CN216434531U - 一种偏振光内窥镜分光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种偏振光内窥镜分光器，包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜，第一棱镜与第二棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行反射或透射选择的第一光学介质层，形成第一分光面；第二棱镜与第三棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行选择反射或透射的第二光学介质层，形成第二分光面；第三棱镜与第四棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行反射或透射选择的第三光学介质层，形成第三分光面。应用于内窥镜装置中，可分光并对光谱进行选频，提取特殊光谱用于偏振光偏振成像；在术中模糊的情况下，偏振光成像可以提供更加清晰的图像，实现透血、透骨渣等功能，保持术中手术视野持续清晰，大幅提高手术的安全性、有效性。

Description

一种偏振光内窥镜分光器

技术领域

本实用新型涉及内窥镜技术领域，具体涉及一种偏振光内窥镜装置的光学组件。

背景技术

医用内窥镜装置是一种可插入人体体腔和脏器内腔内进行直接观察、诊断、治疗的医用电子光学仪器，它采用尺寸极小的光学镜头将所要观察的腔内物体通过微小的物镜成像系统进行光学成像，然后将光学成像发送到图像处理主机上，最后在显示屏上输出图像处理后的观察图像，供医生观察和诊断。

请参考图1所示，目前内窥镜装置整体包括光源、内窥镜、摄像头和主机。其中，摄像头的光学系统一般包括光学适配镜头，分为固定焦距适配器(即：光学定焦适配器)和可变焦距适配器(即：光学变焦适配器)，以及支撑该适配器的机械架构。通过目镜连接模块和内窥镜目镜相连后，内窥镜的图像信息传递到光学定焦适配器，成像到后端图像传感器采集图像信息，并放大显示在显示器上。

光的散射现象是光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象，偏离原方向的光称为散射光。散射光会影响成像清晰度，导致目标模糊，甚至导致目标无法探测。在使用内窥镜装置的临床手术中(如骨科手术、泌尿外科手术、妇科手术等)，在生理盐水介质下，手术腔体内充满了生理盐水、血液、骨渣、软组织残渣、结石微粒等，这些物质构成一个非均匀介质，因此此类介质的反射光会产生散射，从而影响内窥镜装置成像清晰度，在这种情况下，现有技术中用于内窥镜装置的摄像头光学系统，无法解决前述问题，导致手术视野模糊，影响手术的安全性和有效性。能否有效地抑制非均匀介质中的散射光，提升术中视野清晰度，尤为重要。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种能够改善内窥镜装置成像性能的光学器件。

据此，本实用新型的一种实施例提供一种内窥镜偏振光分光器，包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行反射或透射选择的第一光学介质层，形成第一分光面；所述第二棱镜与所述第三棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行选择反射或透射的第二光学介质层，形成第二分光面；所述第三棱镜与所述第四棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行反射或透射选择的第三光学介质层，形成第三分光面。

在其中的一种实施例中，所述第一光学介质层、第二光学介质层或第三光学介质层均包括多层介质光学薄膜，用于组合实现光波分成R、G、B三个波段和特殊光λ～700nm波段进行选择的光学特性；其中λ为600nm～670nm范围内的任意值。

在其中的一种实施例中，所述多层介质光学薄膜包括高折射率材料层和低折射率材料层，二者依次层叠设置。

在其中的一种实施例中，所述多层介质光学薄膜为二向色性滤光膜。

在其中的一种实施例中，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别叠加镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的所述胶合处、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述胶合处、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述胶合处。

在其中的一种实施例中，所述二向色性滤光膜分别分立夹设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间。

在其中的一种实施例中，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间所述第一棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第三棱镜的接触面一侧。

在其中的一种实施例中，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间所述第三棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第四棱镜的接触面一侧。

在其中的一种实施例中，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间所述第一棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述第三棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第三棱镜的接触面一侧。

在其中的一种实施例中，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第四棱镜的接触面一侧。

在偏振光内窥镜装置中，应用本实用新型实施例提供的分光器，通过光学适配器与分光器的有效匹配，可以在光学适配器的适当光学后焦中，增设本实用新型的分光器；本实用新型的分光器可分光并对光谱进行选频，提取特殊光谱，用于偏振光偏振成像；在术中内窥镜工作环境复杂模糊的情况下，偏振光成像可以提供更加清晰的图像，实现透血、透骨渣等功能，这样可以保持术中手术视野持续清晰，大幅提高了手术的安全性、有效性。

附图说明

图1为现有技术中的一种内窥镜装置结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的内窥镜偏振光分光器结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例的内窥镜偏振光分光器局部结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例的内窥镜偏振光分光器用于内窥镜装置摄像头的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

在本实用新型的一种实施例中，请参考图2所示，本例的分光器包括第一棱镜1、第二棱镜2、第三棱镜3和第四棱镜4，第一棱镜1和第二棱镜2的胶合处设置第一光学介质层，形成第一分光面，第二棱镜2与第三棱镜3的胶合处设置第二光学介质层，形成第二分光面，第三棱镜3与第四棱镜4胶合处设置第三光学介质层，形成第三分光面。分光器的第一光学介质层、第二光学介质层和第三光学介质层的组合，将从光学适配器传递过来的光信号分成四个波段，分别为蓝光、绿光、红光和特殊光波段，对应380-500nm、500-560nm、560nm- λ和λ-700nm光谱；其中三个波段的光波分别在各分光面上反射形成第一反射光束、第二反射光束和第三反射光束，而一个波段的光波透射形成透射光束；其中λ为600nm～670nm范围内的任意值。蓝光、绿光和红光对应成像于蓝光图像传感器、绿光图像传感器和红光图像传感器，用于普通的白光成像；特殊光波段对应成像于偏振光图像传感器，用于特殊成像。第一反射光束对应成像于第一图像传感器11上，第二反射光束对应成像于第二图像传感器12上，第三反射光束对应成像于第三图像传感器13上，透射光束对应成像于第四图像传感器14上；第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器和第四图像传感器，根据接收到的成像光束的波段，对应为红光图像传感器、蓝光图像传感器、绿光图像传感器和偏振光图像传感器。

在一种实施例中，第一棱镜1为一个方形棱镜和一个三角棱镜的结合体，第二棱镜2为梯形棱镜，第三棱镜3为非对称切割的半五棱形棱镜，第四棱镜4 为梯形棱镜。棱镜形状的选择并非唯一，只要能实现本发明的光学性能要求即可。

在一种实施例中，请参考图3所示，各个分光面上镀有多层介质光学薄膜，对光波进行选频，即对光波波长进行选择，分光器将从光学适配器传递过来的光信号分成四个波段，分别为蓝光、绿光、红光和特殊光波段，对应380-500nm、 500-560nm、560-635nm和635-700nm光波波段，即本例中λ为635nm，一方面，很好地涵盖了RGB的光波范围，保证RGB成像的还原度和成像质量；另一方面，能够保证采集到足够波长范围的特殊光，保证偏振光成像的质量和临床参考价值。其中三个波段的光波分别在各分光面上反射形成红光反射光束、蓝光反射光束和特殊光反射光束，而一个波段的光波透射形成绿光透射光束。根据接收到的成像光束的波段，对应成像于红光图像传感器、蓝光图像传感器、绿光图像传感器和偏振光图像传感器。

在一种实施例中，多层介质光学薄膜直接采用分立的三张二向色性滤光膜，位于各个分光面，夹设于各个棱镜之间，形成三个分光面。三张分立的二向色性滤光膜的组合对光波进行选频，即对光波波长进行选择，将光波分成四个波段，B光、G光、R光和特殊光，如380-500nm、500-560nm、560-635nm和635-700nm。 B光、G光、R光用于普通的白光成像，特殊光用于偏振光成像；分别成像于第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器和第四图像传感器。

在一种实施例中，通过分光器的三个分光面组合形成对光波进行选频，将光波分成四个波段，B光、G光、R光和特殊光，对应为380-500nm、500-580nm、 580-670nm和670-700nm波段，即本例中λ为670nm；B光、G光、R光用于普通的白光成像，特殊光用于偏振光成像；分别成像于第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器和第四图像传感器。

在一种实施例中，通过分光器的三个分光面组合形成对光波进行选频，将光波分成四个波段，B光、G光、R光和特殊光，对应为380-480nm、480-550nm、 550-600nm和600-700nm波段，即本例中λ为600nm；B光、G光、R光用于普通的白光成像，特殊光用于偏振光成像；分别成像于第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器和第四图像传感器。第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器和第四图像传感器，根据接收到的成像光束的波段，对应称之为红光图像传感器、蓝光图像传感器、绿光图像传感器和偏振光图像传感器。

在一种实施例中，高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于第一棱镜与第二棱镜之间的第一棱镜的接触面一侧、第二棱镜与第三棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、第三棱镜与第四棱镜之间的第三棱镜的接触面一侧。在一种实施例中，高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于第一棱镜与第二棱镜之间的第二棱镜的接触面一侧、第二棱镜与第三棱镜之间的第三棱镜的接触面一侧、第三棱镜与第四棱镜之间的第四棱镜的接触面一侧。在一种实施例中，高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于第一棱镜与第二棱镜的第一棱镜的接触面一侧、第二棱镜与第三棱镜之间的第三棱镜的接触面一侧、第三棱镜与第四棱镜之间的第三棱镜的接触面一侧。在一种实施例中，高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于第一棱镜与第二棱镜之间的第二棱镜的接触面一侧、第二棱镜与第三棱镜之间的第二棱镜的接触面一侧、第三棱镜与第四棱镜之间的第四棱镜的接触面一侧。

可知，高折射率材料层和低折射率材料层镀设位置并不需要严格限制，只要位于二棱镜的胶合处的接触面之一或之二均可，皆可以实现所需要的分光功能。

在本实用新型的一种实施例中，光线入射光角为10°～50°，不同波长的光经膜层透射和反射。请参考下表，不同分光面不同的折射率材料层的不同组合配置，产生了不同的分光模式如下表所示。

分光模式表

请参考图4所示，本实用新型的一个实施例被应用于偏振光内窥镜装置的摄像头光学系统中，该光学系统包括光学定焦适配器和本实用新型一种实施例的分光器，光学适配器采用焦距27～35mm，总长30～40mm(总长即前保护片到后保护片之间的距离)；为适配分光器，采用反远比结构，其工作距离L(即光学适配器后保护片到图像传感器像面之间的距离)和焦距f的比值为反远比，本例中反远比为1～1.5，主光线的入射角CRA小于15°，与图像传感器较好地匹配。

在偏振光内窥镜装置的应用中，工作距离L(即后保护片到图像传感器像面之间的距离)和焦距f的比值为反远比。通过光学适配器的大反远比设计，反远比为1～1.5，可以由适当的光学后焦中，增设本实用新型的分光器；可分光并对光谱进行选频，提取特殊光谱，用于偏振光偏振成像；在术中模糊的情况下，偏振光成像可以提供更加清晰的图像，实现透血、透骨渣等功能，这样可以保持术中手术视野持续清晰，大幅提高了手术的安全性、有效性。

在本实用新型的上述各实施例或各实施例的具体应用场景中，红光图像传感器、蓝光图像传感器和绿光图像传感器均可以选用普通的白光图像传感器替换。白光图像传感器、第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器和第四图像传感器，或者红光图像传感器、蓝光图像传感器、绿光图像传感器和偏振光图像传感器，均可以采用现有技术的图像传感器，如CCD图像传感器或 CMOS图像传感器。各透镜可以采用现有技术中的材质，如玻璃、水晶或有机玻璃等。符号“～”表示某个参数的取值范围，该取值范围包括两个端点值；比如：λ为600nm～670nm表示λ取值为600nm～670nm范围内的任意值，包括600nm 和670nm二端点值。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种偏振光内窥镜分光器，其特征在于：包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行反射或透射选择的第一光学介质层，形成第一分光面；所述第二棱镜与所述第三棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行选择反射或透射的第二光学介质层，形成第二分光面；所述第三棱镜与所述第四棱镜胶合，其胶合处设置有用于对光波进行反射或透射选择的第三光学介质层，形成第三分光面。

2.如权利要求1所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于：所述第一光学介质层、第二光学介质层或第三光学介质层均包括多层介质光学薄膜，用于组合实现光波分成R、G、B三个波段和特殊光λ～700nm波段进行选择的光学特性；其中λ为600nm～670nm范围内的任意值。

3.如权利要求2所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述多层介质光学薄膜包括高折射率材料层和低折射率材料层，二者依次层叠设置。

4.如权利要求2所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述多层介质光学薄膜为二向色性滤光膜。

5.如权利要求3所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别叠加镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的所述胶合处、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述胶合处、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述胶合处。

6.如权利要求4所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述二向色性滤光膜分别分立夹设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间。

7.如权利要求5所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间所述第一棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第三棱镜的接触面一侧。

8.如权利要求5所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间所述第三棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第四棱镜的接触面一侧。

9.如权利要求5所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间所述第一棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述第三棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第三棱镜的接触面一侧。

10.如权利要求5所述的偏振光内窥镜分光器，其特征在于，所述高折射率材料层和低折射率材料层分别镀设于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第二棱镜与所述第三棱镜之间的所述第二棱镜的接触面一侧、所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的所述第四棱镜的接触面一侧。

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