CN113946007B - 荧光内窥镜滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明属滤光片领域，尤其涉及一种荧光内窥镜用滤光片，由K9玻璃基底及宽透射带深背景负滤光片膜系构成；其中，宽透射带深背景负滤光片膜系在入射的条件下具备以下特征：双透射区和截止区之间的波长范围小于3nm；双宽带透射区范围达到350nm以上(已经满足内窥镜滤光片的使用需求，实际透射区范围内可以设计的更宽)；所述宽透射带深背景负滤光片膜系基本结构为：S|（αHβLγHβLαH）^n|A；其中：S为玻璃基底；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；H、L光学厚度为λ0/4；α、β、γ、分别表示不同材料的匹配系数；n为循环次数。本发明在入射时具有高陡度，宽透射带，深截止背景。
Description
技术领域
本发明属光学薄膜领域，尤其涉及一种荧光内窥镜用滤光片。
背景技术
内窥镜是微创手术的必要设备，荧光内窥镜除具有内窥镜原有功能外，还可实时显示荧光标记病灶部位，降低手术难度，广泛应用于外科(胃肠、肝胆、甲状腺、乳腺等)、妇科、泌尿外科、胸外科等检查、诊断和治疗。荧光内窥镜采用的荧光试剂是吲哚箐绿(ICG),ICG的激发光谱主要在770nm-810nm区间，发射光谱主要在810nm-850nm区间。结合ICG的荧光特性和可视光谱成像设计滤光片：1、满足可见光高清成像，光谱在400nm-700nm高透射；2、满足荧光成像，光谱在825nm-850nm高透射；3、避免激发光对可见光成像和荧光成像的干扰，光谱在710nm-810nm截止。
常规的荧光滤光片起到分离激发光和荧光的作用。其中，激发光与发射光间的陡度越高，能量利用率越高，检测到的荧光信号越强，荧光成像质量也越好。
滤光片是荧光内窥镜光路系统中的重要光学元件，我国的荧光内窥镜2019年才开始初期发展，因满足荧光内窥镜的滤光片设计制备难度较大，国内几乎不能生产。为了降低难度，多采用图1的光学成像系统，该结构通过分光滤光片(光谱指标：R(400nm-850nm)＝50％，T(400nm-850nm)＝50％)将光谱能量50％反射到带荧光滤光片(光谱指标：T(825nm-850nm)≥80％，OD(710nm-800nm)≥2)CMOS接收器采集荧光图像，将光谱能量50％透射到带可见光滤光片(光谱指标：T(400nm-700nm)≥80％，OD(710nm-800nm)≥2)CMOS接收器采集可见光图像。该结构缺点：1、由于采用两个带滤光片的CMOS接收器，再通过处理合成图像，结构复杂，给使用者带来不便；2、采用的滤光片透射率低，截止深度浅，极大的影响了光谱的成像质量。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处，而提供一种简化荧光成像系统结构，在入射时具有高陡度及宽透射带特性，可提高成像质量的荧光内窥镜滤光片。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种荧光内窥镜滤光片,由基底及宽透射带深背景负滤光片膜系构成；所述宽透射带深背景负滤光片膜系的结构为：S|(αHβLγHβLαH)^n|A；其中：S为玻璃基底；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；H、L光学厚度为λ0/4；α、β、γ、分别表示不同材料的匹配系数；n为循环次数。
进一步地，本发明所述宽透射带深背景负滤光片膜系在入射的条件下具备以下特征：双透射区和截止区之间的波长范围小于3nm；双宽带透射区范围达到350nm以上。
进一步地，本发明所述H及L及采用TiO2、Ta2O5、Nb2O5、HfO2或SiO2膜料。
本发明可简化荧光成像系统结构，具有高陡度及宽透射带特性，可显著提高成像质量。本发明新型高陡度、深背景内窥镜用负滤光片，用一个滤光片就可以同时实现内窥镜可见光高清成像和荧光成像，简化了内窥镜成像系统(参见图2)，节约了成本；并由于减少分光装置，而提高了成像质量。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、高陡度，满足透射区(T>90％)和截止区(T<2％)之间的波长范围小于3nm。
2、宽透射带，满足透射区范围(T(400nm-700nm)and(821nm-900nm)>90％)。
3、深背景范围(OD(720nm-800nm)>6)。
4、整个膜系的实现只需两种材料，工艺过程实现相对容易。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为现有荧光内窥镜光学成像系统；
图2为加装本次发明设计滤光片的荧光内窥镜光学成像系统；
图3为本发明膜层结构示意图；
图4为本发明透射光谱设计曲线；
图5为本发明背景光谱设计曲线。
图中：1、可见光滤光片；2、透镜组；3、分光滤光片；4、荧光滤光片；5、荧光内窥镜滤光片。
具体实施方式
如图所示，荧光内窥镜滤光片,由基底及宽透射带深背景负滤光片膜系构成；其中，宽透射带深背景负滤光片膜系在入射的条件下具备以下特征：双透射区和截止区之间的波长范围小于3nm；双宽带透射区范围达到350nm以上(已经满足内窥镜滤光片的使用需求，实际透射区范围内可以设计的更宽)。
本发明所述高陡度消偏振膜系基本结构为：
S|(αHβLγHβLαH)^n|A；其中：S为玻璃基底；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；H、L光学厚度为λ0/4；α、β、γ、分别表示不同材料的匹配系数；n为循环次数。
本发明所述宽透射带深背景负滤光片膜系在入射的条件下具备以下特征：双透射区和截止区之间的波长范围小于3nm；双宽带透射区范围达到350nm以上。
本发明所述H及L及采用TiO2、Ta2O5、Nb2O5、HfO2或SiO2膜料。
本发明提出一种采用高、低两种材料的五层循环的匹配膜系，其结构如下：
S|(αHβLγHβLαH)^n|A；其中：S为光学玻璃基底(熔融石英或者K9)；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；H、L光学厚度为λ0/4；α、β、γ、分别表示不同材料的匹配系数，决定截止带宽和透射区展宽度；n为循环次数。
采用此方法设计的荧光内窥镜滤光片可以实现截止背景深度和截止带宽可调，透射区展宽的功能。该滤光片可以提高荧光内窥镜的成像质量，简化荧光内窥镜的结构，为医生在使用过程中提供便捷，并为微创精准医疗提供帮助。此外，该滤光片采用H、L、两种材料通过物理厚度匹配实现，整个膜系的实现只需两种材料，简化了工艺实现过程(一般负滤光片的设计多采用多种梯度变化折射率材料设计，工艺实现困难，且截至深度浅)。
实施例:
本膜系可以根据基本结构，按实际需求选择高、低两种材料，以及合适的循环次数(n)实现。如：H材料：Nb2O5；L材料：SiO2；n＝50。
利用计算机软件对设定目标值进行优化，为了便于工艺实现，去除薄层，获得最终膜系。设计中各层物理厚度分布见表一，表一采用H：Nb2O5、L：Nb2O5两种材料设计优化后的物理厚度分布：
表一
可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种荧光内窥镜滤光片,其特征在于，由基底及宽透射带深背景负滤光片膜系构成；所述宽透射带深背景负滤光片膜系的结构为：S|(αHβLγHβLαH)^n|A；其中：S为玻璃基底；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；H、L光学厚度为λ0/4；α、β、γ、分别表示不同材料的匹配系数；n为循环次数；所述宽透射带深背景负滤光片膜系在入射的条件下具备以下特征：双透射区和截止区之间的波长范围小于3nm；双宽带透射区范围达到350nm以上；所述H采用Nb2O5膜料；所述L采用SiO2膜料；按照所述膜系，利用计算机软件对设定目标值进行优化，获得最终膜系，其各层物理厚度分布：
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