CN112120650A - 一款超广角转向内窥镜头 - Google Patents

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李璇
朱佳巍
王旗
钟有杰
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Abstract

本发明公开了一款超广角转向内窥镜头，属于光学镜头领域，包括沿光线传播方向依次设置的第一透镜元件(P1)、棱镜1(P2)、棱镜2(P3)、光阑(STO)、第二透镜元件(P4)、第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)、第五透镜元件(P7)。其中第一透镜元件(P1)为正透镜；棱镜1(P2)和棱镜2(P3)为与水平方向具有30°倾角的转折棱镜，且两个棱镜无需胶合；第二透镜元件(P4)为负透镜；第三透镜元件(P5)为正透镜；第四透镜元件(P6)为负透镜；第五透镜元件(P7)为正透镜；各透镜和棱镜均为塑胶镜片，具有大视场角、轻便小型等特点。本发明专利提供一款2mm*2mm*6mm小型转向内窥镜头，能实现高像质、低像差成像，低成本生产。

Description

一款超广角转向内窥镜头
技术领域
本发明属于光学镜头技术领域，更具体地，涉及一款超广角转向内窥镜头。
背景技术
随着医疗水平的提高、微创手术应用逐渐广泛化，硬质内窥镜作为微创手术的眼睛起到极为重要的作用，其成像质量、可视范围、小型等特点显得尤为重要。目前的硬质内窥镜头为了保证其成像质量大多选用塑胶和玻璃混合来设计，这将会牺牲其外形尺寸同时会增加成本；目前很少有产商能在保证内窥镜成像要求的同时兼顾其外形和成本；本发明就是基于这种情况下作出。
发明内容
针对现有技术的不足和现实需求，本发明提供了一款超广角转向内窥镜头，其目的在于实现对现有硬质内窥镜的性能改善，增加内窥镜的可视范围，实现小型化的同时节约成本。
为实现上述目的，本发明提供了一款超广角转向内窥镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜元件(P1)、棱镜1(P2)、棱镜2(P3)、光阑(STO)、第二透镜元件(P4)、第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)、第五透镜元件(P7)；所述第一透镜元件(P1)为非球面负透镜，其物侧面为平面，像侧面为凹面；所述第二透镜元件(P4)为非球面正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第三透镜元件(P5)为非球面正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第四透镜元件(P6)为非球面负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；所述第五透镜元件(P7)为非球面正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
且各透镜元件的焦距满足以下关系式：-2.5<f1/f<-1；2.012<f4/f<2.315；2.583<f5/f<2.816；-1.317<f6/f<-0.934；2.216<f7/f<2.538；其中，f1为所述第一透镜元件(P1)的有效焦距，f4为所述第二透镜元件(P4)的有效焦距，f5为所述第三透镜元件(P5)的有效焦距，f6为所述第四透镜元件(P6)的有效焦距，f7为所述第五透镜元件(P7)的有效焦距，f为一款超广角转向内窥镜头的有效焦距。
优选地，还满足下列关系式：9.1<TTL/f<10.5；105°<Fov<110°；其中TTL为所述第一透镜元件(P1)的物侧面左下角顶点至成像面的轴上距离，Fov为一款超广角转向内窥镜头的最大视场角。
优选地，所述第一透镜元件(P1)、棱镜1(P2)、棱镜2(P3)、第二透镜元件(P4)、第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)、第五透镜元件(P7)的材质均为塑胶。
优选地，还满足下列关系式：3.5<F<4；0.36<TDS/f<0.49；其中，F为所述镜头的像方F数，TDS为设置在所述棱镜2(P3)与第二透镜元件(P4)之间的光阑(STO)口径大小。
优选地，满足下列关系式：N＞n；θ＞arcsin(n/N)；其中，θ为光线入射所述棱镜2(P3)中S12面的入射角、n为空气的折射率，N为所述棱镜2所用材料的折射率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明的光学成像系统利用正负透镜交替组合，有利于平衡各视场的像差，能有效地校正像散、色差和畸变；(2)本发明光学系统具有较大的视场角度；(3)本发明光学系统F数较小，光圈较大，进光量充足，相对照度高；(4)本发明通过使用塑胶镜片，调整棱镜入射角度从而取消镀膜和胶合工艺，降低生产成本；
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明棱镜2的光线示意图；
图3为本发明实施例的畸变图；
图4为本发明实施例的像散曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
1、一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，包括从物面至像面依次设置的第一透镜元件(P1)、棱镜1(P2)、棱镜2(P3)、光阑(STO)、第二透镜元件(P4)、第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)、第五透镜元件(P7)；
所述第一透镜元件(P1)为非球面负透镜，其物侧面为平面，像侧面为凹面；
所述第二透镜元件(P4)为非球面正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第三透镜元件(P5)为非球面正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第四透镜元件(P6)为非球面负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
所述第五透镜元件(P7)为非球面正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
且各透镜元件的焦距满足以下关系式：
-2.5<f1/f<-1；
2.012<f4/f<2.315；
2.583<f5/f<2.816；
-1.317<f6/f<-0.934；
2.216<f7/f<2.538；
其中，f1为所述第一透镜元件(P1)的有效焦距，f4为所述第二透镜元件(P4)的有效焦距，f5为所述第三透镜元件(P5)的有效焦距，f6为所述第四透镜元件(P6)的有效焦距，f7为所述第五透镜元件(P7)的有效焦距，f为一款超广角转向内窥镜头的有效焦距。
一款超广角转向内窥镜头其正负透镜相互配合，能有效的缩短镜头的长度，使镜头结构紧凑；第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)和第五透镜元件(P7)所组成的透镜组，其正负透镜相互交替的特点，有利于平衡各视场的像差，能有效的校正像散、色差和畸变；
2、一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，还满足下列关系式：
9.1<TTL/f<10.5；
105°<Fov<110°；
其中TTL为所述第一透镜元件(P1)的物侧面左下角顶点至成像面的轴上距离，Fov为一款超广角转向内窥镜头的最大视场角。
一款超广角转向内窥镜头其焦距(f)小，总长(TTL)短,有助于扩大视场角，在相同的视向角下，视场角大可视范围就广，在应用中能看到的器官和组织就多，增加了其实用价值。
3、一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，所述第一透镜元件(P1)、棱镜1(P2)、棱镜2(P3)、第二透镜元件(P4)、第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)、第五透镜元件(P7)的材质均为塑胶。
相比于玻塑混合的镜头，塑胶化镜头会相对较轻，在应用中方便对其进行操作；同时有利于降低成本，镜片能大批量生产，具备量产性。
4、一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，满足下列关系式：
3.5<F<4；
0.36<TDS/f<0.49；
ILL>95％；
其中，F为所述镜头的像方F数，TDS为设置在所述棱镜2(P3)与第二透镜元件(P4)之间的光阑(STO)口径大小，ILL为一款超广角转向内窥镜头的相对照度。
一款超广角转向内窥镜头其像方F数较小，在焦距一定时其光圈大，增加进入镜头的光，提高镜头的整体亮度；该内窥镜头在各个视场下其相对照度高达95％以上，在实际应用中整体画面的亮度较好，能让使用者看清晰。
5、一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，还满足下列关系式：
N＞n；
θ＞arcsin(n/N)；
其中，θ为光线入射所述棱镜2(P3)中S11面的入射角、n为空气的折射率，N为所述棱镜2所用材料的折射率。
光线经棱镜2(P3)的S11面反射到达S12面过程中，在棱镜2(P3)S11面不镀膜情况下，满足斯涅尔定律的前提条件，光从光密介质进入光疏介质，根据斯涅尔定律，其发生全反射的临界入射角为37.8°。正常情况下，S11上半部分要镀反射膜，下半部分要镀增透膜，因镜片较小难以操作。为了避免因镜片过小导致镀膜不好操作的问题。调整光线入射到S11面的角度，使其满足θ＞37.8°从而满足全反射要求。S11面繁杂的镀膜工艺就可以取消了，同时为了保证其全反射的成立，棱镜1(P2)和棱镜2(P3)也不需要进行胶合。从而达到化简工艺，降低成本。
实施例1
作为本发明的一种具体的实施例，该超广角转向内窥镜头的参数如下表1所示：
表1一款超广角转向内窥镜头的结构参数表
Figure BDA0002755109260000041
Figure BDA0002755109260000051
表2一款超广角转向内窥镜头各透镜表面矢高sag与半径r的比值sag/r
Figure BDA0002755109260000052
在本实施例中，物距为20mm，物距较近。畸变表现如图3所示，最大畸变＜37％，从其走势可看出，其TV畸变很小，场曲如图4所示，最大场曲小于±0.01mm，本实例光学系统具有良好的成像效果。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，包括从物面至像面依次设置的第一透镜元件(P1)、棱镜1(P2)、棱镜2(P3)、光阑(STO)、第二透镜元件(P4)、第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)、第五透镜元件(P7)；
所述第一透镜元件(P1)为非球面负透镜，其物侧面为平面，像侧面为凹面；
所述第二透镜元件(P4)为非球面正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第三透镜元件(P5)为非球面正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第四透镜元件(P6)为非球面负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
所述第五透镜元件(P7)为非球面正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
且各透镜元件的焦距满足以下关系式：
-2.5<f1/f<-1；
2.012<f4/f<2.315；
2.583<f5/f<2.816；
-1.317<f6/f<-0.934；
2.216<f7/f<2.538；
其中，f1为所述第一透镜元件(P1)的有效焦距，f4为所述第二透镜元件(P4)的有效焦距，f5为所述第三透镜元件(P5)的有效焦距，f6为所述第四透镜元件(P6)的有效焦距，f7为所述第五透镜元件(P7)的有效焦距，f为一款超广角转向内窥镜头的有效焦距。
2.如权利要求1所述的一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，还满足下列关系式：
9.1<TTL/f<10.5；
105°<Fov<110°；
其中TTL为所述第一透镜元件(P1)的物侧面左下角顶点至成像面的轴上距离，Fov为一款超广角转向内窥镜头的最大视场角。
3.如权利要求1所述的一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，所述第一透镜元件(P1)、棱镜1(P2)、棱镜2(P3)、第二透镜元件(P4)、第三透镜元件(P5)、第四透镜元件(P6)、第五透镜元件(P7)的材质均为塑胶。
4.如权利要求1所述的一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，满足下列关系式：
3.5<F<4；
0.36<TDS/f<0.49；
ILL>95％；
其中，F为所述镜头的像方F数，TDS为设置在所述棱镜2(P3)与第二透镜元件(P4)之间的光阑(STO)口径大小，ILL为一款超广角转向内窥镜头的相对照度。
5.如权利要求1所述的一款超广角转向内窥镜头，其特征在于，还满足下列关系式：
N＞n；
θ＞arcsin(n/N)；
其中，θ为光线入射所述棱镜2(P3)中S11面的入射角、n为空气的折射率，N为所述棱镜2所用材料的折射率。
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