光场耳镜的光学设计制造技术

公开了光场耳镜的设计。光场耳镜的实例包含物镜组、中继光学器件以及全光传感器(例如，显微透镜阵列和传感器阵列)。物镜组成像人耳内部且由光瞳面和图像平面描述。中继光学器件位于物镜组和全光传感器之间。其中继图像平面到显微透镜阵列以及中继光瞳面到传感器阵列。

Optical design of light field otoscopes

Open the light field otoscopes design. Light field otoscopes examples including an objective lens group, relay optical devices and optical sensors (e.g., micro lens array and a sensor array). The objective lens is composed of the human ear and is described by the pupil surface and the image plane. The relay optical device is located between the objective lens group and the all-optical sensor. Among them, following the image plane to the micro lens array and the relay pupil surface to the sensor array.

【技术实现步骤摘要】
光领域耳镜的光学设计
本专利技术广泛涉及光场耳镜。
技术介绍
耳镜是用于观测和诊断中耳内疾病的光学成像装置。临床医生使用鼓膜(TM)的诸如颜色、透明度、三维(3D)形状的成像特征来诊断。传统耳镜严重地限制视场(FOV)和TM的放大率(magnification)。这为使用者创造了单眼通道视觉，所述单眼通道视觉减少了评估形状和颜色微小差别的能力。新型数字耳镜可以提供高分辨率的大型FOV图像，但是它们当前成像传感器不提供3D形状或颜色的定量测量。与传统成像传感器相比，光场成像传感器使用显微透镜阵列来记录完整的四维(4D)光线空间。光场数据可以被用来重建场景的多种视角，每个视角具有不同的透视。这些视角可以随后进一步的对重建3D形状进行后置处理。然而，3D重建的准确性依靠光学系统的多个参数，诸如数值孔径(NA)、放大率、像素间距、以及显微透镜间距。用于当前耳镜内的光学器件(optic)和耳镜具有导致低准确性光场3D重建的参数。光场成像传感器同样可以使能称为“多谱线成像”的模式。光谱图像能通过放置光学过滤器到孔径平面内被编码到重建视角中。耳镜和耳镜内的当前光学器件包含非常小和/或难以达到的孔径，这令光谱过滤器的插入变得不切实际。因此，需要为3D设计新类型的光学系统以及耳镜检查中的光谱测量。
技术实现思路
本专利技术通过提供光场耳镜的多种光学设计克服了之前领域的限制。实例光场耳镜包含物镜组、中继光学器件和全光传感器(例如，显微透镜阵列和传感器阵列)。物镜组成像人耳内部且特征在于光瞳面和图像平面。中继光学器件位于物镜组和全光传感器之间。其中继图像平面到显微透镜阵列和中继光瞳面到传感器阵列。其它方面包含物镜组的多种设计。在一个设计中，耳镜对象由三个透镜元件组成，光瞳面位于对象的物体侧上以及图像平面位于对象的图像侧上。在另一设计中，对象由第二正透镜组跟随的负透镜组组成，光瞳面位于两个透镜组之间。在另一方面，中继光学器件包含两个中继透镜组。第一中继透镜组中继光瞳面到中间光瞳面,所述中间光瞳面然后被第二中继透镜组中继到传感器阵列。两个中继透镜组一起同样中继图像平面到显微透镜阵列。可选择的，过滤器模块可被插入在中间光瞳面，举例来说，用于执行光谱成像。多种设计优选的具有更大的物体-空间数值孔径，更大且可达到的孔径平面，以及可能的同样更大的放大率。其它方面包含组成部件、装置、系统、改进、方法、过程、应用、计算机可读媒质以及其它涉及以上任意的技术。附图说明本专利技术实施例具有其它优点和特征，当结合附图时，其将从以下详细的描述和所附权利要求中更显而易见的得到，其中：图1A-1B(之前领域)图示了全光成像系统实例。图2根据实施例图示了全光数字耳镜系统。图3根据实施例图示了使用光场耳镜成像患者耳膜。图4A-4B是根据实施例图示了光场耳镜的光学设计的光线轨迹。图4C-4D是图示图4A-4B设计的光力学设计的截面视图。图5A是根据实施例图示全光耳镜的物镜的光学设计实例的光线轨迹。图5B是基于图5A耳镜设计的光斑(spot)图。图5C是示出图5A-5B的光场耳镜虚光(vignetting)的曲线图。图形描绘了仅用于说明目的的多种实施例。本领域技术人员容易的从以下讨论联想到构造的可替换实施例以及由此所说明的方法可被不偏离由此描述的原理所采用。具体实施方式附图和以下关于优选实施例的描述仅用于说明。如本领域技术人员将认识到的，在此描述的结构和方法的可替换实施例可容易地被认识为可被采用的各种替换方式，而全部不脱离本专利技术的精神或范围。图1A-1B(现有技术)是图示光场实例或全光成像系统的图。全光成像系统110包含初级成像子系统112(由图1A中单透镜表示)，次级成像阵列114(图像形成元件115的阵列)以及传感器阵列180。次级成像阵列114可被认为是显微成像阵列。这些形成两个重叠成像子系统，如图1A中成像子系统1和成像子系统2所示。为了方便，图1A中的光学成像组112被描绘为单物镜，但应该被理解为它可以包含多个元件。物体150位于物体平面O。物镜112在图像平面I形成物体150的光学图像155。显微成像阵列114位于图像平面I。在其整体内的系统在传感器阵列180形成空间多路复用和交叉存取的光学图像170，其位于光瞳面P的结合处P’。为了方便，图像170将被认为是全光图像。显微成像阵列114的实例包含显微透镜阵列、针孔阵列、微镜阵列、棋盘图格以及波导/通道阵列。显微成像阵列114可以是长方形阵列，六边形阵列或者其它类型阵列。传感器阵列180同样在图1A中所示。为了方便，图像、孔径以及它们的光学结合的位置将会被认为是平面的(例如，图像平面，光瞳面)，但应该被理解为表面不必是完美的平面。可选择的，过滤器模块125位于光瞳面P(或者其结合之一)。实际物理位置可以在光学成像组112前面、后面或者中间。过滤器模块包含一些空间多路复用过滤器单元127A-D。在本实例中，过滤器模块125包含过滤器单元127的长方形阵列，如图1A中下方部分所示。图1A的下方部分提供了更多细节。在这个图中，物体150被划分为3x3区域阵列,并被标注为1-9。过滤器模块125是个体过滤器单元127A-D的2x2长方形阵列。举例来说，每个过滤器单元127A-D可具有不同光谱响应。传感器阵列180如6x6长方形阵列所示。图1B概念上图示空间多路复用光学图像170A-D如何在传感器阵列180制造以及交叉存取。如果物体150由过滤器单元127A捕获和过滤，那么将制造光学图像155A。为了从物体的未过滤图像中区分光学图像155A，3x3区域被标上后缀A：1A-9A。类似的，由过滤器单元127B,C,D过滤的物体150，将产生对应光学图像155B，C，D于1B-9B，1C-9C和1D-9D标注的3x3区域。这些四个光学图像155A-D的每一个由过滤器模块125内的不同过滤器单元127A-D过滤但它们一起由全光成像系统110制造。四个光学图像155A-D在处在传感器平面的交叉存取样式内形成，如图1B所示。使用图像155A作为实例，光学图像155A中的3x3区域1A-9A在全光图像170内的3x3块中不相邻。当然，四个不同光学图像中的区域1A、1B、1C以及1D被安排在光学图像170左上之中的2x2样式内(为了清楚图像170的倒置被忽略)。区域2-9被相似的安排。因此，区域1A-9A使得光学图像170A在全光图像170中分散，所述光学图像170A由其它光学图像170B-D的部分分离。换句话说，如果传感器是个体传感器元件的长方形阵列，那么全部阵列可以被划分为传感器元件的长方形子阵列171(1)-(9)(图1B中仅示出1个子阵列171(1))。对于每个区域1-9，每个过滤的图像中的所有对应的区域被成像到子阵列之上。举个例子，区域1A、1B、1C以及1D全部被成像到子阵列171(1)之上。注意到由于过滤器模块125和传感器集合180位于结合平面之内，阵列114之中的每个成像元件115在传感器平面P’形成过滤器模块125的图像。由于有多个成像元件115，形成了过滤器模块125的多个图像171。全光图像170可以然后由处理模块190处理以重建物体的期望图像。处理可以去交织和去复用。其可以同样包含更复杂的图像处理。应本文档来自技高网...

【技术保护点】
光场耳镜包括：物镜组，用于成像人耳内部，所述物镜组的特征在于光瞳面和图像平面；全光传感器，包括显微透镜组和传感器阵列；且中继光学器件，位于所述物镜组和所述全光传感器之间，所述中继光学器件中继所述图像平面到所述显微透镜组以及中继所述光瞳面到所述传感器阵列。

【技术特征摘要】
2015.10.28 US 62/247,343;2016.03.07 US 15/063,3621.光场耳镜包括：物镜组，用于成像人耳内部，所述物镜组的特征在于光瞳面和图像平面；全光传感器，包括显微透镜组和传感器阵列；且中继光学器件，位于所述物镜组和所述全光传感器之间，所述中继光学器件中继所述图像平面到所述显微透镜组以及中继所述光瞳面到所述传感器阵列。2.如权利要求1所述的光场耳镜，其中所述光瞳面位于邻近所述物镜组的前端。3.如权利要求1所述的光场耳镜，其中所述光瞳面位于邻近所述物镜组的前端透镜。4.如权利要求1所述的光场耳镜，其中在所述物镜组的图像空间内的主光线为远心或近远心。5.如权利要求1所述的光场耳镜，其中所述物镜组由三个透镜元件组成。6.如权利要求1所述的光场耳镜，其中所述物镜组实质上根据以下透镜规格：7.如权利要求1所述的光场耳镜，其中所述物镜由通过所述光瞳面分离第一负透镜组和的第二正透镜组组成。8.如权利要求7所述的光场耳镜，其中所述第一负透镜组由弯月形透镜组成。9.如权利要求1所述的光场耳镜，其中所述物镜组实质上按照透镜规格：表面类型半径厚度玻璃1标准-1.510.5N-BK72标准-1.660.53标准无穷04标准3.451.37N-BK75标准-1.380.83N-SF56标准-2.8727标准10.141...

【专利技术属性】
技术研发人员：N贝达德，I托西奇，高亮，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本,JP