CN107314891B - 手术显微镜的光学检测系统及光学检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种手术显微镜的光学检测系统及光学检测方法，属于光学检测技术领域，解决应用双筒望远镜对手术显微镜进行光学性能检测存在的不足的问题，光学检测系统包括棱镜组件、检测物镜、检测物镜以及检测分化板。棱镜组件包括一第一斜方棱镜、一直角棱镜和一第二斜方棱镜。第一斜方棱镜的第一光反射面和第二光反射面将从其第一光入射面传来的一第一束平行光线的光轴平移至所述中心光轴；第二斜方棱镜的第三光反射面和第四光反射面将从其第二光入射面传来的一第二束平行光线的光轴平移至所述中心光轴；直角棱镜设置在第一斜方棱镜与第二斜方棱镜之间将第二束平行光线与第一束平行光线重合。本发明能提高检测结果的准确度。

Description

手术显微镜的光学检测系统及光学检测方法

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及手术显微镜的光学检测系统，本发明还涉及手术显微镜的光学检测方法。

背景技术

手术显微镜的光学系统将被观察的病灶放大成像于人眼或电荷耦合器件(chargecoupled device,简称CCD)，其具体结构如图1所示，包括手术显微镜大物镜1，伽利略变倍系统2(简称变倍系统)，转像棱镜系统3，目镜4。位于手术显微镜物方焦面上的物体发出的光经过手术显微镜大物镜1变为平行光，该平行光分别进入左、右变倍系统2a、2b。平行光进入左、右变倍系统2a、2b后，再以平行光出射，通过改变左、右变倍系统中的移动组21和补偿组22的位置来达到改变出射光束口径的目的。该平行光接着进入转像棱镜系统3，转像棱镜系统3中的棱镜实现调整瞳距和正像的目的，转像棱镜系统3中的透镜将入射光束汇聚到目镜4的焦平面上，进而通过目镜4出射平行光，从而进入观察者眼中。

传统的手术显微镜光学检测系统为放大率2X～4X之间的双筒望远镜，其检测光路原理图如图2所示，双筒望远镜100对手术显微镜200的检测，实际上是对手术显微镜左右两路光学系统的分别检测。物平面300上物高为Y的物体在被测手术显微镜第一成像平面所成像像高为Y',左路光学系统通过双筒望远镜的左路物镜f_L在左检测分划板上成像像高为Y"_L，右路光学系统通过双筒望远镜的右路物镜f_R在右检测分划板上成像像高为Y"_R。理想情况下，f_L＝f_R、左检测分划板与右检测分划板格值精度一致(即双筒望远镜左右两路光学检测系统应具有一致性)，则可通过双筒望远镜所成像Y"_L和Y"_R来检测手术显微镜的光学性能。但实际上，无法保证双筒望远镜左右两路光学检测系统的一致性，因而，应用双筒望远镜对手术显微镜进行光学性能检测时，其检测结果存在一定的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对应用双筒望远镜对手术显微镜进行光学性能检测存在的不足，提供一种能将手术显微镜左右目镜出射的平行光折转到一路光学系统中的光学检测系统。

为了实现上述目的，本发明的手术显微镜的光学检测系统，具有一中心光轴，包括棱镜组件、检测物镜、检测目镜以及检测分化板。棱镜组件包括一第一斜方棱镜、一直角棱镜和一第二斜方棱镜。检测物镜设置在中心光轴上。检测目镜设置在中心光轴上。检测分化板设置在检测目镜的物方焦平面上。其中，所述第一斜方棱镜具有一第一光入射面、一第一光第一反射面、一第一光第二反射面和一第一光出射面，所述第一光第一反射面和所述第一光第二反射面顺次设置在所述第一光入射面与所述第一光出射面之间将从第一光入射面传来的一第一束平行光线的光轴平移至所述中心光轴；所述第二斜方棱镜具有一第二光入射面、一第二光第一反射面、一第二光第二反射面和一第二光出射面，所述第二光第一反射面和所述第二光第二反射面顺次设置在所述第二光入射面与所述第二光出射面之间将从第二光入射面传来的一第二束平行光线的光轴平移至所述中心光轴；所述直角棱镜设置在所述第一斜方棱镜与所述第二斜方棱镜之间将平移至所述中心光轴的所述第二束平行光线与平移至所述中心光轴的所述第一束平行光线重合。

上述的光学检测系统，其中，所述第一斜方棱镜具有一第一边、一第二边、一第三边和一第四边，所述第一边与所述第四边相平行，所述第二边与所述第三边相平行，所述第一光入射面设置在所述第一边上，所述第一光第一反射面设置在所述第二边上，所述第一光第二反射面设置在所述第三边上，所述第一光出射面设置在所述第四边上，所述第一光出射面与所述第一光入射面反向设置，所述第一光第二反射面与所述第一光第一反射面对向设置。

上述的光学检测系统，其中，所述棱镜组件还包括一光程补偿片，与所述第一边相贴合。

上述的光学检测系统，其中，所述第二斜方棱镜具有一第五边、一第六边、一第七边和一第八边，所述第五边与所述第八边相平行，所述第六边与所述第七边相平行，所述第二光入射面设置在所述第五边上，所述第二光第一反射面设置在所述第六边上，所述第二光第二反射面设置在所述第七边上，所述第二光出射面设置在所述第八边上，所述第二光出射面与所述第二光入射面反向设置，所述第二光第二反射面与所述第二光第一反射面对向设置。

上述的光学检测系统，其中，所述直角棱镜具有一第一直角边、一第二直角边和一斜边，所述第一直角边与所述第一边平齐且与所述第八边相贴合，所述斜边与所述第三边相贴合。

上述的光学检测系统，其中，所述检测物镜的焦距与所述检测目镜的焦距比为2:1。

上述的光学检测系统，其中，所述第一光第一反射面上镀有高反膜。

上述的光学检测系统，其中，所述第一光第二反射面上镀有半反半透膜。

上述的光学检测系统，其中，所述第二光第一反射面及所述第二光第二反射面上镀有增反膜。

本发明进一步提供一种手术显微镜的光学检测方法，包括步骤：

S100，提供一上述的光学检测系统。

S200，将被测的手术显微镜置于一物面标靶分划板与所述光学检测系统之间，并使物面标靶分划板上物高为y的物体通过所述手术显微镜的左右两路光学系统、所述棱镜组件及所述检测物镜在所述检测分划板上成像y”左、y”右。

S300，基于y”左与y”右来检测手术显微镜的光学性能。

本发明的有益功效在于：借助棱镜组件的设置，能将从手术显微镜左右目镜出射的两路平行光折转到一路光学系统中，从而能在同一视场内观测同一物分别经过手术显微镜左右两路光学系统后的成像效果，以检测该手术显微镜的光学性能，如：总放大率差、左右光学系统之间的放大率差、左右光学系统之间的视场一致性及左右视场之间的像倾斜差等检测项目，消除了传统手术显微镜光学检测系统(双筒望远镜)由于光学结构特点而自身存在的两检测光路不一致性而引起的测量误差，提高了检测结果的准确度。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为手术显微镜的光学系统结构图；

图2为采用双筒望远镜对手术显微镜的光学性能进行检测时的光路图；

图3为本发明的光学检测系统的光路结构图；

图4为第一束平行光线进入本发明的光学检测系统时的光路图；

图5为第二束平行光线进入本发明的光学检测系统时的光路图；

图6为采用本发明的光学检测系统对手术显微镜的光学性能进行检测时的光路图。

其中，附图标记

1—手术显微镜大物镜

2—变倍系统

2a—左变倍系统

2b—右变倍系统

21—移动组

22—补偿组

3—转像棱镜系统

4—目镜

200—手术显微镜

100—双筒望远镜

300—物平面

f_L—左路物镜

f_R—右路物镜

400—光学检测系统

10—棱镜组件

11—光程补偿片

12—第一斜方棱镜

121—第一边

122—第二边

123—第三边

124—第四边

13—直角棱镜

131—第一直角边

132—第二直角边

133—斜边

14—第二斜方棱镜

141—第五边

142—第六边

143—第七边

144—第八边

20—检测物镜

30—检测目镜

40—检测分划板

A1—中心光轴

50—物面标靶分划板

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参阅图3，如图所示，本发明的光学检测系统400，具有一中心光轴A1。光学检测系统400包括棱镜组件10、检测物镜20、检测目镜30以及检测分化板40。棱镜组件10包括一光程补偿片11、一第一斜方棱镜12、一直角棱镜13和一第二斜方棱镜14。检测物镜20和检测目镜30设置在中心光轴A1上。检测分化板40设置在检测目镜30的物方焦平面上。

光程补偿片11的作用是补偿第一束平行光线的光程。光程补偿片11与第一斜方棱镜12、一直角棱镜13和一第二斜方棱镜14的折射率相同，即光学材料相同。

第一斜方棱镜12具有一第一边121、一第二边122、一第三边123和一第四边124，第一边121与第四边124相平行，第二边122与第三边123相平行，

第一边121、第二边122夹角45度。

第一边121上设置有一第一光入射面，第二边122上设置有一第一光第一反射面，第三边123上设置有一第一光第二反射面，第四边124上设置有一第一光出射面，第一光出射面与第一光入射面反向设置，第一光第二反射面123与第一光第一反射面对向设置。这样，第一光第一反射面和第一光第二反射面顺次设置在第一光入射面与第一光出射面之间将从第一光入射面传来的第一束平行光线的光轴平移至中心光轴A1。

第二斜方棱镜14具有一第五边141、一第六边142、一第七边143和一第八边144，第五边141与第八边144相平行，第六边142与第七边143相平行，第五边121、第六边122夹角45度。

第五边141上设置有一第二光入射面，第六边142上设置有一第二光第一反射面，第七边143上设置有一第二光第二反射面，第八边144上设置有一第二光出射面，第二光出射面与第二光入射面反向设置，第二光第一(第三光)反射面与第二光第二(第四光)反射面对向设置。这样，第二光第一反射面和第二光第二反射面顺次设置在第二光入射面与第二光出射面之间将从第二光入射面传来的第二束平行光线的光轴平移至中心光轴A1。

直角棱镜13设置在第一斜方棱镜12与第二斜方棱镜14之间将平移至中心光轴的第二束平行光线与平移至中心光轴的第一束平行光线重合。直角棱镜13具有一第一直角边131、一第二直角边132和一斜边133，第一直角边131与第一边121平齐且与第八边144相贴合，斜边133与第三边113相贴合。光程补偿片11后边与第一边121相贴合。

基于上述的结构，第一斜方棱镜12能将入射的第一束平行光线的光轴平移至与中心光轴A1重合；直角棱镜13支撑第一斜方棱镜12，并作为第一斜方棱镜12和第二斜方棱镜14的装校基准。检测物镜20能将棱镜组件10出射的平行光会聚到检测分划板40上，从量值上对手术显微镜的左、右两路光学系统的成像情况进行评价，其物方视场角ω为手术显微镜目镜系统出射平行光束的最大出射角。检测分划板40的作用是提供检测的量具。检测目镜30起到将手术显微镜左右两路光学系统所成的位于检测分划板40上的像成像至无穷远，以供测试人员进行观测。为了方便检测人员观测，设定检测物镜20的焦距f与检测目镜30的焦距比为2:1，检测分划板40的有效测量范围b＝2f*tgω。

本实施例中，第一光第一反射面上镀有高反膜，第一光第二反射面上镀有半反半透膜，第二光第一反射面及第二光第二反射面上镀有增反膜，以保证相同光强的第一束平行光线、第二束平行光线最终以相同光强出射(即左右入射光强均为1个单位时，出射均为0.5个单位)。

结合参阅图4至图6，本发明的手术显微镜的光学检测方法，包括步骤：

S100，提供一上述的光学检测系统400；

S200，将被测的手术显微镜100置于一物面标靶分划板50与光学检测系统400之间，并使物面标靶分划板50上物高为y的物体通过手术显微镜的左右两路光学系统、棱镜组件及检测物镜在检测分划板40上成像y”左、y”右；

S300，基于y”左与y”右来检测手术显微镜的光学性能。

具体来说，在物面靶标分划板50上物高为Y的物体在被测手术显微镜第一成像平面所成像像高为Y',在检测系统中间成像平面所成像尺寸为Y"。理想情况下，若物Y经手术显微镜左右两路光学系统和本发明的光学检测系统后所成像Y"_左和Y"_右应一致，即大小相等、相互重合。但由于实际加工、装校存在误差，导致手术显微镜左右两路光学系统一致性变差，Y"_左和Y"_右可能存在大小不一、不重合等问题，故而可以通过Y"_左和Y"_右对手术显微镜光学性能进行检测。

手术显微镜100左目镜出射的平行光(即第一束平行光线)，经过棱镜组件10、被检测物镜20会聚在检测分划板40上，成像为y”左(记为Y"_L)；手术显微镜100右目镜出射的平行光(即第二束平行光线)，经过棱镜组件10、被检测物镜20会聚在检测分划板40上，成像为y”右(记为Y"_R)。

设定被测手术显微镜目镜焦距为f_OC,本发明的光学检测系统中检测物镜焦距为f_OT，被测手术显微镜总放大倍率标称值为M、实际值M_TOTVIS。

总放大倍率实际值M_TOTVIS：

利用本发明的光学检测系统后物Y与像Y"存在如下关系：

即

将式(3)代入式(1)即可获得被测手术显微镜实际总放大倍率M_TOTVIS

总放大率差误差：

η＝M_TOTVIS/M (5)

左右光学系统放大率差：

明显地，应用本发明的光学检测系统检测手术显微镜的光学性能，不仅操作简单，检测结果相对传统检测系统也更加准确。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种手术显微镜的光学检测系统，具有一中心光轴，其特征在于，包括：

棱镜组件，包括一第一斜方棱镜、一直角棱镜和一第二斜方棱镜；

检测物镜，设置在所述中心光轴上；

检测目镜，设置在所述中心光轴上；以及

检测分化板，设置在所述检测目镜的物方焦平面上；

其中，所述第一斜方棱镜具有一第一光入射面、一第一光第一反射面、一第一光第二反射面和一第一光出射面，所述第一光第一反射面和所述第一光第二反射面顺次设置在所述第一光入射面与所述第一光出射面之间将从第一光入射面传来的一第一束平行光线的光轴平移至所述中心光轴；所述第二斜方棱镜具有一第二光入射面、一第二光第一反射面、一第二光第二反射面和一第二光出射面，所述第二光第一反射面和所述第二光第二反射面顺次设置在所述第二光入射面与所述第二光出射面之间将从第二光入射面传来的一第二束平行光线的光轴平移至所述中心光轴；所述直角棱镜设置在所述第一斜方棱镜与所述第二斜方棱镜之间将平移至所述中心光轴的所述第二束平行光线与平移至所述中心光轴的所述第一束平行光线重合。

2.根据权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，所述第一斜方棱镜具有一第一边、一第二边、一第三边和一第四边，所述第一边与所述第四边相平行，所述第二边与所述第三边相平行，所述第一光入射面设置在所述第一边上，所述第一光第一反射面设置在所述第二边上，所述第一光第二反射面设置在所述第三边上，所述第一光出射面设置在所述第四边上，所述第一光出射面与所述第一光入射面反向设置，所述第一光第二反射面与所述第一光第一反射面对向设置。

3.根据权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，所述棱镜组件还包括一光程补偿片，与所述第一边相贴合。

4.根据权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，所述第二斜方棱镜具有一第五边、一第六边、一第七边和一第八边，所述第五边与所述第八边相平行，所述第六边与所述第七边相平行，所述第二光入射面设置在所述第五边上，所述第二光第一反射面设置在所述第六边上，所述第二光第二光反射面设置在所述第七边上，所述第二光出射面设置在所述第八边上，所述第二光出射面与所述第二光入射面反向设置，所述第二光第二反射面与所述第二光第一反射面对向设置。

5.根据权利要求4所述的光学检测系统，其特征在于，所述直角棱镜具有一第一直角边、一第二直角边和一斜边，所述第一直角边与所述第一边平齐且与所述第八边相贴合，所述斜边与所述第三边相贴合。

6.根据权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，所述检测物镜的焦距与所述检测目镜的焦距比为2:1。

7.根据权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，所述第一光第一反射面上镀有高反膜。

8.根据权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，所述第一光第二反射面上镀有半反半透膜。

9.根据权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，所述第二光第一反射面及所述第二光第二反射面上镀有增反膜。

10.一种手术显微镜的光学检测方法，其特征在于，包括步骤：

S100，提供一权利要求1-9中任意一项所述的光学检测系统；

S200，将被测的手术显微镜置于一物面标靶分划板与所述光学检测系统之间，并使物面标靶分划板上物高为y的物体通过所述手术显微镜的左右两路光学系统、所述棱镜组件及所述检测物镜在所述检测分划板上成像y”左、y”右；

S300，基于y”左与y”右来检测手术显微镜的光学性能。