物镜光学系统的制作方法

本发明涉及一种物镜光学系统。

背景技术：

内窥镜技术经历一百多年的发展，应用非常广泛。特别是目前有很多不同类型和大小的内窥镜及其系统，应用于工业结构件内部或生物体内可视化检查。工业内窥镜在各种恶劣的环境中（如高温深水、有毒区域等），更是不可或缺的快速检查手段；同时医疗内窥镜的临床应用，特别是微创手术中，更是减小了创伤开口，减轻了患者的痛苦，缩短了手术后恢复的时间，同时也减轻了医生的工作，提高可视化和科学数据化判断的诊断水平。

专利文献CN201050693187.5中记载一种内窥镜用物镜镜头，其自物体侧依次排列有负光焦度的弯月形状的第一透镜、正光焦度的弯月形状的第二透镜、光阑、正光焦度的双凸形状的第三透镜和物面侧为凸面的平凸形状的第四透镜，虽然实现口径的小径化，但其后截距太短，实际装配难度大，不具有良好的可实现性和良好的量产性。

专利文献CN200810217205中记载有由负的第一透镜组、光阑、正的第二透镜组构成，且第二透镜组由正透镜和胶合透镜组成形成四片结构的内窥镜镜头组件，采用胶合透镜组可以对色差进行较好的校正，但是口径过大且角度较小。

专利文献CN201520142687中记载了一种微小简易的内窥镜头，其由具有负光焦度的平凹透镜和正光焦度的双凸形透镜构成，结构简单，成本较低，但不能全面地校正球差、色差来实现胶合的成像效果，不适用于对成像效果要求高的系统中。

为了尽可能减小对患者伤口的大小或为了观察细小管道区域，期望谋求内窥镜物镜系统的口径的小径化，但由于光阑在物镜系统中间，谋求广角化的同时会带来入射侧口径的加大。因此，谋求小径化和广角化的兼得也成为技术上的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种物镜光学系统，具有小径化、视场广角大且像差校正良好的特点。

本发明公开的物镜光学系统所采用的技术方案是：一种物镜光学系统，自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组、光阑和具有正光焦度的第二透镜组，所述第一透镜组包括位于物体侧的第一透镜，满足以下条件式：

f/H(L1r1)<1.9；H(L1r1)/IMH<0.75；其中，f是该物镜光学系统的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高。

作为优选方案，所述第一透镜组还满足以下条件式：

-2.1<f_G1/f<-0.7 ；其中，f_G1是上述第一透镜组的焦距。

作为优选方案，所述第一透镜组自物体侧到像侧包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为像侧面为凹面的负透镜，所述第二透镜为像侧面为凸面的正透镜，所述第一透镜组满足以下条件式：

f2/f1<-2.5；f2/f >2.0；其中，f1是所述第一透镜的焦距，f2是所述第二透镜的焦距。

作为优选方案，所述第二透镜还满足以下条件式：

V2<35 ；V1-V2>10；其中，V1是第一透镜的阿贝数，V2是第二透镜的阿贝数。

作为优选方案，所述第二透镜组满足以下条件式：

0.7<f_G2/f<1.3；其中，f_G2是上述第二透镜组的焦距。

作为优选方案，所述第二透镜组自物体侧到像侧依次包括第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第三透镜为正透镜，所述第四透镜为像侧面为凸面的正透镜，所述第五透镜为像侧面为凸面的弯月状负透镜。

作为优选方案，所述第四透镜的像面侧与第五透镜的物面侧通过透明粘合胶胶合形成胶合体。

作为优选方案，所述第二透镜组还满足以下条件式：

f3/f<1.2 ；|f45/f|>3.4 ；其中f3是所述第三透镜的焦距，f45是第四透镜和第五透镜的组合焦距。

作为优选方案，所述第二透镜组还满足以下条件式：

V3>40;V4-V5>20；其中，V3是第三透镜的阿贝数，V4是第四透镜的阿贝数，V5是第五透镜的阿贝数。

作为优选方案，所述第一透镜组和第二透镜组还满足以下条件式：

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.02；|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)+1/(f5*V5)|<0.02;d_G12/f<0.09；其中，d_G12是第一透镜组和第二透镜组的轴向的空气间隔，f4是第四透镜的焦距，f5是第五透镜的焦距。

作为优选方案，所述第一透镜组和第二透镜组还满足以下条件式：

T2/TTL>0.13；BF/TTL>0.22 ;其中T2是第二透镜在光轴上的厚度，BF是第五透镜的像侧面到芯片在光轴上的距离，TTL是第一透镜物侧面到芯片在光轴上距离。

作为优选方案，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为球面透镜。

本发明公开的物镜光学系统的有益效果是：通过条件式f/H(L1r1)<1.9对物镜光学系统的焦距进行限定，更好地实现广角化，条件式H(L1r1)/IMH<0.75通过对常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度H(L1r1)与常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高IMH之间的比值进行限定，在实现小口径化的前提下，优化像面弯曲，并对轴外相差进行抑制，使得本发明提供的物镜光学系统，具有小径化、视场广角大且像差校正良好的特点。

附图说明

图1是本发明物镜光学系统的结构示意图；

图2是本发明物镜光学系统的光束入射示意图；

图3是本发明物镜光学系统实施例一的结构示意图；

图4是本发明物镜光学系统实施例一的像差曲线示意图；

图5是本发明物镜光学系统实施例二的结构示意图；

图6是本发明物镜光学系统实施例二的像差曲线示意图；

图7是本发明物镜光学系统实施例三的结构示意图；

图8是本发明物镜光学系统实施例三的像差曲线示意图；

图9是本发明物镜光学系统实施例四的结构示意图；

图10是本发明物镜光学系统实施例四的像差曲线示意图；

图11是本发明物镜光学系统实施例五的结构示意图；

图12是本发明物镜光学系统实施例五的像差曲线示意图；

图13是本发明物镜光学系统实施例六的结构示意图；

图14是本发明物镜光学系统实施例六的像差曲线示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明：请参考图1，一种物镜光学系统自物体侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组10、光阑30和具有正光焦度的第二透镜组20。附图标记40表示滤光片，主要是用于截止特定波长；50表示平板玻璃，主要保护传感器的感光面；60表示传感器的感光面。所述第一透镜组10由像侧面为凹面的负光焦度的第一透镜11和像侧面为凸面的正光焦度的第二透镜12构成，第二透镜组20由正光焦度的第三透镜21、正光焦度的第四透镜22和具有负光焦度、像侧面为凸面的弯月状的第五透镜23构成，所述第一透镜11、第二透镜12、第三透镜21、第四透镜22和第五透镜23均为球面透镜。

包括第一透镜组、光阑和第二透镜组的物镜光学系统满足以下条件式：

f/H(L1r1)<1.9；（1）

H(L1r1)/IMH<0.75；（2）

-2.1<f_G1/f<-0.7；（3）

f2/f1<-2.5；（4）

f2/f >2.0；（5）

V2<35；（6）

V1-V2>10；（7）

0.7<f_G2/f<1.3；（8）

f3/f<1.2；（9）

|f45/f|>3.4；（10）

V3>40；（11）

V4-V5>20；（12）

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.02；（13）

|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)+1/(f5*V5)|<0.02；（14）

d_G12/f<0.09；（15）

T2/TTL>0.13；（16）

BF/TTL>0.22；（17）

其中，f是该物镜光学系统的焦距，f1是第一透镜11的焦距，f2是第二透镜12的焦距，f3是第三透镜21的焦距，f4是第四透镜22的焦距，f5是第五透镜23的焦距，H(L1r1)是指常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组10的物体侧的面所对应的高度，IMH是常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高，f_G1是上述第一透镜组10的焦距，f_G2是第二透镜组20的焦距，V1是第一透镜11的阿贝数，V2是第二透镜12的阿贝数，V3是第三透镜21的阿贝数，V4是第四透镜22的阿贝数，V5是第五透镜23的阿贝数，f45是第四透镜22和第五透镜23的组合焦距，d_G12是第一透镜组10和第二透镜组20的轴向的空气间隔，T2是第二透镜12在光轴上的厚度，BF是第五透镜23的像侧面到芯片在光轴上的距离，TTL是第一透镜11物侧面到芯片在光轴上距离。

请参考图2，观察轴外光束可知，在第一透镜11的物侧面1中，来自广角的轴外光束以较大的入射角入射到第一透镜11的物侧面，经过第一透镜组10折射后经光阑压缩成较小的角度入射进入第二透镜组20，第一透镜组10具有负光焦度，将透过第一透镜组10的光束发散，第二透镜组20具有正光焦度，将透过第二透镜组20的光束会聚。由上述光线路径可看出减小物镜光学系统的焦距有利于物镜光学系统的广角化，但减小光学系统的焦距，则会产生较强的像面弯曲，且轴外相差抑制更加困难。因而条件式（1）通过对物镜光学系统的焦距进行限定，更好地实现广角化，条件式（2）通过对常规观察时最大像高对应的主光线通过第一透镜组的物体侧的面所对应的高度H(L1r1)与常规观察时对应的芯片感光面上的最大像高IMH之间的比值进行限定，在实现小口径化的前提下，优化像面弯曲，并对轴外相差进行抑制。

条件式（3）对第一透镜组的光角度进行限定，使物镜光学系统配置具有合理负光焦度的第一透镜组，既能实现物镜光学系统的小口径化，又不需配置具有较强正光焦度的第二透镜组，简化像差矫正，同时避免第一透镜组的负光焦度过少而导致物镜光学系统轴向长度太长。

条件式（4）和条件式（5）对第二透镜的正光焦度进行限定，可较好地校正轴外像差。

不同阿贝数的材料组合可更好地消除物镜光学系统的色差，通过条件式（6）和条件式（7）的限定第二透镜12与第一透镜11的阿贝数，对轴外光线的色差进行校正。

第二透镜组的光焦度太弱，则不能有效地会聚从第一透镜组射出的光线，光焦度过大，则增大轴外光焦度的像差，增加物镜光学系统的成本，通过条件式（8）对第二透镜组的光焦度进行限定，使其具有合理的正光焦度，可较好地校正像差和平衡成本。

第二透镜组自物侧到像侧依次包括第三透镜21、第四透镜22和第五透镜23, 所述第三透镜21为正透镜，主要用于会聚光线，所述第四透镜22为像侧面为凸面的正透镜，所述第五透镜23为像侧面为凸面的弯月状负透镜，第四透镜22的像侧面和第五透镜23的物侧面通过透明粘合胶胶合形成胶合体，用于消除像差，特别是色差。满足条件式（9）和条件式（10），不管第四透镜22和第五透镜23胶合或者分离，均能实现较好的像差校正。

阿贝数较大的材料制成的第三透镜21会减少新增像差，特别有利于轴外像差的校正，第四透镜22和第五透镜23配置阿贝数差值大的材料，更利于像差，特别是色差的校正，条件式（11）和条件式（12）对第三透镜21、第四透镜22和第五透镜23的阿贝数进行限定。为了更好地校正物镜光学系统的色差，条件式（13）、条件式（14）和条件式（15）对第一透镜组各透镜以及第二透镜组各透镜的焦距和阿贝数进行限定。减小第一透镜组和第二透镜组在轴上的空气间隔，有利于物镜光学系统口径的小型化。

为了配合芯片本身的特性，要求入射芯片上的主光线角度不能太大，条件式（16）和条件式（17）对第二透镜的厚度进行限定，减小光线的折射角度，减小入射到芯片的主光线的角度。

为了降低物镜光学系统的成本，构成物镜光学系统的各个透镜都选球面透镜。

以下，请参照图3-图14说明上述实施方案的物镜光学系统的实施例1-7，在各个实施例中，r表示曲率半径(单位mm)，如r1表示第一透镜物侧面的曲率半径，r2表示第一透镜像侧面的曲率半径，r3表示第二透镜物侧面的曲率半径，依次类推，d表示面间隔，如d1表示第一透镜物侧面和像侧面在光轴上的间隔，d2表示第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面在光轴上的间隔，依次类推，Nd表示相对d线的折射率，Vd表示相对d线的阿贝数。

实施例1：请参考图3实施例1的物镜光学系统的结构，在本实施例的物镜光学系统中，第一透镜为负透镜，第二透镜为光焦度较弱的正透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为正透镜，第五透镜为弯月负透镜。本实施例的各种像差曲线图请参考图4。

如下表1示出本实施例的物镜光学系统的各透镜数据。

表1

实施例2

请参考图5实施例2的物镜光学系统的结构，在本实施例的物镜光学系统中，第一透镜为负透镜，第二透镜为光焦度较弱的正透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为正透镜，第五透镜为弯月负透镜。请参考图6像差曲线图。

如下表2示出本发明的实施例2的物镜光学系统的透镜数据。

表2

实施例3

请参考图7实施例3的物镜光学系统的结构，在本实施例的物镜光学系统中，第一透镜为负透镜，第二透镜为光焦度较弱的正透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为正透镜，第五透镜为弯月负透镜。请参考图8像差曲线图。

以下表3示出实施例3的物镜光学系统的透镜数据。

表3实施例4：请参考图9实施例4的物镜光学系统的结构，在本实施例的物镜光学系统中，第一透镜为负透镜，第二透镜为光焦度较弱的正透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为正透镜，第五透镜为弯月负透镜。请参考图10像差曲线图。

如下表4示出实施例4的物镜光学系统的透镜数据。

表4实施例5：请参考图11实施例5的物镜光学系统的结构，在本实施例的物镜光学系统中，第一透镜为负透镜，第二透镜为光焦度较弱的正透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为正透镜，第五透镜为弯月负透镜。请参考图12像差曲线图。

如下表5示出实施例5的物镜光学系统的透镜数据。

表5实施例6：请参考图13实施例6的物镜光学系统的结构，在本实施例的物镜光学系统中，第一透镜为负透镜，第二透镜为光焦度较弱的正透镜，第三透镜为正透镜，第四透镜为正透镜，第五透镜为弯月负透镜，第四透镜和第五透镜胶合成一体。请参考图14像差曲线图。

以下出示本发明的实施例6的物镜光学系统的透镜数据。（胶合）

表6

由此可见，本发明能够提供谋求小径化的、广角且像差校正良好的物镜光学系统。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。