一种实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统设计方法技术方案

本申请涉及一种实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统设计方法，包括如下步骤：步骤1：确定参数，离散视场，输出相对畸变值；步骤2：计算有限距成像组中对应的离散物高和相对畸变；步骤3：计算有限距成像组应实现的实际像高；步骤4：物镜组和棒镜中继组后面同轴配置有限距成像组，构成硬性内窥镜光学系统，验证硬性内窥镜光学系统畸变相抵消情况。本申请设计合理，使用方便，通过物镜组、棒镜中继组、有限距成像组组合成一种实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统，相比于在透镜尺寸严格限制的物镜组和棒镜中继组中进行畸变校正的设计方法，加工、装配难度更低。装配难度更低。装配难度更低。

【技术实现步骤摘要】
一种实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统设计方法


[0001]本申请涉及一种实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统设计方法，主要适用于硬性内窥镜光学系统设计。

技术介绍

[0002]硬性内窥镜对目标成像时，目标光线依次经过物镜组、棒镜中继组、目镜组、摄像适配器，最终在图像探测器上成像。传统硬性内窥镜光学系统将物镜组、棒镜中继组、目镜组合成光学视管一体设计制造，摄像适配器单独设计制造，两部分独立校正像差，最后通过机械卡口连接。医生在进行微创手术时，物镜组、棒镜中继组大部分需插入人体，该部分透镜口径小、视场大、畸变大；目镜距离卡口较近，一般不会插入人体，透镜尺寸可以适当加大，视场较小，基本不会引入畸变；摄像适配器亦不需插入人体，透镜口径没有严格限制，视场相对较小，畸变会得到较好的校正。当大畸变的物镜组与棒镜中继组组合和极小畸变的目镜组、摄像适配器一起使用时，最后的图像也具有大畸变，相对畸变通常在20％以上。对大畸变的校正常规方法有光学校正和图像校正两种，图像校正损失一定的分辨率，光学校正通常使用非球面或者在不使用非球面的情况下增加光学系统复杂度(CN107102433B)。对于硬性内窥镜光学视管来说，尤其是耳镜、鼻窦镜、关节镜、膀胱镜等，由于透镜尺寸严格受限，这两种光学校正方法都会使得加工、装配更为困难，尤其是高精度极小口径玻璃非球面透镜的加工。

技术实现思路

[0003]本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理，使用方便的实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统的设计方法，能够实现硬性内窥镜成像系统的小畸变成像。
[0004]本申请解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统设计方法，在硬性内窥镜物镜组与棒镜中继组组合进行常规设计的基础上，将传统设计中的目镜组与摄像适配器组合成有限距成像组，该有限距成像组产生与前端相反的畸变，使得硬性内窥镜整体光学系统畸变得到校正。本申请设计特点在于包括如下步骤：
[0005]步骤1：确定参数，离散视场，输出相对畸变值。确定物镜组和棒镜中继组的组合焦距f
物
、物镜组和棒镜中继组组合的整体半视场θ
物
、有限距成像组的近轴横向放大倍率β
有限距
，利用常规设计方法完成物镜组和棒镜中继组组合部分的设计；对θ
物
进行离散，各离散视场为(i,M均为正整数，且i≤M)；在光学设计软件中输出物镜组和棒镜中继组组合在各离散视场θ
物i
的相对畸变值η
物i
；
[0006]步骤2：计算有限距成像组中对应的离散物高和相对畸变。用以下公式确定有限距成像组的离散物高Y
有限距i
和有限距成像组在各离散视场下的相对畸变值η
有限距i
，用该公式求
得的有限距成像组相对畸变能与物镜组和棒镜中继组组合对应视场的相对畸变抵消，实现硬性内窥镜光学系统整体小畸变的设计；
[0007]Y
有限距i
＝(1+η
物i
)f
物
tanθ
物i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式1)
[0008][0009]步骤3：计算有限距成像组应实现的实际像高。用以下公式计算畸变抵消情况下有限距成像组各离散物高对应的实际像高，在光学设计软件中以此为设计目标，完成有限距成像组设计；
[0010]Y'
有限距i
＝β
有限距
f
物
tanθ
物i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式3)
[0011]步骤4：物镜组和棒镜中继组后面同轴配置有限距成像组，构成硬性内窥镜光学系统，验证硬性内窥镜光学系统畸变相抵消情况。
[0012]所述有限距成像组由同轴依次配置的透镜一、透镜二、透镜三、平板玻璃一、平板玻璃二、透镜四、透镜五、透镜六、透镜七、透镜八、透镜九、平板玻璃三组成，透镜一、透镜二组成双胶合透镜组。
[0013]本申请带来的有益效果：本申请通过将传统设计中的目镜组与摄像适配器组合成有限距成像组进行设计，产生与物镜组和棒镜中继组组合相反的畸变，进行畸变校正，可实现硬性内窥镜大视场、小畸变的效果；本申请的畸变校正是通过对传统设计中的目镜组与摄像适配器组合的改进来实现的，透镜尺寸相比插入人体部分没有严格限制，相比于在透镜尺寸严格限制的物镜组和棒镜中继组中进行畸变校正的设计方法，加工、装配难度更低。
附图说明
[0014]图1是物镜组和棒镜中继组组合的网格畸变示意图。
[0015]图2是有限距成像组的结构示意图。
[0016]图3是有限距成像组的网格畸变示意图。
[0017]图4是本申请实施例硬性内窥镜光学系统整体的网格畸变示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图并通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。本申请图2左侧为前，右侧为后。
[0019]参见图1～图4，本申请实施例硬性内窥镜光学系统的设计方法包括以下步骤：
[0020]步骤1：确定参数，离散视场，输出相对畸变值。
[0021]确定物镜组和棒镜中继组的组合焦距f
物
＝1.63mm、物镜组和棒镜中继组组合的整体半视场θ
物
＝40
°
、有限距成像组的近轴横向放大倍率β
有限距
＝
‑
1.26，负号代表成倒像；利用常规设计方法完成物镜组和棒镜中继组组合部分的设计，物镜组和棒镜中继组组合部分的网格畸变如图1所示，其最大相对畸变为
‑
22.79％；对θ
物
进行离散，各离散视场为(i,M均为正整数，且i≤M)，令M＝10；在光学设计软件中输出物镜组和棒镜中继组组合在各离散视场θ
物i
的相对畸变值η
物i
；
[0022] θ
物i
η
物i
i＝14
°‑
0.23％i＝28
°‑
0.91％i＝312
°‑
2.04％i＝416
°‑
3.64％i＝520
°‑
5.69％i＝624
°‑
8.20％i＝728
°‑
11.17％i＝832
°‑
14.60％i＝936
°‑
18.47％i＝1040
°‑
22.79％
[0023]步骤2：计算有限距成像组中对应的离散物高和相对畸变。用以下公式确定有限距成像组的离散物高Y
有限距i
和有限距成像组在各离散视场下的相对畸变值η
有限距i
，用该公式求得的有限距成像组相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现畸变互补校正的硬性内窥镜光学系统设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：确定参数，离散视场，输出相对畸变值；确定物镜组和棒镜中继组的组合焦距f
物
、物镜组和棒镜中继组组合的整体半视场θ
物
、有限距成像组的近轴横向放大倍率β
有限距
，利用常规设计方法完成物镜组和棒镜中继组组合部分的设计；对θ
物
进行离散，各离散视场为(i,M均为正整数，且i≤M)；在光学设计软件中输出物镜组和棒镜中继组组合在各离散视场θ
物i
的相对畸变值η
物i
；步骤2：计算有限距成像组中对应的离散物高和相对畸变，用以下公式确定有限距成像组的离散物高Y
有限距i
和有限距成像组在各离散视场下的相对畸变值η
有限距i
，实现硬性内窥镜光学系统整体小畸变的设计；Y
有限距i
＝(1+η
物i

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥翔，邱召军，
申请(专利权)人：杭州聚微医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：