本發(fā)明屬于內窺成像，特別是一種用于共聚焦內窺鏡的大視場寬光譜消色差耦合物鏡。

背景技術：

1、在生物醫(yī)學成像領域，基于光纖束的共聚焦內窺成像技術因其能夠提供高分辨率的細胞級形態(tài)學信息而備受矚目。該技術通過熒光標記物對體內組織進行在體原位無創(chuàng)成像，避免了傳統(tǒng)活檢取樣的侵入性操作，因此在細胞結構檢測、蛋白表達分析以及生物標志物的識別等方面有著廣泛的應用。然而，現有系統(tǒng)在1~2μm分辨率下的視野（fov）通常局限于240~300μm，這一限制不利于觀察和診斷大面積的病變，增加了假陰性診斷的風險。因此，開發(fā)具有更大fov的成像系統(tǒng)對于提高診斷準確性至關重要。

2、為了實現更大區(qū)域組織的成像，需要使用較大fov的成像光纖束，例如，選用藤倉figh-50-1100n型號的光纖束，可以在保證高分辨率成像的同時，將成像fov擴展至500μm。但是，隨著成像fov的增加，光纖束前端的耦合物鏡fov也需相應增加，這可能導致嚴重的離軸像差和圖像質量的下降。為此，用于大視場共聚焦內窺成像系統(tǒng)的耦合物鏡的性能及其與整個系統(tǒng)的光學參數匹配變得尤為關鍵。理想的耦合物鏡需同時滿足以下關鍵要求：（1）必須是衍射受限的，以確保高耦合效率和圖像對比度；（2）fov需與成像系統(tǒng)的fov相匹配，以避免離軸像差和圖像質量下降的問題；（3）耦合物鏡的數值孔徑（na）應與光纖束的na相匹配，以避免分辨率損失和串擾；（4）需有足夠的工作距離，以適應光纖束連接器的機械結構設計；（5）需覆蓋激發(fā)光和熒光的寬光譜范圍，確保更高光通量的熒光被探測到，以補償快速成像中積分時間短造成的信噪比損失。

3、因此，設計一種新型的耦合物鏡，能夠在保證高質量成像的同時，提高耦合效率，減少串擾，并且能夠適應快速大視場的成像需求，這對于推動共聚焦內窺成像技術在臨床診斷和生物醫(yī)學研究中的應用具有重要意義。

技術實現思路

1、本發(fā)明旨在提供一種大視場寬光譜消色差耦合物鏡，以突破現有技術的局限，實現快速大視場共聚焦內窺成像。

2、實現本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種大視場寬光譜消色差耦合物鏡，所述耦合物鏡包括從物側到像側依次同軸設置的第一透鏡組和第二透鏡組；所述第一透鏡組具有負光焦度，包括從物側到像側依次同軸設置的第一膠合透鏡和第二膠合透鏡；所述第二透鏡組具有正光焦度，包括從物側到像側依次同軸設置的第三膠合透鏡、第四膠合透鏡和彎月透鏡；各透鏡的有效焦距與耦合物鏡的有效焦距滿足：

3、

4、其中，為第一膠合透鏡的有效焦距，為第二膠合透鏡的有效焦距，為第三膠合透鏡的有效焦距，為第四膠合透鏡的有效焦距，為彎月透鏡的有效焦距，f為耦合物鏡的有效焦距。

5、進一步地，所述第一膠合透鏡為由第一透鏡和第二透鏡膠合而成的具有正光焦度的雙膠合透鏡，所述第一透鏡面向物方為凹面且面向像方為凹面，所述第二透鏡面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第一透鏡中面向像方的凹面和第二透鏡面向物方的凸面膠合在一起。

6、進一步地，所述第二膠合透鏡為由第三透鏡和第四透鏡膠合而成的具有負光焦度的雙膠合透鏡，所述第三透鏡面向物方為凹面且面向像方為凹面，所述第四透鏡面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第三透鏡的面向像方的凹面和第四透鏡面向物方的凸面膠合在一起。

7、進一步地，所述第三膠合透鏡為由第五透鏡和第六透鏡膠合而成的具有正光焦度的雙膠合透鏡，所述第五透鏡面向物方為凸面且面向像方為凹面，所述第六透鏡面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第五透鏡面向像方的凹面和第六透鏡面向物方的凸面膠合在一起。

8、進一步地，所述第四膠合透鏡為由第七透鏡和第八透鏡膠合而成的具有正光焦度的雙膠合透鏡，所述第七透鏡面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第八透鏡面向物方為凹面且面向像方為凹面，所述第七透鏡面向像方的凸面和第八透鏡面向物方的凹面膠合在一起。

9、進一步地，所述彎月透鏡是面向物方為凸面且面向像方為凹面的具有正光焦度的單透鏡。

10、進一步地，所述耦合物鏡衍射受限視場≥1mm。

11、進一步地，所述耦合物鏡滿足以下條件：

12、；

13、其中，r為彎月透鏡最靠近像面的透鏡表面的曲率半徑，為耦合物鏡的有效焦距，na為耦合物鏡的像方數值孔徑。

14、進一步地，所述像方數值孔徑na滿足：

15、。

16、進一步地，所述耦合物鏡工作波長為488nm~600nm。

17、本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點為：

18、（1）該耦合物鏡在保持高分辨率的同時，能提供更廣闊的成像范圍，實現了細胞分辨率下的快速大面積組織成像，提高了診斷的準確性和效率。同時，通過優(yōu)化耦合物鏡的設計，克服了隨著成像fov增加而導致的離軸像差和圖像質量下降的問題，這對于后續(xù)全面評估病變區(qū)域和提高靶向活檢的準確性至關重要。

19、（2）該耦合物鏡對激發(fā)光和整個熒光光譜范圍進行消色差設計，以保持高時間分辨率和高靈敏度，有利于縮短觀察時間的同時提高靶向活檢的準確性和檢出率。

20、下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

技術特征：

1.一種大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述耦合物鏡包括從物側到像側依次同軸設置的第一透鏡組（g1）和第二透鏡組（g2）；所述第一透鏡組（g1）具有負光焦度，包括從物側到像側依次同軸設置的第一膠合透鏡和第二膠合透鏡；所述第二透鏡組（g2）具有正光焦度，包括從物側到像側依次同軸設置的第三膠合透鏡、第四膠合透鏡和彎月透鏡（l9）；各透鏡的有效焦距與耦合物鏡的有效焦距滿足：

2.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述第一膠合透鏡為由第一透鏡（l1）和第二透鏡（l2）膠合而成的具有正光焦度的雙膠合透鏡，所述第一透鏡（l1）面向物方為凹面且面向像方為凹面，所述第二透鏡（l2）面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第一透鏡（l1）中面向像方的凹面和第二透鏡（l2）面向物方的凸面膠合在一起。

3.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述第二膠合透鏡為由第三透鏡（l3）和第四透鏡（l4）膠合而成的具有負光焦度的雙膠合透鏡，所述第三透鏡（l3）面向物方為凹面且面向像方為凹面，所述第四透鏡（l4）面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第三透鏡（l3）的面向像方的凹面和第四透鏡（l4）面向物方的凸面膠合在一起。

4.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述第三膠合透鏡為由第五透鏡（l5）和第六透鏡（l6）膠合而成的具有正光焦度的雙膠合透鏡，所述第五透鏡（l5）面向物方為凸面且面向像方為凹面，所述第六透鏡（l6）面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第五透鏡（l5）面向像方的凹面和第六透鏡（l6）面向物方的凸面膠合在一起。

5.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述第四膠合透鏡為由第七透鏡（l7）和第八透鏡（l8）膠合而成的具有正光焦度的雙膠合透鏡，所述第七透鏡（l7）面向物方為凸面且面向像方為凸面，所述第八透鏡（l8）面向物方為凹面且面向像方為凹面，所述第七透鏡（l7）面向像方的凸面和第八透鏡（l8）面向物方的凹面膠合在一起。

6.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述彎月透鏡（l9）是面向物方為凸面且面向像方為凹面的具有正光焦度的單透鏡。

7.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述耦合物鏡衍射受限視場≥1mm。

8.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述耦合物鏡滿足以下條件：

9.根據權利要求8所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述像方數值孔徑na滿足：

10.根據權利要求1所述的大視場寬光譜消色差耦合物鏡，其特征在于，所述耦合物鏡工作波長為488nm~600nm。

技術總結
本發(fā)明公開了一種大視場寬光譜消色差耦合物鏡，包括從物側到像側依次同軸設置的第一透鏡組和第二透鏡組；第一透鏡組具有負光焦度，由從物側到像側依次同軸設置的第一膠合透鏡和第二膠合透鏡組成；第二透鏡組具有正光焦度，由從物側到像側依次同軸設置的第三膠合透鏡、第四膠合透鏡和彎月透鏡組成。通過對各個透鏡組以及各塊透鏡的特定參數進行調整，使本發(fā)明的耦合物鏡數值孔徑與光纖束數值孔徑匹配，同時對488nm的激發(fā)光和500~600nm的熒光光譜進行消色差設計并平衡其他像差，以提高系統(tǒng)的耦合效率和靈敏度，工作距離達到了6mm，成像視場達到了1mm，實現了在大視場和寬光譜范圍內提供衍射受限成像。

技術研發(fā)人員：周偉,楊西斌,徐寶騰,劉家林,侯冠廷,王林波
受保護的技術使用者：中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19