一种可安装于胃镜装置的大视场鱼眼镜头的制作方法

本发明涉及光学技术领域，特别在医疗检测中内窥镜的应用，具体是一种可用于胃镜等医疗设备装置的大视场鱼眼镜头。

技术背景

胃镜检查是诊断食道、胃和十二指肠疾病的一种可靠方法。传统胃镜使用一条直径为一厘米左右的软管包裹光导纤维，纤维前端装有内窥镜。检查时将软管从口中经食道伸入胃和十二指肠。由于光导纤维只能点对点进行观察，造成目前的胃镜成像装置存在视场范围过小、软管直径过大的缺点，若要全面检查需要控制镜头在食道和胃中不断调整角度。由于软管直径过大，调整角度时给病人带来极大的不适。

鱼眼镜头是一种视场角大于140°，甚至超过半球视场的一种光学系统。传统的鱼眼镜头往往在镜头数量和成像质量之间无法兼得，加工非球面时由于找不到最佳非球面而造成成像质量不理想和选取的非球面数量过多，增加了加工成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对已有技术的缺陷，提供一种可安装于胃镜装置的大视场鱼眼镜头，具有结构简单、视场范围大、成像质量好、尺寸小等特点。为达到上述目的，本发明的构思是：将具有负-正-正-负的基础对称结构进行透镜分裂复杂化，然后找出对像差影响较大的表面进行非球面优化。确定影响最大的三个表面分别为第一、第二和第六透镜朝向物方的一面，非球面系数分别为7.113、3.872、0.988 。

根据上述发明构思，采用下述技术方案：

一种可安装于胃镜装置的大视场鱼眼镜头，包括一个由6片透镜组成的透镜组，所述透镜组的6片透镜从物方至像方依次排列为：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；其特征在于：所述第一透镜和第二透镜为具有负光焦度的凸面朝向物方凹面朝向像方的透镜；所述第三透镜为具有正光焦度的凸面朝向物方凹面朝向像方的球面透镜；所述第四透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜；所述第五透镜为具有负光焦度的凹面朝向物方凸面朝向像方的球面透镜；所述第六透镜为具有正光焦度的双凸透镜；其中第一、第二和第六透镜朝向物方的一面为非球面，朝向像方的一面为球面；该非球面的结构满足：。式中，是坐标原点处的曲率半径；是面型系数，对于、、、和时，方程分别代表扁椭圆面、球面、长椭圆面、抛物面和双曲面。

所述透镜组的焦距为0.392mm，相对孔径F 数为2.8。

所述透镜组系统总长为6.971mm，最大直径为5.460mm，所述透镜组的全视场为174°。

所述透镜组第一、第二和第六透镜朝向物方的一面为非球面，非球面系数分别为7.113、3.872、0.988 。

所述透镜组第一透镜的材料折射率n=1.6127，阿贝数ν=58.63；第二透镜的材料折射率n=1.6967，阿贝数ν=56.42；第三透镜的材料折射率n=1.9176，阿贝数ν=21.51；第四透镜的材料折射率n=1.5225，阿贝数ν=59.48；第五透镜的材料折射率n=1.5891，阿贝数ν=61.27；第六透镜的材料折射率n=1.4918，阿贝数ν=57.44。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著地技术进步：

将本发明的镜头封装后安装在包裹光导纤维的软管，可把软管最大处直径控制在6mm以内，和一般药用胶囊直径相近。进行胃镜检查时，直接把软管伸入，无需调整角度即可观察到前方几乎全部视场，具有结构简单、视场范围大、结构尺寸非常小的特点。

整个光学系统玻璃材料从左往右依次为SK4（n=1.6127）、LAK31（n=1.6967）、SF58（n=1.9176）、N-K5（n=1.5225）、N-SK5（n=1.5891）和PMMA（n=1.4918）。

附图说明

图1为胃镜软管与镜头装配示意图。

图2为具有对称结构的负-正-正-负的基础模块示意图。

图3为鱼眼镜头光学系统示意图。

图4为半视场角0°、40°、85°时本光学系统的点列图。

图5 为本光学系统的场曲曲线示意图。

图6为本光学系统的MTF曲线示意图。

具体实施方式

本发明的优选实例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1和图3，本可安装于一种可安装于胃镜装置的大视场鱼眼镜头，包括一个由6片透镜组成的透镜组，所述透镜组的6片透镜从物方至像方依次排列为：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；其特征在于：所述第一透镜和第二透镜为具有负光焦度的凸面朝向物方凹面朝向像方的透镜；所述第三透镜为具有正光焦度的凸面朝向物方凹面朝向像方的球面透镜；所述第四透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜；所述第五透镜为具有负光焦度的凹面朝向物方凸面朝向像方的球面透镜；所述第六透镜为具有正光焦度的双凸透镜；其中第一、第二和第六透镜朝向物方的一面为非球面，朝向像方的一面为球面；该非球面的结构满足：。式中，是坐标原点处的曲率半径；是面型系数，对于、、、和时，方程分别代表扁椭圆面、球面、长椭圆面、抛物面和双曲面。

实施例二：

参见图1-图6，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述透镜组的焦距为0.392mm，相对孔径F 数为2.8。

所述透镜组系统总长为6.971mm，最大直径为5.460mm，所述透镜组的全视场为174°。

所述透镜组第一、第二和第六透镜朝向物方的一面为非球面，非球面系数分别为7.113、3.872、0.988 。

所述透镜组第一透镜的材料折射率n=1.6127，阿贝数ν=58.63；第二透镜的材料折射率n=1.6967，阿贝数ν=56.42；第三透镜的材料折射率n=1.9176，阿贝数ν=21.51；第四透镜的材料折射率n=1.5225，阿贝数ν=59.48；第五透镜的材料折射率n=1.5891，阿贝数ν=61.27；第六透镜的材料折射率n=1.4918，阿贝数ν=57.44。

实施例三：

如图1所示的胃镜软管与镜头装配图，本实施例有光源 、鱼眼镜头、光导纤维和软管外壳。与传统胃镜检查相比，使用鱼眼镜头作为内窥镜，直接把软管伸入检查部位，无需调整角度即可观察到前方几乎全部视场，可缩短检查时间，减小病人痛苦。将光导纤维最前端置于本鱼眼镜头的像面处，如图3所示，距离最后一个光学面0.875mm，光导纤维直径设置为最大像高h=0.896mm即可观察到前方174°视场范围的物体。

光学系统由6片透镜组成，所述透镜组包括物方至像方依次排列的：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、第六透镜6。其特征为：所述第一透镜1和第二透镜2为具有负光焦度的凸面朝向物方凹面朝向像方的透镜；所述第三透镜3为具有正光焦度的凸面朝向物方凹面朝向像方的球面透镜；所述第四透镜4为具有正光焦度的双凸球面透镜；所述第五透镜5为具有负光焦度的凹面朝向物方凸面朝向像方的球面透镜；所述第六透镜6为具有正光焦度的双凸透镜；其中第一透镜1、第二透镜2和第六透镜6朝向物方的一面为非球面，朝向像方的一面为球面。

如图2所示，负-正-正-负对称结构为基础模块进行透镜分裂复杂化，得到结构相对简单的初始结构，进而根据算法编写优化程序对初始结构进行非球面优化，确定影响最大的三个表面分别为图3第一透镜1、第二透镜2和第六透镜6朝向物方的一面，非球面系数分别为7.113、3.872、0.988 。

光学系统总焦距为：EFL=0.392mm。

光学系统总长度：L=6.971mm。

全视场角：0°≤2ω≤174°。

主波长：0.58756。

相对孔径：F/#=2.8。

本光学系统的结构参数见表1。