專利名稱：用于光學體視設備的變焦系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于光學體視設備的變焦系統，具體涉及一種用于由專業醫務人 員，特別是牙科醫生和外科醫生使用的立體顯微鏡系統或立體攝像機的變焦系統。
背景技術：
在醫療領域，使用立體顯微鏡或攝像機協助醫務人員執行醫療手術、檢查、治療等 任務正在成為越來越常見的做法。通常這些光學設備能夠通過所謂可調焦透鏡系統來放大 圖片。在縮放過程中，可調焦透鏡系統的一些透鏡移動并必須以極高的精度到達相對于其 它固定透鏡的特定位置以提供良好的圖像。常規地，精心磨制的環形凸輪盤已被用來控制 這些透鏡的位置，并由此控制光學設備的整體質量。這些常規構造的缺點是，環形凸輪盤完 全包圍光學系統及其透鏡，使得這些元件難以接觸到。此外，常規的系統幾乎沒有留出安裝 其它部件——如控制、驅動和電源單元——的空間，導致光學設備相當笨重。本發明的目的是提供克服或至少減輕上述常規變焦系統相關問題的用于光學體 視設備的變焦系統。
發明內容
上述目的通過如權利要求1所述的用于光學體視設備的變焦系統實現。根據本發 明的變焦系統包括具有兩個透鏡組件的前板和具有兩個透鏡組件的透鏡板。前板和透鏡板 呈固定空間關系布置，并且在變焦系統內限定出兩個光學路徑。變焦系統還包括具有兩個 透鏡組件的變焦板，其中變焦板布置在前板和透鏡板之間；以及具有兩個透鏡組件的補償 板，其中補償板布置在變焦板和透鏡板之間。變焦系統還包括驅動主軸，該驅動主軸具有螺 旋槽以及凸輪盤部分，用于以協同方式同時調整變焦板和補償板相對于前板和透鏡板的位 置。變焦板的位置通過凸輪盤部分的螺旋槽來調整，而補償板的位置通過驅動主軸的凸輪 盤部分來調整。根據本發明的變焦系統提供的有利之處是能夠更容易地校準變焦系統，因為基本 上其每個部件都能更方便地接觸到。此外，控制、驅動和電源單元能夠很容易地布置在變焦 系統本身內，而這又能使光學設備更小。其它優選的有利實施方式在從屬權利要求中限定。
圖1顯示了根據本發明的變焦系統的優選實施方式的立體圖。圖2顯示了圖1所示變焦系統的俯視圖。圖3顯示了圖1所示變焦系統的驅動主軸的立體圖，驅動主軸用于以受控的方式 定位其特定透鏡，并包括位于其一端的齒輪部分和凸輪盤部分以及沿著其圓柱形本體部分 延伸的螺旋槽。圖4顯示了根據本發明的變焦系統優選實施方式的復合前板的背面立體圖，其中柔性支撐箔夾在復合前板的元件之間。圖4a、4b和4c分別顯示了復合前板的第一板元件的正面、復合前板的第二板元件 的正面、以及柔性支撐箔背面的立體圖。圖5a和5b分別顯示根據本發明的變焦系統的變焦板的正面及其背面的立體圖， 其包括以可旋轉的方式安裝于支撐元件以與圖3所示驅動主軸的螺旋槽相互作用的滾子 元件。圖6顯示了圖1所示變焦系統的補償板的背面的立體圖，其包括以可旋轉的方式 安裝于支撐元件以與圖3所示驅動主軸的凸輪盤部分相互作用的滾子元件。
具體實施例方式圖1至圖6顯示了用于光學體視設備——如立體顯微鏡或立體攝像機——的變焦 系統10的一種優選實施方式及其部件。變焦系統10提供了兩個用于光的光學路徑，所述 光穿過前板30的透鏡組件35a和35b進入變焦系統10，并由安裝于探測器或后板70的光 學探測器75a和75b探測到(見圖1和2)。正如將在下面進一步詳細討論的，前板優選地 是復合前板30。光學探測器75a和75b可以是用于以電子方式采集和存儲圖像的CCD或 CMOS器件，如本技術領域普通技術人員所熟知的，所述圖像可由諸如CPU的控制單元讀出 并處理。可替代地，在根據本發明的變焦系統用在立體顯微鏡中的情況下，光學探測器75a 和75b可由適當布置和構造的目鏡取代。正如為可調焦透鏡系統領域的技術人員所了解的，沿著變焦系統10的每個光學 路徑的光軸設有另外的透鏡組件，即變焦板40中的各透鏡組件45a、45b，補償板50中的各 透鏡組件55a、55b以及透鏡板60中的各透鏡組件，這又將在下文中進行詳細介紹。這些各 個透鏡組件可包含布置和構造成提供可調焦系統的一個或多個透鏡。由于可調焦系統為本 領域技術人員所熟知，所以這里將不再對各個透鏡組件進行更詳細的描述。根據本發明的變焦系統10提供的變焦基本上取決于變焦板40相對于復合前板 30、透鏡板60和包括光學探測器75a和75b的探測器板70所能夠調整的位置。復合前板 30、透鏡板60以及(可選地)探測器板70相對于彼此的位置是固定的，因為這些板安裝在 幾個縱向延伸的支撐或引導桿(其中一個在圖1和圖2中由參考符號19指出)上。在圖1 和圖2所示的變焦板40的位置處，即變焦板40位于緊靠補償板50的位置處，根據本發明 的變焦系統10提供了最小縮放因子，而在緊靠復合前板30 (即圖1和圖2中的左方)的變 焦板40位置處，變焦系統10提供最大縮放因子。優選地，最小縮放因子與最大縮放因子之 比為1 10。正如本領域技術人員可以理解的那樣，變焦通過移動變焦板40接近(大縮放因 子)或遠離(小縮放因子)圖1和圖2左側所示的復合前板30來進行調整。根據本發明， 變焦板40相對于復合前板30、透鏡板60以及(可選地)探測器板70之間的固定空間關 系的這種移動通過與變焦板40相互作用的縱向延伸的可旋轉驅動主軸20來實現。驅動主 軸20能夠借助于安裝在馬達15的驅動軸(未顯示)上的齒輪進行旋轉，其中馬達15的齒 輪與驅動主軸20的靠近其一端設置的齒輪部分26相嚙合并使所述齒輪部分26旋轉(見 圖2和圖3)。通過插入設置在復合前板30背面的主軸軸承36中的定位銷25，驅動主軸20 相對于復合前板30、透鏡板60和(可選地)探測器板70以可旋轉的方式固定。當馬達15通電而其驅動軸正在旋轉時，由于安裝在馬達15的驅動軸上的齒輪與驅動主軸20的齒輪 部分26之間的相互作用，該旋轉運動轉化成驅動主軸20的旋轉。如圖5a和圖5b具體所示，變焦板40設有中央開口 42，驅動主軸20的大致圓柱形 的、縱向延伸的本體部分22(見圖3)被引導穿過該開口 42，使該驅動主軸20能夠在變焦板 40的所述中央開口 42內自由旋轉。在變焦板40的中央開口 42的一側邊緣處設置有凹部 以使得安裝在變焦板40背面的支撐或傳動元件44能夠從中穿過。滾子元件46例如通過 螺釘而附連并以可旋轉的方式支撐于支撐元件44的一端。支撐元件44和附連于該支撐元 件44的滾子元件46布置在凹部內，使滾子元件46延伸到變焦板40的中央開口 42中。滾 子元件46的尺寸確定為以貼合而可旋轉的方式配合在設置于驅動主軸20的圓柱形本體部 分22中的螺旋槽24(見圖3)內。正如本領域技術人員能夠理解的那樣，當馬達15使驅動主軸20沿順時針或逆時 針方向旋轉運動時，通過支撐元件44連接于變焦板40的滾子元件46相對于驅動主軸20 的螺旋槽24的布置將使得變焦板40相對于復合前板30、透鏡板60和(可選地)探測器板 70平移運動。為了提供可移動變焦板40的正確的角定位，可在變焦板40中設置另外的開口，諸 如引導桿19的一個或多個縱向延伸的引導桿插入該開口中，所述引導桿固定地連接于復 合前板30、透鏡板60和(可選地)探測器板70。已知在可調焦系統中需要針對變焦板40的不同位置進行焦距補償以提供良好的 圖像。為此，根據本發明的變焦系統10還包括布置在變焦板40和透鏡板60之間的可移動 補償板50。根據變焦板40的位置，需要調整補償板50相對于復合前板30、透鏡板60和 (可選地)探測器板70之間的固定空間定位的位置。如變焦板40那樣，補償板50也設有 中央開口 52，驅動主軸20的基本為圓柱形的、縱向延伸的本體部分22(見圖3)被引導穿過 該開口 52，使得驅動主軸20能夠在補償板50的所述中央開口 52內自由旋轉。為了使補償板50的位置與變焦板40的位置變化相合地協同調整，補償板50也包 括支撐或傳動元件54和適當安裝在其背面的滾子元件或凸輪從動件56(見圖6)。如圖2 具體所示，支撐元件54和附接于其一端的滾子元件56布置在補償板50的背面上，并且構 造使得支撐元件54能夠被弓I導穿過透鏡板60中具有相應形狀的開口(未顯示)，且使得滾 子元件56以可旋轉的方式接合設置在驅動主軸20后端的凸輪盤部分28(見圖3)。當驅動主軸20由馬達15旋轉時，滾子元件56將在凸輪盤部分28的上表面上行 進，因此根據凸輪盤部分28的斜面，將實現補償板50沿根據本發明的變焦系統10的縱向 軸線的平移運動。為了使滾子元件56與驅動主軸20的凸輪盤部分28的上表面保持抵靠 關系，補償板50可由諸如彈簧元件等適當的偏置裝置沿變焦板40的方向偏置。為了使位置可調的補償板50具有正確的角定位，可在補償板50中設置另外的開 口，諸如引導桿19的一個或多個縱向延伸的引導桿插入開口中，所述引導桿連接復合前板 30、透鏡板60和(可選地)探測器板70，并且固定這些板之間的空間關系。根據本發明的另一方面，根據本發明的變焦系統10的復合前板30包括第一剛性 板元件32和第二剛性板元件34，如圖4、4a和4b具體所示。透鏡組件35a及35b可設置在 第二剛性板元件34中，該第二剛性板元件34還可包括位于其正面上的固定銷37a和37b， 用于通過將第二剛性板元件34的固定銷37a和37b插入設置在第一剛性板元件32背面上具有相應形狀的凹部內而將第二剛性板元件34固定于第一剛性板元件32。如圖4和圖4c 所示，薄柔性支撐箔33可夾在第一剛性板元件32和第二剛性板元件34之間。柔性支撐箔 33包括適當布置和構造的開口，當第二剛性板元件34被固定于第一剛性板元件32時，這些 開口允許透鏡組件35a和35b和固定銷37a和37b從中穿過。如圖4a所示，第一剛性板元件32優選地包括多個開口，如開口 38。開口 38分別 構造成容納發光二極管(LED)以及用于將LED發出的光聚焦到成像視野上的透鏡。優選 地，這些LED設置為適當地安裝或粘合于柔性支撐箔33的表面安裝器件(SMD)。這些LED 能夠由柔性支撐線箔33提供的適當的供電線通電。這些供電線可導向柔性支撐箔33的插 頭部分33a (見圖4c)，該插頭部分33a可插入相應的插座中，所述插座連接于根據本發明的 變焦系統10的控制和供電回路。根據本發明的變焦系統10的控制和供電回路可安裝在例 如變焦系統10的第一和/或第二側蓋16、18上。優選地，第一板元件32和第二板元件34 由諸如鋁的金屬制成，用于帶走由LED產生的過量的熱。在某些醫療應用中會使用對光敏感的塑料材料，如牙科填料。這些塑料材料在填 入牙齒的填充過程中不應過快固化。根據本發明，在復合前板30中可優選地采用發出白 光，黃光或藍光的LED。復合前板30可僅包括白色LED，白色和黃色LED，白色和藍色LED， 黃色和藍色LED或白色、黃色和藍色LED。采用包括白色和黃色LED的布置，能夠通過簡單 地關閉白色LED關閉且僅打開黃色LED而只提供黃光，例如使牙科填料不那么快固化。本 領域技術人員能夠理解，為此，由復合前板30提供的LED優選地可由上述適當構造的控制 和供電回路控制和驅動。填入塑料牙科填料后，用藍光照射填料以加速其固化。根據本發明，這能夠通過包 括藍色LED的復合前板30而很容易地實現。與提供黃光的情況相同，能夠通過僅打開藍色 LED而關閉不同的顏色的LED——如白色LED和/或黃色LED——來提供藍光。根據本發明的又另一方面，光學探測器75a和75b能夠以以下方式安裝于探測器 板70，即使得能夠沿χ、y和ζ方向調整光學探測器75a和75b相對于探測器板70和/或 透鏡板60的位置，以允許進行額外的光學校正。以上詳細描述的本發明不局限于上述具體設備、用途和方法，因為這些可能會有 所不同。還應當理解本文中使用的術語只是為了描述具體實施方式
，而不是為了限制本發 明的范圍，本發明的范圍僅由所附權利要求限定。除非另行限定，否則本文使用的所有技術 和科學術語具有本領域普通技術人員所通常理解的那種涵義。
權利要求
一種用于光學體視設備的變焦系統(10)，包括具有兩個透鏡組件(35a，35b)的前板(30)；具有兩個透鏡組件的透鏡板(60)，其中，所述前板(30)和所述透鏡板(60)呈固定空間關系布置，并在所述變焦系統(10)內限定出兩個光學路徑；具有兩個透鏡組件(45a，45b)的變焦板(40)，其中，所述變焦板(40)布置在所述前板(30)和所述透鏡板(60)之間；具有兩個透鏡組件(55a，55b)的補償板(50)，其中，所述補償板(50)布置在所述變焦板(40)和所述透鏡板(60)之間；以及具有螺旋槽(24)和凸輪盤部分(28)的驅動主軸(20)，用于以協同方式同時調整所述變焦板(40)和所述補償板(50)相對于所述前板(30)和所述透鏡板(60)的位置，其中，所述變焦板(40)的位置通過所述驅動主軸(20)的所述螺旋槽(24)來調整，而所述補償板(30)的位置通過所述驅動主軸(20)的所述凸輪盤部分(28)來調整。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述變焦板(40)還包括中央開口(42)、支撐元件 (44)和滾子元件(46)，所述驅動主軸(20)被引導穿過所述中央開口(42)，其中，所述滾子 元件(46)延伸到所述中央開口(42)中，并且所述滾子元件(46)的尺寸確定成配合在所述 驅動主軸(20)的所述螺旋槽(24)內，使得所述驅動主軸(20)的旋轉運動引起所述變焦板 (40)相對于所述前板(30)和所述透鏡板(60)的平移運動。
3.如權利要求1所述的系統，其中，所述補償板(50)還包括中央開口(52)、支撐元件 (54)和滾子元件(56)，所述驅動主軸(20)被引導穿過所述中央開口(52)，其中，所述支撐 元件(54)被引導穿過所述透鏡板(60)中的具有相應形狀的開口，并且其中，所述滾子元件 (56)以可旋轉的方式接合所述驅動主軸(20)的所述凸輪盤部分(28)，使得所述驅動主軸 (20)的旋轉運動引起所述補償板(50)相對于所述前板(30)和所述透鏡板(60)的平移運 動。
4.如權利要求3所述的系統，其中，所述補償板(50)還包括偏置裝置，用于將所述滾子 元件(56)偏置成與所述驅動主軸(20)的所述凸輪盤部分(28)呈抵靠關系。
5.如權利要求1所述的系統，其中，所述驅動主軸(20)能夠借助于安裝在馬達(15)的 驅動軸上的齒輪而進行旋轉，其中，所述馬達(15)的所述齒輪與所述驅動主軸(20)的齒輪 部分(26)相嚙合并且使所述驅動主軸(20)的所述齒輪部分(26)旋轉。
6.如權利要求1所述的系統，其中，所述驅動主軸(20)由容納在設置于前板(30)背面 中的主軸軸承(36)內的定位銷(25)支撐。
7.如權利要求1所述的系統，還包括探測器板(70)，所述探測器板(70)帶有兩個光學 探測器(75a，75b)，用于探測大致沿著所述變焦系統(10)的所述兩個光學路徑傳播的光。
8.如權利要求7所述的系統，其中，所述光學探測器(75a，75b)是CCD或CMOS器件。
9.如權利要求7所述的系統，其中，能夠沿x、y和ζ方向調整所述光學探測器(75a， 75b)相對于所述探測器板(70)和/或所述透鏡板(60)的各自位置。
10.如權利要求1所述的系統，其中，所述前板(30)和所述透鏡板(60)通過至少一個 支撐桿(19)而呈固定空間關系布置。
11.如權利要求1所述的系統，其中，所述前板(30)是包括第一板元件(32)和第二板 元件(34)的復合前板(30)。
12.如權利要求11所述的系統，其中，薄柔性支撐箔(33)夾在所述第一板元件(32)和 所述第二板元件(34)之間。
13.如權利要求12所述的系統，其中，在所述第一板元件(32)中設有多個開口(38)， 用于容納相應的多個LED和透鏡。
14.如權利要求13所述的系統，其中，所述LED是安裝在所述柔性支撐箔(33)上的表 面安裝器件，其中，所述LED能夠由所述柔性支撐箔(33)提供的供電線路進行通電和控制。
15.如權利要求14所述的系統，其中，所述LED發出白光，黃光和/或藍光。
全文摘要
提供了一種用于光學體視設備的變焦系統(10)。變焦系統(10)包括前板(30)和透鏡板(60)，前板和透鏡板呈固定空間關系布置并在變焦系統(10)內限定出兩個光學路徑。變焦系統還包括具有兩個透鏡組件(45a，45b)的變焦板(40)，其中變焦板(40)布置在前板(30)和透鏡板(60)之間；以及補償板(50)，其中補償板(50)布置在變焦板(40)和透鏡板(60)之間。變焦系統還包括具有螺旋槽和凸輪盤部分的驅動主軸(20)，用于以協同方式同時調整變焦板(40)和補償板(50)相對于前板(30)和透鏡板(60)的位置，其中變焦板(40)的位置通過驅動主軸(20)的螺旋槽調整，而補償板的位置通過驅動主軸(20)的凸輪盤部分調整。
文檔編號G02B21/22GK101918876SQ200880122655
公開日2010年12月15日 申請日期2008年10月17日 優先權日2007年10月24日
發明者約阿希姆·呂貝爾 申請人:瑞士醫藥技術有限公司