CN110873950A - 内窥镜物镜变焦光学*** - Google Patents

内窥镜物镜变焦光学*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内窥镜物镜变焦光学***，沿光学***的光轴从物方至像方依次包括：具有负的光焦度的固定透镜组,及具有正的光焦度的变焦透镜组,变焦透镜组通过沿所述光轴的移动可以改变内窥镜物镜变焦光学***的焦距。本发明涉及一种高性能内窥镜物镜光学***，该***具有足够大的放大倍数，能够在内窥镜下进行500‑1000倍的显微放大观察；在普通观察时,内窥镜镜头视场角可以达到140°,可对人体病变组织进行精准的成像诊断。

Description

内窥镜物镜变焦光学***
技术领域
本发明涉及一种内窥镜物镜变焦光学***，特别是涉及一种应用于医疗诊断用内窥镜的双焦点物镜变焦光学***。
背景技术
作为高性能内窥镜的临床应用，存在显微放大观察和大视场高清成像的双重功能需求。特别是针对人体内部早期疾病的观察和诊断，集放大观察和高清成像于一体的内窥镜得到了越来越广泛的应用。
消化道肿瘤的诊断金标准为电子内镜术，即采用电子内镜观察黏膜图像，并对异常区域进行抽检取样、染色、病理诊断，这种方法存在漏检、扩散、耗时等缺点。
如何在体内进行实时病理诊断一直是内窥镜技术的终极目标。共聚焦显微内窥和光学显微内窥是目前临床应用的两个主要技术手段，可对腺瘤、息肉、毛细血管等组织进行1000x(共聚焦)或500-1000x(光学放大)的显微成像，实现早癌的诊断、手术规划及疗效复查。
但此类内窥镜设备价格昂贵，共聚焦显微内窥为探头式结构，需通过标准内窥镜的钳道进入体内，诊断和后续手术无法同时进行。
500-1000x的显微内镜为一体式结构，可同时显微成像和手术操作，因此可进一步推广，实现肿瘤的筛查。但此类内镜需要物镜光学***具备双焦点成像功能，即变焦功能，可通过镜组的调节实现显微放大和高清广角的双焦点成像。在显微放大观察中(以下统称“放大观察”)，从物镜到物***置的距离(已下统称“物距”)较近，典型为0mm～2mm左右。在高清广角观察(以下统称“普通观察”)中，物距通常远大于2mm，比如5-100mm。
发明内容
现有内镜在实现变焦功能时存在镜片数多，通常10片以上，显微放大视场小等缺点。本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种内窥镜物镜变焦光学***，该***具有足够大的放大视场和倍数，能够在内窥镜下进行放大观察；在普通观察时,内窥镜镜头视场角可以达到140°,对人体病变位置观察监控，且片数少，降低***复杂度。
本发明所解决的技术问题主要采用以下方案来实现：
一种内窥镜物镜变焦光学***，沿光学***的光轴从物方至像方依次包括：
固定透镜组,具有负的光焦度；
变焦透镜组,具有正的光焦度，用于通过其沿所述光轴的移动来改变内窥镜物镜变焦光学***的焦距。
上述方案中，优选的，从物方至像方，所述固定透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述变焦透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；其中：所述第一透镜为平面朝向物侧的平凹负透镜，所述第二透镜为凹凸负透镜，其凸面朝向像侧，所述第三面透镜为平面朝向物侧的平凸正透镜，所述第四透镜为双凸正透镜，所述第五面透镜为平面朝向物侧的平凸正透镜，第六透镜为凹面朝向物侧的弯月负透镜，第七透镜为凸面朝向物侧的弯月负透镜，第八透镜为双凸正透镜。
更优选的，所述第三透镜和所述第四透镜之间还设置有孔径光阑。更优选的，所述第五透镜和所述第六透镜胶合，所述第七透镜和第八透镜胶合。
另外，根据本发明的优选的方式，满足以下的条件式(1)。
2.4≤d/f≤2.8 (1)
在此，在内窥镜物镜变焦光学***处于放大观察时，d为固定透镜组(G1)与变焦透镜组(G2)之间的距离，f为***整体焦距。
另外，根据本发明的优选的方式，满足以下的条件式(2)。
0.6≤d/f≤1 (2)
在此，在内窥镜物镜变焦光学***处于普通观察时，d为固定透镜组(G1)与变焦透镜组(G2)之间的距离，f为***整体焦距。
另外，根据本发明的优选的方式，满足以下的条件式(3)。
2.2≤f1/f≤2.6 (3)
在此，在内窥镜物镜变焦光学***处于放大观察时，f1为变焦透镜组的焦距，f为***整体焦距。
另外，根据本发明的优选的方式，满足以下的条件式(4)。
3.5≤f1/f≤3.9 (4)
在此，在内窥镜物镜变焦光学***处于普通观察时，f1为变焦透镜组的焦距，f为***整体焦距。
另外，根据本发明的优选方式，满足以下的条件式(5)。
4.4≤Δd/TTL≤5.1 (5)
在此，Δd为内窥镜物镜***变焦透镜组沿所述光轴的可调范围，TTL为内窥镜物镜光学***总长。
本发明所涉及的内窥镜物镜变焦光学***起到如下的效果：
该内窥镜物镜变焦光学***在放大观察时，使物侧对应的视场角减小，有益像差校正，在内窥镜物镜变焦光学***处于普通观察时，可获得较大视场；此外，沿光轴移动变焦透镜组可以改变内窥镜物镜光学***的焦距，使得内窥镜物镜变焦光学***具有双焦点成像功能，可以实现对物侧的放大观察和普通观察，成像质量好，可满足医学诊疗等应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1A-图1B分别是本发明提供的内窥镜物镜变焦光学***在普通观察、放大观察的光学元件布局示意图；
图2A-图2B分别是本发明提供的内窥镜物镜变焦光学***普通观察、放大观察时，
测得的场曲和畸变像差；
图3A-图3B是本发明提供的内窥镜物镜变焦光学***普通观察、放大观察时，分别测得的MTF；
具体实施方法
为使本发明实施例的目的、技术方案、优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分，而不是全部的实施例。
图1是表示本实施方式所涉及的内窥镜物镜变焦光学***的截面结构图。在此，图1A是表示普通观察状态下的内窥镜物镜变焦光学***的截面结构图。图1B是表示放大观察状态下的内窥镜物镜变焦光学***的截面结构图。
固定透镜组G1具有负的光焦度。离物侧最近的固定透镜组采用负的光焦度可有效提高普通观察下视场角范围。
变焦透镜组G2具有正的光焦度，用于通过其沿光轴的移动来改变所述内窥镜光学***的焦距。例如，变焦透镜组沿光轴向靠近像面IMG处移动，可改变内窥镜物镜变焦光学***的焦距。
本实施例提供的内窥镜物镜变焦光学***离物侧最近的透镜组为具有负的光焦度的固定透镜组G1，固定透镜组G1后的其他透镜组为正的光焦度的变焦透镜组G2，由此形成内窥镜物镜变焦光学***，使变焦透镜组G2离物侧最远时，对应的视场角增大，
在变焦透镜组G2离物侧最近时，对应的视场角减小；此外，沿光轴移动变焦透镜组G2可改变内窥镜物镜变焦光学***的焦距，可实现对物侧的放大观察，成像质量好，在普通观察时，视场范围广，可满足医学诊疗等应用需求。
上述技术方案中，为了实现放大观察和普通观察，可选的，所述固定透镜组G1包括折射率N1大于1.9的透镜，且变焦透镜组G2中包括折射率N2大于1.9的透镜。
可选的，固定透镜组G1包括第一透镜R1、第二透镜R2和第三透镜R3；第一透镜R1物侧可增加保护窗玻璃L1，变焦透镜组G2包括第四透镜R4、第五透镜R5、第六透镜R6、第七透镜R7和第八透镜R8。该方案由八个透镜即可组成光焦度负、正的内窥镜物镜光学***，结构简单紧凑，成本较低。
可选的，可在内窥镜物镜光学***约中央位置处设置孔径光阑，如在第三透镜R3和第四透镜R4之间设置孔径光阑S，该方案可有效抑制内窥镜物镜光学***中的轴外光线。
可选的，变焦透镜组G2可选用胶合透镜组，如第五透镜R5和第六透镜R6胶合形成的透镜组，第七透镜R7和第八透镜R8胶合形成的透镜组，以在像差校正过程中更好地校正色差。
针对内窥镜物镜光学***放大观察视角范围的限制，可对物体进行合适视场的放大观察，可选的，本发明在物侧目标经物镜光学***放大观察时的物高满足下式
0.6mm≤y≤0.64mm (a)
如果普通观察的视野范围大于0.64mm，则对物侧目标成像时会产生较大的变形(畸变)。为避免对物侧成像造成较大变形，可选的，本发明在内窥镜物镜光学***的普通观察位置的物高满足下式：
39mm≤y≤43mm (b)
在实际应用中，结合式(a)和式(b)，实现放大观察和普通观察，可以有效控制物侧成像的变形程度(畸变程度)。在本发明方案所限定的固定透镜组G1与变焦透镜组G2之间的距离d、***整体焦距f和变焦透镜组焦距f1关系的约束下，此处物高的限定进一步明确了当物距为0(放大观察)和15mm(普通观察)时，本发明提供的变焦光学***达到附图2A-附图3B的最优性能。
内窥镜物镜变焦光学***中变焦透镜组G2的移动范围过小则难以实现所需的变倍比，但移动范围过大，则较难校正像差来获得较高的成像质量。权衡变倍比和成像质量，可选的，本发明的内窥镜物镜光学***由普通观察向放大观察变焦的过程中，所述变焦透镜组G2沿所述光轴的可调范围Δd和所述变焦光学***的总长度TTL的比值满足下式
4.4≤Δd/TTL≤5.1 (c)

Claims (8)

1.一种内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于，沿光学***的光轴从物方至像方依次包括：固定透镜组(G1),具有负的光焦度；
变焦透镜组(G2),具有正的光焦度，通过其沿光轴的移动可改变内窥镜物镜变焦光学***的焦距。
2.根据权利要求1所述的内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于：从物方至像方，所述固定透镜组(G1)包括第一透镜(R1)、第二透镜(R2)和第三透镜(R3)，所述变焦透镜组(G2)包括第四透镜(R4)、第五透镜(R5)、第六透镜(R6)、第七透镜(R7)和第八透镜(R8)；其中：所述第一透镜(R1)为平面朝向物侧的平凹负透镜，所述第二透镜(R2)为凹凸负透镜，其凸面朝向像侧，所述第三面透镜(R3)为平面朝向物侧的平凸正透镜，所述第四透镜(R4)为双凸正透镜，所述第五面透镜(R5)为平面朝向物侧的平凸正透镜，第六透镜(R6)为凹面朝向物侧的弯月负透镜，第七透镜(R7)为凸面朝向物侧的弯月负透镜，第八透镜(R8)为双凸正透镜。
3.根据权利要求2所述的内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于：所述第三透镜(R3)和所述第四透镜(R4)之间还设置有孔径光阑(S)。
4.根据权利要求2所述的内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于：所述第五透镜(R5)和所述第六透镜(R6)胶合，所述第七透镜(R7)和第八透镜(R8)胶合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于：所述变焦透镜组(G2)沿光学***光轴的可调范围Δd和所述内窥镜物镜变焦光学***的总长TTL，二者的比值满足：4.4≤Δd/TTL≤5.1。
6.根据权利要求1-4任一项所述的内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于：在所述内窥镜物镜变焦光学***用于放大观察时，固定透镜组(G1)与变焦透镜组(G2)之间的距离d和***整体焦距f二者的比值应满足：2.4≤d/f≤2.8；变焦透镜组(G2)的焦距f1和***整体焦距f二者的比值应满足：2.2≤f1/f≤2.6。
7.根据权利要求1-4任一项所述的内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于：在所述内窥镜物镜变焦光学***用于普通观察时，固定透镜组(G1)与变焦透镜组(G2)之间的距离d和***整体焦距f二者的比值应满足：0.6≤d/f≤1；变焦透镜组(G2)的焦距f1和***整体焦距f二者的比值应满足：3.5≤f1/f≤3.9。
8.根据权利要求1-4任一项所述的内窥镜物镜变焦光学***，其特征在于：所述固定透镜组(G1)包括折射率大于1.9的透镜，且所述变焦透镜组(G2)也包括折射率大于1.9的透镜。
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