CN214434136U - 一种改进型内窥镜镜头用导光组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改进型内窥镜镜头用导光组件，其包括圆柱形透明导光件，所述圆柱形透明导光件包括入光部和导光部，所述圆柱形透明导光件中间开设有容成像模组安置的安置空间。本实用新型提供的导光组件能够对发光元件产生地光线进行聚集，并进行定向传导，实现将发光元件形成的光线传导到内镜前端，提供照明，从而能够将内镜端部的尺寸缩小到镜头模组(成像模组)外接圆尺寸，继而使内窥镜端部设计更紧凑，实现在保持同样像素，不影响现有清晰度的情况下，生产出更细的内窥镜。

Description

一种改进型内窥镜镜头用导光组件

技术领域

本实用新型涉及内窥镜技术，具体涉及内窥镜中前端镜头技术。

背景技术

内镜，亦称内窥镜，是一种多学科通用的工具，其功能是透过光学或电子成像，能对人眼无法直接看到的弯曲管道或腔体深处探查。或于高温、有毒、有辐射等人眼不适于直接观察到的场所的检查和观察,以实现远距离观察与操作。据此特性，内窥镜在工业上和医学上都得到广泛的应用。

内窥镜在工业上主要用于在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测，广泛应用于航空、汽车、船舶、电气、化学、电力、煤气、原子能、土木建筑等现代核心工业的各个部门。也越来越多地运用于产品生产过程的质量控制，并发展成为一种常规的检测手段。

内窥镜在医学上广泛应用在消化科、呼吸科、耳鼻喉科、泌尿科、妇产科、骨科等等各个科室，用于直视病灶，确定病因的检查工具，同时也发展出配合特制器械形成不同的微创手术应用。使用内窥镜，基本是无创口或微创，病人因为创伤小，手术风险低，术后复原快，创面外观影响小等多项特色，近年广泛在各种外科手术领域中得到重视和开展。

内窥镜的成像原理从传统的光学透镜技术开始，随着时间发展，CCD和CMOS半导体晶片研发成功量产，光电科技被大量使用，使内窥镜的外型更为多样，功能更为强大。再者，内窥镜多在腔内使用，一般会需要有照明光源配合成像系统。现有照明设计或是将后置光源透过导光光纤将光传送到内窥镜前端，或是使用LED灯珠排在光学镜头的周围。

现有内窥镜的成像系统可以采用多种形式，如可以是传统的光学透镜和镜棒组成的圆柱形光学成像系统，或是圆柱形成束成像光学纤维，或是由CCD及CMOS晶片结合光学透镜而成的光电式镜头模组光电式成像系统，由于晶片形状为方形，故现有基于CCD及CMOS晶片的微型镜头模组是四方柱的形状(参见图1和2)。由此，光源照明系统与成像系统最终整合的尺寸决定了内窥镜的大小及使用的限制。

通过对现有内窥镜中光源系统与成像系统的构成方案进行研究可知，传统的光学透镜加镜棒组成的光学系统是一个圆柱形，成束成像光学纤维也是成一圆柱形，而电子内镜的CCD及CMOS晶片是方形加上前端透镜及固定的金属壳体形成一个方柱型，如此结构，只有通过优化二维平面上发光源的排列来使得光源系统与成像系统之间配合结构更加的紧凑有效。

基于上述原因，晶片尺寸和光学成像系统的技术和构成已经十分成熟，在类似的组合下，不同生产厂商生产的内窥镜也就停留在大致相同的尺寸上。

因此如何在最大程度保留清晰度的情况下，进一步降低内窥镜尺寸成为行业尖端需求。对此需求，人们给出了将发光源后置的方案，即将发光源置于电子内镜的CCD及CMOS晶片后方，通过导光的方式将后置的发光源产生的光线进行前置引导。

如此方式存在较多的技术难点，其中最大的技术难点是，针对超细内窥镜前端镜头本身已经非常狭小的空间，常用光源，例如LED灯珠，本身有几何形状限制，如何高效的将后置发光源产生的光线传导前端，极具挑战性。

实用新型内容

针对现有电子内窥镜镜头在尺寸优化方面所存在的问题，需要一种新的电子内窥镜镜头方案。

为此，本实用新型的目的在于提供一种改进型内窥镜镜头用导光组件，该导光组件能够对发光源产生的光线进行高效的定向传导。

为了达到上述目的，本实用新型提供的改进型内窥镜镜头用导光组件，包括圆柱形透明导光件，所述圆柱形透明导光件包括入光部和导光部，所述圆柱形透明导光件中间开设有容成像模组安置的安置空间。

进一步地，所述圆柱形透明导光件的内部中空。

进一步地，所述入光部的外径与导光部的外径不相同。

进一步地，所述安置空间以圆柱形透明导光件横截面圆内接多边形方式设置在圆柱形透明导光件中。

进一步地，所述入光部的包括入光段，折光段以及过渡段，所述折光段呈圆台状，其小端与入光段连接导通，大端与过渡段连接导通，所述过渡段与导光部连接导通。

进一步地，所述入光段的延伸方向与导光部的延伸方向平行。

进一步地，所述入光段横截面呈圆环状。

进一步地，所述入光段，折光段以及过渡段的壁厚相同。

进一步地，所述折光段两壁平行，所述折光段厚度均匀两面平行，中心线的曲率半径要大于折光段的厚度一定倍数。

进一步地，所述过渡段相对于折光段呈反对称结构设置，且几何形状相切。

进一步地，所述过渡段的反曲率半径与折光段的曲率半径相同。

本实用新型提供地导光组件能够对发光元件产生地光线进行聚集，并进行定向传导，实现将发光元件形成的光线传导到内镜前端，提供照明，从而能够将内镜端部的尺寸缩小到镜头模组(成像模组)外接圆尺寸，继而使内窥镜端部设计更紧凑，实现在保持同样像素，不影响现有清晰度的情况下，生产出更细的内窥镜。

进一步的，本实用新型提供地导光组件能够实现光纤地非直线传导，通过入光段，折光段以及过渡段之间有效地配合，使得光线传播方向进行变向，同时保证在变向过程中光线不射出导光组件外，始终保持在导光组件中，达成光源高效的传导。

进一步的，本实用新型针对后光源，例如LED发光源，因为本身的几何形状限制，没有办法将光源靠紧内窥镜外壁最有效的对准导光段的可出光部分的问题，经由入光段最大面积的覆盖光源，将入射光转向传送到内窥镜前端，达到最好的照明效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为现有圆柱形电子内窥镜端部结构示例图；

图2为现有CMOS和镜头组合的成像模组的结构示例图；

图3为本实用新型实例中导光组件的结构示例图；

图4为本实用新型实例中导光组件的剖视图；

图5为本实用新型实例中导光组件的侧视图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、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，进一步阐述本实用新型。

众所周知，内窥镜端部镜头模组与照明系统组合的尺寸最终决定了内窥镜伸入端的粗细，与此同时内窥镜端部镜头模组中成像晶片(如CMOS)尺寸已经无法进行大幅度的变动。

对此，本方案针对电子式内镜给出一种导光组件，配合内窥镜中照明系统的发光源(如LED发光源)，实现发光源(如LED发光源)置于镜头模组的后方，而导光组件整体作为导光介质，将后置的发光源产生的光传导到镜头模组前，提供内窥镜照明，从而形成一个紧凑的新结构。

参见图3和图4所示，其所示为本实例给出的导光组件的构成示例图。

由图可知，本导光组件100整体为圆柱形透明导光件，整体作为导光介质，实现对发光元件产生地光线进行聚集和定向传导。

具体的，本圆柱形透明导光件100沿轴向方向上依次为入光部110和导光部120，同时在圆柱形透明导光件中间沿其轴向开设有容成像模组安置的安置空间130。

入光部110用于与发光源接触，以聚集发光源产生的照明光线，使得照明光线进入到入光部110中。而导光部120与入光部110配合，将进入到入光部110的光线进行定向传导，并从导光部120的自由端部射出，有效的将光线导引到安置在圆柱形透明导光件100中安置空间130内的成像模组前，提供给成像模组所需的照明。

这里的安置空间130的口径大小与成像模组对应，开设结构可以贯穿整个圆柱形透明导光件100，在底端因开孔形状变化构成台阶便于成像模组定位。

作为举例，常规的成像模组为方形CCD及CMOS晶片，这里的圆柱形透明导光件100大小尺寸与成像模组配合，整体采用内部中空的圆柱形结构，同时优选为对应于成像模组中成像晶片(如CMOS)外接圆的结构尺寸；同时沿轴向中部设置对应于方形CCD及CMOS晶片的方形安置空间130。即该方形安置空间130以圆柱形透明导光件100横截面圆内接四边形方式设置在圆柱形透明导光件100中，使得空间最大化利用。

由此，圆柱形透明导光件100的出光端在方形安置空间130四周形成四个横截面呈圆弧形的导光柱，这四个圆弧形的导光柱结构相同(如横截面相同)且对称分布在方形安置空间130四周，并与圆柱形透明导光件100的入光端直连，能够在方形安置空间130的四周进行导光和出光，保证足够通光量。

该方形安置空间130的长度L不小于成像模组的长度，便于成像模组固定和保护。

进一步的，本圆柱形透明导光件100内在方形安置空间130后部开设形成截面呈圆形的通孔140，该通孔140与方形安置空间130连通，形成安装通道，便于成像模组的电源线和信号线经由这个通道连接到内窥镜的后方，如此使得成像模组的电源线和信号线的设置，不占据任何空间，使得安装结构更加的紧凑，同时完全不影响圆柱形透明导光件100的导光性能。

对于圆柱形透明导光件100上入光部110与导光部120之间的配合结构，可根据实际需求而定。这里的入光部110可采用外径与导光部120外径相同的结构；根据需要入光部110也可采用外径与导光部120外径不相同的结构，以配合不同的发光源设置方案，满足不同的入光要求。这外径不相同的结构可以为外径渐变的结构，也可以是多段不同外径的部分组合而成的结构。

作为举例，图示示例中采用类似喇叭状的入光部110。针对LED发光源，因为本身的几何形状限制，没有办法将光源靠紧内窥镜外壁的问题，采用如此结构的入光部110，经由其外径尺寸较小的入光段可以最大面积的覆盖光源，再将入射光转向传送到内窥镜前端，达到最好的照明效果。

具体的，本入光部110包括入光段111，折光段112以及过渡段113。这里的入光段111用于聚集发光源产生的光线，折光段112与入光段111衔接，用于对入光段111引入的光线进行折向传导，过渡段113分别与折光段112和导光部120进行衔接，过渡段113与折光段112反对称且连接处相切，用于将经过折光段112折向传导的光线进行矫正导向，使其进入到导光部120中。经由两次导向，达到入光部110的光线和导光部120的光线平行但是位移的效果。

作为优选，如图4和图5所示，本入光部110整体采用壁厚均匀的中空结构，其上的入光段111优选横截面呈圆环状的圆柱形结构，中空部份则作为成像组件电源和信号线的安装通道。

再者，本入光段111的厚度与相应LED发光源的安装结构相对应，使得入光段111的环形端部能够最大面积的覆盖光源。

与之配合的折光段112呈内部中空的圆台状，其小端与入光段111直接衔接导通，而大端与过渡段113直接衔接导通。该折光段112相对于入光段111呈同轴设置，且外径逐渐增大的渐变结构。

具体的，本折光段112的壁厚与入光段111相同，内部中空空间的孔径由小端向大端逐渐变大，同时小端入口的孔径与入光段111的内孔孔径相同。

进一步地，该折光段112厚度均匀两端面平行，中心线的曲率半径要大于的厚度一定的倍数，该倍数依据材质而不同，利用材料折射率和环境折射率的差别，达到入射光线在转弯处形成全反射而不逸出。

如此结构的折光段112与入光段111配合，通过其依据使用材质而设计的外径逐渐增大的渐变结构，实现对入光段111引入的光线进行折向传导，

设置在折光段112之后，并与其衔接的过渡段113，其相对于折光段112呈反对称结构设置，且连接处相切，即折光段与过渡段几何形状相切，由此配合构成光线转向传递的结构，这样能够实现对经过折光段112折向传导的光线进行矫正导向，使其进入到导光部120中。

具体的，本过渡段113的厚度与折光段112的厚度相同；同时，本过渡段113的反曲率半径与折光段的曲率半径相同。

据此形成的入光部110与导光部120配合配合，其上的入光段111与导光部120的方向平行，通过折光段112与过渡段113配合，对经由入光段111引入的光线进行两次导向，首先由折光段112对沿入光段111延伸方向传导的光线同步向外进行折向传导，接着由过渡段113对经过折光段112折向传导的光线进行矫正导向，使得光线进入到与其衔接的导光部120，从而使得入光部110的光线和导光部120的光线之间相互错位平行，使得光线在传导方向不变的情况下实现位移调整。

本实例中的圆柱形透明导光件100优选一体成型的注塑件结构，当然根据需要也可以采用其他构成形式，如玻璃材质。

如此形成的圆柱形透明导光件100整体具有很高强度，可以稳定的固定成像模组及满足内镜外型需求，该圆柱形透明导光件100即可直接作为成像模组的保护套，内窥镜设计实视整体功能需要，可以不再设置传统的镜头模组护套，或将导光件的强度做为保护套整体强度的一部分，使得整个镜头组件结构更加的简化和紧凑。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型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.改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，包括圆柱形透明导光件，所述圆柱形透明导光件包括入光部和导光部，所述入光部的包括入光段，折光段以及过渡段，所述折光段呈圆台状，其小端与入光段连接导通，大端与过渡段连接导通，所述过渡段与导光部连接导通；所述圆柱形透明导光件中间开设有容成像模组安置的安置空间。

2.根据权利要求1所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述圆柱形透明导光件的内部中空。

3.根据权利要求1所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述入光部的外径与导光部的外径不相同。

4.根据权利要求1所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述安置空间以圆柱形透明导光件横截面圆内接多边形方式设置在圆柱形透明导光件中。

5.根据权利要求1所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述入光段的延伸方向与导光部的延伸方向平行。

6.根据权利要求1或5所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述入光段横截面呈圆环状。

7.根据权利要求1或5所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述入光段，折光段以及过渡段的壁厚相同。

8.根据权利要求1或5所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述折光段厚度均匀，两面平行，中心线的曲率半径要大于折光段的厚度一定倍数。

9.根据权利要求1或5所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述过渡段相对于折光段呈反对称结构设置，且几何形状相切。

10.根据权利要求9所述的改进型内窥镜镜头用导光组件，其特征在于，所述过渡段的反曲率半径与折光段的曲率半径相同。

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