CN106842518B

CN106842518B - 内窥用摄像物镜光学系统

Info

Publication number: CN106842518B
Application number: CN201710125040.2A
Authority: CN
Inventors: 蒋千年; 涂小芹; 涂孝洲
Original assignee: Dongguan Yuguang Photoelectric Technology Co ltd
Current assignee: Dongguan Yuguang Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: CN106842518A

Abstract

本发明公开了一种内窥用摄像物镜光学系统，自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜、光阑和具有正光焦度的第二透镜，其特征在于，满足以下条件式：f/H(L1r1)<2.8；H(L1r1)/IMH<0.6；TTL/f<4；BF/f>1.5；其中，f是内窥用摄像物镜光学系统的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高，TTL是第一透镜在光轴上的物侧面到芯片感光面的距离，BF是第二透镜在光轴上的像侧面到芯片感光面的距离。本发明提供的内窥用摄像物镜光学系统，具有视场广角大和结构紧凑的特点。

Description

内窥用摄像物镜光学系统

技术领域

本发明涉及一种物镜光学系统，具体地说，涉及一种内窥用摄像物镜光学系统。

背景技术

内窥镜是一种医疗光学仪器，由体外经过人体自然腔道送入体内，对体内疾病进行检查，可以直接观察到脏器内腔病变，确定其部位、范围，并可进行照相、活检或刷片，大大的提高了癌的诊断准确率，并可进行某些微创手术治疗。

为了更大程度减轻患者的痛苦，缩短手术后康复的时间，减轻医生的工作，提高可视化和科学数据化判断的诊断水平，则需要更进一步地减小内窥镜摄像系统并提高其成像拍摄效果，因此研究和使用更大拍摄视野、更小更清晰的内窥摄像用物镜光学系统成为技术上的课题。

中国专利文献CN102768396A公开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，且满足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，具有视场角大、低成本和高分辨率的优点，然而，结构还不够紧凑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内窥用摄像物镜光学系统，具有视场广角大和结构紧凑的特点。

本发明公开的内窥用摄像物镜光学系统所采用的技术方案是:

一种内窥用摄像物镜光学系统，自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜、光阑和具有正光焦度的第二透镜，其特征在于，满足以下条件式：

f/H(L1r1)<2.8；

H(L1r1)/IMH<0.6；

TTL/f<4；

BF/f>1.5；

其中，f是内窥用摄像物镜光学系统的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高，TTL是第一透镜在光轴上的物侧面到芯片感光面的距离，BF是第二透镜在光轴上的像侧面到芯片感光面的距离。

作为优选方案，所述第一透镜满足以下条件式：

-1.55<f/f1<-0.7；

其中，f1为第一透镜的焦距。

作为优选方案，所述第一透镜还满足以下条件式：

Nd1>1.45；

其中，Nd1为第一透镜的折射率。

作为优选方案，所述第二透镜满足以下条件式：

0.9<f/f2<1.3；

其中，f2为第二透镜的焦距。

作为优选方案，所述第二透镜还满足以下条件式：

Nd2>1.45；

其中，Nd2为第二透镜的折射率。

作为优选方案，所述第一透镜和第二透镜还满足以下条件式：

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.01；

其中，V1为第一透镜的阿贝数，V2为第二透镜的阿贝数。

作为优选方案，所述第一透镜由塑料材料构成，且具有至少一面的非球面。

作为优选方案，所述第二透镜由塑料材料构成，且具有至少一面的非球面。

本发明公开的内窥用摄像物镜光学系统的有益效果是：

通过条件式f/H(L1r1)<2.8对物镜光学系统的焦距进行限定，更好地实现广角化，条件式H(L1r1)/IMH<0.8通过对常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度H(L1r1)与常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高IMH之间的比值进行限定，在实现小口径化的前提下，优化像面弯曲，并对轴外相差进行抑制，通过条件式TTL/f<4和BF/f>1.5对第一透镜在光轴上的物侧面到芯片感光面的距离以及第二透镜在光轴上的像侧面到芯片感光面的距离进行限定，使内窥用摄像物镜光学系统结构紧凑且便于安装，本发明提供的物镜光学系统，具有视场广角大和结构紧凑的特点。

附图说明

图1是本发明内窥用摄像物镜光学系统实施例一的结构示意图；

图2是本发明内窥用摄像物镜光学系统实施例一的像差曲线示意图；

图3是本发明内窥用摄像物镜光学系统实施例二的结构示意图；

图4是本发明内窥用摄像物镜光学系统实施例二的像差曲线示意图；

图5是本发明内窥用摄像物镜光学系统实施例三的结构示意图；

图6是本发明内窥用摄像物镜光学系统实施例三的像差曲线示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:

一种内窥用摄像物镜光学系统，自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组、光阑、具有正光焦度的第二透镜组、滤光片、平板玻璃和传感器感光面。所述滤光片主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃主要保护传感器的感光面。

所述第一透镜组由具有负光焦度的第一透镜构成，第二透镜组由具有正光焦度的第二透镜构成。

通过设置下述条件式(1)、(2)、(3)和(4)，实现内窥用摄像物镜光学系统的小径化、视场广角大和结构紧凑。

f/H(L1r1)<2.8；(1)

H(L1r1)/IMH<0.8；(2)

TTL/f<4；(3)

BF/f>1.5；(4)

条件式(1)限定了内窥用摄像物镜光学系统的焦距，若内窥用摄像物镜光学系统的焦距过长，光焦度过弱，聚焦能力不足，广角化难实现。

条件式(2)限定了内窥用摄像物镜光学系统的第一透镜的光学有效口径。一般公知，成像芯片的大小很大程度决定内窥镜的直径，为了不断地实现小口径，最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度H(L1r1)决定了透镜口径的大小，也就是决定了内窥用摄像物镜光学系统的物理口径，H(L1r1)/IMH小于一定值，则可实现内窥用摄像物镜光学系统的小口径化。

条件式(3)限定了第一透镜的物侧面到芯片在光轴上的距离，使内窥用摄像物镜光学系统结构紧凑。条件式(4)限定了第二透镜的像侧面到芯片在光轴上的距离，使第二透镜的像侧面到芯片之间具有足够的距离，便于安装。

进一步地，-1.55<f/f1<-0.7；(5)

通过合理配置第一透镜的弱光焦度，使其充分折转轴外光线的同时不会带入额外增加的像差，特别是轴外视场的场曲像差，倘若配置第一透镜的光焦度太强，则会加大第二透镜像差校正的负担，致使内窥用摄像物镜光学系统更复杂。

进一步地，优选内窥用摄像物镜光学系统第一透镜满足以下条件式：

Nd1>1.45；(6)

条件式(6)限定第一透镜的折射率。

进一步地，第二透镜满足以下条件式：

0.9<f/f2<1.3；(7)

通过合理配置第二透镜的光焦度，使其很好地聚焦光线，并可较好地对轴外视场的像差进行校正。

更进一步地，第二透镜满足以下条件式：

Nd2>1.45；(8)

为了得到高性能的内窥用摄像物镜光学系统，满足以下条件式：

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.01；(9)

为了实现小径化、广角且高性能，所述第一透镜具有至少1面为非球面，第二透镜具有至少1面为非球面，优选所述第一透镜11和第二透镜均具有2面为非球面。通过设置非球面，有利于像差补正。需要说明的是，在所述第一透镜和第二透镜设置为非球面的情况下，优选采用塑胶注塑透镜，其量产性效率高且成本低。

需要说明的是，上述内窥用摄像物镜光学系统能实现小径化、广角且高清光学性能的技术思想如上所述，然而，具体而言，能实现全系统的透镜中最大透镜为外径2mm以下，且优选1.5mm以下并能够满足匹配百万像素以上芯片性能要求的内窥用摄像物镜光学系统。

需要重要说明的是，为了实现小径化、广角且百万以上高清光学性能，在本实施方案中，使用下述非球面公式：

其中，Z表示非球面沿光轴方向的矢高，y表示非球面沿垂直光轴方向的距离，c表示中心曲率，为半径的倒数，k表示圆锥系数或者二次项常数，A4-A16分别表示4次-16次非球面系数

上述符合分别说明如下：

f:内窥用摄像物镜光学系统的焦距；f1:第一透镜的焦距；f2:第二透镜的焦距；H(L1r1):指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜的物体侧的面所对应的高度；IMH:常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高；V1:第一透镜的阿贝数；V2:第二透镜的阿贝数；Nd1为第一透镜的折射率；Nd2为第二透镜的折射率；BF:第二透镜在光轴上的像侧面到芯片感光面的距离；TTL:第一透镜在光轴上的物侧面到芯片感光面的距离。

实施例一

请参考图1，一种内窥用摄像物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30、具有正光焦度的第二透镜组20、滤光片40、平板玻璃50和传感器感光面60。所述滤光片40主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃50主要保护传感器感光面60。

所述第一透镜组10由负光焦度的第一透镜11构成，所述第一透镜11的物侧面和像侧面均为凹面，第二透镜组20由正光焦度的第二透镜21构成，所述第二透镜21的物侧面和像侧面均为凸面。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.15mm,全视场角大于120度，口径小于1.5mm。下表为本实施例内窥用摄像物镜光学系统的数据，本实施例的各种像差曲线图请参考图2。

非球面系数

上述表格中，第2面为第一透镜的物侧面，第3面为第一透镜的像侧面，第4面为光阑面，第5面为第二透镜的物侧面，第6面为第二透镜的像侧面，第7面滤光片的物侧面，第8面为滤光片的像侧面，第9面为平板玻璃的物侧面，第10面为平板玻璃的像侧面。

实施例二

请参考图3，一种内窥用摄像物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30、具有正光焦度的第二透镜组20、滤光片40、平板玻璃50和传感器感光面60。所述滤光片40主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃50主要保护传感器感光面60。

所述第一透镜组10由负光焦度的第一透镜11构成，所述第一透镜11的物侧面和像侧面均为凹面，第二透镜组20由正光焦度的第二透镜21构成，所述第二透镜21的物侧面和像侧面均为凸面。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.2mm,全视场角大于115度，口径小于2.0mm。下表为本实施例内窥用摄像物镜光学系统的数据，本实施例的各种像差曲线图请参考图4。

非球面参数

实施例三

请参考图5，一种内窥用摄像物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30、具有正光焦度的第二透镜组20、滤光片40、平板玻璃50和传感器感光面60。所述滤光片40主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃50主要保护传感器感光面60。

所述第一透镜组10由负光焦度的第一透镜11构成，所述第一透镜11的物侧面和像侧面均为凹面，第二透镜组20由正光焦度的第二透镜21构成，所述第二透镜21的物侧面和像侧面均为凸面。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.2mm,全视场角大于130度，口径小于2.0mm。下表为本实施例内窥用摄像物镜光学系统的数据，本实施例的各种像差曲线图请参考图6。

非球面参数

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种内窥用摄像物镜光学系统，自物体侧到像侧依次由具有负光焦度的第一透镜、光阑和具有正光焦度的第二透镜所组成，其特征在于，满足以下条件式：

f/H(L1r1)<2.8；

H(L1r1)/IMH<0.6；

TTL/f<4；

BF/f>1.5；

2.如权利要求1所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜满足以下条件式：

-1.55<f/f1<-0.7；

其中，f1为第一透镜的焦距。

3.如权利要求2所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜还满足以下条件式：

Nd1>1.45；

其中，Nd1为第一透镜的折射率。

4.如权利要求1-3任一项所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜满足以下条件式：

0.9<f/f2<1.3；

其中，f2为第二透镜的焦距。

5.如权利要求4所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜还满足以下条件式：

Nd2>1.45；

其中，Nd2为第二透镜的折射率。

6.如权利要求5所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜还满足以下条件式：

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.01；

其中，V1为第一透镜的阿贝数，V2为第二透镜的阿贝数。

7.如权利要求6所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜由塑料材料构成，且具有至少一面的非球面。

8.如权利要求7所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜由塑料材料构成，且具有至少一面的非球面。