基于液态透镜的光学系统及内窥镜技术方案

本发明专利技术提供一种基于液态透镜的光学系统，包括管镜系统和摄像系统，管镜系统包括依次设置的物镜组、转像棒镜组和目镜组；物镜组包括依次设置的透镜单元、第一棱镜单元和至少一个双胶合透镜组，透镜单元包括一个弯月透镜和一个平凹透镜；摄像系统包括液态透镜、多个透镜组和光阑，多个透镜组包括依次设置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，液态透镜位于第一透镜组朝向物面的一侧，光阑位于液态透镜朝向物面的一侧；管镜系统的目镜组与摄像系统相连，且摄像系统的光阑位于目镜组的出瞳位置处。本发明专利技术还提供一种内窥镜。本发明专利技术还提供一种内窥镜。本发明专利技术还提供一种内窥镜。

【技术实现步骤摘要】
基于液态透镜的光学系统及内窥镜


[0001]本专利技术涉及光学成像系统
，尤其是涉及一种基于液态透镜的光学系统及内窥镜。

技术介绍

[0002]镜头能够通过对焦的方式清晰地采集不同工作距离的图像，传统变焦镜头（例如内窥镜镜头）的对焦方式是基于机械运动来实现的，比如通过手动调节旋钮（也可以通过安装电机驱动），从而驱动镜头中的镜片或镜组沿着光轴作横向运动，通过改变镜片之间或镜头与相机芯片之间的光学间隔，从而补偿因工作距离的改变而造成镜头成像焦点的偏移。
[0003]上述传统的对焦方式，由于需要较多的时间控制镜片或镜组沿着光轴作横向运动，故对焦速度慢；而且，在部分应用场景中（例如医生使用内窥镜进行手术），由于需要手动调节旋钮进行对焦，使得操作不方便，从而影响使用者的使用体验。而且，现有的部分变焦镜头还存在工作距离范围窄、对焦清晰度不够等问题。
[0004]同时，在内窥镜系统中，其一般由管镜系统和摄像系统组成，摄像系统往往是单独进行设计（即管镜系统和摄像系统分别单独进行设计），为了能够更好地矫正像差，一般将摄像系统的光阑放置在镜组之中（因为在像差矫正中，慧差、像散、畸变、垂轴色差都和光阑的位置有关系）。管镜系统和摄像系统在连接时，一般是管镜系统的目镜组和摄像系统进行连接，即目镜的出瞳位置与摄像系统进行连接，如果此时摄像系统的光阑是在镜头组的中间，而不是目镜的出瞳位置，那么摄像系统与管镜系统的匹配效果较差，会出现挡光、杂光等问题（某些透镜的通光口径（尤其是靠近光阑处）不能完全匹配，在这些透镜表面会有光线外溢或被遮挡，造成杂光、挡光等问题，进一步对图像形成串扰，严重影响用户的观测）。而且，现有的管镜系统的物镜一般是由单个平凹透镜组成，但单个平凹透镜在成像时容易产生畸变，从而影响内窥镜的成像效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于液态透镜的光学系统，旨在解决或至少部分解决上述
技术介绍
存在的不足，既能够实现快速地自动对焦，而且工作距离范围广，清晰度高，同时该基于液态透镜的光学系统与管镜系统的匹配性好，能够避免出现挡光、杂光等问题。
[0006]本专利技术提供一种基于液态透镜的光学系统，包括管镜系统和摄像系统，所述管镜系统包括沿着光轴从物面到像面依次设置的物镜组、转像棒镜组和目镜组；所述物镜组包括沿着光轴从物面到像面依次设置的透镜单元、第一棱镜单元和至少一个双胶合透镜组；所述透镜单元包括一个弯月透镜和一个平凹透镜，所述弯月透镜位于所述平凹透镜朝向物面的一侧，所述弯月透镜的凸面朝向物面，所述平凹透镜的凹面朝向像面；所述摄像系统包括液态透镜、多个透镜组和光阑，多个所述透镜组包括沿着光轴从物面到像面依次设置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，每个所述透
镜组包括至少一个透镜；所述液态透镜位于所述第一透镜组朝向物面的一侧，所述光阑位于所述液态透镜朝向物面的一侧；所述液态透镜和所述第二透镜组均具有正光焦度，所述第一透镜组和所述第三透镜组均具有负光焦度；所述第一透镜组朝向物面一侧的表面为凹面，所述第三透镜组朝向物面一侧的表面为凹面；所述第四透镜组包括一个具有负光焦度的场镜，所述场镜朝向像面一侧的表面为凹面；所述管镜系统的所述目镜组与所述摄像系统相连，且所述摄像系统的所述光阑位于所述目镜组的出瞳位置处。
[0007]在一种可实现的方式中，所述摄像系统满足以下条件：r+2d*arctan（H/2f）≤R；其中，r表示所述光阑的口径，R表示所述液态透镜的通光口径，d表示所述光阑与所述液态透镜之间的光学距离，H表示所述摄像系统的像高，f表示整个所述摄像系统的等效焦距。
[0008]在一种可实现的方式中，所述第四透镜组包括至少两个透镜，所述场镜位于所述第四透镜组的至少两个透镜中朝向像面的一侧。
[0009]在一种可实现的方式中，所述摄像系统还满足以下条件：R
max
‑
R＜2mm；其中，R
max
表示多个所述透镜组的最大通光口径，R表示所述液态透镜的通光口径。
[0010]在一种可实现的方式中，所述液态透镜的工作电压在最低供电电压与最高供电电压之间；当所述液态透镜在所述最低供电电压与所述最高供电电压之间工作时，所述液态透镜均具有正光焦度，且所述摄像系统能够使物面在无穷远至100mm的距离范围内清晰成像。
[0011]在一种可实现的方式中，当所述液态透镜在所述最低供电电压下工作时，所述液态透镜内液滴层的曲率半径为
‑
81mm；当所述液态透镜在所述最高供电电压下工作时，所述液态透镜内液滴层的曲率半径为
‑
8mm。
[0012]在一种可实现的方式中，所述最低供电电压为43V，所述最高供电电压为59V。
[0013]在一种可实现的方式中，所述基于液态透镜的光学系统的总长＜50mm。
[0014]在一种可实现的方式中，多个所述透镜组中所有具有负光焦度的透镜的阿贝数均小于40。
[0015]在一种可实现的方式中，所述摄像系统的像高为H，所述摄像系统的等效焦距为f，所述摄像系统还满足以下条件：0.14≤H/2f≤0.212，且f≤25mm。
[0016]在一种可实现的方式中，所述摄像系统还包括第二棱镜单元，所述第二棱镜单元位于所述第四透镜组朝向像面的一侧，所述第二棱镜单元用于将RGB三种颜色的光区分开；所述第二棱镜单元R通道的模系要求为：Tavg＜1%@400nm~570nm，Tavg＞88%@595nm ~700nm，Tavg＞50%@580nm~584nm；所述第二棱镜单元G通道的模系要求为：Tavg＜1%@400nm ~480nm&595nm ~700nm，Tavg＞87%@510nm ~570nm，Tavg＜50%@580nm~584nm；所述第二棱镜单元B通道的模系要求为：Tavg>95%@400nm~480nm，Tavg<4%@505nm~700nm。
[0017]在一种可实现的方式中，所述液态透镜的最小焦距为f1，所述第一透镜组的焦距为f2；所述摄像系统还满足以下条件：f1≥2|f2|。
[0018]在一种可实现的方式中，所述第二透镜组的焦距为f3，所述摄像系统的等效焦距为f；所述摄像系统还满足以下条件：f/2f3＞1。
[0019]在一种可实现的方式中，所述弯月透镜与所述平凹透镜具有相同的口径，所述平凹透镜朝向所述弯月透镜一侧的表面为平面，所述弯月透镜的凹面侧壁与所述平凹透镜的平面侧壁胶合连接。
[0020]在一种可实现的方式中，所述第一棱镜单元展开后的等效长度为8mm~12mm。
[0021]在一种可实现的方式中，所述物镜组中的所述第一棱镜单元和所述双胶合透镜组以及所述转像棒镜组均具有相同的物理口径，且三者的物理口径均小于7mm。
[0022]在一种可实现的方式中，所述摄像系统的像高为H，所述摄像系统的等效焦距为f，所述物镜组的等效焦距为f
’...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液态透镜的光学系统，包括管镜系统（2）和摄像系统（1），其特征在于，所述管镜系统（2）包括沿着光轴从物面到像面依次设置的物镜组（21）、转像棒镜组（22）和目镜组（23）；所述物镜组（21）包括沿着光轴从物面到像面依次设置的透镜单元（211）、第一棱镜单元（212）和至少一个双胶合透镜组（213）；所述透镜单元（211）包括一个弯月透镜（2111）和一个平凹透镜（2112），所述弯月透镜（2111）位于所述平凹透镜（2112）朝向物面的一侧，所述弯月透镜（2111）的凸面朝向物面，所述平凹透镜（2112）的凹面朝向像面；所述摄像系统（1）包括液态透镜（12）、多个透镜组和光阑（111），多个所述透镜组包括沿着光轴从物面到像面依次设置的第一透镜组（13）、第二透镜组（14）、第三透镜组（15）和第四透镜组（16），每个所述透镜组包括至少一个透镜；所述液态透镜（12）位于所述第一透镜组（13）朝向物面的一侧，所述光阑（111）位于所述液态透镜（12）朝向物面的一侧；所述液态透镜（12）和所述第二透镜组（14）均具有正光焦度，所述第一透镜组（13）和所述第三透镜组（15）均具有负光焦度；所述第一透镜组（13）朝向物面一侧的表面为凹面，所述第三透镜组（15）朝向物面一侧的表面为凹面；所述第四透镜组（16）包括一个具有负光焦度的场镜（161），所述场镜（161）朝向像面一侧的表面为凹面；所述管镜系统（2）的所述目镜组（23）与所述摄像系统（1）相连，且所述摄像系统（1）的所述光阑（111）位于所述目镜组（23）的出瞳位置处。2.如权利要求1所述的基于液态透镜的光学系统，其特征在于，所述摄像系统（1）满足以下条件：r+2d*arctan（H/2f）≤R；其中，r表示所述光阑（111）的口径，R表示所述液态透镜（12）的通光口径，d表示所述光阑（111）与所述液态透镜（12）之间的光学距离，H表示所述摄像系统（1）的像高，f表示整个所述摄像系统（1）的等效焦距。3.如权利要求1所述的基于液态透镜的光学系统，其特征在于，所述液态透镜（12）的最小焦距为f1，所述第一透镜组（13）的焦距为f2；所述摄像系统（1）还满足以下条件：f1≥2|f2|。4.如权利要求1所述的基于液态透镜的光学系统，其特征在于，所述第二透镜组（14）的焦距为f3，所述摄像系统（1）的等效焦距为f；所述摄像系统（1）还满足以下条件：f/2f3＞1。5.如权利要求1所述的基于液态透镜的光学系统，其特征在于，所述摄像系统（1）的像高为H，所述摄像系统（1）的等效焦距为f，所述摄像系统（1）还满足以下条件：0.14≤H/2f≤0.212，且f≤25mm。6.如权利要求1所述的基于液态透镜的光学系统，其特征在于，所述第四透镜组（16）包括至少两个透镜，所述场镜（161）位于所述第四透镜组（16）的至少两个透镜中朝向像面的一侧。7.如权利要求1所述的基于液态透镜的光学系统，其特征在于，所述摄像系统（1）还满足以下条件：R
max
‑
R＜2mm；其中，R
max
表示多个所述透镜组的最大通光口径，R表示所述液态透镜（12）的通光口径...

【专利技术属性】
技术研发人员：左惟涵，陈琪琳，李勇，陈筱勇，
申请(专利权)人：深圳术为科技有限公司，
类型：发明
国别省市：