CN114442299B - 一种牙科手术显微镜的光学成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种牙科手术显微镜的光学成像系统,从物面到像面沿光线传播方向由大物镜、变倍体和观察头组成,特点是大物镜可以实现大物镜的连续变焦,变倍体为无焦系统,变倍因子β为0.4~2.5,在不包含目镜放大倍数前提下,可以实现1.7X~17.5X连续任意倍率可调,视场直径可达φ14~φ154mm,视野连续清晰,解决了定档变倍过程中视野有隔断跳跃的痛点,变倍比为1:6,且整个变倍过程中像面保持稳定,像质良好,像差校正平衡,并达到复消色差的效果;本发明的大物镜实现了200~455mm超长变焦行程,可覆盖整个口腔深度,满足医生对各种手术体位的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学成像系统,尤其是涉及一种牙科手术显微镜的光学成像系统。
背景技术
牙科手术显微镜是一种用于口腔临床治疗的手术显微镜,通过对手术区域提供照明和放大,使临床医生获得清晰的视野,大大提高牙科疾病的诊治水平。现代手术显微镜可提供所需的放大倍数及扩大视野,看清每一个细节,有利于检查手术效果,提高手术质量。
目前,视野大、景深大,立体感强、可实现无级变倍和变焦系统是高性能手术显微镜的重要标志,实现长工作距离变焦、系统连续变倍、像差与色差能较好的校正与平衡,是牙科手术显微镜的设计难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有大变倍比、大视场、小畸变、复消色差性能的无极变倍、连续变焦牙科手术显微镜的成像光学系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种牙科手术显微镜的光学成像系统,从物面到像面沿光线传播方向由大物镜、变倍体和观察头组成,其特征在于所述的大物镜由第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5组成,所述的第二透镜L2和所述的第三透镜L3胶合组成第一胶合镜组GL1,其焦距为100mm,所述的第四透镜L4和所述的第五透镜L5胶合组成第二胶合镜组GL2,其焦距为300mm,所述的第一胶合镜组GL1和所述的第二胶合镜组GL2之间的间隔不变,所述的第一胶合镜组GL1与所述的第一透镜L1的间隔在1~18mm连续变化以实现大物镜的连续变焦,所述的变倍体为无焦系统,所述变倍体为无焦系统,即准直光输入,准直光输出,所以所述的大物镜与所述的变倍体、所述的观察头与所述的变倍体之间的距离不受结构的限制可为任意值,所述的变倍体由第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13组成,所述的第六透镜L6和所述的第七透镜L7胶合组成第三胶合镜组GL3,通常称之为前组光学组,其焦距为75mm,所述的第八透镜L8和所述的第九透镜L9胶合组成第四胶合镜组GL4,通常称之为变焦组光学组,其焦距为-40mm,所述的第十透镜L10和所述的第十一透镜L11胶合组成第五胶合镜组GL5,通常称之为补偿组光学组,其焦距为-38mm,第十二透镜L12和所述的第十三透镜L13胶合组成第六胶合镜组GL6,通常称之为后组光学组,其焦距为65mm,所述的第三胶合镜组GL3和所述的第六胶合镜组GL6是与像面相对位置固定的固定光学组件,所述的第四胶合镜组GL4和所述的第五胶合镜组GL5是能够相对所述的固定光学组件做轴向运动的变倍光学组件;通过所述的第四胶合镜组GL4和所述的第五胶合镜组GL5的协调移动,使得所述的第三胶合镜组GL3与所述的第四胶合镜组GL4之间的空气间隔、所述的第四胶合镜组GL4与所述的第五胶合镜组GL5之间的空气间隔和所述的第五胶合镜组GL5与所述的第六胶合镜组GL6之间的空气间隔发生连续变化,从而实现系统焦距的连续变化,所述的变倍体的变倍因子β为0.4~2.5。
所述的第一透镜L1是平凹负透镜,所述的第二透镜L2是双凸正透镜,所述的第三透镜L3是具有正光焦度的弯月透镜,所述的第四透镜L4是双凹负透镜,所述的第五透镜L5是平凸正透镜,所述的第六透镜L6是具有正光焦度的弯月透镜,所述的第七透镜L7是双凸正透镜,所述的第八透镜L8是双凹负透镜,所述的第九透镜L9和所述的第十透镜L10是具有负光焦度的弯月透镜,所述的第十一透镜L11是双凹负透镜,所述的第十二透镜L12是双凸正透镜,所述的十三透镜L13是具有正光焦度的弯月透镜。
所述的观察头由沿光轴方向设置的第一90°直角棱镜1、第二90°直角棱镜2、第三90°直角棱镜3、第十四透镜L14、第十五透镜L15、180°直角棱镜4、第四90°直角棱镜5和第十六透镜L16,所述的第一90°直角棱镜1和所述的第二90°直角棱镜2胶合组成平程棱镜,在所述的平程棱镜的胶合面上将入射光线分光,反射光线作为成像设备的入射光,透射光线为人眼观察光线。
所述的第十四透镜L14、所述的第十五透镜L15和所述的第十六透镜L16组成管镜镜组,所述的管镜镜组的焦距为170mm。
所述的第十四透镜L14和所述的第十五透镜L15胶合组成第七胶合镜组7,
所述的大物镜的焦距F大物镜=250~500mm,系统的总放大倍率MAG=F管镜/F大物镜*β。
所述的第十四透镜L14是平凹负透镜,所述的第十五透镜L15是平凹负透镜,所述的第十六透镜L16是具有负光焦度的弯月透镜。
与现有技术相比,本发明的优点在于在不包含目镜放大倍数前提下,可以实现1.7X~17.5X连续任意倍率可调,视场直径可达φ14~φ154mm,视野连续清晰,解决了定档变倍过程中视野有隔断跳跃的痛点,变倍比为1:6,且整个变倍过程中像面保持稳定,像质良好,像差校正平衡,并达到复消色差的效果;本发明的大物镜实现了200~455mm超长变焦行程,可覆盖整个口腔深度,满足医生对各种手术体位的需求。而牙科手术显微镜采用分光系统,在平程棱镜的胶合面上将入射光线分光,反射光线作为成像设备的入射光,透射光线为人眼观察光线,既可以和图像传感器(如CCD相机)组合使用,又可以和目镜组合使用以供操作人员观察,目镜视场最大可达Φ20mm,工作距离范围为200~455mm。
附图说明
图1为本发明实施例的光学系统的结构示意图;
图2为本发明实施例具体示例的光学系统的MTF曲线图,这反映了本发明的光学系统的成像质量满足分辨率要求,成像品质好。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例:该光学系统结构图如图1所示,一种牙科手术显微镜的光学成像系统,从物面到像面沿光线传播方向由大物镜10、变倍体20和观察头30三大部分组成,大物镜10由第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5组成,第一透镜L1是平凹负透镜,第二透镜L2是双凸正透镜,第三透镜L3是具有正光焦度的弯月透镜,第四透镜L4是双凹负透镜,第五透镜L5是平凸正透镜,第二透镜L2和第三透镜L3胶合组成第一胶合镜组GL1,其焦距为100mm,第四透镜L4和第五透镜L5胶合组成第二胶合镜组GL2,其焦距为300mm,第一胶合镜组GL1和第二胶合镜组GL2之间的间隔不变,第一胶合镜组GL1与第一透镜L1的间隔在1~18mm连续变化以实现大物镜10在焦距F大物镜=250~500mm之间的连续变焦,变倍体20为无焦系统,即准直光输入,准直光输出,所以大物镜10与变倍体20、观察头30与变倍体20之间的距离不受结构的限制可为任意值,变倍体20由第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13组成,第六透镜L6是具有正光焦度的弯月透镜,第七透镜L7是双凸正透镜,第八透镜L8是双凹负透镜,第九透镜L9和第十透镜L10是具有负光焦度的弯月透镜,第十一透镜L11是双凹负透镜,第十二透镜L12是双凸正透镜,十三透镜L13是具有正光焦度的弯月透镜,第六透镜L6和第七透镜L7胶合组成第三胶合镜组GL3,为前组光学组,其焦距为75mm,第八透镜L8和第九透镜L9胶合组成第四胶合镜组GL4,为变焦组光学组,其焦距为-40mm,第十透镜L10和第十一透镜L11胶合组成第五胶合镜组GL5,为补偿组光学组,其焦距为-38mm,第十二透镜L12和第十三透镜L13胶合组成第六胶合镜组GL6,为后组光学组,其焦距为65mm,第三胶合镜组GL3和第六胶合镜组GL6是与像面相对位置固定的固定光学组件,第四胶合镜组GL4和第五胶合镜组GL5是能够相对固定光学组件做轴向运动的变倍光学组件;通过第四胶合镜组GL4和第五胶合镜组GL5的协调移动,使得第三胶合镜组GL3与第四胶合镜组GL4之间的空气间隔、第四胶合镜组GL4与第五胶合镜组GL5之间的空气间隔和第五胶合镜组GL5与第六胶合镜组GL6之间的空气间隔发生连续变化,从而实现系统焦距的连续变化,变倍体的变倍因子β为0.4~2.5,系统的总放大倍率MAG=F管镜/F大物镜*β。
观察头30由沿光轴方向设置的第一90°直角棱镜1、第二90°直角棱镜2、第三90°直角棱镜3、第十四透镜L14、第十五透镜L15、180°直角棱镜4、第四90°直角棱镜5和第十六透镜L16组成,第一90°直角棱镜1和第二90°直角棱镜2胶合组成平程棱镜,在平程棱镜的胶合面上将入射光线分光,反射光线作为成像设备的入射光与相机或摄像头芯片连接数码成像,透射光线为人眼观察光线。沿光路传播方向依次经过由第一90°直角棱镜1、第二90°直角棱镜2、第三90°直角棱镜3、第十四透镜L14、第十五透镜L15、180°直角棱镜4、第四90°直角棱镜5和第十六透镜L16组成的目镜成像系统,最后像面与目镜连接成像于人眼。
第十四透镜L14是平凹负透镜,第十五透镜L15是平凹负透镜,第十六透镜L16是具有负光焦度的弯月透镜,第十四透镜L14和第十五透镜L15胶合组成第七胶合镜组GL7,第十四透镜L14、第十五透镜L15和第十六透镜L16组成管镜镜组,管镜镜组的焦距为170mm。
所有透镜均采用成都光明公司的玻璃,所有透镜均采用多层增透膜,反射率小于0.5%;
系统的总放大倍率MAG=F管镜/F大物镜*β,其中F管镜=170mm、F大物镜=250~500mm、β=0.4~2.5;
系统倍率范围:1.7X~17.5X连续任意倍率可调;
视场直径范围:φ14~φ154mm;
本实施例的一个示例的设计参数如表1所示。
表1光学系统设计数据
从图2的MTF曲线图中可以看出,本发明的光学系统的成像质量满足分辨率要求,成像品质好。
Claims (6)
1.一种牙科手术显微镜的光学成像系统,从物面到像面沿光线传播方向由大物镜、变倍体和观察头组成,其特征在于所述的大物镜由光焦度为负的第一透镜(L1)、光焦度为正的第二透镜(L2)、光焦度为正的第三透镜(L3)、光焦度为负的第四透镜(L4)和光焦度为正的第五透镜(L5)组成,所述的第二透镜(L2)和所述的第三透镜(L3)胶合组成第一胶合镜组(GL1),其焦距为100mm,所述的第四透镜(L4)和所述的第五透镜(L5)胶合组成第二胶合镜组(GL2),其焦距为300mm,所述的第一胶合镜组(GL1)和所述的第二胶合镜组(GL2)之间的间隔不变,所述的第一胶合镜组(GL1)与所述的第一透镜(L1)的间隔在1~18mm连续变化以实现大物镜的连续变焦,所述的变倍体为无焦系统,由光焦度为正的第六透镜(L6)、光焦度为正的第七透镜(L7)、光焦度为负的第八透镜(L8)、光焦度为负的第九透镜(L9)、光焦度为负的第十透镜(L10)、光焦度为负的第十一透镜(L11)、光焦度为正的第十二透镜(L12)和光焦度为正的第十三透镜(L13)组成,所述的第六透镜(L6)和所述的第七透镜(L7)胶合组成第三胶合镜组(GL3),其焦距为75mm,所述的第八透镜(L8)和所述的第九透镜(L9)胶合组成第四胶合镜组(GL4),其焦距为-40mm,所述的第十透镜(L10)和所述的第十一透镜(L11)胶合组成第五胶合镜组(GL5),其焦距为-38mm,第十二透镜(L12)和所述的第十三透镜(L13)胶合组成第六胶合镜组(GL6),其焦距为65mm,所述的第三胶合镜组(GL3)和所述的第六胶合镜组(GL6)是与像面相对位置固定的固定光学组件,所述的第四胶合镜组(GL4)和所述的第五胶合镜组(GL5)是能够相对所述的固定光学组件做轴向运动的变倍光学组件;通过所述的第四胶合镜组(GL4)和所述的第五胶合镜组(GL5)的协调移动,使得所述的第三胶合镜组(GL3)与所述的第四胶合镜组(GL4)之间的空气间隔、所述的第四胶合镜组(GL4)与所述的第五胶合镜组(GL)5之间的空气间隔和所述的第五胶合镜组(GL5)与所述的第六胶合镜组(GL6)之间的空气间隔发生连续变化,从而实现系统焦距的连续变化,所述的变倍体的变倍因子β为0.4~2.5,所述的观察头由沿光轴方向设置的第一90°直角棱镜(1)、第二90°直角棱镜(2)、第三90°直角棱镜(3)、光焦度为负的第十四透镜(L14)、光焦度为负的第十五透镜(L15)、180°直角棱镜(4)、第四90°直角棱镜(5)和光焦度为负的第十六透镜(L16)组成,所述的第一90°直角棱镜(1)和所述的第二90°直角棱镜(2)胶合组成平程棱镜,在所述的平程棱镜的胶合面上将入射光线分光,反射光线作为成像设备的入射光,透射光线为人眼观察光线。
2.如权利要求1所述的一种牙科手术显微镜的光学成像系统,其特征在于所述的第一透镜(L1)是平凹负透镜,所述的第二透镜(L2)是双凸正透镜,所述的第三透镜(L3)是具有正光焦度的弯月透镜,所述的第四透镜(L4)是双凹负透镜,所述的第五透镜(L5)是平凸正透镜,所述的第六透镜(L6)是具有正光焦度的弯月透镜,所述的第七透镜(L7)是双凸正透镜,所述的第八透镜(L8)是双凹负透镜,所述的第九透镜(L9)和所述的第十透镜(L10)是具有负光焦度的弯月透镜,所述的第十一透镜(L11)是双凹负透镜,所述的第十二透镜(L12)是双凸正透镜,所述的第十三透镜(L13)是具有正光焦度的弯月透镜。
3.如权利要求1所述的一种牙科手术显微镜的光学成像系统,其特征在于所述的第十四透镜(L14)、所述的第十五透镜(L15)和所述的第十六透镜(L16)组成管镜镜组,所述的管镜镜组的焦距为170mm。
4.如权利要求3所述的一种牙科手术显微镜的光学成像系统,其特征在于所述的第十四透镜(L14)和所述的第十五透镜(L15)胶合组成第七胶合镜组(GL7)。
5.如权利要求3所述的一种牙科手术显微镜的光学成像系统,其特征在于所述的大物镜的焦距F大物镜=250~500mm,系统的总放大倍率MAG=F管镜/F大物镜*β。
6.如权利要求3所述的一种牙科手术显微镜的光学成像系统,其特征在于所述的第十四透镜(L14)是平凹负透镜,所述的第十五透镜(L15)是平凹负透镜,所述的第十六透镜(L16)是具有负光焦度的弯月透镜。
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