CN219109366U - 一种广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，该镜头采用塑料材质，沿光轴方向从物方到像方依次包括：第一透镜、第二透镜和滤光片；第一透镜与第二透镜以及第二透镜与滤光片之间均采用隔圈，控制镜片之间的距离；其中，第一透镜采用高折射率材质，焦距为正；第二透镜采用高阿贝数材质，焦距为负；且两片透镜均为塑料非球面透镜。本实用新型提出了一种大景深广角的内窥镜成像镜头，镜头自身大景深特点使手术过程全程免于调焦，减轻了医护人员的负担；此外，通过采用塑料镜片开模的方式，实现了对镜头模组的成本的控制。
Description
技术领域
本实用新型属于电子内窥镜镜头技术领域，具体涉及一种广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头。
背景技术
随着科学技术的进步，微创手术由于其创伤小、疼痛轻、恢复快等特点，被快速引入到手术的各种领域中。内窥镜作为微创手术的典型设备之一，也受到越来越多的人关注。内窥镜前端成像镜头将体内成像后，通过传输线呈现在显示器上，可为医生提供充分的诊断信息以治疗疾病。
传统的内窥镜由于景深较小，因此目镜端连接适配器，通过适配器调节实现对不同距离处物体的成像。由于内窥镜手术时，远距离寻找病灶和近距离观察病灶时都需要不断移动位置，每次移动时都需要手动或自动调节像面，需要一定的等待时间，一定程度上增加了医生和患者的手术时长。
此外，传统内窥镜结构复杂，很难彻底清洗和消毒。同一内窥镜在不同患者之间的应用很容易导致交叉感染，进而损害被感染者的健康，严重时甚至造成死亡。因此经过多年的探索，一次性内窥镜顺势而生，有效避免了交叉感染的问题。一次性内窥镜的提出，也对内窥镜镜头提出了新的挑战，在满足清晰度、使用景深等使用需求的同时，对需要对镜片的成本进行控制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，解决一次性内窥镜镜头的调焦以及成本问题。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，镜头采用塑料材质，沿光轴方向从物面到像面依次为第一透镜、第二透镜和滤光片，第一透镜和第二透镜均为塑料非球面透镜。
第一透镜采用高折射率材质，第二透镜采用低色散材质；镜头光阑使用SOMA片，置于第一透镜前，限制无效光线进入镜头，避免产生杂散光问题；镜头最右端镜片为滤光片，使符合波段要求的光线出射，进行成像；第一透镜与第二透镜和第二透镜与滤光片之间采用隔圈，控制镜片之间的距离。
本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型的广角大景深内窥镜成像镜头，视场角可达80°，工作景深为35mm～200mm，能够覆盖手术观察范围，手术过程中可免于调焦，使用简单，且能缩短手术时长；
2、采用非球面设计理念，使用两片镜片可达到相应的成像效果，组装方便；
3、镜片采用塑料材质，因此可以用开模的方式，精度较高，能够很好的控制镜头成像效果的一致性，大大提高了合格率；开模后，镜片生产工艺简单，成本较低，适用于一次性内窥镜的应用需求，有效控制了内窥镜的相关成本，可促进内窥镜手术在基层医院的推广。
附图说明
图1为本实用新型实施例的成像镜头的结构图；
图2为本实用新型实施例的成像镜头的球差曲线图；
图3为本实用新型实施例的成像镜头的全视场MTF曲线图；
图4为本实用新型实施例的成像镜头的色差曲线图；
图5为本实用新型实施例的成像镜头的全视场点列图；
图6为本实用新型实施例的成像镜头的场曲及畸变图；
图7为本实用新型实施例的成像镜头在物距为35mm下的MTF曲线图；
图8为本实用新型实施例的成像镜头在物距为200mm下的MTF曲线图。
图中：1、光阑；2、第一透镜；3、第一隔圈；4、第二透镜；5、第二隔圈；6、滤光片；7、镜头镜筒。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明：
本实用新型提出了一种大景深广角的内窥镜成像镜头，镜头自身大景深特点使手术过程全程免于调焦，减轻了医护人员的负担；此外，通过采用塑料镜片开模的方式，实现了对镜头模组的成本的控制。
本实用新型实施例的广角大景深的内窥镜成像镜头，结构如图1所示，镜头从物方到像方的顺序依次为：光阑1、第一透镜2、第一隔圈3、第二透镜4、第二隔圈5和滤光片6；以上元件按照顺序装配在镜头镜筒7中。
第一透镜2和第二透镜4焦距分别为正和负，两片透镜均为塑料非球面镜片，在保证功能的前提下，通过增加偶次非球面的阶数，增加镜片的非球面度，从而减少镜片的使用数量，提高使用效率。
第一透镜2采用高折射率材质，便于光学系统中球差及彗差的校正；第二透镜4采用高阿贝数材质，减小光学系统的色差。通过两片透镜的配合，使得系统具有较好的清晰度，并且像差也得到校正，基于两片透镜实现了视场角80°，景深范围为35mm～200mm的内窥镜镜头。
第一透镜2左侧设置有光学系统光阑1，将不参与成像的光线进行拦截，避免出现杂散光问题；第二透镜4右侧设有红外滤光片6，使可见光波段的光线出射。第一透镜2和第二透镜4之间设有第一隔圈3，控制两镜片之间的距离；第二透镜4和红外滤光片6之间设有第二隔圈5，控制第二透镜与红外滤光片之间的距离。以上元件按照顺序装配在镜头镜筒7中，镜筒总长为3.8mm，最大外径为4.2mm，红外滤光片通过点胶方式将镜头进行封装和固定。
表1及表2为本实施例的广角大景深镜头的镜片设计参数。
表1镜头设计参数
| 面编号 | 面型 | 曲率半径 | 厚度 | 半口径 | 折射率 | 阿贝数 |
| OBJ | STANDARD | Infinity | 60 | / | / | / |
| 1 | Stop | Infinity | 0.08 | 0.17 | / | / |
| 2 | EVEN ASPHERE | 8.46 | 1.6 | 0.35 | 1.534 | 55.795 |
| 3 | EVEN ASPHERE | -0.622 | 0.04 | 0.85 | / | / |
| 4 | EVEN ASPHERE | 6.44 | 0.49 | 0.85 | 1.635 | 23.784 |
| 5 | EVEN ASPHERE | 0.87 | 0.32 | 1.1 | / | / |
| 6 | STANDARD | Infinity | 0.3 | 1.5 | 1.516 | 64.212 |
| 7 | STANDARD | Infinity | / | 1.5 | / | / |
表2镜片非球面系数
| 面编号 | 圆锥系数 | a4 | a6 | a8 | a10 | a12 |
| 2 | 0 | -0.12 | -10.393 | 229.791 | -2010.929 | 0 |
| 3 | -0.368 | 1.019 | -4.818 | 11.879 | -14.022 | 5.937 |
| 4 | 0 | 0.468 | -3.681 | 8.529 | -8.824 | 3.283 |
| 5 | -0.176 | -0.688 | 0.363 | 2.75e-3 | -0.125 | 0.031 |
上述表中，面编号2、3分别表示第一透镜2的左侧面和右侧面；面编号4、5分别表示第二透镜4的左侧面和右侧面；面编号6、7分别表示红外滤光片6的左侧面和右侧面。
镜头的设计结果见图2至图7。图2所示为镜头整体的球差结果图，可以看出球差在全视场内被校正到±0.015mm范围内，在有效光谱范围内，球差得到较好的校正，可以增加成像画面的整洁度。
图3所示为镜头在设计工作距离下的光学传递函数(MTF)，从图中可以看出，全视场的MTF值都很接近衍射极限，全视场情况下在160lp/mm时MTF值均大于0.2，满足内窥镜成像清晰度要求。
图4所示为镜头在设计工作距离下的横向色差图，从图中可以看出，在选择波段范围(450nm～610nm)内，全视场下可见波段横向色差值＜1μm，远小于艾里斑半径值，说明色差校正较好。
图5所示为镜头在设计工作距离下的点列图，图中显示了全视场下各个波段的在像平面上的点列图，各个视场下点列图的尺寸均小于艾里斑，说明镜头成像清晰。
图6所示为镜头在设计工作距离下的场曲和畸变曲线图，最大场曲控制在40μm，在值在焦深范围内，不对成像产生影响；光学畸变控制在20％以内，且随视场增大畸变增大，对成像影响较小。
图7和图8分别为镜头在工作距离35mm和200mm下的MTF曲线图，根据图形显示，在两个工作距离下，各视场MTF值均比较接近衍射极限，且在140lp/mm情况下，MTF值均大于0.2，即在35mm～200mm景深范围内，镜头具有较高的成像质量。
综上所述，本实用新型的光学系统采用两片非球面镜片，可实现视场角80°的成像效果，有效景深范围可达35mm～200mm，能够完全覆盖内窥镜的手术观察范围，使得内窥镜在使用过程中免于调焦。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，其特征在于，该镜头采用塑料材质，沿光轴方向从物方到像方依次包括：第一透镜、第二透镜和滤光片；第一透镜与第二透镜以及第二透镜与滤光片之间均采用隔圈，控制镜片之间的距离；
其中，第一透镜采用高折射率材质，焦距为正；第二透镜采用高阿贝数材质，焦距为负；且两片透镜均为塑料非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，其特征在于，该镜头还包括镜头光阑，镜头光阑采用SOMA片，且置于第一透镜前。
3.根据权利要求2所述的广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，其特征在于，该镜头还包括镜头镜筒，各元件按顺序装配在镜头镜筒中。
4.根据权利要求3所述的广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，其特征在于，滤光片将各元件封装和固定在镜头镜筒中。
5.根据权利要求3所述的广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，其特征在于，镜头镜筒总长为3.8mm，最大外径为4.2mm。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，其特征在于，滤光片为红外滤光片。
7.根据权利要求6所述的广角大景深的免调焦内窥镜成像镜头，其特征在于，该镜头视场角为80°，工作景深为35mm～200mm。
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- 2022-08-10 CN CN202222093852.2U patent/CN219109366U/zh active Active
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