CN114384677A - 一种内窥镜用物镜及内窥镜 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种内窥镜用物镜及内窥镜，该内窥镜用物镜从物侧至像侧依次设置有光阑、第一正光焦度透镜组、第一负光焦度透镜和第二正光焦度透镜组；第一正光焦度透镜组包括第一正光焦度透镜；内窥镜用物镜满足条件：1.0≤|f2/TTL|≤1.4；其中，f2为第一正光焦度透镜的焦距，TTL为内窥镜用物镜的光学总长度。通过本申请，实现了在提升成像质量的同时保证内窥镜用镜头小型化。

Description

一种内窥镜用物镜及内窥镜
技术领域
本申请涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种内窥镜用物镜及内窥镜。
背景技术
得益于近年来智慧医疗的高速发展，光学镜头在医疗领域得到越来越多的应用，尤其是在医疗内窥镜领域，光学成像镜头的像素要求越来越高。同时也吸引越来越多的企业开始在超高清，4K等内窥镜上投入更多的研究，期望研发出像素更高，尺寸更小的产品。
现有的内窥镜用光学变焦镜头，为了提高成像质量，采用的光学镜片较多，导致镜头总长较大。可见，现有的内窥镜用光学变焦镜头，在提升成像质量的同时，整个镜头尺寸也增大了，无法完成小型化的设计要求。
针对现有技术中在提升成像质量的同时无法保证内窥镜用镜头小型化的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
发明内容
在本实施例中提供了一种内窥镜用物镜及内窥镜，以解决相关技术中在提升成像质量的同时无法保证内窥镜用镜头小型化的问题。
第一个方面，在本实施例中提供了一种内窥镜用物镜，所述内窥镜用物镜从物侧至像侧依次设置有光阑、第一正光焦度透镜组、第一负光焦度透镜和第二正光焦度透镜组；
所述第一正光焦度透镜组包括第一正光焦度透镜；
所述内窥镜用物镜满足以下条件：
1.0≤|f2/TTL|≤1.4，
其中，f2为所述第一正光焦度透镜的焦距，TTL为所述内窥镜用物镜的光学总长度。
在其中的一些实施例中，所述第一正光焦度透镜组还包括设置在所述光阑和所述第一正光焦度透镜之间的第二正光焦度透镜。
在其中的一些实施例中，所述第二正光焦度透镜组包括从所述物侧至像侧依次设置的第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜。
在其中的一些实施例中，
所述第一正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凸面，靠近所述像侧的一面为凹面；
所述第二正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凹面，靠近所述像侧的一面为凸面；
所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；
所述第三正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凹面，靠近所述像侧的一面为凸面；
所述第四正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凸面，靠近所述像侧的一面为凹面。
在其中的一些实施例中，所述内窥镜用物镜满足以下条件：
0.6≤f5/f×tan(FOV)≤1.2，
其中，f5为所述第四正光焦度透镜的焦距，f为所述内窥镜用物镜的焦距，FOV为所述内窥镜用物镜的视场角。
在其中的一些实施例中，所述内窥镜用物镜满足以下条件：
1.1≤|(R4-R5)/(R4+R5)|≤1.8，
其中，R4为所述第三正光焦度透镜的靠近所述像侧的一面的中心曲率半径，R5为所述第四正光焦度透镜的靠近所述物侧的一面的中心曲率半径。
在其中的一些实施例中，所述第一正光焦度透镜的焦距f2≤42，所述第二正光焦度透镜的焦距f1≤28，所述第四正光焦度透镜的焦距f5≤45。
在其中的一些实施例中，所述第一正光焦度透镜的阿贝数Vd2≤45，所述第一负光焦度透镜的阿贝数Vd3≤29，所述第三正光焦度透镜的阿贝数Vd4≤51。
在其中的一些实施例中，所述第二正光焦度透镜的折射率Nd1≤1.82，所述第一负光焦度透镜的折射率Nd3≤1.86，所述第四正光焦度透镜的折射率Nd5≤1.82。
第二个方面，在本实施例中提供了一种内窥镜，所述内窥镜具备第一个方面中任一项所述的内窥镜用物镜。
与相关技术相比，在本实施例中提供的内窥镜用物镜及内窥镜，通过设置光阑、第一正光焦度透镜组、第一负光焦度透镜和第二正光焦度透镜组，对像面弯曲进行修正，提高成像质量；通过限制内窥镜用物镜的镜头光学总长度与第一正光焦度透镜组中的透镜的焦距满足的条件，限定了物镜的镜头光学总长度的最大值与最小值，使得在防止透镜倾倒的情况下，实现物镜的小型化。从而实现了在提升成像质量的同时保证内窥镜用镜头小型化。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本实施例的内窥镜用物镜的结构示意图；
图2是本优选实施例的一种内窥镜用物镜的结构示意图；
图3是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图；
图4是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的场曲图；
图5是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的畸变图；
图6是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第一横向光扇图；
图7是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第二横向光扇图；
图8是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第三横向光扇图；
图9是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第四横向光扇图；
图10是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第五横向光扇图；
图11是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第一点列图；
图12是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第二点列图；
图13是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第三点列图；
图14是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第四点列图；
图15是本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的第五点列图；
图16是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图；
图17是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的场曲图；
图18是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的畸变图；
图19是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第一横向光扇图；
图20是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第二横向光扇图；
图21是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第三横向光扇图；
图22是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第四横向光扇图；
图23是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第五横向光扇图；
图24是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第一点列图；
图25是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第二点列图；
图26是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第三点列图；
图27是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第四点列图；
图28是本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的第五点列图。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。
除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块（单元）的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块（单元），而可包括未列出的步骤或模块（单元），或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块（单元）。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
在本实施例中提供了一种内窥镜用物镜，图1是本实施例的内窥镜用物镜的结构示意图，如图1所示，该内窥镜用物镜从物侧至像侧依次设置有光阑11、第一正光焦度透镜组G1、第一负光焦度透镜L3和第二正光焦度透镜组G2。
第一正光焦度透镜组包括第一正光焦度透镜L2；内窥镜用物镜满足以下条件：
1.0≤|f2/TTL|≤1.4，
其中，f2为所述第一正光焦度透镜L2的焦距，TTL为所述内窥镜用物镜的光学总长度。
具体地，该内窥镜用物镜从物侧至像侧一次包含光阑11、第一正光焦度透镜组G1、第一负光焦度透镜L3和第二正光焦度透镜组G2。其中，光阑11用于在物镜中对光束起着限制作用，可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏，其作用可分两方面，限制光束或限制视场(成像范围)大小，可以为孔径光阑或视场光阑。需要说明的是，光学系统中限制光束最多的光阑为孔径光阑，限制视场(大小)最多的光阑为视场光阑。第一正光焦度透镜组G1，为由正光焦度的透镜组成的透镜组，第一正光焦度透镜组G1可以包括多个正光焦度的透镜，该多个正光焦度的透镜从物侧至像侧依次设置，该多个正光焦度的透镜可以为不同类型的透镜，如弯月透镜、双凸透镜和双凹透镜等。第二正光焦度透镜组G2，为由正光焦度的透镜组成的透镜组，第二正光焦度透镜组G2可以包括多个正光焦度的透镜，该多个正光焦度的透镜从物侧至像侧依次设置，该多个正光焦度的透镜可以为不同类型的透镜，如弯月透镜、双凸透镜和双凹透镜等。第一负光焦度透镜L3设置在第一正光焦度透镜组G1和第二正光焦度透镜组G2之间。在内窥镜用物镜的小型化过程中，一般需要减少透镜的数量来实现小型化物镜的小型化，但通过有限的透镜数量来进行像差修正，会导致光焦度的分配效果不好，有时无法进行相面弯曲的修正。本实施例通过第一正光焦度透镜组G1和第二正光焦度透镜组G2对像面弯曲进行修正。通过在第一正光焦度透镜组G1和第二正光焦度透镜组G2之间设置第一负光焦度透镜L3，能更好地修正像面弯曲。
通常的，为了实现物镜的小型化、细径化，需要缩短透镜全长、缩短外径尺寸，因此，考虑透镜片数的削减、透镜的中心厚度的薄壁化。但是，当削减透镜片数时，存在容易产生使成像性能变差的像面弯曲、倍率色差等各种像差这样的不良情况。当减小中心厚度时，导致被称为端边厚度的透镜最周边的厚度也变小，特别是需要注意端边厚度比中心厚度小的正透镜。就内窥镜用物镜所使用那样的小径透镜而言，难以通过研磨加工制作端边厚度非常小的形状，在控制方面存在限制。另外，端边厚度小的单透镜成为组装时透镜倾倒的原因，若产生透镜倾倒，则无法实现期望的性能，因此，为了防止透镜倾倒，也需要形成为适当的厚度。
因此，本实施例提供的内窥镜用物镜的光学总长度TTL和第一正光焦度透镜L2的焦距满足1.0≤|f2/TTL|≤1.4，从而限定了光学总长度TTL的最大值与最小值，使得在防止透镜倾倒的情况下，满足了小型化的要求。
在本实施例中的内窥镜用物镜，通过设置光阑11、第一正光焦度透镜组G1、第一负光焦度透镜L3和第二正光焦度透镜组G2，对像面弯曲进行修正，提高成像质量；通过限制内窥镜用物镜的镜头光学总长度与第一正光焦度透镜组中的透镜的焦距满足的条件，限定了物镜的镜头光学总长度的最大值与最小值，使得在防止透镜倾倒的情况下，实现物镜的小型化。从而实现了在提升成像质量的同时保证内窥镜用镜头小型化。
在其中的一些实施例中，第一正光焦度透镜组G1还包括设置在光阑11和第一正光焦度透镜L2之间的第二正光焦度透镜L1，第二正光焦度透镜组G2包括从物侧至像侧依次设置的第三正光焦度透镜L4和第四正光焦度透镜L5。即从物侧至像侧依次设置有光阑11、第二正光焦度透镜L1、第一正光焦度透镜L2、第一负光焦度透镜L3、第三正光焦度透镜L4和第四正光焦度透镜L5。
在本实施例中的内窥镜用物镜，通过设置光阑11、正光焦度透镜和负光焦度透镜对像面弯曲进行修正，提高成像质量；采用的透镜的数量较少，实现物镜的小型化。
在其中的一些实施例中，在第二正光焦度透镜组G2和像侧之间还设置有光学构件12，该光学构件12可以是用于将光路折弯的滤色片、光路转换棱镜及玻璃罩等构件。
在其中的一些实施例中，第二正光焦度透镜L1为弯月透镜，靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面；第一正光焦度透镜L2为弯月透镜，靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面；第一负光焦度透镜L3为双凹透镜；第三正光焦度透镜L4为弯月透镜，靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面；第四正光焦度透镜L5为弯月透镜，靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面。
在本实施例中的内窥镜用物镜，通过设置光阑11、正光焦度透镜和负光焦度透镜对像面弯曲进行修正，提高成像质量；采用的透镜的数量较少，实现物镜的小型化。
在其中的一些实施例中，内窥镜用物镜满足以下条件：
0.6≤f5/f×tan(FOV)≤1.2，
其中，f5为第四正光焦度透镜L4的焦距，f为内窥镜用物镜的焦距，FOV为内窥镜用物镜的视场角。
在其中的一些实施例中，内窥镜用物镜满足以下条件：
1.1≤|(R4-R5)/(R4+R5)|≤1.8，
其中，R4为第三正光焦度透镜L4的靠近像侧的一面的中心曲率半径，R5为第四正光焦度透镜L5的靠近物侧的一面的中心曲率半径。
在本实施例中的内窥镜用物镜，内窥镜用物镜这样的参数设置，可以在实现保证内窥镜用物镜拥有满足光学中焦距f、视场角FOV等参数的同时，实现内窥镜用物镜的镜片曲率半径R得到控制，保持其各镜片之间间隔分布合理。
在其中的一些实施例中，第二正光焦度透镜L1的焦距f1≤28，第一正光焦度透镜L2的焦距f2≤42，第四正光焦度透镜L5的焦距f5≤45。
在本实施例中的内窥镜用物镜，内窥镜用物镜这样的参数设置，可以使得各镜片的光焦度分布合理，便于后期的光学部件加工。
在其中的一些实施例中，第一正光焦度透镜L2的阿贝数Vd2≤45，第一负光焦度透镜L3的阿贝数Vd3≤29，第三正光焦度透镜L4的阿贝数Vd4≤51。
在本实施例中的内窥镜用物镜，内窥镜用物镜这样的参数设置，可以使得各镜片的光焦度分布合理，便于后期的光学部件加工。
在其中的一些实施例中，第二正光焦度透镜L1的折射率Nd1≤1.82，第一负光焦度透镜L3的折射率Nd3≤1.86，第四正光焦度透镜L5的折射率Nd5≤1.82。
在本实施例中的内窥镜用物镜，内窥镜用物镜这样的参数设置，可以使得各镜片的光焦度分布合理，便于后期的光学部件加工。
在其中的一些实施例中，还提供了一种内窥镜，该内窥镜具备前述任一实施例中的内窥镜用物镜。
下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。
图2是本优选实施例的一种内窥镜用物镜的结构示意图。如图2所示，该内窥镜用物镜包括，从物侧至像侧依次设置有光阑11、第二正光焦度透镜L1、第一正光焦度透镜L2、第一负光焦度透镜L3、第三正光焦度透镜L4、第四正光焦度透镜L5、滤色片21及成像面。
该光阑11为孔径光阑STOP，该孔径光阑STOP设置在第二正光焦度透镜L1之前。第二正光焦度透镜L1为正光焦度的弯月透镜，第一正光焦度透镜L2为正光焦度的弯月透镜，第一负光焦度透镜L3为负光焦度的双凹透镜，第三正光焦度透镜L4为正光焦度的弯月透镜，第四正光焦度透镜L5为正光焦度的弯月透镜。第二正光焦度透镜L1为弯月透镜，靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面；第一正光焦度透镜L2为弯月透镜，靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面；第一负光焦度透镜L3为双凹透镜；第三正光焦度透镜L4为弯月透镜，靠近物侧的一面为凹面，靠近像侧的一面为凸面；第四正光焦度透镜L5为弯月透镜，靠近物侧的一面为凸面，靠近像侧的一面为凹面。
内窥镜用物镜的第四正光焦度透镜L4的焦距f5，内窥镜用物镜的焦距f及内窥镜用物镜的视场角FOV满足条件：0.6≤f5/f×tan(FOV)≤1.2。
内窥镜用物镜的第三正光焦度透镜L4的靠近像侧的一面的中心曲率半径R4及第四正光焦度透镜L5的靠近物侧的一面的中心曲率半径R5，满足条件：1.1≤|(R4-R5)/(R4+R5)|≤1.8。
第一正光焦度透镜L2的焦距f2与内窥镜用物镜的光学总长度TTL满足条件：1.0≤|f2/TTL|≤1.4。
第二正光焦度透镜L1的焦距f1≤28，第一正光焦度透镜L2的焦距f2≤42，第四正光焦度透镜的焦距f5≤45。
第一正光焦度透镜L2的阿贝数Vd2≤45，第一负光焦度透镜L3的阿贝数Vd3≤29，第三正光焦度透镜L4的阿贝数Vd4≤51。
第二正光焦度透镜L1的折射率Nd1≤1.82，第一负光焦度透镜L3的折射率Nd3≤1.86，第四正光焦度透镜L5的折射率Nd5≤1.82。
本优选实施例中的内窥镜用物镜，通过设置光阑11、正光焦度透镜和负光焦度透镜对像面弯曲进行修正，提高成像质量；市面上常规的光学镜头，多采用8片甚至更多的光学透镜镜片，在提升成像质量的同时，整个镜头尺寸也增大了，无法完成小型化的设计要求，而本优选实施例中的内窥镜用物镜采用的透镜的数量较少，只采用了5片透镜，实现物镜的小型化；有效控制了成像系统的成本，实现了一种大靶面、大光圈、低成本的高分辨率的内窥镜光学镜头及成像系统。
下面针对本优选实施例提供的物镜参数进行举例说明。
在其中的一些实施例中，提供了一种内窥镜用物镜的物镜参数，各个透镜的曲率半径、中心厚度Tc、折射率Nd、和阿贝常数Vd等参数满足表1所示的条件：
表1 一种物镜参数表
Figure 226279DEST_PATH_IMAGE001
需要说明的是，表1中的镜面序号为图2所示的内窥镜用物镜的结构示意图中由左到右的透镜的面号，如镜面序号1对应的中心厚度Tc为预留的与前一设备的距离，镜面序号3为第二正光焦度透镜L1靠近物侧的一面。其中，可变厚度D6的参数数据如表2所示。
表2 D6参数数据表
Figure 265648DEST_PATH_IMAGE002
需要说明的是，表2中的D6参数数据根据物距的不同可以进行调整，表2中给出了两个物距所对应的可变厚度D6的数据。
在本实施例中，第四正光焦度透镜L5的焦距为f5，成像系统镜头的焦距为f，视场角为FOV，满足：f5/f×tan(FOV)=1.14；光学镜头的第三正光焦度透镜L4像侧面的中心曲率半径R10与第四正光焦度透镜L5的物侧面的中心曲率半径R11之间满足：|(R10-R11)/(R10+R11)|=1.73；光学镜头的第一正光焦度透镜L2的焦距f2与所述光学镜头的光学总长TTL之间满足：|f2/TTL|=1.06；光学镜头的第二正光焦度透镜L1的焦距的f1=24.31，第一正光焦度透镜L2的焦距的f2=32.13，第四正光焦度透镜L5的焦距的f5=42.06；光学镜头的第一正光焦度透镜L2的玻璃材质的阿贝数Vd2=35.25，第一负光焦度透镜L3的玻璃材质的阿贝数Vd3=25.75，第三正光焦度透镜L4的玻璃材质的阿贝数Vd4=49.60；光学镜头的第二正光焦度透镜L1的玻璃材质的折射率Nd1=1.72，第一负光焦度透镜L3的玻璃材质的折射率Nd3=1.78，第四正光焦度透镜L5的玻璃材质的折射率Nd5=1.80。
本实施例所提供的内窥镜用物镜具有如下光学技术指标：
光学总长TTL≤31 mm；
镜头焦距f：18.0mm；
镜头的视场角：24.5°；
镜头的光学畸变：0.1%；
镜头系统的光圈FNO：FNO≤3.0；
镜头像面尺寸：1/2英寸。
下面通过对本实施例进行详细的分析，进一步介绍本实施例提供的内窥镜用物镜。
光学传递函数是用来评价一个该成像系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对各种像差（如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等）进行了很好的校正。
如图3所示，为本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段常温状态的光学传递函数（MTF）曲线图；如图4所示，为本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的场曲图；如图5所示，为本实施例提供的一种内窥镜用物镜在可见光波段的畸变图。
从图3中可知，该内窥镜用物镜在可见光部分常温状态的光学传递函数（MTF）曲线图较平滑、较为集中，而且全视场（半像高Y’=4.0mm）MTF平均值达到0.4以上；可见本实施例提供的内窥镜用物镜，在短焦状态下能够达到较高的成像要求。
从图4中可以看到，该成像系统的场曲控制在场曲控制在±0.2mm以内。场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。T代表子午场曲，S代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。从图5中可知，该成像系统的畸变控制较好，在0.5%以内。图4和图5参考多个波长(0.486nm、0.587nm和0.656nm)的设计。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图5可见，本实施例提供的内窥镜用物镜的镜头的畸变为0.02％；这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。
如图6、图7、图8、图9以及图10所示，为每个视场下的光扇图。比如：IMA:0.000MM表示0视场主光线与成像面（IMA）相交高度为0。EX和EY是指当前视场光扇内特定光瞳上的光线入射到成像面，在成像面上的高度与当前视场的主光线在成像面上的高度之差。PY表示子午光扇上的光瞳坐标；PX表示弧矢光扇上的光瞳坐标。且在每个视场下光扇图都是成对出现。从上述光扇图中可以看出曲线较为集中，球差及色散也控制较好。
如图11、图12、图13、图14以及图15所示，为每个视场下的点列图，从上述图中可以看出光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和慧差也很好。
本实施例中提供的内窥镜用物镜成像面尺寸最大支持1/2英寸的sensor（CCD/CMOS）相机，满足设备高分辨率的需求，全视场MTF值在100lp/mm情况下，达到0.4以上，有出色的成像特性；透镜设置紧凑且采用的透镜数量少，实现了小型化；镜头各透镜光焦度分布合理，镜片形状便于加工，镜头成本较低，镜头的温度特性较好，在5-40℃下，成像性能无明显变化。现有的光学变焦镜头，镜头总长较大，大多数集中在50mm以上，市面上常规的光学镜头，多采用8片甚至更多的光学镜片，在提升成像质量的同时，整个镜头尺寸也增大了，无法完成小型化的设计要求，且成像靶面小，大多数集中在1/2.7英寸及以下。因此，本实施例提供了一种小型化、大靶面、大光圈、低成本的高分辨率的内窥镜光学镜头。
在其中的一些实施例中，提供了另一种内窥镜用物镜的物镜参数，各个透镜的曲率半径、中心厚度Tc、折射率Nd、和阿贝常数Vd等参数满足表3所示的条件：
表3另一种物镜参数表
Figure 816715DEST_PATH_IMAGE003
需要说明的是，表3中的镜面序号为图2所示的内窥镜用物镜的结构示意图，由左到右的透镜的面号，如镜面序号1对应的中心厚度Tc为预留的与前一设备的距离，镜面序号3为第二正光焦度透镜L1靠近物侧的一面。其中，可变厚度D7的参数数据如表4所示。
表4D7参数数据表
Figure 350465DEST_PATH_IMAGE004
需要说明的是，表4中的D7参数数据根据物距的不同可以进行调整，表4中给出了两个物距所对应的可变厚度D7的数据。
在本实施例中，第四正光焦度透镜L5的焦距为f5，成像系统镜头的焦距为f，视场角为FOV，满足：f5/f×tan(FOV)=0.68；光学镜头的第三正光焦度透镜L4像侧面的中心曲率半径R10与第四正光焦度透镜L5的物侧面的中心曲率半径R11之间满足：|(R10-R11)/(R10+R11)|=1.15；光学镜头的第一正光焦度透镜L2的焦距f2与所述光学镜头的光学总长TTL之间满足：|f2/TTL|=1.33；光学镜头的第二正光焦度透镜L1的焦距的f1=24.80，第一正光焦度透镜L2的焦距的f2=39.72，第四正光焦度透镜L5的焦距的f5=27.55；光学镜头的第一正光焦度透镜L2的玻璃材质的阿贝数Vd2=39.22，第一负光焦度透镜L3的玻璃材质的阿贝数Vd3=23.79，第三正光焦度透镜L4的玻璃材质的阿贝数Vd4=37.09；光学镜头的第二正光焦度透镜L1的玻璃材质的折射率Nd1=1.80，第一负光焦度透镜L3的玻璃材质的折射率Nd3=1.84，第四正光焦度透镜L5的玻璃材质的折射率Nd5=1.74。
本实施例所提供的内窥镜用物镜具有如下光学技术指标：
光学总长TTL≤31 mm；
镜头焦距f：18.4mm；
镜头的视场角：24.5°；
镜头的光学畸变：0.5%；
镜头系统的光圈FNO：FNO≤3.0；
镜头像面尺寸：1/2英寸。
下面通过对本实施例进行详细的分析，进一步介绍本实施例提供的内窥镜用物镜。
光学传递函数是用来评价一个该成像系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对各种像差（如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等）进行了很好的校正。
如图16所示，为本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段常温状态的光学传递函数（MTF）曲线图；如图17所示，为本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的场曲图；如图18所示，为本实施例提供的另一种内窥镜用物镜在可见光波段的畸变图。
从图16中可知，该内窥镜用物镜在可见光部分常温状态的光学传递函数（MTF）曲线图较平滑、较为集中，而且全视场（半像高Y’=4.0mm）MTF平均值达到0.4以上；可见本实施例提供的内窥镜用物镜，在短焦状态下能够达到较高的成像要求。
从图17中可以看到，该成像系统的场曲控制在场曲控制在±0.2mm以内。场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。T代表子午场曲，S代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。从图18中可知，该成像系统的畸变控制较好，在0.5%以内。图17和图18参考多个波长(0.486nm、0.587nm和0.656nm)的设计。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图18可见，本实施例提供的内窥镜用物镜的镜头的畸变为0.25％；这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。
如图19、图20、图21、图22以及图23所示，为每个视场下的光扇图。比如：IMA:0.000MM表示0视场主光线与成像面（IMA）相交高度为0。EX和EY是指当前视场光扇内特定光瞳上的光线入射到成像面，在成像面上的高度与当前视场的主光线在成像面上的高度之差。PY表示子午光扇上的光瞳坐标；PX表示弧矢光扇上的光瞳坐标。且在每个视场下光扇图都是成对出现。从上述光扇图中可以看出曲线较为集中，球差及色散也控制较好。
如图24、图25、图26、图27以及图28所示，为每个视场下的点列图，从上述图中可以看出光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和慧差也很好。
本实施例中提供的内窥镜用物镜成像面尺寸最大支持1/2英寸的sensor（CCD/CMOS）相机，满足设备高分辨率的需求，全视场MTF值在100lp/mm情况下，达到0.4以上，有出色的成像特性；透镜设置紧凑且采用的透镜数量少，实现了小型化；镜头各透镜光焦度分布合理，镜片形状便于加工，镜头成本较低，镜头的温度特性较好，在5-40℃下，成像性能无明显变化。现有的光学变焦镜头，镜头总长较大，大多数集中在50mm以上，市面上常规的光学镜头，多采用8片甚至更多的光学镜片，在提升成像质量的同时，整个镜头尺寸也增大了，无法完成小型化的设计要求，且成像靶面小，大多数集中在1/2.7英寸及以下。因此，本实施例提供了一种小型化、大靶面、大光圈、低成本的高分辨率的内窥镜光学镜头。
应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。本发明并不限定于上述实施方式及实施例，能够进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数、非球面系数并不限定为在上述实施例中示出的值，可以采用其他的值。
显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。
“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种内窥镜用物镜，其特征在于，所述内窥镜用物镜从物侧至像侧依次设置有光阑、第一正光焦度透镜组、第一负光焦度透镜和第二正光焦度透镜组；
所述第一正光焦度透镜组包括第一正光焦度透镜；
所述内窥镜用物镜满足以下条件：
1.0≤|f2/TTL|≤1.4，
其中，f2为所述第一正光焦度透镜的焦距，TTL为所述内窥镜用物镜的光学总长度。
2.根据权利要求1所述的内窥镜用物镜，其特征在于，所述第一正光焦度透镜组还包括设置在所述光阑和所述第一正光焦度透镜之间的第二正光焦度透镜。
3.根据权利要求2所述的内窥镜用物镜，其特征在于，所述第二正光焦度透镜组包括从所述物侧至像侧依次设置的第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜。
4.根据权利要求3所述的内窥镜用物镜，其特征在于，
所述第一正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凸面，靠近所述像侧的一面为凹面；
所述第二正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凹面，靠近所述像侧的一面为凸面；
所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；
所述第三正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凹面，靠近所述像侧的一面为凸面；
所述第四正光焦度透镜，靠近所述物侧的一面为凸面，靠近所述像侧的一面为凹面。
5.根据权利要求3或4所述的内窥镜用物镜，其特征在于，所述内窥镜用物镜满足以下条件：
0.6≤f5/f×tan(FOV)≤1.2，
其中，f5为所述第四正光焦度透镜的焦距，f为所述内窥镜用物镜的焦距，FOV为所述内窥镜用物镜的视场角。
6.根据权利要求3或4所述的内窥镜用物镜，其特征在于，所述内窥镜用物镜满足以下条件：
1.1≤|(R4-R5)/(R4+R5)|≤1.8，
其中，R4为所述第三正光焦度透镜的靠近所述像侧的一面的中心曲率半径，R5为所述第四正光焦度透镜的靠近所述物侧的一面的中心曲率半径。
7.根据权利要求3或4所述的内窥镜用物镜，其特征在于，所述第一正光焦度透镜的焦距f2≤42，所述第二正光焦度透镜的焦距f1≤28，所述第四正光焦度透镜的焦距f5≤45。
8.根据权利要求3或4所述的内窥镜用物镜，其特征在于，所述第一正光焦度透镜的阿贝数Vd2≤45，所述第一负光焦度透镜的阿贝数Vd3≤29，所述第三正光焦度透镜的阿贝数Vd4≤51。
9.根据权利要求3或4所述的内窥镜用物镜，其特征在于，所述第二正光焦度透镜的折射率Nd1≤1.82，所述第一负光焦度透镜的折射率Nd3≤1.86，所述第四正光焦度透镜的折射率Nd5≤1.82。
10.一种内窥镜，其特征在于，所述内窥镜具备权利要求1至9中任一项所述的内窥镜用物镜。
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