本公开涉及一种变焦适配器光学系统及其控制方法、变焦适配器及内窥镜系统。
背景技术
适配器用于与内窥镜配合，同时连接摄像装置，将内窥镜探测到的图像传递到摄像装置上，便于使用者更好地观察。
在使用内窥镜的过程中，单一倍率的图像很难满足使用需求，因此就需要一种可以变焦的适配器，可以呈现不同倍率的图像供用户观察，如申请号cn200420020588.9提供了一种变焦适配器。但是目前的变焦适配器，在每次改变放大倍率之后，都需要再次手动调焦来获得清晰的图像，这就给用户使用带来不便，也降低了效率，因此需要一种调焦得到清晰图像后，再次变化放大倍率时无需调焦，可以持续得到清晰图像的变焦适配器。
技术实现要素：
针对至少一个上述技术问题，本公开提供了一种变焦适配器光学系统及其控制方法、变焦适配器及内窥镜系统。
根据本公开的第一方面，提供了一种变焦适配器光学系统，该系统用于进行调焦处理与变焦处理，并且从物方到像方依次包括调焦透镜组、固定透镜组、变焦透镜组和补偿透镜组，调焦透镜组根据物距进行调焦处理，以得到该物距下的清晰图像；
固定透镜组在调焦处理与变焦处理的过程中位置保持不变；
变焦透镜组用于沿光轴方向进行线性移动以使得图像放大倍率进行变化；以及
补偿透镜组沿光轴方向进行非线性移动以补偿不同放大倍率下的焦点位置移动。
根据本公开的至少一个实施方式，当物距不变且放大倍率变化的情况下，调焦透镜组的位置保持不变，变焦透镜组和补偿透镜组进行联动，其中变焦透镜组沿光轴方向进行线性移动并且补偿透镜组沿光轴方向进行非线性移动，从而得到不同放大倍率下的清晰图像。
根据本公开的至少一个实施方式，当物距发生变化的情况下，调焦透镜组移动来进行调焦处理，以得到变化后的物距下的清晰图像。
根据本公开的至少一个实施方式，调焦透镜组的移动为线性移动。
根据本公开的至少一个实施方式，变焦适配器光学系统的两端分别设置有前保护片和后保护片。
根据本公开的至少一个实施方式，固定透镜组与变焦透镜组之间的距离为l1，变焦透镜组与补偿透镜组之间的距离为l2，补偿透镜组与后保护片之间的距离为l3，
当物距不变且放大倍率变化时，变焦透镜组和补偿透镜组进行联动的情况下，l1、l2、l3在之间的关系为：
其中，
根据本公开的第二方面，提供了一种变焦适配器光学系统的控制方法，该光学系统从物方到像方依次包括调焦透镜组、固定不动的固定透镜组、变焦透镜组和补偿透镜组，
根据物距来调节调焦透镜组，从而进行调焦处理，以得到该物距下的清晰图像；以及
当物距不变且放大倍率变化的情况下，保持调焦透镜组的位置不变，使变焦透镜组和补偿透镜组联动来进行变焦处理，其中使变焦透镜组沿光轴方向进行线性移动并且使补偿透镜组沿光轴方向进行非线性移动，从而保证持续得到不同放大倍率下的清晰图像。
根据本公开的第三方面，提供了一种变焦适配器，其应用上述的变焦适配器光学系统。
根据本公开的第四方面，提供了一种内窥镜系统，包括：
内窥镜，放置至被检测体的内部；
摄像装置，用于得到被检测体的内部图像；以及
上述的变焦适配器，用于连接内窥镜及摄像装置。
根据本公开的至少一个实施方式，摄像装置包括cmos感光器件或ccd感光器件。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开一些实施方式的结构示意图。
图2是根据本公开一个实施方式中变焦透镜组与补偿透镜组联动轨迹曲线图。
图中：1是调焦透镜组；2是固定透镜组；3是变焦透镜组；4是补偿透镜组；5是前保护片；6是后保护片；7是光轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
变焦是指通过改变焦距而实现图像的放大和缩小，调焦是指调整焦点的位置，从而使图像更加清晰。在现有的变焦适配器中，想要实现图像倍率的变化，需要先手动变焦，然后再次调焦，才可得到清晰的图像，需要分别操作两个旋钮。
图1中示出了本公开一些实施方式的适配器光学系统的结构。如图1所示，从物方到像方依次可包括调焦透镜组1、固定透镜组2、变焦透镜组3、以及补偿透镜组4。四个透镜组依次沿光轴7设置，每个透镜组可采用现有的胶合透镜组或者组合透镜，本公开对此不做限制。
调焦透镜组1独立设置，其在光轴7上的移动轨迹为线性移动轨迹，通过控制调焦透镜组1的移动来对适配器进行首次调焦。用户通过调整调焦透镜组1进行调焦以获得清晰的图像，在后续的变焦过程中，调焦透镜组1固定不动。
固定透镜组2在变焦和调焦的过程中始终固定不动，相对感光器件(例如ccd感光器件或cmos感光器件等)的距离保持不变。
变焦透镜组3与补偿透镜组4在移动过程中联动。例如，通过变焦透镜组3与补偿透镜组4的控制旋钮，来使得变焦透镜组3与补偿透镜组4相关联地同时移动。其中，变焦透镜组3用于进行变焦，通过变焦透镜组3的移动，从而实现图像显示倍率的放大或缩小。而补偿透镜组4在变焦过程中与变焦透镜组3保持联动，用于补偿变焦过程中焦点的位置移动，从而保持图像持续清晰。
变焦透镜组3与补偿透镜组4在变焦时按照各自的移动轨迹实现联动，其中，变焦透镜组3在光轴7的方向上的移动轨迹呈线性移动轨迹，实现图像放大倍率的变化。补偿透镜组4按照非线性移动轨迹移动，以补偿变焦过程中焦点的位置移动，实现持续对焦，从而保证图像持续清晰。
根据本公开的一些实施方式，适配器的两端分别固定设置有前保护片5和后保护片6，前保护片5和后保护片6可用于保护透镜组，防尘或防止透镜损耗。保护片可采用例如普通玻璃镜、uv镜等，本公开对此不做限制。
在本公开的一些实施方式中，如图1所示，设：固定透镜组2与变焦透镜组3之间的距离为l1，变焦透镜组3与补偿透镜组4之间的距离为l2，补偿透镜组4与后保护片6之间的距离为l3，在变焦过程中l1、l2、l3之间始终满足l1的移动距离始终等于l2和l3的矢量和，即：
其中，
例如：图2示出了在本公开一个可选实施方式中变焦透镜组3与补偿透镜组4联动轨迹曲线图。图2中，x轴为控制变焦的旋钮转动的角度(°)，y轴为移动距离(mm)，如图2所示，在l1的曲线上分别取点a、b、c，
当l1从a点变化至b点时，l1的y轴变化量为-y1，l2的y轴变化量为y2，l3的y轴变化量为y3，此时
|-y1|＝|y2+y3|
当l1从b点变化至c点时，l1的y轴变化量为-y1，l2的y轴变化量为y2，l3的y轴变化量为-y3，此时
|-y1|＝|y2-y3|
应当说明的是，本实施方式中的数据、曲线斜率、运动轨迹等仅仅是为了便于对本公开的技术方案进行具体说明，并不用于限制本公开，本领域技术人员应当清楚，根据本公开技术方案，也可以使用与图2所示的轨迹曲线不同的其他合适的轨迹曲线，仅需l1为线性变化且l3为非线性变化即可。并且这些轨迹曲线均应该落入本公开的保护范围。例如：l1可根据旋钮的具体工作行程，相应的设置为其他斜率的线性曲线；l3可根据各透镜组的具体工作行程，通过传统光学设计软件模拟得出相应的其他斜率的非线性曲线。而这些代表变焦透镜组3与补偿透镜组4联动的其他曲线轨迹关系，均应属于本公开的保护范围，本公开不再对其他实施方式进行赘述，而本领域技术人员通过图2所示出的一组曲线轨迹及相应的数据，即可实现对本实施方式的实施。
本公开还提供了一种上述变焦适配器的光学系统的控制方法，包括以下步骤：
调节调焦透镜组进行调焦处理，从而得到该物距下的清晰图像；
当物距不变且放大倍率改变时，保持调焦透镜组的位置不变，使变焦透镜组和补偿透镜组联动来进行变焦处理，其中变焦透镜组和补偿透镜组的联动关系可采用上述轨迹曲线来实现，从而保证持续得到不同放大倍率下的清晰图像。
并且在本公开的上述方法的一个实施方式中，当物距发生变化时，调节调焦透镜组来进行调焦处理，以得到不同物距下的清晰图像。并且对于某一固定的物距，当放大倍率改变时，可以使调焦透镜组保持不变，并且使变焦透镜组和补偿透镜组进行上述方式的联动来进行变焦处理。
本公开还提供了一种包括上述光学系统的变焦适配器，变焦适配器用于连接内窥镜和摄像装置。
在一些实施方式中，变焦适配器的物距为∞～300mm，在该范围内，适配器在变焦过程中均可以得到持续的清晰图像，在某一固定的物距下不需再次调焦。
在一些实施方式中，本公开的变焦适配器可用于手术内窥镜，本公开在白光和近红外光(400nm～900nm)照明下均可得到清晰的图像，在手术中白光和近红外光照明切换时，无需用户再次调焦，提高效率，成像齐焦性好。
本公开还提供了一种内窥镜系统，该系统包括内窥镜、摄像装置和上述变焦适配器，变焦适配器用于连接内窥镜和摄像装置，内窥镜用于放置在被检测体的内部，例如人体、工件等，摄像装置用于得到被检测体的内部图像。
在一些实施方式中，摄像装置包括cmos感光器件或ccd感光器件。
根据本公开的技术方案，调焦适配器可呈现出不同倍率的图像，方便用户观察，同时在第一次调焦之后且物距不变的情况下，可实现在连续变焦过程中持续得到清晰的图像，无需再次调焦，更方便用户使用，提高了使用效率，同时适用于多种感光器件，实用性强。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。