CN1327264C - 共焦内窥镜微小显微物镜探头 - Google Patents

Abstract

一种共焦内窥镜微小显微物镜探头，属于光学技术领域。本发明包括：微型显微物镜组、成像光纤束和折射率匹配液，成像光纤束与微型显微物镜组之间用折射率匹配液填充，成像光纤束设在微型显微物镜组之前；所述的微型显微物镜组光瞳位于无限远，微型显微物镜组在物空间的数值孔径为1.0，微型显微物镜组在像空间的数值孔径与成像光纤束的单根光纤的数值孔径匹配。本发明使尺寸控制在能通过内窥镜通道进入人体内部，将光线聚焦在组织内，并将反射的光会聚回整个光学系统。

Description

共焦内窥镜微小显微物镜探头

技术领域

本发明涉及的是一种光学技术领域的器件，具体地说，是一种共焦内窥镜微小显微物镜探头。

背景技术

目前，共聚焦系统由于其成像清晰、连续片层扫描及图像重组、多标记技术、活体观察及获得数量化信息等，成像对比度和分辨率都很高，在医学各个领域广泛应用，发挥了极大的作用。但是该系统在观察组织时，必须取出人体内部器官组织，然后进行成像和分析，这既增加了病人的痛苦，也延长了诊断周期，故不能在临床上得以普及。这一局限性促进了光纤共聚焦显微镜的发展。光纤在共聚焦显微镜的物镜以及其余系统之间产生了一个灵活的连接形式，它允许系统极大的进入组织内部，因此可以实现活体共聚焦成像。共焦内窥镜微小显微物镜探头是共聚焦内窥镜成像系统中的关键技术之一，这个系统要求将聚焦在组织上的光线经共焦内窥镜微小显微物镜探头耦合回到城乡光纤束的单根光纤中。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明申请号为200410059301.8，公开日为2005年2月9日，该专利自述为：“本发明给出了一种100X油浸显微物镜的透镜配置。它给予整个场上具有衍射性能的平坦视场。它包括：至少具有一个第一透镜的第一透镜元件；至少具有一个第二透镜的第二透镜元件；至少具有一个第三透镜的第三透镜元件；至少具有一个第四透镜的第四透镜元件；至少具有一个第五透镜的第五透镜元件；至少具有一个第六透镜的第六透镜元件；至少具有一个第七透镜的第七透镜元件；和至少具有一个第八透镜的第八透镜元件，本光学装置将第一透镜元件到第二透镜元件的距离排列成足以使进入第二透镜元件的光线高度与进入第一透镜元件的光线高度相比减小，并将第五透镜元件到第六透镜元件的距离排列成足以使进入第六透镜元件的光纤高度与进入第一透镜元件的光线高度相比增大。”其不足之处是：1、这个设计是用于一般的显微镜，体积比较大，不能通过内窥镜系统进入人体内部，也不能与成像光纤束耦合使用；2、这个显微物镜的工作距离也很小，一般在100-200微米左右；3、这个显微物镜的视场也比较小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种共焦内窥镜微小显微物镜探头，使其尺寸控制在能通过内窥镜通道进入人体内部，将光线聚焦在组织内，并将反射的光会聚回整个光学系统。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：微型显微物镜组、成像光纤束和折射率匹配液，成像光纤束与微型显微物镜组之间用折射率匹配液填充，成像光纤束设在微型显微物镜组之前；所述的微型显微物镜组光瞳位于无限远，微型显微物镜组在物空间的数值孔径为1.0，微型显微物镜组在像空间的数值孔径与成像光纤束的单根光纤的数值孔径匹配。

所述的微型显微物镜组包括：第一透镜元件、第二透镜元件、第三透镜元件、第四透镜元件、第五透镜元件、第六透镜元件、第七透镜元件和第八透镜元件，第一透镜元件设在微型显微物镜组的最前面、在成像光纤束之后，第二透镜元件设在第一透镜元件之后，第三透镜元件设在第二透镜元件之后、第四透镜元件之前，第五透镜元件设在第四透镜元件之后，第六透镜元件设在第五透镜元件之后、第七透镜元件之前，第八透镜元件设在第七透镜元件之后，第八透镜元件的前表面用水浸泡。

所述的微型显微物镜组的整体直径小于5mm。

所述的微型显微物镜组采用黄铜包装，黄铜的外径小于7mm。

所述的微型显微物镜组除了第一透镜元件和第八透镜元件有特殊要求外，其他透镜元件均采用同种玻璃材料设计，这可以大大降低成本。

所述的微型显微物镜组光瞳位于无限远，以便于从组织反射回的光能够返回成像光纤束中同一根照明光纤而没有偏移。

所述的第一透镜元件的折射率，考虑到微型显微物镜组与成像光纤束的耦合，第一透镜元件选用较低的折射率材料，选为1.5；第一透镜元件接近物平面的表面为平面，第二表面为球面，具有正光焦度。所述的第二透镜元件的折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第三透镜元件的折射率是1.728，具有正光焦度。所述的第四透镜元件折射率为1.728，具有负光焦度。所述的第五透镜元件折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第六透镜元件折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第七透镜元件折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第八透镜元件折射率为1.72，具有正光焦度、720HK的硬度，可以减小与组织等接触产生的损伤。

本发明中，将一束成像光纤束中单根光纤出射的发散光线经折射率匹配液进入微型显微物镜组，所述的微型显微物镜组包括：第一透镜元件，第二透镜元件，第三透镜元件，第四透镜元件，第五透镜元件，第六透镜元件，第七透镜元件和第八透镜元件。第一透镜元件具有正光焦度，将发散的光束向光轴会聚；进入第二透镜元件，因第二透镜元件具有正光焦度，光线继续向光轴会聚；因第二透镜元件是弯月形厚透镜元件，可以对场曲进行修正；接着会聚的光线进入第三透镜元件，第三透镜元件具有正光焦度；且远离物平面的曲率为无穷大，与第一透镜元件的相对，可以对球差进行修正；通过前三各透镜元件的会聚使光束的发散角减小；会聚光线进入第四透镜元件，第四透镜元件具有负光焦度，使光线偏离光轴传播，对光线起到扩束的作用，第四透镜元件的负光焦度，更一步的修正了微型显微物镜组的初阶像差；第五透镜元件具有正光焦度；将来自第四透镜元件的发散光线准直，光线近似平行于光轴，第五透镜元件也为弯月形透镜元件，将进一步修正场曲；第六透镜元件具有正光焦度；会聚平行于光轴的光线，而且会聚角较大；第七透镜元件具有正光焦度；进一步对光线进行会聚，且又增大会聚角；第八透镜元件类似于半球透镜具有正光焦度，且焦距较短，将光线以很大的角度会聚于一点，这样可以大大提高整个系统的数值孔径。由于本微小显微物镜是用于进入人体的内窥镜系统的成像系统，所以其尺寸是微小的，微型显微物镜组的整体直径小于5mm，根据组织相容性，微型显微物镜组采用黄铜包装，黄铜的外径小于7mm。

本发明的有益效果是：数值孔径大，能有效的抑制源于漫反射为背景辐射形式的噪声；在结构上我们采用紧凑的微小化设计，所以外形尺寸小，可以通过内窥镜通道进入人体内部；为了三维成像，设计的工作距离大，可以到达450微米；设计的视场也很大，约为250微米。本发明提供了一个在微小尺寸下具有高水平的像差校正的光学装置。此外本发明还提供一种在整个视场上Strehal比(Strehal比：有像差的点图像的衍射图案中峰值强度与无像差的点图像的衍射图案中峰值强度之比。高的Strehal比表明高水平的像差校正。)值近似等于或大于0.95的光学装置。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是微型显微物镜组单色光在视场中不同点处的设计像差曲线图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：微型显微物镜组1、成像光纤束2和折射率匹配液3，所述的微型显微物镜组1包括：第一透镜元件4、第二透镜元件5、第三透镜元件6、第四透镜元件7、第五透镜元件8、第六透镜元件9、第七透镜元件10和第八透镜元件11，第一透镜元件4设在微型显微物镜组1的最前面、在成像光纤束2之后5.63mm，第二透镜元件5设在第一透镜元件4之后0.097mm，第三透镜元件6设在第二透镜元件5之后0.257mm、第四透镜元件7之前0.52mm，第五透镜元件8设在第四透镜元件7之后0.597mm，第六透镜元件5设在第五透镜元件8之后0.437mm、第七透镜元件10之前0.05mm，第八透镜元件11设在第七透镜元件10之后0.05mm，第八透镜元件11的前表面用水浸泡，成像光纤束2与微型显微物镜组1之间用折射率匹配液填充，成像光纤束2设在微型显微物镜组1之前5.63mm。

所述的微型显微物镜组1的整体直径小于5mm。

所述的微型显微物镜组1光瞳位于无限远，以便于从组织反射回的光能够返回成像光纤束2中同一根照明光纤而没有偏移。

所述的微型显微物镜组1除了第一透镜元件4和第八透镜元件11有特殊要求外，其他透镜元件均采用同种玻璃材料设计，这可以大大降低成本。

所述的微型显微物镜组1采用黄铜包装，黄铜的外径小于7mm。

所述的微型显微物镜组1在物空间的数值孔径为1.0，在像空间的数值孔径与成像光纤束2的单根光纤的数值孔径匹配。

所述的第一透镜元件4的折射率，考虑到微型显微物镜组1与成像光纤束2的耦合，第一透镜元件4选用较低的折射率材料，选为1.5；第一透镜元件4接近物平面的表面为平面，第二表面为球面，具有正光焦度。所述的第二透镜元件5的折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第三透镜元件6的折射率是1.728，具有正光焦度。所述的第四透镜元件7折射率为1.728，具有负光焦度。所述的第五透镜元件8折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第六透镜元件9折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第七透镜元件10折射率为1.728，具有正光焦度。所述的第八透镜元件11折射率为1.72，具有正光焦度、720HK左右的硬度，可以减小与组织等接触产生的损伤。

如图2所示，本发明的微型显微物镜组单色光在视场中不同点处的设计像差曲线，从这个曲线可以清楚地看出，对于单一波长相差得到了很好的修正，只有在大视场位置还有剩余的彗差和高阶相差(图2中每个刻度标记是指0.1个波)。图2中的A表示同轴(0.000场大小)，波前相差仅为0.08。图2中的B(0.075个半场)、C(0.1全场)和D(0.125全场)中的波前相差约为0.3个波。这些曲线证明该设计在整个视场上都得到很好的校正。最终设计的衍射极限在轴上的Strehal比值为0.997，视场边缘为0.986，也证明了像差得到很好的校正。

Claims (10)

1.一种共焦内窥镜微小显微物镜探头，包括：微型显微物镜组(1)，其特征在于，还包括：成像光纤束(2)和折射率匹配液(3)，成像光纤束(2)与微型显微物镜组(1)之间用折射率匹配液填充，成像光纤束(2)设在微型显微物镜组(1)之前；所述的微型显微物镜组(1)光瞳位于无限远，微型显微物镜组(1)在物空间的数值孔径为1.0，微型显微物镜组(1)在像空间的数值孔径与成像光纤束(2)的单根光纤的数值孔径匹配。

2.根据权利要求1所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的微型显微物镜组(1)包括：第一透镜元件(4)、第二透镜元件(5)、第三透镜元件(6)、第四透镜元件(7)、第五透镜元件(8)、第六透镜元件(9)、第七透镜元件(10)和第八透镜元件(11)，第一透镜元件(4)设在微型显微物镜组(1)的最前面、在成像光纤束(2)之后，第二透镜元件(5)设在第一透镜元件(4)之后，第三透镜元件(6)设在第二透镜元件(5)之后、第四透镜元件(7)之前，第五透镜元件(8)设在第四透镜元件(7)之后，第六透镜元件(5)设在第五透镜元件(8)之后、第七透镜元件(10)之前，第八透镜元件(11)设在第七透镜元件(10)之后，第八透镜元件(11)的前表面用水浸泡。

3.根据权利要求2所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的微型显微物镜组(1)包括：第一透镜元件(4)、第二透镜元件(5)、第三透镜元件(6)、第四透镜元件(7)、第五透镜元件(8)、第六透镜元件(9)、第七透镜元件(10)和第八透镜元件(11)，第一透镜元件(4)设在微型显微物镜组(1)的最前面、在成像光纤束(2)之后5.63mm，第二透镜元件(5)设在第一透镜元件(4)之后0.097mm，第三透镜元件(6)设在第二透镜元件(5)之后0.257mm、第四透镜元件(7)之前0.52mm，第五透镜元件(8)设在第四透镜元件(7)之后0.597mm，第六透镜元件(5)设在第五透镜元件(8)之后0.437mm、第七透镜元件(10)之前0.05mm，第八透镜元件(11)设在第七透镜元件(10)之后0.05mm。

4.根据权利要求1所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的成像光纤束(2)设在微型显微物镜组(1)之前5.63mm。

5.根据权利要求1所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的微型显微物镜组(1)的整体直径小于5mm。

6.根据权利要求1或5所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的微型显微物镜组(1)采用黄铜包装，黄铜的外径小于7mm。

7.根据权利要求2所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的第一透镜元件(4)的折射率为1.5，其接近物平面的表面为平面，第二表面为球面，具有正光焦度。

8.根据权利要求2所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的第二透镜元件(5)、第三透镜元件(6)、第四透镜元件(7)、第五透镜元件(8)、第六透镜元件(9)、第七透镜元件(10)均采用同种玻璃材料。

9.根据权利要求2所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的第二透镜元件(5)、第三透镜元件(6)、第四透镜元件(7)、第五透镜元件(8)、第六透镜元件(9)、第七透镜元件(10)，其折射率均为1.728，均具有正光焦度。

10.根据权利要求2所述的共焦内窥镜微小显微物镜探头，其特征是，所述的第八透镜元件(11)，其折射率为1.72，具有正光焦度、720HK的硬度。

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