CN109031619A - 一种超广角医用内窥镜镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超广角医用内窥镜镜头。沿光轴的方向，从物方至像方包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统，所述前组光学系统从物方至像方依次由具有负光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜组成；所述后组光学系统从物方至像方依次由具有正光焦度的第三透镜、光焦度为零的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜组成；还包括位于第四透镜和第五透镜之间的孔径光阑。本发明具有大视场范围和接收孔径、像面均匀性好、成像质量好、结构相对简单和超小尺寸等特点。

Description

一种超广角医用内窥镜镜头
技术领域
本发明涉及一种超小型的超广角镜头，具体为一种超广角医用内窥镜镜头。
背景技术
医用内窥镜是经历了从硬性医用内窥镜到光纤内窥镜再到电子内窥镜的转变过程，其作用主要是用来确定病变组织、提早诊断等。随着科学技术的发展，电子内窥镜被广泛应用于医疗仪器中；它的特点是应用CMOS器件，将镜头接收的光信号转换为电信号，再在显示器上重现高清晰度的图像。镜头是医用内窥镜的重要组成部分，它的成像质量的好坏直接影响着内窥镜的使用效果。并且对于内窥镜装置的来说，它将会向微型化、观测范围广、高性能等方向发展。但是现在内窥镜镜头较为普遍存在的问题是视场角相对较小，不利于观测；镜头的接收孔径偏小，并且结构复杂，尺寸偏大，成本过高等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超广角医用内窥镜镜头，该内窥镜镜头具有大视场范围和接收孔径、像面均匀性好、成像质量好、结构相对简单和超小尺寸等特点。
为实现上述目的，本发明采用了负正的结构形式，物方的视场角经过具有负光焦度的前组光学系统（由第一透镜和第二透镜组成）压缩后视场角将会变小，从而得到具有正光焦度的后组光学系统（由第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜组成）能够接受的视场角范围。然后应用前组光学系统和后组光学系统的光焦度之和为零，这样就可以很好的校正场曲；并应用超大视场光学系统的高阶像差理论计算出各种波像差系数的大小，再结合光学系统设计软件Zemax对光学系统进行结构和性能上的优化，最终得到了一种超小型、超广角的内窥镜镜头，这将更有利于对微小病变组织的检测。该镜头相比其他同类镜头来说具有大视场角和接收孔径、结构简单、尺寸小、成像质量好及像面均匀性好等特点。另外，该镜头在设计过程中未采用非球面，以及除了平行平板（第四透镜）外，只采用了两种材料，这将会降低生产成本。
本发明的技术方案是：一种超广角医用内窥镜镜头，沿光轴的方向，从物方至像方包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统，所述前组光学系统从物方至像方依次由具有负光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜组成；所述第一透镜朝向物方的光学面为平面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述第二透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述后组光学系统从物方至像方依次由具有正光焦度的第三透镜、光焦度为零的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜组成；所述第三透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第四透镜朝向物方和朝向像方的光学面均为平面；所述第五透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第六透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述第七透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第八透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；还包括位于第四透镜和第五透镜之间的孔径光阑。
在本发明一实施例中，所述内窥镜镜头的可视场角为170°，总焦距为0.13mm，F/#值为3.0，总长度为4.93mm，后工作距离为0.511mm。
在本发明一实施例中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的材料分别为N-BAF51、N-BAF51、N-BAF51、N-BK7、TIF6、TIF6、TIF6、TIF6。
在本发明一实施例中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的折射率n和阿贝数υ分别为 n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=64.1673、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明是应用前组光学系统和后组光学系统的光焦度之和为零，这样就可以很好的校正场曲；并应用超大视场光学系统的高阶像差理论计算出各种波像差系数的大小，再结合光学系统设计软件Zemax对光学系统进行结构和性能上的优化，最终比较完美地得到了一种超小型、超广角的内窥镜镜头，这将更有利于对微小病变组织的检测。该镜头相比其他同类镜头来说具有大视场角和接收孔径、结构简单、尺寸小、成像质量好及像面均匀性好等特点。另外，该镜头在设计过程中未采用非球面，以及除了平行平板外，只采用了两种材料，这将会降低生产成本。
附图说明
图1是根据本发明实施例所述的一种超广角医用内窥镜镜头的结构示意图。
图2是根据图1所示的一种超广角医用内窥镜镜头的MTF曲线图。
图3是根据图1所示的一种超广角医用内窥镜镜头的相对照度图。
图4是根据图1所示的一种超广角医用内窥镜镜头的光路图。
图中：1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜，6-第六透镜，7-第七透镜，8-第八透镜，9-孔径光阑，10-像平面。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种超广角医用内窥镜镜头，沿光轴的方向，从物方至像方包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统，所述前组光学系统从物方至像方依次由具有负光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜组成；所述第一透镜朝向物方的光学面为平面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述第二透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述后组光学系统从物方至像方依次由具有正光焦度的第三透镜、光焦度为零的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜组成；所述第三透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第四透镜朝向物方和朝向像方的光学面均为平面；所述第五透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第六透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述第七透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第八透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；还包括位于第四透镜和第五透镜之间的孔径光阑。
在本发明一实施例中，所述内窥镜镜头的可视场角为170°，总焦距为0.13mm，F/#值为3.0，总长度为4.93mm，后工作距离为0.511mm。
在本发明一实施例中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的材料分别为N-BAF51、N-BAF51、N-BAF51、N-BK7、TIF6、TIF6、TIF6、TIF6。
在本发明一实施例中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的折射率n和阿贝数υ分别为 n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=64.1673、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735。
以下为本发明的一具体实例。
如图1所示，本实例的一种超广角医用内窥镜镜头，沿光轴的方向，从物方至像方包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统，所述前组光学系统从物方至像方依次由具有负光焦度的第一透镜1和具有负光焦度的第二透镜2组成；所述第一透镜朝向物方的光学面为平面，朝向像方（即像平面10）的光学面为凸向物方的凹面；所述第二透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述后组光学系统从物方至像方依次由具有正光焦度的第三透镜3、光焦度为零的第四透镜4、具有正光焦度的第五透镜5、具有负光焦度的第六透镜6、具有负光焦度的第七透镜7和具有正光焦度的第八透镜8组成；所述第三透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第四透镜朝向物方和朝向像方的光学面均为平面；所述第五透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第六透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述第七透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第八透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；还包括位于第四透镜和第五透镜之间的孔径光阑9。
本实例的内窥镜镜头的可视场角为170°，总焦距为0.13mm，F/#值为3.0，总长度为4.93mm，后工作距离为0.511mm。
第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的材料（折射率n和阿贝数υ）分别为N-BAF51(n=1.5168、υ=44.9594)、N-BAF51(n=1.5168、υ=44.9594)、N-BAF51(n=1.5168、υ=44.9594)、N-BK7(n=1.5168、υ=64.1673)、TIF6(n=1.6165、υ=30.9735)、TIF6(n=1.6165、υ=30.9735)、TIF6(n=1.6165、υ=30.9735)、TIF6(n=1.6165、υ=30.9735)。
图2、图3分别为一种超广角医用内窥镜镜头的MTF曲线、相对照度。从图2中可以得到本发明要求保护的一种超广角医用内窥镜镜头在30lp/mm位置处，全视场范围内达到了0.5以上，MTF曲线相对平滑，说明具有成像质量高、各种像差校正的到了一个非常好的水平；另外从图3中可以得到本发明要求保护的一种超广角医用内窥镜镜头在全视场范围内的相对照度都比较高。
本实施例所述的一种超广角医用内窥镜镜头结构参数见表1。
图4是根据图1所示的一种超广角医用内窥镜镜头的光路图。
综上所述，借助于发明的上述技术方案，可以使得镜头具有大视场角和接收孔径、尺寸小、结构简单、像面均匀性更好、成像质量更高，更加便于加工和安装。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超广角医用内窥镜镜头，其特征在于，沿光轴的方向，从物方至像方包括具有负光焦度的前组光学系统和具有正光焦度的后组光学系统，所述前组光学系统从物方至像方依次由具有负光焦度的第一透镜和具有负光焦度的第二透镜组成；所述第一透镜朝向物方的光学面为平面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述第二透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述后组光学系统从物方至像方依次由具有正光焦度的第三透镜、光焦度为零的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜组成；所述第三透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第四透镜朝向物方和朝向像方的光学面均为平面；所述第五透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第六透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；所述第七透镜朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；所述第八透镜朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；还包括位于第四透镜和第五透镜之间的孔径光阑。
2.根据权利要求1所述的一种超广角医用内窥镜镜头，其特征在于：所述内窥镜镜头的可视场角为170°，总焦距为0.13mm，F/#值为3.0，总长度为4.93mm，后工作距离为0.511mm。
3.根据权利要求1所述一种超广角医用内窥镜镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的材料分别为N-BAF51、N-BAF51、N-BAF51、N-BK7、TIF6、TIF6、TIF6、TIF6。
4.根据权利要求3所述一种超广角医用内窥镜镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的折射率n和阿贝数υ分别为 n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=44.9594、n=1.5168和υ=64.1673、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735、n=1.6165和υ=30.9735。
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