СТОМАТОЛОГИЧЕСКАЯ ИЛИ ЭНДОСКОПИЧЕСКАЯ КАМЕРА Российский патент 2007 года по МПК A61B1/247 A61B1/05 A61B1/04 

Настоящее изобретение относится к стоматологической или эндоскопической камере.

В камерах подобного типа оптическая система выполняется в виде телецентрической оптической системы, которая в принципе широко используется в видеокамерах. С целью обеспечить получение с помощью такой оптической системы изображений высокого качества ее расположенную со стороны объекта линзовую систему, среднюю линзовую систему и расположенную со стороны электронно-оптического преобразователя линзовую систему необходимо выполнять из нескольких (обычно из двух) одиночных линз. Этими причинами определяется высокая стоимость оптических систем, используемых в подобных камерах. Решение эндоскопической камеры, ближайшее к изобретению по технической сущности, раскрыто в патенте US 5416638.

В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать камеру указанного типа, удешевив ее изготовление при сохранении высокого качества получаемых с ее помощью изображений.

Указанная задача решается согласно изобретению в стоматологической или эндоскопической камере, имеющей корпус, оптическую систему, определяющую поле зрения диафрагму и расположенный на одной оси с оптической системой электронно-оптический преобразователь. Оптическая система имеет расположенную со стороны объекта линзовую систему, среднюю линзовую систему и расположенную со стороны электронно-оптического преобразователя линзовую систему.

Отличие предлагаемой в изобретении камеры состоит в том, что определяющая поле зрения диафрагма или ее изображение располагается в зоне расположенной со стороны электронно-оптического преобразователя линзовой системы.

При создании изобретения неожиданно было установлено, что высокое качество всего изображения, получаемого с помощью камеры подобного типа, можно обеспечить даже в том случае, если отказаться от принципа телецентрического хода лучей, широко используемого в видеокамерах. При нетелецентрическом ходе лучей в оптических системах стоматологических и эндоскопических камер можно также использовать линзовые системы, которые как таковые не обладают особо высокими свойствами по формированию изображений, т.е. не обеспечивают получение изображений особо высокого качества. Так, в частности, в качестве отдельных линзовых систем можно также использовать одиночные линзы. В результате благодаря меньшему количеству линз, используемых в оптической системе, и упрощению ее сборки удается достичь значительной экономии средств.

В частных вариантах выполнения предлагаемой в изобретении камеры определяющая поле зрения (полевая) диафрагма или ее изображение может располагаться за расположенной со стороны электронно-оптического преобразователя линзовой системой на малом удалении от нее, которое составляет примерно от 2 примерно до 10%, предпочтительно примерно от 2 примерно до 5% расстояния между задней поверхностью расположенной со стороны электронно-оптического преобразователя линзовой системы и светочувствительной поверхностью электронно-оптического преобразователя. Такое размещение полевой диафрагмы позволяет достичь особо высокого качества изображений. При этом в третьей линзовой системе используется ее средняя часть, где дисторсия минимальна. В средней линзовой системе для направления лучей используется и ее краевая часть. Однако поверхности этой линзовой системы не требуется выполнять с малым радиусом кривизны, и поэтому использование даже ее краевой части для направления лучей не приводит к появлению неприемлемой дисторсии изображения.

Расположенная со стороны объекта линзовая система может быть выполнена в виде вогнуто-выпуклой линзы, т.е. лишь из одного оптического компонента, имеющего исключительно простую геометрию.

Средняя линзовая система и/или расположенная со стороны электронно-оптического преобразователя линзовая система могут быть выполнены в виде двояковыпуклой линзы, что обеспечивает возможность особо простой реализации этих линзовых систем.

Перед расположенной со стороны объекта линзовой системой может быть предусмотрен светоотклоняющий элемент, что делает камеру наиболее пригодной для ее применения в стоматологических целях, поскольку направление съемки объекта ориентировано наклонно, прежде всего перпендикулярно, к оси рукояточной части корпуса камеры.

Камера может иметь входное окно, герметично соединенное с корпусом, установленное заподлицо с ним и размещенное перед расположенной со стороны объекта линзовой системой. Преимущество этого варианта осуществления изобретения состоит в возможности простой очистки и стерилизации камеры.

Если в конструкции камеры предусмотреть механизм регулирования положения электронно-оптического преобразователя в направлении оси оптической системы, то такую камеру можно использовать для съемки объекта и с близкого, и с далекого расстояний. При применении предлагаемой в изобретении камеры в стоматологии врач может с ее помощью получать, например, детальное изображение одного зуба или получать общее изображение всей челюсти.

Такой механизм регулирования положения электронно-оптического преобразователя может иметь приводной элемент, выведенный наружу сквозь стенку корпуса камеры, что обеспечивает возможность особо простого регулирования базиса съемки (предметного расстояния). В другом варианте механизм регулирования положения электронно-оптического преобразователя может иметь электродвигатель, ток возбуждения к которому подводится через разъемное соединение, посредством которого и электронно-оптический преобразователь соединен с блоком обработки изображений. В этом случае для регулирования базиса съемки не требуется выводить наружу через стенку ее корпуса подвижную деталь.

Предлагаемая в изобретении камера может иметь проходящий в ее корпусе световод, светоизлучающий конец которого расположен у входного окна, установленного в корпусе камеры, и/или несколько расположенных рядом с входным окном источников света, например светоизлучающих диодов, чем обеспечивается хорошее освещение находящегося перед ней объекта.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематичное изображение стоматологической камеры в продольном разрезе,

на фиг.2 - схематичное изображение оптической системы стоматологической камеры, показанной на фиг.1, и

на фиг.3 - аналогичное фиг.1 изображение камеры, но с иным механизмом регулирования положения ее электронно-оптического преобразователя.

Показанная на чертежах стоматологическая камера имеет корпус 10, представляющий собой изготовленную литьем под давлением пластмассовую деталь. На чертежах корпус 10 камеры показан в виде цельной детали, однако в зависимости от конкретной технологии его изготовления он, как очевидно, может быть выполнен и сборным, состоящим из нескольких корпусных деталей, которые в этом случае плотно соединяют между собой с установкой между ними уплотнений или же соединяют между собой клеевым либо сварным соединением.

Корпус 10 имеет рукояточную часть 12, которая имеет в основном форму закрытого на концах полого цилиндра. Эта рукояточная часть 12 со стороны ее свободного конца переходит в сужающуюся и изогнутую углом корпусную часть 14, обращенный вниз конец которой герметично закрыт установленным заподлицо окном 16.

В корпусе 10 расположена обозначенная общей позицией 4 оптическая система, с помощью которой схематично показанный объект 6 (зуб или дуга нижней челюсти) отображается на электронно-оптический преобразователь 8. Такой электронно-оптический преобразователь 8 может представлять собой цветную ПЗС-матрицу.

В изогнутой углом корпусной части 14 на участке ее перегиба расположено отклоняющее зеркало 18, которое установлено под углом 45° к оси рукояточной части 12 и к оси окна 16 и которое может быть также выполнено в виде отклоняющей призмы, например в виде четырехугольной призмы или пентапризмы.

По ходу лучей за отклоняющим зеркалом 18 расположена линза 22 с вогнутой передней торцовой поверхностью 24 и выпуклой задней торцовой поверхностью 26.

На большем удалении от линзы 22 расположена промежуточная линза 28 с выпуклой торцовой поверхностью 30 с обращенной к объекту стороны и выпуклой торцовой поверхностью 32 с обращенной к электронно-оптическому преобразователю стороны.

На еще большем удалении от промежуточной линзы 28 за ней по ходу лучей предусмотрена расположенная со стороны электронно-оптического преобразователя линза 34 с выпуклой торцовой поверхностью 36 с обращенной к объекту стороны и выпуклой торцовой поверхностью 38 с обращенной к электронно-оптическому преобразователю стороны.

Электронно-оптический преобразователь 8 расположен на ползуне 40, который имеет возможность направленного перемещения вдоль оси оптической системы 4 по предусмотренным на внутренней поверхности корпуса 10 направляющим ребрам 42, 44. На одной из продольных поверхностей ползуна 40 выполнена зубчатая рейка 46, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 48, которое с возможностью вращения закреплено на корпусе 10 и часть которого выступает сквозь корпус 10 наружу. Тем самым вращением зубчатого колеса 48 можно регулировать положение электронно-оптического преобразователя 8 вдоль оси оптической системы 4.

В корпусе 10 предусмотрен проходящий в основном в осевом направлении канал 50, в котором расположен световод 52. На концевом участке канал 50 и световод 52 изогнуты к направлению их основной протяженности под таким углом, чтобы проходящий по световоду 52 свет выходил из него под небольшим наклоном к оси окна 16, как это обозначено позицией 54.

Электронно-оптический преобразователь 8 и световод 52 не показанным на чертеже разъемным соединением (которое располагается в правой в плоскости чертежа и не видимой на нем части камеры) соединены соответственно с заключенными в гибкий шланг питающим кабелем, ведущим к блоку обработки изображений, и еще одним световодом, ведущим к источнику люминесцентного освещения.

Ход лучей в оптической системе 4 еще раз более детально показан на фиг.2. Для большей наглядности ход лучей на этом чертеже показан для случая, как если бы они распространялись в камере прямого видения, которую можно получить из показанной на фиг.1 камеры, заменив выполненное в виде отклоняющей призмы отклоняющее зеркало 18 на плоскопараллельную стеклянную пластинку той же оптической толщины и расположив окно 16 на одной оси с рукояточной частью 12 корпуса. Различные оптические компоненты обозначены на фиг.2 теми же, что и на фиг.1, позициями. Дополнительно на чертеже показаны различные лучи, которые проходят от различных точек объекта 6 до соответствующих им точек на поверхности электронно-оптического преобразователя 8.

Очевидно, что в показанной на фиг.2 оптической системе с полевой диафрагмой В* сопряжено ее изображение В, которое расположено вблизи линзы 22. При этом очевидно также, что при таком расположении полевой диафрагмы В*, соответственно ее изображения В у расположенной со стороны объекта линзы 22 для направления лучей используется в основном ее средняя часть, у промежуточной линзы 28 используется и ее краевая часть, а у расположенной со стороны электронно-оптического преобразователя линзы 34 вновь используется только ее центральная часть.

С учетом показанного на чертеже расположения трех линз, при котором промежуточная линза 28 достаточно далеко удалена и от расположенной со стороны объекта линзы 22, и от расположенной со стороны электронно-оптического преобразователя линзы 34 поверхности промежуточной линзы 28, нет необходимости выполнять с малым радиусом кривизны. Подобное условие позволяет уменьшить оптические аберрации. Тот факт, что в промежуточной линзе 28 для направления лучей используются также ее краевая зона, не приводит в результате к неприемлемой дисторсии изображения.

В приведенной ниже таблице представлены параметры для одного из конкретных вариантов возможной реализации оптической системы 4. Приведенные в этой таблице параметры соответствуют показанной на фиг.2 схеме.

В этой таблице указаны номера торцовых поверхностей (позиции на фиг.1 и 2), соответствующие им значения радиуса кривизны, толщина слоя материала, примыкающего к торцовой поверхности, и тип оптической среды (тип стекла, буква L соответствует воздуху), которая находится за соответствующей поверхностью. В последней колонке указан диаметр соответствующего элемента оптической системы с соответствующей торцовой поверхностью. За единицу измерения длины в каждом случае приняты миллиметры.

Табл.1ПоверхностьРадиусТолщинаСтеклоДиаметробъект∞9L13,2119∞4SF83,8021∞0,76L1,5424-2,314,00N-LASF303,0026-2,6511,83L3,003024,304N-LASF307,5032-11,9420,84L7,503612,154,00N-ZK77,5038-8,820,56L7,50диафрагма В*∞15,13L0,98преобразователь∞  4,85

Буква L в колонке "Стекло" указывает, что средой распространения лучей на соответствующем участке является воздух. Типы стекол соответствуют типам, указанным в каталоге оптических стекол фирмы Schott.

На фиг.3 показан другой вариант осуществления изобретения, который в основном соответствует показанному на фиг.1 варианту, при этом соответствующие элементы камеры обозначены теми же позициями и повторно подробно не рассматриваются.

В показанном на фиг.3 варианте ползун 40 снабжен резьбовым отверстием 58, через которое проходит ходовой винт 60. Этот ходовой винт 60 приводится во вращение электродвигателем 62, закрепленным на корпусе 10. Провода для подвода питания к электродвигателю 62 аналогичны соединительным проводам электронно-оптического преобразователя 8 и световоду 52 соединены с заключенным в гибкий шланг питающим кабелем разъемным соединением, которое располагается в правой в плоскости чертежа по фиг.3 и не видимой на этом чертеже части камеры.

Описанный выше механизм с ходовым винтом позволяет регулировать положение электронно-оптического преобразователя 8 вдоль оси оптической системы 4 без необходимости предусматривать у этого механизма выводимый наружу сквозь стенку корпуса 10 камеры механический элемент.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электронно-оптическим камерам для стоматологии или эндоскопии. Стоматологическая или эндоскопическая камера имеет корпус, оптическую систему, определяющую поле зрения диафрагму и расположенный на одной оси с оптической системой электронно-оптический преобразователь, при этом оптическая система имеет расположенную со стороны объекта линзовую систему, среднюю линзовую систему и линзовую систему, расположенную со стороны электронно-оптического преобразователя, при этом определяющая поле зрения диафрагма или ее изображение располагается в зоне расположенной со стороны электронно-оптического преобразователя линзовой системы. Использование изобретения позволяет упростить конструкцию и сборку эндоскопа и снизить требования к качеству выполнения используемых в нем линз при сохранении высокого качества получаемых изображений. 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Стоматологическая или эндоскопическая камера, имеющая корпус (10), оптическую систему (4), определяющую поле зрения диафрагму и расположенный на одной оси с оптической системой (4) электроннооптический преобразователь (8), при этом оптическая система (4) имеет расположенную со стороны объекта линзовую систему (22), среднюю линзовую систему (28) и расположенную со стороны электроннооптического преобразователя линзовую систему (34), отличающаяся тем, что определяющая поле зрения диафрагма (В*) или ее изображение (В) располагается в зоне расположенной со стороны электроннооптического преобразователя линзовой системы (34).2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что определяющая поле зрения диафрагма (В*) или ее изображение (В) располагается за расположенной со стороны электроннооптического преобразователя линзовой системой (34) на малом удалении от нее, которое составляет примерно от 2 примерно до 10%, предпочтительно примерно от 2 примерно до 5%, расстояния между задней поверхностью (38) расположенной со стороны электроннооптического преобразователя линзовой системой (34) и светочувствительной поверхностью электроннооптического преобразователя (8).3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что расположенная со стороны объекта линзовая система (22) выполнена в виде вогнуто-выпуклой линзы (22).4. Камера по п.1, отличающаяся тем, что средняя линзовая система (28) выполнена в виде двояковыпуклой линзы.5. Камера по п.1, отличающаяся тем, что расположенная со стороны электроннооптического преобразователя линзовая система (34) выполнена в виде двояковыпуклой линзы.6. Камера по п.1, отличающаяся тем, что перед расположенной со стороны объекта линзовой системой (22) предусмотрен светоотклоняющий элемент (18).7. Камера по п.1, отличающаяся тем, что с корпусом (10) герметично соединено установленное заподлицо с ним входное окно (16), размещенное перед расположенной со стороны объекта линзовой системой (22).8. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она имеет механизм (46, 48; 60, 62) регулирования положения электроннооптического преобразователя (8) в направлении оси оптической системы (4).9. Камера по п.8, отличающаяся тем, что механизм регулирования положения электроннооптического преобразователя имеет выведенный наружу сквозь стенку корпуса (10) камеры приводной элемент (48).10. Камера по п.8, отличающаяся тем, что механизм регулирования положения электроннооптического преобразователя имеет электродвигатель (62), ток возбуждения к которому подводится через разъемное соединение, которым и электроннооптический преобразователь (8) соединен с блоком обработки изображений.11. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она имеет проходящий в ее корпусе (10) световод (52), светоизлучающий конец которого расположен у входного окна (16), установленного в корпусе (10) камеры.12. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она имеет несколько расположенных рядом с входным окном (16) источников света, например светоизлучающих диодов.