一种可消除相位失真的光纤内窥镜的制作方法

1.本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种可消除相位失真的光纤内窥镜。


背景技术：

2.传统的2d内窥镜在没有机械扫描的情况下不能提供深度信息，为了解决这个问题，具有三维成像(3d)功能的超薄内窥镜被提出，可以观察到视觉皮层、耳蜗等脆弱的结构或毛细血管。最小的成像内窥镜是基于多模光纤，并且不需要在远端光纤面插入笨重的光学元件。在医学成像和诊断中，具有毫米分辨率、毫米直径和3d成像能力的微型内窥镜发挥着重要作用。3d成像可以通过大约截面积约为1mm2的多模光纤内窥镜实现。然而，由于模态混合和模态色散，多模光纤表现出复杂的光传递函数。为了实现成像，多模光纤内窥镜依赖于传输特性的校准，如使用空间光调制器对近端光纤侧的光进行预编码，以实现多模光纤远端所需的光场分布和聚焦。但这种校准需要实时的检测。相比之下，相干光纤束，也称为多芯光纤，可以将远端光纤面隐藏区域的强度模式传递到近端光纤面仪器，相干光纤束远端的透镜系统用于放大纤芯到纤芯的距离并定义分辨率。相干光纤束的直径可以达到几毫米，可以实现对机体组织最小程度的侵入，但是其远端光学器件增加了内窥镜的占地面积，增加的幅度通常在毫米范围内。这极大地限制了其在生物医学领域的其他应用。由于相干光纤束结合了数千根单独的光纤，每根单根光纤都表现出任意的相位失真，这阻碍了传递深度信息或对焦点对象进行成像；
3.由于模式混合和模间色散，多模光纤表现出复杂的光学传递函数，为了实现精准成像必须进行实时的现场校准，这在实际应用中十分难以实现，基于此进行优化，通过在分开的光纤芯中引导不同的模式，则不会发生模式混合，但在数千根光纤中引导不同的模式，每根单根光纤都表现出任意的相位失真，这阻碍了传递深度信息或对焦点对象进行成像。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在数千根光纤中引导不同的模式，每根单根光纤都表现出任意的相位失真，这阻碍了传递深度信息或对焦点对象进行成像的缺点，而提出的一种可消除相位失真的光纤内窥镜。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种可消除相位失真的光纤内窥镜，包括显示端、数字图像传感器、目镜透镜、近端光纤面、第一相干光纤束、扩散器和远光端衍射光学光栅，所述扩散器设置设于远光端衍射光学光栅上，且扩散器与第一相干光纤束连接，第一相干光纤束与近端光纤面连接，近端光纤面与目镜透镜连接，目镜透镜与数字图像传感器连接，数字图像传感器与显示端连接。
7.优选的，所述扩散器与第一相干光纤束相距500μm。
8.优选的，所述第一相干光纤束内设置有50000个纤芯。
9.优选的，所述第一相干光纤束长度设置为10cm。
10.优选的，所述扩散器的散射平面面向光纤面。
11.优选的，所述远光端衍射光学光栅由数千根不同高度的支柱组成。
12.优选的，所述数字图像传感器由一个cmos摄像头组成。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.1、本发明用双光子聚合光刻法在相干光纤束上制成的相位共轭远光端衍射光学光栅；
15.2、本发明利用具有随机模式的远光端衍射光学光栅将三维物体信息编码成沿相干光纤束传播的二维散斑图；
16.本发明远光端衍射光学光栅具有紧凑的低成本优势，为微创3d内窥镜铺平了道路，有利于生物医学中的光学成像应用的范式转化。
附图说明
17.图1为本发明提出的一种可消除相位失真的光纤内窥镜的结构示意图；
18.图2为本发明提出的一种可消除相位失真的光纤内窥镜的远光端衍射光学光栅的制作过程的第一流程示意图；
19.图3为本发明提出的一种可消除相位失真的光纤内窥镜的远光端衍射光学光栅的制作过程的第二流程示意图；
20.图4为本发明提出的一种可消除相位失真的光纤内窥镜的远光端衍射光学光栅的制作过程的第三流程示意图。
21.图中：1显示端、2数字图像传感器、3目镜透镜、4近端光纤面、5第一相干光纤束、6扩散器、7远光端衍射光学光栅、8入射平面光、9空间光调制器、10带有相位失真的光场、11第二相干光纤束、12聚焦的光场。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
23.参照图1-4，一种可消除相位失真的光纤内窥镜，包括显示端1、数字图像传感器2、目镜透镜3、近端光纤面4、第一相干光纤束5、扩散器6和远光端衍射光学光栅7，扩散器6设置设于远光端衍射光学光栅7上，且扩散器6与第一相干光纤束5连接，第一相干光纤束5与近端光纤面4连接，近端光纤面4与目镜透镜3连接，目镜透镜3与数字图像传感器2连接，数字图像传感器2与显示端1连接。
24.本实施例中，扩散器6与第一相干光纤束5相距500μm。
25.本实施例中，第一相干光纤束5内设置有50000个纤芯。
26.本实施例中，第一相干光纤束5长度设置为10cm。
27.本实施例中，扩散器6的散射平面面向光纤面。
28.本实施例中，远光端衍射光学光栅7由数千根不同高度的支柱组成。
29.本实施例中，数字图像传感器2由一个cmos摄像头组成。
30.本实施例中，扩散器6的型号为thorlabs dg10-120-a，相干光纤束5的型号为fujikura，figh-50-1100n，数字图像传感器2由型号为ueye，一种用于匹配相位失真的衍射光学光栅的制作过程，包括有入射平面光8、空间光调制器9、带有相位失真的光场10、相干
光纤束11和聚焦的光场12，远光端衍射光学光栅7的制作过程是利用空间光调制器9对动态数字光学相位共轭进行相位畸变补偿，实现了远端纤维侧的聚焦，随后通过双光子光刻制成远光端衍射光学光栅7，远光端衍射光学光栅7可以提供第二相干光纤束11的静态相差，并放置在近端光纤面前起到聚焦和相位匹配的作用，远光端衍射光学光栅7的每个支柱直接放置在单个光纤的顶部，改变柱高可以匹配相位失真，从而使输出光场与输入光场紧密匹配，这可以实现直径小于1毫米的稳定且低成本的3d内窥镜。最终分别实现了1mm的分辨率成像与重建示意。
31.远光端衍射光学光栅7的印刷过程：
32.为匹配纤芯尺寸，远光端衍射光学光栅7由直径为50μm的圆柱体组成，横向距离为10μm。最后达到的相位延迟由圆柱的高度h由光敏聚合物折射率n
p
＝1.535来决定：
[0033][0034]hmax
＝884nm时具有最大调制相位2π，首先在基板上印刷基层以保证附着，远光端衍射光学光栅7由商用3d打印机打印。
[0035]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种可消除相位失真的光纤内窥镜，包括显示端(1)、数字图像传感器(2)、目镜透镜(3)、近端光纤面(4)、第一相干光纤束(5)、扩散器(6)和远光端衍射光学光栅(7)，其特征在于，所述扩散器(6)设置设于远光端衍射光学光栅(7)上，且扩散器(6)与第一相干光纤束(5)连接，第一相干光纤束(5)与近端光纤面(4)连接，近端光纤面(4)与目镜透镜(3)连接，目镜透镜(3)与数字图像传感器(2)连接，数字图像传感器(2)与显示端(1)连接。2.根据权利要求1所述的一种可消除相位失真的光纤内窥镜，其特征在于，所述扩散器(6)与第一相干光纤束(5)相距500μm。3.根据权利要求1所述的一种可消除相位失真的光纤内窥镜，其特征在于，所述第一相干光纤束(5)内设置有50000个纤芯。4.根据权利要求1所述的一种可消除相位失真的光纤内窥镜，其特征在于，所述第一相干光纤束(5)长度设置为10cm。5.根据权利要求1所述的一种可消除相位失真的光纤内窥镜，其特征在于，所述扩散器(6)的散射平面面向光纤面。6.根据权利要求1所述的一种可消除相位失真的光纤内窥镜，其特征在于，所述远光端衍射光学光栅(7)由数千根不同高度的支柱组成。7.根据权利要求1所述的一种可消除相位失真的光纤内窥镜，其特征在于，所述数字图像传感器(2)由一个cmos摄像头组成。

技术总结
本发明属于医疗设备领域，尤其是一种可消除相位失真的光纤内窥镜，针对现有的数千根光纤中引导不同的模式，每根单根光纤都表现出任意的相位失真，这阻碍了传递深度信息或对焦点对象进行成像的问题，现提出如下方案，其包括显示端、数字图像传感器、目镜透镜、近端光纤面、第一相干光纤束、扩散器和远光端衍射光学光栅，所述扩散器设置设于远光端衍射光学光栅上，且扩散器与第一相干光纤束连接，第一相干光纤束与近端光纤面连接，近端光纤面与目镜透镜连接，本发明远光端衍射光学光栅具有紧凑的低成本优势，为微创3D内窥镜铺平了道路，有利于生物医学中的光学成像应用的范式转化。于生物医学中的光学成像应用的范式转化。于生物医学中的光学成像应用的范式转化。


技术研发人员：刘毅
受保护的技术使用者：苏州君林汇合信息科技有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/5/6