本發(fā)明涉及一種光學(xué)成像系統(tǒng)，具體涉及一種超高清內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)，屬于光學(xué)成像。

背景技術(shù)：

1、隨著內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)的迅速發(fā)展，能同時用于白光成像和熒光波段的近紅外成像內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，在用于臨床檢查腹腔內(nèi)疾病和治療時可確定病灶存在的部位，大小，外觀和范圍，且能對病灶表面的組織結(jié)構(gòu)進行細致的觀察，并在直視下取材或定位，大大提高了對腹腔內(nèi)疾病診斷的準(zhǔn)確性，彌補了傳統(tǒng)診療方法的不足。因此，超高清、熒光腹腔鏡等高端醫(yī)用設(shè)備在未來臨床需求會越來越廣泛，是腹腔鏡的一個重要發(fā)展方向。

2、然而，目前的熒光內(nèi)窺鏡在可見光和近紅外光進行聚焦成像時，成像質(zhì)量不足影響診斷或治療的準(zhǔn)確性。

3、fhd(全高清)內(nèi)窺鏡的空間分辨率約為8c/°，4k腹腔鏡空間分辨率能達到15c/°；目前市場的主流產(chǎn)品依然是fhd，僅少數(shù)產(chǎn)品分辨率略高于fhd，能同時實現(xiàn)熒光和白光成像的系統(tǒng)目前分辨率最高沒有突破4k腹腔鏡空間分辨率的15c/°。

4、現(xiàn)有技術(shù)難點：工作波段0.43-0.86um的內(nèi)窺鏡，清晰度主要由系統(tǒng)的f數(shù)決定，光學(xué)系統(tǒng)的極限分辨率計算公式相同波段和系統(tǒng)參數(shù)下小的f數(shù)空間分辨率會更高。

5、內(nèi)窺鏡成像質(zhì)量角分辨率公式為其中r(d)為每毫米極限可分辨線對數(shù)，其公式為在標(biāo)準(zhǔn)工作距離50mm處，相同波段下，入瞳直徑d越大，分辨率r(d)越大，角分辨率ra(d)越高。目前主流廠家工作波段0.43-0.86um的內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，最大入瞳直徑0.5mm，限制角分辨力和分辨率的進一步提升。

6、然而寬的工作波段寬度、小的f數(shù)和大的入瞳直徑，會引入更大的軸向色差、垂軸色差；中繼系統(tǒng)累加的場曲和垂軸色差矯正難度進一步增大，光學(xué)系統(tǒng)直徑的壓縮難度也進一步的增大。這些參數(shù)會制約光學(xué)系統(tǒng)的清晰度或增加光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，使得目前市場少有能同時白光波段和熒光波段超高清成像的硬鏡腹腔鏡產(chǎn)品，且都存在光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高和成像清晰度不夠高的問題，造成使用受限、影響檢測精度和增加醫(yī)院和患者使用成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：提供一種中心角分辨力20c/°，畸變小于15％，視場角≥78°，可同時實現(xiàn)白光波段和近紅外光波段超高清熒光成像的超高清內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種超高清內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)，包括沿光線傳播方向依次設(shè)置的物鏡系統(tǒng)、中繼鏡系統(tǒng)和目鏡系統(tǒng)，所述中繼鏡系統(tǒng)位于物鏡系統(tǒng)和目鏡系統(tǒng)之間，

3、所述物鏡系統(tǒng)為反遠距結(jié)構(gòu)，

4、所述中繼鏡系統(tǒng)包括n組中繼鏡組，且每組中繼鏡組均為雙遠心結(jié)構(gòu)，其中，n為奇數(shù)，

5、所述目鏡系統(tǒng)為物方遠心結(jié)構(gòu)，

6、其創(chuàng)新點在于：

7、所述物鏡系統(tǒng)包括沿光線傳播方向設(shè)置的藍寶石保護鏡片、負光焦度鏡片、棱鏡或轉(zhuǎn)向棱鏡、正光焦度平凸膠合鏡、負光焦度三膠合鏡、第一正光焦度三膠合鏡和第一正光焦度雙膠合鏡，所述負光焦度鏡片一側(cè)的平面位于藍寶石保護鏡片的一側(cè)，且其另一側(cè)的凹面與棱鏡或轉(zhuǎn)向棱鏡的一側(cè)膠合，所述棱鏡或轉(zhuǎn)向棱鏡的另一側(cè)與正光焦度平凸膠合鏡一側(cè)的平面膠合，所述負光焦度三膠合鏡位于正光焦度平凸膠合鏡另一側(cè)的凸面和第一正光焦度三膠合鏡一側(cè)的凸面之間，所述第一正光焦度三膠合鏡另一側(cè)的凹面與第一正光焦度雙膠合鏡的凹面相鄰，

8、所述中繼鏡組是由兩個四膠合棒鏡對稱排列構(gòu)成，所述第一正光焦度雙膠合鏡的凸面位于n組中繼鏡的一側(cè)，

9、所述目鏡系統(tǒng)包括沿光線傳播方向設(shè)置的第二正光焦度三膠合鏡、正光焦度鏡片、第二正光焦度雙膠合鏡和藍寶石鏡片，所述第二正光焦度三膠合鏡位于n組中繼鏡的另一側(cè)以及正光焦度鏡片一側(cè)凹面之間，所述正光焦度鏡片另一側(cè)的凸面與第二正光焦度雙膠合鏡一側(cè)的凸面相鄰，第二正光焦度雙膠合鏡另一側(cè)的平面與藍寶石鏡片相鄰。

10、在上述技術(shù)方案中，所述正光焦度平凸膠合鏡由第一透鏡和第二透鏡膠合為一體，所述棱鏡或轉(zhuǎn)向棱鏡的另一側(cè)與第一透鏡的平面膠合，第一透鏡的凸面與第二透鏡的凹面膠合，所述第二透鏡的凸面位于正光焦度三膠合鏡的一側(cè)。

11、在上述技術(shù)方案中，所述負光焦度三膠合鏡由第一凸透鏡、第一凹透鏡和第二凸透鏡膠合為一體，所述第一凹透鏡兩側(cè)的凹面分別與第一凸透鏡一側(cè)的凸面以及第二凸透鏡一側(cè)的凸面膠合為一體，所述第一凸透鏡另一側(cè)的凸面靠近正光焦度平凸膠合鏡另一側(cè)的凸面，第二凸透鏡另一側(cè)的凸面靠近第一正光焦度三膠合鏡一側(cè)的凸面。

12、在上述技術(shù)方案中，所述第一正光焦度三膠合鏡由第三凸透鏡、第二凹透鏡和第三透鏡膠合為一體，所述負光焦度三膠合鏡靠近第三凸透鏡一側(cè)的凸面，所述第三凸透鏡另一側(cè)的凸面與第二凹透鏡一側(cè)的凹面膠合，第二凹透鏡另一側(cè)的凹面與第三透鏡的凸面膠合，所述第三透鏡的凹面與第一正光焦度雙膠合鏡的凹面相鄰。

13、在上述技術(shù)方案中，所述第一正光焦度雙膠合鏡由第四透鏡和第五透鏡膠合為一體，所述第一正光焦度三膠合鏡一側(cè)的凹面與第四透鏡一側(cè)的凹面相鄰，第四透鏡另一側(cè)的凸面與第五透鏡一側(cè)的凹面膠合，所述第五透鏡另一側(cè)的凸面位于n組中繼鏡的一側(cè)。

14、在上述技術(shù)方案中，每個中繼鏡組的四膠合棒鏡均由第一雙凸透鏡、彎月棒狀鏡、雙凹透鏡和第二雙凸透鏡構(gòu)成，所述彎月棒狀鏡的兩側(cè)分別與第一雙凸透鏡和雙凹透鏡膠合，所述第一正光焦度雙膠合鏡的凸面位于第一雙凸透鏡的一側(cè)，所述雙凹透鏡的外側(cè)與第二雙凸透鏡膠合為一體，所述第一雙凸透鏡、彎月棒狀鏡、雙凹透鏡和第二雙凸透鏡的焦距并不相等，且均介于25mm到400mm之間。

15、在上述技術(shù)方案中，所述第二正光焦度三膠合鏡由第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡構(gòu)成，所述第六透鏡的凹面位于n組中繼鏡的另一側(cè)，且第六透鏡的凸面與第七透鏡一側(cè)的凹面膠合，所述第七透鏡另一側(cè)的凹面與第八透鏡一側(cè)的凸面膠合，第八透鏡另一側(cè)的凸面靠近正光焦度鏡片一側(cè)的凹面。

16、在上述技術(shù)方案中，所述第二正光焦度雙膠合鏡由第三雙凸透鏡和第九透鏡構(gòu)成，所述正光焦度鏡片另一側(cè)的凸面與第三雙凸透鏡的一側(cè)相鄰，第三雙凸透鏡的另一側(cè)與第九透鏡的凹面膠合，所述第九透鏡的另一側(cè)的平面與藍寶石鏡片相鄰。

17、在上述技術(shù)方案中，所述負光焦度鏡片是光焦度為-0.55～-0.4的負透鏡，其焦距f1/f物鏡的比值滿足-1.9≤f1/f物鏡≤-0.4，其中，f1為負光焦度鏡片的焦距，f物鏡為物鏡系統(tǒng)的焦距，

18、所述正光焦度平凸膠合鏡其焦距f2滿足1.8≤f2/f物鏡≤7.5，

19、所述負光焦度三膠合鏡其焦距f3滿足-97≤f3/f物鏡≤-20，

20、所述第一正光焦度三膠合鏡其焦距f4滿足7.5≤f4/f物鏡≤30，

21、所述第一正光焦度雙膠合鏡其焦距f5滿足4≤f5/f物鏡≤17。

22、在上述技術(shù)方案中，所述第二正光焦度三膠合鏡、正光焦度鏡片和第二正光焦度雙膠合鏡的焦距并不相等，且均介于30mm到140mm之間。

23、本發(fā)明所具有的積極效果是：采用本發(fā)明的超高清內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)后，由于本發(fā)明所述物鏡系統(tǒng)包括沿光線傳播方向設(shè)置的藍寶石保護鏡片、負光焦度鏡片、棱鏡或轉(zhuǎn)向棱鏡、正光焦度平凸膠合鏡、負光焦度三膠合鏡、第一正光焦度三膠合鏡和第一正光焦度雙膠合鏡，所述負光焦度鏡片一側(cè)的平面位于藍寶石保護鏡片的一側(cè)，且其另一側(cè)的凹面與棱鏡或轉(zhuǎn)向棱鏡的一側(cè)膠合，所述棱鏡或轉(zhuǎn)向棱鏡的另一側(cè)與正光焦度平凸膠合鏡一側(cè)的平面膠合，所述負光焦度三膠合鏡位于正光焦度平凸膠合鏡另一側(cè)的凸面和第一正光焦度三膠合鏡一側(cè)的凸面之間，所述第一正光焦度三膠合鏡另一側(cè)的凹面與第一正光焦度雙膠合鏡的凹面相鄰，

24、所述中繼鏡組是由兩個四膠合棒鏡對稱排列構(gòu)成，所述第一正光焦度雙膠合鏡的凸面位于n組中繼鏡的一側(cè)，

25、所述目鏡系統(tǒng)包括沿光線傳播方向設(shè)置的第二正光焦度三膠合鏡、正光焦度鏡片、第二正光焦度雙膠合鏡和藍寶石鏡片，所述第二正光焦度三膠合鏡位于n組中繼鏡的另一側(cè)以及正光焦度鏡片一側(cè)凹面之間，所述正光焦度鏡片另一側(cè)的凸面與第二正光焦度雙膠合鏡一側(cè)的凸面相鄰，第二正光焦度雙膠合鏡另一側(cè)的平面與藍寶石鏡片相鄰，

26、本發(fā)明的工作原理為，物體通過物鏡系統(tǒng)成像，然后經(jīng)中繼鏡系統(tǒng)將像面?zhèn)鬏數(shù)侥跨R系統(tǒng)端，并與目鏡系統(tǒng)光瞳對齊，被人眼觀測到像，

27、其中，所述物鏡系統(tǒng)用來矯正和平衡由中繼系統(tǒng)累計的垂軸像差和場曲的積累；通過多種色散系數(shù)的玻璃膠合透鏡來矯正整個白光波段到熒光波段大相對孔徑帶來的軸向色差和垂軸色差、場曲和畸變，

28、所述中繼鏡系統(tǒng)由于采用對稱結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整棒鏡鏡片折射率、色散系數(shù)及焦距組合，平衡垂直像差和遠心度，單個對稱單元的四膠合方式，不僅有效的降低了大相對孔徑帶來的垂軸色差和場曲，降低物鏡的設(shè)計難度，而且有效的壓縮整個中繼系統(tǒng)的直徑，

29、所述目鏡系統(tǒng)保證匹配整個光學(xué)系統(tǒng)f數(shù)不影響像質(zhì)情況下，能實現(xiàn)適配器的光瞳匹配，

30、因此，本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)為大視場系統(tǒng)，其中，所述物鏡系統(tǒng)中采用一片負光焦度鏡片，很好的壓縮視場光束、使得物鏡直徑尺寸和畸變得到很好的控制，加上中繼系統(tǒng)中的四膠合鏡片對大孔徑色差、場曲、直徑的控制，使得整個光學(xué)系統(tǒng)在大相對孔徑的情況下很好的控制直徑尺寸使得整體直徑尺寸滿足要求。

31、本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)在實現(xiàn)波段范圍0.43-0.86um范圍內(nèi)，實現(xiàn)了入瞳直徑0.82mm，出曈直徑5mm，中心角分辨力20c/°，畸變小于15％，視場角≥78°，直徑不大于6.8mm；可同時實現(xiàn)白光波段和近紅外光波段超高清成像。