本實(shí)用新型屬于內(nèi)窺鏡的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全分離式內(nèi)窺鏡物鏡。

背景技術(shù)：

目前，廣泛使用的電子內(nèi)窺鏡采用的是常溫下浸沒(méi)消毒方式，常溫浸沒(méi)消毒方式仍然存在一定的感染概率，在微創(chuàng)手術(shù)中使用的硬質(zhì)內(nèi)窺鏡，由于需要更高的消毒等級(jí)，采用了高溫高壓進(jìn)行滅菌，為了降低感染概率，采用消毒等級(jí)更高的高溫高壓方式進(jìn)行滅菌操作將更有利于電子內(nèi)窺鏡的臨床應(yīng)用。

內(nèi)窺鏡物鏡，大部分采用了光學(xué)膠將兩片不同材料透鏡進(jìn)行膠合組成膠合鏡用于降低光學(xué)系統(tǒng)的像差，但膠合鏡在高低溫循環(huán)變化下存在失效風(fēng)險(xiǎn)，一方面膠合鏡用的光學(xué)膠在長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱時(shí)易由無(wú)色透明狀態(tài)變化至有色狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致吸光度增加，圖像亮度降低并最終失效；另一方面，為了降低像差，膠合鏡是將兩種不同光學(xué)材料進(jìn)行膠合。在高低溫循環(huán)變化時(shí)，物體在不斷地?zé)崦浝淇s，由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，在長(zhǎng)時(shí)間高低溫循環(huán)下所產(chǎn)生的應(yīng)力容易導(dǎo)致膠層老化至兩片玻璃開裂失效。

此外，膠合鏡意味著更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和工藝，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和加工工藝的難度不僅增加了產(chǎn)品成本，也降低了產(chǎn)品可靠性和壽命。

內(nèi)窺鏡物鏡視場(chǎng)角通常達(dá)到140°，屬于超廣角光學(xué)系統(tǒng)，超廣角成像的條件下，由于光線在光學(xué)表面入射角度過(guò)大，使得像散和像面彎曲顯著，以往的內(nèi)窺鏡物鏡，為了降低像散和像面彎曲的影響，采用包括膠合鏡在內(nèi)的鏡片組合，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝難度高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全分離式內(nèi)窺鏡物鏡，以解決現(xiàn)有內(nèi)窺鏡物鏡結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝難度高和避免高低溫下膠合元件易導(dǎo)致失效的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種全分離式內(nèi)窺鏡物鏡，包括從物體側(cè)起依次連接的第一透鏡、第二透鏡、濾光片、孔徑光闌、第三透鏡、第四透鏡和圖像傳感元件；

第一透鏡、第二透鏡、濾光片、孔徑光闌、第三透鏡、第四透鏡和圖像傳感元件均以空氣為間隔分離設(shè)置；

第一透鏡為物側(cè)面曲率半徑大于像側(cè)面曲率半徑，且其上的凹面朝向像側(cè)面的負(fù)透鏡；

第二透鏡為物側(cè)面曲率半徑小于像側(cè)面曲率半徑，且其上的凸面朝向物側(cè)面的正透鏡；

第三透鏡為正透鏡；

第四透鏡為物側(cè)面曲率半徑小于像側(cè)面曲率半徑，且其上的凹面朝向物側(cè)面的負(fù)透鏡；

全分離式內(nèi)窺鏡物鏡滿足下述條件：

-1.0<f1/f<-0.9

1.1<f12/f34<2.1

-1.1<f4/f<-0.9

其中，f為物鏡整體焦距，f1為第一透鏡的焦距，f12為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距，f34為第三透鏡和第四透鏡組合焦距，f4為第四透鏡的焦距。

優(yōu)選地，第一透鏡和第二透鏡滿足下述條件：

0.4<d2/(n2*d3)<0.6

-0.7<r2/r3<-0.4

其中，d2為第一透鏡和第二透鏡間空氣間隔的厚度，d3為第二透鏡軸向厚度，n2為第二透鏡在d光下的折射率，r2為第一透鏡凹面曲率半徑，r3為第二透鏡凸面曲率半徑。

優(yōu)選地，d光波長(zhǎng)為587.5nm。

優(yōu)選地，孔徑光闌、第二透鏡和第三透鏡滿足下列條件

1.1<Tf/Tb<1.4

其中，Tf為孔徑光闌物側(cè)面到第二透鏡像側(cè)面的空氣等效厚度，Tb為孔徑光闌像側(cè)面到第三透鏡物側(cè)面的空氣等效厚度。

優(yōu)選地，圖像傳感元件由靠近第四透鏡的表面玻璃和光敏面組成。

本實(shí)用新型提供的全分離式內(nèi)窺鏡物鏡，具有以下有益效果：

本全分離式內(nèi)窺鏡物鏡各透鏡間均以空氣間隔設(shè)置，不使用光學(xué)膠對(duì)各光學(xué)元件進(jìn)行膠合，避免了高低溫條件下內(nèi)窺鏡物鏡失效的問(wèn)題；同時(shí)第一透鏡滿足了超廣角的條件，而由超廣角引起的大量像散和場(chǎng)曲，第二透鏡可以大幅度降低第一透鏡的像散和場(chǎng)曲，降低光線在第二透鏡表面的入射角度，進(jìn)而降低像差平衡難度；濾光片和第三透鏡的設(shè)置，保證濾光片不會(huì)過(guò)大的偏離對(duì)稱結(jié)構(gòu)，同時(shí)濾除進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的紅外光，提升圖像對(duì)比度，優(yōu)化圖像質(zhì)量。

本實(shí)用新型采用全分離式的組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝制作成本低，避免了高低溫下膠合元件易導(dǎo)致失效的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1為全分離式內(nèi)窺鏡物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1到實(shí)施例3的內(nèi)窺鏡物鏡剖面示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1的傳遞函數(shù)圖。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1的場(chǎng)曲和畸變圖。

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2的傳遞函數(shù)圖。

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2的場(chǎng)曲和畸變圖。

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例3的傳遞函數(shù)圖。

圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例3的場(chǎng)曲和畸變圖。

圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例4的傳遞函數(shù)圖。

圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例4的場(chǎng)曲和畸變圖。

其中，L1、第一透鏡；L2、第二透鏡；CF、濾光片；AS、孔徑光闌；L3、第三透鏡；L4、第四透鏡；CG、表面玻璃；IMG、光敏面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明：

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，本方案的全分離式內(nèi)窺鏡物鏡，包括從物體側(cè)起依次由第一透鏡L1、第二透鏡L2、濾光片CF、孔徑光闌AS、第三透鏡L3、第四透鏡L4和圖像傳感元件組成。

第一透鏡L1為物側(cè)面曲率半徑大于像側(cè)面曲率半徑，且其上的凹面朝向像側(cè)面的負(fù)透鏡，第二透鏡L2為物側(cè)面曲率半徑小于像側(cè)面曲率半徑，且其上的凸面朝向物側(cè)面的正透鏡，第三透鏡L3為正透鏡，第四透鏡L4為物側(cè)面曲率半徑小于像側(cè)面曲率半徑，且其上的凹面朝向物側(cè)面的負(fù)透鏡，圖像傳感元件由靠近第四透鏡L4的表面玻璃CG和光敏面IMG組成。

為降低光線在各個(gè)光學(xué)面上的入射角，保持光學(xué)系統(tǒng)公差特性的良好，全分離式內(nèi)窺鏡物鏡滿足所有的下述條件式(1)-(3)，

-1.0<f1/f<-0.9 (1)

1.1<f12/f34<2.1 (2)

-1.1<f4/f<-0.9 (3)

其中f為物鏡整體焦距，f1為第一透鏡L1的焦距，f12為第一透鏡L1和第二透鏡L2的組合焦距，f34為第三透鏡L3和第四透鏡L4組合焦距，f4為第四透鏡L4的焦距。由于內(nèi)窺鏡中所成像通常要求距離光學(xué)系統(tǒng)3mm-100mm，因此需要一定程度上破壞鏡頭的對(duì)稱性，而超出上述條件(1)-(3)會(huì)導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)球差、像散、場(chǎng)曲等像差難于抵消，同時(shí)也會(huì)容易導(dǎo)致光學(xué)鏡頭容易受到光學(xué)制造公差的影響。

為了實(shí)現(xiàn)大視角，第一透鏡L1和第二透鏡L2滿足所有的下述條件式(4)-(5)，

0.4<d2/(n2*d3)<0.6 (4)

-0.7<r2/r3<-0.4 (5)

其中d2為第一透鏡L1和第二透鏡L2間空氣間隔的厚度，d3為第二透鏡L2軸向厚度，n2為第二透鏡L2在d光(587.5nm)下的折射率，r2為第一透鏡L1凹面曲率半徑，r3為第二透鏡L2凸面曲率半徑。

由于滿足了超廣角的條件，第一透鏡L1會(huì)產(chǎn)生大量的像散和場(chǎng)曲，在條件(4)的約束下，第二透鏡L2可以大幅度降低第一透鏡L1的像散和場(chǎng)曲，進(jìn)一步滿足條件(5)可降低光線在第二透鏡L2表面的入射角度，進(jìn)而降低像差平衡難度。

為了進(jìn)一步平衡各光學(xué)元件的像差，孔徑光闌AS、第二透鏡L2和第三透鏡L3滿足所有的下列條件式(6)

1.1<Tf/Tb<1.4 (6)

其中Tf為孔徑光闌AS物側(cè)面到第二透鏡L2像側(cè)面的空氣等效厚度，Tb為孔徑光闌AS像側(cè)面到第三透鏡L3物側(cè)面的空氣等效厚度，在條件(6)的作用下，使濾光片CF不會(huì)過(guò)大的偏離對(duì)稱結(jié)構(gòu)，同時(shí)，濾光片CF濾除進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的紅外光，從而提升圖像對(duì)比度，優(yōu)化圖像質(zhì)量。

在以下各實(shí)施例中，r表示曲率半徑，d表示面間隔，nd表示d光(587.5nm)的折射率，vd表示d光(587.5nm)的阿貝數(shù)，OBJ表示物面，IMA表示像面，STO表示孔徑光闌AS，F(xiàn)NO表示光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)，f為光學(xué)鏡頭焦距。

實(shí)施例1：

如圖2-4所示，本實(shí)施例中，f1/f＝-0.906，f12/f34＝1.188，f4/f＝-0.9，d2/(n2*d3)＝0.539，r2/r3＝-0.615，Tf/Tb＝1.221。

其中f為物鏡整體焦距，f1為第一透鏡L1的焦距，f12為第一透鏡L1和第二透鏡L2的組合焦距，f34為第三透鏡L3和第四透鏡L4組合焦距，f4為第四透鏡L4的焦距，d2為第一透鏡L1和第二透鏡L2間空氣間隔的厚度，d3為第二透鏡L2軸向厚度，n2為第二透鏡L2在d光(587.5nm)下的折射率，Tf為孔徑光闌AS物側(cè)面到第二透鏡L2像側(cè)面的空氣等效厚度，Tb為孔徑光闌AS像側(cè)面到第三透鏡L3物側(cè)面的空氣等效厚度。

所得各數(shù)據(jù)如下：

FNO＝7.2，f＝0.999

圖3為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖，可見各視場(chǎng)傳遞函數(shù)曲線TS同圖中所示衍射極限D(zhuǎn)iff.Limit接近，具有良好的像質(zhì)。

圖4為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)場(chǎng)曲(Field Curvature)和畸變(Distortion)，由圖可知本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)像面彎曲均在0.05mm以內(nèi)，滿足成像質(zhì)量要求，同時(shí)由于大視場(chǎng)的條件下，大的圖像畸變也是可以接受的。

實(shí)施例2

如圖2、圖5和圖6所示，本實(shí)施例中，f1/f＝-0.946，f12/f34＝1.522，f4/f＝-1.021，d2/(n2*d3)＝0.463，r2/r3＝-0.414，Tf/Tb＝1.352。

其中f為物鏡整體焦距，f1為第一透鏡L1的焦距，f12為第一透鏡L1和第二透鏡L2的組合焦距，f34為第三透鏡L3和第四透鏡L4組合焦距，f4為第四透鏡L4的焦距，d2為第一透鏡L1和第二透鏡L2間空氣間隔的厚度，d3為第二透鏡L2軸向厚度，n2為第二透鏡L2在d光(587.5nm)下的折射率，Tf為孔徑光闌AS物側(cè)面到第二透鏡L2像側(cè)面的空氣等效厚度，Tb為孔徑光闌AS像側(cè)面到第三透鏡L3物側(cè)面的空氣等效厚度。

所得各數(shù)據(jù)如下：

FNO＝7.0，f＝0.958

圖5為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖，可見各視場(chǎng)傳遞函數(shù)曲線TS同圖中所示衍射極限D(zhuǎn)iff.Limit接近，具有良好的像質(zhì)。

圖6為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)場(chǎng)曲(Field Curvature)和畸變(Distortion)，由圖可知本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)像面彎曲均在0.05mm以內(nèi)，滿足成像質(zhì)量要求，同時(shí)由于大視場(chǎng)的條件下，大的圖像畸變也是可以接受的。

實(shí)施例3

如圖2、圖7和圖8所示，本實(shí)施例中，f1/f＝-0.949，f12/f34＝2.096，f4/f＝-0.991，d2/(n2*d3)＝0.463，r2/r3＝-0.450，Tf/Tb＝1.774。

其中f為物鏡整體焦距，f1為第一透鏡L1的焦距，f12為第一透鏡L1和第二透鏡L2的組合焦距，f34為第三透鏡L3和第四透鏡L4組合焦距，f4為第四透鏡L4的焦距，d2為第一透鏡L1和第二透鏡L2間空氣間隔的厚度，d3為第二透鏡L2軸向厚度，n2為第二透鏡L2在d光(587.5nm)下的折射率，Tf為孔徑光闌AS物側(cè)面到第二透鏡L2像側(cè)面的空氣等效厚度，Tb為孔徑光闌AS像側(cè)面到第三透鏡L3物側(cè)面的空氣等效厚度。

所得各數(shù)據(jù)如下：

FNO＝7.3，f＝0.970

圖7為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖，可見各視場(chǎng)傳遞函數(shù)曲線TS同圖中所示衍射極限D(zhuǎn)iff.Limit接近，具有良好的像質(zhì)。

圖8為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)場(chǎng)曲(Field Curvature)和畸變(Distortion)，由圖可知本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)像面彎曲均在0.05mm以內(nèi)，滿足成像質(zhì)量要求，同時(shí)由于大視場(chǎng)的條件下，大的圖像畸變也是可以接受的。

實(shí)施例4

如圖2、圖9和圖10所示，本實(shí)施例中，f1/f＝-0.954，f12/f34＝2.018，f4/f＝-0.993，d2/(n2*d3)＝0.463，r2/r3＝-0.445，Tf/Tb＝1.756。

其中f為物鏡整體焦距，f1為第一透鏡L1的焦距，f12為第一透鏡L1和第二透鏡L2的組合焦距，f34為第三透鏡L3和第四透鏡L4組合焦距，f4為第四透鏡L4的焦距，d2為第一透鏡L1和第二透鏡L2間空氣間隔的厚度，d3為第二透鏡L2軸向厚度，n2為第二透鏡L2在d光(587.5nm)下的折射率，Tf為孔徑光闌AS物側(cè)面到第二透鏡L2像側(cè)面的空氣等效厚度，Tb為孔徑光闌AS像側(cè)面到第三透鏡L3物側(cè)面的空氣等效厚度。

所得各數(shù)據(jù)如下：

FNO＝6.8，f＝0.964

圖9為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖，可見各視場(chǎng)傳遞函數(shù)曲線TS同圖中所示衍射極限D(zhuǎn)iff.Limit接近，具有良好的像質(zhì)。

圖10為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)場(chǎng)曲(Field Curvature)和畸變(Distortion)，由圖可知本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)像面彎曲均在0.05mm以內(nèi)，滿足成像質(zhì)量要求，同時(shí)由于大視場(chǎng)的條件下，大的圖像畸變也是可以接受的。

本實(shí)用新型采用全分離式的組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝制作成本低，避免了高低溫下膠合元件易導(dǎo)致失效的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

雖然結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但不應(yīng)理解為對(duì)本專利的保護(hù)范圍的限定。在權(quán)利要求書所描述的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改和變形仍屬本專利的保護(hù)范圍。