CN107357032A - 一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统及其瞳距调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学系统设计技术领域，具体涉及一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统及瞳距调节方法。本发明的像方远心接目物镜系统的结构简单，瞳距调节方便。通过在每一组像方远心接目物镜中，使复合棱镜组整体绕第三直角棱镜的入射光束的光轴转动，改变两组像方远心接目物镜的第六直角棱镜的出射光束的光轴之间的距离，实现手术显微镜的瞳距调节功能。在像方远心接目物镜系统中加入场镜，也有助于实现远心目镜与接目物镜的光学衔接，减小后续目镜的径向尺寸。

Description

一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统及其瞳距调节 方法

技术领域

本发明属于光学系统设计技术领域，具体涉及一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统及其瞳距调节方法。

背景技术

手术显微镜是显微外科手术的必备光学仪器。显微外科使过去不能进行的外科手术，在显微镜下可以顺利完成，从而大大提高了手术的精确性和安全性。除照明光学系统外，手术显微镜主要由四个部分组成，分别为大物镜系统、变焦系统、接目物镜、目镜，其中大物镜系统将光线聚焦在手术区域并为后续系统提供准直光束；变焦系统用于放大/缩小手术部位，拓展手术治疗范围；接目物镜需要单独实现成像功能，是连接变焦系统与目镜的桥梁，为实现人眼观察奠定基础，是手术显微镜的关键部位之一。

为了让手术医生取得更舒适的工作姿态与更满意的效果，手术显微镜要具有俯仰调节功能与瞳距调节功能。由于棱镜处于接目物镜会聚光路中，所以设计过程中可以把棱镜与接目物镜合并按一个系统进行优化设计。

专利号为CN201220624091.2的中国实用新型专利公开了一种手术显微镜棱镜转像系统，利用第一直角棱镜、梯形棱镜和第二直角棱镜组合实现俯仰调节功能，但是并未涉及如何调节瞳距的内容。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统及其瞳距调节方法，以解决如何利用简单的结构实现瞳距方便调节的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统，该接目物镜系统包括两组且对称设置于手术显微镜的变倍系统和目镜系统之间的像方远心接目物镜，其特征在于，每个像方远心接目物镜均包括第一直角棱镜、梯形棱镜、第二直角棱镜和复合棱镜组；其中，

第一直角棱镜转接变倍系统的出射光束，梯形棱镜转折第一直角棱镜的出射光束，第二直角棱镜转折梯形棱镜的出射光束；第一直角棱镜、梯形棱镜和第二直角棱镜组合实现手术显微镜的俯仰调节功能；

复合棱镜组，包括第一复合棱镜和第二复合棱镜；其中，第一复合棱镜包括组合成一体的第三直角棱镜和第四直角棱镜，第二复合棱镜包括组合成一体的第五直角棱镜和第六直角棱镜；第二直角棱镜的出射光束经第三直角棱镜折射至第四直角棱镜，第四直角棱镜的出射光束经第五直角棱镜折射至第六直角棱镜，第六直角棱镜的出射光束进入目镜系统；复合棱镜组能够整体绕第三直角棱镜的入射光束的光轴转动，改变两组像方远心接目物镜的第六直角棱镜的出射光束的光轴之间的距离，实现手术显微镜的瞳距调节功能。

进一步地，第三直角棱镜和第四直角棱镜的尺寸与第二直角棱镜相同。

进一步地，第五直角棱镜和第六直角棱镜的尺寸与第二直角棱镜相同。

进一步地，第三直角棱镜均包括第一直角面、第二直角面和连接第一直角面和第二直角面的第三斜面，第四直角棱镜均包括第三直角面、第四直角面和连接第三直角面和第四直角面的第四斜面；其中，第一直角面与第二直角棱镜的出射面相对，第二直角面与第三直角面相贴合，第四直角面与第五直角棱镜相对。

进一步地，第五直角棱镜均包括第五直角面、第六直角面和连接第五直角面和第六直角面的第五斜面，第六直角棱镜均包括第七直角面、第八直角面和连接第七直角面和第八直角面的第六斜面；其中，第五直角面与第四直角面相对，第六直角面与第七直角面相贴合，第八直角面与目镜系统相对。

进一步地，接目物镜系统还包括设置于第一直角棱镜和梯形棱镜之间的第一双胶合透镜。

进一步地，接目物镜系统还包括设置于第六直角棱镜和目镜系统之间的场镜，场镜为双胶合透镜。

进一步地，第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜、第四直角棱镜、第五直角棱镜、第六直角棱镜以及梯形棱镜均具有棱镜口径D和光轴长度L，其中L＝2D。

此外，本发明还提出一种手术显微镜的像方远心接目物镜的瞳距调节方法，采用如上述接目物镜系统，该调节方法包括如下步骤：在每一组像方远心接目物镜中，使复合棱镜组整体绕各自的第三直角棱镜的入射光束的光轴转动，使得两组像方远心接目物镜的第六直角棱镜的出射光束的光轴之间的距离随之变化，相应地瞳距距离发生改变，据此完成瞳距调节。

进一步地，通过在第六直角棱镜和目镜系统之间设置场镜以校正场曲和畸变。

(三)有益效果

本发明提出的用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统及其瞳距调节方法，像方远心接目物镜系统的结构简单，瞳距调节方便。通过在每一组像方远心接目物镜中，使复合棱镜组整体绕第三直角棱镜的入射光束的光轴转动，改变两组像方远心接目物镜的第六直角棱镜的出射光束的光轴之间的距离，实现手术显微镜的瞳距调节功能。在像方远心接目物镜系统中加入场镜，也有助于实现远心目镜与接目物镜的光学衔接，减小后续目镜的径向尺寸。

附图说明

图1为本发明实施例像方远心接目物镜系统的结构示意图；

图2为本发明实施例复合棱镜组结构示意图；

图3为本发明实施例旋转复合棱镜组实现瞳距调节的示意图；

图4为本发明实施例接目物镜MTF曲线。

其中，附图标记

10 像方远心接目物镜

11 第一直角棱镜

12 梯形棱镜

13 第二直角棱镜

14 第一双胶合透镜

15 第二双胶合透镜

100、100’ 第一复合棱镜

200、200’ 第二复合棱镜

110、110’ 第三直角棱镜

111 第一直角面

112 第二直角面

113 第三斜面

120 第四直角棱镜

121 第三直角面

122 第四直角面

123 第四斜面

210 第五直角棱镜

211 第五直角面

212 第六直角面

213 第五斜面

220、220’ 第六直角棱镜

221 第七直角面

222 第八直角面

223 第六斜面

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统及其瞳距调节方法。该接目物镜系统可实现的技术性能为：

a)焦距：170mm；

b)像方线视场：Φ21mm；

c)光阑直径：不大于Φ20mm。

本实施例的用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统，为两组且并列设置于手术显微镜的变倍系统和目镜系统之间。如图1所示，图 1为其中一组像方远心接目物镜10的结构示意图，另一组像方远心接目物镜相对轴A与图1所示的像方远心接目物镜10对称设置。以下以像方远心接目物镜10的结构为例进行说明。

像方远心接目物镜10包括第一直角棱镜11、梯形棱镜12和第二直角棱镜13。第一直角棱镜11转接变倍系统的出射光束，梯形棱镜12转折第一直角棱镜11的出射光束，第二直角棱镜13转折梯形棱镜12的出射光束。第一直角棱镜11、梯形棱镜12和第二直角棱镜13组合实现手术显微镜的俯仰调节功能。

图1结合图2a至图2c，像方远心接目物镜10还包括复合棱镜组，分别为第一复合棱镜100和第二复合棱镜200，第一、第二复合棱镜组合，可实现瞳距调节功能。第一复合棱镜100包括组合成一体的第三直角棱镜110和第四直角棱镜120，第二复合棱镜200包括组合成一体的第五直角棱镜210和第六直角棱镜220。其中，第二直角棱镜 13的出射光束通过第一复合棱镜100以及第二复合棱镜200后射出至后续的目镜系统的一个镜筒中。相似地，本实施例的另一像方远心接目物镜将光线射入目镜系统的另一个镜筒中。

具体地，如图2a至图2c所示，像方远心接目物镜10中，第二直角棱镜13的出射光束经第一复合棱镜100的第三直角棱镜110折射至第四直角棱镜120，第四直角棱镜120的出射光束经第二复合棱镜200的第五直角棱镜210折射至第六直角棱镜220，第六直角棱镜 220的出射光束进入目镜系统中。

手术显微镜具有两组像方远心接目物镜，以轴A为中心对称设置。当两组像方远心接目物镜的复合棱镜组处于同一直线上时，两组像方远心接目物镜的出射光束的距离最远，对应于目镜系统的瞳距最长。如图3a所示，第一复合棱镜100、第二复合棱镜200、第一复合棱镜100’和第二复合棱镜200’处于同一直线上，第二复合棱镜200 的出射光束的光轴Q和第二复合棱镜200’的出射光束的光轴Q’的距离为L1，距离L1对应于目镜系统的瞳距，此时对应的瞳距最长。

结合图3a和图3b，第一复合棱镜100和第二复合棱镜200整体绕第一复合棱镜100的第三直角棱镜110的入射光束的光轴P(即第二直角棱镜13的出射光线光轴)转动，即第一复合棱镜100的第三直角棱镜110和第四直角棱镜120、第二复合棱镜200的第五直角棱镜210和第六直角棱镜220作为一个整体绕第一复合棱镜100的第三直角棱镜110的入射光束的光轴P转动。同样地，另一组像方远心接目物镜的第一复合棱镜100’和第二复合棱镜200’也整体绕其第一复合棱镜100’的第三直角棱镜110’的入射光束的光轴P’转动，此时，两组像方远心接目物镜的第六直角棱镜220的出射光束的光轴Q和第六直角棱镜220’的出射光束的光轴Q’之间的距离为L2，L2相对于 L1发生了改变，以此改变进入目镜系统的两组入射光束的光轴之间的距离，以对应不同的瞳距需要。

本实施例中，第一复合棱镜100和第二复合棱镜200均采用两个与第二直角棱镜13相同的直角棱镜组合而成，即第三直角棱镜110 和第四直角棱镜120的尺寸分别与第二直角棱镜13的尺寸相同，第五直角棱镜210和第六直角棱镜220的尺寸分别与第二直角棱镜13的尺寸相同。第二复合棱镜200与第一复合棱镜100的形态相同，但是设置的方向位置不同。

如图2c所示，像方远心接目物镜10的复合棱镜组中，第一复合棱镜100的第三直角棱镜110包括第一直角面111、第二直角面112 和第三斜面113，第一直角面111的一端和第二直角面112的一端垂直连接，第三斜面113连接第一直角面111的另一端和第二直角面112的另一端。第四直角棱镜120包括第三直角面121、第四直角面122 和第四斜面123，第三直角面121的一端和第四直角面122的一端垂直连接，第四斜面123连接第三直角面121的另一端和第四直角面 122的另一端。第三直角棱镜110的第一直角面111与第二直角棱镜 13的出射面相对，第三直角棱镜110的第二直角面112与第四直角棱镜120的第三直角面121相贴合，第四直角棱镜120的第四直角面 122与第五直角棱镜210相对。即，第二直角棱镜13的出射光束穿过第一直角面111于第三斜面113上发生反射，第三斜面113上的反射光线穿过第二直角面112、第三直角面121，于第四斜面123上发生反射，第四斜面123上的反射光线穿过第四直角面122进入第二复合棱镜200的第五直角棱镜210。

第五直角棱镜210包括第五直角面211、第六直角面212和第五斜面213，第五直角面211的一端和第六直角面212的一端垂直连接，第五斜面213连接第五直角面211的另一端和第六直角面212的另一端。第六直角棱镜220包括第七直角面221、第八直角面222和第六斜面223，第七直角面221的一端和第八直角面222的一端垂直连接，第六斜面223连接第七直角面221的另一端和第八直角面222的另一端。第五直角面211与第一复合棱镜100的第四直角面122相对，第六直角面212与第七直角面221相贴合，第八直角面222与目镜系统相对。即，第一复合棱镜100的出射光束穿过第五直角面211于第五斜面213上发生反射，第五斜面213上的反射光线穿过第六直角面 212、第七直角面221，于第六斜面223上发生反射，第六斜面223 上的反射光线穿过第八直角面222进入目镜系统的一个镜筒。

本实施例的用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统还包括两组双胶合透镜，分别为第一双胶合透镜14和第二双胶合透镜15。为校正系统色差，同时使用较少的透镜片数简化结构，两个胶合透镜组均采用特殊色散的光学材料。

第一双胶合透镜14设置于第一直角棱镜11和梯形棱镜12之间，为正透镜，用于会聚光路，实现成像功能。第二双胶合透镜15设置于第二复合棱镜200的第六直角棱镜220和目镜系统之间，为系统中的场镜，一般选用负透镜，位于光学系统焦面附近。第二双胶合透镜 15因光束直径小，不产生宽光束像差，可校正系统中的场曲和畸变。场镜的光焦度还起着改变斜光束方向的作用，本实施例使用具有负光焦度的第二双胶合透镜15作为场镜，减轻了平场设计难度，使各视场主光线垂直于像面，实现像方远心光路，有助于远心目镜与接目物镜的光学衔接，减小后续目镜的径向尺寸。

棱镜尺寸由光线在各表面的实际高度而定，棱镜间的距离详见表 1。第一直角棱镜11两直角面均为边长18mm的正方形；梯形棱镜 12顶面是一个20mm×12mm的矩形，底面是一个20mm×52mm的矩形，高20mm；第二直角棱镜13两直角面均为边长20mm的正方形。第一复合棱镜100和第二复合棱镜200由两个与第二直角棱镜 13大小一样的直角棱镜组合而成，直角面均为边长20mm的正方形。具体结构参数见表1。

表1

本实施例的整个棱镜系统的使用能够缩短镜筒长度，不同类型的棱镜都满足L＝2D的棱镜口径D与光轴长度L之间的关系。

图4是接目物镜MTF曲线，中心视场MTF@40lp/mm>0.6，边缘视场MTF@40lp/mm>0.5，像质较好，接近衍射极限，说明接目物镜具有较好的成像质量，符合使用要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于手术显微镜的像方远心接目物镜系统，所述接目物镜系统包括两组且对称设置于手术显微镜的变倍系统和目镜系统之间的像方远心接目物镜，其特征在于，每个所述像方远心接目物镜均包括第一直角棱镜、梯形棱镜、第二直角棱镜和复合棱镜组；其中，

所述第一直角棱镜转接所述变倍系统的出射光束，所述梯形棱镜转折所述第一直角棱镜的出射光束，所述第二直角棱镜转折所述梯形棱镜的出射光束；所述第一直角棱镜、所述梯形棱镜和所述第二直角棱镜组合实现手术显微镜的俯仰调节功能；

所述复合棱镜组，包括第一复合棱镜和第二复合棱镜；其中，所述第一复合棱镜包括组合成一体的第三直角棱镜和第四直角棱镜，所述第二复合棱镜包括组合成一体的第五直角棱镜和第六直角棱镜；所述第二直角棱镜的出射光束经所述第三直角棱镜折射至所述第四直角棱镜，所述第四直角棱镜的出射光束经第五直角棱镜折射至所述第六直角棱镜，所述第六直角棱镜的出射光束进入所述目镜系统；所述复合棱镜组能够整体绕所述第三直角棱镜的入射光束的光轴转动，改变两组所述像方远心接目物镜的所述第六直角棱镜的出射光束的光轴之间的距离，实现手术显微镜的瞳距调节功能。

2.如权利要求1所述的接目物镜系统，其特征在于，所述第三直角棱镜和所述第四直角棱镜的尺寸与所述第二直角棱镜相同。

3.如权利要求1所述的接目物镜系统，其特征在于，所述第五直角棱镜和所述第六直角棱镜的尺寸与所述第二直角棱镜相同。

4.如权利要求1所述的接目物镜系统，其特征在于，所述第三直角棱镜均包括第一直角面、第二直角面和连接所述第一直角面和所述第二直角面的第三斜面，所述第四直角棱镜均包括第三直角面、第四直角面和连接所述第三直角面和所述第四直角面的第四斜面；其中，所述第一直角面与所述第二直角棱镜的出射面相对，所述第二直角面与所述第三直角面相贴合，所述第四直角面与所述第五直角棱镜相对。

5.如权利要求1所述的接目物镜系统，其特征在于，所述第五直角棱镜均包括第五直角面、第六直角面和连接所述第五直角面和所述第六直角面的第五斜面，所述第六直角棱镜均包括第七直角面、第八直角面和连接所述第七直角面和所述第八直角面的第六斜面；其中，所述第五直角面与所述第四直角面相对，所述第六直角面与所述第七直角面相贴合，所述第八直角面与所述目镜系统相对。

6.如权利要求1所述的接目物镜系统，其特征在于，所述接目物镜系统还包括设置于所述第一直角棱镜和所述梯形棱镜之间的第一双胶合透镜。

7.如权利要求1所述的接目物镜系统，其特征在于，所述接目物镜系统还包括设置于所述第六直角棱镜和所述目镜系统之间的场镜，所述场镜为双胶合透镜。

8.如权利要求1所述的接目物镜系统，其特征在于，所述第一直角棱镜、所述第二直角棱镜、所述第三直角棱镜、所述第四直角棱镜、所述第五直角棱镜、所述第六直角棱镜以及梯形棱镜均具有棱镜口径D和光轴长度L，其中L＝2D。

9.一种手术显微镜的像方远心接目物镜的瞳距调节方法，采用如上述任一项权利要求所述的接目物镜系统，其特征在于，所述调节方法包括如下步骤：在每一组像方远心接目物镜中，使所述复合棱镜组整体绕各自的所述第三直角棱镜的入射光束的光轴转动，使得两组像方远心接目物镜的所述第六直角棱镜的出射光束的光轴之间的距离随之变化，相应地瞳距距离发生改变，据此完成瞳距调节。

10.如权利要求9所述的瞳距调节方法，其特征在于，通过在所述第六直角棱镜和所述目镜系统之间设置场镜以校正场曲和畸变。