用于光学体视设备的变焦系统 技术领域 本发明涉及一种用于光学体视设备的变焦系统， 具体涉及一种用于由专业医务人 员， 特别是牙科医生和外科医生使用的立体显微镜系统或立体摄像机的变焦系统。
背景技术
在医疗领域， 使用立体显微镜或摄像机协助医务人员执行医疗手术、 检查、 治疗等 任务正在成为越来越常见的做法。 通常这些光学设备能够通过所谓可调焦透镜系统来放大 图片。在缩放过程中， 可调焦透镜系统的一些透镜移动并必须以极高的精度到达相对于其 它固定透镜的特定位置以提供良好的图像。常规地， 精心磨制的环形凸轮盘已被用来控制 这些透镜的位置， 并由此控制光学设备的整体质量。 这些常规构造的缺点是， 环形凸轮盘完 全包围光学系统及其透镜， 使得这些元件难以接触到。 此外， 常规的系统几乎没有留出安装 其它部件——如控制、 驱动和电源单元——的空间， 导致光学设备相当笨重。本发明的目的是提供克服或至少减轻上述常规变焦系统相关问题的用于光学体 视设备的变焦系统。
发明内容 上述目的通过如权利要求 1 所述的用于光学体视设备的变焦系统实现。根据本发 明的变焦系统包括具有两个透镜组件的前板和具有两个透镜组件的透镜板。 前板和透镜板 呈固定空间关系布置， 并且在变焦系统内限定出两个光学路径。 变焦系统还包括 ： 具有两个 透镜组件的变焦板， 其中变焦板布置在前板和透镜板之间 ； 以及具有两个透镜组件的补偿 板， 其中补偿板布置在变焦板和透镜板之间。 变焦系统还包括驱动主轴， 该驱动主轴具有螺 旋槽以及凸轮盘部分， 用于以协同方式同时调整变焦板和补偿板相对于前板和透镜板的位 置。变焦板的位置通过凸轮盘部分的螺旋槽来调整， 而补偿板的位置通过驱动主轴的凸轮 盘部分来调整。
根据本发明的变焦系统提供的有利之处是能够更容易地校准变焦系统， 因为基本 上其每个部件都能更方便地接触到。 此外， 控制、 驱动和电源单元能够很容易地布置在变焦 系统本身内， 而这又能使光学设备更小。
其它优选的有利实施方式在从属权利要求中限定。
附图说明 图 1 显示了根据本发明的变焦系统的优选实施方式的立体图。
图 2 显示了图 1 所示变焦系统的俯视图。
图 3 显示了图 1 所示变焦系统的驱动主轴的立体图， 驱动主轴用于以受控的方式 定位其特定透镜， 并包括位于其一端的齿轮部分和凸轮盘部分以及沿着其圆柱形本体部分 延伸的螺旋槽。
图 4 显示了根据本发明的变焦系统优选实施方式的复合前板的背面立体图， 其中
柔性支撑箔夹在复合前板的元件之间。
图 4a、 4b 和 4c 分别显示了复合前板的第一板元件的正面、 复合前板的第二板元件 的正面、 以及柔性支撑箔背面的立体图。
图 5a 和 5b 分别显示根据本发明的变焦系统的变焦板的正面及其背面的立体图， 其包括以可旋转的方式安装于支撑元件以与图 3 所示驱动主轴的螺旋槽相互作用的滚子 元件。
图 6 显示了图 1 所示变焦系统的补偿板的背面的立体图， 其包括以可旋转的方式 安装于支撑元件以与图 3 所示驱动主轴的凸轮盘部分相互作用的滚子元件。 具体实施方式
图 1 至图 6 显示了用于光学体视设备——如立体显微镜或立体摄像机——的变焦 系统 10 的一种优选实施方式及其部件。变焦系统 10 提供了两个用于光的光学路径， 所述 光穿过前板 30 的透镜组件 35a 和 35b 进入变焦系统 10， 并由安装于探测器或后板 70 的光 学探测器 75a 和 75b 探测到 ( 见图 1 和 2)。正如将在下面进一步详细讨论的， 前板优选地 是复合前板 30。光学探测器 75a 和 75b 可以是用于以电子方式采集和存储图像的 CCD 或 CMOS 器件， 如本技术领域普通技术人员所熟知的， 所述图像可由诸如 CPU 的控制单元读出 并处理。可替代地， 在根据本发明的变焦系统用在立体显微镜中的情况下， 光学探测器 75a 和 75b 可由适当布置和构造的目镜取代。
正如为可调焦透镜系统领域的技术人员所了解的， 沿着变焦系统 10 的每个光学 路径的光轴设有另外的透镜组件， 即变焦板 40 中的各透镜组件 45a、 45b， 补偿板 50 中的各 透镜组件 55a、 55b 以及透镜板 60 中的各透镜组件， 这又将在下文中进行详细介绍。这些各 个透镜组件可包含布置和构造成提供可调焦系统的一个或多个透镜。 由于可调焦系统为本 领域技术人员所熟知， 所以这里将不再对各个透镜组件进行更详细的描述。
根据本发明的变焦系统 10 提供的变焦基本上取决于变焦板 40 相对于复合前板 30、 透镜板 60 和包括光学探测器 75a 和 75b 的探测器板 70 所能够调整的位置。复合前板 30、 透镜板 60 以及 ( 可选地 ) 探测器板 70 相对于彼此的位置是固定的， 因为这些板安装在 几个纵向延伸的支撑或引导杆 ( 其中一个在图 1 和图 2 中由参考符号 19 指出 ) 上。在图 1 和图 2 所示的变焦板 40 的位置处， 即变焦板 40 位于紧靠补偿板 50 的位置处， 根据本发明 的变焦系统 10 提供了最小缩放因子， 而在紧靠复合前板 30( 即图 1 和图 2 中的左方 ) 的变 焦板 40 位置处， 变焦系统 10 提供最大缩放因子。优选地， 最小缩放因子与最大缩放因子之 比为 1 ∶ 10。
正如本领域技术人员可以理解的那样， 变焦通过移动变焦板 40 接近 ( 大缩放因 子 ) 或远离 ( 小缩放因子 ) 图 1 和图 2 左侧所示的复合前板 30 来进行调整。根据本发明， 变焦板 40 相对于复合前板 30、 透镜板 60 以及 ( 可选地 ) 探测器板 70 之间的固定空间关 系的这种移动通过与变焦板 40 相互作用的纵向延伸的可旋转驱动主轴 20 来实现。驱动主 轴 20 能够借助于安装在马达 15 的驱动轴 ( 未显示 ) 上的齿轮进行旋转， 其中马达 15 的齿 轮与驱动主轴 20 的靠近其一端设置的齿轮部分 26 相啮合并使所述齿轮部分 26 旋转 ( 见 图 2 和图 3)。通过插入设置在复合前板 30 背面的主轴轴承 36 中的定位销 25， 驱动主轴 20 相对于复合前板 30、 透镜板 60 和 ( 可选地 ) 探测器板 70 以可旋转的方式固定。当马达 15通电而其驱动轴正在旋转时， 由于安装在马达 15 的驱动轴上的齿轮与驱动主轴 20 的齿轮 部分 26 之间的相互作用， 该旋转运动转化成驱动主轴 20 的旋转。
如图 5a 和图 5b 具体所示， 变焦板 40 设有中央开口 42， 驱动主轴 20 的大致圆柱形 的、 纵向延伸的本体部分 22( 见图 3) 被引导穿过该开口 42， 使该驱动主轴 20 能够在变焦板 40 的所述中央开口 42 内自由旋转。在变焦板 40 的中央开口 42 的一侧边缘处设置有凹部 以使得安装在变焦板 40 背面的支撑或传动元件 44 能够从中穿过。滚子元件 46 例如通过 螺钉而附连并以可旋转的方式支撑于支撑元件 44 的一端。支撑元件 44 和附连于该支撑元 件 44 的滚子元件 46 布置在凹部内， 使滚子元件 46 延伸到变焦板 40 的中央开口 42 中。滚 子元件 46 的尺寸确定为以贴合而可旋转的方式配合在设置于驱动主轴 20 的圆柱形本体部 分 22 中的螺旋槽 24( 见图 3) 内。
正如本领域技术人员能够理解的那样， 当马达 15 使驱动主轴 20 沿顺时针或逆时 针方向旋转运动时， 通过支撑元件 44 连接于变焦板 40 的滚子元件 46 相对于驱动主轴 20 的螺旋槽 24 的布置将使得变焦板 40 相对于复合前板 30、 透镜板 60 和 ( 可选地 ) 探测器板 70 平移运动。
为了提供可移动变焦板 40 的正确的角定位， 可在变焦板 40 中设置另外的开口， 诸 如引导杆 19 的一个或多个纵向延伸的引导杆插入该开口中， 所述引导杆固定地连接于复 合前板 30、 透镜板 60 和 ( 可选地 ) 探测器板 70。 已知在可调焦系统中需要针对变焦板 40 的不同位置进行焦距补偿以提供良好的 图像。为此， 根据本发明的变焦系统 10 还包括布置在变焦板 40 和透镜板 60 之间的可移动 补偿板 50。根据变焦板 40 的位置， 需要调整补偿板 50 相对于复合前板 30、 透镜板 60 和 ( 可选地 ) 探测器板 70 之间的固定空间定位的位置。如变焦板 40 那样， 补偿板 50 也设有 中央开口 52， 驱动主轴 20 的基本为圆柱形的、 纵向延伸的本体部分 22( 见图 3) 被引导穿过 该开口 52， 使得驱动主轴 20 能够在补偿板 50 的所述中央开口 52 内自由旋转。
为了使补偿板 50 的位置与变焦板 40 的位置变化相合地协同调整， 补偿板 50 也包 括支撑或传动元件 54 和适当安装在其背面的滚子元件或凸轮从动件 56( 见图 6)。如图 2 具体所示， 支撑元件 54 和附接于其一端的滚子元件 56 布置在补偿板 50 的背面上， 并且构 造使得支撑元件 54 能够被引导穿过透镜板 60 中具有相应形状的开口 ( 未显示 )， 且使得滚 子元件 56 以可旋转的方式接合设置在驱动主轴 20 后端的凸轮盘部分 28( 见图 3)。
当驱动主轴 20 由马达 15 旋转时， 滚子元件 56 将在凸轮盘部分 28 的上表面上行 进， 因此根据凸轮盘部分 28 的斜面， 将实现补偿板 50 沿根据本发明的变焦系统 10 的纵向 轴线的平移运动。为了使滚子元件 56 与驱动主轴 20 的凸轮盘部分 28 的上表面保持抵靠 关系， 补偿板 50 可由诸如弹簧元件等适当的偏置装置沿变焦板 40 的方向偏置。
为了使位置可调的补偿板 50 具有正确的角定位， 可在补偿板 50 中设置另外的开 口， 诸如引导杆 19 的一个或多个纵向延伸的引导杆插入开口中， 所述引导杆连接复合前板 30、 透镜板 60 和 ( 可选地 ) 探测器板 70， 并且固定这些板之间的空间关系。
根据本发明的另一方面， 根据本发明的变焦系统 10 的复合前板 30 包括第一刚性 板元件 32 和第二刚性板元件 34， 如图 4、 4a 和 4b 具体所示。透镜组件 35a 及 35b 可设置在 第二刚性板元件 34 中， 该第二刚性板元件 34 还可包括位于其正面上的固定销 37a 和 37b， 用于通过将第二刚性板元件 34 的固定销 37a 和 37b 插入设置在第一刚性板元件 32 背面上
具有相应形状的凹部内而将第二刚性板元件 34 固定于第一刚性板元件 32。如图 4 和图 4c 所示， 薄柔性支撑箔 33 可夹在第一刚性板元件 32 和第二刚性板元件 34 之间。柔性支撑箔 33 包括适当布置和构造的开口， 当第二刚性板元件 34 被固定于第一刚性板元件 32 时， 这些 开口允许透镜组件 35a 和 35b 和固定销 37a 和 37b 从中穿过。
如图 4a 所示， 第一刚性板元件 32 优选地包括多个开口， 如开口 38。开口 38 分别 构造成容纳发光二极管 (LED) 以及用于将 LED 发出的光聚焦到成像视野上的透镜。优选 地， 这些 LED 设置为适当地安装或粘合于柔性支撑箔 33 的表面安装器件 (SMD)。这些 LED 能够由柔性支撑线箔 33 提供的适当的供电线通电。这些供电线可导向柔性支撑箔 33 的插 头部分 33a( 见图 4c)， 该插头部分 33a 可插入相应的插座中， 所述插座连接于根据本发明的 变焦系统 10 的控制和供电回路。根据本发明的变焦系统 10 的控制和供电回路可安装在例 如变焦系统 10 的第一和 / 或第二侧盖 16、 18 上。优选地， 第一板元件 32 和第二板元件 34 由诸如铝的金属制成， 用于带走由 LED 产生的过量的热。
在某些医疗应用中会使用对光敏感的塑料材料， 如牙科填料。这些塑料材料在填 入牙齿的填充过程中不应过快固化。根据本发明， 在复合前板 30 中可优选地采用发出白 光， 黄光或蓝光的 LED。复合前板 30 可仅包括白色 LED， 白色和黄色 LED， 白色和蓝色 LED， 黄色和蓝色 LED 或白色、 黄色和蓝色 LED。采用包括白色和黄色 LED 的布置， 能够通过简单 地关闭白色 LED 关闭且仅打开黄色 LED 而只提供黄光， 例如使牙科填料不那么快固化。本 领域技术人员能够理解， 为此， 由复合前板 30 提供的 LED 优选地可由上述适当构造的控制 和供电回路控制和驱动。 填入塑料牙科填料后， 用蓝光照射填料以加速其固化。 根据本发明， 这能够通过包 括蓝色 LED 的复合前板 30 而很容易地实现。与提供黄光的情况相同， 能够通过仅打开蓝色 LED 而关闭不同的颜色的 LED——如白色 LED 和 / 或黄色 LED——来提供蓝光。
根据本发明的又另一方面， 光学探测器 75a 和 75b 能够以以下方式安装于探测器 板 70， 即使得能够沿 x、 y 和 z 方向调整光学探测器 75a 和 75b 相对于探测器板 70 和 / 或 透镜板 60 的位置， 以允许进行额外的光学校正。
以上详细描述的本发明不局限于上述具体设备、 用途和方法， 因为这些可能会有 所不同。还应当理解本文中使用的术语只是为了描述具体实施方式， 而不是为了限制本发 明的范围， 本发明的范围仅由所附权利要求限定。 除非另行限定， 否则本文使用的所有技术 和科学术语具有本领域普通技术人员所通常理解的那种涵义。