CN111880302A - 一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头，从物方侧起依次包括负透镜组、光阑、正透镜组、图像传感器芯片；负透镜组、显示芯片固定不动，光阑紧贴于正透镜组的物方形成一整体，在负透镜组与图像传感器芯片之间移动实现变焦成像。采用本发明的镜头设计可以实现138.2°的视场角及520X的光学放大，广角及放大组态切换时调焦量大，轻微调焦对成像质量影响小，不易误操作，工作状态易控制，稳定性好；此外，整个镜头所需镜片数量少，整体结构紧凑简单，加工装配难度低、良率高、成本低；适合广泛推广使用。

Description

一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头
技术领域
本发明涉及医疗手术检测装置技术领域，尤其涉及一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头。
背景技术
内窥镜指的是一个具有包含图像传感器、光学镜头、照明结构、机械装置等的检测装置，能深入到消化道或者其他管道内观察内部的环境并传出图像，以便医生或者专业人士做出诊断。医疗内窥镜要求有较大的视场角度，以便用来观察更大的范围内的消化道组织，以确定病变部位，另一方面，也需要较高的放大倍率，能对病变的局部组织进行放大，以便医生能拍摄病理部位图片，进行断症、会议讨论并留档，在观察的同时，拍摄的过程需要较高的分辨率，这对镜头成像质量也提出了较高的要求。
目前内窥镜镜头大部分采用的是定焦镜头，然而定焦镜头无法实现既能大范围(大视场)的观察组织，又能同时对局部组织进行光学放大。现有的少数涉及内窥变焦镜头的报道中，一方面，部分其变焦组可调范围很小，不易操作，在实际医疗应用中无疑存在较大局限性；另一方面，部分变焦镜头在高放大倍率下视场小(如文献所报道的为700x600um视场，922um对角线，380x放大倍率，Int J CARS(2017)12:757–766)；显然，都难以满足实际医学观察需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高放大倍率广角医用内窥变焦镜头，采用本发明的设计不仅结构极为简单，而且可以同时提升镜头视场和倍率，尤其是可以达到1280um对角线视场，520x放大倍率。
本发明采用的技术方案如下：
一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头，从物方侧起依次包括负透镜组、光阑、正透镜组、显示芯片；所述的负透镜组、图像传感器芯片固定不动，光阑紧贴于正透镜组的物方形成一整体，在负透镜组与图像传感器芯片之间移动实现变焦成像。
上述技术方案中，进一步的，所述的负透镜组由两组双胶合透镜构成，焦距为-1.38mm～-4.21mm；所述的正透镜组由另两组双胶合透镜构成，焦距为1.2-5.6mm。其中，从物方侧起，负透镜组中第一组胶合透镜包括平板保护玻璃和负透镜，焦距为负，第二组胶合透镜包括负透镜和正透镜，焦距为正；所述的正透镜组中第三组胶合透镜包括正透镜和负透镜，焦距为正，第四组胶合透镜包括负透镜和正透镜，焦距为正。
进一步的，所述的变焦镜头的系统焦距变化为1.04～1.51mm。
进一步的，所述的负透镜组的焦距与系统焦距之比为-2.8～-1.9；所述的正透镜组的焦距与系统焦距之比为2.1～3.2。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的内窥变焦镜头具有高放大倍率、超大视场角度的特点，能实现全视场角度138.2°拍摄的同时，又能对局部组织进行520X的光学放大，同时也能实现组织细胞的高清晰成像，操作稳定性好。而且该镜头结构紧凑，尺寸较小，成像镜片数量少(仅采用4个双胶合光学元件共8个镜片，是已知内窥镜变焦物镜中采用镜面数最少的)，累积误差小、杂散光小，在实现大视场、高倍率、高清晰功能的基础上可进一步降低医疗成本。且该镜头易装配、良率高，适合广泛推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明；
图1为本发明的内窥变焦镜头的一种结构示意图；
图2为本发明的内窥变焦镜头在广角组态时的示意图；
图3为本发明的内窥变焦镜头在放大组态时的示意图；
具体实施方法
下面将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。
如图1所示，本发明的内窥变焦镜头，从物方到像方包括负透镜组1、光阑2、正透镜组3、图像传感器芯片4，负透镜组1由两组双胶合透镜构成，第一组胶合透镜11包括平板保护玻璃111和负透镜112，焦距为负，第二组胶合透镜12包括负透镜121和正透镜122，焦距为正，负透镜组的焦距为-2.9mm；正透镜组3由另两组双胶合透镜构成，焦距为3.3mm，其中，第三组胶合透镜31包括正透镜311和负透镜312，焦距为正，第四组胶合透镜32包括负透镜321和正透镜322，焦距为正；变焦镜头的系统焦距变化为1.04～1.51mm，保持负透镜组的焦距与系统焦距之比为-2.8～-1.9，正透镜组的焦距与系统焦距之比为2.1～3.2。
负透镜组1、图像传感器芯片4固定不动，光阑2紧贴于正透镜组3的物方形成一整体，对于不同物距的物，只需移动正透镜组3和光阑2整体即可实现变焦成像，最大的横向放大率可大于1.5；而且采用系统光阑和正透镜组一起移动，可以有效降低系统调焦灵敏度，增加移动组的移动距离，提高系统的可操作性，避免有些设计易出现的移动量很小就产生较大变焦的现象。
上述镜头在变焦过程中，正透镜组3内部相对距离不变，且光阑2相对于正透镜组3的相对位置不变，可以产生两个变焦组态，即广角组态和放大组态，其中将光阑和正透镜组整体向像方移动，实现远距离(约15mm)大视场清晰成像，即广角组态，见图2；当将光阑和正透镜组整体向物方移动，实现对近距离小视场放大高清成像，即放大组态(显微组态)，见图3。其中广角组态全视场MTF达到0.3@180lp/mm，放大组态全视场MTF达到0.3@116lp/mm，均为接近衍射极限状态。
采用本发明的镜头设计可以实现广角组态时视场角达到138.2°，显微组态时能实现520x的高倍光学放大，且两个组态切换的调焦量大，调焦灵敏度低(轻微的调焦对成像质量影响小)，操作人员不易误操作，工作状态稳定性好。此外，整个镜头只需用到4组双胶合光学元件(共8片镜片)，整体结构紧凑简单，固定组和移动组均为2组双胶合元件，加工装配难度低、良率高、成本低；可以作为高放大倍率广角医用微型内窥变焦镜头满足医学观察需求，适合广泛推广使用。

Claims (5)

1.一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头，其特征在于，从物方侧起依次包括负透镜组、光阑、正透镜组、图像传感器芯片；所述的负透镜组、图像传感器芯片固定不动，光阑紧贴于正透镜组的物方形成一整体，在负透镜组与图像传感器芯片之间移动实现变焦成像。
2.根据权利要求1所述的高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头，其特征在于，所述的负透镜组由两组双胶合透镜构成，焦距为-1.38mm～-4.21mm；所述的正透镜组由另两组双胶合透镜构成，焦距为1.2-5.6mm。
3.根据权利要求2所述的高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头，其特征在于，从物方侧起，负透镜组中，其中第一组胶合透镜包括平板保护玻璃和负透镜，焦距为负，第二组胶合透镜包括负透镜和正透镜，焦距为正；所述的正透镜组中，第三组胶合透镜包括正透镜和负透镜，焦距为正，第四组胶合透镜包括负透镜和正透镜，焦距为正。
4.根据权利要求1所述的高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头，其特征在于，所述的变焦镜头的系统焦距f变化为1.04～1.51mm。
5.根据权利要求1所述的高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头，其特征在于，所述的负透镜组的焦距与系统焦距之比f1/f为-2.8～-1.9；所述的正透镜组的焦距与系统焦距之比f2/f为2.1～3.2。
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