CN109061872B - 一种内窥镜物镜光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种内窥镜物镜光学系统，包括从物面到像面相互可拆卸连接的前镜筒和后镜筒，后镜筒内设置有光焦度为正的后镜组，前镜筒内设置有光焦度为负的第一前镜组或第二前镜组，第一前镜组与后镜组组成正前方成像清晰的常规内窥镜头，第二前镜组与后镜组组成非正前方成像清晰的转角内窥镜头，优点是：通过两种不同的内窥镜头配合使用，从而实现对腔道内部的准确观测，因为常规内窥镜头与转角内窥镜头的光学参数一致，因此可以通过更换前镜组就可以实现两种功能的目的，成本大大降低；又因为通过替换镜头部分镜组的方式可以方便的切换两种内窥镜头，而不需要重新调焦，因此简化了整个内窥镜系统。

Description

一种内窥镜物镜光学系统

技术领域

本发明涉及一种内窥镜的光学系统，尤其是涉及一种内窥镜物镜光学系统。

背景技术

由电子仪器结合光学产品设计出的医疗器械已经大规模应用于医疗科学领域。内窥镜头搭载数码CCD成像芯片构成的观测用医疗器械是一种专门应用于肠道或食道等人体内部软组织器官观察的医疗设备。为了适应更加狭窄的工作环境，减少体积过大给患者带来的不适感，小型化和细经化成为内窥镜头发展趋势。

随着电子内窥镜技术不断进步，医疗过程中对内窥镜装置的成像质量要求越来越高，与此同时为了更好的还原病变部位的，进行准确的判断，还要求内窥镜物镜有优良的修正色像差。

由于人体内部腔道狭窄，内窥镜头在人体内可以转动的角度很小，因此常规的电子内窥镜头难以将非正前方的观测目标成像范围移动到成像芯片的正中央，故而常规内窥镜头在观测非正前方的观测目标时不可避免的存在诸如成像不够清晰或者成像失真的问题，提高了病灶的观测难度。所以目前市场上的电子内窥镜头除了观察方向和内窥镜光学系统光轴方向一致的常规内窥镜头之外，还存在一种观察方向与内窥镜光学系统光轴方向存在一定倾斜角的转向内窥镜头结构，通过该内窥镜头结构可以让观测物体和成像芯片两者的法线存在夹角，从而使内窥镜头可以对非正前方的观测物实现清晰成像。

申请号为201680003999.2的中国发明专利申请公开了一种内窥镜用物镜光学系统，由从物体侧起依次配置的负的前组透镜组、亮度光圈以及正的后组透镜组组成，其中，前组透镜组从物体侧起依次具有第一透镜以及第二透镜，第一透镜由负折射力的单透镜组成，第二透镜由正折射力的单透镜组成，后组透镜组具有第三透镜以及接合透镜，第三透镜由正折射力的单透镜组成，接合透镜是正折射力的第四透镜和负折射力的第五透镜接合的接合透镜，第一透镜的靠物体侧的面是平面，第二透镜是凸面朝向像侧的弯月形状，第三透镜是双侧凸形状。

而申请号为201511014420.6的中国发明专利申请则公开了一种硬管内窥镜物镜，包括保护窗口、平凹透镜、三胶合棱镜、平凸透镜、单透镜、双胶合透镜与平行平板，保护窗口、平凹透镜、平行平板、三胶合棱镜与平凸透镜依次胶合在一起；平行平板与棱镜的胶合面镀有小孔光阑，用于限制系统杂光；三胶合棱镜包括上棱镜、中棱镜与下棱镜，中棱镜与上、下棱镜的胶合面镀有内反膜。

但上述的专利申请中，第一个只能实现对正前方的成像，而第二个则只能实现非正前方的成像。要得到正前方和非正前方的清晰成像通常需要使用两个内窥镜，成本大大提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够得到正前方和非正前方的清晰成像且成本相对较低、操作方便的内窥镜物镜光学系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种内窥镜物镜光学系统，包括从物面到像面相互可拆卸连接的前镜筒和后镜筒，所述的后镜筒内设置有光焦度为正的后镜组，所述的前镜筒内设置有光焦度为负的第一前镜组或第二前镜组，所述的第一前镜组与所述的后镜组组成正前方成像清晰的常规内窥镜头，所述的第二前镜组与所述的后镜组组成非正前方成像清晰的转角内窥镜头。

所述的后镜组的物面前设置有光阑。

所述的前镜筒与所述的后镜筒之间通过螺纹或者卡槽等方式连接。

所述的后镜组包括光焦度为正的第三透镜、光焦度为正的第四透镜和光焦度为负的第五透镜105，所述的第三透镜凸面朝向像面的平凸透镜，所述的第四透镜为双凸透镜，所述的第五透镜为双凹透镜，所述的第四透镜和所述的第五透镜相互胶合。

所述的光学系统满足-8＜F前/F后＜-3和0.8＜F后/F＜1.1 ，其中，F为整个光学系统的焦距，F前为所述的第一前镜组的焦距或所述的第二前镜组的焦距，所述的第一前镜组的焦距与所述的第二前镜组的焦距相同，F后为后镜组的焦距。

所述的第一前镜组包括光焦度为负的第一透镜和第二透镜，所述的第一透镜和所述的第二透镜材料相同，所述的第一透镜为凹面朝向物面的凹平透镜，所述的第二透镜为平板玻璃结构，所述的第一透镜和所述的第二透镜相互胶合。

所述的第一前镜组包括光焦度为负的第一透镜和由前后互相胶合的第一棱镜、第二棱镜及第三棱镜组成的光焦度为负的棱镜组，所述的棱镜组的后端面为与所述的后镜组的入射面平行的平面，所述的第一棱镜的前表面与所述的第一透镜的后表面胶合，所述的第一棱镜后表面和所述的第二棱镜的前表面胶合，所述的第二棱镜的后表面与所述的第三棱镜的前表面胶合，所述的第一棱镜、所述的第二棱镜和所述的第三棱镜的胶合面倾角满足以下公式：β-α=0.5θ±1°，其中，α是所述的第一棱镜与所述的第二棱镜胶合面与所述的后镜组的光路入射面之间的夹角，β是所述的第二棱镜与所述的第三棱镜胶合面与所述的后镜组的光路入射面之间的夹角，且夹角α满足如下关系式：40°≤α≤70°, θ为所述的第一透镜的法线与所述的后镜组的光路之间的夹角，且夹角θ满足如下关系式：20°≤θ≤40°。

所述的第一棱镜和所述的第二棱镜的胶合面镀有第一内反膜，所述的第二棱镜和所述的第三棱镜的胶合面镀有第二内反膜，穿过所述的第一透镜、所述的第一棱镜与所述的第二棱镜胶合面的光线，被所述的第二内反膜反射至第一内反膜，继而被第一内反膜反射至所述的后镜组的入射面。

所述的第一棱镜与所述的第二棱镜的胶合面之间镀有马蹄形消杂光阑，可以减少非有效的系统杂光。

与现有技术相比，本发明的优点是通过设置相互可拆卸连接的前镜筒和后镜筒，在后镜筒内设置光焦度为正的后镜组，而在前镜筒内设置光焦度为负的第一前镜组或第二前镜组，且第一前镜组与后镜组可以组成正前方成像清晰的常规内窥镜头，第二前镜组与后镜组可以组成非正前方成像清晰的转角内窥镜头，通过两种不同的内窥镜头配合使用，从而实现对腔道内部的准确观测，因为常规内窥镜头与转角内窥镜头的光学参数一致，因此可以通过更换前镜组就可以实现两种功能的目的，成本大大降低；又因为通过替换镜头部分镜组的方式可以方便的切换两种内窥镜头，而不需要重新调焦，因此简化了整个内窥镜系统。

附图说明

图1为本发明实施例中示例一的结构示意图；

图2为本发明实施例中示例二的结构示意图；

图3为本发明实施例示例二中第二棱镜的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：一种内窥镜物镜光学系统，包括从物面到像面相互可拆卸连接的前镜筒1和后镜筒2，后镜筒2内设置有光焦度为正的后镜组3，前镜筒内设置有光焦度为负的第一前镜组41或第二前镜组42，第一前镜组41与后镜组3组成正前方成像清晰的常规内窥镜头，第二前镜组42与后镜组3组成非正前方成像清晰的转角内窥镜头，后镜组的物面前设置有光阑106。光学系统满足-8＜F前/F后＜-3和0.8＜F后/F＜1.1 ，其中，F为整个光学系统的焦距，F前为第一前镜组41的焦距或第二前镜组42的焦距，第一前镜组41的焦距与第二前镜组42的焦距相同，F后为后镜组3的焦距。前镜筒1与后镜筒之间通过螺纹或者卡接方式连接，后镜组包括光焦度为正的第三透镜103、光焦度为正的第四透镜104和光焦度为负的第五透镜105，第三透镜103为凸面朝向像面的平凸透镜，第四透镜104为双凸透镜，第五透镜105为双凹透镜，第四透镜104和第五透镜405相互胶合。

示例一：如图1所示，由第一前镜组41与后镜组3构成正前方成像清晰的常规内窥镜头。此时第一前镜组41包括光焦度为负的第一透镜101和第二透镜102，第一透镜101和第二透镜102材料相同，第一透镜101为凹面朝向物面的凹平透镜，第二透镜102为平板玻璃结构，第一透镜101的后表面和第二透镜102的前表面相互胶合。

本示例常规内窥镜头中各项参数指标如下：

（1）焦距F：2.68mm；

（2）像方F#=6.3;

（3）光学总长（TTL）=11.2mm；

（4）近轴放大倍率：-0.058.

本示例的光学系统具体数值数据如下表：符号L代表透镜。

示例二：如图2所示，由第二前镜组42与后镜组3构成非正前方成像清晰的转角内窥镜头。此时第二前镜组42包括光焦度为负的第一透镜101和由前后互相胶合的第一棱镜201、第二棱镜202及第三棱镜203组成的光焦度为负的棱镜组20，棱镜组20的后端面为与后镜组3的入射面平行的平面，第一棱镜201的前表面与第一透镜101的后表面胶合，第一棱镜201后表面和第二棱镜202的前表面胶合，第二棱镜202的后表面与第三棱镜203的前表面胶合，第一棱镜201、第二棱镜202和第三棱镜203的胶合面倾角满足以下公式：β-α=0.5θ±1°，其中，α是第一棱镜201与第二棱镜202的胶合面与后镜组3的光路入射面之间的夹角，β是第二棱镜202与第三棱镜203的胶合面与后镜组3的光路入射面之间的夹角，且夹角α满足如下关系式：40°≤α≤70°, θ为第一透镜101的法线与后镜组3的光路之间的夹角，且夹角θ满足如下关系式：20°≤θ≤40°。第一棱镜201和第二棱镜202的胶合面镀有第一内反膜，第二棱镜202和第三棱镜203的胶合面镀有第二内反膜，穿过第一透镜101、第一棱镜201与第二棱镜202的胶合面的光线，被第二内反膜反射至第一内反膜，继而被第一内反膜反射至后镜组3的入射面。本示例二的光学系统除了第二透镜102由胶合的棱镜组替代且第一透镜101的入射角不同外，其它光学透镜的结构与示例一相同，而整个光学系统的具体数据指标也与示例一相同。

示例三：如图3所示，在示例二的结构中，第一棱镜201与第二棱镜202的胶合面之间镀有马蹄形消杂光阑204，可以减少非有效的系统杂光。

Claims (7)

1.一种内窥镜物镜光学系统，其特征在于包括从物面到像面相互可拆卸连接的前镜筒和后镜筒，所述的后镜筒内设置有光焦度为正的后镜组，所述的前镜筒内设置有光焦度为负的第一前镜组或第二前镜组，所述的第一前镜组与所述的后镜组组成正前方成像清晰的常规内窥镜头，所述的第二前镜组与所述的后镜组组成非正前方成像清晰的转角内窥镜头，所述的后镜组包括光焦度为正的第三透镜、光焦度为正的第四透镜和光焦度为负的第五透镜，所述的第三透镜为凸面朝向像面的平凸透镜，所述的第四透镜为双凸透镜，所述的第五透镜为双凹透镜，所述的第四透镜和所述的第五透镜相互胶合，所述的光学系统满足-8＜F前/F后＜-3和0.8＜F后/F＜1.1，其中，F为整个光学系统的焦距，F前为所述的第一前镜组的焦距或所述的第二前镜组的焦距，所述的第一前镜组的焦距与所述的第二前镜组的焦距相同，F后为所述的后镜组的焦距。

2.如权利要求1所述的一种内窥镜物镜光学系统，其特征在于所述的后镜组的物面前设置有光阑。

3.如权利要求1所述的一种内窥镜物镜光学系统，其特征在于所述的前镜筒与所述的后镜筒之间通过螺纹或者卡槽等方式连接。

4.如权利要求1所述的一种内窥镜物镜光学系统，其特征在于所述的第一前镜组包括光焦度为负的第一透镜和光焦度为零的第二透镜，所述的第一透镜和所述的第二透镜材料相同，所述的第一透镜为凹面朝向物面的凹平透镜，所述的第二透镜为平板玻璃结构，所述的第一透镜和所述的第二透镜相互胶合。

5.如权利要求1所述的一种内窥镜物镜光学系统，其特征在于所述的第二前镜组包括光焦度为负的第一透镜和由前后互相胶合的第一棱镜、第二棱镜及第三棱镜组成的光焦度为零的棱镜组，所述的棱镜组的后端面为与所述的后镜组的入射面平行的平面，所述的第一棱镜的前表面与所述的第一透镜的后表面胶合，所述的第一棱镜后表面和所述的第二棱镜的前表面胶合，所述的第二棱镜的后表面与所述的第三棱镜的前表面胶合，所述的第一棱镜、所述的第二棱镜和所述的第三棱镜的胶合面倾角满足以下公式：β-α＝0.5θ±1°，其中，α是所述的第一棱镜与所述的第二棱镜胶合面与所述的后镜组的光路入射面之间的夹角，β是所述的第二棱镜与所述的第三棱镜胶合面与所述的后镜组的光路入射面之间的夹角，且夹角α满足如下关系式：40°≤α≤70°,θ为所述的第一透镜的法线与所述的后镜组的光路之间的夹角，且夹角θ满足如下关系式：20°≤θ≤40°。

6.如权利要求5所述的一种内窥镜物镜光学系统，其特征在于所述的第一棱镜和所述的第二棱镜的胶合面镀有第一内反膜，所述的第二棱镜和所述的第三棱镜的胶合面镀有第二内反膜，穿过所述的第一透镜、所述的第一棱镜与所述的第二棱镜胶合面的光线，被所述的第二内反膜反射至第一内反膜，继而被第一内反膜反射至所述的后镜组的入射面。

7.如权利要求5所述的一种内窥镜物镜光学系统，其特征在于所述的第一棱镜与所述的第二棱镜的胶合面之间镀有马蹄形消杂光阑。

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