CN103226235A - 双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统 - Google Patents

双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，排列有四组五片光学镜片，依次为：第一组，为一片负弯月形透镜，凹面在左侧；第二组，为一片双凸透镜，曲率绝对值小的在左侧；第三组，为由凸透镜和凹透镜胶合的双胶合透镜组，凸透镜的曲率绝对值小的在左侧，凹透镜的曲率绝对值小的在左侧；第四组，为一片平凸透镜，凸面在左侧。所述双波段光传输窥镜镜头光学系统具有较强的集光能力，可使该镜头在较暗环境中获得清晰图像。

Description

双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统
技术领域
本发明涉及双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，能够应用于工业、安防、医疗等行业，用于对物体内部精细结构观察。
背景技术
目前的窥镜镜头主要问题：（1）相对孔径小，集光能力弱，无法在较暗环境中获得清晰图像；（2）仅能用于可见波段，无法实现近红外波段观察；（3）体积较大，在空间受限条件下难以应用。窥镜镜头存在的上述问题不能满足在工业、安防、医疗等行业对物体内部精细结构进行观察的需求。为了满足上述需求，需要提供一种体积小巧的大数值孔径，集光能力强的窥镜镜头，以使其可在较暗环境中获得清晰图像，并且该镜头通光波段最好为可见光、近红外双波段，满足夜间条件下的使用需求。
发明内容
本发明的目的为提供一种满足上述需求的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统。
本发明提供的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，排列有四组五片光学镜片，依次为：
第一组，为一片负弯月形透镜，凹面在左侧；
第二组，为一片双凸透镜，曲率绝对值小的在左侧；
第三组，为由凸透镜和凹透镜胶合的双胶合透镜组，凸透镜的曲率绝对值小的在左侧，凹透镜的曲率绝对值小的在左侧；
第四组，为一片平凸透镜，凸面在左侧。
优选地，所述五片光学镜片的光焦度绝对值比依次为24.28：3.40：1.97：1：3.68，窥镜系统焦距为2.68mm。
优选地，所述五片光学镜片的焦距依次为-28.53mm、3.99mm、2.32mm、-1.17mm、4.32mm。
优选地，所述五片光学镜片的材料依次为N-LASF40、ZLAF1、LAK5、ZF7、ZLAF2。
优选地，五片光学镜片均在两面镀480nm～900nm宽带增透膜。
优选地，所述四组光学镜片的中心距分别为0.03mm、0.03mm、0.026mm，所述四组光学镜片的同轴中心偏差都为±0.05mm。
优选地，所述双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统设置有光阑，所述光阑到所述负弯月形透镜的中心距离为0.09mm。
所述双波段光传输窥镜镜头光学系统基于光学成像理论，通过光学镜面面形优化，并选取适当材料，减小了镜头光学系统对可见光波段与近红外波段的成像色差，使其在两个波段范围内均有良好的成像质量。同时，设计中尽可能的控制了其它像差，使该镜头在全视场为2ω=55°的范围内，弥散圆直径小于2.5μm，接近衍射极限。
该系统相对孔径达到1/2.68，具有较强的集光能力，可使该镜头在较暗环境中获得清晰图像。
附图说明
图1双波段光传输窥镜镜头光学系统组成。
图2成像光线追迹图。
1：负弯月形透镜，2：双凸透镜，3-1：凸透镜，3-2：凹透镜，4：平凸透镜。
具体实施方式
本发明的双波段光传输窥镜镜头光学系统的一个实施例的基本结构如图1所示，该光学系统包含四组五片光学镜片，依次为：
第一组，为一片负弯月形透镜1，凹面在左侧，焦距为-28.53mm，材料为N-LASF40；
第二组，为一片双凸透镜2，曲率绝对值小的在左侧，焦距为3.99mm，材料为ZLAF1；
第三组，为由凸透镜3-1和凹透镜3-2胶合的双胶合透镜组，该胶合组起消色差作用，凸透镜3-1的曲率绝对值小的在左侧，焦距为2.32mm，材料为LAK5，凹透镜3-2的曲率绝对值小的在左侧，焦距为-1.17mm，材料为ZF7；该胶合透镜组的焦距为-5.68mm；
第四组，为一片平凸透镜4，凸面在左侧，焦距为4.32mm，材料为ZLAF2。
四组镜片的中心距分别为0.03mm、0.03mm、0.026mm，其中光阑到第一片的中心距离为0.09mm。四组光学元件的同轴中心偏差都为±0.05mm。
五片光学镜片两面均对480nm～900nm镀宽带增透膜，单面透过率>98.5%。
4组镜片光焦度绝对值比依次为24.28:3.40:1.97:1:3.68。入射光经该光学系统成像于镜组4的右端面，该端面可直接粘接光纤将图像传输入光纤中。该内窥镜光学系统的参数为：最大视场55°，通光波段为480nm～900nm，涵盖了可见光及近红外波段；窥镜全视场像高最大直径为2.64mm；系统焦距2.68mm；相对孔径：D/f′=1/2.68；全视场角：2w=55°；其光学后截距L′=0mm；镜头光学系统总长L=7.54mm；镜头最大镜片口径￠=2.64mm。
图2给出了双波段光传输窥镜镜头光学系统的光线追迹图。最边缘入射下光线与光轴的正夹角为27.5°，凹透镜3-2右边缘部分磨成平台，其它透镜相应做保护性倒角，透镜之间的距离由压圈固定。
该系统基于光学成像理论，通过光学镜面面形优化，并选取适当材料，减小了镜头光学系统对可见光波段与近红外波段的成像色差，使其在两个波段范围内均有良好的成像质量。同时，设计中尽可能的控制了其它像差，使该镜头在全视场为2ω=55°的范围内，弥散圆直径小于2.5μm，接近衍射极限。

Claims (7)

1.双波段光纤传输内窥镜镜子头光学系统，其特征在于，排列有四组五片光学镜片，依次为：
第一组，为一片负弯月形透镜，凹面在左侧；
第二组，为一片双凸透镜，曲率绝对值小的在左侧；
第三组，为由凸透镜和凹透镜胶合的双胶合透镜组，凸透镜的曲率绝对值小的在左侧，凹透镜的曲率绝对值小的在左侧；
第四组，为一片平凸透镜，凸面在左侧。
2.如权利要求1所述的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，其特征在于，所述五片光学镜片的光焦度绝对值比依次为24.28：3.40：1.97：1：3.68，窥镜系统焦距为2.68mm。
3.如权利要求1或2所述的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，其特征在于，所述五片光学镜片的焦距依次为-28.53mm、3.99mm、2.32mm、-1.17mm、4.32mm。
4.如权利要求3所述的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，其特征在于，所述五片光学镜片的材料依次为N-LASF40、ZLAF1、LAK5、ZF7、ZLAF2。
5.如权利要求4所述的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，其特征在于，五片光学镜片均在两面镀480nm～900nm宽带增透膜。
6.如权利要求3所述的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，其特征在于，所述四组光学镜片的中心距分别为0.03mm、0.03mm、0.026mm，所述四组光学镜片的同轴中心偏差都为±0.05mm。
7.如权利要求6所述的双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统，其特征在于，所述双波段光纤传输内窥镜镜头光学系统设置有光阑，所述光阑到所述负弯月形透镜的中心距离为0.09mm。
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