CN201051174Y - 连续变焦距医用电视转接镜 - Google Patents
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Abstract
连续变焦距医用电视转接镜，涉及光学镜头装置，适用于医用光纤内窥镜，硬型镜、显微镜、望远镜等需要与电视摄像器件连接的场合，其特征在于连续变焦、出瞳趋于远心的反远距结构及入瞳前移，它由二片密封玻璃和七片透镜依次为凸凹负透镜、凸凹正透镜、双凸正负镜、凹凸负透镜、凸凹正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜，第三、四片构成胶合组，第一、二片透镜构成镜头前组，合焦距为f′前，第三片至第七片构成后组，其合焦距为f′后，要求：－1.9＜f′前/f′后＜－1.8，0.95＜f′后/f′短＜1.2，0.005＜d7+d8/f′短＜0.78，d8+1′＝C，1.57＜n1＜1.60，51＜v1＜55，1.69＜n5＜1.77，50＜v5＜56，1.73＜n7＜1.78，34＜v7＜38。设计的变焦值涵盖了固定焦距范围，实现操作方便应用更广。
Description
技术领域：
本实用新型涉及光学镜头装置。它是连接观察***与电视摄像器件中的中继光学镜头。适用于光纤内窥镜、硬型镜、目镜出瞳距较长的显微镜和望远镜等需要加装电视或计算机屏幕显示的转接装置。
背景技术：
现有的医用电视转接镜多数采用固定镜头，为了获得合适大小的观察图象，需要多种不同焦距的镜头进行匹配，临床使用上难以置换。近年来，国外推出了可以透过调整镜头内光学元件的间隔，实现一定范围内的间断式的焦距变化(国外称多焦点形式)，这种镜头方便了医疗设备厂家调整合适的焦距。但是，在医疗临床上操作者要想看到放大或缩小的电视图象，只能分别调整前组调节环和后组调节环来实现，这样需多次调整才能完成，使用不仅不方便，还常常会丢失观察图象。
此外，现有的医用电视转接镜后截距设计偏短，难于适用于需采用有分色棱镜的高清晰医用电视观察***。
发明内容：
本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供便于医疗设备厂家调整和医疗临床使用的后工作距离长、入瞳前移、出瞳趋于“远心”，能连续变焦距(变焦比1.7左右)的医用电视转接镜。
本实用新型的方案是：发明的实用新型装置是由七片球面透镜和二片等厚的密封平行平板玻璃组成。七片球面透镜的光学材料顺序为：BaF3、ZF7、ZK9、ZF5、LaK7、ZF11、LaF4。两片平行平板密封玻璃均采用K9光学材料。七片球面透镜的外形依次是：凸凹负透镜、凸凹正透镜、双凸正透镜、凹凸负透镜、凸凹正透镜、双凹负透镜、和双凸正透镜。其中第三片透镜和第四片透镜构成胶合组。第一片透镜和第二片透镜构成镜头的前组，它的合焦距以f′前表示；第三片至第七片构成镜头的后组，f′后表示其合焦距。固定光栏设在第二片透镜的凹面上，令其大小和该面的最大轴上光束通光口径一样。前组和后组按各自的凸轮曲线槽移动。设计时，令镜头的前组是变焦镜头的补偿组，它按特定的非线形凸轮曲线位移；镜头的后组是变焦镜头的变倍组，令其按线形凸轮槽位移。通过前组和后组间隔距离一一对应的连续变化实现镜头焦距的连续变化。
两片密封玻璃分置镜头的前后，并令它们与光轴成相反方向约8°角倾斜(消除内照明可能引起的杂光)
光学装置必须满足的条件如下：(按短焦焦距值进行归一化)
-1.9＜f′前/f′短＜-1.8 ………………………………(1)
0.95＜f′后/f′短＜1.2…………………………………(2)
0.005＜(d7+d8)/f′短＜0.78 ………………………(3)
d8+l′＝C ……………………………(4)
1.57＜n1＜1.60，51＜ν1＜55 ……………………(5)
1.69＜n5＜1.77，50＜ν5＜56 ……………………(6)
1.73＜n7＜1.78，34＜ν7＜38 ……………………(7)
本实用新型的优点在于：采用了连续变焦距结构，使操作者只需旋转单一的调节环就能把焦距调到所需的值，而被观察的物的图象在显示屏幕上始终清晰。操作者也可以先用视场大的短焦距“搜索”目标，连续旋转调节环进行放大(调到焦距长端)，以看清被视察物的细节。设计的焦距最大和最小值涵盖了目前医用固定焦距转接境的范围。采用了反远距型结构，拉长了光学镜头的后截距，与此同时选择合适的f′后，使镜头的出瞳趋于远心，以利于加装带分色棱镜的摄像***和提高彩色图象的质量。
新型转接镜的光栏设置在前组靠前的位置，以使转接镜的入瞳前移，使之能与内窥镜等前置的光学***的出瞳重合，以保证视场不切割。
附图说明：
图1是一般光纤内窥镜与电视摄像器件进行转接的光学示意图。图中A是传像光导纤维，B是光纤成像面，C是内窥镜目镜，D是目镜的出瞳也是转接镜E的入瞳，F是CCD或CMOS摄像器件。
图2为本实用新型转接镜采用方案的光学示意图。A是传像光导纤维，B是光纤成像面，C是内窥镜目镜，D是前组(负透镜)，E是实际光栏，E′是目镜的出瞳也是转接镜的入瞳，F是后组(正透镜)，G是CCD或CMOS摄像器件。
图3是本实用新型转接镜的光学结构示意图。图中R为球面的曲率半径，d为透镜的厚度或透镜间的空气间隔，l′为镜头的像方截距。
图4是本实例在f′＝1，入瞳直径ψ＝0.311，2ω＝25.04°时，不同视场(1ω、0.707ω、0.5ω、轴上)的MTF曲线图。横坐标单位是：线对/mm。
图5是本实例在f′＝1.4，入瞳直径ψ＝0.311，2ω＝18.2°时，不同视场(1ω、0.707ω、0.5ω、轴上)的MTF曲线图。横坐标单位是：线对/mm。
图6是本实例在f′＝1.66，入瞳直径ψ＝0.311，2ω＝15.8°时，不同视场(1ω、0.707ω、0.5ω、轴上)的MTF曲线图。横坐标单位是：线对/mm。
图7是本实用新型转接镜的结构示意图。
具体实施方式：
实施例：发明的实用新型光学装置是由七片球面透镜和二片等厚的密封平行平板玻璃组成。七片球面透镜的光学材料顺序为：BaF3、ZF7、ZK9、ZF5、LaK7、ZF11、LaF4。七片球面透镜的外形依次是：第一片(2)凸凹负透镜、第二片(3)凸凹正透镜、第三片(4)双凸正透镜、第四片(5)凹凸负透镜、第五片(6)凸凹正透镜、第六片(7)双凹负透镜和第七片(8)双凸正透镜。其中第三片(4)和第四片(5)透镜组成胶合组，镜头前面的平行平面(1)和镜头后面的平行平面(9)系镜头的密封玻璃。第一片(2)和第二片(3)构成本实用新型镜头的前组，其合焦距以f′前表示；第三片(4)至第七片(8)构成镜头的后组，以f′后表示其合焦距。镜头的实际光栏固定设在第二片透镜的凹面上，其大小既为该面的轴上光束的最大透光口径。本发明的实用新型是令镜头的前组为变焦镜头的补偿组，它按特定的非线性凸轮曲线运动；镜头的后组是变焦镜头的变倍组，令它按线性凸轮槽远动，通过前后组间隔距离一一对应的连续变化，实现镜头焦距的连续变化。机械结构设计时，通过一个调节环让它们沿各自的凸轮槽运动。实现连续变焦的目的。
光学装置必须满足的条件如下：
-1.9＜f′前/f′短焦＜-1.8…………………………………(1)
0.95＜f′后/f′短焦＜1.2 …………………………………(2)
0.005＜(d7+d8)/f′短焦＜0.78 …………………………(3)
d8+l′＝C(定植) …………………………(4)
1.57＜n1＜1.60，51＜ν1＜55 ………………………(5)
1.69＜n5＜1.77，50＜ν5＜56 ………………………(6)
1.73＜n7＜1.78，34＜ν7＜38 ………………………(7)
设定上述必须满足条件的目的是：
条件1：设定的目的是保证前后组移动量不大的情况下，变焦比达1.7左右所需和保证与后组组合后，能有大于转接镜最小焦距值的后截距。
条件2设定的目的是使***有较长的后截距的同时，能做到光学总长变短(小型化)，并使实际光栏经它成的出瞳像距离趋于“远心”。
条件3设定的目的是保证镜头的前组和后组位移到长焦时不会相碰，同时限定光学总长在移到短焦时的长度。
条件4设定的目的是只有两组合结构进行变焦时，保证变焦过程中其成像面一致的必然条件。
条件5设定的目的是有效的校正色差。
条件6和条件7设定的目的是由于经过这两片的轴上光束孔径角的偏角较大，为降低由它们引起的轴上球差高级量而设定的。
本实用新型的主要特征是：根据医疗临床观察的实际需要和操作方便，本案提出了采用连续变焦的新型转接镜结构，使操作者能方便地调到所需的焦距，调节过程中图像保持清晰，可实现用大视场的短焦距对“目标”进行搜索，又可以用长焦距对“目标”进行放大，看清“目标”的细节。由于采用反远距结构形式，拉长了***的后截距，可以满足在转接镜后加装分色棱镜的需要。由于新型转接镜的入瞳前移，使得这一方案不仅可用于光纤内窥镜、硬型镜等目镜出瞳长的光学***，也可用于有较长出瞳距的显微镜和望远镜，保证新型转接镜与它们连接不会出现视场切割的现象。
表1是本实用新型的实例：
E.F.L＝1～1.655，ψ入瞳(入瞳直径)＝0.311，2ω＝25.04～15.8，消色谱线d(F，C)，l物(物距)∞
表1：各镜片数据 d8+l′＝1.260405
| 序号 | R(半径)(mm) | d(厚度间隔)(mm) | nd(折射率) | νd(阿贝数) | 附加说明 |
| 1 | ∞ | 0.0555245 | 1.51637 | 64.1 | K9(保护玻璃) |
| 2 | ∞ | 0.1665734 | |||
| 3 | 4.934237 | 0.0416434 | 1.579594 | 53.9 | BaF3 |
| 4 | 0.592835 | 0.178789 | |||
| 5 | 0.660741 | 0.0832867 | 1.806347 | 25.4 | ZF7 |
| 6 | 0.840974 | 0.0188783 | 光栏位置 | ||
| 7 | ∞ | d7 | (补偿组间隔) | ||
| 8 | ∞ | d8 | (变倍组间隔) | ||
| 9 | 0.694611 | 0.122154 | 1.620401 | 60.3 | ZK9 |
| 10 | -1.780114 | 0.0416434 | 1.740024 | 28.2 | ZF5 |
| 11 | -67.99526 | 0.00555245 | |||
| 12 | 0.6088924 | 0.111049 | 1.712996 | 53.9 | LaK7 |
| 13 | 2.115482 | 0.0749580 | |||
| 14 | -1.665623 | 0.0444196 | 1.698949 | 30.1 | ZF11 |
| 15 | 0.4664055 | 0.0444196 | |||
| 16 | 6.122683 | 0.144364 | 1.749505 | 35.0 | LaF4 |
| 17 | -0.8495243 | 0.138811 | |||
| 18 | ∞ | 0.0555245 | 1.51637 | K9(保护玻璃) | |
| 19 | ∞ | 1′ | |||
| 20 | ∞ | 像面 |
表2：主要焦距点的变焦凸轮数据表(归一化值)
| 焦距(f) | d7 | D8 | 焦距(f′) | d7 | d8 | |
| 1 | 0.397889 | 0.354444 | 1.3912 | 0.0792778 | 0.1436111 | |
| 1.0573 | 0.327222 | 0.323889 | 1.4478 | 0.0568333 | 0.113056 | |
| 1.1141 | 0.266778 | 0.293333 | 1.4986 | 0.0401667 | 0.0855556 | |
| 1.1654 | 0.219778 | 0.265833 | 1.5551 | 0.0249444 | 0.0550000 | |
| 1.2219 | 0.175444 | 0.235278 | 1.6115 | 0.0130556 | 0.0244444 | |
| 1.2784 | 0.137778 | 0.204722 | 1.6563 | 0.00583333 | 0 | |
| 1.3349 | 0.105889 | 0.174167 |
表中d8是按d8(n+1)＝d8(n)+0.0030556递减的。
表3：长焦、中焦、短焦时的三级像差系数(归一化)。
| f′＝1(短焦) | f′＝1.39(中焦) | f′＝(1.66长焦) | |
| ∑S1 | 0.00098 | 0.00030 | 0.00010 |
| ∑S2 | 0.00097 | 0.00013 | 0 |
| ∑S3 | 0.00085 | 0.00002 | -0.00004 |
| ∑S4 | 0.00008 | 0.00004 | 0.00003 |
| ∑S5 | 0.001320 | 0 | -0.00008 |
| ∑C1 | -0.00007 | -0.00004 | -0.00003 |
| ∑C2 | -0.00007 | -0.00002 | -0.00001 |
Claims (1)
1.本实用新型连续变焦医用电视转接镜，其特征在于采用连续变焦距结构替代焦距间断式变化多焦点结构，它包括七片透镜依次为第一片(2)凸凹负透镜，第二片(3)凸凹正透镜，第三片(4)双凸正负镜，第四片(5)凹凸负透镜，第五片凸凹正透镜，第六片(7)双凹负透镜，第七片(8)双凸正透镜，第三片(4)和第四片构成胶合组，二片平行平板(1、9)为密封保护玻璃，光栏设在第二片(3)透镜的凹面上，第一片(2)和第二片(3)构成透镜的前组，其合焦距以f′前表示，第三片(4)至第七片(8)构成镜头的后组，以f′后表示其合焦距，光学装置必须满足的条件如下：
-1.9＜f′前/f′ 后＜-1.8……………………(1)
0.95＜f′后/f′ 短＜1.2 …………………(2)
0.005＜d7+d8/f′短＜0.78 …………….(3)
d8+l′＝C …………………………(4)
1.57＜n1＜1.60 51＜ν1＜55 ………(5)
1.69＜n5＜1.77 50＜ν5＜56 ………(6)
1.73＜n7＜1.78 34＜ν7＜38 ………(7)。
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