CN112006639B - 电子内窥镜成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子内窥镜成像镜头，沿光路方向依次包括：第一窗口片，通入光束且起密封作用；至少一对弯月透镜，沿光路方向，第一弯月透镜和第二弯月透镜组成一对弯月透镜，第一弯月透镜的通光孔径大于第二弯月透镜的通光孔径，用于扩展视域，消除视域扩大带来的畸变；至少一对双凹透镜和双凸透镜，用于电子内窥镜成像，每个双凹透镜的两面曲率不同，每个双凸透镜的两面曲率不同；出射透镜，所述出射透镜为两面曲率一致的双凸透镜，用于电子内窥镜成像；第二窗口片，起密封作用。上述电子内窥镜成像镜头扩大了超广角镜头视域。

Description

电子内窥镜成像镜头
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，更为具体地，涉及一种电子内窥镜成像镜头。
背景技术
采用柔性内窥镜对人体肠、胃、胰腺、呼吸道、泌尿道等进行内部观察是目前医疗领域人体内部检查的重要手段。目前主要采用的内窥镜包括光纤传像束内窥镜和电子内窥镜。其中电子内窥镜由于具有较高分辨率被广泛使用。使用电子内窥镜时，内窥镜的视域是重要指标。较大的视域可以使医疗人员在有限的空间内拍摄到较大面积的景物。目前常规的内窥镜视域范围为60°～90°，有少数广角镜头可以达到120°。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种扩大超广角镜头视域的电子内窥镜成像镜头。
为了实现上述目的，本发明所述一种电子内窥镜成像镜头，沿光路方向依次包括：
第一窗口片，通入光束且起密封作用；
至少一对弯月透镜，沿光路方向，第一弯月透镜和第二弯月透镜组成一对弯月透镜，第一弯月透镜的通光孔径大于第二弯月透镜的通光孔径，用于扩展视域，消除视域扩大带来的畸变；
至少一对双凹透镜和双凸透镜，用于电子内窥镜成像，每个双凹透镜的两面曲率不同，每个双凸透镜的两面曲率不同；
出射透镜，所述出射透镜为两面曲率一致的双凸透镜，用于电子内窥镜成像；
第二窗口片，起密封作用。
优选地，所述弯月透镜、双凹透镜、双凸透镜和出射透镜组合的焦距f为1.168mm，有效通光孔径D为0.2mm，f/D＝5.84。
优选地，包括一对弯月透镜，每个弯月透镜的两面曲率不一致，第一弯月透镜曲率大的一面为光束入射面，第二弯月透镜曲率小的一面为光束入射面。
进一步，优选地，包括第一双凹透镜、第一双凸透镜，第二双凸透镜、第三双凸透镜和第二双凹透镜，第一双凹透镜曲率小的一面为光束入射面，第一双凸透镜曲率大的一面为光束入射面，第二双凸透镜曲率小的一面为光束入射面，第三双凸透镜曲率大的一面为光束入射面，第二双凹透镜曲率小的一面为光束入射面，第一双凹透镜的通光孔径小于出射透镜的通光孔径且不小于第一双凸透镜的通光孔径，第一双凸透镜的通光孔径大于第二双凸透镜的通光孔径，第二双凸透镜的通光孔径大于第二双凹透镜的通光孔径，第三双凸透镜的通光孔径不大于第二双凹透镜的通光孔径。
进一步，优选地，所述第一双凸透镜曲率大的一面与第一双凹透镜曲率大的一面胶合，所述第二双凹透镜曲率小的一面与第三双凸透镜曲率小的一面胶合。
此外，优选地，第一弯月透镜和第二弯月透镜采用不同的光学材料，第一双凹透镜、第一双凸透镜，第二双凸透镜、第三双凸透镜和第二双凹透镜采用不同的光学材料，使得对可见光波段480nm～680nm宽光谱成像，不同光学材料用于消除镜头对不同光谱成像时产生的色差，保证成像质量。
进一步，优选地，第一弯月透镜使用的光学材料为H-FK61；第二弯月透镜使用的光学材料为H-ZF12；第一双凹透镜使用的光学材料为H-ZK9B；第一双凸透镜使用的光学材料为H-ZF12；第二双凸透镜使用的光学材料为H-FK61；第三双凸透镜使用的光学材料为H-ZLAF69；第二双凹透镜使用的光学材料为H-ZF12；出射透镜使用的光学材料为H-ZLAF69；第一窗口片与第二窗口片使用的光学材料为蓝宝石玻璃。
此外，优选地，第三双凸透镜朝向第二双凸透镜的一面前安装孔径光阑，通光孔径0.35mm。
本发明所述电子内窥镜成像镜头前端采用两片双凹透镜拓展电子内窥镜视域，采用多种光学材料和两组双胶合透镜消除色差，使电子内窥镜的视域达到140°，同时具有良好的成像质量，可广泛应用于医疗领域和工业领域。
附图说明
图1是本发明所述电子内窥镜成像镜头示意图；
图2是本发明所述电子内窥镜成像镜头光学传递函数的坐标图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
为了扩大超广角镜头视域，本发明所述电子内窥镜成像镜头，沿光路方向依次包括第一窗口片、至少一对弯月透镜、至少一对双凹透镜和双凸透镜、出射透镜和第二窗口片，其中，所述第一窗口片通入光束且起密封作用，弯月透镜用于扩展视域，双凹透镜和双凸透镜及出射透镜用于成像，第二窗口片用于出射光束和起密封作用，其中，一对弯月透镜由第一弯月透镜和第二弯月透镜组成，第一弯月透镜的通光孔径大于第二弯月透镜的通光孔径，扩展视域同时除视域扩大带来的畸变；成对的双凹透镜和双凸透镜的两面曲率不相同，出射透镜为两面曲率一致的双凸透镜，用于提高电子内窥镜的成像质量。
在本发明的一个具体实施例中，所述电子内窥镜成像镜头由两片蓝宝石玻璃窗口片和6组8片光学透镜组成，安装位置和方式为：依次排列有第一窗口片1为蓝宝石玻璃材料的平面镜，通光径4.22mm，厚度0.3mm；第一弯月透镜2的曲率半径较大的一面为光束入射面，通光孔径3mm；第二弯月透镜3的曲率半径小的一面为光束入射面，通光孔径1.6mm；第一双凹透镜4的曲率小的一面为光束入射面，通光孔径1.5mm，曲率大的一面与第一双凸透镜5胶合；第一双凸透镜5曲率大的一面为光束入射面，通光孔径1.46mm，曲率大的一面与第一双凹透镜4胶合；第二双凸透镜6曲率小的一面为光束入射面，通光孔径1.22mm；第三双凸透镜7曲率大的一面为光束入射面，通光孔径0.35mm，曲率小的一面与第二双凹透镜8胶合；第二双凹透镜8为双凹透镜，曲率小的一面为光束入射面，通光孔径0.5mm，曲率小的一面与第三双凸透镜7胶合；出射透镜9为双凸透镜，两面曲率一致，通光孔径1.86mm；第二窗口片10为蓝宝石玻璃材料的平面镜。
其中，第一弯月透镜2使用的光学材料为H-FK61；第二弯月透镜3使用的光学材料为H-ZF12；第一双凹透镜4使用的光学材料为H-ZK9B；第一双凸透镜5使用的光学材料为H-ZF12；第二双凸透镜6使用的光学材料为H-FK61；第三双凸透镜7使用的光学材料为H-ZLAF69；第二双凹透镜8使用的光学材料为H-ZF12；出射透镜9使用的光学材料为H-ZLAF69；窗口片(1)与第二窗口片10使用的光学材料为蓝宝石玻璃；
第三双凸透镜7入光面安装孔径光阑，通光孔径0.35mm；
窗口片与透镜均对450nm～650nm宽谱段镀增透膜，单面透过率>99％，该光学系统整体透过率>80％。
本发明所述所述电子内窥镜成像镜头为大视域电子内窥镜成像镜头，可实现对450nm～650nm谱段，140°视域内物体成像，像方F/#5.84，系统焦距1.168mm。镜头后可安装COMS、CCD等各种电子感光器件。镜头成像光学传递函数MTF如图2所示，MTF>0.3@140lp/mm，可以对目标实现高清成像。
进一步地，在一个可选实施例中，第一窗口片1，光学材料为蓝宝石玻璃，元件两面均为平面，厚度0.3mm，通光孔径4.22mm；
第一弯月透镜2，光学材料为H-FK61，中心厚度0.2mm，通光孔径3mm；入光面为凸形球面，曲率半径10.09mm；出光面为凹形球面，曲率半径1.02mm；
第二弯月透镜3，光学材料为H-ZF12，中心厚度0.2mm，通光孔径1.6mm；入光面为凹形球面，曲率半径2.014mm；出光面为凸形球面，曲率半径3.02mm；
第一双凹透镜4，光学材料为H-ZK9B，中心厚度0.2mm，通光孔径1.5mm；入光面为凹形球面，曲率半径1.93mm；出光面为凹形球面，曲率半径6.98mm；
第一双凸透镜5，光学材料为H-ZF12，中心厚度0.2mm，通光孔径1.6mm；入光面为凸形球面，曲率半径6.98mm；出光面为凸形球面，曲率半径2.512mm；
第二双凸透镜6，光学材料为H-FK61，中心厚度0.29mm，通光孔径1.22mm；入光面为凸形球面，曲率半径1.634mm；出光面为凸形球面，曲率半径6.98mm；
第三双凸透镜7，光学材料为H-ZLAF69，中心厚度0.3mm，通光孔径0.35mm；入光面为凸形球面，曲率半径1.519mm；出光面为凸形球面，曲率半径1.02mm；
第二双凹透镜8，光学材料为H-ZF12，中心厚度0.2mm，通光孔径0.5mm；入光面为凹形球面，曲率半径1.02mm；出光面为凹形球面，曲率半径1.2mm；
出射透镜9为双凸透镜，光学材料为H-ZLAF69，中心厚度0.47mm，通光孔径1.86mm，入光面和出光面均为凸形球面，曲率半径一致，均为3.61mm；
第二窗口片10，光学材料为蓝宝石玻璃，元件两面均为平面，厚度0.3mm，通光孔径2.02mm，
其中，第一窗口片1与第一弯月透镜2的中心距为0.04mm；第一弯月透镜2与第二弯月透镜3的中心距为0.82mm；第二弯月透镜3与第一双凹透镜4的中心距为0.1mm；第一双凸透镜5与第二双凸透镜6的中心距为0.05mm；第二双凸透镜6与第三双凸透镜7的中心距为0.45mm；第二双凹透镜9与出射透镜9的中心距为0.52mm；出射透镜9与第二窗口片10的中心距为0.05mm；第二窗口片10与像面的距离为1mm。
图2为本发明所述电子内窥镜成像镜头成像调制传递函数(Modulation TransferFunction，MTF)的坐标图，从图中可以看出，450nm与650nm波段对0°、30°、50°、70°视域明暗条纹成像时，不同分辨率下的成像比对度。如图所示，镜头在100lp/mm分辨率下，各谱段、各视域条纹成像对比度均大于0.4，满足像元大小为5μm以上CCD或CMOS感光元件对成像质量的要求。由于镜头为轴对称系统，因此镜头对0°～-70°视域内物体成像同样可以达到上述成像质量。因此大视域电子内窥镜的全视域达到140°。
尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想多个，除非明确限制为单数。

Claims (9)

1.一种电子内窥镜成像镜头，其特征在于，沿光路方向依次包括：
第一窗口片，通入光束且起密封作用；
至少一对弯月透镜，沿光路方向，第一弯月透镜和第二弯月透镜组成一对弯月透镜，第一弯月透镜的通光孔径大于第二弯月透镜的通光孔径，用于扩展视域，消除视域扩大带来的畸变；
第一双凹透镜、第一双凸透镜，第二双凸透镜、第三双凸透镜和第二双凹透镜；其中，第一双凹透镜曲率小的一面为光束入射面，第一双凸透镜曲率大的一面为光束入射面，第二双凸透镜曲率小的一面为光束入射面，第三双凸透镜曲率大的一面为光束入射面，第二双凹透镜曲率小的一面为光束入射面，第一双凹透镜的通光孔径小于出射透镜的通光孔径且不小于第一双凸透镜的通光孔径，第一双凸透镜的通光孔径大于第二双凸透镜的通光孔径，第二双凸透镜的通光孔径大于第二双凹透镜的通光孔径，第三双凸透镜的通光孔径不大于第二双凹透镜的通光孔径；所述双凹透镜和双凸透镜用于电子内窥镜成像，每个双凹透镜的两面曲率不同，每个双凸透镜的两面曲率不同；
出射透镜，所述出射透镜为两面曲率一致的双凸透镜，用于电子内窥镜成像；
第二窗口片，起密封作用。
2.根据权利要求1所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，所述弯月透镜、双凹透镜、双凸透镜和出射透镜组合的焦距f为1.168mm，有效通光孔径D为0.2mm，f/D＝5.84。
3.根据权利要求1所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，包括一对弯月透镜，每个弯月透镜的两面曲率不一致，第一弯月透镜曲率大的一面为光束入射面，第二弯月透镜曲率小的一面为光束入射面。
4.根据权利要求3所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，所述第一双凸透镜曲率大的一面与第一双凹透镜曲率大的一面胶合，所述第二双凹透镜曲率小的一面与第三双凸透镜曲率小的一面胶合。
5.根据权利要求3所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，第一弯月透镜和第二弯月透镜采用不同的光学材料，第一双凹透镜、第一双凸透镜，第二双凸透镜、第三双凸透镜和第二双凹透镜采用不同的光学材料，使得对可见光波段480nm～680nm宽光谱成像，不同光学材料用于消除镜头对不同光谱成像时产生的色差，保证成像质量。
6.根据权利要求5所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，第一弯月透镜使用的光学材料为H-FK61；第二弯月透镜使用的光学材料为H-ZF12；第一双凹透镜使用的光学材料为H-ZK9B；第一双凸透镜使用的光学材料为H-ZF12；第二双凸透镜使用的光学材料为H-FK61；第三双凸透镜使用的光学材料为H-ZLAF69；第二双凹透镜使用的光学材料为H-ZF12；出射透镜使用的光学材料为H-ZLAF69；第一窗口片与第二窗口片使用的光学材料为蓝宝石玻璃。
7.根据权利要求3所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，第三双凸透镜朝向第二双凸透镜的一面前安装孔径光阑，通光孔径0.35mm。
8.根据权利要求3所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，包括：
第一窗口片，光学材料为蓝宝石玻璃，元件两面均为平面，厚度0.3mm，通光孔径4.22mm；
第一弯月透镜，光学材料为H-FK61，中心厚度0.2mm，通光孔径3mm；入光面为凸形球面，曲率半径10.09mm；出光面为凹形球面，曲率半径1.02mm；
第二弯月透镜，光学材料为H-ZF12，中心厚度0.2mm，通光孔径1.6mm；入光面为凹形球面，曲率半径2.014mm；出光面为凸形球面，曲率半径3.02mm；
第一双凹透镜，光学材料为H-ZK9B，中心厚度0.2mm，通光孔径1.5mm；入光面为凹形球面，曲率半径1.93mm；出光面为凹形球面，曲率半径6.98mm；
第一双凸透镜，光学材料为H-ZF12，中心厚度0.2mm，通光孔径1.6mm；入光面为凸形球面，曲率半径6.98mm；出光面为凸形球面，曲率半径2.512mm；
第二双凸透镜，光学材料为H-FK61，中心厚度0.29mm，通光孔径1.22mm；入光面为凸形球面，曲率半径1.634mm；出光面为凸形球面，曲率半径6.98mm；
第三双凸透镜，光学材料为H-ZLAF69，中心厚度0.3mm，通光孔径0.35mm；入光面为凸形球面，曲率半径1.519mm；出光面为凸形球面，曲率半径1.02mm；
第二双凹透镜，光学材料为H-ZF12，中心厚度0.2mm，通光孔径0.5mm；入光面为凹形球面，曲率半径1.02mm；出光面为凹形球面，曲率半径1.2mm；
出射透镜为双凸透镜，光学材料为H-ZLAF69，中心厚度0.47mm，通光孔径1.86mm，入光面和出光面均为凸形球面，曲率半径一致，均为3.61mm；
第二窗口片，光学材料为蓝宝石玻璃，元件两面均为平面，厚度0.3mm，通光孔径2.02mm。
9.根据权利要求8所述的电子内窥镜成像镜头，其特征在于，包括：
第一窗口片与第一弯月透镜的中心距为0.04mm；第一弯月透镜与第二弯月透镜的中心距为0.82mm；第二弯月透镜与第一双凹透镜的中心距为0.1mm；第一双凸透镜与第二双凸透镜的中心距为0.05mm；第二双凸透镜与第三双凸透镜的中心距为0.45mm；第二双凹透镜与出射透镜的中心距为0.52mm；出射透镜与第二窗口片的中心距为0.05mm；第二窗口片与像面的距离为1mm。
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