硬管內窺鏡物鏡的制作方法
【專利摘要】本發明屬于硬管內窺鏡【技術領域】，具體涉及一種硬管內窺鏡物鏡。本發明的硬管內窺鏡物鏡沿光線傳播方向自前而后依次包括平凹透鏡、轉向棱鏡、平凸透鏡和后續膠合透鏡；所述平凹透鏡、轉向棱鏡和平凸透鏡三者膠合為一體。本發明解決了現有醫用硬管內窺鏡物鏡采用分立式半五角棱鏡作為轉向棱鏡，光能透過率低、圖像對比度差，裝校困難的技術問題。本發明采用相膠合的三塊棱鏡作為轉向棱鏡，轉向棱鏡內鍍高反射率的銀膜或多層介質膜，顯著提高了系統光能透過率；轉向棱鏡和平凸透鏡設有光闌，有效改善了圖像對比度和分辨率；且裝配時不需要調整棱鏡位置和角度，裝配工藝性好。
【專利說明】硬管內窺鏡物鏡
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于硬管內窺鏡【技術領域】，具體涉及一種硬管內窺鏡物鏡。
【背景技術】
[0002]用于工業領域、醫學領域和微創手術立體內窺鏡領域的硬管內窺鏡光學系統包括圖1所示三部分:硬管內窺鏡物鏡、硬管內窺鏡光學轉像系統和硬管內窺鏡目鏡。其中，硬管內窺鏡物鏡對物成倒像；硬管內窺鏡光學轉像系統對物鏡所成的像重新1:1成像，經多次重新聚焦和轉像之后最終在硬管內窺鏡目鏡物方焦面上成正立的實像，使硬管內窺鏡的光學長度滿足硬管內窺鏡工作長度要求；觀察者通過硬管內窺鏡目鏡觀察正立實像。
[0003]硬管內窺鏡有觀察方向和內窺鏡光學系統光軸方向相同的直視內窺鏡，通常稱為視像角0°的內窺鏡，還有觀察方向和內窺鏡工作長度方向成一定角度的斜視硬管內窺鏡，如視向角12°、30°、45°、70°、90°的硬管內窺鏡。腹腔鏡微創手術時通常使用視向角12°的硬管內窺鏡，用于手術機器人的微創手術立體內窺鏡視向角通常為30°。為了改變內窺鏡的觀察方向，硬管內窺鏡物鏡中設有用于改變光線傳播方向的轉向棱鏡。
[0004]圖2所示為現有技術中硬管內窺鏡物鏡結構示意圖，其沿光線傳播方向依次包括保護鏡片、平凹透鏡、轉向棱鏡、平凸透鏡和后續膠合透鏡。其中，所述轉向棱鏡作為分立元件，采用一塊完整的半五角棱鏡，通過棱鏡鏡托加以定位。采用分立式半五角棱鏡作為轉向棱鏡的不足體現在以下方面:棱鏡鏡托占據空間大，由于硬管內窺鏡光學通道直徑僅在I?IOmm左右，機械加工精度很難保證內窺鏡光學系統設計時所要求的位置精度和角度精度；由于轉向棱鏡的兩個鍍有反射膜的表面裸露在空氣中，不能鍍高反射率的銀膜，導致棱鏡光能透過率低；裝配和調整轉向棱鏡時容易劃傷轉向棱鏡的兩個鍍有反射膜的表面，進一步降低光能透過率；轉向棱鏡的半五角棱鏡結構無法在棱鏡內鍍光闌，易導致鬼像，降低圖像對比度；由于平凹透鏡和轉向棱鏡分立設置，密封時密封膠容易流到轉向棱鏡通光表面。
【發明內容】
[0005]本發明需要解決的技術問題為:現有醫用硬管內窺鏡物鏡采用分立式半五角棱鏡作為轉向棱鏡，光能透過率低、圖像對比度差，裝校困難。
[0006]本發明的技術方案如下所述:
[0007]一種硬管內窺鏡物鏡，沿光線傳播方向自前而后依次包括平凹透鏡、轉向棱鏡、平凸透鏡和后續膠合透鏡；所述平凹透鏡、轉向棱鏡和平凸透鏡三者膠合為一體。
[0008]作為優選方案:所述轉向棱鏡包括沿光線傳播方向自前而后相膠合的第一棱鏡、第二棱鏡和第三棱鏡，第二棱鏡的前表面和后表面，即第二棱鏡與第一棱鏡的膠合面和第二棱鏡與第三棱鏡的膠合面，分別鍍有內反射膜，使光線傳播滿足以下條件:通過平凹透鏡的光線以垂直于第一棱鏡前表面的方向入射轉向棱鏡；光線沿直線穿過第一棱鏡、第一棱鏡與第二棱鏡的膠合面和第二棱鏡，被第二棱鏡與第三棱鏡膠合面的內反射膜反射至第二棱鏡與第一棱鏡的膠合面，繼而被第二棱鏡與第一棱鏡膠合面的內反射膜反射至第二棱鏡與平凸透鏡的膠合面，且平凸透鏡入射光線方向與平凸透鏡光軸方向重合。
[0009]作為優選方案:所述第二棱鏡與第一棱鏡膠合面的內反射膜、第二棱鏡與第三棱鏡膠合面的內反射膜采用銀反射膜或其他高反射率的多層介質膜。
[0010]作為優選方案:第二棱鏡與第一棱鏡膠合面的內反射膜設有能透光的狹縫或小孔。
[0011]作為優選方案:轉向棱鏡的入射光線與轉向棱鏡的出射光線方向角度變化范圍為
10。?40°。
[0012]作為優選方案:所述平凹透鏡的數量為I片或2片。
[0013]作為優選方案:所述平凸透鏡與轉向棱鏡的膠合面鍍有中心透光、邊緣不透光的小孔光闌。
[0014]作為優選方案:平凹透鏡前設有保護玻璃。
[0015]作為優選方案:轉向棱鏡的整個外表面鍍有增透膜。
[0016]本發明的有益效果為:
[0017](I)本發明的硬管內窺鏡物鏡，轉向棱鏡采用三塊棱鏡膠合而成，轉向棱鏡內鍍高反射率的銀膜或多層介質膜，顯著提高系統光能透過率；
[0018](2)本發明的硬管內窺鏡物鏡，轉向棱鏡和平凸透鏡設有光闌，能夠有效消除系統雜散光和鬼像，提高圖像對比度和分辨率；
[0019](3)本發明的硬管內窺鏡物鏡，平凹透鏡、轉向棱鏡和平凸透鏡三者膠合為一體，以平凸透鏡的光軸為基準磨外圓，形成一個配合用圓柱面，其膠合件外圓的圓柱面尺寸與鏡管實現小間隙滑配，提高了密封防水的可靠性、耐高溫滅菌耐性；此外，三者膠合為一體的設計不需再使用棱鏡鏡托固定轉向棱鏡，轉向棱鏡位置精度在光學加工過程中保證，裝配時不需要調整棱鏡位置和角度，裝配工藝性好；
[0020](4)本發明的硬管內窺鏡物鏡，裝配簡單、調整便捷，極大提高了產品圖像質量和技術附加值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為硬管內窺鏡光學系統示意圖；
[0022]圖2為現有技術中采用整塊半五角棱鏡作為分立式轉向棱鏡的硬管內窺鏡物鏡結構示意圖；
[0023]圖3為本發明的硬管內窺鏡物鏡結構示意圖；
[0024]圖4 (a)為轉向棱鏡組件分解示意圖；
[0025]圖4 (b)為光線在轉向棱鏡的第二棱鏡中的傳播示意圖；
[0026]圖4 (C)為轉向棱鏡光闌示意圖；
[0027]圖5 Ca)為平凸透鏡主視圖；
[0028]圖5 (b)為平凸透鏡左視圖。
[0029]圖中，1-平凹透鏡，2-轉向棱鏡，3-平凸透鏡，4-第一后續膠合透鏡，5-第二后續膠合透鏡，21-第一棱鏡，22-第二棱鏡，23-第三棱鏡。【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明的硬管內窺鏡物鏡進行詳細說明。
[0031]實施例1
[0032]如圖3所示，本實施例的硬管內窺鏡物鏡沿光線傳播方向自前而后依次包括平凹透鏡1、轉向棱鏡2、平凸透鏡3和一組或兩組后續膠合透鏡，平凹透鏡1、轉向棱鏡2和平凸透鏡3三者膠合為一體。
[0033]所述平凹透鏡I通過其負光焦度，達到加大視場角、后工作距和提高邊緣視場光能的效果。平凹透鏡I的數量可以為I片或2片:1片平凹透鏡I適用于小視場角光學系統；沿光路方向前后排列的2片平凹透鏡I適用于大視場光學系統。
[0034]如圖4所示，所述轉向棱鏡2包括沿光線傳播方向自前而后相膠合的第一棱鏡21、第二棱鏡22和第三棱鏡23，第二棱鏡22的前表面和后表面，即第二棱鏡22與第一棱鏡21的膠合面和第二棱鏡22與第三棱鏡23的膠合面，分別鍍有內反射膜，使光線傳播滿足以下條件:通過平凹透鏡I的光線以垂直于第一棱鏡21前表面的方向入射轉向棱鏡2 ;光線沿直線穿過第一棱鏡21、第一棱鏡21與第二棱鏡22的膠合面和第二棱鏡22，被第二棱鏡22與第三棱鏡23膠合面的內反射膜反射至第二棱鏡22與第一棱鏡21的膠合面，繼而被第二棱鏡22與第一棱鏡21膠合面的內反射膜反射至第二棱鏡22與平凸透鏡3的膠合面，且平凸透鏡3入射光線方向與平凸透鏡3光軸方向重合。轉向棱鏡2的入射光線，即第一棱鏡21的入射光線，與轉向棱鏡2的出射光線，即第二棱鏡22射入平凸透鏡3的出射光線，方向角度變化范圍可以為10°?40°。
[0035]所述第二棱鏡22與第一棱鏡21膠合面的內反射膜、第二棱鏡22與第三棱鏡23膠合面的內反射膜可以采用反射率高達99%的銀反射膜，也可以采用其他高反射率的多層介質膜。其中，第二棱鏡22與第一棱鏡21膠合面的內反射膜設有圖4所示能透光的狹縫或小孔，起到光闌的作用，消除像面處的雜散光，提高圖像分辨率和圖像對比度。通常銀反射膜裸露在空氣中會被氧化，反射率下降，是無法使用的，本實施例的轉向棱鏡2將鍍膜面密封在膠合面中，既可以防止氧化，又可以防止在裝配過程中劃傷內反射膜，能夠大幅度提高內窺鏡的光能透過率。
[0036]如圖5所示，所述平凸透鏡3與轉向棱鏡2的膠合面鍍有中心透光、邊緣不透光的小孔光闌，進一步吸收第二棱鏡22出射光線的雜散光，提高圖像分辨率和對比度。
[0037]實施例2
[0038]本實施例與實施例1的區別在于:在平凹透鏡I前，還設有保護玻璃。本實施例中，采用經拋光的藍寶石平板作為保護玻璃。
[0039]實施例3
[0040]本實施例與上述兩個實施例的區別在于:轉向棱鏡2的整個外表面鍍有增透膜。
【權利要求】
1.一種硬管內窺鏡物鏡，沿光線傳播方向自前而后依次包括平凹透鏡(I)、轉向棱鏡(2)、平凸透鏡(3)和后續膠合透鏡，其特征在于:所述平凹透鏡(I)、轉向棱鏡(2)和平凸透鏡(3)三者膠合為一體。
2.根據權利要求1所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:所述轉向棱鏡(2)包括沿光線傳播方向自前而后相膠合的第一棱鏡(21)、第二棱鏡(22)和第三棱鏡(23),第二棱鏡(22)的前表面和后表面，即第二棱鏡(22)與第一棱鏡(21)的膠合面和第二棱鏡(22)與第三棱鏡(23)的膠合面，分別鍍有內反射膜，使光線傳播滿足以下條件:通過平凹透鏡(I)的光線以垂直于第一棱鏡(21)前表面的方向入射轉向棱鏡(2);光線沿直線穿過第一棱鏡(21)、第一棱鏡(21)與第二棱鏡(22)的膠合面和第二棱鏡(22)，被第二棱鏡(22)與第三棱鏡(23)膠合面的內反射膜反射至第二棱鏡(22)與第一棱鏡(21)的膠合面，繼而被第二棱鏡(22)與第一棱鏡(21)膠合面的內反射膜反射至第二棱鏡(22)與平凸透鏡(3)的膠合面，且平凸透鏡(3)入射光線方向與平凸透鏡(3)光軸方向重合。
3.根據權利要求2所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:所述第二棱鏡(22)與第一棱鏡(21)膠合面的內反射膜、第二棱鏡(22)與第三棱鏡(23)膠合面的內反射膜采用銀反射膜或其他高反射率的多層介質膜。
4.根據權利要求2所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:第二棱鏡(22)與第一棱鏡(21)膠合面的內反射膜設有能透光的狹縫或小孔。
5.根據權利要求1或2所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:轉向棱鏡(2)的入射光線與轉向棱鏡(2)的出射光線方向角度變化范圍為10°?40°。
6.根據權利要求1或2所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:所述平凹透鏡(I)的數量為I片或2片。
7.根據權利要求1或2所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:所述平凸透鏡(3)與轉向棱鏡(2 )的膠合面鍍有中心透光、邊緣不透光的小孔光闌。
8.根據權利要求1或2所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:平凹透鏡(I)前設有保護玻璃。
9.根據權利要求1或2所述的硬管內窺鏡物鏡，其特征在于:轉向棱鏡(2)的整個外表面鍍有增透膜。
【文檔編號】G02B23/24GK103760658SQ201410036161
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】杜吉, 楊繼興, 莊嘉興, 李婷, 史宣 申請人:中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所