目视医用硬性内窥镜光学系统初始结构设计

　　目视医用硬性内窥镜光学系统主要由物镜、转像系统和目镜组成。内窥镜是一特殊光学系统，其结构特点是大视场、小孔径、光学长度长和景深大，既不同于望远系统也不同于显微系统，既是物方远心光路又是像方远心光路，孔径光阑通常置于转像系统的中间，成像原理如图 1 所示。

　　1 内窥镜的结构参数

　　1.1 视放大倍率

　　视放大率是医用内窥镜光学系统参数之一，可用下式计算[1]：

　　式中 -内窥镜视放大率; 250 -人眼明视距离; -物距; -入瞳直径; -出瞳直径;1物镜焦距，2目镜焦距。

　　由(1)式可知，内窥镜的视放大倍率是物距的函数，与 成反比。

　　本文以腹腔镜为例说明内窥镜光学系统的参数及结构的确定，腹腔镜具体技术要求如下：腹腔镜视场角 2 =70°;一倍视放大率物距 =50mm;光学长度 =370mm;外径 =6mm。

　　1.2 物镜、目镜的焦距

　　1.2.1 物镜的焦距1

　　内窥镜光学系统外径 =6mm，所取的视场光阑尺寸要比外径再小一些，选其为 3.6mm，由物方视场角为2 =70°，则：

　　1.2.2 目镜的焦距2

　　根据使用要求，若内窥镜的 1 倍物距为 50mm时， =1×，则目镜焦距

　　1.2.3 -1×转像系统

　　已知腹腔镜的光学长度 =370mm，物镜采用反远距结构，其光学长度约为物镜焦距的 5 倍，因此腹腔镜物镜和目镜所能承担的光学长度约

　　为满足系统光学长度及成正像的要求在物镜和目镜之间加上奇数组 1×转像系统，根据腹腔镜的结构特点采用三组转像系统既可满足要求，则转像系统的尺寸为所以每组转像系统的尺寸为 115mm。