本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于手術(shù)顯微鏡的大物鏡系統(tǒng)，特別是一種連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：手術(shù)顯微鏡放大了手術(shù)視野，使醫(yī)生能夠看清手術(shù)部位的精細(xì)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行憑肉眼無(wú)法完成的各種顯微手術(shù)，拓展了手術(shù)治療范圍，提高了手術(shù)精細(xì)程度，廣泛應(yīng)用在眼科、耳鼻喉科、口腔科、神經(jīng)外科、手外科、婦科等眾多醫(yī)療領(lǐng)域中。手術(shù)顯微鏡有大物鏡型和小物鏡型兩種形式，高性能手術(shù)顯微鏡一般選用大物鏡型，大物鏡又分為定焦式和變焦式兩種，相對(duì)于定焦式，變焦式大物鏡工作距可調(diào)，手術(shù)中可因?qū)嶋H需要調(diào)換不同焦距的大物鏡，縮短手術(shù)時(shí)間，并可降低由于更換物鏡帶來(lái)的交叉感染。在手術(shù)顯微鏡大物鏡設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)較少選用變焦形式，公開號(hào)為cn103558683a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開的“用于手術(shù)顯微鏡的長(zhǎng)工作距復(fù)消色差大物鏡”是一個(gè)定焦系統(tǒng)，工作距較長(zhǎng)，但無(wú)法調(diào)節(jié)。理想的用于手術(shù)顯微鏡的大物鏡系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)可以同時(shí)滿足連續(xù)變焦和工作距可調(diào)。連續(xù)變焦系統(tǒng)是一種焦距可以連續(xù)變化，而在變焦過(guò)程中術(shù)面保持穩(wěn)定且像質(zhì)保持良好的系統(tǒng)，可得到不同大小的視場(chǎng)角、不同大小的影像和不同景物范圍，在視場(chǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中能夠保持圖像的連續(xù)性。景深決定手術(shù)顯微鏡的工作距離，大物鏡景深可調(diào)，其通過(guò)沿光軸移動(dòng)系統(tǒng)中特定光學(xué)透鏡組來(lái)實(shí)現(xiàn)手術(shù)顯微鏡的工作距可調(diào)，使手術(shù)操作更準(zhǔn)確，對(duì)手術(shù)中不同深淺的部位處理更精準(zhǔn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提出一種用于手術(shù)顯微鏡的連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)，以解決如何獲得連續(xù)可變的工作距的技術(shù)問(wèn)題。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于手術(shù)顯微鏡的連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)，該連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)沿光路路徑依次設(shè)置有大物鏡系統(tǒng)、變倍系統(tǒng)、接目物鏡系統(tǒng)和目鏡系統(tǒng)；其中，大物鏡系統(tǒng)距離物面最近；大物鏡系統(tǒng)包括負(fù)透鏡組和正透鏡組，負(fù)透鏡組靠近物面，正透鏡組靠近變倍系統(tǒng)；負(fù)透鏡組為固定組，正透鏡組沿光軸移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦大物鏡的連續(xù)變焦。進(jìn)一步地，正透鏡組為三膠合透鏡，負(fù)透鏡組為雙膠合透鏡。進(jìn)一步地，從變倍系統(tǒng)向物面的方向，正透鏡組依次具有膠合連接的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡；負(fù)透鏡組依次具有膠合連接的第四透鏡和第五透鏡；其中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡均為雙球面透鏡。進(jìn)一步地，從變倍系統(tǒng)向物面的方向，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡依次具有第三至第九球面；其中，第三球面的半徑為109.19mm，厚度為6.95mm；第四球面的半徑為-490.56mm，厚度為7.8mm；第五球面的半徑為-64.0mm，厚度為4.0mm；第六球面的半徑為-137.75mm，厚度為21.07mm至1.07mm；第七球面的半徑為-130.23mm，厚度為5.35mm；第八球面的半徑為-70.56mm，厚度為4.0mm；第九球面的半徑為-230.87mm，厚度為150.0mm至350.0mm。進(jìn)一步地，第三透鏡和第四透鏡的間隔為21.07mm時(shí)，連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)的焦距為230mm，工作距為150mm。進(jìn)一步地，第三透鏡和第四透鏡的間隔為1.07mm時(shí)，連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)的焦距為400mm，工作距為350mm。進(jìn)一步地，第一透鏡采用的光學(xué)玻璃為h-zlaf68。進(jìn)一步地，第二透鏡采用的光學(xué)玻璃為h-zpk1。進(jìn)一步地，第三透鏡和第四透鏡采用的光學(xué)玻璃為h-zf62。進(jìn)一步地，第五透鏡采用的光學(xué)玻璃為h-qf6。(三)有益效果本發(fā)明提出的用于手術(shù)顯微鏡的連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)，負(fù)透鏡組為固定組，變焦形式采用機(jī)械補(bǔ)償法，通過(guò)沿光軸方向移動(dòng)正透鏡組實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦和景深可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了焦距范圍從230mm到400mm，工作距從150mm到350mm，術(shù)面觀察范圍從φ20mm到φ125mm的變焦設(shè)計(jì)。同時(shí)，光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)使用復(fù)消色差技術(shù)，選取含異常色散系數(shù)的特定光學(xué)玻璃，系統(tǒng)分辨率高，圖像清晰。附圖說(shuō)明圖1為本實(shí)施例連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖2為本實(shí)施例入瞳直徑φ6.4mm，入瞳距55mm，焦距230mm，工作距150mm大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖3為本實(shí)施例入瞳直徑φ6.4mm，入瞳距55mm，焦距400mm，工作距350mm大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖4為本實(shí)施例入瞳直徑φ17mm，入瞳距70mm，焦距230mm，工作距150mm大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖5為本實(shí)施例入瞳直徑φ17mm，入瞳距70mm，焦距400mm，工作距350mm大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖6為本實(shí)施例入瞳直徑φ17mm，入瞳距86mm，焦距230mm，工作距150mm大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖7為本實(shí)施例入瞳直徑φ17mm，入瞳距86mm，焦距400mm，工作距350mm大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖8為本實(shí)施例正負(fù)透鏡組與變焦位置曲線圖9為本實(shí)施例高倍率大物鏡mtf曲線。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本實(shí)施例提出一種用于手術(shù)顯微鏡的連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)沿光路路徑依次設(shè)置有大物鏡系統(tǒng)10、變倍系統(tǒng)20、接目物鏡系統(tǒng)30和目鏡系統(tǒng)40。本實(shí)施例的連續(xù)變焦大物鏡系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)性能為：a)焦距：230mm～400mm；b)工作距：150mm～350mm；c)術(shù)面觀察范圍：φ20mm～φ125mm；d)光闌a直徑：φ6.4mm～φ17mm；e)系統(tǒng)總長(zhǎng)(第一表面到最后一面的距離)：58mm。其中，大物鏡系統(tǒng)10距離物面最近。大物鏡系統(tǒng)10距離所觀察的物面最近。大物鏡系統(tǒng)10是整個(gè)手術(shù)顯微鏡的關(guān)鍵之一，大物鏡系統(tǒng)10可將光線聚焦在手術(shù)區(qū)域并為后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)提供準(zhǔn)直光束。圖2為大物鏡系統(tǒng)10的示意圖。從變倍系統(tǒng)20向物面的方向，大物鏡系統(tǒng)10依次具有正透鏡組100和負(fù)透鏡組200。負(fù)透鏡組200為固定組，正透鏡組100沿光軸移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦大物鏡的連續(xù)變焦。其中，從變倍系統(tǒng)20到物面的方向，正透鏡組100依次具有膠合連接的第一透鏡110、第二透鏡120和第三透鏡130，負(fù)透鏡組200依次具有膠合連接的第四透鏡210和第五透鏡220。第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡210和第五透鏡220均為雙球面透鏡。手術(shù)顯微鏡一般為雙目成像，后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)由兩路組成，即變倍系統(tǒng)20、接目物鏡系統(tǒng)30和目鏡系統(tǒng)40均為兩路光路。后兩路光路的單光路光軸與大物鏡系統(tǒng)的光軸存在一定的偏移量，本實(shí)施例使用的光闌a偏移量取11mm。光闌a大小和位置由后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際入瞳大小和位置(因變倍而變化)而定。光闌a到第一透鏡110的間隔設(shè)計(jì)時(shí)取55mm、70mm、86mm，對(duì)應(yīng)光闌a大小φ6.4mm、φ17mm、φ17mm；對(duì)應(yīng)術(shù)面作像方線視場(chǎng)。設(shè)計(jì)中采用了實(shí)用性很強(qiáng)的多重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法。該系統(tǒng)采用復(fù)消色差技術(shù)，分別為三膠合透鏡和雙膠合透鏡，為校正系統(tǒng)色差，同時(shí)使用較少的透鏡片數(shù)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，兩個(gè)膠合組均采用特殊色散的光學(xué)材料，詳見表1。表1面序號(hào)半徑(mm)厚度(mm)光學(xué)材料光闌孔徑(mm)1stop(光闌)infinity55(可變)φ6.4(可變)2(虛擬面)infinity0.5(可變)3109.196.95h-zlaf68φ54.04-490.567.8h-zpk1φ54.05-64.04.0h-zf62φ54.06-137.7521.07(可變)φ54.07-130.235.35h-zf62φ54.08-70.564.0h-qf6φ54.09-230.87150.0(可變)φ54.0imageinfinity0.0φ125.0(可變)從變倍系統(tǒng)向物面的方向，第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130、第四透鏡210和第五透鏡220依次具有第三至第九球面(對(duì)應(yīng)于上表的面序號(hào)3至9)。其中，第三球面的半徑為109.19mm，厚度為6.95mm；第四球面的半徑為-490.56mm，厚度為7.8mm；第五球面的半徑為-64.0mm，厚度為4.0mm；第六球面的半徑為-137.75mm，厚度為21.07mm至1.07mm；第七球面的半徑為-130.23mm，厚度為5.35mm；第八球面的半徑為-70.56mm，厚度為4.0mm；第九球面的半徑為-230.87mm，厚度為150.0mm至350.0mm。圖2至圖7是示意了六個(gè)不同光闌直徑和位置、不同焦距、不同工作距的大物鏡的具體實(shí)施例。其中，圖2是入瞳直徑為φ6.4mm，入瞳距t1為55mm，焦距為230mm，工作距l(xiāng)1為150mm的大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖3是入瞳直徑為φ6.4mm，入瞳距t2為55mm，焦距為400mm，工作距l(xiāng)2為350mm的大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖4是入瞳直徑為φ17mm，入瞳距t3為70mm，焦距為230mm，工作距l(xiāng)3為150mm的大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖5是入瞳直徑為φ17mm，入瞳距t4為70mm，焦距為400mm，工作距l(xiāng)4為350mm的大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖6是入瞳直徑為φ17mm，入瞳距t5為86mm，焦距為230mm，工作距l(xiāng)5為150mm的大物鏡系統(tǒng)示意圖；圖7是入瞳直徑為φ17mm，入瞳距t6為86mm，焦距為400mm，工作距l(xiāng)6為350mm的大物鏡系統(tǒng)示意圖。本發(fā)明的大物鏡系統(tǒng)變焦采用機(jī)械補(bǔ)償式，通過(guò)沿光軸方向移動(dòng)正透鏡組100來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦，焦距范圍從230mm到400mm選取5個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)焦距、工作距及正負(fù)透鏡組的間隔見表2。其中，正、負(fù)透鏡組間隔即正透鏡組100的第三透鏡130與負(fù)透鏡組200的第四透鏡210之間的間隔。表2焦距(mm)工作距(mm)正、負(fù)透鏡組間隔(mm)230150.021.07270198.414.10320256.47.84370314.53.27400350.01.07圖8是正負(fù)透鏡組間隔與變焦位置的曲線，兩組間隔從20.07mm到1.07mm，正透鏡組100行程為20mm，變焦曲線平滑無(wú)拐點(diǎn)，接近線性，保證了系統(tǒng)變焦的可行性。圖9是高倍率大物鏡mtf曲線。醫(yī)生更為關(guān)心的是高倍率像質(zhì)的優(yōu)劣，低倍率主要用于捕獲病變部位，其分辨率可以適當(dāng)?shù)慕档?，故重點(diǎn)考察大物鏡高倍率的成像質(zhì)量，mtf@35lp/mm≥0.3，接近衍射極限，說(shuō)明高倍率大物鏡具有較好的成像質(zhì)量，符合使用要求。本實(shí)施例提出的大物鏡系統(tǒng)連續(xù)變焦、工作距可調(diào)，能夠避免手術(shù)中更換大物鏡帶來(lái)的不便，縮短手術(shù)時(shí)間，減少由于更換大物鏡帶來(lái)的院內(nèi)交叉感染。同時(shí)，光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)使用復(fù)消色差技術(shù)，選取含異常色散系數(shù)的特定光學(xué)玻璃，系統(tǒng)分辨率高，圖像清晰。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12