CN112099212A - 一种内调焦的内窥镜适配器光学系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，属于微创医疗的技术领域，利用变焦系统的设计思想，减小调焦移动量，在保证整个调焦范围的成像质量趋近衍射极限的同时，还能使内窥镜适配器光学系统的组合焦距基本不变，具有调焦更准确，且可实现可见到近红外宽波段成像等优点，适宜应用于超高清内窥镜适配器光学系统中，缩短调焦移动量，达到精确调焦的目的。

Description

一种内调焦的内窥镜适配器光学系统
技术领域
本公开涉及一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，属于微创医疗的技术领域。
背景技术
内窥镜适配器连接内窥镜和摄像部分，其作用是将内窥镜目镜的虚像成像到摄像芯片上，通过摄像系统将图像显示到屏幕上，由于内窥镜目镜所成的虚像距离一般在-100mm到无穷远之间，因此要求内窥镜适配器的调焦范围也须满足100mm到无穷远的范围之间。
内窥镜适配器的调焦方式主要采用整组调焦的方式，即通过调焦环带动镜头组一起前后移动达到调焦的目的。这种调焦方式的主要缺点是适配器光学镜头不能在这样大的调焦范围内都具有好的成像质量。另外，随着摄像系统逐步向4K超高清方向发展，像素数量越来越多，对应图像传感器的有效成像尺寸也越来越大，因此要求适配器光学镜头的焦距也越大，导致镜头在100mm到无穷远范围内成像调焦需要移动的距离也越大，如焦距20mm的适配器调焦距离不到4mm，而焦距30mm的适配器调焦范围需要大于6mm，即调焦环旋转在近360°的范围内需移动至少6mm，降低了调焦精度，导致医生在手术过程中经常不能调焦到最清晰的图像位置，影响医生的手术。
因此采用新的调焦方式克服以上问题就显得很急迫，本公开的一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，就是针对此问题的有效解决方案。
发明内容
本公开提供一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，利用变焦系统的设计思想，减小调焦移动量，提高了调焦的准确度。在保证整个调焦范围的成像质量趋近衍射极限的同时，还能使内窥镜适配器光学系统的组合焦距基本不变。
现结合附图详细说明本公开的技术方案：
一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，焦距f的值的范围在20mm至40mm之间,含孔径光阑1，前固定组2，调焦组3，后固定组4，成像面5，孔径光阑1是适配器光学系统的入瞳，入瞳直径大于3mm，与内窥镜光学系统的出瞳位置重合，前固定组2是双凸正透镜和双凹负透镜胶合而成的弯月形负透镜，调焦组3是两个双凸正透镜和一个双凹负透镜胶合而成的三胶合正透镜，双凹负透镜位于两个双凸正透镜之间，后固定组4含负透镜41和双胶合透镜42，负透镜41是双凹透镜，双胶合透镜42是双凸正透镜和弯月负透镜胶合而成的双凸正透镜，负透镜41在前，双胶合透镜42在后，负透镜41和双胶合透镜42之间有固定的空气间隙，成像面5是适配器光学系统的聚焦面，也即图像传感器的靶面，孔径光阑1，前固定组2，调焦组3，后固定组4，成像面5依次共轴排列，其特征在于，孔径光阑1，前固定组2，后固定组4，成像面5位置固定，调焦组3在前固定组2和后固定组4之间位置可变，不同的位置对应不同物距下的聚焦位置，当物距从无穷远向100mm变化时，调焦组3沿光轴向前固定组2的方向移动，移动的距离L小于3mm。
本公开的技术方案的进一步技术特征在于，所述的内调焦的内窥镜适配器光学系统的成像波段范围涵盖可见光和近红外，在400nm-900nm之间。
本公开的技术方案的进一步技术特征在于，所述的内调焦的内窥镜适配器光学系统在调焦过程中成像质量保持一致，针对内窥镜最大出射视场角±7.5°的传递函数（MTF）的值在100对线/mm时大于30%。
本公开的技术方案的进一步技术特征在于，所述的内调焦的内窥镜适配器光学系统在调焦过程中焦距基本保持不变，变化量≤1%。
本公开的优点在于：
1、利用内调焦的方式实现不同物距下的调焦，缩短了调焦组的移动距离，使调焦更准确。
2、在整个调焦范围内焦距和成像质量能保持一致，且可实现可见光到近红外的宽光谱成像。
附图说明
图1：本公开的内调焦的内窥镜适配器光学系统示意图。
图2：实施例一的物距位于无穷远时的光路示意图。
图3：实施例一的物距位于100mm时的光路示意图。
图4：实施例一的调焦组3移动距离L的示意图。
具体实施方式
实施例一：本实施例具有与公开内容所述的结构完全相同的结构，为避免重复，仅罗列关键数据。一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，焦距f=30mm,入瞳直径3.5mm，成像波段范围400nm-900nm，当物距从无穷远向100mm变化时，调焦组3沿光轴向前固定组2的方向移动的距离L=2mm，物距无穷远时，焦距f=30mm,物距100mm时，焦距30.3mm，焦距变化变化量为1%，视场角±7.5°内全视场的MTF的值在100对线/mm时最小值为35%。
工作原理为：前固定组2，调焦组3和负透镜41构成了负-正-负的光学结构，当物距从无穷远到100mm变化时，通过调整正透镜的位置，可以控制全视场从负透镜41出射的主光线的角度保持不变，也即保证了成像距离保持不变，也可以控制主光线在双胶合透镜42上的入射高度基本保持不变，也即控制了像高基本不变，即焦距也只发生很小的变化，本实施例中焦距变化量为1%。同时，负-正-负的光学结构也能有效缩短正组调焦所需的移动距离，本实施例控制移动距离为1.75mm。在成像波段400nm-900nm范围内全视场MTF值接近衍射极限，通过适当的光学材料选择和光路的优化设计即可实现。
本公开的技术方案，适宜应用于超高清内窥镜适配器光学系统中，缩短调焦移动量，达到精确调焦的目的。

Claims (5)

1.一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，焦距f的值的范围在20mm至40mm之间,含孔径光阑（1），前固定组（2），调焦组（3），后固定组（4），成像面（5），孔径光阑（1）是适配器光学系统的入瞳，入瞳直径大于3mm，与内窥镜光学系统的出瞳位置重合，前固定组（2）是双凸正透镜和双凹负透镜胶合而成的弯月形负透镜，调焦组（3）是两个双凸正透镜和一个双凹负透镜胶合而成的三胶合正透镜，双凹负透镜位于两个双凸正透镜之间，后固定组（4）含负透镜（41）和双胶合透镜（42），负透镜（41）是双凹透镜，双胶合透镜（42）是双凸正透镜和弯月负透镜胶合而成的双凸正透镜，负透镜（41）在前，双胶合透镜（42）在后，负透镜（41）和双胶合透镜（42）之间有固定的空气间隙，成像面（5）是适配器光学系统的聚焦面，也即图像传感器的靶面，孔径光阑（1），前固定组（2），调焦组（3），后固定组（4），成像面（5）依次共轴排列，其特征在于，孔径光阑（1），前固定组（2），后固定组（4），成像面（5）位置固定，调焦组（3）在前固定组（2）和后固定组（4）之间位置可变，不同的位置对应不同物距下的聚焦位置，当物距从无穷远向100mm变化时，调焦组（3）沿光轴向前固定组（2）的方向移动，移动的距离L小于3mm。
2.根据权利要求1所述的一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，其特征在于，所述的内调焦的内窥镜适配器光学系统的成像波段范围涵盖可见光和近红外，在400nm-900nm之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，其特征在于，所述的内调焦的内窥镜适配器光学系统在调焦过程中成像质量保持一致，针对内窥镜最大出射视场角±7.5°的传递函数（MTF）的值在100对线/mm时大于30%。
4.根据权利要求1或2所述的一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，其特征在于，所述的内调焦的内窥镜适配器光学系统在调焦过程中焦距基本保持不变，变化量≤1%。
5.根据权利要求1或2所述的一种内调焦的内窥镜适配器光学系统，其特征在于，适配器光学系统焦距f=30mm,入瞳直径3.5mm，成像波段范围400nm-900nm，当物距从无穷远向100mm变化时，调焦组3沿光轴向前固定组2的方向移动的距离L=1.75mm，物距无穷远时，焦距f=30mm,物距100mm时，焦距f=30.3mm，焦距变化变化量为1%，视场角±7.5°内全视场的MTF的值在100对线/mm时最小值为35%。
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