CN116369822A - 内窥镜光学系统、物镜模组及内窥镜 - Google Patents

内窥镜光学系统、物镜模组及内窥镜 Download PDF

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CN116369822A CN202310373798.3A CN202310373798A CN116369822A CN 116369822 A CN116369822 A CN 116369822A CN 202310373798 A CN202310373798 A CN 202310373798A CN 116369822 A CN116369822 A CN 116369822A
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马健
周新
赵源
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Abstract

本申请涉及一种内窥镜光学系统、物镜模组及内窥镜。内窥镜光学系统包括：具有负光焦度的第一透镜，第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；具有正光焦度的第二透镜，第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面；具有正光焦度的第三透镜，第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；具有负光焦度的第四透镜，第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面；内窥镜光学系统满足：4.08≤TTL/f≤4.52。上述内窥镜光学系统，能够兼顾小尺寸设计和良好的成像质量。

Description

内窥镜光学系统、物镜模组及内窥镜
技术领域
本申请涉及内窥镜技术领域，特别是涉及一种内窥镜光学系统、物镜模组及内窥镜。
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，内窥镜能够伸入用户体内，以获取用户体内的病灶区域的图像，便于诊断或治疗，内窥镜的成像质量影响着诊断和治疗的准确性。相关技术中，通常通过增加内窥镜光学系统中透镜的数量来提升内窥镜的成像质量，容易导致内窥镜的尺寸过大，从而容易对用户造成损伤。相关技术中的内窥镜难以兼顾小尺寸和高成像质量。
发明内容
基于此，有必要针对相关技术中的内窥镜难以兼顾小尺寸和高成像质量的问题，提供一种内窥镜光学系统、物镜模组及内窥镜。
一种内窥镜光学系统，沿光轴由物侧至像侧依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面；
具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；
具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面；
且所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
4.08≤TTL/f≤4.52；
其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至所述内窥镜光学系统的成像面在光轴上的距离，即所述内窥镜光学系统的光学总长，f为所述内窥镜光学系统的焦距。
上述内窥镜光学系统，第一透镜具有负光焦度，且像侧面于近光轴处为凹面，有利于第一透镜收集大角度光线，从而有利于扩大内窥镜光学系统的视场角，有利于实现广角特性。第二透镜具有正光焦度，有利于校正第一透镜在引入大角度光线时产生的畸变等像差，从而有利于提升内窥镜光学系统的成像质量。第三透镜具有正光焦度，且像侧面于近光轴处为凸面，有利于将光线朝像侧会聚，从而有利于缩短内窥镜光学系统的总长。第四透镜具有负光焦度，且物侧面于近光轴处为凹面，有利于将光线合理朝成像面偏折，从而有利于调节光线在成像面的入射角，并增大成像面的尺寸，进而有利于提升内窥镜光学系统的成像质量。满足上述条件式时，有利于合理配置TTL和f的比值，既有利于缩短内窥镜光学系统的总长，实现小尺寸设计，也有利于使得内窥镜光学系统能够有效偏折光线，提升内窥镜光学系统的成像质量。具有上述光焦度和面型特征，并满足上述条件式，内窥镜光学系统能够以四片透镜获得良好的成像质量，能够兼顾小尺寸和高成像质量。
在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
-0.9≤f1/f≤-0.7；
其中，f1为所述第一透镜的焦距。
在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
-9.9≤f4/f3≤-1.7；
其中，f4为所述第四透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距。
在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
1.45≤Bf/f≤1.72；
其中，Bf为所述第四透镜的像侧面至所述内窥镜光学系统的成像面在光轴上的距离。
在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
1.6≤f2/f≤2.4；其中，f2为所述第二透镜的焦距；和/或，
0.7≤f3/f≤1.4；其中，f3为所述第三透镜的焦距。
在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
-3≤f2/f1≤-1.5；
其中，f2为所述第二透镜的焦距，f1为所述第一透镜的焦距。
在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
1.51mm-1≤FNO/TTL≤1.7mm-1；
其中，FNO为所述内窥镜光学系统的光圈数。
在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
0.05≤|R7/R8|≤0.77；其中，R7为所述第四透镜的物侧面在光轴处的曲率半径，R8为所述第四透镜的像侧面在光轴处的曲率半径；和/或，
0.02≤|R4/R5|≤1.44；其中，R4为所述第二透镜的像侧面在光轴处的曲率半径，R5为所述第三透镜的物侧面在光轴处的曲率半径。
一种物镜模组，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，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，包括上述的物镜模组。
附图说明
图1为第一实施例中内窥镜光学系统的结构示意图。
图2a为第一实施例中内窥镜光学系统的像散曲线图。
图2b为第一实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。
图2c为第一实施例中内窥镜光学系统的倍率色差曲线图。
图3为第二实施例中内窥镜光学系统的结构示意图。
图4a为第二实施例中内窥镜光学系统的像散曲线图。
图4b为第二实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。
图4c为第二实施例中内窥镜光学系统的倍率色差曲线图。
图5为第三实施例中内窥镜光学系统的结构示意图。
图6a为第三实施例中内窥镜光学系统的像散曲线图。
图6b为第三实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。
图6c为第三实施例中内窥镜光学系统的倍率色差曲线图。
图7为第四实施例中内窥镜光学系统的结构示意图。
图8a为第四实施例中内窥镜光学系统的像散曲线图。
图8b为第四实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。
图8c为第四实施例中内窥镜光学系统的倍率色差曲线图。
图9为第五实施例中内窥镜光学系统的结构示意图。
图10a为第五实施例中内窥镜光学系统的像散曲线图。
图10b为第五实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。
图10c为第五实施例中内窥镜光学系统的倍率色差曲线图。
图11为第六实施例中内窥镜光学系统的结构示意图。
图12a为第六实施例中内窥镜光学系统的像散曲线图。
图12b为第六实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。
图12c为第六实施例中内窥镜光学系统的倍率色差曲线图。
图13为第七实施例中内窥镜光学系统的结构示意图。
图14a为第七实施例中内窥镜光学系统的像散曲线图。
图14b为第七实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。
图14c为第七实施例中内窥镜光学系统的倍率色差曲线图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请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申请。但是本申请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申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“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，这些术语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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，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。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“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。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。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申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义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，若元件被称为“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。若一个元件被认为是“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。如若存在，本申请所使用的术语“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，图1示出了本申请一些实施例中内窥镜光学系统100的结构示意图。本申请提供的内窥镜光学系统100可应用于任意适用类型的内窥镜中，内窥镜光学系统100能够调节入射内窥镜的光线，使得光线能够形成清晰图像。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透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4均包括朝向物侧的物侧面以及朝向像侧的像侧面。第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4可同轴设置，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。在一些实施例中，内窥镜光学系统100还可包括位于第四透镜L4像侧的成像面110，入射内窥镜光学系统100的光线能够经第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4的调节后能够入射到成像面110。在本申请中，内窥镜光学系统100的物侧可以理解为内窥镜光学系统100朝向被摄物，例如朝向病灶区域的一侧，内窥镜光学系统100的像侧面可以理解为内窥镜光学系统100的成像面110所在一侧。
在一些实施例中，第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜L1的像侧面于近光轴处为凹面。第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜L2的物侧面于近光轴处为凸面。第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜L3的像侧面于近光轴处为凸面。第四透镜L4具有负光焦度，第四透镜L4的物侧面于近光轴处为凹面。需要说明的是，在本申请中，描述某一透镜于近光轴处的面型，可以理解为该透镜与近轴光线经过的区域相对应的部分的面型。
上述内窥镜光学系统100，第一透镜L1具有负光焦度，且像侧面于近光轴处为凹面，有利于第一透镜L1收集大角度光线，从而有利于扩大内窥镜光学系统100的视场角，有利于实现广角特性。第二透镜L2具有正光焦度，有利于校正第一透镜L1在引入大角度光线时产生的畸变等像差，从而有利于提升内窥镜光学系统100的成像质量。第三透镜L3具有正光焦度，且像侧面于近光轴处为凸面，有利于将光线朝像侧会聚，从而有利于缩短内窥镜光学系统100的总长。第四透镜L4具有负光焦度，且物侧面于近光轴处为凹面，有利于将光线合理朝成像面110偏折，从而有利于调节光线在成像面110的入射角，并增大成像面110的尺寸，进而有利于提升内窥镜光学系统100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：4.08≤TTL/f≤4.52；其中，TTL为第一透镜L1的物侧面至内窥镜光学系统100的成像面在光轴上的距离，即内窥镜光学系统100的光学总长，f为内窥镜光学系统100的焦距。满足上述条件式时，有利于合理配置TTL和f的比值，既有利于缩短内窥镜光学系统100的总长，实现小尺寸设计，也有利于使得内窥镜光学系统100能够有效偏折光线，提升内窥镜光学系统100的成像质量。
具有上述光焦度和面型特征，并满足上述条件式，内窥镜光学系统100能够以四片透镜的较少数量获得良好的成像质量，能够兼顾小尺寸和高成像质量，并能够实现广角特性，满足内窥镜的大范围取像需求。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100设置有光阑120，光阑120可设置于第二透镜L2和第三透镜L3之间。光阑120中置的设置，使得内窥镜光学系统100在实现小尺寸的同时，也能够具有充足的进光量，从而有利于提升内窥镜光学系统100的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100还包括保护玻璃130，保护玻璃130设于第四透镜L4和成像面110之间，当内窥镜光学系统100应用于物镜模组中时，保护玻璃130用于保护物镜模组中设于成像面110处的感光元件。在一些实施例中，内窥镜光学系统100还包括滤光片140，滤光片140可设于第四透镜L4和保护玻璃130之间。滤光片140用于滤除干扰光，防止干扰光射到成像面110而影响正常成像。例如，滤光片140可以为红外截止滤光片，用于截止可能被感光元件感应到的近红外区域的光线。当然，滤光片140也可设于内窥镜光学系统100中任意两片透镜之间。
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，使得内窥镜光学系统100能够以较少数量的透镜获得良好的成像质量。
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。进一步地，各透镜的材质可以为聚合树脂等任意适用的具有良好的生物相容性的塑料，使得内窥镜光学系统100应用于内窥镜时有利于降低内窥镜对用户造成损伤的风险。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：-0.9≤f1/f≤-0.7；其中，f1为第一透镜L1的焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1的焦距和内窥镜光学系统100的焦距的比值，使得第一透镜L1能够有效收集大角度光线，从而有利于实现广角特性，同时也使得第一透镜L1在引入大角度光线时不会出现过大角度的偏折，有利于抑制畸变等像差的产生，提升内窥镜光学系统100的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：-9.9≤f4/f3≤-1.7；其中，f4为第四透镜L4的焦距，f3为第三透镜L3的焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第四透镜L4和第三透镜L3的焦距的比值，使得第四透镜L4的光焦度不会过强，第三透镜L3的光焦度不会过弱，从而使得第三透镜L3和第四透镜L4相互配合，能够将光线平缓会聚到成像面110，同时也有利于校正轴外视场的各项像差，提升内窥镜光学系统100的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：1.45≤Bf/f≤1.72；其中，Bf为第四透镜L4的像侧面至内窥镜光学系统100的成像面110在光轴上的距离。满足上述条件式时，能够合理配置内窥镜光学系统100的后焦距与焦距的比值，使得内窥镜光学系统100有充足的后焦空间来过渡光线，并能够有足够的调焦空间满足调焦需求，同时也有利于内窥镜光学系统100在物镜模组中与感光元件的装配。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：1.6≤f2/f≤2.4；其中，f2为第二透镜L2的焦距。能够合理配置第二透镜L2的焦距与内窥镜光学系统100的焦距的比值，使得第二透镜L2的光焦度不会过强，光线能够在第二透镜L2平缓过渡，从而有利于校正轴外视场的慧差等像差，提升内窥镜光学系统100的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：0.7≤f3/f≤1.4；其中，f3为第三透镜L3的焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第三透镜L3的焦距与内窥镜光学系统100的焦距的比值，使得第三透镜L3有足够的光焦度，能够有效会聚光线，有利于压缩内窥镜光学系统100的总长，实现小尺寸设计。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：-3≤f2/f1≤-1.5；其中，f2为第二透镜L2的焦距，f1为第一透镜L1的焦距。满足上述条件式时，能够合理配置第二透镜L2的焦距和第一透镜L1的焦距的比值，使得第一透镜L1和第二透镜L2合理搭配，在引入大角度光线以实现广角特性的同时，也有利于抑制畸变、慧差等像差的产生，提升内窥镜光学系统100的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：1.51mm-1≤FNO/TTL≤1.7mm-1；其中，FNO为内窥镜光学系统100的光圈数。满足上述条件式时，有利于缩小内窥镜光学系统100的有效口径和总长，从而有利于压缩内窥镜光学系统100的尺寸，实现小尺寸设计，同时也有利于使得内窥镜光学系统100的光圈不会过小，从而有利于内窥镜光学系统100获得充足的进光量而具备良好的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：0.05≤|R7/R8|≤0.77；其中，R7为第四透镜L4的物侧面在光轴处的曲率半径，R8为第四透镜L4的像侧面在光轴处的曲率半径。满足上述条件式时，能够合理配置第四透镜L4的物侧面于像侧面在光轴处的曲率半径的比值，使得第四透镜L4能够有将光线平缓过渡到成像面110，有利于校正内窥镜光学系统100的像差，同时能够合理调节光线在成像面110上的入射角度，从而有利于提升内窥镜光学系统100的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：0.02≤|R4/R5|≤1.44；其中，R4为第二透镜L2的像侧面在光轴处的曲率半径，R5为第三透镜L3的物侧面在光轴处的曲率半径。满足上述条件式时，能够对第二透镜L2的像侧面和第三透镜L3的物侧面在光轴处的曲率半径的比值，配合光阑120设于第二透镜L2和第三透镜L3之间的设计，有利于光线在第二透镜L2和第三透镜L3之间平缓过渡并充满光阑120，从而有利于校正内窥镜光学系统100的像差并提升内窥镜光学系统100的进光量，从而有利于提升内窥镜光学系统100的成像质量。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：1.4≤T12/T23≤6.3；其中，T12为第一透镜L1的像侧面至第二透镜L2的物侧面在光轴上的距离，T23为第二透镜L2的像侧面至第三透镜L3的物侧面在光轴上的距离。满足上述条件式时，能够合理配置第一透镜L1和第二透镜L2的空气间隔与第二透镜L2和第三透镜L3的空气间隔的比值，使得前三片透镜有充足的空间偏折光线，抑制像差的产生，也有利于前三片透镜有足够的空间进行装配，同时还有利于压缩内窥镜光学系统100的总长，实现小尺寸设计。
在一些实施例中，内窥镜光学系统100满足条件式：2ω≥130°。其中，2ω为内窥镜光学系统的最大视场角。满足上述条件式时，内窥镜光学系统100能够实现广角特性，能够满足内窥镜大范围取像的需求。
需要说明的是，在一些实施例中，当内窥镜光学系统100应用于物镜模组时，内窥镜光学系统100可以匹配具有矩形感光面的感光元件，内窥镜光学系统100的成像面110可以与感光元件的感光面重合。成像面110上的有效像素区域可具有水平方向以及对角线方向，则2ω可以理解为内窥镜光学系统100对角线方向的最大视场角。可以理解的是，在本申请中，成像面110可以理解为内窥镜光学系统的光线在第四透镜L4的像侧的汇聚点构成的虚拟面，而当内窥镜光学系统100与感光元件匹配时，成像面110与感光元件的感光面重合，以使得经内窥镜光学系统100调节后的光线能够在感光面上形成清晰图像。
在一些实施例中，第一透镜L1的物侧面为平面，有利于内窥镜光学系统100在内窥镜中的组装和定位，提升装配精度。
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，图1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、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑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、滤光片140以及保护玻璃130。
第一透镜L1的像侧面、以及第二透镜L2、第三透镜L3与第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。
第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面在近光轴处为凹面；
第二透镜L2的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第三透镜L3的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第四透镜L4的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凸面。
以下表1示出了第一实施例中内窥镜光学系统各透镜的曲率半径(光轴处)、厚度、折射率、阿贝数、焦距以及内窥镜光学系统100的有效焦距f、最大视场角2ω和光圈数FNO等详细参数。其中，各透镜的焦距、折射率和阿贝数以及内窥镜光学系统100的焦距的参考波长为587.6nm，其他实施例也相同。由物面(图未示出)至成像面110的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列。第一透镜L1的第一行表示第一透镜L1的物侧面，第二行表示第一透镜L1的像侧面，以此类推。第一透镜L1的“厚度”参数列中的第一个数值为第一透镜L1于光轴上的厚度，第二个数值为第一透镜L1的像侧面至像侧方向的后一表面(第二透镜L2的物侧面)于光轴110上的距离，厚度参数列其他数值的含义可由此推得。
需要注意的是，在第一实施例及以下各实施例中，内窥镜光学系统100也可不设置滤光片140、和保护玻璃130，但第四透镜L4的像侧面至成像面110在光轴上的距离保持不变。
表1
Figure BDA0004170943500000061
Figure BDA0004170943500000071
第一实施例中内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面或像侧面的非球面系数由表2给出。其中，面序号从S2表示第一透镜L1的像侧面，S3、S4分别表示第二透镜L2的物侧面和像侧面，S5和S6分别表示第三透镜L3的物侧面和像侧面，S7和S8分别表示第四透镜L4的物侧面和像侧面。而从上到下的K-A14分别表示非球面系数的类型，其中，K表示圆锥系数，A4表示四次非球面系数，A6表示六次非球面系数，A8表示八次非球面系数，以此类推。
另外，非球面系数公式如下：
Figure BDA0004170943500000072
其中，Z为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，r为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面顶点的曲率，K为圆锥系数，Ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。
表2
Figure BDA0004170943500000073
请参见图2a、图2b和图2c，图2a为第一实施例中内窥镜光学系统100的像散曲线图，横坐标表示焦点偏移，单位为毫米，图2b为第一实施例中内窥镜光学系统100的畸变曲线图，横坐标表示畸变值，单位为百分比，图2c为第一实施例中内窥镜光学系统100的倍率色差曲线图，横坐标单位为um。由图2a、图2b和图2c可以看出，内窥镜光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像，内窥镜光学系统100全视场的畸变较小，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良，内窥镜光学系统100的倍率色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。
第二实施例
请参见图3，图3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、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑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、滤光片140以及保护玻璃130。
第一透镜L1的像侧面、以及第二透镜L2、第三透镜L3与第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。
第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面在近光轴处为凹面；
第二透镜L2的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第三透镜L3的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凸面；
第四透镜L4的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凸面。
第二实施例中内窥镜光学系统100的各项参数由表3给出，其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。
表3
Figure BDA0004170943500000081
第二实施例中内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面或像侧面的非球面系数由表4给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出。
表4
Figure BDA0004170943500000082
请参见图4a、图4b和图4c，图4a为第二实施例中内窥镜光学系统100的像散曲线图，图4b为第二实施例中内窥镜光学系统100的畸变曲线图，图4c为第二实施例中内窥镜光学系统100的倍率色差曲线图。由图4a、图4b和图4c可以看出，内窥镜光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像，内窥镜光学系统100全视场的畸变较小，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良，内窥镜光学系统100的倍率色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。
第三实施例
请参见图5，图5为第三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、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑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、滤光片140以及保护玻璃130。
第一透镜L1的像侧面、以及第二透镜L2、第三透镜L3与第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。
第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面在近光轴处为凹面；
第二透镜L2的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；
第三透镜L3的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第四透镜L4的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凸面。
第三实施例中内窥镜光学系统100的各项参数由表5给出，其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。
表5
Figure BDA0004170943500000091
第三实施例中内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面或像侧面的非球面系数由表6给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出。
表6
Figure BDA0004170943500000092
Figure BDA0004170943500000101
请参见图6a、图6b和图6c，图6a为第三实施例中内窥镜光学系统100的像散曲线图，横坐标表示焦点偏移，单位为um，图6b为第三实施例中内窥镜光学系统100的畸变曲线图，图6c为第三实施例中内窥镜光学系统100的倍率色差曲线图。由图6a、图6b和图6c可以看出，内窥镜光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像，内窥镜光学系统100全视场的畸变较小，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良，内窥镜光学系统100的倍率色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。
第四实施例
请参见图7，图7为第四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、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑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、滤光片140以及保护玻璃130。
第一透镜L1的像侧面、以及第二透镜L2、第三透镜L3与第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。
第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面在近光轴处为凹面；
第二透镜L2的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第三透镜L3的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第四透镜L4的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凸面。
第四实施例中内窥镜光学系统100的各项参数由表7给出，其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。
表7
Figure BDA0004170943500000102
第四实施例中内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面或像侧面的非球面系数由表8给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出。
表8
Figure BDA0004170943500000111
请参见图8a、图8b和图8c，图8a为第四实施例中内窥镜光学系统100的像散曲线图，图8b为第四实施例中内窥镜光学系统100的畸变曲线图，图8c为第四实施例中内窥镜光学系统100的倍率色差曲线图。由图8a、图8b和图8c可以看出，内窥镜光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像，内窥镜光学系统100全视场的畸变较小，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良，内窥镜光学系统100的倍率色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。
第五实施例
请参见图9，图9为第五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、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑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、滤光片140以及保护玻璃130。
第一透镜L1的像侧面、以及第二透镜L2、第三透镜L3与第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。
第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面在近光轴处为凹面；
第二透镜L2的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；
第三透镜L3的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第四透镜L4的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凹面。
第五实施例中内窥镜光学系统100的各项参数由表9给出，其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。
表9
Figure BDA0004170943500000112
Figure BDA0004170943500000121
第五实施例中内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面或像侧面的非球面系数由表10给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出。
表10
Figure BDA0004170943500000122
请参见图10a、图10b和图10c，图10a为第五实施例中内窥镜光学系统100的像散曲线图，图10b为第五实施例中内窥镜光学系统100的畸变曲线图，图10c为第五实施例中内窥镜光学系统100的倍率色差曲线图。由图10a、图10b和图10c可以看出，内窥镜光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像，内窥镜光学系统100全视场的畸变较小，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良，内窥镜光学系统100的倍率色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。
第六实施例
请参见图11，图11为第六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、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑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、滤光片140以及保护玻璃130。
第一透镜L1的像侧面、以及第二透镜L2、第三透镜L3与第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。
第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面在近光轴处为凹面；
第二透镜L2的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；
第三透镜L3的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第四透镜L4的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凸面。
第六实施例中内窥镜光学系统100的各项参数由表11给出，其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。
表11
Figure BDA0004170943500000131
第六实施例中内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面或像侧面的非球面系数由表12给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出。
表12
Figure BDA0004170943500000132
Figure BDA0004170943500000141
请参见图12a、图12b和图12c，图12a为第六实施例中内窥镜光学系统100的像散曲线图，图12b为第六实施例中内窥镜光学系统100的畸变曲线图，图12c为第六实施例中内窥镜光学系统100的倍率色差曲线图。由图12a、图12b和图12c可以看出，内窥镜光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像，内窥镜光学系统100全视场的畸变较小，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良，内窥镜光学系统100的倍率色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。
第七实施例
请参见图13，图13为第七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、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑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、滤光片140以及保护玻璃130。
第一透镜L1的像侧面、以及第二透镜L2、第三透镜L3与第四透镜L4的物侧面和像侧面均为非球面。
第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面在近光轴处为凹面；
第二透镜L2的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；
第三透镜L3的物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
第四透镜L4的物侧面在近光轴处为凹面，像侧面在近光轴处为凸面。
第七实施例中内窥镜光学系统100的各项参数由表13给出，其中各参数的定义可由第一实施例得出，此处不加以赘述。
表13
Figure BDA0004170943500000142
第七实施例中内窥镜光学系统100的各透镜的物侧面或像侧面的非球面系数由表14给出，且其中各参数的定义可由第一实施例得出。
表14
Figure BDA0004170943500000143
Figure BDA0004170943500000151
请参见图14a、图14b和图14c，图14a为第七实施例中内窥镜光学系统100的像散曲线图，图14b为第七实施例中内窥镜光学系统100的畸变曲线图，图14c为第七实施例中内窥镜光学系统100的倍率色差曲线图。由图14a、图14b和图14c可以看出，内窥镜光学系统100的弧矢场曲和子午场曲均较小，各视场的场曲和像散均得到了良好的校正，视场中心和边缘均拥有清晰的成像，内窥镜光学系统100全视场的畸变较小，由主光束引起的图像变形较小，系统的成像质量优良，内窥镜光学系统100的倍率色差得到了良好的校正，具备良好的成像质量。
另外，第一实施例至第七实施例中内窥镜光学系统100满足以下表15的数据，以下各参数的含义以及满足以下数据所能够获得的效果可参考上述记载。
表15
Figure BDA0004170943500000152
本申请还提供一种物镜模组(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视为内窥镜光学系统100的成像面110。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)。在物镜模组中采用上述内窥镜光学系统100，能够兼顾小尺寸设计、广角特性以及高成像质量的实现，从而有利于物镜模组在内窥镜中的应用。
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物镜模组，物镜模组设置于壳体内，壳体可以为内窥镜物镜的镜筒。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，内窥镜可以为软管内窥镜。在内窥镜中采用上述内窥镜物镜，内窥镜物镜能够兼顾小尺寸设计、广角特性以及高成像质量的实现，从而使得内窥镜应用于医疗领域时，能够最大程度降低对病患的损伤，也能够大范围获取病灶区域的图像，避免漏查风险，同时还也能够形成具有高清晰度的病变图像，提升诊断的准确性。
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申请专利范围的限制。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，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种内窥镜光学系统，其特征在于，沿光轴由物侧至像侧依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的像侧面于近光轴处为凹面；
具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面；
具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面于近光轴处为凸面；
具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面于近光轴处为凹面；
且所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
4.08≤TTL/f≤4.52；
其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至所述内窥镜光学系统的成像面在光轴上的距离，f为所述内窥镜光学系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
-0.9≤f1/f≤-0.7；
其中，f1为所述第一透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
-9.9≤f4/f3≤-1.7；
其中，f4为所述第四透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
1.45≤Bf/f≤1.72；
其中，Bf为所述第四透镜的像侧面至所述内窥镜光学系统的成像面在光轴上的距离。
5.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
1.6≤f2/f≤2.4；其中，f2为所述第二透镜的焦距；和/或，
0.7≤f3/f≤1.4；其中，f3为所述第三透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
-3≤f2/f1≤-1.5；
其中，f2为所述第二透镜的焦距，f1为所述第一透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
1.51mm-1≤FNO/TTL≤1.7mm-1；
其中，FNO为所述内窥镜光学系统的光圈数。
8.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统满足以下条件式：
0.05≤|R7/R8|≤0.77；其中，R7为所述第四透镜的物侧面在光轴处的曲率半径，R8为所述第四透镜的像侧面在光轴处的曲率半径；和/或，
0.02≤|R4/R5|≤1.44；其中，R4为所述第二透镜的像侧面在光轴处的曲率半径，R5为所述第三透镜的物侧面在光轴处的曲率半径。
9.一种物镜模组，其特征在于，包括感光元件以及权利要求1-8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。
10.一种内窥镜，其特征在于，包括权利要求9所述的物镜模组。
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