CN221888377U - 镜头组件及内窥镜摄像系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及医用内窥镜领域，提供一种镜头组件及内窥镜摄像系统，包括：外套管，外套管的外端面包括照明端口和成像端口，照明端口与光源连接，用于周期性交替发出第一类光和第二类光；光学部件，设置于外套管，且与成像端口对应，用于传输经反射后的第一光信号和第二光信号；光学芯片模组，设置于外套管，包括两个4K复合型图像传感器，两个4K复合型图像传感器分别对应有光学部件，4K复合型图像传感器被配置为，采集经光学部件传输的光信号，并将采集的光信号转换为电信号。本申请在不需要过多4K复合型图像传感器(只需两个)的情况下便能够实现4K的3D荧光功能，并且使得整个镜头组件结构简单，零部件更少，进而减小内窥镜尺寸。

Description

镜头组件及内窥镜摄像系统

技术领域

本申请涉及内窥镜成像技术领域，尤其涉及一种镜头组件及内窥镜摄像系统。

背景技术

随着医疗器械、计算机技术及控制技术的不断发展，微创手术以其手术创伤小、康复时间短、患者痛苦少等优点得到了越来越广泛的应用。而微创手术机器人以其高灵巧性、高控制精度、直观的手术图像等特点能够避免操作局限性，如过滤操作时手部的震颤等，广泛适用于腹腔、盆腔、胸腔等手术区域。

目前，微创手术机器人包括主控制臂和从操纵臂，主控制臂采集到医生的操作信号经控制系统处理后生成从操纵臂的控制信号，由从操纵臂执行手术操作。机器人手术过程中，从操纵臂卡接手术器械和3D内窥镜，手术器械通过插在患者体表切口上的戳卡进入患者体内，3D内窥镜提供患者体内的监控图像。其中从操纵臂包括一个持镜臂，持镜臂上安装有内窥镜转接头，用于夹持和移动3D内窥镜，从而在医生手术时提供合适的视角。由于临床需求的多样性，集成3D、4K、荧光功能的高端功能型内窥镜正成为医疗器械领域的热门研究对象，除了影像平台外，其成像前端的镜头是整个链路上关键也是最具挑战的一环。如何在直径仅10mm的镜头上设计4K双路成像来模拟人眼立体视觉，并集成荧光功能，一直是制约高端功能型内窥镜产业化的行业难题。

在公开号为CN103889353A，发明名称为“外科手术器械中的图像捕获单元”的文件中记载了光学部件和传感器组件的位置及数量关系，其中一种实现方式为，如图1所示，图像捕获单元302A即内窥镜中包括透镜组件301R，光从透镜组件301R穿过传输到棱镜组件330R，棱镜组件330R将光的一部分反射到下方的传感器310R中，另一部分则透射通过，透射的光在经过透镜350R后传输到反射组件340R，反射组件340R将这部分的光反射到下方的与前面的传感器310R平行的另一个传感器315R中，该处描述为平台312(即PCB板)上方的结构，平台312下方的结构与上方对称设置。此种配置可保证在如此狭小的空间内，能够布置下四个传感器(310R、315R、310L和315L)，从而实现3D、荧光功能。

但是，上述为实现3D、荧光功能的结构存在如下问题，由于棱镜组件分出的两部分光成分相同，若要实现荧光功能，需要采用可见光/荧光光源，或者采用复合光源且在图像传感器上设置特定的滤光片来实现，该种设置又会增加镜头端结构的复杂度，在一定程度上需要占据较大空间；而且布置四个传感器也不利于节约镜头空间，进而提高生产和装配成本。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种镜头组件及内窥镜摄像系统，在不需要过多4K复合型图像传感器的情况下便能够实现内窥镜的4K、荧光、3D的功能，并且使得整个镜头组件结构简单，零部件更少，进而减小内窥镜尺寸。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种镜头组件，设置于内窥镜的远端，包括：

外套管，所述外套管的外端面包括照明端口和成像端口，所述照明端口与光源连接，用于周期性交替发出第一类光和第二类光；

光学部件，设置于所述外套管，且与所述成像端口对应，用于传输经反射后的所述第一光信号和所述第二光信号；

光学芯片模组，设置于所述外套管，包括两个4K复合型图像传感器，两个所述4K复合型图像传感器分别对应有所述光学部件，所述4K复合型图像传感器被配置为，采集经所述光学部件传输的光信号，并将采集的光信号转换为电信号。

在一种可行的实现方式中，所述第一光信号为可见光信号，所述第二光信号为近红外光信号。

在一种可行的实现方式中，所述光学芯片模组还包括电路板，两个所述4K复合型图像传感器分别设置于所述电路板相对的表面；

两个所述4K复合型图像传感器中一者对应有第一成像光路，另一者对应有第二成像光路。

在一种可行的实现方式中，所述光学部件包括第一镜头、第二镜头、第一反射镜和第二反射镜，所述第一镜头和所述第一反射镜位于所述第一成像光路，所述第二镜头和所述第二反射镜位于所述第二成像光路。

在一种可行的实现方式中，所述第一镜头和所述第二镜头分别与所述成像端口连通；

所述照明端口的数量为两个，两个所述照明端口对称设置于所述成像端口的两侧，且所述照明端口通过照明光纤与光源连接。

在一种可行的实现方式中，所述外套管内设置有固定座，所述固定座用于支撑所述电路板和所述光学部件。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种内窥镜摄像系统，包括上述实施例所述的镜头组件，以及，

光源，通过照明光纤与所述照明端口连接；

滤光组件，设置于所述光源和照明光纤之间，所述滤光组件包括第一滤光件和第二滤光件，所述滤光组件在驱动机构的驱动下使得第一滤光件和第二滤光件交替位于所述光源和所述照明光纤之间，以允许分别向所述照明光纤透射不同波长范围的光。

在一种可行的实现方式中，所述滤光组件包括安装架，所述第一滤光件和所述第二滤光件相邻设置于所述安装架；

所述驱动机构与所述安装架的端部连接，用于带动所述安装架线性移动，以使所述第一滤光件和所述第二滤光件交替出现于所述光源和所述照明光纤之间。

在一种可行的实现方式中，所述第一滤光件为可见光滤光片，所述第二滤光件为近红外光滤光片；

所述可见光滤光片允许波长介于390nm-650nm的可见光透射，所述近红外光滤光片允许波长介于650nm-940nm的近红外光透射。

在一种可行的实现方式中，所述第一滤光件和所述第二滤光件的移动速度，与所述4K复合型图像传感器采集光信号的频率相对应。

本申请实施例提供的镜头组件及内窥镜摄像系统，通过照明端口向人体组织等目标物周期性交替照射可见光和近红外光(可以理解为白光和荧光)，使得可见光和近红外光被目标物反射至镜头组件内，直至传输至4K图像传感器323处，通过后方处理器对两种光进行融合便能够得到4K及融合荧光功能的高清成像图，在不需要过多4K复合型图像传感器323(只需要两个)的情况下便能够实现3D、荧光及4K的功能，并且使得整个镜头组件10结构简单，零部件更少，以有效降低内窥镜体积，在一定程度上降低了成本以及装配难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的内窥镜的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的镜头组件的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的镜头组件的剖视结构示意图；

图5是本申请实施例提供的光源主机的结构示意图之一；

图6是本申请实施例提供的光源主机的结构示意图之一；

图7是本申请实施例提供的光源主机的拆解结构示意图；

图8是本申请实施例提供的滤光组件的结构示意图之一；

图9是本申请实施例提供的滤光组件的结构示意图之二；

图10是本申请实施例提供的滤光组件的结构示意图之三；

图11是本申请实施例提供的光纤结构与出光口的结构示意图之一；

图12是本申请实施例提供的光纤结构与出光口的结构示意图之二；

图13是本申请实施例提供的内窥镜摄像系统的结构示意图。

附图标记：

10、镜头组件；

100、外套管；101、容纳腔；1011、第一成像光路；1012、第二成像光路；102、照明端口；103、成像端口；

200、光学部件；211、第一镜头；212、第二镜头；221、第一反射镜；222、第二反射镜；

300、光学芯片模组；310、电路板；321、第一图像传感器；322、第二图像传感器；323、4K复合型图像传感器；

400、固定座；

500、照明光纤；

600、内窥镜；601、控制把手；602、数据光纤；

700、光源主机；710、光纤接头；711、缺口；720、显示屏；730、滤光组件；731、支撑架；732、第一滤光件；733、第二滤光件；734、散热翅片；740、驱动机构；750、出光口。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

在本说明书中，有些地方说明了许多具体的技术细节。然而，应当理解的是，本申请的实施例可以在没有这些特定技术细节的情况下实施。此类详细说明不应被视为限制意义，且本申请的保护范围仅由权利要求书限定。在其他地方，则未详细示出公知的结构、电路和其他细节，以免公众对本申请的要点产生误解。

在本说明书中，附图示出了本申请的若干个实施例的示意图。然而，附图只是示意性的，应当理解的是，也可利用其他实施例或结合，且可以在不脱离本申请的精神和范围的情况下，进行机械结构、物理组成、电气和步骤的变化。

以下在此使用的术语仅用于描述具体实施例而不旨在限制本申请。空间相对术语，诸如“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等等可为了方便说明而用于描述图中所图示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应理解，空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的装置的除图中描绘的定向外的不同定向。例如，如果图中的装置被翻过来，那么被描述为在其它元件或特征“下方”的元件将变为在其它元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的定向。而装置可以以其它方式定向(例如，旋转90°或以其它定向)，且相应地解释在此使用的空间相对描述词。

如在此使用的，“若干个”、单数形式的“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有指示。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不排除一个或更多其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在。

术语“对象”一般指的是一个部件或一组部件。在整个说明书和权利要求书中，术语“对象”、“部件”、“部分”、“零件”和“件”可互换使用。

术语“器械”、“手术器械”和“外科手术器械”在此用于描述被配置成插入到患者体内并且用于执行外科手术或诊断程序的医疗装置，包括末端执行器。末端执行器可以是与一个或多个外科手术任务相关的外科手术工具，诸如钳子、持针器、剪刀、双极烧灼器、组织稳定器或牵开器、施夹器、吻合装置、成像装置(例如，内窥镜或超声波探头)等等。本申请的实施例使用的一些器械进一步提供了用于外科手术工具的铰接支撑件(有时称为“腕”)，使得可以相对于器械轴以一个或多个机械自由度操纵末端执行器的位置和定向。进一步地，许多末端执行器包括功能性机械自由度，诸如打开或闭合的钳口或沿着路径平移的刀子。器械也可包含永久或可由外科手术系统更新的存储(例如，在器械内的PCBA板上)信息。相应地，该系统可提供器械与一个或多个系统部件之间的单向或双向信息通信。

术语“配合”可以广义上被理解为两个或更多对象以允许配合的对象彼此结合操作的方式连接的任何情形。应注意，配合不要求直接连接(例如，直接物理或电气连接)，而是许多对象或部件可以用于配合两个或更多对象。例如，对象A和B可以通过使用对象C配合。此外，术语“可拆卸地联接”或“可拆卸地配合”可以被解释为，意味着两个或更多对象之间的非永久的联接或配合情形。这意味着可拆卸地联接的对象可以未联接并且分开，使得它们不再结合地操作。

最后，在此使用的术语“或”和“和/或”应当被解释为包容性的或者意味着任何一个或任何组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”意味着以下各项的任何一项：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C。这种定义的例外将仅出现在元件、功能、步骤或动作的组合是以某种方式内在地相互排斥时。

主从遥操作腔镜手术机器人的概述

腔镜手术机器人通常包括医生控制平台、患者手术平台和图像平台，外科医生坐在医生控制平台，观看由放置在患者体内的腔镜传输的手术区域的二维或三维影像，并操控患者手术平台上的机械臂的移动，以及该机械臂上附接的手术器械或腔镜。机械臂相当于模拟了人类的手臂，手术器械相当于模拟了人类的手部，两者为外科医生提供一系列模拟人体手腕的动作，同时还能过滤人手本身的震颤。

患者手术平台包括底盘、立柱、连接到立柱的机械臂和在每个机械臂的支撑组件的末端处的一个或更多手术器械操纵器。手术器械和/或腔镜被可拆卸地附接到该手术器械操纵器。每个手术器械操纵器支撑在患者体内的外科手术部位处操作的一个或多个手术器械和/或腔镜。可以允许每个手术器械操纵器以一个或多个机械自由度(例如，全部六个笛卡尔自由度、五个或更少笛卡尔自由度等)移动的各种形式提供相关的手术器械。通常，通过机械或软件约束来限制每个手术器械操纵器以绕相对于患者保持静止的手术器械上的运动中心转动相关手术器械，该运动中心通常定位在外科手术器械进入身体的位置，且该运动中心称为“远心点”。

图像平台通常包括具有视频图像捕获功能(常见的是内窥镜)和用于显示所捕获的图像中的手术器械的一个或多个视频显示器。在一些腔镜手术机器人中，腔镜包括将图像从患者的身体处传递至内窥镜的远端的一个或多个成像传感器(例如，CCD或CMOS传感器)的光学器件，再通过光电转换等步骤，将视频图像传递给图像平台的主机。随后，通过图像处理，将处理后的图像显示在视频显示器上，供助手观察。

医生控制平台可在由腔镜手术机器人组成的外科手术系统中的单个位置处或它可分布在系统中的两个或更多位置处。遥控主/从操作可依据预设的控制程度完成。在一些实施例中，医生控制平台包括一个或多个手动操作的输入装置，诸如控制杆、外骨架手套、动力和重力补偿操纵器等等。这些输入装置采集到外科医生的操作信号，经控制系统处理后生成机械臂及手术器械操纵器的控制信号，由此控制手术器械操纵器上的遥控电机，该电机进而控制手术器械的运动。

一般的，由遥控电机产生的力经由传动系统传递，将力从遥控电机传输至手术器械的末端执行器。在一些遥控外科手术实施例中，控制操纵器的输入装置可设置在远离患者的位置，在患者所处的房间内或外，甚至是不同的城市。然后将输入装置的输入信号传送到控制系统。熟悉远程操纵、遥控和远程呈现外科手术的人将了解这种系统和及其部件。

相关技术中，在实现3D、荧光、4K所采用的镜头结构复杂，而且需要布置四个4K图像传感器才能够实现，而由于4K图像传感器尺寸较大，因此不利于节约镜头空间，而且组装困难，不利于控制生产成本。

下述示例中的光学部件可以理解为光学元件，主要起成像的作用，例如可以是透镜、棱镜、反射镜等，可以根据实际使用情况进行自由组合，在此不做具体限制。

图2是本申请实施例提供的内窥镜的结构示意图；图3是本申请实施例提供的镜头组件的结构示意图；图4是本申请实施例提供的镜头组件的剖视结构示意图。

基于上述存在的问题，参照图2所示，本申请实施例首先提供了一种镜头组件，设置于内窥镜600的远端，本示例的镜头组件可以包括外套管100、光学部件200和光学芯片模组300。

外套管100的外端面包括照明端口102和成像端口103，照明端口102与光源连接，用于周期性交替发出第一类光和第二类光；光学部件200，设置于外套管100，且与成像端口103对应，用于传输经反射后的第一光信号和第二光信号(可以理解为第一类光和第二类光被反射后带有信号的光)；光学芯片模组300，设置于外套管100，包括两个4K复合型图像传感器323，两个4K复合型图像传感器323分别对应有光学部件200，4K复合型图像传感器323被配置为，采集经光学部件200传输的光信号，并将采集的光信号转换为电信号。

可以理解的是，本示例中的镜头组件10可以与内窥镜600一体形成，也可以是镜头组件10单独组装，然后可拆卸设置在内窥镜600的远端端部，在此不做限制。

镜头组件10外部可以具有与内窥镜600共用的外套管100，或者也可以理解为外壳体，外套管100内部具有容纳腔101，容纳腔101可以用于放置光学部件200和光学芯片模组300等功能件，外套管100的外端面用于对容纳腔101内部的功能件进行密封，并且形成有照明端口102和成像端口103，照明端口102主要用于将光源在不同时间内交替发出的第一类光和第二类光传输到人体组织等目标物。成像端口103将被目标物反射回的第一光信号和第二光信号传输至光学部件200内。

本示例中主要通过光学部件200将反射的光信号(第一光信号、第二光信号)进行汇聚，例如可以由几片透镜和棱镜组成，光线经过透镜后被棱镜反射至光学芯片模组300的表面，透镜的材质可以是玻璃或树脂等材质，在常规使用时可以采用玻璃或树脂组成的透镜，在满足成像质量的情况下，还能够减轻镜头组件10的重量。

为实现4K、融合荧光成像的功能，在一个示例中，第一类光为可见光(白光)，第二类光为近红外光。具体的，可见光和近红外光能够在不同时间交替通过照明端口102照射至人体组织等目标物。当可见光被K复合型图像传感器323所采集，能够将采集的可见光信号转换为电信号(彩色图像信息)近红外光作为激发光能够激发目标物上的荧光物质(例如造影剂)，使得目标物上的荧光区域显示特定的颜色例如绿色，然后使其发出的荧光信号进入光学部件200中，即，使得光学芯片模组300中的4K复合型传感器采集的光信号依次为白光-荧光-白光-荧光。4K复合型图像传感器323能够将采集的光信号转换成电信号(图像信息)后，传输至后端图像处理模块，图像处理模块能够对依次接收的彩色图像以及荧光图像进行融合，则可以形成目标物的特定区域绿色，其他区域全彩色的4K且具有融合荧光功能的高质量图像。

若是需要单独的彩色图像或荧光图像，则可以使得照明端口102长时间内向目标物照射可见光或近红外光，使得4K复合型图像传感器323在一段时间内采集的光信号为白光信号或荧光信号。具体可以通过控制把手601上的按键调节成像图像模式，该按键可以是彩色图像模式、荧光图像模式和可见光融合荧光图像模式。

本示例中4K复合型图像传感器323设置为两个，那么，其对应的光学部件200也可以设置为两个，从而实现3D成像效果，结合4K复合型图像传感器323，以及交替进入光学部件200的可见光信号和荧光信号，使得通过该镜头组件10的成像能够达到3D、4K及荧光融合成像的功能，能够极大地提高最终输出的图像质量。

输入至人体组织等目标物的两种不同的光可以在光源端获得，例如，在光源的出光口处设置可以获得两种不同光(可见光和近红外光)的滤光片，两种滤光片可以紧贴排列，然后通过直线电机带动两种滤光片在出光口处往复移动，使得透射进光纤内的光为不同波长的光，从而将可见光和近红外光在不同时间交替传输至目标物，直线电机的移动速度可以配合4K复合型图像传感器323采集光信号的周期进行设置，例如，在第一次4K复合型图像传感器323的快门打开时间范围内，可见光滤光片位于出光口750和光纤之间，以将可见光照射在目标物上，然后可见光(白光)被反射至4K复合型图像传感器323中；在第二次4K复合型图像传感器323的快门打开时间范围内，近红外光滤光片位于出光口和光纤之间，以将近红外光照射在目标物上，然后被激发的荧光被反射至4K复合型图像传感器323中，并以此循环往复。当然，也可以是在两次4K复合型图像传感器323的快门打开时间范围内，接收同一种白光信号或者是荧光信号，该种设置能够降低直线电机的运行速度，且依旧能够保持3D、4K及融合荧光功能的高质量图像输出。

也可以将可见光滤光片长时间停留在出光口和光纤之间，以最终实现可见光的3D成像，也可以将近红外光滤光片长时间停留在出光口和光纤之间，以最终实现荧光的3D成像。

本申请实施例中，通过照明端口向人体组织等目标物周期性交替照射可见光和近红外光(可以理解为白光和荧光)，使得可见光和近红外光被目标物反射至镜头组件内，直至传输至4K图像传感器323处，通过后方处理器对两种光进行融合便能够得到4K及荧光融合功能的高清成像图，在不需要过多4K复合型图像传感器323(只需要设置两个)的情况下便能够实现3D、荧光及4K的功能，并且使得整个镜头组件10结构简单，零部件更少，从而减小镜头组件的尺寸，并且在一定程度上降低了成本以及装配难度。

由于内窥镜600远端的尺寸很小，通常直径需要控制在10mm左右，而设置在内窥镜600远端处的镜头也需要做到该尺寸，因此，需要着重考虑其内部的光学部件200和4K复合型图像传感器323的排布方式以及数量。由于4K复合型图像传感器323的尺寸较大，其可以设置在容纳腔101的中部，光学部件200可以沿4K复合型图像传感器的一侧进行设置。

如图4所示，在一些实施例中，光学芯片模组300包括电路板310，两个4K复合型图像传感器323分别设置于电路板310相对的表面；两个4K复合型图像传感器323中一者对应有第一成像光路1011，另一者对应有第二成像光路1012。

可以理解的是，电路板310可以是PCBA板，可以放置于容纳腔101的中部，并通过数据光纤602等将获得的信号传输至外部的数据处理模块，并将处理后的图像最终显示在显示屏720上。

在一个示例中，光学部件200包括第一镜头211、第二镜头212、第一反射镜221和第二反射镜222，第一镜头211和第一反射镜221位于第一成像光路1011，第二镜头212和第二反射镜222位于第二成像光路1012。

为便于结构紧凑化，将两个4K复合型图像传感器323分别设置在电路板310相对的表面上，如图4所示，一个4K复合型图像传感器323设置在电路板310的上方，对应的第一反射镜221和第一镜头211也都设置在容纳腔101的上方，相对应的，另一个4K复合型图像传感器323设置在电路板310的下方，对应的第二反射镜222和第二镜头212也都设置在容纳腔101的下方。在一个示例中，外套管100内设置有固定座400，固定座400用于支撑电路板310和光学部件200。可以通过固定座400等将电路板310、第一反射镜221和第二反射镜222支撑以及固定在容纳腔101内，避免在内窥镜600探查过程中发生晃动，从而影响最终的成像质量。

本示例提供的4K复合型图像传感器323指既可以接收白光信号，也可以接收荧光信号的图像传感器，图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光信号图像转换为与其成相应比例关系的电信号(图像信号)。然后将转换成的电信号通过数据光纤602等发送至外部的数据处理模块，外部数据处理模块对采集的电信号进行数据融合等处理，从而在显示屏720上显示3D、4K且融合荧光的画面。

此外，第一成像光路1011与第二成像光路1012的光成分相同，仅是位置设置不同，该种方式能够便于实现内窥镜600成像的3D效果。在一个示例中，第一镜头211和第二镜头212分别与成像端口103连通。具体的，成像端口103可以理解为第一镜头211和第二镜头212外露于外套管100的端面。第一镜头211和第二镜头212可以是物镜，其具有一定的长度，不仅能够将目标物反射的光汇聚至容纳腔101内，而且能够将目标物的实像放大，以便于医护人员更清楚的观察。

如图3所示，在一些实施例中，照明端口102的数量为两个，两个照明端部对称设置于成像端口103的两侧，且照明端口102通过照明光纤500与光源连接。

具体的，本示例中可设置两组照明光纤500，以分别对应连接两个照明端口102和光源，照明光纤500可以从光学部件200和光学芯片模组300的侧边通过，如图3所示，照明端口可以设计成与容纳腔101形状适配的半圆形，两组照明光纤500相对设置，以合理利用容纳腔101内的空间，使得内窥镜600远端尽量小型化。照明端口可以理解为照明光纤500外露于内窥镜600或者是外套管100的端面，从而将光照射至人体组织等目标物上，照明光纤500的另一端可以集成在内窥镜600近端的控制把手601上，控制把手601上设置有光纤接口，通过外部光纤可以与光源连接，从而实现通过照明光纤500将光源发射的光传输至目标物的功能。

为减少镜头组件的尺寸，需要尽可能减少在镜头组件10中的4K复合型图像传感器323数量(其尺寸较大)，而为了能够实现3D、荧光且4K的功能，上述示例中提供了一种向4K复合型图像传感器表面以一定频率交错照射可见光和近红外光的实现方式，为实现可见光和近红外光能够在不同时间交错照射至人体组织等目标物上，本申请示例还提供了一种光源主机700，其包括光源和滤光组件730，通过设置在出光口处的滤光组件730，从而实现向光纤内交错传输不同波长光的目的。

上述光源主机700不仅能够为上述实施例中的镜头组件10提供周期性交替的第一光信号和第二光信号，还能够配置在任何需要使用该周期性交替发出不同光信号的镜头组件10上，从而为该镜头组件10提供多种可能得成像模式，进而扩大内窥镜600的使用范围。

图5是本申请实施例提供的光源主机的结构示意图之一；图6是本申请实施例提供的光源主机的结构示意图之一；图7是本申请实施例提供的光源主机的拆解结构示意图。

参照图5所示，本申请示例提供的光源主机700可以包括光纤接头710和滤光组件730。

光纤接头710设置于光源主机700的出光口750处，且光纤接头710具有缺口711；滤光组件730包括第一滤光件732和第二滤光件733，滤光组件730在驱动机构740的驱动下使得第一滤光件732和第二滤光件733交替位于缺口711处，以允许分别向光纤内透射不同波长范围的光。

可以理解的是，光源主机700即光源主要发出波长范围较宽的复合光。在光源主机700的出光口750和照明光纤500之间设置滤光组件730，具体可以设置在光纤接头710的缺口711处，光纤接头710的设置是为了便于光纤插接至光源主机700上，从而将光源主机700发出的光导入至照明光纤500中人体组织等目标物上。

图11是本申请实施例提供的光纤结构与出光口的结构示意图之一；图12是本申请实施例提供的光纤结构与出光口的结构示意图之二。如图11和图12所示，光纤接头710处缺口711的设置目的之一是为了对出光口750进行散热，以提高光源主机700的使用寿命。在本示例中，可以将滤光组件730设置在缺口711处，通过使滤光组件730中的第一滤光件732和第二滤光件733依次出现在光源和照明光纤500之间(即光纤接头710的缺口711处)，复合光在通过第一滤光件732后能够向照明光纤500内透射第一类光(可见光)，复合光在通过第二滤光件733后能够向照明光纤500内透射第二类光(近红外光)，从而实现了向人体组织等目标物在不同时间交替发射第一类光和第二类光的功能。

为使第一滤光件732和第二滤光件733可以交替位于缺口711位置处，具体的实现方式可以是，将第一滤光件732和第二滤光件733紧邻设置，然后通过直流电机带动二者在缺口711处往复进行移动。当然，也可以将多个第一滤光件732和多个第二滤光件733交错排列成环状，然后通过一电机带动形成的环状滤光件转动，以使第一滤光件732和第二滤光件733依次转动至缺口711位置处。

使得第一滤光件732和第二滤光件733往复移动的具体方式可以是，在一个示例中，滤光组件730包括安装架，第一滤光件732和第二滤光件733相邻设置于安装架；驱动机构740与安装架的端部连接，用于带动安装架线性移动，以使第一滤光件732和第二滤光件733交替出现于光源和照明光纤500之间。

可以理解的是，安装架中具有至少两个安装孔，第一滤光件732和第二滤光件733对应安装在安装孔中，能够使得从出光口750发出的光线透过第一滤光件732或第二滤光件733后进入照明光纤500内，第一滤光件732和第二滤光件733可以具有一定间隔，但是二者之间的间隔需要做不透光处理，或者是不透光的安装架，以避免向照明光纤500中传输进复合光，进而被镜头组件10中的4K复合型图像传感器323采集到，从而不利于后续的成像质量。

当然，第一滤光件732和第二滤光件733可以紧贴设置，此时存在第一滤光件732和第二滤光件733同时位于缺口711处的情况，即同时向照明光纤500中透射处第一类光和第二类光。在一个示例中，第一滤光件732和第二滤光件733的移动速度，与4K复合型图像传感器323采集光信号的频率相对应。具体的，可以控制驱动机构740例如直线电机的移动速度，尽可能在4K复合型图像传感器323打开快门采集光信号的时间范围内，使得只有第一滤光件732或只有第二滤光件733位于缺口711处，换句话说，第一滤光件732和第二滤光件733同时位于缺口711处时，4K复合型图像传感器323的快门已经关闭并不采集光信号。

具体可以是，4K复合型图像传感器323一次光门打开的时间范围内采集第一光信号(白光信号)，下一次光门打开的时间范围内采集第二光信号(荧光信号)。也可以是，4K复合型图像传感器323连续两次光门打开的时间范围内采集第一光信号，下两次光门打开的时间范围内采集第二光信号，该种设置能够降低驱动机构740及直线电机的移动速度，而且能够保持输出图像的质量。

使得第一滤光件732和第二滤光件733依次转动至缺口711处的具体方式可以是，在一个示例中，滤光组件730包括支撑架731，多个第一滤光件732和多个第二滤光件733设置于支撑架731，并绕支撑架731的中心依次交错设置；驱动机构740与支撑架731的中心连接，用于带动支撑架731转动。

具体的，支撑架731可以设置为圆形的支撑板，支撑板上开设有多个通孔，多个第一滤光件732和多个第二滤光件733可以按照第一滤光件732-第二滤光件733-第一滤光件732-第二滤光件733的方式安装在通孔位置处，如图8所示，依次交错设置在圆形的支撑架731上，即，使得多个滤光件形成一环状结构。另外，为了使得滤光件更好的过滤出光口750处的光，滤光件靠近支撑架731的边缘设置，且在滤光件随支撑架731转动到缺口711处时，滤光件能够覆盖出光口750与照明光纤500之间的通光孔径。换句话说，滤光件的形状可以是矩形、圆形、多边形等等形状，但需要使得从出光口750发射至照明光纤500的光线能够完全从滤光件中被透射处即可。

为了使第一滤光件732和第二滤光件733依次转动至缺口711处，驱动机构740与支撑架731的中心连接，从而使得支撑架731上的多个第一滤光件732和多个第二滤光件733能够跟随支撑架731转动至缺口711处。驱动机构740可以为电机，电机的转速与支撑架731的尺寸，其上设置滤光件的数量，以及和上述实施例中4K复合型图像传感器的采集频率有关，若是在支撑架731上设置四个滤光件(包括两个第一滤光件732和两个第二滤光件733)，4K复合型图像传感器323的采集频率可以是30Hz、60Hz、90Hz、120Hz，那么电机的转速对应设置为450r/min、900r/min、1350r/min、1800r/min。通过该种设置可以实现内窥镜600成像的持续4K、荧光融合模式，以满足内窥镜600的成像质量要求。

由于4K复合型图像传感器323的采集频率较高，往往电机的转速很难匹配到4K复合型图像传感器323的采集频率，即，4K复合型图像传感器323的快门打开一次，便有对应第一滤光件732或者第二滤光件733转动到缺口711位置处。因此，4K复合型图像传感器323的快门可以在打开两次的时间范围内采集第一滤光件732转动到缺口711处透射过的第一光信号，或者是采集第二滤光件733转动到缺口711处透射过的第二光信号。在一个示例中，沿支撑架731的转动方向，相邻第一滤光片和第二滤光片之间设置有挡光件。

具体的，4K复合型图像传感器323在采集第一光信号和第二光信号中间的一次由于挡光件的设置不能采集到光信号，即此时采集的图像为黑色图像，可以在后端图像处理模块处理过程中对黑色图像去除，仍然可以形成将第一光信号和第二光信号融合后的高质量图像。挡光件设置还能够避免出光口750发出的复合光直接从第一滤光件732和第二滤光件733之间透射，被4K复合型图像传感器323采集后影响图像质量的情况发生。挡光件可以是设置在第一滤光件732和第二滤光件733之间的挡光板，也可以是第一滤光件732和第二滤光件733之间的支撑架731具有隔光功能。

在一些实施例中，第一滤光件732为可见光滤光片，第二滤光件733为近红外光滤光片。

具体的，滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件，即，能够使一定范围的光波透过，在一个示例中，可见光滤光片用于波长介于390nm-650nm的可见光(白光)透射；近红外光滤光片用于波长介于650nm-940nm的近红外光透射。当然，本领域技术人员可以根据图像传感器、光源的特性，设计出不同于本范围但与本范围有交叉的波长范围。

具体的，第一滤光件732会将波长390nm-650nm的可见光进行透射，将波长为650nm-940nm的近红外光进行截止。而激发光滤光片则相反，其会将650nm-940nm的近红外光进行透射，将波长390nm-650nm的可见光进行截止。

图8是本申请实施例提供的滤光组件的结构示意图之一；图9是本申请实施例提供的滤光组件的结构示意图之二；图10是本申请实施例提供的滤光组件的结构示意图之三。

在一个示例中，可见光滤光片和近红外光滤光片的形状与出光口750的形状适配。

具体的，可见光滤光片和近红外光滤光片的形状可以与出光口750的形状相同，例如均设置为圆形，但是为了能够覆盖出光口750与照明光纤500之间的通光孔径，可见光滤光片和近红外光滤光片的直径可以大于出光口750的直径。

除了设置为圆形，可见光滤光片或近红外光滤光片也可以设置为与转动轨迹相同的弧形结构，在一个示例中，沿支撑架731的转动方向，可见光滤光片和/或近红外光滤光片的形状呈弧形。具体的，弧形可见光滤光片和近红外光滤光片设置，能够增加可见光滤光片或近红外光滤光片在缺口711处的停留时间，即，使得从可见光滤光片或近红外光滤光片透射进照明光纤500直至4K复合型图像传感器323能够被采集两次或多次，在降低驱动机构740转速的同时，还能够维持成像图像的质量。

由于光源主机700的出光口750处热量较高，即便在出光口750处设置缺口711，也不能较好的将热量散发掉，而持续性高温会影响光源的寿命。

基于上述存在的问题，如图8所示，在一些实施例中，支撑架731上设置有至少一个散热翅片734，散热翅片734凸出支撑架731的表面设置。

具体的，散热翅片734作为片状结构，其凸出支撑架731的表面设置，其最大面可以与转动方向相垂直，在支撑架731转动过程中，散热翅片734的最大面作为迎风面，能够尽可能多的将气流引导至出光口750的位置，从而将出光口750处散发的热量带走，以提高光源的使用寿命。

在一个实施例中，多个散热翅片734绕支撑架731的中心间隔设置；且多个散热翅片734位于支撑架731朝向出光口750的一侧。

可以理解的是，多个散热翅片734绕支撑架731的中心间隔设置，可参考风扇的扇叶排布方式。并且为提高对出光口750处的散热效果，散热翅片734位于支撑架731朝向出光口750的一侧面，多个散热翅片734在随着支撑架731的转动过程中，会将气流引导至出光口750附近，以提高对出光口750处的散热效果。

为进一步增强对出光口750处的散热效果，如图9和图10所示，在一些实施例中，散热翅片734沿支撑架731轴向的正投影视图为弧形，且支撑架转动时散热翅片734的内凹弧面为迎风面。

具体的，多个散热翅片734呈C形排布在支撑架731上，如图9所示，支撑架731沿a方向逆时针转动，散热翅片734的内凹弧面作为迎风面能够起到短暂聚风的效果，能够将暂聚在散热翅片734的大量气流沿散热翅片734的弧面向靠近支撑架731边缘的方向引导，即，使得大量气流流动至出光口750的位置处，有效对光源进行散热，提高了光源的使用寿命。

如图9所示，在一个示例中，散热翅片734的部分延伸至相邻第一滤光件732和第二滤光件733之间，且散热翅片734的外凸高度小于支撑架731到出光口750的垂直距离。

具体的，散热翅片734作为弧形片状结构，其一端设置与支撑架731的中心附近，另一端可以沿支撑架731的径向延伸，直至延伸至第一滤光件732和第二滤光件733之间的位置处，该种设置能够使得散热翅片734尽可能的靠近光源，从而更好的光源处进行散热，但是由于支撑架731侧面至出光口750的距离较小，因此，散热翅片734的凸出高度不宜过高，凸出高度可以介于支撑架731到出光口750的距离之间，以避免对支撑架731的转动造成干涉。

除了上述散热翅片734长而矮的情况，如图10所示，在一个示例中，散热翅片734设置于第一滤光件732或第二滤光件733的内侧边缘至支撑架731的中心之间，且散热翅片734的外凸高度大于或等于支撑架731至出光口750的垂直距离。

具体的，多个散热翅片734可以设置在上述第一滤光件732和第二滤光件733形成的环状区域内，即，第一滤光件732和第二滤光件733靠近支撑架731中心一侧至支撑架731中心的区域，相较于上述散热翅片734长而矮的情况，本示例中的散热翅片734较短，为提高其散热效果，可以将散热翅片734的凸出高度增加，通过该种设置不仅会增大流动至出光口750处的气流，提高对光源的散热效果，而且散热翅片734距离缺口711有一定距离，不会对支撑架731的转动形成干涉。但是散热翅片734的高度不宜过大，多大则会造成风阻较大，影响驱动支撑架731转动的驱动机构740的性能。具体散热翅片734的使用可根据实际使用光源功率、支撑架731尺寸、驱动机构740功率等进行设计，在此不做具体限制。

本示例提供的光源主机700，能够与设置任意数量个的复合型图像传感器的镜头组件10搭配使用，例如可以与设置有一个复合型图像传感器的镜头组件10搭配，也可以和设置有四个复合型图像传感器的镜头组件10搭配。但是，为了降低内窥镜600远端的尺寸，以及能够实现3D、融合荧光以及4K的成像效果，上述光源主机700通常和设置有两个复合型图像传感器的镜头组件10搭配使用。

图13是本申请实施例提供的内窥镜摄像系统的结构示意图。

参照图13所示，本申请实施例还提供了一种内窥镜600摄像系统，本示例中的内窥镜600摄像系统可以包括内窥镜600、镜头组件10、光源主机700和滤光组件730。

内窥镜600包括远端和近端；镜头组件10设置于内窥镜600的远端，镜头组件10的外端面包括照明端口102和成像端口103，照明端口102用于周期性交替发出第一类光和第二类光，镜头组件10包括光学部件200和光学芯片模组300，光学部件200与成像端口103对应；光学部件200用于将从成像端口103进入的第一光信号和第二光信号传输至光学芯片模组300，光学芯片模组300用于将采集的光信号转换为电信号。

光源主机700即光源通过照明光纤500与照明端口102连接；滤光组件730设置于光源和照明光纤500之间，滤光组件730包括第一滤光件732和第二滤光件733，滤光组件730在驱动机构740的驱动下使得第一滤光件732和第二滤光件733交替位于光源和照明光纤500之间，以允许分别向照明光纤500透射不同波长范围的光。

可以理解的是，镜头组件10可以一体形成于内窥镜600的远端，也可以单独制造，然后可内窥镜600的远端固定或可拆卸连接。内窥镜600的近端设置有控制把手601，控制把手601便于手持以带动内窥镜600在移动至人体组织等目标物处，控制把手601上还可以设置多个按键，以通过按键控制例如光源的发射、成像模式等的切换。而且控制把手601还设置有与数据光纤602以及照明光纤500连接的端口，在使用时，可以将数据光纤602插接至控制把手601的端口，以通过该数据光纤602将镜头组件10获得的数据信号传输至数据处理模块中。将照明光纤500插接至控制把手601的端口，以通过照明光纤500将光源主机700处经滤光组件730透射的可见光和近红外光在不同时间交替传输至目标物处。

光源主机700的出光口750处设置有滤光组件730，滤光组件730通过其上的第一滤光件732和第二滤光件733对从出光口750处发出的复合光进行过滤，并通过驱动机构740驱动第一滤光件732和第二滤光件733交替出现在出光口750处，以达到不同时间交替向照明光纤500内发射不同波长光的目的，具体是，周期性交替向光纤内传输可见光和近红外光。具体光源主机700和过滤组件的配合方式可参照上述示例进行理解，在此不再赘述。

镜头组件10中光学部件200和光学芯片模组300用于接收被目标物反射的第一光信号和第二光信号，第一光信号为可见光，第二光信号为近红外光(荧光)。具体光学部件200和光学芯片模组300的结构以及作用原理可按照上述实施例进行理解，在此不再赘述。

在一些实施例中，光学芯片模组300包括电路板310、第一图像传感器321和第二图像传感器322，第一图像传感器321和第二图像传感器322分别位于电路板310相对的表面。

具体的，通过在镜头组件10中设置两个图像传感器例如4K复合型图像传感器，既能够接收可见光也能够接收荧光，然后两个4K复合型图像传感器对应两条成像光路，从而实现3D成像的功能。在一个示例中，第一图像传感器321对应有第一成像光路1011，第二图像传感器322对应有第二成像光路1012；光学部件200包括第一镜头211、第二镜头212、第一反射镜221和第二反射镜222，第一镜头211和第一反射镜221位于第一成像光路1011；第二镜头212和第二反射镜222位于第二成像光路1012。

具体的，第一镜头211和第二镜头212可以设置为一定长度的物镜，第一反射镜221和第二反射镜222可以是反射棱镜，主要使沿内窥镜600轴向传输的光信号改变方向，从而照射至位于中间位置的4K复合型图像传感器表面上，具体4K复合型图像传感器与镜头和反射镜的排布以及作用原理可参照上述示例进行理解，在此不再赘述。

在一些实施例中，第一滤光件732和第二滤光件733在出光口750的交替速度，与光学芯片模组300采集光信号的频率相对应，以实现持续性白光模式、持续性荧光模式或者白光与荧光融合模式。

为了使第一滤光件732和第二滤光件733依次转动至缺口711处，驱动机构740与支撑架731的中心连接。驱动机构740可以为电机，电机的转速与支撑架731的尺寸，其上设置滤光件的数量，以及和上述实施例中4K复合型图像传感器323的采集频率有关，若是4K复合型图像传感器323的采集频率为30Hz、60Hz、90Hz、120Hz，为使得4K复合型图像传感器323依次采集的光信号为第一光信号-第二光信号-第一光信号-第二光信号的方式，那么，电机的转速对应设置为450r/min、900r/min、1350r/min、1800r/min，才能够在4K复合型图像传感器323每次快门打开的时间范围内电机带动第一滤光件732、第二滤光件733其中一者到达缺口711位置处，该种设置能够极大程度保证可见光与荧光融合后图像的质量，提高最终成像效果。当然，也可以在4K复合型图像传感器323每两次快门打开的时间范围内电机带动第一滤光件732、第二滤光件733其中一者到达缺口711位置处，该种设置不仅能够降低电机的转速，而且能够使得成像效果保持在可接受的状态。

若是需要实现内窥镜600成像的持续白光模式或荧光模式，可以通过电机控制第一滤光件732、第二滤光件733其中一者持续停留在缺口711位置处。

最后应说明的是，以上实施方式仅用于说明本申请，而非对本申请的限制。尽管参照实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本申请的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种镜头组件，其特征在于，设置于内窥镜的远端，所述镜头组件包括：

外套管，所述外套管的外端面包括照明端口和成像端口，所述照明端口与光源连接，用于周期性交替发出第一类光和第二类光；

光学部件，设置于所述外套管，且与所述成像端口对应，用于传输经反射后的第一光信号和第二光信号；

光学芯片模组，设置于所述外套管，包括两个4K复合型图像传感器，两个所述4K复合型图像传感器分别对应有所述光学部件，所述4K复合型图像传感器被配置为，采集经所述光学部件传输的光信号，并将采集的光信号转换为电信号。

2.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述第一光信号为可见光信号，所述第二光信号为近红外光信号。

3.根据权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，所述光学芯片模组还包括电路板，两个所述4K复合型图像传感器分别设置于所述电路板相对的表面；

两个所述4K复合型图像传感器中一者对应有第一成像光路，另一者对应有第二成像光路。

4.根据权利要求3所述的镜头组件，其特征在于，所述光学部件包括第一镜头、第二镜头、第一反射镜和第二反射镜，所述第一镜头和所述第一反射镜位于所述第一成像光路，所述第二镜头和所述第二反射镜位于所述第二成像光路。

5.根据权利要求4所述的镜头组件，其特征在于，所述第一镜头和所述第二镜头分别与所述成像端口连通；

所述照明端口的数量为两个，两个所述照明端口对称设置于所述成像端口的两侧，且所述照明端口通过照明光纤与光源连接。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的镜头组件，其特征在于，所述外套管内设置有固定座，所述固定座用于支撑所述电路板和所述光学部件。

7.一种内窥镜摄像系统，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的镜头组件，以及，

光源，通过照明光纤与所述照明端口连接；

滤光组件，设置于所述光源和照明光纤之间，所述滤光组件包括第一滤光件和第二滤光件，所述滤光组件在驱动机构的驱动下使得第一滤光件和第二滤光件交替位于所述光源和所述照明光纤之间，以允许分别向所述照明光纤透射不同波长范围的光。

8.根据权利要求7所述的内窥镜摄像系统，其特征在于，所述滤光组件包括安装架，所述第一滤光件和所述第二滤光件相邻设置于所述安装架；

所述驱动机构与所述安装架的端部连接，用于带动所述安装架线性移动，以使所述第一滤光件和所述第二滤光件交替出现于所述光源和所述照明光纤之间。

9.根据权利要求8所述的内窥镜摄像系统，其特征在于，所述第一滤光件为可见光滤光片，所述第二滤光件为近红外光滤光片；

所述可见光滤光片允许波长介于390nm-650nm的可见光透射，所述近红外光滤光片允许波长介于650nm-940nm的近红外光透射。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的内窥镜摄像系统，其特征在于，所述第一滤光件和所述第二滤光件的移动速度，与所述4K复合型图像传感器采集光信号的频率相对应。