一种探头用光纤一体化透镜及内窥镜成像系统的制作方法

1.本实用新型涉及内窥镜技术领域，尤其涉及一种探头用光纤一体化透镜及内窥镜成像系统。


背景技术：

2.在光学内窥镜影像领域，特别是使用相干光断层扫描（下简称oct）的内窥镜领域，经常需要使用光纤作为光信号的传输介质，一般需要在光纤末端实现光线的聚焦。常规实现光线聚焦的办法有使用渐变折射率光纤或者棱镜实现光纤的汇聚，这种方式需要再在光纤的末端粘接上一个折射棱镜。但是由于端面反射，通常需要在光纤端面进行磨角处理以减少回光，但是这种方法很难实现探头的一体化组装。另一种实现光纤聚焦的方式一般是在光纤末端面进行端面加工，可以在光纤端面形成特殊的形状，例如锥形或者球形，实现光纤的汇聚。然后在末端研磨出全反射面或者使用金属镀膜，就能实现光线在侧向方向的汇聚出光。美国专利us10791923b2公开了使用无芯光纤熔融成球形出光面的方式实现光束的聚焦，该专利的创新点在于使用了双包层光纤实现了两个通道的光路传输，能够实现多模态成像。但是这种方式一般适用于在空气中，也就是光纤和空气的折射率差足够大的情况下。如果此种场景出现在折射率大于1的液体（例如水）中，一般需要极大的减小光纤球透镜的曲率半径，这样一般会导致成像系统的像差变大。同时，这种透镜一般很难在获得较大的工作距离时，实现较高分辨率。除此之外，使用3d打印，也可以实现一体化光纤透镜，但是该种方式成本较高，对出光面的处理精度要求较高。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本实用新型公开了一种探头用光纤一体化透镜及内窥镜成像系统，该透镜相对于基于渐变折射率光纤或者棱镜的光纤透镜，具有一体化的优点，相对于传统基于球透镜的光纤透镜，对环境的折射率不敏感，能同时实现大工作距离和高分辨率。
4.对此，本实用新型的技术方案为：
5.一种探头用光纤一体化透镜，光纤探头使用渐变折射率光纤和位于其末端的球透镜的组合实现光线聚焦，所述球透镜位于光纤探头的末端，所述球透镜包括反射面，所述反射面位于球透镜的外侧；所述渐变折射率光纤与光纤探头的信号传输光纤连接。
6.采用此技术方案，光线通过信号传输光纤进入到渐变折射率光纤后，光斑变大同时光束的发散角变小或者汇聚，较小发散角的光线被球透镜的反射面反射，被反射的光线经过球透镜的出射面汇聚在光纤的侧端，从而实现能在大折射率（如折射率大于1）的液体环境中聚焦光线，这种方式相对于传统基于球透镜的光纤透镜，对环境的折射率不敏感，能同时实现大工作距离和高分辨率。
7.进一步的，所述反射面的法线方向与光纤的传输方向设有夹角。
8.作为本实用新型的进一步改进，所述信号传输光纤为单模光纤、双包层光纤或多包层光纤。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述渐变折射率光纤为渐变折射率透镜，所述渐变折射率透镜的外径和所述信号传输光纤的外径可以相同，也可以不相同。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述信号传输光纤与渐变折射率光纤通过熔接或者胶粘剂连接。其中通过胶粘剂连接为采用光学胶水连接后固化连接。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述反射面通过研磨球透镜的后膜获得。进一步的，所述反射面镀有反射膜。
12.本实用新型还公开了一种内窥镜成像系统，其包括光纤一体化透镜、弹簧管、外鞘管、光电滑环/光滑环和驱动机构，所述探头用光纤一体化透镜包裹在弹簧管内，所述弹簧管位于外鞘管内；所述驱动机构与弹簧管连接，所述弹簧管连接在光电滑环/光滑上，所述光纤与光电滑环/光滑环连接，所述驱动机构带动弹簧管转动，从而实现探头用光纤一体化透镜对于生物组织的环扫；其中，所述光纤一体化透镜采用如上任意一项所述的探头用光纤一体化透镜。
13.进一步的，所述驱动机构包括电机。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述内窥镜成像系统包括激光光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光纤环形器、第二光纤环形器、反射镜 和探测器；
15.所述光电滑环/光滑环通过第一光纤耦合器与第一光纤环形器连接；所述激光光源通过传输光纤与第二光纤耦合器连接，所述第二光纤耦合器的一输出端与第一光纤环形器连接，所述第一光纤环形器与探测器连接，所述光纤耦合器的另一输出端与第二光纤环形器连接，所述反射镜的光信号通过第二光纤环形器传输到探测器，与生物组织散射或者反射回光纤一体化透镜的光，经过反向传输通过第一光纤环形器到达探测器的光信号形成干涉后，信号传输到计算机中。进一步的，对该信号经过数据处理就可以获得生物组织的oct图像。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
17.本实用新型的技术方案，采用球透镜、渐变折射率光纤的组合得到的一体化光纤透镜，能在大折射率（如折射率大于1）的液体环境中聚焦光线，能同时实现大工作距离和高分辨率；而且容易制作和安装，可以应用在包括但不限于oct成像和光声成像以及荧光成像等领域。
附图说明
18.图1是本实用新型一种探头用光纤一体化透镜的结构示意图。
19.图2是本实用新型oct内窥镜成像系统的结构示意图。
20.附图标记包括：
[0021]1‑
信号传输光纤，2
‑
渐变折射率光纤，3
‑
球透镜，4
‑
反射面；
[0022]5‑
生物组织，6
‑
光纤一体化透镜，7
‑
环形扫描方向，8
‑
电机，9
‑
光电滑环/光滑环，10
‑
第一光纤耦合器，11
‑
第一光纤环形器，12
‑
第二光纤耦合器，13
‑
激光光源，14
‑
反射镜，15
‑
探测器，16
‑
计算机，17
‑
第二光纤环形器。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0024]
实施例1
[0025]
如图1所示，一种探头用光纤一体化透镜，光纤探头使用渐变折射率光纤2和位于其末端的球透镜3的组合实现光线聚焦，所述球透镜3位于光纤探头的末端，所述球透镜3包括反射面4，所述反射面4位于球透镜3的外侧；所述渐变折射率光纤2与光纤探头的信号传输光纤1连接。其中，渐变折射率光纤2用于弯曲光线传输方向，反射面4用于弯折光线传输方向。所述信号传输光纤1与渐变折射率光纤2通过熔接或者光学胶粘剂固化连接。
[0026]
进一步的，所述反射面4通过研磨球透镜3的后膜获得。优选的，所述反射面4还可以镀有反射膜。
[0027]
进一步的，所述的渐变折射率光纤2可以为渐变折射率透镜，所述渐变折射率透镜的外径和所述信号传输光纤的外径相同或不相同。
[0028]
其中，所述信号传输光纤1可以为单模光纤，也可以为双包层光纤或多包层光纤，从而实现光路的多通道传输和接收，实现光学多模态成像。
[0029]
采用本实施例的技术方案，光线通过渐变折射率光纤2后，光斑变大同时光束的发散角变小或者汇聚，较小发散角的光线被球透镜3的反射面4反射，被反射的光线经过球透镜3的出射面汇聚在信号传输光纤1的侧端，从而实现在大折射率（如折射率大于1）的液体环境中聚焦光线，且能同时实现大工作距离和高分辨率。
[0030]
实施例2
[0031]
如图1和图2所示，一种内窥镜成像系统，其包括光纤一体化透镜6、弹簧管、外鞘管、电机8、激光光源13、第一光纤耦合器10、第二光纤耦合器12、第一光纤环形器11、第二光纤环形器17、反射镜14和探测器15。所述光纤一体化透镜6包裹在弹簧管内，所述弹簧管被外鞘管包裹保护；弹簧管连接在光电滑环/光滑环9上，其内的信号传输光纤1与光电滑环/光滑环9连接。电机8带动该弹簧管转动，从而实现该光纤一体化透镜6对于生物组织5的环扫，形成环形扫描方向7。其中，所述光纤一体化透镜6采用实施例1所述的探头用光纤一体化透镜。其中，弹簧管、外鞘管未在图中显示。
[0032]
所述光电滑环/光滑环9通过第一光纤耦合器10与第一光纤环形器11连接；所述激光光源13通过传输光纤与第二光纤耦合器12连接，所述第二光纤耦合器12的一输出端与第一光纤环形器11连接，第一光纤环形器11与探测器15连接，所述第二光纤耦合器12的另一输出端与第二光纤环形器12连接，反射镜14的光信号通过第二光纤环形器12传输到探测器15。
[0033]
生物组织5散射或者反射回光纤一体化透镜6的光，经过反向传输通过第一光纤环形器11到达探测器15，和来自反射镜14的光信号形成干涉，该信号传输到计算机16，经过数据处理获得生物组织5的oct图像。
[0034]
以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。