长工作距的3D变倍外视镜光学系统设计

摘要：

针对现有显微外科手术中内窥镜工作距离短、不能实现光学变倍、无法获得立体图像的问题,提出了长工作距、可变档变倍的双光路3D外视镜光学系统设计方案,其中单条光路由前后两组变焦系统组成,前变焦组子系统采用光学补偿的三组元式结构,其作用是实现工作距离、物方视场可变的同时保持出射光线平行;后变焦组子系统采用机械补偿的四组元式结构,其作用是接收前组子系统的平行光并保持像面位置及像高不变,组合而成的整体光学系统共有三个运动组元,通过三组联动的形式可达到变倍效果,该方案类比于筒长无限的显微镜,中间光路平行使得安装方便且可灵活插入分光器件,并推导了前变焦组子系统焦距与物方工作距离的关系方程,依据选定像元数为1920×1200、像元尺寸为4.8 μm×4.8 μn的高清CMOS,优化设计了物方分辨率为6.8-31.8μm、物方视场范围为Φ15～Φ70 mm、工作距为180～380 mm、整体缩小倍率1/β可实现分别为1.36×、2.36×,3.36×、4.36×、5.36×以及6.36×的六个档位变化的3D外视镜光学系统.通过给定合理的公差范围,仿真结果表明,六档倍率情况下的光学系统调制函数在105 1p/mm空间频率处优于0.15概率达到90％以上,变倍凸轮曲线平滑无拐点,可满足显微外科手术要求.

关键词：光学设计、外视镜、变焦系统、显微外科手术

所属期刊栏目：51

分类号：TH773(仪器、仪表)

在线出版日期：2022-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：233-242