CN217561828U - 内窥镜光学系统及内窥镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内窥镜光学系统及内窥镜。内窥镜光学系统包括物镜模组和目镜模组。物镜模组包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜以及具有正光焦度的第七透镜，所述第三透镜和所述第四透镜胶合，所述第六透镜和所述第七透镜胶合。目镜模组包括具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜以及具有负光焦度的第十一透镜，所述第八透镜和所述第九透镜胶合。上述内窥镜光学系统，在实现广角特性的同时还能够实现低畸变、高成像质量的效果。

Description

内窥镜光学系统及内窥镜

技术领域

本实用新型涉及内窥镜成像技术领域，特别是涉及一种内窥镜光学系统及内窥镜。

背景技术

随着医疗设备的迅速发展，内窥镜在医疗领域的应用也越来越广泛，因而业界对内窥镜的性能要求也越来越高。其中，为了最大程度地获取病灶区域的图像，避免漏查风险，业界通常要求内窥镜具备广角特性，能够满足大范围取像的需求，从而有利于对病灶区域进行全面检查。然而，目前的内窥镜在实现广角特性的同时，容易导致成像质量下降，业界急需一种具备良好的成像质量的内窥镜。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种内窥镜光学系统及内窥镜，在实现广角特性的同时，还能够降低畸变，提升内窥镜的成像质量。

一种内窥镜光学系统，包括：

物镜模组，沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜以及具有正光焦度的第七透镜，所述第三透镜和所述第四透镜胶合，所述第六透镜和所述第七透镜胶合；

目镜模组，沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜以及具有负光焦度的第十一透镜，所述第八透镜和所述第九透镜胶合。

在其中一个实施例中，所述第一透镜的物侧面为平面，像侧面为凹面。

在其中一个实施例中，所述第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。

在其中一个实施例中，

所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。

在其中一个实施例中，

所述物镜模组的有效焦距在1mm至2mm之间；和/或，

所述目镜模组的有效焦距小于12mm；和/或，

所述物镜模组的光圈数大于7；和/或，

所述内窥镜光学系统的光圈数小于11。

在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统还包括棒镜模组，所述棒镜模组设于所述物镜模组和所述目镜模组之间。

在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统还包括转向棱镜，所述转向棱镜设于所述第一透镜和所述第二透镜之间，且所述第一透镜、所述转向棱镜以及所述第二透镜依次胶合；

或者，所述内窥镜光学系统还包括转向镜组，所述转向镜组设于所述第一透镜和所述第二透镜之间，且所述第一透镜、所述转向镜组以及所述第二透镜依次胶合。

在其中一个实施例中，

所述第二透镜的物侧面为平面，像侧面为凸面；和/或，

所述第八透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；和/或，

所述第九透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；和/或，

所述第十透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；和/或，

所述第十一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。

在其中一个实施例中，所述内窥镜光学系统中各透镜的物侧面和像侧面均为球面。

一种内窥镜，包括如上述任一实施例所述的内窥镜光学系统。

上述内窥镜光学系统，能够合理配置物镜模组和目镜光学系统中各透镜的光焦度组合，同时引入多组胶合透镜，在实现广角特性，以满足内窥镜大范围取像的需求的同时，还使得目镜模组产生的正畸变能够与物镜模组产生的负畸变相抵消，有利于降低系统的畸变，另外还有利于平衡系统的色差等多种像差，从而有效提升系统的成像质量。

附图说明

图1为一些实施例中内窥镜光学系统的结构示意图；

图2为一些实施例中物镜模组的结构示意图；

图3为一些实施例中目镜模组的结构示意图；

图4为一些实施例中内窥镜光学系统的传递函数曲线图；

图5为一些实施例中内窥镜光学系统的点列图；

图6为一些实施例中内窥镜光学系统的畸变曲线图。

其中，10、内窥镜光学系统；110、物镜模组；L1、第一透镜；L2、第二透镜；L3、第三透镜；L4、第四透镜；L5、第五透镜；L6、第六透镜；L7、第七透镜；120、转向镜组；130、目镜模组；L8、第八透镜；L9、第九透镜；L10、第十透镜；L11、第十一透镜；140、棒镜模组；150、第一保护玻璃；160、第二保护玻璃。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参见图1、图2和图3，本申请提供一种内窥镜光学系统10，可应用于医疗器械中，例如应用于硬管内窥镜或软管内窥镜中，具体地，内窥镜光学系统10可应用于鼻窦镜中。在一些实施例中，内窥镜光学系统10沿光轴由物侧至像侧依次包括物镜模组110和目镜模组130，内窥镜光学系统10能够收集物侧的光线，并将光线依次经过物镜模组110和目镜模组130的调节后成像，以获取病灶区域的图像。

更具体地，在一些实施例中，物镜模组110沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3、具有负光焦度的第四透镜L4、具有光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6以及具有正光焦度的第七透镜L7，所述第三透镜L3和所述第四透镜L4胶合，所述第六透镜L6和所述第七透镜L7胶合。目镜模组130沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第八透镜L8、具有正光焦度的第九透镜L9、具有正光焦度的第十透镜L10以及具有负光焦度的第十一透镜L11，所述第八透镜L8和所述第九透镜L9胶合。

上述内窥镜光学系统10，第一透镜L1具有负光焦度，配合物镜模组110中其他透镜的光焦度配置，有利于收集大视场光线，从而有利于扩大系统的视场角，实现广角特性，以满足大范围取像的需求，进而有利于获取更完整的病灶区域图像。例如，在一些实施例中，物镜模组110的最大视场角大于70°，使得内窥镜光学系统10的最大视场角大于70°，系统具备广角特性。

同时，通过合理配置物镜模组110和目镜模组130中各透镜的光焦度组合，使得目镜模组130能够有效将物镜模组110收集的光线放大并传输到像侧成像，还能够使得目镜模组130产生正畸变，从而与物镜模组110的负畸变相抵消，有利于降低系统的畸变，提升系统的成像质量。在一些实施例中，通过对物镜模组110各透镜的设计，使得物镜模组110的畸变小于18％，而目镜模组130的畸变大于3％，配合目镜模组130对物镜模组110畸变的抵消，使得系统的畸变小于15％，系统具备良好的成像质量。再者，系统还引入多组胶合透镜，有利于校正系统的色差，配合各透镜的光焦度对像差的平衡，从而能够有效提升系统的成像质量。由此，上述内窥镜光学系统10，具有广角特性、低畸变和良好的成像质量。

在一些实施例中，物镜模组110的有效焦距在1mm-2mm之间，目镜模组130的有效焦距小于12mm，物镜模组110的光圈数大于7，内窥镜光学系统10的光圈数小于11。由此，能够合理增大内窥镜光学系统10的有效焦距和光圈数，有利于增大系统的景深，以使得系统能够适应更多的使用场景。例如，在一些实施例中，系统的景深范围被提升至3mm至100mm之间。另外，还能够使得系统的有效焦距不会过大，从而有利于压缩系统的总长，同时还能够使得系统的光圈数不会过大，从而有利于提升系统成像的相对照度，进而有利于提升系统的成像质量。例如，在一些实施例中，系统的入瞳直径大于0.15mm，系统具有充足的进光量，有利于提升系统成像的相对照度。

在一些实施例中，经目镜模组130的放大后，系统的放大倍率大于2.5，能够有效放大图像，以便于观察。在一些实施例中，上述内窥镜光学系统10配合各透镜的光焦度配置、胶合设计以及上述参数设计，系统的光学工作距离在10mm-20mm之间，能够适应内窥镜所面临的更多不同的取像场景。

在一些实施例中，第一透镜L1的材质为高折射率材质，配合第一透镜L1的负光焦度，使得第一透镜L1能够有效收集大视场光线，从而提升系统的视场角。在一些实施例中，第一透镜L1的物侧面为平面，像侧面为凹面。既不影响第一透镜L1收集大视场光线，同时还有利于第一透镜L1的物侧面与保护片或固定结构的构件搭配，从而有利于系统在内窥镜中的组装。

在一些实施例中，第五透镜L5的物侧面为凹面，像侧面为凸面。合理配置第五透镜L5的形状，使得第五透镜L5呈现弯月形，有利于第五透镜L5物侧透镜引入的大视场光线在第五透镜L5处合理过渡，从而有利于第五透镜L5抵消平凹面型的第一透镜L1引入大视场光线而产生的畸变，进而进一步降低系统的畸变，提升系统的成像质量。当然，第五透镜L5可以具有正光焦度，也可以具有负光焦度，只要第五透镜L5的面型配置能够有效抵消第一透镜L1产生的畸变即可。进一步地，在一些实施例中，第五透镜L5具有正光焦度，有利于光线在第五透镜L5进一步收缩并平缓过渡，从而有利于缩短系统的总长，提升系统的成像质量。

在一些实施例中，第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第四透镜L4的物侧面为凹面，像侧面为凸面；第六透镜L6的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第七透镜L7的物侧面为凸面，像侧面为凸面。配合第三透镜L3、第四透镜L4、第六透镜L6和第七透镜L7的正、负、负、正的光焦度组合，使得第三透镜L3和第四透镜L4组成的双胶合镜组与第六透镜L6和第七透镜L7组成的双胶合镜组在光焦度和面型配置上近似对称，从而能够有效平衡系统的色差等像差，提升系统的成像质量。

在一些实施例中，第三透镜L3和第四透镜L4组成的双胶合镜组与第六透镜L6和第七透镜L7组成的双胶合镜组在材料选择上也可近似对称，例如第三透镜L3与第七透镜L7的材质相同或相近，第四透镜L4和第六透镜L6的材质相同或相近，从而有利于进一步平衡系统的像差，提升系统的成像质量。在本申请中，两个透镜的材质相同或相近，可以理解为该两个透镜的折射率和阿贝数相同或相近。

在一些实施例中，第二透镜L2的物侧面为平面，像侧面为凸面；第八透镜L8的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第九透镜L9的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第十透镜L10的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第十一透镜L11的物侧面为凹面，像侧面为凸面。如此设置，配合上述各透镜的光焦度及胶合配置，能够合理优化系统的光焦度和面型组合，从而在引入大视场光线的同时还能够有效平衡系统的色差和畸变等像差，提升系统的成像质量。

在一些实施例中，内窥镜光学系统10还包括棒镜模组140，棒镜模组140设于物镜模组110和目镜模组130之间，棒镜模组140的放大倍率为1，用于将经物镜模组110调节后的光线传输至目镜模组130。具体地，棒镜模组140中可包括多组棒镜，棒镜的数量可根据物镜模组110与目镜模组130之间的传输需求选择，物镜模组110与目镜模组130之间的传输距离越长，则可配置越多的棒镜。例如，在一些实施例中，棒镜模组140包括五组依次相连通的棒镜，每组棒镜的结构相同。

在一些实施例中，内窥镜光学系统10还包括转向镜组120，转向镜组120设于第一透镜L1和第二透镜L2之间。转向镜组120可用于偏折光路，从而使得系统能够对不同角度的病灶区域进行取像，满足更多不同使用场景的需求。转向镜组120的具体设置可根据系统取像的需求进行调整，例如，若系统需要对物镜模组110正前方的病灶区域进行取像，则物镜模组110的光路无需偏折，转向镜组120可以为平板玻璃。若系统需要对与正前方成一定角度的物体进行取像，例如需要对倾斜30°的物体进行取像，则物镜模组110的光路需要偏折30°，转向镜组120可以为能够将光路偏折30°的光学元件。当然，转向镜组120可以包括一个转向棱镜，例如一个三棱镜或五棱镜，通过一个转向棱镜的偏折实现光路的偏折。转向镜组120也可以由多个棱镜构成，例如由多个相互胶合的转向棱镜共同构成，光线在转向镜组120内经过多个转向棱镜的偏折，则转向镜组120的出射光线与入射光线之间的角度为转向镜组120的偏折角度。

进一步地，在一些实施例中，转向镜组120与第一透镜L1和第二透镜L2胶合。第一透镜L1的像侧面边缘部分为平面且与转向镜组120相抵，第二透镜L2的物侧面为平面且与转向镜组120相抵。如此，有利于提升第一透镜L1、第二透镜L2和转向镜组120胶合的稳定性，也有利于缩短物镜模组110的总长。

在一些实施例中，内窥镜光学系统10中各透镜的物侧面和像侧面均为球面。球面的配置有利于减小各透镜的体积，从而减小系统的体积。配合系统上述各透镜的光焦度、面型配置，以及各透镜的胶合设计，能够提供一种小体积、广角、大景深、低畸变以及成像质量良好的内窥镜光学系统10，有利于系统在鼻窦镜等工作空间狭小的内窥镜上的应用。

需要说明的是，在本申请中，描述某两个透镜胶合，可以理解为描述对该两个透镜的相对位置的限定，例如其中一个透镜的像侧面与另外一个透镜的物侧面相抵，且该两个透镜相对固定，而不能理解为对该两个透镜的胶合工艺的限定。该两个透镜采用光学胶相胶合，或者借助结构件等其他方式相抵接且相对固定，均在本申请所描述的该两个透镜胶合的范围内。在本申请中，描述某一透镜的物侧面，可以理解为该透镜朝向物侧的表面，描述某一透镜的像侧面，可以理解为该透镜朝向像侧的表面。

在一些实施例中，物镜模组110各透镜共轴，目镜模组130各透镜共轴，内窥镜光学系统10的光轴经过各透镜的主光轴。

在一些实施例中，系统还包括第一保护玻璃150和第二保护玻璃160。第一保护玻璃150设于物镜模组110的物侧，例如设置于第一透镜L1的物侧。在整个系统最靠物侧的位置设置第一保护玻璃150，能够保护系统各透镜。第二保护玻璃160设于目镜模组130的像侧，例如设置于第十一透镜L11的像侧，也能够对系统各透镜起到保护作用，同时也能够对像侧的感光元件起到保护作用。

进一步地，参考图4、图5和图6所示，图4为内窥镜光学系统10的传递函数曲线图(MTF曲线图)，图5为内窥镜光学系统10的点列图，图6为内窥镜光学系统10的畸变曲线图，图4、图5和图6体现了内窥镜光学系统10的成像质量。具体地，由图4可以看出，当内窥镜光学系统10的分辨率满足100lp/mm时，系统全视场对比度值大于0.2，且与衍射极限相近。由图5可以看出，内窥镜光学系统10的点列图中弥散斑均小于艾里斑，光斑直径均包括在艾里斑内，基本处于衍射极限。结合图4、图5和图6可以看出，内窥镜光学系统10的畸变在15％左右，系统具有良好的成像质量。

本申请还提供一种取像模组，包括感光元件以及上述任意实施例所述的内窥镜光学系统10，感光元件设于内窥镜光学系统10的像侧，光线经内窥镜光学系统10的调节后能够入射到感光元件上成像。具体地，感光元件210可以为电荷耦合元件(Charge CoupledDevice，CCD)或互补金属氧化物半导体器件(Complementary Metal-Oxide SemiconductorSensor，CMOS Sensor)。

在一些实施例中，本申请还提供一种内窥镜，包括固定件以及如上述任一实施例所述的取像模组，取像模组设于固定件。固定件可以为镜筒等固定结构，用于组装、固定和/或保护取像模组，内窥镜可以为鼻窦镜等硬管内窥镜。在内窥镜中采用上述的内窥镜光学系统10，内窥镜光学系统10具有体积小、广角、大景深、低畸变和高成像质量的效果，有利于提升内窥镜的适用范围和成像品质。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种内窥镜光学系统，其特征在于，包括：

物镜模组，沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜以及具有正光焦度的第七透镜，所述第三透镜和所述第四透镜胶合，所述第六透镜和所述第七透镜胶合；

目镜模组，沿光轴由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜以及具有负光焦度的第十一透镜，所述第八透镜和所述第九透镜胶合。

2.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜的物侧面为平面，像侧面为凹面。

3.根据权利要求2所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。

4.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，

所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。

5.根据权利要求1所述的内窥镜光学系统，其特征在于，

所述物镜模组的有效焦距在1mm至2mm之间；和/或，

所述目镜模组的有效焦距小于12mm；和/或，

所述物镜模组的光圈数大于7；和/或，

所述内窥镜光学系统的光圈数小于11。

6.根据权利要求1-5任一项所述的内窥镜光学系统，其特征在于，还包括棒镜模组，所述棒镜模组设于所述物镜模组和所述目镜模组之间。

7.根据权利要求1-5任一项所述的内窥镜光学系统，其特征在于，还包括转向棱镜，所述转向棱镜设于所述第一透镜和所述第二透镜之间，且所述第一透镜、所述转向棱镜以及所述第二透镜依次胶合；或者，

所述内窥镜光学系统还包括转向镜组，所述转向镜组设于所述第一透镜和所述第二透镜之间，且所述第一透镜、所述转向镜组以及所述第二透镜依次胶合。

8.根据权利要求1-5任一项所述的内窥镜光学系统，其特征在于，

所述第二透镜的物侧面为平面，像侧面为凸面；和/或，

所述第八透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；和/或，

所述第九透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；和/或，

所述第十透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；和/或，

所述第十一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。

9.根据权利要求1-5任一项所述的内窥镜光学系统，其特征在于，所述内窥镜光学系统中各透镜的物侧面和像侧面均为球面。

10.一种内窥镜，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的内窥镜光学系统。

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