一种五组六片的微型浸液物镜的制作方法

1.本发明属于共聚焦显微内窥镜领域，更具体地，涉及一种五组六片的微型浸液物镜。


背景技术：

2.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。
3.探头式共聚焦显微内窥镜由两个子系统组成：共聚焦主机与共聚焦探头，前者提供光学驱动及部分荧光信号收集的功能，后者传递前者耦合过来的光学驱动，同时以柔性的方式收集荧光信号。微型浸液物镜是共聚焦探头的核心组件，用于传递激发能量，并收集来自染色组织的荧光信号，并通过传像光纤束等一系列光学元件(模块)将荧光信号传递到光电探测器。
4.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。
5.因此，微型浸液物镜的设计需要考虑很多方面的因素，包括更小的外径、更小的曲率半径、更小的边厚等，但是，这些因素又会导致制造装配时良率显著降低，对装配要求极为苛刻，并且量产成本也较高。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种五组六片的微型浸液物镜，其目的在于解决同时保证微型浸液物镜的优秀参数和生产良率及成本等方面的技术问题。
7.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种五组六片的微型浸液物镜，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，第一透镜为球面透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜为非球面透镜，第三透镜为双胶合透镜；
8.第一透镜靠近物面的一面为平面、靠近像面的一面向像面凸起，第二透镜靠近物面的一面向物面凸起、靠近像面的一面向像面凸起，第三透镜靠近物面的一面向物面凸起、靠近像面的一面向像面凸起、中间的胶合面向像面凸起，第四透镜的两面均向像面凸起，第五透镜的两面均向物面凸起。
9.通过上述技术方案，物方激发的荧光的信号从物面开始，依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜后成像在像面，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。本技术中除第一透镜之外均采用了非球面透镜，具有圆锥系数、非球面系数等额外的参数，在设计上更加灵活且更容易获得更有的性能，同时，注塑或压模的非球面透镜不仅具有更高的精度，还有容易“复制”的特点，“复制”的非球面透镜一致性好，良率高，量产成本更低，因此，本技术的一种五组六片的微型浸液物镜在保持外径及长度满足临床需要的情况下，极大地改善了生产制造的难度，提高了微型浸液物镜的性能及良品率，并显著降低了量产成本。
附图说明
10.图1是一种五组六片的微型浸液物镜的结构图；
11.图2是实施例1的横向像差曲线图；
12.图3是实施例1的复色均方根半径曲线；
13.图4是实施例2的横向像差曲线图；
14.图5是实施例2的复色均方根半径曲线；
15.图6是实施例3的横向像差曲线图；
16.图7是实施例3的复色均方根半径曲线；
17.图8是实施例4的横向像差曲线图；
18.图9是实施例4的复色均方根半径曲线。
19.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。
具体实施方式
20.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。
21.如图1所示，本发明提出一种五组六片的微型浸液物镜，包括从物面至像面依次设置的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5，第一透镜l1为球面透镜，第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5为非球面透镜，第三透镜l3为双胶合透镜；
22.第一透镜l1靠近物面的一面为平面、靠近像面的一面向像面凸起，第二透镜l2靠近物面的一面向物面凸起、靠近像面的一面向像面凸起，第三透镜l3靠近物面的一面向物面凸起、靠近像面的一面向像面凸起、中间的胶合面向像面凸起，第四透镜l4的两面均向像面凸起，第五透镜l5的两面均向物面凸起。
23.进一步地，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5均具有正光焦度，在微型浸液物镜中，它们的焦距满足以下关系：0《fl1《fl2《fl3《fl5《fl4；fl1、fl2、fl3、fl4、fl5分别是第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4及第五透镜l5的焦距。
24.物方激发的荧光的信号从物面开始，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。由于边缘光线将很大幅度的弯曲，因此第二透镜l2采用非球面透镜，可以让靠近光轴的近轴光线不产生太大的弯曲。由两个透镜胶合而成的第三透镜l3是消色差双胶合透镜，它可以适当的弯曲光线并校正色差。第四透镜l4则提供足够的球差、色差、彗差等用于校正残余的像差，最后将第五透镜l5的最后一个曲面设置为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，最终将光线会聚到像面(即像方的传像光纤束端面)上。并且，本技术中除第一透镜l1之外均采用了非球面透镜，具有圆锥系数、非球面系数等额外的参数，在设计上更加灵活且更容易获得更有的性能，同时，注塑或压模的非球面透镜不仅具有更高的精度，还有容易“复制”的特点，“复制”的非球面透镜一致性好，良率高，量产成本更低。
25.进一步地，五组六片的微型浸液物镜满足以下关系式：0.1《h11/fl1《0.3；0.5《h21/fl2《0.8；0.5《h31/fl3《0.6；0.05《h41/fl4《0.08；0.3《h51/fl5《0.4；其中，h11、h21、h31、h41及h51分别为光线与第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4及第五透镜l5靠近物面一面的交高。
26.更进一步地，微型浸液物镜的数值孔径为0.7。
27.还满足：3.0《ttl/efl《4.2；ttl是微型浸液物镜的总长，efl是微型浸液物镜的等效焦距。并且，满足以下关系式：0.5＜fl1/efl＜0.8，0.8＜fl2/efl＜1.3，1.2＜fl3/efl＜1.7，9.0＜fl4/efl＜11.5，1.6＜fl5/efl＜2.5。
28.进一步地，第三透镜l3靠近物面的一侧是光阑。而第二透镜l2靠近光阑的一面以及第三透镜l3中间的胶合面都是非球面，它们紧邻光阑，起到像差校正器的作用，当校正器表面被放置在光阑附近时，校正器上所有场点的光学足迹几乎是相同的。因此，在校正系统现有的球差时，这些表面引入的与视场相关的像差很小。
29.具体地，所有非球面透镜的各面均为偶次非球面，其非球面方程如下：
[0030][0031]
其中，z表示表面的矢高，c表示曲率半径，且c＝1/r，k表示圆锥系数，k
2i
是非球面系数，i＝0、1、2、
…
。
[0032]
具体地，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，本发明所述的一种五组六片的微型浸液物镜中取|c|＝0.8。
[0033]
实施例1
[0034]
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：
[0035]
表1
[0036][0037]
即：第一透镜l1靠近物面的一面通光半孔径为0.20mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.24mm、通光半孔径为0.65mm，第一透镜l1的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.883:40.8、中心厚度为1.00mm、与第二透镜l2相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0038]
第二透镜l2靠近物面的一面曲率半径为-4.24mm、通光半孔径为0.79mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.03mm、通光半孔径为0.88mm，第二透镜l2的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.00mm、与第三透镜l3相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0039]
第三透镜l3靠近物面的一面曲率半径为1.36mm、通光半孔径为0.86mm，中间的胶合面的曲率半径为-0.74mm、通光半孔径为0.81mm，靠近像面的一面曲率半径为-13.31mm、通光半孔径为0.76mm，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1.531:55.75和材料以“折射率：阿贝数”表示为1.636:23.97的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为1.22mm、1.50mm，第三透镜l3与第四透镜l4相邻两面之间的中心厚度为0.19mm；
[0040]
第四透镜l4靠近物面的一面曲率半径为-1.66mm、通光半孔径为0.73mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.94mm、通光半孔径为0.88mm，第四透镜l4的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.50mm、与第五透镜l5相邻两面之间的中心厚度为0.32mm；
[0041]
第五透镜l5靠近物面的一面曲率半径为0.76mm、通光半孔径为0.79mm，靠近像面的一面曲率半径为0.60mm、通光半孔径为0.44mm，第五透镜l5的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.00mm、靠近像面的一面与像面之间的中心厚度为0.50mm。
[0042]
其中，“类型”标记为“偶次”的表面是偶次非球面，各偶次非球面透镜系数如表2：
[0043]
表2
[0044][0045]
如图2所示，为本实施例的横向像差曲线图，可以看到，整个视场内的横向像差得到了充分的校正，具有优异的成像性能。
[0046]
本实施例的数值孔径为0.7，如图3所示，在整个视场内弥散斑的均方根半径都小于0.6μm，远小于共聚焦显微内窥镜中传像光纤束的纤芯距3.5μm，因此，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。
[0047]
实施例2
[0048]
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：
[0049]
表3
[0050][0051]
即，第一透镜l1靠近物面的一面通光半孔径为0.20mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.25mm、通光半孔径为0.63mm，第一透镜l1的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.883:40.8、中心厚度为1.00mm、与第二透镜l2相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0052]
第二透镜l2靠近物面的一面曲率半径为-58.20mm、通光半孔径为0.78mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.21mm、通光半孔径为0.81mm，第二透镜l2的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.00mm、与第三透镜l3相邻两面之间的中心厚度为
0.05mm；
[0053]
第三透镜l3靠近物面的一面曲率半径为1.33mm、通光半孔径为0.82mm，中间的胶合面的曲率半径为-0.72mm、通光半孔径为0.80mm，靠近像面的一面曲率半径为-10.33mm、通光半孔径为0.81mm，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1.531:55.75和材料以“折射率：阿贝数”表示为1.636:23.97的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为1.05mm、1.31mm，第三透镜l3与第四透镜l4相邻两面之间的中心厚度为0.17mm；
[0054]
第四透镜l4靠近物面的一面曲率半径为-1.81mm、通光半孔径为0.77mm，靠近像面的一面曲率半径为-2.00mm、通光半孔径为0.82mm，第四透镜l4的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.41mm、与第五透镜l5相邻两面之间的中心厚度为0.15mm；
[0055]
第五透镜l5靠近物面的一面曲率半径为0.83mm、通光半孔径为0.82mm，靠近像面的一面曲率半径为0.72mm、通光半孔径为0.54mm，第五透镜l5的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.00mm、靠近像面的一面与像面之间的中心厚度为0.81mm。
[0056]
其中，“类型”标记为“偶次”的表面是偶次非球面，各偶次非球面透镜系数如表4：
[0057]
表4
[0058][0059]
如图4所示，为本实施例的横向像差曲线图，可以看到，整个视场内的横向像差得到了充分的校正，具有优异的成像性能。
[0060]
本实施例的数值孔径为0.7，如图5所示，在整个视场内弥散斑的均方根半径都小于0.7μm，远小于共聚焦显微内窥镜中传像光纤束的纤芯距3.5μm，因此，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。
[0061]
实施例3
[0062]
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5所示：
[0063]
表5
[0064][0065]
即，第一透镜l1靠近物面的一面通光半孔径为0.20mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.25mm、通光半孔径为0.64mm，第一透镜l1的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.883:40.8、中心厚度为1.00mm、与第二透镜l2相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0066]
第二透镜l2靠近物面的一面曲率半径为-39.4mm、通光半孔径为0.82mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.20mm、通光半孔径为0.83mm，第二透镜l2的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.00mm、与第三透镜l3相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0067]
第三透镜l3靠近物面的一面曲率半径为1.33mm、通光半孔径为0.86mm，中间的胶合面的曲率半径为-0.74mm、通光半孔径为0.83mm，靠近像面的一面曲率半径为-10.4mm、通光半孔径为0.82mm，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1.531:55.75和材料以“折射率：阿贝数”表示为1.636:23.97的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为1.00mm、1.25mm，第三透镜l3与第四透镜l4相邻两面之间的中心厚度为0.17mm；
[0068]
第四透镜l4靠近物面的一面曲率半径为-1.81mm、通光半孔径为0.78mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.99mm、通光半孔径为0.83mm，第四透镜l4的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.43mm、与第五透镜l5相邻两面之间的中心厚度为0.08mm；
[0069]
第五透镜l5靠近物面的一面曲率半径为0.83mm、通光半孔径为0.81mm，靠近像面的一面曲率半径为0.72mm、通光半孔径为0.53mm，第五透镜l5的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.01mm、靠近像面的一面与像面之间的中心厚度为0.80mm。
[0070]
其中，“类型”标记为“偶次”的表面是偶次非球面，各偶次非球面透镜系数如表6：
[0071]
表6
[0072][0073]
如图6所示，为本实施例的横向像差曲线图，可以看到，整个视场内的横向像差得到了充分的校正，具有优异的成像性能。
[0074]
本实施例的数值孔径为0.7，如图7所示，在整个视场内弥散斑的均方根半径都小于1.2μm，远小于共聚焦显微内窥镜中传像光纤束的纤芯距3.5μm，因此，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。
[0075]
实施例4
[0076]
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7所示：
[0077]
表7
[0078][0079]
即，第一透镜l1靠近物面的一面通光半孔径为0.20mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.25mm、通光半孔径为0.64mm，第一透镜l1的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.883:40.8、中心厚度为1.00mm、与第二透镜l2相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0080]
第二透镜l2靠近物面的一面曲率半径为13.14mm、通光半孔径为0.82mm，靠近像面
的一面曲率半径为-1.33mm、通光半孔径为0.82mm，第二透镜l2的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.00mm、与第三透镜l3相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0081]
第三透镜l3靠近物面的一面曲率半径为1.32mm、通光半孔径为0.87mm，中间的胶合面的曲率半径为-0.72mm、通光半孔径为0.84mm，靠近像面的一面曲率半径为-10.63mm、通光半孔径为0.82mm，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1.531:55.75和材料以“折射率：阿贝数”表示为1.636:23.97的两片透镜胶合而成，两片透镜的中心厚度依次为1.07mm、1.07mm，第三透镜l3与第四透镜l4相邻两面之间的中心厚度为0.17mm；
[0082]
第四透镜l4靠近物面的一面曲率半径为-1.81mm、通光半孔径为0.78mm，靠近像面的一面曲率半径为-1.96mm、通光半孔径为0.87mm，第四透镜l4的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.41mm、与第五透镜l5相邻两面之间的中心厚度为0.05mm；
[0083]
第五透镜l5靠近物面的一面曲率半径为0.81mm、通光半孔径为0.84mm，靠近像面的一面曲率半径为0.71mm、通光半孔径为0.56mm，第五透镜l5的材料以“折射率：阿贝数”表示为1.531:55.75、中心厚度为1.00mm、靠近像面的一面与像面之间的中心厚度为0.92mm。
[0084]
其中，“类型”标记为“偶次”的表面是偶次非球面，各偶次非球面透镜系数如表8：
[0085]
表8
[0086][0087]
如图8所示，为本实施例的横向像差曲线图，可以看到，整个视场内的横向像差得到了充分的校正，具有优异的成像性能。
[0088]
本实施例的数值孔径为0.7，如图9所示，在整个视场内弥散斑的均方根半径都小于0.9μm，远小于共聚焦显微内窥镜中传像光纤束的纤芯距3.5μm，因此，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。
[0089]
根据以上四个实施例中各参数计算如表9所示的参数数据，其中wfno.是工作f数。
[0090]
表9
[0091][0092]
可以发现，四个实施例中0《fl1《fl2《fl3《fl5《fl4。
[0093]
实施例1中，ttl/efl＝3.14，h11/fl1＝0.29，h21/fl2＝0.69，h31/fl3＝0.53，h41/fl4＝0.06，h51/fl5＝0.36，fl1/efl＝0.52，fl2/efl＝0.87，fl3/efl＝1.22，fl4/efl＝9.31，fl5/efl＝1.65。
[0094]
实施例2中，ttl/efl＝3.90，h11/fl1＝0.28，h21/fl2＝0.68，h31/fl3＝0.53，h41/fl4＝0.07，h51/fl5＝0.36，fl1/efl＝0.68，fl2/efl＝1.12，fl3/efl＝1.51，fl4/efl＝11.24，fl5/efl＝2.23。
[0095]
实施例3中，ttl/efl＝4.12，h11/fl1＝0.29，h21/fl2＝0.72，h31/fl3＝0.55，h41/fl4＝0.07，h51/fl5＝0.35，fl1/efl＝0.74，fl2/efl＝1.21，fl3/efl＝1.63，fl4/efl＝11.07，fl5/efl＝2.46。
[0096]
实施例4中，ttl/efl＝3.93，h11/fl1＝0.20，h21/fl2＝0.55，h31/fl3＝0.53，h41/fl4＝0.08，h51/fl5＝0.39，fl1/efl＝0.71，fl2/efl＝1.17，fl3/efl＝1.55，fl4/efl＝9.96，fl5/efl＝2.18。
[0097]
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。