CN111158136A - 一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，包括外镜管、照明光纤、保护片、光纤传像束、物镜组、目镜组、主镜体、偏振分束器、第一偏振态转换器件、第二偏振态转换器件。其中，外镜管作为照明光束与成像光束的共用传播通道，物镜组与光纤传像束的直径与外镜管的内壁直径大致相等，物镜组与目镜组采取精密模压工艺制造。上述实现方式能够减小内窥镜尺寸，提高内窥镜成像分辨率，消除杂散光，提高成像质量。
Description
技术领域
本发明属于内窥镜技术领域，具体涉及一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜。
背景技术
在医疗和科学研究领域，内窥镜有着十分广泛的应用。其中，纤维内窥镜是实现1mm以下直径孔道内部组织进行成像的主流产品，具有不可替代的重要地位。在未来阶段，纤维内窥镜产品的发展方向可以归纳为两个核心问题：1.如何提高成像质量，观察组织表面更多的细节；2.如何降低制造成本，实现一次性使用，避免因为消毒不彻底引起交叉感染的风险。
对于现有纤维内窥镜产品而言，其照明通道与成像光束通道相互分离的结构是一个非常严重的缺陷。如附图1所示，为现有的光纤内窥镜结构，包括外镜管，沿外镜管内壁设置的照明光纤，位于外镜管内部的光纤传像束，以及光纤传像束前端的物镜组，外镜管后端设置的主镜体以及主镜体内部并位于光纤传像束后端的目镜组；其前端光学元件及结构放大示意图如附图2所示，此结构的缺陷在于照明光纤通道占据了成像光束通道的空间，导致实际通光直径与探入部分的直径（外镜管的直径）具有较大差异，将会引起如下问题：如果提升分辨率，在增大内镜管的尺寸的同时，外镜管的尺寸随之增大，导致高分辨率的内窥镜无法探入较小孔道进行检查。因此，现有纤维内窥镜产品的图像质量与使用场合形成了严重的制约关系，同时，传导照明光束使用的照明光纤安装工艺复杂，装配效率较低，间接提高了成本。
另外，现有纤维内窥镜产品的物镜系统为梯度折射率透镜（Graded Index，GRIN），由于该类透镜需要特殊工艺制造，导致效率较低，成本较高。目镜系统为球面面形的玻璃材质透镜，通常采取古典磨抛工艺制造，其批量生产的效率与品质无法与现代制造工艺相比，因此制造成本同样较高。
由于上述缺陷的存在，导致现有纤维内窥镜产品的分辨率受到了限制，并且由于成本较高，不具备一次性使用的条件。从另一个角度去理解，如果能够寻找合适的方案克服上述缺陷，将会对纤维内窥镜产品的发展产生巨大的推动力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，可以减小内窥镜尺寸，提高内窥镜成像分辨率，消除杂散光，提高成像质量。
本发明具有如下有益效果。
1、本发明提出的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，将外镜管作为照明光束与成像光束的共用传播通道，无需安装照明光纤为其设置独立通道，从而可以将前端光学元件的直径增大，与外镜管的内径大致相等，可以在保持外镜管尺寸不变的前提下，以最大程度提高分辨率，从而能够观察组织表面更多的细节；也可以在保持现有分辨率不变的条件下减小镜管的直径，将纤维内窥镜的外镜管直径减小，使之大致等同于现有纤维内窥镜的前端光学元件的直径，从而可以用于现有纤维内窥镜无法探入的细微孔道内部观察病变，拓宽了仪器的应用领域；同时在光束传播的通道中加入了偏振器件，对照明光束与成像光束的偏振态进行调控，实现了杂散光束的抑制，提高了成像质量。
2、本发明提出的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，无需安装照明光纤，节省了材料的开销，并且提高了装配效率，降低了制造成本。
3、本发明提出的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，采用精密模压工艺制作的非球面面形的透镜组作为物镜系统与目镜系统，具有像质高、批量生产效率高的特点，进一步降低了制造成本，使纤维内窥镜具备一次性使用的条件，避免了检查过程中引起交叉感染的风险。
附图说明
图1是现有纤维内窥镜产品的示意图。
图2是现有纤维内窥镜产品的前端光学元件及结构放大示意图。
图3是本发明所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜示意图。
图4是本发明所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜前端光学元件及结构放大示意图。
图5是本发明所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜的照明光束与杂散光束传播方向及偏振方向的示意图。
其中，1-外镜管，2-照明光纤，3-保护片，4-光纤传像束，5-物镜组，6-目镜组，7-主镜体，8-偏振分束器，9-第一偏振态转换器件，10-第二偏振态转换器件。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，如附图3和4所示，包括外镜管1、保护片3、光纤传像束4、主镜体7、物镜组5、目镜组6、第一偏振态转换器件9、第二偏振态转换器件10以及偏振分束器8。
偏振分束器8为正交偏光镜，其透射光束与反射光束的偏振方向正交，位于光纤传像束4后端与目镜组之间的主镜体7内。
第一偏振态转换器件9位于偏振分束器8前方的光路中，用于对外部光源发出的光线偏振态进行转换，使得光源发射光束偏振态为偏振分束器8实现反射所需的偏振态；本发明的实施例中，根据光源发射光束偏振态的不同，第一偏振态转换器件9也具有相应的形式：如果光源发射光束为线偏振，第一偏振态转换器件9为λ/2波片，用以改变线偏振光的偏振方向，使之与偏振分束器8实现反射所需的偏振方向一致；如果光源发射光束为全偏振，第一偏振态转换器件9为偏振片，用以形成单一方向的线偏振光，并且与偏振分束器8实现反射所需的偏振方向一致。
光纤传像束4接收偏振分束器8的反射光束并将其向前传播至物镜组5；
第二偏振态转换器件10置于物镜组5的前端，将入射的线偏振光变为圆偏振光后出射，实现对于前端表面组织的照明；表面组织将光线反射或散射回内窥镜，然后经过第二偏振态转换器件10再次变换为线偏振光，其偏振方向与照明光束的线偏振方向正交，然后经过物镜组5与光纤传像束4，以透射的方式经过偏振分束器8，然后经过目镜组7，最终实现出射，进入目视或电视观察系统。通常情况下，可采用λ/4波片实现第二偏振态转换器件10的功能。
照明光束与杂散光束的传播方向与偏振态如附图5所示。其中，水平方向以虚线表示照明光束，以实线代表杂散光束；竖直方向以端部三角形箭头的实线代表平行于纸面方向的线偏振光，以端部为圆形的实线代表圆偏振光。从附图5可以看出，照明光束在经过第二偏振态转换器件10之前，始终为线偏振光，其偏振方向与偏振分束器8反射光束的偏振方向一致。因此，在传播过程中，即使物镜组5以及光纤传像束4的表面对照明光束存在反射效应，形成的杂散光束的偏振方向也仍与照明光束一致，而偏振分束器8的透射光束与反射光束的偏振方向正交，因此杂散光束不会在偏振分束器8的位置发生透射，只有两次经过第二偏振态转换器件10且从组织表面返回的光束可以透射偏振分束器8，进入后续光路中。本发明通过偏振分束器8与第二偏振态转换器件10相互配合，有效抑制了杂散光束，保证成像质量。
本发明未采用传统的光纤照明，而是通过偏振分束器8将照明光导入光纤传像束直接对探测目标进行照明，并再由光纤传像束4对探测目标成像，同时实现照明和成像，取消照明光路，从而可以将前端光学元件的直径增大，与外镜管的内径大致相等。可以在保持外镜管尺寸不变的前提下，以最大程度提高分辨率，从而能够观察组织表面更多的细节；也可以在保持现有分辨率不变的条件下减小镜管的直径，将纤维内窥镜的外镜管直径减小，使之大致等同于现有纤维内窥镜的前端光学元件的直径，从而可以用于现有纤维内窥镜无法探入的细微孔道内部观察病变，拓宽了仪器的应用领域。
需要说明的是，本发明的物镜组5和目镜组6可以采用非球面面形镜组，材料可以为光学玻璃或光学塑料，采用精密模压工艺制造，因此可提高成像质量，降低成本。
外镜管1的材质为不锈钢或高分子材料，内部安装如下元件：光纤传像束4、物镜组5和保护片3。
光纤传像束4的直径与外镜管1的内壁直径大致相等。
主镜体7的材质为不锈钢或高分子材料，与外镜管1相连，内部安装偏振分束器8。
外镜管1前端还设置有保护片3。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，包括外镜管（1）、光纤传像束（4）、主镜体（7）、物镜组（5）以及目镜组（6），其特征在于，还包括偏振分束器（8）、第一偏振态转换器件（9）以及第二偏振态转换器件（10）；所述偏振分束器（8）为正交偏光镜，其透射光束与反射光束的偏振方向正交，位于光纤传像束（4）后端与目镜组（6）之间的主镜体（7）内；将外部光源的照明光束反射送入光纤传像束（4）中；并对光纤传像束（4）从组织表面返回的照明光束进行透射，送入目镜组（7）；所述第一偏振态转换器件位于偏振分束器（8）前方的光路中，用于对所述照明光束的偏振态进行转换，使得照明光束偏振态为偏振分束器（8）实现反射所需的偏振态；所述第二偏振态转换器件置于物镜组（5）前方的透射光路中，对由物镜组（5）透射的照明光束进行第一次偏振态改变以及对从组织表面反射的照明光束的第二次偏振状态改变，使照明光束的偏振方向转变为与之原来方向的垂直方向。
2.如权利要求1所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，当所述照明光束为线偏振时，偏振态转换器件（9）为λ/2波片，用以改变线偏振光的偏振方向，使之与偏振分束器（8）实现反射所需的偏振方向一致。
3.如权利要求1所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，当所述照明光束为全偏振，偏振态转换器件（9）为偏振片，用以形成单一方向的线偏振光，并且与偏振分束器（8）实现反射所需的偏振方向一致。
4.如权利要求1、2或3所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，所述物镜组（5）和目镜组（6）采用非球面面形镜组。
5.如权利要求4所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，所述物镜组（5）和目镜组（6）的材料为光学玻璃或光学塑料。
6.如权利要求4所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，所述物镜组（5）和目镜组（6）采用精密模压工艺制造。
7.如权利要求1、2或3所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，所述外镜管（1）的材质为不锈钢或高分子材料。
8.如权利要求1、2或3所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，主镜体（7）的材质为不锈钢或高分子材料。
9.如权利要求1、2或3所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，外镜管（1）前端还设置有保护片（3）。
10.如权利要求1、2或3所述的一种偏振光同轴照明的纤维内窥镜，其特征在于，光纤传像束（4）的直径与外镜管（1）的内径大致相等。
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