1 模块化数码用连续变倍显微物镜原理
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最主要的模块，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。
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），?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：
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。
2 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，最大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，重现观察目标最真实的色彩。
SZ0745 在0.7X时的传递函数如图 3 所示，从图中不难发现，其传递函数已经接近衍射极限。
SZ0745 在0.7X时的传递函数如图 4所示，从图中不难发现，其传递函数已经接近衍射极限。
图 3 SZ0745 0.7X 放大倍率时MTF曲线
图 4 SZ0745 5.6X 放大倍率时MTF曲线
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。
3 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。
表 1 SZ0745参数表
辅助物镜 | 参数 | TV镜头 |
1.0X(2/3"传感器) | 0.5X(1/3"传感器) | 0.75X(1/1.8"传感器) | 1.5X(1"传感器) | 2.0X(4/3"传感器) |
|
低倍 | 高倍 | 低倍 | 高倍 | 低倍 | 高倍 | 低倍 | 高倍 | 低倍 | 高倍 |
1.0X
(80mm WD) | 倍率 | 0.70X | 5.60X | 0.35X | 2.80X | 0.525X | 4.20X | 1.05X | 8.40X | 1.40X | 11.20X |
线视场 | 15.8mm | 1.96mm | 15.8mm | 1.96mm | 15.8mm | 1.96mm | 15.8mm | 1.96mm | 15.8mm | 1.96mm |
NA | 0.018 | 0.092 | 0.018 | 0.092 | 0.018 | 0.092 | 0.018 | 0.092 | 0.018 | 0.092 |
0.5X
（160mm WD） | 倍率 | 0.35X | 2.80X | 0.175X | 1.40X | 0.263X | 2.10X | 0.525X | 4.20X | 0.70X | 5.60X |
线视场 | 31.74mm | 3.93mm | 31.74mm | 3.93mm | 31.74mm | 3.93mm | 31.74mm | 3.93mm | 31.74mm | 3.93mm |
NA | 0.009 | 0.046 | 0.009 | 0.046 | 0.009 | 0.046 | 0.009 | 0.046 | 0.009 | 0.046 |
0.75X
(105mm WD) | 倍率 | 0.525X | 4.20X | 0.263X | 2.10X | 0.394X | 3.15X | 0.788X | 6.30X | 1.05X | 8.40X |
线视场 | 20.99mm | 2.61mm | 20.99mm | 2.61mm | 20.99mm | 2.61mm | 20.99mm | 2.61mm | 20.99mm | 2.61mm |
NA | 0.013 | 0.069 | 0.013 | 0.069 | 0.013 | 0.069 | 0.013 | 0.069 | 0.013 | 0.069 |
1.5X
(51.5mm WD) | 倍率 | 1.05X | 8.40X | 0.53X | 4.20X | 0.79X | 6.30X | 1.58X | 12.60X | 2.10X | 16.80X |
线视场 | 10.46mm | 1.31mm | 10.46mm | 1.31mm | 10.46mm | 1.31mm | 10.46mm | 1.31mm | 10.46mm | 1.31mm |
NA | 0.026 | 0.138 | 0.026 | 0.138 | 0.026 | 0.138 | 0.026 | 0.138 | 0.026 | 0.138 |
2.0X
(37.5mm WD) | 倍率 | 1.40X | 11.20X | 0.70X | 5.60X | 1.05X | 8.40X | 2.10X | 16.80X | 2.80X | 22.40X |
线视场 | 7.90mm | 1.00mm | 7.90mm | 0.99mm | 7.90mm | 0.99mm | 7.90mm | 0.99mm | 7.90mm | 0.99mm |
NA | 0.035 | 0.182 | 0.035 | 0.182 | 0.035 | 0.182 | 0.035 | 0.182 | 0.035 | 0.182 |
备注 | 当使用同轴光照明时，低放大倍率可能会产生渐晕。 当使用无限远显微物镜作为辅助物镜（可能需要显微物镜适配器）时，SZ0745的放大倍率、视场角和NA值由显微物镜的参数决定。 |
WD：工作距离；
NA：数值孔径；
注意：使用无限远显微物镜，由于产生不均匀的照明限制系统可使用的变倍范围，建议的最大传感器尺寸2/3英寸。
4 可选功能模块及其配件
图 5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 5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功能模块及其配件
模块名 | 订货代码 | 功能描述 |
辅助物镜 | SZ0745W050 | 0.50x Object Lens |
SZ0745W075 | 0.75x Object Lens |
SZ0745W100 | 1.0x Object Lens |
SZ0745W150 | 1.5x Object Lens |
SZ0745W200 | 2.0x Object Lens |
ON-XX | Biological Objective |
ON-YY | Metallographic Objective |
Objective Adapter | M26x0.706 to M20x0.706 |
变倍主体 | SZ0745 | The main body of SZ0745 |
TV镜头 | SZ0745TV040+SZ0745CAT040 | 0.4XTV Lens+0.4X Camera Adapter Tube |
SZ0745TV050+SZ0745CAT050 | 0.5XTV Lens +0.5X Camera Adapter Tube |
SZ0745TV075+SZ0745CAT075 | 0.75X TV Lens +0.75X Camera Adapter Tube |
SZ0745TV100+SZ0745CAT100 | 1.0XTV Lens +1.0X Camera Adapter Tube |
SZ0745TV150+SZ0745CAT150 | 1.5X TV Lens +1.5X Camera Adapter Tube |
SZ0745TV200+SZ0745CAT200 | 2.0XTV Lens +2.0X Camera Adapter Tube |
同轴照明模块 | SZ0745CL+SZ0745SL | Coaxial Light Adapter + LED Spot Light |
LED环形光模块 | SZ0745DRL+SZ0745DRPL | LED Direct Ring Light + LED Direct Ring Polarization Light |
透射式照明模块 | SZ0745TL | LED Transmissive Light |
支架适配器 | SZ0745A45 | 45mm Bracket Adapter |
SZ0745A50 | 50mm Bracket Adapter |
光源电源 | 40600014 | POWER-U-12V1A(MSA-C1000IC12.0-12H-US) 电源适配器 美标 |
40600015 | POWER-E-12V1A(MSA-C10001C12.0-12W-DE) 电源适配器 欧标 |
支架适配器与支架的安装方法如图 6所示。
图 6 SZ0745支架适配器
图 7中标注了SZ0745，SZ0745DRL和SZ0745CL的尺寸。其中SZ0745长150.3mm，远远小于市场上绝大部分数码用连续变倍显微物镜的长度。
图 7 SZ0745主体搭配不同光源形成的SZ0745, SZ0745DRL和SZ0745CL的尺寸，DRL表示搭配了普通环形光源， CL表示搭配的是同轴光源照明模块，可以发现，SZ0745主体尺寸小巧
图 8 SZ0745-W100-TV050, SZ0745-W100-TV075和SZ0745W100-TV100实物
W100表示搭配的是1倍辅助物镜，TV050表示0.50倍TV镜，TV075表示0.75倍TV镜，TV100表示1.00倍TV镜从图中不难发现，其长度随着TV镜倍率的增加而增加
图 9 SZ0745DRL，普通环形光源，其接口与SZ0745匹配
图 10 SZ0745DRPL，偏振环形光源，其接口与SZ0745匹配
图 11 SZ0745CL（同轴照明光源）+SZ0745SL（LED点光源）
5 SZ0745与相机的连接
图 12 SZ0745-W100-TV050+SZ0745DRL（普通环形光源）+HDMI 相机
图 13 SZ0745-W100-TV050+SZ0745DRPL（偏振环形光源配置）+HDMI 相机
图 14 SZ0745-W100-TV050+SZ0745CL+ SZ0745SL(同轴照明光源)+ HDMI相机
图 15 SZ0745-W100-TV050+SZ0745DRL（普通环形光源）+USB 接口CMOS相机
图 16 SZ0745-W100-TV050+SZ0745DRPL(偏振环形光源)+USB接口CMOS相机
图 17 SZ0745-W100-TV050+SZ0745CL+SZ0745SL(同轴照明光源)+ USB接口CMOS相机
6 SZ0745不同照明条件下的拍摄效果图
图 18 为利用SZ0745W100-TV05分别在左）普通环形光源；中）偏振环形光源；右）同轴照明光源照明下的拍摄效果
图 18 自左到右，分别是硬币在左）普通环形光源；中）偏振环形光源；右）同轴照明光源照明下的拍摄效果
图 19 SZ0745 在普通环形光源与同轴光照明情况下的CMOS芯片(5.6x)
图 20 SZ0745在普通环形光源照明情况下，将倍率调节到0.7x以及2.5x情况下的电路板图
图 21 SZ0745 在2.5X 同 5.6X情况下拍摄的手机像素图
7 如何配置SZ0745数码用连续变倍显微物镜
1. 确定所需1）物方视场范围和2）工作距离，选择合适的辅助物镜；
2. 如果使用M20x0.705的无限远物镜，需选择M26x0.705转M20x0.705的物镜适配器；
3. 确定相机成像区域的尺寸，1）传感器尺寸（inch），2）图像对角线尺寸，3）图像宽度或者4）图像高度，选择合适的TV镜头；
4. 采用反射式照明时，选择LED环形光模块，分普通环形光源与偏振环形光源；
5. 采用同轴光照明时，选择同轴照明模块；
6. 采用透射式照明时，选择透射式照明模块；
7. 选择合适的支架；
8. 依据支架开孔的尺寸选择45mm或50mm支架适配器；
8 SZ0745包装列表
SZ0745主体包装信息如下：
图 22 SZ0745主体，包括辅助物镜、变倍主体和TV镜头以及相机适配筒+支架适配器
普通环形光源包装信息如下：
图 23 SZ0745DRL，包括LED环形光源+电源适配器
偏振环形光源包装信息如下：
图 24 SZ0745DRPL，包括LED环形偏振光源+电源适配器
同轴光源包装信息如下：
图 25 SZ0745用同轴光源，包括SZ0745CL同轴光适配器+SZ0745SL同轴点光源+电源适配器