CN107561678B - 手术显微镜摄像光学*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术显微镜摄像光学***，包括沿着中心光轴顺次设置的分光棱镜、第一透镜、第二透镜及第三透镜。第一透镜为正光焦度透镜，具有第一光束入射面和第一光束出射面，第一光束入射面与分光棱镜相对。第二透镜为负光焦度透镜，具有第二光束入射面和第二光束出射面，第二光束入射面与第一光束出射面之间沿中心光轴具有一第一间距。第三透镜为正光焦度透镜，具有第三光束入射面和第三光束出射面，第三光束入射面与第二光束出射面之间沿中心光轴具有一第二间距，第三光束出射面与手术显微镜的电荷耦合元件像面相对。其中，第一间距为4mm～1.2mm，第二间距为4.4mm～1.35mm。本发明不易引起光能损失且可适用于不同的CCD。

Description

手术显微镜摄像光学***

技术领域

本发明属于光学***设计技术领域，具体地说，是涉及一种手术显微镜摄像光学***。

背景技术

手术显微镜放大了手术视野，使医生能够看清手术部位的精细结构，可以进行凭肉眼无法完成的各种显微手术，拓展了手术治疗范围，提高了手术精细程度，广泛应用在眼科、耳鼻喉科、口腔科、神经外科、手外科、妇科等众多医疗领域中。而手术显微镜的摄像***一般作为手术显微镜的可选附件，接在手术显微镜的光路中，从主光路分一部分光，它能够在手术时，将医生视野内的术面信息提供给CCD(Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件)，供摄像***拍摄手术过程的各种光学图像、视频，便于整个手术操作团队观察。

现有的手术显微镜摄像光学***有如公告号为“CN104155746A”的中国发明专利申请公开的“手术显微镜摄像装置”，采用一片反射镜转折光路，其虽然能起到转折光路的目的，但是，其不易装调，且只能适用于一种特定CCD，若更换不同的CCD(如红外CCD、可见CCD、只对某特殊谱段响应的特殊CCD)时，整个摄像光学***均需要重新设计、更换。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：针对现有手术显微镜摄像光学***易引起光能损失，只适用于一种特定CCD的缺陷，提供一种不易引起光能损失、方便装调且可适用于不同的CCD的手术显微镜摄像光学***。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种手术显微镜摄像光学***，具有中心光轴，包括设置在所述中心光轴上的分光棱镜，还包括位于所述中心光轴上且沿着所述中心光轴顺次设置的：

第一透镜，为正光焦度透镜，具有第一光束入射面和第一光束出射面，所述第一光束入射面与所述分光棱镜相对；

第二透镜，为负光焦度透镜，具有第二光束入射面和第二光束出射面，所述第二光束入射面与所述第一光束出射面之间沿所述中心光轴具有第一间距；以及

第三透镜，为正光焦度透镜，具有第三光束入射面和第三光束出射面，所述第三光束入射面与所述第二光束出射面之间沿所述中心光轴具有第二间距，所述第三光束出射面与手术显微镜的电荷耦合元件像面相对；

其中，所述第一间距为4mm～1.2mm，所述第二间距为4.4mm～1.35mm。

其中，所述第三光束出射面与手术显微镜的电荷耦合元件像面之间沿所述中心光轴具有第三距离，所述第三距离大于40mm。

其中，所述第一光束入射面与所述第一光束出射面沿所述中心光轴的距离等于所述第二光束入射面与所述第二光束出射面沿所述中心光轴的距离且等于所述第三光束入射面与所述第三光束出射面沿所述中心光轴的距离。

其中，所述第一光束入射面所对应的球面半径为-25.1mm，所述第一光束出射面所对应的球面半径为156.3mm，且所述第一光束入射面与所述第一光束出射面沿所述中心光轴的距离为9.5mm。

其中，所述第一透镜采用的光学玻璃为H-ZK14。

其中，所述第二光束入射面所对应的球面半径为55.9mm，所述第二光束出射面所对应的球面半径为-20.7mm，且所述第二光束入射面与所述第二光束出射面沿所述中心光轴的距离为9.5mm。

其中，所述第二透镜采用的光学玻璃为H-F4。

其中，所述第三光束入射面所对应的球面半径为-37.8mm，所述第三光束出射面所对应的球面半径为52.7mm，且所述第三光束入射面与所述第三光束出射面沿所述中心光轴的距离为9.5mm。

其中，所述第三透镜采用的光学玻璃为H-ZK 21。

其中，所述分光棱镜采用的光学玻璃为H-K9L。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的手术显微镜摄像光学***，采用一个分光棱镜及三片单透镜实现了光路转折、投影到CCD上，且三片透镜分别采用正光焦度透镜、负光焦度透镜、正光焦度透镜，不易引起光能损失且可适用于不同的CCD。同时，***分辨率高，图像清晰，颜色失真小，***体积小、后工作距大，***操作更为简便。

附图说明

图1为本发明手术显微镜摄像光学***的构成图；

图2是本发明的手术显微镜摄像光学***MTF曲线；

图3是本发明的手术显微镜摄像光学***的场曲和畸变曲线。

其中，1—分光棱镜，2—第一透镜，21—第一光束入射面，22—第一光束出射面，3—第二透镜，31—第二光束入射面，32—第二光束出射面，4—第三透镜，41—第三光束入射面，42—第三光束出射面，5—CCD像面。

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。

本发明的手术显微镜摄像光学***，其焦距为60mm，后工作距离长达40.4mm，***元件总长60mm。如图1所示，手术显微镜摄像光学***具有一中心光轴A1，手术显微镜摄像光学***包括设置在中心光轴A1上的且沿着所述中心光轴顺次设置的分光棱镜1、第一透镜2、第二透镜3及第三透镜4。分光棱镜1起到从主光路分光供CCD使用的功能，其分光比由所镀分光膜决定，摄像光路与主光路分光比含5:5、4:6、3:7、2:8等多种形式。第一透镜2为正光焦度透镜，具有第一光束入射面21和第一光束出射面22，第一光束入射面21与分光棱镜1相对。第二透镜3为负光焦度透镜，具有第二光束入射面31和第二光束出射面32，第二光束入射面31与第一光束出射面22之间沿中心光轴A1具有第一间距。第三透镜4为正光焦度透镜，具有第三光束入射面41和第三光束出射面42，第三光束入射面41与第二光束出射面32之间沿中心光轴具有第二间距，第三光束出射面42与手术显微镜的电荷耦合元件像面5相对。本发明中，第一间距为4mm～1.2mm，第二间距为4.4mm～1.35mm。

较佳地，第三光束出射面42与手术显微镜的CCD像面5之间沿中心光轴具有第三距离，该第三距离大于40mm。第一光束入射面21与第一光束出射面22沿中心光轴的距离等于第二光束入射面31与第二光束出射面32沿中心光轴的距离，且等于第三光束入射面41与第三光束出射面42沿中心光轴的距离。

明显地，本发明的手术显微镜摄像光学***由一分光棱镜和3片单透镜组成，结构紧凑，加工、装调简便。

下面表1列出了本发明一较佳实施例的光学***各个表面的具体参数，表中的“序号”是从光线入射端开始排列，分光棱镜1的光束入射面为序号1，光束出射面为序号3，其它镜面序号以此类推；“曲率半径”分别给出每个透镜表面的半径；“间距”示出相邻两个表面之间沿中心光轴的间距，如果两个表面属于同一块镜片，则间距表示该镜片的厚度。光学***的具体参数如下：

表1本发明的手术显微镜摄像光学***的结构参数

本发明采用一个分光棱镜及三片单透镜实现光路转折、投影到CCD上，***分辨率高、图像清晰、颜色失真小、***体积小、后工作距大，使***操作更为简便。第一透镜2、第二透镜3及第三透镜4构成摄像物镜组，起到将光线汇聚于CCD像面，保证其成像良好、图像清晰、无畸变，满足手术过程中医生观察及手术过程摄录的需求。更，第一透镜2、第二透镜3及第三透镜4三者之间的距离设置是充分考虑了安装、装调、实际使用过程中需求后的结果：首先，三者距离并不过于紧凑，避免了镜片之间的磕碰、安装与调试的困难；其次，三者距离也不过远，避免了过远会使得机械结构过长、***体积过大，影响手术显微镜整机体积，同时造成医生的使用不便缺陷；最后，三者之间配合后还保证了整个摄像***的后截距(即，第三光束出射面42与CCD像面5之间沿中心光轴的距离，该距离大于40mm)，从而能满足更换CCD的需求。

下面表2列出了本发明较佳实施例的光学***采用的光学玻璃

表2光学玻璃的参数

光学玻璃	折射率nd	色散系数νd	λ80/λ5
				H-K9L	1.51	64.2	33/29
H-F4	1.62	36.35	39/36
				H-ZK14	1.60	60.6	35/30
H-ZK21	1.62	58.12	36/30

结合参阅图2本发明手术显微镜摄像光学***的MTF曲线。由曲线可得出，摄像光学***实际MTF曲线接近衍射极限MTF曲线，其中衍射极限MTF曲线为理论上***最优的MTF曲线，但由于实际***总是存在着各种不可避免的相差，所以光学***实际MTF曲线只能接近衍射极限MTF曲线，而无法达到。

结合参阅图3本发明手术显微镜摄像光学***的场曲和畸变曲线。由曲线可看出，手术显微镜摄像光学***全视场最大场曲为0.086，全视场最大畸变为0.028％，充分保证了摄像光学***在CCD上成像图像清晰、不变形。

更经试验验证，本发明手术显微镜摄影光学***至少能适用于4中不同的CCD，分别为：可见光CCD，红外CCD、针对ICG药物的特殊谱段CCD、以及针对5-ALA药物的特殊谱段CCD(其中ICG与5-ALA为临床上最常用的两种荧光造影药物)；且在采用荧光造影功能(所谓荧光造影，是指向组织注入荧光造影药物后，该药物在特殊谱段照明光照射下，发出特定谱段的光，形成辨识度高的荧光图像，保证了术中重要的信息的及时反馈，如肿瘤是否切除干净等，提高手术效率和可靠性)时，仅需要更换不同的CCD即可，避免了现阶段需更换整个摄像光学***、调试整机的不便性，方便了医疗过程中的使用、降低了大量成本。

明显地，本发明解决了在不同谱段成像能力均衡且质量好的问题，更加方便了医疗过程中的使用。

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 (5)

1.一种手术显微镜摄像光学***，具有中心光轴，包括设置在所述中心光轴上的分光棱镜，其特征在于，还包括位于所述中心光轴上且沿着所述中心光轴顺次设置的：

第一透镜，为正光焦度透镜，具有第一光束入射面和第一光束出射面，所述第一光束入射面与所述分光棱镜相对；

第二透镜，为负光焦度透镜，具有第二光束入射面和第二光束出射面，所述第二光束入射面与所述第一光束出射面之间沿所述中心光轴具有第一间距；以及

第三透镜，为正光焦度透镜，具有第三光束入射面和第三光束出射面，所述第三光束入射面与所述第二光束出射面之间沿所述中心光轴具有第二间距，所述第三光束出射面与手术显微镜的电荷耦合元件像面相对；

其中，所述第一间距为4mm～1.2mm，所述第二间距为4.4mm～1.35mm；

所述第三光束出射面与手术显微镜的电荷耦合元件像面之间沿所述中心光轴具有第三距离，所述第三距离大于40mm；

所述第一光束入射面与所述第一光束出射面沿所述中心光轴的距离等于所述第二光束入射面与所述第二光束出射面沿所述中心光轴的距离且等于所述第三光束入射面与所述第三光束出射面沿所述中心光轴的距离；

所述第一光束入射面所对应的球面半径为-25.1mm，所述第一光束出射面所对应的球面半径为156.3mm，且所述第一光束入射面与所述第一光束出射面沿所述中心光轴的距离为9.5mm；

所述第二光束入射面所对应的球面半径为55.9mm，所述第二光束出射面所对应的球面半径为-20.7mm，且所述第二光束入射面与所述第二光束出射面沿所述中心光轴的距离为9.5mm；

所述第三光束入射面所对应的球面半径为-37.8mm，所述第三光束出射面所对应的球面半径为52.7mm，且所述第三光束入射面与所述第三光束出射面沿所述中心光轴的距离为9.5mm。

2.根据权利要求1所述的手术显微镜摄像光学***，其特征在于，所述第一透镜采用的光学玻璃为H-ZK14。

3.根据权利要求1所述的手术显微镜摄像光学***，其特征在于，所述第二透镜采用的光学玻璃为H-F4。

4.根据权利要求1所述的手术显微镜摄像光学***，其特征在于，所述第三透镜采用的光学玻璃为H-ZK 21。

5.根据权利要求1所述的手术显微镜摄像光学***，其特征在于，所述分光棱镜采用的光学玻璃为H-K9L。

Images