CN107490851A - 手术显微镜左右变倍系统的光学检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了手术显微镜左右变倍系统的光学检测装置及方法，属于光学检测技术领域，解决传统手术显微镜分别检测左右变倍系统的弊端，光学检测装置包括棱镜组件、物镜、目镜以及检测分化板。棱镜组件包括斜方棱镜和直角棱镜。斜方棱镜具有第一光入射面、第一光反射面、第二光反射面和光出射面，第一光反射面和第二光反射面顺次设置在第一光入射面与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一既定距离；直角棱镜具有一第二光入射面和一光透射面，且光透射面与第二光反射面相胶合以将透射至斜方棱镜中的第二束平行光线与平移既定距离后的第一束平行光线重合。本发明能对左右两路变倍系统一起进行检测。

Description

手术显微镜左右变倍系统的光学检测装置及方法

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及手术显微镜左右变倍系统的光学检测装置，本发明还涉及手术显微镜左右变倍系统的光学检测方法。

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。

对于手术显微镜来讲，系统整体放大倍率的变化是通过变倍系统中移动组21和补偿组22的位置变化来实现的，即通过改变变倍系统的放大率来实现的。若变倍系统实际的放大倍率与理想倍率相差很大，则影响手术显微镜整体放大倍率；若左、右变倍系统之间的放大倍率不一致时，则同一被观察物体经手术显微镜左右两路光学系统成像大小不一致；若左右变倍系统两光轴之间不平行，则手术显微镜左右两路光学系统观察的视场不一致。

而传统的手术显微镜变倍系统检测只注重于放大倍率的检测，且只是对单路进行检测，从没将左右两路变倍系统一起进行检测。这样的检测方式，只能保证手术显微镜总放大倍率以及左右两路光学系统之间的放大率差满足国标要求，当左右变倍系统两光轴之间不平行时，只能通过手术显微镜整体测试时才能发现，进而再将手术显微镜拆解开来进行调整，因而大大延长了手术显微镜的生产周期，也需要较高的生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对传统手术显微镜分别检测左右变倍系统的弊端，提供一种能将左右两路变倍系统一起进行检测的光学检测装置。

为了实现上述目的，本发明的手术显微镜左右变倍系统的光学检测装置，包括棱镜组件、物镜、目镜以及检测分化板。棱镜组件包括一斜方棱镜和一直角棱镜。物镜具有一中心轴。目镜设置在所述中心轴上。检测分化板设置在所述目镜的物方焦平面上。其中，所述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一既定距离，所述既定距离等于手术显微镜左右变倍系统之间的标称距离；所述直角棱镜具有一第二光入射面和一光透射面，所述光透射面将从第二光入射面传来的一第二束平行光线透射至所述斜方棱镜中，且所述光透射面与所述第一光第二反射面相胶合以将透射至斜方棱镜中的所述第二束平行光线与平移既定距离后的所述第一束平行光线重合。

上述的光学检测装置，其中，所述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，所述光出射面设置在所述第四边上，所述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。

上述的光学检测装置，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，所述斜边与所述第三边相贴合，所述第二光入射面设置在所述第一直角边上，所述光透射面设置在所述斜边上。

上述的光学检测装置，其中，所述物镜的焦距与所述目镜的焦距比为2:1。

上述的光学检测装置，其中，所述第一光第一反射面上镀有高反膜。

上述的光学检测装置，其中，所述第一光第二反射面上镀有半反半透膜。

本发明进一步提供一种手术显微镜左右变倍系统的光学检测方法，包括步骤：

S100，提供一光源系统和一上述的光学检测装置，所述光源系统包括光源和平行光管，所述平行光管具有标靶分划板；

S200，对所述平行光管及所述光学检测装置进行校正以使平行光管的光轴与光学检测装置的光轴平行；

S300，将被测的左右变倍系统置于所述平行光管与所述光学检测装置之间，并使标靶分划板的十字线y通过所述平行光管、所述被测的左右变倍系统、所述棱镜组件及所述物镜在所述检测分划板上成像y’左、y’右；

S400，基于y’左与y’右位置是否重合、y’左与y’右是否相等对左右变倍系统的光学性能进行检测。

上述的光学检测方法，其中，在所述步骤S200中，包括步骤：

S210：比较标靶分划板的十字线y通过所述平行光管、所述棱镜组件及所述物镜在所述检测分划板上的成像y’与标靶分划板的十字线y的大小、位置及明暗程度；

S220：基于比较结果调整所述平行光管或/及所述光学检测装置，使平行光管的光轴与光学检测装置的光轴平行。

上述的光学检测方法，其中，在所述步骤S200之后，步骤S300之前还包括有步骤S230：通过比较标靶分划板的十字线y及标靶分划板的十字线y在所述检测分划板上成像y’以获取实际放大倍率。

上述的光学检测方法，其中，在所述步骤S400之后，还包括步骤S500：调整左右变倍系统使左右变倍系统的两光轴平行；或调整左右变倍系统使系统放大倍率与理想放大倍率相等且使y’左等于y’右。

本发明的有益功效在于：借助棱镜组件的设置，能将从左右变倍系统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左右变倍系统后的成像效果，以来测试该两路变倍系统位于相同标称放大倍率时是否具有相同的实际放大倍率，且测试两路变倍系统光轴之间是否存在夹角。检测时，通过观察系统成像y'_左与y'_右可以很直接的检测左右变倍系统的光学性能，对左右变倍系统的检测更加方便，检测结果更加符合实际使用要求、更加全面、更加准确。

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为本发明的光学检测装置的光路结构图；

图3为第一束平行光线进入本发明的光学检测装置时的光路图；

图4为第二束平行光线进入本发明的光学检测装置时的光路图；

图5为校正平行光管及本发明的光学检测装置时的的光路图；

图6为采用本发明的光学检测装置对左右变倍系统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

---------

100—光学检测装置

10—棱镜组件

11—斜方棱镜

111—第一边

112—第二边

113—第三边

114—第四边

12—直角棱镜

121—第一直角边

122—第二直角边

123—斜边

20—物镜

30—目镜

40—检测分划板

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S1—第一光入射面

S2—第一光第一反射面

S3—第一光第二反射面

S1’—第二光入射面

S5—第二光透射面

S4—第一、第二光出射面

A1—中心轴

200—光源系统

210—光源

220—平行管

221—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2，如图所示，本发明的手术显微镜左右变倍系统的光学检测装置，包括棱镜组件10、物镜20、目镜30以及检测分化板40。棱镜组件10包括一斜方棱镜11和一直角棱镜12。物镜20具有一中心轴A1。目镜30设置在中心轴A1上。检测分化板40设置在中心轴A1，设置在目镜30的物方焦平面、物镜20的像方焦平面上。

斜方棱镜11具有一第一边111、一第二边112、一第三边113和一第四边114，第一边111与第四边114相平行，第二边112与第三边113相平行，

第一边111、第二边112夹角45度。

第一边111上设置有第一光入射面S1，第二边112上设置有第一光第一反射面S2，第三边113上设置有第一光第二反射面S3，第四边114上设置有光出射面S4，光出射面S4与第一光入射面S1反向设置，第一光第二反射面S3与第一光第一反射面S2对向设置。这样，第一光第一反射面S2和第一光第二反射面S3顺次设置在第一光入射面S1与光出射面S4之间将从第一光入射面S1传来的一第一束平行光线的光轴平移一既定距离，该既定距离等于手术显微镜左右变倍系统之间的标称距离。

直角棱镜12具有一第一直角边121、一第二直角边122和一斜边123，第一直角边121与第一边111平齐，斜边123与第三边113相贴合，第一直角边121上设置有一第二光入射面S1’，斜边123上设置有(二光)光透射面S5，光透射面S5将从第二光入射面S1’传来的一第二束平行光线透射至斜方棱镜12中，且光透射面S5与第一光第二反射面S3相胶合以将透射至斜方棱镜中的第二束平行光线与平移既定距离后的第一束平行光线重合。

基于上述的结构，斜方棱镜11能将入射的第一束平行光线的光轴平移，平移量为手术显微镜体视基线长度(即左右变倍系统之间的标称距离)；直角棱镜12除了将第二束平行光线透射进入与其胶合的斜方棱镜使两束平行光线重合外，还起到支撑斜方棱镜11的作用。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为手术显微镜变倍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。目镜30起到将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，设定物镜20的焦距f与目镜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S2上镀有高反膜，第一光第二反射面S3上镀有半反半透膜，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3至图6，本发明的手术显微镜左右变倍系统的光学检测方法，包括步骤：

S100，提供一光源系统200和一上述的光学检测装置100，光源系统200包括光源210和平行光管220，平行光管220具有标靶分划板221。

S200，对平行光管220及光学检测装置100进行校正以使平行光管220的光轴与光学检测装置100的光轴平行。

本步骤中，又包括步骤：

S210：比较标靶分划板221的十字线y通过平行光管220、棱镜组件10及物镜20在检测分划板40上的成像y’与标靶分划板221的十字线y的大小、位置及明暗程度；

S220：基于比较结果调整平行光管220或/及光学检测装置100，使平行光管220的光轴与光学检测装置100的光轴平行；

步骤S230：通过比较标靶分划板221的十字线y及标靶分划板的十字线y在检测分划板40上成像y’以获取实际放大倍率。

具体来说，见图5，光源210发出的光照亮靶标分划板221上的十字线，靶标分划板221的十字线y发出的光经平行光管220出射平行光，该平行光分为左右两路(即第一束平行光线和第二束平行光线)进入检测装置100并分别在检测分划板40上成像，这两个像大小相同、位置重合且明暗程度相近。理想情况下，若靶标分划板221的十字线中心位于平行光管的光轴上，检测分划板40的十字线中心位于检测装置的光轴上，当两者光轴平行时，则靶标分划板221上的十字线所成像的中心应与检测分划板40的十字线中心相重合。若不重合，表明两者光轴不平行，需对平行光管220和检测装置100两者位置进行调整。更，设定平行光管220的焦距f1，检测装置100的物镜焦距f2，靶标分划板221上的十字线y经平行光管220、检测装置100的物镜20在检测分划板40上所成像为y＇，此时实际放大倍率η_实＝y'/y(对应理论放大率η＝f2/f1)，作为检测装置计量变倍系统放大倍率的基准。

S300，将被测的左右变倍系统2置于平行光管220与光学检测装置100之间(见图6)，并使标靶分划板的十字线y通过平行光管220、被测的左右变倍系统2、棱镜组件10及物镜20在检测分划板40上成像y’左、y’右(具体光路可见图3和图4)。

S400，基于y’左与y’右位置是否重合、y’左与y’右是否相等对左右变倍系统的光学性能进行检测。

S500：调整左右变倍系统使左右变倍系统的两光轴平行；或调整左右变倍系统使系统放大倍率与理想放大倍率相等且使y’左等于y’右。具体来说，设定左右变倍系统放大率分别为k_左和k_左，变倍系统标称放大率为k。理想情况下，k_左＝k_右＝k，y'_左＝y'_右＝y'，若y'_左与y'_右位置不重合，则左右变倍系统两光轴不平行，应对两者进行调整；若y'_左与y'_右不相等，则左右变倍系统放大率不相等，应对两者中移动组21和补偿组22的位置进行调整，直至系统放大倍率与理想放大倍率Γ相等且y'_左＝y'_右。

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)

1.一种手术显微镜左右变倍系统的光学检测装置，其特征在于，包括：

棱镜组件，包括一斜方棱镜和一直角棱镜；

物镜，具有一中心轴；

目镜，设置在所述中心轴上；以及

检测分化板，设置在所述目镜的物方焦平面上；

其中，所述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一既定距离，所述既定距离等于手术显微镜左右变倍系统之间的标称距离；所述直角棱镜具有一第二光入射面和一光透射面，所述光透射面将从第二光入射面传来的一第二束平行光线透射至所述斜方棱镜中，且所述光透射面与所述第一光第二反射面相胶合以将透射至斜方棱镜中的所述第二束平行光线与平移既定距离后的所述第一束平行光线重合。

2.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述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，所述光出射面设置在所述第四边上，所述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所述的光学检测装置，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，所述斜边与所述第三边相贴合，所述第二光入射面设置在所述第一直角边上，所述光透射面设置在所述斜边上。

4.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述物镜的焦距与所述目镜的焦距比为2:1。

5.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述第一光反射面上镀有高反膜。

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

7.一种手术显微镜左右变倍系统的光学检测方法，其特征在于，包括步骤：

S100，提供一光源系统和一权利要求1-6中任意一项所述的光学检测装置，所述光源系统包括光源和平行光管，所述平行光管具有标靶分划板；

S200，对所述平行光管及所述光学检测装置进行校正以使平行光管的光轴与光学检测装置的光轴平行；

S300，将被测的左右变倍系统置于所述平行光管与所述光学检测装置之间，并使标靶分划板的十字线y通过所述平行光管、所述被测的左右变倍系统、所述棱镜组件及所述物镜在所述检测分划板上成像y’左、y’右；

S400，基于y’左与y’右位置是否重合、y’左与y’右是否相等对左右变倍系统的光学性能进行检测。

8.根据权利要求7所述的光学检测方法，其特征在于，在所述步骤S200中，包括步骤：

S210：比较标靶分划板的十字线y通过所述平行光管、所述棱镜组件及所述物镜在所述检测分划板上的成像y’与标靶分划板的十字线y的大小、位置及明暗程度；

S220：基于比较结果调整所述平行光管或/及所述光学检测装置，使平行光管的光轴与光学检测装置的光轴平行。

9.根据权利要求8所述的光学检测方法，其特征在于，在所述步骤S200之后，步骤S300之前还包括有步骤S230：通过比较标靶分划板的十字线y及标靶分划板的十字线y在所述检测分划板上成像y’以获取实际放大倍率。

10.根据权利要求7所述的光学检测方法，其特征在于，在所述步骤S400之后，还包括步骤S500：调整左右变倍系统使左右变倍系统的两光轴平行；或调整左右变倍系统使系统放大倍率与理想放大倍率相等且使y’左等于y’右。