CN112826421A - 一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器 - Google Patents

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刘永坤
向阳
董萌
李婷婷
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Abstract

本发明公开一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，涉及生物医学技术领域，包括从物侧至像侧沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述后固定组的后面设置有红外光路和可见光路；所述变倍组可沿所述光轴移动，用于改变焦距；所述补偿组可沿所述光轴移动，用于进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。本发明提高成像的清晰度及对比度。

Description

一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器
技术领域
本发明涉及生物医学技术领域，特别是涉及一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器。
背景技术
传统内窥镜适配器为定焦可见光波段镜头，医生针对不同内窥镜的实际观察需求，需要更换不同焦距(20mm，25mm，35mm，45mm)的适配器。近红外(N IR)吲哚菁绿(ICG)荧光方法在国外被广泛用于癌症肿瘤的检测，通过荧光内镜可大幅度提高早期癌的检测率，检测率较常规方法提高4～5倍，荧光光谱特性可鉴别诊断人体病变组织、癌组织等。
而国内目前尚无相关荧光内镜产品。
因此，亟待开发一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，以解决现有技术所存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，以解决现有技术所存在的上述问题，提高成像的清晰度及对比度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，包括从物侧至像侧沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述后固定组的后面设置有红外光路和可见光路；所述变倍组可沿所述光轴移动，用于改变焦距；所述补偿组可沿所述光轴移动，用于进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。
优选的，所述前固定组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度；所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第一透镜的像侧面与所述第二透镜的物侧面相互胶合，组成第一胶合镜；
所述第一胶合镜满足vd2-vd1>22，其中，vd1和vd2分别为所述第一透镜和所述第二透镜在d线的色散系数。
优选的，所述变倍组包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜具有正光焦度，所述第四透镜具有负光焦度；所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面相互胶合，组成第二胶合镜；
所述第二胶合镜满足vd3-vd4>18，其中，vd3和vd4分别为所述第三透镜和所述第四透镜在d线的色散系数。
优选的，所述补偿组包括第五透镜和第六透镜，所述第五透镜具有负光焦度，所述第六透镜具有负光焦度；所述第五透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面，所述第六透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第五透镜的像侧面与所述第六透镜的物侧面相互胶合，组成第三胶合镜；
所述第三胶合镜满足vd6-vd5>19，其中，vd5和vd6分别为所述第五透镜和所述第六透镜在d线的色散系数。
优选的，所述补偿组与所述后固定组之间设置有光阑。
优选的，所述后固定组包括第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；所述第七透镜具有正光焦度，物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第八透镜具有负光焦度，物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第九透镜具有正光焦度，物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第十透镜具有负光焦度，物侧面为凹面、像侧面为凸面；
所述第七透镜和所述第八透镜胶合组成第四胶合镜，所述第九透镜和所述第十透镜胶合组成第五胶合镜；
所述第四胶合镜满足vd7-vd8>22，其中，vd7和vd8分别为所述第七透镜和所述第八透镜在d线的色散系数；
所述第五胶合镜满足vd9-vd10>30，其中，vd9和vd10分别为所述第九透镜和所述第十透镜在d线的色散系数。
优选的，所述红外光路包括分光棱镜、补偿镜和红外CCD；所述分光棱镜包括相互贴合的两个全等的等腰直角三棱镜，所述等腰直角三棱镜的倾斜面镀膜，用于实现对可见光的反射，对红外光的透过；所述补偿镜采用平板玻璃，贴合所述分光棱镜安置，用于对红外光路的光程进行补偿，红外光经所述补偿镜之后进入所述红外CCD。
优选的，所述可见光路包括三晶片，所述三晶片用于实现对来自所述分光棱镜的可见光的分束滤光，将可见光分成红、绿、蓝三束光。
优选的，所述三晶片包括胶合在一起的第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜镀红光波段反射膜，所述第三棱镜镀绿光反射膜，所述第二棱镜镀蓝光增透膜。
优选的，所述变倍组和所述补偿组安装于移动台上。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明采用了四群结构，简化了各个群组的镜片数量，并缩短了镜头的聚焦行程，将镜头的总长减小到80mm以内实现焦距的不断改变，同时利用三晶片进一步提升成像清晰度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构组成示意图；
图2为本发明三晶片结构放大图；
图3为本发明的处于最长焦距时的光学示意图；
图4为本发明的处于中焦距时的光学示意图；
图5为本发明的处于最短焦距时的光学示意图；
图6为本发明的处于最长焦距时的0.450-0.680μm的MTF图；
图7为本发明的处于最长焦距时的0.450-0.680μm的点列图；
图8为本发明的处于最长焦距时的0.810-0.850μm的MTF图；
图9为本发明的处于最长焦距时的0.810-0.850μm的点列图；
图10为本发明的处于中焦距时的0.450-0.680μm的MTF图；
图11为本发明的处于中焦距时的0.450-0.680μm的点列图；
图12为本发明的处于中焦距时的0.810-0.850μm的MTF图；
图13为本发明的处于中焦距时的0.810-0.850μm的点列图；
图14为本发明的处于最短焦距时的0.450-0.680μm的MTF图；
图15为本发明的处于最短焦距时的0.450-0.680μm的点列图；
图16为本发明的处于最短焦距时的0.810-0.850μm的MTF图；
图17为本发明的处于最短焦距时的0.810-0.850μm的点列图；
附图说明：L1-第一透镜，L2-第二透镜，L3-第三透镜，L4-第四透镜，L5-第五透镜，L6-第六透镜，L7-第七透镜，L8-第八透镜，L9-第九透镜，L10-第十透镜，L11-分光棱镜，L12-补偿镜，L13-红外CCD，1-第一棱镜，2-第二棱镜，3-第三棱镜，G1-前固定组，G2-变倍组，G3-补偿组，G4-后固定组，A1-红外光路，A2-可见光路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或Code V。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。
实施例一
如图1-17所示，本实施例提供一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其为四组元变焦镜，利用各透镜的配合移动，实现适配镜的焦距改变，利用分光棱镜L11实现可见光与红外光双波段的成像，利用三晶片逐层扫描技术提高成像清晰度。
在本实施例中，三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的前固定组G1，变倍组G2，补偿组G3，光阑，后固定组G4，分光棱镜L11、补偿镜L12、红外CCD组成的红外光路A1以及三晶片组成的可见光路A2。本实施例中第一透镜L1至第十透镜L10各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
前固定组G1包括：具有负光焦度的第一透镜L1与具有正光焦度的第二透镜L2，第一透镜L1的像侧面与第二透镜L2的物侧面相互胶合，组成第一胶合镜；
第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第一透镜L1的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-3.10，-2.89)，第一透镜L1的折射率优选大于1.6；
第二透镜L2的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第二透镜L2的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(1.78，1.90)，第二透镜L2的折射率优选大于1.5；
第一胶合镜片由两枚正负光焦度胶合镜片胶合而成，通过镜片材料折射率与阿贝数的搭配，大幅地减小了光学系统的色差，实现了消费级镜头注重色差还原的要求，进一步的满足：vd2-vd1>22，其中，vd1和vd2分别为第一透镜L1和第二透镜L2在d线的色散系数；
变倍组G2包括：具有正光焦度的第三透镜L3与具有负光焦度的第四透镜L4，第三透镜L3的像侧面与第四透镜L4的物侧面相互胶合，组成第二胶合镜；
第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第三透镜L3的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(2.58，2.83)，第三透镜L3的折射率优选大于1.5；
第四透镜L4的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第四透镜L4的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-3.26，-2.98)，第四透镜L4的折射率优选大于1.6；
第二胶合镜进一步满足：vd3-vd4>18，其中，vd3和vd4分别为该第三透镜L3和第四透镜L4在d线的色散系数；
补偿组G3包括：具有负光焦度的第五透镜L5和具有负光焦度的第六透镜L6，第五透镜L5的像侧面与第六透镜L6的物侧面相互胶合，组成第三胶合镜；
第五透镜L5的透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，第五透镜L5的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-2.00，-1.85)，第五透镜L5的折射率优选大于1.6；
第六透镜L6的透镜的物侧面为凹面，像侧面也为凹面，第六透镜L6的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-4.91，-4.58)，第六透镜L6的折射率优选大于1.5；
第三胶合镜进一步满足：vd6-vd5>19，其中，vd5和vd6分别为该第五透镜L5和第六透镜L6在d线的色散系数；
光阑处于补偿组G3与后固定组G4之间；
后固定组G4包括：第四胶合镜与第五胶合镜，具有正光焦度的第七透镜L7和具有负光焦度的第八透镜L8胶合组成第四胶合镜，具有正光焦度的第九透镜L9和具有负光焦度的第十透镜L10胶合组成第五胶合镜；
第七透镜L7的物侧面为凸面，像侧面也为凸面，第七透镜L7的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(3.40，4.25)，第七透镜L7的折射率优选大于1.5；
第八透镜L8的物侧面为凹面，像侧面也为凸面，第八透镜L8的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-5.57，-5.20)，第八透镜L8的折射率优选大于1.6；
第四胶合镜进一步满足：vd7-vd8>22，其中，vd7和vd8分别为该第七透镜L7和第八透镜L8在d线的色散系数；
第九透镜L9的物侧面为凸面，像侧面也为凸面，第九透镜L9的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(2.34，2.84)，第九透镜L9的折射率优选大于1.5；
第十透镜L10物侧面为凹面，像侧面也为凸面，第十透镜L10的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-5.62，-4.17)，第十透镜L10的折射率优选大于1.7；
第五胶合镜进一步满足：vd9-vd10>30，其中，vd9和vd10分别为该第九透镜L9和第十透镜L10在d线的色散系数；
红外光路，分光棱镜L11把来自第十透镜L10的双波段光分开，透光红外光进入补偿镜L12到达红外CCDL13，反射可见光波段使其进入三晶片；
三晶片为一种分束棱镜组，利用三个棱镜，实现对可见光的分束滤光，把分光棱镜L11反射来的可见光分为红、蓝、绿三色光，分别成像于红、绿、蓝三个CCD上，利用逐层扫描技术，提高成像清晰度；
具体地，三晶片包括胶合在一起的第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3，为了达到分光的效果，第一棱镜1镀红光波段反射膜，透其他可见光，第三棱镜3镀绿光反射膜，透其他可见光波段，第二棱镜2镀蓝光增透膜，其他可见光吸收膜，不让其他波段光透过；
三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配镜，变焦范围满足1.25<f/BFL<3.13，其中，f为焦距，BFL为各焦距时的后焦距。
在本实施例中，变倍组G2和补偿组G3安装于移动台上，通过移动台来带动其移动，移动台的具体结构根据工作需要进行选择；本实施例在焦距改变过程中，变倍组G2呈线性变化，补偿组G3随之进行非线性变化。在此实施例中，第二透镜L2像侧面后距离、第四透镜L4像测面距离、光阑面后距离为变焦过程中三个变化量。
在本实施例中，第一透镜L1至第十透镜L10中多采用两个透镜相互胶合，以进行较好管控色差，三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器只有上述十片；本本实施例可实现清晰的彩色图像，对传递函数管控好，高分辨率，高解析，图像锐度高，图像均匀，切换灵活性强。
以下，示出关于实施例的变焦透镜的各种数值数据。
最长焦距时EFL＝50mm，FNo＝5，BFL＝16mm；
中焦距时EFL＝35mm，FNo＝7，BFL＝16mm；
最短焦距时EFL＝20mm，FNo＝4，BFL＝16mm；
表1为本实施例镜头的结构参数：
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 材料
S1 球面 41.474 3.000 F7
S2 球面 19.315 3.000 BAK1
S3 球面 576.385 17.435～4.553
S4 球面 17.440 2.500 BAK1
S5 球面 58.367 1.500 BASF1
S6 球面 19.409 2.571～21.077
S7 球面 -9.695 1.500 BASF1
S8 球面 -3.737 2.500 BAK1
S9 球面 25.474 1.358
光阑 - Inf 11.067～0.198
S10 球面 33.891 2.965 BAK1
S11 球面 -6.224 1.200 F7
S12 球面 -18.783 8.704
S13 球面 12.783 3.500 BK7
S14 球面 -16.334 1.200 SF15
S15 球面 -88.435 16.000
表2为本实施例镜头的变焦参数
Figure BDA0002811267210000081
表3为分光棱镜、补偿镜以及三晶片参数
Figure BDA0002811267210000082
Figure BDA0002811267210000091
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：包括从物侧至像侧沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述后固定组的后面设置有红外光路和可见光路；所述变倍组可沿所述光轴移动，用于改变焦距；所述补偿组可沿所述光轴移动，用于进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。
2.根据权利要求1所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述前固定组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度；所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第一透镜的像侧面与所述第二透镜的物侧面相互胶合，组成第一胶合镜；
所述第一胶合镜满足vd2-vd1>22，vd1和vd2分别为所述第一透镜和所述第二透镜在d线的色散系数。
3.根据权利要求1所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述变倍组包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜具有正光焦度，所述第四透镜具有负光焦度；所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面相互胶合，组成第二胶合镜；
所述第二胶合镜满足vd3-vd4>18，vd3和vd4分别为所述第三透镜和所述第四透镜在d线的色散系数。
4.根据权利要求1所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述补偿组包括第五透镜和第六透镜，所述第五透镜具有负光焦度，所述第六透镜具有负光焦度；所述第五透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面，所述第六透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第五透镜的像侧面与所述第六透镜的物侧面相互胶合，组成第三胶合镜；
所述第三胶合镜满足vd6-vd5>19，vd5和vd6分别为所述第五透镜和所述第六透镜在d线的色散系数。
5.根据权利要求1所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述补偿组与所述后固定组之间设置有光阑。
6.根据权利要求1所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述后固定组包括第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；所述第七透镜具有正光焦度，物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第八透镜具有负光焦度，物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第九透镜具有正光焦度，物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第十透镜具有负光焦度，物侧面为凹面、像侧面为凸面；
所述第七透镜和所述第八透镜胶合组成第四胶合镜，所述第九透镜和所述第十透镜胶合组成第五胶合镜；
所述第四胶合镜满足vd7-vd8>22，vd7和vd8分别为所述第七透镜和所述第八透镜在d线的色散系数；
所述第五胶合镜满足vd9-vd10>30，vd9和vd10分别为所述第九透镜和所述第十透镜在d线的色散系数。
7.根据权利要求1所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述红外光路包括分光棱镜、补偿镜和红外CCD；所述分光棱镜包括相互贴合的两个全等的等腰直角三棱镜，所述等腰直角三棱镜的倾斜面镀膜，用于实现对可见光的反射，对红外光的透过；所述补偿镜采用平板玻璃，贴合所述分光棱镜安置，用于对红外光路的光程进行补偿，红外光经所述补偿镜之后进入所述红外CCD。
8.根据权利要求7所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述可见光路包括三晶片，所述三晶片用于实现对来自所述分光棱镜的可见光的分束滤光，将可见光分成红、绿、蓝三束光。
9.根据权利要求8所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述三晶片包括是胶合在一起的第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜镀红光波段反射膜，所述第三棱镜镀绿光反射膜，所述第二棱镜镀蓝光增透膜。
10.根据权利要求1所述的三晶片荧光双波段内窥镜变焦适配器，其特征在于：所述变倍组和所述补偿组安装于移动台上。
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