CN115097601A - 内窥镜光学系统、内窥镜物镜及内窥镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内窥镜光学系统、内窥镜物镜及内窥镜。内窥镜光学系统包括第一镜组、第二镜组和转向棱镜。所述第一镜组包括至少一片具有光焦度的透镜。所述第二镜组，包括至少一片具有光焦度的透镜。所述转向棱镜，设于所述第一镜组和所述第二镜组之间，所述转向棱镜沿光轴由物侧至像侧依次包括第一子棱镜、第二子棱镜以及第三子棱镜，所述第二子棱镜的折射率大于所述第一子棱镜与所述第二子棱镜之间的介质以及所述第二子棱镜与所述第三子棱镜之间的介质的折射率。上述内窥镜光学系统，光能利用率高，成像的相对照度得到提升，有利于提升系统的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及内窥镜技术领域，特别是涉及一种内窥镜光学系统、内窥镜物镜及内窥镜。
背景技术
随着医疗设备的迅速发展，内窥镜在医疗领域的应用也越来越广泛，因而业界对内窥镜的性能要求也越来越高。其中，内窥镜的光学系统中通常需要配置有多个棱镜，以便将光线偏折，更好地适应使用场景与内窥镜的结构，使得内窥镜能够获取倾斜方向的病灶区域的图像。然而，目前的内窥镜光学系统在搭配棱镜时，容易导致光能利用率降低，不利于成像质量的提升。
发明内容
基于此，有必要提供一种内窥镜光学系统、内窥镜物镜及内窥镜，以提升系统的光能利用率。
一种内窥镜光学系统，沿光轴由物侧至像侧依次包括：
第一镜组，包括至少一片具有光焦度的透镜；
第二镜组，包括至少一片具有光焦度的透镜；以及，
转向棱镜，设于所述第一镜组和所述第二镜组之间，所述转向棱镜沿光轴由物侧至像侧依次包括第一子棱镜、第二子棱镜以及第三子棱镜，所述第二子棱镜的折射率大于所述第一子棱镜与所述第二子棱镜之间的介质以及所述第二子棱镜与所述第三子棱镜之间的介质的折射率。
在一些实施例中，所述第一子棱镜与所述第二子棱镜通过胶水相胶合，所述第二子棱镜与所述第三子棱镜通过胶水相胶合，且所述第二子棱镜的折射率大于所述胶水的折射率。
在一些实施例中，所述第一子棱镜与所述第二子棱镜相间隔，所述第二子棱镜与所述第三子棱镜通过胶水相胶合，且所述第二子棱镜的折射率大于所述胶水的折射率。
在一些实施例中，所述转向棱镜还包括平板玻璃，所述平板玻璃设于所述第一子棱镜和所述第二子棱镜之间，所述平板玻璃与所述第一子棱镜和所述第二子棱镜贴合，所述第二子棱镜与所述第三子棱镜通过胶水胶合，所述第二子棱镜的折射率大于所述平板玻璃及所述胶水的折射率。
在一些实施例中，
所述第一镜组包括具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二镜组沿光轴由物侧至像侧依次包括具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凹面。
在一些实施例中，所述第四透镜和所述第五透镜胶合，所述第六透镜和所述第七透镜胶合；和/或，
所述第三透镜与所述第四透镜胶合。
在一些实施例中，所述内窥镜光学系统还包括光阑，所述光阑设于所述转向棱镜和所述第二镜组之间。
在一些实施例中，所述内窥镜光学系统还包括第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片设于所述第一透镜与所述第四透镜之间，所述第二滤光片设于所述第五透镜与所述内窥镜光学系统的成像面之间，且所述第一滤光片的截止角度大于所述第二滤光片的截止角度。
在一些实施例中，所述第一滤光片的截止角度大于或等于0°，小于或等于15°，所述第二滤光片的截止角度大于或等于0°，小于或等于10°。
在一些实施例中，满足以下条件式：
4≤R11/R12≤5；
其中，R11为所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12为所述第一透镜的像侧面的曲率半径。
一种内窥镜物镜，包括感光元件以及如上述任一实施例所述的内窥镜光学系统，所述感光元件设置于所述内窥镜光学系统的像侧。
一种内窥镜，包括上述的内窥镜物镜。
上述内窥镜光学系统，通过合理配置转向棱镜中第二子棱镜以及第二子棱镜与第一子棱镜、第三子棱镜之间的介质的折射率关系，有利于提升第二子棱镜的进光量，从而提升内窥镜光学系统的光能利用率，进而有利于提升系统成像的相对照度，以提升系统的成像质量。
附图说明
图1为第一实施例中内窥镜光学系统采用0°棱镜的结构示意图；
图2为第一实施例中内窥镜光学系统采用30°棱镜的结构示意图；
图3为一些实施例中转向棱镜的结构示意图；
图4为另一些实施例中转向棱镜的结构示意图；
图5为又一些实施例中转向棱镜的结构示意图；
图6为第二实施例中内窥镜光学系统的结构示意图；
图7为第一实施例的内窥镜光学系统的分辨率示意图；
图8为第一实施例的内窥镜光学系统的点列图；
图9为第一实施例的内窥镜光学系统的畸变曲线图；
图10为第一实施例中内窥镜光学系统的场曲曲线图；
图11为第二实施例的内窥镜光学系统的分辨率示意图；
图12为第二实施例的内窥镜光学系统的点列图；
图13为第二实施例的内窥镜光学系统的畸变曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参见图1，在本申请的一些实施例中，内窥镜光学系统100沿光轴由物侧到像侧依次包括第一镜组、转向棱镜110以及第二镜组，第一镜组和第二镜组均包括至少一片具有屈折力的透镜。具体地，在一些实施例中，第一镜组包括具有负光焦度的第一透镜L1，第二镜组沿光轴由物侧至像侧依次包括具有正光焦度的第二透镜L2、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、具有正光焦度的第六透镜L6以及具有负光焦度的第七透镜L7。第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第二透镜L2的像侧面为凸面。第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第四透镜L4的物侧面为凹面，像侧面为凹面。第五透镜L5的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第六透镜L6的像侧面为凸面。第七透镜L7的物侧面为凹面。进一步地，第四透镜L4和第五透镜L5胶合，第六透镜L6和第七透镜L7胶合。
其中，第一透镜L1具有负光焦度，配合第一透镜L1的凸凹面型，既有利于汇聚大视角范围的光线，从而提升系统的视场角，同时也能够避免第一透镜L1产生严重的像差。第二透镜L2具有正光焦度，与第一透镜L1的正光焦度相互平衡，有利于校正系统的像差，提升系统的成像质量。第三透镜L3具有正光焦度，有利于缩短系统的总长，从而减小系统的占用空间，同时也有利于降低系统各透镜偏折光线的负担，从而减小系统的敏感度。第四透镜L4与第五透镜L5胶合，第六透镜L6和第七透镜L7胶合，两组双胶合透镜的配置能够有效消减系统在不同波长范围下的色差。在此基础上，第四透镜L4的负光焦度与第五透镜的正光焦度相搭配，第六透镜L6的正光焦度与第七透镜L7的负光焦度相搭配，还有利于校正系统在不同波长范围下的畸变。
由此，上述内窥镜光学系统，通过各透镜的光焦度和面型的设计以及双胶合透镜的设置，能够提升系统的视场角，使得系统能够满足大范围取像的需求，同时还能够使得系统在不同波长范围下均能够具备良好的成像质量，进而有利于提升内窥镜光学系统诊断的效率和准确率。
可以理解的是，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以及第七透镜L7同轴设置，内窥镜光学系统100中各透镜共同的轴线即为内窥镜光学系统100的光轴。内窥镜光学系统100还包括位于第六透镜L6像侧的像面IMA，像面IMA即为内窥镜光学系统100的成像面，入射光经第一透镜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以及第七透镜L7调节后能够成像于像面IMA。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：4≤R11/R12≤5；其中，R11为第一透镜L1的物侧面的曲率半径，R12为所述第一透镜的像侧面的曲率半径。具体地，R11/R12可以为：4.070、4.125、4.223、4.369、4.448、4.574、4.638、4.752、4.805或4.937。满足上述条件式时，配合第一透镜L1的凸凹面型，有利于减小光线在第一透镜L1的物侧面上的入射角度，从而有利于减小系统的像差敏感度，进而有利于提升系统的成像质量，同时也有利于第一透镜L1的加工成型。低于上述条件式的下限，第一透镜L1的物侧面过于弯曲，导致光线在第一透镜L1上的入射角度增大，不利于系统成像质量的提升。超过上述条件式的上限，第一透镜L1的像侧面过于弯曲，不利于第一透镜L1的成型和组装。
参考图2所示，在一些实施例中，内窥镜光学系统100还包括转向棱镜110，转向棱镜110可以为一个光学元件，也可以为多个光学元件的组合，转向棱镜110能够基于反射或折射等原理改变光路的走向，以适应不同的使用场景。例如，在一些实施例中，转向棱镜110能够将光路改变30°，则内窥镜光学系统100可应用于视向角为30°的斜视内窥镜中，系统的观察方向倾斜于斜视内窥镜的镜体方向，从而适应不同的诊断需求。当然，根据不同的诊断需求，转向棱镜110还可设置为能够将光路改变其他任意角度，包括但不限于10°、20°、45°、60°等。
进一步地，在一些实施例中，内窥镜光学系统100还包括光阑，光阑可以为系统的孔径光阑，光阑设于转向棱镜110和第二透镜L2之间。光阑位于转向棱镜110像侧的设置，使得系统在配置转向棱镜110以改变视向角的同时，还能够避免转向棱镜110对系统的入瞳直径的影响，从而有效增大系统的入瞳直径，进而提升系统的光能利用率和成像亮度。在一些实施例中，通过上述设计，系统的入瞳直径可增大至0.6mm-0.8mm，极大提升了光能利用率。
转向棱镜110的具体设置不限，只要能够改变光路的走向即可，参考图3所示，在一些实施例中，转向棱镜110由三个光学元件构成，具体地，转向棱镜110沿光轴由物侧至像侧依次包括第一子棱镜111、第二子棱镜112以及第三子棱镜113。第一子棱镜111朝向第一透镜L1的表面垂直于第一透镜L1，第二子棱镜112的折射率大于第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的介质以及第二子棱镜112与第三子棱镜113之间的介质的折射率。一并参考图2所示，可以理解的是，从第一透镜L1射出的光线从第一子棱镜111朝向第一透镜L1的表面射入第一子棱镜111，并经第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的介质由第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面射入第二子棱镜112，进而依次在第二子棱镜112朝向第三子棱镜113的表面以及第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面发生反射后，从第二子棱镜112射向第二透镜L2。
需要说明的是，由于第二子棱镜112的折射率大于第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的介质以及第二子棱镜112与第三子棱镜113之间的介质的折射率，当光线在第二子棱镜112朝向第一子棱镜111以及朝向第三子棱镜113的表面上的入射角度大于全反射的临界角度时，光线能够在第二子棱镜112内发生两次全反射后射向第二透镜L2。由此，第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面无需镀反射膜，进入第二子棱镜112的光线也能够在第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面发生全反射，有利于节省第二子棱镜112的镀膜工序，同时有利于避免反射膜阻挡部分入射光线顺利进入第二子棱镜112中，从而提升第二子棱镜112的进光量，提升内窥镜光学系统100的光能利用率。
当然，光线在第二子棱镜112上的全反射临界角度随第二子棱镜112以及第一子棱镜111、第二子棱镜112与第三子棱镜113之间的介质的折射率而改变。举例而言，在图3所示的实施例中，第一子棱镜111与第二子棱镜112通过胶水相胶合，第二子棱镜112与第三子棱镜113通过胶水相胶合，则第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的介质以及第二子棱镜112与第三子棱镜113之间的介质均为胶水。在一些实施例中，第二子棱镜112的折射率为2，胶水的折射率为1.51，则根据全反射定律，当光线在第二子棱镜112朝向第一子棱镜111以及朝向第三子棱镜113的表面上的入射角度大于49°时，光线能够在第二子棱镜112的表面上发生全反射，可依此设计第一子棱镜111、第二子棱镜112以及第三子棱镜113的形状。
参考图4所示，在一些实施例中，第一子棱镜111与第二子棱镜112相间隔，第二子棱镜112与第三子棱镜113通过胶水相胶合。则第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的介质为空气，空气的折射率为1，第二子棱镜112与第三子棱镜113之间的介质为胶水。在一些实施例中，第二子棱镜112的折射率为2，胶水的折射率为1.5，则根据全反射定律，当光线在第二子棱镜112朝向第三子棱镜113的表面上的入射角度大于49°时，光线在第二子棱镜112朝向第三子棱镜113的表面上发生全反射；当光线在第二子棱镜113朝向第一子棱镜111的表面上的入射角度大于29°时，光线在第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面上发生全反射。
具体而言，第一子棱镜111与第二子棱镜112的间隔设置，能够减小第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的介质的折射率，从而减小光线在第二子棱镜112内发生全反射的临界角，由此，即便第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面不镀反射膜，光线也能够在第二子棱镜112中发生全反射而得到有效传递。例如，图4所示的光线A，进入第二子棱镜112，当光线A射到第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面，该表面两侧的介质分别为光密介质(第二子棱镜112)和光疏介质(空气)，光线发生全反射的临界角小，能够顺利发生全反射而在第二子棱镜112中有效传递，提升光能利用率。同时，第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面无需镀反射膜，入射第二子棱镜112的光线，如图4所示的光线B不容易被反射膜阻挡，能够更容易入射到第二子棱镜112中，有利于提升第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面的进光面积，并提升第二子棱镜112的进光量，从而进一步提升光能利用率。
参考图5所示，在一些实施例中，转向棱镜110还包括设于第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的平板玻璃114，平板玻璃114相背的两表面分别与第一子棱镜111和第二子棱镜112贴合，则第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的介质为平板玻璃。在一些实施例中，第二子棱镜112的折射率为2，平板玻璃114的折射率为1，例如，平板玻璃114内填充有折射率为1的液体。根据全反射定律，光线在第二子棱镜112与平板玻璃114相贴合的表面上的入射角度大于29°时，光线在第二子棱镜112与平板玻璃114相贴合的表面上发生全反射。
可以理解的是，图5所示的实施例与图4所示的实施例同理，通过降低第一子棱镜111与第二子棱镜112之间的截止的折射率，即便第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面不镀反射膜，光线也能够在第二子棱镜112的表面发生全反射而有效传递，同时能够避免第二子棱镜112表面的反射膜阻挡部分光线的入射，从而有利于提升第二子棱镜112朝向第一子棱镜111的表面的进光面积，提升第二子棱镜112的进光量，进而提升内窥镜光学系统100的光能利用率。
在图5所示的实施例中，第二子棱镜112与第三子棱镜113的胶合方式以及全反射条件可与图3和图4所示的实施例相同，此处不再赘述。当然，第二子棱镜112与第三子棱镜113之间的介质还可以为空气、平板玻璃等其他任意适用介质，第二子棱镜112的折射率也可以有其他的选择，则可根据第二子棱镜112与介质的折射率调整第一子棱镜111、第二子棱镜112以及第三子棱镜113的形状，使得光线在第二子棱镜112上的入射角度大于全反射的临界角度。
进一步地，请再参考图2所示，在一些实施例中，第二透镜L2的物侧面为平面，转向棱镜110朝向第二透镜L2的表面也为平面，转向棱镜110朝向第二透镜L2的表面平行于第二透镜L2。如此设置，有利于光阑在转向棱镜110与第二透镜L2之间的设置，也能够提升转向棱镜110与第二透镜L2对光阑结构件的固定效果，从而提升系统的稳定性。
在一些实施例中，第一透镜L1的像侧面的非光学有效径部分与转向棱镜110朝向第一透镜L1的表面胶合，有利于提升第一透镜L1与转向棱镜110之间的固定效果，并使得转向棱镜110朝向第一透镜L1的表面垂直于第一透镜L1的主光轴，从而有利于第一透镜L1射出的光线有效入射到转向棱镜110中，提升光能利用率。
请再参见图1，在一些实施例中，内窥镜光学系统100还包括第一滤光片120和第二滤光片130，第一滤光片120设于第二滤光片130的物侧。第一滤光片120和第二滤光片130的具体设置位置不限，具体地，第一滤光片120可设于第一透镜L1与第四透镜L4之间，例如设于第二透镜L2与第三透镜L3之间，或者设于第三透镜L3和第四透镜L4之间。第二滤光片130可设于第五透镜L5与系统的像面IMA之间，例如设于第五透镜L5与第六透镜L6之间，或者设于第七透镜L7与像面IMA之间。第一滤光片120和第二滤光片130用于滤除干扰光，防止干扰光到达像面IMA而导致成像质量下降。具体地，在一些实施例中，第一滤光片120和第二滤光片130能够滤除435nm-900nm波长范围以外的光线，从而使得内窥镜光学系统100在可见光和荧光照明下均能够具备良好的成像质量。当然，根据内窥镜光学系统100应用场景的不同，第一滤光片120和第二滤光片130的滤光范围还可有不同的选择。例如，在一些实施例中，内窥镜光学系统100的工作环境采用红外光激发荧光照明的方式，则第一滤光片120和第二滤光片130可滤除红外光而透过荧光，以提升荧光的成像质量。
进一步地，在一些实施例中，第一滤光片120的截止角度大于第二滤光片130的截止角度。换言之，第一滤光片120对入射角度较大的干扰光具备更优良的滤除效果。具体地，在一些实施例中，第一滤光片120的截止角度为0°-15°，第二滤光片130的截止角度为0°-10°。举例而言，在一些实施例中，第一滤光片120的截止角度为15°，第二滤光片130的截止角度为8°，则第二滤光片130对入射第二滤光片130且入射角度在8°以内的干扰光具有良好的滤除效果，而第一滤光片120对入射第一滤光片120且入射角度在0°-15°的光线均具有良好的滤除效果。截止角度不同的两片滤光片相互配合，第一滤光片120能够滤除经病灶区域反射后从各个角度进行系统中的干扰光，从而提升系统的成像对比度，第二滤光片120能够进一步滤除小角度入射的干扰光，提升像面IMA中心区域的成像对比度，从而有利于提升系统的成像质量。
在一些实施例中，第三透镜L3还能够与第四透镜L4胶合，则第三透镜L3、第四透镜L4与第五透镜L5构成三胶合透镜，第三透镜L3的正光焦度及双凸面型、第四透镜L4的负光焦度及双凹面型与第五透镜L5的正光焦度及双凸面型构成三胶合透镜的对称结构，能够良好地校正系统在不同波长下的正负色差与畸变，使得系统在不同波长下均能够具备良好的成像质量。
进一步地，在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：Nd3≤1.45；Vd3≥85；1.58≤Nd4≤1.68；35≤Vd4≤50；Nd5≤1.45；Vd5≥85；其中，Nd3为第三透镜L3的折射率，Vd3为第三透镜L3的阿贝数，Nd4为第四透镜L4的折射率，Vd4为第四透镜L4的阿贝数，Nd5为第五透镜L5的折射率，Vd5为第五透镜L5的阿贝数。满足上述条件式时，能够对第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5的材质进行合理配置，使得三胶合透镜形成低折射率高阿贝数、中折射率中阿贝数与低折射率高阿贝数的对称结构，有利于进一步提升三胶合透镜校正色差的效果。
在一些实施例中，当第三透镜L3与第四透镜L4胶合时，内窥镜光学系统100还满足条件式：Nd6≤1.45；Vd6≥85；Nd7≥1.6；Vd7≤35；其中，Nd6为第六透镜L6的折射率，Vd6为第六透镜L6的阿贝数，Nd7为第七透镜L7的折射率，Vd7为第七透镜L7的阿贝数。满足上述条件式时，能够对第六透镜L6和第七透镜L7的材质进行合理配置，使得双胶合透镜形成低折射率高阿贝数以及高折射率地阿贝数的配合结构，有利于提升双胶合透镜校正色差的效果。配合第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5构成的三胶合透镜的材料配置，有利于进一步校正系统在不同波长下的色差和畸变，使得系统在430nm-900nm的波长范围内均具有良好的成像质量，从而在荧光等多种波长光线的照明下均能够获取病灶区域的清晰图像，提升诊断的准确率。
在一些实施例中，当第三透镜L3与第四透镜L4胶合时，内窥镜光学系统100满足条件式：6.3mm≤f345≤9.6mm；-18.5mm≤f67≤-14mm；其中，f345为第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5的组合焦距，f67为第六透镜L6和第七透镜L7的组合焦距。满足上述条件式时，三胶合透镜的正光焦度与双胶合透镜的负光焦度能够形成配合，从而有效校正系统在不同波长范围内的正负色差，使得系统在430nm-900nm的波长范围内均具有良好的成像质量，从而在荧光等多种波长光线的照明下均能够获取病灶区域的清晰图像，提升诊断的准确率。
参考图6所示，在一些实施例中，第三透镜L3与第四透镜L4不胶合，则第四透镜L4和第五透镜L5以及第六透镜L6和第七透镜L7形成两组双胶合透镜，且两组双胶合透镜的负、正、正、负的光焦度配置能够形成对称结构，有利于提升色差和畸变的校正效果。
进一步地，在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：1.58≤Nd4≤1.68；35≤Vd4≤50；Nd5≤1.45；Vd5≥85；Nd6≤1.45；Vd6≥85；1.58≤Nd7≤1.68；35≤Vd7≤50；其中，Nd4为第四透镜L4的折射率，Vd4为第四透镜L4的阿贝数，Nd5为第五透镜L5的折射率，Vd5为第五透镜L5的阿贝数，Nd6为第六透镜L6的折射率，Vd6为第六透镜L6的阿贝数，Nd7为第七透镜L7的折射率，Vd7为第七透镜L7的阿贝数。满足上述条件式时，能够对第四透镜L4至第六透镜L6的材质进行合理配置，使得系统的两组双胶合透镜形成中折射率中阿贝数、低折射率高阿贝数、低折射率高阿贝数以及中折射率中阿贝数的对称结构，有利于进一步校正系统在430nm-900nm波长范围内的色差。
在一些实施例中，当内窥镜光学系统100包括两组双胶合透镜时，内窥镜光学系统100满足条件式：-20.2mm≤f45≤-17mm；20mm≤f67≤35mm；其中，f45为第四透镜L4和第五透镜L5的组合焦距，f67为第六透镜L6和第七透镜L7的组合焦距。满足上述条件式时，第四透镜L4与第五透镜L5构成的双胶合透镜的负光焦度以及第六透镜L6与第七透镜L7构成的双胶合透镜的正光焦度相互配合，有利于进一步校正系统在430nm-900nm波长范围内的畸变，提升系统的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100还包括分光棱镜140，分光棱镜140设于第七透镜L7与像面IMA之间，分光棱镜140具有至少一个反射面，分光棱镜能够偏折光路，从而缩短系统的轴向尺寸，有利于减小系统的占用空间。当然，分光棱镜140对光路的偏折角度不限，具体可根据实际需求进行选择，只要能够缩短系统的轴向尺寸即可。举例而言，在图1所示的实施例中，分光棱镜140为45°分光棱镜，分光棱镜140具有一个反射面，分光棱镜140能够将光路偏折90°，从而使得像面IMA平行于第七透镜L7的主光轴，进而有效压缩系统的轴向尺寸。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面和像侧面均为非球面，则各透镜的物侧面和像侧面于近光轴处及圆周处的面型可能不同。非球面结构的采用能够提高透镜设计的灵活性，并有效地校正球差，改善成像质量。在一些实施例中，内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面和像侧面也可以均为球面，则各透镜的物侧面和像侧面于近光轴处和圆周处的面型相同。需要注意的是，上述实施例仅是对本申请的一些实施例的举例，在一些实施例中，内窥镜光学系统100中各透镜的表面可以是非球面或球面的任意组合。可以理解的，在本申请中，当一个透镜的物侧面为非球面，则描述该物侧面的曲率半径和面型，可以理解为该物侧面于光轴处的曲率半径以及于近光轴处的面型。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100中的各透镜的材质可以均为玻璃或均为塑料。采用塑料材质的透镜能够减少内窥镜光学系统100的重量并降低生产成本，配合内窥镜光学系统100的小尺寸以实现内窥镜光学系统100的轻薄化设计。而采用玻璃材质的透镜使内窥镜光学系统100具备优良的光学性能以及较高的耐温性能。需要注意的是，内窥镜光学系统100中各透镜的材质也可以为玻璃和塑料的任意组合，并不一定要是均为玻璃或均为塑料。
根据上述各实施例的描述，以下提出更为具体的实施例及附图予以详细说明。
第一实施例
请再参见图1和图2，图1和图2为第一实施例中的内窥镜光学系统100的结构示意图。内窥镜光学系统100由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜L1、转向棱镜110、光阑、具有正光焦度的第二透镜L2、第一滤光片120、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、第二滤光片130、具有正光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7以及分光棱镜140。
系统中各透镜的物侧面和像侧面均为球面。系统中各透镜、转向棱镜110、第一滤光片120、第二滤光片130以及分光棱镜140的材质均为玻璃。
第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜L2的物侧面为平面，像侧面为凸面；
第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第四透镜L4的物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第五透镜L5的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第六透镜L6的物侧面为平面，像侧面为凸面；
第七透镜L7的物侧面为凹面，像侧面为凸面。
第三透镜L3、第四透镜L4与第五透镜L5胶合，第六透镜L6与第七透镜L7胶合。
需要说明的是，图1和图2中的内窥镜光学系统100仅转向棱镜110的结构不同，其余结构均可相同。图1所示的实施例中，转向棱镜110为0°棱镜，不具备偏折光路的作用，而图2所示的实施例中，转向棱镜110为30°棱镜，能够将光路偏折30°。
在第一实施例中，内窥镜光学系统100满足：R11/R12＝4.937；其中，R11为第一透镜L1的物侧面的曲率半径，R12为所述第一透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式时，配合第一透镜L1的凸凹面型，有利于减小光线在第一透镜L1的物侧面上的入射角度，从而有利于减小系统的像差敏感度，进而有利于提升系统的成像质量，同时也有利于第一透镜L1的加工成型。
内窥镜光学系统100配置有两片截止角度不同的滤光片，以提升系统的成像对比度。系统还设置有相配合的三胶合透镜以及双胶合透镜，能够有效校正系统在430nm-900nm波长范围下的色差和畸变，使得系统在不同波长下均具备良好的成像质量。滤光片及胶合透镜的具体设置及效果可由表1以及上述记载推得，此处不再赘述。
请参见图7、图8、图9和图10，图7为第一实施例的内窥镜光学系统100的分辨率示意图，由图7可以看出，第一实施例的内窥镜光学系统100的分辨率达到当调制强度为0.2时，对应每毫米是170线对，可见内窥镜光学系统100具备较高的分辨率。图8为第一实施例的内窥镜光学系统100的点列图，由图8可以看出，在435nm-900nm波长范围内，内窥镜光学系统100的弥散斑小于0.00037mm，远小于衍射极限。图9为第一实施例的内窥镜光学系统100的畸变曲线图，由图8可以看出，内窥镜光学系统100在最大视场下(85.5°)，实际像面图像与理论像面图像的最大偏离量为20％，可见内窥镜光学系统100的畸变得到有效校正，具备良好的成像质量。图10为第一实施例中内窥镜光学系统100的场曲曲线图，由图10可以看出，内窥镜光学系统100在435nm-900nm的波长范围内，最大视场下(85.8°)实际像面与理想像面偏离的最大弯曲小于0.05毫米，场曲得到有效矫正，系统具备良好的成像质量。
第二实施例
请参见图6，图6为第二实施例中的内窥镜光学系统100的结构示意图，内窥镜光学系统100由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜L1、转向棱镜110、光阑、具有正光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3、第一滤光片120、具有负光焦度的第四透镜L4、具有正光焦度的第五透镜L5、具有正光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7、第二滤光片130以及分光棱镜140。
系统中各透镜的物侧面和像侧面均为球面。系统中各透镜、转向棱镜110、第一滤光片120、第二滤光片130以及分光棱镜140的材质均为玻璃。
第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜L2的物侧面为平面，像侧面为凸面；
第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第四透镜L4的物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第五透镜L5的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第六透镜L6的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第七透镜L7的物侧面为凹面，像侧面为凹面。
第四透镜L4与第五透镜L5胶合，第六透镜L6与第七透镜L7胶合。
需要说明的是，图6所示的内窥镜光学系统100中，转向棱镜110为0°棱镜，第二实施例的内窥镜光学系统100中转向棱镜110也可以为30°棱镜，转向棱镜110的具体设置可参考图3、图4和图5，此处不再赘述。
在第二实施例中，内窥镜光学系统100满足：R11/R12＝4.070；其中，R11为第一透镜L1的物侧面的曲率半径，R12为所述第一透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式时，配合第一透镜L1的凸凹面型，有利于减小光线在第一透镜L1的物侧面上的入射角度，从而有利于减小系统的像差敏感度，进而有利于提升系统的成像质量，同时也有利于第一透镜L1的加工成型。
内窥镜光学系统100配置有两片截止角度不同的滤光片，以提升系统的成像对比度。系统还设置有相配合的两组双胶合透镜，能够有效校正系统在430nm-900nm波长范围下的色差和畸变，使得系统在不同波长下均具备良好的成像质量。滤光片及胶合透镜的具体设置及效果可由表2以及上述记载推得，此处不再赘述。
请参见图11、图12和图13，图11为第二实施例的内窥镜光学系统100的分辨率示意图，由图11可以看出，第一实施例的内窥镜光学系统100的分辨率达到当调制强度为0.2时，对应每毫米是170线对，可见内窥镜光学系统100具备较高的分辨率。图12为第二实施例的内窥镜光学系统100的点列图，由图12可以看出，在434nm-900nm波长范围内，内窥镜光学系统100的弥散斑小于0.000307mm，远小于衍射极限。图13为第二实施例的内窥镜光学系统100的畸变曲线图，由图13可以看出，内窥镜光学系统100在最大视场下(85.5°)，实际像面图像与理论像面图像的最大偏离量为20％，可见内窥镜光学系统100的畸变得到有效校正，具备良好的成像质量。
本申请还提供一种内窥镜物镜(图未示出)，包括感光元件以及上述任一实施例所述的内窥镜光学系统100。感光元件的感光面可与内窥镜光学系统100的像面IMA重合。具体地，感光元件可以为电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体器件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)。在内窥镜物镜中采用上述内窥镜光学系统100，有利于提升内窥镜物镜的光能利用率，从而提升内窥镜物镜成像的相对照度，进而提升内窥镜物镜的成像质量，有利于提升内窥镜物镜的诊断准确率。
本申请还提供一种内窥镜(图未示出)，包括壳体以及上述任一实施例所述的内窥镜物镜，内窥镜物镜设置于壳体内，壳体可以为内窥镜物镜的镜体。内窥镜可以应用于医疗领域，例如应用于对病患进行医疗诊断，具体地，内窥镜包括但不限于为用于观察消化器官、支气管、鼻腔、咽喉、泌尿器官及子宫的内窥镜。在内窥镜中采用上述内窥镜物镜，有利于提升内窥镜的光能利用率，从而提升内窥镜成像的相对照度，进而提升内窥镜的成像质量，有利于提升内窥镜的诊断准确率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种内窥镜光学系统，其特征在于，包括：
第一镜组，包括至少一片具有光焦度的透镜；
第二镜组，包括至少一片具有光焦度的透镜；以及，
转向棱镜，设于所述第一镜组和所述第二镜组之间，所述转向棱镜沿光轴由物侧至像侧依次包括第一子棱镜、第二子棱镜以及第三子棱镜，所述第二子棱镜的折射率大于所述第一子棱镜与所述第二子棱镜之间的介质以及所述第二子棱镜与所述第三子棱镜之间的介质的折射率。
2.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述第一子棱镜与所述第二子棱镜通过胶水相胶合，所述第二子棱镜与所述第三子棱镜通过胶水相胶合，且所述第二子棱镜的折射率大于所述胶水的折射率。
3.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述第一子棱镜与所述第二子棱镜相间隔，所述第二子棱镜与所述第三子棱镜通过胶水相胶合，且所述第二子棱镜的折射率大于所述胶水的折射率。
4.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述转向棱镜还包括平板玻璃，所述平板玻璃设于所述第一子棱镜和所述第二子棱镜之间，所述平板玻璃与所述第一子棱镜和所述第二子棱镜贴合，所述第二子棱镜与所述第三子棱镜通过胶水胶合，所述第二子棱镜的折射率大于所述平板玻璃及所述胶水的折射率。
5.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，
所述第一镜组包括具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二镜组沿光轴由物侧至像侧依次包括具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凹面。
6.根据权利要求5所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜胶合，所述第六透镜和所述第七透镜胶合；和/或，
所述第三透镜与所述第四透镜胶合。
7.根据权利要求5所述的内窥镜光学系统，其特征在于，还包括光阑，所述光阑设于所述转向棱镜和所述第二镜组之间。
8.根据权利要求5所述的内窥镜光学系统，其特征在于，还包括第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片设于所述第一透镜与所述第四透镜之间，所述第二滤光片设于所述第五透镜与所述内窥镜光学系统的成像面之间，且所述第一滤光片的截止角度大于所述第二滤光片的截止角度。
9.根据权利要求8所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述第一滤光片的截止角度大于或等于0°，小于或等于15°，所述第二滤光片的截止角度大于或等于0°，小于或等于10°。
10.根据权利要求5所述的内窥镜光学系统，其特征在于，满足以下条件式：
4≤R11/R12≤5；
其中，R11为所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12为所述第一透镜的像侧面的曲率半径。
11.一种内窥镜物镜，其特征在于，包括感光元件以及权利要求1-10任一项所述的内窥镜光学系统，所述感光元件设置于所述内窥镜光学系统的像侧。
12.一种内窥镜，其特征在于，包括权利要求11所述的内窥镜物镜。
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