本發(fā)明涉及一種物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
內(nèi)窺鏡技術(shù)經(jīng)歷一百多年的發(fā)展,應(yīng)用非常廣泛。特別是目前有很多不同類(lèi)型和大小的內(nèi)窺鏡及其系統(tǒng),應(yīng)用于工業(yè)結(jié)構(gòu)件內(nèi)部或生物體內(nèi)可視化檢查。工業(yè)內(nèi)窺鏡在各種惡劣的環(huán)境中(如高溫深水、有毒區(qū)域等),更是不可或缺的快速檢查手段;同時(shí)醫(yī)療內(nèi)窺鏡的臨床應(yīng)用,特別是微創(chuàng)手術(shù)中,更是減小了創(chuàng)傷開(kāi)口,減輕了患者的痛苦,縮短了手術(shù)后恢復(fù)的時(shí)間,同時(shí)也減輕了醫(yī)生的工作,提高可視化和科學(xué)數(shù)據(jù)化判斷的診斷水平。
專(zhuān)利文獻(xiàn)CN201050693187.5中記載一種內(nèi)窺鏡用物鏡鏡頭,其自物體側(cè)依次排列有負(fù)光焦度的彎月形狀的第一透鏡、正光焦度的彎月形狀的第二透鏡、光闌、正光焦度的雙凸形狀的第三透鏡和物面?zhèn)葹橥姑娴钠酵剐螤畹牡谒耐哥R,雖然實(shí)現(xiàn)口徑的小徑化,但其后截距太短,實(shí)際裝配難度大,不具有良好的可實(shí)現(xiàn)性和良好的量產(chǎn)性。
專(zhuān)利文獻(xiàn)CN200810217205中記載有由負(fù)的第一透鏡組、光闌、正的第二透鏡組構(gòu)成,且第二透鏡組由正透鏡和膠合透鏡組成形成四片結(jié)構(gòu)的內(nèi)窺鏡鏡頭組件,采用膠合透鏡組可以對(duì)色差進(jìn)行較好的校正,但是口徑過(guò)大且角度較小。
專(zhuān)利文獻(xiàn)CN201520142687中記載了一種微小簡(jiǎn)易的內(nèi)窺鏡頭,其由具有負(fù)光焦度的平凹透鏡和正光焦度的雙凸形透鏡構(gòu)成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,但不能全面地校正球差、色差來(lái)實(shí)現(xiàn)膠合的成像效果,不適用于對(duì)成像效果要求高的系統(tǒng)中。
為了盡可能減小對(duì)患者傷口的大小或?yàn)榱擞^(guān)察細(xì)小管道區(qū)域,期望謀求內(nèi)窺鏡物鏡系統(tǒng)的口徑的小徑化,但由于光闌在物鏡系統(tǒng)中間,謀求廣角化的同時(shí)會(huì)帶來(lái)入射側(cè)口徑的加大。因此,謀求小徑化和廣角化的兼得也成為技術(shù)上的課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種物鏡光學(xué)系統(tǒng),具有小徑化、視場(chǎng)廣角大且像差校正良好的特點(diǎn)。
本發(fā)明公開(kāi)的物鏡光學(xué)系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:一種物鏡光學(xué)系統(tǒng),自物體側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡組、光闌和具有正光焦度的第二透鏡組,所述第一透鏡組包括位于物體側(cè)的第一透鏡,滿(mǎn)足以下條件式:
f/H(L1r1)<1.9;H(L1r1)/IMH<0.75;其中,f是該物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距,H(L1r1)是指常規(guī)觀(guān)察時(shí)最大像高對(duì)應(yīng)的主光線(xiàn)通過(guò)第一透鏡組的物體側(cè)的面所對(duì)應(yīng)的高度,IMH是常規(guī)觀(guān)察時(shí)對(duì)應(yīng)的芯片感光面上的最大像高。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡組還滿(mǎn)足以下條件式:
-2.1<f_G1/f<-0.7 ;其中,f_G1是上述第一透鏡組的焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡組自物體側(cè)到像側(cè)包括第一透鏡和第二透鏡,所述第一透鏡為像側(cè)面為凹面的負(fù)透鏡,所述第二透鏡為像側(cè)面為凸面的正透鏡,所述第一透鏡組滿(mǎn)足以下條件式:
f2/f1<-2.5;f2/f >2.0;其中,f1是所述第一透鏡的焦距,f2是所述第二透鏡的焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第二透鏡還滿(mǎn)足以下條件式:
V2<35 ;V1-V2>10;其中,V1是第一透鏡的阿貝數(shù),V2是第二透鏡的阿貝數(shù)。
作為優(yōu)選方案,所述第二透鏡組滿(mǎn)足以下條件式:
0.7<f_G2/f<1.3;其中,f_G2是上述第二透鏡組的焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第二透鏡組自物體側(cè)到像側(cè)依次包括第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡,所述第三透鏡為正透鏡,所述第四透鏡為像側(cè)面為凸面的正透鏡,所述第五透鏡為像側(cè)面為凸面的彎月?tīng)钬?fù)透鏡。
作為優(yōu)選方案,所述第四透鏡的像面?zhèn)扰c第五透鏡的物面?zhèn)韧ㄟ^(guò)透明粘合膠膠合形成膠合體。
作為優(yōu)選方案,所述第二透鏡組還滿(mǎn)足以下條件式:
f3/f<1.2 ;|f45/f|>3.4 ;其中f3是所述第三透鏡的焦距,f45是第四透鏡和第五透鏡的組合焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第二透鏡組還滿(mǎn)足以下條件式:
V3>40;V4-V5>20;其中,V3是第三透鏡的阿貝數(shù),V4是第四透鏡的阿貝數(shù),V5是第五透鏡的阿貝數(shù)。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡組和第二透鏡組還滿(mǎn)足以下條件式:
|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.02;|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)+1/(f5*V5)|<0.02;d_G12/f<0.09;其中,d_G12是第一透鏡組和第二透鏡組的軸向的空氣間隔,f4是第四透鏡的焦距,f5是第五透鏡的焦距。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡組和第二透鏡組還滿(mǎn)足以下條件式:
T2/TTL>0.13;BF/TTL>0.22 ;其中T2是第二透鏡在光軸上的厚度,BF是第五透鏡的像側(cè)面到芯片在光軸上的距離,TTL是第一透鏡物側(cè)面到芯片在光軸上距離。
作為優(yōu)選方案,所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡均為球面透鏡。
本發(fā)明公開(kāi)的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的有益效果是:通過(guò)條件式f/H(L1r1)<1.9對(duì)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距進(jìn)行限定,更好地實(shí)現(xiàn)廣角化,條件式H(L1r1)/IMH<0.75通過(guò)對(duì)常規(guī)觀(guān)察時(shí)最大像高對(duì)應(yīng)的主光線(xiàn)通過(guò)第一透鏡組的物體側(cè)的面所對(duì)應(yīng)的高度H(L1r1)與常規(guī)觀(guān)察時(shí)對(duì)應(yīng)的芯片感光面上的最大像高IMH之間的比值進(jìn)行限定,在實(shí)現(xiàn)小口徑化的前提下,優(yōu)化像面彎曲,并對(duì)軸外相差進(jìn)行抑制,使得本發(fā)明提供的物鏡光學(xué)系統(tǒng),具有小徑化、視場(chǎng)廣角大且像差校正良好的特點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光束入射示意圖;
圖3是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例一的像差曲線(xiàn)示意圖;
圖5是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例二的像差曲線(xiàn)示意圖;
圖7是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例三的像差曲線(xiàn)示意圖;
圖9是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖10是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例四的像差曲線(xiàn)示意圖;
圖11是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖12是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例五的像差曲線(xiàn)示意圖;
圖13是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例六的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖14是本發(fā)明物鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例六的像差曲線(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說(shuō)明:請(qǐng)參考圖1,一種物鏡光學(xué)系統(tǒng)自物體側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡組10、光闌30和具有正光焦度的第二透鏡組20。附圖標(biāo)記40表示濾光片,主要是用于截止特定波長(zhǎng);50表示平板玻璃,主要保護(hù)傳感器的感光面;60表示傳感器的感光面。所述第一透鏡組10由像側(cè)面為凹面的負(fù)光焦度的第一透鏡11和像側(cè)面為凸面的正光焦度的第二透鏡12構(gòu)成,第二透鏡組20由正光焦度的第三透鏡21、正光焦度的第四透鏡22和具有負(fù)光焦度、像側(cè)面為凸面的彎月?tīng)畹牡谖逋哥R23構(gòu)成,所述第一透鏡11、第二透鏡12、第三透鏡21、第四透鏡22和第五透鏡23均為球面透鏡。
包括第一透鏡組、光闌和第二透鏡組的物鏡光學(xué)系統(tǒng)滿(mǎn)足以下條件式:
f/H(L1r1)<1.9;(1)
H(L1r1)/IMH<0.75;(2)
-2.1<f_G1/f<-0.7;(3)
f2/f1<-2.5;(4)
f2/f >2.0;(5)
V2<35;(6)
V1-V2>10;(7)
0.7<f_G2/f<1.3;(8)
f3/f<1.2;(9)
|f45/f|>3.4;(10)
V3>40;(11)
V4-V5>20;(12)
|1/(f1*V1)+1/(f2*V2)|<0.02;(13)
|1/(f3*V3)+1/(f4*V4)+1/(f5*V5)|<0.02;(14)
d_G12/f<0.09;(15)
T2/TTL>0.13;(16)
BF/TTL>0.22;(17)
其中,f是該物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距,f1是第一透鏡11的焦距,f2是第二透鏡12的焦距,f3是第三透鏡21的焦距,f4是第四透鏡22的焦距,f5是第五透鏡23的焦距,H(L1r1)是指常規(guī)觀(guān)察時(shí)最大像高對(duì)應(yīng)的主光線(xiàn)通過(guò)第一透鏡組10的物體側(cè)的面所對(duì)應(yīng)的高度,IMH是常規(guī)觀(guān)察時(shí)對(duì)應(yīng)的芯片感光面上的最大像高,f_G1是上述第一透鏡組10的焦距,f_G2是第二透鏡組20的焦距,V1是第一透鏡11的阿貝數(shù),V2是第二透鏡12的阿貝數(shù),V3是第三透鏡21的阿貝數(shù),V4是第四透鏡22的阿貝數(shù),V5是第五透鏡23的阿貝數(shù),f45是第四透鏡22和第五透鏡23的組合焦距,d_G12是第一透鏡組10和第二透鏡組20的軸向的空氣間隔,T2是第二透鏡12在光軸上的厚度,BF是第五透鏡23的像側(cè)面到芯片在光軸上的距離,TTL是第一透鏡11物側(cè)面到芯片在光軸上距離。
請(qǐng)參考圖2,觀(guān)察軸外光束可知,在第一透鏡11的物側(cè)面1中,來(lái)自廣角的軸外光束以較大的入射角入射到第一透鏡11的物側(cè)面,經(jīng)過(guò)第一透鏡組10折射后經(jīng)光闌壓縮成較小的角度入射進(jìn)入第二透鏡組20,第一透鏡組10具有負(fù)光焦度,將透過(guò)第一透鏡組10的光束發(fā)散,第二透鏡組20具有正光焦度,將透過(guò)第二透鏡組20的光束會(huì)聚。由上述光線(xiàn)路徑可看出減小物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距有利于物鏡光學(xué)系統(tǒng)的廣角化,但減小光學(xué)系統(tǒng)的焦距,則會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的像面彎曲,且軸外相差抑制更加困難。因而條件式(1)通過(guò)對(duì)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距進(jìn)行限定,更好地實(shí)現(xiàn)廣角化,條件式(2)通過(guò)對(duì)常規(guī)觀(guān)察時(shí)最大像高對(duì)應(yīng)的主光線(xiàn)通過(guò)第一透鏡組的物體側(cè)的面所對(duì)應(yīng)的高度H(L1r1)與常規(guī)觀(guān)察時(shí)對(duì)應(yīng)的芯片感光面上的最大像高IMH之間的比值進(jìn)行限定,在實(shí)現(xiàn)小口徑化的前提下,優(yōu)化像面彎曲,并對(duì)軸外相差進(jìn)行抑制。
條件式(3)對(duì)第一透鏡組的光角度進(jìn)行限定,使物鏡光學(xué)系統(tǒng)配置具有合理負(fù)光焦度的第一透鏡組,既能實(shí)現(xiàn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的小口徑化,又不需配置具有較強(qiáng)正光焦度的第二透鏡組,簡(jiǎn)化像差矯正,同時(shí)避免第一透鏡組的負(fù)光焦度過(guò)少而導(dǎo)致物鏡光學(xué)系統(tǒng)軸向長(zhǎng)度太長(zhǎng)。
條件式(4)和條件式(5)對(duì)第二透鏡的正光焦度進(jìn)行限定,可較好地校正軸外像差。
不同阿貝數(shù)的材料組合可更好地消除物鏡光學(xué)系統(tǒng)的色差,通過(guò)條件式(6)和條件式(7)的限定第二透鏡12與第一透鏡11的阿貝數(shù),對(duì)軸外光線(xiàn)的色差進(jìn)行校正。
第二透鏡組的光焦度太弱,則不能有效地會(huì)聚從第一透鏡組射出的光線(xiàn),光焦度過(guò)大,則增大軸外光焦度的像差,增加物鏡光學(xué)系統(tǒng)的成本,通過(guò)條件式(8)對(duì)第二透鏡組的光焦度進(jìn)行限定,使其具有合理的正光焦度,可較好地校正像差和平衡成本。
第二透鏡組自物側(cè)到像側(cè)依次包括第三透鏡21、第四透鏡22和第五透鏡23, 所述第三透鏡21為正透鏡,主要用于會(huì)聚光線(xiàn),所述第四透鏡22為像側(cè)面為凸面的正透鏡,所述第五透鏡23為像側(cè)面為凸面的彎月?tīng)钬?fù)透鏡,第四透鏡22的像側(cè)面和第五透鏡23的物側(cè)面通過(guò)透明粘合膠膠合形成膠合體,用于消除像差,特別是色差。滿(mǎn)足條件式(9)和條件式(10),不管第四透鏡22和第五透鏡23膠合或者分離,均能實(shí)現(xiàn)較好的像差校正。
阿貝數(shù)較大的材料制成的第三透鏡21會(huì)減少新增像差,特別有利于軸外像差的校正,第四透鏡22和第五透鏡23配置阿貝數(shù)差值大的材料,更利于像差,特別是色差的校正,條件式(11)和條件式(12)對(duì)第三透鏡21、第四透鏡22和第五透鏡23的阿貝數(shù)進(jìn)行限定。為了更好地校正物鏡光學(xué)系統(tǒng)的色差,條件式(13)、條件式(14)和條件式(15)對(duì)第一透鏡組各透鏡以及第二透鏡組各透鏡的焦距和阿貝數(shù)進(jìn)行限定。減小第一透鏡組和第二透鏡組在軸上的空氣間隔,有利于物鏡光學(xué)系統(tǒng)口徑的小型化。
為了配合芯片本身的特性,要求入射芯片上的主光線(xiàn)角度不能太大,條件式(16)和條件式(17)對(duì)第二透鏡的厚度進(jìn)行限定,減小光線(xiàn)的折射角度,減小入射到芯片的主光線(xiàn)的角度。
為了降低物鏡光學(xué)系統(tǒng)的成本,構(gòu)成物鏡光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)透鏡都選球面透鏡。
以下,請(qǐng)參照?qǐng)D3-圖14說(shuō)明上述實(shí)施方案的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例1-7,在各個(gè)實(shí)施例中,r表示曲率半徑(單位mm),如r1表示第一透鏡物側(cè)面的曲率半徑,r2表示第一透鏡像側(cè)面的曲率半徑,r3表示第二透鏡物側(cè)面的曲率半徑,依次類(lèi)推,d表示面間隔,如d1表示第一透鏡物側(cè)面和像側(cè)面在光軸上的間隔,d2表示第一透鏡的像側(cè)面與第二透鏡的物側(cè)面在光軸上的間隔,依次類(lèi)推,Nd表示相對(duì)d線(xiàn)的折射率,Vd表示相對(duì)d線(xiàn)的阿貝數(shù)。
實(shí)施例1:請(qǐng)參考圖3實(shí)施例1的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在本實(shí)施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中,第一透鏡為負(fù)透鏡,第二透鏡為光焦度較弱的正透鏡,第三透鏡為正透鏡,第四透鏡為正透鏡,第五透鏡為彎月負(fù)透鏡。本實(shí)施例的各種像差曲線(xiàn)圖請(qǐng)參考圖4。
如下表1示出本實(shí)施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的各透鏡數(shù)據(jù)。
表1
實(shí)施例2
請(qǐng)參考圖5實(shí)施例2的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在本實(shí)施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中,第一透鏡為負(fù)透鏡,第二透鏡為光焦度較弱的正透鏡,第三透鏡為正透鏡,第四透鏡為正透鏡,第五透鏡為彎月負(fù)透鏡。請(qǐng)參考圖6像差曲線(xiàn)圖。
如下表2示出本發(fā)明的實(shí)施例2的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。
表2
實(shí)施例3
請(qǐng)參考圖7實(shí)施例3的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在本實(shí)施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中,第一透鏡為負(fù)透鏡,第二透鏡為光焦度較弱的正透鏡,第三透鏡為正透鏡,第四透鏡為正透鏡,第五透鏡為彎月負(fù)透鏡。請(qǐng)參考圖8像差曲線(xiàn)圖。
以下表3示出實(shí)施例3的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。
表3實(shí)施例4:請(qǐng)參考圖9實(shí)施例4的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在本實(shí)施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中,第一透鏡為負(fù)透鏡,第二透鏡為光焦度較弱的正透鏡,第三透鏡為正透鏡,第四透鏡為正透鏡,第五透鏡為彎月負(fù)透鏡。請(qǐng)參考圖10像差曲線(xiàn)圖。
如下表4示出實(shí)施例4的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。
表4實(shí)施例5:請(qǐng)參考圖11實(shí)施例5的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在本實(shí)施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中,第一透鏡為負(fù)透鏡,第二透鏡為光焦度較弱的正透鏡,第三透鏡為正透鏡,第四透鏡為正透鏡,第五透鏡為彎月負(fù)透鏡。請(qǐng)參考圖12像差曲線(xiàn)圖。
如下表5示出實(shí)施例5的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。
表5實(shí)施例6:請(qǐng)參考圖13實(shí)施例6的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在本實(shí)施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中,第一透鏡為負(fù)透鏡,第二透鏡為光焦度較弱的正透鏡,第三透鏡為正透鏡,第四透鏡為正透鏡,第五透鏡為彎月負(fù)透鏡,第四透鏡和第五透鏡膠合成一體。請(qǐng)參考圖14像差曲線(xiàn)圖。
以下出示本發(fā)明的實(shí)施例6的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。(膠合)
表6
由此可見(jiàn),本發(fā)明能夠提供謀求小徑化的、廣角且像差校正良好的物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是,以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。