CN101726832A - 一种内窥镜镜头组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种内窥镜镜头组件，该镜头组件包括：具有负光焦度的前组、具有正光焦度的后组、滤光片和固定光阑，所述前组包括第一负透镜，所述后组包括自物方至像方依次排列的第一正透镜和第三正透镜，所述固定光阑位于所述第一负透镜和所述第一正透镜之间，所述滤光片位于所述胶合透镜之后。本发明提供的内窥镜镜头组件采用3片镜片，并根据各镜片的排列，达到了后工作距离长、入瞳前移、出瞳趋于“远心”的内窥镜，以利于加装红外滤光片和提高彩色图像的质量。同时采用更少的镜片数量，降低了其生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种配备CCD(电荷耦合器件)或CMOS等成像器件的光学镜头组件，尤其涉及一种内窥镜镜头组件。
背景技术
内窥镜系统经历了百年发展，应用广泛，近年来，很多公司开发了很多不同型号的内窥镜，应用于医学和民用工业。越来越广泛的内窥镜的使用，便于临床诊断，减轻患者的临床痛苦和提高手术水平。现有的内窥镜镜头后工作距离较短，同时采取至少5片以上的镜片，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种后工作距离长，同时采用更少的镜片，成本较低的内窥镜镜头组件。
本发明是这样实现的，一种内窥镜镜头组件，该镜头组件包括：具有负光焦度的前组、具有正光焦度的后组、滤光片和固定光阑，所述前组包括第一负透镜，所述后组包括自物方至像方依次排列的第一正透镜和第三正透镜，所述固定光阑位于所述第一负透镜和所述第一正透镜之间，所述滤光片位于所述第三正透镜之后。
本发明提供的内窥镜镜头组件采用3片镜片，并根据各镜片的排列，达到了后工作距离长、入瞳前移、出瞳趋于“远心”的内窥镜，以利于加装红外滤光片和提高彩色图像的质量。同时采用更少的镜片数量，降低了其生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例的内窥镜镜头组件结构示意图；
图2是本发明实施例的MTF(调制传递函数)图；
图3是本发明实施例的畸变示意图；
图4是本发明实施例的场曲示意图；
图5是本发明实施例的色差示意图；
图6是本发明施例的相对照度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的内窥镜镜头组件结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
该内窥镜镜头组件，其包括具有负光焦度的前组、具有正光焦度的后组、滤光片5和固定光阑6，前组包括第一负透镜1，后组包括自物方至像方依次排列的第一正透镜2和第三正透镜，固定光阑6位于所述第一负透镜1和所述第一正透镜2之间，所述滤光片5位于所述第三正透镜之后。
其中第三正透镜为胶合透镜，包括第二负透镜3和第二正透镜4，第二负透镜3和第二正透镜4粘合在一起形成凸向像方的透镜，第二负透镜靠近物方，第二正透镜靠近像方。
本发明实施例采用了胶合透镜，能有效的校正象差，提升了分辨率，相对照度。
其中第一负透镜1具有凸向物方的第一球面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第二球面。
其中第一正透镜2具有凸向物方的第三球面和凸向像方的第四球面。
其中第二负透镜3具有凸向物方的第五球面和凹向像方的第六球面，胶合透镜4具有凸向物方的第七球面和凸向像方的第八球面，第六球面和第七球面为第三镜片和第四镜片的胶合面。
其中第一负透镜1的折射率n1范围为1.45＜n1＜1.65，色散v1范围为50＜v1＜65；所述第一正透镜2的折射率n2范围为1.50＜n2＜1.75，色散v2范围为40＜v2＜55；所述第二负透镜3的折射率n3范围为1.60＜n3＜1.85，色散v3范围为20＜v3＜35；所述第二正透镜4的折射率n4范围为1.45＜n4＜1.65，色散v4范围为50＜v4＜65。
其中镜片的材质均为玻璃。
其中第一球面的曲率半径R1，第二球面的曲率半径R2，其满足下例关系：0＜R2/R1＜0.4。
其中前组光焦度f′前，后组光焦度f′后，系统总焦距为f′，其满足下例关系：0.9＜|f′前/f′后|＜1.2，Lh＞f′，其中Lh为光学后焦(即第四镜片后表面到成像面的距离)。
下面依据具体的参数介绍本发明：该实施例中，第一负透镜1采用肖特BK7型号的玻璃材质，其折射率和色散分别为n1＝1.517，v1＝64.17。第一正透镜2采用BAF5型号的玻璃材质，其折射率和色散分别为n2＝1.61，v2＝43.9。第二负透镜3采用N-SF6型号的玻璃材质，其折射率和色散分别为n3＝1.80，v3＝25.36。第二正透镜4采用肖特BK7型号的玻璃材质，其折射率和色散分别为n4＝1.517，v4＝64.17。
滤光片5材质为BK7，折射率和色散分别为n4＝1.5168，v4＝64.17。
此外，滤光片5至少一表面镀覆一层红外截止滤光膜(IR-cut Coating)，以滤除来自于被摄物反射光线中的红外光线，从而提高成像质量。
本发明实施例镜头结构简单，外径小，镜片最大外径仅4.8mm，总长短；且由于全部采用普通的玻璃材料，降低了生产的难度，也降低了生产成本。
本发明实施例的镜面参数如下：
| 类型 | 曲率半径(R)mm | 厚度mm |
| 第一球面 | 11.04503 | 1.1 |
| 第二球面 | 2.365987 | 0.10 |
| 固定光阑 | Infinity | 0.23 |
| 第三球面 | 7.978656 | 4.12 |
| 第四球面 | -3.966753 | 0.05 |
| 第五球面 | 8.965004 | 0.85 |
| 第六球面、第七球面 | 2.16313 | 2.59 |
| 第八球面 | -8.771589 | 0.3 |
| 滤光片 | 0.55 |
上表中的厚度(间隔)指的是此面到下一个面的距离，如上表中第一球面行中厚度为1.1，即指的是第一负透镜中前一面与后一面的距离，即第一负透镜的厚度。而第二球面行中厚度0.1，指的是此面到下一面(即到第一正透镜的第一面)的距离，此时就是指的镜片间的间隔。
本发明的内窥镜镜头组件有效焦距为3.7mm，相对孔径为F/#＝4.9，其视场角大于70°，相对照度大于65％，在70度的视场下桶形畸变在10％以内，分辨率达到130万像素。
图2是内窥镜镜头组件的调制传递函数(Modulation Transfer Function，简称MTF)曲线图，图中横轴表示空间频率，单位：线对每毫米(lp/mm)；纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，所述MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强。从图2可以看出，各视场子午方向(T)和弧矢方向(S)方向的MTF曲线很靠近，其表明：该镜头组件在各个视场，子午方向(T)和弧矢方向(S)这两个方向的成像性能具有良好的一致性，能保证镜头组件在整个成像面上都能清晰成像，而不会出现中间清晰、边缘模糊的情况。
图3和图4分别是本发明内窥镜镜头组件实施例的畸变图和场曲图，从图3和图4可以看出，该内窥镜镜头组件的场曲小于0.10mm，畸变小于10％；同时控制了光线在每面上的入射角小于35°，一定程度上消除了鬼影现象同时全塑结构也大大降低了生产成本。能够配合市场上主流的互补金属氧化物半导体(CMOS)/电荷藕合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)影像传感器接收的要求。
图5是本发明内窥镜镜头组件实施例的色差图，从图5可以看出，该光学镜头组件的横向色差小于5μm，落在艾里斑尺寸范围之内。
图6是本发明内窥镜镜头组件实施列的相对照度示意图。
本结构全部采用玻璃球面，在可见光波段内很好地校正了各种单色像差和色差，结构紧凑，片数少，具有良好的像差特性，有效校正像差包括轴上像差(球差和轴向色差)与轴外像差(彗差，像散和垂轴色差)，其还具有小焦距、大视野、高清晰的特点。相对于现有加工技术，采取全球面设计，同时采用玻璃镜片设计可以提高亮度，增强透过率，且耐高温，耐潮湿。良好的初始结构设计，缩减了需要使用的镜片数量，降低了生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内窥镜镜头组件，其特征在于，包括具有负光焦度的前组、具有正光焦度的后组、滤光片和固定光阑，所述前组包括第一负透镜，所述后组包括自物方至像方依次排列的第一正透镜和第三正透镜，所述固定光阑位于所述第一负透镜和所述第一正透镜之间，所述滤光片位于所述第三正透镜之后。
2.根据权利要求1所述的内窥镜镜头组件，其特征在于，所述第三正透镜为胶合透镜，包括第二负透镜和第二正透镜，所述第二负透镜和所述第二正透镜粘合在一起形成凸向像方的透镜，所述第二负透镜靠近物方，所述第二正透镜靠近像方。
3.根据权利要求1所述的内窥镜镜头组件，其特征在于，所述第一负透镜具有凸向物方的第一球面和上下端为平面且中央位置凹向像方的第二球面。
4.根据权利要求1所述的内窥镜镜头组件，其特征在于，所述第一正透镜具有凸向物方的第三球面和凸向像方的第四球面。
5.根据权利要求2所述的内窥镜镜头组件，其特征在于，所述第二负透镜具有凸向物方的第五球面和凹向像方的第六球面，所述第二正透镜具有和凸向物方的第七球面和凸向像方的第八球面，第六球面和第七球面为第三镜片和第四镜片的胶合面。
6.根据权利要求1至5任一所述的内窥镜镜头组件，其特征在于：所述第一负透镜的折射率n1范围为1.45＜n1＜1.65，色散v1范围为50＜v1＜65；所述第一正透镜的折射率n2范围为1.50＜n2＜1.75，色散v2范围为40＜v2＜55；所述第二负透镜的折射率n3范围为1.60＜n3＜1.85，色散v3范围为20＜v3＜35；所述第二正透镜的折射率n4范围为1.45＜n4＜1.65，色散v4范围为50＜v4＜65。
7.根据权利要求1所述的内窥镜镜头组件，其特征在于，所述镜片的材质均为玻璃。
8.根据权利要求3所述的内窥镜镜头组件，其特征在于，所述第一球面的曲率半径R1，所述第二球面的曲率半径R2，其满足下例关系：0＜R2/R1＜0.4。
9.根据权利要求1所述的内窥镜镜头组件，其特征在于：所述前组光焦度f′前，后组光焦度f′后，系统总焦距为f′，其满足下例关系：0.9＜|f′前/f′后|＜1.2。
10.根据权利要求9所述的内窥镜镜头组件，其特征在于：其满足下例关系：Lh＞f′，其中Lh为光学后焦。
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