ES2260516T3

ES2260516T3 - Cabeza optica de enfoque miniaturizada, en particular para endoscopio.

Info

Publication number: ES2260516T3
Application number: ES02801158T
Authority: ES
Inventors: Frederic Berier; Stephane Bourriaux; Magalie Genet; Bertrand Viellerobe; Alexandre Loiseau; Benjamin Abrat
Original assignee: Mauna Kea Technologies SA
Current assignee: Mauna Kea Technologies SA
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: CA2471724C; IL162705A0; ATE320614T1; DE60209942T2; JP5086515B2; BR0215370A; US20050157981A1; WO2003056379A1; CN1620624A; EP1468321A1; CA2471724A1; AU2002364861A1; FR2834348A1; CN1302308C; IL162705A; DE60209942D1; JP2005512747A; PT1468321E; US7221824B2; FR2834348B1

Abstract

Cabeza óptica miniaturizada prevista para equipar el extremo distante de un haz de fibras ópticas flexibles (2), estando dicha cabeza óptica destinada a entrar en contacto con una superficie de análisis y comprendiendo unos medios ópticos (3) para enfocar una señal de excitación que sale de dicho haz de fibras en un punto focal llamado de excitación situado a una profundidad dada bajo la superficie de análisis y para extraer una señal retroemitida por el punto focal de excitación que es conducida de retorno por dicho haz de fibras, caracterizada porque comprende un tubo portaóptica (4) de sección circular en el seno del cual son introducidos por un lado la parte terminal distante (1) del haz de fibras (2) y por el otro los medios ópticos, comprendiendo estos últimos una lámina (21) dispuesta en contacto con el extremo (14) del haz de fibras cuyo índice es próximo al del núcleo de las fibras y un bloque óptico de enfoque (3), estando una claraboya de salida (30) además destinada a entrar encontacto con la superficie de análisis y adaptada para realizar una adaptación de índice de manera que se libere de la reflexión parásita que se produce sobre la superficie de análisis.

Description

Cabeza óptica de enfoque miniaturizada, en particular para endoscopio.

La presente invención se refiere a una cabeza óptica miniaturizada prevista para equipar un extremo distante de un haz de fibras ópticas flexibles, estando dicha cabeza destinada a ser puesta en contacto con una superficie de análisis y adaptada para enfocar una señal de excitación conducida por dicho haz de fibras en un punto focal de excitación que puede estar situado a diferentes profundidades con respecto a la superficie de contacto de la cabeza. La cabeza óptica está también adaptada para extraer una señal retroemitida que proviene del punto focal de excitación subsuperficial para que sea conducida por el haz de fibras en particular hacia unos medios de detección y unos medios de análisis y de tratamientos numéricos de señal.

Los campos de aplicación interesados son los dispositivos de análisis subsuperficial con carácter confocal, pudiendo las señales conducidas ser en particular del campo de la formación de imágenes y/o de la espectroscopia según la o las fuentes de excitación y los medios de detección utilizados. El carácter confocal resulta de la utilización de la o de las mismas fibras para conducir la señal de excitación y la señal retroemitida. Puede tratarse de análisis biológicos in situ, en el hombre o en el animal, externos por ejemplo del campo de la dermatología, o internos y accesibles con la ayuda de un canal operador de endoscopia en el cual se puede introducir el haz de fibras ópticas y la cabeza óptica. Puede tratarse también de análisis celulares realizados ex vivo sobre unas extracciones. Además también, la cabeza óptica puede ser utilizada para el análisis de un dispositivo manufacturado.

Actualmente están previstos los campos médicos de la gastroenterología, la neumología, la ginecología, la urología, el ORL, la dermatología, la oftalmología, la cardiología y la neurología.

La ampliación de la cabeza óptica según la presente invención puede ser unitaria o no. Son los medios de análisis y de tratamiento de señal previstos del lado del extremo próximo del haz de fibras ópticas que permiten restituir una imagen o un gráfico interpretable por un usuario.

Los objetivos buscados para la cabeza óptica son en particular los siguientes:

-: presentar un volumen mínimo para en especial poder ser insertada en el canal operador de un endoscopio que en general posee un diámetro comprendido entre 2 y 4 mm y un radio de curvatura dado;

-: proporcionar una señal retroemitida de buena calidad en la cual las aberraciones estén minimizadas;

-: minimizar las reflexiones parásitas a la salida distante del haz de fibras;

-: proporcionar una resolución espacial del punto focal de excitación de 4 \mum, incluso inferior en el caso de una ampliación no unitaria, que permita el análisis y/o la observación de un tejido a una escala celular;

-: poder ser puesta en contacto con la superficie de análisis a fin de evitar los problemas ligados con los desplazamientos intempestivos; y

-: permitir un punto enfocado en una plano de corte XY situado a una profundidad dada de la superficie de análisis.

Una miniaturización de la cabeza óptica es también ventajosa para aumentar la precisión de su posicionado y también para minimizar la inercia mecánica en unas aplicaciones automatizadas, por ejemplo en extensión de brazo de robot o de telemanipulador.

Se conoce por el documento WO 00/16151, un aparato de observación que comprende una cabeza óptica de enfoque en el extremo distante de un canal flexible de fibras ópticas que comprende, a la salida del canal, sucesivamente tres lentes: un objetivo, de microscopio x 10, un doblete de foco 150 mm y un doblete de foco 50 mm.

Se conoce también una cabeza óptica que comprende un sistema de cuatro lentes, siendo la primera lente y cuarta lente dos objetivos de microscopio x 10 y la segunda y la tercera lentes dos dobletes de focos 150 mm que constituyen un sistema afocal de ampliación 1.

Estos sistemas ópticos tienen como inconvenientes principales:

-: este tipo de construcción a base de objetivos de microscopios sofisticados (que pueden contener hasta 12 lentes) no puede ser miniaturizado para ser introducido en un canal operador de endoscopio de un diámetro de 2 a 4 mm;

-: la resolución lateral es del orden de 8 \mum, insuficiente para analizar un tejido a escala celular;

-: en el caso de una formación de imagen confocal, con una iluminación y un barrido de las fibras una a una, se observa una distorsión de la imagen formada ("hinchazón" de las líneas).

La presente invención tiene por objetivo evitar estos inconvenientes y alcanzar los objetivos mencionados más arriba.

Este objetivo se alcanza con una cabeza óptica miniaturizada prevista para equipar el extremo distante de una haz de fibras ópticas flexibles, estando dicha cabeza óptica destinada a entrar en contacto con una superficie de análisis y comprendiendo unos medios ópticos para enfocar una señal de excitación que sale de dicho haz de fibras en un punto focal llamado de excitación situado a una profundidad dada bajo la superficie de análisis y para extraer una señal retroemitida por el punto focal de excitación que es conducida de retorno por dicho haz de fibras, caracterizada porque comprende un tubo portaóptica de sección circular en el seno del cual son introducidos por un lado la parte terminal distante del haz de fibras y por el otro los medios ópticos, comprendiendo estos últimos una lámina puesta en contacto con el extremo del haz de fibras cuyo índice es próximo al del núcleo de las fibras y un bloque óptico de enfocado, estando una claraboya de salida además destinada a entrar en contacto con la superficie de análisis y adaptada para realizar
una adaptación de índice de manera que se libere de la reflexión parásita que se produce sobre la superficie de análisis.

El bloque óptico comprende un conjunto de lentes que pueden ser estándar, no permitiendo el posicionado y la curvatura de cada lente un acoplamiento de la señal reflejada por las lentes, en particular un acoplamiento de más de 10^{-5} respecto a la señal de salida de la fibra. Esto permite evitar que la señal que proviene de la muestra observada no sea parasitada por esta señal reflejada. A este fin, cada lente que constituye el bloque óptico posee un tratamiento antireflectante óptimo a la longitud de onda de trabajo, y, por otra parte, está colocado en un plano extrafocal y presenta una curvatura que permite rechazar la señal reflejada fuera de la fibra de excitación. La asociación de las diversas lentes permite iluminar el lugar de análisis si es necesario punto por punto asegurando al mismo tiempo una buena calidad óptica necesaria para la obtención de una imagen confocal altamente resuelta.

Según una primera forma de realización, la claraboya está insertada también en el extremo del tubo portaóptica.

Según una segunda forma de realización, que permite un análisis a diferentes profundidades, en particular entre 50 y 400 \mum, la claraboya está soportada por un capuchón móvil enfilado en el extremo de la cabeza óptica y desplazable con la ayuda de medios apropiados, hidráulicos, neumáticos, piezoeléctricos, motorizados, electroópticos, etc, cuyo volumen resulta compatible con el objetivo de miniaturización.

Otros modos de desplazamiento de la profundidad del plano de análisis pueden estar previstos, en particular el desplazamiento axial de un medio óptico móvil previsto en el bloque óptico, pudiendo este medio óptico móvil estar constituido por una óptica refractiva (estándar o de gradiente de índice) o de una óptica difractiva. Un motor piezoeléctrico puede realizar el desplazamiento de este medio óptico móvil. Se puede también utilizar un accionador hidráulico. Otro modo de barrido axial puede consistir también en utilizar el medio óptico específico del bloque óptico adaptado para cambiar la distancia focal por la modificación de su radio de curvatura (o potencia óptica). Este medio óptico puede ser por ejemplo un medio óptico líquido.

Para la observación y el análisis de tejidos biológicos muy difusores y/o que presentan detalles celulares que necesitan una resolución espacial muy alta, tales como los núcleos de células sanas, se preferirá una cabeza óptica con ampliación no unitaria, en particular de 0,5 desde el extremo distante de la guía de imagen hasta el plano de análisis. Esto permite mejorar la resolución lateral, axial y obtener una abertura numérica mayor.

Así, según la invención, para obtener una miniaturización, se reemplazan los objetivos de microscopios elegidos clásicamente en las cabezas de enfoque por su excelente calidad óptica, por una combinación de medios mecánicos y ópticos optimizados de manera que se obtenga un acoplamiento óptimo de la señal de salida de fibra, es decir con una transcripción optimizada de la función de extensión de punto (PSF), y una calidad del frente de onda limitado por la difracción (preferentemente del orden de \lambda/30 en el centro del campo a \lambda/20 en el borde del campo) para obtener así una
minimización de las aberraciones debidas a la utilización de lentes más estándar para el bloqueo óptico de enfoque.

Para la observación de tejidos poco difusores y que presentan detalles superiores a 5 \mum, en particular para unos tejidos biológicos poco difusores o unos objetos manufacturados tales como los circuitos integrados, una cabeza con ampliación unitaria presenta la ventaja de ser más simple de realizar y de integrar, gracias a su carácter simétrico, y por consiguiente presenta un coste inferior al de la cabeza con ampliación no unitaria.

Otras ventajas y características de la invención aparecerán a la luz de la descripción que sigue de un ejemplo de realización no limitativo, descripción dada con referencia la plano anexo, en el cual:

- la figura 1 es una vista en sección longitudinal optomecánica de una cabeza óptica según la invención;

- la figura 2 es un esquema óptico que ilustra un ejemplo de realización del bloque óptico de enfoque con ampliación unitaria;

- la figura 3 es un esquema óptico que ilustra un ejemplo de realización del bloque óptico de enfoque con ampliación no unitaria; y

- la figura 4 es una vista en sección similar a la figura 1 que ilustra un modo de realización de cabeza óptica con profundidad de campo regulable.

Según el ejemplo de realización elegido y representado en la figura 1, la cabeza óptica se compone de una estructura mecánica en el seno de la cual, por un lado, se introduce y se fija la parte terminal distante 1 de un haz ordenado 2 de fibras ópticas flexibles y, por el otro lado, están alojados unos medios ópticos que permiten el enfoque de una señal que sale de una o varias fibras de dicho haz de fibras.

La estructura mecánica comprende un tubo portaóptica 4 de sección circular. El haz 2 está constituido por fibras ópticas flexibles que están ordenadas de la misma manera de entrada que de salida del haz, y rodeadas por una vaina 12. Un terminal metálico tubular 6, abierto por ambos lados está enfilado y ajustado sobre la parte terminal 1 del haz 2 de manera que el extremo 14 del haz 2 enrase con el extremo del terminal 6. El terminal 6 permite, previamente al ensamblaje en el tubo portaóptica 4, el pulido del extremo 14 del haz de fibras. A este fin, la parte terminal 1 del haz de fibras 2 presenta una porción desnuda 9. Gracias a un estado de superficie lo más perfecto posible del extremo 14, se minimizan las reflexiones parásitas a la entrada y a la salida de las fibras y se incrementa la calidad de la señal. El terminal 6 está insertado de forma ajustada en el tubo portaóptica 4. Por el lado del extremo posterior 10 de la cabeza óptica, en el haz de fibras 2 está fijado con la ayuda de un punto de cola adecuado 11 (biocompatible y que asegura la estanqueidad) que une la vaina 12 del haz de fibras 2, la cara posterior 13 del terminal 6 y el tubo portaóptica 4, encontrándose el terminal 6 ligeramente retirado en el tubo portaóptica. Por el lado del extremo desnudo 9 del haz de fibras 2, el terminal 6 presenta un escalonado anular 16 retirado con respecto a la superficie exterior del terminal que define un extremo 17 de diámetro más estrecho. Una abertura 18 está presente en el tubo portaóptica 4, destinada a quedar frente al extremo estrechado 17 del terminal 6 de manera que se pueda ajustar la posición del terminal 6 e introducir un segundo punto de cola adecuado 20. Esto permite también pegar en su periferia una lámina 21 de adaptación de índice, de caras planas y paralelas, siendo dicha lámina puesta en contacto con el extremo 14 del haz de fibras 6 y con el extremo 17 del terminal 6. El diámetro de la lámina 21 corresponde con el diámetro interior del tubo portaóptica 4. Las características de la lámina 21, naturaleza y espesor, se eligen para obtener un buen compromiso entre el porcentaje de retrodifusión y una resistencia suficiente para la integración mecánica. Su índice se elige para ser muy próximo al del núcleo de las fibras. La lámina 21, gracias a este índice y a la elección de su espesor, permite minimizar y expulsar fuera del plano focal la reflexión que se produce en el extremo distante de la guía de imagen realizando una adaptación de índice. En contacto con la periferia de la lámina 21 está prevista una riostra tubular 22 que sirve para separar en una longitud dada un bloque óptico de enfoque 3 (que será descrito más en detalle más adelante), seguido del contacto con una segunda riostra 26 tubular que sirve para separar una claraboya de salida 30. En esta parte extrema delantera 19 de la cabeza óptica, el tubo portaóptica 4 presenta un escalonado anular interno 27, retirado, contra el cual está adaptada y se apoya la cara posterior de la riostra 26. Así mismo está previsto un escalonado anular 28 en la cara interna de la riostra 26 contra el cual está posicionada la periferia de la cara posterior de la claraboya de salida 30. El extremo de la riostra 26 y la claraboya 30 enrasan con el extremo 19 de la cabeza óptica. La claraboya de salida 30 es una lámina con caras paralelas y planas, que presenta aquí también un espesor suficiente para asegurar una buena resistencia cuando tiene lugar la inserción mecánica. Está pegada por su periferia en contacto con la riostra 26. Cuando está destinada a entrar en contacto con un tejido, la claraboya se elige de manera que sea químicamente neutra. Permite a la vez realizar una adaptación de índice con respecto al lugar de observación de la misma manera que a la salida del haz de fibras 2, lo que genera una minimización de la reflexión que se produce en la superficie de análisis. En el caso de la observación de un tejido biológico, un tratamiento antireflejos en el agua podrá ser además realizado a fin de adaptarse mejor al índice de los tejidos, y mejorar así el contraste de la imagen. El sistema óptimo es, según la invención, telecéntrico en el espacio imagen.

El ensamblaje de la cabeza óptica se realiza de la manera siguiente: el terminal 6 es enfilado sobre la parte terminal del haz de fibras ópticas que tienen una porción extrema desnuda; el conjunto es a continuación insertado y ajustado en el tubo portaóptica 4 haciendo coincidir la abertura 18 de dicho tubo 4 con la porción estrechada 17 del terminal 6; por el otro extremo del tubo portaóptica 4 es enfilada la lámina 21 para que entre en contacto con el extremo 14 del haz de fibras; después se enfila la riostra 22, el bloque óptico 3, la riostra 26 y para terminar la claraboya 30; se ponen los puntos de cola 11 y 20 para fijar el terminal 6 y la lámina 21.

El bloque óptico 3 comprende un conjunto de lentes que tienen por función enfocar un haz de excitación en un punto focal de excitación situado en un plano de análisis subsuperficial XY perpendicular al eje óptico. La elección de la posición (en un plano extrafocal), de la curvatura y del tratamiento antireflejos óptimo permite evitar que la señal reflejada por las lentes llegue a parasitar la señal que proviene de la muestra (el acoplamiento de la señal reflejada no debe sobrepasar de 10^{5} con respecto a la señal de salida de fibra).

A título de ejemplo, se ha representado en la figura 2 un bloque óptico 3 con ampliación unitaria que comprende simétricamente a uno y otro lado de una lente bicóncava 31 de cristal BK7, a la salida de la lámina 21: un menisco 32 de cristal SF6, una lente biconvexa 33 de cristal BK7 y una lente planoconvexa 34 de cristal SF6, y corriente arriba de la claraboya de salida 30 una lente planoconvexa 35 de cristal SF6, una lente biconvexa 36 de cristal BK7 y un menisco 37 de cristal SF6.

La figura 2 muestra esquemáticamente el trayecto óptico de un haz de excitación que emerge del haz de fibras ópticas. Se ha representado un primer trayecto óptico T1 en trazo seguido de una haz principal centrado sobre el eje óptico del sistema y a trazos un segunda trayecto T2 de un haz que emerge de una fibra óptica o de un grupo de fibras que no se encuentran sobre el eje óptico. El haz emergente de la claraboya 30 converge en un punto de enfoque de excitación, por ejemplo PT1 o PT2 situado en un plano de análisis XY subsuperficial. La señal retroemitida por el punto de enfoque de excitación toma a continuación en sentido inverso el mismo camino óptico.

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Las características detalladas (curvatura, posición, etc) de las diferentes lentes 31 a 37 según un modo de realización particular así como de la lámina 21 y de la claraboya de salida 30 se dan en la tabla 1 siguiente.

TABLA 1 (G=1)

Superficie	Tipo	Radio	Espesor	Clase	Diámetro
OBJ	STANDARD	Infinito	-100		0.7
STO	STANDARD	Infinito	100		92.55952
2	STANDARD	Infinito	0,5	BK7	0,7
3	STANDARD	Infinito	0,3		0,9907993
4	STANDARD	-0,8862573	0,8	BF6	1,094269
5	STANDARD	-1,201577	0,2		2
6	STANDARD	6,25473	0,8	BK7	2,3
7	STANDARD	-2,246746	0,2		2,3
8	STANDARD	2,819419	0,8	BF6	2,3
9	STANDARD	Infinito	0,4		2,3
10	STANDARD	-2,12778	1	BK7	2,3
11	STANDARD	Infinito	0		2,3
12	STANDARD	Infinito	1	BK7	2,3
13	STANDARD	2,12778	0,4		2,3
14	STANDARD	Infinito	0,8	BF6	2,3
15	STANDARD	-2,819419	0,2		2,3
16	STANDARD	2,246746	0,8	BK7	2,3
17	STANDARD	-6,25473	0,2		2,3
18	STANDARD	1,201577	0,8	BF6	2
19	STANDARD	0,8862573	0,3		1,117908
20	STANDARD	Infinito	0,5	BK7	1,029353
21	STANDARD	Infinito	0,08	1,330000	0,7554534
				62,00000
22	STANDARD	Infinito	0		0,7049318
IMA	STANDARD	Infinito			0,7049318

La construcción según la invención es miniaturizable permitiendo al mismo tiempo una calidad de señal de muy buena calidad, como muestran las características siguientes, dadas a título de ejemplo para una cabeza óptica que presenta unas características, que acaban de ser descritas con referencia a la figura 1 y destinada a ser insertada en el canal operador de un endoscopio y utilizando en el extremo próximo de la guía de señal unos medios de formación de imagen confocal que comprende: una fuente de luz (por ejemplo un láser pulsado), unos medios de barrido para inyectar el haz producido fibra por fibra de manera dirigida, unos medios de filtrado temporal y espacial de la señal retrodifundida, unos medios de detección, unos medios de tratamiento de la señal y unos medios de presentación de imagen, tales como los descritos en particular en la solicitud internacional WO 00/16151.

\global\parskip0.990000\baselineskip

Características de una cabeza óptica según la invención para un coloscopio o gastroscopio:

Dimensiones:

\bullet: 2,5 mm de diámetro exterior para el tubo portaóptica;

\bullet: un haz de fibras 2 por ejemplo de marca Sumitomo® constituido por 30.000 fibras de diámetro de núcleo de 2,5 \mum y de separación internúcleo de 4 \mum o de marca Fujikura® constituido por 30.000 fibras de diámetro de núcleo de 1,9 \mum y de separación internúcleo de 3,3 \mum;

\bullet: un bloque oblicuo 3 de 1,8 mm de diámetro;

\bullet: una longitud L (ver figura 1) entre la salida de la fibra de la guía de señal y la cara externa de la claraboya de salida 30 de 8,75 mm, con una frontal que varía de 50 a 150 \mum;

\bullet: una longitud total que comprende L y el acoplamiento mecánico rígido del haz de fibras ópticas de 16,6 mm, compatible con el radio de curvatura del canal operativo de un coloscopio corriente (Rc = 40 mm);

\bullet: 0,5 mm de espesor para la lámina de adaptación de índice 21 y para la claraboya de salida 30 suficiente cuando tiene lugar la inserción mecánica y que permite un porcentaje de retrodifusión del orden 3.10^{-4}.

Temperatura de funcionamiento: 37ºC.

Calidad de la imagen

\bullet: calidad de imagen próxima al límite de difracción; el error de frente de onda (WFE, "wave front error" en inglés) en todo el campo es del orden de \lambda/30 en el centro del campo a \lambda/20 en el borde de campo; esta excelente calidad de imagen asegura un buen acoplamiento de retorno y la fibra de excitación (\sim90%);

\bullet: FTM (función de transferencia de modulación): la primera corresponde al trazado de la intensidad relativa en función de la frecuencia espacial. La frecuencia de corte está definida por 1/(2d) donde d corresponde a la distancia internúcleo de las fibras, y está expresada en ciclos/mm. Aquí, con una distancia internúcleo de 4 pm, la frecuencia de corte es de 125 ciclos/mm. La FTM permite evaluar la calidad de la imagen comparando la curva con la del límite de difracción, y utilizando el criterio según el cual el contraste debe ser de 0,5 (valor de la intensidad relativa dada por la curva) a la frecuencia espacial máxima del dispositivo, en el ejemplo 125 ciclos/mm en el caso presente. El resultado obtenido aquí es efectivamente próximo al límite de difracción, presentando un contraste de 0,75 a la frecuencia espacial de 125 ciclos/mm, que asegura una calidad de imagen muy buena;

\bullet: Energía rodeada: la misma permite evaluar la resolución lateral que se es capaz de alcanzar, evaluando el porcentaje de energía contenida en un diámetro. A fin de resolver una mancha de diámetro \Phi, es preciso que el 50% de la energía mínima esté contenida en este diámetro. En el caso presente, el 50% de la energía que proviene del punto objeto es rodeada en un diámetro de 1,5 \mum, cualquiera que sea su posición en el campo. El 50% de la energía que proviene de una fibra óptica de la guía de señal (de diámetro del núcleo de 2,5 \mum) está por tanto rodeada en un diámetro de 4 \mum.

\bullet: Curvatura de campo, distorsión: la imagen es curvada de 31 \mum a 35 \mum entre el centro y el borde del campo. La curvatura de campo residual es muy pequeña (del orden de 2 \mum), así como la distorsión (de orden de 0,8%).

Transmisión

\bullet: Sobre un trayecto: del orden de 0,97%

Así, la solución propuesta según la invención es efectivamente miniaturizable y permite obtener una imagen de muy buena calidad que presenta una resolución lateral extensa ( a saber 4 \mum) y optimizar la relación señal a ruido minimizando la refracción parásita a la salida de la guía de imagen, optimizando el porcentaje de acoplamiento de retorno y la transmisión del sistema. Esta solución responde al problema planteado y ofrece las ventajas de la simplicidad de montaje y del bajo coste.

Desde luego que son posibles unas variantes de realización en particular en la figura 3 está representado un bloque óptico 3 de enfoque de ampliación 0,5 (se utilizan las mismas referencias para los mismos elementos comunes en la figura 1). A la salida de la lámina de adaptación de índice 21 están dispuestos sucesivamente un menisco 40 de cristal SF6, un plano convexo 41 de cristal BK7, un plano convexo 42 de SF6, un plano cóncavo 43 de BK7, un plano cóncavo 44 de BK7, un plano convexo 45 de SF6, una lente biconvexa 46 de BK7, un menisco 47 de SF6 y un menisco 48 de SF6. Al igual que en la figura 2, se han representado aquí tres trayectos ópticos que emanan de una figura diferente del haz: T'_{1}, centrado sobre el eje óptico, que forma un punto de enfoque PT'_{1} en un plano subsuperficial P', y T'_{2} y T'_{3}, unos radios marginales no centrados que forman respectivamente un punto de enfoque PT'_{2} y PT'_{3} en el plano P'.

Las características detalladas según un modo particular de realización (curvatura, posición, etc) de las diferentes lentes 40 a 48 así como de la lámina 21 y de la claraboya de salida 30 se dan en la tabla 2 siguiente.

TABLA 2 (G = 0,5)

Superficie	Tipo	Radio	Espesor	Clase	Diámetro
OBJ	STANDARD	Infinito	-100		0,7
STO	STANDARD	Infinito	100		92,55952
2	STANDARD	Infinito	0,3	BK7	0,7
3	STANDARD	Infinito	0,3		0,8744796
4	STANDARD	-0,8862573	1,3	BF6	1,044886
5	STANDARD	-1,201577	0,15		2
6	STANDARD	6,25473	0,8	BK7	2,3
7	STANDARD	-2,246746	0,15		2,3
8	STANDARD	2,819419	0,8	BF6	2,3
9	STANDARD	Infinito	0,5		2,3
10	STANDARD	-2,12778	0,8	BK7	2,3
11	STANDARD	Infinito	1,1		2,3
12	STANDARD	Infinito	0,6	BK7	2,167773
13	STANDARD	2,12778	0,35		2,38508
14	STANDARD	Infinito	0,6	BF6	2,529293
15	STANDARD	-2,819419	0,1		2,774485
16	STANDARD	2,246746	0,7	BK7	3,173711
17	STANDARD	-6,25473	0,1		3.180204
18	STANDARD	1,201577	0,7	BF6	2,856758
19	STANDARD	0,8862573	0,1		2,636245
20	STANDARD	Infinito	0,7	BF6	1,924121
21	STANDARD	Infinito	0,3		1,064745
22	STANDARD	Infinito	0,3	BK7	0,85978848
23	STANDARD	Infinito	0,08	1,330000	0,5069504
				62,0000
24	STANDARD	Infinito	0		0,3947683
IMA	STANDARD	Infinito			0,3947683

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La ampliación no unitaria, en este caso de 0,5 desde el extremo distante de la guía de imagen hasta el plano de análisis en este ejemplo de aplicación, permite obtener:

-: una mejor resolución lateral (PSF de 0,75 \mum para el objeto extendido de diámetro igual al diámetro de núcleo de una fibra (1,9 \mum), contra 1,4 \mum para una cabeza óptica con ampliación unitaria);

-: una mejor resolución axial (del orden de 5 \mum contra 10 \mum para la cabeza óptica con ampliación unitaria);

-: una abertura numérica de iluminación mayor (del orden de 0,9 contra 0,42 para la cabeza óptica con ampliación unitaria), y por consiguiente una imagen más contrastada.

En la figura 4 se ha representado una forma de realización de cabeza óptica según la invención que comprende unos medios de tipo hidráulico para hacer variar la profundidad del plano de análisis P. Los elementos similares a los de la figura 1 llevan las mismas referencias. La cabeza se diferencia de la figura 1 por el hecho de que la claraboya 30 está soportada por un capuchón, que lleva la referencia global 50, que está enfilado sobre la cabeza óptica. Este capuchón comprende una parte extrema 51 con una faldilla 52 y una pared delantera 53 en la cual está practicada una abertura 54 con un reborde anular 55 adaptados para recibir la claraboya 30, estando la periferia de esta última pegada sobre el reborde 55 con una cola apropiada. El diámetro exterior de esta parte extrema 51 puede ser de 3 mm aproximadamente, dimensión compatible con el canal operador de un endoscopio. La faldilla 52 está enfilada sobre una parte tubular intermedia 58 del capuchón 50, estando previstos unos medios de acoplamiento entre estas dos partes que comprenden sobre la cara externa de la faldilla 52, retirado, un borde anular 56 y sobre la cara externa de la parte intermedia 58 un escalonado 59, estando dispuesta una junta compresible anular 60 entre dichas partes, que aseguran la estanqueidad del acoplamiento. Finalmente, el capuchón 50 presenta una parte posterior 61, destinada a la conexión con una llegada de aire, cuyo diámetro del extremo delantero 62 está ensanchado para enfilarse sobre el extremo posterior de la parte intermedia 58 y el diámetro trasero 63 está estrechado para adaptarse al diámetro del haz de fibras ópticas 2. El capuchón 50 presenta globalmente un diámetro interior mayor que el diámetro externo del tubo portaóptica, de manera que se deja un espacio entre el capuchón 50 y la cabeza óptica que está previsto poner en comunicación con la llegada de aire. Así, según la invención, el ajuste de la posición de plano focal subsuperficial se realiza, no modificando la posición de las lentes en el interior del bloque óptico 3 si no modificando la posición de la claraboya 30 con respecto a dicho bloque óptico 3, gracias a un capuchón móvil 50 accionado neumáticamente que soporta dicha claraboya.

La cabeza que acaba de ser descrita se diferencia también de la descrita con referencia a la figura 1, por el hecho que no está previsto punto de cola tal como el 20 en la figura 1 para fijar el extremo del terminal 6. La fijación se realiza aquí gracias al punto de cola 11 en la parte posterior de la cabeza y de un aro 65 fijado en el extremo del tubo portaóptica 4 contra un escalonado.

Claims

1. Cabeza óptica miniaturizada prevista para equipar el extremo distante de un haz de fibras ópticas flexibles (2), estando dicha cabeza óptica destinada a entrar en contacto con una superficie de análisis y comprendiendo unos medios ópticos (3) para enfocar una señal de excitación que sale de dicho haz de fibras en un punto focal llamado de excitación situado a una profundidad dada bajo la superficie de análisis y para extraer una señal retroemitida por el punto focal de excitación que es conducida de retorno por dicho haz de fibras, caracterizada porque comprende un tubo portaóptica (4) de sección circular en el seno del cual son introducidos por un lado la parte terminal distante (1) del haz de fibras (2) y por el otro los medios ópticos, comprendiendo estos últimos una lámina (21) dispuesta en contacto con el extremo (14) del haz de fibras cuyo índice es próximo al del núcleo de las fibras y un bloque óptico de enfoque (3), estando una claraboya de salida (30) además destinada a entrar en contacto con la superficie de análisis y adaptada para realizar una adaptación de índice de manera que se libere de la reflexión parásita que se produce sobre la superficie de análisis.

2. Cabeza óptica según la reivindicación 1, caracterizada porque el bloque óptico comprende un conjunto de lentes, estando cada lente posicionada en un plano extrafocal que permite evitar que la señal reflejada por las lentes parasite la señal que proviene de la muestra.

3. Cabeza óptica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el bloque óptico comprende un conjunto de lentes, presentando cada lente un tratamiento antireflectante óptimo que permite evitar que la señal reflejada por las lentes parasite la señal que proviene de la muestra.

4. Cabeza óptica según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el bloque óptico comprende un conjunto de lentes, presentando cada lente una curvatura adaptada a fin de evitar que la señal reflejada por las lentes parasite la señal que proviene de la muestra.

5. Cabeza óptica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la claraboya (30) está insertada en el extremo de tubo portaóptica (4), estando una riostra tubular (26) dispuesta entre el bloque óptico (3) y dicha claraboya (30).

6. Cabeza óptica según la reivindicación 5, caracterizada porque la periferia de la claraboya (30) está dispuesta a tope contra un escalonado practicado retirado en el interior de la riostra (26).

7. Cabeza óptica según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque la riostra tubular (26) está dispuesta a tope contra un escalonado (27) practicado retirado en el interior del tubo portaóptica.

8. Cabeza óptica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la claraboya (30) está soportada por un capuchón móvil (50) enfilado sobre el extremo de la cabeza óptica, estando previstos unos medios para desplazar dicho capuchón de manera que haga variar el plano focal de visualización en una profundidad dada.

9. Cabeza óptica según la reivindicación 8, caracterizada porque el capuchón móvil (50) comprende una parte extrema (51) con una cara delantera (53) en la cual está practicada una abertura para la claraboya (30), estando dicha parte extrema (51) acoplada a una parte intermedia (58) del capuchón móvil (50) y estando una junta de estanqueidad compresible (60) dispuesta a nivel del acoplamiento.

10. Cabeza óptica según la reivindicación 9, caracterizada porque la claraboya (30) está pegada contra un escalonado (55) realizado a este fin en la abertura de la parte extrema (51).

11. Cabeza óptica según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque se deja un espacio entre el capuchón móvil (50) y la cabeza óptica en comunicación con una llegada de aire, permitiendo el ajuste de la llegada de aire desplazar dicho capuchón y por tanto la posición de la claraboya de salida (30).

12. Cabeza óptica según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque comprende un medio óptico móvil previsto en el bloque óptico adaptado para ser desplazado axialmente.

13. Cabeza óptica según la reivindicación 12, caracterizada porque el desplazamiento se realiza con la ayuda de un motor piezoeléctrico.

14. Cabeza óptica según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque comprende un medio óptico en el bloque óptico que posee un radio de curvatura modificable de manera que cambie su distancia focal y por tanto la profundidad del plano de observación.

15. Cabeza óptica según la reivindicación 14, caracterizada porque el medio óptico es un medio óptico líquido.

16. Cabeza óptica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por la presencia de un terminal tubular (6) dispuesto alrededor de la parte terminal (1) del haz de fibras (2), enrasando el extremo (14) del haz de fibras con el extremo de dicho terminal.

17. Cabeza óptica según la reivindicación 16, caracterizada porque el haz de fibras ópticas (2), que comprende una vaina (12), en su porción rodeada por el terminal (6), presenta un porción terminal desnuda (9).

18. Cabeza óptica según la reivindicación 16 ó 17, caracterizada porque el terminal (6) se encuentra sensiblemente retirado en el interior del tubo portaóptica (4) de manera que un punto de cola (11) pueda ser puesto en contacto con el extremo posterior (13) del terminal (6), del extremo posterior del tubo portaóptica (4) y de la vaina (12) del haz de fibras (2).

19. Cabeza óptica según una de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizada porque el terminal (6) por el lado de la lámina de adaptación de índice (21) presenta un extremo de diámetro estrechado (17) frente al cual está practicada una abertura (18) en el tubo portaóptica (4) y presentando dicha lámina (21) un diámetro exterior correspondiente al diámetro interior del tubo portaóptica (4) de manera que un punto de cola (20) pueda ser dispuesto en contacto con dicho extremo del terminal (17), de la periferia de dicha lámina (21) y del tubo portaóptica (4).

20. Cabeza óptica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende una riostra tubular (22) dispuesta entre la lámina de adaptación de índice (21) y el bloque óptico de enfoque (3).

21. Aplicación de la cabeza óptica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores a un endoscopio con formación de imagen confocal.

22. Aplicación de la cabeza óptica según la reivindicación 21 a un endoscopio con formación de imagen confocal que utiliza un haz de fibras ópticas barridas una a una por el extremo próximo de dicho haz.