CN107748435A - 具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统 - Google Patents
具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及内窥镜，尤其涉及具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统。沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、以及第九透镜；通过将第一透镜至第九透镜进行合理的搭配，利用各个镜片自身结构的特点，使得镜头的视场角达到230°，在像面的CCD或CMOS上的成像，可以观察到更大范围的画面，在狭小的内脏空间内而不用频繁的移动镜头来转换视角进行观察拍摄，提高了工作效率。
Description
【技术领域】
本申请涉及内窥镜，尤其涉及具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统。
【背景技术】
内窥镜是目前医疗领域常用的一种医疗器械，由可弯曲部分，光源及镜头组成。使用时，将内窥镜导入到需检查的病变部位，后端连接光电传感器CCD或者CMOS，将病变部位的图像信息通过镜头的成像，成像在光电传感器上，供医生直观的判别病变部位的变化及直接在可视状态下进行精准的手术。因此，镜头成像质量的好坏就影响了内窥镜的使用效果。而对镜头来说，主要是视场角、分辨率和照度的因素，随着鱼眼镜头的发展和高像素芯片的出现，将超大广角的鱼眼镜头也应用到内窥镜上面，有利于提高了工作效率。
【发明内容】
为解决现有技术中内窥镜可使角度小的问题，本申请提供了具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统。
本申请是通过以下技术方案实现的：
具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、以及第九透镜；
所述第一透镜物面侧为凸面，像面侧为凸面；
所述第二透镜物面侧为平面，像面侧为凸面；
所述第三透镜物面侧为凹面，像面侧为凸面；
所述第四透镜物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第五透镜物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第六透镜物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第七透镜物面侧为凹面，像面侧为凸面；
所述第八透镜物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第九透镜物面侧为凸面，像面侧为平面。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，还满足如下条件：
(1)1.70<Nd1<1.90；20<Vd1<40；
(2)1.70<Nd2<1.90；35<Vd2<50；
(3)1.70<Nd3<1.90；35<Vd3≤50；
(4)1.80<Nd4<1.95；20<Vd4<35；
(5)1.50<Nd5<1.75；20<Vd5<40；
(6)1.65<Nd6<1.75；30<Vd6<65；
(7)1.80<Nd7<1.95；20<Vd7<35；
(8)1.70<Nd8<1.85；35<Vd8<55；
(9)1.70<Nd9<1.85；30<Vd9<55；
其中，Nd1为第一透镜的折射率，Vd1为第一透镜的色散系数；Nd2为第二透镜的折射率，Vd2为第二透镜的色散系数；Nd3为第三透镜的折射率，Vd3为第三透镜的色散系数；Nd4为第四透镜的折射率，Vd4为第四透镜的色散系数；Nd5为第五透镜的折射率，Vd5为第五透镜的色散系数；Nd6为第六透镜的折射率，Vd6为第六透镜的色散系数；Nd7为第七透镜的折射率，Vd7为第七透镜的色散系数；Nd8为第八透镜的折射率，Vd8为第八透镜的色散系数；Nd9为第九透镜的折射率，Vd9为第九透镜的色散系数。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，所述第一透镜的光焦度为负，其焦距f1为-5.8mm。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，所述第二透镜的光焦度为负，其焦距f2为-3.6mm。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，述第三透镜的光焦度为负，其焦距f3为-3.3mm。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，所述第四透镜的光焦度为正，其焦距f4为6mm。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，所述第五透镜的光焦度为正，其焦距f5为5.6mm。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，所述第六透镜的光焦度为正，其焦距f6为4.2mm。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，所述第七透镜的光焦度为负，其焦距f7为-2.6mm。
如上所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，所述第八透镜的光焦度为正，其焦距f7为3.7mm。
与现有技术相比，本申请有如下优点：
1、本申请提供了具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，通过将第一透镜至第九透镜进行合理的搭配，利用各个镜片自身结构的特点，使得镜头的视场角达到230°，在像面的CCD或CMOS上的成像，可以观察到更大范围的画面，在狭小的内脏空间内而不用频繁的移动镜头来转换视角进行观察拍摄，提高了工作效率。
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统的结构示意图。
图2为本申请的成像示意图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本申请的MTF传递函数曲线图；
图5为本申请的色差控制图；
图6为本申请的光斑直径图。
【具体实施方式】
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请是通过以下技术方案实现的：
如图1至图6所示，具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：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、第七透镜7、第八透镜8、以及第九透镜9；其特征在于，
所述第一透镜1物面侧为凸面，像面侧为凸面；
所述第二透镜2物面侧为平面，像面侧为凸面；
所述第三透镜3物面侧为凹面，像面侧为凸面；
所述第四透镜4物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第五透镜5物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第六透镜6物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第七透镜7物面侧为凹面，像面侧为凸面；
所述第八透镜8物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第九透镜9物面侧为凸面，像面侧为平面。
通过将第一透镜1至第九透镜9进行合理的搭配，利用各个镜片自身结构的特点，使得镜头的视场角达到230°，在像面的CCD或CMOS上的成像，可以观察到更大范围的画面，在狭小的内脏空间内而不用频繁的移动镜头来转换视角进行观察拍摄，提高了工作效率。
进一步地，所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统还满足如下条件：
(1)1.70<Nd1<1.90；20<Vd1<40；
(2)1.70<Nd2<1.90；35<Vd2<50；
(3)1.70<Nd3<1.90；35<Vd3≤50；
(4)1.80<Nd4<1.95；20<Vd4<35；
(5)1.50<Nd5<1.75；20<Vd5<40；
(6)1.65<Nd6<1.75；30<Vd6<65；
(7)1.80<Nd7<1.95；20<Vd7<35；
(8)1.70<Nd8<1.85；35<Vd8<55；
(9)1.70<Nd9<1.85；30<Vd9<55；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Vd1为第一透镜1的色散系数；Nd2为第二透镜2的折射率，Vd2为第二透镜2的色散系数；Nd3为第三透镜3的折射率，Vd3为第三透镜3的色散系数；Nd4为第四透镜4的折射率，Vd4为第四透镜4的色散系数；Nd5为第五透镜5的折射率，Vd5为第五透镜5的色散系数；Nd6为第六透镜6的折射率，Vd6为第六透镜6的色散系数；Nd7为第七透镜7的折射率，Vd7为第七透镜7的色散系数；Nd8为第八透镜8的折射率，Vd8为第八透镜8的色散系数；Nd9为第九透镜9的折射率，Vd9为第九透镜9的色散系数。不同的折射率材料的镜片色散系数也不同，折射率越高色散系数越低，利用各个镜片属性的不同进行合理搭配后，光线到像面后的色散范围较小，使得内窥镜镜头的成像更清楚。
又进一步地，所述第一透镜1光焦度为负，其焦距-6mm<f1<-4mm,其优选焦距f1为-5.8mm。所述第一透镜1的折射率Nd1优选1.77，色散系数Vd1优选28，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
再进一步地，所述第二透镜2光焦度为负，其焦距-4mm<f2<-3mm,其优选焦距f2为-3.6mm。所述第二透镜2的折射率Nd2优选1.78，色散系数Vd2优选50，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
还进一步地，所述第三透镜3光焦度为负，其焦距-4mm<f3<-3mm,其优选焦距f3为-3.3mm。所述第三透镜3的折射率Nd3优选1.78，色散系数Vd3优选50，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
具体地，所述第四透镜4光焦度为正，其焦距5mm<f4<7mm,其优选焦距f4为6mm。所述第四透镜4的折射率Nd4优选1.90，色散系数Vd4优选23，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
具体地，所述第五透镜5光焦度为正，其焦距5mm<f5<7mm,其优选焦距f5为5.6mm。所述第五透镜5的折射率Nd5优选1.70，色散系数Vd5优选35，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
具体地，所述第六透镜6光焦度为正，其焦距4mm<f6<6mm,其优选焦距f6为4.2mm。所述第六透镜6的折射率Nd6优选1.72，色散系数Vd6优选55，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
具体地，所述第七透镜7光焦度为负，其焦距-3mm<f7<-2mm,其优选焦距f7为-2.6mm。所述第七透镜7的折射率Nd7优选1.90，色散系数Vd7优选23，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
更具体地，所述第六透镜6的像面侧与第七透镜7的物面侧粘合成为组合透镜，其焦距f67为-6.3mm。有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
具体地，所述第八透镜8光焦度为正，其焦距3mm<f8<5mm,其优选焦距f8为3.7mm。所述第八透镜8的折射率Nd8优选1.80，色散系数Vd8优选45，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
具体地，所述第九透镜9光焦度为正，其焦距4mm<f9<6mm,其优选焦距f9为4.7mm。所述第九透镜9的折射率Nd9优选1.72，色散系数Vd9优选48，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
又具体地，所述第九透镜9后还设有滤光片11以及保护玻璃12，有利于使光学系统或镜头形成清晰影像。
具体地，在本实施例中，本光学镜头的各项基本参数如下表所示：
上表中，沿光轴从物面到像面10，S1、S2对应为第一透镜1的两个表面；S3、S4对应为第二透镜2的两个表面；S5、S6对应为第三透镜3的两个表面；S7、S8对应为第四透镜4的两个表面；S9、S10对应为第五透镜5的两个表面；STO是光阑所在位置；S11、S12对应为第六透镜6的两个表面；S13、S14对应为第七透镜7的两个表面；S15、S16对应为第八透镜8的两个表面；S17、S18对应为第九透镜9的两个表面。
从图2、图3、图4、图5、图6中可以看出，本光学系统具有良好的光学性能，光线经过本光学系统汇聚后，在像面的CCD上的成像范围很小，各个波段在最后汇聚到单个像素点上面内并无光线汇聚至其余像素点。
本申请提供了具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，通过将第一透镜1至第九透镜9进行合理的搭配，利用各个镜片自身结构的特点，使得镜头的视场角达到230°，在像面的CCD或CMOS上的成像，可以观察到更大范围的画面，在狭小的内脏空间内而不用频繁的移动镜头来转换视角进行观察拍摄，提高了工作效率。而且整体尺寸小，方便使用，采用九片玻璃透镜组合的结构，分辨率高，可以达到500万像素的成像效果，使拍摄的画面更清晰，有利于医生更精确的进行判断。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本申请的具体实施只局限于这些说明。凡与本申请的方法、结构等近似、雷同，或是对于本申请构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：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)、第七透镜(7)、第八透镜(8)、以及第九透镜(9)；其特征在于，
所述第一透镜(1)物面侧为凸面，像面侧为凸面；
所述第二透镜(2)物面侧为平面，像面侧为凸面；
所述第三透镜(3)物面侧为凹面，像面侧为凸面；
所述第四透镜(4)物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第五透镜(5)物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第六透镜(6)物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第七透镜(7)物面侧为凹面，像面侧为凸面；
所述第八透镜(8)物面侧为凸面，像面侧为凹面；
所述第九透镜(9)物面侧为凸面，像面侧为平面。
2.根据权利要求1所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，还满足如下条件：
(1)1.70<Nd1<1.90；20<Vd1<40；
(2)1.70<Nd2<1.90；35<Vd2<50；
(3)1.70<Nd3<1.90；35<Vd3≤50；
(4)1.80<Nd4<1.95；20<Vd4<35；
(5)1.50<Nd5<1.75；20<Vd5<40；
(6)1.65<Nd6<1.75；30<Vd6<65；
(7)1.80<Nd7<1.95；20<Vd7<35；
(8)1.70<Nd8<1.85；35<Vd8<55；
(9)1.70<Nd9<1.85；30<Vd9<55；
其中，Nd1为第一透镜(1)的折射率，Vd1为第一透镜(1)的色散系数；Nd2为第二透镜(2)的折射率，Vd2为第二透镜(2)的色散系数；Nd3为第三透镜(3)的折射率，Vd3为第三透镜(3)的色散系数；Nd4为第四透镜(4)的折射率，Vd4为第四透镜(4)的色散系数；Nd5为第五透镜(5)的折射率，Vd5为第五透镜(5)的色散系数；Nd6为第六透镜(6)的折射率，Vd6为第六透镜(6)的色散系数；Nd7为第七透镜(7)的折射率，Vd7为第七透镜(7)的色散系数；Nd8为第八透镜(8)的折射率，Vd8为第八透镜(8)的色散系数；Nd9为第九透镜(9)的折射率，Vd9为第九透镜(9)的色散系数。
3.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的光焦度为负，其焦距f1为-5.8mm。
4.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜(2)的光焦度为负，其焦距f2为-3.6mm。
5.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第三透镜(3)的光焦度为负，其焦距f3为-3.3mm。
6.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第四透镜(4)的光焦度为正，其焦距f4为6mm。
7.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第五透镜(5)的光焦度为正，其焦距f5为5.6mm。
8.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第六透镜(6)的光焦度为正，其焦距f6为4.2mm。
9.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第七透镜(7)的光焦度为负，其焦距f7为-2.6mm。
10.根据权利要求1或2所述的具有超广角的鱼眼内窥镜光学系统，其特征在于，所述第八透镜(8)的光焦度为正，其焦距f7为3.7mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180302 |