CN117233950B - 一种多光谱广角内窥镜镜头组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多光谱广角内窥镜镜头组件，其包括：从物体侧沿光轴依次排列的具有负光焦度、且凹面朝向像面的第一透镜，具有正光焦度、且凸面朝向物面的第二透镜，具有正光焦度、且凸面朝向像面的第三透镜，以及由第四透镜和第五透镜组成的具有正光焦度的双胶合透镜。本发明所提供的多光谱广角内窥镜镜头组件能在400nm‑900nm光谱范围内清晰成像，系统视场角达到140°，全视场在空间频率150lp/mm处的MTF均大于0.2，且各个视场的弥散斑大小均小于艾里斑大小。

Description

一种多光谱广角内窥镜镜头组件

技术领域

本发明涉及一种光学透镜系统，更具体来说，涉及一种多光谱广角内窥镜镜头组件。

背景技术

目前，内窥镜作为微创手术重要设备， 其自身性能也在不断完善，不仅要求对人体内部组织成像，还需要精准定位病灶位置。

相比于传统可见光成像，近红外光线可以对人体更深层的组织成像，并且近红外光线能够激发ICG荧光剂，发出的荧光可以标记病灶区域，从而实现精准诊疗。因此，需要内窥镜物镜在从可见光至近红外400nm-900nm的整个光谱范围内，均具备优异的光学性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种多光谱广角内窥镜镜头组件，该内窥镜镜头组件能够在400nm-900nm多光谱范围成像，视场角达到140°，全视场在空间频率150lp/mm处的MTF（Modulation Transfer Function，调制传递函数）均大于0.2，且各个视场的弥散斑大小均小于艾里斑大小，镜头总长小于10mm。

本发明具体涉及一种多光谱广角内窥镜镜头组件，其特征在于，包括：从物侧向像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜、该第一透镜朝向像面的面为凹面，具有正光焦度的第二透镜、该第二透镜朝向物面的面为凸面，具有正光焦度的第三透镜、该第三透镜朝向像面的面为凸面，以及由第四透镜和第五透镜组成的具有正光焦度的双胶合透镜；第一透镜的光焦度为φ1，第二透镜的光焦度为φ2，第三透镜的光焦度为φ3，双胶合透镜的光焦度为φ45，整个镜头组件的光焦度为φ，满足如下关系：0.48≤φ≤1，其中光焦度φ的单位为以毫米为单位的焦距的倒数；其中，所述镜头组件的光学总长，即TTL＜10mm，且所述第一透镜的光焦度φ1与整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：-1.2≤φ1/φ≤-0.83；所述第一透镜的折射率为n1，所述第二透镜的折射率为n2，满足如下关系：0≦|n1-n2|<0.32。

进一步的，所述第二透镜的光焦度φ2与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：φ2/φ=0.4。

进一步的，所述第三透镜的光焦度φ3与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：0.47≤φ3/φ≤0.56。

进一步的，所述的第四透镜和第五透镜所组成的所述双胶合透镜的光焦度φ45与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：φ45/φ=0.13。

进一步的，所述第三透镜的折射率为n3，所述第四透镜的折射率为n4，所述第五透镜的折射率为n5，满足如下关系：0<|n4-n3|<0.1，0.18<|n5-n4|<0.3。

进一步的，所述第四透镜的阿贝数为Vd4，第五透镜的阿贝数为Vd5，满足如下关系：30<|Vd4-Vd5|<50。

本发明提供的多光谱广角内窥镜镜头组件仅由五个球面镜片构成，具有结构简单和易于实现等优点。此外，通过上述结构的多光谱广角内窥镜镜头组件能够在400nm-900nm多光谱范围成像，视场角达到140°，全视场在空间频率150lp/mm处的MTF均大于0.2，且各个视场的弥散斑大小均小于艾里斑大小。

附图说明

图1是本发明多光谱广角内窥镜镜头组件的结构示意图；

图2是本发明多光谱广角内窥镜镜头弥散斑和艾里斑示意图；

图3是本发明多光谱广角内窥镜镜头组件的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，多光谱广角内窥镜镜头组件包括：具有负光焦度、且朝向像面的面为凹面的第一透镜101，具有正光焦度、且朝向物面的面为凸面的第二透镜102，具有正光焦度、且朝向像面的面为凸面的第三透镜103，以及由第四透镜104和第五透镜105组成具有正光焦度的双胶合透镜。

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101为具有负光焦度、且凹面朝向像面的平凹透镜元件；第二透镜102为具有负光焦度、且凹面朝向像面的弯月透镜元件；第三透镜103为具有正光焦度的双凸透镜元件。

在一个优选实施例中，如图1所示，第四透镜104为具有凸物侧表面104a和凸像侧表面104b并且具有正光焦度的塑料透镜元件，第五透镜105为具有凹物侧表面105a和凸像侧表面105b并且具有负光焦度的塑料透镜元件，由第四透镜和第五透镜组成为具有正光焦度的双胶合透镜。通过该正、负光焦度，且具有不同阿贝数透镜元件所构成的具有正光焦度的双胶合透镜的设计，有助于保证镜头组件在各个视场下的弥散斑大小均小于艾里斑大小。

在一个优选实施例中，如图1所示，在第二透镜102以及第三透镜103之间还设置有光阑。进一步的，在一个优选实施例中，该光阑与第三透镜之间的气隙大小为0.5mm。

此外，内窥镜用变焦镜头组件还包括布置在第五透镜元件105的像侧表面105b与像平面之间的可选玻璃窗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＜10mm。

在本发明所公开的具体实施例中，第一透镜的光焦度为φ1，第二透镜的光焦度为φ2，第三透镜的光焦度为φ3，双胶合透镜的光焦度为φ45，整个镜头组件的光焦度为φ，其中光焦度φ的单位为以毫米为单位的焦距的倒数。

在一个优选实施例中，第一透镜的光焦度φ1与整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：-1.2≤φ1/φ≤-0.83，且所述第一透镜的折射率为n1，所述第二透镜的折射率为n2，满足如下关系：0≦|n1-n2|<0.32。通过上述透镜光焦度以及折射率的设定，有助于保证镜头组件在400nm-900nm多光谱范围内均能清晰成像。

在一个优选实施例中，第二透镜的光焦度φ2与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：φ2/φ=0.4。

在一个优选实施例中，第三透镜的光焦度φ3与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：0.47≤φ3/φ≤0.56。

在一个优选实施例中，第四透镜和第五透镜所组成的所述双胶合透镜的光焦度φ45与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：φ45/φ=0.13。

通过上述透镜光焦度的优选实施方式，能够进一步保证镜头组件在400nm-900nm多光谱范围内均能清晰成像。

在一个优选实施例中，所述第三透镜的折射率为n3，所述第四透镜的折射率为n4，所述第五透镜的折射率为n5，满足如下关系：0<|n4-n3|<0.1，0.18<|n5-n4|<0.3。

在一个优选实施例中，所述第四透镜的阿贝数为Vd4，第五透镜的阿贝数为Vd5，满足如下关系：30<|Vd4-Vd5|<45。

在一个优选实施例中，第一透镜的光焦度φ1为-0.67，第二透镜的光焦度φ2为0.27，第三透镜的光焦度φ3为0.34，双胶合透镜的光焦度φ45为0.087，整个镜头组件的光焦度φ为0.67。

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0.5mm，即第1透镜元件101的厚度是0.5mm；表面101b与102a之间的气隙L12是1.12mm，即第一透镜元件101到第二透镜元件102之间的距离是1.12mm；表面102a与102b之间的距离L21为0.7mm，即第二透镜元件102的厚度是0.7mm，后面以此类推。

表1

其中，在一个优选地实施例中，第三透镜103与第四透镜104之间(表面103b与表面104a之间的气隙)的距离(0.33mm)小于TTL（10mm）的十分之一(0.33<1mm)。

更进一步的，第三透镜103与第五透镜105之间的距离(即表面103a与表面105b之间的距离)大于TTL（10mm）的二分之一(5.47>5mm)，通过上述距离的设定，能够进一步保证镜头组件在各个视场下的弥散斑大小均小于艾里斑大小。

图2示出了本发明实施例中多光谱广角内窥镜镜头的弥散斑和艾里斑示意图，图中的黑色圆圈表示系统艾里斑的大小，当光学系统弥散斑直径小于艾里斑直径，则认为光学系统成像质量优秀，表示该光学系统是理想光学系统。从图2中可以看出本发明所提出的多光谱广角内窥镜镜头组件的各个视场的弥散斑均小于艾里斑的大小，说明在各个视场能量分布都较为集中，光学性能优异。

图3示出了本发明多光谱广角内窥镜镜头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，从图中可以看出本发明所提出的多光谱广角内窥镜镜头组件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 (2)

1.一种多光谱广角内窥镜镜头组件，其特征在于，包括：

从物侧向像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜、该第一透镜朝向像面的面为凹面，具有正光焦度的第二透镜、该第二透镜朝向物面的面为凸面，具有正光焦度的第三透镜、该第三透镜朝向像面的面为凸面，以及由第四透镜和第五透镜组成的具有正光焦度的双胶合透镜；

第一透镜的光焦度为φ1，第二透镜的光焦度为φ2，第三透镜的光焦度为φ3，由第四透镜和第五透镜组成的双胶合透镜的光焦度为φ45，整个镜头组件的光焦度为φ，满足如下关系：0.48≤φ≤1，其中光焦度φ的单位为以毫米为单位的焦距的倒数；

其中，所述镜头组件的光学总长，即TTL＜10mm，且所述第一透镜的光焦度φ1与整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：-1.2≤φ1/φ≤-0.83；所述第一透镜的折射率为n1，所述第二透镜的折射率为n2，满足如下关系：0≦|n1-n2|<0.32；

所述第二透镜的光焦度φ2与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：φ2/φ=0.4；所述第三透镜的光焦度φ3与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：0.47≤φ3/φ≤0.56；所述的第四透镜和第五透镜所组成的所述双胶合透镜的光焦度φ45与所述整个镜头组件的光焦度φ，满足如下关系：φ45/φ=0.13；

所述第四透镜的阿贝数为Vd4，第五透镜的阿贝数为Vd5，满足如下关系：30<|Vd4-Vd5|<50。

2.根据权利要求1所述的多光谱广角内窥镜镜头组件，其特征在于，所述第三透镜的折射率为n3，所述第四透镜的折射率为n4，所述第五透镜的折射率为n5，满足如下关系：0<|n4-n3|<0.1，0.18<|n5-n4|<0.3。