CN116784772A - 3d硬管内窥镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D硬管内窥镜，包括中空管状外壳、窗片、一对导光光纤束以及两组光学装置，所述中空管状外壳前后两端均开口，两组光学装置固定安装在中空管状外壳内腔中并以中空管状外壳中心轴为对称中心左右对称设置，两束导光光纤束固定安装在中空管状外壳的空腔中。该发明克服了现有3D硬管内窥镜存在的只能选择小尺寸分辨率较低的图像传感器的缺点，通过镜像上下设置的两组光学装置配合，每组光学装置均包括前后依次设置的光学镜头、图像传感器和反射镜，且反射镜与图像传感器感光面呈45°夹角，改变了光路方向，实现两路成像的同时，使得内窥镜内腔有更大的容纳图像传感器的空间，从而可选用分辨率高的大尺寸图像传感器，获得更好的成像效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D硬管内窥镜，应用在医疗器械内窥镜的生产领域。
背景技术
医用内窥镜是集传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器，主要由图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等部件构成，它可以通过人体的自然腔道或者细小手术切口进入体内，利用内窥镜可以看到X射线不能显示的病变，医生可据此制定出最佳的治疗方案。
医用3D内窥镜系统的基本原理是使用立体成像技术，3D内窥镜系统能够产生两路独立的视频信号，这两路独立的视频信号之间存在着一定的视差；采集到的各视频信号并不直接向操作者显示，而是通过一定的显示技术分别供操作者的左眼和右眼观看，以实现内窥镜图像的3D可视化。
与传统2d内窥镜相比，使用3D内窥镜能够完成许多传统2d内窥镜无法实现的更加复杂的外科手术。由其获得立体图像使外科医生能感觉手术视野深度，能清楚地辨认组织层面，最大程度地减少手术操作时对血管、神经等的损伤，适时减少出血与手术病症。3D技术可提高速度及精确度，缩短手术时间，使复杂手术变得相比简单。3D腔镜之下缝合时进针的方向、深度极清楚，便于进行精确的缝合和打结，操作速度明显提高。
由于硬管内窥镜管本身径大小有严格的要求（管外径在φ10mm左右），而3D硬管内窥镜内需要同时放置两个图像传感器，如图1所示，现有3D硬管内窥镜的光路结构设计需要并排设置两图像传感器，导致了现有安装在3D硬管内窥镜内的图像传感器的结构尺寸受到严格限制（主要是因为管径限制，在固定φ10mm管外径的情况下，内部固定图像传感器的空间大致在φ9mm，两块大尺寸的图像传感器若左右并排布置的话，无法布置在φ9mm尺寸以内；图像传感器尺寸只能小于3D硬管内窥镜内径的一半），图像传感器可选择的型号非常有限，只能选择分辨率均较低（200万像素）的小尺寸图像传感器（以目前使用的一款低分辨率传感器尺寸为例：2.9mm*3.8mm），特别是无法使用分辨率高的大尺寸4k图像传感器（比如1/3英寸靶面以上的图像传感器）。以OV8865这一款4k图像传感器为例，该图像传感器的封装尺寸为5.85mm*5.7mm，传统双光路内窥镜结构（如图1所示）无法布置下两块此图像传感器。传统双光路内窥镜结构中内窥镜的中空管状外壳2’包括同轴设置且前后依次首尾相接的套管2’-1和镜杆2’-2，窗片1’设在套管2’-1的前端部开口处。一对光学镜头5’以及与该对光学镜头5’分别对应的一对7’图像传感器安装在中空管状外壳2’内腔中，其中光学镜头5’和图像传感器7’均为左右并排设置。
因此，提供一种可使用分辨率高的大尺寸图像传感器的3D硬管内窥镜己成为当务之亟。
发明内容
为了克服现有3D硬管内窥镜存在的只能选择小尺寸分辨率较低的图像传感器的缺点，本发明提供一种3D硬管内窥镜，通过左右对称设置的两组光学装置配合，每组光学装置均包括前后依次设置的光学镜头、图像传感器和反射镜，且反射镜与图像传感器感光面呈45°夹角，改变了光路方向，实现两路成像的同时，使得内窥镜内腔有更大的容纳图像传感器的空间，从而可选用分辨率高的大尺寸图像传感器，获得更好的成像效果。
本发明的技术方案如下：
一种3D硬管内窥镜，包括中空管状外壳、窗片、一对导光光纤束以及两组光学装置，所述中空管状外壳前后两端均开口，两组光学装置固定安装在中空管状外壳内腔中并以中空管状外壳中心轴为对称中心左右对称设置，两束导光光纤束固定安装在中空管状外壳的空腔中并分设在两组光学装置的上下两侧，且各导光光纤束的出光面均露出中空管状外壳前端表面；每组光学装置均包括镜座支架、光学镜头、反射镜以及图像传感器，镜座支架为前端开口的中空结构，光学镜头、图像传感器以及反射镜由前至后依次安装在镜座支架的内腔中；光学镜头沿中空管状外壳延伸方向延伸且光学镜头的入光面露出镜座支架前端表面；反射镜设在光学镜头的后侧并与光学镜头后端面保留有间隔，图像传感器设在光学镜头与反射镜之间且安装在镜座支架紧挨另一组光学装置的一侧壁上且感光面沿平行光学镜头光轴的方向延伸，两组光学装置的图像传感器背靠背设置且感光面均朝向远离另一组光学装置的一侧，反射镜的反射面与图像传感器的感光面和光学镜头出光面均呈45度夹角倾斜设置且朝向图像传感器的感光面和光学镜头出光面；各图像传感器均通过传输连接件与外部电子元件相连接；窗片设在中空管状外壳前端开口处封闭该开口，且位于两光学镜头入光面前侧。
本申请的3D硬管内窥镜通过镜像上下设置的两组光学装置配合，每组光学装置均包括前后依次设置的光学镜头、图像传感器和反射镜，且反射镜与图像传感器感光面呈45°夹角，改变了光路方向，使图像传感器扭转90°放置，使得原来两块需要并排放置的图像传感器，成背靠背放置，在实现两路成像的同时，解决了现有内窥镜内图像传感器尺寸受限的技术难题，使得同样体积大小的内窥镜主体内，原本只能选择小尺寸的低分辨率图像传感器，调整分布后内窥镜内腔有更大的容纳图像传感器的空间，从而可选用分辨率高的大尺寸图像传感器（特别是靶面更大、像素更高的4K图像传感器），获得更好的成像效果。本案的3D硬管内窥镜双光路模拟人眼，利用双目视差原理，可以真正达到3D立体影像。不仅图像分辨率高，而且立体影像效果好。
各图像传感器均为4K图像传感器。
优选的图像传感器靶面更大、像素更高，成像效果更佳。
两组光学装置通过两镜座支架固定在一起；每个镜座支架的后端以及朝向另一镜座支架一侧的侧壁均设有开口，反射镜由镜座支架后端开口装入镜座支架内，图像传感器由镜座支架侧壁开口装入镜座支架内。
镜座支架后端和侧壁开口的设置更方便反射镜和图像传感器的安装和拆卸。
中空管状外壳包括同轴设置且前后依次首尾相接的套管和镜杆，窗片设在套管的前端部开口处。
套管和镜杆拼接设置更方便光学装置和导光光纤束的安装和拆卸。
套管和镜杆之间采用焊接固定。
焊接固定方便且牢固。
所述窗片为蓝宝石窗片。
蓝宝石具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨擦、耐腐蚀，透光性能好、电绝缘性能优良等一系列优良的理化特性，能够抵御表面的划痕和磨损，对化学物质的抵抗能力较强，不易受到酸、碱等物质的腐蚀，能够保持长久的使用寿命，因此可广泛用于航空航天、医疗、外红和紫外军事装置、民用工业等领域。
中空管状外壳前端开口处设有台阶状结构，窗片卡接固定在该台阶状结构上，且窗片的前端表面位于中空管状外壳前端表面后面，两者距离为0.2-0.3mm。
台阶状结构固定窗片更牢固，窗片内缩设计使得窗片不易刮花和损坏。
窗片和中空管状外壳、中空管状外壳和镜座支架之间均采用钎焊焊接固定。
钎焊焊接固定连接牢固。
反射镜和镜座支架、图像传感器和镜座支架、光学镜头和镜座支架、导光光纤束与中空管状外壳、两镜座支架之间均采用UV加热双固化胶固定。
UV加热双固化胶固定易操作、成本低且连接牢固。
与现有技术相比，本发明申请具有以下优点：
1)本申请的3D硬管内窥镜通过镜像上下设置的两组光学装置配合，每组光学装置均包括前后依次设置的光学镜头、图像传感器和反射镜，且反射镜与图像传感器感光面呈45°夹角，改变了光路方向，实现两路成像的同时，使得内窥镜内腔有更大的容纳图像传感器的空间，从而可选用分辨率高的大尺寸图像传感器，获得更好的成像效果；
2)优选的图像传感器靶面更大、像素更高，成像效果更佳；
3)镜座支架后端和侧壁开口的设置更方便反射镜和图像传感器的安装和拆卸；
4)套管和镜杆拼接设置更方便光学装置和导光光纤束的安装和拆卸；
5)台阶状结构固定窗片更牢固，窗片内缩设计使得窗片不易刮花和损坏；
6)钎焊焊接固定连接牢固，UV加热双固化胶固定易操作、成本低且连接牢固。
附图说明
图1是现有硬管内窥镜的纵剖图；
图2是本发明所述的3D硬管内窥镜的立体图（含局部剖视）（使用时旋转90°）；
图3是本发明所述的3D硬管内窥镜的部件拆分图；
图4是本发明所述的3D硬管内窥镜光学装置的立体图（含局部剖视）；
图5是本发明所述的3D硬管内窥镜的横剖图；
图6是本发明所述的3D硬管内窥镜套管的横剖图。
标号说明：
1、窗片；2、中空管状外壳；3、导光光纤束；4、镜座支架；5、光学镜头；6、反射镜；7、图像传感器；8、传输连接件；2-1、套管；2-2、镜杆；2-3、台阶状结构；1’、窗片；2’、中空管状外壳；2’-1、套管；2’-2、镜杆；5’、光学镜头；7’、图像传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图2-6对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2-6所示，本发明所述的一种3D硬管内窥镜，包括中空管状外壳2、窗片1、一对导光光纤束3以及两组光学装置，所述中空管状外壳2前后两端均开口，两组光学装置固定安装在中空管状外壳2内腔中并以中空管状外壳2中心轴为对称中心左右对称设置，两束导光光纤束3固定安装在中空管状外壳2的空腔中并分设在两组光学装置的上下两侧，且各导光光纤束3的出光面均露出中空管状外壳2前端表面；每组光学装置均包括镜座支架4、光学镜头5、反射镜6以及图像传感器7，镜座支架4为前端开口的中空结构，光学镜头5、图像传感器7以及反射镜6由前至后依次安装在镜座支架4的内腔中；光学镜头5沿中空管状外壳2延伸方向延伸且光学镜头5的入光面露出镜座支架4前端表面；反射镜6设在光学镜头5的后侧并与光学镜头5后端面保留有间隔，图像传感器7设在光学镜头5与反射镜6之间且安装在镜座支架4紧挨另一组光学装置的一侧壁上且感光面沿平行光学镜头5光轴的方向延伸，两组光学装置的图像传感器7背靠背设置且感光面均朝向远离另一组光学装置的一侧，反射镜6的反射面与图像传感器7的感光面和光学镜头5出光面均呈45度夹角倾斜设置且朝向图像传感器7的感光面和光学镜头5出光面；各图像传感器7均通过传输连接件8与外部电子元件相连接；窗片1设在中空管状外壳2前端开口处封闭该开口，且位于两光学镜头5入光面前侧。
各图像传感器7均为4K图像传感器。
两组光学装置通过两镜座支架4固定在一起；每个镜座支架4的后端以及朝向另一镜座支架4一侧的侧壁均设有开口，反射镜6由镜座支架4后端开口装入镜座支架4内，图像传感器7由镜座支架4侧壁开口装入镜座支架4内。
中空管状外壳2包括同轴设置且前后依次首尾相接的套管2-1和镜杆2-2，窗片1设在套管2-1的前端部开口处。
套管2-1和镜杆2-2之间采用焊接固定。
所述窗片1为蓝宝石窗片1。
中空管状外壳2前端开口处设有台阶状结构2-3，窗片1卡接固定在该台阶状结构2-3上，且窗片1的前端表面位于中空管状外壳2前端表面后面，两者距离为0.2-0.3mm。
窗片1和中空管状外壳2、中空管状外壳2和镜座支架4之间均采用钎焊焊接固定。
反射镜6和镜座支架4、图像传感器7和镜座支架4、光学镜头5和镜座支架4、导光光纤束3与中空管状外壳2、两镜座支架4之间均采用UV加热双固化胶固定。
本发明所述的3D硬管内窥镜并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种3D硬管内窥镜，其特征在于：包括中空管状外壳（2）、窗片（1）、一对导光光纤束（3）以及两组光学装置，所述中空管状外壳（2）前后两端均开口，两组光学装置固定安装在中空管状外壳（2）内腔中并以中空管状外壳（2）中心轴为对称中心左右对称设置，两束导光光纤束（3）固定安装在中空管状外壳（2）的空腔中并分设在两组光学装置的上下两侧，且各导光光纤束（3）的出光面均露出中空管状外壳（2）前端表面；每组光学装置均包括镜座支架（4）、光学镜头（5）、反射镜（6）以及图像传感器（7），镜座支架（4）为前端开口的中空结构，光学镜头（5）、图像传感器（7）以及反射镜（6）由前至后依次安装在镜座支架（4）的内腔中；光学镜头（5）沿中空管状外壳（2）延伸方向延伸且光学镜头（5）的入光面露出镜座支架（4）前端表面；反射镜（6）设在光学镜头（5）的后侧并与光学镜头（5）后端面保留有间隔，图像传感器（7）设在光学镜头（5）与反射镜（6）之间且安装在镜座支架（4）紧挨另一组光学装置的一侧壁上且感光面沿平行光学镜头（5）光轴的方向延伸，两组光学装置的图像传感器（7）背靠背设置且感光面均朝向远离另一组光学装置的一侧，反射镜（6）的反射面与图像传感器（7）的感光面和光学镜头（5）出光面均呈45度夹角倾斜设置且朝向图像传感器（7）的感光面和光学镜头（5）出光面；各图像传感器（7）均通过传输连接件（8）与外部电子元件相连接；窗片（1）设在中空管状外壳（2）前端开口处封闭该开口，且位于两光学镜头（5）入光面前侧。
2.根据权利要求1所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：各图像传感器（7）均为4K图像传感器。
3.根据权利要求1所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：两组光学装置通过两镜座支架（4）固定在一起；每个镜座支架（4）的后端以及朝向另一镜座支架（4）一侧的侧壁均设有开口，反射镜（6）由镜座支架（4）后端开口装入镜座支架（4）内，图像传感器（7）由镜座支架（4）侧壁开口装入镜座支架（4）内。
4.根据权利要求1所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：中空管状外壳（2）包括同轴设置且前后依次首尾相接的套管（2-1）和镜杆（2-2），窗片（1）设在套管（2-1）的前端部开口处。
5.据权利要求4所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：套管（2-1）和镜杆（2-2）之间采用焊接固定。
6.根据权利要求1所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：所述窗片（1）为蓝宝石窗片（1）。
7.根据权利要求1所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：中空管状外壳（2）前端开口处设有台阶状结构（2-3），窗片（1）卡接固定在该台阶状结构（2-3）上，且窗片（1）的前端表面位于中空管状外壳（2）前端表面后面，两者距离为0.2-0.3mm。
8.根据权利要求1所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：窗片（1）和中空管状外壳（2）、中空管状外壳（2）和镜座支架（4）之间均采用钎焊焊接固定。
9.根据权利要求1所述的3D硬管内窥镜，其特征在于：反射镜（6）和镜座支架（4）、图像传感器（7）和镜座支架（4）、光学镜头（5）和镜座支架（4）、导光光纤束（3）与中空管状外壳（2）、两镜座支架（4）之间均采用UV加热双固化胶固定。
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| CN202311061159.XA Pending CN116784772A (zh) | 2023-08-23 | 2023-08-23 | 3d硬管内窥镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116784772A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117045175A (zh) * | 2023-10-11 | 2023-11-14 | 福建福特科光电股份有限公司 | 一种内窥镜及其制作方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080151041A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Intuitive Surgical, Inc. | Stereoscopic endoscope |
| CN104107026A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-10-22 | 董国庆 | 一种具有双光路双目镜头的硬管式内窥镜 |
| CN105828689A (zh) * | 2013-12-20 | 2016-08-03 | 奥林巴斯株式会社 | 摄像装置和内窥镜装置 |
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| CN115708659A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-02-24 | 武汉迈瑞医疗技术研究院有限公司 | 内窥镜及内窥镜成像系统 |
-
2023
- 2023-08-23 CN CN202311061159.XA patent/CN116784772A/zh active Pending
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