一种小尺寸硬管内窥镜光学系统及其成像方法与流程

：本发明涉及一种小尺寸硬管内窥镜光学系统及其成像方法。

背景技术

0、背景技术：

1、常用硬管内窥镜物镜组结构为平凹型透镜与双凸型透镜组合，但由于该结构在大视场小尺寸时，平凹型透镜的凹面r值小，其镜片加工难度大。

2、早期硬管内窥镜光学转像系统结构，该种结构由一对双胶合薄透镜组构成，光阑位于中间，垂轴像差得到良好校正。但由于采用薄透镜组，且在装配时镜片容易倾斜，从而影响系统像质。

3、目前常用的硬管内窥镜光学系统的中继组含有多组结构相同的转像透镜组，采用双胶合或三胶合透镜，其中一片为hopkins棒状透镜，hopkins棒状透镜一端与焦距为负的薄负透镜相胶合，薄透负镜使用高折射率、高色散的光学玻璃，用于校正轴向色差，但不能校正场曲。这种转像结构与早期结构相比，光能透过率高，这种硬管内窥镜光学转像系统优点是结构简单，光能透过率比早期转像结构光能透过率高，缺点在于hopkins棒状透镜非胶合面半径大，用传统的光学加工工艺加工比较困难。

4、可见，物镜组与中继组镜片设计对大视场、小尺寸硬管内窥镜制造影响很大。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种小尺寸硬管内窥镜光学系统及其成像方法，设计合理、结构简单，满足小尺寸、大视场，且易制造。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，所述光学系统由从物方到像方沿光轴依次排布的物镜组、中继组和目镜组组成，所述物镜组由从物方到像方沿光轴依次排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜组成，所述第一透镜为平面镜，第二透镜、第三透镜对称分布且均为平凹透镜，第四透镜为平凸透镜，第五透镜为双凸透镜；所述中继组由从物方到像方沿光轴依次排布的前段镜组、后段镜组，所述前段镜组为转向透镜组且由多个沿光轴方向排布的胶合透镜组成，每个胶合透镜均由第六透镜和第七透镜胶合而成，第六透镜为平凸透镜，第七透镜为平棒镜；所述后段镜组由从物方到像方沿光轴依次排布的第八透镜、第九透镜、第十透镜以及第十一透镜组成，所述第八透镜为双凸非球透镜，第九透镜为平棒镜，第十透镜由一片双凸透镜与一片负弯月透镜胶合而成，第十一透镜为平棒镜。

3、进一步的，双凸非球透镜与平凹透镜的焦距比范围为7.1-8.0之间，双凸非球透镜与平凸透镜的焦距比范围为0.77-0.93之间。

4、进一步的，所述物镜组、中继组的镜片直径尺寸为0.8-1.3mm。

5、进一步的，在物镜组中，第一透镜、第二透镜、第三透镜组成负透镜系统；第四透镜和第五透镜组成正透镜系统。

6、进一步的，物镜组的所有透镜均由高折射率玻璃材质制成，材料折射率介于1.75-1.85之间。所述第六透镜的折射率范围为1.48-1.55之间；所述第七透镜的折射率范围为1.75-1.83之间。

7、进一步的，所述目镜组由从物方到像方沿光轴依次排布的第十二透镜、第十三透镜组成，其中，第十二透镜为负弯月透镜，第十三透镜由一片双凸透镜与一片负弯月透镜胶合而成。

8、进一步的，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为0.02mm；第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为0.24mm；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.02mm；第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.24mm；第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为1.83mm；中继组的转向透镜组中，相邻两个胶合透镜组之间的空气间隔为0.42mm；第七透镜与第八透镜之间的空气间隔为0.43mm；第八透镜与第九透镜之间的空气间隔为0.43mm；第九透镜与第十透镜之间的空气间隔为0.43mm；第十透镜与第十一透镜之间的空气间隔为0.41mm；第十一透镜与第十二透镜之间的空气间隔为1.79mm；第十二透镜与第十三透镜之间的空气间隔为1mm。

9、进一步的，双凸非球透镜两端参数一致。

10、进一步的，所述光学系统的视场角大于100°。

11、本发明采用的另外一种技术方案是：一种小尺寸硬管内窥镜光学系统的成像方法，成像时：光线从物方到像方以此通过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜以及第十三透镜后进行成像。

12、与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，满足大视场、小尺寸、结构简单、易制造的特点。

技术特征：

1.一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，所述光学系统由从物方到像方沿光轴依次排布的物镜组、中继组和目镜组组成，其特征在于：所述物镜组由从物方到像方沿光轴依次排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜组成，所述第一透镜为平面镜，第二透镜、第三透镜对称分布且均为平凹透镜，第四透镜为平凸透镜，第五透镜为双凸透镜；所述中继组由从物方到像方沿光轴依次排布的前段镜组、后段镜组，所述前段镜组为转向透镜组且由多个沿光轴方向排布的胶合透镜组成，每个胶合透镜均由第六透镜和第七透镜胶合而成，第六透镜为平凸透镜，第七透镜为平棒镜；所述后段镜组由从物方到像方沿光轴依次排布的第八透镜、第九透镜、第十透镜以及第十一透镜组成，所述第八透镜为双凸非球透镜，第九透镜为平棒镜，第十透镜由一片双凸透镜与一片负弯月透镜胶合而成，第十一透镜为平棒镜。

2.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：双凸非球透镜与平凹透镜的焦距比范围为7.1-8.0之间，双凸非球透镜与平凸透镜的焦距比范围为0.77-0.93之间。

3.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述物镜组、中继组的镜片直径尺寸为0.8-1.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：在物镜组中，第一透镜、第二透镜、第三透镜组成负透镜系统；第四透镜和第五透镜组成正透镜系统。

5.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：物镜组的所有透镜均由高折射率玻璃材质制成，材料折射率介于1.75-1.85之间；所述第六透镜的折射率范围为1.48-1.55之间；所述第七透镜的折射率范围为1.75-1.83之间。

6.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述目镜组由从物方到像方沿光轴依次排布的第十二透镜、第十三透镜组成，第十二透镜为负弯月透镜，第十三透镜由一片双凸透镜与一片负弯月透镜胶合而成。

7.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为0.02mm；第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为0.24mm；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.02mm；第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.24mm；第五透镜与第六透镜之间的空气间隔为1.83mm；中继组的转向透镜组中，相邻两个胶合透镜组之间的空气间隔为0.42mm；第七透镜与第八透镜之间的空气间隔为0.43mm；第八透镜与第九透镜之间的空气间隔为0.43mm；第九透镜与第十透镜之间的空气间隔为0.43mm；第十透镜与第十一透镜之间的空气间隔为0.41mm；第十一透镜与第十二透镜之间的空气间隔为1.79mm；第十二透镜与第十三透镜之间的空气间隔为1mm。

8.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：双凸非球透镜两端参数一致。

9.根据权利要求1所述的一种小尺寸硬管内窥镜光学系统，其特征在于：所述光学系统的视场角大于100°。

10.一种小尺寸硬管内窥镜光学系统的成像方法，其特征在于：包括采用如权利要求1-9中任意一项所述的小尺寸硬管内窥镜光学系统，成像时：光线从物方到像方以此通过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜以及第十三透镜后进行成像。

技术总结本发明涉及一种小尺寸硬管内窥镜光学系统及其成像方法，光学系统由从物方到像方沿光轴依次排布的物镜组、中继组和目镜组组成，物镜组由第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第五透镜组成，第二透镜、第三透镜对称分布且均为平凹透镜；中继组由前段镜组、后段镜组，所述前段镜组为转向透镜组且由多个沿光轴方向排布的胶合透镜组成，每个胶合透镜均由第六透镜和第七透镜胶合而成，第六透镜为平凸透镜，第七透镜为平棒镜；所述后段镜组由从物方到像方沿光轴依次排布的第八透镜、第九透镜、第十透镜以及第十一透镜组成，所述第八透镜为双凸非球透镜。本发明设计合理，满足大视场、小尺寸、结构简单、易制造的特点。技术研发人员：陈俊杰受保护的技术使用者：福建光旭科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13