内窥镜光源光路的装调装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种内窥镜光源光路的装调装置。

背景技术

根据应用于医用领域的内窥镜的诊断需求，内窥镜光源具备白色光源及窄带光谱光源，因此要求其光源采用多路合光系统。除传统氙灯/卤素白光光源，寿命更长的蓝、绿和红色LD(laser Diode，激光二极管)或LED(Light Emitting Diode，发光二极管)经二向色片合光的相加性白光光源被采用。

多光源的相加使内窥镜光源光路的装调进一步复杂化，且医用领域的内窥镜光源对光谱的色彩平衡具有严格要求，因此对光路装配提出了更高的要求。作为内窥镜光源核心的光学模组，光路装调直接影响输出照明光的性能指标，对内窥镜成像系统的正常工作具有重要影响，因此，如何对内窥镜光源光路的进行高精度装调，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种内窥镜光源光路的装调装置。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提出了一种内窥镜光源光路的装调装置，所述内窥镜光源光学模组具有多个待装调光学组件，所述装调装置分别对各光学组件依次装调，所述装调装置包括：第一接收面，所述第一接收面安装并定位于光学模组的光束聚焦位置A，所述第一接收面具有表面透射特性；第一装调装置，所述第一装调装置固定于光学平台上，所述第一装调装置包括：平行光管、位于所述平行光管焦面上的第二接收面以及第一摄像装置，其中，所述平行光管光路上连接所述光学模组；所述第二接收面且与光轴垂直布置，且具有透射特性；所述第一摄像装置，所述第一摄像装置能够通过变焦或/和调焦功能，实现所述第二接收面的清晰成像，其中成像状态包括近焦成像和远焦成像；显示器，所述显示器与所述第一摄像装置电连接，所述显示器用于对所述第一摄像装置的成像进行显示。

本发明上述提出的内窥镜光源光路的装调装置还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，将所述第一接收面还具有透射特性，所述装调装置还包括：分光镜和第二装调装置，其中，所述分光镜与光轴呈第一预设夹角α布置，所述分光镜具有透射和表面反射特性，所述分光镜用于将所述第一接收面的透射的光束透射进入第一装调装置并反射进入第二装调装置；第二装调装置，所述第二装调装置与所述第一装调装置和光轴相对于所述分光镜的反射面对称布置，所述第二装调装置包括第二摄像装置，所述第二摄像装置与所述显示器电连接，所述第二摄像装置能够通过变焦或/和调焦功能，实现所述第一接收面的清晰成像；所述显示器还用于对所述第二摄像装置的成像进行显示。

根据本发明的一个实施例，所述第一预设夹角α为45°。

根据本发明的一个实施例，上述的内窥镜光源光路的装调装置还包括：操作组，所述操作组与所述光学模组的多个光学组件分别相连，所述操作组用于带动所述光源模组进行轴向调节、垂轴调节或者角度调节；控制组，所述控制组分别与所述操作组、所述第一摄像装置和所述第二摄像装置相连，所述控制组用于根据所述第一摄像装置和所述第二摄像装置的成像向所述操作组发出控制指令，以使所述操作组带动所述光源模组进行调节。

根据本发明的一个实施例，所述光学模组在聚焦位置A连接光纤导光束的接收面，以通过所述导光束进行光线传导。

根据本发明的一个实施例，所述第二接收面中心设置有十字刻线和刻度。

根据本发明的一个实施例，所述第一接收面中心区域设置有圆环，所述圆环的直径等于所述导光束入射面的通光直径。

根据本发明的一个实施例，所述第一接收面的材质为光学玻璃或光学塑料。

根据本发明的一个实施例，第二接收面的材质为光学玻璃或光学塑料，或采用白纸作为简易替代。

根据本发明的一个实施例，所述光学模组为三路合光系统或者四路合光系统，或其他形式的合光系统。

本发明的有益效果：

本发明可以实现内窥镜光源光路的高精度、稳定性装调，且结构简单、安装方便。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的三路合光系统的示意图；

图2是根据本发明第一个实施例的内窥镜光源光路的装调装置的示意图；

图3是根据本发明第二个实施例的内窥镜光源光路的装调装置的示意图；

图4是是根据本发明一个实施例的四路合光系统的示意图；

图5是根据本发明第三个实施例的内窥镜光源光路的装调装置的示意图；

图6是根据本发明第四个实施例的内窥镜光源光路的装调装置的示意图；

图7是根据本发明第五个实施例的内窥镜光源光路的装调装置的示意图。

附图标记：

第一光学模组10；第一光源11；第二光源12；第三光源13；第一准直透镜组21；第二准直透镜组22；第三准直透镜组23；第一二向色镜31；第二二向色镜32；聚焦透镜组4；导光束40；第一接收面5；分光镜6；第一装调装置7；第二装调装置8；平行光管71；第二接收面72；第一摄像装置73；第二摄像装置83；显示器9；平行光源20；第二光学模组30；第四光源14；第四准直透镜组24；第三二向色镜33；自动装配组件90；操作组91；控制组92。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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，本发明中内窥镜光源的光学模组可以为三路合光系统，也可由为四路合光系统，或其他形式的合光系统，三路合光系统即对应下述的第一光学模组10，四路合光系统即对应下述的第二光学模组30。

当内窥镜光源的光学模组为三路合光系统时，如图1、2、3，对内窥镜光源第一光学模组10实现高精度装调，第一光学模组10包括多个光学组件，及与其相应的机械组件来实现安装、固定和调节。如图1所示，第一光学模组10为三路合光系统；如图2所示，第一光学模组10与装调装置相对放置于光学平台上进行装调，所述第一光学模组10光路上连接平行光管，第一光学模组10通过工装安装固定于光学平台上，装调装置对多个光学组件依次进行高精度装调。

三路合光系统的多个光学组件包括：第一、第二、第三光源11、12和13、第一、第二、第三准直透镜组21、22和23、第一、第二二向色镜31、32和聚焦透镜组4，构成第一、第二、第三光路系统，光学组件由相应的机械组件进行安装、固定和调节，构成第一光学模组10；

第一、第二、第三光路系统在光路前端分别由光源11、12和13和准直透镜组21、22、23组成，光路中部由第一、第二二向色镜31和32的反射和透射进行光路合束，合束光经光路后端的聚焦透镜组4将光束汇聚于位置A，并经放置于位置A的导光束40的接收面进入导光束40内部进行光传导；优选地，光源11、21和31，分别为绿光、红光、蓝光LED；

多个光学组件和机械组件按照选定的一个或多个安装基准面进行安装和固定；安装基准面的加工具有高精度要求；

具体地，多个光学组件相应的机械组件包括调节机构，调节机构至少包括轴向调节装置，实现沿光轴的轴向位移；进一步地，调节机构还包括垂轴调节装置，实现垂直光轴方向的位移；可选的，调节机构还包括角度调节装置，用于补偿机械组件加工平面度或直线度不满足要求的情况；

特别地，为辅助第一光学模组10的装调，设定第一光学模组10光束聚焦位置A为基准位置，在位置A设置有第一接收面5，第一接收面5具有表面反射或漫反射及透射特性；优选地，第一接收面5中心区域设置有圆环A，优选地，圆环A的直径等于导光束40入射面的通光直径，进一步地，圆环A内设置有十字刻线；可选的，第一接收面5为光学玻璃或光学塑料等透光材料；

第一接收面5由相应机械组件固定，优选地，机械组件包括定位孔和定位销，实现基于位置A的高精度安装，位置A由基准面、定位孔和定位销的配合安装实现，基准面、定位孔由高精度的机械加工保证；特别地，基准位置为第一光学模组10和装调装置的相对位置提供参考基准。

装调装置，包括分光镜6、第一装调装置7和第二装调装置8，分光镜6与光轴呈夹角α布置，通过分光镜6的透射和表面反射将装调装置分为两路，优选地，夹角α为45°；第一装调装置7至少包含平行光管71、位于平行光管71焦面上的第二接收面72，以及第一摄像装置73；第二装调装置8至少包含第二摄像装置83；

第二接收面72与光轴垂直布置，且具有透射特性，特别地，接收面为分划板，或简易地选择白纸替代，优选地，第二接收面72中心设置有十字刻线和刻度；

装调装置按照上述设置由相应的机械组件固定在相应位置，并固定于光学平台上；

第一摄像装置73可对第二接收面72清晰成像；第二摄像装置83可对第一接收面5清晰成像，优选地，第一和第二摄像装置73和83具有调焦或/和变焦功能；

优选地，第一和第二摄像装置73和83分别连接显示器9进行图像显示；

优选地，第一和第二摄像装置73和83的输出图像可显示位于图像中心的十字刻线；

特别地，分光镜6、第一装调装置7和第二装调装置8，使用前经过第一校准，保证第一装调装置7和第二装调装置8光轴相对于分光镜6的反射面对称布置，见图3所示；

优选地，第一校准采用平行光源20，平行光源20发出的平行光或近似平行光经分光镜6透射进入第一装调装置7和反射进入第二装调装置8，分别于第一和第二摄像装置73和83形成聚焦光斑，第一校准满足聚焦光斑分别位于第一和第二摄像装置73和83图像中心。

装调前首先将第一接收面5安装并定位于第一光学模组10的位置A，接收面5在装配中起到基准定位作用；其次，安装第一和第二二向色镜31和32，利用第一接收面5作为基准面，通过光学角度测量系统确定第一和第二二向色镜31和32的45°角，可选地，光学角度测量系统为经纬仪，经纬仪沿光轴面向二向色镜，通过自身十字刻线和第一接收面5反射的十字刻线重合度来检验二向色镜的安装角度；优选地，二向色镜的安装角度公差α≤1′；可选地，光学角度测量系统也可以为内调焦望远镜；再次，对第一、第二、第三光路所包含的第一、第二、第三光源11、12、13和第一、第二、第三准直透镜组21、22、23进行装调前的安装和预固定；然后将完成上述装配的光学模组通过工装模组安装固定于光学平台上，与装调装置相对放置。

装调前利用第一接收面5进行第二校准，实现第一光学模块10与装调装置相对位置对准，调节第一光学模组10位置至第一接收面5经第一摄像装置73的成像位置与图像十字中心重合；

可采用不同的装调顺序依次对各光学组件进行装调；优选地，先进行第一光路的装调，包括第一光源11、第一准直透镜组21和聚焦透镜组4，特别地，先对第一光源11或/和第一准直透镜组21进行装调A，再对聚焦透镜组4进行装调B；然后对第二光路的第二光源12或/和第二准直透镜组22进行装调C；同理完成第三光路装调D；装调B进行之前，需先固定聚焦透镜组4于第一光学模组10，装调A～D各步，分别开启所涉及光路的光源，其他光路的光源保持关闭；装调各步，根据摄像模组73和83得到的成像光斑来对装调进行指导；

摄像模块1指导装调A，摄像模块2指导装调B、C、D；

装调A，通过机械组件的调节机构实现各学组件调节，来达到光路的良好准直，评估标准为由第一摄像装置73得到的成像光斑满足条件1：

1)成像光斑达到最小最清晰状态，清晰状态，定义为光斑边缘有锐利的边界；

2)成像光斑中心与第二接收面72上的十字刻线中心重合；

装调B、C和D，通过调节机构实现各学组件的调节，来达到光路的良好准直，评估标准为由第二摄像装置83得到的成像光斑满足条件2：

1)成像光斑达到最小最清晰状态，清晰状态，定义为光斑边缘有锐利的边界；

2)成像光斑中心与第一接收面5上的十字刻线中心重合；

通过成像光斑的指导作用实现各路光路对光源的良好聚焦和三路光斑的最佳重合；优选地，第一、第二、第三路光路在接收面5上的聚焦光斑大小，偏差度不超过3％。

根据上述流程完成内窥镜第一光学模组10的装调，优选地，各光学组件完成装调后通过螺钉进行固定，可选地，使用具有固定作用的胶水如螺纹紧固胶、硅胶或UV胶对安装固定过程起加强或/和缓冲作用。

值得说明的是，装调顺序不唯一，如也可采取先装调第一、第二、第三准直光源11、12、13或/和准直透镜组21、22、23，标准为由第一摄像装置73得到的成像光斑满足条件1；其次装调聚焦透镜组4，最后轴向调整第二、第三准直透镜组22、23进行补偿调节，标准为第二摄像装置83得到的成像光斑满足条件2。

当内窥镜的光学模组为四路合光系统时，如图3、4、5，对内窥镜光源第二光学模组30实现高精度装调，第二光学模组30包括多个光学组件，及与其相应的机械组件来实现安装、固定和调节。如图4所示，第二光学模组30为四路合光系统，基于上述的三路合光系统，增加了第三二向色镜33并增加了第四光路系统。

四路合光系统的多个光学组件包括：第一、第二、第三、第四光源11、12、13和14、第一、第二、第三、第四准直透镜组21、22、23和24、第一、第二、第三二向色镜31、32、33和聚焦透镜组4，并构成第一、第二、第三和第四光路系统，光学组件由相应的机械组件进行安装、固定和调节，构成第二光学模组30；

第一、第二、第三、第四光路系统在光路前端分别由第一、第二、第三、第四光源11、12、13、14和准直透镜组21、22、23、24组成，光路中部由第一、第二、第三二向色镜31、32和33通过透射和反射进行光路合束，合束光经光路后端的聚焦透镜组4汇聚于位置A，并经放置于位置A的导光束40接收面进入导光束40内部进行光传导；优选地，光源11、21、31和41，分别为绿光、红光、蓝光LED和UV LED；

具体地，多个光学组件相应的机械组件包括调节机构，调节机构至少包括轴向调节装置，实现沿光轴的轴向位移；进一步地，调节机构还包括垂轴调节装置，实现垂直光轴方向的位移；可选的，调节机构还包括角度调节装置，用于补偿机械组件加工平面度或直线度不满足要求的情况；

特别地，为辅助第二光学模组30的装调，设定第二光学模组30输出光聚焦位置A为基准位置，在位置A设置有第一接收面5，第一接收面5具有表面反射或漫反射和透射特性；优选地，第一接收面5中心区域设置有圆环A，优选地，圆环A的直径等于导光束40入射面的通光直径，进一步地，圆环A内设置有十字刻线；可选的，第一接收面5为玻璃或塑料等透光材料；

第一接收面5由相应机械组件固定，优选地，机械组件包括定位孔和定位销，实现基于位置A的高精度安装，位置A由基准面、定位孔和定位销的配合安装实现，基准面、定位孔由高精度的机械加工保证；特别地，基准位置为第一光学模组10和装调装置的相对位置提供参考。

装调前首先将第一接收面5安装并定位于第二光学模组30的位置A，接收面5在装配中起到基准定位作用；其次，安装第一和第二二向色镜31和32，利用第一接收面5作为基准面，通过光学角度测量系统确定第一和第二二向色镜31和32的45°角；同样地，检测并安装第三二向色镜33的45°角；优选地，第一、第二、第三二向色镜31、32、33的安装角度公差α≤1′；再次，对第一、第二、第三光路和第四光路所包含的光源11、12、13、14和准直透镜组21、22、23、24进行装调前的安装和预固定；然后将完成上述装配的第二光学模组30通过工装模组安装固定于光学平台上，与装调装置相对放置。

装调前利用第一接收面5进行第二校准，实现第一光学模块10与装调装置相对位置对准，调节第二光学模组30的位置至第一接收面5经摄像装置73的成像位置与图像十字中心重合；

可采用不同的装调顺序依次对各光学组件进行装调；优选地，先进行第一光路的装调，包括第一光源11、第一准直透镜组21和聚焦透镜组4，特别地，先对第一光源11或/和第一准直透镜组21进行装调A，再对聚焦透镜组4进行装调B；然后对第二光路的第二光源12或/和第二准直透镜组22进行装调C；同理完成第三光路装调D和第四光路的装调E；装调B进行之前，需先固定聚焦透镜组4于第二光学模组30；装调A～E各步，分别开启所涉及光路的光源，其他光路的光源保持关闭；装调各步，根据摄像模组73和83得到的成像光斑来对装调进行指导；

摄像模块1指导装调A，摄像模块2指导装调B、C、D和E；

装调A，通过调节机构实现各学组件调节，来达到光路的良好准直，评估标准为由第一摄像装置73得到的成像光斑满足：

1)成像光斑是否达到最小最清晰状态，清晰状态，定义为光斑边缘有锐利的边界；

2)成像光斑中心与第二接收面72上的十字刻线中心重合；

装调B、C、D和E，通过调节机构实现各学组件的调节，来达到光路的良好准直，评估标准为由第二摄像装置83得到的成像光斑满足：

1)成像光斑是否达到最小最清晰状态，清晰状态，定义为光斑边缘有锐利的边界；

2)成像光斑中心与第一接收面5上的十字刻线中心重合；

通过成像光斑的指导作用实现各路光路对光源的良好聚焦和四路光斑的最佳重合；优选地，第一、第二、第三和第四路光路在接收面5上的聚焦光斑大小，偏差度不超过3％。

根据上述流程完成内窥镜第二光学模组的装调，优选地，各光学组件完成装调后通过螺钉进行固定，可选地，使用具有固定作用的胶水如螺纹紧固胶、硅胶或UV胶对安装固定过程起加强或/和缓冲作用。

见图1和6，对内窥镜光源第一光学模组10实现高精度装调，基于图1-3对应的实施例进行改进，见图2和图6，装调装置由第一装调装置7构成，通过优化第一装调装置7来代替第一和第二装调装置7、8；第一装调装置7至少包含平行光管71、位于平行光管71焦面上的第二接收面72，以及第一摄像装置73；第一摄像装置73，通过变焦或/和调焦功能，可实现两种成像状态A和B，满足条件3：

1)成像状态A，位于近焦，可实现第二接收面72的清晰成像；

2)成像状态B，位于远焦，可透过平行光管光路系统，实现第一接收面5的清晰成像；

第一摄像装置73，可在成像状态A和B之间快速切换；

第一摄像装置73的成像状态B，功能上代替了第二装调装置8；同时，装调装置无须进行第一校准，见图3所示；

内窥镜光源光路的装调装置，可实现第一光学模组10和第二光学模组30光路的高精度装调。

利用第一摄像装置73的成像状态B代替了上述的第二装调装置8，采用同样的方式完成三路合光系统和四路合光系统的高精度装调。

在为实现光学模组高精度自动化或半自动化装调，保障装调的稳定性，提高批量产品的装调效率，在图2、图6对应实施例的基础上，本发明还提出又一种内窥镜光源光路的装调装置

见图1、2和7，第一光学模组10为三路合光系统；三路合光系统的多个光学组件包括：第一、第二、第三光源11、12和13、第一、第二、第三准直透镜组21、22和23、第一、第二二向色镜31、32和聚焦透镜组4，构成第一、第二、第三光路系统，光学组件由相应的机械组件进行安装、固定和调节，构成第一光学模组10；

多个光学组件全部或部分地连接自动装配组件90，自动装配组件90由操作组91及与之相连的控制组92构成，操作组与所述多个光学组件相连，操作组用于带动所述多个光学组件进行轴向调节、垂轴调节或者角度调节。

基于图2所示的实施例，控制组92分别与操作组91、第一摄像装置和第二摄像装置相连，控制组用于根据第一摄像装置和第二摄像装置的成像向操作组发出控制指令，以使操作组带动所述多个光学组件进行调节。

基于图6对应的实施例，控制组92连接第一摄像装置73，并与第一摄像装置73进行通信，见图7。

可选地，第一、第二、第三准直透镜组21、22和23和聚焦透镜组4连接自动装配组件90。

控制组92内置光斑评估系统，以图1-3对应实施例的成像光斑条件1和条件2作为评估标准。

基于图6的装调装置，用于比较装调A～D各步骤中，由第一摄像装置73的成像状态A和B得到的成像光斑或是否满足条件1或条件2，见图7。

基于图2的装调装置，用于比较装调A～D各步骤中，由由第一摄像装置73和第二摄像装置83得到的成像光斑或是否满足条件1或条件2。

优选地，控制组92，内置光斑评估系统，评估标准为第一、第二、第三路光路在接收面5上的聚焦光斑尺寸，偏差度不超过3％。

通过成像光斑的指导作用实现各路光路对光源的良好聚焦和三路光斑的最佳重合。

对多个光学组件全部或部分地连接自动装配组件90进行自动化或半自动化装配，保障装调的稳定性，提高批量产品的装调效率。

综上所述，根据本发明实施例的内窥镜光源光路的装调装置，可以进行多个光学组件自动或半自动化装调，实现内窥镜光源光路的高精度、稳定性和自动化装调，且结构简单、安装方便。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件车厢内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。