一种应用于内窥镜手柄的光路校准机构及方法与流程

1.本发明属于医疗器械精密成像技术领域，具体涉及一种应用于内窥镜手柄的光路校准机构及方法。


背景技术：

2.内窥镜是一种医学检查和工业探伤常有的电子仪器，包括用于在身体或目标物的腔体中生成物场的图像的光学系统。内窥镜包括伸入人体或设备内部的插入部和控制插入部运动、摄像和照明等操作的内窥镜手柄，插入部包括摄像头和光源。其中，内窥镜手柄控制插入部伸入人体或设备内部，摄像头进行摄像采集信息，并将采集到的图像信息传输到内窥镜手柄内部的图像传感器上生成图像，并显示在监视器上，便于使用者观察摄像头拍摄的人体或设备内部的图像。
3.但由于内窥镜手柄内零部件较多、结构复杂，组装过程需使用繁琐的生产工艺来配合完成组装，并且在组装过程中对图像传感器的安装位置要求极其严格，需使图像传感器与成像光路对齐，同时要求装配后满足对相机的法兰距要求，例如只有在17.526mm刚好能让光线汇聚在芯片位置，得到清晰的成像。因此，如何将法兰距精确控制在设定值，与光学卡组相适配时，且保持成像后的图像稳定居中，进而获得精确的图像，这是目前存在的一个问题。


技术实现要素：

4.发明目的：通过一种应用于内窥镜手柄的光路校准机构及方法，将法兰距控制在设定值，使得主板上的光学接收件采集到精确的图像，本发明同时进一步通过优化零部件的数量，减少实际装配时的误差，使之精确满足光学接收件到光学卡组的法兰距精确到设定值，且进一步使得光学卡组的光学平面与光学接收件的光学接收面平行，防止影像产生微小的重叠，影响对影像的判断，进一步的微调主板的平面位置，使其在光学通道内居中，从而获得精确地人体内部影像。
5.技术方案：一种应用于内窥镜手柄的光路校准机构，包括：光学卡组，一端连接有用于采集光学影像的成像设备，所述光学卡组设置有传递所述光学影像的第一通道；安装座，连接于所述光学卡组的另一端；所述安装座设有与所述成像通道适配的第二通道；卡座组件，连接于所述安装座远离光学卡组的一端，所述卡座组件形成有第三通道，所述第一通道、第二通道和第三通道形成光学通路；所述卡座组件具有定位结构，并通过所述定位结构安装有用于接收光学影像的主板；通过所述定位结构控制光学卡组的法兰面至主板的光接收元件的距离；以使在工作时光学卡组的成像面垂直投影于主板上的光接收元件。
6.进一步地，沿安装座到卡座组件的方向，依序设置有滤波片和第一缓冲棉。
7.进一步地，所述卡座组件包括：滤波片卡座，可连接于所述安装座，滤波片卡座被设置为内侧具有卡台的环形结构；至少两个定位柱，一端连接于所述安装座，另一端连接于主板，定位柱之间形成有收容空间；遮光件，容置于所述收容空间且一端抵接于卡台，遮光件内部形成第三通道。
8.进一步地，所述卡座组件具有与安装座连接的卡座本体，一体成型于所述卡座本体上的定位柱和遮光件，所述定位柱的末端在同一平面；所述定位柱的端部形成的工作面与卡座本体同安装座连接的工作面平行，以使主板上的光接收元件所在的平面与光路中轴线垂直。
9.进一步地，所述定位柱形成有收容空间，所述遮光件被配置于该收容空间内且与定位柱固定连接。
10.进一步地，所述卡座组件与主板之间设置第二缓冲棉。
11.进一步地，所述主板通过校正组件连接于卡座组件，所述校正组件通过将微小的直线运动放大为裸线运动，实现在平面内微调主板的位置。
12.进一步地，所述校正组件包括：主板卡座，所述主板卡座连接于卡座组件，所述主板卡座为环形结构且其内侧设置卡台结构；主板密封环，与所述主板卡座的上表面装配，形成光滑的环形腔体；校正环，被设置在所述腔体内滑动，所述校正环的内侧固定连接主板，所述校正环表面光滑，受到来自主板卡座与主板密封环的微小压力；至少两组校正螺钉，分别为第一校正螺钉、第二校正螺钉，分别螺纹连接于所述主板卡座；两组所述校正螺钉呈一定夹角；所述校正螺钉穿过主板卡座，与所述校正环的侧端的螺纹孔适配。
13.进一步地，包括以下步骤：步骤一、将所述第一缓冲棉装入卡座组件的对应装配位，将所述滤波片装入安装座的对应装配位；步骤二、将安装座与滤波片、第一缓冲棉通过卡座组件装配在一起；所述定位柱对应安装在安装座上，所述安装座上开设有对应的孔；步骤三、将卡座组件、第一缓冲棉、滤波片、安装座组装在一起的组合件与光学卡口再进行组装；步骤四、将第二缓冲棉贴在主板有光接收元件的一面；将主板通过校正组件安装在卡座组件上，并固定。
14.进一步地，通过两组校正螺钉，先后拧进、拧出，对主板进行微调；具体包括以下步骤：步骤一、将第一校正螺钉拧进校正环，将第二校正螺钉拧出校正环；转动第一校正螺钉，第一次微调主板在平面的位置，使得图像逼近居中的位置；步骤二、将第二校正螺钉再次拧进校正环，拧出第一校正螺钉，转动第二校正螺钉，第二次微调主板在平面的位置，使得图像居中。
15.有益效果：将法兰距与光接收元件之间的距离精确控制在设定值，例如17.526mm这一数值，使得主板上的光学接收件采集到精确的图像，本发明同时进一步通过优化零部件的数量，减少实际装配时的误差，进一步使得光学卡组的光学平面与光学接收件的光学接收面平行，防止影像产生微小的重叠，影响对影像的判断，进一步的微调主板的平面位置，使安装在主板上的光接收元件在光学通道内居中，从而获得精确的内部影像。
附图说明
16.图1是本发明的光学校正机构整体结构示意图。
17.图2是发明的改进后的光学校正机构整体结构示意图。
18.图3是图校正组件结构示意图。
19.图1到图3的标注为：主板1、定位柱2、遮光棉3、卡座组件4、第一缓冲棉5、滤波片6、安装座7、光学卡组8、第二缓冲棉9、主板卡座10、主板密封环11、校正环12、校正螺钉13。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作更进一步地说明。
21.实施例1基于背景技术中提到的内窥镜终端获取的图像质量较差等问题，其中原因之一就在于，当选用其中一种光学卡组8时，基于现有的相机成像特点，需要控制光接收元件到光学卡组8的法兰面的距离为定值，这样才能清晰传递图像，本实施例中，光学卡组8用于连接内窥镜摄像头，作为影像传递的连接件，本事实例中的光学卡组8可以选用具有调焦功能的类型。
22.本实施例提供一种应用于内窥镜手柄的光路校准机构，如图1所示，包括：光学卡组8、安装座7、卡座组件4以及装有cmos的主板1，cmos包含光接收元件以及芯片，其中光学卡组8内部包括多种透镜用于对影像的聚焦、成像等，光学卡组8具有第一通道，光学卡组8的一端连接用于采集光学影像的成像设备，成像设备主要为相机，通过第一通道，传递光学影像。
23.安装座7与光学卡组8适配并进行组装，安装座7安装在光学卡组8的影像输出端，设有与成像通道相适应的第二通道。
24.卡座组件4安装在安装座7的另一端，卡座组件4形成有第三通道，第一通道、第二通道和第三通道形成结构上密闭的一个光学通路，用于传递光学影像，卡座组件4具有定位结构，并通过定位结构安装主板1，定位结构控制光学卡组8的法兰面至主板1的光接收元件的距离，本实施例中的距离以17.526mm为例，在此距离上，主板1最终获得的影像为最佳影像。
25.本实施例中，光学卡组8的成像面垂直投影于主板1上的光接收元件的接受面，且影像位于光学通路内。
26.进一步的，安装座7和卡座组件4之间依次设置滤波片6和第一缓冲棉5，第一缓冲棉5为环形结构，滤波片6用于过滤光线。
27.实施例2基于实施例1的基础上，当实施例1提出的要求为控制相应的法兰距为设定值，例
如为17.526mm的精确数值，考虑到复杂结构的设计成本，当本实施例中的卡座组件4具备控制距离、能够进行承接主板1与光学卡组8连接、同时具备光学通孔，本实施例优选可拆卸的结构最后进行组装，零部件易获取，无需进行针对性设计，因此本实施例基于实际的生产要求，将卡座组件4设计为可拆卸结构，具体包括滤波片卡座、遮光棉3和多根定位柱2，本实施例以4根定位柱2为例，具体可选用铜柱材料，滤波片卡座为内侧具有卡台的环形结构，定位柱2的一端连接安装座7，另一端连接主板1，定位柱2之间形成有收容空间，具体的安装结构可以为，定位柱2的一端设置螺纹结构，旋进安装座7，安装座7对应设置相应数量的螺纹孔，以及与滤波片卡座相适应的装配孔，装配时，通过滤波片卡座定位滤波片6，遮光件被安装在收容空间且一端抵接于卡台，遮光件内部形成第三通道，与第一通道、第二通道相适配，防止影像传送时失真。在对上述元件装配时，通过旋动铜柱进行调整，使得主板1上的光接收元件的接受面到光学卡组8的法兰面的距离为17.526mm。
28.实施例3以实施例2为例，实施例2的结构降低了装配所需元件生产的难度，但是却增加了部件数量，在实际装配时，我们发现，通过拧动定位柱2，调整主板1上的光接收元件到光学卡组8的法兰面的距离为17.526mm时，装配人员使用工具拧定位柱2时，需要不断地微调并测量，调整次数增多定位柱2容易产生碎屑，对成像质量存在影响，在实施例2中，如果我们以4根铜柱进行固定，发现人工很难同时调整4根铜柱在同一高度，即4根铜柱始终存在较小的高度差，同时由于存在装配的误差，当使用cmos获取成像时，最终获得的图像产生了微小的重叠，为真实影像倾斜微小角度的投影图像。通过检验发现，是由于装配的零部件太多，使得光接收元件的接收面不与法兰面平行，产生的原因有很多种，例如铜柱存在高度差，装配时的误差，使得主板1最终的捕获光学影像为投影图像，并非实际的图像。
29.因此，本施例提出一种改良图像的光路校准机构，与实施例2不同的是，本实施例将卡座组件4一体化设计并生产，即卡座组件4具有与安装座7连接的卡座本体，一体成型于卡座本体上的定位柱2和遮光件，定位柱2的端部在同一平面内，定位柱2的端部形成的工作面与卡座本体同安装座7连接的工作面平行，即装配完成后，主板1上的光接收元件所在的平面与光路中轴线垂直。本实施例中的卡座组件4可选用尼龙材料，其中心开设有通孔用于成像通道。卡座组件4的顶部开设有多个安装孔，主板1可以通过螺丝安装在卡座组件4的顶部。
30.本实施例的改良在于，减少安装零部件的数量，例如减少了多个定位柱2与安装座7的装配次数，省略对定位柱2的拧动，省略遮光棉3与卡座组件4的装配，即减少了装配时的误差，同时优化一体成型的卡座组的尺寸，快速装配后使得光接收元件的接受面到光学卡组8的法兰面的距离为设定值，同时使得到达光接收元件的影像为拍摄的影像，而不是投影图形。
31.实施例4在实施例3的基础上，装配完成后，主板1获得的图像没有处于显示器的中心位置，可通过调整光接收元件的安装位置进行微调。具体为：主板1上开设有安装孔，主板1通过螺钉与卡座组件4安装，其中，安装孔的孔径稍大于螺钉的直径，因此，可以微调主板1与光学卡口的相对位置使得图像居中。
32.实施例5
在实施例3的基础上，本实施例的卡座组件4包括分布在外圈若干定位柱2，通过定位柱2来承担实施例2的定位柱2，本实施例中的定位柱2形成有收容空间，遮光件被配置于该收容空间内且与定位柱2固定连接的连接属性的功能，本实施例中卡座组件4的两安装面平行。
33.实施例6在实施例3的基础上，在卡座组件4与主板1之间设置第二缓冲棉9，第二缓冲棉9用于保护光接收元件，例如保护cmos等。
34.实施例7基于实施例3的装配特点，在实现对影像的角度差的消除后，进一步提出一种校正图像的方式，与实施例4中提到的校正方式不同的是，本实施例提出一种更为精确的校正结构，在实施例4中校正时，发现当重新调整主板1与卡座组件4安装位置时，易影响光接收元件的角度，即与法兰面平行的光接收元件的接受面发生轴向的移动，因为拧松螺钉时，主板1与卡座组件4易发生轴线上的位移，这是人工调整已发生的现象，同时以实施例3中的调整方式进行调整，图像居中其实是微调，只需要移动一点点的距离，因而对人工的装配要求较高。因此本实施例的主要核心为，将较小的直线运动通过放大性结构，放大为较长的螺线运动，实现在平面内微调主板1的位置，使得主板1最终获得的图像居中。
35.实施例8在实施例7的基础上，本实施例给出一种具体的校正组件结构，如图3所示，包括主板卡座10、主板密封环11、校正环12、至少两组校正螺钉13，本实施例中，主板卡座10选用环形结构，且其内侧设置卡台结构，设计与主板卡座10相适配的主板密封环11，安装在主板卡座10的上表面，与主板卡座10组件4装成一个具有光滑的环形腔体结构，校正环12的直径小于腔体的外圈直径，大于腔体的内圈直径，校正环12用于固定安装主板1，可将主板1的外侧与教正环的内侧固定连接，其中校正环12表面光滑，受到来自主板卡座10与主板密封环11的微小压力，第一校正螺钉、第二校正螺钉，分别螺纹穿过主板卡座10，本实施例以第一校正螺钉、第二校正螺钉优选的安装夹角为90
°
为例，同时校正螺钉13穿过主板卡座10，与校正环12的侧端的螺纹孔适配。即通过先后旋动一校正螺钉、第二校正螺钉，推动校正环12微小移动，进而调整主板1的位置，获得居中的图像。
36.实施例7与实施例2不同的是，本实施例以实施例3位基础，进行应用于内窥镜手柄的光路校准机构的装配，具体步骤为：步骤一、先在安装座7上放置滤波片6，再在滤波片6放上第一缓冲棉5，再将卡座组件4对应装配到安装座7上；定位柱2位于安装座7上，滤波片卡座底座上开设有对应的孔；步骤二、将卡座组件4、第一缓冲棉5、滤波片6、安装座7组装在一起的组件，并与光学卡口再进行组装；步骤三、将第二缓冲棉贴在主板1有光接收元件的一面，例如cmos；将主板1安装在卡座组件4上，并固定。
37.实施例8在实施例6和实施例7的基础上，本实施例做进一步的精确地图像居中校正，具体方法为，将第一校正螺钉拧进校正环12，将第二校正螺钉拧出校正环12；转动第一校正螺钉，第一次微调主板1在平面的位置，使得图像逼近居中的位置；步骤二、将第二校正螺钉再次拧进校正环12，拧出第一校正螺钉，转动第二校正螺
钉，第二次微调主板1在平面的位置，使得图像居中。
38.尽管结合具体特征及其实施例对本技术进行了描述，显而易见的，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本技术的示例性说明，且视为已覆盖本技术范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包括这些改动和变型在内。
39.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。