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CN119302598A - 一种医用内窥镜 - Google Patents

一种医用内窥镜 Download PDF

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CN119302598A
CN119302598A CN202411451300.1A CN202411451300A CN119302598A CN 119302598 A CN119302598 A CN 119302598A CN 202411451300 A CN202411451300 A CN 202411451300A CN 119302598 A CN119302598 A CN 119302598A
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CN
China
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lens
medical endoscope
focal length
object side
endoscope according
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CN202411451300.1A
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谭丽
肖振平
蒋李平
邹聪
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Second Hospital University Of South China
Original Assignee
Second Hospital University Of South China
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Abstract

本申请提供了一种医用内窥镜，该医用内窥镜包括：镜头模组，其中，所述镜头模组包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜。在上述技术方案中，通过设置从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，有效抑制像差、彗差、像散、场曲和畸变；光阑配置在第三透镜的物侧，易于校正各像差，且容易控制高像高光线入射到摄像元件时的角度。

Description

一种医用内窥镜
技术领域
本申请涉及到医用内窥镜技术领域，尤其涉及到一种医用内窥镜。
背景技术
窥镜微创技术在骨科的应用越来越广泛，普遍应用于关节外科、脊柱外科等领域。内窥镜技术是指一种配备有光源、摄像和器械设备的软或硬的管状工具，可经人体自然孔道(如胃肠道)或医生手术做得小切口到达人体病灶处并进行手术，临床上常见的有关节镜、椎间孔镜、椎间盘镜。
专利文献CN111624733A公开了一款用于内窥镜的物镜，其包含6片透镜(其中第5透镜和第6透镜组合成胶合透镜)且视场角相对较小，全视场角在134°左右，不仅成本较高、体积较大，同时视场角也较小。
发明内容
本申请提供了一种医用内窥镜，用以实现小型化、大视场、高像质、低成本的内窥镜。
第一方面，提供了一种医用内窥镜，包括：镜头模组，其中，
所述镜头模组包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜。
在上述技术方案中，通过设置从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，有效抑制像差、彗差、像散、场曲和畸变；光阑配置在第三透镜的物侧，易于校正各像差，且容易控制高像高光线入射到摄像元件时的角度。
在一个具体可实施方案中，所述第一透镜为凹面朝向像侧的平凹透镜，所述第二透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第六透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜。
在一个具体可实施方案中，所述第一透镜和所述第六透镜的折射率均大于1.7；
所述第一透镜和所述第六透镜的阿贝数均大于49。
在一个具体可实施方案中，所述第三透镜的折射率小于1.65，所述第三透镜的阿贝数大于60。
在一个具体可实施方案中，所述第二透镜，所述第四透镜和所述第五透镜的折射率均大于1.8。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足下列关系式：
-2.0≤f1/f6≤-1.5；
-2.5≤(R11+R12)/(R11-R12)≤-2.0；
0.12≤F/TTL≤0.13；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f6为所述第六透镜的焦距；R11为所述第六透镜物侧面的曲率半径，R12为所述第六透镜像侧面的曲率半径，TTL为所述镜头模组的系统总长；F为所述医用内窥镜整体的焦距。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
5.8≤f6/F≤6.2；
其中，f6为所述第六透镜的焦距；F为所述医用内窥镜整体的焦距。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
N3<1.62，V3≧60；
N1>1.7，N6>1.7；V1≧49，V6≧49；
N2>1.8，N4>1.8，N5>1.8；
其中，N1～N6分别为所述第一透镜至所述第六透镜的折射率，V1～V6为所述第一透镜至所述第六透镜的阿贝数。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
0.95≤f3/F≤1.05；
其中，f3为所述第三透镜的焦距，F为所述医用内窥镜整体的焦距。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
2.3≤f1/f4≤2.8；
0.9≤f2/f5≤1.1；
其中，f2为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距；
0.85≤D1/F≤0.90；
其中，D1为所述第一透镜在光轴上的厚度，F为所述医用内窥镜整体的焦距。
附图说明
图1为本申请实施例提供的医用内窥镜的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的内窥镜头端部的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的镜头模组的光学结构图；
图4为本申请实施例提供的镜头模组的点列图；
图5为本申请实施例提供的镜头模组的场曲/畸变图；
图6为本申请实施例提供的镜头模组的MTF图。
其中，L1、第一透镜，L2、第二透镜，L3、第三透镜，L4、第四透镜，L5、第五透镜，L6、第六透镜，ST、光阑。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为方便理解本申请实施例提供的医用内窥镜，先说明一下其应用场景。本申请实施例提供的医用内窥镜用以实现小型化、大视场、高像质、低成本的内窥镜。窥镜微创技术在骨科的应用越来越广泛，普遍应用于关节外科、脊柱外科等领域。内窥镜技术是指一种配备有光源、摄像和器械设备的软或硬的管状工具，可经人体自然孔道(如胃肠道)或医生手术做得小切口到达人体病灶处并进行手术，临床上常见的有关节镜、椎间孔镜、椎间盘镜。专利文献CN111624733A公开了一款用于内窥镜的物镜，其包含6片透镜(其中第5透镜和第6透镜组合成胶合透镜)且视场角相对较小，全视场角在134°左右，不仅成本较高、体积较大，同时视场角也较小。为此本申请实施例提供了一种医用内窥镜，以实现小型化、大视场、高像质、低成本的内窥镜。下面结合具体的附图以实施例对其进行详细说明。
参考图1至图6，图1为本申请实施例提供的医用内窥镜的结构示意图；图2为本申请实施例提供的内窥镜头端部的结构示意图；图3为本申请实施例提供的镜头模组的光学结构图；图4为本申请实施例提供的镜头模组的点列图；图5为本申请实施例提供的镜头模组的场曲/畸变图；图6为本申请实施例提供的镜头模组的MTF图。
在图1至图3中，本申请实施例提供了一种医用内窥镜，包括：镜头模组，其中，
所述镜头模组包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6。
在上述技术方案中，通过设置从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，有效抑制像差、彗差、像散、场曲和畸变；光阑配置在第三透镜的物侧，易于校正各像差，且容易控制高像高光线入射到摄像元件时的角度。
具体地，参考图1至3，所述医用内窥镜，包括头端部、插入部、止液阀、操作部和连接部；所述头端部包括镜头模组、图像传感器、照明模块；所述镜头模组包括六片具有折射力的透镜，从物侧至像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜L1；具有正光焦度的第二透镜L2；光阑ST；具有正光焦度的第三透镜L3；具有负光焦度的第四透镜L4；具有正光焦度的第五透镜L5；具有正光焦度的第六透镜L6。
在一个具体可实施方案中，所述第一透镜为凹面朝向像侧的平凹透镜，所述第二透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第六透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜。有效抑制像差、彗差、像散、场曲和畸变；光阑配置在第三透镜的物侧，因此易于校正各像差，且容易控制高像高光线入射到摄像元件时的角度。
在一个具体可实施方案中，所述第一透镜和所述第六透镜的折射率均大于1.7；所述第一透镜和所述第六透镜的阿贝数均大于49。有效的控制系统的色差和像差。
在一个具体可实施方案中，所述第三透镜的折射率小于1.65，所述第三透镜的阿贝数大于60。有效的控制系统的色差和像差。
在一个具体可实施方案中，所述第二透镜，所述第四透镜和所述第五透镜的折射率均大于1.8。有效的控制系统的像差。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足下列关系式：
-2.0≤f1/f6≤-1.5；
-2.5≤(R11+R12)/(R11-R12)≤-2.0；
0.12≤F/TTL≤0.13；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f6为所述第六透镜的焦距；R11为所述第六透镜物侧面的曲率半径，R12为所述第六透镜像侧面的曲率半径，TTL为所述镜头模组的系统总长；F为所述医用内窥镜整体的焦距。通过满足上述关系式的范围，能够良好地校正色像差、像散、场曲和畸变。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
5.8≤f6/F≤6.2。
其中，f6为所述第六透镜的焦距；F为所述医用内窥镜整体的焦距。能够良好地校正彗差、像散和畸变。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
N3<1.62，V3≧60；
N1>1.7，N6>1.7；V1≧49，V6≧49；
N2>1.8，N4>1.8，N5>1.8；
其中，N1～N6分别为所述第一透镜至所述第六透镜的折射率，V1～V6为所述第一透镜至所述第六透镜的阿贝数。通过满足上述关系式的范围，能够良好地校正色像差。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
0.95≤f3/F≤1.05；
其中，f3为所述第三透镜的焦距，F为所述医用内窥镜整体的焦距。能够良好地校正球面像差、彗差、像散、场曲和畸变。
在一个具体可实施方案中，所述镜头模组，满足如下关系式：
2.3≤f1/f4≤2.8；
0.9≤f2/f5≤1.1；
其中，f2为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距；
0.85≤D1/F≤0.90；
其中，D1为所述第一透镜在光轴上的厚度，F为所述医用内窥镜整体的焦距。通过满足上述关系式的范围，能够良好地校正彗差、像散、场曲和畸变。
具体地，所述镜头模组涉及的关系式的值如下表所示：
关系式 值
f1/f6 -1.81
(R11+R12)/(R11-R12) -2.37
F/TTL 0.125
f6/F 5.96
f3/F 1.01
f1/f4 2.57
f2/f5 0.94
D1/f 0.87
表1镜头模组涉及的关系式的值
该实施例镜头模组的光学性能见图4至图6，从点列图、场曲/畸变图、MTF图中，相关数据均符合设计要求，各像差得到了良好的校正。其中，MTF在1/2最大截止频率(112lp/mm)处均达到0.5以上，适用于高分辨率图像传感器，像质良好。
该实施例的最大视场达到150°，更有利于对病变组织的检测。
本实施例镜头模组的基本参数如下表所示：
表2镜头模组的基本参数表
所属技术领域的技术人员知道，本申请可以实现为系统、方法或计算机程序产品。
因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本申请还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种医用内窥镜，其特征在于，包括：镜头模组，其中，
所述镜头模组包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜。
2.根据权利要求1所述的医用内窥镜，其特征在于，所述第一透镜为凹面朝向像侧的平凹透镜，所述第二透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第六透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜。
3.根据权利要求2所述的医用内窥镜，其特征在于，所述第一透镜和所述第六透镜的折射率均大于1.7；
所述第一透镜和所述第六透镜的阿贝数均大于49。
4.根据权利要求3所述的医用内窥镜，其特征在于，所述第三透镜的折射率小于1.65，所述第三透镜的阿贝数大于60。
5.根据权利要求4所述的医用内窥镜，其特征在于，所述第二透镜，所述第四透镜和所述第五透镜的折射率均大于1.8。
6.根据权利要求5所述的医用内窥镜，其特征在于，所述镜头模组，满足下列关系式：
-2.0≤f1/f6≤-1.5；
-2.5≤(R11+R12)/(R11-R12)≤-2.0；
0.12≤F/TTL≤0.13；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f6为所述第六透镜的焦距；R11为所述第六透镜物侧面的曲率半径，R12为所述第六透镜像侧面的曲率半径，TTL为所述镜头模组的系统总长；F为所述医用内窥镜整体的焦距。
7.根据权利要求6所述的医用内窥镜，其特征在于，所述镜头模组，满足如下关系式：
5.8≤f6/F≤6.2；
其中，f6为所述第六透镜的焦距；F为所述医用内窥镜整体的焦距。
8.根据权利要求7所述的医用内窥镜，其特征在于，所述镜头模组，满足如下关系式：
N3<1.62，V3≧60；
N1>1.7，N6>1.7；V1≧49，V6≧49；
N2>1.8，N4>1.8，N5>1.8；
其中，N1～N6分别为所述第一透镜至所述第六透镜的折射率，V1～V6为所述第一透镜至所述第六透镜的阿贝数。
9.根据权利要求8所述的医用内窥镜，其特征在于，所述镜头模组，满足如下关系式：
0.95≤f3/F≤1.05；
其中，f3为所述第三透镜的焦距，F为所述医用内窥镜整体的焦距。
10.根据权利要求9所述的医用内窥镜，其特征在于，所述镜头模组，满足如下关系式：
2.3≤f1/f4≤2.8；
0.9≤f2/f5≤1.1；
其中，f2为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距；
0.85≤D1/F≤0.90；
其中，D1为所述第一透镜在光轴上的厚度，F为所述医用内窥镜整体的焦距。
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