立体内窥镜、组装方法及其图像生成方法

技术领域

本发明涉及医疗仪器的技术领域，尤其是涉及一种立体内窥镜、组装方法及其图像生成方法。

背景技术

在医疗领域中，为了进行各种检查而广泛使用内窥镜。其中，医疗用的内窥镜通过向患者等被检体的体腔内插入细长的插入部，即便不切开被检体也能够获取体腔内的体内图像，因此被广泛使用。在内窥镜尤其是立体内窥镜中，由于立体内窥镜前端部尺寸的限制(口径尽量小)，寻求插入部的细径化极其重要。

目前的立体内窥镜，为了能够获取被摄物清晰的立体图像，通常配置有两个观察用光学通道，每个光学通道的图像分别成像在图像传感器CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)上，并合成立体图像。

然而，对于设置有两个CCD或CMOS的立体内窥镜来说，为实现具有左右视差的双目立体视觉成像，内窥镜前端部的尺寸(直径)通常较大，容易对患者体腔内的组织造成损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立体内窥镜、组装方法及其图像生成方法，以缓解现有技术中存在的内窥镜前端部的尺寸通常较大，容易对患者体腔内组织造成损伤的技术问题。

本发明提供一种立体内窥镜，包括：

两个具有隔开间隔排列的光轴的摄像部，所述摄像部设置于内窥镜前端部；

所述摄像部由物侧开始依次包括光学镜组、像旋转器和摄像元件，所述像旋转器用于使对应的所述光学镜组的成像面相对于入射侧沿第一方向旋转第一预设角度，并使其成像于对应的所述摄像元件的感光面上；

其中，两个所述摄像元件的两个感光面均为长方形面，且两个所述长方形面的长边以相互邻近的方式并排布置，用于接收对应的图像。

进一步的，两个所述摄像元件相平行设置；

所述像旋转器包括道威棱镜，所述道威棱镜具有反射面，两个所述道威棱镜与其所述反射面相对的面由正对状态以同向旋转或者逆向旋转45°的姿态被错位固定。

进一步的，所述道威棱镜与所述反射面正对的面被配置为外凸的球面。

进一步的，两个所述摄像元件之间设有遮挡件，所述遮挡件向靠近所述道威棱镜的方向延伸设置，用于隔开两光路。

进一步的，所述光学镜组包括由物体侧开始依次配置的凸凹透镜、第一双凸透镜、圆柱透镜、平凸透镜、第一凹凸透镜、第二凹凸透镜、双凹透镜和第二双凸透镜；

所述凸凹透镜与所述第一双凸透镜的焦距之和为负；

所述圆柱透镜与所述平凸透镜之间设置有孔径光阑，且所述圆柱透镜与所述平凸透镜组成第一双胶合透镜，所述第一双胶合透镜的焦距为正；

所述第一凹凸透镜的凹面靠近所述平凸透镜的凸面；

所述第一凹凸透镜与所述第二凹凸透镜组成第二双胶合透镜，所述双凹透镜与所述第二双凸透镜组成第三双胶合透镜，所述第二双胶合透镜和所述第三双胶合透镜的焦距之和为正。

进一步的，所述像旋转器与对应的所述摄像元件之间设有红外滤光片。

进一步的，两个所述红外滤光片的接合面处设有涂黑层。

进一步的，所述红外滤光片与对应的所述摄像元件之间设有保护玻璃。

本发明提供的立体内窥镜，至少具有以下有益效果：

该立体内窥镜包括设于内窥镜前端部的摄像部，该摄像部由物侧开始依次包括光学镜组、像旋转器和摄像元件，光学镜组的成像可通过像旋转器使其成像于摄像元件的感光面上；在此过程中，由于两个摄像元件的两个感光面均为长方形面，且两个长方形面的长边以相互邻近的方式并排布置，因此，通过像旋转器的设置，可使对应的所述光学镜组的成像面相对于入射侧沿第一方向旋转第一预设角度并能够成像于摄像元件的感光面上；此外，与现有技术相比，两个摄像元件的两个感光面长边以相互邻近的方式并排布置，可有效缩小内窥镜前端部的直径尺寸，使得内窥镜前端部更加小型、细径化，从而有利于降低对患者体腔内的组织造成的损伤。

本发明提供一种基于前述立体内窥镜的组装方法，包括以下步骤：

将两个所述摄像元件分别以竖直姿态从后端侧插入内窥镜前端部中；

然后将两个所述像旋转器分别由初始姿态沿所述第一方向旋转第二预设角度后被固定在所述内窥镜前端部中，并与对应的摄像元件对准；

再将两个所述光学镜组分别从前端侧插入所述内窥镜前端部中，并与对应的像旋转器对准。

本组装方法基于前述的立体内窥镜，其也能达到前述立体内窥镜所能达到的有益效果，在此不再赘述。

本发明提供一种基于前述立体内窥镜的图像生成方法，包括以下步骤：

由两个摄像元件同时采集两幅竖向的图像；

将采集到的两幅图像沿与所述第一方向相反的第二方向旋转所述第一预设角度，得到两幅横向的图像；

将两幅横向的图像合成得到一立体图像，并通过3D显示器输出。

本图像生成方法基于前述的立体内窥镜，其也能达到前述立体内窥镜所能达到的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明实施例提供的立体内窥镜的光路组成示意图之一；

图2为图1所示光路组成的光学镜组的成像面、摄像元件、内窥镜外管的布设示意图；

图3为本发明实施例提供的立体内窥镜的光路组成示意图之二；

图4为图3所示光路组成的光学镜组的成像面、摄像元件、内窥镜外管的布设示意图；

图5为道威棱镜的结构示意图；

图6为两个道威棱镜在初始姿态时的侧视图；

图7为两个道威棱镜与其反射面相对的面由正对状态同时逆时针旋转45°的侧视图；

图8为其中一个道威棱镜与其反射面相对的面由正对状态逆时针旋转45°且另一个道威棱镜与其反射面相对的面由正对状态顺时针旋转45°的侧视图；

图9为本发明实施例提供的立体内窥镜的MTF曲线图。

图标：

10-凸凹透镜；20-第一双凸透镜；30-圆柱透镜；40-平凸透镜；50-第一凹凸透镜；60-第二凹凸透镜；70-双凹透镜；80-第二双凸透镜；90-道威棱镜；100-红外滤光片；110-摄像元件；120-成像面；130-遮挡件。

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。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

参照图1，本实施例提供一种立体内窥镜，包括两个具有隔开间隔排列的光轴的摄像部，摄像部设置于内窥镜前端部；摄像部由物侧开始依次包括光学镜组、像旋转器和摄像元件110，像旋转器用于使对应的光学镜组的成像面相对于入射侧沿第一方向旋转第一预设角度，并使其成像于对应的摄像元件110的感光面上；其中，两个摄像元件110的两个感光面均为长方形面，且两个长方形面的长边以相互邻近的方式并排布置，用于接收对应的图像。

本实施例的立体内窥镜，由于两个摄像元件110的两个感光面均为长方形面，且两个长方形面的长边以相互邻近的方式并排布置，因此，通过像旋转器的设置，可使对应的所述光学镜组的成像面相对于入射侧沿第一方向旋转第一预设角度并能够成像于摄像元件110的感光面上；此外，与现有技术相比，两个摄像元件110的两个感光面长边以相互邻近的方式并排布置，可有效缩小内窥镜前端部的直径尺寸，使得内窥镜前端部更加小型、细径化，从而有利于降低对患者体腔内的组织造成的损伤。

简单来说，像旋转器用于使对应的光学镜组的成像面相对于入射侧沿第一方向旋转一定角度，但光路方向不发生改变。

具体的，光学镜组的成像面相对于入射侧沿第一方向的旋转角度与摄像元件110的感光面设置方向有关，以确保光学镜组的成像能够准确地成像在摄像元件110的感光面上。

结合图1和图2，图中两个摄像元件110相平行并排布置，两者之间留有间隙，此时，两条光路的成像面120为圆形面，且互不干扰，外圈的圆形虚线为常规内窥镜的外管轮廓线，内圈的圆形实线为本实施例立体内窥镜的外管轮廓线，由此，可直观地看出，采用本实施例立体内窥镜可有效减小内窥镜前端部的直径尺寸。

本实施例中，第一方向可以为顺时针方向，也可以为逆时针方向，两个像旋转器的布置确保两路成像旋转角度和方向均一致；其中，光学镜组的成像面旋转的第一预设角度为90°，此时，两个摄像元件的110的感光面为平行设置；考虑到误差的存在，第一预设角度可以为90°左右，例如90°±1°，相应的，两个摄像元件的110的感光面平行或者接近平行即可，其设置有利于节省占用空间，优化内窥镜前端部的直径尺寸。

进一步的，参照图3，两个摄像元件110之间设有遮挡件130，遮挡件130向靠近道威棱镜90的方向延伸设置，用于隔开两光路，从而使两个摄像元件110的感光面相接区域不存在图像重叠。

可选的，遮挡件130可以为任何材质件，并在其表面涂覆有遮光黑色涂层；或者，遮挡件130由遮光材质制作而成。

结合图3和图4，图中两个摄像元件110相平行并排布置，两者之间没有间隙，此时，参照图4，两个光路的成像面120在邻近位置处为直线，且互不干扰，外圈的圆形实线为本实施例立体内窥镜的外管轮廓线，其相对图2所示的外管轮廓线的直径更小，前述设置，在确保两条光路无重叠干扰区域的同时，可使内窥镜前端部的尺寸进一步缩小，此种结构形式中，两光路对应光轴之间的距离相对图1减小，整体布局比较紧凑。

在本申请的一种实施方式中，像旋转器包括道威棱镜90，道威棱镜90具有反射面，两个道威棱镜90与其反射面相对的面由正对状态以同向旋转或者逆向旋转45°的姿态被错位固定；由于道威棱镜90相对于初始姿态绕其光轴旋转45°时，可使成像的旋转角旋转90°，如此设置，可使光学镜组的成像面旋转90°，简单来说，可使成像面由横向布置转变为竖向布置，以使成像更好地与竖直姿态布置的摄像元件110相匹配。

本实施例中，参照图5，道威棱镜90与反射面正对的面被配置为外凸的球面。可选的，可采用研磨的方式将道威棱镜90与反射面正对的面研磨为半球面。

简单来说，道威棱镜90可以看作是梯形棱镜，梯形棱镜的底面为反射面，梯形棱镜的顶面设置为球面。

图6所示为两条光路中的道威棱镜90在初始姿态时的侧视图；图7所示为两个道威棱镜90与其反射面相对的面由正对状态同时逆时针旋转45°的侧视图，图8所示为其中一个道威棱镜90与其反射面相对的面由正对状态逆时针旋转45°且另一个道威棱镜90与其反射面相对的面由正对状态顺时针旋转45°的侧视图，其中，图7或图8两种布设方式均能使光学镜组的成像面相对于入射侧沿第一方向旋转90°，且能够使两个道威棱镜90更加靠拢，有效缩小了两光路对应的光轴之间的距离，从而使得整体布局更加紧凑。

本实施例中，参照图1或图3，光学镜组包括由物体侧开始依次配置的凸凹透镜10、第一双凸透镜20、圆柱透镜30、平凸透镜40、第一凹凸透镜50、第二凹凸透镜60、双凹透镜70和第二双凸透镜80；凸凹透镜10与第一双凸透镜20的焦距之和为负；圆柱透镜30与平凸透镜40之间设置有孔径光阑，且圆柱透镜30与平凸透镜40组成第一双胶合透镜，第一双胶合透镜的焦距为正；第一凹凸透镜50的凹面靠近平凸透镜40的凸面；第一凹凸透镜50与第二凹凸透镜60组成第二双胶合透镜，双凹透镜70与第二双凸透镜80组成第三双胶合透镜，第二双胶合透镜和第三双胶合透镜的焦距之和为正。

前述的光学镜组，凸凹透镜10和第一双凸透镜20的焦距之和为负，可以收拢减小光线发散角，增大立体内窥镜的视场角；第一双胶合透镜的焦距为正，可以减轻前方负焦距透镜产生的像差；第二双胶合透镜和第三双胶合透镜的焦距之和为正，可以进一步降低像差，并使得出射光线进入道威棱镜90的入射角较小，有利于减小道威棱镜90尺寸，进一步缩小内窥镜前端部的直径尺寸。

本实施例中的光学镜组构成的立体内窥镜为电子内窥镜，当然，通过改变光学镜组中透镜的组成，还可将本实施例中的立体内窥镜转换为光学内窥镜。

进一步的，参照图1或图3，像旋转器与对应的摄像元件110之间设有红外滤光片100，用于可见光成像。

在上述实施例的基础上，两个红外滤光片100的接合面处设有涂黑层，其中，遮挡件130和涂黑层可选择其一设置，当然，也可以同时设置，如此，可进一步的减小两光路之间的干扰。

其他实施例中，还可将两个红外滤光片100设置为一体结构，在两个摄像元件110之间设有遮挡件130，或者在一体结构的红外滤光片100的中间位置设置遮挡件130。

进一步的，红外滤光片100与对应的摄像元件110之间设有保护玻璃，从而对摄像元件110起到保护作用。

可选的，摄像元件110是一种能将光信号转化为电信号的器件，其可以采用本领域常用的电荷耦合元件(Charge Coupled Device，简称CCD)或互补金属氧化物半导体器件(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)。

图9为光学镜组的MTF曲线图，空间频率为120lp/mm处，全视场对比度可以达到0.22以上，空间频率60lp/mm处，全视场对比度可以达到0.54以上。

实施例二

本实施例还提供一种基于前述实施例的立体内窥镜的组装方法，包括以下步骤：

将两个摄像元件110分别以竖直姿态从后端侧插入内窥镜前端部中；

然后将两个像旋转器分别由初始姿态沿第一方向旋转第二预设角度后被固定在内窥镜前端部中，并与对应的摄像元件110对准；

再将两个光学镜组分别从前端侧插入内窥镜前端部中，并通过隔圈抵靠对应的像旋转器。

本实施例中，第二预设角度为45°，具体的，将两个像旋转器分别由初始姿态沿顺时针方向旋转45°后被固定在内窥镜前端部中，并与对应的以竖向姿态排布的摄像元件110对准。

示例性地，内窥镜前端部包括用于安装光学镜组的镜管、用于安装像旋转器的侧开孔以及用于安装摄像元件110的槽孔，前述镜管内径、侧开孔和槽孔的孔径大小、开孔方向、开槽方向等根据安装要求进行设置，以便于各部件安装到位。

具体的，两个槽孔的尺寸相同，且并排竖向设置，用于卡装摄像元件110；两个侧开孔相对且对称设置用于容纳以45°姿态被固定的道威棱镜90，镜管用于安装两个光学镜组的孔平行设置；其中，为了保持合适的间隔，光学镜组中的各透镜可借助于隔圈进行装配。

实施例三

本实施例还提供一种基于前述实施例的立体内窥镜的图像生成方法，包括以下步骤：

由两个摄像元件110同时采集两幅竖向的图像；

将采集到的两幅图像沿与第一方向相反的第二方向旋转第一预设角度，得到两幅横向的图像；

将两幅横向的图像合成得到一立体图像，并通过3D显示器输出。

具体的，将采集到的两幅竖向的图像顺时针或逆时针旋转90°，得到两幅横向的图像，再进行合成处理。

本实施例中，摄像元件110将光信号转换为电信号之后，通过PCB板将电信号传输到图像采集设备，经过AD转换后传输到图像处理站，图像处理站接收到数字化的图像信息，将该图像信息按照预设信息旋转90°。

其中，PCB板可安装在内窥镜前端部用于卡装摄像元件110的后端侧，即槽孔的后端侧，并与摄像元件110连接；图像处理站通过图像采集设备与摄像元件110连接，接受数字化的图像信息，图像处理站的输出端与3D显示器连接，向3D显示器输出立体图像信息。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。