一種雙通道內(nèi)窺鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙通道內(nèi)窺鏡的設(shè)計，通過目鏡、棒狀鏡、棱鏡和透鏡等實現(xiàn)雙通道內(nèi)窺鏡的轉(zhuǎn)向功能和成像功能。通過獨特的光學結(jié)構(gòu)設(shè)計，充分利用了幾何空間，實現(xiàn)了雙通道內(nèi)窺鏡鏡管尺寸的最小化和其后端轉(zhuǎn)向、成像部分的尺寸最小化。通過在內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中將透鏡焦點與像平面重合的設(shè)計，降低了光路系統(tǒng)對安裝的要求，也使得雙目間距、成像距離、放大倍數(shù)方便可調(diào)，增加了本設(shè)計通用性和靈活性。
【專利說明】一種雙通道內(nèi)窺鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙通道內(nèi)窺鏡，屬于醫(yī)療診斷成像【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)窺鏡一直以來是體內(nèi)診斷和治療的常用手段，傳統(tǒng)的單通道(單目)內(nèi)窺鏡因無法立體成像得到圖像的深度信息，給醫(yī)生的準確診斷帶來不便，也限制了手術(shù)機器人系統(tǒng)的發(fā)展。雙通道內(nèi)窺鏡可以同時將兩幅符合一定空間幾何關(guān)系的二維內(nèi)窺鏡圖像輸出，既可以直接由雙目觀察，或也可以通過后期圖像處理，為使用者提供具有距離信息的三維立體圖像。這種信息量豐富的成像方式，不僅給醫(yī)生直觀的立體感，而且緩解了使用者的工作強度，提高了檢測和診斷精度，同時也推動了微創(chuàng)手術(shù)機器人技術(shù)的發(fā)展。
[0003]雙通道內(nèi)窺鏡是組成立體內(nèi)窺鏡的核心單元，雙通道內(nèi)窺鏡的尺寸體積也直接影響著整個立體內(nèi)窺鏡的大小?？s小雙通道內(nèi)窺鏡體積，尤其是前端光路的尺寸，有利于此項技術(shù)運用于各類微創(chuàng)手術(shù)內(nèi)窺鏡器械中，如腹腔鏡、喉鏡和膀胱鏡等，都需要長而細的鏡管和小尺寸的后端鏡體。已有的關(guān)于立體內(nèi)窺鏡的專利在內(nèi)容上涉及到了雙通道內(nèi)窺鏡部分，例如:專利“基于單光路內(nèi)窺鏡、分光棱鏡及雙路攝像機的立體成像裝置”(CN203458365 U)中，在現(xiàn)有的單通道內(nèi)窺鏡上通過加入分光棱鏡，實現(xiàn)雙通道的內(nèi)窺鏡圖像采集，在傳入到3D處理單元，形成3D圖像。但是，簡單合并起來的雙通道內(nèi)窺鏡尺寸受到原有內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)尺寸的限制，并且在將圖像棱鏡轉(zhuǎn)向后，為使得圖像放大到一定尺寸并由成品CCD攝像機采集時，通常需要大直徑透鏡和較長的光路實現(xiàn)放大，難以滿足臨床內(nèi)窺鏡設(shè)備要求。專利“立體內(nèi)窺鏡”(CN 104219989 A)和專利“雙目內(nèi)窺鏡手術(shù)視覺系統(tǒng)”(CN101518438)中描述了基于雙目內(nèi)窺鏡的立體內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)。但都未對雙目內(nèi)窺鏡尺寸、以及如何構(gòu)成體積小的雙通道內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的光學設(shè)計等技術(shù)要點進行描述。專利“一種立體內(nèi)窺鏡系統(tǒng)”(CN 103654698 A)描述了一種基于物鏡、轉(zhuǎn)鏡、目鏡、適配器和(XD的立體內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，在光路設(shè)計上屬于內(nèi)窺鏡成像通用設(shè)計，并未考慮雙目內(nèi)窺鏡的實際尺寸需求進行設(shè)計。專利“一種新式立體內(nèi)窺鏡”(CN 104188617 A)描述了通過分色棱鏡可將兩組光路的圖像透射到一個圖像傳感器的靶面上，從而縮小了立體內(nèi)窺鏡的整體體積。但是，此種類型的雙通道內(nèi)窺鏡，僅能配合專門的CCD使用，無法將此雙目內(nèi)窺鏡拓展到其他領(lǐng)域，如由人眼系統(tǒng)直接觀察的雙目內(nèi)窺鏡；而且此專利設(shè)計從最后一組轉(zhuǎn)鏡末端到CCD傳感面距離通常較長。因此，設(shè)計一種小尺寸通用型的雙通道內(nèi)窺鏡在立體內(nèi)窺鏡領(lǐng)域具有巨大的技術(shù)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開了一種新型的雙通道內(nèi)窺鏡設(shè)計，通過設(shè)計光學器件參數(shù)和位置，不僅可以使得進入體內(nèi)的內(nèi)管直徑大大減小，還可以使體外部分的長度和直徑盡可能的縮短。同時，系統(tǒng)對鏡片的安裝要求低，并可以方便的實現(xiàn)體外部分雙通道間距離調(diào)整、焦距調(diào)整和放大倍數(shù)調(diào)整的功能，增加了其使用擴展性和通用性，。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案是這樣的，本發(fā)明公布的雙通道內(nèi)窺鏡中其中一路光路設(shè)計如圖1所不，由目鏡1、棒狀鏡2、小直角棱鏡3、短焦透鏡4、大直角棱鏡5和長焦透鏡6組成。雙通道內(nèi)窺鏡的兩路光路設(shè)計對稱。
[0006]作為優(yōu)選，小直角棱鏡直角邊長度通常等于棒狀靜直徑長度；短焦透鏡直徑在小直角棱鏡直角邊長度和大直角棱鏡直角邊長度之間，焦距為3?1mm ;大直角棱鏡直角邊通常為I?26mm ;長焦透鏡直徑通常為12?26mm，焦距為10?50mm，與短焦透鏡構(gòu)成光學放大作用。
[0007]本發(fā)明的工作原理是，物體AB通過目鏡和棒狀鏡后將成像于最后一個棒狀鏡出射面附近；為實現(xiàn)進入體內(nèi)的鏡管直徑盡量小，將雙目內(nèi)窺鏡兩路光路盡可能的靠近，通過直徑與棒狀鏡直徑相當?shù)男≈苯抢忡R3將光線90度轉(zhuǎn)出；短焦透鏡4 一方面可以將即將發(fā)散的光線匯聚，使其順利通過大直角透鏡5，另一方面與長焦透鏡6構(gòu)成光學圖像放大關(guān)系。本發(fā)明中，將透鏡4放置在兩棱鏡中，是為了使得本設(shè)計充分利用直角棱鏡中光程，實現(xiàn)機械尺寸最小的設(shè)計目的。將透鏡4的焦平面放置在物體AB通過目鏡后棒狀鏡后的像面上，則通過透鏡4后的像會出現(xiàn)在無窮遠處，即出射光線處于平行狀態(tài)；平行光斑通過大直角棱鏡5反射到長焦透鏡6上，在透鏡6的焦平面處會獲得物體AB經(jīng)過轉(zhuǎn)向和放大的像A’ B’，圖像放大倍數(shù)為透鏡6與透鏡4的焦距比。
[0008]本發(fā)明所述的雙通道內(nèi)窺鏡中棱鏡結(jié)構(gòu)的作用是實現(xiàn)光線的90度翻轉(zhuǎn)，但不局限于90度，可以是任意需要的角度，任何同等作用的光學結(jié)構(gòu)或元件，應屬于本發(fā)明專利保護范圍之內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0010]本發(fā)明所述的雙通道內(nèi)窺鏡為整體外形結(jié)構(gòu)小型化創(chuàng)造了可能，將透鏡放在兩轉(zhuǎn)向直角棱鏡之間使得轉(zhuǎn)向部分光學結(jié)構(gòu)的幾何空間得到充分利用，光線在經(jīng)過棱鏡傳輸過程中就完成了光學圖像的一級放大過程。
[0011]本發(fā)明中的光學單元對鏡頭的裝配要求低，在鏡頭裝配中僅需保證透鏡4與棒狀鏡出射焦平面的距離為透鏡4焦距長度，其他尺寸距離可以根據(jù)實際需要進行自由調(diào)整，也可實現(xiàn)整個雙通道內(nèi)窺鏡的順利成像。
[0012]本發(fā)明所述的雙通道內(nèi)窺鏡通用性好，可針對不同應用和CCD的感光面尺寸，通過選擇透鏡4和透鏡6的焦距比，即可實現(xiàn)放大倍數(shù)和成像位置的調(diào)整。
[0013]本發(fā)明所述的雙通道內(nèi)窺鏡兩路出射圖像間距容易調(diào)整，由于光線在透鏡4到透鏡6間傳輸過程處于平行光狀態(tài)，可以任意調(diào)整透鏡4與大直角棱鏡5之間的距離，即可實現(xiàn)兩通道輸出圖像的間距。間距的可調(diào)整范圍大，因此可滿足不同應用，如由人眼直接觀察和由不同尺寸CCD傳感器接收圖像。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是雙通道內(nèi)窺鏡其中一路的光路設(shè)計。
[0015]圖2是一種基于本發(fā)明的立體內(nèi)窺鏡設(shè)計示意圖。

【具體實施方式】
[0016]實施方式一:
[0017]如圖2所示:可基于本專利內(nèi)容，在雙目內(nèi)窺鏡后端加上成像CXD即可實現(xiàn)一種3D內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)。如單路鏡管7直徑為5mm，在單路鏡管末端依次加入直角邊為5mm的直角棱鏡、直徑6mm焦距6.5mm的短焦透鏡、直角邊12.5mm的直角棱鏡和直徑25.4mm焦距25mm的透鏡，形成光學轉(zhuǎn)向和放大模塊8 ;經(jīng)過轉(zhuǎn)向和放大模塊后的圖像分別成像在兩路CCD的感光面上，兩路CCD并排安裝在空間9中；10為CCD供電電纜、數(shù)據(jù)電纜和照明電纜。
[0018]通過使用兩個直角棱鏡和將透鏡放在兩個棱鏡之間的設(shè)計，消除了單路鏡管直徑對后端透鏡及其他光學器件的尺寸要求，充分利用了空間，也充分利用了光路轉(zhuǎn)向過程中的光學距離，大大的縮短了圖像轉(zhuǎn)向和放大所需要的實際幾何距離；將短焦透鏡焦點落在鏡管7出射端的像平面上，使像經(jīng)過此透鏡的光線成為一平行光束，可以在保證成像質(zhì)量不受影響下，通過調(diào)節(jié)短焦透鏡與大棱鏡之間的距離實現(xiàn)雙通道之間距離的方便調(diào)節(jié)，通過調(diào)整兩透鏡的焦距比實現(xiàn)圖像放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)和成像焦距的調(diào)節(jié)，使本發(fā)明的雙通道內(nèi)窺鏡廣泛適用于多種應用。
【權(quán)利要求】
1.一種雙通道內(nèi)窺鏡，其特征在于:成像物體光線由棒狀鏡傳出后依次經(jīng)過第一個棱鏡、第一個透鏡、第二個棱鏡、第二個透鏡實現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)向和放大，以實現(xiàn)雙通道內(nèi)窺鏡的成像功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙通道內(nèi)窺鏡，其特征在于第一個透鏡位于第一個棱鏡和第二個棱鏡之間，以充分利用空間和光程，縮短整體結(jié)構(gòu)的幾何距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙通道內(nèi)窺鏡，其特征在于第一個透鏡焦點位于棒狀鏡出射端的像平面處，以使得經(jīng)過透鏡后光線平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙通道內(nèi)窺鏡，其特征在于第一個棱鏡直角邊長等于棒狀鏡直徑長度；第一個透鏡直徑在第一個棱鏡直角邊長和第二個棱鏡直角邊長之間，焦距為3?10111111 ；第二個棱鏡直角邊長為1?26111111 ；第二個透鏡直徑為12?26111111，焦距為10?50臟0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙通道內(nèi)窺鏡，其特征在于棱鏡結(jié)構(gòu)的作用是實現(xiàn)光線的90度翻轉(zhuǎn)，但不局限于90度，可以是任意需要的角度，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙通道內(nèi)窺鏡，其特征在于所有鏡片材料由玻璃、塑料等透明材料制成。
【文檔編號】A61B1/05GK104434006SQ201410826555
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】王慧泉, 趙喆, 王金海 申請人:天津工業(yè)大學