CN117631225B - 一种全景胶囊内窥镜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镜头领域，具体涉及一种全景胶囊内窥镜装置。包括呈对称设置且结构相同的两组镜头，所述镜头包括同轴设置的多个光学透镜，沿光轴从物侧至像侧依序为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；本装置中的镜头在空气中视场角能达到230°，水下视场角能达到210°，两者均大于180°，从而本装置实现了360°全景成像，同时，镜头焦距小景深大，空气中、水下景深均能达到0‑40mm；本装置的镜头由玻璃镜片和塑胶镜片混合组成，采用玻塑混合的设置，减少了镜片数量，有利于像差校正、控制了镜头长度，量产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头领域，具体涉及一种全景胶囊内窥镜装置。
背景技术
胶囊内窥镜作为胃部疾病的筛查工具之一，发展日趋成熟，对所搭配的镜头要求也越来越高，既要有高分辨率以拍摄到清晰、生动的画面以便医生观察；作为胶囊内窥镜的重要组成部分，还要求有较小的体积，以减小胶囊内窥镜整体体积，便于受检查者更好的吞服；同时还要求具有更大的视场角，能够拍摄到更广的画面。常规胶囊内窥镜镜头一般视场角在150°左右并小于180°，捕获目标范围有限，只能对周围有限区域进行成像，可能导致病变部位被遗漏。
发明内容
针对现有技术中提到的问题，本发明提出一种全景胶囊内窥镜装置，以解决背景中的技术问题。
本发明一种全景胶囊内窥镜装置，包括呈对称设置且结构相同的两组镜头，所述镜头包括同轴设置的多个光学透镜，沿光轴从物侧至像侧依序为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；
所述第一透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜为正光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第四透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第五透镜为正光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第六透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面。
优选地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜的焦距满足以下关系式：
-10<f1/f<-7；
-4<f2/f<-1；
3<f3/f<4.5；
1.5<f45/f<3.6；
-23<f6/f<-20；
式中：f1为第一透镜的焦距，单位mm；f2为第二透镜的焦距，单位mm ；f3为第三透镜的焦距，单位mm ；f45为第四透镜和第五透镜的组合焦距，单位mm ；f6为第六透镜的焦距，单位mm ；f为所述镜头的有效焦距，单位mm。
优选地，还包括设置在第三透镜与第四透镜之间的孔径光阑。
优选地，还包括设置在第六透镜像侧面一端的红外滤光片。
优选地，所述两组镜头之间间距满足下列关系式：
0＜L＜100；
式中：L为所述两组镜头之间的间距，单位mm。
优选地，所述镜头在空气中视场角≥230°，所述镜头的水下视场角≥210°，所述全景胶囊内窥镜装置在空气和/或水下中的视场角均≥360°。
优选地，所述镜头的第四透镜和第五透镜为双胶合镜片，且满足下列关系式：
1.9＜nd4＜2.0；17＜vd4＜20；
1.8＜nd5＜1.9；40＜vd5＜45；
式中：nd4为第四透镜的折射率，单位无量纲；vd4为第四透镜的色散系数，单位无量纲；nd5为第五透镜的折射率，单位无量纲；vd5为第五透镜的色散系数，单位无量纲。
优选地，所述镜头满足下列关系式：
Dim1＜Φ8mm；
式中：Dim1为所述镜头的最大直径，单位mm。
优选地，所述镜头满足下列关系式：
f/Fno＜0.09；
式中：f为所述镜头的有效焦距，单位mm；Fno为所述镜头的像方F数，单位无量纲。
优选地，所述镜头的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜采用玻璃和/或塑料制成。
本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
本装置中的镜头在空气中视场角能达到230°，水下视场角能达到210°，两者均大于180°，从而本装置实现了360°全景成像，同时，镜头焦距小景深大，空气中、水下景深均能达到0-40mm；本装置的镜头由玻璃镜片和塑胶镜片混合组成，采用玻塑混合的设置，减少了镜片数量，有利于像差校正、控制了镜头长度，量产成本低。
附图说明
图1为本发明一种全景胶囊内窥镜装置的示意图；
图2为本发明实施例1的镜头在空气中的示意图；
图3为本发明实施例1的镜头在水下的示意图；
图4为本发明实施例1在空气中设计工作距离下的Diffraction MTF（调制传递函数）曲线；
图5为本发明实施例1在水下设计工作距离下的Diffraction MTF（调制传递函数）曲线；
图6为本发明实施例1在水下设计工作距离下对焦物距为0mm的Diffraction MTF（调制传递函数）图；
图7为本发明实施例1在水下设计工作距离下对焦物距为40mm的Diffraction MTF（调制传递函数）图；
图8为本发明实施例2在水下的示意图；
图9为本发明实施例3在水下的示意图。
附图标记：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、第六透镜；7、红外滤光片；8、像侧面；STO、孔径光阑。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本发明一种全景胶囊内窥镜装置整体结构如图1所示，包括呈对称设置且结构相同的镜头，通过镜头之间拼接成像从而实现360°全景成像，利用两组镜头的成像画面拼接，实现对胃部的360°全景成像。
每组镜头在空气中的视场角能达到230°，在水下的视场角能达到210°，如图2所示为本实施例中镜头在空气中的结构示意图，图3为镜头在水下的结构示意图。
所述镜头包括同轴设置的多个光学透镜，沿光轴从物侧至像侧依序为：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及第六透镜6；
所述第一透镜1为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜2为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜3为正光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第四透镜4为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第五透镜5为正光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第六透镜6为负光焦度透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面。
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及第六透镜6的焦距满足以下关系式：
-10<f1/f<-7；
-4<f2/f<-1；
3<f3/f<4.5；
1.5<f45/f<3.6；
-23<f6/f<-20；
式中：f1为第一透镜1的焦距，单位mm；f2为第二透镜2的焦距，单位mm ；f3为第三透镜3的焦距，单位mm ；f45为第四透镜4和第五透镜5的组合焦距，单位mm ；f6为第六透镜6的焦距，单位mm ；f为所述镜头的有效焦距，单位mm。
还包括孔径光阑STO，所述孔径光阑STO设于第三透镜3与第四透镜4之间。
还包括红外滤光片7，所述红外滤光片7设于第六透镜6像侧面一端。
所述镜头之间间距L满足关系式：0＜L＜100。式中：L为所述两组镜头之间的间距，单位mm。
所述镜头在空气中视场角≥230°；所述镜头的水下视场角≥210°，所述全景胶囊内窥镜装置在空气和/或水下中的视场角均≥360°。
所述镜头的第四透镜4和第五透镜5为双胶合镜片，且满足下列关系式：
1.9＜nd4＜2.0；17＜vd4＜20；
1.8＜nd5＜1.9；40＜vd5＜45；
式中：nd4为第四透镜4的折射率，单位无量纲；vd4为第四透镜4的色散系数，单位无量纲；nd5为第五透镜5的折射率，单位无量纲；vd5为第五透镜5的色散系数，单位无量纲。
所述镜头满足下列关系式：
Dim1＜Φ8mm；
式中：Dim1为所述镜头的最大直径，单位mm。
所述镜头满足下列关系式：
f/Fno＜0.09；
其中，f为所述镜头的有效焦距，单位mm；Fno为所述镜头的像方F数，单位无量纲。在物视距离一定的情况下，两者比值越小，景深越大，因此本镜头在空气中或水下的景深均可满足0-40mm。
所述镜头的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5以及第六透镜6采用玻璃和/或塑料制成。本实施例中第一透镜1、第四透镜4、第五透镜5为玻璃材质，第二透镜2、第三透镜3以及第六透镜6为塑料材质，采用玻璃和塑料混合的结构具有成本低、镜片数量少，有效控制了镜头长度、体积和成本的优点。
表1为实施例1的镜头数据表
本实施例中，由于第二透镜2、第三透镜3、第六透镜6为塑胶非球面镜片，塑胶非球面系数如下所示。
表2为实施例1的镜头中塑胶镜片的非球面系数
上述第4~16阶系数均为软件设计自动生成，该软件为ZEMAX。
本装置作为胃部疾病的诊断工具，工作在充满水的环境中，所以重点关注物方介质为水时镜头的Diffraction MTF（调制传递函数）曲线；图5为本实施例在水下设计工作距离下的MTFDiffraction MTF（调制传递函数）曲线；图6为本实施例在水下，设计工作距离下对焦，物距为0mm的Diffraction MTF（调制传递函数）图；图7为本实施例在水下，设计工作距离下对焦，物距为40mm的Diffraction MTF（调制传递函数）图。
通过对比图5、图6、图7的Diffraction MTF（调制传递函数）曲线，可以看到，在0-40mm的景深范围内分辨力稳定，满足使用要求。
实施例2
本实施例的镜头结构是在水下的结构，如图8所示，不同之处在于，本实施例中镜头的各透镜的曲率半径、厚度以及各个镜片之间的空气间隔不同，特别是对第二透镜2的面型进行了优化，非球面更平滑，有利于加工和成型，具体本实施例当中的镜头数据和非球面系数详见表3、表4。
表3为实施例2的镜头数据表
表4为实施例2的镜头的塑胶镜片的非球面系数
上述第4~16阶系数均为软件设计自动生成，该软件为ZEMAX。
实施例3
本实施例的镜头结构是在水下的结构，如图9所示，不同之处在于，本实施例中镜头的各透镜的曲率半径、厚度以及各个镜片之间的空气间隔不同，特别是对第二透镜2的面型、第三透镜3的厚度、第四透镜4的通光口径进行了优化和控制，有利于加工和成型，降低敏感度，具体本实施例当中的镜头数据和非球面系数详见表5、表6。
表5为实施例3的镜头数据表
表6为实施例3的镜头的塑胶镜片的非球面系数
上述第4~16阶系数均为软件设计自动生成，该软件为ZEMAX。
下面为非球面公式：
式中：r:非球面曲线上的点与光轴的垂直距离，单位mm；
Z:非球面曲线上的点与光轴的垂直距离为r时，沿光轴方向距非球面顶点的矢高距离，单位mm；
c:近轴曲率（c＝1/R，R为曲率半径，单位mm）；
k:二次曲面常数；
A4~A16:第4~16阶系数。
Claims (9)
1.一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，包括呈对称设置且结构相同的两组镜头，通过将两组镜头的成像画面拼接而实现360°全景成像；所述镜头包括同轴设置的六个光学透镜，沿光轴从物侧至像侧依序为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；
所述第一透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜为正光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第四透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第五透镜为正光焦度透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第六透镜为负光焦度透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜的焦距满足以下关系式：
-10<f1/f<-7；
-4<f2/f<-1；
3<f3/f<4.5；
1.5<f45/f<3.6；
-23<f6/f<-20；
式中：f1为第一透镜的焦距，单位mm；f2为第二透镜的焦距，单位mm ；f3为第三透镜的焦距，单位mm ；f45为第四透镜和第五透镜的组合焦距，单位mm ；f6为第六透镜的焦距，单位mm ；f为所述镜头的整体焦距，单位mm。
2.根据权利要求1所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，还包括设置在第三透镜与第四透镜之间的孔径光阑。
3.根据权利要求2所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，还包括设置在第六透镜像侧面一端的红外滤光片。
4.根据权利要求3所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，所述两组镜头之间间距满足下列关系式：
0＜L＜100；
式中：L为所述两组镜头之间的间距，单位mm。
5.根据权利要求4所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，所述镜头在空气中视场角≥230°，所述镜头的水下视场角≥210°，所述全景胶囊内窥镜装置在空气和/或水下中的视场角均≥360°。
6.根据权利要求5所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，所述镜头的第4透镜和第5透镜为双胶合镜片，且满足下列关系式：
1.9＜nd4＜2.0；17＜vd4＜20；
1.8＜nd5＜1.9；40＜vd5＜45；
式中：nd4为第四透镜的折射率，单位无量纲；vd4为第四透镜的色散系数，单位无量纲；nd5为第五透镜的折射率，单位无量纲 ；vd5为第五透镜的色散系数，单位无量纲。
7.根据权利要求6所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，所述镜头满足下列关系式：
Dim1＜Φ8mm；
式中：Dim1为所述镜头的最大直径，单位mm。
8.根据权利要求7所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，所述镜头满足下列关系式：
f/Fno＜0.09；
式中：f为所述镜头的整体焦距，单位mm；Fno为所述镜头的像方F数，单位无量纲。
9.根据权利要求8所述一种全景胶囊内窥镜装置，其特征在于，所述镜头的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜采用玻璃和/或塑料制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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