CN102004309B

CN102004309B - 一种非球面透镜组硬管内窥镜

Info

Publication number: CN102004309B
Application number: CN2010105216080A
Authority: CN
Inventors: 张阳德; 白闻喜; 刘廷早
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN102004309A

Abstract

本发明公开了一种非球面透镜组硬管内窥镜，包括目镜系统、镜座系统和物镜系统，目镜系统与镜座系统连接，镜座系统与物镜系统连接，目镜系统设置有目镜罩、目端保护片、保护片压圈、第一目镜筒、目镜隔圈、第二目镜筒、非球面透镜一、非球面透镜二、非球面透镜三和非球面透镜四，目镜系统由目镜罩作为基座，保护片压圈与目镜罩联接并压紧目端保护片，目镜罩内腔设置第一目镜筒和第二目镜筒，第二目镜筒内部设有目镜光栏，物镜系统与目镜系统之间设有棒状镜组，棒状镜组包括两个相同的棒状镜和安装在每个棒状镜两端的负透镜。本发明结构设计合理、手术使用效果好，能够在0.2bar/134℃高温高压条件下消毒灭菌，避免交叉感染，降低使用成本，方便安全。

Description

一种非球面透镜组硬管内窥镜

技术领域

本发明涉及一种非球面透镜组硬管内窥镜。

背景技术

近年来，中国国家知识产权局专利号为200680022389.3的专利，公开了双非球面型累进折射率透镜的设计方法，具体地说仅用于单件双非球面（比如眼镜片）透镜。也就是其光线只在同种介质中传播，未考虑其它因素对成像质量的影响。假设要求这个单件非球面最够细，厚度又达到一定要求，那么，光线在其中的传播能量就受到严重损失，随着厚度的增加，所成的像也由逐渐模糊到逐渐消失，也就是当达到某一厚度时采用该技术就无法实现。特别是将光学应用到医疗技术领域后，由于人体自然结构的特殊属性，要求光路通过的距离千差万别，而且生理特征对产品的轮廓大小有着特殊的限制，因此，若将该技术应用到医学影像领域，就显得特别不成熟，加之在医学手术治疗中为了控制人体的交叉感染，灭菌过程有着严格的条件要求，为了提高医疗安全保障，一般都采用高温高压的方法进行灭菌，但也人提出一次性医疗器械的概念，目的是为了避免交叉感染，但一方面手术成本较高，患者经济负担加重，另一方面随着消耗的增加所产生的医疗垃圾也就越多，医疗卫生机构的环保成本也比较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种设计结构合理的非球面透镜组硬管内窥镜，能够适应医疗机构在0.2bar/134℃高温高压条件下消毒灭菌，然后能重复使用，避免交叉感染，降低使用成本和产品污染。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该非球面透镜组硬管内窥镜，包括目镜系统、镜座系统和物镜系统，目镜系统与镜座系统连接，镜座系统与物镜系统连接，其特征是目镜系统设置有目镜罩、目端保护片、保护片压圈、第一目镜筒、目镜隔圈、第二目镜筒、非球面透镜一、非球面透镜二、非球面透镜三和非球面透镜四，目镜系统由目镜罩作为基座，保护片压圈通过与目镜罩匹配的螺纹联接并压紧目端保护片，目镜罩内腔设置第一目镜筒和第二目镜筒，第一目镜筒与第二目镜筒通过螺纹联接，非球面透镜一和非球面透镜二固定在一起构成第一非球面透镜组，非球面透镜三和非球面透镜四固定在一起构成第二非球面透镜组，第一非球面透镜组和第二非球面透镜组之间设有目镜隔圈，第二目镜筒内部设有目镜光栏，物镜系统与目镜系统之间设有棒状镜组，棒状镜组包括两个相同的棒状镜和安装在每个棒状镜两端的负透镜。

本发明所述物镜系统设有物端保护片、棱镜座、物镜保护套、棱镜以及物镜一、物镜二、物镜三、物镜四和物镜五5个物镜，物镜系统出光口端设有物端保护片，棱镜座与外管固定连接，棱镜安装在棱镜座内，物镜保护套装在内管中，5个物镜安装在物镜保护套中，物端保护片与外管端部固定联接。

本发明所述物镜系统还设置有物镜隔圈一、物镜隔圈二、物镜隔圈三，物镜二和物镜三胶合构成胶合透镜，物镜一和物镜二之间设置物镜隔圈一，物镜三与物镜四之间设置物镜隔圈二，物镜四与物镜五之间设置物镜隔圈三，物镜一、胶合透镜和物镜四构成正透镜体，负透镜体由物镜五构成。

本发明所述镜座系统以T型三通为基座，T型三通一端与外管固定连接，T型三通与三通接座螺纹连接，三通接座通过螺钉与第二目镜筒连接, 三通接座通过螺钉与弹簧挡圈连接，弹簧挡圈与三通接座之间依次设有弹簧和棒镜压圈，弹簧挡圈与内管固定连接，镜座系统中单向通口处设有光学接口，光学接口与三通螺纹连接。

本发明物端保护片与外管之间、目端保护片与目镜罩之间、外管与三通之间的连接处均采用激光焊接。

本发明棱镜视角采用12⁰、25⁰、30⁰、45⁰和70⁰之一。

本发明光学接口包括导光束接头一，导光束接头一的一端与T型三通螺纹连接，导光束接头一与T型三通之间设置有垫片，外管和内管间填充有光纤丝，导光束接头一与物端保护片之间光导通。

本发明还设置有导光束接头二，导光束接头二两端均与导光束接头一另一端配合。

本发明物端保护片采用蓝宝石材料制成。

本发明棒状镜组中设置有棒状镜隔圈，棒状镜隔圈设置在两个棒状镜之间。

本发明结构设计合理、手术使用效果好，能够在0.2bar/134℃高温高压条件下消毒灭菌，避免交叉感染，降低使用成本，方便安全。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图。

图2为本发明实施例目镜系统结构示意图。

图3为本发明实施例镜座系统结构示意图。

图4为本发明实施例物镜系统结构示意图。

图5为本发明实施例物镜系统棱镜的结构示意图。

图6为图5的左视图。

图7为未加非球面时内窥镜效果示意图。

图8为本发明实施例（加非球面后）的效果示意图。

具体实施方式

参见图1～图8，本发明实施例非球面透镜组硬管内窥镜的目镜系统由目镜罩1作为基座，保护片压圈2通过与目镜罩1匹配的螺纹联接后压紧固定住目端保护片J1，在目镜罩1内腔设置第一目镜筒3和第二目镜筒5，第一目镜筒3和第二目镜筒5通过螺纹副联接，将两组非球面透镜固定，第一非球面透镜组由非球面透镜一J2和非球面透镜二J3胶合而成，第二非球面透镜组由非球面透镜三J4和非球面透镜四J5胶合而成，第一非球面透镜组和第二非球面透镜组设有目镜隔圈4，确保两组非球面透镜组的安装位置，在第二目镜筒5内部设有目镜光栏6，用于拦光和控制通光口径。

本实施例的镜座系统以T型三通12为基座,三通12一端通过焊接连接有外管13，与目镜罩1之间外沿设有护套23；基座内设有经螺纹连接的三通接座11，三通接座11通过螺钉与第二目镜筒5连接, 三通接座11通过螺钉与弹簧挡圈8连接，弹簧挡圈8与三通接座11之间依次设有弹簧9和棒镜压圈10，弹簧挡圈8与内管14焊接连接；镜座系统中单向通口处设有光学接口，光学接口包括导光束接头一21，导光束接头一21一端与三通12螺纹连接，其中间设有垫片20，导光束接头一21与物端保护片25之间光导通。为适应所配用导光束端部可能遇到内或外螺纹结构，可备有导光束接头二22，若导光束接头一21另一端为内螺纹结构，则导光束接头二22两端均采用外螺纹结构，若导光束接头一21另一端为外螺纹结构，则导光束接头二22两端均采用内螺纹结构。

本实施例的物镜系统设有物端保护片25，棱镜座24和装在内管14中的物镜保护套19，物镜隔圈一18，物镜隔圈二17，物镜隔圈三16，棱镜L1，物镜一W1，物镜二W2，物镜三W3，物镜四W4和物镜五W5。物端保护片25设置在物镜系统出光口端，棱镜座24与外管13固定连接，棱镜座24与棱镜L1粘接连接,物镜均安装在物镜保护套19中固定，物端保护片25用于与外管13端部联接，该物端保护片25采用硬度较高的蓝宝石材料，可以有效防止划伤。在物端保护片25后设置的棱镜L1，可以根据实际使用需求视角a设计为12⁰、25⁰、30⁰、45⁰或70⁰，在不改变内窥镜插入人体位置和方向的情况下，使用人员可以看到周向上的组织或器官。

本实施例中物镜采用正负透镜体分离的形式，物镜二W2和物镜三W3胶合后，与物镜一W1及物镜四W4构成正透镜体（物镜前体），负透镜体（物镜后体）由物镜五W5构成，当平行光束入射时，经物镜前体发散后，被物镜后体成像在焦面上。这样，就使得物镜主面向后移出物镜之外，从而获得比焦距长的工作距离。而视场角较大的轴外光束经物镜前体发散后，相对于物镜后体来说视场角变小，从而达到广角的目的。

图4为一内窥镜物镜结构，其中的负透镜体仅由一片物镜五W5组成，正透镜体则由两片单正透镜物镜一W1、物镜四W4和胶合透镜（物镜二W2和物镜三W3）组成，单正透镜和胶合透镜组合不但可以补偿前组的光焦度而且可以在视场角大于78??，相对通光孔径为1/6时能很好的校正像差，并且物端保护片25可以方便的加在正透镜体前，有利于内窥镜使用要求。

本实施例中的透镜（包括非球面透镜一J2、非球面透镜二J3、非球面透镜三J4、非球面透镜四J5、物镜一W1、物镜二W2、物镜三W3、物镜四W4和物镜五W5）均为非球面，这些透镜的非球面表面均有增透膜，起到消除光干涉的作用，所以增加透过的光线，成像更清晰，图像与实物更一致，效果见图8。以往采用球面设计的透镜，使得像差和变形增大，结果出现明显的影像不清，视界歪曲、视野狭小等不良现象，效果见图7。

本实施例外管13和内管14间填充有光纤丝，将光从导光束接头一21中传送至物端保护片25。从而将光照射入手术腔内，经手术部位组织反射，由物镜系统成像后由HOPKINS棒状镜26将像传输至目镜系统，从而使得使用人员能够目视到腔内组织的情况。

本实施例中在物镜系统与目镜系统间传像设有棒状镜组过渡，棒状镜组包括两个相同的HOPKINS棒状镜26、安装在每个棒状镜26两端的负透镜27以及棒状镜隔圈15，棒状镜26长和直径的比可高达10倍，甚至更多。然而在物镜系统和目镜系统之间，传统内窥镜镜使用一系统消色差双胶合透镜来实现传像，本内窥镜使用长型的HOPKINS棒透镜26，优点有：

（1）由于物镜五W5负透镜的介质折射率跟HOPKINS棒状镜26的介质折射率相近，则光线从物镜五W5负透镜进入棒状镜26界面时，光线的损失率很小，因此可以认为其值为零；

（2）由于设有HOPKINS棒透镜26，因此其长度可以做得很长，与以往的透镜体相比，它可以使整个系统的相对孔径角达到1：7；

（3）由于传像系统对称，故传像系统不产生轴上相差，即畸变和正弦差相等，而球差与色差可以由胶合在HOPKINS棒透镜26两端的负透镜27单独校正，像散依赖于棒透镜组的距离变化得以校正。

（4）HOPKINS棒透镜26可以增加内窥镜的光学长度，在相同长度下减少光能损失，选择棒透镜比薄透镜转像系统减少光能损失8倍以上。而像质也有所提高，棒状透镜传像的像散为薄透镜转像系统像散的0.7倍。

（5）HOPKINS棒透镜26可以使主光束被限制在光轴附近，减少光线在透镜间空气对光的发散作用。它还可以降低弥散斑，弥散现象是小口径内窥镜最严重的问题之一，这种结构减少了空气玻璃接触面的数量，像可以在管内传得更远，从而增加了工作距。

（6）HOPKINS棒透镜26装配入内管14也比消色差双胶合透镜组要容易得多。当它们装进管中时也不会倾斜。在棒透镜的设计中，由于间距短，隔离物可做得更薄，其场曲及像散均比传统的薄透镜小的多。这对内窥镜电视显示或内窥摄影来说，成像清晰度将大为提高。

本实例内窥镜在使用过程中会经历一个高温高压的消毒灭菌过程，在内窥镜的出光口端部物端保护片25与外管13之间、目镜系统目端保护片J1与目镜罩1之间、外管13与三通12的连接处均采用激光焊接，可以避免高温高压蒸汽从这几个接口处进入镜体内部，避免了因漏水而导致镜片上雾或图像模糊的现象。传统的内窥镜在这几个部位采用胶合剂粘接，当进行灭菌的时候，因材料的膨胀系数不一致，热胀冷缩导致这几个部位或其中一个部位脱胶，灭菌介质进入内窥镜内部，使其失效而不能使用。

本实施例采用两个非球面透镜组，并用一个平面的目端保护片J1取代平凸透镜的保护玻璃的作用。传统内窥镜根据目镜的视场，考虑相差的校正和目镜最后一面可起保护玻璃作用，故选为平面。

本实施例的光路结构参数可按照现有技术设计。作为一种特例，本发明实施例一组参考参数如下(表格前面的名称为对应列参数名，其中曲率半径包括第一曲率半径和第二曲率半径)：

序号名称曲率半径焦距间隔

1	物镜保护片25	∞	-1.673	-2.25	0.4
						2	物镜一W1	∞	5.462	6.98	13
3	物镜二W2	7.743	-2.866	-6.74	1
						4	物镜三W3	2.866	294.9	4.96	3.5
5	物镜四W4	-3.872	4.673	72.04	4.5
						6	物镜五W5	18.422	-7.5476	-23.6	2
7	棒透镜26	7.5476	7.5476	225	41
						8	胶合透镜（W2、W3）	∞	7.743	4.7	23.02
9	30⁰棱镜L1	∞	5.462	6.98	7.5
						10	70⁰棱镜L1	∞	5.462	6.98	4.75
11	非球面透镜三J4	-18.948	8.495	14.29	3.5
						12	非球面透镜四J5	-8.495	14.846	-27.4	1
13	第二非球面透镜组（J4、J5）	-18.948	14.846	45.28	4.5
						14	非球面透镜一J2	24.86	12.65	10.83	2
15	非球面透镜二J3	-12.65	37.89	-21.87	1
						16	第一非球面透镜组（J2、J3）	24.86	37.89	21.24	3

本发明的有益效果包括：

成像比例协调，效果较好，减少畸变，不失真。

可满足高温高压消毒灭菌要求，降低重复使用交叉感染几率。

适合重复使用，可减低患者的医疗消费和医疗机构使用费用。

本发明技术特征或技术方案的简单变形和组合，应认为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种非球面透镜组硬管内窥镜，包括目镜系统、镜座系统和物镜系统，目镜系统与镜座系统连接，镜座系统与物镜系统连接，其特征是：目镜系统设置有目镜罩、目端保护片、保护片压圈、第一目镜筒、目镜隔圈、第二目镜筒、非球面透镜一、非球面透镜二、非球面透镜三和非球面透镜四，目镜系统由目镜罩作为基座，保护片压圈通过与目镜罩匹配的螺纹联接并压紧目端保护片，目镜罩内腔设置第一目镜筒和第二目镜筒，第一目镜筒与第二目镜筒通过螺纹联接，第一非球面透镜组由非球面透镜一和非球面透镜二胶合而成，第二非球面透镜组由非球面透镜三和非球面透镜四胶合而成，第一非球面透镜组和第二非球面透镜组之间设有目镜隔圈，第二目镜筒内部设有目镜光栏，物镜系统与目镜系统之间设有棒状镜组，棒状镜组包括两个相同的棒状镜和安装在每个棒状镜两端的负透镜，所述物镜系统设有物端保护片、棱镜座、物镜保护套、棱镜以及物镜一、物镜二、物镜三、物镜四和物镜五5个物镜，物镜系统出光口端设有物端保护片，棱镜座与外管固定连接，棱镜安装在棱镜座内，物镜保护套装在内管中，5个物镜安装在物镜保护套中，物端保护片与外管端部固定联接，所述镜座系统以T型三通为基座，T型三通一端与外管固定连接，T型三通与三通接座螺纹连接，三通接座通过螺钉与第二目镜筒连接, 三通接座通过螺钉与弹簧挡圈连接，弹簧挡圈与三通接座之间依次设有弹簧和棒镜压圈，弹簧挡圈与内管固定连接，镜座系统中单向通口处设有光学接口，光学接口与T型三通螺纹连接，物端保护片与外管之间、目端保护片与目镜罩之间、外管与T型三通之间的连接处均采用激光焊接。

2.根据权利要求1所述的非球面透镜组硬管内窥镜，其特征是：所述物镜系统还设置有物镜隔圈一、物镜隔圈二、物镜隔圈三，物镜二和物镜三胶合构成胶合透镜，物镜一和物镜二之间设置物镜隔圈一，物镜三与物镜四之间设置物镜隔圈二，物镜四与物镜五之间设置物镜隔圈三，物镜一、胶合透镜和物镜四构成正透镜体，负透镜体由物镜五构成。

3.根据权利要求1或2所述的非球面透镜组硬管内窥镜，其特征是：棱镜视角采用12⁰、25⁰、30⁰、45⁰和70⁰之一。

4.根据权利要求1或2所述的非球面透镜组硬管内窥镜，其特征是：光学接口包括导光束接头一，导光束接头一的一端与T型三通螺纹连接，导光束接头一与T型三通之间设置有垫片，外管和内管间填充有光纤丝，导光束接头一与物端保护片之间光导通。

5.根据权利要求4所述的非球面透镜组硬管内窥镜，其特征是：还设置有导光束接头二，导光束接头二两端均与导光束接头一另一端配合。

6.根据权利要求1或2所述的非球面透镜组硬管内窥镜，其特征是：物端保护片采用蓝宝石材料制成。

7.根据权利要求1或2所述的非球面透镜组硬管内窥镜，其特征是：棒状镜组中设置有棒状镜隔圈，棒状镜隔圈设置在两个棒状镜之间。