本發(fā)明廣泛涉及光場耳鏡。

背景技術(shù)：

耳鏡是用于觀測和診斷中耳內(nèi)疾病的光學(xué)成像裝置。臨床醫(yī)生使用鼓膜(TM)的諸如顏色、透明度、三維(3D)形狀的成像特征來診斷。傳統(tǒng)耳鏡嚴(yán)重地限制視場(FOV)和TM的放大率(magnification)。這為使用者創(chuàng)造了單眼通道視覺，所述單眼通道視覺減少了評估形狀和顏色微小差別的能力。新型數(shù)字耳鏡可以提供高分辨率的大型FOV圖像，但是它們當(dāng)前成像傳感器不提供3D形狀或顏色的定量測量。

與傳統(tǒng)成像傳感器相比，光場成像傳感器使用顯微透鏡陣列來記錄完整的四維(4D)光線空間。光場數(shù)據(jù)可以被用來重建場景的多種視角，每個視角具有不同的透視。這些視角可以隨后進(jìn)一步的對重建3D形狀進(jìn)行后置處理。然而，3D重建的準(zhǔn)確性依靠光學(xué)系統(tǒng)的多個參數(shù)，諸如數(shù)值孔徑(NA)、放大率、像素間距、以及顯微透鏡間距。用于當(dāng)前耳鏡內(nèi)的光學(xué)器件(optic)和耳鏡具有導(dǎo)致低準(zhǔn)確性光場3D重建的參數(shù)。

光場成像傳感器同樣可以使能稱為“多譜線成像”的模式。光譜圖像能通過放置光學(xué)過濾器到孔徑平面內(nèi)被編碼到重建視角中。耳鏡和耳鏡內(nèi)的當(dāng)前光學(xué)器件包含非常小和/或難以達(dá)到的孔徑，這令光譜過濾器的插入變得不切實際。

因此，需要為3D設(shè)計新類型的光學(xué)系統(tǒng)以及耳鏡檢查中的光譜測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供光場耳鏡的多種光學(xué)設(shè)計克服了之前領(lǐng)域的限制。實例光場耳鏡包含物鏡組、中繼光學(xué)器件和全光傳感器(例如，顯微透鏡陣列和傳感器陣列)。物鏡組成像人耳內(nèi)部且特征在于光瞳面和圖像平面。中繼光學(xué)器件位于物鏡組和全光傳感器之間。其中繼圖像平面到顯微透鏡陣列和中繼光瞳面到傳感器陣列。

其它方面包含物鏡組的多種設(shè)計。在一個設(shè)計中，耳鏡對象由三個透鏡元件組成，光瞳面位于對象的物體側(cè)上以及圖像平面位于對象的圖像側(cè)上。在另一設(shè)計中，對象由第二正透鏡組跟隨的負(fù)透鏡組組成，光瞳面位于兩個透鏡組之間。

在另一方面，中繼光學(xué)器件包含兩個中繼透鏡組。第一中繼透鏡組中繼光瞳面到中間光瞳面,所述中間光瞳面然后被第二中繼透鏡組中繼到傳感器陣列。兩個中繼透鏡組一起同樣中繼圖像平面到顯微透鏡陣列?？蛇x擇的，過濾器模塊可被插入在中間光瞳面，舉例來說，用于執(zhí)行光譜成像。

多種設(shè)計優(yōu)選的具有更大的物體-空間數(shù)值孔徑，更大且可達(dá)到的孔徑平面，以及可能的同樣更大的放大率。

其它方面包含組成部件、裝置、系統(tǒng)、改進(jìn)、方法、過程、應(yīng)用、計算機可讀媒質(zhì)以及其它涉及以上任意的技術(shù)。

附圖說明

本發(fā)明實施例具有其它優(yōu)點和特征，當(dāng)結(jié)合附圖時，其將從以下詳細(xì)的描述和所附權(quán)利要求中更顯而易見的得到，其中：

圖1A-1B(之前領(lǐng)域)圖示了全光成像系統(tǒng)實例。

圖2根據(jù)實施例圖示了全光數(shù)字耳鏡系統(tǒng)。

圖3根據(jù)實施例圖示了使用光場耳鏡成像患者耳膜。

圖4A-4B是根據(jù)實施例圖示了光場耳鏡的光學(xué)設(shè)計的光線軌跡。

圖4C-4D是圖示圖4A-4B設(shè)計的光力學(xué)設(shè)計的截面視圖。

圖5A是根據(jù)實施例圖示全光耳鏡的物鏡的光學(xué)設(shè)計實例的光線軌跡。

圖5B是基于圖5A耳鏡設(shè)計的光斑(spot)圖。

圖5C是示出圖5A-5B的光場耳鏡虛光(vignetting)的曲線圖。

圖形描繪了僅用于說明目的的多種實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易的從以下討論聯(lián)想到構(gòu)造的可替換實施例以及由此所說明的方法可被不偏離由此描述的原理所采用。

具體實施方式

附圖和以下關(guān)于優(yōu)選實施例的描述僅用于說明。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的，在此描述的結(jié)構(gòu)和方法的可替換實施例可容易地被認(rèn)識為可被采用的各種替換方式，而全部不脫離本發(fā)明的精神或范圍。

圖1A-1B(現(xiàn)有技術(shù))是圖示光場實例或全光成像系統(tǒng)的圖。全光成像系統(tǒng)110包含初級成像子系統(tǒng)112(由圖1A中單透鏡表示)，次級成像陣列114(圖像形成元件115的陣列)以及傳感器陣列180。次級成像陣列114可被認(rèn)為是顯微成像陣列。這些形成兩個重疊成像子系統(tǒng)，如圖1A中成像子系統(tǒng)1和成像子系統(tǒng)2所示。

為了方便，圖1A中的光學(xué)成像組112被描繪為單物鏡，但應(yīng)該被理解為它可以包含多個元件。物體150位于物體平面O。物鏡112在圖像平面I形成物體150的光學(xué)圖像155。顯微成像陣列114位于圖像平面I。在其整體內(nèi)的系統(tǒng)在傳感器陣列180形成空間多路復(fù)用和交叉存取的光學(xué)圖像170，其位于光瞳面P的結(jié)合處P’。為了方便，圖像170將被認(rèn)為是全光圖像。顯微成像陣列114的實例包含顯微透鏡陣列、針孔陣列、微鏡陣列、棋盤圖格以及波導(dǎo)/通道陣列。顯微成像陣列114可以是長方形陣列，六邊形陣列或者其它類型陣列。傳感器陣列180同樣在圖1A中所示。為了方便，圖像、孔徑以及它們的光學(xué)結(jié)合的位置將會被認(rèn)為是平面的(例如，圖像平面，光瞳面)，但應(yīng)該被理解為表面不必是完美的平面。

可選擇的，過濾器模塊125位于光瞳面P(或者其結(jié)合之一)。實際物理位置可以在光學(xué)成像組112前面、后面或者中間。過濾器模塊包含一些空間多路復(fù)用過濾器單元127A-D。在本實例中，過濾器模塊125包含過濾器單元127的長方形陣列，如圖1A中下方部分所示。

圖1A的下方部分提供了更多細(xì)節(jié)。在這個圖中，物體150被劃分為3x3區(qū)域陣列,并被標(biāo)注為1-9。過濾器模塊125是個體過濾器單元127A-D的2x2長方形陣列。舉例來說，每個過濾器單元127A-D可具有不同光譜響應(yīng)。傳感器陣列180如6x6長方形陣列所示。

圖1B概念上圖示空間多路復(fù)用光學(xué)圖像170A-D如何在傳感器陣列180制造以及交叉存取。如果物體150由過濾器單元127A捕獲和過濾，那么將制造光學(xué)圖像155A。為了從物體的未過濾圖像中區(qū)分光學(xué)圖像155A，3x3區(qū)域被標(biāo)上后綴A：1A-9A。類似的，由過濾器單元127B,C,D過濾的物體150，將產(chǎn)生對應(yīng)光學(xué)圖像155B，C，D于1B-9B，1C-9C和1D-9D標(biāo)注的3x3區(qū)域。這些四個光學(xué)圖像155A-D的每一個由過濾器模塊125內(nèi)的不同過濾器單元127A-D過濾但它們一起由全光成像系統(tǒng)110制造。

四個光學(xué)圖像155A-D在處在傳感器平面的交叉存取樣式內(nèi)形成，如圖1B所示。使用圖像155A作為實例，光學(xué)圖像155A中的3x3區(qū)域1A-9A在全光圖像170內(nèi)的3x3塊中不相鄰。當(dāng)然，四個不同光學(xué)圖像中的區(qū)域1A、1B、1C以及1D被安排在光學(xué)圖像170左上之中的2x2樣式內(nèi)(為了清楚圖像170的倒置被忽略)。區(qū)域2-9被相似的安排。因此，區(qū)域1A-9A使得光學(xué)圖像170A在全光圖像170中分散，所述光學(xué)圖像170A由其它光學(xué)圖像170B-D的部分分離。換句話說，如果傳感器是個體傳感器元件的長方形陣列，那么全部陣列可以被劃分為傳感器元件的長方形子陣列171(1)-(9)(圖1B中僅示出1個子陣列171(1))。對于每個區(qū)域1-9，每個過濾的圖像中的所有對應(yīng)的區(qū)域被成像到子陣列之上。舉個例子，區(qū)域1A、1B、1C以及1D全部被成像到子陣列171(1)之上。注意到由于過濾器模塊125和傳感器集合180位于結(jié)合平面之內(nèi)，陣列114之中的每個成像元件115在傳感器平面P’形成過濾器模塊125的圖像。由于有多個成像元件115，形成了過濾器模塊125的多個圖像171。

全光圖像170可以然后由處理模塊190處理以重建物體的期望圖像。處理可以去交織和去復(fù)用。其可以同樣包含更復(fù)雜的圖像處理。

應(yīng)當(dāng)注意到圖1已經(jīng)被簡化來圖示基本概念。舉個例子，物體150被人工的劃分為陣列為了更容易解釋全部成像功能的陣列。本發(fā)明并不局限于陣列化的物體。作為另一實例，大多數(shù)實際的系統(tǒng)將使用顯著的更大的陣列，特別是在傳感器集合和可能同樣在過濾器模塊。除此之外，并不需要是處在傳感器平面的6x6區(qū)域和傳感器陣列之中的基本傳感器元件之間的1:1關(guān)系。舉個例子，每個區(qū)域可以對應(yīng)多個傳感器元件。作為最后實例，物體之中標(biāo)注1的區(qū)域、過濾的圖像155A之中標(biāo)注1A的區(qū)域以及全光圖像170之中標(biāo)注1A的區(qū)域不必是彼此的準(zhǔn)確圖像。在一些設(shè)計內(nèi)，全光圖像170內(nèi)的區(qū)域1A可近似的從物體150之中的區(qū)域1捕獲過濾的能量，但其實際上可以不是區(qū)域1的圖像。因此，由全光圖像170的區(qū)域1A之中的傳感器元件收集的能量可集成和采樣物體150之中區(qū)域1內(nèi)的圖像(或者一些圖像的轉(zhuǎn)換)，而不是表示處在那個區(qū)域的物體的幾何再現(xiàn)。除此之外，諸如視差、虛光、色散以及光傳播等作用可影響任意圖像構(gòu)成。

全光成像系統(tǒng)的特征可以被有利的用于耳鏡以成像耳朵內(nèi)部。圖2是全光數(shù)字耳鏡系統(tǒng)的框圖。系統(tǒng)包含耳鏡對象210，成像光學(xué)器件(中繼光學(xué)器件)220，全光傳感器230以及圖像處理器280。耳鏡對象210可以是用于傳統(tǒng)耳鏡的成像對象。成像光學(xué)器件220與耳鏡對象210共同工作以形成處在中間圖像平面的耳鏡儀器內(nèi)的傳統(tǒng)圖像。全光傳感器230捕獲圖像，而不是傳統(tǒng)傳感器陣列捕獲圖像。全光傳感器230是其前部安裝了顯微成像陣列(例如，顯微透鏡陣列或者針孔陣列)的傳感器陣列。顯微成像陣列位于中間圖像平面以及傳感器陣列位于光瞳面的結(jié)合處。除此之外，過濾器模塊(圖2中沒有示出)可以被插入在光學(xué)組件(或者在其結(jié)合物之一)的光瞳面以允許光譜或者其它光過濾。由全光傳感器230提取的數(shù)字信息被發(fā)送到計算模塊280從而進(jìn)行全光數(shù)據(jù)的圖像處理。在這種方式下，三維(3D)形狀、透明度和/或顏色信息可以被捕獲和提取。

舉個例子，全光耳鏡可在深度成像模式中操作。在深度成像模式中，由傳感器陣列捕獲的全光圖像被處理以提供耳朵內(nèi)部的三維深度圖像?？商娲幕蝾~外的，全光耳鏡可在光譜成像模式中操作。在光譜成像模式中，由傳感器陣列捕獲的全光數(shù)據(jù)被處理以提供兩個或更多耳朵內(nèi)部的不同光譜圖像。視差或深度圖可以同樣被確定。全光耳鏡可在深度成像模式和光譜成像模式之間轉(zhuǎn)換或者兩個模式一起運行。

另一方面涉及使用由全光耳鏡捕獲的數(shù)據(jù)以幫助進(jìn)行醫(yī)療診斷。舉個例子，全光數(shù)據(jù)可以被處理以制造耳朵內(nèi)部的增強圖像?；谠鰪妶D像的數(shù)據(jù)可以然后被用于幫助人進(jìn)行醫(yī)療診斷。這個診斷的數(shù)據(jù)可以是增強圖像本身或者其可包含進(jìn)一步的增強圖像的處理。

鼓膜的增強圖像是很好的實例。全光耳鏡可以一起捕獲關(guān)于鼓膜的深度和光譜信息。鼓膜的深度圖可以制造關(guān)于其形狀的信息－不論其是膨脹或者收縮，以及估計的曲度的信息。光譜信息可以包含琥珀色或黃色圖像，其尤其對診斷鼓膜的狀態(tài)有用。

舉個例子，表格1列舉了區(qū)分急性中耳炎(AOM)、滲出性中耳炎(OME)、以及無滲出性中耳炎的狀態(tài)的特征。從表1可以看到，耳朵的三個狀態(tài)不同且它們可以基于以下一個或多個特征區(qū)分彼此：顏色、位置(例如,3D形狀)，以及透明度。為了對耳朵狀態(tài)做出正確診斷，耳鏡檢查的圖像期望捕獲耳朵內(nèi)部關(guān)于顏色、3D形狀以及透明度的準(zhǔn)確信息(例如,耳道內(nèi)的鼓膜)。這些信息可以全部一起被全光耳鏡捕獲。

表1.關(guān)于TM圖像臨床診斷種類的耳鏡檢查結(jié)果

全光數(shù)據(jù)同樣包含相同圖像的多種視角。這允許使用者對圖像中的不同深度重新對焦且從不同角度觀察相同圖像。舉個例子，封閉物體的作用可由多視圖的利用而減弱。這可以通過重新對焦而實現(xiàn)?？纱娴?，其可以通過將光場(多種視圖)分割成深度層次而實現(xiàn)。

圖3圖示使用全光耳鏡300以成像患者的耳膜350。在本例中，耳鏡300被手執(zhí)且包含主體和手柄。主體為光學(xué)器件312和全光傳感器330提供位置。手柄包含耳鏡300的照明器360。參考圖2，光學(xué)器件312包含耳鏡對象210和中繼光學(xué)器件220。一次性窺鏡305依附在耳鏡末端。在本例中全光傳感器330的輸出端被傳送到分開的計算機系統(tǒng)380，其處理捕獲的全光圖像以及顯示期望結(jié)果。

光場耳鏡的光學(xué)設(shè)計的一般對象典型的包含最大化視場(FOV)、景深(DOF)、深度準(zhǔn)確度、圖像分辨率以及光譜分辨率，相反最小化透鏡直徑、透鏡數(shù)量、傳感器尺寸以及偏離度。這些對象的許多已經(jīng)完成。舉個例子，增加DOF將減少深度準(zhǔn)確度；增加圖像分辨率需要更大的傳感器或者減少深度準(zhǔn)確度兩者之一；減少透鏡直徑或者透鏡數(shù)量將典型的增加偏離度。鑒于這些權(quán)衡，以下描述了光場耳鏡的一些設(shè)計選擇。

解剖參數(shù)。光場耳鏡成像鼓膜(TM)，其具有7-10mm的直徑。實際中，臨床醫(yī)生應(yīng)該看見TM周圍的一些區(qū)域以指導(dǎo)圖像獲取，產(chǎn)生10-20mm典型直徑的更大FOV。從耳窺鏡前端到TM的特定醫(yī)學(xué)工作距離是15-25mm。為了成像兒童耳窺鏡末端直徑典型的應(yīng)該最多為3mm以及為了成像成人直徑典型的應(yīng)該最多為5mm；在這兩種情況下窺鏡可以是在大約不大于8度的角度具有相鄰的可增加直徑的錐形。這些解剖參數(shù)影響FOV、醫(yī)學(xué)工作距離、第一透鏡直徑以及隨后透鏡的間隔/直徑。

物體-空間NA。深度精確度依靠物體-空間數(shù)值孔徑(NA)、放大率、顯微透鏡尺寸、像素尺寸以及后置處理算法的性能。在光場相機中，主透鏡的物體-空間NA確定重建多元視圖圖像之間的視差角度。更大的視差提供多元視圖圖像中的更大像素差異，其產(chǎn)生更精確的深度圖。給出薄透鏡的物體-空間NA:

NA＝nsinθ≈nD/2f (1)

其中空氣中折射率n＝1，D是透鏡直徑，且f是透鏡焦距。對于成像中耳，第一透鏡表面的最大直徑更可取的應(yīng)該小于窺鏡直徑(例如，3mm)以允許照明光學(xué)器件的空間。通過將光闌位于第一透鏡表面可以最大化物體-空間NA。光闌直徑可以與第一透鏡直徑相等，其產(chǎn)生最大物體-空間NA，但制造了偏心軸虛光。增加的物體-空間NA同樣造成DOF減少，其可使獲取TM在焦點的圖像變得困難。實際中，物體-空間NA更可取的應(yīng)該被選擇來平衡深度精確度和用戶友好DOF。

放大率、顯微透鏡間距、像素間距。主透鏡的放大率確定傳感器尺寸，以及圖像-空間NA。大放大率需要求更大的傳感器，更大的相鄰?fù)哥R以及典型的更長的光學(xué)組件，導(dǎo)致更龐大的裝置。然而，大放大率同樣產(chǎn)生更小的圖像-空間NA。在光場照相機，主透鏡的圖像-空間NA更可取的應(yīng)該匹配顯微透鏡NA。同樣，顯微透鏡NA確定衍射極限光斑尺寸，其更可取的應(yīng)該匹配傳感器上的大約兩個像素直徑。最后，顯微透鏡的全部數(shù)量確定每個多元視圖中的空間采樣數(shù)量，以及每個顯微透鏡后面的像素數(shù)量確定多元視圖圖像的數(shù)量。因此，放大率，顯微透鏡間距以及像素間距應(yīng)該優(yōu)化空間分辨率、深度準(zhǔn)確度以及整個系統(tǒng)尺寸。

偏離度：場曲度和失真。使用額外透鏡元件、非球面表面和或特定的光學(xué)材料典型的校正透鏡系統(tǒng)中的偏離度。相反，光場相機使用可計算的成像以重建圖像，所以一些諸如側(cè)向失真以及場曲度的偏離度可以被數(shù)字的校正。減少光學(xué)偏離度的限度可以簡單化最終透鏡集合，得到更緊湊的整個設(shè)計。

合成孔徑。在光場照相機中，可以從主透鏡孔徑的不同位置或直徑重建圖像。舉個例子，可以從全孔徑重建圖像，其導(dǎo)致最小的DOF；或者可以從對應(yīng)于一個縮小像素的孔徑的一部分重建圖像，其導(dǎo)致最大DOF。在光場耳鏡中，每個多元視圖圖像對應(yīng)于從一個縮小像素的孔徑穿過之中的圖像。當(dāng)設(shè)計主透鏡時，偏離度可以分析每個(小孔徑)多元視圖圖像而不是全孔徑。特別的，每個多元視圖圖像的虛光與全孔徑的虛光相比具有不同的性能。最優(yōu)的設(shè)計更可取的考慮了不同孔徑尺寸和位置的偏離度。

實例光學(xué)設(shè)計1

圖4A-4D圖示了光場耳鏡的實例設(shè)計。圖4A示出了整體光學(xué)組件。本設(shè)計包含三個透鏡組：物鏡組410以及兩個中繼透鏡組420A，420B。圖4B是對象410的光線軌跡。物鏡組410包含朝向物鏡組前端的光瞳面P1，從而在最大化物體-空間NA和FOV的一起減少虛光。本實例中，光瞳面P1與物鏡組410的前端透鏡的前端鄰近。圖像形成在物鏡后端的成像平面I1。圖像-空間中的主要光線鄰近遠(yuǎn)心，創(chuàng)造了由隨后中繼透鏡組420A重新成像的遠(yuǎn)端出口瞳孔。工作距離15-25mm由耳道的解剖參數(shù)確定。FOV的10-20mm額定工作距離被選擇以成像TM以及周圍的耳道。由耳道的直徑限制透鏡組的整個尺寸。在一個實施例中，物鏡組具有三個焦距為9、9和10mm的成對透鏡元件412、415、416。三個透鏡具有遞增的直徑2、3和4mm。物體-空間NA為0.06且近軸放大率為-0.3。遠(yuǎn)端同樣包含藍(lán)寶石視窗411為了透鏡元件的保護(hù)。整體物鏡組包含在耳窺鏡遠(yuǎn)端的內(nèi)部。

第一中繼透鏡組420A被用于重新成像以及放大瞳孔。孔徑光闌425(具有可移動孔徑)位于重新成像光瞳面P2。第二中繼透鏡組420B在I2形成顯微透鏡組上面物體的圖像，其為圖像平面I1的結(jié)合。中繼透鏡組420B位于距離孔徑光闌位置P2一個焦距和距離成像平面I2一個焦距之間的位置，這樣光線為圖像-空間遠(yuǎn)心。

中繼透鏡的焦距由系統(tǒng)內(nèi)的期望放大率確定。在光場相機中，物體圖像的期望尺寸匹配圖像傳感器，然而瞳孔圖像的期望尺寸匹配顯微透鏡。在一個方法中，主透鏡的f-數(shù)量(或者圖像-空間NA)應(yīng)匹配顯微透鏡的f-數(shù)量。

給出位于光瞳面結(jié)合處P2的孔徑光闌425的D_P2尺寸：

D_P2≈D_P1*F_{Relay_Lens1}/F_{objective_Lens} (2)

其中D_P1為物鏡組中的瞳孔直徑以及F_{Relay_Lens1}為第一中繼透鏡組420A的焦距。給定耳道的解剖參數(shù)，D_P1應(yīng)<＝2mm直徑。給出由在圖像傳感器480(在光瞳面結(jié)合處P3)上的顯微透鏡414形成的瞳孔圖像D_P3尺寸:

D_P3≈D_P2*F_Microlens/F_{Relay_Lens2} (3)

其中F_Microlens為顯微透鏡414的焦距以及F_{Relay_lens2}為第二中繼透鏡組420B的焦距。

給出中繼到在圖像平面結(jié)合處I2的顯微透鏡陣列414上的圖像D_I2尺寸：

D_I2≈FOV*M*F_{Relay_Lens2}/F_{Relay_Lens1} (4)

其中FOV為物鏡組410的FOV以及M為物鏡組的放大率。

在光場耳鏡的一個實施例中，1-英寸制式圖像傳感器包含使用50微米間距顯微透鏡陣列的3.69微米像素。因此，f＝12mm被選擇于第一中繼透鏡420A，f＝35mm被選擇于第二中繼透鏡420B以及f＝0.37mm被選擇于顯微透鏡陣列414(對應(yīng)于f-數(shù)量＝7.25)。下方表2給出了透鏡規(guī)格，其中兩個中繼透鏡組420A、420B作為近軸透鏡模型。

表2:透鏡規(guī)格

如下為本設(shè)計的第一順序透鏡參數(shù)：

圖4C-4D為圖示了本光場耳鏡光機設(shè)計的截面視圖。圖4C從對象410到全光傳感器430示出了整體主體。圖4D是主要示出了物鏡組410的放大圖。物鏡組410包含在具有用來安裝每個透鏡元件的腔的錐形內(nèi)殼472的末端的內(nèi)部。照明纖維474被放射狀的滴塑在內(nèi)殼472表面的周圍。用于保護(hù)的第二錐形外殼476位于照明纖維474上面。可移動窺鏡405可以位于外殼476的上面。

第一中繼透鏡組420A同樣位于內(nèi)殼472內(nèi)部。內(nèi)殼安裝透鏡管，其包含可移動孔徑425以及第二中繼透鏡組420B。過濾器模塊可以位于可移動孔徑425。透鏡管被安裝到具有集成顯微透鏡陣列的相機機身。透鏡管包含在保護(hù)殼內(nèi)且同樣連接到手柄。手柄包含耦合到照明纖維、電池以及電子設(shè)備的照明源460。

實例光學(xué)設(shè)計2

圖5A-5B圖示光場耳鏡的物鏡組的另一設(shè)計。其余設(shè)計基于如圖4A-4D中所示的相同原則。圖5A為穿過物鏡組510的光線軌跡。本設(shè)計由兩個透鏡組組成，其被物理孔徑分離。第一負(fù)透鏡組512為彎月形透鏡，其校準(zhǔn)入射光線進(jìn)入瞳孔P1。物鏡組510包含指向物鏡組前端的光瞳面P1，從而最大化物體-空間NA以及FOV的一起減少虛光。本實例中，光瞳面P1與物鏡組510的前透鏡的后部鄰近。第二正透鏡組516由兩個消色差雙合透鏡組成，其彎曲光線且在中間平面I1形成圖像。如圖4的設(shè)計中所示，得到的中間圖像然后由兩個中繼透鏡組被中繼到全光傳感器，所述中繼透鏡組沒有在圖5中示出。整體光組件的光學(xué)規(guī)格在表3中示出。兩個中繼透鏡組作為近軸光學(xué)器件模型。設(shè)計同樣包含藍(lán)寶石視窗511。

表3:透鏡規(guī)格

如下為本設(shè)計的第一順序透鏡參數(shù)：

圖5B示出設(shè)計的光斑圖(不包括顯微透鏡陣列)

圖5C示出不同物體距離的本設(shè)計的虛光圖。每個曲線畫出了非虛光光線在瞳孔邊緣(y＝2.4mm)穿過針孔孔徑(0.1mm半徑)的成分。每個曲線對應(yīng)于不同物體位置。最左邊曲線593(最虛光)對應(yīng)于比額定聚焦位置離全光耳鏡更近6mm的物體。從左到右，曲線594對應(yīng)于比額定聚焦近3mm，曲線595對應(yīng)于在額定聚焦，曲線596對應(yīng)于比額定聚焦遠(yuǎn)3mm。對于比額定聚焦遠(yuǎn)6mm的物體，沒有示出虛光穿過場。本設(shè)計具有良好的虛光特征。

雖然詳細(xì)的描述包含許多細(xì)節(jié)，但是這些不應(yīng)該被理解為限制本發(fā)明的范圍而僅僅作為圖示本發(fā)明的不同實例以及方面。應(yīng)該被意識到本發(fā)明的保護(hù)范圍包含其它沒有在上述詳盡討論的實施例。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的各種其它修改、更改以及變化可在本發(fā)明公開的方法和裝置的安排、操作以及細(xì)節(jié)中作出且不背離如所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。舉個例子，如表1所給出的特定透鏡規(guī)格僅僅是一個實例。即使在那個實例中，透鏡表面參數(shù)和厚度可以被進(jìn)一步的優(yōu)化以減少諸如失真和虛光的偏離度。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求以及它們的合法等同物來確定。