CN107320058A - 全景成像装置及胶囊胃镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种体积小、低功耗的全景成像装置以及胶囊胃镜，全景成像装置包括图像传感器、第一物镜以及第二物镜，其中，第一物镜与所述第二物镜分别位于所述壳体的两端，并且，第一物镜的光轴与第二物镜的光轴均平行于图像传感器的靶面，第一物镜与所述第二物镜设置在图像传感器的两侧，且第一物镜与图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，第一物镜出射的光束经过第一偏转棱镜后入射到图像传感器，第二物镜与图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，第二物镜出射的光束经过第二偏转棱镜后入射到图像传感器。胶囊胃镜包括壳体，壳体内安装有上述的全景成像装置。本发明能够实现全景成像设备微型化、结构简单化、成本降低和增加续航能力。

Description

全景成像装置及胶囊胃镜

技术领域

本发明涉及医学成像领域，尤其是涉及一种全景成像装置以及具有这种成像装置的胶囊胃镜。

背景技术

无创、微创外科技术是当代临床医学最主要的发展趋势之一，它推动了医疗工程朝着高度自动化、低损伤性诊断治疗的方向发展。内窥镜诊疗术作为无创、微创外科的一种重要手段，得到了广泛的应用。传统的插入式胃镜具有耐受性差，不适用于老年人体弱和病情危重的情况。胶囊内镜的全称为“智能胶囊消化道内镜系统”，是近年发展起来的一项内窥镜技术，于2001年经美国食品与药品管理局FDA批准用于疾病的检查。

胶囊内镜具有操作简单、检查方便、无创伤、无痛苦、无交叉感染、不影响患者正常工作等优点。胶囊式内镜可实现胃肠道病灶处表面形貌的全景成像，使得医生可以清楚的观察三维灶处三维场景信息，因此，在手术时不需要凭经验进行判断和操作，并可大大提高手术安全系数，使许多高难度的手术能够顺利实施，并且克服了传统的插入式胃镜的缺陷。胶囊胃镜内置光学镜头、CCD或者CMOS传感器、微控制器、为胶囊内镜供电的电池和图像传输模块，借助消化道内的运动并拍摄成像，图像通过图像传感器以数字的形式传输到移动终端。

目前，为了实现胶囊胃镜的全景成像，通常采用2片CCD或者CMOS来实现全景成像，但是采用两片CCD或者CMOS图像传感器实现成像，需要两套驱动电路，使得装置的尺寸不够小，电池的续航时间短；或采用辅助的机械装置，通过旋转微型摄像头，使得拍照角度改变来获得全方位的图像，采用机械装置同样也会使得装置的尺寸不够小，并且其改变拍摄角度的方式存在随机性，不一定能够拍摄到胃部内壁的每个角落，无法实现环向的全景图像，存在较大的盲区；或是采用鱼眼透镜，获得半球或大于半球的全景视场，而采用鱼眼透镜为了获得大的视场角，通常需要10片以上的透镜和高质量的光学材料，系统复杂，造价也很昂贵。

可见，目前胶囊胃镜存在的技术瓶颈问题在于：视角无法实现全景成像、尺寸不够小以及续航时间短。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种体积小、低功耗的全景成像装置。

本发明的第二目的是提供一种体积小、低功耗以及可全景成像的胶囊胃镜。

为实现上述的第一目的，本发明提供的全集成像装置包括图像传感器、第一物镜以及第二物镜，其中，第一物镜与所述第二物镜分别位于所述壳体的两端，并且，第一物镜的光轴与第二物镜的光轴均平行于图像传感器的靶面，第一物镜与所述第二物镜设置在图像传感器的两侧，且第一物镜与图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，第一物镜出射的光束经过第一偏转棱镜后入射到图像传感器，第二物镜与图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，第二物镜出射的光束经过第二偏转棱镜后入射到图像传感器。

由此可见，由于第一物镜、第二物镜设置在图像传感器的两侧，因此，图像传感器获取图像后，在处理器中从单幅图像中即可分割计算获取全景图像，不会出现两幅二维图像传输不同步或单个二维图像出现丢帧的问题，有效确保成像效果。同时，用单个图像传感器取代主流的两个图像传感器，图像通过第一物镜和第二物镜同时投射在单片图像传感器的两个不重叠区域，有利于成像设备微型化、结构简单化、成本降低和增加续航能力。

一个优选的方案是，第一物镜与所述第二物镜对称设置在图像传感器的两侧。

由以上方案可见，两个物镜对称分布在图像传感器的两侧，不再需要光偏转机构和校正机构对图像传感器所获得的图像进行处理，避免了图像畸变和电路设计复杂的问题，并有效减小全景成像设备的体积以及降低全景成像设备的成本。

一个可选方案是，第一偏转棱镜与第二偏转棱镜关于图像传感器靶面的中心线对称布置，并且，第一偏转棱镜的出射面与第二偏转棱镜的出射面均与图像传感器的靶面邻接。

由此可见，通过第一偏转棱镜和第二偏转棱镜将第一物镜、第二物镜所采集的图像传送至图像传感器，使得第一物镜、第二物镜的距离可以设置得较远，有利于全景成像装置的设计。

另一个可选方案是，第一偏转棱镜与图像传感器之间设有半反半透棱镜，其中，第一偏转棱镜与第二偏转棱镜关于半反半透棱镜的中线对称布置，第一偏转棱镜的出射面正对半反半透棱镜的第一入射面，第二偏转棱镜的出射面正对半反半透棱镜的第二入射面，半反半透棱镜的出射面与传感器的靶面平行。

由此可见，利用半反半透棱镜从外面入射的光在边界被透射，在内部的光被反射的特性，使得经过第一偏转棱镜和第二偏转棱镜的光信号经过半反半透棱镜后全部投射在图像传感器的靶面。并且，通过设置半反半透棱镜使得第一物镜和第二物镜投射在图像传感器上为全幅成像，相对于半幅分割成像等类似技术，这种方式可以在不降低全景成像画幅大小以及分辨率的情况下，采用更小体积的图像传感器，有利于全景成像装置微型化、结构简单化和增加续航能力。

更进一步方案是，第一物镜与第一偏转棱镜之间设有第一液晶光阀，第二物镜与第二偏转棱镜之间设有第二液晶光阀。

由此可见，采用第一液晶光阀和第二开光交替的开启和关闭，控制第一偏转棱镜和第二偏转棱镜的入射光束的射入或者阻断，进而控制通过第一偏转棱镜和第二偏转棱镜后投射在图像传感器上的全幅成像的顺序，这样既不会损失单幅图像在图像传感器上的成像面积，也不会降低画质。

进一步的方案是，第一物镜包括第一广角镜头，第一广角镜头的视场角大于或等于180°，同样的，第二物镜包括第二广角镜头，第二广角镜头的视场角大于或等于180°。

由此可见，通过采用视场角均大于或者等于180°的第一广角镜头和第二广角镜头，使得左右镜头形成图像分别投射在图像传感器的左右两个不重叠的区域，合成后即可得到一副360°的全景图像。

为实现上述的另一目的，本发明提供的胶囊胃镜包括壳体，壳体内安装有全景成像装置，全集成像装置包括图像传感器、第一物镜以及第二物镜，其中，第一物镜与所述第二物镜分别位于所述壳体的两端，并且，第一物镜的光轴与第二物镜的光轴均平行于图像传感器的靶面，第一物镜与所述第二物镜设置在图像传感器的两侧，且第一物镜与图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，第一物镜出射的光束经过第一偏转棱镜后入射到图像传感器，第二物镜与图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，第二物镜出射的光束经过第二偏转棱镜后入射到图像传感器。

由此可见，由于第一物镜、第二物镜设置在图像传感器的两侧，因此，图像传感器获取图像后，在处理器中从单幅图像中分割计算获取全景图像，不会出现两幅二维图像传输不同步或单个二维图像出现丢帧的问题，有效确保成像效果。同时，用单个图像传感器取代主流的两个图像传感器，图像通过第一物镜和第二物镜同时投射在单片图像传感器的两个不重叠区域，有利于这些设备微型化、结构简单化、成本降低和增加续航能力。

此外，胶囊胃镜的壳体有多种实现方式，例如采用球状或者胶囊状，可以根据不同的使用环境选择相应的壳体形状。

附图说明

图1是胶囊胃镜第一实施例的结构图。

图2是胶囊胃镜第一实施例中另一种壳体形态的结构图。

图3是胶囊胃镜第一实施例的光路示意图。

图4是胶囊胃镜第二实施例的结构图。

图5是胶囊胃镜第二实施例的另一种壳体形态的结构图。

图6是胶囊胃镜第二实施例中第一液晶光阀开启时的光路图。

图7是胶囊胃镜第二实施例中第二液晶光阀开启时的光路示意图。

具体实施方式

本发明的全景成像装置可以用于胶囊胃镜等需要360°全景拍照的成像设备上。

胶囊胃镜的第一实施例：

参见图1，本实施例中胶囊胃镜包括壳体1，壳体1为球状，壳体1内安装有全景成像装置，全景成像装置包括图像传感器30、第一物镜10以及第二物镜20，其中，第一物镜10与所述第二物镜20分别位于所述壳体1的两端，第一物镜10与所述第二物镜20设置在图像传感器30的两侧，优选的，第一物镜10与所述第二物镜20对称设置在图像传感器30的两侧，其中，第一物镜10包括多块圆形的镜片，光束可以通过这些镜片。同样的，第二物镜20也具有多块圆形的镜片，光束也可以通过这些镜片，优选的，第一物镜10采用视场角大于或者等于180⁰的广角镜头，第二物镜20也采用视场角大于或者等于180°的广角镜头。

参见图2，本实施例中壳体2也可以是胶囊状，壳体2内安装有与壳体1同样的全景成像装置，全景成像装置包括图像传感器30、第一物镜10以及第二物镜20，其中，第一物镜10与所述第二物镜20分别位于所述壳体1的两端，并且，第一物镜10的光轴与第二物镜20的光轴均平行于图像传感器30的靶面，第一物镜10与所述第二物镜20设置在图像传感器30的两侧，优选的，第一物镜10与所述第二物镜20对称设置在图像传感器30的两侧，其中，第一物镜10包括多块圆形的镜片，光束可以通过这些镜片。同样的，第二物镜20也具有多块圆形的镜片，光束也可以通过这些镜片，优选的，第一物镜10采用视场角大于或者等于180°的广角镜头，第二物镜20也采用视场角大于或者等于180°的广角镜头。由于图1与图2所示的全景成像装置的结构完全相同，因此下面以图1的全景成像装置的结构为例进行说明。

本实施例中，第一物镜10的光轴L1与图像传感器30的靶面平行，同样的，第二物镜20的光轴L2与图像传感器30的靶面平行。图像传感器30的靶面就是光信号的入射面，也就是接收光信号并将光信号变成电信号的表面。

第一物镜10与图像传感器30之间设置有第一偏转棱镜40，并且第一偏转棱镜40具有与入射面成45°夹角的反射面，反射面与出射面之间夹角也为45°。相同的，第二物镜20与图像传感器30之间设置有第二偏转棱镜50，第二偏转棱镜50具有与入射面成45°的反射面，反射面与出射面之间夹角也为45°。因此，第一偏转棱镜40和第二偏转棱镜50均为45°的反射棱镜。

本实施例中，第一偏转棱镜40与第二偏转棱镜50关于图像传感器30靶面的中心线对称布置，并且，第一偏转棱镜40的入射面正对第一物镜10的出射端，第一偏转棱镜40的出射面与图像传感器30的靶面邻接。同样的，第二偏转棱镜50的入射面正对第二物镜20的出射端，第二偏转棱镜50的出射面与图像传感器30的靶面邻接。

参见图3，图3是胶囊胃镜第一实施例的光路示意图，本实施例中，第一物镜10包括透镜11、透镜12和透镜13，光束通过透镜11、透镜12和透镜13后形成的图像经过第一偏转棱镜40后投射到图像传感器30的左靶面，相同的，第二物镜20也包括透镜21、透镜22和透镜23，光束通过透镜21、透镜22和透镜23后形成的图像经过第二偏转棱镜50后投射到图像传感器30的右靶面，左靶面与右靶面为图像传感器30上相互不重叠的两个区域。

胶囊胃镜的第二实施例：

参见图4，本实施例中胶囊胃镜包括壳体3，壳体3为球状，壳体3内安装有全景成像装置，全景成像装置包括图像传感器100、第一物镜60以及第二物镜70，其中，第一物镜60与所述第二物镜70分别位于所述壳体3的两端，第一物镜60与所述第二物镜70设置在图像传感器100的两侧，优选的，第一物镜60与所述第二物镜70对称设置在图像传感器100的两侧，其中，第一物镜60包括多块圆形的镜片，光束可以通过这些镜片。同样的，第二物镜70也具有多块圆形的镜片，光束也可以通过这些镜片，优选的，第一物镜60采用视场角大于或者等于180°的第一广角镜头，第二物镜20也采用视场角大于或者等于180°的第二广角镜头。

需要说明的是，参见图5，本实施例中壳体4也可以是胶囊状，壳体4内安装有与壳体3同样的全景成像装置，全景成像装置包括图像传感器100、第一物镜60以及第二物镜70，其中，第一物镜60与所述第二物镜70分别位于所述壳体3的两端，第一物镜60与所述第二物镜70设置在图像传感器100的两侧，优选的，第一物镜60与所述第二物镜70对称设置在图像传感器100的两侧，其中，第一物镜60包括多块圆形的镜片，光束可以通过这些镜片。同样的，第二物镜70也具有多块圆形的镜片，光束也可以通过这些镜片，优选的，第一物镜60采用视场角大于或者等于180°的第一广角镜头广角镜头，第二物镜20也采用视场角大于或者等于180°的第二广角镜头。由于图5与图6所示的全景成像装置的结构完全相同，因此下面以图4的全景成像装置的结构为例进行说明。

本实施例中，第一物镜60的光轴L3与图像传感器100的靶面平行，同样的，第二物镜70的光轴L4与图像传感器100的靶面平行。图像传感器100的靶面就是光信号的入射面，也就是接收光信号并将光信号变成电信号的表面。

第一物镜60与图像传感器100之间设置有第一偏转棱镜80以及半反半透棱镜110，第一偏转棱镜80的入射面正对第一物镜60的出射端，第一偏转棱镜80的出射面正对半反半透棱镜110的第一入射面。同样的，第二物镜70与图像传感器100之间设置有第二偏转棱镜90，第二偏转棱镜90的入射面正对第二物镜70的出射端，第二偏转棱镜90的出射面正对半反半透棱镜110的第二入射面。

第一偏转棱镜80与第二偏转棱镜90关于半反半透棱镜110的中心线对称布置，且半反半透棱镜110的出射面也图像传感器100的靶面邻接。

本实施例中，第一物镜60与第一偏转棱镜80之间还设有第一液晶光阀200，同样的，第二物镜70与第二偏转棱镜90之间也设有第二液晶光阀300，优选的，第一液晶光阀200和第二液晶光阀300均为电控光阀，通过控制第一液晶光阀200和第二液晶光阀300交替的开启和关闭，控制第一偏转棱镜60和第二偏转棱镜70的入射光束的射入或者阻断，进而实现第一物镜60和第二物镜70形成的图像可以在图像传感器100上的全幅独立成像。

参见图6，图6是胶囊胃镜第二实施例中第一液晶光阀开启时的光路图，本实施例中，第一物镜10包括透镜61、透镜62和透镜63。当第一液晶光阀200接受到第一控制信号开启而第二液晶光阀300接受到第二控制信号关闭时，光束通过透镜61、透镜62和透镜63后形成的图像经过第一偏转棱镜60后投射到半反半透棱镜110，再经过半反半透棱镜110投射到图像传感器100的整个靶面。

参见图7，图7是胶囊胃镜第二实施例中第二液晶光阀开启时的光路图，本实施例中，第二物镜70包括透镜71、透镜72和透镜73。当第二液晶光阀300接受到控制信号开启而第一液晶光阀200接受到第一控制信号关闭时，光束通过透镜71、透镜72和透镜73后形成的图像经过第二偏转棱镜70后投射到半反半透棱镜110，再经过半反半透棱镜110投射到图像传感器100的整个靶面。

本实施例中，通过控制第一液晶光阀和第二液晶光阀的交替开启和关闭，第一物镜60和第二物镜70形成的图像可以投射在传感器的整个靶面上实现全幅独立成像，可以在不降低图像画幅大小和分辨率的同时，还可以使得装置体积更小，功耗更低。

当然，上述实施例仅仅是本发明优选的实施方式，实际应用时，本发明还有更多的改变，例如，壳体有多种实现方式，比如球状或者胶囊状，可以根据不同的使用环境选择相应的壳体形状，诸如此类的显而易见的等效变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.全景成像装置，包括

图像传感器、第一物镜以及第二物镜；

其特征在于：

所述第一物镜的光轴与所述第二物镜的光轴均平行于所述图像传感器的靶面；所述第一物镜与所述第二物镜设置在所述图像传感器的两侧，且所述第一物镜与所述图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，所述第一物镜出射的光束经过所述第一偏转棱镜后入射到所述图像传感器；

所述第二物镜与所述图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，所述第二物镜出射的光束经过所述第二偏转棱镜后入射到所述图像传感器。

2.根据权利要求1所述的全景成像装置，其特征在于：

所述第一偏转棱镜与所述第二偏转棱镜关于所述图像传感器靶面的中心对称布置，所述第一偏转棱镜的出射面与所述第二偏转棱镜的出射面均与所述图像传感器的靶面邻接。

3.根据权利要求1所述的全景成像装置，其特征在于：

所述第一偏转棱镜与所述图像传感器之间还设有半反半透棱镜，所述第一偏转棱镜的出射面正对所述半反半透棱镜的第一入射面，所述半反半透棱镜的出射面与所述传感器的靶面平行。

4.根据权利要求3所述的全景成像装置，其特征在于：

所述第二偏转棱镜的出射面正对所述半反半透棱镜的第二入射面，所述第一偏转棱镜与所述第二偏转棱镜关于所述半反半透棱镜的中线对称布置。

5.根据权利要求4所述的全景成像装置，其特征在于：

所述第一物镜与所述第一偏转棱镜之间设有第一液晶光阀；

所述第二物镜与所述第二偏转棱镜之间设有第二液晶光阀。

6.根据权利要求1至5任一项所述的全景成像装置，其特征在于：

所述第一物镜包括第一广角镜头，所述第一广角镜头的视场角大于或等于180度；

所述第二物镜包括第二广角镜头，所述第二广角镜头的视场角大于或等于180度。

7.胶囊胃镜，包括壳体，所述壳体内安装有全景成像装置，所述全景成像装置包括图像传感器、第一偏转棱镜以及第二偏转棱镜；

其特征在于：

所述第一物镜的光轴与所述第二物镜的光轴均平行于所述图像传感器的靶面；所述第一物镜与所述第二物镜设置在所述图像传感器的两侧，且所述第一物镜与所述图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，所述第一物镜出射的光束经过所述第一偏转棱镜后入射到所述图像传感器；

所述第二物镜与所述图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，所述第二物镜出射的光束经过所述第二偏转棱镜后入射到所述图像传感器；

所述第一物镜与所述第二物镜分别位于所述壳体的两端。

8.根据权利要求7所述的全景成像装置，其特征在于：

所述第一偏转棱镜与所述第二偏转棱镜关于所述图像传感器靶面的中心对称布置，所述第一偏转棱镜的出射面与所述第二偏转棱镜的出射面均与所述图像传感器的靶面邻接。

9.根据权利要求7或8所述的胶囊胃镜，其特征在于：

所述第一偏转棱镜与所述图像传感器之间还设有半反半透棱镜，所述第一偏转棱镜的出射面正对所述半反半透棱镜的第一入射面，所述半反半透棱镜的出射面与所述传感器的靶面平行。

10.根据权利要求7或8所述的胶囊胃镜，其特征在于：

所述第一物镜与所述第一偏转棱镜之间设有第一液晶光阀；

所述第二物镜与所述第二偏转棱镜之间设有第二液晶光阀。