CN111308683A - 一种头戴式光学共轴显微录像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头戴式光学共轴显微录像系统，属于头戴式显微镜录像技术领域，其主要解决现有技术中在使用显微录像系统时人眼看到的图像与录像的图像视野不同或者放大倍数不同的问题。本发明包括依次设置的光源、物镜单元、分光镜，光源所发出的光依次经过物镜单元以及分光镜之后被分为第一光束以及第二光束；第一光束方向上还依次设有第一反射镜组、第一光阑以及目镜单元，第一反射镜组和目镜单元的光学中心与第一光阑的孔以及第一光束位于同一光轴上；第二光束方向上依次设有第二光阑以及图像传感器，图像传感器与第一光阑的孔以及第二光束位于同一光轴上。本发明引入分光器，可使得录像的内容与眼睛观测的内容一致，保证整体使用的稳定性。

Description

一种头戴式光学共轴显微录像系统

技术领域

本发明属于头戴式显微镜录像技术领域，具体涉及一种头戴式光学共轴显微录像系统。

背景技术

在现有头戴式显微镜录像系统中，显微镜光路与录像光路非共轴,会造成人眼看到图像和录像的图像不一致，往往存在如下缺陷：

(1)视野不同：人眼看到的视野与录像视野不同，造成录像的视野不能覆盖到眼睛观察的视野，导致部分视野丢失；或者造成录像视野过度包含了眼睛观测视野范围之外的额外视野，导致录像资源浪费。

(2)放大倍数不同：人眼观测到图像的放大倍数和录像的放大倍数不同，造成录像不能完整反映出眼睛观测到的具体细节，导致录像质量低下。

另外，由于录像光路与人眼观测光路非同轴，因此还可能存在诸如手或操作设备等的障碍物虽然没有遮挡住人眼观测光路，但是遮挡住录像光路的问题，从而造成操作或者录像的障碍。而且，现有头戴式显微镜录像系统还需要额外进行手动调整焦距，如果对焦不准则会造成所获得的录像图像模糊。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题中至少一项，本发明提供一种头戴式光学共轴显微录像系统。

本发明所采用的技术方案为：一种头戴式光学共轴显微录像系统，包括依次设置的光源、物镜单元、分光镜，光源所发出的光依次经过物镜单元以及分光镜之后被分为第一光束以及第二光束；第一光束方向上还依次设有第一反射镜组、第一光阑以及目镜单元，第一反射镜组和目镜单元的光学中心与第一光阑的孔以及第一光束位于同一光轴上；第二光束方向上依次设有第二光阑以及图像传感器，图像传感器与第一光阑的孔以及第二光束位于同一光轴上。

作为优选的，所述第二光阑与第二反射镜单元之间还设有透镜单元，透镜单元的光学中心与第二光束位于同一光轴上。

作为优选的，所述第二光阑与图像传感器之间还设有第二反射镜单元，第二反射镜单元的光学中心与第二光束位于同一光轴上。

作为优选的，所述第二反射镜单元为一个或多个反射镜所组成的第二反射镜组，第二反射镜组的光学中心与第二光束位于同一光轴上。

作为优选的，所述第一反射镜组为一个或多个反射镜所组成的第一反射镜组，第一反射镜组的光学中心与第一光束位于同一光轴上。

作为优选的，所述物镜单元以及目镜单元均分别为一个或多个透镜所组成的透镜组。

作为优选的，所述分光镜为平面型分束镜或者立体型分束镜。

作为优选的，所述第一光束为透射光束，第二光束为反射光束。

作为优选的，所述图像传感器为CMOS传感器或者CCD传感器。

作为优选的，还设有外壳体，物镜单元、分光镜、第一反射镜组、第一光阑、目镜单元、第二光阑、第二反射镜单元以及图像传感器均固定在外壳体内。

作为优选的，还设有录像系统，录像系统包括视频处理器、录像机，所述视频处理器与图像传感器电连接，所述录像机与视频处理器电连接。

本发明的有益效果为：

1.同轴光学设计视觉-录像视野的一致性：本发明通过设置分光镜使得进入眼睛中的光线与进入图像传感器的光线是同轴的，这样便可避免人眼看到的图像与录像的图像视野不同或者放大倍数不同的问题。本发明可以保证录像的内容与眼睛观测的内容一致(包括视野、照明度以及放大倍数)，不丢失视野或者浪费视野资源，捕捉到眼睛所能观测到的放大细节。同时本发明还能够保证被录像的内容不会被手及其他障碍物遮挡，并且无需对录像的光路手动调焦，保证了录像良好的清晰度和完整性。

2.根据不同需求设计灵活性：本发明可以根据给定显微镜放大倍数，视野范围以及显微镜工作距离，通过设置各组光学元件相应的光学参数以及光学元件之间的间距，来满足不同应用场合。

3.可用于构建三维影像：进一步，如果两只眼睛的显微镜都采用本发明中的设计，可用于记录两个眼睛分别观察到的视野内容。之后可以通过视频图像处理技术来重构三维的影像，观看录像者可以获取深度的信息。

4.录像与显示同步进行：图像传感器采集的数据经过视频信号处理，可以实时显示并且同时录像，即可以用于现场展示，也可以同时用于视频存档，供将来使用。

5.便于佩戴的录像设备：与传统固定式显微镜录像系统不同，本发明为头戴式设计，并且录像的装置也可佩戴在身上。使用者使用起来更加灵活，操作的位置与角度可以灵活变化，也更易于携带，便于不同场合和地点使用。

本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中图像传感器与录像系统的连接关系示意图；

图3是本发明中头环与外壳体的位置关系示意图；

图中：1-物镜单元、2-分光镜、3-第一反射镜组、4-第一光阑、5-目镜单元、6-第二光阑、7-透镜单元、8-第二反射镜单元、9-图像传感器、10-外壳体、11-人眼、12-头环。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义型实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示，一种头戴式光学共轴显微录像系统，其包括依次设置的光源、物镜单元1、分光镜2，光源所发出的光依次经过物镜单元1以及分光镜2之后被分为第一光束以及第二光束；第一光束方向上还依次设有第一反射镜组3、第一光阑4以及目镜单元5，第一反射镜组3和目镜单元5的光学中心与第一光阑4的孔以及第一光束位于同一光轴上；第二光束方向上依次设有第二光阑6以及图像传感器9，图像传感器9与第一光阑4的孔以及第二光束位于同一光轴上。

其中，所述光源即为被观测物体，其发出的光线在进入物镜单元1后，在分光镜2处被分为两束：即透射光束和反射光束，其中一光束经过第一反射镜组3后入射至第一光阑4，随后经过目镜单元5，最终抵达人眼11，通过人眼11形成放大的像。而另一光束经过第二光阑6并最后在图像传感器9处形成实像。

当然，为了能够更加稳定的观察被观测物体，在本实施例中，还设有外壳体10，物镜单元1、分光镜2、第一反射镜组3、第一光阑4、目镜单元5、第二光阑6、第二反射镜单元8以及图像传感器9在设定好相应参数并调节好相互之间间距后均固定在外壳体10内，人眼11在目镜单元5一侧便能够观察到所需观测物体。

而为了观察的方便，如图3所示，在本实施例中，还设有头环12，该头环12采用可稳定佩戴在头部的任一类型头环，而外壳体10则固定连接在头环12上，在佩戴好头环12之后，外壳体10中目镜单元5靠近人眼位置从而便于人们进行观察。

为了减小外壳体10的体积以方便整体的佩戴，在本实施例中，所述第二光阑6与图像传感器9之间还设有第二反射镜单元8，第二反射镜单元8的光学中心与第二光束位于同一光轴上，第二反射镜单元8可以缩短第二光束的光路，保证图像传感器9良好稳定地导入该光路。

为了进一步减小外壳体10的体积和方便整体的佩戴，在本实施例中，所述第二光阑6与第二反射镜单元8之间还设有透镜单元7，透镜单元7为一个或者多个透镜所组成的透镜组，该透镜单元7固定在外壳体10内，透镜单元7的光学中心与第二光束位于同一光轴上，透镜单元7可以缩短第二光束的光路以及图像传感器面积，保证图像传感器9良好稳定地导入该光路。

为了更好的实施本发明，在本实施例中，所述第二反射镜单元8可以设置为一个反射镜，可以设置为多个反射镜所组成的第二反射镜组，第二反射镜组的光学中心与第二光束位于同一光轴上。

为了更好的实施本发明，在本实施例中，所述第一反射镜组3可以设置为为一个反射镜，也可设置为多个反射镜所组成的第一反射镜组，第一反射镜组的光学中心与第一光束位于同一光轴上。

为了更好的实施本发明，在本实施例中，所述物镜单元1为一个或者多个透镜所组成的透镜组，而目镜单元5也为一个或多个透镜所组成的透镜组。

为了更好的实施本发明，在本实施例中，所述分光镜2为平面型分束镜或者立体型分束镜。

为了更好的实施本发明，在本实施例中，所述第一光束为透射光束，第二光束为反射光束。

当然，所述第一光束也可为反射光束，而第二光束则为透射光束，其均可实现本发明目的。

本实施例中的图像传感器9采用高分辨率的CCD传感器，当然，其也可采用CMOS传感器，同样可达到本发明目的。

为了对图像传感器9所采集的信号进行很好的处理，如图2所示，在本实施例中，还设有录像系统，录像系统包括视频处理器、录像机，所述视频处理器与图像传感器8电连接，而录像机与视频处理器电连接。

当然，视频处理器还可与图像传感器9采用无线连接，这样可使录像系统与外壳体10之间无线分离，进而方便非手术医生对手术区域进行观察。而为了实现视频处理器与图像传感器9之间的连接，当然，外壳体10内还设有子处理器，子处理器与图像传感器9电连接，子处理器处设有无线发射模块，而视频处理器处设有无线接收模块。

图像传感器9将接收的光信号转换为电信号，而视频处理器将该电信号处理合成为图像，录像机即可保存该图像并形成影像资料，以供教学研究。

为了更好的实施本发明，在本实施例中，还设有显示器，该显示器与视频处理器电连接。通过该显示器可以实时显示手术区域内、外影像，手术医生、助理医生均不需要使用传统的目镜，只需在头部上佩戴轻质、不受任何约束的显示器，就可以轻松自如地进行手术，没有任何精神压力及长时间手术的疲劳感觉，也能为病人带来高质量、少痛苦，大大的减小手术误判、误操作等手术情况，甚至可利用本实施例的观察系统可以做更加精密、更加细微的手术。

本发明引入分光器使得进入眼睛中的光线与进入图像传感器的光线是同轴的。而通过设计物镜组焦距、目镜组焦距、光阑大小以及其他光学元件的系统参数，可以做到录像的内容与眼睛观测的内容一致，不会丢失视野或者浪费视野资源，保证可以捕捉到放大的细节。被录像的物体不会被手及其他障碍物遮挡，且无需对录像的光路手动调焦，保证录像的清晰度。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：包括依次设置的光源、物镜单元(1)、分光镜(2)，光源所发出的光依次经过物镜单元(1)以及分光镜(2)之后被分为第一光束以及第二光束；第一光束方向上还依次设有第一反射镜组(3)、第一光阑(4)以及目镜单元(5)，第一反射镜组(3)和目镜单元(5)的光学中心与第一光阑(4)的孔以及第一光束位于同一光轴上；第二光束方向上依次设有第二光阑(6)以及图像传感器(9)，图像传感器(9)与第一光阑(4)的孔以及第二光束位于同一光轴上。

2.根据权利要求1所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：所述第二光阑(6)与图像传感器(9)之间设有第二反射镜单元(8)，第二反射镜单元(8)的光学中心与第二光束位于同一光轴上。

3.根据权利要求2所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：所述第二光阑(6)与第二反射镜单元(8)之间还设有透镜单元(7)，透镜单元(7)的光学中心与第二光束位于同一光轴上。

4.根据权利要求2或3所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：所述第二反射镜单元(8)为一个或多个反射镜所组成的第二反射镜组，第二反射镜组的光学中心与第二光束位于同一光轴上。

5.根据权利要求1所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：所述第一反射镜组(3)为一个或多个反射镜所组成的第一反射镜组，第一反射镜组的光学中心与第一光束位于同一光轴上。

6.根据权利要求1所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：所述分光镜(2)为平面型分束镜或者立体型分束镜。

7.根据权利要求1所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：所述第一光束为透射光束，第二光束为反射光束。

8.根据权利要求1所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：所述图像传感器(9)为CMOS传感器或者CCD传感器。

9.根据权利要求1所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：还设有用于佩戴在人体头部的头环，头环上设有外壳体(10)，物镜单元(1)、分光镜(2)、第一反射镜组(3)、第一光阑(4)、目镜单元(5)、第二光阑(6)、第二反射镜单元(8)以及图像传感器(9)均固定在外壳体(10)内。

10.根据权利要求1或9所述的一种头戴式光学共轴显微录像系统，其特征在于：还设有录像系统，录像系统包括视频处理器、录像机，所述视频处理器与图像传感器(9)电连接，所述录像机与视频处理器电连接。

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