硬镜摄像头的齐变焦光学系统的制作方法

本实用新型涉及医疗器械领域，特别是涉及一种应用于微创手术等的硬镜摄像头及该硬镜摄像头的齐变焦光学系统。

背景技术：

硬镜摄像头是进行微创外科手术时的核心功能器件之一，其光学成像性能对微创手术的成功与否有直接影响。目前的硬镜摄像头一般配备齐变焦光学系统。齐变焦光学系统是指焦距在一定范围内进行连续改变，而保持像面不动的光学系统。采用齐变焦光学系统的硬镜摄像头在视场变换的过程中，目标大小连续变化而不丢失，这对于微创手术时图像的观察与目标跟踪有重要的意义。

齐变焦光学系统一般包括对焦镜片模组、变焦镜片模组与固定镜片模组。其中固定镜片模组在齐变焦光学系统中的位置固定不变，通过改变对焦镜片模组、变焦镜片模组与固定镜片模组之间的相对位置来实现目标大小连续变化且像面恒定，也即实现齐变焦。其中，固定镜片模组的定位精度(相对于齐变焦光学系统的轴线的垂直度、与轴线的同轴度、轴向位置的准确度)对保持像面的恒定有直接影响。

现有的固定镜片模组的固定主要采用以下两种方式：(1)涂胶粘接，直接将镜片柱面涂胶粘接在齐变焦光学系统的螺旋槽套筒内。由于镜片的两端面都是弧面，在操作时对镜片的接触为线接触，所以难以保证镜片的垂直度。同时，若在套筒内打胶，需深入套筒内部，操作不便。另外，胶粘为非可逆操作，拆卸时极有可能损坏镜片。(2)先将镜片与镜筒固定，再用紧定螺钉来固定镜筒，紧定螺钉直接紧定在镜筒的柱面上。此种方法在用紧定螺钉固定镜筒时，可能会导致镜筒出现倾斜或轴向位置出现变化，从而影响成像效果。

技术实现要素：

基于此，有必要针对齐变焦光学系统中的固定镜片模组定位精度不高影响成像效果的问题，提供一种具有精确定位精度的齐变焦光学系统，以及具有该齐变焦光学系统的硬镜摄像头。

一种齐变焦光学系统，应用于硬镜摄像头，包括套筒以及设置在套筒内的固定镜片模组，所述套筒的内表面上设有定位件，所述固定镜片模组的一端卡置在该定位件处，所述固定镜片模组的另一端的周向上至少部分设有锥面，所述齐变焦光学系统还包括紧固件，所述紧固件由外而内穿设所述套筒并抵持在所述锥面上。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述套筒内的对焦镜片模组、第一变焦镜片模组和第二变焦镜片模组，其中对焦镜片模组、第一变焦镜片模组、固定镜片模组和第二变焦镜片模组依次设置。

在其中一个实施例中，所述固定镜片模组包括同光轴设置的单一镜片和组合镜片，所述锥面设置在所述单一镜片或组合镜片上。

在其中一个实施例中，所述固定镜片模组包括同光轴设置的单一镜片和组合镜片，所述固定镜片模组还包括镜筒，所述单一镜片和组合镜片设置在镜筒上，所述锥面设置在所述镜筒的一个端面上，所述镜筒的另一个端面卡置在所述定位件处。

在其中一个实施例中，所述单一镜片和组合镜片相对于所述镜筒的轴线方向垂直设置。

在其中一个实施例中，所述定位件为一体成型于所述套筒的内表面上的凸起。

在其中一个实施例中，所述凸起具有台阶面，所述台阶面与所述套筒的内表面垂直，或所述台阶面相对所述套筒的内表面倾斜设置。

在其中一个实施例中，所述锥面为一个，且连续设置在所述固定镜片模组的另一端的整个周向上，或者所述锥面为多个，多个所述锥面间隔设置在所述固定镜片模组的另一端的周向上。

在其中一个实施例中，所述紧固件为至少两个，所述紧固件为锥形紧定螺钉或弹性件。

在其中一个实施例中，所述紧固件为锥形紧定螺钉，所述锥形紧定螺钉的锥度与所述锥面的锥度一致。

上述硬镜摄像头及齐变焦光学系统，通过在套筒内设置定位件，并在固定镜片模组上设置锥面，并借助紧固件作用在锥面上使固定镜片模组可以与定位件紧贴，而定位件的设置不同于固定镜片模组，容易满足定位件的设置精度，因而可以保障固定镜片模组的定位精确度，相较于现有技术所采用的方案而言，该齐变焦光学系统中的固定镜片模组的定位精度更高，且组装过程简单可逆，方便省时，采用上述的齐变焦光学系统的硬镜摄像头可具有更高的成像质量。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的齐变焦光学系统的分解示意图；

图2为图1所示齐变焦光学系统的部分剖视示意图。

具体实施方式

如图1和图2中所示，本实用新型一实施例提供的一种齐变焦光学系统，应用于硬镜摄像头。所述齐变焦光学系统包括套筒60以及设置在套筒60内的一系列光学元件。这些光学元件包括滤光镜组11、对焦镜片模组20、第一变焦镜片模组30、固定镜片模组40和第二变焦镜片模组50。一实施例中，滤光镜组11、对焦镜片模组20、第一变焦镜片模组30、固定镜片模组40和第二变焦镜片模组50依次设置在套筒60内。

滤光镜组11用于滤除进入套筒60内的特定波长光，使影响成像的部分光不能进入套筒60内。对焦镜片模组20、第一变焦镜片模组30和第二变焦镜片模组50均活动设置在套筒60内，即对焦镜片模组20、第一变焦镜片模组30和第二变焦镜片模组50可沿着套筒60的轴向发生位置的改变。套筒60的轴向为齐变焦光学系统的光轴，也即各个光学元件的光轴。固定镜片模组40在套筒60内的位置固定不变。所述齐变焦光学系统工作过程中，通过改变对焦镜片模组20、第一变焦镜片模组30和第二变焦镜片模组50在套筒60内的位置，可以实现特定场景的成像，且能够实现该成像大小连续变化且像面恒定。

一实施例中，所述对焦镜片模组20包括对焦镜片21和对焦镜筒22，对焦镜片21通过对焦镜筒22设置在套筒60内。对焦镜片21可以是一个镜片，也可以是多个镜片的组合。所述齐变焦光学系统还包括用于调节所述对焦镜片模组20的对焦调节件23，对焦调节件23穿设套筒60并连接在对焦镜筒22上。一实施例中，套筒60上设置具有特定形状的对焦调节槽62，例如呈一定角度的弯曲弧形。对焦调节槽62的具体形状和长度可以综合考虑其他光学元件的组合以及光学元件的数量等参数而设计。所述对焦调节件23穿过该对焦调节槽62并露出在套筒60外，驱动对焦调节件23沿着对焦调节槽62移动时，即可改变对焦镜片模组20在套筒60内的位置。

一实施例中，所述第一变焦镜片模组30包括第一变焦镜片31和第一变焦镜筒32，第一变焦镜片31通过第一变焦镜筒32设置在套筒60内。第一变焦镜片31可以是一个镜片，也可以是多个镜片的组合。所述齐变焦光学系统还包括用于调节所述第一变焦镜片模组30的第一变焦调节件33，第一变焦调节件33穿设套筒60并连接在第一变焦镜筒32上。一实施例中，套筒60上设置具有特定形状的第一变焦调节槽63，例如呈一定角度的弯曲弧形。第一变焦调节槽63的具体形状和长度可以综合考虑其他光学元件的组合以及光学元件的数量等参数而设计。所述第一变焦调节件33穿过该第一变焦调节槽63并露出在套筒60外，驱动第一变焦调节件33沿着第一变焦调节槽63移动时，即可改变第一变焦镜片模组30在套筒60内的位置。

一实施例中，所述第二变焦镜片模组50包括第二变焦镜片51和第二变焦镜筒52，第二变焦镜片51通过第二变焦镜筒52设置在套筒60内。第二变焦镜片51可以是一个镜片，也可以是多个镜片的组合。所述齐变焦光学系统还包括用于调节所述第二变焦镜片模组50的第二变焦调节件55，第二变焦调节件55穿设套筒60并连接在第二变焦镜筒52上。一实施例中，套筒60上设置具有特定形状的第二变焦调节槽65，例如呈一定角度的弯曲弧形。第二变焦调节槽65的具体形状和长度可以综合考虑其他光学元件的组合以及光学元件的数量等参数而设计。所述第二变焦调节件55穿过该第二变焦调节槽65并露出在套筒60外，驱动第二变焦调节件55沿着第二变焦调节槽65移动时，即可改变第二变焦镜片模组50在套筒60内的位置。

在本实用新型中，所述齐变焦光学系统还包括用于抵持固定镜片模组40的紧固件61，所述套筒60的内表面上设有定位件，所述固定镜片模组40的一端卡置在该定位件处，所述固定镜片模组40的另一端的周向上至少部分设有锥面81，所述紧固件61由外而内穿设所述套筒60并抵持在所述锥面81上。

在装配时，所述的一端进入套筒60内，并与所述定位件接触，然后借助紧固件61由外而内穿过套筒60的侧壁，并抵持在锥面81上，由于锥面81倾斜，使得紧固件61作用在固定镜片模组40上的力转化成光轴方向上的力，进而使固定镜片模组40紧贴在套筒60内表面的定位件上。

定位件可采用额外的附加构件的形式设置在套筒60内表面，一优选的实施例中，所述定位件为一体成型于所述套筒60的内表面上的凸起71。一些实施例中，不排除使用另外的附加定位元件设置在该凸起71上以对固定镜片模组40进行辅助定位。

通过先行设置定位件，由于不同于固定镜片模组40的结构特征或材质，对定位件的操作或者加工均可保证其在套筒60内的垂直度与轴向定位精度，再结合紧固件61与固定镜片模组40的锥面81的配合作用，从而保障了固定镜片模组40的安装精度。而通过对套筒60内表面与固定镜片模组40外表面之间的间隙的合理误差设计，可以有效保证固定镜片模组40与套筒60的同轴度。

一实施例中，所述凸起71具有台阶面72，所述台阶面72与所述套筒60的内表面垂直。在另外的一些实施例中，所述凸起71形成的台阶面72也可相对所述套筒60的内表面倾斜设置，固定镜片模组40的所述一端抵持在倾斜的台阶面72上同样能够达到精准轴向定位的作用。

在一些实施例中，所述锥面81可以为一个，且连续设置在所述固定镜片模组40的另一端的整个周向上。在另外的一些实施例中，所述锥面81也可以为多个，多个所述锥面81间隔设置在所述固定镜片模组40的另一端的周向上。

与所述锥面81配合的紧固件61为至少两个。优选的，紧固件61的数量为三个，并且沿固定镜片模组40的周向均匀分布。

在一实施例中，所述紧固件61为锥形紧定螺钉。相应的，在套筒60上设有匹配的螺纹孔64。紧固件61由外而内螺合在螺纹孔64中并抵持在固定镜片模组40的锥面81上。

一些实施例中，所述锥形紧定螺钉的锥度与所述锥面81的锥度一致，可以使紧固件61与锥面81更好的配合，避免紧固件61的尖端划伤锥面81。

可以理解，所述紧固件61并不限定为锥形紧定螺钉，还可以是弹簧、弹垫等弹性件。相应的，可以形成通孔来代替上述螺纹孔64以与这些弹性件匹配。弹性件具有产生指向轴心的弹力，抵持固定镜片模组40后同样可驱使固定镜片模组40向设有定位件的方向移动从而使固定镜片模组40与定位件紧贴。

一些实施例中，所述固定镜片模组40包括同光轴设置的单一镜片41和组合镜片43。进一步地，所述固定镜片模组40还包括镜筒42，所述单一镜片41和组合镜片43设置在镜筒42上。具体的，在镜筒42相对两端分别设有单一镜片定位部53和组合镜片定位部54。单一镜片41设置在单一镜片定位部53上，组合镜片43设置在组合镜片定位部54上。

上述实施例中描述的对焦镜片模组20、第一变焦镜片模组30、固定镜片模组40和第二变焦镜片模组50的具体组成，例如镜片的数量、镜筒与镜片的相对位置以及是否设置镜筒，均可以根据具体情况灵活而定，因而应理解上述描述不是对这些光学元件的组成的具体限定。

在一些实施例中，所述固定镜片模组40可仅包含单一镜片41，因而单一镜片41的一端与所述定位件紧贴，单一镜片41的另一端则形成所述锥面81。在另外一些实施例中，所述固定镜片模组40可通过单一镜片41与所述定位件紧贴，而所述锥面81形成在组合镜片43上。概括而言，所述固定镜片模组40与定位件的紧贴的位置，以及与紧固件61抵持的锥面81所形成的位置，可以是固定镜片模组40的同一个元件上，也可以是分别在两个不同元件上，这视固定镜片模组40的具体组成来决定。

如图2中所示，一优选的方案中，所述锥面81设置在所述镜筒42的一个端面上；所述镜筒42的另一个端面卡置在所述定位件处。其中，单一镜片41和组合镜片43可相对于镜筒42垂直设置，尤其是相对于镜筒的轴向方向垂直设置。上述结构设计，不仅可以确保单一镜片41和组合镜片43沿套筒和镜筒轴向的定位精度，而且可以保证镜片与镜筒的垂直度，进而有利于确保单一镜片41和组合镜片43的同轴度。

本实用新型通过在套筒内设置定位件，并在固定镜片模组上设置锥面，并借助紧固件的作用以保障固定镜片模组的定位精确度，相较于现有技术所采用的方案而言，精度更高，且组装过程简单可逆，方便省时。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。