CN105816143A - 一种用于胶囊内窥镜的导光器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学技术领域，具体涉及内窥镜。一种用于胶囊内窥镜的导光器件，包括一导光柱，导光柱是一柱面体，柱面体的横截面呈圆环，柱面体是由一底面、一外侧面和一内侧面固定连接构成，以柱面体的底面作为光线反射面，以外侧面作为光线出射面，内侧面为光线入射面。本发明通过在胶囊内窥镜安装一导光柱能够使检查视野增大，照明区域均匀，优化了胶囊内窥镜的使用。

Description

一种用于胶囊内窥镜的导光器件

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及内窥镜。

背景技术

胶囊消化道内窥镜系统，可以帮助医生为消化道疾病患者做辅助诊断，在消化系统疾病的诊治中有着十分广泛的应用。其具有检查方便、无创伤、无痛苦等优点，克服了传统的插入式内镜的对小肠疾病检查的局限性，但是市面上现有的胶囊内窥镜普遍存在检查视野过小，照明区域不均匀等问题。

发明内容

本发明的目的还在于，提供一种用于胶囊内窥镜的导光器件，以解决上述技术问题中的任意一种。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于胶囊内窥镜的导光器件，包括一导光柱，其特征在于，所述导光柱是一柱面体，所述柱面体的横截面呈圆环，所述柱面体是由一底面、一外侧面和一内侧面固定连接构成，以所述柱面体的底面作为光线反射面，以所述外侧面作为光线出射面，所述内侧面为光线入射面。

本发明通过在胶囊内窥镜安装一导光柱能够使检查视野增大，照明区域均匀，优化了胶囊内窥镜的使用。

所述导光柱的一侧设有一用来安装光源的基底座，所述光源的发光方向朝向所述光线入射面。

本发明优化了传统导光柱的结构，通过基底座能够便于安装光源。

所述导光柱固定在一胶囊内窥镜上，所述胶囊内窥镜上设有一摄像装置，所述摄像装置上方设有一光源，所述光源固定在所述基底座上。

本发明通过光源提高摄像装置的摄像效果，本发明通过将光源固定在基底座上能够提高照明效果。

所述光线入射面与所述基底座所在的平面呈5°～10°的夹角。

本发明优化了传统入射面的角度能够扩大入射范围。

所述光线反射面与所述基底座所在的平面呈78°～83°的夹角。

所述光线反射面上镀有一层全反射膜。使光线反射面具有光源反射效果。

所述光线入射面与所述光线反射面呈60°～88°的夹角。

本发明通过限制了光线入射面和光线反射面的角度能够优化了导光柱的结构。

所述光线入射面与光线反射面呈一锥台面，所述光线反射面的横截面从上至下逐渐递减；所述光线入射面的横截面从上至下逐渐递增。

所述全反射膜的厚度在0.05mm～0.01mm。

所述光线出射面是一外凸的第三曲面。

所述胶囊内窥镜设有一出光面，所述光线出射面的曲率与所述出光面的曲率保持一致。使光源均匀导出。

所述光线出射面的曲率方程满足以下三个方程之一：

(a)变形非球面，他有两个方向的曲率半径，而且可以不相同，该曲面为平面对称曲面，它有两个对称面，分别关于yoz、xoz平面对称。

C_x是曲面X‐Z平面内X方向的曲率半径，C_y是曲面在Y‐Z平面内Y方向的曲率半径，K_x是曲面X方向的二次曲线系数，K_y是曲面Y方向的二次曲线系数，A_i是4，6，8…2n阶非旋转对称系数。

(b)XY多项式曲面，

其中C为曲面曲率半径，c_j为多项式系数。

(c)超环面是一个圆形或n阶曲线形状的回转曲面，由一个圆或n阶曲线绕一个与该曲线共面的一个轴回转所生成。

其中c为曲率半径，k为二次曲面系数，A，B，C，D分别为4，6，8，10阶非球面系数。

所述摄像装置包括至少两个CCD图像传感器与至少两个摄像镜头，所述至少两个CCD图像传感器的传感方向朝向所述至少两个摄影镜头，所述至少两个摄像镜头的摄像方向的夹角为3°～5°。

本发明通过两个摄像镜头的摄像方向的夹角更能真实的模拟人眼进行图像采集，优化了胶囊内窥镜的使用。

所述CCD图像传感器连接一图像处理模块，所述图像处理模块连接一无线通讯模块，所述摄像装置通过所述无线通讯模块无线通讯连接一显示屏。

本发明通过显示屏能够观察胶囊内窥镜所记录的图像。

所述摄像装置通过一连接件连接所述摄像镜头，所述连接件是一万向接头，所述万向接头采用单节式万向接头。结构简单、体积小，旋转灵活，便于控制。

所述连接件上设有一角度传感器，所述角度传感器连接一微型处理器系统，所述万向接头连接一传动装置，所述传动装置连接一电机，所述电机连接所述微型处理器系统。

本发明通过角度传感器能够对胶囊内窥镜的摄像镜头更好的控制。

所述连接件上还设有一位移传感器，所述位移传感器连接所述微型处理器系统。能够精确控制摄像镜头的转动。

所述胶囊内窥镜包括一给药装置，所述给药装置包括一用于药物输送的管道，所述管道的出口位于所述胶囊内窥镜的外壁上，所述管道的出口设有一挡板。

作为一种优选方案，所述挡板通过弹性体连接所述管道，所述弹性体的弹性方向为所述管道的药物运送方向。所述弹性体不受力的情况下，挡板与内窥镜主体的外壁持平。当给药装置用过管道进行药物输送时，弹性体发生形变，挡板沿着药物输送方向开启，输送药物到消化道内，当给药装置停止输送药物时，弹性体不受到外力作用，进行闭合。

所述光源包括一LED光源和一准直透镜，所述准直透镜位于所述LED光源的前方，所述LED发光装置等间距的排布在一球面上，构成一球面LED阵列；

所述球面LED阵列的前方设有一聚光装置，各所述LED的中心轴线穿过所述聚光装置的中心。

本发明能够把功率不高的LED光源通过阵列的形式准直后，进行聚光，得到一个高光通量、小口径的光斑。采用该光斑作为光源，不仅能够克服现有的LED功率不够高以及大功率氙灯的缺点，还可以简化和优化之后的光学设计，达到非常好的效果。

所述聚光装置为一光锥聚光器。光锥聚光器虽然不能成像，但是可以应用于需要减小探测器尺寸的设计中。所述聚光装置优选为空心光锥聚光器。

所述光锥聚光器包括一大口端、一小口端，所述光锥聚光器的大口端设有一场镜，所述光锥聚光器的小口端作为球面LED阵列聚光系统的接受端面。

光线在所述光锥聚光器的锥壁上第m个反射点的入射角i_m，反射光线与光锥轴的夹角u_m，光锥半锥角t：

i_m＝90°-V-(2m-1)t

u_m＝V+2mt

光线在所述光锥聚光器的光锥壁每反射一次，入射角就减少2t，与光锥的夹角增加2t，当i_m＜η或β_m＞90°，光线不能从小端出射。

建立直角坐标系,若已知V、大端半口径s，确定反射次数m，那么光锥出射端的口径大小|y_Am|及光锥长度x_Am几何关系解出。

b₁＝s(m＝1)

b_m＝y_m-1-tg(u_m-1)·x_m-1(-1)^m+1(m＞1)

y_Am＝[-tg(t)·x_Am+s]×(-1)^m+1

在采用所述光锥聚光器对于LED阵列投射的光线进行聚光。场镜可以减少入射角的大小，有助于光线从导光锥中出射，同时也具有减小出射端口尺寸的作用。

附图说明

图1为本发明的结构剖面图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2，一种用于胶囊内窥镜的导光器件，包括一导光柱，导光柱是一柱面体，柱面体的横截面呈圆环，柱面体是由一底面、一外侧面和一内侧面固定连接构成，以柱面体的底面作为光线反射面2，以外侧面作为光线出射面3，内侧面为光线入射面1。本发明通过在胶囊内窥镜安装一导光柱能够使检查视野增大，照明区域均匀，优化了胶囊内窥镜的使用。导光柱的一侧设有一用来安装光源的基底座，光源的发光方向朝向光线入射面。本发明优化了传统导光柱的结构，通过基底座能够便于安装光源。导光柱固定在一胶囊内窥镜上，胶囊内窥镜上设有一摄像装置，摄像装置上方设有一光源，光源固定在基底座上。本发明通过光源提高摄像装置的摄像效果，本发明通过将光源固定在基底座上能够提高照明效果。光线入射面与基底座所在的平面呈5°～10°的夹角。本发明优化了传统入射面的角度能够扩大入射范围。光线反射面与基底座所在的平面呈78°～83°的夹角。光线反射面上镀有一层全反射膜。使光线反射面具有光源反射效果。光线入射面与光线反射面呈60°～88°的夹角。本发明通过限制了光线入射面和光线反射面的角度能够优化了导光柱的结构。

光线入射面与光线反射面呈一锥台面，光线反射面的横截面从上至下逐渐递减；光线入射面的横截面从上至下逐渐递增。全反射膜的厚度在0.05mm～0.01mm。光线出射面是一外凸的第三曲面。胶囊内窥镜设有一出光面，光线出射面的曲率与出光面的曲率保持一致。使光源均匀导出。

光线出射面的曲率方程满足以下三个方程之一：(a)变形非球面，他有两个方向的曲率半径，而且可以不相同，该曲面为平面对称曲面，它有两个对称面，分别关于yoz、xoz平面对称。

C_x是曲面X‐Z平面内X方向的曲率半径，C_y是曲面在Y‐Z平面内Y方向的曲率半径，K_x是曲面X方向的二次曲线系数，K_y是曲面Y方向的二次曲线系数，A_i是4，6，8…2n阶非旋转对称系数。(b)XY多项式曲面，

其中C为曲面曲率半径，c_j为多项式系数。(c)超环面是一个圆形或n阶曲线形状的回转曲面，由一个圆或n阶曲线绕一个与该曲线共面的一个轴回转所生成。

其中c为曲率半径，k为二次曲面系数，A，B，C，D分别为4，6，8，10阶非球面系数。摄像装置包括至少两个CCD图像传感器与至少两个摄像镜头，至少两个CCD图像传感器的传感方向朝向至少两个摄影镜头，至少两个摄像镜头的摄像方向的夹角为3°～5°。本发明通过两个摄像镜头的摄像方向的夹角更能真实的模拟人眼进行图像采集，优化了胶囊内窥镜的使用。

CCD图像传感器连接一图像处理模块，图像处理模块连接一无线通讯模块，摄像装置通过无线通讯模块无线通讯连接一显示屏。本发明通过显示屏能够观察胶囊内窥镜所记录的图像。摄像装置通过一连接件连接摄像镜头，连接件是一万向接头，万向接头采用单节式万向接头。结构简单、体积小，旋转灵活，便于控制。连接件上设有一角度传感器，角度传感器连接一微型处理器系统，万向接头连接一传动装置，传动装置连接一电机，电机连接微型处理器系统。本发明通过角度传感器能够对胶囊内窥镜的摄像镜头更好的控制。

连接件上还设有一位移传感器，位移传感器连接微型处理器系统。能够精确控制摄像镜头的转动。胶囊内窥镜包括一给药装置，给药装置包括一用于药物输送的管道，管道的出口位于胶囊内窥镜的外壁上，管道的出口设有一挡板。作为一种优选方案，挡板通过弹性体连接管道，弹性体的弹性方向为管道的药物运送方向。弹性体不受力的情况下，挡板与内窥镜主体的外壁持平。当给药装置用过管道进行药物输送时，弹性体发生形变，挡板沿着药物输送方向开启，输送药物到消化道内，当给药装置停止输送药物时，弹性体不受到外力作用，进行闭合。

光源包括一LED光源和一准直透镜，准直透镜位于LED光源的前方，LED发光装置等间距的排布在一球面上，构成一球面LED阵列；球面LED阵列的前方设有一聚光装置，各LED的中心轴线穿过聚光装置的中心。本发明能够把功率不高的LED光源通过阵列的形式准直后，进行聚光，得到一个高光通量、小口径的光斑。采用该光斑作为光源，不仅能够克服现有的LED功率不够高以及大功率氙灯的缺点，还可以简化和优化之后的光学设计，达到非常好的效果。聚光装置为一光锥聚光器。光锥聚光器虽然不能成像，但是可以应用于需要减小探测器尺寸的设计中。聚光装置优选为空心光锥聚光器。光锥聚光器包括一大口端、一小口端，光锥聚光器的大口端设有一场镜，光锥聚光器的小口端作为球面LED阵列聚光系统的接受端面。光线在光锥聚光器的锥壁上第m个反射点的入射角i_m，反射光线与光锥轴的夹角u_m，光锥半锥角t：

i_m＝90°-V-(2m-1)t

u_m＝V+2mt光线在光锥聚光器的光锥壁每反射一次，入射角就减少2t，与光锥的夹角增加2t，当i_m＜η或β_m＞90°，光线不能从小端出射。建立直角坐标系,若已知V、大端半口径s，确定反射次数m，那么光锥出射端的口径大小|y_Am|及光锥长度x_Am几何关系解出。

b₁＝s(m＝1)

b_m＝y_m-1-tg(u_m-1)·x_m-1(-1)^m+1(m＞1)

y_Am＝[-tg(t)·x_Am+s]×(-1)^m+1在采用光锥聚光器对于LED阵列投射的光线进行聚光。场镜可以减少入射角的大小，有助于光线从导光锥中出射，同时也具有减小出射端口尺寸的作用。导光柱优选为一导光透镜。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于胶囊内窥镜的导光器件，包括一导光柱，其特征在于，所述导光柱是一柱面体，所述柱面体的横截面呈圆环，所述柱面体是由一底面、一外侧面和一内侧面固定连接构成，以所述柱面体的底面作为光线反射面，以所述外侧面作为光线出射面，所述内侧面为光线入射面。

2.根据权利要求1所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述导光柱的一侧设有一用来安装光源的基底座，所述光源的发光方向朝向所述光线入射面。

3.根据权利要求2所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述导光柱固定在一胶囊内窥镜上，所述胶囊内窥镜上设有一摄像装置，所述摄像装置上方设有一光源，所述光源固定在所述基底座上。

4.根据权利要求3所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述光线入射面与所述基底座所在的平面呈5°～10°的夹角；所述光线反射面与所述基底座所在的平面呈78°～83°的夹角；所述光线入射面与所述光线反射面呈60°～88°的夹角。

5.根据权利要求4所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述光线反射面上镀有一层全反射膜；所述全反射膜的厚度在0.05mm～0.01mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述光线入射面与光线反射面呈一锥台面，所述光线反射面的横截面从上至下逐渐递减；所述光线入射面的横截面从上至下逐渐递增。

7.根据权利要求1所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述光线出射面是一外凸的第三曲面。

8.根据权利要求7所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述光线出射面的曲率方程满足以下三个方程之一：

(a)变形非球面，他有两个方向的曲率半径，而且不相同，该曲面为平面对称曲面，它有两个对称面，分别关于yoz、xoz平面对称；

$z=\frac{C_x{x}^2+C_y{y}^2}{1+{\{1-(1+K_x)C_x^2{x}^2-(1+K_y)C_y^2{y}^2\}}^{1/2}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{A}_i{\{(1-P_i)x^2+(1+P_i)y^2\}}^{i+1}$

C_x是曲面X‐Z平面内X方向的曲率半径，C_y是曲面在Y‐Z平面内Y方向的曲率半径，K_x是曲面X方向的二次曲线系数，K_y是曲面Y方向的二次曲线系数，A_i是4，6，8…2n阶非旋转对称系数；

(b)XY多项式曲面，

$\begin{array}{c}z(x,y)=\frac{C(x^2+y^2)}{1+{\[1-(1+k)C^2(x^2+y^2)\]}^{1/2}}\\ +c_4{y}^2+c_6{x}^2\\ +c_7{y}^3+c_9{\mathrm{yx}}^2\\ +c_{11}{y}^4+c_{13}{y}^2{x}^2+c_{15}{x}^4\\ +c_{16}{y}^5+c_{18}{y}^3{x}^2+c_{20}{\mathrm{yx}}^4\\ +c_{22}{y}^6+c_{24}{y}^4{x}^2+c_{26}{y}^2{x}^4+c_{28}{x}^6\\ +c_{29}{y}^7+c_{31}{y}^5{x}^2+c_{33}{y}^3{x}^4+c_{35}{\mathrm{yx}}^6\\ +\mathrm{...}\end{array}$

其中C为曲面曲率半径，c_j为多项式系数；

(c)超环面是一个圆形或n阶曲线形状的回转曲面，由一个圆或n阶曲线绕一个与该曲线共面的一个轴回转所生成；

$z=\frac{{\mathrm{cx}}^2}{1+{\[1-(1+k)c^2{x}^2\]}^{1/2}}+\underset{\‾}{A}{x}^4+\underset{\‾}{B}{x}^6+\underset{\‾}{C}{x}^8+\underset{\‾}{D}{x}^{10}$

其中c为曲率半径，k为二次曲面系数，A，B，C，D分别为4，6，8，10阶非球面系数。

9.根据权利要求3所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述摄像装置包括至少两个CCD图像传感器与至少两个摄像镜头，所述至少两个CCD图像传感器的传感方向朝向所述至少两个摄影镜头，所述至少两个摄像镜头的摄像方向的夹角为3°～5°。

10.根据权利要求9所述的一种用于胶囊内窥镜的导光器件，其特征在于：所述CCD图像传感器连接一图像处理模块，所述图像处理模块连接一无线通讯模块，所述摄像装置通过所述无线通讯模块无线通讯连接一显示屏。