CN111077600A - 镜头玻璃、内窥镜、镜头玻璃的处理方法 - Google Patents

镜头玻璃、内窥镜、镜头玻璃的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镜头玻璃、内窥镜、镜头玻璃的处理方法，属于内窥镜技术领域。它解决了现有内窥镜中镜头玻璃外侧沾水不易被冲掉和内测易起雾的问题。镜头玻璃，包括玻璃本体，玻璃本体的下侧设有二氧化钛亲水膜，玻璃本体的上侧设有含甲基的疏水膜；内窥镜的头端部设有该镜头玻璃；镜头玻璃的处理方法，包括玻璃本体的下表面处理步骤和玻璃本体的上表面处理步骤。本发明在玻璃本体的下表面增加二氧化钛亲水膜，亲水性能非常优异，可以达到防雾的效果；在玻璃本体的上表面增加含甲基的疏水膜，从而使原本在玻璃表面形成成片的水膜变为水珠颗粒，水珠颗粒很容易被水气喷嘴喷出的水气冲洗掉。

Description

镜头玻璃、内窥镜、镜头玻璃的处理方法
技术领域
本发明属于内窥镜技术领域，涉及一种镜头玻璃、内窥镜、镜头玻璃的处理方法。
背景技术
电子内窥镜是一种具有细长挠性插入部并在其前端设置有摄像装置可以插入体腔内获取腔内场景图像的装置。内窥镜插入部的前端具有头端部，头端部上设有照明窗口、物镜窗口、水气喷嘴和器械通道口等，物镜窗口的前部设置镜头玻璃。现有的内窥镜存在以下问题：在温度变化较大的情况下，镜头玻璃的内侧很容易产生雾气；同时，镜头玻璃外侧沾水后，不容易被水气喷嘴喷出的水气冲掉。现有技术为了除去雾气所使用的方法是在镜头玻璃附近设置发热器件，通过加热的方式除去雾气，但加热会损失能量，同时增加加热器件存在电和热的潜在风险。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种内侧具有防雾性能、外侧具有疏水性能的镜头玻璃。
还提出了一种含有该镜头玻璃的内窥镜。
以及提出了一种镜头玻璃的处理方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：镜头玻璃，包括玻璃本体，其特征在于，所述玻璃本体的下侧设有二氧化钛亲水膜，水滴在二氧化钛亲水膜上的接触角小于或等于5°，所述玻璃本体的上侧设有含甲基的疏水膜，水滴在含甲基的疏水膜上的接触角大于或等于120°。
在上述的镜头玻璃中，所述二氧化钛亲水膜的厚度为500nm。
内窥镜，包括操作部、设于操作部前端的插入软管、设于插入软管前端的弯曲部和设于弯曲部前端的头端部，所述的头端部内设有包括上述镜头玻璃的物镜组件。
在上述的内窥镜中，所述的物镜组件包括保持框、设于保持框内的摄像模组和位于摄像模组前部的光学透镜组，所述的镜头玻璃位于光学透镜组的前部，所述的镜头玻璃设有二氧化钛亲水膜的下侧正对光学透镜组设置。
在上述的内窥镜中，所述的保持框上具有位于光学透镜组前部的安装孔，所述的镜头玻璃设于安装孔内。
镜头玻璃的处理方法，采用以下装置：
电子束蒸镀装置，包括真空室、设于真空室内的挂台、设于挂台正下方的蒸镀容器和设于蒸镀容器正下方的电子束发射器；
表面处理装置，包括电极一、与电极一相对设置的电极二和交流高压源，所述的交流高压源通过导线一与电极一连接，所述的交流高压源通过导线二与电极二连接；
包括如下步骤：
一、玻璃本体的下表面处理
①、将玻璃本体置于挂台的下部，使玻璃本体的下表面与蒸镀容器正对设置，将二氧化钛微粒放入蒸镀容器；其中，二氧化钛微粒的直径不大于1mm，纯度为99.99％，可提升蒸发效率；玻璃本体可通过粘贴、吸附或夹持的方式固定在挂台的下部；
②通过抽真空装置将真空室抽成真空环境；真空环境的真空度为0.001Pa，可有效保证蒸镀的效果，同时具有较好的工艺实现性；
③电子束发射器发射电子束对蒸镀容器进行加热，使二氧化钛微粒气化后向上运动，并在玻璃本体的下表面上沉积成二氧化钛亲水膜；电子束发射器的额定电压为300V，额定电流为55A，保证了较好的电流密度；将蒸镀容器的温度加热到1900-2000摄氏度，该温度比二氧化钛的蒸发温度高50-150摄氏度，保证二氧化钛微粒的蒸发效率，使二氧化钛亲水膜的沉积更稳定；通过比例积分微分控制器来控制电子束发射器的电压来控制蒸发速度，使蒸发速度为0.2nm/s-0.3nm/s，在保证蒸发效率的同时，使二氧化钛亲水膜的沉积更稳定；
④通过设于真空室内的膜厚监控仪监控二氧化钛亲水膜的厚度，当二氧化钛亲水膜的厚度达到500nm时，电子束发射器停止发射电子束；膜厚监控仪为石英晶体振荡膜厚监控仪；
⑤将由步骤④得到的玻璃本体放入电阻炉中进行退火处理；由于镜片的熔点在1000度以上，因此退火温度为480-540度，退火时间为1小时，对二氧化钛亲水膜的表面形态进行改变，即改变二氧化钛亲水膜的晶相组织提升亲水性；
二、玻璃本体的上表面处理
⑥将由步骤⑤得到的玻璃本体冷却，随后将其放入蒸馏水和酒精中进行洗净，并进行干燥处理；为了提高清洁程度，可结合超声波进行清洗；
⑦将步骤⑥得到的玻璃本体放到电极二上，玻璃本体的下表面与电极二贴合，使电极一至玻璃本体上表面的距离为2mm，利用放电产生的等离子体先将玻璃本体的上表面预处理；交流高压源提供频率为50Hz的10KV电压，可以较好的改善玻璃表面的性能；预处理的持续时间为5分钟；由于玻璃本体的上表面具有羟基、碱金属离子，预处理是利用等离子体撞击玻璃上表面，等离子体与玻璃本体的上表面相互作用，除去玻璃本体上表面的羟基和碱金属离子，即碱金属离子被撞击脱离玻璃本体的上表面，羟基被等离子撞击呈可置换的羟基；
⑧在预处理后的玻璃本体的上表面均匀涂上一层二甲基硅油，再放电产生等离子体对玻璃本体的上表面进行二次处理，玻璃表面得到含甲基的疏水膜，改善玻璃表面的疏水性能；二次处理的持续时间为10分钟；在二次处理时，等离子体作用于二甲基硅油，使二甲基硅油发生化学键断裂，生成甲基和大分子自由基，甲基和大分子自由基与玻璃本体的上表面发生化学反应甲基置换掉羟基形成甲基基团，在玻璃本体的上表面形成一层含甲基的疏水膜；
⑨清洁处理后得到成品的镜头玻璃。
在上述的镜头玻璃的处理方法中，步骤③中，通过氧气供给器充入纯氧。充入的氧气量为二氧化钛的失氧量，保证形成的二氧化钛亲水膜不会因为在蒸发过程中产生组分变化。其中，纯氧的浓度不低于99％，为二氧化钛在反应中补充氧原子，保证镀膜成分纯净。
在上述的镜头玻璃的处理方法中，所述的电极一为黄铜平板，所述的电极二为黄铜平板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
在玻璃本体的下表面增加二氧化钛亲水膜，使水滴在二氧化钛亲水膜上的接触角小于或等于5°，亲水性能非常优异，可以达到防雾的效果；在玻璃本体的上表面增加含甲基的疏水膜，使水滴在含甲基的疏水膜上的接触角大于或等于120°，从而使原本在玻璃表面形成成片的水膜变为水珠颗粒，水珠颗粒很容易被水气喷嘴喷出的水气冲洗掉，进而保证镜头玻璃的外表面的清洁。
附图说明
图1是本发明提供的镜头玻璃的结构示意图。
图2是本发明提供的接触角的示意图。
图3是本发明提供的内窥镜的部分结构示意图。
图4是本发明提供的头端部的正视图。
图5是本发明提供的物镜组件的结构示意图。
图6是本发明提供的电子束蒸镀装置的结构示意图。
图7是本发明提供的表面处理装置的结构示意图。
图8是步骤⑤中退火前二氧化钛亲水膜的表面形态。
图9是步骤⑤中退火后二氧化钛亲水膜的表面形态。
图中，1、玻璃本体；2、二氧化钛亲水膜；3、含甲基的疏水膜；4、操作部；5、插入软管；6、弯曲部；7、头端部；8、物镜组件；81、保持框；82、摄像模组；83、光学透镜组；84、安装孔；91、真空室；92、挂台；93、蒸镀容器；94、电子束发射器；95、电极一；96、电极二；97、交流高压源；98、抽真空装置；99、膜厚监控仪；100、氧气供给器；a、水滴；β、接触角。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示的镜头玻璃，包括玻璃本体1，玻璃本体1的下侧设有二氧化钛亲水膜2，水滴a在二氧化钛亲水膜2上的接触角β等于5°，玻璃本体1的上侧设有含甲基的疏水膜3，水滴a在含甲基的疏水膜3上的接触角β等于120°。水滴a的接触角β的结构示意图如图2所示。
本实施例中，二氧化钛亲水膜2的厚度为500nm。
实施例二
如图3所示的内窥镜，包括操作部4、设于操作部4前端的插入软管5、设于插入软管5前端的弯曲部6和设于弯曲部6前端的头端部7，头端部7内设有包括实施例一中镜头玻璃的物镜组件8。在头端部7上还设有照明窗、钳道孔、水气喷嘴和辅助送水口。
如图5所示，物镜组件8包括保持框81、设于保持框81内的摄像模组82和位于摄像模组82前部的由多片光学透镜构成的光学透镜组83，镜头玻璃位于光学透镜组83的前部，镜头玻璃设有二氧化钛亲水膜2的下侧正对光学透镜组83设置。如图5所示，保持框81上具有位于光学透镜组83前部的安装孔84，镜头玻璃的形状与安装孔84的形状相同，镜头玻璃通过粘接或激光焊接的方式设于安装孔84内。
实施例三
如图6所示，电子束蒸镀装置，包括真空室91、设于真空室91内的挂台92、设于挂台92正下方的蒸镀容器93和设于蒸镀容器93正下方的电子束发射器94；在真空室91内设有石英晶体振荡膜厚监控仪99和氧气供给器100。氧气供给器100提供浓度不低于99％的纯氧，为二氧化钛在反应中补充氧原子，保证镀膜成分纯净。
如图7所示，表面处理装置，包括电极一95、与电极一95相对设置的电极二96和交流高压源97，交流高压源97通过导线一与电极一95连接，交流高压源97通过导线二与电极二96连接；交流高压源97提供频率为50Hz的10KV电压。本实施例中，如图7所示，电极一95为黄铜平板，电极二96为黄铜平板。
用于加工实施例一中镜头玻璃的处理方法，包括如下步骤：
一、玻璃本体1的下表面处理
①、将玻璃本体1置于挂台92的下部，使玻璃本体1的下表面与蒸镀容器93正对设置，将二氧化钛微粒放入蒸镀容器93，放入的二氧化钛微粒的直径不大于1mm，二氧化钛的纯度为99.99％，可提升蒸发效率；玻璃本体1可通过粘贴、吸附或夹持的方式固定在挂台92的下部；
②通过抽真空装置98将真空室91抽成真空环境；真空环境的真空度为0.001Pa，可有效保证蒸镀的效果，同时具有较好的工艺实现性；
③电子束发射器94发射电子束对蒸镀容器93进行加热，使二氧化钛微粒气化后向上运动，与纯氧接触，并在玻璃本体1的下表面上沉积成二氧化钛亲水膜2；通过比例积分微分控制器来控制电子束发射器94的电压来控制蒸发速度，使蒸发速度为0.3nm/s，在保证蒸发效率的同时，使二氧化钛亲水膜的沉积更稳定；
其中，电子束发射器94的额定电压为300V，额定电流为55A，保证了较好的电流密度；将蒸镀容器93的温度加热到1900-2000摄氏度，该温度比二氧化钛的蒸发温度高50-150摄氏度，保证二氧化钛微粒的蒸发效率，使二氧化钛亲水膜2的沉积更稳定；
④通过设于真空室91内的石英晶体振荡膜厚监控仪99监控二氧化钛亲水膜2的厚度，当二氧化钛亲水膜2的厚度达到500nm时，电子束发射器94停止发射电子束；
⑤将由步骤④得到的玻璃本体1放入电阻炉中进行退火处理；退火温度为500度，退火时间为1小时，对二氧化钛亲水膜2的表面形态进行改变，即改变二氧化钛亲水膜2的晶相组织，提升亲水性；；二氧化钛亲水膜2退火前后的表面形态如图8和图9所示。
二、玻璃本体1的上表面处理
⑥将由步骤⑤得到的玻璃本体1冷却，随后将其放入蒸馏水和酒精中结合超声波进行清洗，并进行干燥处理；
⑦将步骤⑥得到的玻璃本体1放到电极二96上，玻璃本体1的下表面与电极二96贴合，使电极一95至玻璃本体1上表面的距离为2mm，利用放电产生的等离子体先将玻璃本体1的上表面预处理5分钟；交流高压源提供频率为50Hz的10KV电压，可以较好的改善玻璃表面的性能；
玻璃本体1的上表面具有羟基、碱金属离子，预处理是利用等离子体撞击玻璃上表面，等离子体与玻璃本体1的上表面相互作用，除去玻璃本体1上表面的羟基和碱金属离子，即碱金属离子被撞击脱离玻璃本体1的上表面，羟基被等离子撞击呈可置换的羟基；
⑧在预处理后的玻璃本体1的上表面均匀涂上一层二甲基硅油，再放电产生等离子体对玻璃本体1的上表面进行二次处理10分钟，得到含甲基的疏水膜，改善玻璃表面的疏水性能；在二次处理时，等离子体作用于二甲基硅油，使二甲基硅油发生化学键断裂，生成甲基和大分子自由基，甲基和大分子自由基与玻璃本体1的上表面发生化学反应甲基置换掉羟基形成甲基基团，在玻璃本体1的上表面形成一层含甲基的疏水膜3；
⑨清洁处理后得到成品的镜头玻璃。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种镜头玻璃，包括玻璃本体(1)，其特征在于，所述玻璃本体(1)的一侧设有二氧化钛亲水膜(2)，水滴(a)在二氧化钛亲水膜(2)上的接触角(β)小于或等于5°，所述玻璃本体(1)的上侧设有含甲基的疏水膜(3)，水滴(a)在含甲基的疏水膜(3)上的接触角(β)大于或等于120°。
2.根据权利要求1所述的镜头玻璃，其特征在于，所述二氧化钛亲水膜(2)的厚度为500nm。
3.一种内窥镜，其特征在于，包括操作部(4)、设于操作部(4)前端的插入软管(5)、设于插入软管(5)前端的弯曲部(6)和设于弯曲部(6)前端的头端部(7)，所述的头端部(7)内设有包括权利要求1或2所述的镜头玻璃的物镜组件(8)。
4.根据权利要求3所述的内窥镜，其特征在于，所述的物镜组件(8)包括保持框(81)、设于保持框(81)内的摄像模组(82)和位于摄像模组(82)前部的光学透镜组(83)，所述的镜头玻璃位于光学透镜组(83)的前部，所述的镜头玻璃设有二氧化钛亲水膜(2)的下侧正对光学透镜组(83)设置。
5.根据权利要求4所述的内窥镜，其特征在于，所述的保持框(81)上具有位于光学透镜组(83)前部的安装孔(84)，所述的镜头玻璃设于安装孔(84)内。
6.一种权利要求1或2中镜头玻璃的处理方法，
采用以下装置：
电子束蒸镀装置，包括真空室(91)、设于真空室(91)内的挂台(92)、设于挂台(92)正下方的蒸镀容器(93)和设于蒸镀容器(93)正下方的电子束发射器(94)；
表面处理装置，包括电极一(95)、与电极一(95)相对设置的电极二(96)和交流高压源(97)，所述的交流高压源(97)通过导线一与电极一(95)连接，所述的交流高压源(97)通过导线二与电极二(96)连接；
包括如下步骤：
一、玻璃本体(1)的下表面处理
①将玻璃本体(1)置于挂台(92)的下部，使玻璃本体(1)的下表面与蒸镀容器(93)正对设置，将二氧化钛微粒放入蒸镀容器(93)；
②通过抽真空装置(98)将真空室(91)抽成真空环境；
③电子束发射器(94)发射电子束对蒸镀容器(93)进行加热，使二氧化钛微粒气化后向上运动，并在玻璃本体(1)的下表面上沉积成二氧化钛亲水膜(2)；
④通过设于真空室(91)内的膜厚监控仪(99)监控二氧化钛亲水膜(2)的厚度，当二氧化钛亲水膜(2)的厚度达到500nm时，电子束发射器(94)停止发射电子束；
⑤将由步骤④得到的玻璃本体(1)放入电阻炉中进行退火处理；
二、玻璃本体(1)的上表面处理
⑥将由步骤⑤得到的玻璃本体(1)冷却，随后将其放入蒸馏水和酒精中进行洗净，并进行干燥处理；
⑦将步骤⑥得到的玻璃本体(1)放到电极二(96)上，玻璃本体(1)的下表面与电极二(96)贴合，使电极一(95)至玻璃本体(1)上表面的距离为2mm，利用放电产生的等离子体先将玻璃本体(1)的上表面预处理；
⑧在预处理后的玻璃本体(1)的上表面均匀涂上一层二甲基硅油，再放电产生等离子体对玻璃本体(1)的上表面进行二次处理；
⑨清洁处理后得到成品的镜头玻璃。
7.根据权利要求6所述的镜头玻璃的处理方法，其特征在于，在步骤③中，通过氧气供给器(100)充入纯氧。
8.根据权利要求6所述的镜头玻璃的处理方法，其特征在于，所述的电极一(95)为黄铜平板，所述的电极二(96)为黄铜平板。
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