СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ВИДЕОЭНДОСКОП

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к эндоскопии. Полезная модель работает с твердотельными приемниками и может быть использована для получения стереоскопических изображений от объектов внутри закрытых полостей.
Известен стереоскопический видеоэндоскоп по патенту Японии №3093875. МПК G02B 23/24. A61B 1/00, опубл. 28.07.2000. Стереоскопический эндоскоп содержит два объектива, два зеркала для сведения оптических осей объективов на точке предмета, дистальную призму, оптическую оборачивающую систему трансляции изображения в проксимальную часть, проксимальную призму - разветвитель и проксимальные твердотельные приемники изображения.
Недостаток известного стереоэндоскопа - сложная зеркальная система сведения оптических осей объективов, требующая для размещения большой объем в дистальной трубке эндоскопа, наличие двух сложных призм для сведения и разветвления оптических каналов, наличие оптической линзовой системы трансляции изображения, исключающей применение оптической системы в гибкой эндоскопии. Наиболее близким по техническому решению является стереоскопический видеоэндоскоп по патенту США №7410463 МПК А61В 1/06 от 12.08.2008. Он содержит два объектива, дистальный призматический блок для сведения изображений от обоих объективов в единственный оборачивающий транслятор изображения, проксимальный призменный разветвитель и два твердотельных приемника изображения, установленных в проксимальной части. Недостатком данного стереоскопического эндоскопа является выраженный параллакс стереоизображения при наблюдении близкорасположенных объектов, что снижает качество итогового изображения.
Задачей полезной модели является создание стереоскопического видеоэндоскопа с высоким качеством изображения на практическом рабочем расстоянии за счет исключения параллакса при одновременном расширении сферы его применения за счет конструктивного выполнения оптической схемы пригодной для использования, как в жесткой, так и в гибкой эндоскопии.
Решение указанной задачи достигается тем, что в дистальной части корпуса видеоэндоскопа расположены два одинаковых объектива, оптические оси которых в пространстве изображений параллельны и два одинаковых твердотельных приемника изображения, причем каждый приемник изображения расположен на оптической оси соответствующего объектива, при этом каждый объектив снабжен интегрированным фронтальным призматическим модулем, выполненным в виде блока склеенных между собой клиновидных призм и двух линз на входной и выходной поверхностях блока, а твердотельные приемники изображения установлены за каждым из объективов в дистальной части. Кроме того, в стереоскопическом видеоэндоскопе твердотельный приемник изображения выполнен в виде малоразмерной КМОП-матрицы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема стереоскопического видеоэндоскопа, где 1 - плоскость предмета; 2 - дистальное защитное стекло; 3 - фронтальные интегрированные призматические модули; 4 - линзы объективов; 5 - твердотельные приемники; 6 - провода приемников; 7 - корпус S - рабочий передний отрезок; d - стереоскопическая база; φ - угол отклонения оптических осей объективов.
На фиг.2 схематически показан фронтальный вид дистального торца эндоскопа, где 7 - корпус; 8 - объективы с интегрированными фронтальными призматическими модулями, 9 - внутренние оправы объективов; 10 - осветительный канал на основе световодного волокна; 11 - осветительный канал на основе дистального светодиода.
На фиг.3 приведена оптическая схема призматических модулей 3; где 12 - передняя линза, 13-15 - клиновидные призмы; 16 - задняя линза; 17 - ход оптической оси внутри модулей.
Заявленная полезная модель работает следующим образом. Дистальный конец выполненного в виде трубки корпуса 7 прибора вводится в исследуемую полость так, чтобы его торец оказался на расстоянии S от наблюдаемого объекта 1. При этом оба объектива 8 благодаря призматическим модулям 3 строят изображения объекта 1 на светочувствительных поверхностях твердотельных приемников 5. При этом каждое из изображений наблюдается под собственным углом зрения φ, величину которого определяют из соотношения φ=arcctg(2S/d) где S - рабочий передний отрезок, d - стереоскопическая база, что создает стереоскопический эффект и позволяет визуализировать изображение объекта 1 в объеме с помощью специального монитора или очков. Для освещения объекта 1 может использоваться световодное волокно 10, расположенное в канале, изолированном от оптико-электронной системы прибора, либо малоразмерные светодиоды 11, устанавливаемые в дистальной части корпуса 7.
В конкретном примере технической реализации стереоскопического видеоэндоскопа с диаметром дистальной трубки 4 мм для использования в малоинвазивной хирургии, где передний рабочий отрезок S равен 15 мм, стереоскопическая база d равна 2,5 мм, угол φ=arcctg(2S/d) составляет 5 градусов с противоположным знаком для каждого из каналов.
Таблица 1
Технические характеристики объективов.
N
Название характеристики
Значение
1
Фокусное расстояние, мм
3.1862
2
Угловое поле, угл. град.
20.0000
3
Диафр. число F/D
9.0000
Технический результат состоит в получении оптико-электронной системы формирования стереоскопического изображения, пригодной для использования как в жесткой, так и в гибкой эндоскопии. Объективы 8 позволяют получить качественное стереоскопическое изображение без параллакса на рабочем расстоянии прибора S. Использование таких объективов 8 позволяет исключить из конструкции эндоскопа сложную, уязвимую и громоздкую зеркальную систему отклонения оптических осей. Применение твердотельных приемников в виде малоразмерных КМОП-матриц модели IntroSpicio™ 120 (http://www.medigus.com/camera_1_2mm/Camera.aspx) в дистальном конце эндоскопа позволяет полностью отказаться от сложной, оборачивающей оптической системы трансляции изображения и призматических модулей для сведения и разветвления изображений. Осветительная система эндоскопа может быть выполнена на основе световодного волокна, помещенного в пространстве между наружной и внутренними корпусами, либо с использованием малоразмерных дистальных светодиодов.
На основании вышеизложенного, заявляемая совокупность позволяет создать стереоскопический видеоэндоскоп с высоким качеством изображения на рабочем расстоянии за счет исключения параллакса при одновременном расширении сферы его применения за счет конструктивного выполнения оптической схемы пригодной для использования как в жесткой, так и в гибкой эндоскопии.