一种适用流动血液成像的红外内窥镜转接镜头光学系统

1.本实用新型涉及一种适用流动血液成像的红外内窥镜转接镜头光学系统，属于医疗器械技术领域。


背景技术：

2.结合现代光学、精密机械以及电子技术等于一体的内窥镜技术自发明以来得到了广泛应用，不仅在工业生产时提供了不需拆卸或停止设备运行情况下的无损检测，在医疗领域同样发展出了口腔内窥镜、腹腔镜、耳鼻喉内窥镜等诸多类别，有效地提升了病变的检出率以及手术愈后能力。
3.内窥镜通常都是置于空气这类低散射、弱吸收的介质中，因此使用可见光作为光源便可实现优良的成像效果，但这无法满足在某些特定溶液环境下的使用需求。在医学领域，随着介入手术技术的不断发展，人们已经开始利用近红外光线作为光源进行血液环境下成像。因为可见光在这类介质中的吸收与散射系数都较大，难以实现有效的光传输，也就无法对目标物质成像。为了解决这个问题，相关人员提出了基于红外光源的新型内窥镜。这种内窥镜使用的近红外波段的红外激光作为内窥镜的光源，实现了血液环境下的可视化。
4.目前市面上主要的内窥镜主要以可见光作为光源，相关的匹配光学元件如转接镜头等也只能支持可见光，这样就造成了以红外激光作为光源的内窥镜无可用的转接镜头，一个光学成像系统的构成离不开转接镜头部件。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是：提供一种红外内窥镜适配的转接镜头，该转接镜头结构简单、小巧紧凑、几何畸变小且工作在近红外波段。
6.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种适用流动血液成像的红外内窥镜转接镜头光学系统，用于将目镜光学系统输出的像面均匀放大后透射到后方的红外专用相机进行显像，其特征在于，所述红外内窥镜转接镜头光学系统由沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜组成；
7.将第一透镜面向物面的一面定义为第一表面、面向像面的一面定义为第二表面，将第二透镜面向物面的一面定义为第三表面、面向像面的一面定义为第四表面，将第三透镜面向物面的一面定义为第五表面、面向像面的一面定义为第六表面，则有：
8.第一表面为曲率半径无限大的平面，第二表面为曲率半径等于
‑
49.930mm的凸向像面，第三表面为曲率半径等于53.440mm的凸向物面，第四表面为曲率半径等于
‑
49.000mm的凸向像面，第五表面为曲率半径等于52.510mm凸向物面，第六表面为曲率半径无限大的平面。
9.优选地，所述第一透镜具有正光焦度，焦距f1＝99.126mm；所述第二透镜2具有正光焦度，焦距f2＝51.183mm；所述第三透镜3具有正光焦度，焦距f3＝104.248mm。
10.优选地，所述第一透镜的中心厚度为2.200mm；所述第二透镜的中心厚度为
2.600mm；所述第三透镜的中心厚度为2.200mm。
11.优选地，所述第二表面与所述第三表面之间的距离为2.363mm；所述第四表面与所述第五表面之间的距离为0.299mm。
12.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜的通光口径均小于14mm。
13.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜均为基于bk7材质制成的球面平凸透镜。
14.优选地，所述目镜光学系统的最佳工作波段为1.25
‑
1.35微米，光学筒长小于50mm。
15.本实用新型通过镜片结构的优化，在保证所用镜片数少的情况下实现了像面畸变小的优点，能够将前方目镜输出的像面进一步放大均匀透射到后方相机感光面上，且所有镜片均采用球面结构，降低了加工难度，节约成本。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
17.1.本实用新型针对适用流动血液的红外内窥镜特殊工作需求，设计优化了一种与之适配的物镜光学系统，通过zemax模拟，基于能够完全支持近红外波段的近红外激光的成像指标，不仅实现了该系统与前方成像光纤束的有效耦合，而且对系统尺寸有严格把控，做到结构小巧紧凑。
18.2.本实用新型设计的一种适用流动血液成像的红外内窥目镜光学系统，透镜均采用球面设计，降低了加工难度与成本，有利于规模推广使用。
附图说明
19.图1为本实用新型的一种适用流动血液成像的红外内窥镜转接镜头的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例中转接镜头的应用场景示意图；
21.图3为本实用新型实施例中转接镜头的mtf光学传递函数曲线仿真图；
22.图4为本实用新型实施例中转接镜头的相对光照度仿真图；
23.图5为本实用新型实施例中转接镜头的畸变仿真图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
25.本实用新型提供的红外内窥镜转接镜头，其结构如图1所示，由沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3组成。为保证整体结构小巧，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的通光口径均小于14mm，本实施例中，通光口径为12.70mm。并且为保证加工的简单并降低成本，第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3均为基于bk7材质制成的球面平凸透镜。
26.本实施例中，将第一透镜1面向物面的一面定义为第一表面11，面向像面的一面定义为第二表面12。将第二透镜2面向物面的一面定义为第三表面21，面向像面的一面定义为
第四表面22。将第三透镜3面向物面的一面定义为第五表面31，面向像面的一面定义为第六表面32，则有：
27.第一透镜1具有正光焦度，焦距f1＝99.126mm。第一表面11为平面，曲率半径为无限大；第二表面12为凸向像面，曲率半径为
‑
49.930mm。第一透镜1的中心厚度为2.200mm。
28.第二透镜2具有正光焦度，焦距f2＝51.183mm。第三表面21为凸向物面，曲率半径为53.440mm；第四表面22为凸向像面，曲率半径为
‑
49.000mm。第二透镜2的中心厚度为2.600mm。
29.第三透镜3具有正光焦度，焦距f3＝104.248mm。第五表面31为凸向物面，曲率半径为52.510mm；第六表面32为平面，曲率半径无限大。第三透镜3的中心厚度为2.200mm。
30.为保证整体结构紧凑，第二表面12与第三表面21之间的距离为2.363mm；第四表面22与第五表面31之间的距离为0.299mm。
31.本实用新型的应用环境如图2所示：最前方为成像光纤束a将远处物体的反射光传输到目镜光学系统b处，再经由本实用新型提供的一种转接镜头c把像面均匀放大后透射到后方为红外专用相机d进行显像。其中，成像光纤束a为像素数为万级的高清成像光纤。目镜光学系统b可以采用现有的红外内窥镜的光学系统，也可以采用本技术人另案申请的一种适用流动血液成像的红外内窥镜物镜光学系统。目镜光学系统b的最佳工作波段为1.25
‑
1.35微米，光学筒长小于50mm，本实施例中，光学筒长为46.69mm。
32.如图3所示，采用上述实施例对目镜光学系统b进行优化后，使得优化后的目镜光学系统b在截止频率为30lp/mm处的全视场角mtf均大于0.57，并使得优化后的目镜光学系统b在像面上的相对照度大于99％，保证了成像时的光照均匀性，同时，优化后的目镜光学系统b在像面上的畸变小于1.2％。
33.红外专用相机d为数十万级像素数的近红外相机，完全支持整个近红外波段成像要求。
34.上述实施例仅为本实用新型的一种实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。