CN103110403A - 一种新型光学探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型光学探头，包括旋转组件和静止组件，并通过旋转连接器结合在一起。旋转组件主要包括用于反射光信号的反射棱镜，环形超声马达转子，通光孔和自聚焦透镜；静止组件主要包括环形超声马达定子，自聚焦透镜和轴承。环形超声马达的定子和转子分别集成固定在静止套筒和旋转套筒上。环形超声马达接通电源后，马达定子与转子之间会产生摩擦力，从而使得整个旋转套筒进行360度旋转扫描，扫描的光信号经反射棱镜进入第一个自聚焦透镜出射平行光，出射光再进入第二个自聚焦透镜经传输光纤输出扫描信息。本发明操作简单、工作过程中不受电磁干扰，可以实现360度的旋转扫描，其市场前景广阔，具有良好的技术转化基础；同时还具有广泛的社会效益。

Description

一种新型光学探头

技术领域

本发明涉及一种医疗及光学检测仪器，尤其涉及一种具有可旋转扫描功能的光学信号收发系统。

背景技术

随着光电检测技术的不断发展，各种先进的探测技术被应用在工业和医疗领域。OCT（光学相干层析技术，Optical Coherence Tomography）就是其中一种检测技术，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像。目前这种技术主要应用在医疗领域，该技术在进行生物医学检测时对探头提出了严格的要求，探头要尽可能的小、还要可以进行360度扫描、工作过程中要稳定没有噪声、不受电磁干扰等等。到目前为止国内外就该技术和相关探头的研究已有了很多的报道。

美国专利文献US20100228132A1中公开了名称为《SYSTEMS FOR CONTROLLINGOPTICAL PROBE FUNCTIONS DURING MEDICAL AND VETERINARY PROCEDURES》的一种光学检测系统，这套检测系统主要用于医学检测领域。该检测系统包括了一个OCT探头，它的驱动装置位于探头的后端，驱动装置通过软管连接前端的探头，使探头进行动态扫描。但是这种结构由于它的驱动装置在探头的后端而且还使用了两个驱动装置，会使它的体积比较大，此外，驱动装置中是通过软管连接探头，在工作的过程中存在扫描不稳定的缺陷，而且使用寿命不会很长。

美国专利文献US20050288582A1中公开了名称为《Micro Medical-UltrasonicEndoscopic OCT Probe》的一种超声OCT探头，这种探头它的驱动装置直接安装在探头里面，相比前面所说的虽然有了一定的改进。但是仍然存在一些问题，首先是它的驱动装置的安装问题，将驱动装置精确的安装在探头内部，而且还要保证在动态扫描过程中的稳定性，这是很困难的。另外，驱动装置的电源布线也会给探头带来一些电磁干扰。

美国专利文献US007679754B2中公开了一种名称为《Arterial Probe For OCT》的一种用于动脉检测的OCT探头，这种探头虽然只有一个驱动装置，相比前面第一个来说结构简单了一些，但是驱动装置是位于探头后端的，也是通过一根软管来连接前端的探头。这种探头的不足之处是：一是工作过程中的不稳定性；二是由于软管的使用寿命有限，从而导致探头提前报废。

中国专利公开号为CN102697455A，名称为《OCT电子胃镜系统》的专利文献中报道了一种将驱动器置于探头里面的技术方案，驱动器直接连着反射棱镜，这种结构的缺点是安装存在困难，而且驱动器直接连着棱镜，在动态扫描过程中棱镜反射光信号会存在不稳定的情况，导致反射光信号无法进入传输光纤。而且使用这种驱动器会产生噪声，影响有用信息的采集，不利于检测。

中国专利公开号为CN1593351A，名称为《医用经内窥镜微型超声—OCT探头》的专利文献中公开了一种将微型驱动器安装于探头端部的光学探头，这种探头结合了超声换能片，在一定程度上扩展了检测的功能，但是最大的问题在于扫描系统的稳定性和装配的难易性，这种探头也是将驱动器直接与棱镜连接，扫描过程中会出现信号光传输的不稳定性，而且这种探头结构比较复杂，特别是在安装换能片和驱动器时,引线的布置是一个麻烦的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种新型光学探头，发挥了光纤旋转连接器和环形超声马达的优点，可以稳定传输光学信号，并且具有结构简单、易于装配、工作时没有噪声、稳定地进行旋转扫描、不受电磁干扰、成本较低的特点。

为了解决上述技术问题，本发明新型光学探头予以实现的一个技术方案是：包括设置在一透明保护套中的旋转组件和静止组件，还包括一环形超声马达，所述环形超声马达由环形超声驱动转子和环形超声驱动定子构成；所述旋转组件包括旋转套筒，所述旋转套筒与所述环形超声驱动转子固连，所述旋转套筒的筒壁上设有通光孔，所述旋转套筒内固定有反射棱镜和第一自聚焦透镜；所述静止组件包括静止套筒，所述静止套筒与所述环形超声驱动定子固连，所述静止套筒内固定有与所述第一自聚焦透镜同轴的第二自聚焦透镜；所述第一自聚焦透镜的入射端和所述第二自聚焦透镜的出射端均分别设有同轴的传输光纤；所述静止套筒与所述旋转套筒之间设有滚动轴承。

本发明新型光学探头予以实现的另一个技术方案是：包括设置在一透明保护套中的旋转组件和静止组件，还包括一环形超声马达和一旋转连接器，所述环形超声马达由环形超声驱动转子和环形超声驱动定子构成，所述旋转连接器由旋转连接器转子和旋转连接器定子构成；所述旋转组件包括旋转套筒，所述旋转套筒与所述环形超声驱动转子固连，所述所述旋转套筒的筒壁上设有通光孔，所述旋转连接器转子固定在所述旋转套筒内，所述旋转套筒内固定有反射棱镜，所述旋转连接器转子内固定有第一自聚焦透镜；所述静止组件包括静止套筒，所述静止套筒与所述环形超声驱动定子固连，所述旋转连接器定子固定在所述静止套筒内，所述旋转连接器定子内固定有与所述第一自聚焦透镜同轴的第二自聚焦透镜；所述第一自聚焦透镜的入射端和所述第二自聚焦透镜的出射端均分别设有同轴的传输光纤；所述旋转连接器定子与所述旋转连接器转子之间设有滚动轴承。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明与以往的光学探头相比，由于结合了旋转连接器和环形超声马达，使得探头在结构上变得简单，马达的定子和转子分别集成在静止套筒和旋转套筒上，易于装配。同时，现有的技术最大的缺点就是使用寿命短，通常应用于医疗或光学检测仪器中的马达是位于内窥镜探头后端，并通过一根软管来连接到前端探头，这种实现方式致命的缺点是软管的使用寿命决定了整个探头的使用寿命。而本发明的一个优点就是旋转套筒与静止套筒通过旋转连接器组合在一起，马达直接驱动旋转套筒旋转，不需要软管连接，延长了整个探头的使用寿命；另外一个优点是操作简单，没有复杂的操作过程；最后就是该探头的旋转部分没有超声换能器和电源线等零部件，所以工作时不受电磁干扰。本发明操作简单、工作过程中不受电磁干扰，可以实现360度的旋转扫描，其市场前景广阔，具有良好的技术转化基础；同时还具有广泛的社会效益。

附图说明

图1是本发明新型光学探头一技术方案的结构示意图；

图2是本发明新型光学探头另一技术方案的结构示意图；

图中：1-透明保护套，2-旋转套筒，3-反射棱镜，4-通光孔，5’-旋转连接器转子，5、11、16-固定支架，6-滚动轴承，7-垫圈，8-环形超声马达转子，9-环形超声马达定子，10-静止套筒，11’-旋转连接器定子，12-第二自聚焦透镜，15-第一自聚焦透镜，14-电源线，13、17-传输光纤。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，本发明新型光学探头的一个技术方案是，包括一环形超声马达和设置在一透明保护套1中的旋转组件和静止组件；所述环形超声马达由环形超声驱动转子8和环形超声驱动定子9构成；所述旋转组件包括旋转套筒2，所述旋转套筒2与所述环形超声驱动转子8固连，所述旋转套筒2的筒壁上设有通光孔4，所述旋转套筒2内固定有用于反射光信号的反射棱镜3和第一自聚焦透镜15，所述第一自聚焦透镜15通过固定支架5与旋转套筒2固定；所述静止组件包括静止套筒10，所述静止套筒10与所述环形超声驱动定子9固连，所述静止套筒10内固定有与所述第一自聚焦透镜15同轴的第二自聚焦透镜12，所述第二自聚焦透镜12通过固定支架11与静止套筒10固定；所述第一自聚焦透镜15的入射端和所述第二自聚焦透镜12的出射端均分别设有同轴的用于传输光信号的传输光纤17和13，设置在第一自聚焦透镜15的入射端的所述传输光纤17通过固定支架16与旋转套筒2固定，设置在所述第二自聚焦透镜12的出射端的传输光纤13通过固定支架（图中未画出）与静止套筒10固定，所述静止套筒10与所述旋转套筒2之间设有并列布置的一对滚动轴承6，在两个滚动轴承之间设有垫圈7，所述旋转组件和静止组件之间的相对旋转是通过该对滚动轴承6实现的。

如图1所示，本发明的上述技术方案实现光学探头360度图像扫描的过程是：当环形超声马达通过电源线14接通电源后，通过环形超声马达定子9与环形超声马达转子8之间的摩擦力（由于环形超声马达转子8集成固定在旋转套筒2上）使整个旋转套筒2作360度旋转，旋转套筒在旋转过程中进行360度的扫描，扫描的光信号通过通光孔4入射到反射棱镜3而后又被反射棱镜3反射到第一自聚焦透镜15中，第一自聚焦透镜15输出平行光，该平行光再进入静止的第二自聚焦透镜12，通过传输光纤13输出扫描信息，如图1中箭头所示。

如图2所示，本发明新型光学探头的另一技术方案结合了光纤旋转连接器和环形超声马达的优点，其结构是包括设置在一透明保护套1中的旋转组件和静止组件，所述旋转组件和静止组件两部分通过旋转连接器结合在一起，所述旋转连接器由旋转连接器转子5’和旋转连接器定子11’构成；还包括一环形超声马达，所述环形超声马达由环形超声驱动转子8和环形超声驱动定子构成，所述旋转组件包括旋转套筒2，所述旋转套筒2与所述环形超声驱动转子8固连，所述旋转套筒2的筒壁上设有通光孔4，所述旋转连接器转子5’固定在所述旋转套筒2内，所述旋转套筒2内固定有反射棱镜3，所述旋转连接器转子5’内固定有第一自聚焦透镜15；所述静止组件包括静止套筒10，所述静止套筒10与所述环形超声驱动定子固连，所述旋转连接器定子11’固定在所述静止套筒10内，所述旋转连接器定子11’内固定有与所述第一自聚焦透镜15同轴的第二自聚焦透镜12；所述第一自聚焦透镜15的入射端和所述第二自聚焦透镜12的出射端均分别设有同轴的传输光纤，设置在所述第一自聚焦透镜15入射端的传输光纤通过固定支架16与所述旋转连接器转子5’固定，设置在所述第二自聚焦透镜12出射端的传输光纤13通过固定支架（图中未画出）与所述旋转连接器定子11’固定，所述旋转连接器定子11’与所述旋转连接器转子5’之间设有并列布置的一对滚动轴承6，在两个滚动轴承之间设有垫圈7，所述旋转组件和静止组件之间的相对旋转是通过旋转连接器实现的。

如图2所示，本发明的上述另一技术方案实现光学探头360度图像扫描的过程是：当环形超声马达通过电源线14接通电源后，环形超声马达定子9集成固定在静止套筒10上，环形超声马达转子8集成固定在旋转套筒2上，环形超声马达定子9与环形超声马达转子8之间会产生摩擦力，由于静止套筒和旋转套筒通过旋转连接器结合在一起，因而整个旋转套筒2作360度旋转扫描，扫描的光信号通过通光孔4入射到反射棱镜3而后又被反射棱镜3反射到第一自聚焦透镜15中，输出平行光，平行光再进入第二自聚焦透镜12并通过传输光纤13输出扫描信息，如图2中箭头所示。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种新型光学探头，包括设置在一透明保护套（1）中的旋转组件和静止组件，其特征在于，还包括一环形超声马达，所述环形超声马达由环形超声驱动转子（8）和环形超声驱动定子构成；所述旋转组件包括旋转套筒（2），所述旋转套筒（2）与所述环形超声驱动转子（8）固连，所述旋转套筒（2）的筒壁上设有通光孔（4），所述旋转套筒（2）内固定有反射棱镜（3）和第一自聚焦透镜（15）；所述静止组件包括静止套筒（10），所述静止套筒（10）与所述环形超声驱动定子固连，所述静止套筒（10）内固定有与所述第一自聚焦透镜（15）同轴的第二自聚焦透镜（12）；所述第一自聚焦透镜（15）的入射端和所述第二自聚焦透镜（12）的出射端均分别设有同轴的传输光纤；所述静止套筒（10）与所述旋转套筒（2）之间设有滚动轴承（6）。

2.根据权利要求1所述新型光学探头，其特征在于，所述传输光纤、第一自聚焦透镜（15）和第二自聚焦透镜（12）均分别通过固定支架与旋转套筒（2）或静止套筒（10）固定。

3.一种新型光学探头，包括设置在一透明保护套（1）中的旋转组件和静止组件，其特征在于，还包括一环形超声马达和一旋转连接器，所述环形超声马达由环形超声驱动转子（8）和环形超声驱动定子构成，所述旋转连接器由旋转连接器转子（5’）和旋转连接器定子（11’）构成；所述旋转组件包括旋转套筒（2），所述旋转套筒（2）与所述环形超声驱动转子（8）固连，所述所述旋转套筒（2）的筒壁上设有通光孔（4），所述旋转连接器转子（5’）固定在所述旋转套筒（2）内，所述旋转套筒（2）内固定有反射棱镜（3），所述旋转连接器转子（5’）内固定有第一自聚焦透镜（15）；所述静止组件包括静止套筒（10），所述静止套筒（10）与所述环形超声驱动定子固连，所述旋转连接器定子（11’）固定在所述静止套筒（10）内，所述旋转连接器定子（11’）内固定有与所述第一自聚焦透镜（15）同轴的第二自聚焦透镜（12）；所述第一自聚焦透镜（15）的入射端和所述第二自聚焦透镜（12）的出射端均分别设有同轴的传输光纤；所述旋转连接器定子（11’）与所述旋转连接器转子（5’）之间设有滚动轴承（6）。

4.根据权利要求3所述新型光学探头，其特征在于，所述传输光纤通过固定支架与所述旋转连接器转子（5’）或所述旋转连接器定子（11’）固定。

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