熒光內窺鏡在許多醫學診斷檢查中的地位日益重要。這項技術基于光分子吸收，顯示正常白光下看不到的組織異常。例如，熒光內窺鏡可用于改善不可見惡性病變或腫瘤的內窺鏡檢測。

致敏劑是可引起過敏反應的化學物質，會在這些病變中累積。而這些致敏劑會誘導組織對特定波長的光產生熒光反應。在腸胃病學領域，這種顯示并可視化病變的能力有望幫助及早發現非典型增生和癌癥。同樣，近紅外（NIR）熒光剛性內窺鏡成像系統也將成為部分腦外科手術的重要工具。

與傳統白光內窺鏡技術相比，熒光內窺鏡在上述及其他醫療應用中的日益普及對光學透鏡提出一些獨特的要求。例如，一個具有高分辨率、抗反射涂層和最小焦移的透鏡能夠在可見光和NIR范圍（波長范圍介于400至850nm之間）內實現更好的熒光成像。

本文探討了各種透鏡的設計要素，包括濾光片和抗反射涂層等，可進一步優化NIR熒光內窺鏡在醫療和生命科學應用中的性能。

抗反射涂層技術

涂層和薄濾光片在光學技術上的最新進展使其越來越廣泛地應用于醫療和生命科學領域，包括優化NIR熒光內窺鏡技術。其中一項技術叫做擴展帶寬和角度依賴性（eBAND）透鏡涂層，采用具有超低反射率的納米結構層，其尺寸小于可見光的波長。

這種納米結構層加上下面復雜的多層涂層可產生顯著的抗反射特性。通過抑制切向反射，這種涂層還減少了不必要的耀斑和重影，即使在非常差的照明條件下也能提供清晰圖像。

與其他抗反射涂層相比，eBAND適用于400至1700nm的波長范圍，包括可見光到近紅外范圍。該性能讓eBAND用戶能夠使用吲哚菁綠（ICG）進行深入檢查。ICG是一種經常用于心臟、肝臟及眼睛某些部位檢查的醫用染料。

高光學密度

除了抗反射涂層，熒光內窺鏡還得益于具有高精度濾光片的透鏡以及高光密度（OD）透鏡。這些濾光片旨在選擇性地傳輸光譜上特定波長，同時拒絕傳輸其他波長，而OD則表示被濾光片阻擋的能量。

OD值越大，能量傳輸值越低；反之亦然。6或以上的光密度通常適用于需要極端阻斷的應用，如熒光內窺鏡等。

圖1. 半峰全寬（FWHM）

熒光內窺鏡檢查需要能夠精確控制激光束入射角和半峰全寬（FWHM）值的濾光片。激光束入射角表示激光束擊中濾光片的程度，而FWHM用于測量光源的光帶寬。FWHM是曲線上函數達到最大值一半的點之間的距離，也就是曲線凸點的寬度。應用于光學領域時，它指的是光信號在其強度達到最大值一半時的寬度，并提供在50%容量下工作的光源的帶寬。

通過對激光束入射角和FWHM的管理可對光源進行高精度的控制，進而在熒光內窺鏡檢查過程中能夠清晰查看受影響區域（見圖1）。

最小焦移

用于熒光內窺鏡的透鏡需要優化光學設計，以在廣泛的光譜波長范圍內保持畫質，同時最小化可見近紅外甚至短波紅外范圍之間的焦移。

調制傳遞函數

調制傳遞函數（MTF）是一種參考值，能夠幫助光學設計人員根據分辨率和對比度量化系統的整體成像性能。設計人員通常在諸如熒光內窺鏡檢查等依賴于成像準確性的應用中引用MTF數據。雖然MTF是個有用的值，但并非總能反映透鏡的真實性能。盡管如此，了解透鏡及光學系統中的其他組件的MTF曲線可以幫助設計人員根據特定的分辨率選擇并優化相關組件。

例如，在檢測過程中，Tamron透鏡無需再對可見光范圍與NIR范圍（400至850nm）之間以及可見光范圍與短波紅外范圍（400至1700nm）之間進行重新對焦。

圖2. Tamron透鏡在可見光與NIR范圍內的焦移

這種透鏡的光學設計包括滿足不同市場需求的多種材質球面和非球面透鏡，可將焦移降至最低（見圖2）。

超低色散鏡片

圖3.低膜厚度的ODS級濾光片

在成像過程中，當一個透鏡元件以稍微不同的角度折射不同波長時，就會產生色差，進而生成彩色邊紋并降低圖像的清晰度。低色散（LD）透鏡元件是由一種特殊的具有極低色散指數的光學玻璃制成，可抵消這種效應。

換句話說，對于這種玻璃，一束光折射成不同顏色的光線極窄。因此，這些透鏡元件可以補償視野中心的色差。此外，還可用于補償短焦距向視野邊緣產生的橫向色差（見圖3）。

同樣，反常色散（AD）光學玻璃可提供更強大、更精確的色差控制，以提高整體成像性能。這種類型的玻璃可為可見光譜中的特定波長提供超大的部分色散比。因此，將AD玻璃與普通玻璃相結合可以控制特定波長的色散因子。熒光內窺鏡中使用的光學透鏡應避免色差，以保持焦移在整個擴展波長上的一致性（見圖4）。

圖4. Tamron與傳統透鏡設計在可見光與NIR范圍內的色散焦移對比