一种大视场大景深内窥镜物镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 现有的电子内窥镜通常都是采用微型图像传感器如CXD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。
[0003] 美国专利US005936778A公开了一种负焦距型内窥镜物镜，其前组凹透镜系统由 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Ll和L2组成的前组凹透镜，由镜头L3和L5组成的后方凸透镜 系统及插入其中的孔径光阑，确保了长后焦点至少是整个系统复合焦距的三倍。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】
[0004] 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。
[0005] 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：
[0006] -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。
[0007] 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。
[0008] 优选的，所述的前透镜组的焦距为负，全视场为110度。
[0009] 优选的，所述第一透镜的近物面是平面，且光学材料要求nl>l. 7, VD40。
[0010] 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系统。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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〇
[0016] 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系统，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 组满足像方远心系统，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 且能和光纤系统很好的耦合。
[0017] 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系统较好耦合的优点，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】
[0018] 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；
[0019] 图2为图1实施例中的内窥镜物镜的光线传播示意图；
[0020] 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；
[0021] 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；
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 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；
[0026] 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；rl-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，rl〇-第四透的负透镜出光面，rll-第五透镜进光面，rl2_第五透镜出光面。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
[0028] 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-〇. 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系统，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。
[0029] 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〇. 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〇. 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。
[0030] 特别的，所述第一透镜1的近物面rl是平面，且光学材料要求nl>l. 7, VD40,满足 内窥镜镜头的使用要求。
[0031] 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 镜组构成反远距系统，使本实施例中的内窥镜物镜的全市场达到了 110度。
[0032] 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系统，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 系统很好的耦合。
[0033] 本实施例中的内窥镜物镜，结构参数如下：
[0034]
[0035]
[0036] 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。
[0037] 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1601p/mm处大于0· 4。
[0038] 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1601p/mm处大于0. 15,满 足成像要求。
[0039] 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1601p/mm处大于0. 15,满足成像要求。
[0040] 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。
【主权项】
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，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。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〇. 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2所述的大视场大景深内窥镜物镜，其特征在于：所述第一透镜的近物 面是平面，且光学材料要求nl>l. 7,V1M0。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系统。6. 如权利要求5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。7. 如权利要求5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。8. 如权利要求1-7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。9. 如权利要求8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。10. 如权利要求9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。
【专利摘要】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，形成反远距系统,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系统，照度均匀性高，能和光纤系统很好的耦合，而且在对准平面(物面)达到衍射极限。
【IPC分类】G02B23/24, G02B13/06, G02B13/22, G02B13/04
【公开号】CN104914560
【申请号】CN201510268868
【发明人】姚鹏
【申请人】姚鹏
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月22日