具有光学畸变校正的光学成像组件以及系统技术方案

提供一种光学成像组件，包括：光学轴；物体轴；透光套管，所述透光套管包围物体轴，该光学成像组件在物体空间内远心，具有至少三个折射透镜元件，所述透镜元件中的至少一个包括具有圆柱和非圆柱方案中的至少一个的表面，该光学成像组件具有图像平面，其中被成像的所述物体位于所述套管内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开主要涉及光学成像和测量系统，并且更特别地涉及用于校准流动至医疗输液泵的流体流量的系统。
技术介绍
测量流体的流量的一种方式在于使流体流成为已知体积的液滴的连续流，然后对单位时间的液滴数计数从而推导出流量。这种方法非常粗略，因为具有等于液滴体积的测量粒度，并且假定每个液滴的体积都与其从其孔口分离时相同。实际上，这种“液滴计数”方法具有对于许多应用诸如医疗输液不适当的测量精度。如果能够随着液滴形成并且从支撑孔口分离而实时地测量液滴的体积，则能够消除粒度问题。测量体积的一种方式在于捕捉从其孔口悬垂的下垂液滴的二维图像，并且然后沿着从液滴的顶端至孔口的几个点测量其宽度。如果假定旋转对称，则液滴能够被表示为一系列堆叠盘片，其中每个盘片的体积为V＝πH(宽度/2)2，其中H为沿旋转轴的多个点之间的距离。液滴的体积为所有盘片的体积的总和。为了获得良好的液滴体积精度，重要的是获得对液滴宽度的良好估算。然后能够通过例如借助快速连续地收集和处理一系列图像，诸如一系列视频图像，而测量液滴体积的时间变化率，来更精确地确定流体的流量。成像过程的复杂性在于下列事实，即输液管的下垂液滴被包围在将测量小滴宽度的方向中引入错误光学畸变量的大致圆柱形滴注室内。进一步复杂问题在于，飞溅和冷凝能够引起流体小滴在滴注室的内表面上形成，这能够阻碍或者部分地阻碍液滴的边缘被成像。最后，
由于制造、装配甚至是使用过程，成像组件必须能够容忍下垂液滴的轴和透镜之间的距离变化，而不引起液滴的计算体积的可观变化。
技术实现思路
因而，指定了一种光学快速的、校正与物体的轴同轴的套管引起的光学畸变，并且在物体空间内远心的光学成像组件。本组件采用圆柱形或者非圆柱形以及球面或者非球面透镜元件的组合来校正光学畸变和其它像差。另外，本公开涉及一种与输液管一起使用，并且更特别地用于对输液管内的下垂液滴成像的光学成像组件。本光学成像组件校正输液管引起的光学畸变，并且是光学快速的，以便残留在输液管壁上的小滴和其它假象偏离焦距且不被成像系统成像，并且是远心的，以便物体的放大倍率基本独立于物体和第一透镜元件之间的距离。根据本文所示的方面，提供一种光学成像组件，包括：连接物体平面和图像平面的光学轴；在物体平面内并且垂直于光学轴的物体轴；具有基本平面的输入表面和非圆柱形输出表面的第一光学元件，其中非圆柱的轴与光学轴相交并且平行于物体轴；具有基本平面的输入表面和非圆柱形输出表面的第二光学元件，其中非圆柱的轴与光学轴相交并且平行于物体轴，并且第二光学元件的非圆柱形输出表面与第一光学元件的非圆柱形输出表面间隔隔开；具有输入和输出表面的第三光学元件，输入和输出表面具有旋转对称性并且中心位于光学轴上；孔径光阑；和具有输入和输出表面的第四光学元件，输入和输出表面具有旋转对称性并且中心位于光学轴上。更特别地，提供一种光学成像组件，包括光学轴，具有物体轴，具有包围物体轴的透光套管，该光学成像组件在物体空间内远心，具有至少三个折射透镜元件，在其中的两个透镜元件中，至少一个所述元件包括具有圆柱形和非圆柱形方案(prescription)中的至少一个的表面，该光学成像组件具有图像平面，其中被成像的物体位于套管内。在一个实施例中，一种组件包括以使得所产生的光学成像组件能够矫正大光学畸变量的方式布置的四个透镜元件，该组件在物体空间内远心，并且具有1.5或者更小的f数。透镜元件中的两个具有非球面方案(prescription)，并且另两个透镜元件具有非圆柱形表面，其中两个非圆柱表面彼此分离。光学成像组件非常适合在其中流体以包围在滴注室内的一系列小滴流动的液体流量计中使用。在另一实施例中，成像组件被配置成用于从位于透光套管内的物体产生的图像去除光学畸变。该组件包括结合第二光学元件起作用的第一光学元件；两个光学元件都具有一起从图像去除光学畸变的圆柱形和/或非圆柱形表面。附图说明现在将在下文结合附图的详细说明中更充分地描述本光学成像组件的特性和操作模式，其中：图1是本光学成像组件的示意性顶视图；图2是本光学成像组件的示意性侧视图；图3是本光学成像组件的物体、物体周围的套管以及物镜元件的轴测图；图4是示出源自物体平面中的视场边缘处的扇形光线如何穿过光学成像组件到达图像平面的顶视光线轨迹图；图5是其中光学成像组件不是光学快速的情况下，具有内表面小滴的套管内的下垂液滴的代表性图像；图6是其中光学成像组件光学快速的情况下，具有内表面小滴的套管内的下垂液滴的代表性图像；图7A、7B和7C是通过Zemax透镜设计程序产生的本光学成像组件的实施例的方案；图8A和8B是来自Zemax透镜设计程序的，示出在绕物体设置圆柱形套管的情况下，分别平行于物体轴并且垂直于物体轴的方向中的光学成像组件的光学畸变量的视图；图9是来自Zemax透镜设计程序的，示出本光学成像组件产生的图像的大小和形状的点列图，其中在绕物体设置套管的情况下，物体由六个视场位置处的δ函数组成；以及图10是示出如何在流量测量系统中使用本光学成像组件的方框图。具体实施方式首先，应明白，不同视图上的相同标识符识别本公开的相同或者功能类似的元件。此外，应理解，本公开不限于所述的特殊方法、材料和变型，并且这些方法、材料和变型中的任何一种当然都可以变化。也应理解，本文使用的术语仅是为了描述特殊方面，并且无意限制仅由附加权利要求限定的本公开的范围。除非另外限定，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有与本公开所属领域的技术人员所公知的相同意义。虽然能够在本公开的实践或者测试中使用与本文所述的那些类似或者等效的任何方法、装置或者材料，但是现在描述示例方法、装置和材料。图1是光学成像组件100的示意性顶视图，该光学成像组件100包括光学轴102、具有输入表面134和输出表面136的第一透镜元件112、具有输入表面138和输出表面140的第二透镜元件114、具有输入表面142和输出表面144的第三透镜元件116、孔径光阑118，以及具有输入表面146和输出表面148的第四透镜元件120。物体表面104垂直于光学轴102，并且包括被成像的物体——诸如图3中所示的下垂液滴152——的至少一部分。物体空间101也包括具有旋转轴108的套管110，旋转轴108与旋转对称物体，诸如图3中所示的下垂液滴152基本重合。套管110优选地基本为圆柱形，预期为具有约0.5至5.0°的斜率的稍微锥形以有利于成型过程，并且具有内表面130和外表面132。
光学成像组件100产生的图像位于图像平面106内。图1中也示出轴的要素，其中Z轴用作光学轴102，Y轴在图平面中垂直于Z轴，并且X轴垂直于Z轴且垂直于图平面。物体平面104在X-Y平面中处于Z＝0处。将参考图1、2和3更充分地描述上文所列的每个组件。第一透镜元件112是具有基本平面的输入表面134和圆柱或者非圆柱输出表面136的折射光学元件。平面表面的生产比非平面表面更廉价，并且只要可能就应使用，以降低光学成像组件100的制造成本。此外，使输入表面134为平面有利于在光学成像组件100前部布置和替换套管110，所以能够视需要地在光学成像组件100的前部安装不同的物体。圆柱或者非圆柱的输出表面136在Y轴方向中具有光焦度(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学成像组件，所述光学成像组件包括：光学轴；物体轴；透光套管，所述透光套管包围所述物体轴，所述光学成像组件在物体空间内远心，具有至少三个折射透镜元件，所述元件中的至少一个包括具有圆柱和非圆柱方案中的至少一个的表面，所述光学成像组件具有图像平面，其中，被成像的所述物体位于所述套管内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.31 US 14/169,6331.一种光学成像组件，所述光学成像组件包括：光学轴；物体轴；透光套管，所述透光套管包围所述物体轴，所述光学成像组件在物体空间内远心，具有至少三个折射透镜元件，所述元件中的至少一个包括具有圆柱和非圆柱方案中的至少一个的表面，所述光学成像组件具有图像平面，其中，被成像的所述物体位于所述套管内。2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述圆柱和非圆柱方案中的至少一个之间的距离大于1.0mm。3.根据权利要求1所述的组件，其中，第一透镜元件的输入表面为平面的。4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述折射透镜元件中的至少一个包括具有径向对称性的表面。5.根据权利要求4所述的组件，其中，具有径向对称性的所述表面为球面表面。6.根据权利要求4所述的组件，其中，具有径向对称性的所述表面为非球面表面。7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述折射透镜元件中的至少一个由聚合物材料制成。8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述折射透镜元件中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·F·芒罗，
申请(专利权)人：巴克斯特国际公司，巴克斯特医疗保健股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US