CN208384225U - 一种具备光学放大功能的内窥镜物镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具备光学放大功能的内窥镜物镜，该内窥镜物镜从物体侧到像侧依次由负组、调焦组和正组组成，调焦组在牵引钢丝的拉力下可沿光轴移动，当释放拉力后，在弹簧的作用下，调焦组恢复至最初位置，从而可实现常规成像‑近距离放大成像‑常规成像的状态调节。本实用新型的内窥物镜结构紧凑，片数少，光学放大移动距离短，调焦组的移动距离仅为0.2mm，降低了执行机构的行程，且常规成像和光学放大成像均可满足大视场、高清晰的内窥成像。

Description

一种具备光学放大功能的内窥镜物镜

技术领域

本实用新型涉及一种内窥镜物镜，尤其涉及一种具备光学放大功能的内窥镜物镜。

背景技术

放大内镜可将胃黏膜放大几十倍甚至上百倍，可以观察胃黏膜腺体表面小凹结构和黏膜微血管网形态特征的细微变化，可用于鉴别胃黏膜病变的良恶性，因此具有重要的临床应用价值。但光学放大内镜在实现放大观察功能时会伴随视场角的显著减小，比如日本Olympus的GIF-H290Z胃镜在常规成像时视场角为140度，放大成像时视场角牺牲至95度，日本Fujinon的EG-590ZW胃镜在放大成像时，其视场角将由常规成像的140度牺牲至放大成像的55度。

具有放大功能的内窥物镜是放大内镜的关键部件，既要保证高清晰、又要同时实现大视场角，还能进行光学变焦放大，这在光学设计上非常具有挑战性。大视场角对于内镜临床，尤其是肠镜观察侧面皱褶肠壁效果明显。光学放大配合窄带光成像能提高早期病变的诊断率。此外，内镜放大成像技术解决了对高清物镜的光学设计需要牺牲一定的景深来提高分辨率这一矛盾。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种具备光学放大功能的内窥镜物镜，该内窥物镜结构紧凑、片数少、光学放大移动距离短、可同时保障常规成像和放大成像视场角牺牲少。

本实用新型的一种具备光学放大功能的内窥镜物镜，包括镜筒，在镜筒内从物方到像方依次贴合有第一胶合透镜、第一隔圈、第一正透镜、第二隔圈、第三胶合透镜，在第一隔圈内装配有调节筒和弹簧，调节筒内安装第二胶合透镜，在调节筒上下各固定一销钉，销钉穿越第一隔圈及镜筒连接牵引钢丝，通过牵引钢丝可拉动调节筒沿光轴向像方移动；其中从物方到像方，第一胶合透镜包括平面透镜和第一负透镜，平面透镜两个面均为平面，第一负透镜其面向物方为平面，面向像方为凹面；第二胶合透镜包括第二负透镜和第二正透镜，第二负透镜其面向物方为凸面，面向像方为凹面，第二正透镜两个面均为凸面；第一正透镜两个面均为凸面；第三胶合透镜包括第三正透镜和第三负透镜，第三正透镜两个面均为凸面，第三负透镜其面向物方为凹面，面向像方为凸面；调节筒同时起孔径光阑的作用，在前后移动时保证系统孔径光阑大小不变。

所述的平面透镜采用SILICA玻璃材料，物方平面曲率半径为无穷，镜面距离为0.4000mm，镜面半径1.2524mm，像方平面曲率半径为无穷，且和第一负透镜的平面胶合，平面透镜的透镜半径为1.6mm；

第一负透镜采用H-ZLAF52玻璃材料，其平面曲率半径为无穷，镜面距离0.3000mm，镜面半径1.1064mm，第一负透镜的凹面曲率半径为0.672mm，镜面距离为1.2920mm，镜面半径为0.5526mm，透镜半径为1.25mm；

第二负透镜采用H-ZF1玻璃材料，其凸面曲率半径为16.58mm，镜面距离为0.2000mm，镜面半径为0.2208mm，凹面曲率半径为1.52mm，且和第二正透镜的物方凸面胶合；

第二正透镜采用H-LAK3玻璃材料，其物方凸面曲率半径为1.52mm，镜面距离为0.65mm，镜面半径为0.2955mm，第二正透镜的像方凸面曲率半径为-1.27mm，镜面距离为0.6200mm，镜面半径为0.5218mm，第二负透镜和第二正透镜的透镜半径均为0.7mm；

第一正透镜采用H-ZK3玻璃材料，其物方凸面曲率半径为6.15mm，镜面距离为0.8100mm，镜面半径为0.9000mm，其像方凸面曲率半径为-2.48mm，镜面距离为0.2150mm，镜面半径为0.9823mm，透镜半径为1.25mm；

第三正透镜采用H-ZF1玻璃材料，其物方凸面曲率半径为3.95mm，镜面距离为1.1200mm，镜面半径为0.9913mm，其像方凸面的曲率半径为-1.98mm，且和第三负透镜的凹面胶合；

第三负透镜采用H-ZF72A玻璃材料，其凹面曲率半径为-1.98mm，镜面距离0.2400mm，镜面半径为0.9500mm，其凸面曲率半径为-14.32mm，镜面距离0.16mm，镜面半径为0.9755mm，第三正透镜和第三负透镜的透镜半径均为1.25mm。

第一胶合透镜构成负组，第二胶合透镜构成调焦组，第一正透镜和第三胶合透镜组成正组，调焦组在牵引钢丝的拉力下可沿光轴移动，当释放拉力后，在弹簧的作用下，调焦组恢复至最初位置，实现常规成像-近距离放大成像-常规成像的状态调节。

一般情况下，内窥镜物镜可以包含一个红外截止片，其作用是滤除照明光源中的近红外光，也可以没有，光线直接透过CMOS或CCD图像传感器的保护窗成像于光敏面。

在应用于内窥镜成像时，本实用新型的物镜可实现两种成像方式：一是常规成像，物镜对物距10mm聚焦，调节筒在最左方，调节筒顶在第一胶合透镜上；二是光学放大成像，物镜对物镜2mm聚焦，在牵引钢丝拉力下，调节筒向右位移0.2mm。在常规成像和放大成像两种状态下，本实用新型的内窥物镜全视场范围内其调制度均与衍射极限(DIFFRACTIONLIMIT)相差不多，其最大成像视场为2倍全视场，超过145°，因此具有视场大，分辨率高的成像优点。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

图2是本实用新型在常规成像模式(10mm物距)时的光学传递函数。

图3是本实用新型在常规成像模式(2mm物距)时的光学传递函数。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型。

图1所示，本实用新型的一种具备光学放大功能的内窥镜物镜，共包括三组透镜组，镜筒1内从物方到像方依次有负组101，调焦组102和正组103。调焦组102在牵引钢丝13的拉力下可沿光轴移动，当释放拉力后，在弹簧9的作用下，调焦组102恢复至最初位置，实现常规成像-近距离放大成像-常规成像的状态调节。负组101由第一胶合透镜2组成，包括平面透镜21和第一负透镜22，平面透镜21两个面均为平面，第一负透镜22其面向物方为平面，面向像方为凹面；调焦组102由第二胶合透镜(4)组成，包括第二负透镜41和第二正透镜42，第二负透镜41其面向物方为凸面，面向像方为凹面，第二正透镜42两个面均为凸面；正组103由第一正透镜6和第三胶合透镜8组成，第一正透镜6两个面均为凸面；第三胶合透镜8包括第三正透镜81和第三负透镜82，第三正透镜81两个面均为凸面，第三负透镜82其面向物方为凹面，面向像方为凸面；调节筒5同时起孔径光阑的作用，在前后移动时保证系统孔径光阑大小不变。一般情况下，内窥镜物镜可以包含一个红外截止片10，其作用是滤除照明光源中的近红外光，也可以没有，光线直接透过CMOS或CCD图像传感器的保护窗12成像于光敏面。

本实例中具备光学放大功能的内窥镜物镜总共有13个镜面，从物方到像方依次定义为：平面透镜21的物方平面为第1镜面，平面透镜21与第一负透镜22的胶合面为第2镜面；第一负透镜22的凹面为第3镜面，第二负透镜41的凸面为第4镜面，第二负透镜41与第二正透镜42的胶合面为第5镜面，第二正透镜42的像方凸面为第6镜面，第一正透镜6的物方凸面为第7镜面，第一正透镜6的像方凸面为第8镜面，第三正透镜81的物方凸面为第9镜面，第三正透镜81与第三负透镜82的胶合面为第10镜面，第三负透镜82的凸面为第11镜面，红外截止片10的物方平面为第12镜面，红外截止片10的像方平面为第13镜面。13个镜面的结构参数见表1：

表1

在应用于内窥镜成像时，本实用新型的物镜可实现两种成像方式：一是常规成像，物镜对物距10mm聚焦，调节筒5在最左方，调节筒5顶在第一胶合透镜2上；二是光学放大成像，物镜对物镜2mm聚焦，在牵引钢丝拉力下，调节筒5向右位移0.2mm。

图2和图3说明了本实用新型的光学成像性能。

图2计算了10mm物距时的归一化坐标中视场角0°(AXIS)，视场角15.05°(0.3FIELD)，视场角30.55°(0.6FIELD),视场角46.95°(0.8FIELD)和全视场60.95°(1.0FIELD)五个视场的光学传递函数值。由图2可见，本实用新型在调制度为0.26时，所有视场的空间频率值能达到150lp/mm以上。图3计算了2mm物镜时的归一化坐标中视场角0°(AXIS)，视场角16.53°(0.3FIELD)，视场角33.82°(0.6FIELD),视场角53.09°(0.8FIELD)和全视场72.85°(1.0FIELD)五个视场的光学传递函数值。由图3可见，本实用新型在调制度为0.26时，所有视场的的空间频率值能达到150lp/mm以上。

图2和图3表明本实用新型的一种具备光学放大功能的内窥镜物镜，在全视场范围内其调制度均与衍射极限(DIFFRACTION LIMIT)相差不多，其最大成像视场为2倍全视场，超过145°，因此具有视场大，分辨率高的成像优点。

Claims (3)

1.一种具备光学放大功能的内窥镜物镜，其特征在于：包括镜筒(1)，在镜筒(1)内从物方到像方依次贴合有第一胶合透镜(2)、第一隔圈(3)、第一正透镜(6)、第二隔圈(11)、第三胶合透镜(8)，在第一隔圈(3)内装配有调节筒(5)和弹簧(9)，调节筒(5)内安装第二胶合透镜(4)，在调节筒(5)上下各固定一销钉(7)，销钉(7)穿越第一隔圈(3)及镜筒(1)连接牵引钢丝(13)，通过牵引钢丝(13)可拉动调节筒(5)沿光轴向像方移动；其中从物方到像方，第一胶合透镜(2)包括平面透镜(21)和第一负透镜(22)，平面透镜(21)两个面均为平面，第一负透镜(22)其面向物方为平面，面向像方为凹面；第二胶合透镜(4)包括第二负透镜(41)和第二正透镜(42)，第二负透镜(41)其面向物方为凸面，面向像方为凹面，第二正透镜(42)两个面均为凸面；第一正透镜(6)两个面均为凸面；第三胶合透镜(8)包括第三正透镜(81)和第三负透镜(82)，第三正透镜(81)两个面均为凸面，第三负透镜(82)其面向物方为凹面，面向像方为凸面；调节筒(5)同时起孔径光阑的作用，在前后移动时保证系统孔径光阑大小不变。

2.根据权利要求1所述的具备光学放大功能的内窥镜物镜，其特征在于：所述的内窥镜物镜内还包含一个红外截止片(10)，紧贴第三胶合透镜(8)的像方一侧。

3.根据权利要求1所述的具备光学放大功能的内窥镜物镜，其特征在于：

所述的平面透镜(21)采用SILICA玻璃材料，物方平面曲率半径为无穷，镜面距离为0.4000mm，镜面半径1.2524mm，像方平面曲率半径为无穷，且和第一负透镜(22)的平面胶合，平面透镜(21)的透镜半径为1.6mm；

第一负透镜(22)采用H-ZLAF52玻璃材料，其平面曲率半径为无穷，镜面距离0.3000mm，镜面半径1.1064mm，第一负透镜(22)的凹面曲率半径为0.672mm，镜面距离为1.2920mm，镜面半径为0.5526mm，透镜半径为1.25mm；

第二负透镜(41)采用H-ZF1玻璃材料，其凸面曲率半径为16.58mm，镜面距离为0.2000mm，镜面半径为0.2208mm，凹面曲率半径为1.52mm，且和第二正透镜(42)的物方凸面胶合；

第二正透镜(42)采用H-LAK3玻璃材料，其物方凸面曲率半径为1.52mm，镜面距离为0.65mm，镜面半径为0.2955mm，第二正透镜(42)的像方凸面曲率半径为-1.27mm，镜面距离为0.6200mm，镜面半径为0.5218mm，第二负透镜(41)和第二正透镜(42)的透镜半径均为0.7mm；

第一正透镜(6)采用H-ZK3玻璃材料，其物方凸面曲率半径为6.15mm，镜面距离为0.8100mm，镜面半径为0.9000mm，其像方凸面曲率半径为-2.48mm，镜面距离为0.2150mm，镜面半径为0.9823mm，透镜半径为1.25mm；

第三正透镜(81)采用H-ZF1玻璃材料，其物方凸面曲率半径为3.95mm，镜面距离为1.1200mm，镜面半径为0.9913mm，其像方凸面的曲率半径为-1.98mm，且和第三负透镜(82)的凹面胶合；

第三负透镜(82)采用H-ZF72A玻璃材料，其凹面曲率半径为-1.98mm，镜面距离0.2400mm，镜面半径为0.9500mm，其凸面曲率半径为-14.32mm，镜面距离0.16mm，镜面半径为0.9755mm，第三正透镜(81)和第三负透镜(82)的透镜半径均为1.25mm。