内窥镜的光学成像系统的制作方法

本发明涉及一种光学成像系统，具体涉及一种内窥镜的光学成像系统。
背景技术：
：内窥镜由末端的成像物镜、中段的转像系统和近端的目镜组成，其中成像物镜对内窥镜的成像性能起着决定性的作用。医疗诊断和手术要求内窥镜具有大视场，高分辨率，低畸变和细径化的特点，给内窥镜的物镜成像系统和转像系统提出高要求。现有的内窥镜光学系统有的是由平凹负透镜、转向棱镜、平凸透镜、后续胶合透镜组成，它是通过物镜组中正负透镜的位置优化矫正系统的畸变，但是未给出所能实现的相对畸变值；有的是采用蓝宝石材料的内窥镜物镜设计，它是由两个平凸镜构成，最大光学畸变为20％。综上现有的内窥镜光学系统，都不能很好地矫正大视场光学畸变和同时保证全视场内的光学高清成像。鉴于此，急需研发一种大视场硬管内窥镜光学系统，它具有低畸变和全视场内高清成像的特点。技术实现要素：本发明的目的是：提供一种具有高清晰分辨率和畸变小于5％的光学成像性能的内窥镜的光学成像系统。为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种内窥镜的光学成像系统，包括沿光线传播方向且依次胶合为一体的物镜系统、中继镜系统和目镜系统，所述中继镜系统位于物镜系统和目镜系统之间；其创新点在于：所述物镜系统为反远距结构，且物镜系统包括沿光线传播方向依次相胶合的第一保护窗、第一平凹镜、转向棱镜、第一平凸透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第三双胶合透镜和第二平凸透镜；所述中继镜系统包括n组的中继镜组，且每组中继镜组均为双远心结构，所述中继镜组是由两个五胶合棒状镜对称排列构成，且两个五胶合棒状镜之间的中心处设有孔径光阑，所述五胶合棒状镜由弯月凹镜、第二平凹透镜、棒状镜、第三平凹镜和第一凸透镜胶合而成，其中，n为奇数；所述目镜系统为物方远心结构，且目镜系统包括沿光线传播方向相胶合的第一三胶合透镜、第二三胶合透镜、第二凸透镜、第二保护窗和第二孔径光阑；所述物镜系统的第二平凸透镜位于中继镜系统一端的弯月凹镜的外侧，目镜系统的第一三胶合透镜位于中继镜系统另一端的第一凸透镜的外侧。在上述技术方案中，所述物镜系统的转向棱镜内设有第一孔径光阑。在上述技术方案中，所述物镜系统的第一保护窗、第一平凹镜、转向棱镜、第一平凸透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第三双胶合透镜和第二平凸透镜依次用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合而成。在上述技术方案中，所述五胶合棒状镜的弯月凹镜、第二平凹透镜、棒状镜、第三平凹镜和第一凸透镜依次用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合而成。在上述技术方案中，所述目镜系统的第一三胶合透镜、第二三胶合透镜、第二凸透镜、第二保护窗和第二孔径光阑依次用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合而成。在上述技术方案中，所述目镜系统的第一三胶合透镜和第二三胶合透镜均是由三个透镜用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合。在上述技术方案中，所述物镜系统的第一保护窗为石英玻璃或者是蓝宝石。在上述技术方案中，所述目镜系统的第二保护窗为石英玻璃或者是蓝宝石。本发明所具有的积极效果是：采用本发明的内窥镜的光学成像系统后，由于本发明所述物镜系统为反远距结构，且物镜系统包括沿光线传播方向依次相胶合的第一保护窗、第一平凹镜、转向棱镜、第一平凸透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第三双胶合透镜和第二平凸透镜；所述物镜系统中具有正的光焦度的透镜与具有负的光焦度的透镜接合而成的双胶合透镜,能够良好地校正轴上及轴外的色像差；所述中继镜系统包括n组的中继镜组，且每组中继镜组均为双远心结构，所述中继镜组是由两个五胶合棒状镜对称排列构成，且两个五胶合棒状镜之间的中心处设有孔径光阑，所述五胶合棒状镜由弯月凹镜、第二平凹透镜、棒状镜、第三平凹镜和第一凸透镜胶合而成，其中，n为奇数；所述目镜系统为物方远心结构，且目镜系统包括沿光线传播方向相胶合的第一三胶合透镜、第二三胶合透镜、第二凸透镜、第二保护窗和第二孔径光阑；由于本发明所述物镜系统为反远距结构，目镜系统为物方远心结构，以保证和中继镜系统的光瞳衔接，并根据直接通过目镜观察所需要的视场和后端摄影系统对视场的要求，确定目镜组的焦距；本发明具有的优点是：一、腹腔镜为大视场系统，本发明的物镜系统中采用一片平凹镜，通过非球面的优化设计，使得物镜的光学畸变小于5％，同时在全视场内实现了1920*1080高清晰成像；二、内窥镜的中继系统要求不引人新的像差和高光能透过率，本发明采用完全一样的棒状镜构成的中继镜系统达到此目的；两个严格对称排布的棒状镜构成一组双远心光学系统，垂轴像差得到很好地矫正。采用相同的棒状镜，有利于元件的加工制造。附图说明图1为本发明的内窥镜的光学成像系统的结构示意图；图2为本发明的物镜系统的结构示意图；图3为本发明的棱镜组合结构示意图；图4为本发明的中继镜系统的结构示意图；图5为本发明的的目镜系统示意图；图6为本发明的内窥镜的光学成像系统的mtf曲线图；图7为本发明的内窥镜的光学成像系统的畸变曲线图；图8为本发明的内窥镜的光学成像系统的像面照度曲线图。具体实施方式以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。如图1、2、3、4、6、7、8所示，一种内窥镜的光学成像系统，包括沿光线传播方向且依次胶合为一体的物镜系统1、中继镜系统2和目镜系统3，所述中继镜系统2位于物镜系统1和目镜系统3之间；所述物镜系统1为反远距结构，且物镜系统1包括沿光线传播方向依次相胶合的第一保护窗11、第一平凹镜12、转向棱镜13、第一平凸透镜14、第一双胶合透镜15、第二双胶合透镜16、第三双胶合透镜17和第二平凸透镜18；所述中继镜系统2包括n组的中继镜组，且每组中继镜组均为双远心结构，所述中继镜组是由两个五胶合棒状镜对称排列构成，且两个五胶合棒状镜之间的中心处设有孔径光阑，所述五胶合棒状镜由弯月凹镜21、第二平凹透镜22、棒状镜23、第三平凹镜24和第一凸透镜25胶合而成，其中，n为奇数；所述目镜系统3为物方远心结构，且目镜系统3包括沿光线传播方向相胶合的第一三胶合透镜31、第二三胶合透镜32、第二凸透镜33、第二保护窗34和第二孔径光阑35；所述物镜系统1的第二平凸透镜18位于中继镜系统2一端的弯月凹镜21的外侧，目镜系统3的第一三胶合透镜31位于中继镜系统2另一端的第一凸透镜25的外侧。如图3所示，本发明所述物镜系统1的转向棱镜13内设有第一孔径光阑，所述第一孔径光阑的入瞳位于物镜的前焦面处构成像方远心光路。保证了像面照度均匀和与双远心结构的中继镜系统2的瞳孔衔接。如图2所示，本发明所述物镜系统1的第一保护窗11、第一平凹镜12、转向棱镜13、第一平凸透镜14、第一双胶合透镜15、第二双胶合透镜16、第三双胶合透镜17和第二平凸透镜18依次用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合而成。这样设计的好处是：平凹镜将大视场的光束的入射角迅速减小，减小了高级像差，后续镜片对残余像差进行平衡。本发明所述五胶合棒状镜的弯月凹镜21、第二平凹透镜22、棒状镜23、第三平凹镜24和第一凸透镜25依次用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合而成。这样设计的好处是：保证棒状镜在高温消毒时不发生变形。本发明所述目镜系统3的第一三胶合透镜31、第二三胶合透镜32、第二凸透镜33、第二保护窗34和第二孔径光阑35依次用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合而成。这样设计的好处是：目镜将中间像面的小尺寸成像放大，同时出瞳与人眼或者后续卡口匹配，目镜平衡了物镜与棒镜组合后的残余像差。本发明所述目镜系统3的第一三胶合透镜31和第二三胶合透镜32均是由三个透镜用紫外光敏胶或者甲醇胶或者光学环氧胶胶合。这样设计的好处是：能够平衡色差。其中数据如下表：序号曲率半径r面间隔d折射率n阿贝数vd617.63532.0229.162-9.1741.31.7328.4632.652.21.5377646.8781.4第一三胶合透镜(31)序号曲率半径r面间隔d折射率n阿贝数vd65-2.651.91.931.366-2.691.11.7234.7679.0942.91.6855.268-6.670.5第二三胶合透镜(32)本发明所述物镜系统1的第一保护窗11为石英玻璃或者是蓝宝石。这样设计的好处是：蓝宝石硬度达到了9，石英的硬度为7.5，有效起到了保护作用。本发明所述目镜系统3的第二保护窗34为石英玻璃或者是蓝宝石。这样设计的好处是：蓝宝石硬度达到了9，石英的硬度为7.5，有效起到了保护作用。如图2所示，本发明所述物镜系统1的设计一方面有益于75°大视场像差的矫正，另一方面增加了镜头的后工作距离；所述物镜系统1的转向棱镜13内设有第一孔径光阑，所述第一孔径光阑的入瞳位于物镜的前焦面处构成像方远心光路，保证了像面照度均匀和与双远心结构的中继镜系统的瞳孔衔接。对于不同长度规格要求的腹腔镜，中继镜系统2可由奇数组的上述中继镜组组成。如图2所示，本发明所述物镜系统1中，通过适当的保持平凸镜的厚度，能够很好的矫正像散等轴外像差，同时，具有正的光焦度的透镜与具有负的光焦度的透镜接合而成的第一双胶合透镜能够良好地校正轴上及轴外的色像差。如图3所示，本发明的所述中继镜系统2中，凹镜矫正轴向像差，凸镜承担光焦度。如图4所示，本发明所述目镜系统3设计为物方远心结构，以保证和前端中继镜系统2的光瞳衔接，并根据直接通过目镜观察所需要的视场和后端摄影系统对视场的要求，确定目镜组的焦距。本发明所述目镜系统3的视场角2ω＝15.19°，出瞳直径3.7mm，出瞳距离8mm。如图1所示，下表1为实施例的设计数据。其中，1～17的物面为物镜结构参数，优化设计时要控制其中凹面的半径使其平台具有足够的宽度，以便于胶合后不漏水。18～59的物面为转向系统结构参数，物镜系统的像方焦点与转向系统的物方焦点重合，构成双远心系统，由于是双远圆心光路，隔圈厚度误差对图像质量影响小。表1：由于内窥镜的成像面为微创表面，为了能够避免创面黏连影响手术时的视觉观测与操作，需做鼓气处理，因此物面设为球形弧面。如图6、7、8所示，是本发明的镜的mtf曲线、畸变曲线、像面照度曲线图，本发明公开了一种外径为6mm和75°视场的内窥镜的光学成像系统，具有高清晰分辨率和畸变小于0.5％的光学成像性能。所述物镜系统中，通过适当的保持平凸镜的厚度，能够很好的矫正像散等轴外像差，同时，具有正的光焦度的透镜与具有负的光焦度的透镜接合而成的第一双胶合透镜,能够良好地校正轴上及轴外的色像差，通过对它的优化设计，很好地提供了全视场内的高清晰成像。所述的棒状镜转像系统，由奇数组的棒状镜组组成，单个五胶合棒状镜由弯月凹镜、平凹透镜、棒状镜、平凹镜和凸透镜胶合而成，其中，两片凹镜很好地矫正了轴向像差；两个对称设置的棒状镜构成一组双远心结构的中继镜组。所述目镜系统为物方远心结构，根据后端摄影系统的要求，满足视场角2ω＝15.19°。因此，本发明的硬管式腹腔镜的光学系统具有高清晰、低畸变、75°视场的光学成像性能。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。当前第1页12