CN104914560B - 一种大视场大景深内窥镜物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大视场大景深内窥镜物镜，包括前透镜组和后透镜组，所述前透镜组和后透镜组之间设有孔径光阑，所述前透镜组由两个负透镜组成，所述后透镜组由三个正透镜组成,所述前组透镜组与后组透镜组的焦距之比介于‑0.4～‑0.2之间，形成反远距***,增大了视场，全视场达到110度。同时，本发明的大视场大景深内窥镜物镜的入瞳远离并位于物面之后，增加了入瞳距，因此在保证通光孔径的同时有效地增大了景深。所述后透镜组与前透镜组满足像方远心***，照度均匀性高，能和光纤***很好的耦合，而且在对准平面(物面)达到衍射极限。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头领域，尤其是一种同时具有大视场、大景深并兼顾入瞳直径的内窥镜物镜。
背景技术
现有的电子内窥镜通常都是采用微型图像传感器如CCD作为摄像元件，其具有图像分辨率高、清晰度好等优点。近年来，随着微型CCD得到广泛的应用及迅速的发展，对于与CCD相匹配的电子内窥镜的要求也越来越高。通常情况下，要求内窥镜物镜具有高分辨率及较大的视场角和景深，以及良好的校正各种相差的能力。
美国专利US005936778A公开了一种负焦距型内窥镜物镜，其前组凹透镜***由两个凹透镜组成，既保证了后焦长度，又能较好的校正放大时的色差。四组镜头共配置有五个透镜，包括由两个凹透镜L1和L2组成的前组凹透镜，由镜头L3和L5组成的后方凸透镜***及***其中的孔径光阑，确保了长后焦点至少是整个***复合焦距的三倍。此专利的内窥镜物镜，具有较大的视场，但用于光纤内窥镜前端时，仍有不足之处，如其景深较小，在内窥镜镜头进入肾盂等处时不易观察整个腔体。同时，此物镜与光纤的耦合效果较差，且照度不够均匀，不适于在内窥镜光纤前端使用。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种大视场大景深内窥镜物镜，具有较大视场，并在不缩小通光孔径的前提下增加了景深，照度均匀，且能与光纤较好的耦合。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种大视场大景深内窥镜物镜，包括前透镜组和后透镜组，所述前透镜组和后透镜组之间设有孔径光阑，所述前透镜组由负透镜组成，所述后透镜组由正透镜组成；所述前组透镜组与后组透镜组的焦距之比介于-0.4～-0.2之间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述前透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为平凹透镜，第二透镜为弯月负透镜，所述第一透镜与第二透镜的焦距之比介于0.5～1.5之间。
优选的，所述的前透镜组的焦距为负，全视场为110度。
优选的，所述第一透镜的近物面是平面，且光学材料要求n1>1.7,V1>40。
作为上述技术方案的进一步改进，所述后透镜组包括第三透镜、第四透镜、第五透镜三块正透镜，所述后透镜组与所述前透镜组构成反远距***。
优选的，所述后透镜组中的第四透镜由一正透镜和一负透镜胶合而成，玻璃材料符合正透镜折射率小于负透镜折射率，满足正常胶合。
优选的，所述后透镜组中的第三透镜和第五透镜为双凸透镜。
作为上述技术方案的进一步改进，所述内窥镜物镜满足像方远心光路，各视场光线经过第五透镜折射后主光线角度为0。
作为上述技术方案的进一步改进，所述内窥镜物镜景深可覆盖0.5倍物距到12倍物距。
作为上述技术方案的进一步改进，所述内窥镜物镜物距为4.2mm，景深范围为2mm-50mm。
本发明的大视场大景深内窥镜物镜，其前透镜组的第一个透镜和第二个透镜都为负焦距透镜，从而和后组透镜构成反远距***，增大了视场，使其全视场达到110度。同时，本发明的内窥镜物镜的入瞳远离并位于对准物面之后，增加了入瞳距，因此在保证通光孔径的同时有效地增大了景深，其景深可覆盖0.5倍物距到12倍物距。优选的，当其物距为4.2mm时，景深范围为2mm-50mm。进一步的，本发明的内窥镜物镜，所述后透镜组与前透镜组满足像方远心***，各视场光线经过第五透镜折射后主光线角度为0，照度均匀性高，而且能和光纤***很好的耦合。
本发明的大视场大景深内窥镜物镜，适用于光纤内窥镜镜头，具有视场大，景深大，照度均匀性好且能与光纤***较好耦合的优点，作为内窥镜物镜在进入人体内的腔体如肾盂时，具有更好的观察效果，极大的方便了疾患的诊断和治疗。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中大视场大景深内窥镜物镜的光学布置图；
图2为图1实施例中的内窥镜物镜的光线传播示意图；
图3为图1实施例中的内窥镜物镜在标准物距4.2mm下的成像效果图一；
图4为图1实施例中的内窥镜物镜在标准物距4.2mm下的成像效果图二；
图5为图1实施例中的内窥镜物镜在标准物距50mm下的成像效果图一；
图6为图1实施例中的内窥镜物镜在标准物距50mm下的成像效果图二；
图7为图1实施例中的内窥镜物镜在标准物距2mm下的成像效果图一；
图8为图1实施例中的内窥镜物镜在标准物距2mm下的成像效果图二；
附图标记说明：1-第一透镜，2-第二透镜，3-孔径光阑，4-第三透镜，5-第四透镜的正透镜，6-第四透镜的负透镜；7-第五透镜；r1-第一透镜进光面，r2-第一透镜出光面，r3-第二透镜进光面，r4-第二透镜出光面，r5-第三透镜进光面，r6-第三透镜出光面，r7-第四透镜的正透镜进光面，r8-第四透镜的正透镜出光面，r9-第四透镜的负透镜进光面，r10-第四透的负透镜出光面，r11-第五透镜进光面，r12-第五透镜出光面。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
在本发明的一个较佳实施例中，一种大视场大景深内窥镜物镜，包括包括前透镜组和后透镜组，所述前透镜组和后透镜组之间设有孔径光阑；所述前透镜组由负透镜组成，所述后透镜组由正透镜组成；所述前组透镜组与后组透镜组的焦距之比介于-0.4～-0.2之间。采用此种设计，前透镜组和后透镜组构成反远距***，增大了视场，使其视场角超过90度，从而在其进入人体内的腔体如肾盂时，具有更好的观察效果，方便了疾患的诊断和治疗。
基于上述内窥镜物镜的结构，如附体1所示，在本实施例中，所述前透镜组包括第一透镜1和第二透镜2，其中第一透镜1为平凹透镜，第二透镜2为弯月负透镜，第一透镜与第二透镜的焦距之比介于0.5～1.5之间。同时，入瞳远离并位于对准物面之后，增加了入瞳距，并在保证通光孔径的同时增大了景深。在本实施例中，本发明的大视场大景深内窥镜物镜景深可覆盖0.5倍物距到12倍物距。优选的，当物距为4.2mm时，景深范围为2mm-50mm，满足了进入人体的腔体如肾盂等处时的观察要求。
特别的，所述第一透镜1的近物面r1是平面，且光学材料要求n1>1.7,V1>40，满足内窥镜镜头的使用要求。
进一步的，在本实施例中，所述后透镜组包括第三透镜4、第四透镜和第五透镜7三块正透镜，优选的，其中第四透镜由第四透镜的正透镜5和第四透镜的负透镜6胶合而成，且玻璃材料符合正透镜折射率小于负透镜折射率，满足正常胶合；第三透镜4和第五透镜7为双凸透镜，其中第五透镜7的近像面为出光面。采用此种设计，所述后透镜组与前透镜组构成反远距***，使本实施例中的内窥镜物镜的全市场达到了110度。
进一步的，本实施例中的内窥镜物镜，后透镜组与前透镜组满足像方远心***，如图2所示，各视场光线经过第五透镜折射后主光线角度为0，照度均匀性高，而且能和光纤***很好的耦合。
本实施例中的内窥镜物镜，结构参数如下：
| 透镜半径曲率(r) | 厚度(d) | 折射率(Nd) | 阿贝常数(Vd) |
| r1 无穷大 | 0.1000 | 1.88 | 41.0 |
| r2 0.3724 | 0.2012 | ||
| r3 1.8656 | 0.6709 | 1.53 | 76.9 |
| r4 2.2808 | 0.3216 | ||
| r5 无穷大 | 0.0632 | ||
| r6 1.8555 | 0.0986 | 1.62 | 60.3 |
| r7 -0.9037 | 0.1002 | ||
| r8 1.2383 | 0.9544 | 1.60 | 53.6 |
| r9 -0.3744 | 0.1000 | 1.85 | 23.8 |
| r10 -5.9239 | 0.5930 | ||
| r11 6.0000 | 0.2400 | 1.53 | 76.9 |
| r12 -0.8837 | 0.2940 |
采用上述结构参数，本实施例中的大视场大景深内窥镜物镜，其视场为110度，孔径0.9mm，入瞳直径0.1mm，标准物距4.2mm，景深可覆盖2-50mm，能够得出如图3-8所示的内窥镜物镜在标准物距2mm至50mm处的成像质量。
从图中可知，标准物距4.2mm下，最大视场光斑RMS半径为0.42um，达到衍射极限，远小于两个像元(即两根光纤)大小；MTF在160lp/mm处大于0.4。
在物距为50mm处的成像质量没有明显下降的趋势，最大视场光斑RMS半径为4.2um，小于两个像元(两根光纤)大小，满足分辨率要求；MTF在160lp/mm处大于0.15，满足成像要求。
在物距为2mm处，最大光斑RMS半径为3.5um，小于两个像元(两根光纤)大小，满足分辨率要求；MTF在160lp/mm处大于0.15，满足成像要求。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：包括前透镜组和后透镜组，所述前透镜组和后透镜组之间设有孔径光阑，所述前透镜组由负透镜组成，包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为平凹透镜，近物面是平面，且光学材料要求1.88≥n1＞1.7,第二透镜为弯月负透镜，且两个球面都弯向孔径光阑；所述后透镜组由正透镜组成，包括第三透镜、第四透镜、第五透镜三块正透镜，且最后一片正透镜接近像面，所述后透镜组与所述前透镜组构成反远距***；所述前透镜组与后透镜组的焦距之比介于-0.4～-0.2之间。
2.如权利要求1所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：，所述第一透镜与第二透镜的焦距之比介于0.5～1.5之间。
3.如权利要求2所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：所述的前透镜组的焦距为负，全视场为110度。
4.如权利要求1所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：所述后透镜组中的第四透镜由一正透镜和一负透镜胶合而成，玻璃材料满足正透镜折射率小于负透镜折射率。
5.如权利要求1所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：所述后透镜组中的第三透镜和第五透镜为双凸透镜。
6.如权利要求1-5任一项所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：满足像方远心光路，各视场光线经过第五透镜折射后主光线角度为0。
7.如权利要求6所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：景深可覆盖0.5倍物距到12倍物距。
8.如权利要求7所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：物距为4.2mm，景深范围为2mm-50mm。
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