CN103760658A

CN103760658A - 硬管内窥镜物镜

Info

Publication number: CN103760658A
Application number: CN201410036161.6A
Authority: CN
Inventors: 杜吉; 杨继兴; 庄嘉兴; 李婷; 史宣
Original assignee: 8358 Research Institute of 3th Academy of CASC
Current assignee: 8358 Research Institute of 3th Academy of CASC
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明属于硬管内窥镜技术领域，具体涉及一种硬管内窥镜物镜。本发明的硬管内窥镜物镜沿光线传播方向自前而后依次包括平凹透镜、转向棱镜、平凸透镜和后续胶合透镜；所述平凹透镜、转向棱镜和平凸透镜三者胶合为一体。本发明解决了现有医用硬管内窥镜物镜采用分立式半五角棱镜作为转向棱镜，光能透过率低、图像对比度差，装校困难的技术问题。本发明采用相胶合的三块棱镜作为转向棱镜，转向棱镜内镀高反射率的银膜或多层介质膜，显著提高了系统光能透过率；转向棱镜和平凸透镜设有光阑，有效改善了图像对比度和分辨率；且装配时不需要调整棱镜位置和角度，装配工艺性好。

Description

硬管内窥镜物镜

技术领域

本发明属于硬管内窥镜技术领域，具体涉及一种硬管内窥镜物镜。

背景技术

用于工业领域、医学领域和微创手术立体内窥镜领域的硬管内窥镜光学系统包括图1所示三部分：硬管内窥镜物镜、硬管内窥镜光学转像系统和硬管内窥镜目镜。其中，硬管内窥镜物镜对物成倒像；硬管内窥镜光学转像系统对物镜所成的像重新1:1成像，经多次重新聚焦和转像之后最终在硬管内窥镜目镜物方焦面上成正立的实像，使硬管内窥镜的光学长度满足硬管内窥镜工作长度要求；观察者通过硬管内窥镜目镜观察正立实像。

硬管内窥镜有观察方向和内窥镜光学系统光轴方向相同的直视内窥镜，通常称为视像角0°的内窥镜，还有观察方向和内窥镜工作长度方向成一定角度的斜视硬管内窥镜，如视向角12°、30°、45°、70°、90°的硬管内窥镜。腹腔镜微创手术时通常使用视向角12°的硬管内窥镜，用于手术机器人的微创手术立体内窥镜视向角通常为30°。为了改变内窥镜的观察方向，硬管内窥镜物镜中设有用于改变光线传播方向的转向棱镜。

图2所示为现有技术中硬管内窥镜物镜结构示意图，其沿光线传播方向依次包括保护镜片、平凹透镜、转向棱镜、平凸透镜和后续胶合透镜。其中，所述转向棱镜作为分立元件，采用一块完整的半五角棱镜，通过棱镜镜托加以定位。采用分立式半五角棱镜作为转向棱镜的不足体现在以下方面：棱镜镜托占据空间大，由于硬管内窥镜光学通道直径仅在1～10mm左右，机械加工精度很难保证内窥镜光学系统设计时所要求的位置精度和角度精度；由于转向棱镜的两个镀有反射膜的表面裸露在空气中，不能镀高反射率的银膜，导致棱镜光能透过率低；装配和调整转向棱镜时容易划伤转向棱镜的两个镀有反射膜的表面，进一步降低光能透过率；转向棱镜的半五角棱镜结构无法在棱镜内镀光阑，易导致鬼像，降低图像对比度；由于平凹透镜和转向棱镜分立设置，密封时密封胶容易流到转向棱镜通光表面。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有医用硬管内窥镜物镜采用分立式半五角棱镜作为转向棱镜，光能透过率低、图像对比度差，装校困难。

本发明的技术方案如下所述：

一种硬管内窥镜物镜，沿光线传播方向自前而后依次包括平凹透镜、转向棱镜、平凸透镜和后续胶合透镜；所述平凹透镜、转向棱镜和平凸透镜三者胶合为一体。

作为优选方案：所述转向棱镜包括沿光线传播方向自前而后相胶合的第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，第二棱镜的前表面和后表面，即第二棱镜与第一棱镜的胶合面和第二棱镜与第三棱镜的胶合面，分别镀有内反射膜，使光线传播满足以下条件：通过平凹透镜的光线以垂直于第一棱镜前表面的方向入射转向棱镜；光线沿直线穿过第一棱镜、第一棱镜与第二棱镜的胶合面和第二棱镜，被第二棱镜与第三棱镜胶合面的内反射膜反射至第二棱镜与第一棱镜的胶合面，继而被第二棱镜与第一棱镜胶合面的内反射膜反射至第二棱镜与平凸透镜的胶合面，且平凸透镜入射光线方向与平凸透镜光轴方向重合。

作为优选方案：所述第二棱镜与第一棱镜胶合面的内反射膜、第二棱镜与第三棱镜胶合面的内反射膜采用银反射膜或其他高反射率的多层介质膜。

作为优选方案：第二棱镜与第一棱镜胶合面的内反射膜设有能透光的狭缝或小孔。

作为优选方案：转向棱镜的入射光线与转向棱镜的出射光线方向角度变化范围为10°～40°。

作为优选方案：所述平凹透镜的数量为1片或2片。

作为优选方案：所述平凸透镜与转向棱镜的胶合面镀有中心透光、边缘不透光的小孔光阑。

作为优选方案：平凹透镜前设有保护玻璃。

作为优选方案：转向棱镜的整个外表面镀有增透膜。

本发明的有益效果为：

（1）本发明的硬管内窥镜物镜，转向棱镜采用三块棱镜胶合而成，转向棱镜内镀高反射率的银膜或多层介质膜，显著提高系统光能透过率；

（2）本发明的硬管内窥镜物镜，转向棱镜和平凸透镜设有光阑，能够有效消除系统杂散光和鬼像，提高图像对比度和分辨率；

（3）本发明的硬管内窥镜物镜，平凹透镜、转向棱镜和平凸透镜三者胶合为一体，以平凸透镜的光轴为基准磨外圆，形成一个配合用圆柱面，其胶合件外圆的圆柱面尺寸与镜管实现小间隙滑配，提高了密封防水的可靠性、耐高温灭菌耐性；此外，三者胶合为一体的设计不需再使用棱镜镜托固定转向棱镜，转向棱镜位置精度在光学加工过程中保证，装配时不需要调整棱镜位置和角度，装配工艺性好；

（4）本发明的硬管内窥镜物镜，装配简单、调整便捷，极大提高了产品图像质量和技术附加值。

附图说明

图1为硬管内窥镜光学系统示意图；

图2为现有技术中采用整块半五角棱镜作为分立式转向棱镜的硬管内窥镜物镜结构示意图；

图3为本发明的硬管内窥镜物镜结构示意图；

图4（a）为转向棱镜组件分解示意图；

图4（b）为光线在转向棱镜的第二棱镜中的传播示意图；

图4（c）为转向棱镜光阑示意图；

图5（a）为平凸透镜主视图；

图5（b）为平凸透镜左视图。

图中，1-平凹透镜，2-转向棱镜，3-平凸透镜，4-第一后续胶合透镜，5-第二后续胶合透镜，21-第一棱镜，22-第二棱镜，23-第三棱镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的硬管内窥镜物镜进行详细说明。

实施例1

如图3所示，本实施例的硬管内窥镜物镜沿光线传播方向自前而后依次包括平凹透镜1、转向棱镜2、平凸透镜3和一组或两组后续胶合透镜，平凹透镜1、转向棱镜2和平凸透镜3三者胶合为一体。

所述平凹透镜1通过其负光焦度，达到加大视场角、后工作距和提高边缘视场光能的效果。平凹透镜1的数量可以为1片或2片：1片平凹透镜1适用于小视场角光学系统；沿光路方向前后排列的2片平凹透镜1适用于大视场光学系统。

如图4所示，所述转向棱镜2包括沿光线传播方向自前而后相胶合的第一棱镜21、第二棱镜22和第三棱镜23，第二棱镜22的前表面和后表面，即第二棱镜22与第一棱镜21的胶合面和第二棱镜22与第三棱镜23的胶合面，分别镀有内反射膜，使光线传播满足以下条件：通过平凹透镜1的光线以垂直于第一棱镜21前表面的方向入射转向棱镜2；光线沿直线穿过第一棱镜21、第一棱镜21与第二棱镜22的胶合面和第二棱镜22，被第二棱镜22与第三棱镜23胶合面的内反射膜反射至第二棱镜22与第一棱镜21的胶合面，继而被第二棱镜22与第一棱镜21胶合面的内反射膜反射至第二棱镜22与平凸透镜3的胶合面，且平凸透镜3入射光线方向与平凸透镜3光轴方向重合。转向棱镜2的入射光线，即第一棱镜21的入射光线，与转向棱镜2的出射光线，即第二棱镜22射入平凸透镜3的出射光线，方向角度变化范围可以为10°～40°。

所述第二棱镜22与第一棱镜21胶合面的内反射膜、第二棱镜22与第三棱镜23胶合面的内反射膜可以采用反射率高达99%的银反射膜，也可以采用其他高反射率的多层介质膜。其中，第二棱镜22与第一棱镜21胶合面的内反射膜设有图4所示能透光的狭缝或小孔，起到光阑的作用，消除像面处的杂散光，提高图像分辨率和图像对比度。通常银反射膜裸露在空气中会被氧化，反射率下降，是无法使用的，本实施例的转向棱镜2将镀膜面密封在胶合面中，既可以防止氧化，又可以防止在装配过程中划伤内反射膜，能够大幅度提高内窥镜的光能透过率。

如图5所示，所述平凸透镜3与转向棱镜2的胶合面镀有中心透光、边缘不透光的小孔光阑，进一步吸收第二棱镜22出射光线的杂散光，提高图像分辨率和对比度。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：在平凹透镜1前，还设有保护玻璃。本实施例中，采用经抛光的蓝宝石平板作为保护玻璃。

实施例3

本实施例与上述两个实施例的区别在于：转向棱镜2的整个外表面镀有增透膜。

Claims

1.一种硬管内窥镜物镜，沿光线传播方向自前而后依次包括平凹透镜（1）、转向棱镜（2）、平凸透镜（3）和后续胶合透镜，其特征在于：所述平凹透镜（1）、转向棱镜（2）和平凸透镜（3）三者胶合为一体。

2.根据权利要求1所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：所述转向棱镜（2）包括沿光线传播方向自前而后相胶合的第一棱镜（21）、第二棱镜（22）和第三棱镜（23），第二棱镜（22）的前表面和后表面，即第二棱镜（22）与第一棱镜（21）的胶合面和第二棱镜（22）与第三棱镜（23）的胶合面，分别镀有内反射膜，使光线传播满足以下条件：通过平凹透镜（1）的光线以垂直于第一棱镜（21）前表面的方向入射转向棱镜（2）；光线沿直线穿过第一棱镜（21）、第一棱镜（21）与第二棱镜（22）的胶合面和第二棱镜（22），被第二棱镜（22）与第三棱镜（23）胶合面的内反射膜反射至第二棱镜（22）与第一棱镜（21）的胶合面，继而被第二棱镜（22）与第一棱镜（21）胶合面的内反射膜反射至第二棱镜（22）与平凸透镜（3）的胶合面，且平凸透镜（3）入射光线方向与平凸透镜（3）光轴方向重合。

3.根据权利要求2所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：所述第二棱镜（22）与第一棱镜（21）胶合面的内反射膜、第二棱镜（22）与第三棱镜（23）胶合面的内反射膜采用银反射膜或其他高反射率的多层介质膜。

4.根据权利要求2所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：第二棱镜（22）与第一棱镜（21）胶合面的内反射膜设有能透光的狭缝或小孔。

5.根据权利要求1或2所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：转向棱镜（2）的入射光线与转向棱镜（2）的出射光线方向角度变化范围为10°～40°。

6.根据权利要求1或2所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：所述平凹透镜（1）的数量为1片或2片。

7.根据权利要求1或2所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：所述平凸透镜（3）与转向棱镜（2）的胶合面镀有中心透光、边缘不透光的小孔光阑。

8.根据权利要求1或2所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：平凹透镜（1）前设有保护玻璃。

9.根据权利要求1或2所述的硬管内窥镜物镜，其特征在于：转向棱镜（2）的整个外表面镀有增透膜。