CN113589520A - 一种小尺寸光学内窥镜 - Google Patents

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CN113589520A CN202111038175.8A CN202111038175A CN113589520A CN 113589520 A CN113589520 A CN 113589520A CN 202111038175 A CN202111038175 A CN 202111038175A CN 113589520 A CN113589520 A CN 113589520A
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Abstract

本发明公开一种小尺寸光学内窥镜，包括套筒，所述套筒内嵌设有透镜组；所述透镜组包括按照光路依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的直径均不大于1mm；所述第一透镜与所述第二透镜之间设置有第一间隔，所述第二透镜与所述第三透镜之间设有第二间隔，所述第三透镜与所述第四透镜之间设有第三间隔，所述第四透镜与所述第五透镜之间设有第四间隔。本发明结构简单，最终成品内窥镜直径小，适用性高，对各种不利环境的抗性高，使用寿命长；成像更加清晰，失真率低，对医学应用和工业应用更加有利。

Description

一种小尺寸光学内窥镜
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种小尺寸光学内窥镜。
背景技术
内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器；具有图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等结构。内窥镜在医疗诊断和工业检测中有着不可或缺的作用，例如内镜检查是消化道疾病、呼吸道疾病主要的诊断手段，也是最新的微创手术的重要组成部分；工业内窥镜的内部探伤和无损检测，广泛应用于汽车、航空发动机、管道、机械零件等，可在不需拆卸或破坏组装及无需设备停止运行的情况下实现无损检测。
目前市场上的内窥镜逐渐向小型化发展，但是尺寸太小会导致内窥镜的镜片加工困难甚至无法加工，现有光学冷加工能做到镜片小于2mm，而镜片尺寸小于1mm就存在加工困难甚至无法加工。在中国发明专利CN112107278A中采用塑料非球面注塑成型的方式设计出镜片直径小于1mm的内窥镜，但是塑料内窥镜无法耐高温，在医疗和工业使用上受到限制，使用寿命短，成像清晰度低。为解决上述问题，实现内窥镜尺寸小型化且加工简单，本发明基于目前的光学冷加工水平上，设计出尺寸小于1mm，容易加工的内窥镜结构，更方便应用于更小的孔径，呈像更加清晰，使用寿命更长。
发明内容
本发明的目的是提供一种小尺寸光学内窥镜，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种小尺寸光学内窥镜，包括套筒，所述套筒内嵌设有透镜组；
所述透镜组包括按照光路依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的直径均不大于1mm；
所述第一透镜与所述第二透镜之间设置有第一间隔，所述第二透镜与所述第三透镜之间设有第二间隔，所述第三透镜与所述第四透镜之间设有第三间隔，所述第四透镜与所述第五透镜之间设有第四间隔。
优选的，所述第一透镜和所述第五透镜为平凹透镜，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜为平凸透镜。
优选的，所述第一透镜的f1＝-0.6mm--0.7mm，R1＝∞mm，
R2＝0.5mm-0.6mm，Nd＝1.8-1.85，Vd＝46-47，D1＝0.30mm-0.35mm，
L1＝0.05mm-0.1mm；
其中，f1表示第一透镜的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D1表示第一透镜的厚度，L1表示所述第一透镜的空气间隔。
优选的，所述第二透镜的f2＝1.6mm-1.65mm，R1＝1.3mm-1.4mm，R2＝∞mm，Nd＝1.8-1.85，Vd＝22-23，D2＝0.5mm-0.6mm，L2＝0.02mm-0.04mm；
其中，f2表示第二透镜的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D2表示第二透镜的厚度，L2表示所述第二透镜的空气间隔。
优选的，f3＝0.6mm-0.70mm，R1＝∞mm，R2＝-0.7mm--0.6mm，Nd＝1.85-1.9，Vd＝40.5-41，D3＝0.5mm-0.6mm，L3＝0.05mm-0.1mm；
其中，f3表示所述第三透镜的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D3表示第三透镜的厚度，L3表示所述第三透镜的空气间隔。
优选的，所述第四透镜的f4＝1.1mm-1.2mm，R1＝∞mm，R2＝-1.5mm--1mm，Nd＝1.9-1.95，Vd＝32-32.5，D4＝0.5mm-0.55mm，L4＝0.02mm-0.03mm；
其中，f4表示第四透镜的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D4表示第四透镜的厚度，L4表示所述第四透镜的空气间隔。
优选的，所述第五透镜的f5＝-0.85mm--0.8mm，R1＝-0.8mm--0.75mm，R2＝∞mm，Nd＝1.95-1.98，Vd＝17.9-18，D5＝0.5mm-0.55mm，L5＝0.3mm-0.35mm；
其中，f5表示第五透镜的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D5表示所述第五透镜的厚度，L5表示所述第五透镜的空气间隔。
优选的，所述第一间隔的厚度为0.08mm-0.09mm；所述第二间隔的厚度为0.01mm-0.03mm；所述第三间隔的厚度为0.05mm-0.06mm，所述第四间隔的厚度为0.02mm-0.03mm。
优选的，所述平凹透镜和所述平凸透镜的曲面为球面或非球面。
优选的，所述套筒的材质无毒柔性材质。
本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种小尺寸光学内窥镜，内窥镜的透镜组件由若干平凸透镜和若干平凹透镜组成，镜片直径均小于1mm，减小了内窥镜的直径，使其能够应用到更加广阔的领域，提高了适用性；内窥镜由若干平凸透镜和若干平凹透镜组合构成，其焦距和空气间隔各不相同，相互组合，在光线经过内窥镜发生折射时，对前一道透镜的折射光线进行修正，降低了光线在经过多次折射后的失真率，使最终成像与现实更加吻合，更便于对细小孔径内的物体的情况进行观察。本发明结构简单，最终成品内窥镜直径小，适用性高，对各种不利环境的抗性高，使用寿命长；成像更加清晰，失真率低，对医学应用和工业应用更加有利。
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为本发明小尺寸光学内窥镜的三维图；
图2为本发明小尺寸光学内窥镜的结构示意图；
图3为本发明第一透镜的三维图；
图4为本发明第一透镜的结构示意图；
图5为本发明第二透镜的三维图；
图6为本发明第二透镜的结构示意图；
图7为本发明第三透镜的三维图；
图8为本发明第三透镜的结构示意图；
图9为本发明第四透镜的三维图；
图10为本发明第四透镜的结构示意图；
图11为本发明第五透镜的三维图；
图12为本发明第五透镜的结构示意图；
其中，1、套筒；2、第一透镜；3、第二透镜；4、第三透镜；5、第四透镜；6、第五透镜；7、第一间隔；8、第二间隔；9、第三间隔；10、第四间隔。
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。
参照图1-12，本发明提供一种小尺寸内窥镜，包括套筒1，套筒1内嵌设有透镜组；
透镜组包括按照光路依次设置的第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6；第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6的直径均不大于1mm；
第一透镜2与第二透镜3之间设置有第一间隔7，第二透镜3与第三透镜4之间设有第二间隔8，第三透镜4与第四透镜5之间设有第三间隔9，第四透镜5与第五透镜6之间设有第四间隔10。
第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6按照设定的顺序和位置间隔卡接在套筒1的内腔。
本发明提供了一种小尺寸光学内窥镜，内窥镜的透镜组件由若干平凸透镜和若干平凹透镜组成，镜片直径均小于1mm，减小了内窥镜的直径，使其能够应用到更加广阔的领域，提高了适用性；内窥镜由若干平凸透镜和若干平凹透镜组合构成，其焦距和空气间隔各不相同，相互组合，在光线经过内窥镜发生折射时，对前一道透镜的折射光线进行修正，降低了光线在经过多次折射后的失真率，使最终成像与现实更加吻合，更便于对细小孔径内的物体的情况进行观察。
进一步优化方案，第一透镜2和第五透镜6为平凹透镜，第二透镜3、第三透镜4和第四透镜5为平凸透镜。平凹透镜是一种两面不对称的透镜，一面是球面，一面为平面的，中间厚度薄于两边，具有负焦距，光线从平面一端射入，从凹面射出光线会发生发散，用于发散一束平行光；平凸透镜是指一面是凸面，一面是平面的透镜，透镜的中间厚度大于两边的厚度，光线从平面射入时光在凸面一侧汇聚。本发明中，第一透镜2和第五透镜6为平凹透镜，第二透镜3、第三透镜4和第四透镜5为平凸透镜，安装时第一透镜2的凹面朝向第二透镜3，第二透镜3的凸面朝向第一透镜2，第三透镜4的平面朝向第二透镜3，第四透镜5的平面朝向第三透镜4，第五透镜6的凹面朝向第四透镜5。使用时，内窥镜的光源(图中未显示)发射的成像光线从第一透镜2的平面射入，经过第一透镜2发散后，然后依次经过第二透镜3、第三透镜4和第四透镜5的聚焦成聚集性强的光束，降低了光线传导过程的消耗，然后再经过第五透镜6，完成成像。第一透镜2选用光焦度大的负透镜，汇聚大视场的光路，第二透镜3、第三透镜4设计为两平面相邻，方便放置孔径光阑；此排列方式既增加了光线传导的强度，降低了光线传导过程的消耗，又不会影响光线的成像，不会使本发明看到的图像失真变形。同时由于在可见光波段成像，不同波段的光对应的玻璃折射率不同，导致经过透镜折射后不同颜色的光线所成的像点分离，由一个物点经过成像后变成多个颜色的像点，造成后期成像分辨率下降和画面失真，与实物严重不符；而本发明的多个透镜的材质和折射率的配合，能将趋于分散的光束再次聚合，使不同波段的光线成像在一点上，不会产生光线散离导致的成像失真。
进一步的，第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6尽可能采用高折射率材料，保证光焦度一定时，曲率半径尽可能大，避免镜片接近半球，增加加工难度。
进一步优化方案，第一透镜2的f1＝-0.6mm--0.7mm，R1＝∞mm，R2＝0.5mm-0.6mm，Nd＝1.8-1.85，Vd＝46-47，D1＝0.30mm-0.35mm，L1＝0.05mm-0.1mm；
其中，f1表示第一透镜2的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D1表示第一透镜2的厚度，L1表示第一透镜2的空气间隔。
进一步的，第一透镜2的参数优选为f1＝-0.65mm，R1＝∞mm，R2＝0.53mm，Nd＝1.82，Vd＝46.6，D1＝0.31mm，L1＝0.08mm。
进一步优化方案，第二透镜3的f2＝1.6mm-1.65mm，R1＝1.3mm-1.4mm，R2＝∞mm，Nd＝1.8-1.85，Vd＝20-23，D2＝0.5mm-0.6mm，L2＝0.02mm-0.04mm；
其中，f2表示第二透镜3的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D2表示第二透镜3的厚度，L2表示第二透镜3的空气间隔。
进一步的，第二透镜3的参数优选为f2＝1.63mm，R1＝1.3mm，R2＝∞mm，Nd＝1.81，Vd＝2.7，D2＝0.5,5mm，L2＝0.02mm。
进一步优化方案，第三透镜4的f3＝0.6mm-0.70mm，R1＝∞mm，R2＝-0.7mm--0.6mm，Nd＝1.85-1.9，Vd＝40.5-41，D3＝0.5mm-0.6mm，L3＝0.05mm-0.1mm；
其中，f3表示第三透镜4的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D3表示第三透镜4的厚度，L3表示第三透镜4的空气间隔。
进一步的，第三透镜4的参数优选为f3＝0.69mm，R1＝∞mm，R2＝-0.61mm，Nd＝1.88，Vd＝40.9，D3＝0.6mm，L3＝0.05mm。
进一步优化方案，第四透镜5的f4＝1.1mm-1.2mm，R1＝∞mm，R2＝-1.5mm--1mm，Nd＝1.9-1.95，Vd＝32-32.5，D4＝0.5mm-0.5mm，L4＝0.02mm-0.03mm；
其中，f4表示第四透镜5的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D4表示第四透镜5的厚度，L4表示第四透镜5的空气间隔。
进一步的，第四透镜5的参数优选为f4＝1.14mm，R1＝∞mm，R2＝-1mm，Nd＝1.95，Vd＝32.3，D4＝0.51mm，L4＝0.025mm。
进一步优化方案，第五透镜6的f5＝-0.85mm--0.8mm，R1＝-0.8mm--0.75mm，R2＝∞mm，Nd＝1.95-1.98，Vd＝17.9-18，D5＝0.5mm-0.5mm，L5＝0.03mm-0.035mm；
其中，f5表示第五透镜6的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D5表示第五透镜6的厚度，L5表示第五透镜6的空气间隔。
进一步的，第五透镜6的参数优选为f5＝-0.82mm，R1＝-0.79mm，R2＝∞mm，Nd＝1.95，Vd＝17.9，D5＝0.52mm，L5＝0.311m。
进一步的，上面所说的空气间隔对平凸透镜是指凸面的顶点到透镜边缘的距离。
进一步的，上面所说的d光的波长为587.6nm。
进一步优化方案，第一间隔的厚度为0.08mm-0.09mm；第二间隔的厚度为0.01mm-0.03mm；第三间隔的厚度为0.05mm-0.06mm，第四间隔的厚度为0.02mm-0.03mm。第一间隔7是指第一透镜2与第二透镜3相靠近的两边之间的空间，第二间隔8是指第二透镜3与第三透镜4相互靠近的两边之间的空间，第三间隔9是指第三透镜4与第四透镜5相互靠近的两边之间的空间，第四间隔10是指第四透镜5与第五透镜6相互靠近的两边之间的空间；第一间隔7、第二间隔8、第三间隔9和第四间隔10是用来对第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6进行定位的。
进一步的，第一间隔7的厚度尺寸优选0.086mm，第二间隔8的厚度尺寸优选为0.02mm，第三间隔9的厚度尺寸优选为0.05mm，第四间隔10的厚度尺寸优选为0.026mm。
进一步优化方案，平凹透镜和平凸透镜的曲面包为球面和非球面。
进一步优化方案，套筒1的材质无毒柔性材质。无毒柔性材质，防止使用时由于刚度大导致断折，也防止对使用人员产生毒害；同时也需要具有在使用环境下抗酸、抗碱和抗腐蚀的性能。
使用方法：
按照参数准备第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6，然后按照上面提供的参数将第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6依次安装在套筒1内，即可完成安装。
将安装好的套筒1与内窥镜的光源固接并连通，开启光源，光源发射的光线照射在物体后反射，到第一透镜2的平面发散，经过第一透镜2发散后，然后依次经过第二透镜3、第三透镜4和第四透镜5的聚焦成聚集性强的光束，照射到第五透镜6上再发散，最终从第五透镜6的平面穿出，并最终在接收终端(图中未显示)成像。
本发明结构简单，最终成品内窥镜直径小，适用性高，对各种不利环境的抗性高，使用寿命长；成像更加清晰，失真率低，对医学应用和工业应用更加有利。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种小尺寸光学内窥镜，其特征在于：包括套筒(1)，所述套筒(1)内嵌设有透镜组；
所述透镜组包括按照光路依次设置的第一透镜(2)、第二透镜(3)、第三透镜(4)、第四透镜(5)和第五透镜(6)；所述第一透镜(2)、所述第二透镜(3)、所述第三透镜(4)、所述第四透镜(5)和所述第五透镜(6)的直径均不大于1mm；
所述第一透镜(2)与所述第二透镜(3)之间设置有第一间隔(7)，所述第二透镜(3)与所述第三透镜(4)之间设有第二间隔(8)，所述第三透镜(4)与所述第四透镜(5)之间设有第三间隔(9)，所述第四透镜(5)与所述第五透镜(6)之间设有第四间隔(10)。
2.根据权利要求1所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述第一透镜(2)和所述第五透镜(6)为平凹透镜，所述第二透镜(3)、所述第三透镜(4)和所述第四透镜(5)为平凸透镜。
3.根据权利要求2所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述第一透镜(2)的f1＝-0.6mm--0.7mm，R1＝∞mm，R2＝0.5mm-0.6mm，Nd＝1.8-1.85，Vd＝46-47，D1＝0.30mm-0.35mm，L1＝0.05mm-0.1mm；其中，f1表示所述第一透镜(2)的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D1表示所述第一透镜(2)的厚度，L1表示所述第一透镜(2)的空气间隔。
4.根据权利要求2所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述第二透镜(3)的f2＝1.6mm-1.65mm，R1＝1.3mm-1.4mm，R2＝∞mm，Nd＝1.8-1.85，Vd＝22-23，D2＝0.5mm-0.6mm，L2＝0.02mm-0.04mm；
其中，f2表示第二透镜(3)的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D2表示第二透镜(3)的厚度，L2表示所述第二透镜(3)的空气间隔。
5.根据权利要求2所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述第三透镜(4)的f3＝0.6mm-0.70mm，R1＝∞mm，R2＝-0.7mm--0.6mm，Nd＝1.85-1.9，Vd＝40.5-41，D3＝0.5mm-0.6mm，L3＝0.05mm-0.1mm；
其中，f3表示所述第三透镜(4)的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D3表示第三透镜(4)的厚度，L3表示所述第三透镜(4)的空气间隔。
6.根据权利要求2所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述第四透镜(5)的f4＝1.1mm-1.2mm，R1＝∞mm，R2＝-1.5mm--1mm，Nd＝1.9-1.95，Vd＝32-32.5，D4＝0.5mm-0.55mm，L4＝0.02mm-0.03mm；
其中，f4表示第四透镜(5)的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D4表示第四透镜(5)的厚度，L4表示所述第四透镜(5)的空气间隔。
7.根据权利要求2所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述第五透镜(6)的f5＝-0.85mm--0.8mm，R1＝-0.8mm--0.75mm，R2＝∞mm，Nd＝1.95-1.98，Vd＝17.9-18，D5＝0.5mm-0.55mm，L5＝0.3mm-0.35mm；
其中，f5表示第五透镜(6)的焦距；R1表示透镜前面曲率半径；R2表示透镜后表面的曲率半径；Nd表示透镜材料相对于d光的折射率；Vd表示透镜材料相对于d光的阿贝系数；D5表示所述第五透镜(6)的厚度，L5表示所述第五透镜(6)的空气间隔。
8.根据权利要求1所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述第一间隔(7)的厚度为0.08mm-0.09mm；所述第二间隔(8)的厚度为0.01mm-0.03mm；所述第三间隔(9)的厚度为0.05mm-0.06mm，所述第四间隔(10)的厚度为0.02mm-0.03mm。
9.根据权利要求2所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述平凹透镜和所述平凸透镜的曲面为球面或非球面。
10.根据权利要求1所述的小尺寸光学内窥镜，其特征在于：所述套筒(1)的材质为无毒柔性材质。
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