專利名稱：共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的器件，具體地說，是一種共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭。
背景技術(shù)：
目前，共聚焦系統(tǒng)由于其成像清晰、連續(xù)片層掃描及圖像重組、多標(biāo)記技術(shù)、活體觀察及獲得數(shù)量化信息等，成像對比度和分辨率都很高，在醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了極大的作用。但是該系統(tǒng)在觀察組織時，必須取出人體內(nèi)部器官組織，然后進行成像和分析，這既增加了病人的痛苦，也延長了診斷周期，故不能在臨床上得以普及。這一局限性促進了光纖共聚焦顯微鏡的發(fā)展。光纖在共聚焦顯微鏡的物鏡以及其余系統(tǒng)之間產(chǎn)生了一個靈活的連接形式，它允許系統(tǒng)極大的進入組織內(nèi)部，因此可以實現(xiàn)活體共聚焦成像。共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭是共聚焦內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，這個系統(tǒng)要求將聚焦在組織上的光線經(jīng)共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭耦合回到城鄉(xiāng)光纖束的單根光纖中。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明申請?zhí)枮?00410059301.8，
公開日為2005年2月9日，該專利自述為“本發(fā)明給出了一種100X油浸顯微物鏡的透鏡配置。它給予整個場上具有衍射性能的平坦視場。它包括至少具有一個第一透鏡的第一透鏡元件；至少具有一個第二透鏡的第二透鏡元件；至少具有一個第三透鏡的第三透鏡元件；至少具有一個第四透鏡的第四透鏡元件；至少具有一個第五透鏡的第五透鏡元件；至少具有一個第六透鏡的第六透鏡元件；至少具有一個第七透鏡的第七透鏡元件；和至少具有一個第八透鏡的第八透鏡元件，本光學(xué)裝置將第一透鏡元件到第二透鏡元件的距離排列成足以使進入第二透鏡元件的光線高度與進入第一透鏡元件的光線高度相比減小，并將第五透鏡元件到第六透鏡元件的距離排列成足以使進入第六透鏡元件的光纖高度與進入第一透鏡元件的光線高度相比增大?！逼洳蛔阒幨?、這個設(shè)計是用于一般的顯微鏡，體積比較大，不能通過內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進入人體內(nèi)部，也不能與成像光纖束耦合使用；2、這個顯微物鏡的工作距離也很小，一般在100-200微米左右；3、這個顯微物鏡的視場也比較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，使其尺寸控制在能通過內(nèi)窺鏡通道進入人體內(nèi)部，將光線聚焦在組織內(nèi)，并將反射的光會聚回整個光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括微型顯微物鏡組、成像光纖束和折射率匹配液，成像光纖束與微型顯微物鏡組之間用折射率匹配液填充，成像光纖束設(shè)在微型顯微物鏡組之前；所述的微型顯微物鏡組光瞳位于無限遠(yuǎn)，微型顯微物鏡組在物空間的數(shù)值孔徑為1.0，微型顯微物鏡組在像空間的數(shù)值孔徑與成像光纖束的單根光纖的數(shù)值孔徑匹配。
所述的微型顯微物鏡組包括第一透鏡元件、第二透鏡元件、第三透鏡元件、第四透鏡元件、第五透鏡元件、第六透鏡元件、第七透鏡元件和第八透鏡元件，第一透鏡元件設(shè)在微型顯微物鏡組的最前面、在成像光纖束之后，第二透鏡元件設(shè)在第一透鏡元件之后，第三透鏡元件設(shè)在第二透鏡元件之后、第四透鏡元件之前，第五透鏡元件設(shè)在第四透鏡元件之后，第六透鏡元件設(shè)在第五透鏡元件之后、第七透鏡元件之前，第八透鏡元件設(shè)在第七透鏡元件之后，第八透鏡元件的前表面用水浸泡。
所述的微型顯微物鏡組的整體直徑小于5mm。
所述的微型顯微物鏡組采用黃銅包裝，黃銅的外徑小于7mm。
所述的微型顯微物鏡組除了第一透鏡元件和第八透鏡元件有特殊要求外，其他透鏡元件均采用同種玻璃材料設(shè)計，這可以大大降低成本。
所述的微型顯微物鏡組光瞳位于無限遠(yuǎn)，以便于從組織反射回的光能夠返回成像光纖束中同一根照明光纖而沒有偏移。
所述的第一透鏡元件的折射率，考慮到微型顯微物鏡組與成像光纖束的耦合，第一透鏡元件選用較低的折射率材料，選為1.5；第一透鏡元件接近物平面的表面為平面，第二表面為球面，具有正光焦度。所述的第二透鏡元件的折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第三透鏡元件的折射率是1.728，具有正光焦度。所述的第四透鏡元件折射率為1.728，具有負(fù)光焦度。所述的第五透鏡元件折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第六透鏡元件折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第七透鏡元件折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第八透鏡元件折射率為1.72，具有正光焦度、720HK的硬度，可以減小與組織等接觸產(chǎn)生的損傷。
本發(fā)明中，將一束成像光纖束中單根光纖出射的發(fā)散光線經(jīng)折射率匹配液進入微型顯微物鏡組，所述的微型顯微物鏡組包括第一透鏡元件，第二透鏡元件，第三透鏡元件，第四透鏡元件，第五透鏡元件，第六透鏡元件，第七透鏡元件和第八透鏡元件。第一透鏡元件具有正光焦度，將發(fā)散的光束向光軸會聚；進入第二透鏡元件，因第二透鏡元件具有正光焦度，光線繼續(xù)向光軸會聚；因第二透鏡元件是彎月形厚透鏡元件，可以對場曲進行修正；接著會聚的光線進入第三透鏡元件，第三透鏡元件具有正光焦度；且遠(yuǎn)離物平面的曲率為無窮大，與第一透鏡元件的相對，可以對球差進行修正；通過前三各透鏡元件的會聚使光束的發(fā)散角減??；會聚光線進入第四透鏡元件，第四透鏡元件具有負(fù)光焦度，使光線偏離光軸傳播，對光線起到擴束的作用，第四透鏡元件的負(fù)光焦度，更一步的修正了微型顯微物鏡組的初階像差；第五透鏡元件具有正光焦度；將來自第四透鏡元件的發(fā)散光線準(zhǔn)直，光線近似平行于光軸，第五透鏡元件也為彎月形透鏡元件，將進一步修正場曲；第六透鏡元件具有正光焦度；會聚平行于光軸的光線，而且會聚角較大；第七透鏡元件具有正光焦度；進一步對光線進行會聚，且又增大會聚角；第八透鏡元件類似于半球透鏡具有正光焦度，且焦距較短，將光線以很大的角度會聚于一點，這樣可以大大提高整個系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。由于本微小顯微物鏡是用于進入人體的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的成像系統(tǒng)，所以其尺寸是微小的，微型顯微物鏡組的整體直徑小于5mm，根據(jù)組織相容性，微型顯微物鏡組采用黃銅包裝，黃銅的外徑小于7mm。
本發(fā)明的有益效果是數(shù)值孔徑大，能有效的抑制源于漫反射為背景輻射形式的噪聲；在結(jié)構(gòu)上我們采用緊湊的微小化設(shè)計，所以外形尺寸小，可以通過內(nèi)窺鏡通道進入人體內(nèi)部；為了三維成像，設(shè)計的工作距離大，可以到達450微米；設(shè)計的視場也很大，約為250微米。本發(fā)明提供了一個在微小尺寸下具有高水平的像差校正的光學(xué)裝置。此外本發(fā)明還提供一種在整個視場上Strehal比(Strehal比有像差的點圖像的衍射圖案中峰值強度與無像差的點圖像的衍射圖案中峰值強度之比。高的Strehal比表明高水平的像差校正。)值近似等于或大于0.95的光學(xué)裝置。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是微型顯微物鏡組單色光在視場中不同點處的設(shè)計像差曲線圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括微型顯微物鏡組1、成像光纖束2和折射率匹配液3，所述的微型顯微物鏡組1包括第一透鏡元件4、第二透鏡元件5、第三透鏡元件6、第四透鏡元件7、第五透鏡元件8、第六透鏡元件9、第七透鏡元件10和第八透鏡元件11，第一透鏡元件4設(shè)在微型顯微物鏡組1的最前面、在成像光纖束2之后5.63mm，第二透鏡元件5設(shè)在第一透鏡元件4之后0.097mm，第三透鏡元件6設(shè)在第二透鏡元件5之后0.257mm、第四透鏡元件7之前0.52mm，第五透鏡元件8設(shè)在第四透鏡元件7之后0.597mm，第六透鏡元件5設(shè)在第五透鏡元件8之后0.437mm、第七透鏡元件10之前0.05mm，第八透鏡元件11設(shè)在第七透鏡元件10之后0.05mm，第八透鏡元件11的前表面用水浸泡，成像光纖束2與微型顯微物鏡組1之間用折射率匹配液填充，成像光纖束2設(shè)在微型顯微物鏡組1之前5.63mm。
所述的微型顯微物鏡組1的整體直徑小于5mm。
所述的微型顯微物鏡組1光瞳位于無限遠(yuǎn)，以便于從組織反射回的光能夠返回成像光纖束2中同一根照明光纖而沒有偏移。
所述的微型顯微物鏡組1除了第一透鏡元件4和第八透鏡元件11有特殊要求外，其他透鏡元件均采用同種玻璃材料設(shè)計，這可以大大降低成本。
所述的微型顯微物鏡組1采用黃銅包裝，黃銅的外徑小于7mm。
所述的微型顯微物鏡組1在物空間的數(shù)值孔徑為1.0，在像空間的數(shù)值孔徑與成像光纖束2的單根光纖的數(shù)值孔徑匹配。
所述的第一透鏡元件4的折射率，考慮到微型顯微物鏡組1與成像光纖束2的耦合，第一透鏡元件4選用較低的折射率材料，選為1.5；第一透鏡元件4接近物平面的表面為平面，第二表面為球面，具有正光焦度。所述的第二透鏡元件5的折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第三透鏡元件6的折射率是1.728，具有正光焦度。所述的第四透鏡元件7折射率為1.728，具有負(fù)光焦度。所述的第五透鏡元件8折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第六透鏡元件9折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第七透鏡元件10折射率為1.728，具有正光焦度。所述的第八透鏡元件11折射率為1.72，具有正光焦度、720HK左右的硬度，可以減小與組織等接觸產(chǎn)生的損傷。
如圖2所示，本發(fā)明的微型顯微物鏡組單色光在視場中不同點處的設(shè)計像差曲線，從這個曲線可以清楚地看出，對于單一波長相差得到了很好的修正，只有在大視場位置還有剩余的彗差和高階相差(圖2中每個刻度標(biāo)記是指0.1個波)。圖5中的A表示同軸(0.000場大小)，波前相差僅為0.08。圖5中的B(0.075個半場)、C(0.1全場)和D(0.125全場)中的波前相差約為0.3個波。這些曲線證明該設(shè)計在整個視場上都得到很好的校正。最終設(shè)計的衍射極限在軸上的Strehal比值為0.997，視場邊緣為0.986，也證明了像差得到很好的校正。
權(quán)利要求
1.一種共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，包括微型顯微物鏡組(1)，其特征在于，還包括成像光纖束(2)和折射率匹配液(3)，成像光纖束(2)與微型顯微物鏡組(1)之間用折射率匹配液填充，成像光纖束(2)設(shè)在微型顯微物鏡組(1)之前；所述的微型顯微物鏡組(1)光瞳位于無限遠(yuǎn)，微型顯微物鏡組(1)在物空間的數(shù)值孔徑為1.0，微型顯微物鏡組(1)在像空間的數(shù)值孔徑與成像光纖束(2)的單根光纖的數(shù)值孔徑匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的微型顯微物鏡組(1)包括第一透鏡元件(4)、第二透鏡元件(5)、第三透鏡元件(6)、第四透鏡元件(7)、第五透鏡元件(8)、第六透鏡元件(9)、第七透鏡元件(10)和第八透鏡元件(11)，第一透鏡元件(4)設(shè)在微型顯微物鏡組(1)的最前面、在成像光纖束(2)之后，第二透鏡元件(5)設(shè)在第一透鏡元件(4)之后，第三透鏡元件(6)設(shè)在第二透鏡元件(5)之后、第四透鏡元件(7)之前，第五透鏡元件(8)設(shè)在第四透鏡元件(7)之后，第六透鏡元件(5)設(shè)在第五透鏡元件(8)之后、第七透鏡元件(10)之前，第八透鏡元件(11)設(shè)在第七透鏡元件(10)之后，第八透鏡元件(11)的前表面用水浸泡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的微型顯微物鏡組(1)包括第一透鏡元件(4)、第二透鏡元件(5)、第三透鏡元件(6)、第四透鏡元件(7)、第五透鏡元件(8)、第六透鏡元件(9)、第七透鏡元件(10)和第八透鏡元件(11)，第一透鏡元件(4)設(shè)在微型顯微物鏡組(1)的最前面、在成像光纖束(2)之后5.63mm，第二透鏡元件(5)設(shè)在第一透鏡元件(4)之后0.097mm，第三透鏡元件(6)設(shè)在第二透鏡元件(5)之后0.257mm、第四透鏡元件(7)之前0.52mm，第五透鏡元件(8)設(shè)在第四透鏡元件(7)之后0.597mm，第六透鏡元件(5)設(shè)在第五透鏡元件(8)之后0.437mm、第七透鏡元件(10)之前0.05mm，第八透鏡元件(11)設(shè)在第七透鏡元件(10)之后0.05mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的成像光纖束(2)設(shè)在微型顯微物鏡組(1)之前5.63mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的微型顯微物鏡組(1)的整體直徑小于5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的微型顯微物鏡組(1)采用黃銅包裝，黃銅的外徑小于7mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的第一透鏡元件(4)的折射率為1.5，其接近物平面的表面為平面，第二表面為球面，具有正光焦度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的第二透鏡元件(5)、第三透鏡元件(6)、第四透鏡元件(7)、第五透鏡元件(8)、第六透鏡元件(9)、第七透鏡元件(10)均采用同種玻璃材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的第二透鏡元件(5)、第三透鏡元件(6)、第四透鏡元件(7)、第五透鏡元件(8)、第六透鏡元件(9)、第七透鏡元件(10)，其折射率均為1.728，均具有正光焦度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，其特征是，所述的第八透鏡元件(11)，其折射率為1.72，具有正光焦度、720HK的硬度。
全文摘要
一種共焦內(nèi)窺鏡微小顯微物鏡探頭，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括微型顯微物鏡組、成像光纖束和折射率匹配液，成像光纖束與微型顯微物鏡組之間用折射率匹配液填充，成像光纖束設(shè)在微型顯微物鏡組之前；所述的微型顯微物鏡組光瞳位于無限遠(yuǎn)，微型顯微物鏡組在物空間的數(shù)值孔徑為1.0，微型顯微物鏡組在像空間的數(shù)值孔徑與成像光纖束的單根光纖的數(shù)值孔徑匹配。本發(fā)明使尺寸控制在能通過內(nèi)窺鏡通道進入人體內(nèi)部，將光線聚焦在組織內(nèi)，并將反射的光會聚回整個光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號G02B9/64GK1743891SQ20051002966
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者王成, 任秋實, 余文娟 申請人:上海交通大學(xué)