物鏡光學系統的制作方法

本發明涉及一種物鏡光學系統。

背景技術：

內窺鏡技術經歷一百多年的發展，應用非常廣泛。特別是目前有很多不同類型和大小的內窺鏡及其系統，應用于工業結構件內部或生物體內可視化檢查。工業內窺鏡在各種惡劣的環境中（如高溫深水、有毒區域等），更是不可或缺的快速檢查手段；同時醫療內窺鏡的臨床應用，特別是微創手術中，更是減小了創傷開口，減輕了患者的痛苦，縮短了手術后恢復的時間，同時也減輕了醫生的工作，提高可視化和科學數據化判斷的診斷水平。

專利文獻CN201050693187.5中記載一種內窺鏡用物鏡鏡頭，其自物體側依次排列有負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側為凸面的平凸形狀的第四透鏡，雖然實現口徑的小徑化，但其后截距太短，實際裝配難度大，不具有良好的可實現性和良好的量產性。

專利文獻CN200810217205中記載有由負的第一透鏡組、光闌、正的第二透鏡組構成，且第二透鏡組由正透鏡和膠合透鏡組成形成四片結構的內窺鏡鏡頭組件，采用膠合透鏡組可以對色差進行較好的校正，但是口徑過大且角度較小。

專利文獻CN201520142687中記載了一種微小簡易的內窺鏡頭，其由具有負光焦度的平凹透鏡和正光焦度的雙凸形透鏡構成，結構簡單，成本較低，但不能全面地校正球差、色差來實現膠合的成像效果，不適用于對成像效果要求高的系統中。

為了盡可能減小對患者傷口的大小或為了觀察細小管道區域，期望謀求內窺鏡物鏡系統的口徑的小徑化，但由于光闌在物鏡系統中間，謀求廣角化的同時會帶來入射側口徑的加大。因此，謀求小徑化和廣角化的兼得也成為技術上的課題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種物鏡光學系統，具有小徑化、視場廣角大且像差校正良好的特點。

本發明公開的物鏡光學系統所采用的技術方案是：一種物鏡光學系統，自物體側到像側依次包括具有負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的第一透鏡，滿足以下條件式：

f/H(L1r1)<1.9；H(L1r1)/IMH<0.75；其中，f是該物鏡光學系統的焦距，H(L1r1)是指常規觀察時最大像高對應的主光線通過第一透鏡組的物體側的面所對應的高度，IMH是常規觀察時對應的芯片感光面上的最大像高。

作為優選方案，所述第一透鏡組還滿足以下條件式：

-2.1<f_G1/f<-0.7 ；其中，f_G1是上述第一透鏡組的焦距。

作為優選方案，所述第一透鏡組自物體側到像側包括第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡為像側面為凹面的負透鏡，所述第二透鏡為像側面為凸面的正透鏡，所述第一透鏡組滿足以下條件式：

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。

作為優選方案，所述第二透鏡還滿足以下條件式：

V2<35 ；V1-V2>10；其中，V1是第一透鏡的阿貝數，V2是第二透鏡的阿貝數。

作為優選方案，所述第二透鏡組滿足以下條件式：

0.7<f_G2/f<1.3；其中，f_G2是上述第二透鏡組的焦距。

作為優選方案，所述第二透鏡組自物體側到像側依次包括第三透鏡、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面為凸面的正透鏡，所述第五透鏡為像側面為凸面的彎月狀負透鏡。

作為優選方案，所述第四透鏡的像面側與第五透鏡的物面側通過透明粘合膠膠合形成膠合體。

作為優選方案，所述第二透鏡組還滿足以下條件式：

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。

作為優選方案，所述第二透鏡組還滿足以下條件式：

V3>40;V4-V5>20；其中，V3是第三透鏡的阿貝數，V4是第四透鏡的阿貝數，V5是第五透鏡的阿貝數。

作為優選方案，所述第一透鏡組和第二透鏡組還滿足以下條件式：

|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。

作為優選方案，所述第一透鏡組和第二透鏡組還滿足以下條件式：

T2/TTL>0.13；BF/TTL>0.22 ;其中T2是第二透鏡在光軸上的厚度，BF是第五透鏡的像側面到芯片在光軸上的距離，TTL是第一透鏡物側面到芯片在光軸上距離。

作為優選方案，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。

本發明公開的物鏡光學系統的有益效果是：通過條件式f/H(L1r1)<1.9對物鏡光學系統的焦距進行限定，更好地實現廣角化，條件式H(L1r1)/IMH<0.75通過對常規觀察時最大像高對應的主光線通過第一透鏡組的物體側的面所對應的高度H(L1r1)與常規觀察時對應的芯片感光面上的最大像高IMH之間的比值進行限定，在實現小口徑化的前提下，優化像面彎曲，并對軸外相差進行抑制，使得本發明提供的物鏡光學系統，具有小徑化、視場廣角大且像差校正良好的特點。

附圖說明

圖1是本發明物鏡光學系統的結構示意圖；

圖2是本發明物鏡光學系統的光束入射示意圖；

圖3是本發明物鏡光學系統實施例一的結構示意圖；

圖4是本發明物鏡光學系統實施例一的像差曲線示意圖；

圖5是本發明物鏡光學系統實施例二的結構示意圖；

圖6是本發明物鏡光學系統實施例二的像差曲線示意圖；

圖7是本發明物鏡光學系統實施例三的結構示意圖；

圖8是本發明物鏡光學系統實施例三的像差曲線示意圖；

圖9是本發明物鏡光學系統實施例四的結構示意圖；

圖10是本發明物鏡光學系統實施例四的像差曲線示意圖；

圖11是本發明物鏡光學系統實施例五的結構示意圖；

圖12是本發明物鏡光學系統實施例五的像差曲線示意圖；

圖13是本發明物鏡光學系統實施例六的結構示意圖；

圖14是本發明物鏡光學系統實施例六的像差曲線示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例和說明書附圖對本發明做進一步闡述和說明：請參考圖1，一種物鏡光學系統自物體側到像側依次包括具有負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。附圖標記40表示濾光片，主要是用于截止特定波長；50表示平板玻璃，主要保護傳感器的感光面；60表示傳感器的感光面。所述第一透鏡組10由像側面為凹面的負光焦度的第一透鏡11和像側面為凸面的正光焦度的第二透鏡12構成，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和具有負光焦度、像側面為凸面的彎月狀的第五透鏡23構成，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系統滿足以下條件式：

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是該物鏡光學系統的焦距，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)是指常規觀察時最大像高對應的主光線通過第一透鏡組10的物體側的面所對應的高度，IMH是常規觀察時對應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，V2是第二透鏡12的阿貝數，V3是第三透鏡21的阿貝數，V4是第四透鏡22的阿貝數，V5是第五透鏡23的阿貝數，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的像側面到芯片在光軸上的距離，TTL是第一透鏡11物側面到芯片在光軸上距離。

請參考圖2，觀察軸外光束可知，在第一透鏡11的物側面1中，來自廣角的軸外光束以較大的入射角入射到第一透鏡11的物側面，經過第一透鏡組10折射后經光闌壓縮成較小的角度入射進入第二透鏡組20，第一透鏡組10具有負光焦度，將透過第一透鏡組10的光束發散，第二透鏡組20具有正光焦度，將透過第二透鏡組20的光束會聚。由上述光線路徑可看出減小物鏡光學系統的焦距有利于物鏡光學系統的廣角化，但減小光學系統的焦距，則會產生較強的像面彎曲，且軸外相差抑制更加困難。因而條件式（1）通過對物鏡光學系統的焦距進行限定，更好地實現廣角化，條件式（2）通過對常規觀察時最大像高對應的主光線通過第一透鏡組的物體側的面所對應的高度H(L1r1)與常規觀察時對應的芯片感光面上的最大像高IMH之間的比值進行限定，在實現小口徑化的前提下，優化像面彎曲，并對軸外相差進行抑制。

條件式（3）對第一透鏡組的光角度進行限定，使物鏡光學系統配置具有合理負光焦度的第一透鏡組，既能實現物鏡光學系統的小口徑化，又不需配置具有較強正光焦度的第二透鏡組，簡化像差矯正，同時避免第一透鏡組的負光焦度過少而導致物鏡光學系統軸向長度太長。

條件式（4）和條件式（5）對第二透鏡的正光焦度進行限定，可較好地校正軸外像差。

不同阿貝數的材料組合可更好地消除物鏡光學系統的色差，通過條件式（6）和條件式（7）的限定第二透鏡12與第一透鏡11的阿貝數，對軸外光線的色差進行校正。

第二透鏡組的光焦度太弱，則不能有效地會聚從第一透鏡組射出的光線，光焦度過大，則增大軸外光焦度的像差，增加物鏡光學系統的成本，通過條件式（8）對第二透鏡組的光焦度進行限定，使其具有合理的正光焦度，可較好地校正像差和平衡成本。

第二透鏡組自物側到像側依次包括第三透鏡21、第四透鏡22和第五透鏡23, 所述第三透鏡21為正透鏡，主要用于會聚光線，所述第四透鏡22為像側面為凸面的正透鏡，所述第五透鏡23為像側面為凸面的彎月狀負透鏡，第四透鏡22的像側面和第五透鏡23的物側面通過透明粘合膠膠合形成膠合體，用于消除像差，特別是色差。滿足條件式（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，均能實現較好的像差校正。

阿貝數較大的材料制成的第三透鏡21會減少新增像差，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）對第三透鏡21、第四透鏡22和第五透鏡23的阿貝數進行限定。為了更好地校正物鏡光學系統的色差，條件式（13）、條件式（14）和條件式（15）對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進行限定。減小第一透鏡組和第二透鏡組在軸上的空氣間隔，有利于物鏡光學系統口徑的小型化。

為了配合芯片本身的特性，要求入射芯片上的主光線角度不能太大，條件式（16）和條件式（17）對第二透鏡的厚度進行限定，減小光線的折射角度，減小入射到芯片的主光線的角度。

為了降低物鏡光學系統的成本，構成物鏡光學系統的各個透鏡都選球面透鏡。

以下，請參照圖3-圖14說明上述實施方案的物鏡光學系統的實施例1-7，在各個實施例中，r表示曲率半徑(單位mm)，如r1表示第一透鏡物側面的曲率半徑，r2表示第一透鏡像側面的曲率半徑，r3表示第二透鏡物側面的曲率半徑，依次類推，d表示面間隔，如d1表示第一透鏡物側面和像側面在光軸上的間隔，d2表示第一透鏡的像側面與第二透鏡的物側面在光軸上的間隔，依次類推，Nd表示相對d線的折射率，Vd表示相對d線的阿貝數。

實施例1：請參考圖3實施例1的物鏡光學系統的結構，在本實施例的物鏡光學系統中，第一透鏡為負透鏡，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，第五透鏡為彎月負透鏡。本實施例的各種像差曲線圖請參考圖4。

如下表1示出本實施例的物鏡光學系統的各透鏡數據。

表1

實施例2

請參考圖5實施例2的物鏡光學系統的結構，在本實施例的物鏡光學系統中，第一透鏡為負透鏡，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，第五透鏡為彎月負透鏡。請參考圖6像差曲線圖。

如下表2示出本發明的實施例2的物鏡光學系統的透鏡數據。

表2

實施例3

請參考圖7實施例3的物鏡光學系統的結構，在本實施例的物鏡光學系統中，第一透鏡為負透鏡，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，第五透鏡為彎月負透鏡。請參考圖8像差曲線圖。

以下表3示出實施例3的物鏡光學系統的透鏡數據。

表3實施例4：請參考圖9實施例4的物鏡光學系統的結構，在本實施例的物鏡光學系統中，第一透鏡為負透鏡，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，第五透鏡為彎月負透鏡。請參考圖10像差曲線圖。

如下表4示出實施例4的物鏡光學系統的透鏡數據。

表4實施例5：請參考圖11實施例5的物鏡光學系統的結構，在本實施例的物鏡光學系統中，第一透鏡為負透鏡，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，第五透鏡為彎月負透鏡。請參考圖12像差曲線圖。

如下表5示出實施例5的物鏡光學系統的透鏡數據。

表5實施例6：請參考圖13實施例6的物鏡光學系統的結構，在本實施例的物鏡光學系統中，第一透鏡為負透鏡，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，第五透鏡為彎月負透鏡，第四透鏡和第五透鏡膠合成一體。請參考圖14像差曲線圖。

以下出示本發明的實施例6的物鏡光學系統的透鏡數據。（膠合）

表6

由此可見，本發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系統。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。