内窥镜小成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及成像，并且具体地涉及使用具有小外径的内窥镜的成像。
【背景技术】
[0002]Minami等人的美国专利8, 179, 428 (其公开通过参考结合于此）描述了一种用于 电子内窥镜的成像装置，该成像装置使用CCD(电荷耦合器件）的"裸芯片"和具有与裸芯 片大致相同厚度的电路板。
[0003]Adler的美国专利6, 659, 940 (其公开通过参考结合于此）描述了一种尺寸受限的 内窥镜。该内窥镜具有适于适配在受限尺寸内的图像"收集器"、图像失真器、以及图像传感 器。
[0004]Borelli等人的美国专利4,684,222(其公开通过参考结合于此）描述了一种用于 生产可以被形成为畸变的小透镜的方法。
[0005] 除了在一定程度上任何术语都以与在本说明书中明确或者隐含地作出的定义冲 突的方式在这些结合的文献中被定义之外，通过参考结合在本专利申请中的文献将被认为 是本申请的整体部分，仅应该考虑在本说明书中的定义。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施方式提供一种内窥镜相机，该内窥镜相机包括：
[0007] 圆柱形外壳，该圆柱形外壳具有外壳直径；
[0008] 成像阵列，该成像阵列被安装在外壳内，使得成像阵列的平面平行于外壳直径；
[0009] 直角透明棱镜，该直角透明棱镜具有矩形入射面、出射面、以及斜边，斜边被配置 成将来自入射面的辐射反射到出射面，入射面具有比第二边缘长的第一边缘，棱镜被安装 在外壳内，使得第一边缘平行于外壳直径，并且使得出射面与成像阵列的平面配合（mate); 以及
[0010] 光学器件，所述光学器件被配置成接收来自对象的入射辐射，所述光学器件被安 装为经由所述棱镜的入射面和出射面将入射辐射发送到所述成像阵列。
[0011] 在所公开的实施方式中，所述光学器件包括梯度折射率（GRIN)光学器件。
[0012] 通常，所述光学器件具有圆形横截面。
[0013] 在又一所公开的实施方式中，所述成像阵列是具有等于第一边缘和第二边缘的边 的矩形。
[0014] 通常，所述光学器件聚焦入射辐射，以具有第一放大率和与第一放大率正交并且 与第一放大率不同的第二放大率。第一放大率与第二放大率的光学器件比率可以响应于第 一边缘与第二边缘的棱镜比率。另选地或者另外地，第一放大率与第二放大率的比率可以 响应于由相机成像的对象的纵横比。
[0015] 在还有的又一所公开的实施方式中，光学器件将失真引入到由成像阵列获取的对 象的图像中，以在成像阵列上产生失真的图像，并且该相机包括处理器，处理器将不失真因 数应用至失真的图像，以产生对象的不失真图像。通常，所述失真包括光学失真，并且处理 器被配置成将不失真因数应用为数值因数。
[0016] 在另选实施方式中，直角透明棱镜包括等腰棱镜。
[0017] 在还有的另选实施方式中，成像阵列被安装为使得圆柱形外壳的轴平行于成像阵 列的平面。
[0018] 在还有的又一另选实施方式中，成像阵列是具有等于第一边缘的边的正方形。
[0019] 根据本发明的实施方式，还提供一种用于形成内窥镜相机的方法，该方法包括以 下步骤：
[0020] 设置具有外壳直径的圆柱形外壳；
[0021] 将成像阵列安装在外壳内，使得成像阵列的平面平行于外壳直径；
[0022] 将直角透明棱镜安装在外壳内，棱镜具有矩形入射面、出射面、以及斜边，斜边被 配置成将来自入射面的辐射反射到出射面，入射面具有比第二边缘长的第一边缘，棱镜被 安装在外壳内，使得第一边缘平行于外壳直径，并且使得出射面与成像阵列的平面配合。
[0023] 配置光学器件，以接收来自对象的入射辐射；以及
[0024] 安装光学器件，以经由棱镜的入射面和出射面将入射辐射发送到成像阵列。
[0025] 将从结合附图的实施方式的以下详细描述更完整地理解本发明，其中：
【附图说明】
[0026]图1是根据本发明的实施方式的内窥镜成像系统的示意图；
[0027]图2A是根据本发明的实施方式的成像系统的相机的示意性透视图；
[0028] 图2B和图2C是根据本发明的实施方式的相机的示意性截面图；
[0029] 图2D是根据本发明的实施方式的相机的元件的示意性透视图；
[0030] 图2E是根据本发明的实施方式的相机的元件的示意性顶视图；
[0031] 图3A是根据本发明的实施方式的另选相机的示意图，并且图3B是另选相机的元 件的示意性顶视图；
[0032]图4是根据本发明的实施方式的图2A至图2E的相机的光学器件的操作的示意性 概念图；以及
[0033]图5是描述根据本发明的实施方式的成像系统的操作中的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0034] 概述
[0035] 在外科手术中使用的内窥镜优选具有小尺寸。特别是对于微创手术，外窥镜的尺 寸（诸如，直径）越小，对正在经受外科手术的病人的损伤就越少。在不伴随内窥镜的操作 效率降低的情况下使得能够减小内窥镜的直径的系统是有利的。
[0036] 本发明的实施方式提供一种具有极小尺寸的内窥镜相机。该相机可以被结合到通 常为管子的一部分的圆柱形外壳（enclosure)中，该管子被配置成在外科手术期间穿过病 人的腔管。在本发明的实施方式中，外壳直径可以是约1_。
[0037] 该相机包括成像阵列，成像阵列被安装在外壳内，使得阵列的平面平行于外壳直 径。通常，该阵列还被安装为使得平面平行于外壳的轴。
[0038] 该相机还包括直角透明棱镜，该直角透明棱镜具有矩形入射面、出射面、以及斜 边，斜边被配置成将来自入射面的辐射反射到出射面。通常，棱镜是具有一致的入射面和出 射面的等腰棱镜。入射面的第一边缘比第二边缘长。棱镜被安装在外壳内，使得第一边缘 平行于外壳直径，并且使得棱镜的出射面与成像阵列的平面配合；通常，使用光胶将棱镜安 装到阵列。
[0039] 该相机还包括光学器件，光学器件通常被安装为与棱镜的入射面配合。光学器件 接收来自将由相机成像的对象的入射辐射，并且入射辐射穿过棱镜入射面，从棱镜的斜边 反射，然后穿过出射面到成像阵列。
[0040] 该光学器件通常是畸变光学器件，在正交方向上具有不同放大率。选择不同放大 率使得具有预定纵横比（诸如，4:3的"标准"纵横比）的对象的图像完全填充棱镜的出射 面。（除了出射面的纵横比与对象的纵横比相同的情况之外，出射面的完全填充要求不同的 放大率。）
[0041] 因此，畸变光学器件使形成在阵列上的图像失真。相机通常包括连接到阵列的电 路，该电路以像素值的失真帧或者集合的形式从阵列接收图像。该电路可以被配置成将"不 失真"数值因数应用至失真帧，以生成像素的不失真帧。可以使用像素的不失真帧来显示对 象的不失真图像，即，所显示的图像具有与对象纵横比相同的纵横比。
[0042] 安装到成像阵列上的具有不相等边缘的面的直角棱镜的组合使得能够实现具有 毫米尺寸的内窥镜相机。
[0043] 详细说明
[0044] 现在对图1作出参考，图1是根据本发明的实施方式的内窥镜成像系统10的示意 图。系统10可以在侵入性医疗过程（通常为微创过程）中在病人的体腔12上使用，以对 体腔的一部分或所有成像。通过举例，在本说明书中，假设体腔是病人的膀胱，并且体腔12 在此还被称为膀胱12。然而，将理解，该系统10可以被用于对基本上任何人类体腔（诸如， 胃肠器官、支气管、或者胸部）或者非人类的腔成像。
[0045] 该系统10包括成像装置14,成像装置14使得能够将内窥镜16传送到膀胱12。 装置14通常为管子的形式，管子能够穿过病人身体的内腔，使得装置14在此还可以被称为 管子146。内窥镜16由具有与存储器22通信的处理器20的内窥镜模块18控制。装置14 在其近端26连接至把手28,把手28使得系统10的操作者（在此假设为医生）将装置插入 到膀胱中，以及操作内窥镜以获得膀胱的图像。在本发明的一些实施方式中，除了使用把手 28手动操作内窥镜16之外，诸如通过扫描自动地操作内窥镜，以获取其图像。
[0046