本發(fā)明涉及一種物鏡光學(xué)系統(tǒng)，具體地說，涉及一種內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

內(nèi)窺鏡是一種醫(yī)療光學(xué)儀器，由體外經(jīng)過人體自然腔道送入體內(nèi)，對體內(nèi)疾病進(jìn)行檢查，可以直接觀察到臟器內(nèi)腔病變，確定其部位、范圍，并可進(jìn)行照相、活檢或刷片，大大的提高了癌的診斷準(zhǔn)確率，并可進(jìn)行某些微創(chuàng)手術(shù)治療。

為了更大程度減輕患者的痛苦，縮短手術(shù)后康復(fù)的時間，減輕醫(yī)生的工作，提高可視化和科學(xué)數(shù)據(jù)化判斷的診斷水平，則需要更進(jìn)一步地減小內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)并提高其成像拍攝效果，因此研究和使用更大拍攝視野、更小更清晰的內(nèi)窺攝像用物鏡光學(xué)系統(tǒng)成為技術(shù)上的課題。

為了實現(xiàn)小型化和良好的光學(xué)性能，中國專利文獻(xiàn)CN204101801U中記載了從物體側(cè)依次由具有負(fù)光焦度的第一透鏡、光闌、具有正光焦度的第二透鏡和第三透鏡組成的內(nèi)窺鏡物鏡系統(tǒng)。其通過采用弱光焦度且主要起校正像差功能的第一透鏡及第三透鏡夾著具有強(qiáng)光焦用于實現(xiàn)成像的第二透鏡的構(gòu)造，成為能夠達(dá)到小型化的三片透鏡構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的成像性能。但是其第一透鏡采用玻璃模壓非球面，其制造成本非常之高，且相對高速注塑生產(chǎn)的塑料透鏡來說，玻璃模壓非球面的生產(chǎn)效率也比較低，不利于大批量生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)，具有小徑化、視場廣角大且成本低的特點。

本發(fā)明公開的內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:

一種內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)，自物體側(cè)到像側(cè)依次包括第一透鏡組、光闌和第二透鏡組，所述第一透鏡組具有正光焦度，所述第一透鏡組由第一透鏡和第二透鏡組成，所述第二透鏡組由一具有正光焦度的第三透鏡組成，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡為由塑料材料制成，并滿足以下條件式：

f/H(L1r1)<4；

H(L1r1)/IMH<0.5；

其中，f是內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距，H(L1r1)是指常規(guī)觀察時最大像高對應(yīng)的主光線通過第一透鏡組的物體側(cè)的面所對應(yīng)的高度，IMH是常規(guī)觀察時對應(yīng)的芯片感光面上的最大像高。

作為優(yōu)選方案，所述第一透鏡組滿足以下條件式：

0.4<f/f_G1<1.0；

其中，f_G1是上述第一透鏡組的焦距。

作為優(yōu)選方案，所述第一透鏡組由具有負(fù)光焦度的第一透鏡和具有正光焦度的第二透鏡構(gòu)成，且滿足以下條件式：

-2.0<f/f1<-0.3；

1.0<f/f2<1.8；

其中，f1為第一透鏡的焦距，f2為第二透鏡的焦距。

作為優(yōu)選方案，所述第三透鏡滿足以下條件式:

f/f3<0.4；

其中，f3為第三透鏡的焦距。

作為優(yōu)選方案，所述第一透鏡和第二透鏡還滿足以下條件式：

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)+1/(f3*V3)|<0.02；

其中，V1為第一透鏡的阿貝數(shù)，V2為第二透鏡的阿貝數(shù)，V3為第三透鏡的阿貝數(shù)。

作為優(yōu)選方案，內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)還滿足以下條件式：

TTL/f<3.2；

BF/f>1.4；

其中，TTL是第一透鏡的物側(cè)面到芯片在光軸上的距離，BF是第三透鏡的像側(cè)面到芯片在光軸上的距離。

作為優(yōu)選方案，所述第一透鏡至少有一面為非球面，所述第二透鏡至少有一面為非球面。

作為優(yōu)選方案，所述第三透鏡透鏡具有至少一面的非球面。

作為優(yōu)選方案，所述第一透鏡的像側(cè)面和第二透鏡的物側(cè)面通過膠水膠合在一起。

本發(fā)明公開的內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的有益效果是：通過條件式f/H(L1r1)<4對物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距進(jìn)行限定，更好地實現(xiàn)廣角化，條件式H(L1r1)/IMH<0.5通過對常規(guī)觀察時最大像高對應(yīng)的主光線通過第一透鏡組的物體側(cè)的面所對應(yīng)的高度H(L1r1)與常規(guī)觀察時對應(yīng)的芯片感光面上的最大像高IMH之間的比值進(jìn)行限定，在實現(xiàn)小口徑化的前提下，優(yōu)化像面彎曲，并對軸外相差進(jìn)行抑制，且由第一透鏡和第二透鏡組成正光焦度的第一透鏡組，第二透鏡組由一具有正光焦度的第三透鏡組成，使得本發(fā)明提供的物鏡光學(xué)系統(tǒng)，具有小徑化、視場廣角大且像差校正良好的特點，由于第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均為塑料材料制成，成本低，利于推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實施例一的像差曲線示意圖；

圖3是本發(fā)明內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實施例二的像差曲線示意圖。

圖5是本發(fā)明內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實施例三的像差曲線示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說明:

一種內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)，自物體側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡組、光闌、具有正光焦度的第二透鏡組、濾光片、平板玻璃和芯片感光面。所述濾光片主要是用于截止特定波長，所述平板玻璃主要保護(hù)芯片的感光面。

所述第一透鏡組由像側(cè)面為凹面的具有負(fù)光焦度的第一透鏡和具有正光焦度的第二透鏡構(gòu)成，相比單一透鏡，有利于邊緣像差校正，所述第二透鏡組由具有正光焦度的第三透鏡構(gòu)成。

通過設(shè)置下述條件式(1)和(2)，從而成功實現(xiàn)內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的小徑化和廣角化。

f/H(L1r1)<4； (1)

H(L1r1)/IMH<0.5； (2)

條件式(1)限定了內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距，若內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距過長，光焦度過弱，聚焦能力不足，廣角化難實現(xiàn)。

條件式(2)限定了內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的第一透鏡的光學(xué)有效口徑。一般公知，成像芯片的大小很大程度決定內(nèi)窺鏡的直徑，為了不斷地實現(xiàn)小口徑，最大像高對應(yīng)的主光線通過第一透鏡組的物體側(cè)的面所對應(yīng)的高度H(L1r1)決定了透鏡口徑的大小，也就是決定了內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的物理口徑，H(L1r1)/IMH小于一定值，則可實現(xiàn)內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的小口徑化。

進(jìn)一步地，內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足以下條件式：

0.4<f/f_G1<1.0； (3)

通過合理配置第一透鏡組的弱光焦度，使其充分折轉(zhuǎn)軸外光線的同時不會帶入額外增加的像差，特別是軸外視場的場曲像差，倘若配置第一透鏡組的光焦度太強(qiáng)，則會加大第二透鏡組像差校正的負(fù)擔(dān)，致使內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)更復(fù)雜。

進(jìn)一步地，優(yōu)選內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的第一透鏡組由具有負(fù)光焦度的第一透鏡和具有正光焦度的第二透鏡構(gòu)成，第一透鏡和第二透鏡滿足以下條件式：

-2.0<f/f1<-0.3； (4)

1.0<f/f2<1.8； (5)

通過合理配置第一透鏡組的光焦度分布，使其更好地壓縮大視場光線同時有效聚焦光線。若f/f1超過所述條件(4)的上限，則第一透鏡的負(fù)光焦度過弱，不能軸外視場的光線進(jìn)行有效地折轉(zhuǎn)；若f/f1低于所述條件(4)的下限，則第一透鏡組的負(fù)光焦度過強(qiáng)，加大了軸外視場的像差校正難度。

若f/f2超過所述條件(5)的上限，則第二透鏡組的正光焦度過強(qiáng)，加重系統(tǒng)球差的校正和軸外像差特別是場曲的校正；若f/f1低于所述條件(5)的下限，則第二透鏡的光焦度過弱，不能有效地聚焦光線，增加系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)長度。

條件式(4)限定第一透鏡的折射率。

進(jìn)一步地，所述第二透鏡組由第三透鏡構(gòu)成，且第三透鏡滿足以下條件式：

f/f3<0.4； (6)

第二透鏡組配置具有正弱光焦度的第三透鏡的主要作用是校正像差。若f/f3超出所述條件(6)的上限，則光焦度過強(qiáng)，不利于校正軸上球差和軸外像差。

為了得到高性能的內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)，滿足以下條件式：

|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)+1/(f3*V3)|<0.02； (7)

為了微型化內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)，還需要滿足以下條件式：

TTL/f<3.2； (8)

BF/f>1.4； (9)

為了實現(xiàn)小徑化、廣角且高性能，所述第一透鏡具有至少1面為非球面，第二透鏡具有至少1面為非球面，所述第三透鏡具有至少1面為非球面，優(yōu)選所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均具有2面為非球面。通過設(shè)置非球面，有利于像差補(bǔ)正。需要說明的是，在所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡設(shè)置為非球面的情況下，優(yōu)選采用塑膠注塑透鏡，其量產(chǎn)性效率高且成本低。

需要說明的是，上述內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)能實現(xiàn)小徑化、廣角且高清光學(xué)性能的技術(shù)思想如上所述，然而，具體而言，能實現(xiàn)全系統(tǒng)的透鏡中最大透鏡為外徑2.0mm以下，且優(yōu)選1.0mm以下的內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)。

需要重要說明的是，為了實現(xiàn)小徑化、廣角且百萬以上高清光學(xué)性能，在本實施方案中，使用下述非球面公式：

其中，Z表示非球面沿光軸方向的矢高，y表示非球面沿垂直光軸方向的距離，c表示中心曲率，為半徑的倒數(shù)，k表示圓錐系數(shù)或者二次項常數(shù)，A4-A16分別表示4次-16次非球面系數(shù)

上述符合分別說明如下：

f:內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距；f1:第一透鏡的焦距；f2:第二透鏡的焦距；f3:第三透鏡的焦距；H(L1r1):指常規(guī)觀察時最大像高對應(yīng)的主光線通過第一透鏡的物體側(cè)的面所對應(yīng)的高度；IMH:常規(guī)觀察時對應(yīng)的芯片感光面上的最大像高；V1:第一透鏡的阿貝數(shù)；V2:第二透鏡的阿貝數(shù)；V3:第三透鏡的阿貝數(shù)；BF:第三透鏡的像側(cè)面到芯片在光軸上的距離；TTL:第一透鏡物側(cè)面到芯片在光軸上距離。

實施例一

請參考圖1，一種內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)自物體側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡組10、光闌30、具有正光焦度的第二透鏡組20、濾光片40、平板玻璃50和芯片感光面60。所述濾光片40主要是用于截止特定波長，所述平板玻璃50主要保護(hù)芯片的感光面60。

所述第一透鏡組10由負(fù)光焦度的第一透鏡11和具有正光焦度的第二透鏡12構(gòu)成，所述第一透鏡11的物側(cè)面和像側(cè)面均為凹面，所述第一透鏡11的物側(cè)面為球面，所述第一透鏡11的像側(cè)面為非球面，所述第二透鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面，且為非球面，所述光闌30設(shè)置于第二透鏡12的像側(cè)面上，第二透鏡組20由正光焦度的第三透鏡21構(gòu)成，所述第三透鏡21的物側(cè)面為帶曲率拐點的非球面，其像側(cè)面為凸面，且為非球面。本實施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)像高1.05mm,全視場角大于100度，口徑小于1.2mm。下表為本實施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，本實施例的各種像差曲線圖請參考圖2。

非球面系數(shù)

上述表格中，第2面為第一透鏡的物側(cè)面，第3面為第一透鏡的像側(cè)面，第4面為第二透鏡的物側(cè)面，第5面為第二透鏡的像側(cè)面，第6面為第三透鏡的物側(cè)面，第7面為第三透鏡的像側(cè)面，第8面為濾光片的物側(cè)面，第9面為濾光片的像側(cè)面，第10面為平板玻璃的物側(cè)面，第11面為平板玻璃的像側(cè)面。

實施例二

請參考圖3，一種內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)自物體側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡組10、光闌30、具有正光焦度的第二透鏡組20、濾光片40、平板玻璃50和芯片感光面60。所述濾光片40主要是用于截止特定波長，所述平板玻璃50主要保護(hù)芯片的感光面60。

所述第一透鏡組10由負(fù)光焦度的第一透鏡11和具有正光焦度的第二透鏡12構(gòu)成，所述第一透鏡11的物側(cè)面和像側(cè)面均為凹面，所述第一透鏡11的物側(cè)面和像側(cè)面均為非球面，所述第二透鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面，且為非球面，所述光闌30設(shè)置于第二透鏡12的像側(cè)面上，第二透鏡組20由正光焦度的第三透鏡21構(gòu)成，所述第三透鏡21的物側(cè)面為帶曲率拐點的非球面，其像側(cè)面為凸面，且為非球面。本實施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)像高1.02mm,全視場角大于100度，口徑小于1.5mm。下表為本實施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，本實施例的各種像差曲線圖請參考圖4。

非球面參數(shù)

上述表格中，第2面為第一透鏡的物側(cè)面，第3面為第一透鏡的像側(cè)面，第4面為第二透鏡的物側(cè)面，第5面為第二透鏡的像側(cè)面，第6面為第三透鏡的物側(cè)面，第7面為第三透鏡的像側(cè)面，第8面為濾光片的物側(cè)面，第9面為濾光片的像側(cè)面，第10面為平板玻璃的物側(cè)面，第11面為平板玻璃的像側(cè)面。

實施例三

請參考圖5，一種內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)自物體側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡組10、光闌30、具有正光焦度的第二透鏡組20、濾光片40、平板玻璃50和芯片感光面60。所述濾光片40主要是用于截止特定波長，所述平板玻璃50主要保護(hù)芯片的感光面60。

所述第一透鏡組10由負(fù)光焦度的第一透鏡11和具有正光焦度的第二透鏡12膠合構(gòu)成，所述第一透鏡11的物側(cè)面為凹面，像側(cè)面均為凸面，且均為非球面，所述第二透鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面，且為非球面，所述第一透鏡11的像側(cè)面和第二透鏡12的物側(cè)面通過膠水膠合在一起，提高色差校正效果，所述光闌30設(shè)置于第二透鏡12的像側(cè)面上，第二透鏡組20由正光焦度的第三透鏡21構(gòu)成，所述第三透鏡21的物側(cè)面為凹面且為非球面，其像側(cè)面為凸面且為非球面。本實施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)像高1.07mm,全視場角大于108度，口徑小于1.5mm。下表為本實施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，本實施例的各種像差曲線圖請參考圖6。

非球面參數(shù)

上述表格中，第2面為第一透鏡的物側(cè)面，第3面為第一透鏡的像側(cè)面，第4面為第二透鏡的物側(cè)面，第5面為第二透鏡的像側(cè)面，第6面為第三透鏡的物側(cè)面，第7面為第三透鏡的像側(cè)面，第8面為濾光片的物側(cè)面，第9面為濾光片的像側(cè)面，第10面為平板玻璃的物側(cè)面，第11面為平板玻璃的像側(cè)面。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。