内窥镜及补偿晶体设计方法技术

本发明专利技术涉及一种内窥镜及补偿晶体设计方法。该内窥镜包括主体以及蓝宝石保护窗，所述蓝宝石保护窗安装于所述主体的一端且与所述主体内的物镜对应，用于保护所述主体内的光学结构，所述内窥镜还包括补偿晶体，所述补偿晶体为正单轴晶体，且与所述蓝宝石保护窗对应，用以补偿所述蓝宝石保护窗的双折射特性及退偏性质；通过设置与蓝宝石保护窗对应且本身为正单轴晶体的补偿晶体，能够抵消蓝宝石保护窗的双折射特性，避免双折射特性在偏振成像过程中在视场中产生复杂的偏振斑纹干扰成像，同时也能避免其造成的退偏影响系统的偏振校准，使得偏振成像技术能够适用于内窥镜成像中，并且能给提供较为精确的偏振测量效果。能给提供较为精确的偏振测量效果。能给提供较为精确的偏振测量效果。

【技术实现步骤摘要】
内窥镜及补偿晶体设计方法


[0001]本专利技术涉及内窥镜相关
，特别是涉及内窥镜及补偿晶体设计方法。

技术介绍

[0002]偏振成像技术近年来在生物医学的研究中得到了很多关注。在对生物组织进行成像的过程中，通过对入射光与出射光的偏振态进行调制和测量，可以得到组织的偏振性质。组织的偏振性质与其浅表结构相关，因此通过偏振测量可以对组织浅表结构的变化进行定量的分析。许多疾病的发生往往始于组织浅表结构的病变，其中癌症尤为典型。因此利用偏振成像技术提高在医学检查中对早癌的筛查率也是当前医学研究中的一个前沿问题。
[0003]通过内窥技术对人体内或开放腔道内的组织进行医学检查，是开展微创治疗的前提。目前临床上内窥成像以获取色彩信息为主，对组织结构变化不够敏感。将偏振成像技术与内窥成像技术进行结合，提升内窥检测时的准确度，对于推进偏振成像技术的生物医学应用有着重要意义。
[0004]然而，当前的成熟商业内窥镜的光学设计并不适合偏振成像。内窥镜的成像通道采用蓝宝石窗口片作为保护窗，并通过蓝宝石焊接工艺固定在内窥镜成像通道中。蓝宝石是一种负单轴晶体，其双折射特性在偏振成像过程中会在视场中产生复杂的偏振斑纹干扰成像，同时其造成的退偏也会为对系统的偏振校准造成障碍，这些因素使现有内窥镜不适用于偏振成像。
[0005]在现实研究中，研究者们往往用熔融石英保护窗代替蓝宝石窗以消除内窥镜的双折射特性。然而这种方法只能应用在有限的研究用途中，因为熔融石英窗无法与内窥镜的外鞘进行焊接固定，只能用胶固定。而这种固定方法无法经受内窥镜的消毒处理，也无法排除对人体的可能伤害。而在部分研究中，研究者只能假设蓝宝石窗没有退偏性质，这显然无法为研究提供精确的结果。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对蓝宝石保护窗的双折射特性及退偏性质干扰内窥镜的偏振成像的问题，提供一种有利于偏振测量的内窥镜及补偿晶体设计方法。
[0007]本申请首先提供一种内窥镜，包括主体以及蓝宝石保护窗，所述蓝宝石保护窗安装于所述主体的一端且与所述主体内的物镜对应，用于保护所述主体内的光学结构，所述内窥镜还包括补偿晶体，所述补偿晶体为正单轴晶体，且与所述蓝宝石保护窗对应，用以补偿所述蓝宝石保护窗的双折射特性及退偏性质。
[0008]在其中一个实施例中，所述补偿晶体安装于所述蓝宝石保护窗以及所述物镜之间。
[0009]在其中一个实施例中，所述补偿晶体为正单轴晶体平晶。
[0010]在其中一个实施例中，所述补偿晶体以及所述蓝宝石保护窗均为C切平晶，所述蓝宝石保护窗以及所述补偿晶体的光轴平行对齐。
[0011]在其中一个实施例中，所述补偿晶体为镀设于所述蓝宝石保护窗靠近所述物镜侧端面的正单轴晶体薄膜。
[0012]在其中一个实施例中，所述补偿晶体为氟化镁晶体。
[0013]本申请第二方面提供一种补偿晶体设计方法，用于设计上述的补偿晶体，其特征在于，包括以下步骤：
[0014]a.计算并确定蓝宝石保护窗对内窥镜光源波长范围内的正常光与异常光的双折射折射率n
o
和n
e
变化；
[0015]b.计算不同材料中正常光与异常光在适用波长范围内的双折射折射率n
o
和n
e
变化，以确定补偿蓝宝石保护窗的正单轴晶体平晶的合适材料；
[0016]c.计算合适材料的补偿晶体的最优厚度。
[0017]在其中一个实施例中，步骤a还包括以下步骤：
[0018]a1.确定内窥镜的光源波长范围；
[0019]a2.根据内窥镜的尺寸规格确定内窥镜的入瞳视场；
[0020]a3.通过以下方程式获得正常光的传播方向[ξ
o η
o ζ
o
]：
[0021]ξ
o
＝μξ,
[0022]η
o
＝μη,
[0023]ζ
o
＝[μ2ζ2+(1
‑
μ2)]1/2
[0024]其中，μ＝n/n
o
,n为蓝宝石保护窗的相对折射率，[ξ η ζ]为入射光的方向向量。
[0025]a4.通过以下方程式对蓝宝石保护窗中的异常光进行追迹，确定异常光的传播方向：
[0026][0027]其中，[ξ
e,o η
e,o ζ
e,o
]为异常光和正常光的折射方向向量，[α β γ]为蓝宝石保护窗光轴的方向向量，其余参数可由以下方程式确定；
[0028][0029][0030]a＝αξ
o
+βη
o
[0031]a5.根据正常光和异常光的传播方向，结合蓝宝石保护窗的光轴方向，利用折射率椭球计算得到蓝宝石保护窗对异常光传播的折射率：
[0032][0033]其中，θ为异常光在蓝宝石保护窗中的传播方向与晶体光轴的夹角。
[0034]a6.通过以下公式计算出蓝宝石保护窗中的正常光与异常光的相位差：
[0035][0036]其中，δ
s
为蓝宝石保护窗中正常光和异常光的相位差,h为蓝宝石保护窗的晶体厚
度，λ为入射光的波长，n
o
和n
e
为正常光和异常光在蓝宝石保护窗晶体中的折射率，θ
o
和θ
e
为正常光和异常光在蓝宝石保护窗晶体中的折射角。
[0037]a7.结合光源的光谱范围确定蓝宝石保护窗中正常、异常光的光程差对光谱的反应。
[0038]在其中一个实施例中，步骤b还包括以下步骤：
[0039]b1.通过以下方程式获得正常光的传播方向[ξ
o η
o ζ
o
]：
[0040]ξ
o
＝μξ,
[0041]η
o
＝μη,
[0042]ζ
o
＝[μ2ζ2+(1
‑
μ2）]1/2
[0043]其中，μ＝n/n
o
,n为补偿晶体的相对折射率，[ξ η ζ]为入射光的方向向量。
[0044]b2.通过以下方程式对补偿晶体中的异常光进行追迹，确定异常光的传播方向：
[0045][0046]其中，[ξ
e,o η
e,o ζ
e,o
]为异常光和正常光的折射方向向量，[α β γ]为补偿晶体光轴的方向向量，其余参数可由以下方程式确定；
[0047][0048][0049]a＝αξ
o
+βη
o
[0050]b3.根据正常光和异常光的传播方向，结合补偿晶体的光轴方向，利用折射率椭球计算得到异常光传播的折射率：
[0051][0052]其中，θ为异常光在补偿晶体中的传播方向与晶体光轴的夹角。
[0053]b4.通过以下公式计算出补偿晶体中的正常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内窥镜，包括主体(10)以及蓝宝石保护窗(20)，所述蓝宝石保护窗(20)安装于所述主体(10)的一端且与所述主体(10)内的物镜(11)对应，用于保护所述主体(10)内的光学结构，其特征在于，所述内窥镜还包括补偿晶体(30)，所述补偿晶体(30)为正单轴晶体，且与所述蓝宝石保护窗(20)对应，用以补偿所述蓝宝石保护窗(20)的双折射特性及退偏性质。2.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，所述补偿晶体(30)安装于所述蓝宝石保护窗(20)以及所述物镜(11)之间。3.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，所述补偿晶体(30)为正单轴晶体平晶。4.根据权利要求2所述的内窥镜，其特征在于，所述补偿晶体(30)以及所述蓝宝石保护窗(20)均为C切平晶，所述蓝宝石保护窗(20)以及所述补偿晶体(30)的光轴平行对齐。5.根据权利要求1所述的内窥镜，其特征在于，所述补偿晶体(30)为镀设于所述蓝宝石保护窗(20)靠近所述物镜(11)侧端面的正单轴晶体薄膜。6.根据权利要求1～5中任意一项所述的内窥镜，其特征在于，所述补偿晶体(30)为氟化镁晶体。7.一种补偿晶体设计方法，用于设计权利要求1～6中任意一项所述内窥镜中的所述补偿晶体，其特征在于，包括以下步骤：a.计算并确定蓝宝石保护窗对内窥镜光源波长范围内的正常光与异常光的双折射折射率n
o
和n
e
变化；b.计算不同材料中正常光与异常光在适用波长范围内的双折射折射率n
o
和n
e
变化，以确定补偿蓝宝石保护窗的正单轴晶体平晶的合适材料；c.计算合适材料的补偿晶体的最优厚度。8.根据权利要求7所述的补偿晶体设计方法，其特征在于，步骤a还包括以下步骤：a1.确定内窥镜的光源波长范围；a2.根据内窥镜的尺寸规格确定内窥镜的入瞳视场；a3.通过以下方程式获得正常光的传播方向[ξ
o η
o ζ
o
]：ξ
o
＝μξ，η
o
＝μη，ζ
o
＝[μ2ζ2+(1
‑
μ2)]
1/2
其中，μ＝n/n
o
，n为蓝宝石保护窗的相对折射率，[ξ η ζ]为入射光的方向向量；a4.通过以下方程式对蓝宝石保护窗中的异常光进行追迹，确定异常光的传播方向：其中，[ξ
e，o η
e，o ζ
e，o
]为异常光和正常光的折射方向向量，[α β γ]为蓝宝石保护窗光轴的方向向量，其余参数可由以下方程式确定；轴的方向向量，其余参数可由以下方程式确定；轴的方向向量，其余参数可由以下方程式确定；a＝αξ
o
+βη
o
a5.根据正常光和异常光的传播方向，结合蓝宝石保护窗的光轴方向，利用折射率椭球计算得到蓝宝石保护窗对异常光传播的折...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁绩，宋嘉伟，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：