[发明专利]具有光学畸变校正的光学成像组件以及系统

说明书

本申请涉及具有光学畸变校正的光学成像组件以及系统。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。

分案声明

本申请是申请日为2015年1月27日、发明名称为“具有光学畸变校正的光学成像组件以及系统”、申请号为：201580006512.1的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。