物镜光学系统及立体内窥镜的制作方法

本发明涉及医疗仪器的，尤其是涉及一种物镜光学系统及立体内窥镜。

背景技术：

1、内窥镜是一种集光学、电子、软件等技术于一体的检测仪器，经人体的天然孔道或微创开口进入，到达所要检查的病变位置。在利用内窥镜观察时，通过使聚焦的物点位置从远点移动到近点，能够将组织放大显示，从而更精细地掌握组织的立体结构。

2、现有的立体内窥镜，包括了立体电子内窥镜和立体光学内窥镜，其中立体光学内窥镜包含了转像系统，光路更加复杂，装配难度较高。立体电子内窥镜则可大大减少使用的光学元件数量，降低装配难度，其往往采用两个图像传感器分别接收来自左右两路物镜光学系统的图像，通过后续图像处理将所采集的两幅图像合成后，利用3d显示器输出立体图像以利于观看。

3、现有技术中，物镜光学系统的设计形式有很多，基于设计形式的不同，其能够满足的使用需求也不尽相同。然而，现有的物镜光学系统至少存在以下问题：

4、一些内窥镜的视场角较小，观看视野范围受限；一些内窥镜受限于插入部位最大外径的限制，物镜光学系统一般安装在细径套管内，外径尺寸不宜过大；对于传统立体电子内窥镜而言，采用两个图像传感器分别接收来自左右两路物镜光学系统的图像会使得插入部位的外径尺寸较大，为了降低插入部位外径尺寸，可采用一个较大的图像传感器来同时接收两幅图像，但是当使用的两组物镜光学系统之间的距离过近时，容易使一个图像传感器上的两幅图像存在重叠区域(具体见图1)，从而发生串扰，降低成像效果；另外一些内窥镜组成物镜光学系统的透镜较多，光路结构复杂，因此不易在细径套管内对物镜光学系统进行装配，各个透镜组之间容易出现偏心等问题，进一步影响成像效果。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种物镜光学系统，以缓解现有技术中存在的立体内窥镜成像效果不够理想、不便于装配的技术问题。

2、本发明提供一种物镜光学系统，包括：由物体侧开始依次配置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和滤光片；

3、所述第一透镜组为负透镜组，其包括由物体侧开始依次配置的凸面靠近物体侧的第一凸凹透镜、凸面靠近所述第一凸凹透镜的凹面的第二凸凹透镜和圆柱透镜；

4、所述第二透镜组包括为正透镜的平凸透镜，所述平凸透镜的平面靠近所述圆柱透镜，所述平凸透镜与所述圆柱透镜之间设有孔径光阑，用于限制成像光束口径；

5、所述第三透镜组为正透镜组，其包括由物体侧开始依次配置的第一双凸透镜、双凹透镜和第二双凸透镜，且三者胶合连接组成三胶合透镜，所述第一双凸透镜与所述平凸透镜在光轴方向上隔开间隔布置；

6、所述滤光片与所述第二双凸透镜在光轴方向上隔开间隔布置；

7、所述物镜光学系统中各个透镜组的焦距和空气间隔长度满足下述条件式：

8、-1.0<f1/f0<-0.85   (1)

9、1.4<f2/f0<1.6     (2)

10、7.1<f3/f0<8.3      (3)

11、0.31<l1/f0<0.43    (4)

12、0.55<l2/f0<0.68   (5)

13、其中，f0为物镜光学系统的焦距；

14、f1为所述第一透镜组的焦距；

15、f2为所述第二透镜组的焦距；

16、f3为所述第三透镜组的焦距；

17、l1为所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离；

18、l2为所述第三透镜组与所述滤光片之间的距离；

19、以上单位均为mm。

20、进一步的，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组三者光轴共线且三者的最大外径尺寸相同；

21、所述第一双凸透镜与所述平凸透镜之间设有第一隔圈；

22、所述滤光片与所述第二双凸透镜之间设有第二隔圈。

23、进一步的，所述第二凸凹透镜的两面均为非球面。

24、本发明第一目的提供的物镜光学系统，至少具有以下有益效果：

25、该物镜光学系统包括三组透镜组，其中第一透镜组为负透镜组，第一凸凹透镜的焦距为负焦距，可以减小入射光线的偏转角度，增大视场角。第二凸凹透镜的凸面靠近第一凸凹透镜的凹面设置，其也为负透镜，起到分担第一凸凹透镜光焦度的作用。第二透镜组为具有正焦距的平凸透镜。在第二透镜组与第一透镜组之间设有孔径光阑，用于限制成像光束口径。第三透镜组也具有正焦距，和第二透镜共同起到汇聚光线进行成像、减小像差的作用。

26、通过对三组透镜组的结构设计以及限制物镜光学系统中各个透镜组的焦距和空气间隔长度满足一定的条件式，使得其在本发明物镜光学系统结构设计的基础上，通过对第一透镜组与物镜光学系统两者焦距比值的限制，可使得该物镜光学系统具有较大的视场角，视场角可达80度，观看视野范围较大，提升了成像效果；通过对第三透镜组与物镜光学系统两者焦距比值的限制，可使物镜光学系统的出射光线到达图像传感器时的入射角较小，降低使用微透镜阵列的图像传感器时产生暗角的可能，进一步提升了成像效果；通过对第二透镜组与第三透镜组之间距离与物镜光学系统焦距比值的限制，可增大第三透镜组与滤光片之间的空间长度可抑制像面弯曲提升成像效果；通过对第三透镜组与滤光片之间距离与物镜光学系统焦距比值的限制，可方便在图像轻微模糊时进行调焦，以提升成像效果；通过对第二透镜组与物镜光学系统两者焦距比值的限制，可帮助第三透镜组分担正光焦度，使得结构更加紧凑；同时，三组透镜组中具有两个隔开间隔位置，三组透镜组的透镜数量为七片，在具体安装时只需两个隔圈即可实现安装，同时，光学件相对较少，光路结构相对简单；另外，在各个透镜组的外径尺寸均相同的实施方式中，方便了在细径套管内对整个物镜光学系统进行装配。

27、本发明的第二目的在于提供另一种物镜光学系统，以缓解现有技术中存在的立体内窥镜成像效果不够理想、不便于组装的技术问题。

28、本发明提供一种物镜光学系统，包括：由物体侧开始依次配置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和滤光片；

29、所述第一透镜组为负透镜组，其包括由物体侧开始依次配置的凸面靠近物体侧的第一凸凹透镜、凸面靠近所述第一凸凹透镜的凹面的第二凸凹透镜、平面透镜和转像棱镜；所述转像棱镜由三片棱镜胶合而成，中间片棱镜的上下表面镀设有反射膜，用于将所述第一凸凹透镜、所述第二凸凹透镜和所述平面透镜三者形成的光轴经所述反射膜后出射至与所述第二透镜组或所述第三透镜组的光轴共线；

30、所述第二透镜组包括为正透镜的平凸透镜，所述平凸透镜的平面靠近所述转像棱镜，所述平凸透镜与所述转像棱镜之间设有孔径光阑，用于限制成像光束口径；

31、所述第三透镜组为正透镜组，其包括由物体侧开始依次配置的第一双凸透镜、双凹透镜和第二双凸透镜，且三者胶合连接组成三胶合透镜，所述第一双凸透镜与所述平凸透镜在光轴方向上隔开间隔；

32、所述滤光片与所述第二双凸透镜在光轴方向上隔开间隔布置；

33、所述物镜光学系统中各透镜组的焦距和空气间隔长度满足下述条件式：

34、-1.0<f1/f0<-0.85   (1)

35、1.4<f2/f0<1.6     (2)

36、7.1<f3/f0<8.3      (3)

37、0.31<l1/f0<0.43    (4)

38、0.55<l2/f0<0.68   (5)

39、其中，f0为物镜光学系统的焦距；

40、f1为所述第一透镜组的焦距；

41、f2为所述第二透镜组的焦距；

42、f3为所述第三透镜组的焦距；

43、l1为所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离；

44、l2为所述第三透镜组与所述滤光片之间的距离；

45、以上单位均为mm。

46、进一步的，所述第二透镜组和所述第三透镜组两者光轴共线且两者的最大外径尺寸相同；

47、所述第一双凸透镜与所述平凸透镜之间设有第一隔圈；

48、所述滤光片与所述第二双凸透镜之间设有第二隔圈。

49、进一步的，所述第二凸凹透镜的两面均为非球面。

50、本发明第二目的提供的物镜光学系统，除具有第一目的提供的物镜光学系统的有益效果之外，还具有以下有益效果：

51、由于该第一透镜组的具体结构与前述第一透镜组的结构不同，具体的该第一透镜组包括由物体侧开始依次配置的凸面靠近物体侧的第一凸凹透镜、凸面靠近所述第一凸凹透镜的凹面的第二凸凹透镜、平面透镜和转像棱镜；其中，转像棱镜由三片棱镜胶合而成，中间片棱镜的上下表面镀设有反射膜，如此设置，可使第一凸凹透镜、第二凸凹透镜和平面透镜三者形成的光轴经两次反射膜后出射至与第二透镜组或第三透镜组的光轴共线，因此，可调整该物镜光学系统的视向角。

52、本发明的第三目的在于提供一种立体内窥镜，包括：插入套管、一个图像传感器和两组前述所述的物镜光学系统；所述插入套管上设有用于容纳两组所述物镜光学系统的安装孔，两组所述安装孔邻近设置；

53、所述图像传感器安装于所述插入套管的内部，并位于所述滤光片背离所述物镜光学系统的一侧，两组所述物镜光学系统的成像区域位于所述图像传感器的感光面上；

54、所述滤光片与两组所述物镜光学系统的中心线对应位置处设有挡光件，所述挡光件用于将两组所述物镜光学系统的图像重叠区域构建为直线。

55、进一步的，两组所述安装孔外切设置。

56、进一步的，所述滤光片设置为分体结构，其包括第一滤光部和第二滤光部，所述挡光件被配置为由吸光材料制成的片状结构，所述挡光件胶合连接于所述第一滤光部与所述第二滤光部之间。

57、进一步的，所述图像传感器的外形为矩形，所述滤光片的外形与所述图像传感器相适配，且所述滤光片的长度尺寸不小于所述图像传感器的长度尺寸。

58、本发明第三目的提供的立体内窥镜，除具有第一目的和第二目的提供的物镜光学系统的有益效果之外，还具有以下有益效果：

59、插入套管上设有两组安装孔，两组安装孔邻近设置，能够缩小插入套管的内径，由于滤光片与两组物镜光学系统的中心线对应位置处设有挡光件，因此，两组物镜光学系统的成像区域投射于图像传感器的感光面上时，挡光件可将两组物镜光学系统的图像重叠区域构建为直线，以达到消除图像重叠区域的目的。可见，即使在压缩立体内窥镜径向尺寸的基础上，也可得到相互独立的两幅图像，有效地提升了成像效果。

60、本发明的第四目的在于提供一种立体内窥镜，包括：插入套管、一个图像传感器和两组物镜光学系统；

61、所述物镜光学系统包括由物体侧开始依次配置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和滤光片；

62、所述第一透镜组为负透镜组，其包括由物体侧开始依次配置的凸面靠近物体侧的第一凸凹透镜、凸面靠近所述第一凸凹透镜的凹面的第二凸凹透镜和圆柱透镜；或者，所述第一透镜组为负透镜组，其包括由物体侧开始依次配置的凸面靠近物体侧的第一凸凹透镜、凸面靠近所述第一凸凹透镜的凹面的第二凸凹透镜、平面透镜和转像棱镜；所述转像棱镜由三片棱镜胶合而成，中间片棱镜的上下表面镀设有反射膜，用于将所述第一凸凹透镜、所述第二凸凹透镜和所述平面透镜三者形成的光轴经所述反射膜后出射至与所述第二透镜组或所述第三透镜组的光轴共线；

63、所述第二透镜组包括为正透镜的平凸透镜，所述平凸透镜的平面靠近所述圆柱透镜或所述转像棱镜，所述平凸透镜与所述圆柱透镜之间，或者，所述平凸透镜与所述转像棱镜之间设有孔径光阑，用于限制成像光束口径；

64、所述第三透镜组为正透镜组，其包括由物体侧开始依次配置的第一双凸透镜、双凹透镜和第二双凸透镜，且三者胶合连接组成三胶合透镜，所述第一双凸透镜与所述平凸透镜在光轴方向上隔开间隔；

65、所述滤光片与所述第二双凸透镜在光轴方向上隔开间隔布置；

66、所述插入套管上设有用于容纳两组所述物镜光学系统的安装孔，两组所述安装孔邻近设置；

67、所述图像传感器安装于所述插入套管的内部，并位于所述滤光片背离所述物镜光学系统的一侧，两组所述物镜光学系统的成像区域位于所述图像传感器的感光面上；

68、所述滤光片与两组所述物镜光学系统的中心线对应位置处设有挡光件，所述挡光件用于将两组所述物镜光学系统的图像重叠区域构建为直线。

69、本发明第四目的提供的立体内窥镜，具有第一目的、第二目的和第三目的提供的物镜光学系统达到的有益效果，在此不再赘述。