CN206505217U - 三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头 - Google Patents
三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及光学镜头领域，特别涉及一种三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，包括沿光线入射方向依次设置的第一镜片、具有负焦距的前镜组、光栏、具有正焦距的后镜组、第七镜片，所述前镜组由第二镜片、第三镜片沿光线入射方向依次排列组成，所述后镜组由第四镜片、第五镜片、第六镜片沿光线入射方向依次排列组成。该镜头能在整个连续变焦过程中满足200万像素以上要求，能用于医用光纤内窥镜或硬型内窥镜中的高清视频观察，方便临床上的使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学镜头领域，特别涉及一种三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头。
背景技术
目前医疗行业普遍使用的是30万至50万总像素的摄像器件，它的清晰度已不能满足医疗行业获得准确的景物信息的要求。随着摄像器件和数字软件处理技术及传输技术的不断提高，人们对看清被观察物的细节和彩色的真实性的需求越来越高，这就促进了视频摄像由几十万像素向几百万像素的高清晰成像质量发展，带动了视频摄像机由常用的普通型(电视分辨率480TVL/帧)更新为高清晰型(电视分辨率为800TVL/帧)发展。相应地对配套的摄像镜头也提出了更高的要求，其MTF(光学传递函数)的评价的特征频率也由63线对/mm提升到125线对/mm或更高，即由普通型视频转接镜头更新换代为高清型视频转接镜头。但目前使用的医用转接镜大部分是固定焦距或多焦点型式，为了获取不同大小的清晰图像，就需要更换不同焦距的镜头或分别多次调整多焦点型镜头的变焦和补偿调节环，从而造成临床使用上的不方便。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服以上缺点，提供一种三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，该镜头能在整个连续变焦过程中满足200万像素以上要求，能用于医用光纤内窥镜或硬型内窥镜中的高清视频观察，方便临床上的使用。
本实用新型是这样实现的：一种三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的第一镜片、具有负焦距的前镜组、光栏、具有正焦距的后镜组、第七镜片，所述前镜组由第二镜片、第三镜片沿光线入射方向依次排列组成，所述后镜组由第四镜片、第五镜片、第六镜片沿光线入射方向依次排列组成，构成转接镜头的各光学元件需满足以下条件：
2＜|f前’/f'|＜2.8………………①
1.2＜|f前'/f后'|＜2………………②
Lp1/f'＜1.4………………③
2.4＜|Lp15/f'|………………④
其中，f'为整个光学系统的焦距，f前'为前镜组的组合焦距，f后'为后镜组的组合焦距,Lp1为入瞳离第一镜片前端面的距离，Lp15为出瞳离像面的距离。
所述前镜组的焦距范围为-32mm～-36mm，所述后镜组的焦距范围为20mm～23mm，所述第一镜片为平面玻璃，所述第二镜片为凸凹负透镜，所述第三镜片为凸凹正透镜，所述第四镜片为双凸正透镜，所述第五镜片为双凹负透镜，所述第六镜片为双凸正透镜，所述第七镜片为平面玻璃。
构成转接镜头的各个镜片需满足以下光学条件：
1.48＜n1＜1.53，63＜v1＜66；
1.7＜n2＜1.75，51＜v2＜55；
1.78＜n3＜1.88，23＜v3＜28；
1.7＜n4＜1.82，48＜v4＜51；
1.65＜n5＜1.85，27＜v5＜30；
1.75＜n6＜1.79，47＜v6＜53；
1.48＜n7＜1.53，63＜v7＜66；
其中，n1～n7依次为第一镜片～第七镜片的折射率，v1～v7依次为第一镜片～第七镜片的阿贝系数。
所述第一镜片和第二镜片之间的空气间隙为0.1mm～5mm，所述第二镜片和第三镜片之间的空气间隙为0.1mm～0.5mm，所述第三镜片和光栏之间的空气间隙为0.1mm～2mm，所述光栏和第四镜片之间的空气间隙为0.001mm～0.1mm，所述第四镜片和第五镜片之间的空气间隙为0.1mm～0.35mm，所述第五镜片和第六镜片之间的空气间隙为0.01mm～0.05mm，所述第六镜片和第七镜片之间的空气间隙为0.1mm～1mm，所述第七镜片和像面之间的空气间隙为1～1.2mm。
所述第一镜片和第七镜片采用K9制成，所述第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片和第六镜片分别采用以下光学材料制成：H-LAK7、H-ZF7LA、H-LAF50A、H-ZF5、H-LAF50A。
所述转接镜头的变倍比为1.8～2.5倍。
较之现有技术而言，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型提供的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，能在整个连续变焦过程中满足200万像素以上要求，能用于医用光纤内窥镜或硬型内窥镜中的高清视频观察，方便临床上的使用；
(2)本实用新型提供的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，通过控制前镜组焦距的大小，把前组补偿组的移动量控制在一定的范围内，在满足成像质量的前提下，使得镜头结构小型化；
(3)本实用新型提供的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，Lp1/f'＜1.4，使得转接镜头能与内窥镜等前置的光学系统的出瞳重合，转接镜头和内窥镜连接时不会出现视场切割现象；
(4)本实用新型提供的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，2.4＜|Lp15/f'|，使得转接镜头的出瞳趋于远心，有利于带分色棱镜的光学系统消除色偏差；
(5)本实用新型提供的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，采用反远距结构，拉长了后截距，可以用于加装分色棱镜的摄像系统，提高彩色图像的质量；
(6)本实用新型提供的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，光栏位置设在前组靠前位置，便于转接镜头的入瞳前移，使之能与内窥镜等前置的光学系统的出瞳重合，以保证视场不切割。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步说明：
图1是本实用新型三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头的结构示意图；
图2是本实用新型三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头的机械结构示意图；
图3是本实用新型的光学成像原理示意图；
图4是本实用新型使用状态示意图；
图5是本实例在f'＝1mm，入瞳直径Φ＝0.206mm，2ω＝22.8°时各种表征几何像差的曲线图。其中：MTF曲线图的横坐标单位均为：线对/mm，球差和场曲像差图的横坐标单位为mm，倍率色差的横坐标单位为μm，相对畸变图的横坐标为百分比。
图6是本实例在f'＝1.94mm，入瞳直径Φ＝0.31mm，2ω＝11.6°时各种表征几何像差的曲线图。其中：MTF曲线图的横坐标单位均为：线对/mm，球差和场曲像差图的横坐标单位为mm，倍率色差的横坐标单位为μm，相对畸变图的横坐标为百分比。
图中符号说明：A、前镜组，B、光栏，C、后镜组，D、像面，1、第一镜片，2、第二镜片，3、第三镜片，4、第四镜片，5、第五镜片，6、第六镜片，7、第七镜片，X、目镜，Y、视频转接镜头，Z、CCD摄像装置。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型内容进行详细说明：
如图1－图4所示，为本实用新型提供的一种三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的第一镜片1、具有负焦距的前镜组A、光栏B、具有正焦距的后镜组C、第七镜片7，所述前镜组A由第二镜片2、第三镜片3沿光线入射方向依次排列组成，所述后镜组C由第四镜片4、第五镜片5、第六镜片6沿光线入射方向依次排列组成，构成所述视频转接镜头的各光学元件需满足以下条件：
2＜|f前'/f'|＜2.8………………①
1.2＜|f前'/f后'|＜2………………②
Lp1/f'＜1.4………………③
2.4＜|Lp15/f'|………………④
其中，f'为整个光学系统的焦距，f前'为前镜组A的组合焦距，f后'为后镜组C的组合焦距,Lp1为入瞳离第一镜片1前端面的距离，Lp15为出瞳离像面的距离。
设定条件①的目的是，通过控制前镜组焦距的大小，可以把前组补偿组的移动量控制在一定的范内，在满足成像质量好的前提下，可使结构小型化。
设定条件②的目的是，前镜组焦距和后镜组焦距的比值，是本实用新型能否满足变倍整个过程成像质量保持良好和结构小型化的关键。在前镜组焦距相同的情况下，比值越大，像差越容易校正好，后截距会更长。但太大会使结构变大。反之，比值太小会使后组难以平衡前组产生的轴外高级像差，而且结构变大。
设定条件③的目的是，使之能与内窥镜等前置的光学系统的出瞳重合，防止转接镜和内窥镜连接时会出现视场切割现象。
设定条件④的目的是，尽量使光学系统的出瞳趋于远心，有利于带分色棱镜的光学系统消除色偏差。
所述前镜组A的焦距范围为-32mm～-36mm，所述后镜组C的焦距范围为20mm～23mm，所述第一镜片1为平面玻璃，所述第二镜片2为凸凹负透镜，所述第三镜片3为凸凹正透镜，所述第四镜片4为双凸正透镜，所述第五镜片5为双凹负透镜，所述第六镜片6为双凸正透镜，所述第七镜片7为平面玻璃。
构成所述视频转接镜头的各个镜片需满足以下光学条件：
1.48＜n1＜1.53，63＜v1＜66；
1.7＜n2＜1.75，51＜v2＜55；
1.78＜n3＜1.88，23＜v3＜28；
1.7＜n4＜1.82，48＜v4＜51；
1.65＜n5＜1.85，27＜v5＜30；
1.75＜n6＜1.79，47＜v6＜53；
1.48＜n7＜1.53，63＜v7＜66；
其中，n1～n7依次为第一镜片1～第七镜片7的折射率，v1～v7依次为第一镜片1～第七镜片7的阿贝系数。
所述第一镜片1和第二镜片2之间的空气间隙为0.1mm～5mm，所述第二镜片2和第三镜片3之间的空气间隙为0.1mm～0.5mm，所述第三镜片3和光栏B之间的空气间隙为0.1mm～2mm，所述光栏B和第四镜片4之间的空气间隙为0.001mm～0.1mm，所述第四镜片4和第五镜片5之间的空气间隙为0.1mm～0.35mm，所述第五镜片5和第六镜片6之间的空气间隙为0.01mm～0.05mm，所述第六镜片6和第七镜片7之间的空气间隙为0.1mm～1mm，所述第七镜片7和像面D之间的空气间隙为1～1.2mm。
所述第一镜片1和第七镜片7采用K9制成，所述第二镜片2、第三镜片3、第四镜片4、第五镜片5和第六镜片6分别采用以下光学材料制成：H-LAK7、H-ZF7LA、H-LAF50A、H-ZF5、H-LAF50A。
所述视频转接镜头的变倍比为1.8～2.5倍。
从图3的光学成像原理示意图可知：
f长＝f前'f后'/(f前'+f后'-d长) f短＝f前'f后'/(f前'+f后'-d短)
变倍比M＝f长/f短，可得：
M d长＝(M-1)(f前'+f后')+d短………………(1)
为了拉长光学系统的后截距，f前'取负值，因此：
(f前'+f后'-d短)＜0(f前'+f后'-d长)＜0………………(2)
通过(1)和(2)式，选取合适的f前'、f后'后，可用列表方法，求出合适的d长和d短。
本实用新型的光学镜头装置由五片球面单透镜和两片等厚的密封平行平板玻璃构成。其中第一镜片和第二镜片组成光学镜头的负焦距前镜组，它的组合焦距以f前'表示。第三镜片至第五镜片构成光学镜头的正焦距后镜组，以f后'表示它的组合焦距。光栏设置在第二镜片和第三镜片之间。前镜组和后镜组按照各自的曲线槽移动，设计时，前镜组按照非线性凸轮槽移动，后镜组按照线性凸轮槽移动。通过前组和后组间隔距离的一一对应的连续变化从而实现镜头焦距的连续变化。
表1是本实用新型光学镜头装置的实例：
E.F.L(焦距)＝1～1.94，Φ入瞳(入瞳直径)＝0.2～0.31mm，2ω(视场角)＝22.8°～11.6°，消色差谱线为波长0.486～0.656μm，l物＝∞
表1：各镜片数据
表2：主要焦距点变焦凸轮数据表(归一化值)
| 焦距(f) | d6 | d13 |
| 1 | 1.572516 | 0.236765 |
| 1.29 | 0.861562 | 0.417628 |
| 1.94 | 0.048011 | 0.822759 |
表中d6是按照d6(n+1)＝d6(n)+0.001315
如图4所示，本实用新型的转接镜头整体结构设置于目镜和CCD摄像装置之间。本实用新型的优点在于：采用了连续变焦结构，操作者只需要调节一个手轮就能调整到需要的图像大小，而且整个变倍过程图像都始终清晰，也可以将细节放大，以便看清被观察物的细节，图像超过200万像素高清晰度质量要求。设计的焦距值涵盖了目前医用固定焦距转接镜的范围，可以更方便的使用。采用反远距结构，拉长了后截距，可以使它能用于加装分色棱镜的三基色视频摄像系统，以提高高清彩色图像的质量。
光栏位置设在前组靠前位置，以便转接镜的入瞳(Lp1)前移，使之能与内窥镜等前置的光学系统的出瞳重合，以保证视场不切割。
上述具体实施方式只是对本实用新型的技术方案进行详细解释，本实用新型并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本实用新型原理的任何改进或替换，均应在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的第一镜片(1)、具有负焦距的前镜组(A)、光栏(B)、具有正焦距的后镜组(C)、第七镜片(7)，所述前镜组(A)由第二镜片(2)、第三镜片(3)沿光线入射方向依次排列组成，所述后镜组(C)由第四镜片(4)、第五镜片(5)、第六镜片(6)沿光线入射方向依次排列组成，构成所述视频转接镜头的各光学元件需满足以下条件：
2＜|f′前/f'|＜2.8 ………………①
1.2＜|f′前/f′后|＜2 ………………②
Lp1/f'＜1.4 ………………③
2.4＜|Lp15/f'| ………………④
其中，f'为整个光学系统的焦距，f′前为前镜组(A)的组合焦距，f′后为后镜组(C)的组合焦距,Lp1为入瞳离第一镜片(1)前端面的距离，Lp15为出瞳离像面的距离。
2.根据权利要求1所述的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：所述前镜组(A)的焦距范围为-32mm～-36mm，所述后镜组(C)的焦距范围为20mm～23mm，所述第一镜片(1)为平面玻璃，所述第二镜片(2)为凸凹负透镜，所述第三镜片(3)为凸凹正透镜，所述第四镜片(4)为双凸正透镜，所述第五镜片(5)为双凹负透镜，所述第六镜片(6)为双凸正透镜，所述第七镜片(7)为平面玻璃。
3.根据权利要求1所述的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：构成转接镜头的各个镜片需满足以下光学条件：
1.48＜n1＜1.53，63＜v1＜66；
1.7＜n2＜1.75，51＜v2＜55；
1.78＜n3＜1.88，23＜v3＜28；
1.7＜n4＜1.82，48＜v4＜51；
1.65＜n5＜1.85，27＜v5＜30；
1.75＜n6＜1.79，47＜v6＜53；
1.48＜n7＜1.53，63＜v7＜66；
其中，n1～n7依次为第一镜片(1)～第七镜片(7)的折射率，v1～v7依次为第一镜片(1)～第七镜片(7)的阿贝系数。
4.根据权利要求1所述的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：所述第一镜片(1)和第二镜片(2)之间的空气间隙为0.1mm～5mm，所述第二镜片(2)和第三镜片(3)之间的空气间隙为0.1mm～0.5mm，所述第三镜片(3)和光栏(B)之间的空气间隙为0.1mm～2mm，所述光栏(B)和第四镜片(4)之间的空气间隙为0.001mm～0.1mm，所述第四镜片(4)和第五镜片(5)之间的空气间隙为0.1mm～0.35mm，所述第五镜片(5)和第六镜片(6)之间的空气间隙为0.01mm～0.05mm，所述第六镜片(6)和第七镜片(7)之间的空气间隙为0.1mm～1mm，所述第七镜片(7)和像面(D)之间的空气间隙为1～1.2mm。
5.根据权利要求1所述的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：所述第一镜片(1)和第七镜片(7)采用K9制成，所述第二镜片(2)、第三镜片(3)、第四镜片(4)、第五镜片(5)和第六镜片(6)分别采用以下光学材料制成：H-LAK7、H-ZF7LA、H-LAF50A、H-ZF5、H-LAF50A。
6.根据权利要求1所述的三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头，其特征在于：所述视频转接镜头的变倍比为1.8～2.5倍。
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| CN201720197351.5U CN206505217U (zh) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | 三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头 |
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| CN106908933A (zh) * | 2017-03-02 | 2017-06-30 | 北京凡星光电医疗设备股份有限公司 | 三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头 |
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2017
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| CN106908933B (zh) * | 2017-03-02 | 2022-04-12 | 北京凡星光电医疗设备股份有限公司 | 三晶片高清晰度医用彩色视频转接镜头 |
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