[发明专利]立体内窥镜光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及立体内窥镜光学系统，特别涉及一种微创手术机器人下三维立体内窥镜光学系统结构。

背景技术

目前，机器人辅助手术操作已经成为国际医疗机器人领域热点研究方向。其中，机器人辅助微创手术操作以其应用范围广泛、需求度高等特点成为其中较为突出的研究内容。在传统腔镜手术操作中，医生通过观察由单路内窥镜捕获的2D平面图像进行手术，操作中医生缺乏对手术环境的直观立体感，从而限制医生的操作能力，增大手术工作强度，并降低了手术操作精度。机器人辅助微创手术操作将三维立体视觉技术应用到微创手术操作中，为医生提供具有深度感知的三维立体视觉成像，并提供整体或局部放大手术操作视野等功能。该领域的发展不仅提高了医生手术操作精度，延伸了外科医生的操作技能，而且大大缩短外科医生接受微创手术机器人培训周期，并广泛应用于多种外科手术中，为更多患有复杂疾病的病人进行成功救治。

目前应用于临床的微创外科手术机器人系统只有美国Intuitive Surgical公司开发的daVinci系统，该系统也是当前唯一通过美国FDA认证的商业化的人体微创外科手术机器人系统。但该机器人具有体积大、质量重和价格昂贵的缺点。迄今为止，具有立体视觉的微创手术机器人系统在国内没有形成商业化产品，这主要是由于技术难度大、医疗认证复杂和成本高等原因。

国内有个别单位将立体内窥镜作为单独产品做过研究和实验。所开发的微创手术立体内窥镜光学系统包括成像部件、传像部件、转像部件以及用于接收光线的光敏图像传感器CCD或CMOS，光学零件较多，光路结构复杂，降低光纤透过率并影响最终成像质量。另外，现有微创手术立体内窥镜的光学结构大多数是在平面内窥镜光学结构基础上进行双路调整得到，内窥镜景深范围、视场角、焦距范围和内窥镜镜体工作长度较小，不适合应用于微创手术机器人系统。微创手术机器人系统的光学结构需要较大范围的景深、较长的镜体工作长度和较大视场范围，而且要满足结构紧凑、装配工艺简单和图像清晰度高的要求。目前，对于立体图像捕获有单相机和双相机两种结构，而双相机的光学结构更加接近人体的双瞳观察特点。因此，开发一套满足上述微创手术机器人立体内窥镜要求，并符合人体双瞳观察舒适度的立体内窥镜光学系统非常重要。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种立体内窥镜光学系统。该系统具有0°和30°的视向角结构、较大视场角、大范围内窥镜景深、较长镜体工作长度，并且满足光学系统对焦调整需求。实现图像清晰度高，视场空间大，结构紧凑并便于消毒。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种立体内窥镜光学系统，它包括沿着镜管的中心轴线对称配置的左、右两路光学系统，左、右光学系统从物体侧向成像侧方向均包括成像部件、传像部件、转像部件和摄像机模组；

所述的成像部件用于对场景捕获并且焦距小于2mm；

所述的传像部件包括至少一组转镜组，第一转镜组从物方到像方依次连接有第七胶合透镜、光阑、间隔管和第八胶合透镜,第七胶合透镜与第八胶合透镜结构完全相同，沿光阑处的成像面对称放置；第七、第八胶合透镜沿入射光线传递方向包括依次相互胶合相连的第七、第八胶合透镜的第一子透镜、第二子透镜和第三子透镜，第七、第八胶合透镜的第一子透镜面向物方的镜面为凸面，面向像方的镜面为凹面，第七、第八胶合透镜的第二子透镜为正透镜，第七、第八胶合透镜第二子透镜面向物面的镜面和像方的镜面均为凸面，第七、第八胶合透镜的第三子透镜面向物方的镜面为凹面，面向像方为凸面，所述的第七、第八胶合透镜的第二子透镜的两个凸面分别与第七、第八胶合透镜的第一子透镜的凹面以及第七、第八胶合透镜的第三子透镜的凹面相连；

所述的转像部件通过棱镜或反射镜将从传像部件射出的光轴转折90°增加两路平行光轴的分离度，光轴转折90°后再次转折90°使两路光轴沿与从传像部件射出的光轴平行的方向射出，再次转折90°后的两路光轴的距离为5.2mm-5.5mm；

所述的摄像机模组包括沿内窥镜中心轴线对称放置右路摄像机和左路摄像机，用于将从转像部件射出的腹腔内图像信息捕获后分别在右路摄像机和左路摄像机上进行成像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是: