專利名稱：激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡，特別是涉及激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描 物鏡。
背景技術(shù)：
醫(yī)用內(nèi)窺鏡已經(jīng)成為體內(nèi)病變探察診斷和微創(chuàng)手術(shù)的必需設(shè)備，在臨床醫(yī)學(xué)的各 個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前的內(nèi)窺鏡診斷在宏觀尺度上觀察體內(nèi)組織，識(shí)別可疑區(qū)域，必要時(shí)鉗 取可疑組織到體外進(jìn)行組織病理學(xué)診斷，是一個(gè)有創(chuàng)的過(guò)程，伴隨著出血、感染、早期漏診 等風(fēng)險(xiǎn)。激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡無(wú)需取樣活檢即可實(shí)現(xiàn)體內(nèi)器官的實(shí)時(shí)高分辨率組織病理 學(xué)診斷，并可使用熒光對(duì)比劑，特異性強(qiáng)，是早期病變無(wú)創(chuàng)診斷的重要方法，尤其對(duì)于常規(guī) 內(nèi)窺鏡難以發(fā)現(xiàn)的癌變?cè)缙谠\斷具有重大意義。目前的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡多采用光纖束或單根光纖將激光和熒光 信號(hào)分別導(dǎo)入體內(nèi)和導(dǎo)出體外。光纖束允許將共聚焦掃描機(jī)構(gòu)放置在體外，內(nèi)窺鏡探頭可 以細(xì)小，但圖像清晰度受到光纖束本身柵格排列的嚴(yán)重影響，共聚焦圖像的分辨力較低，而 且由于相鄰芯徑的光線串?dāng)_，圖像的對(duì)比度難以提高；單根光纖則要求共聚焦掃描機(jī)構(gòu)必 須放置在體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)比較難，尺寸也很大，并且光纖束和單根光纖均無(wú)法校正內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的 像差。有一些內(nèi)窺鏡采用Hopkins轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，相比一般轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，視場(chǎng)邊緣的亮度得到 較大改善，但是Hopkins轉(zhuǎn)像系統(tǒng)數(shù)值孔徑很小，導(dǎo)致分辨率不高，另外Hopkins轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 是由十幾片至幾十片透鏡組合起來(lái)的，能量損耗大，裝配起來(lái)很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)高分辨率高清晰度成像、具有大數(shù)值孔徑、高靈 敏度和微型化特點(diǎn)的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡，包括同光軸裝置的 四個(gè)透鏡組，第一透鏡組至第四透鏡組從像方至物方依次排列；第一透鏡組，是由第一和第二透鏡膠合組成的f · θ透鏡，其中第一透鏡面向物方 為凹面，面向像方為凸面；第二透鏡面向物方為凸面，面向像方為凸面，用于激光共聚焦顯 微內(nèi)窺鏡掃描；第二透鏡組，是由第三和第四透鏡膠合組成的傳像透鏡，第二透鏡組的長(zhǎng)度和直 徑比大于15，其中第三透鏡面向物方為平面，面向像方為凸面；第四透鏡面向物方為平面， 面向像方為平面，用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡傳像；第三透鏡組，由第五和第六透鏡膠合組成，其中第五透鏡面向物方為凹面，面向像 方為凸面；第六透鏡面向物方為凸面，面向像方為凸面；第四透鏡組，由三個(gè)分離裝置的第七、第八和第九透鏡組成，其中第七透鏡面向物 方為凸面，面向物方為凸面；第八透鏡面向物方為凸面，面向物方為凹面，第九透鏡面向物方為平面，面向物方為凸面。本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡采用望遠(yuǎn)式長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)度和直徑比大 于15)的傳像透鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光纖束或單根光纖進(jìn)行傳像，采用f· θ透鏡進(jìn)行掃描能夠 將不同入射角度的激光束耦合進(jìn)體內(nèi)，形成對(duì)體內(nèi)組織不同位置的掃描照明，并激發(fā)掃描 位置處的熒光標(biāo)記物，將熒光信號(hào)耦合至體外探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了照明光路和成像光路的合二 為一，縮小了內(nèi)窺鏡探頭的尺寸，并能夠?qū)崿F(xiàn)高清晰度成像，圖像分辨率接近衍射極限，相 鄰像素?zé)o信號(hào)串?dāng)_，圖像對(duì)比度高，而且共聚焦掃描機(jī)構(gòu)設(shè)置在體外，在獲得高性能共聚焦 掃描的同時(shí)，不增大內(nèi)窺鏡探頭的尺寸，與現(xiàn)有傳統(tǒng)硬性內(nèi)窺鏡兼容。同時(shí)采用望遠(yuǎn)式長(zhǎng)徑 比傳像透鏡可以在整個(gè)內(nèi)窺鏡探頭長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行像差校正，顯微物鏡的殘留像差可由傳像系 統(tǒng)補(bǔ)償，兩者結(jié)合起來(lái)可獲得更佳的成像質(zhì)量。本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡為線性掃描系統(tǒng)，能夠和二維掃描機(jī)構(gòu) 配合使用，實(shí)現(xiàn)激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡XY方向的掃描，水平的激光光束入射到二 維掃描機(jī)構(gòu)后被偏轉(zhuǎn)，不同偏轉(zhuǎn)角度的光線最終入射到目標(biāo)物體不同的位置。實(shí)現(xiàn)了激光 不同角度對(duì)應(yīng)目標(biāo)物體不同的位置，激光點(diǎn)在體內(nèi)組織的掃描位移Δχ與二維掃描機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn) 角θ成線性關(guān)系，S卩Ax = f· θ，因此，本發(fā)明的物鏡能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同掃描角度激光點(diǎn)位 置的準(zhǔn)確定位，靈敏度高。


圖1是本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡的中心視場(chǎng)光學(xué)傳遞函數(shù)圖。圖3是本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡的外圍視場(chǎng)光學(xué)傳遞函數(shù)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡，包括同光軸裝置的四個(gè)透鏡 組，第一透鏡組至第四透鏡組從像方至物方依次排列。第一透鏡組1，由第一、第二透鏡Li、L2膠合組成的f· θ透鏡，其中第一透鏡Ll 面向物方為凹面，面向像方為凸面；第二透鏡L2面向物方為凸面，面向像方為凸面，用于激 光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描；第二透鏡組2，由第三、第四透鏡L3、L4膠合組成的傳像透鏡，第二透鏡組2的長(zhǎng) 度和直徑比大于15，其中第三透鏡L3面向物方為平面，面向像方為凸面；第四透鏡L4面向 物方為平面，面向像方為平面，用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡傳像；第三透鏡組3，由第五、第六透鏡L5、L6膠合組成，其中第五透鏡L5面向物方為凹 面，面向像方為凸面；第六透鏡L6面向物方為凸面，面向像方為凸面；第四透鏡組4，由三個(gè)分離裝置的第七、第八和第九透鏡L7、L8、L9組成，其中第七 透鏡L7面向物方為凸面，面向物方為凸面；第八透鏡L8面向物方為凸面，面向物方為凹面， 第九透鏡L9面向物方為平面，面向物方為凸面。實(shí)施例激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡的四個(gè)透鏡組共有九個(gè)透鏡，九個(gè)透鏡共有十五個(gè)鏡面，第一透鏡Ll的凸面為第一鏡面，第一透鏡Ll和第二透鏡L2的膠合面為第二鏡面， 第二透鏡L2的凸面為第三鏡面，第三透鏡L3的凸面為第四鏡面，第三透鏡L3和第四透鏡 L4的膠合面為第五鏡面，第四透鏡L4面向物方的平面為第六鏡面，第五透鏡L5的凸面為第 七鏡面，第五透鏡L5和第六透鏡L6的膠合面為第八鏡面，第六透鏡L6的凸面為第九鏡面， 第七透鏡L7面向像方的凸面為第十鏡面，第七透鏡L7面向物方的凸面為第十一鏡面，第八 透鏡L8的凹面為第十二鏡面，第八透鏡L8的凸面為第十三鏡面，第九透鏡L9的凸面為第 十四鏡面，第九透鏡L9的平面為第十五鏡面，假設(shè)15個(gè)鏡面的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。表 1 圖2和圖3共計(jì)算了歸一化坐標(biāo)中0(中心視場(chǎng))，0. 707 (外圍視場(chǎng))兩個(gè)視場(chǎng)的 傳遞函數(shù)值。由圖2和圖3的光學(xué)傳遞函數(shù)圖可見(jiàn)，本例在傳遞函數(shù)值為0. 30時(shí)，中心視 場(chǎng)和外圍視場(chǎng)兩個(gè)視場(chǎng)的傳遞函數(shù)值能達(dá)到4001p/mm和3501p/mm的分辨率。表明本發(fā)明 的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率高清晰度成像。在本例給出的15個(gè) 鏡面的結(jié)構(gòu)參數(shù)下，物鏡的數(shù)值孔徑能達(dá)到0. 35。
權(quán)利要求
激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡，其特征在于包括同光軸裝置的四個(gè)透鏡組，第一透鏡組至第四透鏡組從像方至物方依次排列；第一透鏡組(1)，是由第一和第二透鏡(L1、L2)膠合組成的f·θ透鏡，其中第一透鏡(L1)面向物方為凹面，面向像方為凸面；第二透鏡(L2)面向物方為凸面，面向像方為凸面，用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描；第二透鏡組(2)，是由第三和第四透鏡(L3、L4)膠合組成的傳像透鏡，第二透鏡組(2)的長(zhǎng)度和直徑比大于15，其中第三透鏡(L3)面向物方為平面，面向像方為凸面；第四透鏡(L4)面向物方為平面，面向像方為平面，用于激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡傳像；第三透鏡組(3)，由第五和第六透鏡(L5、L6)膠合組成，其中第五透鏡(L5)面向物方為凹面，面向像方為凸面；第六透鏡(L6)面向物方為凸面，面向像方為凸面；第四透鏡組(4)，由三個(gè)分離裝置的第七、第八和第九透鏡(L7、L8、L9)組成，其中第七透鏡(L7)面向物方為凸面，面向物方為凸面；第八透鏡(L8)面向物方為凸面，面向物方為凹面，第九透鏡(L9)面向物方為平面，面向物方為凸面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡，其特征在于上述九個(gè)透 鏡(Li L9)共有十五個(gè)鏡面，第一透鏡(Li)的凸面為第一鏡面，第一透鏡(Li)和第二透 鏡(L2)的膠合面為第二鏡面，第二透鏡(L2)的凸面為第三鏡面，第三透鏡(L3)的凸面為 第四鏡面，第三透鏡(L3)和第四透鏡(L4)的膠合面為第五鏡面，第四透鏡(L4)面向物方 的平面為第六鏡面，第五透鏡(L5)的凸面為第七鏡面，第五透鏡(L5)和第六透鏡(L6)的 膠合面為第八鏡面，第六透鏡(L6)的凸面為第九鏡面，第七透鏡(L7)面向像方的凸面為 第十鏡面，第七透鏡(L7)面向物方的凸面為第十一鏡面，第八透鏡(L8)的凹面為第十二 鏡面，第八透鏡(L8)的凸面為第十三鏡面，第九透鏡(L9)的凸面為第十四鏡面，第九透鏡 (L9)的平面為第十五鏡面，15個(gè)鏡面的結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1 ；表全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡，包括四個(gè)透鏡組，能夠?qū)⒉煌肷浣嵌鹊募す馐詈线M(jìn)體內(nèi)，形成對(duì)體內(nèi)組織不同位置的掃描照明，并激發(fā)掃描位置處的熒光標(biāo)記物，將熒光信號(hào)耦合至體外探測(cè)器。本發(fā)明的激光共聚焦顯微內(nèi)窺鏡掃描物鏡可實(shí)現(xiàn)高分辨率高清晰度成像，具有大數(shù)值孔徑、高靈敏度和微型化特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B1/00GK101907763SQ20101020099
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者馮志鋒, 段會(huì)龍, 王立強(qiáng), 陸祖康 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)