基于自聚焦微透镜的内窥镜诊疗系统设计

　　目前医用内窥镜主要有三大类,一类是用微电子器件(微型CCD)借助于传统光学的微成像透镜,将在体内拍摄到的图像,用电信号的方式传送出来, 这类内窥镜由于受到微型CCD外形尺寸的限制,整个窥镜的外径难以做到5mm以下,不能在狭窄的地方使用,有局限性。另一类是传统硬管内窥镜,利用传统光 学的原理,用一组棒型微透镜,将体内的图像传送出来,用肉眼直接进行观察或用CCD接收到监视器显示。由于用传统方式加工微小(口径小于1.0mm)照相 透镜或棒型透镜组,难度非常大,所以这类内窥镜虽然成本比电子窥镜低,但由于工作距离不能缩短,不具备柔性等,使用也有局限性。第三类就是基于自聚焦微透 镜的超细内窥镜,以自聚焦微透镜做物镜,用传像光纤或阵列传像束将体内的图像传到 体 外,再 用 显 微 光 学 系 统 将 图 象 传 给CCD,经过图象处理系统变成数字信号后 ,在计算机上进行图象显示处理分析和上网传送,较前两类从技术方面有创造性的突破,其关键技术如下:

　　1 自聚焦微透镜技术

　　在基于自聚焦微透镜的内窥镜诊疗系统中,自聚焦微透镜性能决定了超细内窥镜镜体的外径尺寸和临床使用时的图像质量,其制作工艺包括玻璃配料、熔 炼、浇注、退火、光学冷加工、磨抛成圆柱棒、拉丝、离子交换、镀膜等过程,参数离散性大,造成产品成品率低,一致性难以保证,无法保证批量生产的产品质 量,因此提高批量制作的自聚焦透镜光学性能一致性的方法和工艺极为关键。另外利用等离子处理、准分子激光处理等技术在自聚焦纤维镜组件保护体的表面形成微 细结构,开发自聚焦纤维镜组件保护体的表面处理技术,可以提高内窥镜使用过程中的视场清晰度。自聚焦微透镜又名变折射率透镜,具有数值孔径大,可大于 0.6,焦距短、直径小、圆柱形、聚焦光斑小,成像分辨率高等特点。自聚焦透镜的主要参数为:中心折射率、径向折射率分布常数、周期、外径、长度等,确保 当观察物在标准距离时,物的像正好落在其后端面上,并兼顾视场角,系统景深等,满足设计要求的工作范围和分辨率,保证成像效果和质量。

　　自聚焦透镜与传统光学透镜比较,它不但具备了普通光学透镜的所有特性,而且还具备了自己独有的特点:自聚微焦透镜的两个端面是平面,而不是球 面;其它的光学性能与透镜的长度有关。自聚焦透镜可以实现传光、传像器械通道并为一个光学器械通道的设计,传光光纤均匀排列在传像系统周围,镜体外径进一 步缩小。这些特性特别适合于解决医用软体内窥镜的技术难点——微型化。

　　2 传光传像束设计技术

　　2.1 传光束