本发明属于光学镜头，涉及到一种适用于手术外视镜的变焦镜头。
背景技术：
1、外视镜是一种新型手术辅助显微镜系统，它的出现是传统手术显微镜被取代的开始。相较而言，外视镜距离术者和患者都较远，具有更加合理的人机工程学工作模式、更加便捷高效的操控、更加轻巧的外形，易于同术中导航资料及其他基于显示屏的手术设备进行整合，这些优势都可以有效降低术者的疲劳程度，提升手术质量。2008年，2d外视镜在活体动物模型上的测试被首次报道并开始引发大量关注。目前，karl storz的vitom 3d、zeiss的kinevo 900和olympus的orbeye都是比较成熟的外视镜系统。
2、虽然外视镜具有很多较为突出的优势，但不同科室对外视镜镜头的工作距离和放大倍数有不同的要求，复杂多变的手术环境和术者对成像精确度的要求对其光学系统的持续升级提出了更为严格的标准。具体而言，在变倍过程中外视镜镜头往往不兼具稳定的像面、较高的光学变倍比和空间利用率等问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明公开了一种适用于手术外视镜的变焦镜头。能够适应复杂多变的手术环境，保证变倍过程中像面的稳定和成像的精确度，实现较高的光学变倍比。
2、具体方案如下：
3、一种适用于手术外视镜的变焦镜头，包括大物镜组和位于大物镜组上方的至少两个成像光路；每个成像光路顺次包括同轴设置的前固定组、变焦组、光阑、补偿组以及后固定组；其中，大物镜组为负光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；前固定组为正光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的平板玻璃、第六透镜、第七透镜以及第八透镜；变焦组为负光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第九透镜以及第十透镜；补偿组为负光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第十一透镜以及第十二透镜；后固定组为正光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第十三透镜、第十四透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜、第二十二透镜；其中，第一透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜、第八透镜、第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜、第十四透镜、第十八透镜、第二十透镜为正透镜；第二透镜、第三透镜、第六透镜、第九透镜、第十透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第十九透镜、第二十一透镜、第二十二透镜为负透镜；且所有透镜的表面类型均为球面。
4、可选地，所述第三透镜和第四透镜组成双胶合透镜，第六透镜和第七透镜组成双胶合透镜，第九透镜和第十透镜组成双胶合透镜，第十一透镜和第十二透镜组成双胶合透镜，第十四透镜和第十五透镜组成双胶合透镜，第十六透镜和第十七透镜组成双胶合透镜，第二十透镜和第二十一透镜组成双胶合透镜。
5、可选地，所述大物镜组的焦距为f1，所述前固定组的焦距为f2，所述变焦组的焦距为f3，所述补偿组的焦距为f5，所述后固定组的焦距为f6，所述第一透镜的焦距为f10，所述第二透镜的焦距为f11，所述第三透镜的焦距为f12，所述第四透镜的焦距为f13，所述第五透镜的焦距为f14，所述第六透镜的焦距为f21，所述第七透镜的焦距为f22，所述第八透镜的焦距为f23，所述第九透镜的焦距为f30，所述第十透镜的焦距为f31，所述第十一透镜的焦距为f50，所述第十二透镜的焦距为f51，所述第十三透镜的焦距为f60，所述第十四透镜的焦距为f61，所述第十五透镜的焦距为f62，所述第十六透镜的焦距为f63，所述第十七透镜的焦距为f64，所述第十八透镜的焦距为f65，所述第十九透镜的焦距为f66，所述第二十透镜的焦距为f67，所述第二十一透镜的焦距为f68，所述第二十二透镜的焦距为f69。
6、可选地，所述变焦镜头通过部分组元的移动实现变工作距离和同一工作距离下的变倍(变焦)；所述变焦镜头的工作距离包括长、中、短三种模式，变化范围≥300mm，最长工作距离≥600mm，最短工作距离≥300mm；所述变焦镜头同一工作距离下的变倍比≥7，总体光学变倍比≥8。
7、可选地，所述大物镜组的焦距为f1，所述前固定组的焦距为f2，所述变焦组的焦距为f3，所述补偿组的焦距为f5，所述后固定组的焦距为f6，所述变焦镜头在长工作距离、广角端的焦距为f；其中，-231.271≤f1/f≤-73.039，2.795≤f2/f≤2.854，-1.741≤f3/f≤-1.736，-1.261≤f5/f≤-1.257，0.885≤f6/f≤0.989。
8、可选地，所述光阑设置在第十透镜和第十一透镜之间，所述光阑到像面的距离为l，所述变焦镜头光学总长为ttl，其中，0.365≤l/ttl≤0.389。
9、可选地，每个所述成像光路的移动组元为所述变焦组和所述补偿组，固定组元为所述前固定组和所述后固定组；其中，移动只涉及组元整体移动，不涉及透镜和平板玻璃的移动，固定则为组元和组元所包括玻璃和平板玻璃的整体固定；所述大物镜组在进行同一工作距离下的变倍时，各个透镜的相对位置和绝对位置均不发生变化；所述大物镜组在进行变工作距离时第三透镜、第四透镜和第五透镜整体后移，第二透镜和第三透镜之间的距离、第五透镜与后组平板玻璃的距离发生变化。
10、可选地，所述变焦镜头满足以下条件：0.163≤s1/ttl≤0.165，0.080≤s2/ttl≤0.082，0.070≤s3/ttl≤0.072，其中，s1为所述变焦组在所述变焦镜头处于广角端位置时与所述变焦镜头处于长焦端位置时的相对位移，s2为所述补偿组在所述变焦镜头处于广角端位置时与所述变焦镜头处于长焦端位置时的相对位移，s3为所述大透镜组中的第三透镜、第四透镜和第五透镜整体在所述变焦镜头处于长工作距离位置时与所述变焦镜头处于短工作距离位置时的相对位移，ttl为所述变焦镜头的光学总长。
11、可选地，所述变焦镜头的变焦方式为：在同一工作距离的变倍过程中所述成像光路中设置的移动组元共轭距的改变量为零，像面保持稳定且大小不变，所述大物镜组、所述前固定组和所述后固定组固定不动，所述变焦组和所述补偿组互相配合进行机械式联动以改变光学放大倍数；而在工作距离需要改变时，还控制所述大物镜组内部透镜的距离。
12、可选地，所述机械式联动方式包括凸轮机构、四杠四杆机构；多个所述成像光路结构及变焦方式完全一致；多个所述成像光路沿所述大物镜组的光轴呈圆周阵列分布；相邻两个所述成像光路的光轴相距≥25mm；多个所述成像光路能用于icg荧光成像、蓝光成像、窄带成像；所述变焦镜头5.1≤f数≤11.0。
13、本发明的有益效果在于：1、本发明提供的手术外视镜变焦镜头可以实现工作距离较大范围的改变和较高的光学变倍比，实施例提供的设计实现了18档调节，工作距离变化范围350mm，光学变倍比近9倍，这能使外视镜更好地在不同科室间进行匹配使用，提高了适用性。2、本发明提供的手术外视镜变焦镜头在变焦过程中，成像光路中设置的移动组元共轭距的改变量为零，像面始终保持稳定且大小不变，有利于成像稳定和清晰，提升了手术质量。3、本发明提供的手术外视镜变焦镜头中，一组大物镜组上方可以放置多个所述成像光路用于多模式成像，提高了空间利用率，使外视镜更加轻巧高效，实现了多功能融合。
1.一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，包括大物镜组和位于大物镜组上方的至少两个成像光路；每个成像光路顺次包括同轴设置的前固定组、变焦组、光阑、补偿组以及后固定组；其中，大物镜组为负光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜；前固定组为正光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的平板玻璃、第六透镜、第七透镜以及第八透镜；变焦组为负光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第九透镜以及第十透镜；补偿组为负光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第十一透镜以及第十二透镜；后固定组为正光焦度透镜组，顺次包括同轴设置的第十三透镜、第十四透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜、第二十二透镜；其中，第一透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜、第八透镜、第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜、第十四透镜、第十八透镜、第二十透镜为正透镜；第二透镜、第三透镜、第六透镜、第九透镜、第十透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第十九透镜、第二十一透镜、第二十二透镜为负透镜；且所有透镜的表面类型均为球面。
2.根据权利要求1所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜和第四透镜组成双胶合透镜，第六透镜和第七透镜组成双胶合透镜，第九透镜和第十透镜组成双胶合透镜，第十一透镜和第十二透镜组成双胶合透镜，第十四透镜和第十五透镜组成双胶合透镜，第十六透镜和第十七透镜组成双胶合透镜，第二十透镜和第二十一透镜组成双胶合透镜。
3.根据权利要求1所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述大物镜组的焦距为f1，所述前固定组的焦距为f2，所述变焦组的焦距为f3，所述补偿组的焦距为f5，所述后固定组的焦距为f6，所述第一透镜的焦距为f10，所述第二透镜的焦距为f11，所述第三透镜的焦距为f12，所述第四透镜的焦距为f13，所述第五透镜的焦距为f14，所述第六透镜的焦距为f21，所述第七透镜的焦距为f22，所述第八透镜的焦距为f23，所述第九透镜的焦距为f30，所述第十透镜的焦距为f31，所述第十一透镜的焦距为f50，所述第十二透镜的焦距为f51，所述第十三透镜的焦距为f60，所述第十四透镜的焦距为f61，所述第十五透镜的焦距为f62，所述第十六透镜的焦距为f63，所述第十七透镜的焦距为f64，所述第十八透镜的焦距为f65，所述第十九透镜的焦距为f66，所述第二十透镜的焦距为f67，所述第二十一透镜的焦距为f68，所述第二十二透镜的焦距为f69；其中，-3.19≤f10/f1≤-0.257，0.021≤f11/f1≤0.073，0.044≤f12/f1≤0.082，-0.061≤f13/f1≤-0.025，-0.151≤f14/f1≤-0.055，-1.384≤f21/f2≤-1.134，5.75≤f22/f2≤10.945，1.101≤f23/f2≤1.115，1.343≤f30/f3≤1.439，3.692≤f31/f3≤3.723，-2.460≤f50/f5≤-2.000，1.326≤f51/f5≤1.340，1.761≤f60/f6≤1.773，7.847≤f61/f6≤30.292，-5.752≤f62/f6≤-4.256，-12.853≤f63/f6≤-8.809，-4.249≤f64/f6≤-3.192，3.441≤f65/f6≤8.828，-9.566≤f66/f6≤-9.560，1.359≤f67/f6≤1.821，-1.091≤f68/f6≤-0.940，-74.165≤f69/f6≤-5.394。
4.根据权利要求1所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头通过部分组元的移动实现变工作距离和同一工作距离下的变倍；所述变焦镜头的工作距离包括长、中、短三种模式，变化范围≥300mm，最长工作距离≥600mm，最短工作距离≥300mm；所述变焦镜头同一工作距离下的变倍比≥7，总体光学变倍比≥8。
5.根据权利要求4所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述大物镜组的焦距为f1，所述前固定组的焦距为f2，所述变焦组的焦距为f3，所述补偿组的焦距为f5，所述后固定组的焦距为f6，所述变焦镜头在长工作距离、广角端的焦距为f；其中，-231.271≤f1/f≤-73.039，2.795≤f2/f≤2.854，-1.741≤f3/f≤-1.736，-1.261≤f5/f≤-1.257，0.885≤f6/f≤0.989。
6.根据权利要求5所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述光阑设置在第十透镜和第十一透镜之间，所述光阑到像面的距离为l，所述变焦镜头光学总长为ttl，其中，0.365≤l/ttl≤0.389。
7.根据权利要求6所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，每个所述成像光路的移动组元为所述变焦组和所述补偿组，固定组元为所述前固定组和所述后固定组；其中，移动只涉及组元整体移动，不涉及透镜和平板玻璃的移动，固定则为组元和组元所包括玻璃和平板玻璃的整体固定；所述大物镜组在进行同一工作距离下的变倍时，各个透镜的相对位置和绝对位置均不发生变化；所述大物镜组在进行变工作距离时第三透镜、第四透镜和第五透镜整体后移，第二透镜和第三透镜之间的距离、第五透镜与后组平板玻璃的距离发生变化。
8.根据权利要求7所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头满足以下条件：0.163≤s1/ttl≤0.165，0.080≤s2/ttl≤0.082，0.070≤s3/ttl≤0.072，其中，s1为所述变焦组在所述变焦镜头处于广角端位置时与所述变焦镜头处于长焦端位置时的相对位移，s2为所述补偿组在所述变焦镜头处于广角端位置时与所述变焦镜头处于长焦端位置时的相对位移，s3为所述大透镜组中的第三透镜、第四透镜和第五透镜整体在所述变焦镜头处于长工作距离位置时与所述变焦镜头处于短工作距离位置时的相对位移，ttl为所述变焦镜头的光学总长。
9.根据权利要求7所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的变焦方式为：在同一工作距离的变倍过程中所述成像光路中设置的移动组元共轭距的改变量为零，像面保持稳定且大小不变，所述大物镜组、所述前固定组和所述后固定组固定不动，所述变焦组和所述补偿组互相配合进行机械式联动以改变光学放大倍数；而在工作距离需要改变时，还控制所述大物镜组内部透镜的距离。
10.根据权利要求9所述的一种适用于手术外视镜的变焦镜头，其特征在于，所述机械式联动方式包括凸轮机构、四杠四杆机构；多个所述成像光路结构及变焦方式完全一致；多个所述成像光路沿所述大物镜组的光轴呈圆周阵列分布；相邻两个所述成像光路的光轴相距≥25mm；多个所述成像光路能用于icg荧光成像、蓝光成像、窄带成像；所述变焦镜头5.1≤f数≤11.0。
