阅读说明：本技术 用于显微镜的光学适配装置和用于调整光学图像方向的方法 (Optical adapter for a microscope and method for adjusting the orientation of an optical image ) 是由 李剑月 杨晓光 杜雷 黄彬 张全武 于 2018-03-19 设计创作，主要内容包括：一种光学适配装置,用于连接在手术显微镜(D)或眼科裂隙灯显微镜(D)的分光元件(A)和数码摄像设备(C1,C2,C3)之间,数码摄像设备包括带图像捕捉功能的手机、平板电脑、照相机、摄像机。光学适配装置包括位于光路上的透镜组和用于调整成像在数码摄像设备(C1,C2,C3)感光单元上光学图像方向的光学图像旋转镜组,光学图像旋转透镜组被配置为可以围绕光轴单独地旋转或者被固定地设置。提供一种用于实时调整数码摄像设备(C1,C2,C3)感光单元上的光学图像方向的系统和方法,不管数码摄像设备(C1,C2,C3)的位置如何,都可以简单便捷地获得令人满意的光学图像方向。(An optical adapter device is used for connecting between a light splitting element (A) of an operation microscope (D) or an ophthalmic slit-lamp microscope (D) and digital camera equipment (C1, C2, C3), wherein the digital camera equipment comprises a mobile phone with an image capturing function, a tablet personal computer, a camera and a video camera. The optical adaptive device includes a lens group on an optical path and an optical image rotating lens group for adjusting an optical image direction imaged on a photosensitive unit of the digital image pickup apparatus (C1, C2, C3), the optical image rotating lens group being configured to be individually rotatable about an optical axis or fixedly disposed. A system and method for adjusting in real time the optical image orientation on the light sensing unit of a digital image pickup apparatus (C1, C2, C3) is provided, which can simply and conveniently obtain a satisfactory optical image orientation regardless of the position of the digital image pickup apparatus (C1, C2, C3).)

用于显微镜的光学适配装置和用于调整光学图像方向的方法

本申请要求了2017年3月21日提交的申请号为201710168851.0的中国专利申请和2017年4月13日提交的申请号为201710238871,0的中国专利申请的优先权，它们在这里被出于所有目的通过引用将其全部内容明确并入。

【技术领域】

本发明整体涉及医疗装置和设备，但不限于此，涉及用于显微镜的光学适配装置。

【背景技术】

如图1A、1B和1C所示，现有的显微镜光学适配装置B用于连接显微镜D的分光单元A与数码摄像设备C1、C2、C3。显微镜光学适配装置B被配置为可绕旋转轴线旋转，从而使其可以定位在不同的旋转位置，通常每个位置的夹角为90度，以便于调整数码摄像设备C1、C2、C3的方向，朝上、朝前、朝下或者朝后。需要通过与分光单元A连接时选择卡口方向实现此操作，而且改变角度需要重新拆装。

常规的光学适配装置B和它的光路示意图如图2A、2B和2C所示。从这些图中可以看出，透镜3和直角棱镜41(使用平面镜也可以)依次设置在光学适配装置B中。当光学适配装置B被转动到不同的位置时，直角棱镜41的反射面绕光轴旋转。此时分光单元A的分光棱镜分光面的法线和直角棱镜41反射面的法线不再保持平行，造成光学图像方向将随之旋转。例如：显微镜光学适配装置B位于初始位置，即直角棱镜41不旋转，光学图像如图2A所示，显微镜光学适配装置B转动一档，直角棱镜41的反射面旋转90度，光学图像如图2B所示；显微镜光学适配装置B再转动一档，直角棱镜41的反射面旋转180度，光学图像如图2C所示。

由于数码摄像设备的感光单元为长方形，且输出信号顺序固定，即具有上下左右不同方向，而使用数码摄像设备捕获的图像通常需要在上传至电脑或网络进行观看、保存、编辑等操作，方向错误的视频使用不便，如图1A、1B、1C所示。因此，始终需要重新调整数码摄像设备的安装方向，以使感光单元旋转到合适的方向，以确保感光单元捕获的图像与在显微镜中观察到的图像方向一致。即使这样，在数码摄像设备的显示器上显示的图像与操作者的正常观看方向之间仍然可能存在不一致，导致使用上的极大不便，如图1D所示。

此外，如果使用手机或平板设备的摄像头C对准显微镜D的分光装置A拍摄，或者通过相机的专用适配器拍摄(如图1A-1D)，此方法由于视场角度和光瞳无法匹配，会使得图像被切割或无法充满摄像头的整个视场，需要医生手动在手机或平板设备上进行电子变焦以放大图像，造成像质损失，且操作繁琐。

【

发明内容

】

本发明的目的是解决以上问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光学适配装置，用于连接在手术显微镜或眼科裂隙灯显微镜的分光元件和数码摄像设备之间。数码摄像设备例如包括带图像捕捉功能的手机、平板电脑、照相机、摄像机。根据本发明的第一个实施例，所述的光学适配装置包括位于光路上的透镜组，还包括用于调整成像在所述的数码摄像设备感光单元上光学图像方向的光学图像旋转部件，所述的光学图像旋转部件包括位于所述的光路上的光学图像旋转镜组。在本实施例中，所述的光学图像旋转镜组能够单独绕光轴旋转的设置。

在一个实施例中，所述的光学适配装置还包括围绕所述的透镜组的主体外壳，所述的主体外壳的一端用于连接所述的显微镜的分光单元，另一端用于连接所述的数码摄像设备。

在另一个实施例中，所述的透镜组至少包括用于将所述的分光装置的出射光线汇聚成实像的第一镜组、用于将所述的实像向所述的数码摄像设备的感光单元成像并位于所述的镜片组最末端的第二镜组，所述的镜片组的出射光瞳位于所述的第二镜组的后方，且所述的出射光瞳与所述的第二镜组中最末端镜片的后光学面上顶点之间的距离不大于30mm。优选地，所述的第一镜组、第二镜组为正透镜组，且所述的第一镜组的焦距大于所述的第二镜组的焦距，且所述的第一镜组、第二镜组之间的焦距之比大于3。

在优选实施例中，所述的光学图像旋转部件设置在所述的主体外壳内部，所述的光学图像旋转镜组和透镜组都设置在所述的主体外壳中，通过这种方式，所有的光学元件都在主体外壳内部。

在此优选实施例中，所述的主体外壳上设置有用于旋转所述的光学图像旋转镜组的转动部，所述的光学图像旋转镜组与所述的转动部相连接，在主体外壳上设置转动部可以便于光学图像旋转镜组的旋转操作，转动部可以主体外壳上的一个转动关节等。

进一步优选地，所述的主体外壳和/或所述的转动部上设置有用于标示所述的转动部转动角度的刻度，通过刻度可以精准的操作转动部，便于光学图像旋转镜组的旋转到位。

进一步优选地，所述的光学图像旋转部件连接在所述的主体外壳外侧，此时，光学图像旋转部件为相对独立的部件连接在主体外壳外侧，可以与主体外壳固定连接，也可以与主体外壳可拆卸的连接，此种情况下，透镜组一般仍设置在主体外壳内，或者说处光学图像旋转镜组外的其他光学元件仍都设置在主体外壳内。

进一步优选地，所述的光学图像旋转部件连接在所述的主体外壳的一端，当所述的光学适配装置连接所述的显微镜的分光单元时，所述的光学图像旋转部件位于所述的显微镜的分光单元与所述的主体外壳之间。或者所述的光学图像旋转部件连接在所述的主体外壳的另一端，当所述的光学适配装置连接所述的数码摄像设备时，所述的光学图像旋转部件位于所述的主体外壳与所述的数码摄像设备之间。即光学图像旋转部件具有连接在主体外壳两端的两种连接方式。

所述的光学图像旋转镜组可以包括道威棱镜、道威屋脊棱镜、别汉棱镜、别汉屋脊棱镜和直角棱镜中的至少一种。

优选地，所述的光学适配装置还包括位于所述的光路上的反射镜组，反射镜组可以设置在主体外壳内。所述的反射镜组包括至少一个反射元件，所述的反射元件包括反光镜、五棱镜、直角棱镜、直角屋脊棱镜中的至少一种。

进一步优选地，所述的反射镜组包括至少两个反射元件进行至少两次光学图像的反射。采用至少两个反射元件可以在两个方向上调节，同理可以继续增加反射，变成多维调节。

优选地，所述的光学适配装置还包括所述的数码摄像设备，即数码摄像设备成为了光学适配装置的一部分。

本发明的第二个目的是提供一种显微镜光学适配装置，用于连接在手术显微镜或眼科裂隙灯显微镜的分光元件和数码摄像设备之间，所述的光学适配装置包括位于光路上的透镜组，所述的光学适配装置还包括用于调整成像在所述的数码摄像设备中感光单元上光学图像方向的光学图像旋转镜组，在此实施例中，所述的光学图像旋转镜组在光路中固定的设置。

优选地，所述的光学图像旋转镜组从以下镜组中选择：道威棱镜、道威屋脊棱镜、别汉棱镜、别汉屋脊棱镜。

本发明的第三个目的是提供一种用于在显微镜上使用显微镜光学适配器调整光学图像的方向的方法，所述方法包括以下步骤：将显微镜光学适配器的光线入射端与显微镜分光元件连接；将所述的显微镜光学适配器的光线出射端与数码摄像设备连接；在所述的数码摄像设备感光单元上形成光学图像；其特征在于：所述的显微镜光学适配装置包括用于调整成像在所述的数码摄像设备感光单元上光学图像方向的光学图像旋转部件，所述的光学图像旋转部件包括光学图像旋转镜组，所述的光学图像旋转镜组能够单独绕光轴旋转的设置。通过所述的光学图像旋转部件的旋转来改变所述的显微镜光学适配装置导入的光线方向，使得从不同方向发射的光在所述的数码摄像设备感光单元上形成的光学图像方向可以与通过显微镜观察的图像对准而无需通过计算机软件调整。

通过与现有技术的比较，由于上述技术方案的应用，本发明的实施例提供了以下优点和效果。

本发明的实施例提供一种用于实时调整数码摄像设备感光单元上的光学图像方向的系统和方法，不管数码摄像设备的位置如何，都可以简单便捷地获得令人满意的光学图像方向。

【附图说明】

结合参考附图来介绍本发明：

附图1A、1B、1C、1D为现有技术中显微镜和光学适配装置的示意图；

附图2A、2B、2C为现有技术中光学适配装置的光学元件的光路示意图；

附图3为本实施例一中光学元件的光路示意图；

附图4为本实施例二中光学元件的光路示意图；

附图5为本实施例三中光学元件的光路示意图；

附图6为本实施例四中光学元件的光路示意图；

附图7为本实施例五中光学元件的光路示意图；

附图8为本实施例六中光学元件的光路示意图；

附图9为本实施例七中光学元件的光路示意图；

附图10为本实施例八中光学元件的光路示意图；

附图11为本实施例九中光学元件的光路示意图；

附图12为本实施例十中显微镜光学适配装置的剖视示意图；

附图13为本实施例十中光学元件的光路示意图；

附图14A、14B、14C为本实施例中显微镜和光学适配装置的示意图。

在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在参考标签之后加上破折号和第二标签来区分相同类型的各种组件，而在其他相似组件之间进行区分。如果在说明书中仅使用第一参考标签，则该描述适用于具有相同的第一参考标签的类似部件中的任何一个，而与第二参考标签无关。为了便于理解，下面列出了主要组件及其相应的参考标签：1、分光棱镜；20、道威棱镜；21、道威屋脊棱镜；22、别汉棱镜；23、别汉屋脊棱镜；3、30、31、透镜组；310、后光学面；40、五棱镜；41、直角棱镜；42、直角屋脊棱镜；5、主体外壳；50、第一主体外壳；51、第二主体外壳；52、转动部；A、分光单元；B、光学适配装置；C、数码摄像设备；C1、平板电脑；C2、手机；C3、照相机；D、显微镜；E、实像；F、顶点；G、出瞳。

【

具体实施方式

】

下面结合附图及实施案例对本发明作进一步描述。如下面将进一步描述的，如实施例一至四中所述，光学图像旋转镜组可以包括绕光轴旋转以调节由数码摄像设备捕获的光学图像的方向的道威棱镜或道威屋脊棱镜。为了避免由奇数次全反射引起的图像镜像，可以按以下方式使用棱镜的组合。

实施例一：

参考附图3，其示意出了根据本发明的第一实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。光学适配装置可以包括在分光棱镜1的一个分束光路上依次布置的道威棱镜20，透镜组3和五棱镜40。从图3可以看出，入射光在道威棱镜20的内部反射一次，在五棱镜40的内部反射两次，以确保总共进行四次反射。在该实施例中，仅通过旋转道威棱镜20就可以调节在数码摄像设备C1，C2和C3的感光元件上形成的光学图像的方向。这种棱镜的组合避免了制造、使用屋脊棱镜的更高的成本和更复杂的过程。

实施例二：

参考附图4，其示意出了根据本发明的第二实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。在该实施例中，光学适配装置包括道威屋脊棱镜21，透镜组3和直角棱镜41，它们依次布置在分光棱镜1的分束光路上。在该实施例中，入射光在道威屋脊棱镜21内部反射两次，在直角棱镜41的内部反射一次，以确保总反射次数(四次)。类似于第一实施例，仅旋转道威屋脊棱镜21就可以调节形成在数码摄像设备C1，C2和C3的感光元件上的光学图像的方向。

实施例三：

参考附图5，其示意出了根据本发明的第三实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。在该实施例中，光学适配装置包括在分光棱镜1的分束光路上依次布置的道威棱镜20，透镜组3和直角屋脊棱镜42。在该实施例中，入射光在道威棱镜20的内部反射一次，在直角屋脊棱镜42的内部反射两次，以确保反射的总数(四次)。类似于第一实施例，仅旋转道威棱镜20就可以调节在数码摄像设备备C1，C2和C3的感光元件上形成的光学图像的方向。

实施例四：

参考附图6，其示意出了根据本发明的第四实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。第四实施例与第一实施例的不同之处在于，五棱镜40被两个直角棱镜41(图6中的附图标记41-1和41-2)代替。在该实施例中，入射光在道威棱镜20内部一次反射，并且在每个直角棱镜41内部一次反射，以确保反射的总数(四次)。这种配置还避免了在制造、使用屋脊棱镜中更高的成本和更复杂的过程。与前述实施例类似，第四实施例的光学元件顺序地布置在分光棱镜1的分束光路上。使用两个直角棱镜41(图6中的附图标记41-1和41-2)允许光学图像的二维调整。类似地，可以通过增加更多的反射来实现多维调整。同样地，仅旋转道威棱镜20就可以调整在数码摄像设备C1，C2和C3的感光元件上形成的光学图像的方向。

如实施例五至八所示，光学图像旋转镜组可以包括别汉棱镜或别汉屋脊棱镜，它们绕光轴旋转以调整由数码摄像设备捕获的光学图像的方向。实施例五至八中的光学元件的光路与前述实施例一至四的不同之处在于，透镜组3被定位为光路的第一光学元件。为了避免由奇数次全反射引起的图像镜像，可以按以下方式使用棱镜的组合。

实施例五：

参考附图7，其示意出了根据本发明的第五实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。光学适配装置可以包括依次布置在分光棱镜1的分束光路上的透镜组3，别汉棱镜22和直角屋脊棱镜42。从图7可以看出，入射光在别汉棱镜22内反射五次，在直角屋脊棱镜42内反射两次，以确保总共反射八次。再次在此，仅通过旋转别汉棱镜22就可以调节在数码摄像设备C1，C2和C3的感光单元上形成的光学图像的方向。

实施例六：

参考附图8，其示意出了根据本发明的第六实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。在该实施例中，光学适配装置可以包括透镜组3，别汉屋脊棱镜23和直角棱镜41。类似于第五实施例，光学元件顺序地布置在分光棱镜1的分束光路上。透镜组3设置为光路的第一光学元件。在该实施例中，入射光在别汉屋脊棱镜23内部反射六次，并且在直角棱镜41内部反射一次，以确保均匀反射的总数(八次)。同样，仅靠别汉屋脊棱镜23的旋转就可以调节在数码摄像设备C1，C2和C3的感光元件上形成的光学图像的方向。

实施例七：

参考附图9，其示意出了根据本发明的第七实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。在该实施例中，光学适配装置可以包括透镜组3，别汉棱镜22和五棱镜40，它们被依次布置在分光棱镜1的分束光路上，并且透镜组3被布置为分束光路中的第一光学元件。在该实施例中，入射光在别汉棱镜22内部反射五次并且在五棱镜40内部反射两次，以确保反射的总数(八次)。棱镜的这种组合避免了在制造屋脊棱镜中使用的更高的成本和更复杂的工艺。与先前的实施例类似，仅别汉棱镜22的旋转就可以调节在数码摄像设备C1，C2和C3的感光单元上形成的光学图像的方向。

实施例八：

参考附图10，其示意出了根据本发明的第八实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。第八实施例与第五实施例的不同之处在于，直角屋脊棱镜42被两个直角棱镜41(图10中的附图标记41-1和41-2)代替。在该实施例中，入射光在别汉棱镜22内部反射五次并且在每个直角棱镜41内部反射一次以确保反射的总数(八次)。与前面的实施例类似，在该实施例中，该构造还可以避免在制造屋脊棱镜时使用的较高成本和更复杂的工艺。同样，第八实施例的光学元件被顺序地布置在分光棱镜1的分离光路上，其中透镜组3被布置为光路的第一光学元件。使用两个直角棱镜41(图10中的参考标记41-1和41-2)允许光学图像的二维调整。类似地，可以通过增加更多的反射来实现多维调整。同样，依靠别汉棱镜22的旋转就可以调整在数码摄像设备C1，C2和C3的感光单元上形成的光学图像的方向。

实施例九：

接下来参考附图11，其示意出了根据本发明的第九实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。在该实施例中，光学适配装置可以包括透镜组3和一组反射镜，它们依次布置在分光棱镜1的分离光路上，并且透镜组3被布置为光路的第一光学元件。从图可以看出，该组反射镜包括四个直角棱镜41(参考标记41-1、41-2、41-3和41-4)，其中光学图像旋转透镜组包含三个直角棱镜41(参考标记41-2、41-3、41-4)。在该实施例中，直角棱镜41-4可以跟随数码摄像设备进行旋转，而直角棱镜41-4和直角棱镜41-3之间的相对旋转角始终与直角棱镜41-2和直角棱镜41-3之间的相对旋转角相同。这可以通过机械联动装置实现，该机械联动装置可以连续地调节数码摄像设备C1，C2和C3的方向，以便自动保持光学图像的方向恒定。

实施例十：

附图12是根据本发明的第十实施例的用于显微镜的光学适配器的截面图。如该图所示，光学适配器可以包括L形主体外壳5，其中主体外壳5的一端被配置为连接到分光单元A，而主体外壳5的另一端被配置为连接到数码摄像设备C1，C2和C3。在该实施例中，透镜组可以包括第一透镜单元30和第二透镜单元31。在主体外壳5内部，第一透镜单元30，别汉棱镜22，直角屋脊棱镜42和第二透镜单元31顺序地布置在分光棱镜的分束光路上。再次，仅旋转别汉棱镜22就可以调整在数码摄像机设备C1，C2和C3的感光单元上形成的光学图像的方向。

在该实施例中，L形主体外壳5还包括用于连接至显微镜的分光单元A的第一主体外壳50和用于连接至数码摄像设备C1，C2和C3的第二主体外壳51。第一主体外壳50相对于第二主体外壳51垂直设置，并且第二主体外壳51可以相对于第一主体外壳50执行360度无级旋转，从而允许无级调节数码摄像设备C1，C2和C3的位置。第一主体外壳50和/或第二主体外壳51设置有用于指示第二主体外壳51的旋转角度的刻度。

为了促进别汉棱镜22的旋转，主体外壳5还设置有旋转部52，该旋转部52布置在第一主体外壳50的上表面上。如图12所示，别汉棱镜22与旋转部件52连接，从而可以通过操作旋转部件52来实现别汉棱镜22围绕光轴的旋转。此外，主体外壳5和/或旋转部件52可以设置有另一刻度，用于指示旋转部件52的旋转角度。该刻度被配置为与第二主体壳体51的刻度匹配，使得旋转部件52可以快速且准确地操作，以便于使别汉棱镜22精确旋转。

在替代实施例中，可以在光学适配装置B的主体外壳5内另外设置透镜组，光学图像旋转透镜组和一组反射镜。在该实施例中，根据透镜组、光学图像旋转镜组和反射镜组的不同组合，光学图像旋转镜组可以设置在分光单元A与光学适配装置B的机身外壳5之间，或者位于光学适配装置B的机身外壳5与数码摄像设备C1，C2和C3之间。

参考附图13，其示意出了根据本发明的第十实施例的用于显微镜的光学适配装置的光路图。如上所述，本实施例的光学适配器的透镜组可以包括第一透镜单元30和第二透镜单元31。第一透镜单元30被定位为光路的第一光学元件并被使用。用于将分光单元A的出射光会聚成实像E。第二透镜单元31作为光路的最后一个元件位于光学适配器的另一端，用于将实像E投射到数码相机设备C1/C2/C3的感光单元。如图13所示，透镜组的出瞳G位于第二透镜单元31的后面，并且出瞳G与位于第二透镜单元31中的最后一个透镜的后光学表面310上的顶点F之间的距离不超过30mm。

更具体地，由于微型相机(数码摄像设备C1/C2/C3)的入射光瞳与第二透镜单元31的最后一个透镜的后光学表面310之间的距离通常小于10mm，因此为了确保可调节性，本实施例的出射光瞳G到后光学表面310的最大距离不超过30mm，因此与微型相机的入射光瞳匹配。此外，目前手机上的微型相机的成像范围通常为45度X 60度(矩形光感测单元)，其中通过本实施例中所述的光学适配器将其放大8-10倍后，不再进行电子放大，相机光学性能可以得到充分利用。

在优选实施例中，第一透镜单元30和第二透镜单元31是凸透镜单元，其中第一透镜单元30的焦距大于第二透镜单元31的焦距。更优选地，第一透镜单元30和第二透镜单元31之间的焦距比值大于3。因此，还可能需要相应的聚焦机构来实现第一透镜组30和第二透镜组31之间的上述焦距调节。另外，第一透镜单元30和第二透镜单元31中的每个还可以包括光圈，滤色器和偏振器中的一个或多个。以此方式，可以通过设置光圈来自由地调节光孔的大小，可以将光的形状保持为大致圆形，并且可以通过滤色器和偏振片消除杂散光。

通过如上述实施例中所述配置光学图像旋转镜组，可以通过独立地旋转光学图像旋转镜组来调节光学图像的方向，以确保在显微镜下最合适的图像观察，而与数码摄像设备C1，C2，C3镜头的位置无关。例如，其向上，向下，向前或向后。请参考图1A、图1B、图1C与图14A、14B、14C之间的比较。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。