CN109856791A - 一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明属于内窥镜领域，提出了一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，包括两根照明光纤、前端固定夹具、外部塑料保护套、图像传输组件、冷光源和显示端，所述前端固定夹具设置在外部塑料保护套内，并位于其前端，所述两根照明光纤的前端和图像传输组件的前端通过环氧树脂胶固定设置在所述前端固定夹具内，所述照明光纤的后端穿过外部塑料保护套并与冷光源连接，所述冷光源通过照明光纤为内窥镜提供光照，所述图像传输组件采集的图像经所述显示端显示。本发明仅使用两根大照度照明光纤，即可满足内窥镜2000照度的照明条件，减小内窥镜整体尺寸，实现亚毫米量级直径的超细光纤/电子内窥镜。

Description

一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜

技术领域

本发明属于内窥镜领域，具体涉及一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜。

背景技术

内窥镜已经广泛应用于机械制造、航空航天、医疗、交通等领域。从成像方式来讲，可以分为电子内窥镜和光纤内窥镜。

电子内窥镜成像原理是利用信息中心光源发出的光，经内窥镜的导光束将光导入被检测物体内，图像传感器接收到物体内反射回来的光，将此光信号转换成电信号，再通过数据线传送至信息中心，再经过信息中心将电信号进行存储和处理，最后传送至显示屏上进行图像显示。其优点是操作简单、灵活、方便，不会损坏被检测物体内部结构，观测直观且范围大。

光纤内窥镜与电子内窥镜相比最大的区别在于传像采用了传像光纤，此传像光纤由多束光纤按照一一对应原则面阵排列，即每一根光纤作为面阵上的一个像素，物镜将所成像聚焦于光纤面阵上，面阵上每一个像素对应像中每个位置的光能，同时将光能传输至面阵的另一端，那么光纤面阵上的所有像素就是物体的所成像，进而达到了传像目的，最大的优点是内窥镜中所有部分均可以弯曲，即可以实现了更大范围的观测。

但对一些需要更细直径内窥镜的应用场合（如输卵管需要直径小于0.5mm的内窥镜），虽然有一些方案提出了对现有内窥镜的改进，如一种光纤内窥镜（发明专利，201510559258X）和电子内窥镜以及电子内窥镜装置（发明专利，2015100621904），但这些方案并没有有效改善内窥镜直径。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，包括两根照明光纤、前端固定夹具、外部塑料保护套、图像传输组件、冷光源和显示端，所述前端固定夹具设置在外部塑料保护套内，并位于其前端，所述两根照明光纤的前端和图像传输组件的前端通过环氧树脂胶固定设置在所述前端固定夹具内，所述照明光纤的后端穿过外部塑料保护套并与冷光源连接，所述冷光源通过照明光纤为内窥镜提供光照，所述图像传输组件采集的图像经所述显示端显示。

所述照明光纤为长飞或者Thorlabs的大功率光纤，其直径为0.2mm，数值孔径为0.22。

所述前端固定夹具的直径为0.5mm~0.7mm，所述显示端为便携式显示器或高清大屏显示器。

所述图像传输组件包括自聚焦棒、传像光纤束、目镜透镜组和数字图像传感器，所述自聚焦棒作为物镜设置在内窥镜的前端，其另一端与传像光纤束匹配，传像光纤束另一端与目镜透镜组匹配，目镜透镜组另一端聚焦于数字图像传感器，数字图像传感器获得的图像输出到显示端显示；所述自聚焦棒和传像光纤束的前端通过环氧树脂胶固定设置在所述前端固定夹具内。

所述自聚焦棒的直径为0.25mm~0.5mm，工作距离为5mm，观测视场角度为50^o~70^o；所述传像光纤束的直径为0.25mm~0.5mm传像光纤，像素大小为3k~10k。

所述图像传输组件包括微型电子摄像头模组、数据线和图像数据采集器，所述微型电子摄像头模组通过通过环氧树脂胶固定设置在所述前端固定夹具内，并通过位于外部塑料保护套内的数据线与图像数据采集器连接，所述微型电子摄像头模组采集的图像通过数据线传输给图像数据采集器，并输出到显示端显示。

所述微型电子摄像头模组为0.5mm*0.5mm方形大小的摄像头模组，30帧/秒的帧速率，4万像素，且自带微型成像镜头及图像采集芯片。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明将大照度照明光纤用于内窥镜系统中，使用两根大照度照明光纤，即可满足内窥镜2000照度的照明条件，不仅可以大幅度减少所需照明光纤的数量，而且可以减小内窥镜整体的直径大小，实现亚毫米量级直径的超细内窥镜。

附图说明

图1为本发明实施例一提出的基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细光纤内窥镜的结构示意图；

图2为图1的截面图；

图3是本发明实施例二提出的基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细电子内窥镜的结构示意图；

图4是图3的截面图。

图中：11：自聚焦棒；12：传像光纤束；13：大照度照明光纤；14：前端固定夹具；15：外部塑料保护套；16：冷光源；17：目镜透镜组；18：数字图像传感器；19：显示端；1a：环氧树脂胶；21：微型电子摄像头模组；22：数据线；23：图像数据采集器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~2所示，本发明实施例一提供了一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细光纤内窥镜，该内窥镜包括自聚焦棒11、传像光纤束12、两根大照度照明光纤13、前端固定夹具14、外部塑料保护套15、冷光源16、目镜透镜组17、数字图像传感器18和显示端19；其中，自聚焦棒11、传像光纤束12、大照度照明光纤13、前端固定夹具14和目镜透镜组17均设置在外部塑料保护套15内，外部塑料保护套15保护整个内窥镜。

如图1和2所示，本实施例中，外部塑料保护套15内设置有2根大照度照明光纤13，大照度照明光纤13的一端与冷光源16连接，另一端延长至内窥镜前端，给内窥镜提供光照；自聚焦棒11设置在内窥镜的前端，用于作为内窥镜的物镜，自聚焦棒11的后端与传像光纤束12匹配，传像光纤束12的另一端与目镜透镜组12匹配，目镜透镜组17另一端聚焦于数字图像传感器18，获得的图像在显示端19上显示，其中，在内窥镜的前端，自聚焦棒11和大照度光纤13设置在前端固定夹具14内，并通过环氧树脂胶1a固定。其中，前端固定夹具14为圆筒状，自聚焦棒11、传像光纤束12的前端和大照度光纤13的前端分别放置在前端固定夹具14内，然后用环氧树脂胶1a将前端固定夹具14内填充，使自聚焦棒11、传像光纤束12的前端和大照度光纤13的前端在前端固定夹具14内固定。

具体地，本实施例中，所采用的自聚焦棒11直径为0.25mm~0.5mm，工作距离为5mm，观测视场角度为50^o~70^o。

具体地，本实施例中，所采用的传像光纤束12直径为0.25mm~0.5mm传像光纤，像素大小为3k~10k。

具体地，本实施例中，所采用的大照度照明光纤13采用长飞或者Thorlabs的大功率光纤，直径为0.2mm，数值孔径为0.22，单根即可达2000照度，冷光源16提供光源。

具体地，本实施例中，所采用的前端固定夹具14直径为0.5mm~0.7mm，配合环氧树脂胶1a来固定自聚焦棒11、传像光纤束12、大照度照明光纤13。

具体地，本实施例中，所采用的数字图像传感器18具有20倍到200倍的放大倍率，30帧/秒的帧速率，500万像素，并带有内存卡插槽。

具体地，本实施例中，所采用的显示端19为便携式显示器，或者高清大屏显示器。

具体地，本实施例中，所采用的传像光纤束12由数以万计的光纤组成，传像光纤束12中的两光纤的数量多少就决定了传像束像素的大小，形成传像光纤束12时，要把这些光纤整齐地排列起来，排列好后，再用环氧树脂胶将两端胶合，使光纤固定，然后再对两个端面进行磨平和抛光，对于中间部分则不需要粘牢，而是一根根面条一样松散，仅仅需要在外面加上保护层，使得光纤传像束既柔软，又可任意弯曲。虽然传像光纤束可以任意地弯曲，但这光纤排列是有规律的，而且两个端头所在的位置是一一对应的。

具体地，本实施例中，所采用的大照度照明光纤原理如下：大照度照明光纤采用大功率光纤，其本质还是是一种高纯度透明的光纤，其包层直径范围大约为100~1000μm，传输能量不低于百瓦级，可达到1000量级照度，其内部结构和普通单模光纤一样，也由包层和纤芯构成。纤芯可由纯石英玻璃，或者掺磷、掺锗石英玻璃组成，包层通常由的掺硼或者掺氟石英玻璃制成，其最外层的涂覆层，通常用紫外固化丙烯酸酯、硅酮树脂、聚甲基丙烯酸酯或者聚氨基甲酸酯等，保护光纤免收外界因素，同时可以保证光纤可以弯曲不易折断。

本实施例的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜的工作原理如下：冷光源16通过大照度照明光纤13对所观测物体进行照明，物体反射的光通过自聚焦棒11汇聚至传像光纤束12的前端面，传像光纤束12另一端面与目镜透镜组17匹配，聚焦于数字图像传感器18，获得的图像在显示端19显示。

如图3~4所示，本发明实施例二提供了一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细电子内窥镜，与实施例一相同的是，该内窥镜包括两根大照度照明光纤13、前端固定夹具14、外部塑料保护套15和冷光源16，外部塑料保护套15内设置有2根大照度照明光纤13，大照度照明光纤13的一端与冷光源16连接，另一端延长至内窥镜前端，给内窥镜提供光照；与实施例一不同的是，本实施例中，成像元件为微型电子摄像头模组21，微型电子摄像头模组21的设置在外部塑料保护套15内并位于内窥镜的前端，其通过数据线22与图像数据采集器23连接，微型电子摄像头模组21获取物体的像，获取的图像数据通过数据线22传输给图像数据采集器23，同时在显示端19显示。

如图3和4所示，本实施例中，在内窥镜的前端，微型电子摄像头模组21和大照度光纤13的前端设置在前端固定夹具14内，并通过环氧树脂胶1a固定。其中，前端固定夹具14为圆筒状，微型电子摄像头模组21和大照度光纤13的前端分别放置在前端固定夹具14内，然后用环氧树脂胶1a将前端固定夹具14内填充，使微型电子摄像头模组21和大照度光纤13的前端在前端固定夹具14内固定。

具体地，本实施例中，所采用的大照度照明光纤13采用长飞或者Thorlabs的大功率光纤，直径为0.2mm，数值孔径为0.22，单根即可达2000照度，冷光源16提供光源。

具体地，本实施例中，所采用的前端固定夹具14直径为0.5mm~0.7mm，配合环氧树脂胶1a来固定微型电子摄像头模组21和大照度照明光纤13的前端。

具体地，本实施例中，所采用的显示端19为便携式显示器，或者高清大屏显示器。

具体地，本实施例中，所采用的微型电子摄像头模组21为0.5mm*0.5mm方形大小的摄像头模组，30帧/秒的帧速率，4万像素，且自带微型成像镜头及图像采集芯片。

本实施例的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜的工作原理如下：冷光源16通过大照度照明光纤13对所观测物体进行照明，微型电子摄像头模组21获取物体的像，通过数据线22传输给图像数据采集器23，同时在显示端19显示。

本发明提供了一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，使用大照度照明光纤，即可满足内窥镜2000照度的照明条件，减小内窥镜整体的尺寸，实现亚毫米量级直径的超细光纤/电子内窥镜。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，其特征在于，包括两根照明光纤（13）、前端固定夹具（14）、外部塑料保护套（15）、图像传输组件、冷光源（16）和显示端（19），所述前端固定夹具（14）设置在外部塑料保护套（15）内，并位于其前端，所述两根照明光纤（13）的前端和图像传输组件的前端通过环氧树脂胶（1a）固定设置在所述前端固定夹具（14）内，所述照明光纤（13）的后端穿过外部塑料保护套（15）并与冷光源（16）连接，所述冷光源（16）通过照明光纤（13）为内窥镜提供光照，所述图像传输组件采集的图像经所述显示端（19）显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，其特征在于，所述照明光纤（13）为长飞或者Thorlabs的大功率光纤，其直径为0.2mm，数值孔径为0.22。

3.根据权利要求1所述的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，其特征在于，所述前端固定夹具（14）的直径为0.5mm~0.7mm，所述显示端为便携式显示器或高清大屏显示器。

4.根据权利要求1所述的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，其特征在于，所述图像传输组件包括自聚焦棒（11）、传像光纤束（12）、目镜透镜组（17）和数字图像传感器（18），所述自聚焦棒（11）作为物镜设置在内窥镜的前端，其另一端与传像光纤束（12）匹配，传像光纤束（12）另一端与目镜透镜组（17）匹配，目镜透镜组（17）另一端聚焦于数字图像传感器（18），数字图像传感器（18）获得的图像输出到显示端（19）显示；所述自聚焦棒（11）和传像光纤束（12）的前端通过环氧树脂胶（1a）固定设置在所述前端固定夹具（14）内。

5.根据权利要求4所述的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，其特征在于，所述自聚焦棒（11）的直径为0.25mm~0.5mm，工作距离为5mm，观测视场角度为50^o~70^o；所述传像光纤束（12）的直径为0.25mm~0.5mm传像光纤，像素大小为3k~10k。

6.根据权利要求1所述的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，其特征在于，所述图像传输组件包括微型电子摄像头模组（21）、数据线（22）和图像数据采集器（23），所述微型电子摄像头模组（21）通过通过环氧树脂胶（1a）固定设置在所述前端固定夹具（14）内，并通过位于外部塑料保护套（15）内的数据线（22）与图像数据采集器（23）连接，所述微型电子摄像头模组（21）采集的图像通过数据线（22）传输给图像数据采集器（23），并输出到显示端（19）显示。

7.根据权利要求6所述的一种基于大照度照明光纤的亚毫米直径超细内窥镜，其特征在于，所述微型电子摄像头模组（21）为0.5mm*0.5mm方形大小的摄像头模组，其具有30帧/秒的帧速率，4万像素，且自带微型成像镜头及图像采集芯片。