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一種光學探頭.pdf

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一種 光學 探頭
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摘要
申請專利號:

CN201310012572.7

申請日:

20130114

公開號:

CN103110403B

公開日:

20140917

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/00 主分類號: A61B5/00
申請人: 天津大學
發明人: 賈大功,張玉龍,張紅霞,劉鐵根,張以謨
地址: 300072 天津市南開區衛津路92號
優先權: CN201310012572A
專利代理機構: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 代理人: 李麗萍
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201310012572.7

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了一種光學探頭,包括旋轉組件和靜止組件,并通過旋轉連接器結合在一起。旋轉組件主要包括用于反射光信號的反射棱鏡,環形超聲馬達轉子,通光孔和自聚焦透鏡;靜止組件主要包括環形超聲馬達定子,自聚焦透鏡和軸承。環形超聲馬達的定子和轉子分別集成固定在靜止套筒和旋轉套筒上。環形超聲馬達接通電源后,馬達定子與轉子之間會產生摩擦力,從而使得整個旋轉套筒進行360度旋轉掃描,掃描的光信號經反射棱鏡進入第一個自聚焦透鏡出射平行光,出射光再進入第二個自聚焦透鏡經傳輸光纖輸出掃描信息。本發明操作簡單、工作過程中不受電磁干擾,可以實現360度的旋轉掃描。

權利要求書

1.一種光學探頭,包括設置在一透明保護套(1)中的旋轉組件和靜止組件,其特征在于,還包括一環形超聲馬達,所述環形超聲馬達由環形超聲驅動轉子(8)和環形超聲驅動定子構成;所述旋轉組件包括旋轉套筒(2),所述旋轉套筒(2)與所述環形超聲驅動轉子(8)固連,所述旋轉套筒(2)的筒壁上設有通光孔(4),所述旋轉套筒(2)內固定有反射棱鏡(3)和第一自聚焦透鏡(15);所述靜止組件包括靜止套筒(10),所述靜止套筒(10)與所述環形超聲驅動定子固連,所述靜止套筒(10)內固定有與所述第一自聚焦透鏡(15)同軸的第二自聚焦透鏡(12);所述第一自聚焦透鏡(15)的入射端和所述第二自聚焦透鏡(12)的出射端均分別設有同軸的傳輸光纖;所述靜止套筒(10)與所述旋轉套筒(2)之間設有滾動軸承(6)。2.根據權利要求1所述光學探頭,其特征在于,所述傳輸光纖通過固定支架與旋轉套筒(2)固定,所述第一自聚焦透鏡(15)通過固定支架與旋轉套筒(2)固定,所述第二自聚焦透鏡(12)通過固定支架與靜止套筒(10)固定。3.一種光學探頭,包括設置在一透明保護套(1)中的旋轉組件和靜止組件,其特征在于,還包括一環形超聲馬達和一旋轉連接器,所述環形超聲馬達由環形超聲驅動轉子(8)和環形超聲驅動定子構成,所述旋轉連接器由旋轉連接器轉子(5’)和旋轉連接器定子(11’)構成;所述旋轉組件包括旋轉套筒(2),所述旋轉套筒(2)與所述環形超聲驅動轉子(8)固連,所述所述旋轉套筒(2)的筒壁上設有通光孔(4),所述旋轉連接器轉子(5’)固定在所述旋轉套筒(2)內,所述旋轉套筒(2)內固定有反射棱鏡(3),所述旋轉連接器轉子(5’)內固定有第一自聚焦透鏡(15);所述靜止組件包括靜止套筒(10),所述靜止套筒(10)與所述環形超聲驅動定子固連,所述旋轉連接器定子(11’)固定在所述靜止套筒(10)內,所述旋轉連接器定子(11’)內固定有與所述第一自聚焦透鏡(15)同軸的第二自聚焦透鏡(12);所述第一自聚焦透鏡(15)的入射端和所述第二自聚焦透鏡(12)的出射端均分別設有同軸的傳輸光纖;所述旋轉連接器定子(11’)與所述旋轉連接器轉子(5’)之間設有滾動軸承(6)。4.根據權利要求3所述光學探頭,其特征在于,所述傳輸光纖通過固定支架與所述旋轉連接器轉子(5’)或所述旋轉連接器定子(11’)固定。

說明書

技術領域

本發明涉及一種醫療及光學檢測儀器,尤其涉及一種具有可旋轉掃描功能的光學信號收發系統。

背景技術

隨著光電檢測技術的不斷發展,各種先進的探測技術被應用在工業和醫療領域。OCT(光學相干層析技術,Optical?Coherence?Tomography)就是其中一種檢測技術,它利用弱相干光干涉儀的基本原理,檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號,通過掃描,可得到生物組織二維或三維結構圖像。目前這種技術主要應用在醫療領域,該技術在進行生物醫學檢測時對探頭提出了嚴格的要求,探頭要盡可能的小、還要可以進行360度掃描、工作過程中要穩定沒有噪聲、不受電磁干擾等等。到目前為止國內外就該技術和相關探頭的研究已有了很多的報道。

美國專利文獻US20100228132A1中公開了名稱為《SYSTEMS?FOR?CONTROLLING?OPTICAL?PROBE?FUNCTIONS?DURING?MEDICAL?AND?VETERINARY?PROCEDURES》的一種光學檢測系統,這套檢測系統主要用于醫學檢測領域。該檢測系統包括了一個OCT探頭,它的驅動裝置位于探頭的后端,驅動裝置通過軟管連接前端的探頭,使探頭進行動態掃描。但是這種結構由于它的驅動裝置在探頭的后端而且還使用了兩個驅動裝置,會使它的體積比較大,此外,驅動裝置中是通過軟管連接探頭,在工作的過程中存在掃描不穩定的缺陷,而且使用壽命不會很長。

美國專利文獻US20050288582A1中公開了名稱為《Micro?Medical-Ultrasonic?Endoscopic?OCT?Probe》的一種超聲OCT探頭,這種探頭它的驅動裝置直接安裝在探頭里面,相比前面所說的雖然有了一定的改進。但是仍然存在一些問題,首先是它的驅動裝置的安裝問題,將驅動裝置精確的安裝在探頭內部,而且還要保證在動態掃描過程中的穩定性,這是很困難的。另外,驅動裝置的電源布線也會給探頭帶來一些電磁干擾。

美國專利文獻US007679754B2中公開了一種名稱為《Arterial?Probe?For?OCT》的一種用于動脈檢測的OCT探頭,這種探頭雖然只有一個驅動裝置,相比前面第一個來說結構簡單了一些,但是驅動裝置是位于探頭后端的,也是通過一根軟管來連接前端的探頭。這種探頭的不足之處是:一是工作過程中的不穩定性;二是由于軟管的使用壽命有限,從而導致探頭提前報廢。

中國專利公開號為CN102697455A,名稱為《OCT電子胃鏡系統》的專利文獻中報道了一種將驅動器置于探頭里面的技術方案,驅動器直接連著反射棱鏡,這種結構的缺點是安裝存在困難,而且驅動器直接連著棱鏡,在動態掃描過程中棱鏡反射光信號會存在不穩定的情況,導致反射光信號無法進入傳輸光纖。而且使用這種驅動器會產生噪聲,影響有用信息的采集,不利于檢測。

中國專利公開號為CN1593351A,名稱為《醫用經內窺鏡微型超聲—OCT探頭》的專利文獻中公開了一種將微型驅動器安裝于探頭端部的光學探頭,這種探頭結合了超聲換能片,在一定程度上擴展了檢測的功能,但是最大的問題在于掃描系統的穩定性和裝配的難易性,這種探頭也是將驅動器直接與棱鏡連接,掃描過程中會出現信號光傳輸的不穩定性,而且這種探頭結構比較復雜,特別是在安裝換能片和驅動器時,引線的布置是一個麻煩的問題。

發明內容

針對上述現有技術,本發明提供一種光學探頭,發揮了光纖旋轉連接器和環形超聲馬達的優點,可以穩定傳輸光學信號,并且具有結構簡單、易于裝配、工作時沒有噪聲、穩定地進行旋轉掃描、不受電磁干擾、成本較低的特點。

為了解決上述技術問題,本發明光學探頭予以實現的一個技術方案是:包括設置在一透明保護套中的旋轉組件和靜止組件,還包括一環形超聲馬達,所述環形超聲馬達由環形超聲驅動轉子和環形超聲驅動定子構成;所述旋轉組件包括旋轉套筒,所述旋轉套筒與所述環形超聲驅動轉子固連,所述旋轉套筒的筒壁上設有通光孔,所述旋轉套筒內固定有反射棱鏡和第一自聚焦透鏡;所述靜止組件包括靜止套筒,所述靜止套筒與所述環形超聲驅動定子固連,所述靜止套筒內固定有與所述第一自聚焦透鏡同軸的第二自聚焦透鏡;所述第一自聚焦透鏡的入射端和所述第二自聚焦透鏡的出射端均分別設有同軸的傳輸光纖;所述靜止套筒與所述旋轉套筒之間設有滾動軸承。

本發明光學探頭予以實現的另一個技術方案是:包括設置在一透明保護套中的旋轉組件和靜止組件,還包括一環形超聲馬達和一旋轉連接器,所述環形超聲馬達由環形超聲驅動轉子和環形超聲驅動定子構成,所述旋轉連接器由旋轉連接器轉子和旋轉連接器定子構成;所述旋轉組件包括旋轉套筒,所述旋轉套筒與所述環形超聲驅動轉子固連,所述所述旋轉套筒的筒壁上設有通光孔,所述旋轉連接器轉子固定在所述旋轉套筒內,所述旋轉套筒內固定有反射棱鏡,所述旋轉連接器轉子內固定有第一自聚焦透鏡;所述靜止組件包括靜止套筒,所述靜止套筒與所述環形超聲驅動定子固連,所述旋轉連接器定子固定在所述靜止套筒內,所述旋轉連接器定子內固定有與所述第一自聚焦透鏡同軸的第二自聚焦透鏡;所述第一自聚焦透鏡的入射端和所述第二自聚焦透鏡的出射端均分別設有同軸的傳輸光纖;所述旋轉連接器定子與所述旋轉連接器轉子之間設有滾動軸承。

與現有技術相比,本發明的有益效果是:

本發明與以往的光學探頭相比,由于結合了旋轉連接器和環形超聲馬達,使得探頭在結構上變得簡單,馬達的定子和轉子分別集成在靜止套筒和旋轉套筒上,易于裝配。同時,現有的技術最大的缺點就是使用壽命短,通常應用于醫療或光學檢測儀器中的馬達是位于內窺鏡探頭后端,并通過一根軟管來連接到前端探頭,這種實現方式致命的缺點是軟管的使用壽命決定了整個探頭的使用壽命。而本發明的一個優點就是旋轉套筒與靜止套筒通過旋轉連接器組合在一起,馬達直接驅動旋轉套筒旋轉,不需要軟管連接,延長了整個探頭的使用壽命;另外一個優點是操作簡單,沒有復雜的操作過程;最后就是該探頭的旋轉部分沒有超聲換能器和電源線等零部件,所以工作時不受電磁干擾。本發明操作簡單、工作過程中不受電磁干擾,可以實現360度的旋轉掃描,其市場前景廣闊,具有良好的技術轉化基礎;同時還具有廣泛的社會效益。

附圖說明

圖1是本發明光學探頭一技術方案的結構示意圖;

圖2是本發明光學探頭另一技術方案的結構示意圖;

圖中:1-透明保護套,2-旋轉套筒,3-反射棱鏡,4-通光孔,5’-旋轉連接器轉子,5、11、16-固定支架,6-滾動軸承,7-墊圈,8-環形超聲馬達轉子,9-環形超聲馬達定子,10-靜止套筒,11’-旋轉連接器定子,12-第二自聚焦透鏡,15-第一自聚焦透鏡,14-電源線,13、17-傳輸光纖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細地描述。

如圖1所示,本發明光學探頭的一個技術方案是,包括一環形超聲馬達和設置在一透明保護套1中的旋轉組件和靜止組件;所述環形超聲馬達由環形超聲驅動轉子8和環形超聲驅動定子9構成;所述旋轉組件包括旋轉套筒2,所述旋轉套筒2與所述環形超聲驅動轉子8固連,所述旋轉套筒2的筒壁上設有通光孔4,所述旋轉套筒2內固定有用于反射光信號的反射棱鏡3和第一自聚焦透鏡15,所述第一自聚焦透鏡15通過固定支架5與旋轉套筒2固定;所述靜止組件包括靜止套筒10,所述靜止套筒10與所述環形超聲驅動定子9固連,所述靜止套筒10內固定有與所述第一自聚焦透鏡15同軸的第二自聚焦透鏡12,所述第二自聚焦透鏡12通過固定支架11與靜止套筒10固定;所述第一自聚焦透鏡15的入射端和所述第二自聚焦透鏡12的出射端均分別設有同軸的用于傳輸光信號的傳輸光纖17和13,設置在第一自聚焦透鏡15的入射端的所述傳輸光纖17通過固定支架16與旋轉套筒2固定,設置在所述第二自聚焦透鏡12的出射端的傳輸光纖13通過固定支架(圖中未畫出)與靜止套筒10固定,所述靜止套筒10與所述旋轉套筒2之間設有并列布置的一對滾動軸承6,在兩個滾動軸承之間設有墊圈7,所述旋轉組件和靜止組件之間的相對旋轉是通過該對滾動軸承6實現的。

如圖1所示,本發明的上述技術方案實現光學探頭360度圖像掃描的過程是:當環形超聲馬達通過電源線14接通電源后,通過環形超聲馬達定子9與環形超聲馬達轉子8之間的摩擦力(由于環形超聲馬達轉子8集成固定在旋轉套筒2上)使整個旋轉套筒2作360度旋轉,旋轉套筒在旋轉過程中進行360度的掃描,掃描的光信號通過通光孔4入射到反射棱鏡3而后又被反射棱鏡3反射到第一自聚焦透鏡15中,第一自聚焦透鏡15輸出平行光,該平行光再進入靜止的第二自聚焦透鏡12,通過傳輸光纖13輸出掃描信息,如圖1中箭頭所示。

如圖2所示,本發明光學探頭的另一技術方案結合了光纖旋轉連接器和環形超聲馬達的優點,其結構是包括設置在一透明保護套1中的旋轉組件和靜止組件,所述旋轉組件和靜止組件兩部分通過旋轉連接器結合在一起,所述旋轉連接器由旋轉連接器轉子5’和旋轉連接器定子11’構成;還包括一環形超聲馬達,所述環形超聲馬達由環形超聲驅動轉子8和環形超聲驅動定子構成,所述旋轉組件包括旋轉套筒2,所述旋轉套筒2與所述環形超聲驅動轉子8固連,所述旋轉套筒2的筒壁上設有通光孔4,所述旋轉連接器轉子5’固定在所述旋轉套筒2內,所述旋轉套筒2內固定有反射棱鏡3,所述旋轉連接器轉子5’內固定有第一自聚焦透鏡15;所述靜止組件包括靜止套筒10,所述靜止套筒10與所述環形超聲驅動定子固連,所述旋轉連接器定子11’固定在所述靜止套筒10內,所述旋轉連接器定子11’內固定有與所述第一自聚焦透鏡15同軸的第二自聚焦透鏡12;所述第一自聚焦透鏡15的入射端和所述第二自聚焦透鏡12的出射端均分別設有同軸的傳輸光纖,設置在所述第一自聚焦透鏡15入射端的傳輸光纖通過固定支架16與所述旋轉連接器轉子5’固定,設置在所述第二自聚焦透鏡12出射端的傳輸光纖13通過固定支架(圖中未畫出)與所述旋轉連接器定子11’固定,所述旋轉連接器定子11’與所述旋轉連接器轉子5’之間設有并列布置的一對滾動軸承6,在兩個滾動軸承之間設有墊圈7,所述旋轉組件和靜止組件之間的相對旋轉是通過旋轉連接器實現的。

如圖2所示,本發明的上述另一技術方案實現光學探頭360度圖像掃描的過程是:當環形超聲馬達通過電源線14接通電源后,環形超聲馬達定子9集成固定在靜止套筒10上,環形超聲馬達轉子8集成固定在旋轉套筒2上,環形超聲馬達定子9與環形超聲馬達轉子8之間會產生摩擦力,由于靜止套筒和旋轉套筒通過旋轉連接器結合在一起,因而整個旋轉套筒2作360度旋轉掃描,掃描的光信號通過通光孔4入射到反射棱鏡3而后又被反射棱鏡3反射到第一自聚焦透鏡15中,輸出平行光,平行光再進入第二自聚焦透鏡12并通過傳輸光纖13輸出掃描信息,如圖2中箭頭所示。

盡管上面結合圖對本發明進行了描述,但是本發明并不局限于上述的具體實施方式,上述的具體實施方式僅僅是示意性的,而不是限制性的,本領域的普通技術人員在本發明的啟示下,在不脫離本發明宗旨的情況下,還可以作出很多變形,這些均屬于本發明的保護之內。

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