[发明专利]一种用于光纤束的宽波段红外内窥微距光学镜头

说明书

本发明属于光学成像领域，提供了一种用于光纤束的宽波段红外内窥微距光学镜头。该镜头包括在同一条光轴上依次设置的物平面、第一凸弯月透镜片、第一凹弯月透镜片、系统光阑、第二凸弯月透镜片和像平面；所述的第一凸弯月透镜片、第一凹弯月透镜片及第二凸弯月透镜片的前后表面均为球面，所述的像平面采用光纤束端面。本发明在仅用最常用的红外材料以及最常用的球面透镜基础上，使光学系统既能解决光谱波段宽，色差校正困难的问题，又能满足对于光纤束的匹配，还能达到极高的成像质量，另外镜头整体还兼具了尺寸小、物像比大等优点。

技术领域

本发明属于光学成像领域，具体涉及一种用于光纤束的宽波段红外内窥微距光学镜头。

背景技术

在现代工业及医疗应用中，针对近距离小空间的设备越来越受到重视，内窥系统对于人或者一般机器设备无法进入的狭小空间更是显示出其独特的作用，尤其在医疗界，内窥镜下手术正逐渐取代一般外科手术。但由于现在广泛使用的内窥系统多是用可见光作为探测成像的光源，而可见光只能获取物体表面的信息，无法深入物体内部，在医疗上无法分辨微小的病灶或者与正常组织表面无明显差别的组织，在工业上无法识破目标表面遮挡，因此，使用红外光替代可见光将具有重要意义。对于红外内窥系统，其光学系统的设计是首当其冲的。但是红外光学系统，尤其是宽波段的中远红外光学系统在设计上十分困难，一方面要求工作的波段宽，但是这个波段可用的光学材料非常少，再加上国内在红外材料、加工能力、镀膜技术等多方面的局限性，本身能够覆盖4.8～9.5μm这一频段的镜头就尚属空白，尤其是在不使用特殊材料与特殊元件的基础上，使得光学系统像差(尤其是色差)矫正会非常的困难；另一方面由于内窥系统工作环境是狭小黑暗的环境，要求镜头尺寸小、片数少，同时工作距离达到微距，此外还得兼顾与光纤束参数的严格匹配，无疑也会极大的加大设计难度。总而言之，想要通过少数的镜片实现用于光纤束的宽波段红外内窥微距镜头非常困难。

现今有大量内窥镜头的研究，但基本局限于可见光波段，少数涉及到近红外波段，如2019年04月02日公开的(公开号CN109557658A)中国专利，几乎没有中远红外波段相关内容，其镜头的工作波段仅为可见光波段。现今内窥镜头的研究基本局限于以相机传感器作为镜头的像面，如2019年01月04日公开的(公开号CN109143538A)中国专利，极少出现采用光纤束端面作为镜头像面的方案，尤其是中远红外光纤束端面作为镜头像面的方案。

发明内容

针对现有内窥式微距光学系统工作波段不能覆盖4.8～9.5μm频段，色差校正困难的问题，本发明提供一种用于光纤束的宽波段红外内窥微距光学镜头，使用光纤束端面作为镜头像面，仅使用最常用的红外材料和最普通的光学元件面型的基础上，覆盖4.8～9.5μm频段，兼顾与光纤束匹配的问题，又能达到极高的成像质量，另外还兼具了尺寸小，物像比大等优点。

为了解决上述技术问题，本发明有如下的技术方案：

一种用于光纤束的宽波段红外内窥微距光学镜头，包括在同一条光轴上依次设置的物平面、第一凸弯月透镜片、第一凹弯月透镜片、系统光阑、第二凸弯月透镜片和像平面；所述的第一凸弯月透镜片、第一凹弯月透镜片及第二凸弯月透镜片的前后表面均为球面，所述的像平面采用光纤束端面；

第一凸弯月透镜片的前表面S1的曲率半径为2.714mm，有效通光直径为1.814mm，与第一凸弯月透镜片的后表面S2的距离为0.800mm；

第一凸弯月透镜片的后表面S2的曲率半径为1.007mm，有效通光直径为1.634mm，与第一凹弯月透镜片的前表面S3的距离为2.242mm；

第一凹弯月透镜片的前表面S3的曲率半径为-8.483mm，有效通光直径为1.058mm，与第一凹弯月透镜片的后表面S4的距离为2.073mm；

第一凹弯月透镜片的后表面S4的曲率半径为-4.100mm，有效通光直径为1.030mm，与系统光阑的距离为0.951mm；