立体内窥镜光学系统的制作方法

本发明涉及微创手术医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种立体内窥镜光学系统。

背景技术：

近年来，微创手术以创伤小、恢复快、效果好的特点使其应用越来越广泛，在传统的腔镜手术中，医生通过观察2d图像来进行手术，缺乏立体感导致手术操作难度大，手术操作精度难以得到保证。而三维内窥镜可以很好地解决上述问题，不仅能够更加直观的观察病灶处，而且还能缩短手术时间，减小患者痛苦，迎合了医生的使用需求，医生手术操作难度大大降低，提高了手术精度。

目前国内市场上的三维内窥镜较少，光学三维内窥镜因其具有较大景深范围和视场范围而更加适应微创手术，而光学三维内窥镜中的光学件较多，光路结构复杂，对光学件加工尺寸要求较高，组装难度大，其外成像效果差，所以开发一种结构紧凑，组装工艺简单且保证成像一致且清晰的内窥镜对于微创手术领域至关重要，对微创手术机器人也至关重要。

目前，三维内窥镜分电子和光学两种，光学双光路内窥镜虽然结构复杂，但具有较大的景深范围和视场角，更加符合人的双瞳观察特点，而要通过光学双光路内窥镜获得清晰的图像，除了内窥镜内的光学元件要达到要求，摄像模块也要准确接收内窥镜捕获的光信号，而因光学元件多且结构复杂，摄像模块接收不同内窥镜的光信号往往不同，所以在组装过程中往往需要调整摄像头的位置以获得清晰图像。然而，现有摄像模块很难被调整到准确位置。

技术实现要素：

本发明就是为了解决现有光学三维内窥镜系统的摄像模块很难被调整到准确位置，三维内窥镜光路结构复杂，组装难度大，成像效果差的技术问题，提供了一种立体内窥镜光学系统。

本发明提供的立体内窥镜光学系统，包括光学三维内窥镜、光学三维内窥镜摄像模块、图像处理单元、主机、3d显示器，所述图像处理单元与主机连接，3d显示器与主机连接；所述光学三维内窥镜摄像模块与图像处理模块电连接；

光学三维内窥镜包括镜头、左物镜保护窗口、右物镜保护窗口、外管、光纤束、中管、内管、左光路装置、右光路装置、转像棱镜、镜座和外壳；

镜头与外管的前端固定连接，两个中管沿轴向方向对称且平行置于外管中，两个内管分别置于两个中管内；左光路装置、右光路装置分别置于两个内管中；

镜头的外侧设有斜面，镜头的斜面的中间位置设有两平齐的光路通孔，所述镜头的斜面上设有上照明出口、下照明出口，所述上照明出口、下照明出口位于光路通孔的两侧；

左物镜保护窗口、右物镜保护窗口分别与镜头的两个光路通孔连接；

外壳设有通孔，所述外管的后端插进外壳的通孔内；

镜座与外壳固定连接，所述镜座设有棱镜室、光束孔、两个通孔；两个中管的前端分别插进镜头的两个光路通孔内，两个中管的后端分别插进镜座的两个通孔；

光纤束的前端的一部分设于镜头的上照明出口中，另一部设于下照明出口中；光纤束的后端设于镜座的光束孔中；

转像棱镜连接于镜座的棱镜室中；

光学三维内窥镜摄像模块包括摄像头调整框架、摄像头以及外壳，摄像头有两个；

摄像头调整框架与外壳固定连接；

摄像头调整框架的中部设有用于安装摄像头的矩形通孔，摄像头调整框架的顶部设有多个丝孔，摄像头调整框架的左侧设有多个丝孔，摄像头调整框架的右侧设有多个丝孔；摄像头调整框架的底部设有多个个丝孔；

两个摄像头并排放置在摄像头调整框架的矩形通孔中，用紧定螺钉穿过摄像头调整框架的底部左侧的丝孔后顶在左侧摄像头的底面，用紧定螺钉穿过摄像头调整框架左侧的丝孔后顶在左侧摄像头的侧面，用紧定螺钉穿过摄像头调整框架顶部左侧的丝孔后顶在左侧摄像头的顶面；用紧定螺钉穿过摄像头调整框架的底部右侧的丝孔后顶在右侧摄像头的底面，用紧定螺钉穿过摄像头调整框架右侧的丝孔后顶在右侧摄像头的侧面，用紧定螺钉穿过摄像头调整框架顶部右侧的丝孔后顶在右侧摄像头的顶面；

镜座与摄像头调整框架连接；

优选地，光学三维内窥镜摄像模块还包括两个摄像头连接套；摄像头连接套包括本体和镜筒，本体设有外螺纹，本体的外螺纹与摄像头上的螺纹连接。

优选地，述光学三维内窥镜摄像模块还包括定位板、绝缘板，绝缘板位于定位板和摄像头调整框架之间；定位板为圆板结构，定位板设有两个光线孔和一个照明孔以及对称分布的两个定位块，定位块设有螺纹孔，定位块与绝缘板的定位槽配合，通过螺钉连接固定；

绝缘板设有横向光线口、导光束固定孔以及对称分布的两个沉头孔和两个定位槽，用螺钉穿过沉头孔使绝缘板与摄像头调整框架连接固定。

本发明的有益效果是，光学三维内窥镜结构紧凑，体积小，尺寸小，组装工艺简单快速。成像效果好，成像一致且清晰。摄像头的空间位置能够被精确地调整，操作简单，安装、拆卸方便。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是本发明光学三维内窥镜的整体结构示意图；

图2为本发明光学三维内窥镜的爆炸图；

图3为图1所示结构中，镜头1与外管2连接图；

图4为镜头的结构示意图；

图5为镜座的结构示意图；

图6为镜座的结构示意图；

图7为外壳的结构示意图；

图8为左光路装置和右光路装置的结构示意图；

图9为密封盖的结构示意图；

图10是转像棱镜的立体图；

图11是转像棱镜的立体图；

图12是光学三维内窥镜摄像模块的爆炸图；

图13是定位板的结构示意图；

图14为锁紧环的结构示意图；

图15为绝缘板结构示意图；

图16是摄像头固定框架的结构示意图；

图17是摄像头连接套的结构示意图。

图18是图12所示光学三维内窥镜摄像模块的总装图；

图19是摄像头安装定位到摄像头调整框架中的示意图；

图20是图19所示结构的侧视图；

图21是定位板和摄像头调整框架的位置关系图；

图22是内窥镜和摄像模块安装在一起的结构示意图；

图23是摄像头调整框架的结构示意图。

图中符号说明

1.镜头，2.外管，3.外壳，4.镜座，5.密封盖，6.转像棱镜，7.光纤束，8.左物镜保护窗口，9.左光路装置，10.中管，11.内管；

b1.定位板，b2.锁紧环，b3.绝缘板，b4.摄像头调整框架，b5.摄像头连接套，b6.摄像头，b7.外壳。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的立体内窥镜光学系统包括光学三维内窥镜、光学三维内窥镜摄像模块、图像处理单元、主机、3d显示器，图像处理单元与主机连接，3d显示器与主机连接，显示器显示三维图像。光学三维内窥镜摄像模块与图像处理模块电连接。

如图1-9所示，光学三维内窥镜包括左物镜保护窗口8、右物镜保护窗口、镜头1、光纤束7、外管2、中管10、内管11、左光路装置9、右光路装置、转像棱镜6、镜座4、外壳3、密封盖5。

左物镜保护窗口8、右物镜保护窗口固定安转在镜头1上，右物镜保护窗口与左物镜保护窗口8结构相同，两个窗口并排布置。镜头1与外管2的前端焊接在一起，两个中管10沿镜体轴向方向对称且平行置于外管2中，两个内管11分别置于两个中管10内(一个中管10内布置一个内管)，左光路装置9、右光路装置分别置于两个内管11中(一个内管1内布置一个光路装置)，两光路装置均设有成像部件、传像部件及隔圈。光路装置采用现有技术中的公知结构即可，比如专利号为201721646161.3的实用新型专利公开的相应结构，或者申请公布号为cn105301757a的发明专利申请中公开的结构。

镜座4与外壳3焊接在一起，转像棱镜6与镜座4连接，密封盖5胶粘于镜座4上。

镜头1一侧为30度斜面(不限于30°，可根据实际情况设置具体斜度)，另一侧为垂直面(该垂直面与外管2连接)，镜头1的斜面的中间位置设有两平齐的光路通孔1-1，光路通孔1-1的直径与中管10的外径一致。镜头1的斜面上设有上照明出口1-2、下照明出口1-3，上照明出口1-2、下照明出口1-3位于光路通孔1-1的两侧。上照明出口1-2和下照明出口1-3的面积之和与镜座4的圆形光束口4-3面积相同。同时光纤束7的前端的一部分紧紧塞满上照明出口1-2，另一部分紧紧塞满下照明出口1-3，光纤束的后端紧紧塞满光束孔4-3，上照明出口1-2、下照明出口1-3中的光纤束最终汇聚在光束孔4-3内，呈“y”形，使用胶水将光纤束7固定在上照明出口1-2、下照明出口1-3及光束孔4-3上。

其中一根中管10的前端插进镜头1的光路通孔1-1内，后端插进镜座4的通孔4-1内。另一根中管10的前端插进镜头1的另一个光路通孔1-1中，后端插进镜座4的第二个通孔中。外管2与镜头1在搭接处使用焊接或胶粘方式固定在一起，两个中管10的后端均与镜座4的底面平齐，并用激光焊接将中管10固定于镜座4的通孔内。

镜头1垂直面与外管2的前端对齐，且两者同心，在搭接处使用激光焊接将二者固定在一起，外管2的后端插进外壳3的通孔3-1内，同样在搭接处使用激光焊接将二者固定。

左物镜保护窗口8和右物镜保护窗口为圆形蓝宝石材质，周边镀金形成焊盘，镜头1的两个光路通孔1-1设有圆形台阶，左右两个物镜保护窗口置于该圆形台阶上，并焊接(锡焊或金锡共晶封接)在该圆形台阶上，以实现固定装配。

外壳3为圆锥形，中心设有一通孔3-1，外壳3与镜座4焊接在一起，镜座4的两通孔分别与镜头1两光路通孔1-1同心以保证左、右光路装置9平齐。

左光路装置9、右光路装置分别置于两内管11内，且相互独立，从物端到目镜端依次由成像组件9-1、传像组件9-2及隔圈9-3组成，成像组件9-1胶粘在内管11一端，成像组件9-1、传像组件9-2和隔圈9-3在所述内管11内紧密贴合，且在所述两内管11内的相对位置保持一致，所述隔圈9-3胶粘于所述内管11另一端内且伸出一部分，所述隔圈9-3一端有开槽，转动所述隔圈9-3可使整个光路系统转动，以调正所述成像组件9-1，从而调整光路系统至最佳位置，两内管11胶粘于所述两中管10内。

镜座4上方有两平齐的通孔4-1，通孔4-1下方有用于放转像棱镜6的棱镜室4-2，转像棱镜6胶粘于棱镜室4-2内，通孔4-1轴线与转像棱镜6上表面垂直，使从两通孔发出的光线垂直进入转像棱镜6，经反射后从所述转像棱镜6的出射圆片垂直射出，在棱镜室4-2旁边有一光束孔4-3，光纤束7的后端集中起来塞满于光束口4-3内。镜座4一周有螺纹，用于与摄像模块连接，镜座4上表面有一圆形台阶4-4，直径与外壳3内径一致，用以与外壳3焊接定位。

转像棱镜6设有两个出射圆片6-1。转像棱镜6胶粘于镜座4的棱镜室4-2内，使其横向中心线与镜座4的两通孔连心线平行，从而使从两个出射圆片6-1出射的光线是平齐的。

密封盖5为一矩形薄片，设有两圆孔5-1，孔距与所述转像棱镜6的两出射圆片距离相同，所述密封盖5胶粘于转像棱镜6和镜座4上，起到密封和保护所述左、右光路装置9的作用。密封盖5也可以只和转像棱镜6连接。

上述光学三维内窥镜结构紧凑，体积小，尺寸小，组装工艺简单快速。成像效果好，成像一致且清晰。

如图12-23所示，光学三维内窥镜摄像模块包括定位板b1、锁紧环b2、绝缘板b3、摄像头调整框架b4、摄像头连接套b5、摄像头b6以及外壳b7。摄像头b6有两个，相应的摄像头连接套b5也有两个。

摄像头调整框架b4固定安装在外壳b7内。

定位板b1使三维内窥镜与摄像模块准确定位，锁紧环b2用于将三维内窥镜与摄像模块紧固在一起。绝缘板b3将三维内窥镜与摄像模块绝缘开，防止对患者造成触电。在摄像头调整框架b4内可以精确地调整两个摄像头的空间位置，操作简单，安装、拆卸方便。

定位板b1为圆板结构，在中心线位置设有对称分布的两个光线孔b1-1，两个光线孔b1-1正下方有一照明孔b1-2，在定位板b1一侧有对称分布的两定位块b1-3，定位块b1-3具体为方形结构，定位块b1-3设有螺纹孔，定位块b1-3与绝缘板b3的定位槽b3-2配合，通过螺钉连接固定，从而使定位板b1的照明孔b1-2与绝缘板b3的导光束固定孔b3-3同心。

锁紧环b2为一定宽度的圆环结构，一侧有档板b2-1，内侧圆周设有螺纹b2-2，螺纹b2-2用于与光学内窥镜连接，挡板b2-1使锁紧环b2介于定位板b1与绝缘板b3之间。

绝缘板b3的中间位置设有横向光线口b3-4，在横向光线口b3-4正下方有导光束固定孔b3-3，在圆形台阶b3-5上有对称分布的两个沉头孔b3-1和两个定位槽b3-2，螺钉穿过沉头孔b3-1使绝缘板b3与摄像头调整框架b4连接固定。

摄像头调整框架b4中间有用于安装摄像头的矩形通孔，两个摄像头b6可置于该矩形通孔内，摄像头调整框架b4的顶部设有8个丝孔b4-1，摄像头调整框架b4的左侧设有四个丝孔b4-1，摄像头调整框架b4的右侧设有四个丝孔b4-1。摄像头调整框架b4的底部设有8个丝孔b4-1。

通过调整丝孔b4-1内的紧定螺钉的位置可以精确地调整摄像头的空间位置，待成像清晰时为摄像头最佳位置。两个摄像头b6并排放置在摄像头调整框架b4的矩形通孔中。定位左侧摄像头b6时，用四个紧定螺钉穿过摄像头调整框架b4的底部左侧的四个丝孔b4-1后顶在左侧摄像头b6的底面，用四个紧定螺钉穿过摄像头调整框架b4左侧的四个丝孔b4-1后顶在左侧摄像头b6的侧面，用四个紧定螺钉穿过摄像头调整框架b4顶部左侧的四个丝孔b4-1后顶在左侧摄像头b6的顶面，调整这些紧定螺钉就能精确地调整左侧摄像头b6的空间位置。同理，定位右侧摄像头b6时，用四个紧定螺钉穿过摄像头调整框架b4的底部右侧的四个丝孔b4-1后顶在右侧摄像头b6的底面，用四个紧定螺钉穿过摄像头调整框架b4右侧的四个丝孔b4-1后顶在右侧摄像头b6的侧面，用四个紧定螺钉穿过摄像头调整框架b4顶部右侧的四个丝孔b4-1后顶在右侧摄像头b6的顶面，调整这些紧定螺钉就能精确地调整右侧摄像头b6的空间位置。

摄像头连接套b5包括本体b5-2和镜筒b5-1，本体b5-2设有外螺纹b5-2-1，与摄像头b6上的螺纹连接固定。摄像头连接套b5的前端设有镜筒b5-1，镜筒b5-1内有凸透镜胶合件，镜筒b5-1与摄像头连接套b5的本体通过螺纹连接，通过旋转镜筒b5-1可使镜筒b5-1在轴向方向伸缩，带动里面的凸透镜胶合件从而实现调焦。

绝缘板b3位于定位板b1和摄像头调整框架b4之间。

外壳b7的顶部设有按键，可选择所需功能。外壳b7结构紧凑，能够保护内部的摄像头。

镜座4上的螺纹与绝缘板b3的螺纹b2-2连接。两个光线孔b1-1与转像棱镜6的两个出射圆片6-1对齐。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的零件构型、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。