CN116400482A - 一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜，涉及多光谱的宽视场成像技术领域。用于多光谱成像的微型宽视场物镜沿着光轴由物侧至像侧依次包括：第一透镜、第一透镜组、第二透镜组、以及第六透镜；所述第一透镜为负透镜；所述第一透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；所述第二透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；所述第六透镜为正光焦度的正透镜；其中，所述第一透镜的像侧面为凹面，以减小光线在第二透镜组上的入射角并清晰成像。在极小外径和长度的限制下，拓宽微型物镜视场，同时保证其成像性能。

Description

一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜
技术领域
本发明涉及多光谱的宽视场成像技术领域，特别涉及一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜。
背景技术
消化系统肿瘤是世界范围内最常见肿瘤之一。早发现、早治疗，提高早期癌症的诊断水平对于提高患者生存率、减轻社会经济负担有着深远的意义。多光谱荧光显微内窥镜是目前最新的内窥成像技术之一，可通过胃镜、结肠镜等通道进入人体进行高分辨率成像，获取可见光到近红外的局部组织学图像，为医生进行微小病灶、胃肠道病变及早期胃肠道癌变的精准诊断提供帮助。其中，微型物镜是多光谱荧光显微内窥镜的核心组件，但目前的微型物镜不能很好的满足进入多光谱荧光显微内窥镜的器械通道的需求，或即便能够满足外径尺寸需求，在工作波段较宽时镜头的像差、畸变等结果不理想，进而导致其成像性能不佳，同时多光谱显微内窥镜观察视野小，无法与胃镜、结肠镜等内窥镜进行协同工作，容易造成检出率低、漏检率高、效率低等问题。
如何在极小外径和长度的限制下，拓宽微型物镜视场，同时保证其成像性能，成为了亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜，旨在在极小外径和长度的限制下，拓宽微型物镜视场，同时保证其成像性能。
为了实现上述目的，本发明提出一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜，沿着光轴由物侧至像侧依次包括：第一透镜、第一透镜组、第二透镜组、以及第六透镜；
所述第一透镜为负透镜；
所述第一透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；
所述第二透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；
所述第六透镜为正光焦度的正透镜；其中，所述第一透镜的像侧面为凹面，以减小光线在第二透镜组上的入射角并清晰成像。
在本申请的一实施例中，所述第一透镜的物侧面为平面。
在本申请的一实施例中，所述第一透镜的像侧的曲率半径为0.633mm或0.628mm。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第一透镜组包括：
第二透镜，所述第二透镜的物侧的曲率半径为4.699mm，所述第二透镜的像侧的曲率半径为-0.784mm；和
第三透镜，第二透镜与第三透镜互相贴合，所述第三透镜的像侧的曲率半径为0.596mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第一透镜组包括：
第二透镜，所述第二透镜的物侧的曲率半径为9.143mm，所述第二透镜的像侧的曲率半径为-0.746mm；和
第三透镜，第二透镜与第三透镜互相贴合，所述第三透镜的像侧的曲率半径为0.719mm。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第二透镜的物侧的通光孔的直径为0.8mm，所述第二透镜的像侧的通光孔的直径为0.8mm；所述第三透镜的物侧的通光孔径为0.8mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第二透镜的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第二透镜的像侧的通光孔的直径为0.8mm；所述第三透镜的物侧的通光孔径为0.8mm。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第二透镜组包括：
第四透镜，所述第四透镜的物侧的曲率半径为2.572mm，所述第四透镜的像侧的曲率半径为1.027mm；和
第五透镜，所述第四透镜与第五透镜互相贴合，所述第五透镜的像侧的曲率半径为-0.931mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第二透镜组包括：
第四透镜，所述第四透镜的物侧的曲率半径为1.598mm，所述第四透镜的像侧的曲率半径为0.729mm；和
第五透镜，所述第四透镜与第五透镜互相贴合，所述第五透镜的像侧的曲率半径为-1.177mm。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第四透镜的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第四透镜的像侧的通光孔的直径为0.75mm；所述第五透镜的物侧的通光孔径为0.8mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第四透镜的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第四透镜的像侧的通光孔的直径为1.0mm；所述第五透镜的像侧的通光孔径为1.0mm。
在本申请的一实施例中，还包括光阑，所述光阑设于所述第一透镜组和第二透镜组之间且位于第二透镜组的前焦面处。
在本申请的一实施例中，所述第六透镜的物侧与第五透镜之间的中心距离为0mm。
采用上述技术方案，通过第一透镜、第一透镜组、第二透镜组、第六透镜的依次设置，先通过第一透镜来减小光线在第一透镜组上的入射角度，来获得更大的视场，然后通过第一透镜组、第二透镜组、以及第六透镜实现对光线分段聚焦，降低平衡相差和球差，提高成像的分辨率和成像的清晰度，结构简单，便于实施。
附图说明
下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细的说明，其中：
图1为本发明第一种实施例的结构示意图；
10、第一透镜；20、第二透镜；30、第三透镜；40、第四透镜；50、第五透镜；60、第六透镜；70、光阑。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
如图1所示，为了实现上述目的，本发明提出一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜，沿着光轴由物侧至像侧依次包括：第一透镜10、第一透镜组、第二透镜组、以及第六透镜60；
所述第一透镜10为负透镜；
所述第一透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；
所述第二透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；
所述第六透镜60为正光焦度的正透镜；其中，所述第一透镜10的像侧面为凹面，以减小光线在第二透镜组上的入射角并清晰成像。
具体的，一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜，沿着光轴由物侧至像侧依次包括：第一透镜10、第一透镜组、第二透镜组、以及第六透镜60；
其中，第一透镜10为负透镜，负透镜通常为凹透镜，具有负的聚焦力。与正透镜不同，它会使经过透镜的平行光线向外散射，使物体看起来更小。因此，负透镜也被称为分散透镜。其用于分散光线，将提前汇聚的光线分散开来，从而可以缩短成像距离。第一透镜10的像侧面为凹面，它可以抵消透镜的球差和色差，从而提高显微物镜的成像质量。此外，凹透镜还可以增加显微物镜的有效孔径，提高成像分辨率和清晰度。
第一透镜组由一个双凸透镜和一个双凹透镜组成的双胶合透镜；第二透镜组由一个弯月透镜加一个双凸透镜组成的双胶合透镜。本领域技术人员已知的，在光线转折处的离散透镜，容易因加工误差和/或组立误差造成敏感，而胶合透镜的使用可有效地降低系统的敏感度。使用胶合透镜，不仅能够有效地降低系统的敏感度、缩短系统的整体长度，还能够分担系统的整体色差、像差的矫正，提高光学镜头的解像力。另外，采用胶合透镜可使得系统组装便利，可有效降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。
第六透镜60为正光焦度的正透镜，通过第一透镜组、第二透镜组、第六透镜60的依次设置，以分段聚焦和平衡像差和球差，提高微型宽视场物镜的成像分辨率和清晰度。同时，将第一透镜10的像侧面设计为凹面，来减小光线在第二透镜组上的入射角，从而提高物镜的视场。
采用上述技术方案，通过第一透镜10、第一透镜组、第二透镜组、第六透镜60的依次设置，先通过第一透镜10来减小光线在第一透镜组上的入射角度，来获得更大的视场，然后通过第一透镜组、第二透镜组、以及第六透镜60实现对光线分段聚焦，降低平衡相差和球差，提高成像的分辨率和成像的清晰度，结构简单，便于实施。
在本申请的一实施例中，所述第一透镜10的物侧面为平面。
具体的，第一透镜10的物侧面为平面，可以避免第一透镜10的磨损，延长第一透镜10的使用年限。
在本申请的一实施例中，所述第一透镜的像侧的曲率半径为0.633mm或0.628mm。
具体的，第一透镜10的像侧面为凹面，该曲率半径为0.633mm或0.628mm。采用该曲率半径，在透镜尺寸较小的限制下，其使得第一透镜10具有相对较大的孔径，其可以允许更多的光线通过。同时，保证第一透镜10具有较小的球差，方便其汇聚不同颜色的光线，提高成像的色彩准确性和清晰度。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第一透镜组包括：
第二透镜20，所述第二透镜20的物侧的曲率半径为4.699mm，所述第二透镜20的像侧的曲率半径为-0.784mm；和
第三透镜30，第二透镜20与第三透镜30互相贴合，所述第三透镜30的像侧的曲率半径为0.596mm；
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第一透镜组包括：
第二透镜20，所述第二透镜20的物侧的曲率半径为9.143mm，所述第二透镜20的像侧的曲率半径为-0.746mm；和
第三透镜30，第二透镜20与第三透镜30互相贴合，所述第三透镜30的像侧的曲率半径为0.719mm。
具体的，当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.633mm时，微型物镜的半视场为30°，第一透镜10上物侧的通光孔径为1mm，第一透镜10上像侧的通光孔径为0.81mm，第一透镜10的中心厚度为0.15mm，第一透镜10的像侧面到第二透镜20的物侧面的中心距离为0.24mm。
所述第一透镜组包括：第二透镜20和第三透镜30。其中，第二透镜20的物侧曲率半径为4.699mm、通光孔径为0.8mm，第二透镜20的像侧曲率半径为-0.784mm、通光孔径为0.8mm；第三透镜30的曲率半径为0.596mm、通光孔径为0.8mm；第二透镜20的像侧到物侧的中心距离0.22mm，第三透镜30的物侧面到像侧的中心距离为0.29mm，第三透镜30的像侧到光阑70面的中心距离为0.6mm。
采用上述技术方案，具有以下优点：
具有大的通光孔径：第二、三透镜的通光孔径均为0.8mm，意味着整个透镜系统可以传递更多的光线，从而提高系统的光通量。
具有较小的球差：球差是透镜成像中的一种光学像差，会导致不同颜色的光线聚焦位置不同，从而影响成像的色散性能。由于第二透镜20的像侧曲率半径为-0.784mm，具有较小的球差，从而提高成像的色散性能。
较短的系统焦距：第二透镜20的像侧到物侧的中心距离为0.22mm，系统的焦距相对较短，这有助于实现紧凑的光学设计。
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
微型物镜的半视场为30°，第一透镜10上靠近物侧的通光孔径为1mm，第一透镜10上靠近像侧的通光孔径为0.81mm，第一透镜10的中心厚度为0.15mm，第一透镜10的像侧面到第二透镜20的物侧面的中心距离为0.24mm。
所述第一透镜组包括：第二透镜20和第三透镜30。其中，第二透镜20的物侧曲率半径为9.143mm、通光孔径为1.0mm，第二透镜20的像侧曲率半径为-0.746mm、通光孔径为0.8mm；第三透镜30的曲率半径为0.719mm、通光孔径为0.8mm；第二透镜20的像侧到物侧的中心距离0.22mm，第三透镜30的物侧面到像侧的中心距离为0.15mm，第三透镜30的像侧到光阑70面的中心距离为0.82mm。
采用上述技术方案：具有以下优点：
具有更大的通光孔径：第二透镜20的物侧通光孔径为1.0mm，意味着整个透镜系统可以传递更多的光线，从而提高系统的光通量。
较小的球差和像散：由于第二透镜20的像侧曲率半径为-0.746mm，具有较小的球差，从而提高成像的色散性能；同时，第三透镜30的曲率半径为0.719mm，具有较小的像散，从而提高成像的清晰度和分辨率。
较短的系统长度：第二透镜20的像侧到物侧的中心距离为0.22mm，第三透镜30的物侧面到像侧的中心距离为0.15mm，意味着整个透镜系统相对较短，可以实现紧凑的光学设计。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第二透镜20的物侧的通光孔的直径为0.8mm，所述第二透镜20的像侧的通光孔的直径为0.8mm；所述第三透镜30的物侧的通光孔径为0.8mm；
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第二透镜20的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第二透镜20的像侧的通光孔的直径为0.8mm；所述第三透镜30的物侧的通光孔径为0.8mm。
采用上述技术方案，在保证通光量的同时，尽可能的缩短透镜系统的长度，方便更加紧凑的光学设计。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第二透镜20组包括：
第四透镜40，所述第四透镜40的物侧的曲率半径为2.572mm，所述第四透镜40的像侧的曲率半径为1.027mm；和
第五透镜50，所述第四透镜40与第五透镜50互相贴合，所述第五透镜50的像侧的曲率半径为-0.931mm；
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第二透镜20组包括：
第四透镜40，所述第四透镜40的物侧的曲率半径为1.598mm，所述第四透镜40的像侧的曲率半径为0.729mm；和
第五透镜50，所述第四透镜40与第五透镜50互相贴合，所述第五透镜50的像侧的曲率半径为-1.177mm。
具体的，当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.633mm时，微型物镜的半视场为30°，第一透镜10上靠近物侧的通光孔径为1mm，第一透镜10上靠近像侧的通光孔径为0.81mm，第一透镜10的中心厚度为0.15mm，第一透镜10的物侧面到第二透镜20的像侧面的中心距离为0.24mm。
第二透镜组包括：第四透镜40和第五透镜50。其中，第四透镜40的物侧曲率半径为2.572mm、通光孔径为1.0mm，第四透镜40的像侧曲率半径为-0.931mm、通光孔径为0.8mm；第四透镜40的像侧到物侧的中心距离1.4mm，第五透镜50的物侧面到像侧的中心距离为0.26mm，第四透镜40的物侧到光阑70面的中心距离为0.1mm。
采用上述技术方案，具有以下优点：
具有大的通光孔径：第四、五透镜的通光孔径均为1mm，意味着整个透镜系统可以传递更多的光线，从而提高系统的光通量。
具有较小的球差：球差是透镜成像中的一种光学像差，会导致不同颜色的光线聚焦位置不同，从而影响成像的色散性能。由于第四透镜40的像侧曲率半径为-0.931mm，具有较小的球差，从而提高成像的色散性能。
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
微型物镜的半视场为30°，第一透镜10上靠近物侧的通光孔径为1mm，第一透镜10上靠近像侧的通光孔径为0.81mm，第一透镜10的中心厚度为0.15mm，第一透镜10的像侧面到第二透镜20的物侧面的中心距离为0.24mm。
所述第二透镜组包括：第四透镜40和第五透镜50。其中，第四透镜40的物侧曲率半径为1.598mm、通光孔径为1.0mm，第四透镜40的像侧曲率半径为0.729mm、通光孔径为1mm；第五透镜50的像侧的曲率半径为-1.177mm，通光孔径为1.0mm。
第四透镜40的像侧到物侧的中心距离1.06mm，第五透镜50的物侧面到像侧的中心距离为0.49mm，第四透镜40的物侧到光阑70面的中心距离为0.1mm。
采用上述技术方案，具有以下优点：
具有较大的通光孔径：第四、五透镜的通光孔径均为1mm，意味着整个透镜系统可以传递更多的光线，从而提高系统的光通量。
具有较小的球差：球差是透镜成像中的一种光学像差，会导致不同颜色的光线聚焦位置不同，从而影响成像的色散性能。由于第四透镜40的像侧曲率半径为-1.177mm，具有较小的球差，从而提高成像的色散性能。
在本申请的一实施例中，当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第四透镜40的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第四透镜40的像侧的通光孔的直径为0.75mm；所述第五透镜50的物侧的通光孔径为0.8mm；
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第四透镜40的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第四透镜40的像侧的通光孔的直径为1.0mm；所述第五透镜50的像侧的通光孔径为1.0mm。
在本申请的一实施例中，还包括光阑70，所述光阑70设于所述第一透镜10组和第二透镜20组之间且位于第二透镜20组的前焦面处。
在本申请的一实施例中，所述第六透镜60的物侧与第五透镜50之间的中心距离为0mm。
采用上述技术方案，由于两个透镜直接相接触，可以避免中间的空气或其他介质产生的折射和反射，从而减少光学系统的长度和体积，实现紧凑的光学系统设计。在两个透镜直接相接触的情况下，可以减少光学像差的产生。这是因为通过减少透镜之间的空气或其他介质，可以减少折射和反射，从而降低系统的像差。
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.633mm时，第六透镜60物侧曲率半径为1.411mm、通光孔径为1.0mm，第六透镜60像侧为平面、通光孔径为1.0mm，第四透镜40的中心距离为1.14mm，第四透镜40到像面的距离为0.6mm。
当所述第一透镜10的像侧面的曲率半径为0.628mm时，第六透镜60物镜曲率半径为1.499mm、通光孔径为1.0mm，第六透镜60的像侧为平面、通光孔径为1.0mm，第四透镜40的中心距离为0.9mm，第四透镜40到像面的距离为0.6mm。
采用上述技术方案，通过具有正光焦度的第六透镜60，通过控制曲率，控制物镜系统球差，同时控制各视场像方位置主光线与光轴平行，满足像方远心光路设计要求，结构简单，便于实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，沿着光轴由物侧至像侧依次包括：第一透镜、第一透镜组、第二透镜组、以及第六透镜；
所述第一透镜为负透镜；
所述第一透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；
所述第二透镜组为具有正光焦度的双胶合透镜；
所述第六透镜为正光焦度的正透镜；其中，所述第一透镜的像侧面为凹面，以减小光线在第二透镜组上的入射角并清晰成像。
2.如权利要求1所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于， 所述第一透镜的物侧面为平面。
3.如权利要求1所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，所述第一透镜的像侧的曲率半径为0.633mm或0.628mm。
4.如权利要求3所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第一透镜组包括：
第二透镜，所述第二透镜的物侧的曲率半径为4.699mm，所述第二透镜的像侧的曲率半径为-0.784mm；和
第三透镜，第二透镜与第三透镜互相贴合，所述第三透镜的像侧的曲率半径为0.596mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第一透镜组包括：
第二透镜，所述第二透镜的物侧的曲率半径为9.143mm，所述第二透镜的像侧的曲率半径为-0.746mm；和
第三透镜，第二透镜与第三透镜互相贴合，所述第三透镜的像侧的曲率半径为0.719mm。
5.如权利要求4所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第二透镜的物侧的通光孔的直径为0.8mm，所述第二透镜的像侧的通光孔的直径为0.8mm；所述第三透镜的物侧的通光孔径为0.8mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第二透镜的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第二透镜的像侧的通光孔的直径为0.8mm；所述第三透镜的物侧的通光孔径为0.8mm。
6.如权利要求5所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第二透镜组包括：
第四透镜，所述第四透镜的物侧的曲率半径为2.572mm，所述第四透镜的像侧的曲率半径为1.027mm；和
第五透镜，所述第四透镜与第五透镜互相贴合，所述第五透镜的像侧的曲率半径为-0.931mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第二透镜组包括：
第四透镜，所述第四透镜的物侧的曲率半径为1.598mm，所述第四透镜的像侧的曲率半径为0.729mm；和
第五透镜，所述第四透镜与第五透镜互相贴合，所述第五透镜的像侧的曲率半径为-1.177mm。
7.如权利要求6所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.633mm时；
所述第四透镜的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第四透镜的像侧的通光孔的直径为0.75mm；所述第五透镜的物侧的通光孔径为0.8mm；
当所述第一透镜的像侧面的曲率半径为0.628mm时；
所述第四透镜的物侧的通光孔的直径为1.0mm，所述第四透镜的像侧的通光孔的直径为1.0mm；所述第五透镜的像侧的通光孔径为1.0mm。
8.如权利要求1所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，还包括光阑，所述光阑设于所述第一透镜组和第二透镜组之间且位于第二透镜组的前焦面处。
9.如权利要求6所述的用于多光谱成像的微型宽视场物镜，其特征在于，所述第六透镜的物侧与第五透镜之间的中心距离为0mm。
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