CN116125639A - 一种大景深医疗口腔镜光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大景深医疗口腔镜光学镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：第一镜片、第二镜片、光阑、第三镜片、第四镜片；第一镜片与第二镜片的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；第三镜片和第四镜片的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；光阑前侧的第一镜片和第二镜片与光阑后侧的第三镜片和第四镜片为对称式光路架构；本技术方案对称式光路结构的两组非球面与球面镜片组合，可以提高视场角并且平衡校正轴外像差与光学畸变，光阑前后各有一个高色散系数来平衡校正色差，并合理分配各个镜片的光焦度及焦距关系，实现了超大景深、低畸变、高解析力等效果，整个光学系统结构紧凑和成本大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种大景深医疗口腔镜光学镜头。
背景技术
在医疗领域，内窥镜通常用于微创手术，但随着牙周病学的发展，牙周口腔内窥镜的需求呼之欲出。口腔内窥镜通过良好的照明和放大作用，极大的方便临床医生对牙周疾病进行观察，但目前市面上主流产品存在分辨率低、色差大、景深小等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种大景深医疗口腔镜光学镜头，有效解决分辨率低、色差大、景深小等问题。
根据本发明实施例的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：负光焦度的第一镜片、正光焦度的第二镜片、光阑、正光焦度的第三镜片、负光焦度的第四镜片；
所述第一镜片与所述第二镜片的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；所述第三镜片和所述第四镜片的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；所述光阑前侧的所述第一镜片和第二镜片与所述光阑后侧的所述第三镜片和所述第四镜片为对称式光路架构；
上述镜片的焦距满足以下关系式：
-1.5≤f1/f≤-1.0；
2.0≤f2/f≤6.0；
0.8≤f3/f≤2.0；
-4.0≤f4/f≤-1.5；
其中，f为所述大景深医疗口腔镜光学镜头的有效焦距，f1为第一镜片的焦距、f2为第二镜片的焦距、f3为第三镜片的焦距、f4为第四镜片的焦距。
根据本发明实施例的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，至少具有如下有益效果：
本技术方案对称式光路结构的两组非球面与球面镜片组合，可以提高视场角并且平衡校正轴外像差与光学畸变，光阑前后各有一个高色散系数来平衡校正色差，并合理分配各个镜片的光焦度及焦距关系，实现了超大景深、低畸变、高解析力等效果，且镜片数量少，整个光学系统结构紧凑和成本大大降低。
根据本发明的一些实施例，所述第一镜片为非球面镜片，所述第二镜片为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第三镜片为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第四镜片为非球面镜片。
根据本发明的一些实施例，所述第一镜片沿光轴从物侧至像侧的第一面为凸面、第二面为凹面；所述第二镜片沿光轴从物侧至像侧的第一面为凹面、第二面为凸面。
根据本发明的一些实施例，所述第三镜片沿光轴从物侧至像侧的第一面为凸面、第二面为凸面；所述第四镜片沿光轴从物侧至像侧的第一面为凹面且呈M型、第二面为凸面且呈M型。
根据本发明的一些实施例，所述第一镜片为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第二镜片为非球面镜片，所述第三镜片为非球面镜片，所述第四镜片为球面镜片且色散系数Vd≥65。
根据本发明的一些实施例，所述非球面镜片为有机光学玻璃或无机光学玻璃。
根据本发明的一些实施例，还包括设置于像侧的图像传感器。
根据本发明的一些实施例，所述第四镜片与所述图像传感器之间设置有滤光片组。
根据本发明的一些实施例，所述滤光片组与所述图像传感器之间设置有保护玻璃。
根据本发明的一些实施例，所述大景深医疗口腔镜光学镜头的焦距EFL＝1.59mm，光圈值Fno＝6.5。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例的大景深医疗口腔镜光学镜头结构示意图；
图2为本发明实施例大景深医疗口腔镜光学镜头的色球差、像散场曲、畸变图；
图3为本发明实施例大景深医疗口腔镜光学镜头的光线像差图；
图4为本发明实施例大景深医疗口腔镜光学镜头的MTF图；
图5为本发明实施例大景深医疗口腔镜光学镜头的相对照度图。
附图标号：
第一镜片L1、第二镜片L2、光阑STO、第三镜片L3、第四镜片L4、图像传感器IMG、滤光片组IR、保护玻璃CG。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下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。
在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1所示，为本发明实施例的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：负光焦度的第一镜片L1、正光焦度的第二镜片L2、光阑STO、正光焦度的第三镜片L3、负光焦度的第四镜片L4；先由第一镜片L1控制光学系统的入射角并降低光线高度，再由第二镜片L2校正系统的轴上色差，光阑STO用于限制光束口径，第三镜片L3校正系统的轴上色差与畸变，最后负光焦度的第四镜片L4来校正系统的轴外像差。
所述第一镜片L1与所述第二镜片L2的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；所述第三镜片L3和所述第四镜片L4的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；所述光阑STO前侧的所述第一镜片L1和第二镜片L2与所述光阑STO后侧的所述第三镜片L3和所述第四镜片L4为对称式光路架构；
上述镜片的焦距满足以下关系式：
-1.5≤f1/f≤-1.0；
2.0≤f2/f≤6.0；
0.8≤f3/f≤2.0；
-4.0≤f4/f≤-1.5；
其中，f为所述大景深医疗口腔镜光学镜头的有效焦距，f1为第一镜片L1的焦距、f2为第二镜片L2的焦距、f3为第三镜片L3的焦距、f4为第四镜片L4的焦距。
如上所述，本技术方案对称式光路结构的两组非球面与球面镜片组合，可以提高视场角并且平衡校正轴外像差与光学畸变，光阑前后各有一个高色散系数来平衡校正色差，并合理分配各个镜片的光焦度及焦距关系，实现了超大景深、低畸变、高解析力等效果，且镜片数量少，仅有四片，整个光学系统结构紧凑和成本大大降低。
在本发明的一些实施例中，所述第一镜片L1为非球面镜片，所述第二镜片L2为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第三镜片L3为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第四镜片L4为非球面镜片，从而构成第一种实施方式的对称式光路结构。
在本发明的一些实施例中，所述第一镜片L1沿光轴从物侧至像侧的第一面为凸面、第二面为凹面；所述第二镜片L2沿光轴从物侧至像侧的第一面为凹面、第二面为凸面，平衡校正镜头的像散场曲。
在本发明的一些实施例中，所述第三镜片L3沿光轴从物侧至像侧的第一面为凸面、第二面为凸面；所述第四镜片L4沿光轴从物侧至像侧的第一面为凹面且呈M型、第二面为凸面且呈M型。
在本发明的一些实施例中，所述第一镜片L1为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第二镜片L2为非球面镜片，所述第三镜片L3为非球面镜片，所述第四镜片L4为球面镜片且色散系数Vd≥65，从而构成第二种实施方式的对称式光路结构。
在本发明的一些实施例中，所述非球面镜片为有机光学玻璃或无机光学玻璃。
下表为本发明实施例的具体参数：
| Surface | Radius | Thickness | Nd | Vd |
| Object | INF | 15 | - | - |
| ASP S1 | 34.94 | 1.45 | 1.54 | 55.7 |
| ASP S2 | 0.984 | 0.665 | - | - |
| S3 | -6.96 | 0.87 | 1.50 | 81.6 |
| S4 | -2.4 | 0.1 | - | - |
| S5 | INF | 0.1 | - | - |
| S6 | 1.813 | 1.525 | 1.50 | 81.6 |
| S7 | -1.095 | 0.1 | - | - |
| ASP S8 | 6 | 0.4 | 1.63 | 23.3 |
| ASP S9 | 1.74 | 1.375 | - | - |
| S10 | INF | 0.6 | 1.52 | 64.2 |
| S11 | INF | 0.3 | - | - |
| Image | INF | - | - | - |
表1
上述实施例的非球面曲线驱动方程如下：
式中，c为非球面曲率，r为径向坐标，k为二次曲面的圆锥系数，AR1..30为各阶次非球面系数。具体非球面参数如下表2：
| Surface | S1 | S2 | S8 | S9 |
| Radius | 34.94 | 0.984 | 6 | 1.74 |
| c | 0.028620492 | 1.016260163 | 0.166666667 | 0.574712644 |
| K | 0 | 0 | 0 | 0 |
| A | 0.07605507822 | 0.365626199 | -0.63105423 | -0.6121182474 |
| B | -0.028938017 | 0.1824337352 | 0.07392834709 | 0.514701121 |
| C | 0.0073494415 | -0.9637710135 | 0.4098612 | -0.30213704695 |
| D | -0.000889565 | 2.1396747688 | -0.8031902083 | 0.07224364658 |
| E | 3.734862922e-005 | - | - | - |
表2
本实施例采用对称式结构，结构紧凑简单，非常适合应用在口腔狭小空间。Fno6.5的光圈不需要太强的额外补光灯照射，在保证大景深的同时确保高物理分辨率以及大通光口径。
在本发明的一些实施例中，还包括设置于像侧的图像传感器IMG，用于捕获成像信号，图像传感器IMG的大小为1/4inch，拥有高分辨率，最适配成像靶面为4.2mm。需要指出的是，不局限于某种特定类型的传感器(图像传感器，例如COMS、CCD等)。
在本发明的一些实施例中，第三透镜组G3与图像传感器IMG之间设置有滤光片组IR，滤光片组IR为具有一定厚度的平行平板，其光学表面根据白天黑夜镀制不同的带宽膜层。滤光片组IR可以采用一片红外截止或吸收滤光片，或者一片全透光谱滤光片，可以滤除干扰光线，使图像传感器IMG得到最佳成像效果。
进一步，在本发明的一些实施例中，滤光片组IR与图像传感器IMG之间设置有保护玻璃CG，可以保护图像传感器IMG免受外力的直接破坏。
在本发明的一些实施例中，大景深医疗口腔镜光学镜头的焦距EFL＝1.59mm，超短光程适用于特定的医疗口腔场景，光圈值Fno＝6.5，光圈更大所需补光不需要太高，在口腔内窥镜常用物距10mm-30mm使用场景中，不需要额外对焦也可以呈现清晰画面，能够实现光学畸变小于5％的镜头。
图2至图5为本发明实施例的光学评价图。其中图2为本发明实施例的球差像散场曲图，可见红绿光轴向色差得以校正；超广角的前提下，光学畸变小于5％，画面失真程度小。图3为本发明实施例的光线像差图，各像差平衡校正的良好，倍率色差在2um左右，实际拍摄画面色差效果佳，各视场最佳像面差异小(场曲平衡佳)。图4为本发明实施例的MTF图，100lp/mm下平均MTF大于0.35、归一化0.7视场内MTF大于0.4，成像效果优异。图5为本发明实施例的相对照度曲线，画面周边区域相对中心区域的光亮度比值大于45％，肉眼分辨不会有较大明暗差异。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于，包括自物侧到像侧依次设置的：负光焦度的第一镜片(L1)、正光焦度的第二镜片(L2)、光阑(STO)、正光焦度的第三镜片(L3)、负光焦度的第四镜片(L4)；
所述第一镜片(L1)与所述第二镜片(L2)的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；所述第三镜片(L3)和所述第四镜片(L4)的其中一枚镜片为非球面镜片、另一枚镜片的色散系数Vd≥65；所述光阑(STO)前侧的所述第一镜片(L1)和第二镜片(L2)与所述光阑(STO)后侧的所述第三镜片(L3)和所述第四镜片(L4)为对称式光路架构；
上述镜片的焦距满足以下关系式：
-1.5≤f1/f≤-1.0；
2.0≤f2/f≤6.0；
0.8≤f3/f≤2.0；
-4.0≤f4/f≤-1.5；
其中，f为所述大景深医疗口腔镜光学镜头的有效焦距，f1为第一镜片(L1)的焦距、f2为第二镜片(L2)的焦距、f3为第三镜片(L3)的焦距、f4为第四镜片(L4)的焦距。
2.根据权利要求1所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述第一镜片(L1)为非球面镜片，所述第二镜片(L2)为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第三镜片(L3)为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第四镜片(L4)为非球面镜片。
3.根据权利要求1或2所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述第一镜片(L1)沿光轴从物侧至像侧的第一面为凸面、第二面为凹面；所述第二镜片(L2)沿光轴从物侧至像侧的第一面为凹面、第二面为凸面。
4.根据权利要求1或2所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述第三镜片(L3)沿光轴从物侧至像侧的第一面为凸面、第二面为凸面；所述第四镜片(L4)沿光轴从物侧至像侧的第一面为凹面且呈M型、第二面为凸面且呈M型。
5.根据权利要求1所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述第一镜片(L1)为球面镜片且色散系数Vd≥65，所述第二镜片(L2)为非球面镜片，所述第三镜片(L3)为非球面镜片，所述第四镜片(L4)为球面镜片且色散系数Vd≥65。
6.根据权利要求2或5所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述非球面镜片为有机光学玻璃或无机光学玻璃。
7.根据权利要求1所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：还包括设置于像侧的图像传感器(IMG)。
8.根据权利要求7所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述第四镜片(L4)与所述图像传感器(IMG)之间设置有滤光片组(IR)。
9.根据权利要求8所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述滤光片组(IR)与所述图像传感器(IMG)之间设置有保护玻璃(CG)。
10.根据权利要求1所述的一种大景深医疗口腔镜光学镜头，其特征在于：所述大景深医疗口腔镜光学镜头的焦距EFL＝1.59mm，光圈值Fno＝6.5。
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| CN202310073352.9A CN116125639A (zh) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | 一种大景深医疗口腔镜光学镜头 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116400492A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-07-07 | 江西欧菲光学有限公司 | 光学镜头、摄像模组及终端设备 |
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2023
- 2023-02-06 CN CN202310073352.9A patent/CN116125639A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116400492A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-07-07 | 江西欧菲光学有限公司 | 光学镜头、摄像模组及终端设备 |
| CN116400492B (zh) * | 2023-06-09 | 2023-11-07 | 江西欧菲光学有限公司 | 光学镜头、摄像模组及终端设备 |
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