專利名稱：振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維內(nèi)窺鏡，特別是一種振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡是一種精密的光機(jī)電結(jié)合的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測，工業(yè)微加工， 醫(yī)學(xué)診斷，微創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域。從最初的硬管內(nèi)窺鏡到現(xiàn)在的光纖內(nèi)窺鏡以及電子內(nèi) 窺鏡，內(nèi)窺鏡的技術(shù)發(fā)展日臻成熟。
現(xiàn)在常見的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括纖維內(nèi)窺鏡和電子內(nèi)窺鏡，結(jié)構(gòu)上分為照明系統(tǒng)、 成像系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)。照明系統(tǒng)多采用非結(jié)構(gòu)光光源照明，光源本身不包含任 何的編碼信息，只能得到測量組織的平面二維信息，而丟失了包含物體相對深度和 橫向尺寸的三維面形分布信息，這種三維面形分布信息的丟失給醫(yī)生診斷帶來了不 便。克服這種缺點(diǎn)的方法是采用光學(xué)的三維測量技術(shù)，它能有效同內(nèi)窺成像技術(shù)相 結(jié)合，從而得到測量目標(biāo)的三維面形分布，提供測量目標(biāo)的深度信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，以獲取包含待測目標(biāo)三 維表面的信息。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，特點(diǎn)在于該內(nèi)窺鏡由發(fā)光二極管、電源、振 幅型透射光柵、照明微透鏡組、成像微透鏡組、微型面陣CCD、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算 機(jī)構(gòu)成，在一前端殼體之內(nèi)，自后向前端由依次所述的發(fā)光二極管、振幅型透射光 柵、照明微透鏡組構(gòu)成照明光路，在所述的內(nèi)窺鏡前端殼體之內(nèi)自前端向后由所述
的成像微透鏡組和微型面陣CCD構(gòu)成成像光路，所述的發(fā)光二極管通過導(dǎo)線與所述 的電源相連，所述的微型面陣CCD的輸出端通過CCD驅(qū)動線接所述的數(shù)據(jù)采集卡， 該數(shù)據(jù)采集卡接所述的計(jì)算機(jī)。
所述的前端殼體的后端接設(shè)一外殼軟管將所述的導(dǎo)線和所述的CCD驅(qū)動線的 一部分包裹在其內(nèi)。
所述的微型面陣CCD設(shè)有一旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿，該旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿的另一端伸出在所述的 外殼軟管外，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿，可以沿成像微透鏡組的光軸方向調(diào)節(jié)微型面陣CCD 的位置，以得到清晰的像。
所述的振幅型透射光柵的周期范圍為lOOWn 500陶，開口比為l: 1 1: 3。所述的照明微透鏡組是由第一膠合微透鏡和第二膠合微透鏡組成，它的6個透 鏡表面均為球面，直徑介于4到6毫米之間，所用玻璃的折射率介于1.6到1.7之間， 透鏡表面靠近所述的振幅型透射光柵，組成膠合透鏡的單個透鏡的中心厚度介于2 到4毫米之間，所述的第一膠合微透鏡和第二膠合微透鏡的間距為6 9毫米之間。
所述的成像微透鏡組是由第三膠合微透鏡和第四膠合微透鏡組成，它的6個透 鏡表面均為球面，直徑介于4到6毫米之間，所用玻璃的折射率介于1.5到1.7之間， 所述的第四膠合微透鏡的外透鏡表面靠近所述的微型面陣CCD，組成膠合透鏡的單 個透鏡的中心厚度介于2到3毫米之間，第三膠合微透鏡和第四膠合微透鏡之間的 距離介于1到3厘米之間。
所述的照明光路的光軸和成像光路的光軸有一微小夾角。
本發(fā)明利用均勻性較好的高亮度的發(fā)光二極管(LED)作為光源，用振幅型透 射光柵對LED發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，得到所需要的光柵條紋。經(jīng)過振幅型光柵調(diào)制的 光經(jīng)過由兩個膠合透鏡組成的照明微透鏡組后，照射在被測物體表面。被測物體表 面的光柵條紋經(jīng)過兩個膠合透鏡組成的成像微透鏡組后，成像在微型面陣CCD上， 該微型面陣CCD接收的待測目標(biāo)的三維面形分布信息經(jīng)所述的數(shù)據(jù)采集卡輸入所 述的計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)處理和顯示。本發(fā)明裝置可以獲取包含待測目標(biāo)三維表 面的信息。


圖1是本發(fā)明振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是本發(fā)明的照明微透鏡組的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本發(fā)明的成像微透鏡組的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框 圖。由圖可見，本發(fā)明振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，其由發(fā)光二極管5、電源10、 振幅型透射光柵4、照明微透鏡組2、 3、成像微透鏡組8、 9、微型面陣CCDll、數(shù) 據(jù)采集卡16和計(jì)算機(jī)17構(gòu)成，在一前端殼體12之內(nèi)，自后向前端由依次所述的發(fā) 光二極管5、振幅型透射光柵4、照明微透鏡組2、 3構(gòu)成照明光路，在所述的內(nèi)窺 鏡前端殼體12之內(nèi)自前端向后由所述的成像微透鏡組8、 9和微型面陣CCD11構(gòu)成 成像光路，所述的發(fā)光二極管5通過導(dǎo)線7與所述的電源10相連，所述的微型面陣 CCD11的輸出端通過CCD驅(qū)動線15接所述的數(shù)據(jù)采集卡16，該數(shù)據(jù)采集卡16接 所述的計(jì)算機(jī).17。在本實(shí)施例中，所述的前端殼體12的后端接設(shè)一外殼軟管14將所述的導(dǎo)線7和所述的CCD驅(qū)動線15的一部分包裹在內(nèi)。所述的微型面陣CCDll 設(shè)有一旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿13，該旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿13的另一端伸出在所述的外殼軟管14外，以 便對所述的微型面陣CCD11進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使所述的微型面陣CCD11獲得被測 目標(biāo)清晰的像。
所述的照明微透鏡組2、 3，如圖2所示，是由第一膠合微透鏡2和第二膠合微 透鏡3組成，，它的6個透鏡表面均為球面，直徑介于4到6毫米之間，所用玻璃的 折射率介于1.6到1.7之間，透鏡表面31靠近所述的振幅型透射光柵4，組成膠合 透鏡的單個透鏡的中心厚度介于2到4毫米之間，所述的第一膠合微透鏡2和第二 膠合微透鏡3的間距為6 9毫米之間。
所述的成像微透鏡組8、 9如圖3所示，是由第三膠合微透鏡8和第四膠合微透 鏡9組成，它的6個透鏡表面均為球面，直徑介于4到6毫米之間，所用玻璃的折 射率介于1.5到1.7之間，所述的第四膠合微透鏡9透鏡表面93靠近所述的微型面 陣CCDll，組成膠合透鏡的單個透鏡的中心厚度介于2到3毫米之間，第三膠合微 透鏡8和第四膠合微透鏡9之間的距離介于1到3厘米之間。
下面給出了一組滿足振幅型透射光柵的光學(xué)內(nèi)窺鏡的照明及成像功能的透鏡參數(shù)。
所采用的振幅型光柵4的周期為150pm，開口比為l: 5 (通光和非通光寬度比 值)，光柵大小不超過6mm。
圖2中，表面31和表面32之間的玻璃的折射率為1.7，表面32和表面33之間 的玻璃的折射率為1.61，表面21和表面22之間的玻璃的折射率為1.7，表面22和 表面23之間的玻璃的折射率為1.61。組成膠合透鏡的單個透鏡的中心厚度介于2到 4毫米之間。表面31到表面23的曲率半徑依次為-62.06mm、 -6.59mm、 11.13mm、 177.96mm、 -10.57mm、 13.14mm。
圖3中，表面81和表面82之間的玻璃的折射率為1.52，表面82和表面83之 間的玻璃的折射率為1.65,表面91和表面92之間的玻璃的折射率為1.52，表面92 和表面93之間的玻璃的折射率為1.65。組成膠合透鏡的單個透鏡的中心厚度介于2 到4毫米之間。表面81到表面93的曲率半徑依次為20.34mm、-13.09mm、-42.58mm、 4.09mm、 -6.95mm、 193.29mm。
采用以上所述的照明微透鏡組和成像微透鏡組制成一臺振幅型透射光柵三維內(nèi) 窺鏡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可以對人體的皮膚表面進(jìn)行三維測量，三維測量效果良好。
權(quán)利要求
1、一種振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，特征在于其由發(fā)光二極管(5)、電源(10)、振幅型透射光柵(4)、照明微透鏡組(2、3)、成像微透鏡組(8、9)、微型面陣CCD(11)、數(shù)據(jù)采集卡(16)和計(jì)算機(jī)(17)構(gòu)成，在一前端殼體(12)之內(nèi)，自后向前端由依次所述的發(fā)光二極管(5)、振幅型透射光柵(4)、照明微透鏡組(2、3)構(gòu)成照明光路，在所述的內(nèi)窺鏡前端殼體(12)之內(nèi)自前端向后由所述的成像微透鏡組(8、9)和微型面陣CCD(11)構(gòu)成成像光路，所述的發(fā)光二極管(5)通過導(dǎo)線(7)與所述的電源(10)相連，所述的微型面陣CCD(11)的輸出端通過CCD驅(qū)動線(15)接所述的數(shù)據(jù)采集卡(16)，該數(shù)據(jù)采集卡(16)接所述的計(jì)算機(jī)(17)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，其特征在于所述的前端 殼體(12)的后端接設(shè)一外殼軟管(14)將所述的導(dǎo)線(7)和所述的CCD驅(qū)動線(15) 的一部分包裹在內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，其特征在于所述的微型 面陣CCD (11)設(shè)有一旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿(13)，該旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿(13)的另一端伸出所述的 外殼軟管(14)夕卜，以便對所述的微型面陣CCD (11)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，其特征在于所述的振幅 型透射光柵(4)的周期范圍為100Mm 500Mm，開口比為l: 1 1: 3。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，其特征在于所述的照明 微透鏡組(2、 3)是由第一膠合微透鏡(2)和第二膠合微透鏡(3)組成的，它的 6個透鏡表面均為球面，直徑介于4到6毫米之間，所用玻璃的折射率介于1. 6到 1.7之間，透鏡表面(31)靠近所述的振幅型透射光柵(4)，組成膠合透鏡的單個 透鏡的中心厚度介于2到4毫米之間，所述的第一膠合微透鏡(2)和第二膠合微透 鏡(3)的間距為6 9毫米之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，其特征在于所述的成像 微透鏡組(8、 9)是由第三膠合微透鏡(8)和第四膠合微透鏡(9)組成的，它的 6個透鏡表面均為球面，直徑介于4到6毫米之間，所用玻璃的折射率介于1. 5到 1. 7之間，所述的第四膠合微透鏡(9)透鏡表面(93)靠近所述的微型面陣CCD (11)， 組成膠合透鏡的單個透鏡的中心厚度介于2到3毫米之間，第三膠合微透鏡(8)和 第四膠合微透鏡(9)之間的距離介于1到3厘米之間。'
全文摘要
一種振幅型透射光柵三維內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡由發(fā)光二極管、電源、振幅型透射光柵、照明微透鏡組、成像微透鏡組、微型面陣CCD、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，在一前端殼體之內(nèi)，自后向前端由依次所述的發(fā)光二極管、振幅型透射光柵、照明微透鏡組構(gòu)成照明光路，在所述的內(nèi)窺鏡前端殼體之內(nèi)自前端向后由所述的成像微透鏡組和微型面陣CCD構(gòu)成成像光路，所述的發(fā)光二極管通過導(dǎo)線與所述的電源相連，所述的微型面陣CCD的輸出端通過CCD驅(qū)動線接所述的數(shù)據(jù)采集卡，該數(shù)據(jù)采集卡接所述的計(jì)算機(jī)。本發(fā)明裝置可以獲取包含待測目標(biāo)三維表面的信息。
文檔編號G02B23/24GK101320128SQ20081004086
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者周常河, 軍 張, 金 謝 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所