本實(shí)用新型涉及一種物鏡光學(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(shí)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。
中國專利文獻(xiàn)CN201945733U公開一種內(nèi)窺鏡用物鏡鏡頭,包括依次布置的第一物鏡、第二物鏡、第三物鏡和第四物鏡,所述第一物鏡為彎月負(fù)透鏡,第二物鏡為彎月正透鏡,第三物鏡為雙凸正透鏡,第四物鏡為凸平正透鏡,所述第四物鏡的凸面與第三物鏡相接,所述第二物鏡與第三物鏡之間設(shè)有光闌,結(jié)構(gòu)小、視場大,有效提高通光量,但后截距太小,易碰到芯片,造成芯片臟污,影響拍攝效果,難安裝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型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、視場廣角大且便于安裝的效果。
本實(shí)用新型公開的內(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負(fù)光焦度,所述第一透鏡組包括第一透鏡和第二透鏡,所述第二透鏡組具有正光焦度,所述第二透鏡組包括第三透鏡和第四透鏡,并滿足以下條件式:
f/H(L1r1)<1.8;
H(L1r1)/IMH<0.8;
TTL/f<5.5;
BF/f>1.2;
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(shí)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(shí)對應(yīng)的芯片感光面上的最大像高,TTL是第一透鏡在光軸上的物側(cè)面到芯片感光面的距離,BF是第四透鏡在光軸上的像側(cè)面到芯片感光面的距離。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡組還滿足以下條件式:
-0.3<f/f_G1<0.1
其中,f_G1是第一透鏡組的焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡為像側(cè)面為凹面的負(fù)透鏡,所述第二透鏡為像側(cè)面為凸面的正透鏡,且滿足以下條件式:
-3.5<f2/f1<-1.6;
0.2<f/f2<0.55;
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,所述第一透鏡和第二透鏡還滿足以下條件式:
V1>45;
V2>45;
其中,V1為第一透鏡的阿貝數(shù),V2為第二透鏡的阿貝數(shù)。
作為優(yōu)選方案,所述第二透鏡組還滿足以下條件式:
0.4<f/f_G2<0.7;
其中,f_G2為第二透鏡組的焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第三透鏡為正透鏡,所述第四透鏡為物側(cè)面為凹面的負(fù)透鏡,所述第二透鏡組還滿足以下條件式:
-1<f/f4<-0.45;
-1.9<f4/f3<-1.1;
其中,f3為第三透鏡的焦距,f4為第四透鏡的焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第三透鏡和第四透鏡還滿足以下條件式:
V3>45;
V4<30;
其中,V3為第三透鏡的阿貝數(shù),V4為第四透鏡的阿貝數(shù)。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡組和第二透鏡組還滿足以下條件式:
|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.013;
|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)|<0.013;
作為優(yōu)選方案,所述第三透鏡的像側(cè)面和第四透鏡的物側(cè)面膠合。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡由塑料材料制成,且各透鏡均至少有一面為非球面。
本實(shí)用新型公開的內(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)<1.8對物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距進(jìn)行限定,更好地實(shí)現(xiàn)廣角化,條件式H(L1r1)/IMH<0.8通過對常規(guī)觀察時(shí)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(shí)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(shí)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,通過條件式TTL/f<5.5和BF/f>1.2對后截距進(jìn)行限定,具有足夠的安裝距離避開芯片,使得本實(shí)用新型提供的物鏡光學(xué)系統(tǒng),具有小徑化、視場廣角大且便于安裝的特點(diǎn)。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例一的像差曲線示意圖;
圖3是本實(shí)用新型內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是本實(shí)用新型內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例二的像差曲線示意圖;
圖5是本實(shí)用新型內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6是本實(shí)用新型內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例三的像差曲線示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對本實(shí)用新型做進(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像側(cè)面為凸面的具有正光焦度的第二透鏡構(gòu)成,第二透鏡組由具有正光焦度的第三透鏡和具有負(fù)光焦度的第四透鏡構(gòu)成。
通過設(shè)置下述條件式(1)和(2),從而成功實(shí)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)<1.8;(1)
H(L1r1)/IMH<0.8;(2)
TTL/f<5.5;(3)
BF/f>1.2;(4)
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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的小口徑化。
條件式(3)和(4)可簡化內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)與芯片的裝配。
進(jìn)一步地,-0.3<f/f_G1<0.1;(5)
條件式(5)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(shí)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),增多第二透鏡組的鏡片數(shù)量,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)滿足以下條件式:
-3.5<f2/f1<-1.6;(6)
0.2<f/f2<0.55;(7)
條件式(6)和(7)限定了構(gòu)成第一透組的第一透鏡和第二透鏡的光焦度配置。配置第一透鏡較弱的負(fù)光焦度,同時(shí)配置第二透鏡配置較弱的正光焦度,對軸外視場的非對稱像差即慧差能起到較好的校正作用。
一般公知,阿貝數(shù)越高,材料的色散越低。進(jìn)一步地,內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)第一透鏡和第二透鏡的材料滿足以下條件式:
V1>45;(8)
V2>45;(9)
更進(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_G2<0.7;(10)
條件式(10)通過合理配置第二透鏡組的光焦度,使其更好地聚焦光線。若第二透鏡組的光焦度過強(qiáng),不利于對軸外視場的像差校正;若第二透鏡組的光焦度過弱,不能很好地聚焦光線,會增加內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)長度。
更進(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:
-1<f/f4<-0.45;(11)
-1.9<f4/f3<-1.1;(12)
條件式(11)和(12)限定了構(gòu)成第二透組的第三透鏡和第四透鏡的光焦度配置。配置第四透鏡較弱的負(fù)光焦度,同時(shí)配置第三透鏡配置合適的正光焦度,能較好的聚焦光線同時(shí)滿足對軸外視場的非對稱像差校正。
更進(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:
V3>45;(13)
V4<30;(14)
通過配置第三透鏡材料較高的阿貝數(shù),減少第三透鏡自身帶入的色差;同時(shí)配置第四透鏡較低的阿貝數(shù)即較大色差材料來補(bǔ)償系統(tǒng)的色差。
更進(jìn)一步地,為了得到高清性能的內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng),內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足滿足以下條件式:
|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.013;(15)
|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)|<0.013;(16)
此外,就第一透鏡組來說,為了實(shí)現(xiàn)小徑化、廣角且高清光學(xué)性能,優(yōu)選所述第一透鏡和第二透鏡具有至少1面非球面。通過設(shè)置非球面,有利于像差補(bǔ)正。需要說明的是,在所述第一透鏡和第二透鏡設(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。
就第二透鏡組來說,為了實(shí)現(xiàn)小徑化、廣角且高清光學(xué)性能和匹配芯片,優(yōu)選所述第三透鏡和第四透鏡具有至少1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,在所述第三透鏡和第四透鏡設(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(shí)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(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的透鏡中最大透鏡為外徑3mm以下,且優(yōu)選2.5mm以下并能夠滿足匹配百萬像素以上芯片性能要求的內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
需要重要說明的是,為了實(shí)現(xiàn)小徑化、廣角且百萬以上高清光學(xué)性能,在本實(shí)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(xiàng)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: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;f4:第四透鏡的焦距;H(L1r1):指常規(guī)觀察時(shí)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:常規(guī)觀察時(shí)對應(yīng)的芯片感光面上的最大像高;f_G1:第一透鏡組的焦距;f_G2:第二透鏡組的焦距;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);V4:第四透鏡的阿貝數(shù);BF:第四透鏡在光軸上的像側(cè)面到芯片感光面的距離;TTL:第一透鏡在光軸上的物側(cè)面到芯片感光面距離。
實(shí)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由具有負(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)面為凸面,像側(cè)面為凹面,第二透鏡12的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面,第二透鏡組20由正光焦度的第三透鏡21和負(fù)光焦度的第四透鏡22構(gòu)成,所述第三透鏡21的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面,所述第四透鏡22的像側(cè)面和物側(cè)面均為凹面。本實(shí)施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)像高1.75mm,全視場角大于100度,口徑小于2.5mm。下表為本實(shí)施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),本實(shí)施例的各種像差曲線圖請參考圖2。
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面為光闌面,第7面為第三透鏡的物側(cè)面,第8面為第三透鏡的像側(cè)面,第9面為第四透鏡的物側(cè)面,第10面為第四透鏡的像側(cè)面,第11面濾光片的物側(cè)面,第12面為濾光片的像側(cè)面,第13面為平板玻璃的物側(cè)面,第14面為平板玻璃的像側(cè)面。
實(shí)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由具有負(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)面為凸面,像側(cè)面為凹面,第二透鏡12的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面,第二透鏡組20由正光焦度的第三透鏡21和負(fù)光焦度的第四透鏡22構(gòu)成,所述第三透鏡21的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面,所述第四透鏡22的物側(cè)面為凹面,像側(cè)面為帶曲率拐點(diǎn)的非球面。本實(shí)施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)像高1.75mm,全視場角大于100度,口徑小于3.0mm。下表為本實(shí)施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),本實(shí)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面為光闌面,第7面為第三透鏡的物側(cè)面,第8面為第三透鏡的像側(cè)面,第9面為第四透鏡的物側(cè)面,第10面為第四透鏡的像側(cè)面,第11面濾光片的物側(cè)面,第12面為濾光片的像側(cè)面,第13面為平板玻璃的物側(cè)面,第14面為平板玻璃的像側(cè)面。
實(shí)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由具有負(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)面為凹面,第二透鏡12的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面,第二透鏡組20由正光焦度的第三透鏡21和負(fù)光焦度的第四透鏡22構(gòu)成,所述第三透鏡21的物側(cè)面和像側(cè)面均為凸面,所述第四透鏡22的物側(cè)面為凹面,像側(cè)面為帶曲率拐點(diǎn)的非球面。本實(shí)施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)像高1.75mm,全視場角大于100度,口徑小于3.0mm。下表為本實(shí)施例內(nèi)窺用攝像物鏡光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),本實(shí)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面為光闌面,第7面為第三透鏡的物側(cè)面,第8面為第三透鏡的像側(cè)面,第9面為第四透鏡的物側(cè)面,第10面為第四透鏡的像側(cè)面,第11面濾光片的物側(cè)面,第12面為濾光片的像側(cè)面,第13面為平板玻璃的物側(cè)面,第14面為平板玻璃的像側(cè)面。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案,而非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制,盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳細(xì)地說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。