CN106842549A - 内窥用摄像物镜光学系统 - Google Patents

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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第一透镜组、光阑和第二透镜组，所述第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜组包括第三透镜和第四透镜，并满足以下条件式：f/H(L1r1)<1.8；H(L1r1)/IMH<0.8；TTL/f<5.5；BF/f>1.2；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是第四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，具有小径化、视场广角大且便于安装的特点。

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CN201945733U公开一种内窥镜用物镜镜头，包括依次布置的第一物镜、第二物镜、第三物镜和第四物镜，所述第一物镜为弯月负透镜，第二物镜为弯月正透镜，第三物镜为双凸正透镜，第四物镜为凸平正透镜，所述第四物镜的凸面与第三物镜相接，所述第二物镜与第三物镜之间设有光阑，结构小、视场大，有效提高通光量，但后截距太小，易碰到芯片，造成芯片脏污，影响拍摄效果，难安装。
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，具有小径化、视场广角大且便于安装的效果。
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第一透镜组、光阑和第二透镜组，所述第一透镜组具有负光焦度，所述第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组包括第三透镜和第四透镜，并满足以下条件式：
f/H(L1r1)<1.8；
H(L1r1)/IMH<0.8；
TTL/f<5.5；
BF/f>1.2；
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是第四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，所述第一透镜组还满足以下条件式：
-0.3<f/f_G1<0.1
其中，f_G1是第一透镜组的焦距。
作为优选方案，所述第一透镜为像侧面为凹面的负透镜，所述第二透镜为像侧面为凸面的正透镜，且满足以下条件式：
-3.5<f2/f1<-1.6；
0.2<f/f2<0.55；
其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。
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：
V1>45；
V2>45；
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，所述第二透镜组还满足以下条件式：
0.4<f/f_G2<0.7；
其中，f_G2为第二透镜组的焦距。
作为优选方案，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为物侧面为凹面的负透镜，所述第二透镜组还满足以下条件式：
-1<f/f4<-0.45；
-1.9<f4/f3<-1.1；
其中，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。
作为优选方案，所述第三透镜和第四透镜还满足以下条件式：
V3>45；
V4<30；
其中，V3为第三透镜的阿贝数，V4为第四透镜的阿贝数。
作为优选方案，所述第一透镜组和第二透镜组还满足以下条件式：
|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.013；
|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)|<0.013；
作为优选方案，所述第三透镜的像侧面和第四透镜的物侧面胶合。
作为优选方案，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜由塑料材料制成，且各透镜均至少有一面为非球面。
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)<1.8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<5.5和BF/f>1.2对后截距进行限定，具有足够的安装距离避开芯片，使得本发明提供的物镜光学系统，具有小径化、视场广角大且便于安装的特点。
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、平板玻璃和芯片感光面。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芯片的感光面。
所述第一透镜组由像侧面为凹面的具有负光焦度的第一透镜和像侧面为凸面的具有正光焦度的第二透镜构成，第二透镜组由具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜构成。
通过设置下述条件式(1)和(2)，从而成功实现内窥用摄像物镜光学系统的小径化和广角化。
f/H(L1r1)<1.8；(1)
H(L1r1)/IMH<0.8；(2)
TTL/f<5.5；(3)
BF/f>1.2；(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)和(4)可简化内窥用摄像物镜光学系统与芯片的装配。
进一步地，-0.3<f/f_G1<0.1；(5)
条件式(5)通过合理配置第一透镜组的弱光焦度，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，倘若配置第一透镜组的光焦度太强，则会加大第二透镜组像差校正的负担，增多第二透镜组的镜片数量，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满足以下条件式：
-3.5<f2/f1<-1.6；(6)
0.2<f/f2<0.55；(7)
条件式(6)和(7)限定了构成第一透组的第一透镜和第二透镜的光焦度配置。配置第一透镜较弱的负光焦度，同时配置第二透镜配置较弱的正光焦度，对轴外视场的非对称像差即慧差能起到较好的校正作用。
一般公知，阿贝数越高，材料的色散越低。进一步地，内窥用摄像物镜光学系统第一透镜和第二透镜的材料满足以下条件式：
V1>45；(8)
V2>45；(9)
更进一步地，内窥用摄像物镜光学系统满足以下条件式：
0.4<f/f_G2<0.7；(10)
条件式(10)通过合理配置第二透镜组的光焦度，使其更好地聚焦光线。若第二透镜组的光焦度过强，不利于对轴外视场的像差校正；若第二透镜组的光焦度过弱，不能很好地聚焦光线，会增加内窥用摄像物镜光学系统的结构长度。
更进一步地，内窥用摄像物镜光学系统满足以下条件式：
-1<f/f4<-0.45；(11)
-1.9<f4/f3<-1.1；(12)
条件式(11)和(12)限定了构成第二透组的第三透镜和第四透镜的光焦度配置。配置第四透镜较弱的负光焦度，同时配置第三透镜配置合适的正光焦度，能较好的聚焦光线同时满足对轴外视场的非对称像差校正。
更进一步地，内窥用摄像物镜光学系统满足以下条件式：
V3>45；(13)
V4<30；(14)
通过配置第三透镜材料较高的阿贝数，减少第三透镜自身带入的色差；同时配置第四透镜较低的阿贝数即较大色差材料来补偿系统的色差。
更进一步地，为了得到高清性能的内窥用摄像物镜光学系统，内窥用摄像物镜光学系统满足满足以下条件式：
|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.013；(15)
|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)|<0.013；(16)
此外，就第一透镜组来说，为了实现小径化、广角且高清光学性能，优选所述第一透镜和第二透镜具有至少1面非球面。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。
就第二透镜组来说，为了实现小径化、广角且高清光学性能和匹配芯片，优选所述第三透镜和第四透镜具有至少1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，在所述第三透镜和第四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3mm以下，且优选2.5mm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: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；f3:第三透镜的焦距；f4:第四透镜的焦距；H(L1r1):指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组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；f_G1:第一透镜组的焦距；f_G2:第二透镜组的焦距；V1:第一透镜的阿贝数；V2:第二透镜的阿贝数；V3:第三透镜的阿贝数；V4:第四透镜的阿贝数；BF:第四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和芯片感光面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主要保护芯片的感光面60。
所述第一透镜组10由具有负光焦度的第一透镜11和具有正光焦度的第二透镜12构成，所述第一透镜11的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第二透镜12的物侧面和像侧面均为凸面，第二透镜组20由正光焦度的第三透镜21和负光焦度的第四透镜22构成，所述第三透镜21的物侧面和像侧面均为凸面，所述第四透镜22的像侧面和物侧面均为凹面。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.75mm,全视场角大于100度，口径小于2.5mm。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。
非球面参数
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面为第二透镜的物侧面，第5面为第二透镜的像侧面，第6面为光阑面，第7面为第三透镜的物侧面，第8面为第三透镜的像侧面，第9面为第四透镜的物侧面，第10面为第四透镜的像侧面，第11面滤光片的物侧面，第12面为滤光片的像侧面，第13面为平板玻璃的物侧面，第14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和芯片感光面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主要保护芯片的感光面60。
所述第一透镜组10由具有负光焦度的第一透镜11和具有正光焦度的第二透镜12构成，所述第一透镜11的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第二透镜12的物侧面和像侧面均为凸面，第二透镜组20由正光焦度的第三透镜21和负光焦度的第四透镜22构成，所述第三透镜21的物侧面和像侧面均为凸面，所述第四透镜22的物侧面为凹面，像侧面为带曲率拐点的非球面。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.75mm,全视场角大于100度，口径小于3.0mm。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
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面为第二透镜的物侧面，第5面为第二透镜的像侧面，第6面为光阑面，第7面为第三透镜的物侧面，第8面为第三透镜的像侧面，第9面为第四透镜的物侧面，第10面为第四透镜的像侧面，第11面滤光片的物侧面，第12面为滤光片的像侧面，第13面为平板玻璃的物侧面，第14面为平板玻璃的像侧面。
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和芯片感光面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主要保护芯片的感光面60。
所述第一透镜组10由具有负光焦度的第一透镜11和具有正光焦度的第二透镜12构成，所述第一透镜11的物侧面和像侧面为凹面，第二透镜12的物侧面和像侧面均为凸面，第二透镜组20由正光焦度的第三透镜21和负光焦度的第四透镜22构成，所述第三透镜21的物侧面和像侧面均为凸面，所述第四透镜22的物侧面为凹面，像侧面为带曲率拐点的非球面。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.75mm,全视场角大于100度，口径小于3.0mm。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
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面为第二透镜的物侧面，第5面为第二透镜的像侧面，第6面为光阑面，第7面为第三透镜的物侧面，第8面为第三透镜的像侧面，第9面为第四透镜的物侧面，第10面为第四透镜的像侧面，第11面滤光片的物侧面，第12面为滤光片的像侧面，第13面为平板玻璃的物侧面，第14面为平板玻璃的像侧面。
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 (10)

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第一透镜组、光阑和第二透镜组，其特征在于，所述第一透镜组具有负光焦度，所述第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组包括第三透镜和第四透镜，并满足以下条件式：
f/H(L1r1)<1.8；
H(L1r1)/IMH<0.8；
TTL/f<5.5；
BF/f>1.2；
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是第四透镜在光轴上的像侧面到芯片感光面的距离。
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，所述第一透镜组还满足以下条件式：
-0.3<f/f_G1<0.1
其中，f_G1是第一透镜组的焦距。
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，所述第一透镜为像侧面为凹面的负透镜，所述第二透镜为像侧面为凸面的正透镜，且满足以下条件式：
-3.5<f2/f1<-1.6；
0.2<f/f2<0.55；
其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。
4.如权利要求3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：
V1>45；
V2>45；
其中，V1为第一透镜的阿贝数，V2为第二透镜的阿贝数。
5.如权利要求1-4任一项所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜组还满足以下条件式：
0.4<f/f_G2<0.7；
其中，f_G2为第二透镜组的焦距。
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，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为物侧面为凹面的负透镜，所述第二透镜组还满足以下条件式：
-1<f/f4<-0.45；
-1.9<f4/f3<-1.1；
其中，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。
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，所述第三透镜和第四透镜还满足以下条件式：
V3>45；
V4<30；
其中，V3为第三透镜的阿贝数，V4为第四透镜的阿贝数。
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，所述第一透镜组和第二透镜组还满足以下条件式：
|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.013；
|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)|<0.013。
9.如权利要求8所述的内窥用摄像物镜光学系统，其特征在于，所述第三透镜的像侧面和第四透镜的物侧面胶合。
10.如权利要求9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、第二透镜、第三透镜和第四透镜由塑料材料制成，且各透镜均至少有一面为非球面。
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