雙物鏡單圖像傳感器的內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)窺鏡技術領域，特別涉及一種雙物鏡單圖像傳感器的內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，內(nèi)窺鏡技術已廣泛應用到醫(yī)療、航空、船舶制造、汽車裝配等領域。工業(yè)內(nèi)窺鏡作為一種新型的無損檢測設備，它拓展了人眼的視距，突破了視覺限制，能夠準確清晰地觀察機器設備內(nèi)部以及零件內(nèi)表面的情況，如工件的磨損程度、裂痕、毛刺及異物等，避免了檢查過程中不必要的設備分解、拆卸以及可能引起的零部件損傷，大大節(jié)省了維修成本，而且方便實用，是目前工業(yè)領域中不可或缺的重要檢測工具。三維尺寸測量技術是現(xiàn)代化制造業(yè)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，隨著工業(yè)制造水平的不斷提升，越來越多的產(chǎn)品零件采用了大量不規(guī)則的復雜曲面，在其實際生產(chǎn)過程中需要進行大量的三維測量。
[0003]內(nèi)窺鏡的雙目立體成像功能是進行三維測量的前提，盡管雙目立體成像技術從理論上講屬于很成熟的技術，但由于內(nèi)窺鏡產(chǎn)品在空間尺寸上的限制，尤其是插入腔內(nèi)的工作部分的直徑在1mm以內(nèi)的三維測量內(nèi)窺鏡，其技術難度較高，主要表現(xiàn)在工藝方面，尤其以亞毫米級零件(包括光學零件)的裝配工藝方面存在很大的難度，所以國內(nèi)主要的工業(yè)內(nèi)窺鏡生產(chǎn)商至今無法生產(chǎn)出探頭工作直徑在1mm以內(nèi)并且具有三維測量功能的工業(yè)內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，而一些場合下的超細孔腔對內(nèi)窺鏡探頭的工作直徑有著很高的要求，因此研發(fā)一種工作直徑超小的雙目三維測量內(nèi)窺鏡尤為必要。
[0004]在三維測量內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)立體測量，必須要有兩路光學系統(tǒng)攝取左、右分離圖像，然后通過軟件進行三維重建。目前大部分的三維測量內(nèi)窺鏡產(chǎn)品采用的雙目光學系統(tǒng)主要有以下兩種技術方案:
[0005](I)雙物鏡、雙圖像傳感器成像技術:采用兩個光學參數(shù)相同的物鏡，分別成像至兩個相同參數(shù)的圖像傳感器靶面上，圖像處理軟件同時截取兩個圖像傳感器中的圖像信號進行三維重建。
[0006](2)雙物鏡、單圖像傳感器分時成像技術:采用兩個光學參數(shù)相同的物鏡，在其后方分別設置兩個機械快門，通過微電機或微晶振動分時交替開合兩個快門，使得兩個物鏡分時成像至圖像傳感器靶面上，然后通過計算機軟件進行三維重建。
[0007]雙物鏡、雙圖像傳感器成像技術方案由于有兩個圖像傳感器，考慮到小體積要求，所以對圖像傳感器體積的要求較嚴格，需要使用超微小圖像傳感器，此類圖像傳感器的成本非常高。雙物鏡、單圖像傳感器分時成像技術對于微動快門技術有著高精細要求，如果處理不好，將會大大降低產(chǎn)品的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種雙物鏡單圖像傳感器的內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)，通過獨特的結構實現(xiàn)三維測量內(nèi)窺鏡的小體積及高性價比之目的。
[0009]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，雙物鏡單圖像傳感器的內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)，包括并列設置的第一光學鏡組和第二光學鏡組，所述第一光學鏡組和第二光學鏡組均包括:沿光入射方向依次設置的第一透鏡、第二透鏡、光闌及第三透鏡，于每個所述第三透鏡的出射方向各設有一棱鏡，所述棱鏡的入射面和出射面平行；
[0010]所述內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)還包括一圖像傳感器，設置于兩個棱鏡的出射方向，兩個棱鏡的出射面共面并與所述圖像傳感器之靶面的不同區(qū)域相對應。
[0011]本發(fā)明提出圖像傳感器靶面分區(qū)技術，提供了基于該技術的雙物鏡、單圖像傳感器的超細內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:
[0012]第一，通過在物鏡(包括第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡)之后設置了棱鏡，將成像光束的光軸平移并成像在同一圖像傳感器的兩個不同區(qū)域且不會相互干擾，不需采用兩個圖像傳感器，可以有效減小內(nèi)窺鏡的工作直徑，滿足一些小通道的腔孔內(nèi)檢測的要求；并且采用這種物鏡結構也可以將成像距離軸向拉長，以為棱鏡提供足夠的空間；
[0013]第二，由于只采用一個圖像傳感器，因此可以適度降低對圖像傳感器尺寸的要求，從而在圖像傳感器的選擇上具有更廣泛的空間，可降低圖像傳感器的使用或采購成本；
[0014]第三，由于采用了棱鏡實現(xiàn)光軸平移，可以很方便的將兩束光成像于一個圖像傳感器上，不用過分減小兩物鏡的直徑，進而大幅降低了加工難度和成本，因為當物鏡直徑小到一定程度時，其加工難度將隨直徑的減小迅速增大，難以實現(xiàn)。
[0015]該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)結構簡潔、成本較低、穩(wěn)定性好，易于實現(xiàn)，是一種性價比較高的超細內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，可以廣泛應用于工業(yè)檢測及醫(yī)療等領域。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例提供的雙物鏡單圖像傳感器的內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)的結構示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例提供的光學系統(tǒng)的部分結構示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實施例提供的光學系統(tǒng)的棱鏡位置示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實施例提供的光學系統(tǒng)的雙物鏡及光源結構示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明實施例提供的光學系統(tǒng)的光源結構示意圖；
[0021]圖6是本發(fā)明實施例提供的光學系統(tǒng)的光學鏡組結構示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明實施例提供的光學系統(tǒng)的圖像傳感器保護套結構示意圖；
[0023]圖8是本發(fā)明實施例提供的光學系統(tǒng)的物鏡支架結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]以下結合具體實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行詳細描述:
[0026]圖1示出了本發(fā)明實施例提供的雙物鏡單圖像傳感器的內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)的結構示意圖，圖2示出了圖1所示的光學系統(tǒng)的部分結構示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。
[0027]請參考圖1、2，本實施例提供的雙物鏡單圖像傳感器的內(nèi)窺鏡雙目光學系統(tǒng)包括:并列設置的兩路光學鏡組，即第一光學鏡組和第二光學鏡組，第一光學鏡組和第二光學鏡組的組成結構及光學參數(shù)相同，均包括:沿光入射方向依次設置的第一透鏡1、第二透鏡2、光闌4及第三透鏡3,在每個第三透鏡3的出射方向還各設有一棱鏡5, —圖像傳感器6設置于兩棱鏡5的光出射方向。其中，棱鏡5的入射面51和出射面52相互平行且與光學鏡組的光軸垂直，棱鏡5的入射面51正對第三透鏡3，出射面52則正對圖像傳感器6的感光靶面，并且兩棱鏡5的出射面共面且分別對應感光靶面的兩個不同的區(qū)域，這樣，通過棱鏡5將兩路光學信息傳送至同一圖像傳感器6上的不同區(qū)域，只需一個圖像傳感器6即可完成兩路光學信息的采集，能夠保證內(nèi)窺鏡的工作直徑達到預期指標。該圖像傳感器6將視頻信號傳遞至后端的圖像采集卡，由圖像采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)三維影像合成的專用軟件對圖像傳感器6的圖像進行分割，從而形成兩幅圖像，并由三維影像合成軟件進行三維重建與尺寸測量。
[0028]在本實施例中，由于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的焦距很短，棱鏡5必然占據(jù)較大空間，而上述的第一透鏡1、第二透鏡2及第三透鏡3解決了該問題，通過在棱鏡5前方設置上述第一透鏡1、第二透鏡2及第三透鏡3，使成像距離沿軸向拉長，保證了內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的順利成像。該內(nèi)窺鏡的兩光學鏡組具有如下光學參數(shù):像聞:y=0.9mm(考慮崎變);半視場角ω=50° ;焦距:f=0.6485mm ;相對孔徑:D/f=l/6 ;物距:L=25mm ;波段范圍:λ =0.486 ?0.656 μ m。
[0029]在本實施例中，因為圖像傳感器6的靶面面積有限，采用兩棱鏡5可以將兩路光束的光軸平移并成像于同一圖像傳感器6上。請參閱圖2、3，優(yōu)選