專利名稱：一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及立體鏡頭，尤其涉及一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭。
背景技術(shù)：
微創(chuàng)手術(shù)是指醫(yī)生利用細(xì)長的手術(shù)工具通過人體表面的微小切口探入到體內(nèi)進(jìn)行操作的手術(shù)。由于具有創(chuàng)傷小、出血少、術(shù)后恢復(fù)周期短等優(yōu)點，微創(chuàng)手術(shù)正被越來越多的醫(yī)生和患者所接受。然而，微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)的發(fā)展在帶來諸多益處的同時，也對相應(yīng)的配套手術(shù)設(shè)備提出了更高的要求，尤其對圖像系統(tǒng)的要求更為苛刻。在整個微創(chuàng)手術(shù)過程中，由于醫(yī)生難以直接觀察到手術(shù)操作部位，所以只能借助內(nèi)窺鏡系統(tǒng)獲取手術(shù)場景信息，為真實反映手術(shù)部位操作信息，提高醫(yī)生手術(shù)動作的真實感，不僅需要圖像系統(tǒng)所提供的圖像具有較高的分辨率，對其實現(xiàn)3D立體視覺圖像的需求也越來越多。3D成像技術(shù)是指利用一系列的光學(xué)方法使人的左、右眼產(chǎn)生視差，從而接受到不同的畫面，在大腦中形成三維立體視覺效果的技術(shù)。微創(chuàng)手術(shù)用圖像系統(tǒng)主要包括三個部分，即內(nèi)窺鏡裝置、顯示器以及數(shù)據(jù)處理終端，其中，內(nèi)窺鏡是圖像信息輸入端，顯示器是圖形信息輸出端。現(xiàn)行的微創(chuàng)手術(shù)用3D圖像系統(tǒng)多采用雙CXD內(nèi)窺鏡裝置，即通過兩個CXD采集圖像信息，然而，由于CCD尺寸的限制，加之其價格昂貴，雙CCD內(nèi)窺鏡裝置往往直徑尺寸較大且成本較高。因此，開發(fā)基于單CCD的3D圖像系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價值，對微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展也具有不可估量的重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種尺寸小、成本低、實現(xiàn)了基于單CXD內(nèi)窺鏡的圖像系統(tǒng)的三維成像的一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭。本發(fā)明的一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭，它包括分別設(shè)置在左、右入射光路上的彼此之間平行間隔設(shè)置的左壓縮透鏡和右壓縮透鏡，所述的左壓縮透鏡和右壓縮透鏡用于將左、右入射光線的縱向尺寸壓縮為原圖像的一半，沿左、右入射光路方向在所述的左、右壓縮透鏡的前方分別設(shè)置有左反射鏡組和右反射鏡組，所述的左反射鏡組和右反射鏡組各自包括多個反射鏡，所述的左反射鏡組和右反射鏡組的多個反射鏡用于將壓縮后的入射光線進(jìn)行上、下平移形成位于左壓縮透鏡和右壓縮透鏡之間的豎直對稱面上并且彼此之間上、下間隔設(shè)置的上、下投射光線。本發(fā)明的優(yōu)點在于I.本發(fā)明不降低偏光3D顯示器圖像顯示效果同時僅采用單CXD采集圖像。2.本發(fā)明有助于簡化內(nèi)窺鏡裝置結(jié)構(gòu)，從而降低整個圖像系統(tǒng)的復(fù)雜程度。3.本發(fā)明有助于降低內(nèi)窺鏡裝置的整體設(shè)計成本，具有重要的應(yīng)用價值。


圖I為本發(fā)明一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭的傳輸原理示意圖；圖3為圖I所示的立體鏡頭中的直角三角棱鏡的原理示意圖；圖4為本發(fā)明的一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭的應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如附圖所示的本發(fā)明的一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭，它包括分別設(shè)置在左、右入射光路上的彼此之間平行間隔設(shè)置的左壓縮透鏡1-1和右壓縮透鏡1-2，所述的左壓縮透鏡1-1和右壓縮透鏡1-2用于將左、右入射光線的縱向尺寸壓縮為原圖像的一半，沿左、右入射光路方向在所述的左、右壓縮透鏡的前方分別設(shè)置有左反射鏡組1-9和右反射鏡組1-10，所述的左反射鏡組1-9和右反射鏡組1-10各自包括多個反射鏡，所述的左反射鏡組1-9和右反射鏡組1-10的多個反射鏡用于將壓縮后的入射光線進(jìn)行上、下平移形成位于左壓縮透鏡1-1和右壓縮透鏡1-2之間的豎直對稱面上并且彼此之間上、下間隔設(shè)置的上、下投射光線。所述的多個反射鏡可以為前鍍膜平面反光鏡。所述的多個反射鏡可以為直角三角棱鏡，斜面為反射面，與所述的反射面相交的兩個直角面為透射面102。作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的左反射鏡組1-9包括設(shè)置在左入射光路上的第一左直角棱鏡1-3，第一左直角棱鏡1-3通過其反射面將左入射光線反射為垂直向下的第一左反射光線，在所述的第一左反射光線的光路上設(shè)置有第二左直角棱鏡1-4，所述的第二左直角棱鏡1-4通過其反射面將第一左反射光線反射為與第一左反射光線垂直設(shè)置的第二左反射光線并且第二左反射光線與左壓縮透鏡1-1和右壓縮透鏡1-2之間的豎直對稱面垂直相交，在所述的第二左反射光線的光路上設(shè)置有第三左直角棱鏡1-5，所述的第三左直角棱鏡1-5通過其反射面將第二左反射光線反射為與入射光線平行設(shè)置的下投射光線；所述的右反射鏡組1-10包括設(shè)置在右入射光路上的第一右直角棱鏡1-6，第一右直角棱鏡 1-6通過其反射面將右入射光線反射為垂直向上的第一右反射光線，在所述的第一右反射光線的光路上設(shè)置有第二右直角棱鏡1-7，所述的第二右直角棱鏡1-7通過其反射面將第一右反射光線反射為與第一右反射光線垂直設(shè)置的第二右反射光線并且第二右反射光線與右壓縮透鏡1-1和右壓縮透鏡1-2之間的豎直對稱面垂直相交，在所述的第二右反射光線的光路上設(shè)置有第三右直角棱鏡1-8，所述的第三右直角棱鏡1-8通過其反射面將第二右反射光線反射為與入射光線平行設(shè)置的上投射光線，所述的上、下投射光線位于左壓縮透鏡1-1和右壓縮透鏡1-2之間的豎直對稱面上并且彼此之間上、下平行間隔設(shè)置。當(dāng)然也可以其它方式的棱鏡組合來實現(xiàn)對壓縮后的圖像進(jìn)行上、下平移。下面再結(jié)合每一幅圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明圖I所示的為本發(fā)明一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。立體鏡頭可以包括左壓縮透鏡1-1、右壓縮透鏡1-2、左反射鏡組1-9和右反射鏡組1-10。其中，所述的左反射鏡組1-9可以包括第一、二、三左直角三角棱鏡1-3、1-4和1-5 ;所述的右反射鏡組1-10可以包括第一、二、三右直角三角棱鏡1-6、1-7和1-8。所述的左、右壓縮透鏡1-1、1-2用以實現(xiàn)圖像壓縮，通過兩壓縮透鏡分別將左、右兩路入射圖像的縱向尺寸壓縮為原圖像的一半；所述的左、右反射鏡組1-9、1-10通過多級平面反射分別將壓縮后的兩路圖像進(jìn)行上、下平移和拼接。圖2所示為本發(fā)明一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭的傳輸原理示意圖。立體鏡頭的傳輸原理以假設(shè)的入射圖像一圓形1-11為例進(jìn)行說明。為實現(xiàn)三維成像，本發(fā)明采用兩組光學(xué)組件分別對應(yīng)雙目立體成像的左眼光路和右眼光路，兩光路入射原理相同，其工作原理為所述的景物的入射光線一圓形1-11先通過所述的左、右壓縮透鏡1-1、1-2，兩透鏡分別對圓形1-11的縱向尺寸進(jìn)行壓縮，壓縮后的圖像分別為橢圓1-12、1-13。左眼光路中，橢圓1-12經(jīng)所述的左反射鏡組1-9依次向下、向中，向前反射后，投射在(XD2鏡頭1-16的下半部，形成左眼光路投射圖像1-14 ;右眼光路中，橢圓1-13經(jīng)所述的右反射鏡組1-10依次向上、向中，向前反射后，投射在CCD2鏡頭1-16的上半部，形成右眼光路投射圖像1-16，所述的縱向尺寸各壓縮一半的兩投射圖像1-14、1-15在所述的(XD2的鏡頭1-16中拼接在一起，拼接后的圖像經(jīng)C⑶2傳入圖像處理系統(tǒng)中合成為三維圖像。通過上述圖像壓縮、光線平移以及上、下兩路圖像的拼接，實現(xiàn)了采用單CCD內(nèi)窺鏡完成立體圖像采集與傳輸?shù)?目的。本發(fā)明裝置應(yīng)用所涉的3D圖像系統(tǒng)的顯示器可采用隔行交錯3D顯示器，所采集到的右路圖像，即位于CCD鏡頭上半部的投射圖像1-15填充在隔行交錯3D顯示器的奇數(shù)行內(nèi)；所采集到的左路圖像，即位于CCD鏡頭下半部的投射圖像填充在隔行交錯3D顯示器的偶數(shù)行內(nèi)，經(jīng)圖像處理便可呈現(xiàn)3D立體視覺效果。圖像處理與顯示部分非本發(fā)明內(nèi)容，故在此不再贅述。圖3所不為本發(fā)明一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭的三角棱鏡原理不意圖。斜面為反射面101，兩個直角面為透射面102。圖4所示為本發(fā)明一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭用于3D圖像系統(tǒng)內(nèi)窺鏡裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖。內(nèi)窺鏡裝置可以包括立體鏡頭1、(XD2以及封裝殼3，其中，封裝殼3用于對鏡頭組件和CCD元件進(jìn)行封裝。所述的CCD2封裝在封裝殼3的后端，所述的立體鏡頭I封裝在封裝殼3的后部并與(XD2的鏡頭對齊。立體鏡頭I用以實現(xiàn)圖像入射光線的壓縮、平移與拼接，隨后，經(jīng)立體鏡頭I射出的光線進(jìn)入CCD2中，再利用數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綀D像處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理并最終在顯示器上呈現(xiàn)出景物的三維圖像。本發(fā)明采用兩組光學(xué)組件分別對應(yīng)雙目立體成像的左眼光路和右眼光路，兩光路入射原理相同，其工作原理為景物的入射光線先通過左、右壓縮透鏡，兩壓縮透鏡分別對兩路入射光線進(jìn)行圖像壓縮；左、右兩路平行光線分別通過由三角棱鏡或平面鏡組成的左、右反射鏡組，通過反射鏡組反射，實現(xiàn)兩路平行光線的上、下平移；壓縮并經(jīng)反射平移后的兩路圖像分別投射在CXD的上、下兩個半側(cè)內(nèi)并拼接在一起。隨后，經(jīng)C⑶采集到的兩路圖像信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理終端處理后在顯示器上合成并呈現(xiàn)為3D立體視覺圖像。本發(fā)明應(yīng)用所涉的3D圖像系統(tǒng)的顯示器采用水平方向隔行交錯的偏光3D顯示器，由于該型顯示器需求左右圖像垂直分辨率為標(biāo)準(zhǔn)分辨率的一半，因此對兩路入射光的壓縮不會降低顯示效果。以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的傳動、驅(qū)動裝置以及連接方式不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭，其特征在于它包括分別設(shè)置在左、右入射光路上的彼此之間平行間隔設(shè)置的左壓縮透鏡和右壓縮透鏡，所述的左壓縮透鏡和右壓縮透鏡用于將左、右入射光線的縱向尺寸壓縮為原圖像的一半，沿左、右入射光路方向在所述的左、右壓縮透鏡的前方分別設(shè)置有左反射鏡組和右反射鏡組，所述的左反射鏡組和右反射鏡組各自包括多個反射鏡，所述的左反射鏡組和右反射鏡組的多個反射鏡用于將壓縮后的入射光線進(jìn)行上、下平移形成位于左壓縮透鏡和右壓縮透鏡之間的豎直對稱面上并且彼此之間上、下間隔設(shè)置的上、下投射光線。
2.根權(quán)利要求I所述的用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭，其特征在于所述的多個反射鏡為前鍍膜平面反光鏡。
3.根權(quán)利要求I所述的用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭，其特征在于所述的多個反射鏡為直角三角棱鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭，其特征在于所述的左反射鏡組包括設(shè)置在左入射光路上的第一左直角棱鏡，第一左直角棱鏡通過其反射面將左入射光線反射為垂直向下的第一左反射光線，在所述的第一左反射光線的光路上設(shè)置有第二左直角棱鏡，所述的第二左直角棱鏡通過其反射面將第一左反射光線反射為與第一左反射光線垂直設(shè)置的第二左反射光線并且第二左反射光線與左壓縮透鏡和右壓縮透鏡之間的豎直對稱面垂直相交，在所述的第二左反射光線的光路上設(shè)置有第三左直角棱鏡，所述的第三左直角棱鏡通過其反射面將第二左反射光線反射為與入射光線平行設(shè)置的下投射光線；所述的右反射鏡組包括設(shè)置在右入射光路上的第一右直角棱鏡，第一右直角棱鏡通過其反射面將右入射光線反射為垂直向上的第一右反射光線，在所述的第一右反射光線的光路上設(shè)置有第二右直角棱鏡，所述的第二右直角棱鏡通過其反射面將第一右反射光線反射為與第一右反射光線垂直設(shè)置的第二右反射光線并且第二右反射光線與右壓縮透鏡和右壓縮透鏡之間的豎直對稱面垂直相交，在所述的第二右反射光線的光路上設(shè)置有第三右直角棱鏡，所述的第三右直角棱鏡通過其反射面將第二右反射光線反射為與入射光線平行設(shè)置的上投射光線，所述的上、下投射光線位于左壓縮透鏡和右壓縮透鏡之間的豎直對稱面上并且彼此之間上、下平行間隔設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)窺鏡裝置的立體鏡頭，它包括分別設(shè)置在左、右入射光路上的彼此之間平行間隔設(shè)置的左壓縮透鏡和右壓縮透鏡，所述的左壓縮透鏡和右壓縮透鏡用于將左、右入射光線的縱向尺寸壓縮為原圖像的一半，沿左、右入射光路方向在所述的左、右壓縮透鏡的前方分別設(shè)置有左反射鏡組和右反射鏡組，所述的左反射鏡組和右反射鏡組各自包括多個反射鏡，所述的左反射鏡組和右反射鏡組的多個反射鏡用于將壓縮后的入射光線進(jìn)行上、下平移形成位于左壓縮透鏡和右壓縮透鏡之間的豎直對稱面上并且彼此之間上、下間隔設(shè)置的上、下投射光線。本發(fā)明不降低偏光3D顯示器圖像顯示效果同時僅采用單CCD采集圖像。
文檔編號A61B1/05GK102973238SQ201210570868
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月16日
發(fā)明者王樹新, 蘇赫, 孔康, 張國凱 申請人:天津大學(xué)