CN214511102U - 一种广角内窥镜光学系统 - Google Patents

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朱佳巍
李宇键
王晓飞
杨文娟
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龙立欣
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Abstract

本发明提供了一种广角内窥镜光学系统，自物侧面到像侧面依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、光阑、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、滤光片。该光学系统满足以下条件式：f/H(L1r1)<2；H(L1r1)/IMH<1.5；其中，f是广角内窥镜光学系统的焦距，H(L1r1)是常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜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。本发明涉及的广角内窥镜光学系统，具有景深大，视场广，体积小，相对照度高等优点。

Description

一种广角内窥镜光学系统
【技术领域】
本发明包括一种广角内窥镜光学系统。
【背景技术】
随着科技的发展，医疗设备在不断地更新换代，内窥镜作为一种医疗光学检测仪器，它可以经人体的天然孔道，或者经手术做的小切口进入人体体内，对体内脏器进行检查，确定病变的位置和范围，实现对病变组织拍照或进行微创手术；除此之外，还可用图像处理技术对病变组织的图像进行定量分析和定量诊断。
为了更好地适应人体体内的多种环境和提高医生诊断的准确率，需要进一步减少内窥镜光学系统的体积，并在此基础上提升其成像的清晰度和增大成像范围；本发明涉及的广角内窥镜光学系统，具有景深大，视场广，体积小，相对照度高等优点，具有较大竞争优势。
【发明内容】
本发明提供了一种分辨率高，并拥有较大视场角的广角内窥镜光学系统，该光学系统结构紧凑，在保证大成像范围的同时大程度地减少体积，该光学系统的光学孔径较小，有利于增大相对照度，同时，本发明在物距为3mm到100mm的范围内均能得到较好的成像结果，满足实际应用的需要。
本发明所采用的技术方案为：
一种广角内窥镜光学系统，自物侧面到像侧面依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、光阑、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、滤光片。该光学系统满足以下条件式：
f/H(L1r1)<2； (1)
H(L1r1)/IMH<1.5； (2)
其中，f是广角内窥镜光学系统的焦距，H(L1r1)是常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜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。
该光学系统的第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸，像侧面为凹；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸；第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凸，像侧面为凸；第四透镜具有正光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸。第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸；整个光学系统至少由5片塑胶镜片组成。
为了尽可能地增大光学系统的视场角，第一透镜具有负光焦度，并且具有较大的口径，以此来收集尽更多的光线，第一透镜像侧面为凹面，第三透镜物侧面为凸面，并采用反远距结构，有利于增大视场角，减少光学系统的总长，使系统结构紧凑。
上述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
0.1<f/TTL<0.3； (3)
其中，TTL为该光学系统物侧面到成像面在光轴上的距离，f为该光学系统的有效焦距。
满足式(3)的广角内窥镜光学系统可以保证有较短的工作距，较大的景深以及较大的视场角，同时有较高的分辨率。
上述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
-2<f1/f<0； (4)
-10<f2/f<0； (5)
0<f3/f<2； (6)
1.3<f4/f<1.9； (7)
-2.5<f5/f<-1.5； (8)
其中，f1为第一透镜的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距， f4为第四透镜的有效焦距，f5为第五透镜的有效焦距，f为该光学系统的有效焦距。
满足式(4)(5)(6)的广角内窥镜光学系统，可以在尽可能多地收集光线的同时，使光线平缓地进入光学系统，有利于减少光学像差，并降低其公差的敏感度，同时使光学结构紧凑，满足小型化的需求。
满足式(7)(8)的广角内窥镜光学系统有利于减少光学像差和色差，同时减少光学总长。
上述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
0<Dr1r4/TTL<0.6； (9)
1<Dr1r4/f<4； (10)
其中，Dr1r4为该光学系统第一透镜物侧面S1到第二透镜像侧面S4的轴上距离，TTL 为该光学系统物侧面到成像面在光轴上的距离，f为该光学系统的有效焦距。
满足式(9)的广角内窥镜光学系统，有利于减少光学总长的同时，保证了系统具有较大的视场角。
满足式(10)的广角内窥镜光学系统，可以有效地改善系统的畸变。
上述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
0<Dr5r10/TTL<0.4； (11)
1<Dr5r10/f<3； (12)
其中，Dr6r11为该光学系统第三透镜物侧面S6到第五透镜像侧面S11的轴上距离，TTL 为该光学系统物侧面到成像面在光轴上的距离，f为该光学系统的有效焦距。
满足式(11)的广角内窥镜光学系统，有利于保证较小的光学总长，并减少系统的光学像差。
满足式(12)的广角内窥镜光学系统，有利于减少系统的畸变和场曲。
上述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
2<Dr7i/f<4； (13)
其中，Dr7i为该光学系统第三透镜像侧面S7到像面的轴上距离，f为该光学系统的有效焦距。
满足式(13)的广角内窥镜光学系统，有利于减少系统的光学总长，并保证系统拥有较大的视场角。
【附图说明】
图1是本发明广角内窥镜光学系统的结构示意图；
图2是本发明广角内窥镜光学系统的畸变图；
图3是本发明广角内窥镜光学系统的像差曲线图；
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
请参考图1，一种广角内窥镜光学系统，其特征在于，自物侧面到像侧面依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、光阑、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、滤光片。该光学系统满足以下条件式：
f/H(L1r1)<2； (1)
H(L1r1)/IMH<1.5； (2)
其中，f是广角内窥镜光学系统的焦距，H(L1r1)是常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜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。
该光学系统的第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸，像侧面为凹；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸；第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凸，像侧面为凸；第四透镜具有正光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸。第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸；整个光学系统至少由5片塑胶镜片组成。
本发明涉及的广角内窥镜光学系统，具有景深大，视场广，体积小等优点，在近景和远景都有较好的分辨率。
以下为该广角内窥镜光学系统实施例中的一些光学参数，该实施例的透镜数据表中，半径和厚度的单位是mm，像差曲线图中的S(实线)和T(虚线)分别代表弧矢像面和子午像面。
下表为具体实施例的透镜数据表：
表1为广角内窥镜的结构参数表；
表面 类型 半径(mm) 厚度(mm) 玻璃
物面 球面 无限 6.5233
1 非球面 11.8217 0.383 1.544:56.2
2 非球面 0.4767 0.5217
3 非球面 -1.5735 1.028 1.642:22.4
4 非球面 -4.317 0.01
光阑 球面 无限 0.01
6 非球面 0.8970 0.506 1.544:56.2
7 非球面 -1.0872 0.1969
8 非球面 -13.1794 0.5098 1.544:56.2
9 非球面 -0.5143 0.01
10 非球面 -0.5734 0.2200 1.642:22.4
11 非球面 -2.7219 0.44
12 球面 无限 0.61 1.516:64.2
13 球面 无限 0.0730
像面 球面 无限 0
表1
表2为广角内窥镜系统的第一透镜L1的矢高与半径R的比值；
Figure DEST_PATH_GDA0003274372830000041
Figure DEST_PATH_GDA0003274372830000051
表2
表3为广角内窥镜系统的第二透镜L2的矢高与半径R的比值；
Figure DEST_PATH_GDA0003274372830000052
表3
表4为广角内窥镜系统的第三透镜L3的矢高与半径R的比值；
Figure DEST_PATH_GDA0003274372830000053
表4
表5为广角内窥镜系统的第四透镜L4的矢高与半径R的比值；
Figure DEST_PATH_GDA0003274372830000054
Figure DEST_PATH_GDA0003274372830000061
表5
表6为广角内窥镜系统的第五透镜L5的矢高与半径R的比值。
Figure DEST_PATH_GDA0003274372830000062
表6 。

Claims (7)

1.一种广角内窥镜光学系统，其特征在于，自物侧面到像侧面依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、光阑、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、滤光片；该光学系统满足以下条件式：
f/H(L1r1)<2；
H(L1r1)/IMH<1.5；
其中，f是广角内窥镜光学系统的焦距，H(L1r1)是常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜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。
2.如权利要求1所述的广角内窥镜光学系统，其特征在于，该光学系统的第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸，像侧面为凹；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸；第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凸，像侧面为凸；第四透镜具有正光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸；第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹，像侧面为凸；整个光学系统至少由5片塑胶镜片组成。
3.如权利要求1或2所述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
0.1<f/TTL<0.3；
其中，TTL为该光学系统物侧面到成像面在光轴上的距离，f为该光学系统的有效焦距。
4.如权利要求1或2所述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
-2<f1/f<0；
-10<f2/f<0；
0<f3/f<2；
1.3<f4/f<1.9；
-2.5<f5/f<-1.5；
其中，f1为第一透镜的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距，f4为第四透镜的有效焦距，f5为第五透镜的有效焦距，f为该光学系统的有效焦距。
5.如权利要求1或2所述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
0<Dr1r4/TTL<0.6；
1<Dr1r4/f<4；
其中，Dr1r4为该光学系统第一透镜物侧面S1到第二透镜像侧面S4的轴上距离，TTL为该光学系统物侧面到成像面在光轴上的距离，f为该光学系统的有效焦距。
6.如权利要求1或2所述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
0<Dr6r11/TTL<0.4；
1<Dr6r11/f<4；
其中，Dr6r11为该光学系统第三透镜物侧面S6到第五透镜像侧面S11的轴上距离，TTL为该光学系统物侧面到成像面在光轴上的距离，f为该光学系统的有效焦距。
7.如权利要求1或2所述的广角内窥镜光学系统，其特征在于：
2<Dr7i/f<4；
其中，Dr7i为该光学系统第三透镜像侧面S7到像面的轴上距离，f为该光学系统的有效焦距。
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