一种传像自聚焦透镜的制作方法

1.本技术涉及光学元件领域，具体而言，涉及一种传像自聚焦透镜。


背景技术：

2.微小传像系统具备广泛的用途，例如使用在医疗器械上的医疗内窥镜、工业内窥镜(管道镜)。以医疗内窥镜为例，传像系统经过人体的天然孔道或微小创口，进入目标体内，观察目标体内部的组织和结构，对病灶进行诊断，实现微创检测。内窥镜可分为硬性内窥镜、柔性内窥镜和胶囊内窥镜三类，其中，硬性内窥镜加装折光元件后，具有便于操控，可对重点位置进行检查的优点，受到人们的青睐。
3.内窥镜主要由物镜组、传像镜组、目镜或传感器三部分组成，现有技术中物镜组由多组不同材料的镜头装配组成，传像镜组由有若干个间隔设置的透镜单元组成，透镜单元由两个不同的透镜双胶合形成，透镜以柱状平凸、平凹作为基本外形，尺寸较大，而且内窥镜的各个元件之间的距离必须满足一定的条件才能够传像，使得在内窥镜的装配过程中，需要精确装调物镜组、各透光单元之间的位置关系，从而提高传像系统的装调难度，容易引入像差，造成成像质量下降。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种传像自聚焦透镜，能够减小传像系统的尺寸并提高成像质量。
5.本技术的实施例一方面提供了一种传像自聚焦透镜，包括同轴连接的第一自聚焦透镜部和第二自聚焦透镜部，第一自聚焦透镜部包括端部和与端部对应的连接端，连接端与第二自聚焦透镜部的一端连接，光线从端部入射并在连接端形成中间像，中间像在第二自聚焦透镜部内传输并在第二自聚焦透镜部另一端成像，第一自聚焦透镜部的节距为0.25，第二自聚焦透镜部的节距为1的整数倍。
6.作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部的视场角在30
°‑
100
°
之间。
7.作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部的数值孔径在0.25-0.77之间，第二自聚焦透镜部的数值孔径在0.05-0.5之间。
8.作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部的长度在0.46-10mm之间，直径在0.215-4mm之间，第二自聚焦透镜部的长度在2-390mm之间，直径在0.215-4mm之间。
9.作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部中心轴处的折射率在1.59-1.68之间，第二自聚焦透镜部中心轴处的折射率为在1.50-1.61之间。
10.作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部和第二自聚焦透镜部在径向的折射率分布均满足：
[0011][0012]
其中，n(r)为透镜上距离中心轴为r处的折射率，n0为透镜中心轴处的折射率，r为透镜上距离透镜中心轴的长度，a为折射率分布常数。
[0013]
作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部的端部设置有增透膜。
[0014]
作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部与第二自聚焦透镜部胶合连接。
[0015]
作为一种可实施的方式，第一自聚焦透镜部与第二自聚焦透镜部熔融连接。
[0016]
本技术的实施例另一方面提供了一种内窥镜，包括上述的传像自聚焦透镜以及设置在传像自聚焦透镜出光侧的图像接收器，图像接收器接收传像自聚焦透镜在第二自聚焦透镜部另一端形成的像。
[0017]
本技术实施例的有益效果包括：
[0018]
本实用新型提供的传像自聚焦透镜,包括同轴连接的第一自聚焦透镜部和第二自聚焦透镜部，第一自聚焦透镜部包括端部和与端部对应的连接端，连接端与第二自聚焦透镜部的一端连接，光线从端部入射并在连接端形成中间像，第一自聚焦透镜部节距为0.25，第一自聚焦透镜部观察目标时，观察区域内待测物不同位置的物点发出的光线以某一孔径角入射端部，光线进入第一自聚焦透镜部后，由于第一自聚焦透镜部具有径向渐变的折射率的特性，使得光线聚焦，同时使得光线的传播轨迹呈曲线，从而减小了第一自聚焦透镜部的垂直于光轴方向的尺寸，而且第一自聚焦透镜部的节距为0.25，根据自聚焦透镜成像原理，使得待测物发出的发散光束在连接端汇聚成像点，为中间像。中间像在第二自聚焦透镜部内传输并在第二自聚焦透镜部另一端成像，第二自聚焦透镜部的节距为1的整数倍，根据自聚焦透镜成像原理，中间像在第二自聚焦透镜部传播，并第二自聚焦透镜部的另一端呈现相同大小的像。由于第一自聚焦透镜部的连接端和第二自聚焦透镜部的一端连接，中间像可以直接传递至第二自聚焦透镜部，而避免了由于传像组件之间位置关系不准确带来的成像质量下降。本实用新型提供的传像自聚焦透镜，能够减小传像系统的尺寸并提高成像质量。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本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。
[0020]
图1为本技术实施例提供的一种传像自聚焦透镜的结构图；
[0021]
图2为本技术实施例提供的一种传像自聚焦透镜的光线传播示意图；
[0022]
图3a为0.25节距自聚焦透镜中光的传播方向；
[0023]
图3b为0.50节距自聚焦透镜中光的传播方向；
[0024]
图3c为0.75节距自聚焦透镜中光的传播方向；
[0025]
图3d为1.0节距自聚焦透镜中光的传播方向。
[0026]
图标：100-传像自聚焦透镜；110-第一自聚焦透镜部；111-端部；112-连接端；120-第二自聚焦透镜部；200-待测物。
具体实施方式
[0027]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0028]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0029]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0030]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0031]
内窥镜在医疗等方面有着重要的应用，对于医疗用的内窥镜，需要伸入人体的天然孔道，现有的内窥镜探头由于结构关系复杂，因此体积较大，在使用中，会引起患者不舒适。
[0032]
本实用新型提供了一种传像自聚焦透镜100，如图1所示，包括同轴连接的第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120，第一自聚焦透镜部110包括端部111和与端部111对应的连接端112，连接端112与第二自聚焦透镜部120的一端连接，光线从端部111入射并在连接端112形成中间像，中间像在第二自聚焦透镜部120内传输并在第二自聚焦透镜部120另一端成像，第一自聚焦透镜部110的节距为0.25，第二自聚焦透镜部120的节距为1的整数倍。
[0033]
其中，第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120连接，作为一个整体结构，且节距为0.25的第一自聚焦透镜部110在连接端112形成的中间像正好被第二自聚焦透镜120部接收，所以第一自聚焦透镜部110与第二自聚焦透镜部120不需要间隔设置，进而减小了传像自聚焦透镜100的体积。
[0034]
本领域技术人员应当知晓，光在同种均匀介质中沿直线传播，当介质折射率连续变化时，光线就会弯曲。采用主光轴处折射率最高，沿截面径向折射率逐渐减小的径向梯度折射率的自聚焦透镜，光线在透镜中的传播轨迹就不是直线，而是曲线。而在自聚焦透镜中，光束沿正弦轨迹传播完成一个正弦波周期的长度即称为一个节距，光在不同节距自聚焦透镜中的传播轨迹不同，如图3a,图3b,图3c和图3d所示。根据自聚焦透镜的传光原理，对于0.25节距的自聚焦透镜，当从一端面输入一束平行光时，经过自聚焦透镜后会汇聚在另一端面上。如图3a所示,0.25节距的自聚焦透镜完成了光线的聚焦。准直是聚焦的可逆应用，同样是对于0.25节距的自聚焦透镜，当汇聚光从自聚焦透镜一端面输入时，经过自聚焦透镜后会变成平行光线。
[0035]
本实用新型的第一自聚焦透镜部110就是利用0.25节距的特性对光线进行传播的，如图2所示，光线进入第一自聚焦透镜部110后，由于第一自聚焦透镜部110具有径向渐变的折射率的特性，使得光线聚焦，同时使得光线的传播轨迹呈曲线，从而减小了第一自聚焦透镜部110的垂直于光轴方向的尺寸，而且第一自聚焦透镜部110的节距为0.25，根据自
聚焦透镜成像原理，使得待测物发出的发散光束在连接端112汇聚成像点，为中间像。
[0036]
本实用新型的第二自聚焦透镜部120就是利用节距为1的整数倍的特性对光线进行传播的。根据自聚焦透镜成像原理，中间像在第二自聚焦透镜部120传播，并第二自聚焦透镜部120的另一端呈现相同大小的像。
[0037]
本实用新型提供的传像自聚焦透镜100，包括同轴连接的第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120，第一自聚焦透镜部110包括端部111和与端部111对应的连接端112，连接端112与第二自聚焦透镜部120连接，光线从端部111入射并在连接端112形成中间像，第一自聚焦透镜部110节距为0.25，第一自聚焦透镜部110观察目标时，观察区域内待测物不同位置的物点发出的光线以某一孔径角入射端部111，光线进入第一自聚焦透镜部110后，由于第一自聚焦透镜部110具有径向渐变的折射率的特性，使得光线聚焦，同时使得光线的传播轨迹呈曲线，从而减小了第一自聚焦透镜部110的垂直于光轴方向的尺寸，而且第一自聚焦透镜部110的节距为0.25，根据自聚焦透镜成像原理，使得物点发出的发散光束在连接端112汇聚成像点，为中间像。中间像在第二自聚焦透镜部120内传输并在第二自聚焦透镜部120另一端成像，第二自聚焦透镜部120的节距为1的整数倍。根据自聚焦透镜成像原理，中间像在第二自聚焦透镜部120传播，并第二自聚焦透镜部120的另一端呈现相同大小的像。另外，由于第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120的连接端112连接，中间像可以直接传递至第二自聚焦透镜部120，而避免了由于传像组件之间位置关系不准确带来的成像质量下降。本实用新型提供的传像自聚焦透镜100，能够减小传像系统的尺寸并提高成像质量。
[0038]
可选的，如图2所示，第一自聚焦透镜部110的视场角在30
°‑
100
°
之间。第一自聚焦透镜部110的视场较大，从而使得观察区域越大，在同等观察区域的情况下，使得自聚焦透镜的体积较小，从而减小了第一自聚焦透镜部110的体积，进而减小了传像自聚焦透镜100的体积。
[0039]
本实用新型实施例的一种可实现的方式中，第一自聚焦透镜部110的数值孔径在0.25-0.77之间，第二自聚焦透镜部120的数值孔径在0.05-0.5之间。
[0040]
数值孔径是自聚焦透镜和聚光镜的主要技术参数，用来衡量该系统能够收集的光的角度范围。数值孔径越大，收集到的光越多，分辨率越高，数值孔径描述了透镜收光锥角的大小，决定着透镜收敛光能力和空间分辨率。
[0041]
第一自聚焦透镜部110具有较大的数值孔径使得第一自聚焦透镜部110具有较大的收光锥角，使得第一自聚焦透镜部110具有较大的收敛光的能量，从而使得第一自聚焦透镜部110可以在小体积的情况下收敛更多的待测物200发出的光线。
[0042]
中间像在第二自聚焦透镜部120内传播并在第二自聚焦透镜部120的另一端呈像，第二自聚焦透镜部120主要利用整数倍的节距的传像原理对光线的传输，当第二自聚焦透镜部120的数值孔径较小时，可以减少光线在透镜边缘的全反射的次数，从而消除传像过程中杂光干扰，减少能量的损失，提高成像的质量。
[0043]
可选的，如图1所示，第一自聚焦透镜部110的长度在0.46-10mm之间，直径在0.215-4mm之间，第二自聚焦透镜部120的长度在2-390mm之间，直径在0.215-4mm之间。
[0044]
由上述可知，第一自聚焦透镜部110的节距为0.25，从而使得第一自聚焦透镜部110的长度在0.46-10mm之间，待测物200的光线在第一自聚焦透镜部110传输后，由于第一
自聚焦透镜部110的自聚焦性能，使得待测物200的光线在连接端112形成倒置的缩小的像。
[0045]
第二自聚焦透镜部120的节距为1的整数倍，从而使得第二自聚焦透镜部120的长度在2-390mm,中间像在第二自聚焦透镜部120传输后，由于第一自聚焦透镜部110的自聚焦性能，使得中间像等大的传输至另一端。
[0046]
第一自聚焦透镜部110的直径与第二自聚焦透镜部120的直径相同设置，使得在第一自聚焦透镜部110连接端112的成的中间像能够全部进入第二自聚焦透镜部120，而且能够充分利用第二自聚焦透镜部120的内部空间。
[0047]
本实用新型实施例的一种可实现的方式中，第一自聚焦透镜部110中心轴处的折射率在1.59-1.68之间，第二自聚焦透镜部120中心轴处的折射率为在1.50-1.61之间。
[0048]
折射率，是指光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。也就是说，折射率与入射光的波长有关，入射光的波长越长，折射率越小，本实用新型实施例中的折射率，都是入射光的波长为400-1700nm对应的折射率。
[0049]
可选的，第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120在径向的折射率分布均满足：
[0050][0051]
其中，n(r)为透镜上距离中心轴为r处的折射率，n0为透镜中心轴处的折射率，r为透镜上距离透镜中心轴的长度，a为折射率分布常数。
[0052]
使用常规聚焦材料玻璃，利用网络体基本骨架间隙中的一价金属离子(修饰体氧化物)化学键较弱，迁移激活能较小，行动较为自由，与熔盐一价金属离子交换，使得玻璃成分中的修饰氧化物成分按照规律分布，进而使得玻璃材料的折射率按照圆柱体材料的径向呈现分布。
[0053]
其中，a为折射率分布常数，表明一价金属离子与熔盐一价金属离子交换的梯度，第一自聚焦透镜部110的a为0.1～3.5，第二自聚焦透镜部120的a为0.0475～2.7。
[0054]
玻璃的粒子交换过程是在一定温度下，此时玻璃保持原有的形状，玻璃表面与熔盐以及玻璃中的低价离子由于热运动而发生的粒子位置的迁移过程，包括离子的自扩散(相同元素的离子相互位置变化)和互扩散(不同元素、电价相等的离子间的位置迁移)。离子的互扩散来自两种或两种以上的离子浓度差，这种离子的互扩散，在一定的时间后，能使玻璃中产生一定的离子浓度分布，进而形成折射率渐变的自聚焦透镜，也就是说，是离子浓度的渐变引起介质密度的渐变，从而引起折射率的渐变。
[0055]
本实用新型实施例的一种可实现的方式中，第一自聚焦透镜部110的端部111设置有增透膜。
[0056]
增透膜的设置使得待测物200发出的光线束能量能够更多的进入第一自聚焦透镜部110，从而提高第一自聚焦透镜部110的透射能力，从而提高像质的质量。
[0057]
可选的，第一自聚焦透镜部110与第二自聚焦透镜部120胶合连接。采用胶合的方式连接第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120，能够快速、方便的实现第一自聚焦透镜部110的第二自聚焦透镜部120的连接，只需要在第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120连接处涂覆胶水，然后对齐粘合、固化即可。
[0058]
本实用新型实施例的一种可实现的方式中，第一自聚焦透镜部110与第二自聚焦
透镜部120熔融连接。采用熔融连接第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120，使得第一自聚焦透镜部110和第二自聚焦透镜部120连接的更紧密，提高连接的牢固度。
[0059]
本领域技术人员可以根据实际情况选择上述两种连接方式，当然，上述两种连接方式也不是对本实用新型的具体限定，也可以选择其他连接方式，只要能够使得第一自聚焦透镜部110连接端112成的中间像可以进入第二自聚焦透镜部120并传输即可。
[0060]
本技术实施例还公开了一种内窥镜，包括上述任意一项的传像自聚焦透镜100以及设置在传像自聚焦透镜100出光侧的图像接收器，图像接收器接收传像自聚焦透镜100在第二自聚焦透镜部120另一端形成的像。该内窥镜包含与前述实施例中的传像自聚焦透镜100相同的结构和有益效果。传像自聚焦透镜100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
[0061]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。