一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统，包括从物面侧依次布置的第一镜组、第二镜组、第三镜组、第四镜组、滤光片和CMOS芯片，物面与CMOS芯片互为物像共轭关系，第一镜组为负折射率镜组，第二镜组、第三镜组和第四镜组均为正折射率镜组，第一镜组和第二镜组之间设置有系统光阑，第三镜组用于沿内窥镜系统的光轴移动进行变焦和切换低倍状态、高倍状态，第一镜组朝向物面一侧设置有第一凹透镜。本发明专利技术相较于现有技术，简化变焦方式，在变焦过程中像质优异且稳定，高倍时的放大倍率和F数更高，分辨率也更高。分辨率也更高。分辨率也更高。

【技术实现步骤摘要】
一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统


[0001]本专利技术属于内窥镜光学系统领域，尤其涉及一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统。

技术介绍

[0002]内窥镜是目前临床上必不可少的医疗设备之一。随着摄像头的微型化和内窥镜插入端的细径化发展，微创手术应运而生。常规内窥镜视场比较大，但是分辨率较低，只能实现医生观察和手术的目的，不能用于病理诊断。为了解决医疗观察、手术及实时精密诊断的需求，对能够进行变焦的内窥镜光学系统的需求变强，变焦内窥镜低倍时可以观看大视场，利于手术，高倍时视场小，但是分辨率高，利于精密诊断。
[0003]放大内窥镜光学系统通过使透镜组沿光轴移动，能够切换通常低倍状态和放大观察状态，同时焦距也发生改变。如中国专利CN201480016424.5中公开了一种放大内窥镜光学系统，该放大内窥镜光学系统具备多个透镜组以及与摄像元件接合的负透镜，通过使上述透镜组中的一部分透镜组移动，至少能够进行通常观察状态和近距离放大状态的切换。
[0004]现有技术中(如上述专利)，变焦时透镜组的移动调整复杂，低倍状态和高倍状态切换不便，放大倍率不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：提供一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统，简化变焦方式，在变焦过程中像质优异且稳定，高倍时的放大倍率和F数更高，分辨率也更高。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统，包括从物面侧依次布置的第一镜组、第二镜组、第三镜组、第四镜组、滤光片和CMOS芯片，物面与CMOS芯片互为物像共轭关系，第一镜组为负折射率镜组，第二镜组、第三镜组和第四镜组均为正折射率镜组，第一镜组和第二镜组之间设置有系统光阑，第三镜组用于沿内窥镜系统的光轴移动进行变焦和切换低倍状态、高倍状态，第一镜组朝向物面一侧设置有第一凹透镜，第一凹透镜的焦距与内窥镜低倍系统焦距的比值满足以下关系：
[0007][0008]式中，f
11
为所述第一凹透镜(11)的焦距，f为内窥镜低倍系统焦距。第一镜组由多片透镜组成，主要用于收集物方各视场信息，整体具备负的折射率。系统光阑位于第一镜组和第二镜组之间，第二镜组、第三镜组和第四镜组均具备正的折射率，将第一镜组的发散光线精密汇聚成像，滤光片(保护片表面镀膜形成)位于CMOS芯片前方。
[0009]作为上述技术方案的进一步描述：
[0010]第一镜组的焦距与第一凹透镜的焦距比值满足以下关系：
[0011][0012]式中，f1为第一镜组的焦距。
[0013]作为上述技术方案的进一步描述：
[0014]第二镜组的焦距与内窥镜低倍系统焦距比值满足以下关系：
[0015][0016]式中，f2为第二镜组的焦距。
[0017]作为上述技术方案的进一步描述：
[0018]第三镜组和第四镜组的组合焦距与内窥镜低倍系统焦距比值满足以下关系：
[0019][0020]式中，f
34
为第三镜组和第四镜组的组合焦距。
[0021]作为上述技术方案的进一步描述：
[0022]系统光阑与第一镜组和第二镜组的中心距离比值满足以下关系：
[0023][0024]式中，d
g
为系统光阑至第二镜组的距离，d
23
为第一镜组至第二镜组的距离。
[0025]作为上述技术方案的进一步描述：
[0026]随着工作距(物面至第一凹透镜前表面的距离)的变化，内窥镜系统变焦过程中，第二镜组和第四镜组之间的距离不变，第三镜组沿内窥镜系统光轴的移动方向与物面的移动方向一致。
[0027]作为上述技术方案的进一步描述：
[0028]第一凹透镜靠近像面侧的曲率半径与其焦距之比满足如下关系：
[0029][0030]式中，r为第一凹透镜靠近像面侧的曲率半径。
[0031]作为上述技术方案的进一步描述：
[0032]第一凹透镜的材质为石英玻璃，石英玻璃(silica)生物相容性好。
[0033]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0034]1、本专利技术中，光学系统由第一镜组、系统光阑、第二镜组、第三镜组、第四镜组、滤光片和CMOS芯片组成，物面位于第一镜组前方，并且物面与CMOS芯片互为物像共轭关系，物面至第一镜组中第一凹透镜前表面的距离为工作距，工作距越大，物方线视场越大，放大倍率和分辨率低，工作距越小，物方线视场越小，放大倍率和分辨率高。正常情况下，物面移动一旦超出其景深范围，像面将会模糊，为了保持物面与CMOS芯片的共轭关系，需要通过变焦方式来实现。本方案中第三镜组为变焦组，物面的移动通过第三镜组的轴向移动进行补偿，第三镜组的移动方向与物面移动方向一致。第三镜组移动过程中，其它镜组的位置关系均不变。本方案基于CRA为零度的CMOS芯片，有效感光面对角线尺寸小于1mm，可实现物方视场不低于130度的精确成像，整体镜片尺寸小于1.8mm，在变焦过程中像质优异且稳定，物面前后移动过程中，变倍比可达5.5倍乃至更高，高倍分辨率可达10um，满足细镜的手术观察及诊断要求。
[0035]2、本专利技术中，将前组玻璃更换为生物相容性更好的SILICA，即第一凹透镜的材料
为生物相容性好的石英玻璃(silica)，分辨率更高。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0037]图1为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的光学结构示意图。
[0038]图2为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的变焦示意图，其中A1为低倍状态，B1为中倍状态，C1为高倍状态，。
[0039]图3为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的低倍状态传递函数图。
[0040]图4为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的低倍状态点列图。
[0041]图5为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的中倍状态传递函数图。
[0042]图6为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的中倍状态点列图。
[0043]图7为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的高倍状态传递函数图。
[0044]图8为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案一的高倍状态点列图。
[0045]图9为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案二的光学结构示意图。
[0046]图10为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案二的变焦示意图，其中A2为低倍状态，B2为中倍状态，C2为高倍状态，。
[0047]图11为一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统方案二的低倍状态传递函数图。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统，其特征在于，包括从物面(7)侧依次布置的第一镜组(1)、第二镜组(2)、第三镜组(3)、第四镜组(4)、滤光片(5)和CMOS芯片(6)，所述物面(7)与所述CMOS芯片(6)互为物像共轭关系，所述第一镜组(1)为负折射率镜组，所述第二镜组(2)、所述第三镜组(3)和所述第四镜组(4)均为正折射率镜组，所述第一镜组(1)和所述第二镜组(2)之间设置有系统光阑(8)，所述第三镜组(3)用于沿内窥镜系统的光轴移动进行变焦和切换低倍状态、高倍状态，所述第一镜组(1)朝向所述物面(7)一侧设置有第一凹透镜(11)，所述第一凹透镜(11)的焦距与内窥镜低倍系统焦距的比值满足以下关系：式中，f
11
为所述第一凹透镜(11)的焦距，f为内窥镜低倍系统焦距。2.根据权利要求1所述的一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统，其特征在于，所述第一镜组(1)的焦距与所述第一凹透镜(11)的焦距比值满足以下关系：式中，f1为所述第一镜组(1)的焦距。3.根据权利要求1所述的一种医疗用倍率放大型内窥镜光学系统，其特征在于，所述第二镜组(2)的焦距与内窥镜低倍系统焦距比值满足以下关系：式中，f2为所述第二镜组(2)的焦距。4.根据权利要求1所述的一种医疗...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨西斌，
申请(专利权)人：苏州光纫科技有限公司，
类型：发明
国别省市：