一种手术显微镜及其分档变倍装置的制作方法

本发明涉及手术显微镜技术领域，特别是一种手术显微镜及其分档变倍装置。

背景技术：

手术显微镜作为一种医疗仪器，有其特殊的使用条件和功能要求，不同手术要求不同的放大倍率，即便同一手术，也需要在手术过程中变倍观察术面，所以手术显微镜应具有变倍功能。变倍主要有以下三种形式，即更换目镜变倍、无级变倍与分级转鼓变倍。

更换目镜变倍在手术中涉及的更换、消毒、调整步骤可操作性差，并且对变倍范围和倍率间隔限制较大。无极变倍即变倍连续、变倍范围宽,变倍时象面连续不需要重新调焦，其优点是可以电动调整变倍倍率以及采用脚踏变倍，很多高性能手术显微镜均采用此变倍方式；但变倍结构相对复杂，空间尺寸也较大。分级转鼓变倍通过转鼓转动改变显微镜放大倍率,以达到三级或五级变倍形式。与更换目镜方式相比,此种变倍方式性能较高；与无级变倍机构比较，其结构简单，紧凑,手术空间大并且操作距离短。因此，牙科手术显微镜通常采用鼓轮变倍的形式改变显微镜的放大倍率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种分档变倍装置以及包括该分档变倍装置的手术显微镜，用于解决上述现有技术的问题。

本发明的分档变倍装置，包括：设置于一手术显微镜中，所述分档变倍装置包括具有至少一对相对角的转鼓，其中，还包括至少一组伽利略变倍系统，所述转鼓转动使每组所述伽利略变倍系统正反向使用，每组所述伽利略变倍系统均包括分别设置于所述转鼓的一对相对角中的第一双胶合透镜和第二双胶合透镜，正向使用时具有第一倍率，此时光束射入所述第一双胶合透镜，由所述第二双胶合透镜射出，反向使用时具有第二倍率，此时光束射入所述第二双胶合透镜，由所述第一双胶合透镜射出，所述第一倍率和所述第二倍率互为倒数。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述第一倍率和所述第二倍率最大变倍比为1:6.25。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述伽利略变倍系统为n组时，所述转鼓为具有n+1对相对角的正2(n+1)面体，n组所述伽利略变倍系统与所述转鼓的其中的n对相对角一一对应设置，所述转鼓的另一对相对角空置，n为正整数。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述伽利略变倍系统为n组时，所述转鼓为具有n对相对角的正2n面体，n组所述伽利略变倍系统与所述转鼓的n对相对角一一对应设置，n为正整数。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述伽利略变倍系统为两组，分别为第一组伽利略变倍系统和第二组伽利略变倍系统，所述第一组伽利略变倍系统正向使用时具有2.5倍倍率，所述第二组伽利略变倍系统正向使用时具有1.6倍倍率。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述第一组伽利略变倍系统中，所述第一双胶合透镜包括第一镜面、第二镜面和第三镜面，所述第二双胶合透镜分别第四镜面、第五镜面和第六镜面，第一镜面至第六镜面均为球面。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述第一组伽利略变倍系统正向使用时，光束依次通过所述第一组伽利略变倍系统的所述第一至第六镜面，第一镜面的半径为24.20mm，第二镜面的半径为-95.50mm，第二镜面至第一镜面的厚度为3.62mm，第三镜面的半径为120.05mm，第三镜面至第二镜面的厚度1.63mm，第四镜面的半径为-11.43mm，第四镜面与第三镜面的间隔为34.36mm，第五镜面的半径为-9.29mm，第五镜面至第四镜面的厚度为2mm，第六镜面的半径为257.77mm，第六镜面至第五镜面的厚度为1mm。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述第二组伽利略变倍系统中，所述第一双胶合透镜包括第一镜面、第二镜面和第三镜面，所述第二双胶合透镜包括第四镜面、第五镜面和第六镜面，第一镜面至第六镜面均为球面。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述第二组伽利略变倍系统正向使用时，光束依次通过所述第二组伽利略变倍系统的所述第一至第六镜面，第一镜面的半径为95.04mm，第二镜面的半径为-36.14mm，第二镜面至第一镜面的厚度为3.19mm，第三镜面的半径为-137.83mm，第三镜面至第二镜面的厚度1.50mm，第四镜面的半径为-54.50mm，第四镜面与第三镜面的间隔为34.92mm，第五镜面的半径为-25.41mm，第五镜面至第四镜面的厚度为2mm，第六镜面的半径为92.02mm，第六镜面至第五镜面的厚度为1mm。

根据本发明的分档变倍装置的一实施例，其中，所述第一双胶合透镜和所述第二双胶合透镜均包括组合而成的前单透镜和后单透镜，前单透镜的出射光线进入后单透镜，各单透镜的焦距f'为：

其中，n为单透镜的折射率，r1、r2分别为单透镜前后表面的曲率半径，光束穿过单透镜的前表面后进入单透镜的后表面，d为单透镜的中心厚度；

组成双胶合透镜的前单透镜的焦距为f前，后单透镜的焦距为f后，与组合后的双胶合透镜的焦距f胶的关系为：

本发明还提供了一种手术显微镜，包括按照光路路线依次设置的大物镜系统、变倍系统、小物镜系统和目镜系统，其中，所述变倍系统为上述的分档变倍装置。

本发明的目的是提供一种手术显微镜及其分档变倍装置，采用牙科手术显微镜的转鼓变倍结构提供不同的放大倍率，手术空间大且操作距离短，具有结构简单，紧凑的优点。本发明的分档变倍装置的伽利略变倍系统的光学元件仅由两组双胶合透镜组成，结构简单、紧凑，使用方便。

附图说明

图1为本发明的手术显微镜的主光路示意图；

图2为本发明的手术显微镜的伽利略分档变倍系统的光路图；

图3a为本发明的2.5×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线；

图3b为本发明的0.4×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线；

图3c为本发明的1.6×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线；

图3d为本发明的0.6×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线；

图4a为本发明的2.5×倍率下伽利略变倍系统畸变图；

图4b为本发明的0.4×倍率下伽利略变倍系统畸变图；

图4c为本发明的1.6×倍率下伽利略变倍系统畸变图；

图4d为本发明的0.6×倍率下伽利略变倍系统畸变图。

附图标记

1大物镜；

2伽利略分档变倍系统；

3小物镜系统；

4目镜；

21第一组伽利略变倍系统；

211第一双胶合透镜；

212第二双胶合透镜；

22第二组伽利略变倍系统；

221第一双胶合透镜；

222第一双胶合透镜。

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。

图1所示为本发明的手术显微镜的主光路示意图，如图1所示，本发明的手术显微镜，包括按照光路路线依次设置的大物镜系统1、变倍系统2、小物镜系统3和目镜系统4。其中，变倍系统2为分档变倍装置。本发明公开一种手术显微镜及其分档变倍装置，分档变倍装置设置于手术显微镜中，分档变倍装置包括具有至少一对相对角的转鼓，还包括至少一组伽利略变倍系统，每组伽利略变倍系统均包括分别设置于转鼓的一对相对角中的第一双胶合透镜和第二双胶合透镜，转鼓转动使伽利略变倍系统正向使用时具有第一倍率，此时光束射入第一双胶合透镜，由第二双胶合透镜射出，转鼓转动使伽利略变倍系统反向使用时具有第二倍率，此时光束射入第二双胶合透镜，由第一双胶合透镜射出，第一倍率和第二倍率互为倒数。

本发明的手术显微镜特别适用于牙科手术，当然也可用其它类型的手术。以下以本发明的分档变倍装置具有五档伽利略变倍系统为例进行说明。

本实施例的五档伽利略变倍系统采用分级转鼓变倍即采用转鼓转动改变显微镜放大倍率以达到五级变倍形式。五档伽利略变倍系统变倍比分别为0.4x、0.6x、1.0x、1.6x、2.5x；最大变倍比为1∶6.25。

如图1所示，本实施例中，转鼓为正六面体六角结构，具有三对相对角，分别为第一相对透镜a1、a2，第二相对透镜b1、b2和第三相对透镜c1、c2，其中一对相对透镜c1、c2为空档，即不放置任何光学结构，实现的是1×倍率。

其余四档放大倍率由两组伽利略变倍光学系统分别正反向变换实现，请结合图1与图2，第一组伽利略变倍系统21由两组双胶合透镜结构组成，分别为第一双胶合透镜211和第二双胶合透镜212，第一双胶合透镜211和第二双胶合透镜212分别放置于转鼓的第一相对角a1、a2。

第二组伽利略变倍系统22由两组双胶合透镜结构组成，分别为第一双胶合透镜221和第二双胶合透镜222，第一双胶合透镜221和第二双胶合透镜222分别放置于转鼓的第二相对角b1、b2。

可见，第一组伽利略变倍系统21与第二组伽利略变倍系统22的光轴夹角呈60°放置于正六面体的六角转鼓中。请参阅图2，2.5×放大倍率通过第一组伽利略变倍系统21正向使用实现，0.4×放大倍率通过第一组伽利略变倍系统21反向使用实现；1.6×放大倍率通过第二组伽利略变倍系统22正向使用实现，0.6×放大倍率通过第二组伽利略变倍系统22反向使用实现。

第一组伽利略变倍系统21的第一双胶合透镜211和第二双胶合透镜212的焦距分别为f1、f2，第二组伽利略变倍系统22的第一双胶合透镜221和第二双胶合透镜222的焦距分别为f3、f4，则伽利略变倍系统倍率与焦距关系如下：

即

即

图1中各透镜的焦距公式：

组成双胶合透镜的两个单透镜焦距分别为f前、f后，与胶合透镜焦距f胶关系：

同理，视场与倍率的关系同焦距与倍率的关系具有一致性。

五档伽利略变倍系统光学参数如下表1至表3。具体地，第一组伽利略变倍系统21中，第一双胶合透镜211包括序号为1-3的第一镜面、第二镜面和第三镜面，第二双胶合透镜212分别为序号为4-6的第四镜面、第五镜面和第六镜面，第一镜面至第六镜面均为球面。

第一组伽利略变倍系统21正向使用时，如图2所示，第一镜面对应于下表1中的面序号1，第二镜面对应于下表1中的面序号2，以此类推。

第一组伽利略变倍系统21反向使用时，如图2所示，第六镜面对应于下表2中的面序号1，第五镜面对应于下表2中的面序号2，以此类推。

第二组伽利略变倍系统22中，第一双胶合透镜221包括第一镜面、第二镜面和第三镜面，第二双胶合透镜222包括第四镜面、第五镜面和第六镜面，第一镜面至第六镜面均为球面。

第二组伽利略变倍系统22正向使用时，如图2所示，第一镜面对应于下表3中的面序号1，第二镜面对应于下表3中的面序号2，以此类推。

第二组伽利略变倍系统22反向使用时，如图2所示，第六镜面对应于下表4中的面序号1，第五镜面对应于下表4中的面序号2，以此类推。

表12.5×伽利略变倍系统光学参数

表20.4×伽利略变倍系统光学参数

表31.6×伽利略变倍系统光学参数

表40.6×伽利略变倍系统光学参数

选用以上变倍档位的放大倍率更加符合医生的使用习惯，表1、2、3、4中变倍系统选用光学胶合透镜组利于光学系统色差的消除，两组双胶合透镜的使用提高系统成像质量，且系统透镜结构简单、易于加工。

五档伽利略变倍系统并不局限于所述倍率下的光学结构参数，各个倍率下透镜的折射率n，前后表面曲率半径r1、r2，透镜中心厚度d决定了透镜的焦距：

组成双胶合透镜的两个单透镜焦距分别为f前、f后，与胶合透镜焦距f胶关系：

即光学结构参数决定了各个胶合透镜组的焦距，本发明同时保护在表1、2、3、4中各个胶合透镜组焦距、光学总长下符合上述数学关系的其它光学结构参数。

图3a为本发明的2.5×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线，图3b为本发明的0.4×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线，图3c为本发明的1.6×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线，图3d为本发明的0.6×倍率下伽利略分档变倍系统的垂轴像差曲线，如图3所示，通过光学设计软件对伽利略光学变倍系统进行优化，得出伽利略变倍系统的垂轴像差曲线，说明系统达到了很好的校正像差的效果。

对于一实施例，所述大物镜系统的光学元件的材料为可以为fk类光学玻璃。

图4a为本发明的2.5×倍率下伽利略变倍系统畸变图，图4b为本发明的0.4×倍率下伽利略变倍系统畸变图，图4c为本发明的1.6×倍率下伽利略变倍系统畸变图，图4d为本发明的0.6×倍率下伽利略变倍系统畸变图，如图4a至图4d可见，畸变是影响误差而不是使像质下降的像差，主要影响像的外形，伽利略光学变倍系统的畸变得到了校正。

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。