CN114839759B - 一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统，包括沿光轴从物方到像方依次顺序排列的物镜前组、视向棱镜、物镜后组；物镜前组依次为保护玻璃、第一透镜、第二透镜；物镜后组依次为第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜。所述各透镜具有相适配的参数，使该显微内窥镜物镜组的物方数值孔径达0.12～0.18；工作距离达2.4mm～3.6mm，大于一般显微镜工作距离；视向棱镜外接圆直径≤4.5mm；同时该显微内窥镜物镜组的物方分辨率≥1.86μm，最终成像质量可达衍射极限。本发明结构精简、成本低廉，能顺利作用于直径为6mm的活检通道，可以很好的解决目前医学诊断的需求。
Description
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，具体而言，涉及一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统。
背景技术
显微内窥镜是一种集中了光学、电子、软件等技术于一体的检测仪器，经人体的天然孔道进入，到达所要检查的病变位置，以对病变情况进行实时动态成像监控。具有快速、准确且无创等特点。
普通显微物镜不适用于显微内窥镜物镜的使用环境。首先，普通显微物镜需要人工提取生物标本在体外进行观察；其次，普通显微物镜的工作距离很小；第三，普通显微物镜无视向棱镜，只能观察正前方；第四，普通显微物镜由于分辨率高，一般视场较小，普通内窥镜物镜由于分辨率低，一般视场较大。
因此，设计一种带有视向棱镜，工作距离大，分辨率高，且能够经人体天然孔道检查病变的显微内窥镜物镜是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统，通过各透镜具备相适配的参数使得工作距离达2.4mm～3.6mm，大于一般显微镜工作距离；视向棱镜外接圆直径≤4.5mm；同时该显微内窥镜物镜组的物方分辨率≥1.86μm，最终成像质量可达衍射极限。
本发明的目的是这样实现的：
一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统，包括沿光轴从物方到像方依次顺序排列的物镜前组、视向棱镜、物镜后组；物镜前组依次为保护玻璃、第一透镜、第二透镜；物镜后组依次为第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；所述各透镜具有相适配的参数，使该显微内窥镜物镜组的物方数值孔径达0.12～0.18。
作为上述方案的优选，所述参数包括：透镜的类型，透镜的光焦度，视向棱镜的视向角，透镜的各面的曲率半径，相邻透镜的相邻面之间的厚度，透镜的通光孔径，透镜的材料，以及显微内窥镜物镜系统的工作距离。
作为上述方案的优选，所述保护玻璃为平行平板。
作为上述方案的优选，所述视向棱镜的视向角为0°～90°。
作为上述方案的优选，所述物镜前组具有正光焦度，且所述物镜后组具有正光焦度，且/>
更近一步地，所述第一透镜具有负光焦度；所述第二透镜具有正光焦度；所述第三透镜具有正光焦度；所述第四透镜具有负光焦度；所述第五透镜具有正光焦度；所述第六透镜具有负光焦度。
作为上述方案的优选，所述第一透镜为双胶合透镜，其由从物体方起依次配置的一块负透镜和一块正透镜胶合而成；所述第四透镜为双胶合透镜，其由从物体方依次配置的一块正透镜和一块负透镜胶合而成。
作为上述方案的优选，所述保护玻璃、第一透镜、第二透镜、视向棱镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜的通光孔径均≤4.5mm。
作为上述方案的优选，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的通光孔径分别为D1、D2、D3、D4、D5、D6；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f1、fx、f3、f4、f5、f6；各透镜的焦距与通光孔径的关系满足如下条件：
-15.7<f1/D1<-13.7；
2.5<f2/D2<2.8；
19.3<f3/D3<21.5；
-3.3<f4/D4<-2.9；
1.9<f5/D5<2.1；
-18.9<f6/D6<-17.1。
作为上述方案的优选，所述保护玻璃的材料为蓝宝石；所述第一透镜的材料为H-ZF6与H-K9L组合；所述第二透镜的材料为H-ZLAF68B；所述视向棱镜的材料为H-K9L；所述第三透镜的材料为D-LAK5；所述第四透镜的材料为H-ZK9B与H-ZF6组合；所述第五透镜的材料为H-K9L；所述第六透镜的材料为H-ZK9B。
作为上述方案的优选，所述显微内窥镜物镜系统的工作距离达2.4mm～3.6mm，大于一般显微镜工作距离。
作为上述方案的优选，所述显微内窥镜物镜组的放大倍率M为-2、F数达5.5～8.3。
本发明具有如下有益效果：
(1)通过从物方依次配置的保护玻璃、第一透镜、第二透镜、视向棱镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，每个所述透镜具有相适配的参数以使该显微内窥镜物镜组的物方数值孔径达0.12～0.18。本发明提供了一种结构紧凑且工作距较佳的透镜组合，和现有技术相比，本发明提供的显微内窥镜物镜组，简化了镜头的结构，提高成品率。
(2)通过保护玻璃，视向棱镜，六个参数相适配的透镜使得该显微内窥镜物镜组的物方分辨率≥1.86μm，最终成像质量可达衍射极限，其结构精简、成本低廉，可以很好的解决目前医学诊断的需求。
(3)每个透镜的通光孔径均≤4.5mm，使得包含该显微内窥镜物镜组的整体结构能顺利作用于直径为6mm的活检通道。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的显微内窥镜物镜系统的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的显微内窥镜物镜系统各视场主光线的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的显微内窥镜物镜系统镜像面各个视场的横向像差曲线；
图4为本发明实施例2提供的显微内窥镜物镜系统像面上的MTF曲线；
图5为本发明实施例2提供的显微内窥镜物镜系统像面上的场曲与畸变曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统，包括沿光轴从物方到像方依次顺序排列的物镜前组、视向棱镜、物镜后组；物镜前组依次为保护玻璃、第一透镜、第二透镜；物镜后组依次为第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；所述各透镜具有相适配的参数，使该显微内窥镜物镜组的物方数值孔径达0.12～0.18。
作为上述方案的优选，所述参数包括：透镜的类型，透镜的光焦度，视向棱镜的视向角，透镜的各面的曲率半径，相邻透镜的相邻面之间的厚度，透镜的通光孔径，透镜的材料，以及显微内窥镜物镜系统的工作距离。
作为上述方案的优选，所述保护玻璃为平行平板。
作为上述方案的优选，所述视向棱镜的视向角为0°～90°。
作为上述方案的优选，所述物镜前组具有正光焦度，且所述物镜后组具有正光焦度，且/>
更近一步地，所述第一透镜具有负光焦度；所述第二透镜具有正光焦度；所述第三透镜具有正光焦度；所述第四透镜具有负光焦度；所述第五透镜具有正光焦度；所述第六透镜具有负光焦度。
作为上述方案的优选，所述第一透镜为双胶合透镜，其由从物体方起依次配置的一块负透镜和一块正透镜胶合而成；所述第四透镜为双胶合透镜，其由从物体方依次配置的一块正透镜和一块负透镜胶合而成。
作为上述方案的优选，所述保护玻璃、第一透镜、第二透镜、视向棱镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜的通光孔径均≤4.5mm。
作为上述方案的优选，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的通光孔径分别为D1、D2、D3、D4、D5、D6；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6；各透镜的焦距与通光孔径的关系满足如下条件：
-15.7<f1/D1<-13.7；
2.5<f2/D2<2.8；
19.3<f3/D3<21.5；
-3.3<f4/D4<-2.9；
1.9<f5/D5<2.1；
-18.9<f6/D6<-17.1。
作为上述方案的优选，所述保护玻璃的材料为蓝宝石；所述第一透镜的材料为H-ZF6与H-K9L组合；所述第二透镜的材料为H-ZLAF68B；所述视向棱镜的材料为H-K9L；所述第三透镜的材料为D-LAK5；所述第四透镜的材料为H-ZK9B与H-ZF6组合；所述第五透镜的材料为H-K9L；所述第六透镜的材料为H-ZK9B。
作为上述方案的优选，所述显微内窥镜物镜系统的工作距离达2.4mm～3.6mm，大于一般显微镜工作距离。
作为上述方案的优选，所述显微内窥镜物镜组的放大倍率M为-2、F数达5.5～8.3。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统，包括保护玻璃A、具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、平行平板B、具有正光焦度的第三透镜L3、具有负光焦度的第四透镜L4、具有正光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6，最后成像在像面上。
所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6均为球面透镜。其中，第一透镜L1为双胶合透镜，由一个双凹透镜及一个双凸透镜组成；第四透镜L4为双胶合透镜，由一个双凸透镜及一个双凹透镜组成。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统，包括保护玻璃A、具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、30°转向棱镜C、具有正光焦度的第三透镜L3、具有负光焦度的第四透镜L4、具有正光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6，最后成像在像面上。
所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6均为球面透镜。其中，第一透镜为双胶合透镜，由一个双凹透镜及一个双凸透镜组成；第四透镜为双胶合透镜，由一个双凹透镜及一个双凸透镜组成。
由于实施例1、2的显微内窥物镜组镜像面各个视场的横向像差曲线、MTF曲线、场曲与畸变曲线相接近，故只选取实施例2作详细说明。具体如下：
如图3所示，是实施例2中显微内窥镜物镜组像面各个视场的横向像差曲线，分别给出了0视场、0.5视场、0.707视场和1.0视场的横向像差曲线。已知艾利斑半径为4.767μm，0视场、0.5视场、0.707视场及1.0视场的RMS半径分别为0.563μm、0.582μm、0.603μm与0.692μm，设计已经达到衍射极限，表明显微内窥镜物镜的成像质量十分优秀。
如图4所示，是实施例2中显微内窥镜物镜组像面上的MTF曲线，分别给出了0视场、0.5视场、0.707视场和1.0视场四个视场的子午、弧矢MTF曲线及衍射极限条件下的MTF曲线，设计已经达到衍射极限，表明显微内窥镜物镜的成像质量十分优秀。
如图5所示，是实施例2中该显微内窥镜物镜组像面上的场曲与畸变曲线。从场曲曲线可以看出，三个设计波长下的场曲最大值都小于10μm，换算得到的物方场曲最大值及像散最大值都小于显微内窥镜物镜系统的轴向分辨率。从畸变曲线可以看出，整个视场的最大畸变小与0.1％，不影响成像及人眼对形状的识别。
以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种带有视向棱镜的显微内窥镜物镜系统，其特征在于，包括沿光轴从物方到像方依次顺序排列的物镜前组、视向棱镜、物镜后组；物镜前组依次为保护玻璃、第一透镜、第二透镜；物镜后组依次为第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；所述各透镜具有相适配的参数，使该显微内窥镜物镜系统的物方数值孔径达0.12～0.18；
所述参数包括：透镜的类型，透镜的光焦度，视向棱镜的视向角，透镜的各面的曲率半径，相邻透镜的相邻面之间的厚度，透镜的通光孔径，透镜的材料，以及显微内窥镜物镜系统的工作距离；
所述保护玻璃为平行平板；
所述视向棱镜的视向角为0°～90°；
所述物镜前组具有正光焦度，且 为物镜前组的光焦度；所述物镜后组具有正光焦度，且/> 为物镜后组的光焦度；所述第一透镜具有负光焦度；所述第二透镜具有正光焦度；所述第三透镜具有正光焦度；所述第四透镜具有负光焦度；所述第五透镜具有正光焦度；所述第六透镜具有负光焦度；所述第一透镜为双胶合透镜，其由从物体方起依次配置的一块负透镜和一块正透镜胶合而成；所述第四透镜为双胶合透镜，其由从物体方依次配置的一块正透镜和一块负透镜胶合而成；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的通光孔径分别为D1、D2、D3、D4、D5、D6；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6；各透镜的焦距与通光孔径的关系满足如下条件：
-15.7<f1/D1<-13.7；
2.5<f2/D2<2.8；
19.3<f3/D3<21.5；
-3.3<f4/D4<-2.9；
1.9<f5/D5<2.1；
-18.9<f6/D6<-17.1
所述保护玻璃的材料为蓝宝石；所述第一透镜的材料为H-ZF6与H-K9L组合；所述第二透镜的材料为H-ZLAF68B；所述视向棱镜的材料为H-K9L；所述第三透镜的材料为D-LAK5；所述第四透镜的材料为H-ZK9B与H-ZF6组合；所述第五透镜的材料为H-K9L；所述第六透镜的材料为H-ZK9B。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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