还包括：中间体3(可选配)，聚光镜5，集光镜6，显微镜机架7，落射灯箱8(可选配)，透射灯箱9，信息处理装置10和显示器11等部件，其中，目镜1和物镜4装在显微镜机架7中的对应配合位置，中间体3(可选配)装在物镜4与大视场增强现实模块2的中间，聚光镜5和集光镜6分别装在物镜4的下方，落射灯箱8(可选配)和透射灯箱9装在显微镜机架7的旁边，信息处理装置10和显示器11分别设在显微镜机架7的旁边，信息处理装置10与大视场增强现实模块2通讯连接，信息处理装置10还与显示器11相连接。
参见图2所示，所述大视场增强现实模块2包括顺序设置在所述物镜4至所述目镜1光路中的第一透镜组81、偏向反射镜104、第二透镜组82、第一透过反射镜片204、第二透过反射镜片205、第四透镜组84和棱镜组601；所述大视场增强现实模块2还包括用来采集图像的第三透镜组83和相机装置305、以及用来投射图像的屏幕显示装置505和第五透镜组85；所述第二透镜组82和所述第三透镜组83分处在第一透过反射镜片204的光路透过路径的前后端，所述相机装置305相对于所述第一透过反射镜片204处在所述第三透镜组83的外侧；所述第五透镜组85和所述第四透镜组84分处在第二透过反射镜片205的光路透过路径的前后端，所述屏幕显示装置505相对于所述第二透过反射镜片205处在所述第五透镜组85的外侧。
进一步的，所述大视场增强现实显微镜中，还需要满足以下条件：
6<|f71/W|<9；
1.1<|f71/f1|<3.1；
2.2<|f71/f2|<4.2；
2.7<|f71/f3|<4.7；
0.5<|f71/f4|<2.5；
0.5<|f71/f5|<2.5；
其中，f71是第一透镜组81、偏向反射镜104、第二透镜组82、第一透过反射镜片204、第二透过反射镜片205和第四透镜组84的组合焦点距离，W为目镜1视场大小，f1是第一透镜组81的焦点距离，f2是第二透镜组82的焦点距离，f3是第三透镜组83的焦点距离，f4是第四透镜组84的焦点距离，f5是第五透镜组85的焦点距离。
本实施例中，所述第一透镜组81设在所述物镜4与所述偏向反射镜104之间，所述第二透镜组82设在所述偏向反射镜104的对应位置处并使得所述物镜4通过所述第一透镜组81透过的光线通过所述偏向反射镜104后旋转90°而进入所述第二透镜组82；所述第一透过反射镜片204和第二透过反射镜片205设在相互配合的位置，并使得所述第二透镜组82透过的光线通过所述第一透过反射镜片204和所述第二透过反射镜片205后旋转180°而进入所述第四透镜组84。
本实施例中，所述第一透镜组81由所述物镜4向所述偏向反射镜104方向依次包括具有正屈光度的第一透镜101、具有正屈光度的第二透镜102和具有负屈光度的第三透镜103，且所述第一透镜101、第二透镜102和第三透镜103靠在一起；所述第一透镜组81将来自所述物镜4大致的平行光进入第一透镜组81的光汇聚在所述偏向反射镜104的附近，光线的汇聚位置可以在所述偏向反射镜104与所述第一透镜组81之间，也可以在所述偏向反射镜104与所述第二透镜组82之间。
本实施例中，所述第二透镜组82由所述偏向反射镜104向所述第一透过反射镜片204方向依次包括具有负屈光力的第四透镜201、具有正屈光度的第五透镜202和具有正屈光度的第六透镜203，且所述第四透镜201、第五透镜202和第六透镜203靠在一起；所述第二透镜组82使偏向反射镜104出射的光线进入所述第一透过反射镜片204，由所述第一透过反射镜片204使光线中的一定比例(比例可以根据对应的需要进行对应的设定)的透过光线进入所述第三透镜组83和使光线中的一定比例(比例可以根据对应的需要进行对应的设定)的反射光线进入所述第二透过反射镜片205。
本实施例中，所述第三透镜组83由所述第一透过反射镜204片向所述相机装置305方向依次包括具有正屈光度的第七透镜301、具有负屈光力的第八透镜302、具有负屈光力的第九透镜303和具有正屈光度的第十透镜304，且所述第七透镜301和第八透镜302靠在一起，所述第九透镜303和第十透镜304靠在一起，所述第八透镜302和第九透镜303之间具有一定的间隙(间隙可以根据对应的需要进行对应的设定)；所述第三透镜组83将所述第一透过反射镜片204的光线中的一定比例的透过光线汇聚在所述相机装置305中。相机装置305是与信息处理装置10相连接，信息处理装置10对相机装置305获取的图像进行分析和处理。
本实施例中，所述第二透过反射镜片205将第一透过反射镜片204的所述光线中的一定比例的反射光线再按一定的比例反射进入所述第四透镜组84，再由所述第四透镜组84出射大致的平行光进入所述棱镜组601。
本实施例中，所述第四透镜组84由所述第二透过反射镜片205向所述透镜组601方向依次包括具有负屈光力的第十一透镜401、具有正屈光度的第十二透镜402、具有负屈光力的第十三透镜403和具有正屈光度的第十四透镜404；且所述第十一透镜401和第十二透镜402靠在一起，所述第十三透镜403和第十四透镜404靠在一起，所述第十二透镜402和第十三透镜403之间具有一定的间隙(间隙可以根据对应的需要进行对应的设定)。
本实施例中，所述屏幕显示装置505通过发射光线经过所述第五透镜组85，光线通过所述第五透镜组85形成大致的平行光进入所述第二透过反射镜片205，通过所述第二透过反射镜片205按一定的比例透射后进入所述第四透镜组84，再由所述第四透镜组84出射大致的平行光进入所述棱镜组601。屏幕显示装置505是与信息处理装置10相连接，信息处理装置10将分析和处理的图像信息发给屏幕显示装置505进行显示。
本实施例中，所述第五透镜组85由所述第二透过反射镜片205向所述屏幕显示装置505方向组依次包括具有负屈光力的第十五透镜501、具有正屈光度的第十六透镜502、具有正屈光度的第十七透镜503和具有负屈光力的第十八透镜504；且所述第十五透镜501和第十六透镜502靠在一起，所述第十七透镜503和第十八透镜504靠在一起，所述第十六透镜502和第十七透镜503之间具有一定的间隙(间隙可以根据对应的需要进行对应的设定)。
进一步的，所述第一透镜组81、第二透镜组82、第三透镜组83、第四透镜组84和第五透镜组85中，还需满足以下条件：
0.3<|f4/f1|<2.3；
1.1<|f4/f2|<3.1；
0.5<|f1/f2|<2.5；
0.8<|f1/f3|<2.8；
0.2<|f2/f3|<2.2；
0.1<|f5/f4|<2.0；
其中，f1是第一透镜组81的焦点距离，f2是第二透镜组82的焦点距离，f3是第三透镜组83的焦点距离，f4是第四透镜组84的焦点距离，f5是第五透镜组85的焦点距离。
本发明的一种大视场增强现实显微镜，透过物镜4垂直向上的光线，在透过第一透镜组81后，通过偏向反射镜104转成水平向右方向；光线在透过第二透镜组82后，再通过第一透过反射镜片204，让一定比例的光线水平向右透过第一透过反射镜片204，一定比例的光线垂直向上反射到第二透过反射镜片205，通过第二透过反射镜片205转成水平向左方向；透过第一透过反射镜片204的光线，在透过第三透镜组83后汇聚到所述相机装置305，由相机装置305采集图像信号并发送给信息处理装置10，由信息处理装置10对相机装置305获取的图像进行分析和处理；信息处理装置10处理后的图像发送给屏幕显示装置505进行显示，屏幕显示装置505的光线透过第五透镜组85后，再透过第二透过反射镜片205与第一透过反射镜片204反射的光线相叠加，叠加的光线透过第四透镜组84后，再通过棱镜组601转换成与目镜1相适配的角度。
参见图3所示，显微镜机架7中还分别设有在位置上相互对应适配的第一透镜组座子51、偏向反射镜支架52、第二透镜组座子53、反射镜片座54、第三透镜组座子55上、相机支架56、显示装置支架57、第四透镜组座子58、第五透镜组座子59和棱镜座60；第一透镜组81安装在第一透镜组座子51上，偏向反射镜104安装在偏向反射镜支架52上，第二透镜组82安装在第二透镜组座子53上，第一透过反射镜片204和第二透过反射镜片205安装在透过反射镜片座54上，第三透镜组83安装在第三透镜组座子55上，相机装置305安装在相机支架56上，第四透镜组84安装在第四透镜组座子58上，棱镜组601安装在棱镜座60上、屏幕显示装置505安装在显示装置支架57上，第五透镜组85安装在第五透镜组座子59上。
本发明的一种大视场增强现实显微镜，采用了在目镜1与物镜4之间配置大视场增强现实模块2，大视场增强现实模块2包括顺序设置在所述物镜4至所述目镜1光路中的第一透镜组81、偏向反射镜104、第二透镜组82、第一透过反射镜片204、第二透过反射镜片205、第四透镜组84和棱镜组601；以及大视场增强现实模块还包括用来采集图像的第三透镜组83和相机装置305、以及用来投射图像的屏幕显示装置505和第五透镜组85；所述第二透镜组82和所述第三透镜组83分处在第一透过反射镜片204的光路透过路径的前后端，所述相机装置305相对于所述第一透过反射镜片204处在所述第三透镜组83的外侧；所述第五透镜组85和所述第四透镜组84分处在第二透过反射镜片205的光路透过路径的前后端，所述屏幕显示装置505相对于所述第二透过反射镜片205处在所述第五透镜组85的外侧。本发明可以使用大视场目镜观察显微镜，并且观察到来自人工智能处理后的信息显示在人眼，以解决视场小的增强现实显微镜光学系统,在批量观测中减轻操作人员的工作强度与提高成像质量的问题。并且通过对第一透镜组81、第二透镜组82、第三透镜组83、第四透镜组84和第五透镜组85进行设置，使得显微镜系统具有很好的光学性能。
本发明的一种大视场增强现实显微镜，采用了大视场增强现实显微镜中，还需要满足以下条件：
6<|f71/W|<9；
1.1<|f71/f1|<3.1；
2.2<|f71/f2|<4.2；
2.7<|f71/f3|<4.7；
0.5<|f71/f4|<2.5；
0.5<|f71/f5|<2.5；
其中，f71是第一透镜组81、偏向反射镜104、第二透镜组82、第一透过反射镜片204、第二透过反射镜片205和第四透镜组84的组合焦点距离，W为目镜视场大小，f1是第一透镜组81的焦点距离，f2是第二透镜组82的焦点距离，f3是第三透镜组83的焦点距离，f4是第四透镜组84的焦点距离，f5是第五透镜组85的焦点距离。本发明通过第一透镜组81、偏向反射镜104、第二透镜组82、第一透过反射镜片204、第二透过反射镜片205和第四透镜组84的组合焦点距离限定，使得显微镜系统的场曲、畸变、像差敏感度得到进一步的改善，从而保证显微镜系统的光学性能，使得该显微镜系统具有大视场下色差小的特点，从而在批量观测中减轻操作人员的工作强度与提高成像质量的问题。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
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