一种转像镜组和一种内窥镜的制作方法

1.本技术涉及光学成像技术领域，更具体地说，涉及一种转像镜组和一种内窥镜。


背景技术：

2.转像镜组是硬性内窥镜的重要组成部分，其作用是将硬性内窥镜物镜所成的像多次以单位放大率进行传递，在有限的直径内实现硬性内窥镜所要求的工作长度。因其长度与直径比较大，所以也被称为棒状透镜或者柱状透镜。
3.在相关技术中，棒镜设计只针对可见光波段，而内窥镜的工作波段逐渐向宽光谱发展，如紫外、荧光、红外等，目前市场上的内窥镜在可见光外的波段工作会出现虚焦甚至根本看不清的现象。
4.因此，如何提高内窥镜中转像镜组的宽光谱色差校正效果是领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种转像镜组和一种内窥镜，宽光谱色差校正效果较好。
6.为实现上述目的，本技术提供了一种转像镜组，包括沿光路方向分布的第一弯月透镜、第一双胶合棒透镜组、孔径光阑、第二双胶合棒透镜组和第二弯月透镜，所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜为具有负光焦度的透镜，所述第一双胶合棒透镜组和所述第二双胶合棒透镜组为具有正光焦度的透镜组；
7.所述第一双胶合棒透镜组包括沿光路方向分布的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜粘结，所述第二双胶合棒透镜组包括沿光路方向分布的第三透镜和第四透镜，所述第三透镜与所述第四透镜粘结，所述第一透镜和所述第四透镜为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜和所述第三透镜为具有负光焦度的透镜；
8.所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜关于所述孔径光阑对称分布，所述第一弯月透镜的凹面面向物面，所述第二弯月透镜的凹面面向像面；
9.所述第一透镜和所述第四透镜关于所述孔径光阑对称分布，所述第二透镜和所述第三透镜关于所述孔径光阑对称分布。
10.优选的，所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜的折射率大于第一预设值，所述第一预设值至少为1.65。
11.优选的，所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜均为重火石玻璃透镜。
12.优选的，所述第二透镜和所述第三透镜的折射率大于第二预设值、阿贝数小于第三预设值，所述第一透镜和所述第四透镜的折射率小于第四预设值、阿贝数大于第五预设值，所述第二预设值大于所述第四预设值，所述第三预设值小于所述第五预设值。
13.优选的，所述第二透镜和所述第三透镜均为火石玻璃透镜，所述第一透镜和所述第四透镜均为冕玻璃透镜。
14.优选的，所述第一双胶合棒透镜组和所述第二双胶合棒透镜组的折射率大于第六
预设值，所述第六预设值大于所述第四预设值且小于所述第二预设值，所述第一双胶合棒透镜组和所述第二双胶合棒透镜组的焦距大于第七预设值，所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜的焦距大于第八预设值。
15.优选的，所述第一弯月透镜的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第二弯月透镜的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第二透镜的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第三透镜的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第一透镜的长度与直径的比值大于第十预设值，所述第四透镜的长度与直径的比值大于第十预设值，所述第九预设值小于第十预设值。
16.优选的，所述第一透镜与所述第二透镜通过透明光学粘合剂和/或光学结合剂粘结，所述第三透镜与所述第四透镜通过透明光学粘合剂和/或光学结合剂粘结。
17.为实现上述目的，本技术提供了一种内窥镜，包括沿光路方向分布的物镜组、如上述转像镜组和目镜组。
18.优选的，所述内窥镜为刚性内窥镜。
19.通过以上方案可知，本技术提供的一种转像镜组，包括沿光路方向分布的第一弯月透镜、第一双胶合棒透镜组、孔径光阑、第二双胶合棒透镜组和第二弯月透镜，所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜为具有负光焦度的透镜，所述第一双胶合棒透镜组和所述第二双胶合棒透镜组为具有正光焦度的透镜组；所述第一双胶合棒透镜组包括沿光路方向分布的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜粘结，所述第二双胶合棒透镜组包括沿光路方向分布的第三透镜和第四透镜，所述第三透镜与所述第四透镜粘结，所述第一透镜和所述第四透镜为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜和所述第三透镜为具有负光焦度的透镜；所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜关于所述孔径光阑对称分布，所述第一弯月透镜的凹面面向物面，所述第二弯月透镜的凹面面向像面；所述第一透镜和所述第四透镜关于所述孔径光阑对称分布，所述第二透镜和所述第三透镜关于所述孔径光阑对称分布。
20.本技术提供的转像镜组包括两组关于孔径光阑对称分布的透镜组，每组透镜组包括具有负光焦度的弯月透镜和具有正光焦度的双胶合棒透镜组，双胶合棒透镜组包括一个具有正光焦度的透镜和一个具有负光焦度的透镜。具有正光焦度的双胶合棒透镜组用于消除色差，其中的具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜粘结，可以减弱纵向色差。进一步的，在对称单边的一组透镜组中，具有正光焦度的透镜两侧为具有负光焦度的透镜，有利于校正二级光谱，使得整个转像镜组的宽光谱色差及二级色差较小。本技术还公开了一种内窥镜，同样能实现上述技术效果。
21.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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的附图。附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书
的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
23.图1为本技术实施例提供的一种转像镜组的结构图；
24.图2为本技术实施例提供的转像镜组的光线像差图；
25.图3为本技术实施例提供的转像镜组的横向球差图；
26.图4为本技术实施例提供的转像镜组的场曲与像散的示意图；
27.图5为本技术实施例提供的转像镜组的畸变的示意图；
28.图6为本技术实施例提供的转像镜组的点阵图；
29.图7为本技术实施例提供的一种内窥镜的结构图。
具体实施方式
30.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，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
31.本技术实施例公开了一种转像镜组，宽光谱色差校正效果较好。
32.参见图1，根据一示例性实施例示出的一种转像镜组的结构图，如图1所示，包括沿光路方向分布的第一弯月透镜1、第一双胶合棒透镜组rod1、孔径光阑4、第二双胶合棒透镜组rod2和第二弯月透镜7，所述第一弯月透镜1和所述第二弯月透镜7为具有负光焦度的透镜，所述第一双胶合棒透镜组rod1和所述第二双胶合棒透镜组rod2为具有正光焦度的透镜组；
33.所述第一双胶合棒透镜组rod1包括沿光路方向分布的第一透镜2和第二透镜3，所述第一透镜2与所述第二透镜3粘结，所述第二双胶合棒透镜组rod2包括沿光路方向分布的第三透镜5和第四透镜6，所述第三透镜5与所述第四透镜6粘结，所述第一透镜2和所述第四透镜6为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜3和所述第三透镜5为具有负光焦度的透镜；
34.所述第一弯月透镜1和所述第二弯月透镜7关于所述孔径光阑对称分布，所述第一弯月透镜1的凹面11面向物面00，所述第二弯月透镜7的凹面72面向像面01；
35.所述第一透镜2和所述第四透镜6关于所述孔径光阑对称分布，所述第二透镜3和所述第三透镜5关于所述孔径光阑对称分布。
36.在具体实施中，转像镜组包括两组关于孔径光阑对称分布的透镜组，每组透镜组包括弯月透镜和双胶合棒透镜组，双胶合棒透镜组包括相互粘结的两个透镜。具体的，物面为面向物体的面，位于图1的左侧，像面为物体的成像面，位于图1的右侧，转像镜组沿光路方向包括具有负光焦度的第一弯月透镜1、具有正光焦度的第一双胶合棒透镜组rod1、孔径光阑4、具有正光焦度的第二双胶合棒透镜组rod2和具有负光焦度的第二弯月透镜7，第一双胶合棒透镜组rod1沿光路方向包括具有正光焦度的第一透镜2和具有负光焦度的第二透镜3，第二双胶合棒透镜组rod2沿光路方向包括具有负光焦度的第三透镜5和具有正光焦度的第四透镜6。第一弯月透镜1和第二弯月透镜7关于孔径光阑4对称分布，第一双胶合棒透镜组rod1和第二双胶合棒透镜组rod2关于孔径光阑4对称分布。
37.对于第一双胶合棒透镜组rod1来说，具有正光焦度的第一透镜2和具有负光焦度
的第二透镜3粘结，可以减弱第一双胶合棒透镜组rod1镜片内部的纵向色差。同样的，对于第二双胶合棒透镜组rod2来说，具有负光焦度的第三透镜5和具有正光焦度的第四透镜6粘结，可以减弱第二双胶合棒透镜组rod2镜片内部的纵向色差。本实施例中的粘结可以利用透明光学粘合剂或者光学接合剂的粘合，即所述第一透镜2与所述第二透镜3通过透明光学粘合剂和/或光学结合剂粘结，所述第三透镜5与所述第四透镜6通过透明光学粘合剂和/或光学结合剂粘结。
38.进一步的，根据消色差理论，为了使得第一透镜2和第二透镜3的组合纵向色差(即第一双胶合棒透镜组rod1的纵向色差)、第三透镜5和第四透镜6的组合纵向色差(即第二双胶合棒透镜组rod2的纵向色差)等于零并保持整体的光焦度符合设计要求，可以将具有负光焦度的透镜材料选择为折射率较大而阿贝数比较小的玻璃，将具有正光焦度的透镜材料选择为折射率较小而阿贝数较大的玻璃。也就是说，所述第二透镜3和所述第三透镜5的折射率大于第二预设值、阿贝数小于第三预设值，所述第一透镜2和所述第四透镜6的折射率小于第四预设值、阿贝数大于第五预设值，所述第二预设值大于所述第四预设值，所述第三预设值小于所述第五预设值。优选的，折射率较大而阿贝数比较小的玻璃可以为火石玻璃，即所述第二透镜3和所述第三透镜5均为火石玻璃透镜，折射率较小而阿贝数较大的玻璃可以为冕玻璃，即所述第一透镜2和所述第四透镜6均为冕玻璃透镜。
39.需要说明的是，由于硬性内窥镜中的转像镜组需要比较大的长度/直径比，这就会转像镜组中的某一玻璃镜片必然要具有较大的长度与直径比，这也导致该镜片内的不同的色光光程差异增大，即导致纵向色差增大。本实施例中将第一透镜2和第四透镜6设置为具有较大的长度与直径比，即所述第一弯月透镜1的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第二弯月透镜7的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第二透镜3的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第三透镜5的长度与直径的比值小于第九预设值，所述第一透镜2的长度与直径的比值大于第十预设值，所述第四透镜6的长度与直径的比值大于第十预设值，所述第九预设值小于第十预设值。在对称单边的一组透镜组中，具有正光焦度的透镜两侧为具有负光焦度的透镜，即具有正光焦度的第一透镜2的两侧为具有负光焦度的第一弯月透镜1和第二透镜3，具有正光焦度的第四透镜6的两侧为具有负光焦度的第二弯月透镜2和第三透镜5，有利于校正二级光谱且缩短采用火石玻璃的第二透镜3和第三透镜5的长度，使得整个转像镜组的宽光谱色差及二级色差较小，对蓝光的损耗较少，蓝光透过率较高，即使多组转像系统对接，也不会导致画面偏黄。
40.硬性内窥镜的转像镜组需要将物(即物镜组的像或者前转像镜组的像)以单位放大率成像，并且成双远心光学系统。因此，分布于孔径光阑两侧的第二透镜3和第三透镜5均为具有正光焦度的透镜，导致整个转像镜组的场曲为负即内弯场曲。硬性内窥镜一般需要多组转像镜组级联以增加工作长度，这也会使各转像镜组的场曲叠加增大，从而增大物镜组及目镜组的像差校正负担，使单面的像差贡献量增大，最终使得公差宽容度下降，为加工装配带来难度，降低成品合格率。由于场曲与透镜的折射率以及焦距成反比，因此，在本实施例提供的转像镜组中，通过两个分别弯向物面00和像面01的高折射率、具有负光焦度的第一弯月透镜1和第二弯月透镜7承担了正场曲，即所述第一弯月透镜1和所述第二弯月透镜7的折射率大于第一预设值，所述第一预设值至少为1.65。优选的，所述第一弯月透镜1和所述第二弯月透镜7均为重火石玻璃透镜。同时，通过增大第一弯月透镜1、第二弯月透镜7、
第一双胶合棒透镜组rod1和第二双胶合棒透镜组rod2的折射率及焦距，使得场曲值处于一个较低水平。即所述第一双胶合棒透镜组rod1和所述第二双胶合棒透镜组rod2的折射率大于第六预设值，所述第六预设值大于所述第四预设值且小于所述第二预设值，所述第一双胶合棒透镜组rod1和所述第二双胶合棒透镜组rod2的焦距大于第七预设值，所述第一弯月透镜1和所述第二弯月透镜7的焦距大于第八预设值。
41.通过上述论述可知，本实施例提供的转像镜组很好地校正了宽光谱纵向色差以及场曲。可以理解的是，在完全对称的光学系统中，彗差、畸变和横向色差均等于零，因此在本实施例提供的转像镜组中，彗差、畸变和横向色差这几种像差均等于零，无须校正这几种像差。图2至图6为本实施例提供的转像镜组的像差校正的效果图，图2中标识1对应835.0000nm，标识2对应684.2090nm，标识3对应606.6771nm，标识4对应528.0079nm，标识5对应448.2982nm，标识6对应392.4597nm。
42.进一步的，由于传统的转像镜组在实现远心光路的同时，还考虑了中心视场的大相对孔径，导致边缘视场的边缘光线被拦阻，像面上的相对照度降低。而在本实施例中，各视场都保持了差异较小的相对孔径，无边缘视场光线被拦阻，画面边缘的相对照度增大，整个像面保持了较高的相对照度，确保了经过转像镜组得到的像面的照度均匀性。
43.由此可见，本实施例提供的转像镜组，在传统转像镜组的基础上增加了一对高折射率、具有负光焦度的弯月玻璃，有效地消除棒镜的宽光谱纵向色差及场曲，提高了蓝光透过率，并且能够保证很好的公差宽容度和较高的边缘视场相对照度。
44.本技术实施例公开了一种内窥镜，如图7所示，包括沿光路方向分布的物镜组、如上述任一实施例提供的转像镜组和目镜组。优选的，所述内窥镜为刚性内窥镜，例如腹腔镜、宫腔镜、icg内窥镜、uv诊断内窥镜等，腹腔镜的尺寸可以为10mm、5mm、4mm、2.9mm等。
45.可以理解的是，由于上述实施例提供的转像镜组很好地校正了宽光谱纵向色差以及场曲，当多组转像镜组级联时形成的转像镜组与物镜组、目镜组联合设计时，转像镜组不仅可以作为转像媒介而不增加物镜组与目镜组的像差校正负担，而且转像镜组中的高折射率、具有负光焦度的弯月玻璃和双胶合棒透镜组还具有校正物镜组及目镜组场曲和纵向色差的余量，这就使得物镜组及目镜组承担的像差相对减少，光学系统的每个面很好地均衡了三级像差贡献量，整个硬性内窥镜光学系统的像差校正得较好且公差宽容度表现提高。在现有光学冷加工及机械结构件的一般公差条件下，光学系统仍然有较好的表现，从而在整个硬性内窥镜光学系统组装过程中，基本无须调节或者少量的调节就可以达到理想的光学系统成品合格率。
46.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
47.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。