显微镜光学系统的制作方法

本申请涉及一种显微镜光学系统，更具体地涉及一种显微镜的用于拍照或者摄像的成像的光学系统。

背景技术：

显微镜是一种向人类展示微观世界的光学仪器。根据其应用领域和光学原理可分为例如：光学显微镜，手术显微镜，x光显微镜，扫描电子显微镜，共聚焦显微，超分辨荧光显微镜等等。

传统无相机系统的显微镜都只能通过眼睛进行观察，而当我们在镜下找到一个目标位置后再去找另外一个目标时，第一个目标往往会因为移动样品之后很难再重新找到，这样就导致很多数据的丢失。有了相机系统就能把每次观察的样品图像记录下来用来做数据对比。在显微镜引入了相机系统(可包括摄像机模块和/或照相机模块)后，在一些应用领域产生了对于相机系统的小型化、轻量化的技术需求。

一个典型的例子是应用于医疗领域的手术显微镜，手术显微镜已作为一种常规的医疗设备广泛应用于眼科、耳鼻喉科、神经外科、牙科等各种外科手术。手术显微镜系统一般包括：手术显微镜支架和手术显微镜本体。图1示出了现有技术中的设置在手术显微镜支架II上的手术显微镜本体I。在现有设计中，在手术显微镜支架的立柱与支撑臂之间或者支撑臂与悬臂之间的连接接头大部分都需要设计成可枢转连接接头，从而能满足在实际手术操作中灵活移动对于操作者而言相对笨重的手术显微镜本体的需求。所以，缩小手术显微镜本体内置的相机系统的体积是势在必行的技术需求。

图2示出了现有技术中的手术显微镜的基本结构。如图2所示，手术显微镜中集成有摄像机模块和/或照相机模块以拍摄视频和/或照片。在手术显微镜的主光路(观察光路)中设置有分光器，从被观察物体上发出的光线被手术显微镜收集以后，其中的一部分通过分光器反射进入了摄像机模块和/或照相机模块。

图3和图4示出了现有技术中的手术显微镜中的摄像机模块和/或照相机模块的示意性光路图。如图3和图4所示，主光路A和主光路B分别是手术显微镜的两条主光路(由于手术显微镜从光学角度是一种立体显微镜，或者说体视显微镜，所以其光路由从左右物镜分别到左右目镜的左右两条主光路A和B构成)。分光器1设置在手术显微镜的一条主光路(主光路B)中，该分光器1允许一定比例的光线保持透射，沿着主光路B继续传播直至进入人眼；而剩余比例的光线将被分光器1反射转折一定角度后，直接进入摄像机模块和/或照相机模块。这些经过反射转折的光线通过成像镜头组件2，之后会在图像探测器3或胶片上形成光学影像从而被记录。

继续如图3和图4所示，在现有技术方案中，分光器1、成像镜头组件2和图像探测器3都位于同一主光路一侧(图3中的主光路B侧)。图中的长度L是由主光路B的中轴线到图像探测器3的最短距离。该距离L在很大程度上决定了手术显微镜头部的体积大小。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请公开了显微镜光学系统，其包括至少一个主光路和用于对被观察物体拍照或者摄像的成像系统，所述成像系统包括分光器、一个或多个成像透镜、光路转折元件和图像探测器，所述分光器设置在所述至少一个主光路中以便将主光路中的光线的一部分光能量反射进入到所述成像系统中形成成像系统的光路，所述光路转折元件使得所述成像系统的光路转折90度至180度。

根据显微镜光学系统的一种示例性构型，所述光路转折元件使得所述成像系统的光路转折180度。

根据显微镜光学系统的一种示例性构型，所述光路转折元件包括道威棱镜或者两个直角棱镜或者两个反射镜。

根据显微镜光学系统的一种示例性构型，所述分光器包括分光棱镜或者分光片。

根据显微镜光学系统的一种示例性构型，所述图像探测器包括CMOS图像传感器、CCD图像传感器或者胶卷底片。

根据显微镜光学系统的一种示例性构型，所述显微镜光学系统为包含第一主光路和第二主光路的立体显微镜光学系统或手术显微镜光学系统，所述分光器从第一主光路中的光线中分出部分光能量以形成成像系统的光路，被所述光路转折元件转折的成像系统的光路与第二主光路垂直相交。

根据显微镜光学系统的一种示例性构型，在所述第二主光路中设置中性滤光片。

根据显微镜光学系统的一种示例性构型，所述分光器具有10％-90％的透射率和10％-90％的反射率，所述分光器从主光路中的光线中分出10％-90％的光能量进入到所述成像系统中形成成像系统的光路。

与现有技术相比，本申请的显微镜光学系统至少具有以下优点：本申请的显微镜光学系统中，由于利用光路转折元件将用于对被观察物体拍照或者摄像的成像系统的光路转折90度至180度，从而缩短了由显微镜光学系统的主光路的中轴线到图像探测器的最短距离，由此缩小了显微镜头部的体积。

附图说明

图1示出了现有技术中的设置在手术显微镜支架上的手术显微镜本体；

图2示出了现有技术中的手术显微镜的基本光学结构的正视图；

图3示出了现有技术中的手术显微镜中的摄像机模块和/或照相机模块的示意性光路的右视图；

图4示出了现有技术中的手术显微镜中的摄像机模块和/或照相机模块的示意性光路的仰视图；

图5示出了本申请一个实施例的手术显微镜本体的剖视结构的俯视图，其中示出了手术显微镜内部的光学元件；

图6示出了本申请一个实施例的手术显微镜的摄像机模块和/或照相机模块的示意性光路的仰视图；

图7示出了本申请再一个实施例的手术显微镜的摄像机模块和/或照相机模块的示意性光路的仰视图。

图8示出了本申请再一个实施例的手术显微镜的摄像机模块和/或照相机模块的示意性光路的仰视图。

具体实施方式

下面参照附图说明根据本申请的实施例的显微镜光学系统。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本申请。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本申请的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本申请并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本申请，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

如图5所示，根据本申请一个实施例的手术显微镜包括分光器1，成像透镜组件(未示出)，图像探测器3和光路转折元件4。分光器1设置在手术显微镜的主光路B中以便将主光路B中的光线的一部分转折进入到摄像机模块和/或照相机模块的成像系统的光路中(以下简称为“相机光路”)，光路转折元件4使得成像系统的光路转折180度。本领域技术人员可以理解，可以利用光路转折元件4将光路转折90度至180度之间的任意角度而同样达到对成像系统的光路进行转折的技术效果。

分光器1可以为能够实现光路转折的任何合适的光学元件或者光学元件的组合，这些变型不脱离本申请的保护范围。例如，分光器1可以为分光棱镜或者分光片。分光器具有5％-95％的透射率以及5％-95％的反射率，分光器从主光路中的光线中分出5％-95％的光能量进入到成像系统中形成成像系统的光路。

成像透镜组件可以包括多个成像透镜以将被观察物体成像在图像探测器3上。

图像探测器3可以为任何合适类型的图像传感装置，例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器、CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器或者胶卷底片，这些变型不脱离本申请的保护范围。

光路转折元件4可以为能够实现光路转折的任何合适的光学元件或者光学元件的组合，这些变型不脱离本申请的保护范围。例如，光路转折元件4可以为道威棱镜、两个反射镜或者两个直角棱镜。

如图6所示，根据本申请另一个实施例的手术显微镜的摄像机模块和/或照相机模块的成像系统包括分光器1，构成成像透镜组件的多个成像透镜21、22和23，图像探测器3和作为光路转折元件的道威棱镜41。分光器1设置在手术显微镜的主光路B中以便将主光路B中的光线的一部分光能量反射进入到与主光路B垂直或具有一定夹角的摄像机模块和/或照相机模块的成像系统的光路中形成相机光路，随后，道威棱镜41使得相机光路转折180度，与主光路A垂直相交，同时经过透镜22和23后到达图像探测器3。通过将相机光路进行折叠，缩短了分光器1(即主光路B中轴线)到图像探测器3的最短距离L，同时，图像探测器3设置成邻近主光路A。

如图7所示，根据本申请再一个实施例的手术显微镜的摄像机模块和/或照相机模块的成像系统包括分光器1，构成成像透镜组件的多个成像透镜21、22和23，图像探测器3和作为光路转折元件的两个反射镜42和43。分光器1设置在手术显微镜的主光路B中以便将主光路B中的光线的一部分光能量反射进入到与主光路B垂直或具有一定夹角的摄像机模块和/或照相机模块的成像系统的光路中形成相机光路，随后，两个反射镜42和43使得相机光路转折180度，与主光路A垂直相交，同时经过透镜22和23后到达图像探测器3。通过将相机光路进行折叠，缩短了分光器1(即主光路B中轴线)到图像探测器3的最短距离L，同时，图像探测器3设置成邻近主光路A。

如图8所示，根据本申请再一个实施例的手术显微镜的摄像机模块和/或照相机模块的成像系统包括分光器1，构成成像透镜组件的多个成像透镜21、22和23，图像探测器3和作为光路转折元件的两个直角棱镜44和45。分光器1设置在手术显微镜的主光路B中以便将主光路B中的光线的一部分光能量反射进入到与主光路B垂直或具有一定夹角的摄像机模块和/或照相机模块的成像系统的光路中形成相机光路，随后，两个直角棱镜44和45使得相机光路转折180度，与主光路A垂直相交，同时经过透镜22和23后到达图像探测器3。通过将相机光路进行折叠，缩短了分光器1(即主光路B中轴线)到图像探测器3的最短距离L，同时，图像探测器3设置成邻近主光路A。

在如图6，图7和图8所示的三个实施例均缩短了现有技术中相机光路从分光器1(即主光路B中轴线)到图像探测器3的直线距离，又将被光路转折元件转折180的相机光路与另外一路没有被分光的主光路A垂直相交，进而减小了整套相机光学系统在手术显微镜本体中的体积。上述三个实施例中分光器1均具有80％的透射率和20％的反射率，分光器1从主光路B的光线中分出20％的光能量从而形成相机光路，所以造成了主光路A和主光路B光能量的差异，为避免两个主光路的光能量差异造成人左右眼观察效果的差异，所以三个实施例均在主光路A中设置一个可以滤除20％光能量的中性滤光片(Neutral Density Filter,ND Filter)。

与现有技术相比，本申请的技术方案中，由于利用光路转折元件将摄像机模块和/或照相机模块的成像系统的光路转折90度至180度，从而使得光路转折元件与摄像机模块和/或照相机模块相机的一些部件(特别是图像探测器)不在同一观察光路一侧。本申请中，通过对摄像机模块和/或照相机模块的成像系统的光路进行转折，缩小了由显微镜光学系统的两条主光路的中轴线共同确定的面到图像传感器的距离L，由此缩小了显微镜头部的体积。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例作出各种修改和变型。根据本说明书所公开的对本申请的实践，本申请的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书及其公开的示例应被认为只是例示性的，本申请的真正范围由所附权利要求及其等同物指定。