CN105278094A - 一种硬管内窥镜光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于硬管内窥镜技术领域，具体涉及一种硬管内窥镜光学系统。本发明的硬管内窥镜光学系统沿光路方向依次包括物镜、光学转像系统、视频系统和CCD靶面：物镜对物体成倒像；光学转像系统对所述倒像进行转像，在视频系统的物方焦面上成正立实像；视频系统将所述正立实像成像到CCD靶面上。本发明解决了现有硬管内窥镜光学系统使用透镜数量过多、生产成本过高的技术问题，采用视频系统补偿成像畸变，使用透镜数量和胶合面显著减少，大幅节约光学系统加工成本。

Description

一种硬管内窥镜光学系统

技术领域

本发明属于硬管内窥镜技术领域，具体涉及一种低成本硬管内窥镜光学系统。

背景技术

如图1所示，硬管内窥镜光学系统包含三部分：OBJ为硬管内窥镜物镜，其对物体成倒像；REL为硬管内窥镜光学转像系统，其对物镜所成的像重新1:1成像，经多次转像后最终在硬管内窥镜目镜物方焦面处成正立的实像；OCU为硬管内窥镜目镜，观察者可通过其观察前述正立实像

常用硬管内窥镜光学转像系统含有多组结构相同的转像透镜组，采用双胶合或三胶合透镜，其中一片为Hopkins棒状透镜，这些转像透镜组将物镜所成的像多次成像，增加光学系统总长，以满足硬管内窥镜工作长度的要求。

图2至图4分别表示现有技术中不同光学结构形式的常用硬管内窥镜光学转像系统结构示意图。

图2为早期硬管内窥镜光学转像系统结构图，该种结构由一对双胶合薄透镜组构成，光阑位于中间，垂轴像差得到良好校正。但由于采用薄透镜组，系统光能透过率较低，且在装配时镜片容易倾斜，从而影响系统像质。

图3和图4所示的硬管内窥镜光学转像系统，均为Hopkins提出棒状镜转像系统后，各企业使用的不同结构形式。这些转像结构与图2所示结构相比，光能透过率高，对于尿道膀胱镜等超细硬管内窥镜来讲，像面亮度明显提高。

图3所示硬管内窥镜光学转像系统中Hopkins棒状透镜一端与焦距为负的薄负透镜相胶合，薄透负镜使用高折射率、高色散的光学玻璃，用于校正轴向色差，但不能校正场曲。这种硬管内窥镜光学转像系统优点是结构简单，缺点在于Hopkins棒状透镜非胶合面半径大，用传统的光学加工工艺加工比较困难。

图4所示硬管内窥镜光学转像系统中Hopkins棒状透镜两端与焦距为负的薄负透镜相胶合，薄负透镜使用高折射率、高色散的光学玻璃，用于校正轴向色差，但不能校正场曲。这种硬管内窥镜光学转像系统优点是采用对称结构，Hopkins棒状透镜两端的薄透镜结构参数相同，Hopkins棒状透镜球面半径小，加工相对来讲比较容易；缺点是胶合面多，胶合时容易偏心，胶合面对图像质量影响大。

综上所述，为了校正硬管内窥镜色差，现有技术中每一组转像透镜组均单独配置薄负透镜校正色差，整个硬管内窥镜转像系统的光学元件数量剧增，加工费用大幅增加。以尿道膀胱镜为例，需要5组转像透镜组，使用双胶合透镜时，镜片数量为20片；使用三胶合透镜时，透镜数量达30片。

硬管内窥镜主要用于医学诊断或微创手术，使用后需要高温灭菌，高温灭菌会使内窥镜图像质量下降，缩短内窥镜使用寿命，而高温灭菌或消毒不彻底又将导致交叉感染，因此最理想的解决方案是使用一次性手术器械和一次性内窥镜，手术完成后马上销毁。

对于一次性硬管内窥镜来讲，光学系统成本是关键，现有硬管内窥镜涉及透镜数量达30余片，导致内窥镜成本过高，无法低成本大量生产。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有硬管内窥镜光学系统使用透镜数量过多，生产成本过高。

本发明的技术方案如下所述：

一种硬管内窥镜光学系统，沿光路方向依次包括物镜和光学转像系统，物镜对物体成倒像，光学转像系统对所述倒像进行转像；所述硬管内窥镜光学系统还包括视频系统和CCD靶面，倒像经光学转像系统转像后在视频系统的物方焦面上成正立实像，视频系统将所述正立实像成像到CCD靶面上。

作为优选方案：所述光学转像系统包括奇数个转像透镜组和若干个光阑：每个转像透镜组包括沿光路方向前后设置的两个Hopkins棒状透镜；每个转像透镜组两个Hopkins棒状透镜中间设置一个光阑，构成双远心系统。

作为优选方案：所述转像透镜组中，每个Hopkins棒状透镜前后两端球面半径相同。

作为优选方案：所述转像透镜组中，Hopkins棒状透镜采用单片正透镜。

作为优选方案：所述视频系统包括沿光路方向前后设置的前胶合透镜和后胶合透镜组，前胶合透镜的像方焦点与后胶合透镜组的物方焦点重合，形成双远心光学系统，放大倍率是后胶合透镜组与前胶合透镜焦距的比值。

作为优选方案：所述前胶合透镜为双胶和透镜；所述后胶合透镜组的结构为沿光路方向顺序排列的双胶合透镜、单片负透镜和单片正透镜。

作为优选方案：所述物镜采用直视物镜或斜视物镜。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的硬管内窥镜光学系统，采用视频系统补偿成像畸变，使用透镜数量和胶合面显著减少，大幅节约光学系统加工成本；

(2)本发明的硬管内窥镜光学系统，光能损失降低，光能透过率、对比度和清晰度将显著提高，有效避免了加工误差导致的图像质量下降。

附图说明

图1为现有技术硬管内窥镜光学系统示意图；

图2至图4为现有技术中不同形式的光学转像系统结构示意图；

图5为本发明光学转像系统中一个转像透镜组和一个光阑；

图6为本发明的光学转像系统结构示意图；

图7为本发明的硬管内窥镜光学系统结构示意图。

图中，1-物镜，2-Hopkins棒状透镜，3-光学转像系统，4-视频系统，5-CCD靶面，6-光阑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种硬管内窥镜光学系统进行详细说明。

如图7所示，本发明的硬管内窥镜光学系统沿光路方向依次包括物镜1、光学转像系统3、视频系统4和CCD靶面5：物镜1对物体成倒像；光学转像系统3对所述倒像进行转像，在视频系统4的物方焦面上成正立实像；视频系统4将所述正立实像成像到CCD靶面5上。

所述物镜1采用现有技术中的物镜1，可以采用直视物镜1或斜视物镜1。

如图5、图6所示，所述光学转像系统3包括奇数个转像透镜组和若干个光阑6：每个转像透镜组包括沿光路方向前后设置的两个Hopkins棒状透镜2，每个Hopkins棒状透镜2前后两端球面半径相同；每个转像透镜组两个Hopkins棒状透镜2中间设置一个光阑6，构成双远心系统。

本实施例中，所述Hopkins棒状透镜2采用单片正透镜。

所述Hopkins棒状透镜2和光阑6参数如下表所示：

所述视频系统4包括沿光路方向前后设置的前胶合透镜和后胶合透镜组，使前胶合透镜的像方焦点与后胶合透镜组的物方焦点重合，形成双远心光学系统，放大倍率是后胶合透镜组与前胶合透镜焦距的比值。所述前胶合透镜为双胶和透镜；所述后胶合透镜组的结构为沿光路方向顺序排列的双胶合透镜、单片负透镜和单片正透镜。

所述视频系统4各透镜参数如下表所示：

图5所示光学转像系统3仅包含两个Hopkins棒状透镜2，系统结构简单，没有胶合面，光能透过率高，但该结构无法校正轴向色差，系统像质不理想，光学转像系统3的色差、场曲和畸变不能被物镜1完全补偿。本专利系统结构通过视频系统4的加入，实现了物镜1、光学转像系统3和视频系统4三者像差的联合校正，完全补偿了系统的色差、场曲和畸变，提升了系统的成像质量。

机械设计时，既可以将物镜1、光学转像系统3设计成一个整体，作为一次性内窥镜使用；也可以将物镜1、光学转像系统3、视频系统4设计成一个整体，作为硬管电子内窥镜使用。

Claims (7)

1.一种硬管内窥镜光学系统，沿光路方向依次包括物镜(1)和光学转像系统(3)，物镜(1)对物体成倒像，光学转像系统(3)对所述倒像进行转像；其特征在于：硬管内窥镜光学系统还包括视频系统(4)和CCD靶面(5)，倒像经光学转像系统(3)转像后在视频系统(4)的物方焦面上成正立实像，视频系统(4)将所述正立实像成像到CCD靶面(5)上。

2.根据权利要求1所述的硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述光学转像系统(3)包括奇数个转像透镜组和若干个光阑(6)：每个转像透镜组包括沿光路方向前后设置的两个Hopkins棒状透镜(2)；每个转像透镜组两个Hopkins棒状透镜(2)中间设置一个光阑(6)，构成双远心系统。

3.根据权利要求2所述的硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述转像透镜组中，每个Hopkins棒状透镜(2)前后两端球面半径相同。

4.根据权利要求2或3所述的硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述转像透镜组中，Hopkins棒状透镜(2)采用单片正透镜。

5.根据权利要求1或2所述的硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述视频系统(4)包括沿光路方向前后设置的前胶合透镜和后胶合透镜组，前胶合透镜的像方焦点与后胶合透镜组的物方焦点重合，形成双远心光学系统，放大倍率是后胶合透镜组与前胶合透镜焦距的比值。

6.根据权利要求5所述的硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述前胶合透镜为双胶和透镜；所述后胶合透镜组的结构为沿光路方向顺序排列的双胶合透镜、单片负透镜和单片正透镜。

7.根据权利要求1或2所述的硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述物镜(1)采用直视物镜(1)或斜视物镜(1)。