可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的制作方法

技术领域：
：本发明涉及超广角光学系统成像
技术领域：
，特别是一种可用于胶囊内镜的超广角镜头。
背景技术：
：近年来，越来越多的领域不仅需要高分辨力的图像，还需要很大的拍摄范围，尤其是将其应用于胶囊内镜镜头的设计中，可以真正实现消化道内窥镜“胶囊式”，轻小的“胶囊”让受检者轻松检查，也真正实现了无创无痛，特别是对老人、幼童或病情严重者有着极大地帮助。这样就使得它在近年来几乎呈现出爆发式的发展，这就刺激了对高分辨率、微型化、超广角镜头的巨大需求。由于在镜头的成像视场角大的情况下，它能够实现全空域包容和全时域实时信息的获取，这是普通的光学系统无法达到的视场范围。但是目前应用于胶囊内镜的镜头一般视场角小、成像性能较差，最重要的是镜头的尺寸相对比较大，这样就使得在实际应用中效果不太好。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是针对目前胶囊内镜的镜头存在的问题，提供一种可用于胶囊内镜的超广角镜头系统，其具有大视场角、大光圈、微型化、像面均匀性好、成像质量好、结构及加工相对简单的特点。为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种可用于胶囊内镜的超广角镜头系统，沿光轴方向从物方起包括第一透镜组、孔径光阑以及第二透镜组，第一透镜组包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜，第二透镜组包括具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜以及光焦度为零的第八透镜；所述第八透镜为平行平板，所述孔径光阑位于第三透镜和第四透镜之间。进一步地，上述第一透镜朝向物方的光学面采用非球面设计，朝向像方的光学面采用球面设计；以及其余透镜的朝向物方和像方的光学面均采用球面设计，光学面的坐标系如图5所示，第一透镜朝向物方的光学面的非球面面型系数满足二次圆锥曲面方程式，(1)上式中，、、为光学表面上的任意一点的坐标，，表示光学面o点处的曲率半径，是决定光学面面型的系数。当时，光学面为非球面，具体分类如下：当、、和时，光学面的面型分别为扁椭圆面、长椭圆面、抛物面和双曲面；如果，则光学面为球面。进一步地，上述第一透镜朝向物方的光学面的面型系数为-15.62，朝向像方的光学面的面型系数为-1；其余透镜的朝向物方和像方的光学面的面型系数均为-1。镜头的可视场角为160°，总焦距为0.319mm，f/#值为2.5，总长度为8.385mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。进一步的，上述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的材料分别为lakn13(n=1.6935)、sf5(n=1.6727)、sf5(n=1.6727)、lakn13(n=1.6935)、sf5(n=1.6727)、sk55(n=1.6204)、sk55(n=1.6204)、n-bk7(n=1.5168)。在本发明中，利用第一透镜组中具有负光焦度的第一透镜和第二透镜将系统的大视场角进行压缩到后面透镜能够接受的视场角范围，保证了该镜头系统的大视场角拍摄；另外，镜头系统中用到的镜头材料种类比较少以及仅有1个光学面采样偶次非球面设计，这样就使得镜头在设计过程中加工成本较低，本发明镜头具有大视场角、大光圈、微型化、像面均匀性好、成像质量好、结构合理及加工简单的特点。附图说明图1是本发明可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的结构示意图；图2是本发明可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的调制传递函数（mtf）曲线图；图3是本发明可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的相对照度图；图4是本发明可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的光路图；图5是透镜光学面的坐标系图；图中：1-第一透镜；2-第二透镜；3-第三透镜；4-第四透镜；5-第五透镜；6-第六透镜；7-第七透镜；8-第八透镜；10-第一透镜组；20-孔径光阑；30-第二透镜组。具体实施方式：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详细地描述：如图1所示，本发明可用于胶囊内镜的超广角镜头系统，沿光轴方向从物方起包括第一透镜组10、孔径光阑20以及第二透镜组30，第一透镜组10包括具有负光焦度且朝向物方和像方的光学面均凸向物方的第一透镜1、具有负光焦度且朝向物方的光学面为平面及朝向像方的光学面凸向物方的第二透镜2、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方及朝向像方的光学面凸向像方的第三透镜3，第二透镜组30包括具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方及朝向像方的光学面凸向像方的第四透镜4、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方及朝向像方的光学面凸向物方的第五透镜5、具有负光焦度且朝向物方和像方的光学面均凸向像方的第六透镜6、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方及朝向像方的光学面凸向像方的第七透镜7、具有光焦度为零且朝向物方和像方的光学面均为平面的第八透镜8。所述第八透镜8为平行平板，所述孔径光阑20位于第三透镜3和第四透镜4之间。所述可用于胶囊内镜的超广角镜头系统，所述第一透镜1朝向物方的光学面采用非球面设计，朝向像方的光学面采用球面设计；以及其余透镜的朝向物方和像方的光学面均采用球面设计。光学面的坐标系如图5所示，第一透镜朝向物方的光学面的非球面面型系数满足二次圆锥曲面方程式，(1)上式中，、、为光学表面上的任意一点的坐标，，表示光学面o点处的曲率半径，是决定光学面面型的系数。当时，光学面为非球面，具体分类如下：当、、和时，光学面的面型分别为扁椭圆面、长椭圆面、抛物面和双曲面；如果，则光学面为球面。所述可用于胶囊内镜的超广角镜头系统，上述第一透镜朝向物方的光学面的面型系数为-15.62，朝向像方的光学面的面型系数为-1；其余透镜的朝向物方和像方的光学面的面型系数均为-1。镜头的可视场角为160°，总焦距为0.319mm，f/#值为2.5，总长度为8.385mm，可探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。所述第一透镜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、第七透镜7、第八透镜8的材料分别为lakn13(n=1.6935)、sf5(n=1.6727)、sf5(n=1.6727)、lakn13(n=1.6935)、sf5(n=1.6727)、sk55(n=1.6204)、sk55(n=1.6204)、n-bk7(n=1.5168)。图2和图3分别为可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的调制传递函数（mtf）曲线和相对照度。从图2可以得到该镜头的成像质量非常高；另外，根据图3能够得到该镜头的相对照度非常高。本实施例所述的一种可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的结构参数见表1。表1可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的结构参数光学表面半径(mm)厚度(mm)折射率材料s17.1680.5781.6935lakn13s23.9801.129s3无限0.2321.6727sf5s41.2503.020s57.4060.8201.6727sf5s6-3.4231.030孔径光阑无限0.142s70.6560.1431.6935lakn13s8-14.3560.145s9-0.5670.0891.6727sf5s100.8350.124s11-3.5510.1191.6204sk55s12-0.4780.056s131.9560.0821.6204sk55s14-1.8310.056s16无限0.0861.5168n-bk7s17无限0.53418(像平面)无限上表中，沿光轴方向从物平面到像平面，s1、s2分别对应为第一透镜的朝向物方和像方的光学面；s3、s4分别对应为第二透镜的朝向物方和像方的光学面；以此类推。上述第一透镜与第二透镜的空气间隔、第二透镜与第三透镜的空气间隔、第三透镜与孔径光阑的空气间隔、孔径光阑与第四透镜的空气间隔、第四透镜与第五透镜的空气间隔、第五透镜与第六透镜的空气间隔、第六透镜与第七透镜的空气间隔、第七透镜与第八透镜的空气间隔分别是：1.129mm、3.020mm、1.030mm、0.142mm、0.145mm、0.124mm、0.056mm、0.056mm。图4是根据图1所示可用于胶囊内镜的超广角镜头系统的光路图。综上所述，借助于发明的上述技术方案，可以使得镜头的像面均匀性更好，成像质量更高，结构紧凑，更加便于加工和安装。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以验证本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改。等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12