CN207541330U - 内窥用物镜光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内窥用物镜光学系统，自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组、光阑和具有正光焦度的第二透镜组，满足以下条件式：f/H(L1r1)<2.5；H(L1r1)/IMH<0.6；其中，f是该内窥用物镜光学系统的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高。本实用新型提供的内窥用物镜光学系统，具有像素高、口径极小且景深优良的特点。

Description

内窥用物镜光学系统

技术领域

本实用新型涉及一种内窥用物镜光学系统。

背景技术

内窥镜技术经历一百多年的发展，各种技术不断涌现，特别是电子内窥镜技术因具由图像清晰、色彩逼真且感光芯片像素越来越高，在一定领域逐步取代光纤内窥镜。以往电子内窥镜技术能实现8万像素到30万像素的小口径化，例如在专利文献CN201280004447中记载一种内窥镜用物镜光学系统，其从物体侧依次包括由负的单透镜构成的第1透镜、由正的单透镜构成的第2透镜、亮度光圈、由正的单透镜构成的第3透镜以及由正的接合透镜构成的第4透镜。

但，该内窥镜物镜系统具有相对较窄的视场角度、较小的口径和较好的像差，可是其无法匹配2百万像素的芯片，按照其结构缩放则无法同时满足实现小口径和两百万高清成像的要求；此外，其采用结合透镜虽然能起到一定色差校正效果，但是微小型透镜特别是极小口径透镜的接合在制造工艺上很难保证接合透镜同心而影响成像性能，不仅制造效率低下且生产不良率太高，十分不利于批量生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种极小型、高清且能匹配2百万像素拍摄的内窥用物镜光学系统。

本实用新型公开的技术方案是:

一种内窥用物镜光学系统，自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组、光阑和具有正光焦度的第二透镜组，满足以下条件式：

f/H(L1r1)<2.5；

H(L1r1)/IMH<0.6；

其中，f是该内窥用物镜光学系统的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高。

作为优选方案，所述第一透镜组还满足以下条件式：

-0.92<f/f_G1<-0.3；

其中，f_G1是上述第一透镜组的焦距。

作为优选方案，所述第一透镜组自物体侧到像侧包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为像侧面为凹面的负透镜，所述第二透镜为物侧面为凸面的正透镜，所述第一透镜组满足以下条件式：

-1.5<f/f1<-1.0；

0.2<f/f2<0.65；

其中，f1是所述第一透镜的焦距，f2是所述第二透镜的焦距。

作为优选方案，所述第二透镜组满足以下条件式：

0.7<f/f_G2<1.1；

其中，f_G2是上述第二透镜组的焦距。

作为优选方案，所述第二透镜组自物体侧到像侧依次包括第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜和所述第五透镜为像侧面为凸面的正透镜，所述第六透镜为像侧面为凸面的弯月状负透镜。

作为优选方案，所述第二透镜组还满足以下条件式：

0.6<f/f34<1.1；

-0.4<f/f56<-0.05；

其中f34是所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距，f56是第五透镜和第六透镜的组合焦距。

作为优选方案，所述第一透镜组和第二透镜组还满足以下条件式：

d_G12/f<0.11；

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.02；

|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)+1/(f5*V5)+1/(f6*V6)|<0.02；

其中，d_G12是第一透镜组和所述第二透镜组轴向的空气间隔，f3是所述第三透镜的焦距,f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距,f6是所述第六透镜的焦距，V1是所述第一透镜材料的阿贝数，V2是所述第二透镜材料的阿贝数，V3是所述第三透镜材料的阿贝数，V4是所述第四透镜材料的阿贝数，V5是所述第五透镜材料的阿贝数，V6是所述第六透镜材料的阿贝数。

作为优选方案，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均为球面透镜。

本实用新型公开的内窥用物镜光学系统的有益效果是：通过利用条件式f/H(L1r1)<2.5对物镜光学系统的焦距进行限定，更好地实现广角化，条件式H(L1r1)/IMH<0.6通过对常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度H(L1r1)与常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高IMH之间的比值进行限定，在实现小口径化的前提下，优化像面弯曲，并对轴外相差进行抑制，使得本实用新型提供的物镜光学系统，为极小型、高清且满足匹配2百万像素拍摄的内窥用物镜光学系统。

附图说明

图1是本实用新型内窥用物镜光学系统的结构示意图；

图2是本实用新型内窥用物镜光学系统的光束入射示意图；

图3是本实用新型内窥用物镜光学系统实施例一的结构示意图；

图4是本实用新型内窥用物镜光学系统实施例一的像差曲线示意图；

图5是本实用新型内窥用物镜光学系统实施例二的结构示意图；

图6是本实用新型内窥用物镜光学系统实施例二的像差曲线示意图；

图7是本实用新型内窥用物镜光学系统实施例三的结构示意图；

图8是本实用新型内窥用物镜光学系统实施例三的像差曲线示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步阐述和说明:

请参考图1，一种内窥用物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30、具有正光焦度的第二透镜组20、滤光片40、平板玻璃50和传感器感光面60，所述滤光片40主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃50主要保护传感器的感光面60。所述第一透镜组10由像侧面为凹面的负光焦度的第一透镜11和物侧侧面为凸面的正光焦度的第二透镜12构成，第二透镜组20由正光焦度的第三透镜21、像侧面为凸面且光焦度为正的第四透镜22、像侧面为凸面且光焦度为正的第五透镜23和像侧面为凸面且具有负光焦度的弯月状的第六透镜24构成，所述第一透镜11、第二透镜12、第三透镜21、第四透镜22、第五透镜23和第六透镜24均为球面透镜。

内窥用物镜光学系统满足以下条件式：

f/H(L1r1)<2.5；(1)

H(L1r1)/IMH<0.6；(2)

-0.92<f/f_G1<-0.3；(3)

-1.5<f/f1<-1.0；(4)

0.2<f/f2<0.65；(5)

0.7<f/f_G2<1.1；(6)

0.6<f/f34<1.1；(7)

-0.42<f/f56<-0.05；(8)

d_G12/f<0.11；(9)

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.02；(10)

|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)+1/(f5*V5)+1/(f6*V6)|<0.02；(11)

其中，f是该物镜光学系统的焦距，f1是第一透镜11的焦距，f2是第二透镜12的焦距，f3是第三透镜21的焦距，f4是第四透镜22的焦距，f5是第五透镜23的焦距，f6是第五透镜24的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组10的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高，f_G1是上述第一透镜组10的焦距，f_G2是第二透镜组20的焦距，V1是第一透镜11的阿贝数，V2是第二透镜12的阿贝数，V3是第三透镜21的阿贝数，V4是第四透镜22的阿贝数，V5是第五透镜23的阿贝数，6是第五透镜24的阿贝数，f34是第三透镜21和第四透镜22的组合焦距，f56是第五透镜23和第六透镜24的组合焦距，d_G12是第一透镜组10和第二透镜组20的轴向的空气间隔。

请参考图2，观察轴外光束可知，在第一透镜11的物侧面1中，来自广角的轴外光束以较大的入射角入射到第一透镜11的物侧面，经过第一透镜组10折射后经光阑压缩成较小的角度入射进入第二透镜组20，第一透镜组10具有负光焦度，将透过第一透镜组10的光束发散，第二透镜组20具有正光焦度，将透过第二透镜组20的光束会聚。

由上述光线路径可看出减小物镜光学系统的焦距有利于物镜光学系统的广角化，但减小光学系统的焦距，则会产生较强的像面弯曲，且轴外相差抑制更加困难。

因而条件式(1)通过对物镜光学系统的焦距进行限定，f/H(L1R1)超过上限，则难以更好地实现广角化；

条件式(2)通过对常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度H(L1r1)与常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高IMH之间的比值进行限定，在实现小口径化的前提下，优化像面弯曲，并对轴外相差进行抑制，H(L1r1)/IMH超过上限，则不能满足口径细化。

条件式(3)对第一透镜组的光角度进行限定，使物镜光学系统配置具有合理负光焦度的第一透镜组，能实现物镜光学系统的小口径化，使其充分折转轴外光线的同时不会带入额外增加的像差，特别是轴外视场的场曲像差，若f/f_G1超过上限，则配置第一透镜组的负光焦度会过弱，无法有效折转轴外光线；反之，若f/f_G1低于下限，则配置第一透镜组的负光焦度会过强，为了平衡光焦度，第二透镜组需配置较强的光焦度，同时也加大第二透镜组像差特别是轴外像差的校正。

优选内窥用摄像物镜光学系统的第一透镜组由像侧面为凹面且具有负光焦度的第一透镜和物侧面为凸面且具有正光焦度的第二透镜构成。

通过合理配置第一透镜组的光焦度分布，使其更好地压缩大视场光线同时有效聚焦光线。若f/f1超过所述条件(4)的上限，则第一透镜的负光焦度过弱，不能轴外视场的光线进行有效地折转；若f/f1低于所述条件(4)的下限，则第一透镜组的负光焦度过强，加大了轴外视场的像差校正难度。

若f/f2超过所述条件(5)的上限，则第二透镜组的正光焦度过强，加重系统球差的校正和轴外像差特别是场曲的校正；若f/f1低于所述条件(5)的下限，则第二透镜的光焦度过弱，不能有效地聚焦光线，增加系统的结构长度。

进一步地，条件式(6)限定第二透镜组光焦度的分配，若f/f_G2超过所述条件(6)的上限，则配置第二透镜组光焦度过强，轴外像差校正困难；反之，若f/f_G2低于所述条件(6)的下限，则配置第二透镜组光焦度过弱，不利于光线聚焦成像，且会导致系统结构长度加长。

进一步地，所述第二透镜组自物体侧到像侧依次包括第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜和所述第五透镜为像侧面为凸面的正透镜，所述第六透镜为像侧面为凸面的弯月状负透镜。

进一步地，条件式(7)限定所述第三透镜和第四透镜组合的光焦度配置，若f/f34超过条件式(7)上限，则配置的组合光焦度过强，轴外像差校正难度加大，增大了第五透镜和第六透镜的像差校正难度；反之，若低于条件式(7)下限，则配置的组合光焦度过弱，不利于光线聚焦成像，且会导致系统结构长度加长。

进一步地，条件式(8)限定所述第五透镜和第六透镜组合的光焦度配置，若f/f56超过条件式(8)的上限，不利于边缘光线像差的微校正；反之，若f/f56低于条件式(8)的下限，不利于光线聚焦成像，且会导致系统结构长度加长。优选第五透镜和第6透镜分离配置，其优势在于避免微小口径透镜接合工艺效率低且不良率高的缺点。

通过限定第一透镜组和第二透镜组满足条件式(10)和条件式(11),可以充分校正系统色差，获得高性能的成像效果。

优选满足条件式(9)，可以进一步缩小系统口径和系统结构长度。为了降低物镜光学系统的成本，构成物镜光学系统的各个透镜都选球面透镜。

以下，请参照图1-图8说明上述实施方案的物镜光学系统的实施例1-3，在各个实施例中，r表示曲率半径(单位mm)，如r1表示第一透镜物侧面的曲率半径，r2表示第一透镜像侧面的曲率半径，r3表示第二透镜物侧面的曲率半径，依次类推，d表示面间隔，如d1表示第一透镜物侧面和像侧面在光轴上的间隔，d2表示第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面在光轴上的间隔，依次类推，Nd表示相对d线的折射率，Vd表示相对d线的阿贝数。

实施例1

请参考图3，一种内窥用摄像物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30、具有正光焦度的第二透镜组20、滤光片40、平板玻璃50和芯片感光面60。所述滤光片40主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃50主要保护芯片的感光面60。

所述第一透镜组10由具有负光焦度的第一透镜11和具有正光焦度的第二透镜12构成，所述第一透镜11的物侧面为平面，像侧面为凹面，第二透镜12的物侧面和像侧面均为凸面；第二透镜组20由物侧面为凸面且具有正光焦度的第三透镜21、像侧面为凸面且具有正光焦度的第四透镜22、物侧面和像侧面均为凸面且具有正光焦度的第五透镜23、像侧面为凸面且具有负光焦度弯月型第六透镜24构成。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.75mm,匹配1/5英寸的芯片，像素则为200万以上，全视场角大于100度，口径小于2.5mm，实现景深范围为10mm至200mm。下表为本实施例内窥用摄像物镜光学系统的数据，本实施例的各种像差曲线图请参考图4。如下表1示出本实施例的物镜光学系统的各透镜数据及光学参数数据。

表1

实施例2

请参考图5，一种内窥用摄像物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30、具有正光焦度的第二透镜组20、滤光片40、平板玻璃50和芯片感光面60。所述滤光片40主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃50主要保护芯片的感光面60。

所述第一透镜组10由具有负光焦度的第一透镜11和具有正光焦度的第二透镜12构成，所述第一透镜11的物侧面为平面，像侧面为凹面，第二透镜12的物侧面和像侧面均为凸面；第二透镜组20由物侧面为凸面且具有正光焦度的第三透镜21、像侧面为凸面且具有正光焦度的第四透镜22、物侧面和像侧面均为凸面且具有正光焦度的第五透镜、像侧面为凸面且具有负光焦度弯月型第六透镜构成。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.75mm,全视场角大于100度，口径小于2.5mm,实现景深范围为8mm至160mm。下表为本实施例内窥用摄像物镜光学系统的数据，本实施例的各种像差曲线图请参考图6。如下表2示出本实施例的物镜光学系统的各透镜数据及光学参数数据。

表2

实施例3

请参考图7，一种内窥用摄像物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30、具有正光焦度的第二透镜组20、滤光片40、平板玻璃50和芯片感光面60。所述滤光片40主要是用于截止特定波长，所述平板玻璃50主要保护芯片的感光面60。

所述第一透镜组10由具有负光焦度的第一透镜11和具有正光焦度的第二透镜12构成，所述第一透镜11的物侧面为平面，像侧面为凹面，第二透镜12的物侧面和像侧面均为凸面；第二透镜组20由物侧面为凸面且具有正光焦度的第三透镜21、像侧面为凸面且具有正光焦度的第四透镜22、物侧面和像侧面均为凸面且具有正光焦度的第五透镜、像侧面为凸面且具有负光焦度弯月型第六透镜构成。本实施例内窥用摄像物镜光学系统实现像高1.75mm,全视场角大于100度，口径小于2.5mm,实现景深范围为7mm至150mm。下表为本实施例内窥用摄像物镜光学系统的数据，本实施例的各种像差曲线图请参考图8。如下表3示出本实施例的物镜光学系统的各透镜数据及光学参数数据。

表3

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种内窥用物镜光学系统，自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组、光阑和具有正光焦度的第二透镜组，其特征在于，满足以下条件式：

f/H(L1r1)<2.5；

H(L1r1)/IMH<0.6；

其中，f是该内窥用物镜光学系统的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高；

所述第一透镜组还满足以下条件式：

-0.92<f/f_G1<-0.3；

其中，f_G1是上述第一透镜组的焦距；

所述第一透镜组自物体侧到像侧包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为像侧面为凹面的负透镜，所述第二透镜为物侧面为凸面的正透镜，所述第一透镜组满足以下条件式：

-1.5<f/f1<-1.0；

0.2<f/f2<0.65；

其中，f1是所述第一透镜的焦距，f2是所述第二透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的内窥用物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜组满足以下条件式：

0.7<f/f_G2<1.1；

其中，f_G2是上述第二透镜组的焦距。

3.根据权利要求2所述的内窥用物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜组自物体侧到像侧依次包括第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜和所述第五透镜为像侧面为凸面的正透镜，所述第六透镜为像侧面为凸面的弯月状负透镜。

4.根据权利要求3所述的内窥用物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜组还满足以下条件式：

0.6<f/f34<1.1；

-0.4<f/f56<-0.05；

其中f34是所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距，f56是第五透镜和第六透镜的组合焦距。

5.根据权利要求4所述的内窥用物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜组和第二透镜组还满足以下条件式：

d_G12/f<0.11；

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.02；

|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)+1/(f5*V5)+1/(f6*V6)|<0.02;

其中，d_G12是第一透镜组和所述第二透镜组轴向的空气间隔，f3是所述第三透镜的焦距,f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距, f6是所述第六透镜的焦距，V1是所述第一透镜材料的阿贝数，V2是所述第二透镜材料的阿贝数，V3是所述第三透镜材料的阿贝数，V4是所述第四透镜材料的阿贝数，V5是所述第五透镜材料的阿贝数，V6是所述第六透镜材料的阿贝数。

6.根据权利要求5所述的内窥用物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均为球面透镜。