用于立体内窥镜的光学系统和立体内窥镜的制作方法

本申请涉及光学成像，更具体地涉及一种用于立体内窥镜的光学系统和立体内窥镜。

背景技术：

1、当今世界微创手术已经成为外科医学各领域的发展方向。微创手术具有对病人损伤小、减少病人术间痛苦、术后康复时间短等多项优点，应用越来越广泛。

2、内窥镜作为微创手术的主要器医疗器械，医用内窥镜是用来观察内部体腔的，医生通过它能直接观察到内脏器官的组织形态，为医生提供手术部位的实时影像。内窥镜经历了较长时间的发展和改进，当前的硬性内窥镜的口径已经不仅成像质量好，而且可进行彩色图像的拍摄和记录，加之内窥镜手术器件及配套附件的发展，它已广泛用于医疗领域。并且，由于镜片加工制造技术的不断提高，透镜的外径尺寸可以做到2mm以内，使得内窥镜整体外形尺寸大大减小，大大减小了手术创口，减少病人术中及术后的痛苦。

3、在内窥镜的视向角选择方面，目前的产品的视向角有0°，5°，12°，30°，70°，90°等，医生可以根据病灶位置的不同选择不同视向角的内窥镜。对于非零度视向角的内窥镜，使用时通过转动内窥镜镜体，除了可以提供轴向视野之外，还能提供相较于零度视向角更加广阔的轴外视野，医疗手术中经常使用。实际使用时，在非零度视向角内窥镜中，30°视向角内窥镜相对于其他视向角内窥镜的使用会相对更加广泛。

4、现有的30°视向角内窥镜通常是通过在光学系统中加入转向棱镜结构来实现。转向棱镜分为折射式转向棱镜和反射式转向棱镜两种。其中，折射式转向棱镜受材料限制较大，极易引入像差，尤其是畸变和色差，且最大视向角仅约为10度；反射式转向棱镜相对于折射式转向棱镜具有较小像差，并且可以做到更大视向角。目前较为成熟的反射式转向棱镜方案通常在棱镜的一个入射侧面以某一界线为分界线，在以该界线为界的不同区域同时镀增透膜以及反射膜。但该方案有以下缺点：1)在同一透镜的同一透射面的不同区域镀增透膜和反射膜，两种膜系的分界点很难把控，加大了工艺难度；2)增透膜与反射膜的膜层厚度不完全相同，会影响成像质量。

5、因此，需要提供一种用于立体内窥镜的光学系统和立体内窥镜，以至少部分地解决上述问题。

技术实现思路

1、在
技术实现要素：
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、为至少部分地解决上述问题，本申请第一方面提供一种用于立体内窥镜的光学系统，包括：

3、第一镜组，所述第一镜组包括至少一片具有光焦度的透镜；

4、第二镜组，所述第二镜组包括至少一片具有光焦度的透镜；

5、棱镜，所述棱镜设置于所述第一镜组和所述第二镜组之间，所述棱镜包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一棱镜、第二棱镜，所述第二棱镜具有第一表面、第二表面与第三表面；所述第一棱镜用于接收图像光，所述第一表面用于接收所述第一棱镜的图像光并透射至所述第二表面、接收所述第二表面的反射光并全反射至第三表面，所述第二表面用于接收第一表面的透射光并全反射至第一表面，所述第三表面用于接收所述第一表面的反射光并透射至所述第二镜组。

6、根据本申请第一方面的光学系统，通过棱镜组合的设置，在第二棱镜的第一表面侧限定全反射条件，改变光线路线，增强光透过率，能够实现较好的成像效果，在保证高分辨率的同时还具有大景深的优势，能够满足立体内窥镜的使用需求。该用于立体内窥镜的光学系统具有大视场、小口径、大景深、高分辨率的优点。

7、可选地，所述第一棱镜与所述第二棱镜之间不胶合，所述第一棱镜与所述第二棱镜之间存在空气间隙。

8、根据本申请，当第一棱镜与所述第二棱镜之间不胶合，光线从第一棱镜出射时，入射夹角小于临界角的光线穿过空气间隙、第一表面进入第二棱镜；光出射至第二表面时，入射夹角大于临界角的光线被反射至第一表面；光线在第一表面全反射。通过空气间隙的设置，构造棱镜内光密和光疏两种介质，制造利于全反射的条件。

9、可选地，所述第一棱镜与所述第二棱镜胶合；所述第一表面设置有角度选择膜，或者所述第一棱镜靠近所述第二棱镜的表面设置有角度选择膜。

10、根据本申请，当第一棱镜与所述第二棱镜胶合，使得光线在第一棱镜与所述第二棱镜之间很容易透射。通过角度选择膜使得光线在特定角度全反射。第一棱镜与所述第二棱镜之间只镀一种膜，工艺简单，同时提高系统的精密度。

11、可选地，所述角度选择膜具有阈值角度，以使所述角度选择膜将入射角小于所述阈值角度的光线透射，将入射角度大于所述阈值角度的光线全反射。

12、可选地，所述第二表面设置有全反射膜。

13、可选地，所述棱镜还包括第三棱镜，所述第三棱镜与所述第二棱镜胶合；

14、所述第二表面设置有全反射膜，或者，

15、所述第三棱镜靠近所述第二棱镜的表面设置有全反射膜。

16、可选地，所述第一镜组包括第一透镜，所述第一透镜为负光焦度透镜；所述第一透镜的物侧面为平面、像侧面为凹面；

17、所述第二镜组包括从物侧至像侧依次排列的所述第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；所述第三透镜为平透镜或凹透镜或凸透镜，所述第三透镜的物侧面为平面；所述第四透镜为正光焦度透镜；所述第五透镜为正光焦度透镜，所述第六透镜为负光焦度透镜，并且所述第五透镜和第六透镜构成胶合透镜组。

18、可选地，所述第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为球面玻璃透镜。

19、可选地，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的直径均小于2.6mm。

20、本申请还提供了一种立体内窥镜，包括上述的光学系统；以及，

21、图像传感器，所述图像传感器设置在所述光学系统的像方，用于将经由所述光学成像系统的光信号转换为电信号。

22、根据本申请第二方面的立体内窥镜，光学模组结构简单，制作成本低，具有较高的成像质量。

技术特征：

1.一种用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，所述角度选择膜具有阈值角度，以使所述角度选择膜将入射角小于所述阈值角度的光线透射，将入射角度大于所述阈值角度的光线全反射。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，所述第二表面设置有全反射膜。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，所述棱镜还包括第三棱镜，所述第三棱镜与所述第二棱镜胶合；

7.根据权利要求1-4中任一项所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，所述第一镜组包括第一透镜，所述第一透镜为负光焦度透镜；所述第一透镜的物侧面为平面、像侧面为凹面；

8.根据权利要求7所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，所述第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为球面玻璃透镜。

9.根据权利要求7所述的用于立体内窥镜的光学系统，其特征在于，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的直径均小于2.6mm。

10.一种立体内窥镜，其特征在于，包括：根据权利要求1至9中任一项所述的光学系统；以及，

技术总结
本申请提供一种用于立体内窥镜的光学系统和立体内窥镜。该光学系统包括第一镜组、第二镜组和棱镜。第一镜组包括至少一片具有光焦度的透镜。第二镜组包括至少一片具有光焦度的透镜。棱镜设置于第一镜组和第二镜组之间，棱镜包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一棱镜、第二棱镜，第二棱镜具有第一表面、第二表面与第三表面；第一棱镜用于接收图像光，第一表面用于接收第一棱镜的图像光并透射至第二表面、接收第二表面的反射光并全反射至第三表面，第二表面用于接收第一表面的透射光并全反射至第一表面，第三表面用于接收第一表面的反射光并透射至第二镜组。通过棱镜组合的设置，在第二棱镜的第一表面侧限定全反射条件，能够实现较好的成像效果。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：深圳康诺思腾科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5