CN105286761A - 电子内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子内窥镜，包括：内窥镜管体、光学转向部件、物镜组、微型固体摄像元件和照明设备；内窥镜管体内设置有至少一光输出通道和一光接收通道，光输出通道与照明设备连接，光学转向部件、物镜组和微型固体摄像元件均设置于光接收通道的内部，固体摄像元件沿内窥镜管体的轴向配置，物镜组位于光学转向部件的前端，光学转向部件使通过物镜组的光发生90度转向并垂直入射微型固体摄像元件。在本发明提供的电子内窥镜中，利用转向棱镜改变光路，以减少微型固体摄像元件的尺寸限制，使得电子内窥镜在提高像素、清晰度的同时保持内窥镜的结构紧凑，此外还增加了容纳外部器械工具的空间，使得微创伤手术器械功能更加丰富。

Description

电子内窥镜

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种电子内窥镜。

背景技术

随着微创伤医疗技术的迅猛发展，集传统光学内窥镜技术与现代计算机技术、微电子技术等高新技术于一身的电子内窥镜已经成为当前应用非常广泛的一种医疗仪器。

电子内窥镜采用电荷耦合元件(英文全称为ChargeCoupledDevice，简称CCD)、互补金属氧化物半导体器件(英文全称为ComplementaryMetalOxideSemiconductor，简称CMOS)等微型固体摄像元件将被拍摄物体图像转换为电信号，并将该电信号导出至外部的监视器，使得医护人员能够在监视器上进行图像观察。相比传统内窥镜，具有分辨率高、清晰度高、无视野黑点等优点，同时容易远距离观察与控制，并可采用图像处理技术获取重要的特征信息，实现早期病灶的定量分析和准确诊断。

目前对电子内窥镜的获得图像质量要求越来越高，实现高像素、高分辨率、高清晰度则要求固体摄像元件的尺寸变大，这又与电子内窥镜结构紧凑，产生矛盾。

因此，如何解决上述矛盾成为当前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子内窥镜，以解决现有的电子内窥镜分辨率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电子内窥镜，所述电子内窥镜包括：内窥镜管体、光学转向部件、物镜组、微型固体摄像元件和照明设备；所述内窥镜管体内设置有至少一光输出通道和一光接收通道，所述光输出通道与所述照明设备连接，所述光学转向部件、物镜组和微型固体摄像元件均设置于所述光接收通道的内部，所述固体摄像元件沿所述内窥镜管体的轴向配置，所述物镜组位于所述光学转向部件的前端，所述光学转向部件使通过所述物镜组的光发生90度转向并垂直入射所述微型固体摄像元件。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述光学转向单元为转向棱镜或反射镜。

可选的，在所述的电子内窥镜中，沿所述内窥镜管体的轴向入射的光线垂直进入所述转向棱镜的入射面，经所述转向棱镜偏转光线传输方向90度后，垂直于所述转向棱镜的出射面方向出射。

可选，在所述的电子内窥镜中，所述微型固体摄像元件位于所述转向棱镜的出射面。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述转向棱镜的出射面与所述微型固体摄像元件贴合在一起。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述转向棱镜为三棱镜。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述转向棱镜为直角三棱镜，所述直角三棱镜其中一条直角边所在面为入射面，另一条直角边所在面为出射面。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述转向棱镜为五棱镜。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述转向棱镜为屋顶型五棱镜，所述屋顶型五棱镜的底面为出射面。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述反射镜与所述内窥镜管体的轴向成45度角，且所述微型固体摄像元件位于所述反射镜下方；或者

所述反射镜与所述内窥镜管体的轴向成135度角，且所述微型固体摄像元件位于所述反射镜上方。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述微型固体摄像元件采用电荷耦合元件或互补金属氧化物半导体器件。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述物镜组的光学分辨率在120lp/mm以上。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述物镜组包括沿所述内窥镜管体的轴向依次排列的平凹透镜、凹凸透镜、双凸透镜和双凹透镜；其中，所述双凸透镜和双凹透镜胶合在一起组成胶合透镜，所述凹凸透镜的凹面靠近所述平凹透镜的凹面，所述凹凸透镜的凸面靠近所述胶合透镜的凸面，所述平凹透镜的平面位于远离所述凹凸透镜的一侧，所述平凹透镜的凹面位于靠近所述凹凸透镜的一侧。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述平凹透镜与凹凸透镜之间设置有孔径光阑。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述平凹透镜的焦距为负焦距，所述凹凸透镜、双凸透镜和双凹透镜的焦距之和为正焦距。

可选的，在所述的电子内窥镜中，所述内窥镜管体内还设置有一用于组装各种器械工具的器械通道，所述器械通道位于所述光输出通道的外侧。

在本发明提供的电子内窥镜中，利用光学转向部件改变光路，以减少微型固体摄像元件的尺寸限制，使得所述电子内窥镜在提高像素、清晰度的同时保持内窥镜的结构紧凑，此外还可以增加了容纳外部器械工具的空间，使得微创伤手术器械功能更加丰富。

附图说明

图1是本发明实施例一的电子内窥镜的结构示意图；

图2是本发明实施例一的电子内窥镜的部分结构示意图；

图3是本发明实施例一的物镜组的结构示意图；

图4是本发明实施例一的物镜组在物距为40mm时0°、26.6°和38°视场角的调制传递函数的测量结果；

图5是本发明实施例一的物镜组在物距为80mm时0°、26.6°和38°视场角的调制传递函数的测量结果；

图6是本发明实施例一的物镜组在物距为180mm时0°、26.6°和38°视场角的调制传递函数的测量结果；

图7是本发明实施例二的电子内窥镜的部分结构示意图；

图8是本发明实施例三的电子内窥镜的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电子内窥镜作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

【实施例一】

请结合参考图1和图2，其为本发明实施例一的电子内窥镜的结构示意图。如图1和图2所示，所述电子内窥镜100包括：内窥镜管体10、光学转向部件20、物镜组(图中未示出)、微型固体摄像元件30和照明设备40；所述内窥镜管体10内设置有至少一光输出通道11和一光接收通道12，所述光输出通道11与所述照明设备40连接，所述光学转向部件20、物镜组和微型固体摄像元件30均设置于所述光接收通道12的内部，所述固体摄像元件30沿所述内窥镜管体10的轴向配置，所述物镜组位于所述光学转向部件20的前端，所述光学转向部件20使通过所述物镜组的光发生90度转向并垂直入射所述微型固体摄像元件30。

具体的，所述内窥镜管体10的内部设置有光输出通道11、光接收通道12以及用于支撑所述光输出通道11与光接收通道12的镜头支架13，所述光输出通道11和光接收通道12均沿着所述内窥镜管体10的轴向(图中虚线双向箭头所示方向)延伸，所述光接收通道12的外侧与所述光输出通道11的内侧相贴合。其中，所述光输出通道11通过光纤与照明设备40连接，用于传输所述照明设备40发出的光，所述光接收通道12用于接收人体组织反射的光。

本实施例中，所述光输出通道11套设于所述光接收通道12的外侧。本领域技术人员应该知道，本发明对于所述光输出通道11、所述光接收通道12的位置关系没有特别的限制，只要人体组织反射的光，能进入所述光接收通道12即可。除了本发明一些实施例中，将所述光输出通道11套设于所述光接收通道12的外侧的方式外，还有多种方式实现上述效果。例如，可以将光输出通道11置于所述光接收通道12的外侧。所述的光输出通道11可以是一个，置于所述光接收通道12的外侧；可以是多个，均匀置于所述光接收通道12的外侧。这些方式都在本发明的保护范围内。

请结合参考图2和图3，所述电子内窥镜100还包括一物镜组50，所述物镜组50设置于所述光接收通道12的内部且位于所述光学转向部件20的前端，人体组织反射的光先通过所述物镜组50成像，再通过所述光学转向部件20改变光路，最后传输到所述微型固体摄像元件30上。

本发明对物镜组50没有特别的限制，只要所述物镜组50在至少一个视场角下的光学分辨率在120lp/mm以上，以确保获得清晰的人体组织图像即可。

本实施例中，所述光学转向部件20为转向棱镜，沿所述内窥镜管体10的轴向入射的光线垂直进入所述转向棱镜入射面，经转向棱镜偏转光线传输方向90°后垂直于所述转向棱镜的出射面方向出射。

优选的，所述微型固体摄像元件30位于所述转向棱镜的出射面，更优选的，所述转向棱镜的出射面与所述微型固体摄像元件30贴合在一起。所述转向棱镜与所述微型固体摄像元件30紧贴，能够缩小占用的空间。

请继续参考图2和图3，所述转向棱镜为直角三棱镜，所述直角三棱镜其中一条直角边所在面为入射面，另一条直角边所在面为出射面，所述微型固体摄像元件30位于所述直角三棱镜的出射面并与所述出射面贴合，所述照明设备40发射的光经所述光输出通道11导入待检体腔内，之后被待检体腔内的人体组织反射，人体组织反射的光经由所述物镜组50成像后，再通过直角三棱镜进行转向之后传输到与所述直角三棱镜出射面贴合的微型固体摄像元件30，由此所述电子内窥镜100通过所述微型固体摄像元件30拍摄被检体腔的图像。

本实施例中，所述直角三棱镜为JB/T8237-1999规定的I型直角三棱镜。当然，本发明并不限制所述光学转向部件20的具体型号。

如图3所示，所述物镜组50包括沿所述内窥镜管体10的轴向依次排列的平凹透镜L1、凹凸透镜L2、双凸透镜L3和双凹透镜L4；所述双凸透镜L3和双凹透镜L4胶合在一起组成胶合透镜，所述平凹透镜L1与凹凸透镜L2之间具有一间隙，凹凸透镜L2与双凸透镜L3之间具有一间隙，所述凹凸透镜L2的凹面靠近所述平凹透镜L1的凹面，所述凹凸透镜L2的凸面靠近所述胶合透镜的凸面，所述平凹透镜L1的平面位于远离所述凹凸透镜L2的一侧，所述平凹透镜L1的凹面位于靠近所述凹凸透镜L2的一侧。所述电子内窥镜100在使用时，所述平凹透镜L1的平面面对人体组织，能够防止人体内的体液粘附在镜头前造成模糊。

具体而言，所述平凹透镜L1的焦距为负，所述凹凸透镜L2、双凸透镜L3和双凹透镜L4的焦距之和为正。所述平凹透镜L1的焦距为负，能够把大角度的光折射成小角度，实现广角成像效果。所述凹凸透镜L2、双凸透镜L3和双凹透镜L4的总焦距为正，能够优化成像效果，减小球差、色差、慧差、场曲、畸变等像差，实现高清晰成像。

请继续参考图3，所述平凹透镜L1与凹凸透镜L2之间设置有孔径光阑S。在所述平凹透镜L1与凹凸透镜L2之间设置孔径光阑S，能够实现高景深。

主光角(ChiefRayAngle)为微型固体摄像元件的一个重要的参数，故在设计成像物镜时需要针对此参数进行微型固体摄像元件与透镜组配对设计，即透镜组的像距与微型固体摄像元件成像区域尺寸进行配对，使人体内部组织的反射光线在经过透镜组与转向系统之后，投射到微型固体摄像元件成像区域，能够保证人体内部组织在微型固体摄像元件上清晰成像。其中，像距是指透镜组最后一片透镜的后表面至微型固体摄像元件表面之间的光程。

与所述微型固体摄像元件30进行配对设计的各个透镜的数据请见下表(表中单位均为mm)：

#	Type	标注	曲率半径	厚度	玻璃型号	半径
							0	物平面		INF	8.00E+01	E	64.03171
1	平凹透镜L1	凹透镜	INF	6.96E-01	H-K9L	1.8
							2			1.638583	2.84E+00		1.195134
3	孔径光阑S		INF	2.34E-01		0.774118
							4	凹凸透镜L2	凹凸透镜	-8.68173	4.36E+00	LAK5	1.8
5	标准件1		-3.84883	1.10E+00		1.8
							6	双凸透镜L3	双凸透镜	4.595411	1.95E+00	H-ZK9	1.8
7	双凹透镜L4	双凹透镜	-2.59518	4.62E-01	ZF3	1.8
							8	标准件2		128.0023	5.95E+00		1.8
9	标准件3		INF	0.00E+00		1.539

注：表中的曲率表示透镜表面的曲率半径；半径表示透镜的尺寸；玻璃型号一栏中用“/”，则表示对应两个界面之间的介质为空气。

与所述微型固体摄像元件30进行配对设计的物镜组50的性能参数，请见下表：

请结合参考图4至图6，其为本发明实施例的物镜组在0°、26.6°和38°视场角的调制传递函数的测量结果。如图4所示，所述物镜组50的物距为40mm时，测量0°、26.6°和38°视场角的调制传递函数，结果显示所述物镜组50的分辨率高于120lp/mm。如图5所示，所述物镜组50的为物距为80mm时，测量0°、26.6°和38°视场角的调制传递函数，结果显示所述物镜组50的分辨率明显高于120lp/mm。如图6所示，所述物镜组50的为物距为180mm时，测量0°、26.6°和38°视场角的调制传递函数，结果显示所述物镜组50的分辨率明显高于120lp/mm。实验证明，从40mm到180mm超高景深范围内，所述物镜组50均具有较高的光学分辨率。所述物镜组50与最大分辨率1920×1080像素(约200万像素)的微型固体摄像元件30搭配能够实现高清晰成像效果。

本实施例中，所述物镜组50的视场角最大为76°，有利于满足大视场角的设计要求。可以理解的是，本发明并不限定物镜组的视场角，亦可根据实际测量要求相应调整该物镜组的视场角。

请继续参考图1，所述电子内窥镜100还包括：图像采集设备(图中未标出)、图像工作站60和监视器70；所述图像工作站60通过图像采集设备与所述微型固体摄像元件30连接，接受数字化的图像信息，所述图像工作站60的输出端与所述监视器70连接，向监视器70输出图像信息。

请继续参考图2，所述内窥镜管体10的内部还设置有一电路板31，所述电路板31位于所述微型固体摄像元件30的下方，并与所述微型固体摄像元件30连接。

所述微型固体摄像元件30是一种能将光信号转化为电信号的器件，所述微型固体摄像元件30将光信号转换为电信号之后，通过所述电路板31将所述电信号传输到图像采集设备，经过AD转换后传输到图像工作站60。所述图像工作站60接收到数字化的图像信息，将该图像信息传输给监视器70，通过所述监视器70显示图像信息。

其中，所述微型固体摄像元件30可以采用本领域常用的电荷耦合元件(英文全称为ChargeCoupledDevice，简称CCD)或互补金属氧化物半导体器件(英文全称为ComplementaryMetalOxideSemiconductor，简称CMOS)。

综上所述，本实施例中，所述电子内窥镜100采用光学转向部件20改变光路，使得所述微型固体摄像元件30能够沿着所述内窥镜管体10的轴向进行设置，而不是沿着所述内窥镜管体10的径向设置。因此，本发明解决了所述微型固体摄像元件30的尺寸与所述内窥镜管体10的径向尺寸之间的矛盾，通过本发明的内窥镜可以获得高像素、高分辨率、高清晰度的图像，进而获得更准确的人体组织信息。

【实施例二】

请结合参考图1和图7，其为本发明实施例二的电子内窥镜的结构示意图。如图1和图7所示，所述电子内窥镜100包括：内窥镜管体10、光学转向部件20、物镜组(图中未示出)、微型固体摄像元件30和照明设备40；所述内窥镜管体10内设置有至少一光输出通道11和一光接收通道12，所述光输出通道11与所述照明设备40连接，所述光学转向部件20、物镜组和微型固体摄像元件30均设置于所述光接收通道12的内部，所述固体摄像元件30沿所述内窥镜管体10的轴向配置，所述物镜组位于所述光学转向部件20的前端，所述光学转向部件20使通过所述物镜组的光发生90度转向并垂直入射所述微型固体摄像元件30。

具体的，所述照明设备40发射的光经所述光输出通道11导入待检体腔内，之后被待检体腔内的人体组织反射，人体组织反射的光经由所述透镜组50成像后，再通过五棱镜进行转向之后传输到与所述五棱镜出射面贴合的微型固体摄像元件30，由此所述电子内窥镜100通过所述微型固体摄像元件30拍摄被检体腔的图像。

本实施例与实施例一不同之处在于，所述光学转向部件20为五棱镜，而不是直角三棱镜。相对于直角三棱镜而言，五棱镜具有入射的光线不会倒置，不改变影像的偏手性的优点。

优选的，所述光学转向部件20为屋顶型五棱镜，所述屋顶型五棱镜的底面(与一对屋顶面相对的面)为出射面，所述微型固体摄像元件30与所述屋顶型五棱镜的底面贴合。

本实施例中，光垂直进入所述五棱镜后，经过两次反射，将光路改变90°后出射。在其他实施例中，所述光学转向部件20可以采用其他类型的转向棱镜，只要改变光路，使得人体组织反射的光正对所述微型固体摄像元件30出射即可。

【实施例三】

请结合参考图1和图8，其为本发明实施例三的电子内窥镜的结构示意图。如图1和图8所示，所述电子内窥镜100包括：内窥镜管体10、光学转向部件20、物镜组(图中未示出)、微型固体摄像元件30和照明设备40；所述内窥镜管体10内设置有至少一光输出通道11和一光接收通道12，所述光输出通道11与所述照明设备40连接，所述光学转向部件20、物镜组和微型固体摄像元件30均设置于所述光接收通道12的内部，所述固体摄像元件30沿所述内窥镜管体10的轴向配置，所述物镜组位于所述光学转向部件20的前端，所述光学转向部件20使通过所述物镜组的光发生90度转向并垂直入射所述微型固体摄像元件30。

本实施例与实施例一不同之处在于，所述内窥镜管体10内还设置有一位于光输出通道11外侧的器械通道，所述器械通道用于组装各种器械工具80。各种器械工具80通过所述器械通道进入人体对人体组织进行处理，所述器械工具80包括但不限于手术钳，单极电钩、单极弧剪、双极电凝钳、小钛夹钳、大持针钳、鸭嘴钳、抓紧钳、长镊子、大抓钳、小直剪刀。将器械工具与电子内窥镜的光学器件组装在一起，能够充分利用电子内窥镜的内部空间，实现镜中手功能。

在其他实施例中，光学转向部件20也可以采用反射镜，实现上述实施例中转向棱镜的作用。具体而言，所述反射镜与所述内窥镜管体的轴向成45度角，且所述微型固体摄像元件位于所述反射镜下方；或者所述反射镜与所述内窥镜管体的轴向成135度角，且所述微型固体摄像元件位于所述反射镜上方。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

综上，在本发明实施例提供的电子内窥镜中，利用光学转向部件改变光路，以减少微型固体摄像元件的尺寸限制，使得医生可以通过所述电子内窥镜获得高像素、高分辨率、高清晰度的图像，，还可以利用电子内窥镜中额外空间所容纳的外部器械工具对人体组织进行操作，使得微创伤手术器械更加小型化、功能更加丰富。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种电子内窥镜，其特征在于，包括：内窥镜管体、光学转向部件、物镜组、微型固体摄像元件和照明设备；所述内窥镜管体内设置有至少一光输出通道和一光接收通道，所述光输出通道与所述照明设备连接，所述光学转向部件、物镜组和微型固体摄像元件均设置于所述光接收通道的内部，所述固体摄像元件沿所述内窥镜管体的轴向配置，所述物镜组位于所述光学转向部件的前端，所述光学转向部件使通过所述物镜组的光发生90度转向并垂直入射所述微型固体摄像元件。

2.如权利要求1所述的电子内窥镜，其特征在于，所述光学转向单元为转向棱镜或反射镜。

3.如权利要求2所述的电子内窥镜，其特征在于，沿所述内窥镜管体的轴向入射的光线垂直进入所述转向棱镜的入射面，经所述转向棱镜偏转光线传输方向90度后，垂直于所述转向棱镜的出射面方向出射。

4.如权利要求3所述的电子内窥镜，其特征在于，所述微型固体摄像元件位于所述转向棱镜的出射面。

5.如权利要求4所述的电子内窥镜，其特征在于，所述转向棱镜的出射面与所述微型固体摄像元件贴合在一起。

6.如权利要求2所述的电子内窥镜，其特征在于，所述转向棱镜为三棱镜。

7.如权利要求6所述的电子内窥镜，其特征在于，所述转向棱镜为直角三棱镜，所述直角三棱镜其中一条直角边所在面为入射面，另一条直角边所在面为出射面。

8.如权利要求2所述的电子内窥镜，其特征在于，所述转向棱镜为五棱镜。

9.如权利要求8所述的电子内窥镜，其特征在于，所述转向棱镜为屋顶型五棱镜，所述屋顶型五棱镜的底面为出射面。

10.如权利要求2所述的电子内窥镜，其特征在于，所述反射镜与所述内窥镜管体的轴向成45度角，且所述微型固体摄像元件位于所述反射镜下方；或者

所述反射镜与所述内窥镜管体的轴向成135度角，且所述微型固体摄像元件位于所述反射镜上方。

11.如权利要求1所述的电子内窥镜，其特征在于，所述微型固体摄像元件采用电荷耦合元件或互补金属氧化物半导体器件。

12.如权利要求1所述的电子内窥镜，其特征在于，所述物镜组的光学分辨率在120lp/mm以上。

13.如权利要求12所述的电子内窥镜，其特征在于，所述物镜组包括沿所述内窥镜管体的轴向依次排列的平凹透镜、凹凸透镜、双凸透镜和双凹透镜；其中，所述双凸透镜和双凹透镜胶合在一起组成胶合透镜，所述凹凸透镜的凹面靠近所述平凹透镜的凹面，所述凹凸透镜的凸面靠近所述胶合透镜的凸面，所述平凹透镜的平面位于远离所述凹凸透镜的一侧，所述平凹透镜的凹面位于靠近所述凹凸透镜的一侧。

14.如权利要求13所述的电子内窥镜，其特征在于，所述平凹透镜与凹凸透镜之间设置有孔径光阑。

15.如权利要求13所述的电子内窥镜，其特征在于，所述平凹透镜的焦距为负焦距，所述凹凸透镜、双凸透镜和双凹透镜的焦距之和为正焦距。

16.如权利要求1所述的电子内窥镜，其特征在于，所述内窥镜管体内还设置有一用于组装各种器械工具的器械通道，所述器械通道位于所述光输出通道的外侧。