CN114391795A - 六组七片的微型浸液物镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了六组七片的微型浸液物镜，包括从物面至像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，第三透镜为双胶合透镜；第一透镜S11面为平面、S12面向像面凸起，第二透镜S21面向物面凸起、S22面向像面凸起，第三透镜S31面向物面凸起、S32面向物面凸起、S33面向像面凸起，第四透镜S41面、S42面均向物面凸起，第五透镜S51面、S52面均内凹，第六透镜S61面向物面凸起、S62面向物面凸起或者为平面，上述构成及布局使得物镜的数值孔径达到0.8，相较于现有的共聚焦系统的物镜来说，本申请的数值孔径更大，可以进一步提高荧光的收集效率，从而显著提高对微弱荧光目标的识别灵敏度。

Description

六组七片的微型浸液物镜

技术领域

本发明属于共聚焦显微内窥镜领域，更具体地，涉及六组七片的微型浸液物镜。

背景技术

探头式共聚焦显微内窥镜(pCLE)是一种可以借助胃镜、结肠镜等通道进入人体自然腔道，获取局部组织学图像来实现微小病灶、胃肠道病变及早期胃肠道癌变的精准诊断的医疗设备。因为具有快速、准确且无创等特点，它可能在不久的将来取代传统的内镜活检与病理学检查，成为胃肠道疾病及早期胃肠道癌变诊断的主要手段及设备。

微型浸液物镜是探头式共聚焦显微内窥镜(pCLE)的核心组件。在共聚焦显微内窥镜中，激光器激发激光，通过激光扫描装置和耦合物镜对光纤束的端面进行扫描，将激光聚焦后注入到光纤束的每一根纤芯中，在光纤束的另一端，注入的激光通过微型浸液物镜聚焦在被观测组织上，被观测物体在注入激光的激发下发出荧光，微型浸液物镜收集来自组织的荧光信号，并沿原光路返回。作为探头式共聚焦显微内窥镜(pCLE)的核心组件，微型浸液物镜会进入胃镜、结肠镜等内镜的器械孔道。对一般的胃镜、结肠镜等内镜而言，器械孔道的内镜在2.8-3.8mm之间。为了兼容不同内镜的器械孔道，微型浸液物镜的机械外径最好小于2.8mm，同时考虑内镜的构造，微型浸液物镜的整体长度受到了限制。

当前微型浸液物镜的数值孔径普遍小于0.8。实际中，更大的数值孔径可以显著的提高弱信号的识别灵敏度，而微型浸液物镜的设计又受到长度、外径等多方面的限制，所以很难得到大数值孔径的高性能微型浸液物镜。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了六组七片的微型浸液物镜，其目的在于解决在保持外径及长度满足临床需要的情况下，获得更大数值孔径的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了六组七片的微型浸液物镜，包括从物面至像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，第三透镜为双胶合透镜；

第一透镜S11面为平面、S12面向像面凸起，第二透镜S21面向物面凸起、S22面向像面凸起，第三透镜S31面向物面凸起、S32面向物面凸起、S33面向像面凸起，第四透镜S41面、S42面均向物面凸起，第五透镜S51面、S52面均内凹，第六透镜S61面向物面凸起、S62面向物面凸起或者为平面，六组七片的微型浸液物镜的数值孔径为0.8。

通过上述技术方案，六组七片透镜的构成及布局使得物镜的数值孔径达到0.8，相较于现有的共聚焦系统的物镜来说，本申请的数值孔径更大，可以进一步提高荧光的收集效率，从而显著提高对微弱荧光目标的识别灵敏度。

附图说明

图1是实施例1中六组七片的微型浸液物镜的结构图；

图2是实施例1的复色均方根半径图；

图3是实施例1的场曲与色散图；

图4是实施例1的畸变曲线图；

图5是实施例1的色焦移曲线图；

图6是实施例2中六组七片的微型浸液物镜的结构图；

图7是实施例2的复色均方根半径图；

图8是实施例2的场曲与色散图；

图9实施例2的畸变曲线图；

图10是实施例2的色焦移曲线图。

图中，L1、第一透镜；L2、第二透镜；L3、第三透镜；L4、第四透镜；L5、第五透镜；L6、第六透镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出六组七片的微型浸液物镜，包括从物面至像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，第三透镜为双胶合透镜；

第一透镜S11面为平面、S12面向像面凸起，第二透镜S21面向物面凸起、S22面向像面凸起，第三透镜S31面向物面凸起、S32面向物面凸起、S33面向像面凸起，第四透镜S41面、S42面均向物面凸起，第五透镜S51面、S52面均内凹，第六透镜S61面向物面凸起、S62面向物面凸起或者为平面，六组七片的微型浸液物镜的数值孔径为0.8。

物方激发的荧光信号从物面开始，依次经过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6后成像在像面，然后沿着传像光纤束成像在光电探测器上，从而实现对组织的探测。具体地，第一透镜L1接近半球形透镜，这样配置有助于在高数值孔径下，以低球差的方式捕获光线，离开第一透镜L1的边缘光线仍然从光轴发散。因此，在第一透镜L1之后放置正光焦度的第二透镜L2来向光轴弯曲光线。而第三透镜L3是双胶合消色差透镜，可以进一步会聚由物面发出的大数值孔径的光线。

进一步地，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第六透镜L6均具有正光焦度，第五透镜L5具有负光焦度，在六组七片的微型浸液物镜中，它们的焦距满足以下关系：1<fL1<2；3<fL2<4；3<fL3<6；3<fL4<4；-2<fL5<-1；1<fL6<2；fL1、fL2、fL3、fL4、fL5、FL6分别是第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜的等效焦距。

进一步地，X1＝-1；X2≥0；X31<-1；0<X32<1；X4>1；-1<X5<0；X6≥1；X1、X2、X4、X5、X6分别是第一透镜的形状因子、第二透镜的形状因子、第四透镜的形状因子、第五透镜的形状因子、第六透镜的形状因子；X31与X32分别是从物面至像面组成第三透镜的两片透镜的形状因子。

这些参数配合使得六组七片的微型浸液物镜的数值孔径达到0.8，在保持外径及长度满足临床需要的情况下，通过优化布局，得到了更大数值孔径，进一步提高了荧光的收集效率，从而显著提高了对微弱荧光目标的识别灵敏度。

更进一步地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均为球面透镜，第六透镜为非球面透镜。最后通过第六透镜的非球面来校正佩兹瓦尔场曲率，并校正整个镜头残余的其他像差，以提高成像质量。

具体地，第三透镜的S31面为光阑面。第一透镜L1是平凸透镜，其材料的折射率和阿贝数分别是1.833：40.8。其曲率为C，|C|＜1。在平衡物方数值孔径及像差校正难度的情况下，|C|越小越好。优选地，本发明所述的六组七片的微型浸液物镜中取|C|＝0.8。

实施例1

图1为本实施例的结构图，作为本发明的一种具体的实施例，以“折射率：阿贝数”的形式来代表材料，各透镜的参数如表1所示：

表1

即，第一透镜L1的S11面为平面、通光全孔径为0.38mm，S12面曲率半径为-1.33mm、通光全孔径为1.53mm，第一透镜L1的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.88:39.2、中心厚度为1.39mm、与第二透镜L2相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第二透镜L2的S21面曲率半径为3.31mm、通光全孔径为1.84mm，S22面曲率半径为-9.13mm、通光全孔径为1.87mm，第二透镜L2的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.79:47.5、中心厚度为0.55mm、与第三透镜L3相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第三透镜L3的S31面曲率半径为4.16mm、通光全孔径为1.87mm，S32面的曲率半径为1.33mm、通光全孔径为1.85mm，S33面曲率半径为-26.51mm、通光全孔径为1.84mm，第三透镜L3从物面到像面依次由材料以“折射率:阿贝数”表示为1.92:18.9和材料以“折射率:阿贝数”表示为1.95:32.3的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为0.40mm、0.62mm，第三透镜L3与第四透镜L4相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第四透镜L4的S41面曲率半径为1.44mm、通光全孔径为1.78mm，S42面曲率半径为4.00mm、通光全孔径为1.60mm，第四透镜L4的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.64:60.2、中心厚度为0.50mm、与第五透镜L5相邻两面之间的中心厚度为0.27mm；

第五透镜L5的S51面曲率半径为-2.54mm、通光全孔径为1.53mm，S52面曲率半径为1.81mm、通光全孔径为1.45mm，第五透镜L5的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.81:25.4、中心厚度为0.40mm、与第六透镜L6相邻两面之间的中心厚度为0.38mm；

第六透镜L6的S61面曲率半径为1.03mm、通光全孔径为1.78mm，S62面向物面凸起、曲率半径为15.10mm、通光全孔径为0.74mm，第六透镜L6的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.81:41.0、中心厚度为1.03mm、S62面与像面之间的中心厚度为0.12mm。

其中，“类型”标记为“偶次”的表面是偶次非球面，其非球面方程如下：

非球面透镜系数如表2。

表2

如图2所示，为本实施例的聚焦光斑的复色均方根半径图，从图中可以看出在整个视场内，聚焦光斑的复色均方根半径都在1.2um左右，这表明本发明所述的方案能够最大程度的提高光信号的耦合效率，增加共聚焦图像的对比度。如图3所示，在整个视场内的场曲在子午方向及弧矢方向均小于15um，像散小于5um，满足设计需求，具有优异的成像性能。如图4所示，在整个视场内畸变小于5％，小于人眼可以识别的极限，满足设计需求。如图5所示，在设计波长范围内焦移范围约为1.2um，远小于衍射极限下的焦移值4.2um。这表明本发明所述的六组七片的微型浸液物镜非常好的校正了色差，显著提高了宽谱荧光的收集及成像性能。

实施例2

图6为本实施例的结构图，作为本发明的一种具体的实施例，以“折射率：阿贝数”的形式来代表材料，各透镜的参数如表3所示：

表3

即，第一透镜L1的S11面为平面、通光全孔径为0.37mm，S12面曲率半径为-1.25mm、通光全孔径为1.56mm，第一透镜L1的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.88:39.2、中心厚度为1.54mm、与第二透镜L2相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第二透镜L2的S21面曲率半径为4.46mm、通光全孔径为1.76mm，S22面曲率半径为-4.46mm、通光全孔径为1.79mm，第二透镜L2的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.79:54.7、中心厚度为0.54mm、与第三透镜L3相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第三透镜L3的S31面曲率半径为4.58mm、通光全孔径为1.74mm，S32面的曲率半径为1.25mm、通光全孔径为1.61mm，S33面曲率半径为-9.84mm、通光全孔径为1.62mm，第三透镜L3从物面到像面依次由材料以“折射率:阿贝数”表示为1.78:25.7和材料以“折射率:阿贝数”表示为1.73:54.7的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为0.40mm、0.72mm，第三透镜L3与第四透镜L4相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第四透镜L4的S41面曲率半径为1.43mm、通光全孔径为1.62mm，S42面曲率半径为2.21mm、通光全孔径为1.27mm，第四透镜L4的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.73:54.7、中心厚度为0.80mm、与第五透镜L5相邻两面之间的中心厚度为0.25mm；

第五透镜L5的S51面曲率半径为-3.54mm、通光全孔径为1.21mm，S52面曲率半径为1.25mm、通光全孔径为1.14mm，第五透镜L5的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.78:25.7、中心厚度为0.40mm、与第六透镜L6相邻两面之间的中心厚度为0.48mm；

第六透镜L6的S61面曲率半径为0.94mm、通光全孔径为1.62mm，S62面为平面、通光全孔径为1.03mm，第六透镜L6的材料以“折射率:阿贝数”表示为1.81:41.0、中心厚度为1.69mm、S62面与像面之间的中心厚度为0.40mm。

其中，“类型”标记为“偶次”的表面是偶次非球面，其非球面方程如下：

非球面透镜系数如表4。

表4

如图7所示，为本实施例的聚焦光斑的复色均方根半径图，从图中可以看出在整个视场内，聚焦光斑的复色均方根半径都在1.2um左右，这表明本发明所述的方案能够最大程度的提高光信号的耦合效率，增加共聚焦图像的对比度。如图8所示，在整个视场内的场曲在子午方向及弧矢方向均小于5um，像散小于5um，满足设计需求，具有优异的成像性能。如图9所示，在整个视场内畸变小于5％，小于人眼可以识别的极限，满足设计需求。如图10所示，在设计波长范围内焦移范围约为2.0um，远小于衍射极限下的焦移值5.0um。这表明本发明所述的六组七片的微型浸液物镜非常好的校正了色差，显著提高了宽谱荧光的收集及成像性能。

根据上述两个实施例中各参数获得如表5、表6所示的数据，其中WFno.是工作F数。

表5

表6

L1表示第一透镜，L2表示第二透镜，L31表示第三透镜中靠近物面的一片透镜，L32表示第三透镜中靠近像面的一片透镜，L4表示第四透镜，L5表示第五透镜，L6表示第六透镜。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，包括从物面至像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，第三透镜为双胶合透镜；

第一透镜S11面为平面、S12面向像面凸起，第二透镜S21面向物面凸起、S22面向像面凸起，第三透镜S31面向物面凸起、S32面向物面凸起、S33面向像面凸起，第四透镜S41面、S42面均向物面凸起，第五透镜S51面、S52面均内凹，第六透镜S61面向物面凸起、S62面向物面凸起或者为平面，六组七片的微型浸液物镜的数值孔径为0.8。

2.根据权利要求1所述的六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，六组七片的微型浸液物镜满足：

1<fL1<2；3<fL2<4；3<fL3<6；3<fL4<4；-2<fL5<-1；1<fL6<2；fL1、fL2、fL3、fL4、fL5、FL6分别是第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜的等效焦距。

3.根据权利要求2所述的六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，X1＝-1；X2≥0；X31<-1；0<X32<1；X4>1；-1<X5<0；X6≥1；

X1、X2、X4、X5、X6分别是第一透镜的形状因子、第二透镜的形状因子、第四透镜的形状因子、第五透镜的形状因子、第六透镜的形状因子；X31与X32分别是从物面至像面组成第三透镜的两片透镜的形状因子。

4.根据权利要求2所述的六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均为球面透镜，第六透镜为非球面透镜。

5.根据权利要求4所述的六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，第三透镜的S31面为光阑面。

6.根据权利要求2所述的六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，所述第一透镜的曲率为C，|C|＜1。

7.根据权利要求2所述的六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，第一透镜S11面为平面、通光全孔径为0.38mm，S12面曲率半径为-1.33mm、通光全孔径为1.53mm，第一透镜的材料折射率为1.88、阿贝数为39.2，第一透镜的中心厚度为1.39mm、与第二透镜相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第二透镜S21面曲率半径为3.31mm、通光全孔径为1.84mm，S22面曲率半径为-9.13mm、通光全孔径为1.87mm，第二透镜的材料折射率为1.79、阿贝数为47.5，第二透镜的中心厚度为0.55mm、与第三透镜相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第三透镜S31面曲率半径为4.16mm、通光全孔径为1.87mm，S32面的曲率半径为1.33mm、通光全孔径为1.85mm，S33面曲率半径为-26.51mm、通光全孔径为1.84mm，第三透镜从物面到像面依次由材料折射率为1.92、阿贝数为18.9和材料折射率为1.95、阿贝数为32.3的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为0.40mm、0.62mm，第三透镜与第四透镜相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第四透镜S41面曲率半径为1.44mm、通光全孔径为1.78mm，S42面曲率半径为4.00mm、通光全孔径为1.60mm，第四透镜的材料折射率为1.64、阿贝数为60.2，第四透镜的中心厚度为0.50mm、与第五透镜相邻两面之间的中心厚度为0.27mm；

第五透镜S51面曲率半径为-2.54mm、通光全孔径为1.53mm，S52面曲率半径为1.81mm、通光全孔径为1.45mm，第五透镜的材料折射率为1.81、阿贝数为25.4，第五透镜的中心厚度为0.40mm、与第六透镜相邻两面之间的中心厚度为0.38mm；

第六透镜S61面曲率半径为1.03mm、通光全孔径为1.78mm，S62面向物面凸起、曲率半径为15.10mm、通光全孔径为0.74mm，第六透镜的材料折射率为1.81、阿贝数为41.0，第六透镜的中心厚度为1.03mm、S62面与像面之间的中心厚度为0.12mm。

8.根据权利要求2所述的六组七片的微型浸液物镜，其特征在于，第一透镜S11面为平面、通光全孔径为0.37mm，S12面曲率半径为-1.25mm、通光全孔径为1.56mm，第一透镜的材料折射率为1.88、阿贝数为39.2，第一透镜的中心厚度为1.54mm、与第二透镜相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第二透镜S21面曲率半径为4.46mm、通光全孔径为1.76mm，S22面曲率半径为-4.46mm、通光全孔径为1.79mm，第二透镜的材料折射率为1.79、阿贝数为54.7，第二透镜的中心厚度为0.54mm、与第三透镜相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第三透镜S31面曲率半径为4.58mm、通光全孔径为1.74mm，S32面的曲率半径为1.25mm、通光全孔径为1.61mm，S33面曲率半径为-9.84mm、通光全孔径为1.62mm，第三透镜从物面到像面依次由材料折射率为1.78、阿贝数为25.7和材料折射率为1.73、阿贝数为54.7的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为0.40mm、0.72mm，第三透镜与第四透镜相邻两面之间的中心厚度为0.10mm；

第四透镜S41面曲率半径为1.43mm、通光全孔径为1.62mm，S42面曲率半径为2.21mm、通光全孔径为1.27mm，第四透镜的材料折射率为1.73、阿贝数为54.7，第四透镜的中心厚度为0.80mm、与第五透镜相邻两面之间的中心厚度为0.25mm；

第五透镜S51面曲率半径为-3.54mm、通光全孔径为1.21mm，S52面曲率半径为1.25mm、通光全孔径为1.14mm，第五透镜的材料折射率为1.78、阿贝数为25.7，第五透镜的中心厚度为0.40mm、与第六透镜相邻两面之间的中心厚度为0.48mm；

第六透镜S61面曲率半径为0.94mm、通光全孔径为1.62mm，S62面为平面、通光全孔径为1.03mm，第六透镜的材料折射率为1.81、阿贝数为41.0，第六透镜的中心厚度为1.69mm、S62面与像面之间的中心厚度为0.40mm。

Images