CN117192755B - 一种内窥镜用变焦镜头组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内窥镜用变焦镜头组件，其包括：从物侧向像侧依次排列的具有负光焦度、且凹面朝向像面的第一透镜组，具有正光焦度、且凸面朝向像面的第二透镜组以及具有正光焦度的第三透镜组；所述第三透镜组包括凹面朝向物体的双胶合透镜以及凸面朝向物体正透镜；其中，第一透镜组和第三透镜组固定设置，第二透镜组能够沿光轴移动从而实现镜头组件的变焦。本发明所提供的内窥镜用变焦镜头组件结构简单且小型化，并通过变焦实现了在广角模式和微距模式下的高倍率成像。

Description

一种内窥镜用变焦镜头组件

技术领域

本发明涉及一种光学透镜系统，更具体来说，涉及一种内窥镜用变焦镜头组件。

背景技术

目前，内窥镜已经作为人体内的组织检查的重要医疗设备而广泛受到使用。在这种内窥镜系统中，其镜头组件的小型化、且具有较高的光学性能则尤为重要。在实际临床使用中，既希望观察体内大视野范围，同时也希望细致观察某病变位置。这就要求，内窥镜镜头可以在广角端和微距端自由切换，在广角端观察大视野的整体画面，并且在微距端观察局部放大画面，并且在广角端以及微距端均能实现高倍率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种内窥镜用变焦镜头组件，其具备物镜小型化，在广角端和微距端均能实现高倍率成像，且保证了在实现变焦的过程中整个光学透镜系统仍能维持较高的光学性能。

本发明具体涉及一种内窥镜用变焦镜头组件，其包括：从物侧向像侧依次排列的具有负光焦度、且凹面朝向像面的第一透镜组，具有正光焦度、且凸面朝向像面的第二透镜组，以及具有正光焦度的第三透镜组，所述第三透镜组包括凹面朝向物体的双胶合透镜以及凸面朝向物体的正透镜；其中，第一透镜组和第三透镜组固定设置，第二透镜组沿光轴移动以实现镜头组件的变焦；所述第一透镜组的焦距为，所述第二透镜组的焦距为/>，所述第三透镜组的焦距为/>；当所述镜头组件对焦广角端时，所述镜头组件的整体焦距为/>，当镜头组件对焦微距端时，所述镜头组件的整体焦距为/>，并满足下述条件：， />，并且所述镜头组件的光学总长，即TTL＜15mm。

进一步的，所述第一透镜组至少包括两片具有负光焦度的凹透镜，并满足下述条件：。。

进一步的，所述第三透镜组至少包括具有负光焦度的双胶合透镜和具有正光焦度的凸透镜，并满足下述条件：。

进一步的，当所述镜头组件从广角端对焦至微距端时，所述的第二透镜组沿光轴由像侧向物侧移动。

进一步的，当所述镜头组件对焦广角端物体时，所述第一透镜组与所述第二透镜组的空间间距设置为，当所述镜头组件对焦微距端物体时，所述第一透镜组与所述第二透镜组的空间间距设置为/>，并满足下述条件：/>。

进一步的，所述透镜组件的F数满足下述条件：4＜F＜8。

进一步的，所述第二透镜组处设置有光阑，该光阑能够随所述第二透镜组的水平移动而移动。

本发明提供的内窥镜用变焦镜头组件仅由三个透镜组，共六个球面镜片构成，具有结构简单和易于实现，且能保证较高光学性能等优点。

附图说明

图1是本发明内窥镜用变焦镜头组件的结构示意图；

图2是本发明内窥镜用变焦镜头组件在广角端结构的示意图；

图3是本发明内窥镜用变焦镜头组件在微距端结构的示意图；

图4是本发明内窥镜用变焦镜头组件在物距20mm下调制传递函数的曲线示意图；

图5是本发明内窥镜用变焦镜头组件在物距2mm下调制传递函数的曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详述：所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部，以下的实施例仅是为了更加清晰地说明本发明的技术方案，不能被用来限制本发明的保护范围。

在后面的描述中，透镜元件表面的形状（凸或凹）被定义成从对应的一侧看去（即从物侧或从像侧看去）。

在本发明所公开的实施例中，按照从物侧到像侧的顺序，内窥镜用变焦镜头组件包括：具有负光焦度、且凹面朝向像面的第一透镜组，具有正光焦度、且凸面朝向像面的第二透镜组，以及具有正光焦度的第三透镜组。

在一个优选实施例中，如图1所示，在本发明给出的实施例中，第一透镜组包括具有负光焦度、且凹面朝向像面的第一塑料透镜元件101；以及具有凸物侧表面102a和凹像侧表面102b并且具有负光焦度的第二塑料透镜元件102。

第二透镜组包括具有的凸物侧表面103a和凸像侧表面103b并且具有正光焦度的第三塑料透镜元件103。在一个优选实施例中，第二透镜组处设置有光阑（图中未示出），该光阑能够随第二透镜组的水平移动而移动。

在一个实施例中，第三透镜组包括具有凹物侧表面104a和凹像侧表面104b并且具有负光焦度的第四塑料透镜元件104，在一个优选实施例中，该第四塑料透镜元件104为双胶合透镜；具有凸物侧表面105a和凸像侧表面105b并且具有正光焦度的第五塑料透镜元件105，在一个优选实施例中，该第五塑料透镜元件105为正透镜；具有凸物侧表面106a和凹像侧表面106b并且具有正光焦度的第五塑料透镜元件106。通过该负、正、正光焦度，且具有不同阿贝数透镜元件的第三透镜组的设计，有助于整个镜头组件色像差最小化，进一步提高整个透镜组件的成像质量。

其中，第一透镜组以及第三透镜组固定设置，第二透镜组能够沿光轴做水平移动，从而实现内窥镜用变焦镜头组件的变焦。图2示出了本发明所公开的一种内窥镜用变焦镜头组件在广角端结构的示意图，图3示出了本发明所公开的一种内窥镜用变焦镜头组件在微距端结构的示意图。

此外，内窥镜用变焦镜头组件还包括布置在第六透镜元件106的像侧表面106b与像平面（图中未示出）之间的可选玻璃窗P1，以用于对物体的成像。此外，图像传感器(未示出)被布置在像平面处以用于成像。

镜头组件的光学总长TTL被定义为从光轴上的第一透镜元件的物侧表面与图像传感器（即像面）之间的距离，本发明所公开的所有实施例中，镜头组件的光学总长TTL＜15mm。

在本发明所公开的具体实施例中，内窥镜用变焦镜头组件的第一透镜组焦距为，所述镜头组件的第二透镜组焦距为/>，所述镜头组件的第三透镜组焦距为/>；当镜头组件对焦广角端时，所述镜头组件的整体焦距为/>，当镜头组件对焦微距端时，所述镜头组件的整体焦距为/>。

在一个优选实施例中，镜头组件的各焦距满足下式：，。

在一个优选实施例中，第一透镜组至少包括两片具有负光焦度的凹透镜，并满足下述条件：。

在一个优选实施例中，第三透镜组至少包括具有负光焦度的双胶合透镜和具有正光焦度的凸透镜，并满足下述条件：。

在一个优选实施例中，当镜头组件从广角端对焦至微距端时，所述的第二透镜组沿光轴由像侧向物侧移动。

在一个优选实施例中，当所述镜头组件对焦广角端物体时，所述第一透镜组与所述第二透镜组的空间间距设置为，当所述镜头组件对焦微距端物体时，所述第一透镜组与所述第二透镜组的空间间距设置为/>，并满足下述条件：/>。

在本发明中，所有的透镜元件表面都是非球面的。在表1中给出了具体实施例中各透镜元件的详细光学数据，其中曲率半径(r)、透镜元件的厚度和/或沿着光轴的元件之间的距离以及直径的单位都是用mm来表达的。“Nd”是折射率，“Vd”是阿贝数。

在表1中，各个元件(和/或表面)之间的距离被标记成“Lmn”(其中m指的是透镜元件编号，n＝1指的是元件厚度，并且n＝2指的是去到下一个透镜元件之间的气隙)，并且其在光轴z上被测量。每一个数字都是从前一个表面测量的。因此，从表面101a到表面101b的第一距离L11为0.83mm，即第1透镜元件101的厚度是0.83mm；表面101b与102a之间的气隙L12是1.13mm，即第一透镜元件101到第二透镜元件102之间的距离是1.13mm；表面102a与102b之间的距离L21为1.02mm，即第二透镜元件102的厚度是1.02mm，后面以此类推。

还需要说明的是，表1中的物距在广角端为20mm，在微距端为2mm；此外，L22和L32为第三塑料透镜元件103与第二塑料透镜元件102、以及第四塑料透镜元件104之间的空气间隔，其中L22表示第二塑料透镜元件102的表面102b至第三塑料透镜元件表面103a的空气间隔，在广角端时L22为2.23mm，在微距端时L22为0.645mm；L32表示第三塑料透镜元件的表面103b至第四塑料透镜元件的表面104a的空气间隔，在广角端时L32为0.23mm，在微距端时L32为1.98mm。

表1

其中，在一个优选实施例中，透镜元件101与透镜元件102之间(表面101b与表面102a之间的气隙)的距离(1.13mm)小于TTL（15mm）的十分之一。

更进一步的，透镜元件102与透镜元件104之间的距离(表面102b与表面104a之间的距离)小于TTL（15mm）的三分之一(4.945<5mm)，通过上述距离的设定，能够进一步保证镜头组件在广角端和微距端均能实现高倍率成像。

此外，表2中示出了本发明所公开的内窥镜用变焦镜头组件分别在广角端以及微距端的一个优选实施例的镜头组件整体光学数据。

表2

图4示出了本发明变倍内窥镜镜头在广角端、物距为20mm下不同视场角的调制传递函数的曲线示意图，图5示出了本发明变倍内窥镜镜头在微距端、物距为2mm下不同视场的调制传递函数的曲线示意图。图中最上方、并接近于直线的点划虚线表示衍射极限，其为镜头组件理论上最大解析能力，其他曲线为本发明变倍内窥镜镜头在多个视场角下的调制传递函数的曲线示意图，可以看到，这些调制传递函数的曲线均接近衍射极限，而越接近衍射极限，则代表镜头解析能力越高，从图中可以看出无论是在广角端和微距端，本发明所提出的变倍内窥镜镜头都具备优质的解析能力。

需要强调的是，本发明所述的实施例是实例性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种内窥镜用变焦镜头组件，其特征在于，包括：

从物侧向像侧依次排列的具有负光焦度、且凹面朝向像面的第一透镜组，具有正光焦度、且凸面朝向像面的第二透镜组，以及具有正光焦度的第三透镜组，所述第三透镜组包括凹面朝向物体的双胶合透镜以及凸面朝向物体的正透镜；

其中，第一透镜组和第三透镜组固定设置，第二透镜组沿光轴移动以实现镜头组件的变焦；所述第一透镜组的焦距为，所述第二透镜组的焦距为/>，所述第三透镜组的焦距为；

当所述镜头组件对焦广角端时，所述镜头组件的整体焦距为，当镜头组件对焦微距端时，所述镜头组件的整体焦距为/>，并满足下述条件：/>，，并且所述镜头组件的光学总长，即TTL＜15mm。

2.根据权利要求1所述的内窥镜用变焦镜头组件，其特征在于，所述第一透镜组至少包括两片具有负光焦度的凹透镜，并满足下述条件：

。

3.根据权利要求2所述的内窥镜用变焦镜头组件，其特征在于，所述第三透镜组至少包括具有负光焦度的双胶合透镜和具有正光焦度的凸透镜，并满足下述条件：。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的内窥镜用变焦镜头组件，其特征在于，当所述镜头组件从广角端对焦至微距端时，所述第二透镜组沿光轴由像侧向物侧移动。

5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的内窥镜用变焦镜头组件，其特征在于，当所述镜头组件对焦广角端物体时，所述第一透镜组与所述第二透镜组的空间间距设置为，当所述镜头组件对焦微距端物体时，所述第一透镜组与所述第二透镜组的空间间距设置为/>，并满足下述条件：/>。

6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的内窥镜用变焦镜头组件，其特征在于，所述镜头组件的F数满足下述条件：4＜F＜8。

7.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的内窥镜用变焦镜头组件，其特征在于，所述第二透镜组处设置有光阑，该光阑能够随所述第二透镜组的水平移动而移动。