一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头
技术领域
本发明涉及医疗手术检测装置技术领域,尤其涉及一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头。
背景技术
内窥镜指的是一个具有包含图像传感器、光学镜头、照明结构、机械装置等的检测装置,能深入到消化道或者其他管道内观察内部的环境并传出图像,以便医生或者专业人士做出诊断。医疗内窥镜要求有较大的视场角度,以便用来观察更大的范围内的消化道组织,以确定病变部位,另一方面,也需要较高的放大倍率,能对病变的局部组织进行放大,以便医生能拍摄病理部位图片,进行断症、会议讨论并留档,在观察的同时,拍摄的过程需要较高的分辨率,这对镜头成像质量也提出了较高的要求。
目前内窥镜镜头大部分采用的是定焦镜头,然而定焦镜头无法实现既能大范围(大视场)的观察组织,又能同时对局部组织进行光学放大。现有的少数涉及内窥变焦镜头的报道中,一方面,部分其变焦组可调范围很小,不易操作,在实际医疗应用中无疑存在较大局限性;另一方面,部分变焦镜头在高放大倍率下视场小(如文献所报道的为700x600um视场,922um对角线,380x放大倍率,Int J CARS(2017)12:757–766);显然,都难以满足实际医学观察需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种高放大倍率广角医用内窥变焦镜头,采用本发明的设计不仅结构极为简单,而且可以同时提升镜头视场和倍率,尤其是可以达到1280um对角线视场,520x放大倍率。
本发明采用的技术方案如下:
一种高放大倍率广角医用内窥光学变焦镜头,从物方侧起依次包括负透镜组、光阑、正透镜组、显示芯片;所述的负透镜组、图像传感器芯片固定不动,光阑紧贴于正透镜组的物方形成一整体,在负透镜组与图像传感器芯片之间移动实现变焦成像。
上述技术方案中,进一步的,所述的负透镜组由两组双胶合透镜构成,焦距为-1.38mm~-4.21mm;所述的正透镜组由另两组双胶合透镜构成,焦距为1.2-5.6mm。其中,从物方侧起,负透镜组中第一组胶合透镜包括平板保护玻璃和负透镜,焦距为负,第二组胶合透镜包括负透镜和正透镜,焦距为正;所述的正透镜组中第三组胶合透镜包括正透镜和负透镜,焦距为正,第四组胶合透镜包括负透镜和正透镜,焦距为正。
进一步的,所述的变焦镜头的系统焦距变化为1.04~1.51mm。
进一步的,所述的负透镜组的焦距与系统焦距之比为-2.8~-1.9;所述的正透镜组的焦距与系统焦距之比为2.1~3.2。
本发明的有益效果在于:
本发明提供的内窥变焦镜头具有高放大倍率、超大视场角度的特点,能实现全视场角度138.2°拍摄的同时,又能对局部组织进行520X的光学放大,同时也能实现组织细胞的高清晰成像,操作稳定性好。而且该镜头结构紧凑,尺寸较小,成像镜片数量少(仅采用4个双胶合光学元件共8个镜片,是已知内窥镜变焦物镜中采用镜面数最少的),累积误差小、杂散光小,在实现大视场、高倍率、高清晰功能的基础上可进一步降低医疗成本。且该镜头易装配、良率高,适合广泛推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明;
图1为本发明的内窥变焦镜头的一种结构示意图;
图2为本发明的内窥变焦镜头在广角组态时的示意图;
图3为本发明的内窥变焦镜头在放大组态时的示意图;
具体实施方法
下面将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。
如图1所示,本发明的内窥变焦镜头,从物方到像方包括负透镜组1、光阑2、正透镜组3、图像传感器芯片4,负透镜组1由两组双胶合透镜构成,第一组胶合透镜11包括平板保护玻璃111和负透镜112,焦距为负,第二组胶合透镜12包括负透镜121和正透镜122,焦距为正,负透镜组的焦距为-2.9mm;正透镜组3由另两组双胶合透镜构成,焦距为3.3mm,其中,第三组胶合透镜31包括正透镜311和负透镜312,焦距为正,第四组胶合透镜32包括负透镜321和正透镜322,焦距为正;变焦镜头的系统焦距变化为1.04~1.51mm,保持负透镜组的焦距与系统焦距之比为-2.8~-1.9,正透镜组的焦距与系统焦距之比为2.1~3.2。
负透镜组1、图像传感器芯片4固定不动,光阑2紧贴于正透镜组3的物方形成一整体,对于不同物距的物,只需移动正透镜组3和光阑2整体即可实现变焦成像,最大的横向放大率可大于1.5;而且采用系统光阑和正透镜组一起移动,可以有效降低系统调焦灵敏度,增加移动组的移动距离,提高系统的可操作性,避免有些设计易出现的移动量很小就产生较大变焦的现象。
上述镜头在变焦过程中,正透镜组3内部相对距离不变,且光阑2相对于正透镜组3的相对位置不变,可以产生两个变焦组态,即广角组态和放大组态,其中将光阑和正透镜组整体向像方移动,实现远距离(约15mm)大视场清晰成像,即广角组态,见图2;当将光阑和正透镜组整体向物方移动,实现对近距离小视场放大高清成像,即放大组态(显微组态),见图3。其中广角组态全视场MTF达到0.3@180lp/mm,放大组态全视场MTF达到0.3@116lp/mm,均为接近衍射极限状态。
采用本发明的镜头设计可以实现广角组态时视场角达到138.2°,显微组态时能实现520x的高倍光学放大,且两个组态切换的调焦量大,调焦灵敏度低(轻微的调焦对成像质量影响小),操作人员不易误操作,工作状态稳定性好。此外,整个镜头只需用到4组双胶合光学元件(共8片镜片),整体结构紧凑简单,固定组和移动组均为2组双胶合元件,加工装配难度低、良率高、成本低;可以作为高放大倍率广角医用微型内窥变焦镜头满足医学观察需求,适合广泛推广使用。