一種具有雙光路雙目鏡頭的硬管式內(nèi)窺鏡的制作方法
【專利摘要】發(fā)明公開了一種雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，基于目前醫(yī)療內(nèi)窺鏡領(lǐng)域硬管式內(nèi)窺鏡基本都為單光路單鏡頭，而3D成像系統(tǒng)則是基于雙光路及視差原理進(jìn)行設(shè)計，無法直接應(yīng)用只能提供一套光路的單鏡頭內(nèi)窺鏡設(shè)備。構(gòu)想在現(xiàn)有的硬管式內(nèi)窺鏡內(nèi)加入一套光學(xué)系統(tǒng)，形成一種能直接應(yīng)用于3D成像系統(tǒng)的雙光路硬管式內(nèi)窺鏡。雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡包括硬管鏡管、導(dǎo)光束接口、物鏡、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、導(dǎo)光纖維、雙路分光棱鏡及目鏡組成。通過分光棱鏡將一副圖像分成兩幅具有視差的兩幅平行圖像，將圖像信號傳送到外接的3D成像系統(tǒng)雙CCD芯片上，輸出高清視頻信號具有3D接受功能的顯示器上形成立體動態(tài)圖像，使手術(shù)變的更加簡單、精確、快速。
【專利說明】-種具有雙光路雙目鏡頭的硬管式內(nèi)窺鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在醫(yī)療內(nèi)窺鏡領(lǐng)域一種雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前醫(yī)療內(nèi)窺鏡領(lǐng)域硬管式內(nèi)窺鏡基本都為單光路單鏡頭，而3D成像系統(tǒng)則是 基于雙光路及視差原理進(jìn)行設(shè)計，無法直接應(yīng)用只能提供一套光路的單鏡頭內(nèi)窺鏡設(shè)備。 并且單鏡頭內(nèi)窺鏡的光學(xué)成像系統(tǒng)，使3D系統(tǒng)采集到的圖像立體感和空間感不強(qiáng)，不利于 3D成像技術(shù)的普及和應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種專供3D立體內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng) 使用的雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡。
[0004] 本發(fā)明是基于不改變醫(yī)療內(nèi)窺鏡領(lǐng)域目前所使用的現(xiàn)有單光路硬管式內(nèi)窺鏡基 本結(jié)構(gòu)，通過在單鏡頭內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)中提供一套分光棱鏡的折射裝置，從而得到兩 幅具有視差圖像的立體成像效果。
[0005] 本發(fā)明公開了基于單光路內(nèi)窺鏡硬管鏡管、導(dǎo)光束接口和光學(xué)成像系統(tǒng)的一種雙 光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡。如圖1所示，其特征在于：所述雙光路雙目鏡內(nèi)窺鏡包括單 鏡頭內(nèi)窺鏡硬管鏡管結(jié)構(gòu)，一導(dǎo)光束接口及一套光學(xué)成像系統(tǒng)；光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)置于硬管 鏡管內(nèi)，由物鏡、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、導(dǎo)光纖維、雙路分光棱鏡及目鏡五部分組成。物鏡在鏡管一端， 起成像作用；物鏡采用的是自聚焦透鏡，它是圓柱形透徑，外徑可小到011mm，數(shù)值孔徑可 大于016,聚焦光斑可小于1 μ m，特別適用于2_以下內(nèi)腔體的觀察，成像分辨率高，不用調(diào) 焦，結(jié)構(gòu)簡單。用自聚焦透鏡成像，可以實現(xiàn)"傳光"、"傳像"通道并為一個通道的光學(xué)設(shè)計， 使鏡體外徑進(jìn)一步縮小，而且容易安裝。轉(zhuǎn)像系統(tǒng)選用HOPKINS棒狀鏡，棒狀鏡直徑和長度 之比約為1 : 25,每一個棒狀鏡由數(shù)個透鏡膠合而成，兩個棒狀鏡安排成對稱狀態(tài)組成一 組中轉(zhuǎn)系統(tǒng)，整個轉(zhuǎn)像系統(tǒng)則由3?7組中轉(zhuǎn)系統(tǒng)所組成。棒狀鏡可以減少光損失，使鏡管 內(nèi)通光量增加，視場大，成像質(zhì)量高。光導(dǎo)纖維是把若干導(dǎo)光纖維單絲規(guī)則排列在一起，呈 環(huán)形均勻分布在硬管鏡管的內(nèi)、外壁之間，負(fù)責(zé)照明；導(dǎo)光纖維是應(yīng)用全反射原理而能傳導(dǎo) 光線的化學(xué)纖維，光導(dǎo)纖維的頭端密封于物鏡的端面，尾端接在導(dǎo)光束接頭內(nèi)側(cè)。雙路分光 棱鏡采用鍍膜的K9光學(xué)玻璃，其光學(xué)系數(shù)為1. 5163,色散為0. 00806,阿貝數(shù)是64. 06,是一 種無鉛玻璃，主要作用是改變光的傳播方向。分光棱鏡的光射入單面與工作鏡管的另一端 連接，分光后的射出光面分別與兩個目鏡連接，通過目鏡部分與外部3D內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)連 接。目鏡采用在表面鍍膜的膠合雙薄透鏡，利用透鏡上的薄膜來改正目鏡的元素，提高影像 的清晰度，還可以改變通過透鏡的光線折射來減少反射和散射。導(dǎo)光束接口連接提供外部 光源的導(dǎo)光束。
[0006] 本發(fā)明的實施是這樣實現(xiàn)的，一種雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡。如圖2所示，包 括：一單鏡頭內(nèi)窺鏡硬管鏡管、一導(dǎo)光束接口和一套光學(xué)成像系統(tǒng)。導(dǎo)光束接口與提供外 部光源的導(dǎo)光束相接，導(dǎo)光束傳入的光通過導(dǎo)光纖維傳導(dǎo)并通過內(nèi)鏡底部裝有的物鏡，照 射于物體的表面上，這些照射到物體表面上的光即被反射，成像物鏡采集這些反射光線形 成圖像，并經(jīng)過轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、傳入雙路分光棱鏡入射單光面，進(jìn)入雙面分光棱鏡的成像光線在 棱鏡內(nèi)進(jìn)行折射后從分光棱鏡射出光面分兩路平行光射出，兩束平行成像光線分別透過雙 目鏡后傳遞到外接的3D攝像系統(tǒng)的兩組CCD芯片上，雙光路分光棱鏡的兩射出光面的中心 距為F2 = 22mm(如圖2所示），雙目鏡雙目的中心距F1與雙光路分光棱鏡兩邊的中心距 相等，與連接的3D內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的兩組(XD芯片的中心距F3而準(zhǔn)確對應(yīng)，即FI = F2 = F3。兩組C⑶芯片接受同一幅圖像的光信號后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換再經(jīng)過3D攝像系統(tǒng)各處理器 的處理合成后，輸出一個信號給到具有3D接受功能的顯示器上形成3D立體圖像。
[0007] -種雙光路雙目鏡硬管式內(nèi)窺鏡，進(jìn)一步包括：雙光路分光棱鏡，本發(fā)明如前所述 是選用單鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，我們通過在單鏡頭內(nèi)窺鏡工作鏡管一端放置一雙 光路分光棱鏡，另一端分出兩路平行光給雙目鏡鏡頭，這個雙光路分光棱鏡兩邊的中心距 為F2 = 22mm(如圖2所示），或18mm，或20mm，等等等·上述距離主要依據(jù)與內(nèi)窺鏡所接 3D攝像系統(tǒng)接口的兩組(XD芯片的中心距而準(zhǔn)確對應(yīng)。進(jìn)入分光棱鏡的一束入射光在分光 棱鏡內(nèi)進(jìn)行折射后從分成兩束平行光射出，入射光與兩束射出光為平行光，射出的兩束光 的圖像相差1-3°角，即兩處圖像相差1-3°角位平行位移。一副圖像經(jīng)過分光棱鏡的折射 后變成兩幅具有視差的圖像，這樣兩個目鏡分別接受同一個內(nèi)窺鏡傳出的具有視差的成像 光線，把有視差的雙路光信號成像到外接的3D攝像系統(tǒng)的雙CCD芯片上。雙光路分光棱鏡 結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0008] -種雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，進(jìn)一步包括：所述分光棱鏡的兩束出射光與 一束入射光平行且圖像相差為Γ、2°、3°角。
[0009] -種雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，進(jìn)一步包括：所述單鏡頭內(nèi)窺鏡包括：腹腔 鏡、鼻內(nèi)窺鏡、膀胱鏡、宮腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、腦室鏡、電切鏡或其他常用醫(yī)療單鏡頭單管 道硬管式內(nèi)窺鏡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)圖
[0011] 圖2是雙光路分光棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖
[0012] F1是雙目鏡頭中心距
[0013] F2是雙路分光棱鏡中心距
[0014] F3是雙攝像機(jī)(XD中心距
[0015] 1棱鏡2鏡管3棒狀鏡4物鏡5導(dǎo)光束接口 6目鏡7導(dǎo)光纖維

【具體實施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例， 對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0017] 如圖2所示，一種雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，包括：一單鏡頭內(nèi)窺鏡硬管工作 鏡管、一導(dǎo)光束接口和一套光學(xué)成像系統(tǒng)。導(dǎo)光束傳入的光通過導(dǎo)光纖維傳導(dǎo)并通過內(nèi)鏡 底部裝有的物鏡，照射于物體的表面上，這些照射到物體表面上的光即被反射，成像物鏡采 集這些反射光線形成圖像，并經(jīng)過轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，傳入雙路分光棱鏡入射單光面，進(jìn)入雙面分光 棱鏡的成像光線在棱鏡內(nèi)進(jìn)行折射后從分光棱鏡射出光面分兩路平行光射出，兩束成像光 線分別透過雙目鏡后傳遞到外接的3D攝像系統(tǒng)的兩組(XD芯片上，雙光路分光棱鏡兩邊的 中心距為F2 = 22mm(如圖2所示），雙目鏡雙目的中心距F1與雙光路分光棱鏡兩邊的中心 距相等，與連接的3D內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的兩組(XD芯片的中心距F3而準(zhǔn)確對應(yīng)，即FI = F2 =F3。兩組C⑶芯片接受同一幅圖像的光信號后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換再經(jīng)過3D攝像系統(tǒng)各處理 器的處理合成后，輸出一個信號給到具有3D接受功能的顯示器上形成3D立體圖像。
[0018] 雙光路分光棱鏡，本發(fā)明如前所述是選用單鏡頭內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，我們通過在 單鏡頭內(nèi)窺鏡工作鏡管一端放置一雙光路分光棱鏡，另一端分出兩路光給雙目鏡鏡頭，兩 路平行光透過雙目鏡頭傳到給C⑶芯片，這個雙光路分光棱鏡兩頭中心距為F2 = 22mm，可 以是18mm，也可以是20mm，這主要看兩個C⑶芯片中心距。但是最主要的分光棱鏡，射出的 兩束光的圖像相差1-3°角，即兩處圖像相差1-3°角位平行位移。這樣兩個C⑶芯片在接 受同一個內(nèi)窺鏡傳出的具有視差的圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化并經(jīng)處理系統(tǒng)后傳遞到3D顯示器上 是一個有1-3°位移的不重合圖像。
[0019] 本發(fā)明是基于單鏡頭內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)將反射出的一幅圖像通過具有1-3°相位移的 雙路分光棱鏡，分成兩幅相差1-3°角位移的圖像后通過雙目鏡片傳輸?shù)酵饨訑z像頭的雙 (XD芯片上，經(jīng)過3D內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的處理轉(zhuǎn)換后輸出信號到3D顯示器中，通過立體眼鏡 偏振光看到3D動態(tài)圖像。
[0020] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：
[0021] 本發(fā)明基于雙目立體視覺原理，遵循人眼觀察物體的客觀規(guī)律，模擬制造出與實 際物體最相似的光學(xué)條件，最大滿足3D內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)實施所需的圖像要求，因而得以實 現(xiàn)最佳立體圖像視覺；對現(xiàn)階段應(yīng)用的內(nèi)窺鏡只做很小的改變，就能直接應(yīng)用到3D攝像系 統(tǒng)中，不用外接任何中間連接設(shè)備，減少圖像轉(zhuǎn)換損失，滿足臨床手術(shù)對3D圖像的需要，使 臨床手術(shù)更加快捷、精準(zhǔn)、縮短手術(shù)時間，進(jìn)一步推動3D攝像技術(shù)在微創(chuàng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的推廣 和發(fā)展。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，其特征在于：內(nèi)窺鏡包括目鏡、雙路分光棱鏡、 導(dǎo)光纖維、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、物鏡、導(dǎo)光束接口、硬管鏡管；具體的 物鏡組設(shè)置于鏡管一端，起成像作用；采用的是自聚焦透鏡，它是圓柱形透徑，外徑可 小到011mm，數(shù)值孔徑可大于016,聚焦光斑可小于1 μ m，特別適用于2mm以下內(nèi)腔體的觀 察，成像分辨率高，不用調(diào)焦，結(jié)構(gòu)簡單。用自聚焦透鏡成像，可以實現(xiàn)"傳光"、"傳像"通道 并為一個通道的光學(xué)設(shè)計，使鏡體外徑進(jìn)一步縮小，而且容易安裝； 轉(zhuǎn)像系統(tǒng)設(shè)置于物鏡組與雙路分光棱鏡之間，選用HOPKINS棒狀鏡，棒狀鏡直徑和長 度之比約為1 : 25,每一個棒狀鏡由數(shù)個透鏡膠合而成，兩個棒狀鏡安排成對稱狀態(tài)組成 一組中轉(zhuǎn)系統(tǒng)，整個轉(zhuǎn)像系統(tǒng)則由3?7組中轉(zhuǎn)系統(tǒng)所組成。棒狀鏡可以減少光損失，使鏡 管內(nèi)通光量增加，視場大,成像質(zhì)量高； 導(dǎo)光纖維束是把若干導(dǎo)光纖維單絲規(guī)則排列在一起，呈環(huán)形均勻分布在硬管鏡管的 內(nèi)、外壁之間，起照明作用；導(dǎo)光纖維是應(yīng)用全反射原理而能傳導(dǎo)光線的化學(xué)纖維，導(dǎo)光纖 維絲束的頭端密封于物鏡的端面，尾端接在導(dǎo)光束接頭內(nèi)側(cè)； 雙路分光棱鏡采用鍍膜的K9光學(xué)玻璃，其光學(xué)系數(shù)為1. 5163,色散為0. 00806,阿貝數(shù) 是64. 06,是一種無鉛玻璃，主要作用是改變光的傳播方向。分光棱鏡的光射入單面與工作 鏡管的另一端連接，分光后的射出光面分別與兩個目鏡連接，通過目鏡部分與外部攝像系 統(tǒng)連接； 目鏡采用在表面鍍膜的膠合雙薄透鏡，利用透鏡上的薄膜來改正目鏡的元素，提高影 像的清晰度，還可以改變通過透鏡的光線折射來減少反射和散射； 導(dǎo)光束接口連接提供外部光源的導(dǎo)光束； 導(dǎo)光束接口與提供外部光源的導(dǎo)光束相接，導(dǎo)光束傳入的光通過導(dǎo)光纖維傳導(dǎo)并通過 內(nèi)鏡底部裝有的物鏡，照射于物體的表面上，這些照射到物體表面上的光即被反射，成像物 鏡采集這些反射光線形成圖像，并經(jīng)過轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、傳入雙路分光棱鏡入射單光面，進(jìn)入雙面 分光棱鏡的成像光線在棱鏡內(nèi)進(jìn)行折射后從分光棱鏡射出光面分兩路平行光射出，兩束平 行成像光線分別透過雙目鏡后傳遞到外接的3D攝像系統(tǒng)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，所述攝像系統(tǒng)為3D攝像系 統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，所述分光棱鏡的兩束出射光 與一束入射光平行并且圖像相差為Γ、2°或3°角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路雙目鏡頭硬管式內(nèi)窺鏡，所述單鏡頭內(nèi)窺鏡可以為： 腹腔鏡、鼻內(nèi)窺鏡、膀胱鏡、宮腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、腦室鏡、電切鏡或其他常用醫(yī)療單鏡頭 單管道硬管式內(nèi)窺鏡。
【文檔編號】A61B1/07GK104107026SQ201410081197
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】董國慶 申請人:董國慶