CN111904372A - 一种4k腹腔镜的转像镜结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种4K腹腔镜的转像镜结构，由两组完全对称的镜组组成，且两组镜组沿光线方向且依次胶合为一体，其创新点在于：每组镜组均包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜的一侧端面为偶次非球面结构，另一侧端面为凸面，所述第二透镜的一侧端面为凹面，另一侧端面为平面，所述第四透镜的一侧端面为平面，另一侧端面为非球面结构，所述第一透镜的凸面与第二透镜的凹面相对并胶合为一体，所述第二透镜的平面与第三透镜的一侧端面相对并胶合为一体，所述第三透镜的另一侧端面与第四透镜的一侧平面相对并胶合为一体。本发明为了实现在高数值孔径情况下完美消像差，同时平衡场曲，使其能够满足4K分辨率。

Description

一种4K腹腔镜的转像镜结构
技术领域
本发明涉及一种转像镜结构，具体涉及一种4K腹腔镜的转像镜结构，属于医疗器械中腹腔镜的技术领域。
背景技术
硬管腹腔镜由三部分组成，物镜(Objective)，转像镜(Relay Lens)和目镜(Ocular)。工作原理：病灶面被光纤束导入的光照亮，物镜将病灶面成像到物镜后焦面，由三组或者五组放大倍率为-1的中继系统将物镜后焦面的像传导至目镜的前焦面附近，从目镜的出瞳出射光束接近平行光。人眼可以直接在目镜出瞳处观察，或者使用适配器将图像成到焦平面探测器上，可以是CCD或者CMOS。
其中，转像镜在硬管腹腔镜中承担着重要作用，由于数量较多，是窥镜成本的重要组成部分。为了降低成本，一般将转像镜设计为3组完全相同，每组完全对称的镜组。这样的设计优点是成本较低，能有效将窥镜价格降低到合理范围内。缺点是三组完全对称的转像镜会使轴向的像差不断累积，形成很大的残余场曲，给整个窥镜像差的平衡造成困难，特别在4K超高清分辨率腹腔镜的设计时，这样的缺点变得难以承受。4K的UHD腹腔镜分辨率较FHD提高一倍，NA(数值孔径：决定光学系统极限分辨率的关键参数，数值越大，可达到的极限分辨率越高)值预计将达到0.14，显然目前已有的结构形式不足以支撑新的更高分辨率的硬管腹腔镜中间像的传递。
发明内容
本发明的目的是：提供一种为了实现在高数值孔径情况下完美消像差，同时平衡场曲，使其能够满足4K分辨率的4K腹腔镜的转像镜结构。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种4K腹腔镜的转像镜结构，由两组完全对称的镜组组成，且两组镜组沿光线方向且依次胶合为一体，其创新点在于：每组镜组均包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，
所述第一透镜的一侧端面为偶次非球面结构，另一侧端面为凸面，所述第二透镜的一侧端面为凹面，另一侧端面为平面，所述第三透镜的两侧皆为平面，所述第四透镜的一侧端面为平面，另一侧端面为非球面结构，所述第一透镜的凸面与第二透镜的凹面相对并胶合为一体，所述第二透镜的平面与第三透镜的一侧端面相对并胶合为一体，所述第三透镜的另一侧端面与第四透镜的一侧平面相对并胶合为一体，
所述第一透镜的折射率为1.85-2.2，所述第四透镜的折射率为1.85-2.2。
在上述技术方案中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜通过紫外光敏胶胶合为一体。
在上述技术方案中，所述第一透镜的偶次非球面方程为：
Figure BDA0002667385560000021
结构参数为：
-1.0E-4＞a2＞＝-1E-3
1E-6＞a3＞1.0E-8
1.0E-8＞a4＞1.0E-9
-15＞R＞-30
其中，a2为偶次非球面4阶系数，a3为偶次非球面6阶系数，a4为偶次非球面8阶系数，R为曲率半径。
在上述技术方案中，所述第四透镜的非球面结构参数为：
1.0E-004＞a21＞1.0E-005
9.0E-005＞a31＞1.0E-005
-1.0E-006＞a41＞-9.0E-006
-10＞R1＞-30
其中，a21为偶次非球面4阶系数，a31为偶次非球面6阶系数，a41为偶次非球面8阶系数，R1为曲率半径。
本发明所具有的积极效果是：采用本发明的4K腹腔镜的转像镜结构后，每组镜组均包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，
所述第一透镜的一侧端面为偶次非球面结构，另一侧端面为凸面，所述第二透镜的一侧端面为凹面，另一侧端面为平面，所述第三透镜的两侧皆为平面，所述第四透镜的一侧端面为平面，另一侧端面为非球面结构，所述第一透镜的凸面与第二透镜的凹面相对并胶合为一体，所述第二透镜的平面与第三透镜的一侧端面相对并胶合为一体，所述第三透镜的另一侧端面与第四透镜的一侧平面相对并胶合为一体，所述第一透镜的折射率为1.85-2.2，所述第四透镜的折射率为1.85-2.2；
为了实现在高数值孔径情况下完美消像差，同时平衡场曲，本发明的转像镜结构使用了4胶合结构，其中，所述第一透镜具有超高折射率，并与偶次非球面的结构相结合，这样，超高折射率在提供同等屈光度的情况下，表面曲率半径更大，面型平缓，产生残余像差较小，非球面的结构引入就会更进一步降低第一表面引入的像差，为像差平衡起到了积极作用，所述第二透镜为平凹透镜，主体部分(第三透镜)为折射率高于1.8，传统设计中，棒镜中最长的透镜即主体部分折射率通常小于1.7。然而根据拉赫不变量的计算公式可以得出，增加信息量的根源在于提高介质的折射率和像面大小。窥镜系统中，直径受限导致像面尺寸增加的空间不大，增大折射率是提高信息容量的有效手段。所述第四透镜的后表面也使用了非球面结构，为像差平衡提供变量。
附图说明
图1为本发明一种4K腹腔镜的转像镜结构的结构示意图；
图2为本发明的场曲曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
如图1、2所示，一种4K腹腔镜的转像镜结构，由两组完全对称的镜组组成，且两组镜组沿光线方向且依次胶合为一体，每组镜组均包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，
所述第一透镜1的一侧端面为偶次非球面结构，另一侧端面为凸面，所述第二透镜2的一侧端面为凹面，另一侧端面为平面，所述第三透镜3的两侧皆为平面，所述第四透镜4的一侧端面为平面，另一侧端面为非球面结构，所述第一透镜1的凸面与第二透镜2的凹面相对并胶合为一体，所述第二透镜2的平面与第三透镜3的一侧端面相对并胶合为一体，所述第三透镜3的另一侧端面与第四透镜4的一侧平面相对并胶合为一体，
所述第一透镜1的折射率为1.85-2.2，所述第四透镜4的折射率为1.85-2.2。
进一步地，本发明所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4通过紫外光敏胶胶合为一体。所述紫外光敏胶的耐高温的紫外光敏胶，且耐高温的温度为125℃～135℃。这样设计的好处是：不仅能够平衡色差，而且能保证光学系统能够在高温蒸汽消毒时不发生结构变化。
本发明所述第一透镜1的偶次非球面方程为：
Figure BDA0002667385560000051
结构参数为：
-1.0E-4＞a2＞＝-1E-3
1E-6＞a3＞1.0E-8
1.0E-8＞a4＞1.0E-9
-15＞R＞-30
其中，a2为偶次非球面4阶系数，a3为偶次非球面6阶系数，a4为偶次非球面8阶系数，R为曲率半径。
由于所述第一透镜1具有超高折射率，并与偶次非球面的结构相结合。这样超高折射率在提供同等屈光度(代表透镜屈光的能力情况，屈光度越大，代表透镜的屈光能力越强)的情况下，表面曲率半径更大，面型平缓，产生残余像差较小，非球面的引入更进一步降低了第一表面引入的像差，为像差平衡起到了积极作用。
所述第一透镜1选用的是成都光明H-ZF系列或H-ZLAF系列，OHARA的S-NPH系列以及SUMITA的K-PSFN系列玻璃，超高折射率材料的使用能够在同样光焦度的情况下，表面曲率半径变大，与曲率半径小的表面相比引入像差更小。而非球面的使用则进一步平衡了这部分像差，这两个因素同时使用是的NA较大的情况下，也能实现像差的平衡。
进一步地，所述第二透镜2为平凹透镜，所述第三透镜3为棒镜的主要部分，保护部分为折射率高于1.8。传统设计中，棒镜中最长的透镜即主体部分折射率通常小于1.7。然而根据拉赫不变量的计算公式(nuy＝n'y'u'＝J)可以得出，增加信息量的根源在于提高介质的折射率和像面大小。窥镜系统中，直径受限导致像面尺寸增加的空间不大，增大折射率是提高信息容量的有效手段。
进一步地，所述第四透镜4的非球面结构参数为：
1.0E-004＞a21＞1.0E-005
9.0E-005＞a31＞1.0E-005
-1.0E-006＞a41＞-9.0E-006
-10＞R1＞-30
其中，a21为偶次非球面4阶系数，a31为偶次非球面6阶系数，a41为偶次非球面8阶系数，R1为曲率半径。
以下表1中提供一种具体实施例：
表1
Figure BDA0002667385560000061
上述实施例结合图2给出的场曲曲线示意图，其中，图2对的横坐标为场曲值(单位为mm)，纵坐标为视场值(单位为°)，由图2可知在0-2.5°整个视场中场曲的绝对值始终没有超过0.2mm，这在光学系统里是相当小的一个场曲数值。
为了实现在高数值孔径情况下完美消像差，同时平衡场曲，本发明的转像镜结构使用了4胶合结构，其中，所述第一透镜具有超高折射率，并与偶次非球面的结构相结合，这样，超高折射率在提供同等屈光度的情况下，表面曲率半径更大，面型平缓，产生残余像差较小，非球面的结构引入就会更进一步降低第一表面引入的像差，为像差平衡起到了积极作用，所述第二透镜为平凹透镜，主体部分(第三透镜)为折射率高于1.8，传统设计中，棒镜中最长的透镜即主体部分折射率通常小于1.7。然而根据拉赫不变量的计算公式可以得出，增加信息量的根源在于提高介质的折射率和像面大小。窥镜系统中，直径受限导致像面尺寸增加的空间不大，增大折射率是提高信息容量的有效手段。所述第四透镜的后表面也使用了非球面结构，为像差平衡提供变量。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种4K腹腔镜的转像镜结构，由两组完全对称的镜组组成，且两组镜组沿光线方向且依次胶合为一体，其特征在于：每组镜组均包括第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)和第四透镜(4)，
所述第一透镜(1)的一侧端面为偶次非球面结构，另一侧端面为凸面，所述第二透镜(2)的一侧端面为凹面，另一侧端面为平面，所述第三透镜(3)的两侧端面皆为平面，所述第四透镜(4)的一侧端面为平面，另一侧端面为非球面结构，所述第一透镜(1)的凸面与第二透镜(2)的凹面相对并胶合为一体，所述第二透镜(2)的平面与第三透镜(3)的一侧端面相对并胶合为一体，所述第三透镜(3)的另一侧端面与第四透镜(4)的一侧平面相对并胶合为一体，
所述第一透镜(1)的折射率为1.85-2.2，所述第四透镜(4)的折射率为1.85-2.2。
2.根据权利要求1所述的4K腹腔镜的转像镜结构，其特征在于：所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)和第四透镜(4)通过紫外光敏胶胶合为一体。
3.根据权利要求1所述的4K腹腔镜的转像镜结构，其特征在于：所述第一透镜(1)的偶次非球面方程为：
Figure FDA0002667385550000011
结构参数为：
-1.0E-4＞a2＞＝-1E-3
1E-6＞a3＞1.0E-8
1.0E-8＞a4＞1.0E-9
-15＞R＞-30
其中，a2为偶次非球面4阶系数，a3为偶次非球面6阶系数，a4为偶次非球面8阶系数，R为曲率半径。
4.根据权利要求1所述的4K腹腔镜的转像镜结构，其特征在于：所述第四透镜(4)的非球面结构参数为：
1.0E-004＞a21＞1.0E-005
9.0E-005＞a31＞1.0E-005
-1.0E-006＞a41＞-9.0E-006
-10＞R1＞-30
其中，a21为偶次非球面4阶系数，a31为偶次非球面6阶系数，a41为偶次非球面8阶系数，R1为曲率半径。
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