專利名稱：具有液體透鏡的自動對焦口腔內窺鏡的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及口腔內成像內窺鏡系統。更具體地，本發明涉及具有液體透鏡的緊湊型自動對焦口腔內窺鏡。
背景技術：
常規地，在口腔正畸學中，在治療患者的牙齒之前，患者牙齒的照片在治療前被拍攝并且被存儲為數據，而治療計劃以那些照片為基礎來制定。另外，在口腔正畸治療的過程期間，牙醫或助理拍攝口腔內部的照片以將它們存儲為數據用于使得牙醫和患者兩者都了解治療進展以及用作學術會議上的演示材料。口腔內窺鏡在本領域中已知是有用的。口腔的圖像可以為了診斷、治療、患者教育等目的被顯示。一般地，口腔內窺鏡包括照明模塊、透鏡模塊和電子部件。照明模塊被用于提供足夠的光來照亮牙齒。偏振的照明可以去除鏡面反射。對于老式的口腔內窺鏡，采用鹵素燈和光纖來傳輸光。現在，由于諸如尺寸小、壽命長和光通量高等多個優勢，使用白色LED的口腔內窺鏡變得越來越受歡迎。口腔內窺鏡應該能夠執行口腔內獲取、弓形獲取(arch acquisition)、微笑獲取等等。在這方面，內窺鏡的透鏡模塊必須在從Imm到無窮的大范圍的工作距離中具有大的 DOF和寬的F0V。內窺鏡將被用在大的工作距離范圍中并且必須保持大的D0F。因而，焦距調整對于保證好的成像質量是必須的。對于大多數的口腔內窺鏡，焦距調整通過手動地調整透鏡與傳感器之間的距離來執行。但是這個方法不方便牙醫操作。一些口腔內窺鏡將使用可以提供大的DOF的小NA 來取代焦距調整。但是小NA光學系統不可以提供高分辨率并且將提高光通量。雖然這樣的系統可以在它們的特定應用上獲得一定程度的成功，但對于提供具有自動焦距調整的口腔內窺鏡是有需求的。
發明內容
本發明的目標是提供自動對焦口腔內窺鏡。該自動對焦口腔內窺鏡包括用于提供照明光的照明模塊、成像器和用于收集從對象反射的光并且將所述光聚焦到所述成像器上的透鏡系統，其中所述透鏡系統還包括至少一個液體透鏡，該液體透鏡包括填充有第一液體以及與所述第一液體接觸的第二液體的容器(vessel)，所述第一和第二液體是不互溶的，它們具有不同的光學指數并且具有大體上相同的密度；其中所述透鏡系統還包括驅動器集成電路，該驅動器集成電路施加可變電壓來控制所述透鏡的焦距長度。這個目標只通過示意性的示例的方式被給出，并且這樣的目標可以是本發明的一個或更多實施例的示例。通過所公開的發明自然地獲得的其它理想的目標和優勢可以被本領域的技術人員想到或者對于本領域的技術人員是顯而易見的。本發明由所附權利要求限定。根據本申請的緊湊式口腔內窺鏡為自動對焦提供了具有液體透鏡的小尺寸和簡單結構，這降低了內窺鏡的復雜度并且改善了性能。
如附圖所示意的那樣，從以下對本發明的實施例更具體的描述中，本發明的上述及其它目標、特征以及優勢對于本領域的技術人員將是顯而易見的。附圖的元件不一定相對于彼此成比例。圖1示出了液體透鏡的基本結構；圖2示出了液體透鏡的工作原理；圖3示出了具有液體透鏡的口腔內窺鏡的基本系統結構；圖4示出了根據圖3的具有液體透鏡的口腔內窺鏡的示例；圖5示出了根據圖3的口腔內窺鏡的設計流圖。
具體實施例方式以下是對本發明的優選實施例的詳細描述，對附圖進行了參考，其中相同的參考標號標識若干幅圖的每一幅中的相同結構元件。參照圖1，液體透鏡100 —般地包括密度相等的兩種類型的液體，所述兩種類型的液體被夾在兩個透明窗107之間的錐形容器中。在這個實施例中，一種液體是水103，其導電，而另一種液體是油101，其起蓋子的作用，從而允許工程師利用固定容積的水，并且其提供了對光軸105的穩定性的度量。透鏡100還包括與油101絕緣但與水103電接觸的電極 109和113 ；并且可變電壓可以被選擇性地施加于電極。絕緣體111被放置在電極109與電極113之間以將它們隔開。油101與水103之間的界面將根據跨錐體結構所施加的電壓來改變其形狀。如圖1(a)所示，當施加零電壓時，該表面是平的。當將電壓提高到40伏時， 油101的表面變為高度凸起，如圖1(b)所示。以這種方式，液體透鏡可以借助于改變電極上所施加的電壓來得到所需的折射力。圖2示出了根據圖1的液體透鏡100的工作原理。液體透鏡100基于下面所描述的電潤濕現象工作水滴103被放置在薄的絕緣層所覆蓋的、由金屬制成的基片上。施加于基片的電壓產生靜電壓力來迫使液體改變其形狀以便修改液滴的接觸角度。液體透鏡采用兩種等密度的液體一種是絕緣體101而另一種是導體103。電壓的變化導致了液-液界面的曲率的改變，該改變轉而導致透鏡的焦距長度的改變。圖3是包括圖像處理LSI (大規模集成電路)301、驅動器IC (集成電路)303、液體透鏡100和固體透鏡305以及成像元件307的示例的自動對焦口腔內窺鏡。其中驅動器IC 303被用于為液體透鏡100提供可變電壓，成像元件307被用于捕獲圖像，而圖像處理LSI 301被用于處理由成像元件305所捕獲的圖像。液體透鏡100被用于自動對焦而固體透鏡 305在這里主要負責成像。在其它實施例中，固體透鏡還可以被液體透鏡取代。圖4示意了具有液體透鏡的口腔內窺鏡的示例。如所示的那樣，透鏡100和304 被安置在對象401與成像元件307之間。并且具體地說，液體透鏡305被安置在成像透鏡 100與成像元件307之間。換句話說，其順序是對象401、成像透鏡100、液體透鏡305和成像元件307。這些部件以這種方式被布置以便液體透鏡305可以對于不同的工作距離被調整來幫助成像透鏡100在成像元件307上形成圖像。在這里，固體透鏡通常被用作成像透
鏡 O
圖5提供了口腔內窺鏡的光學設計的流圖。首先，確定液體透鏡在口腔內窺鏡中的位置；進而液體透鏡的光功率對應于口腔內窺鏡的不同工作距離被計算以確定光功率是否在液體透鏡能力的范圍內。如果光功率超出所述范圍，那么液體透鏡的位置應該被重新設置并且進而為所述確定結果重新計算光功率。如果光功率確實滿足所述范圍，這意味著所述位置是適當的，那么本設計結束。已具體參考了當前優選的實施例詳細描述了本發明，但將理解的是可在本發明的精神和范圍內實現變化和修改。因此，當前所公開的實施例被認為是在所有方面都為示意性的而不是限制性的。本發明的范圍由所附權利要求指示，并且落在其等同含意和范圍內的所有改變都旨在被包括在其中。
權利要求
1.一種自動對焦口腔內窺鏡，其包括用于提供照明光的照明模塊；成像器；以及用于收集從對象反射的光并且將所述光聚焦到所述成像器上的透鏡系統；其中所述透鏡系統還包括至少一個液體透鏡，該液體透鏡包括填充有第一液體以及與所述第一液體接觸的第二液體的容器，所述第一和第二液體是不互溶的，它們具有不同的光學指數并且具有大體上相同的密度；其中所述透鏡系統還包括驅動器集成電路，該驅動器集成電路施加可變電壓來控制所述透鏡的焦距長度。
2.如權利要求1所述的自動對焦口腔內窺鏡，其中所述透鏡系統還包括至少一個固體透鏡。
3.如權利要求1所述的自動對焦口腔內窺鏡，其中所述第一液體是導體而所述第二液體是絕緣體。
4.如權利要求1所述的自動對焦口腔內窺鏡，其中所述照明系統包括LED。
5.如權利要求1所述的自動對焦口腔內窺鏡，其中所述透鏡系統包括光軸，并且其中所述電子成像器位于所述光軸上。
全文摘要
自動對焦口腔內窺鏡包括用于提供照明光的照明模塊、成像器(307)和用于收集從對象反射的光并且將所述光聚焦到所述成像器上的透鏡系統，其中所述透鏡系統還包括至少一個液體透鏡，該液體透鏡包括填充有第一液體(103)以及與所述第一液體接觸的第二液體(101)的容器，所述第一和第二液體是不互溶的，它們具有不同的光學指數并且具有大體上相同的密度；其中所述透鏡系統還包括驅動器集成電路(303)，該驅動器集成電路施加可變電壓來控制所述透鏡的焦距長度。根據本申請，具有小尺寸和簡單結構的緊湊型自動對焦口腔內窺鏡被提供，其降低了內窺鏡的復雜度并且改善了性能。
文檔編號G02B23/24GK102264275SQ200880132074
公開日2011年11月30日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者J·張, T·王, Z·E·劉 申請人:卡爾斯特里姆保健公司