一种红外广角内窥镜物镜光学系统技术方案

本实用新型专利技术属于内窥镜技术领域，具体为一种红外广角内窥镜物镜光学系统。本实用新型专利技术物镜光学系统，沿光轴从物面到像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜、光阑、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、成像面；所述第一透镜至第五透镜表面均为球面，系统采用像方远心、反远距结构设计，通过合理的搭配与结构优化，使得系统最大视场角达到120

【技术实现步骤摘要】
一种红外广角内窥镜物镜光学系统


[0001]本技术属于内窥镜
，具体涉及一种红外广角内窥镜物镜光学系统。

技术介绍

[0002]内窥镜技术是一种集光学、精密制造、图像处理、光电信息、材料和生物工程等高精尖学科为一体的综合技术。医用内窥镜自专利技术以来已经得到了非常广泛的应用，医生借助内窥镜可以非常直观高效地观察到人体内部器官的组织形态、病变情况等，极大地降低了手术对病人的伤害、有效控制手术风险。内窥镜自出现以来共经历了硬管式内窥镜、半曲式内窥镜、纤维内窥镜到电子内窥镜的发展。
[0003]随着医疗水平和内窥镜技术的发展，内窥镜在临床手术中的应用越来越广泛。特别在进行一些重要器官解剖结构观察的时候，需要在血液环境中进行观测，常见的可见光内窥镜则因为血液对可见光波段吸收与散射效应强烈的原因，导致可见光成像出现严重扭曲变形，且存在相对照度差等问题。血液对红外波段光信息的吸收和散射相对较弱，因此设计工作在红外波段的内窥镜系统对于手术过程的观测具有重要意义。然而现在的内窥镜镜头较为普遍存在的问题是视场角相对较小，不利于观测；镜头的接收孔径偏小，已有的一些大视场内窥镜系统采用的非球面和自由曲面结构设计，加工难度大。红外镜头设计大视场角的情况下面临结构复杂，尺寸偏大，成本过高等问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本技术的目的在于提供一种结构紧凑、具有广角特性、相对照度性能好、像方远心且工作在近红外波段的内窥镜物镜光学系统。
[0005]本技术提供的红外广角内窥镜物镜光学系统，其结构参见图1所示，系统采用像方远心、反远距结构，通过镜片结构的优化，在保证结构紧凑、镜片数少的情况下实现了广角、高相对照度，高远心度，能够和后继光纤传像束很好地进行协调耦合，且所有镜片均采用球面结构，大大降低了加工难度，节约了加工成本。
[0006]本技术提供的红外广角内窥镜物镜光学系统，包括沿光轴从物面到像面依次排设的：第一透镜1、光阑2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、成像面7；所述第一透镜1包括面向物面的第一表面11和面向像面的第二表面12；所述第二透镜3包括面向物面的第三表面31和面向像面的第四表面32；所述第三透镜4包括面向物面的第四表面32和面向像面的第五表面41；所述第四透镜5包括面向物面的第六表面51和面向像面的第七表面52；所述第五透镜6包括面向物面的第七表面52和面向像面的第八表面61。
[0007]进一步地，所述第一透镜1的光焦度为-0.25332mm-1
，所述第一表面11为凸球面，曲率半径为5.3246mm；所述第二表面12为凸球面，曲率半径为2.3753mm；所述第一透镜1的中心厚度为0.9502mm。
[0008]进一步地，所述第二透镜3的光焦度为 0.027513mm-1
，所述第三表面31为凸球面，
曲率半径为7.6271mm；所述第四表面32为凸球面，曲率半径为1.4567mm；所述第二透镜3的中心厚度为1.1573mm。
[0009]进一步地，所述第三透镜4的光焦度为 0.22451mm-1
，所述第五表面41为凹球面，曲率半径为-2.4894mm；所述第三透镜4的中心厚度为0.6328mm。
[0010]进一步地，所述第四透镜5的光焦度为
ꢀ-
0.06921mm-1
，所述第六表面51为凸球面，曲率半径为45.6842mm；所述第七表面52为凹球面，曲率半径为-1.6254mm；所述第四透镜5的中心厚度为2.1183mm。
[0011]进一步地，所述第五透镜6的光焦度为 0.21563mm-1
，所述第八表面61为凹球面，曲率半径为-2.5735mm；所述第五透镜6的中心厚度为0.8950mm。
[0012]进一步地，所述第二表面12和光阑2的中心间隔为5.9842mm,所述光阑2和第三表面31的中心间隔为0.1324mm,所述第五表面41和第六表面51的中心间隔为1.0359mm，所述第八表面61和成像面7之间的中心间隔为1.5968mm。
[0013]进一步地，所述第一透镜（1）的折射率n和阿贝数v分别为1.8706和41.1097；所述第二透镜（3）的折射率n和阿贝数v分别为1.8356和23.7699；所述第三透镜（4）的折射率n和阿贝数v分别为1.6835和53.3600；所述第四透镜（5）的折射率n和阿贝数v分别为1.5743和68.3786；所述第五透镜（6）的折射率n和阿贝数v分别为1.7452和27.4780。
[0014]进一步地，所述第一透镜1的净口径为4.0000mm，所述第二透镜3的净口径为0.6650mm，所述第三透镜4的净口径为0.9961，所述第四透镜5的净口径为1.4874mm，所述第五透镜6的净口径为1.6830mm。
[0015]进一步地，所述第二透镜3和第三透镜4胶合为双胶合透镜，所述第四透镜5和第五透镜6胶合为双胶合透镜。所述第一透镜1将物空间的光线进行压缩保证了后续镜头的小尺寸，所述双胶合透镜的结合能够大大减小系统的像差，提高成像面7接收图像的质量。
[0016]进一步地，所述物镜光学系统的工作波段是1.2-1.8μm，全视场在空间分辨率21lp/mm处均大于0.75，成像面相对照度大于99%，有效焦距为0.797mm，F数为4，像方数值孔径NA为0.1238，最大视场角为120
°
，最大系统孔径为8mm，系统总长14.32mm，像面尺寸为3mm，与后继光纤传像束相匹配。
[0017]与现有技术相比，本技术具有以下优点和有益效果：
[0018]（1）本技术根据现有内窥镜成像系统的不足，设计了一种红外广角内窥镜物镜光学系统，通过采用像方远心、反远距的结构，能够保证光学系统和后继光纤传像束进行耦合，同时大大减小了系统的尺寸；
[0019]（2）本技术通过对第一透镜至第五透镜结构的优化以及光阑位置的调整，将系统的视场角提升至120
°
，系统在工作时无需反复移动镜头转换视角进行观测，大大提高了工作效率。系统工作在1.2-1.8μm近红外波段的情况下，能够保证在极限分辨率21lp/mm处MTF数值均大于0.75，且全视场的相对照度大于99%；
[0020]（3）本技术设计一种红外广角内窥镜物镜光学系统，所有的透镜均采用球面结构设计，系统最大尺寸为8mm，大大降低了加工难度，节约了加工成本。
附图说明
[0021]图1为本技术的一种红外广角内窥镜物镜光学系统的结构示意图。
[0022]图2为本技术实施例中的衍射圈入能量示意图。
[0023]图中标号：1为第一透镜，2为光阑，3为第二透镜，4为第三透镜，5第四透镜，6为第五透镜，7成像面，11为第一表面，12为第二表面，31为第三表面，32为第四表面，41为第五表面，51为第六表面，52为第七表面，61本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外广角内窥镜物镜光学系统，其特征在于，包括沿光轴从物面到像面依次排设的第一透镜（1）、光阑（2）、第二透镜（3）、第三透镜（4）、第四透镜（5）、第五透镜（6）、成像面（7）；其中，所述第一透镜（1）包括面向物面的第一表面（11）和面向像面的第二表面（12）；所述第二透镜（3）包括面向物面的第三表面（31）和面向像面的第四表面（32）；所述第三透镜（4）包括面向物面的第四表面（32）和面向像面的第五表面（41）；所述第四透镜（5）包括面向物面的第六表面（51）和面向像面的第七表面（52）；所述第五透镜（6）包括面向物面的第七表面（52）和面向像面的第八表面（61）。2.根据权利要求1所述的红外广角内窥镜物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜（1）的光焦度为-0.25332mm-1
，所述第一表面（11）为凸球面，曲率半径为5.3246mm；所述第二表面（12）为凸球面，曲率半径为2.3753mm；所述第一透镜（1）的中心厚度为0.9502mm。3.根据权利要求1所述的红外广角内窥镜物镜光学系统，其特征在于，所述第二透镜（3）的光焦度为 0.027513mm-1
，所述第三表面（31）为凸球面，曲率半径为7.6271mm；所述第四表面（32）为凸球面，曲率半径为1.4567mm；所述第二透镜（3）的中心厚度为1.1573mm。4.根据权利要求1所述的红外广角内窥镜物镜光学系统，其特征在于，所述第三透镜（4）的光焦度为 0.22451mm-1
，所述第五表面（41）为凹球面，曲率半径为-2.4894mm；所述第三透镜（4）的中心厚度为0.6328mm。5.根据权利要求1所述的红外广角内窥镜物镜光学系统，其特征在于，所述第四透镜（5）的光焦度为
ꢀ-
0.06921mm-1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令豹，彭星，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：