CN102768396A - 一种医用内窥镜超广角型摄像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医用内窥镜超广角型摄像镜头，从物侧至像侧依次包括：两面均凸向物方且光焦度为负的弯月型的第一透镜光阑以及双面皆凸且光焦度为正的第二透镜，其中，满足下列的条件：（1）4＜T/f＜6，其中，T为所述第一透镜靠近物侧表面顶点到成像面的距离，f为本医用内窥镜超广角型镜头的焦距。本发明的内窥镜超广角型摄像镜头，具有视场角大，小型化，低成本以及高分辨率的优点，视场角在120°左右条件下的像质高，最近成像距离可达2.8mm，满足医用内窥镜大视场、小型化和高分辨率要求。此外，第一透镜和第二透镜均采用塑料制成，且由同一种塑料制成，可简化制作工艺、降低成本，适宜批量生产。

Description

一种医用内窥镜超广角型摄像镜头
技术领域
本发明涉及医用设备技术领域，特别是涉及一种医用内窥镜超广角微型摄像镜头。
背景技术
医用内窥镜摄像系统，在过去的两百多年的时间了经历了硬式内镜阶段，半屈式内镜阶段和电子内镜时代。目前国内生产的医用内窥镜摄像系统存在着视场角较小的缺点，视场角一般都在100°以内，且大都采用球面镜片设计，不仅镜片数量多、外型尺寸大，且很难兼顾景深和分辨率等光学性能的要求等缺点。国外生产的医用内窥镜虽然视场角可达120°，并采用了非球面镜片设计，但透镜数量大都在三片以上的，镜头组件体积大、成本相对高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医用内窥镜超广角微型摄像镜头，视场角较大，镜片数量少，体积小，大大节约了制造成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种医用内窥镜超广角微型摄像镜头，从物侧至像侧依次包括：两面均凸向物方且光焦度为负的弯月型的第一透镜光阑以及双面皆凸且光焦度为正的第二透镜，其中，满足条件：4＜T/f＜6，其中，T为所述第一透镜靠近物侧表面顶点到成像面的距离，f为本医用内窥镜超广角型镜头的焦距。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述的第一透镜的满足下列的条件：（1）1.05＜f1/f＜1.5和条件式（2）8＜R1/R2＜12，其中f1表示所述第一透镜焦距的绝对值，R1表示所述第一透镜靠近物侧的表面的曲率半径，R2表示所述第一透镜靠近成像面的表面的曲率半径。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述光阑远离所述第一透镜，并靠近所述第二透镜，且满足下列的条件: d0＜0.1，其中的d0表示所述光阑到所述第二透镜靠近成物侧的表面顶点的距离。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述的第二透镜满足下列的条件：（1）1.0＜f2/f＜1.3；（2）1.5＜R3/R4＜2.5，其中f2为所述第二透镜的焦距，R3为所述第二透镜靠近物方的表面的曲率半径；R4为第二透镜靠近成像面的表面的曲率半径的绝对值。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述的第一透镜的两个面为非球面并采用塑料材料制成。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述的第一透镜由非晶型聚烯烃材料制成。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述的第二透镜的两个面为非球面并采用塑料材料制成。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述的第二透镜采用透镜由非晶型聚烯烃材料制成。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，采样频为160lp/mm，0.8视场以内的光学传递函数均大于0.35，视场角在120°时，最近成像距离可达2.8mm。
上述医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其中，所述第一透镜和所述第二透镜的最大通光直径为φ1.3mm。
本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，具有视场角大，小型化，低成本以及高分辨率的优点，满足医用内窥镜大视场、小型化和高分辨率要求。此外，第一透镜和第二透镜均采用塑料制成，且由同一种塑料制成，可简化制作工艺、降低成本，适宜批量生产。
附图说明
图1是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头的结构示意图；
图2是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例一的光路示意图；
图3是图2所示本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头图2所示的本发明实施例一的轴上点球差色差曲线图；
图4A是图2所示的本发明医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例一的像散场曲线图；
图4B是图2所示的本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例一的畸变曲线图；
图5是图2所示的本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例一的对应频率为80LP/mm的离焦光学传递函数曲线；
图6是图2所示的本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例一的对应最高频率为160LP/mm的全频光学传递函数（MTF）曲线图；
图7是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例二的轴上点球差色差曲线图；
图8A是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例二的像散场曲线图；
图8B是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例二的畸变曲线图；
图9是是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例二的对应频率为80LP/mm的离焦光学传递函数曲线。
图10是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例二的对应最高频率为160LP/mm的全频光学传递函数（MTF）曲线图。
图11是是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例三的的轴上点球差色差曲线图。
图12A是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例三的像散场曲曲线图；
图12B是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例三的畸变曲线图；
图13是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例三的对应频率为80LP/mm的离焦光学传递函数曲线。
图14是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头实施例三的对应最高频率为160LP/mm的全频光学传递函数（MTF）曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头做进一步详细的说明。
请参见图1和图2所示，其中，图1是本发明的医用内窥镜超广角微型摄像镜头的结构示意图；图2是本发明的超广角微型摄像系统实施例一的光路示意图。光线从物侧方向入射，经过双面皆凸向物方的弯月型第一透镜10，靠近第二透镜的光阑20和双面皆凸的第二透镜30，会聚后经过保护玻璃40到像面接收器50。
请参照图3至图14。下述每个实施例中，第一透镜10的第一表面、第二表面和第二透镜30的第三表面、第四表面均采用非球面设计，非球面的面型表达式为：
Figure 2011101124900100002DEST_PATH_IMAGE001
其中，C为曲面顶点的曲率，K为二次曲面系数，
Figure 783123DEST_PATH_IMAGE002
为从光轴到透镜表面的高度，A4到A12依次为对应的高次曲面系数。
实施例一:
本发明的实施例一满足表1和表2的条件:
表 1
表 2
Figure 261116DEST_PATH_IMAGE004
在本实施例中，其轴上点球差色差、场曲与畸变、离焦光学传递函数和全频光学传递函数曲线图分别如图3到图6所示，由图上可以看出，上述像差、场曲、色差和全频光学传递函数（MTF）都能得到很好地校正。
实施例二:
实施例二满足表3和表4的条件，其中，第一透镜10和第二透镜30所用材料亦为Zeonex E48R。
表 3
表 4
Figure 853902DEST_PATH_IMAGE006
在本实施例二中，其轴上点球差色差、场曲与畸变、离焦光学传递函数和全频光学传递函数曲线图分别如图7到图10所示，由图上可以看出，上述像差、场曲、色差和全频光学传递函数（MTF）都也都得到了很好地校正。
实施例三:
第三实施例满足表5和表6的条件，第一透镜10和第三透镜30所用材料为Zeonex 480R。
表 5
Figure 2011101124900100002DEST_PATH_IMAGE007
表 6
Figure 373745DEST_PATH_IMAGE008
本实施例三，其轴上点球差色差、场曲与畸变、离焦光学传递函数和全频光学传递函数曲线图分别如图3到图6所示，由图上可以看出，其像差、场曲、色差和全频光学传递函数（MTF）都能得到很好地校正。
表7 列举的是上述三个实施例所对应的光学特性，包括焦距、孔径、视场角以及上述条件式（1）到（6）所对应的数值。其中，三个实施例中的第一透镜10和第二透镜30均采用日本瑞翁公司（Zeon）的非晶型聚烯烃材料Zeonex（牌号为E48R或480R）制成。
表 7
Figure 2011101124900100002DEST_PATH_IMAGE009
综上所述，本发明内窥镜超广角微型摄像镜头在满足一定条件式的前提下，可实现整个光学系统的小型化，其物镜最大通光直径为φ1.3mm左右、视场角可达在120°，在采样频为160lp/mm，0.8视场以内的光学传递函数均大于0.35，最近成像距离可达2.8mm，满足了医用内窥镜大视场、小型化和高分辨率要求。此外，系统中第一和第二透镜均采用塑料制成，且由同一种塑料制成，可简化制作工艺、降低成本，适宜批量生产。
应当指出的是，上述内容只是本发明的最佳实施方式的列举，其中未尽详细描述的部分，应该理解为用本技术领域的一般方式予以实施。同时，对于本领域的一般技术人员来说，在不偏离本发明的精神范畴内对本发明所做的等效变换和修饰，都将落入本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种医用内窥镜超广角微型摄像镜头，从物侧至像侧依次包括：两面均凸向物方且光焦度为负的弯月型的第一透镜光阑以及双面皆凸且光焦度为正的第二透镜，其特征在于，满足条件：4＜T/f＜6，其中，T为所述第一透镜靠近物侧表面顶点到成像面的距离，f为本医用内窥镜超广角型镜头的焦距。
2.如权利要求1所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述的第一透镜的满足下列的条件：（1）1.05＜f1/f＜1.5和条件式（2）8＜R1/R2＜12，其中f1表示所述第一透镜焦距的绝对值，R1表示所述第一透镜靠近物侧的表面的曲率半径，R2表示所述第一透镜靠近成像面的表面的曲率半径。
3.如权利要求1所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述光阑远离所述第一透镜，并靠近所述第二透镜，且满足下列的条件: d0＜0.1，其中的d0表示所述光阑到所述第二透镜靠近成物侧的表面顶点的距离。
4.如权利要求1所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述的第二透镜满足下列的条件：（1）1.0＜f2/f＜1.3；（2）1.5＜R3/R4＜2.5，其中f2为所述第二透镜的焦距，R3为所述第二透镜靠近物方的表面的曲率半径；R4为第二透镜靠近成像面的表面的曲率半径的绝对值。
5.如权利要求1所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述的第一透镜的两个面为非球面并采用塑料材料制成。
6.如权利要求5所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述的第一透镜由非晶型聚烯烃材料制成。
7.如权利要求1所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述的第二透镜的两个面为非球面并采用塑料材料制成。
8.如权利要求7所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述的第二透镜采用透镜由非晶型聚烯烃材料制成。
9.如权利要求1所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，采样频为160lp/mm，0.8视场以内的光学传递函数均大于0.35，视场角在120°时，最近成像距离可达2.8mm。
10.如权利要求1所述的医用内窥镜超广角微型摄像镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜的最大通光直径为φ1.3mm。
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