一种广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统的制作方法

一种广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统，所述广角镜头包括依次排列的透镜组合，所述透镜组合由依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜构成，其中，所述第一透镜为负透镜，所述第二透镜为正透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凹透镜，所述第六透镜为平凸透镜。本发明所提供的广角镜头结构简单优化，加工制造方便，易于与传像光纤组合构成窥镜系统应用在设备缝隙等各种小型空间；本发明提供的光纤窥镜系统能够有效地降低系统色差，大幅提高了大视域光纤窥镜系统的成像质量；本发明的广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统适于在大视域成像系统中应用。
【专利说明】一种广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及增大光纤窥镜系统视域的【技术领域】，尤其涉及一种广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统。
【背景技术】
[0002]光纤窥镜系统因其具有体积小、重量轻、易弯折的优点，可以对肉眼不易直接观察到的物体进行直接快速检查，而被广泛地应用于工业、安防、医疗等领域。但是，在现有的光纤窥镜系统的应用中，存在系统误差大、成像质量低的缺陷，因此，为满足观察者对图像的高质要求，亟需改进提高光纤窥镜系统的性能。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统，能够有效地降低系统色差，大幅提高光纤窥镜系统的成像质量。
[0004]本发明解决问题的技术方案是:提供一种广角镜头，包括依次排列的透镜组合，其中:所述透镜组合由依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜构成，其中，所述第一透镜为负透镜，所述第二透镜为正透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凹透镜，所述第六透镜为平凸透镜。
[0005]进一步地，所述第一透镜的凹面与所述第二透镜的凹面相邻并相对设置；所述第三透镜的一个凸面与所述第二透镜的凸面相对并相邻设置，所述第三透镜的另一个凸面与所述第四透镜的一个凸面相邻并相对设置；所述第四透镜的另一个凸面与所述第五透镜的一个凹面相连接，所述第五透镜的另一个凹面与所述第六透镜的凸面相邻并相对设置。
[0006]优选地，所述第一透镜为负弯月形透镜，所述第二透镜为正弯月形透镜。
[0007]进一步地，所述第四透镜的凸面与所述第五透镜的凹面相胶合连接。
[0008]进一步地，所述第一透镜的焦距为-2.74mm,所述第二透镜的焦距为8.12mm,所述第三透镜的焦距为-3.99mm，所述第四透镜的焦距为2.32mm，所述第五透镜的焦距为-1.17mm,所述第六透镜的焦距为4.32mm ;优选地,所述第一透镜的通光口径为3.2mm,中心厚度为Imm ;所述第二透镜的通光口径为2.8mm,中心厚度为Imm ;所述第三透镜的通光口径为3.1mm,中心厚度为1.3mm ;所述第四透镜的通光口径为3.1mm,中心厚度为1.281mm ；所述第五透镜的通光口径为3.1mm,中心厚度为1.262mm ;所述第六透镜的通光口径为
2.6mm,中心厚度为1.911mm。
[0009]进一步地，所述第一透镜的阿贝数为40.81或者更大，其折射率为1.88或者更大；所述第二透镜的阿贝数为66.2或者更大；所述第三透镜的折射率为1.80或者更大；所述第四透镜的阿贝数为55.68或者更大，其折射率为1.68或者更大；第五透镜的阿贝数为25.4或者更小，其折射率为1.81或者更高；第六透镜的折射率为1.80或者更高。优选地，所述第二透镜的折射率为1.53 ;第三透镜的阿贝数为44.3 ;第六透镜的阿贝数为46.8。
[0010]进一步地，所述第一透镜由H-ZLAF68重镧火石玻璃制成；所述第二透镜由P-PK53磷冕玻璃制成；所述第三透镜由ZLAFl重镧火石玻璃制成；所述第四透镜由LAK5镧冕玻璃制成；所述第五透镜由ZF7重火石玻璃制成；所述第六透镜由ZLAF2重镧火石玻璃制成。
[0011]进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均对450nm?850nm的光波段镀增透膜,其单面透过率>99% ;所述第一透镜至第六透镜的透镜组合整体的透过率>90%。
[0012]进一步地，所述透镜组合的焦距为1.5mm ;优选地，所述第一透镜与第二透镜的中心距为1.387mm ;所述第二透镜与第三透镜的中心距为0.03mm ;所述第三透镜与第四透镜的中心距为0.03mm ;所述第四透镜与第五透镜胶合连接在一起，其中心距为Omm ;所述第五透镜与第六透镜的中心距为0.26mm,所述各透镜的同轴中心偏差为±0.05mm。
[0013]本发明还提供了一种应用上述广角镜头设计的光纤窥镜系统，包括传像光纤和广角镜头。
[0014]进一步地，所述广角镜头的第六透镜的平面端紧贴于所述传像光纤端面设置。
[0015]优选地，在所述光纤窥镜系统中，由五组广角镜头依次排列组合构成。
[0016]应用本发明广角镜头，尤其是应用在光纤窥镜系统中，能够将全角110°视域内物体成像于光纤窥镜系统的传像光纤端面，使像耦合进光纤中，仅使用450nm?850nm的光波段即可实现；通过本发明广角镜头的应用，能够在30线对/mm的分辨率下达到全视场MTF优于0.15，15线对/mm的分辨率下达到全视场MTF优于0.40，从而有效降低系统色差，大幅提高成像质量；在本发明中，广角镜头的各面均为球面，未使用非球面设计，能够有效地降低的系统的加工难度，减小镜头体积。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明所提供的广角镜头设计新颖合理，结构简单优化，加工制造方便，体积小，易于与传像光纤组合构成窥镜系统应用在设备缝隙等各种小型空间；本发明提供的光纤窥镜系统能够有效地降低系统色差，大幅提高了大视域光纤窥镜系统的成像质量；总之，本发明的广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统适于在大视域成像系统中应用。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1为本发明广角镜头的结构示意图；
[0019]图2为本发明光纤窥镜系统中广角镜头沿着含光轴Z的截面示意图；
[0020]图3为本发明在O到55°视域范围实现的系统传递函数MTF曲线图；
[0021]图4为实施例2中本发明光纤窥镜系统的弥散斑图；
[0022]图5为实施例2中本发明光纤窥镜系统的调制传递函数图像；
[0023]图6为实施例3中本发明光纤窥镜系统的弥散斑图；
[0024]图7为实施例3中本发明光纤窥镜系统的调制传递函数图像。
[0025]图中所示: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。
【具体实施方式】
[0026]实施例1
[0027]如图1所示，本发明的一种广角镜头，包括依次排列的透镜组合，所述透镜组合由依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6构成，其中，第一透镜I为负透镜，第二透镜2为正透镜，第三透镜3为双凸透镜，第四透镜4为双凸透镜，第五透镜5为双凹透镜，第六透镜6为平凸透镜；其中:
[0028]第一透镜I的凹面与第二透镜2的凹面相邻并相对设置；第三透镜3的一个凸面与第二透镜2的凸面相对并相邻设置，第三透镜3的另一个凸面与第四透镜4的一个凸面相邻并相对设置；第四透镜4的另一个凸面与第五透镜5的一个凹面相连接，第五透镜5的另一个凹面与第六透镜6的凸面相邻并相对设置。
[0029]上述实施例中，为有效降低系统误差，提高成像质量，第一透镜I的焦距优选为-2.74mm，第二透镜2的焦距优选为8.12mm，第三透镜3的焦距优选为_3.99mm，第四透镜4的焦距优选为2.32mm，第五透镜5的焦距优选为-1.17mm，第六透镜6的焦距优选为
4.32mm ;较佳地，为保障上述效果得到实现，第一透镜I的通光口径为3.2mm,中心厚度为Imm ;第二透镜2的通光口径为2.8mm,中心厚度为Imm ;第三透镜3的通光口径为3.1mm,中心厚度为1.3mm ;第四透镜4的通光口径为3.1mm,中心厚度为1.281mm ;第五透镜5的通光口径为3.1mm,中心厚度为1.262mm ;第六透镜6的通光口径为2.6mm,中心厚度为1.911mm。
[0030]上述实施例中，为有效降低系统误差，提高成像质量，所述透镜组合的焦距为
1.5mm ;优选地，第一透镜I与第二透镜2的中心距为1.387mm ;第二透镜2与第三透镜3的中心距为0.03mm ;第三透镜3与第四透镜4的中心距为0.03mm ;第四透镜4与第五透镜5胶合连接在一起，其中心距为Omm ;第五透镜5与第六透镜6的中心距为0.26mm，所述各透镜的同轴中心偏差为±0.05mm。
[0031]上述实施例中，为更高效地降低系统色差，第一透镜I优选为负弯月形透镜，所述第一透镜I的阿贝数为40.81或者更大，其折射率为1.88或者更大；第二透镜2优选为正弯月形透镜，所述第二透镜2的阿贝数为66.2或者更大；所述第三透镜3的折射率为1.80或者更大；所述第四透镜4的阿贝数为55.68或者更大，其折射率为1.68或者更大；第五透镜5的阿贝数为25.4或者更小，其折射率为1.81或者更高；第六透镜6的折射率为1.80或者更高；其中，所述第二透镜2的折射率优选为1.53，第三透镜的阿贝数优选为44.3，第六透镜的阿贝数优选为46.8。
[0032]上述实施例中，为有效降低系统色差，增强广角镜头自身的机械稳定性和环境适应性，第一透镜I由H-ZLAF68重镧火石玻璃制成，第二透镜2由P-PK53磷冕玻璃制成，第三透镜3由ZLAFl重镧火石玻璃制成，第四透镜4由LAK5镧冕玻璃制成，第五透镜5由ZF7重火石玻璃制成，第六透镜6由ZLAF2重镧火石玻璃制成。
[0033]上述实施例中，为进一步增强透光效果，降低系统色差，提高成像质量，尤其是为充分保障实现如全角110°等大视域内的成像质量，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和第六透镜6均对450nm?850nm的光波段镀增透膜，其单面透过率>99% ;第一透镜I至第六透镜6的透镜组合整体的透过率>90%。
[0034]将上述本发明广角镜头应用到光纤窥镜系统中所组合成的光纤窥镜系统，包括传像光纤和上述广角镜头；优选地，所述广角镜头的第六透镜6的平面端紧贴于所述传像光纤端面设置；较佳地，在所述光纤窥镜系统中，由五组广角镜头依次排列组合构成。
[0035]具体地，在上述实施例中:如图1和图2所示，第一透镜I是凹凸形的球面凹透镜，其具有负光焦度，第一透镜I的阿贝数为40.81或者更大，其折射率为1.88或者更大，其中，40.81或者更大的阿贝数有利于色差的校正，较高的折射率可以使透镜的曲率半径增大，有利于透镜的形成，进一步有利于透镜的加工制造；第一透镜I的材料为重镧火石玻璃，能够利于保护广角镜头的内部，避免出现故障，并且具有对各种类型环境的抵抗力。第二透镜2是凹凸形的弯月透镜，其凹面面向物体侧，具有正的光焦度；第二透镜2的阿贝数为66.2或者更大，其折射率为1.53，66.2或者更大的阿贝数有利于进一步校正色差，选择折射率1.53、阿贝数66.2或者更大的冕玻璃材料，不但可以有利于校正色差，还有利于降低成本。第三透镜3是双凸透镜，面向物体侧的球面曲率大于面向像面侧的球面曲率，具有正的光焦度；第三透镜3的阿贝数为44.3，其折射率为1.80，或者更大，与第二透镜的阿贝数相对应，44.3左右的阿贝数能够配合第二透镜2校正色差；1.80或者更大的折射率双凸透镜能够有效地将角度比较大的光线收入后面的系统中，增大第三透镜3的曲率，更有利于透镜的形成。第四透镜4是双凸透镜，面向物体侧的球面曲率大于面向像面的球面曲率，具有正的光焦度；第四透镜4的阿贝数为55.68或者更大，其折射率为1.68或者更大，第四透镜4的阿贝数为55.68或者更大的阿贝数有利于与第五透镜胶合降低色差。第五透镜5为双凹透镜，面向物体侧的球面曲率大于面向像面的球面曲率，具有负的光焦度。第五透镜5的阿贝数为25.4或者更小，这样与第四透镜4胶合在一起可以更好的校正系统的色差。第五透镜5的折射率为1.81或者更高，有利于增大两球面的曲率半径，减小像差的引入。第六透镜6为平凸透镜，面向物体侧的为球面，面向像面侧的为平面，第六透镜6具有正的光焦度；第六透镜6的阿贝数是46.8，能够对前面透镜的系统色差进一步校正；第六透镜6的折射率为1.80或者更高，采用较高的折射率可以增大球面曲率，有利于透镜的形成；此外，第六透镜6只有一个凸面能够改变曲率,对系统色差和像差影响小,而第六透镜6靠近像平面一侧为平面，有利于系统与光纤端面接合，也有利于减小系统畸变。
[0036]如图2和图3所示，应用上述本发明的光纤窥镜系统时，以从物体侧起的顺序，第一透镜I至第六透镜6依次排列，第一透镜I的凸面朝向物体侧，第六透镜6的平面朝向像面侧，光束的传播方向由左往右，为正方向。如图1所示，在O到55°视域范围本发明应用了上述广角镜头的光纤窥镜系统实现的系统传函MTF曲线图中，纵轴为传函数，横轴为线对，由图1中的MTF曲线可知，本发明的广角镜头在30线对/mm的分辨率下全视场MTF优于0.15，15线对/mm的分辨率下全视场MTF优于0.40。；也充分说明本发明的广角镜头能够实现在全角110°范围内对物体成像，并将像耦合进光纤中。
[0037]应用本发明广角镜头，尤其是应用在光纤窥镜系统中，能够将全角110°视域内物体成像于光纤窥镜系统的传像光纤端面，使像耦合进光纤中，仅使用450nm?850nm的光波段即可实现；通过本发明广角镜头的应用，能够在30线对/mm的分辨率下达到全视场MTF优于0.15，15线对/mm的分辨率下达到全视场MTF优于0.40，从而有效降低系统色差，大幅提高成像质量；在本发明中，广角镜头的各面均为球面，未使用非球面设计，能够有效地降低系统的加工难度，与其它广角镜头相比，上述本发明的广角镜头体积极小，含机械件外径能够达到<4mm，传像光纤与之组成的窥镜系统可应用在各种小空间、设备缝隙的区域。
[0038]实施例2
[0039]如图1至图3所示，本发明的一种广角镜头及应用该广角镜头的光纤窥镜系统，其基本结构设置及应用同实施例1，其中，以光纤窥镜系统的焦距f=l.56mm、入瞳距D为0.9mm、f/D=l.67 (即 F-NO:1.67)，视场角(2 ω ) 110°、总长度 10.3mm、后焦距为 Omm 进一步说明本发明，各透镜面(SI至Sll)的参数见表1，关于系统的成像测试见图4和图5。
[0040]以从物体侧起的顺序，假设表面SI是第一透镜I的在物体侧的表面，表面S2是第一透镜I的在像平面侧的表面，表面S3是第二透镜2在物体侧的表面，S4是第二透镜2在像平面侧的表面，表面S5是第三透镜3在物体侧的表面，表面S6是第三透镜3在像平面侧的表面，表面S7是第四透镜4在物体侧的表面，表面S2是第一透镜I的在像平面侧的表面，表面SI是第一透镜I的在物体侧的表面，表面S8是第四透镜4在像平面侧的表面，也是第五透镜5在在物体侧的表面，表面S9是第五透镜5在像平面侧的表面，表面SlO是第六透镜6在物体侧的表面，表面Sll是第六透镜6在像平面侧的表面。光束的传播方向由左往右，为正方向。
[0041]表1
【权利要求】
1.一种广角镜头，包括依次排列的透镜组合，其特征在于:所述透镜组合由依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜构成，其中，所述第一透镜为负透镜，所述第二透镜为正透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凹透镜，所述第六透镜为平凸透镜。
2.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于:所述第一透镜的凹面与所述第二透镜的凹面相邻并相对设置；所述第三透镜的一个凸面与所述第二透镜的凸面相对并相邻设置，所述第三透镜的另一个凸面与所述第四透镜的一个凸面相邻并相对设置；所述第四透镜的另一个凸面与所述第五透镜的一个凹面相连接，所述第五透镜的另一个凹面与所述第六透镜的凸面相邻并相对设置。
3.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于:所述第四透镜的凸面与所述第五透镜的凹面相胶 合连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的广角镜头，其特征在于:所述第一透镜的焦距为-2.74mm ；所述第二透镜的焦距为8.12mm ；所述第三透镜的焦距为-3.99mm ；所述第四透镜的焦距为2.32mm ；所述第五透镜的焦距为-1.17mm ；所述第六透镜的焦距为4.32mm。
5.根据权利要求1、2或3所述的广角镜头，其特征在于:所述第一透镜的阿贝数为40.81或者更大，其折射率为1.88或者更大；所述第二透镜的阿贝数为66.2或者更大；所述第三透镜的折射率为1.80或者更大；所述第四透镜的阿贝数为55.68或者更大，其折射率为1.68或者更大；所述第五透镜的阿贝数为25.4或者更小，其折射率为1.81或者更高；所述第六透镜的折射率为1.80或者更高。
6.根据权利要求1、2或3所述的广角镜头，其特征在于:所述第一透镜由H-ZLAF68重镧火石玻璃制成；所述第二透镜由P-PK53磷冕玻璃制成；所述第三透镜由ZLAFl重镧火石玻璃制成；所述第四透镜由LAK5镧冕玻璃制成；所述第五透镜由ZF7重火石玻璃制成；所述第六透镜由ZLAF2重镧火石玻璃制成。
7.根据权利要求1、2或3所述的广角镜头，其特征在于:所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均对450nm~850nm的光波段镀增透膜，其单面透过率>99% ;所述第一透镜至第六透镜的透镜组合整体的透过率>90%。
8.根据权利要求1、2或3所述的广角镜头，其特征在于:所述透镜组合的焦距为1.5mm。
9.一种光纤窥镜系统，包括传像光纤和广角镜头，其特征在于:所述广角镜头为权利要求I至8中任一项所述的广角镜头。
10.根据权利 要求9所述的光纤窥镜系统，其特征在于:所述广角镜头的第六透镜的平面端紧贴于所述传像光纤端面设置。
【文档编号】G02B23/26GK103926678SQ201410155403
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】韩琦琦, 彭红攀, 朱文华, 王 琦 申请人:北京首量科技有限公司