CN214278536U

CN214278536U - 一种广角微型内窥镜光学成像***

Info

Publication number: CN214278536U
Application number: CN202120172601.6U
Authority: CN
Inventors: 张智; 崔德贤; 陈弈蓉; 迟锋; 易子川; 杨健君; 水玲玲
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2031-01-21

Abstract

本实用新型公开了一种广角微型内窥镜光学成像***，沿光轴从物方到像方依次排序有：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；第一透镜的物面侧为平面，像面侧为凹面；第二透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面；第三透镜的物面侧为平面，像面侧为凸面；第四透镜的物面侧为凹面，像面侧为凹面；第五透镜的物面侧为凸面，像面侧为平面；第六透镜的物面侧为凸面，像面侧为平面，本发明广角微型内窥镜光学成像***成像清晰，通过将第一透镜至第六透镜进行合理的搭配，利用各个镜片自身的特点，修正球差、色散、场曲、畸变等，使镜头的视场角达到50°，在像面的1/4英寸CCD上成像，可以观察到大范围的画面。

Description

一种广角微型内窥镜光学成像***

技术领域

本实用新型涉及一种光学成像***，特别是一种广角微型内窥镜光学成像***。

背景技术

随着科学技术的发展，医疗事业也发生了巨大的改变，内窥镜在临床上是目前十分常见的一种医疗工具，它由光源、可弯曲部分以及镜头三个部分组成，内窥镜后面连接着光电传感器CCD或者CMOS；医生可以直接将内窥镜导入到需要检查的位置，通过镜头对病变情况进行实时动态成像，医生可通过图像直观的判断病变的情况，据此制定出最佳的治疗方案，医生亦可在此可视状态下进行精准的手术；对镜头来说，主要是可视距离、视场角、分辨率等因素的影响，随着广角镜头的发展以及高像素芯片的出现，可将超大广角镜头应用到内窥镜中，有利于更好地观察患者情况；电子内窥镜的一个重要领域就是针对子宫癌的诊断，目前主要的诊断手段是超声波和电子宫腔镜，由于超声波技术图像不直接和分辨率不高的缺点，电子内窥镜越来越多的应用于子宫癌的定点活检中，如果电子内窥镜的外径大于免于麻醉的8mm限度，用于宫腔检查时就要做麻醉，从而不适宜癌症的早期诊断；本发明的目的在于提出一种广角医用内窥镜成像***，有利于小空间的诊疗，使患者在应用电子内窥镜进行检查或治疗的过程中遭受更少的痛苦。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种广角微型内窥镜光学成像***，有利于小空间的诊疗，在狭小的空间中不用转动镜头来进行大范围的观察拍摄，提高了工作效率并减少了尺寸空间。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种广角微型内窥镜光学成像***，包括六片共轴球面折射镜，沿光轴从物方到像方依次排序有：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；所述第一透镜的物面侧为平面，像面侧为凹面；所述第二透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，；所述第三透镜的物面侧为平面，像面侧为凸面；所述第四透镜的物面侧为凹面，像面侧为凹面；所述第五透镜的物面侧为凸面，像面侧为平面；所述第六透镜的物面侧为凸面，像面侧为平面。

所述第一透镜物面的曲率半径为R1，其范围为-100mm<R1<-120mm，像面的曲率半径为R2，其范围为0.8mm<R2<1.2mm；所述第二透镜物面的曲率半径为R3，其范围为5mm<R3<6mm，像面的曲率半径为R4，其范围为-2.5mm<R4<-3.5mm；所述第三透镜物面的曲率半径为R5，其范围为20mm<R5<25mm，像面的曲率半径为R6，其范围为-2mm<R6<-3mm；所述第四透镜物面的曲率半径为R7，其范围为-3.8mm<R7<-4.6mm，像面的曲率半径为R8，其范围为3.0mm<R8<3.4mm；所述第五透镜物面的曲率半径为R9，其范围为4.1mm<R9<4.5mm，像面的曲率半径为R10，其范围为-53.0mm<R10<-56.5mm；所述第六透镜物面的曲率半径为R11，其范围为1.7mm<R11<2.1mm，像面的曲率半径为R12，其范围为-11mm<R12<-13mm。

所述第一透镜上的光焦度为负；所述第二透镜上的光焦度为正；所述第三透镜上的光焦度为正；所述第四透镜上的光焦度为负；所述第五透镜上的光焦度为正；所述第六透镜上的光焦度为正

所述第一透镜的焦距范围为-2mm<f1<-2.1mm；所述第二透镜的焦距范围为3.5mm<f2<3.6mm；所述第三透镜的焦距范围为4.6mm<f3<4.7mm；所述第四透镜的焦距范围为-2.2mm≤f4<-2.3mm；所述第五透镜的焦距范围为4.5mm<f5<4.6mm；所述第六透镜的焦距范围为3.5mm<f6<3.6mm。

所述光学成像***还满足如下条件：1.50<Nd1<1.55；62<Vd1<66；1.60<Nd2<1.65；41<Vd2<45；1.50<Nd3<1.55；62<Vd3<66；1.76<Nd4<1.80；24<Vd4<28；1.86<Nd5<1.90；38<Vd5<42；1.47<Nd6<1.51；82<Vd6<86；其中，Nd1为所述第一透镜的折射率，Vd1为所述第一透镜的色散系数；Nd2为所述第二透镜的折射率，Vd2为所述和第二透镜的色散系数；Nd3为所述第三透镜的折射率，Vd3为所述第三透镜的色散系数；Nd4为所述第四透镜的折射率，Vd4为所述第四透镜的色散系数；Nd5为所述第五透镜的折射率，Vd5为所述第五透镜的色散系数；Nd6为所述第六透镜的折射率，Vd6为所述第六透镜的色散系数。

所述光学成像***的光学总长TTL为9.0mm<TTL<10.0mm。

所述光学成像***的光圈F数为5.0<F<5.2。

本实用新型的有益效果是：本发明的光学***结构外径尺寸控制在8mm以内，满足免麻醉宫腔检查的仪器外径要求，在保证成像质量的前提下，尽量将结构做的微小，以减少应用在宫腔检查中对患者产生的痛苦。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本发明广角微型内窥镜光学成像***的光路图；

图2是本发明广角微型内窥镜光学成像***的光学传递函数图；

图3是本发明广角微型内窥镜光学成像***的点列图；

图4是本发明广角微型内窥镜光学成像***的像差分析图。

具体实施方式

参照图1至图4，一种广角微型内窥镜光学成像***，包括六片共轴球面折射镜，沿光轴从物方到像方依次排序有：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6；所述第一透镜1的物面侧为平面，像面侧为凹面；所述第二透镜2的物面侧为凸面，像面侧为凸面，；所述第三透镜3的物面侧为平面，像面侧为凸面；所述第四透镜4的物面侧为凹面，像面侧为凹面；所述第五透镜5的物面侧为凸面，像面侧为平面；所述第六透镜6的物面侧为凸面，像面侧为平面。

所述第一透镜1物面的曲率半径为R1，其范围为-100mm<R1<-120mm，像面的曲率半径为R2，其范围为0.8mm<R2<1.2mm；所述第二透镜2物面的曲率半径为R3，其范围为5mm<R3<6mm，像面的曲率半径为R4，其范围为-2.5mm<R4<-3.5mm；所述第三透镜3物面的曲率半径为R5，其范围为20mm<R5<25mm，像面的曲率半径为R6，其范围为-2mm<R6<-3mm；所述第四透镜4物面的曲率半径为R7，其范围为-3.8mm<R7<-4.6mm，像面的曲率半径为R8，其范围为3.0mm<R8<3.4mm；所述第五透镜5物面的曲率半径为R9，其范围为4.1mm<R9<4.5mm，像面的曲率半径为R10，其范围为-53.0mm<R10<-56.5mm；所述第六透镜6物面的曲率半径为R11，其范围为1.7mm<R11<2.1mm，像面的曲率半径为R12，其范围为-11mm<R12<-13mm。

所述第一透镜1上的光焦度为负；所述第二透镜2上的光焦度为正；所述第三透镜3上的光焦度为正；所述第四透镜4上的光焦度为负；所述第五透镜5上的光焦度为正；所述第六透镜6上的光焦度为正

在本实施例中，所述第一透镜1的焦距范围为-2mm<f1<-2.1mm，优选焦距为-2.057mm；所述第二透镜2的焦距范围为3.5mm<f2<3.6mm，优选焦距为3.505mm；所述第三透镜3的焦距范围为4.6mm<f3<4.7mm，优选焦距为4.691mm；所述第四透镜4的焦距范围为-2.2mm≤f4<-2.3mm，优选焦距为-2.216mm；所述第五透镜5的焦距范围为4.5mm<f5<4.6mm，优选焦距为4.532mm；所述第六透镜6的焦距范围为3.5mm<f6<3.6mm，优选焦距为3.508mm。

所述光学成像***还满足如下条件：

(1)1.50<Nd1<1.55；62<Vd1<66；

(2)1.60<Nd2<1.65；41<Vd2<45；

(3)1.50<Nd3<1.55；62<Vd3<66；

(4)1.76<Nd4<1.80；24<Vd4<28；

(5)1.86<Nd5<1.90；38<Vd5<42；

(6)1.47<Nd6<1.51；82<Vd6<86；

其中，Nd1为所述第一透镜1的折射率，Vd1为所述第一透镜1的色散系数；Nd2为所述第二透镜2的折射率，Vd2为所述和第二透镜2的色散系数；Nd3为所述第三透镜3的折射率，Vd3为所述第三透镜3的色散系数；Nd4为所述第四透镜4的折射率，Vd4为所述第四透镜4的色散系数；Nd5为所述第五透镜5的折射率，Vd5为所述第五透镜5的色散系数；Nd6为所述第六透镜6的折射率，Vd6为所述第六透镜6的色散系数。

所述光学成像***的光学总长TTL为9.0mm<TTL<10.0mm。

所述光学成像***的光圈F数为5.0<F<5.2。

下表为本发明广角微型内窥镜光学成像***的具体设计数据。

参照图2的光学传递函数图，本发明的成像面为1/4英寸CCD，其空间分辨率为78lp/mm，光学传递函数MTF为0.2时所对应的空间分辨率为光学***的最大分辨率，本发明广角微型内窥镜光学成像***在50°的视场角下，MTF达到0.5以上，超过1/4英寸CCD 78lp/mm的分辨率，满足1/4英寸CCD空间分辨率的要求。

参照图3的点列图，本发明通过对各透镜参数调整使得弥散斑在50°大视场角下依然保持在airy班以内，且RMS半径为0.938，GEO半径为2.194。

综上，本发明的光学***结构外径尺寸控制在8mm以内，满足免麻醉宫腔检查的仪器外径要求，在保证成像质量的前提下，尽量将结构做的微小，以减少应用在宫腔检查中对患者产生的痛苦。

以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims

1.一种广角微型内窥镜光学成像***，其特征在于包括六片共轴球面折射镜，沿光轴从物方到像方依次排序有：第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）、第四透镜（4）、第五透镜（5）、第六透镜（6）；所述第一透镜（1）的物面侧为平面，像面侧为凹面；所述第二透镜（2）的物面侧为凸面，像面侧为凸面；所述第三透镜（3）的物面侧为平面，像面侧为凸面；所述第四透镜（4）的物面侧为凹面，像面侧为凹面；所述第五透镜（5）的物面侧为凸面，像面侧为平面；所述第六透镜（6）的物面侧为凸面，像面侧为平面。

2.根据权利要求1所述的广角微型内窥镜光学成像***，其特征在于所述第一透镜（1）物面的曲率半径为R1，其范围为-100mm<R1<-120mm，像面的曲率半径为R2，其范围为0.8mm<R2<1.2mm；所述第二透镜（2）物面的曲率半径为R3，其范围为5mm<R3<6mm，像面的曲率半径为R4，其范围为-2.5mm<R4<-3.5mm；所述第三透镜（3）物面的曲率半径为R5，其范围为20mm<R5<25mm，像面的曲率半径为R6，其范围为-2mm<R6<-3mm；所述第四透镜（4）物面的曲率半径为R7，其范围为-3.8mm<R7<-4.6mm，像面的曲率半径为R8，其范围为3.0mm<R8<3.4mm；所述第五透镜（5）物面的曲率半径为R9，其范围为4.1mm<R9<4.5mm，像面的曲率半径为R10，其范围为-53.0mm<R10<-56.5mm；所述第六透镜（6）物面的曲率半径为R11，其范围为1.7mm<R11<2.1mm，像面的曲率半径为R12，其范围为-11mm<R12<-13mm。

3.根据权利要求1所述的广角微型内窥镜光学成像***，其特征在于所述第一透镜（1）上的光焦度为负；所述第二透镜（2）上的光焦度为正；所述第三透镜（3）上的光焦度为正；所述第四透镜（4）上的光焦度为负；所述第五透镜（5）上的光焦度为正；所述第六透镜（6）上的光焦度为正。

4.根据权利要求3所述的广角微型内窥镜光学成像***，其特征在于所述第一透镜（1）的焦距范围为-2mm<f1<-2.1mm；所述第二透镜（2）的焦距范围为3.5mm<f2<3.6mm；所述第三透镜（3）的焦距范围为4.6mm<f3<4.7mm；所述第四透镜（4）的焦距范围为-2.2mm≤f4<-2.3mm；所述第五透镜（5）的焦距范围为4.5mm<f5<4.6mm；所述第六透镜（6）的焦距范围为3.5mm<f6<3.6mm。

5.根据权利要求1所述的广角微型内窥镜光学成像***，其特征在于所述光学成像***还满足如下条件：1.50<Nd1<1.55;62<Vd1<66；1.60<Nd2<1.65;41<Vd2<45；1.50<Nd3<1.55;62<Vd3<66；1.76<Nd4<1.80;24<Vd4<28；1.86<Nd5<1.90;38<Vd5<42；1.47<Nd6<1.51;82<Vd6<86；其中，Nd1为所述第一透镜（1）的折射率，Vd1为所述第一透镜（1）的色散系数；Nd2为所述第二透镜（2）的折射率，Vd2为所述第二透镜（2）的色散系数；Nd3为所述第三透镜（3）的折射率，Vd3为所述第三透镜（3）的色散系数；Nd4为所述第四透镜（4）的折射率，Vd4为所述第四透镜（4）的色散系数；Nd5为所述第五透镜（5）的折射率，Vd5为所述第五透镜（5）的色散系数；Nd6为所述第六透镜（6）的折射率，Vd6为所述第六透镜（6）的色散系数。

6.根据权利要求1所述的广角微型内窥镜光学成像***，其特征在于所述光学成像***的光学总长TTL为9.0mm<TTL<10.0mm。

7.根据权利要求1所述的广角微型内窥镜光学成像***，其特征在于所述光学成像***的光圈F数为5.0<F<5.2。