多角度后视内窥镜以及操作其的方法

摘要

一种后视内窥镜包括刚性段，所述刚性段具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔。所述刚性段具有纵向长度并且限定了纵轴(LAR)。所述内窥镜还包括：柔性段，所述柔性段具有近端和远端，其中，所述近端被耦合到所述刚性段的所述第二端；以及成像单元，所述成像单元具有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述成像单元的所述第二端被耦合到所述柔性段的所述远端。所述内窥镜的物镜组件包括位于所述成像单元的所述腔内的互补多带带通滤波器(CMBF)对。所述CMBF对穿过其中的经准直的图像射线进行滤波，从而输出经滤波的图像射线。相机或探测器接收所述经滤波的图像射线，并形成对应的视频信息以用于立体成像。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年9月27日递交的美国临时专利申请序列号 61/539842的权益，在此通过引用将其整体并入本文。

本文描述的发明是在NASA合同下的工作的执行中做出的，并且受公 法96-517(35USC202)的规定，其中，订约人已选择保留标题。

此外，在此通过引用将以下专利或专利申请中的每个整体并入本文：

(1)Shahinian的题为“Remote Manipulator with Eyeballs”的美国专利 No.7601119B2，其于2006年4月25日递交，并于2009年10月13日发 布；

(2)Manohara等人的题为“Endoscope and System and Method of  Operation thereof”的美国专利申请公开No.2009/0187072Al，其于2008年 12月18日递交；

(3)Shahinian等人的题为“Stereo Imaging Miniature Endoscope with  Single Imaging Chip and Conjugated Multi-Bandpass Filters”的美国专利申请 公开No.2011/0115882Al，其于2010年11月15日递交；以及

(4)美国专利申请序列号13/628788，其于2012年9月27日递交， 并且被公开为Shahinian等人的美国专利申请公开No.，其要求2011年 9月27日递交的题为“Programmable Spectral Sourse and Design Tool for3D  Imaging Using Complementary Bandpass Filters”的美国临时专利申请序列号 61/539808的优先权。

技术领域

本系统一般涉及医学成像系统，并且更具体地涉及能够提供前视图和 后视图的具有可调节视角的内窥镜观看系统，以及其操作方法。

背景技术

微创流程能够包括手术和其他流程，其通常比传统的开放流程(例如 开放手术)侵入性更小。典型的微创手术(MIS)流程通常涉及操纵能够通 过开口或切口插入的一个或多个内窥镜设备以及内窥镜等，以观察手术区 (或场)。

在微创内窥镜(例如腹腔镜)手术流程期间，外科医师通常利用内窥 镜观看手术场，并由此采集在手术场中的解剖结构的清晰视图。由于微创 手术通常是通过小的开口或切口执行的，因此外科医师不能直接观看手术 场，而必须依赖内窥镜以提供手术场的图像。由于内窥镜所穿过的小的开 口或切口通常约为硬币大小，因此内窥镜在手术场内的操作范围通常受限。 此外，由于大多数内窥镜通常提供与后视图相对的向前视线图像，外科医 师可能不得不在微创手术流程期间依赖对手术场的妥协视图。

相对于内窥镜，这些设备通常落入两种类型：固定(或刚性)型和柔 性型。固定型通常包括固定体部分，并且柔性型通常包括柔性体部分。

关于典型的固定型内窥镜，在该类型的内窥镜上的观看部分(其被用 于获得实时图像)仅提供与后视图(例如朝向内窥镜的把手侧的视图)相 对的前视图。因此，典型的固定型内窥镜仅能够提供操作场的前视图。因 此，为了获得手术场的后视图，可能需要将另一内窥镜插入另一切口。然 而，做出另一切口可能并不总是可能的，并且也可能对患者以及对正被执 行的手术流程有不利影响。例如，可能难以或不可能使用第二固定型内窥 镜，以在颅手术期间获得后视图。此外，常规的柔性内窥镜可能不太适合 颅手术，因为它们通常仅能提供大半径弯曲。

此外，关于柔性型内窥镜，尽管能够操纵该内窥镜以移动观看部分， 但难以确定观看部分位于何处以及观看部分指向的方向。因此，难以确定 柔性型内窥镜的观看取向，并因此难以确定相对于手术场的空间取向。此 外，尽管能够操纵常规柔性型内窥镜以形成弯曲，但这些弯曲为大半径弯 曲，并且不太适合颅MIS流程。因此，柔性型内窥镜可能不适用于在手术 期间观看手术场。

发明内容

因此，需要能够提供手术场的后视图的内窥镜。本发明的系统、方法、 装置和设备(后文指系统，除非上下文另有指示)的一个目的是克服常规 系统和设备的缺点。根据一个示例性实施例，一种医学成像系统可以包括 内窥镜，所述内窥镜包括：具有相对的第一端和第二端以及位于所述第一 端与所述第二端之间的开口的刚性段，所述刚性段限定了纵轴；把手部分， 其被耦合到所述刚性段的第一端，并且具有适合由用户抓握的第一剪刀型 把手和第二剪刀型把手；以及底座部，其具有图像捕获设备，所述底座部 位于所述刚性段的所述第二端并且被耦合到所述剪刀型把手的第一把手， 使得所述剪刀型把手中的一个相对于所述剪刀型把手中的另一个的位移引 起图像捕获设备的观看方向的改变。

除了或代替在所述内窥镜的近端处的剪刀型把手，可以使用任意其他 合适的移动器件，例如操纵杆，其控制致动器以响应于操作者移动操纵杆 而提供所述内窥镜的远端的移动。所述操纵杆可以在所述内窥镜的近端处 和/或无线连接到所述内窥镜的致动器。

根据本系统的一个方面，公开一种后视内窥镜，包括：刚性段，其具 有第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述刚性 段具有纵向长度并限定了纵轴(LAR)；柔性段，其具有近端和远端，所述 近端被耦合到所述刚性段的所述第二端；成像单元，其具有第一端和第二 端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述成像单元的所述第二 端被耦合到所述柔性段的所述远端；物镜组件，其包括位于所述成像单元 的所述腔内的互补多带(例如，三带)带通滤波器(CMBF)对，以对穿过 其中的经准直的图像射线进行滤波，从而输出经滤波的图像射线；以及相 机，其接收所述经滤波的图像射线，并形成对应的视频信息以用于立体成 像。

设想物镜组件可以包括第一透镜组，其中，由所述第一透镜组准直穿 过所述CMBF对的所述经准直的图像射线。此外，穿过所述CMBF对的所 述经准直的图像射线可以具有小于或等于阈值入射角(TAOI)值的最小入 射角(AOI)。而且，所述TAOI可以具有为25度的值。此外，物镜组件还 可以包括第二透镜组，所述第二透镜组接收来自所述CMBF对的所述经滤 波的图像射线，并将所述经滤波的图像射线聚焦在成像平面上。而且，所 述相机还可以包括在所述成像平面处的探测器阵列，所述探测器阵列探测 被聚焦在所述成像平面上的所述经滤波的图像射线，并形成对应的立体图 像信息。还设想CMBF对可以被形成在所述第二透镜组的透镜的表面上和/ 或被形成在位于所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的双孔径透镜上， 其中，右孔径具有右CMBF并且左孔径具有左CMBF，其中，右CMBF为 左DMBF的补充。

根据本系统的另一方面，提供一种形成后视内窥镜以捕获对象的立体 图像的方法，所述方法可以包括以下中的一个或多个动作：获得刚性段， 所述刚性段具有第一端和第二端以及位于所述第一端与第二端之间的腔， 所述刚性段具有纵向长度并且限定了纵轴(LAR)；将柔性段耦合到所述刚 性段；将成像单元耦合到所述柔性段，所述成像单元具有第一端和第二端 以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔；放置物镜组件，所述物镜组 件包括在所述成像单元的所述腔内的互补多带带通滤波器(CMBF)对，所 述CMBF被配置为对入射在其上的图像射线进行滤波并输出对应的经滤波 的图像射线；并且将具有传感器阵列的相机放置在所述腔中并放置到所述 CMBF对的第一侧。

所述方法还可以包括在所述透镜组件中并且关于所述CMBF的相对侧 放置第一透镜组和第二透镜组的动作，其中，所述第一透镜组被配置为对 穿过其中的图像射线进行准直，并将经准直的图像射线提供给所述CMBF 对。而且，所述第一透镜组可以被配置为使得所述经准直的图像射线具有 小于或等于阈值入射角(TAOI)值的最小入射角(AOI)。所述TAOI值可 以为25度。然而，也设想到其他值和/或范围。而且，设想所述第二透镜组 可以被配置为：接收从所述CMBF对输出的所述经滤波的图像射线；并且 将所述经滤波的图像射线聚焦在所述相机的所述传感器阵列上。此外，所 述相机可以被配置为处理被聚焦在所述传感器阵列上的所述图像射线，并 形成对应的立体图像信息。所述方法还可以包括在所述第二透镜组的透镜 的表面上形成所述CMBF对，和/或将限制孔径部分放置在所述第一透镜组 与所述第二透镜组之间并在所述限制孔径的表面上形成所述CMBF对的动 作。

根据本系统的又一方面，公开一种使用后视内窥镜捕获对象的立体图 像的方法，所述后视内窥镜具有物镜组件、限制孔径和相机，所述物镜组 件具有第一透镜组和第二透镜组以及位于所述第一透镜组与所述第二透镜 组之间的互补多带带通滤波器(CMBF)对，所述相机具有传感器阵列，所 述方法可以包括以下动作中的一个或多个：由所述第一透镜组接收所述对 象的图像射线；由所述第一透镜组，准直所接收的图像射线，以形成经准 直的图像射线并将所述经准直的图像射线提供给所述CMBF对；由所述 CMBF对，对所述经准直的图像射线进行滤波，以形成对应的经滤波的图 像射线；由所述第二透镜组，将所述经滤波的图像射线聚焦在所述相机的 所述传感器阵列上；以及由所述相机的所述传感器，感测所聚焦的经滤波 的图像射线，并形成对应的立体图像信息。

根据所述方法，所述经准直的图像射线可以被提供给所述CMBF对， 所述经准直的图像射线具有小于或等于阈值入射角(TAOI)值的最小入射 角(AOI)。此外，所述TAOI值可以为25度。所述方法还可以包括由所述 限制孔径控制所述经准直的图像射线的强度水平的动作。

附图说明

参考附图并且以举例的方式进一步详细解释本发明，其中：

图1示出根据本系统的实施例的内窥镜的侧视图；

图2为根据本系统的实施例的在图1中示出的内窥镜的示意性框图；

图3A为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；

图3B为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；

图3C为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；

图3D为根据本系统的实施例的在图3C中示出的内窥镜的部分的侧视 图；

图3E为根据本系统的实施例的在图3C中示出的内窥镜的部分的另一 侧视图；

图4A为根据本系统的实施例的链接对的透视图；

图4B为根据本系统的实施例的在中立位置的链接对的透视图；

图4C为根据本系统的实施例的链接对的前视图；

图4D为根据本系统的实施例的链接对的俯视图；

图4E为根据本系统的实施例的图4B的链接对的分解透视图；

图4F为根据本系统的实施例的图4B的链接对的分解前视图；

图4G为根据本系统的实施例的图4B的链接对的分解侧视图；

图4H为根据本系统的实施例的第二链接的侧向透视图；

图4I为根据本系统的实施例的沿图4F的线4I-4I取得的第二链接411B 的平面图；

图4J为根据本系统的实施例的链接对411的仰视图；

图4K为根据本系统的实施例的另一链接对的前视图；

图5A为根据本系统的实施例的链接对的分解透视图；

图5B为根据本系统的实施例的图5的链接对的分解前视图；

图5C为根据本系统的实施例的图5A的所述链接对的分解侧视图；

图6为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；

图7为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；

图8为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的侧视图；

图9A为根据本系统的实施例的链接对的部分的侧视图；

图9B为根据本系统的实施例的被旋转90度的链接对的部分的侧视图；

图9C为根据本系统的实施例的被旋转45度的链接对的部分的侧视图；

图10A为根据本系统的实施例的内窥镜1000的部分的部分剖视透视 图；

图10B为根据本系统的实施例的内窥镜的部分的剖视侧视图；

图10C为根据本系统的实施例的沿线10C-10C取得的内窥镜的CMBF 对的前视图；

图10D为根据本系统的实施例的另一CMBF对的前视图；

图10E为根据本系统的实施例的，光透射通过理想的互补三带带通 CMBF对的谱图；

图11示出流程图，其图示在根据本系统的实施例的内窥镜系统上执行 的过程；

图12为根据本系统的实施例的透镜阵列的剖视侧视图；

图13A为根据本系统的实施例的，具有80度FOV的透镜阵列的光线 踪迹；

图13B为针对具有80度FOV的透镜阵列的，方波MTF相对特定频率 的图的截图；

图13C为针对具有80度FOV的透镜阵列的，相对照度相对Y场的图 的截图；

图14A、图15A、图16A、图17A、图18A和图19A分别示出根据本 系统的实施例的，100、120、130、140、150和/或160度FOV透镜的光线 踪迹；

图14B、图15B、图16B，以及图17B、图18B和图19B分别示出根 据本系统的实施例的，针对100、120、130、140、150和/或160度FOV透 镜的相对照度相对Y场的图；

图14C、图15C、图16C、图17C、图18C和图19C分别示出根据本 系统的实施例的，针对100、120、130、140、150和/或160度FOV透镜的 相对照度相对Y场的图；

图20示出根据本系统的实施例的系统的部分；并且

图21示出被用于控制致动器以定位所述成像单元的代码的部分。

具体实施方式

下文对特定示范性实施例的描述仅是示范性的，并且不意图以任何方 式限制本发明或其应用或使用。在下文对本系统和方法的实施例的详细描 述中，参考了附图，所述附图形成本系统和方法的部分，并且其中，以图 示的方式示出可以在其中实践所描述的系统和方法的具体实施例。这些实 施例得以充分详细地描述，以使得本领域技术人员能够实践当前所公开的 系统和方法，并且应理解，可以利用其他实施例并且可以做出结构和逻辑 性的改变，而不偏离本系统的精神和范围。

以下详细的描述因此不被考虑为限制意义，并且本系统的范围仅由权 利要求书限定。附图中的附图标记的(一个或多个)前导数位在本文中通 常对应于图号。而且，出于清楚的目的，当特定特征对本领域技术人员而 言是显而易见的时，将不讨论对它们的详细描述，以不使本系统的描述含 糊不清。

在一个实施例中，提供用于使用后视内窥镜，系统性地观看可以包括 器官的手术场的系统、装置、设备和/或方法，以便使内窥镜流程标准化， 这可以减少手术时间。因此，医学成本和操作时间可以得以减少，并且护 理质量可以得以提升。

图1中示出根据本发明的实施例的内窥镜100的侧视图。细长段(或 筒状段)102具有近端102B和远端102A以及位于其之间的腔118。细长段 102可以限定纵轴(LA)。细长段102的近端102B经由机械耦合110被耦 合到控制部分，所述控制部分例如包括致动单元104，并且远端102A被耦 合到柔性部分108。柔性部分108包括以串行方式耦合的多个链接111。成 像单元106具有分别的近端106B和远端106A，近端106B经由柔性部分 108被耦合到细长段102。成像单元106包括腔，诸如静态相机或视频相机 的图像捕获设备150位于所述腔中。成像单元106具有纵轴(LAI)，其为 了清楚，可以与图像捕获设备106的瞄准线(LOS)一致。然而，在其他的 实施例中，设想所述LOS可以相对于所述LAI改变或不同于所述LAI。成 像单元106可以相对于细长段102关于一个或多个轴旋转(例如参见箭头 109)，以提供如由箭头109图示的后视图像。因此，由所述LOS与所述LA (在一个或多个平面中)的交叉形成的角(α)可以具有基本上0至+/-180 度的范围。然而，也设想其他范围，例如0至+/-140度，或者例如，0至+/- 图像捕获设备106的半视场(FOV)，如将在其他地方讨论的，其中，图像 捕获设备106的所述FOV为90度，例如，并且因此提供平行于所述细长 段102的纵轴(LA)的后视图。

细长段102的近端102B经由机械耦合110被耦合到控制部分104。机 械耦合110被配置为被耦合到定位联动装置和/或用户接口设备112，例如 臂、把手、操纵杆、鼠标、键盘、触摸板或显示器、和/或任意其他用户接 口设备，其中，可以通过所述系统和/或使用用户接口设备112的用户控制 所述定位联动装置的位置。因此，所述机械耦合可以包括适于耦合到所述 定位联动装置的一个或多个表面和/或螺纹区。因此，例如，在特定实施例 中，所述联动装置可以被耦合到机械臂，可以经由上述用户接口设备112 中的任意等等，由系统和/或用户远程控制所述机械臂。然而，在其他的实 施例中，设想可以由用户手动操纵和/或控制所述联动装置，例如也经由用 户接口设备112中的任意。尽管机械耦合110位于细长段102与控制部分 104之间，但在其他的实施例中，设想细长段102位于控制部分104与机械 耦合110之间(并且与它们中的每个耦合)。

控制器114可以控制内窥镜110的整体操作，并且可以位于控制部分 104内或者可以整体或部分地位于其他地方。控制器114可以包括一个或多 个处理器，例如微处理器或其他逻辑设备，它们可以相对于彼此本地或远 程地安放。控制器114可以经由有线和/或无线(发射/接收(Tx/Rx))连接， 被耦合到致动器116、图像捕获设备150、存储器122、网络126、和/或用 户接口(UI)112。因此，控制器114、致动器116、图像捕获设备150、存 储器122、网络126和/或用户接口(UI)112中的一个或多个可以包括发射 器和/或接收器。UI112可以包括诸如显示器、扬声器、触觉设备等的渲染 设备中的一个或多个，以为了方便用户而渲染信息，例如定位信息、设置 信息、传感器信息、图像信息(例如，内容等)、定位信息(例如，用于报 告内窥镜100的一个或多个部分的位置)。而且，UI112可以包括用户输入 设备，例如鼠标、触摸板、操纵杆、键盘、触摸屏等。网络126可以包括 任意合适的网络，例如专有网络、局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特 网、内联网、本地总线等。控制器114可以从存储器122接收信息，并且 可以在其中存储信息(例如，图像信息等)。

可以使用任意合适的方法(例如一个或多个销、柔性耦合(例如活动 铰链)等)，将多个链接111(例如，包括形成链接对的第一链接和第二链 接)柔性耦合到彼此。可以使用例如由不锈钢制成的控制线120，控制链接 111中的一个或多个相对于彼此的移动，控制线120被附接到多个链接111 中的至少一个对应的链接111以及致动器116。致动器116可以包括一个或 多个致动器(例如，螺线管、电动机、电子控制电路、驱动器等)，以在控 制器114的控制下，控制控制线120中的每个的张力和/或位置。例如，如 果张紧件为形状记忆合金(SMA)线，则所述致动器可以包括SMA控制系 统，所述SMA控制系统可以从控制器114接收控制信号，并输出对应的电 流和/或电压，以控制一个或多个对应的SMA线的长度和/或张力。细长段 102的纵向长度可以被设置为使得具有针对期望伸展量的足够长度的控制 线可以被放置在细长段102的腔118内，而不折叠所述控制线。在被加热 时，所述控制线可以收缩已知量Δ_sma，已发现在使用Flexinol^TM作为控制线 材料时，当被加热到最大温度水平时，量Δ_sma为其总长度(L_sma)的约3％， 这在本系统的操作限制内。此外，假设链接要求控制线针对所述链接的全 偏转，关于其铰链轴(HA)行进距离D_cont(例如从0度到全偏转)，则可 以使用以下等式1限定Δ_sma、L_sma和D_cont之间的关系。

L_sma*A_sma＝D_cont   等式(1)

因此，假设链接要求D_cont＝3mm并且Δ_sma＝3％，则L_sma应被设定为 100mm。因此，可以如此设定细长段102的长度，使得可以使用该期望长 度的SMA。然而，如果较短长度的细长段是优选的，则可以例如通过绕一 个或多个张紧带轮缠绕所述SMA来将所述SMA折叠。此外，所述SMA 可以被卷绕，以增大单位线性长度的收缩率。已发现，角度(偏转)与力 的比率可以基本上为线性的。因此，可以使用线性数学方法，由例如所述 系统的控制器，容易地确定角度和/或力。控制线120可以贯穿细长段102 的腔118。可以关于一个或多个控制线120的至少一部分安放环或鞘，以为 所述控制线规定路线、绝缘所述控制线、和/或减少所述控制线与相邻部件 之间的摩擦。每个控制线120可以包括具有已知电阻R_SMA的形状记忆合金 (SMA)部分221(例如参见图2)。

图2为根据本系统的实施例的在图1中示出的内窥镜100的示意性框 图200。致动器116可以包括多个驱动器258，每个驱动器均包括开关252、 电源Vin，以及彼此串联耦合的限制电阻R。致动器控制器250可以被耦合 到控制器114以及驱动器258中的每个。因此，致动器控制器250可以处 理从控制器114接收的信号，并且输出对应的控制信号(例如，脉宽调制 (PWM)信号)，以根据从控制器114接收的信号控制对应的驱动器258。 所述PWM控制信号可以被耦合到驱动器258中的对应驱动器258的开关 (例如，门G)，以控制由驱动器258中的对应驱动器258输出的控制功率。 从控制器114接收的信号可以包括地址信息，其可以识别驱动器258中的 对应驱动器258以进行控制。因此，致动器控制器250可以包括可寻址设 备(例如，多路复用器(MUX))，以选择驱动器258中的驱动器258以进 行控制。可以提供传感器260，并且传感器260可以包括，例如温度传感器、 位置传感器(例如，旋转位置传感器、取向传感器等)、压力传感器、电流 /电压传感器等。传感器260可以向控制器114和致动器116中的一个或多 个提供对应的传感器信息，例如反馈(FDBK)信息(例如电流/电压反馈)。 所述FDBK信息(例如反馈信息的电流反馈信息)可以被控制器114处理， 以调节要被施加在对应的SMA221上的电流和/或电压。

驱动器258中的每个的输出(例如，经由源极S或漏极D)被相应地 在对应的控制线120的SMA221的至少一部分上电耦合。每个控制线120 被耦合到柱231以防止对应的控制线120的移动，并在连接123处被耦合 到对应的链接111，使得每个链接111包括控制线120的对。当控制线111 的张力增大时，其引起链接111关于其旋转轴(RA)的旋转。每个控制线 111的SMA部分221可以被加热，以引起其长度缩短，并因此增大张力。 为了加热SMA部分221，对应驱动器258可以在被耦合于其的SMA221 上施加电流或电压。由于用于控制SMA线的方法在本领域是已知的，将不 提供对其的进一步描述。

然而，在其他的实施例中，设想可以使用其他致动方法。例如，可以 使用电动机/滑轮、线缆驱动的系统、手动系统、齿轮驱动的旋转系统、线 性致动器、螺线管、磁性系统等。

控制器114可以经由诸如操纵杆213的用户输入设备接收用户输入， 处理所述用户输入，并控制致动器258相应地输出功率。图像捕获设备150 可以向控制器114传输内容，并且控制器114可以在所述系统的诸如显示 器213的UI上渲染所述内容，以方便用户。此外，控制器114可以将所述 内容和/或其他信息(例如，设置、参数、时间、元数据等等)存储在所述 系统的诸如存储器262的存储器上，以供后续使用。

图像捕获设备150可以包括用于捕获视频和/或静止图像，和/或用于使 用有线和/或无线方法传输这些捕获的图像的任意合适的设备。因此，图像 捕获设备150可以包括，例如以下中的一个或多个：控制器、互补金属氧 化物半导体(CMOS)阵列、电荷耦合器件(CCD)阵列、一个或多个光学 元件、电源、发射器。所述一个或多个光学元件可以根据需要包括透镜、 棱镜、反射镜、以及如在US2011/0115882中描述的CMBF(在此通过引用 将其整体并入本文)以及其他光学元件。在一个实施例中，设想所述图像 采集设备可以例如包括焦平面阵列，例如本领域已知的复合光学细微观测 模块(TOMBO)成像系统。在其他的实施例中，设想所述图像采集设备可 以包括封装的实时无线成像装置。在其他的实施例中，设想所述图像采集 设备可以例如包括数字成像相机，例如CMOS和/或CCD探测器。然而， 无论使用那种类型的图像采集设备，所述设备都应被配置并布置为使得在 期望时可以获得对应于手术场的后视图(例如，对应于后方视场)的图像。 尽管描述的是无线图像采集设备，也设想所述图像采集设备可以包括有线 的无线传输系统，其可以使用电连接和/或光纤链路传输采集的图像。

关于柔性部分108，该部分包括以模块化方式串行耦合到彼此的多个链 接111。每个耦合的链接对可以具有活动范围(RoM)，所述活动范围可以 由用户和/或系统设定。例如，一些耦合的链接对可以具有+/-60度的RoM， 而其他的可以具有+/10度的范围。此外，在其他的实施例中，可以采用不 对称的RoM。例如，+180至-20度的RoM，或0度(例如，从细长段102 的纵轴(LA))至约180度或更小的最大度阈值。因此，链接对的RoM可 以变化。此外，可以混合和/或匹配链接对。例如，通过将来自90度RoM 链接对的链接与来自45度RoM链接对的链接组合，可以得到具有((90+45) /2＝67.5度RoM链接对的RoM的链接对。此外，可以通过将链接对连续地 增加到彼此，获得期望的RoM。例如，可以将每个具有+-45度的RoM的 三个链接对连续地附接到彼此，以获得+/-135度RoM。参考图3A至图3E 更清楚地图示该情况，图3A至图3E图示根据本系统的实施例的柔性部分 308A-308C的实施例。

图21示出根据本系统的实施例的用于控制致动器的程序代码。

参考图3A至图3C，柔性部分308A至308C，分别地，将细长段302 耦合到远端部分306。细长段302类似于细长段102，并且远端部分306类 似于远端部分106。然而，图3A至图3E的柔性部分308A至308C，分别 地，包括模块化链接311A至311C，其每个分别具有不同的RoM。此外， 柔性部分308A至308C可以每个具有不同数目的链接311。此外，参考图 3A，柔性部分308A可以使用每个具有约+/-45度的RoM的两个链接311A (每个基本上类似于图1的链接111)提供(例如，远端部分306相对于细 长段302的)+/-90度的总体对称RoM。类似地，参考图3B，柔性部分308B 可以使用每个具有约+/-30度的RoM的三个链接311B提供+/-90度的类似 总体RoM。而且，参考图3C至3E，柔性部分308C可以使用，每个具有 在(52度/4度/链接)＝+13.0度与-(49/4)＝-12.25度之间的RoM的四个 链接311C提供在+52度(参见图3D)与-49度(参见图3E)之间的总体不 对称RoM。图3C图示中立位置，其中，远端部分306的纵轴(LA)相对 于细长段302为约0度，从而提供前视场(FOV)，前视场可能为插入到感 兴趣体积(VOI)中的期望位置。因此，假设柔性部分是使用具有总计N 个链接的一个或多个链接(i)形成的，则可以使用以下等式2表达柔性部 分的总体RoM。

     等式(2)

在图4A中示出根据本系统的实施例的链接对411的透视图。链接对 411是由分别的第一链接411A和第二链接411B形成的，它们被耦合到彼 此，从而关于如通过箭头491图示的链接轴LnA旋转。第一链接411A具 有分别的近端431和远端432，以及主体425，一个或多个开口417穿过主 体425。一个或多个开口417可以被配置为提供视频导管(例如光纤视频线， 等)、电力线和/或控制线穿过其中的通道。凸缘415从主体425延伸并且每 个均包括从其延伸的铰链销418。主体425可以在近端431包括装配用悬架 419。

第二链接411B具有主体429，以及分别的近端433和远端435，一个 或多个开口421穿过主体429。开口421被配置为提供视频导管(例如光纤 视频线，等)、电力线和/或控制线穿过其中的通道。凸缘413从主体429 延伸并且每个均包括开口427，开口427被配置为接纳铰链销418，以便被 耦合到第一链接411A并形成铰链。主体429的远端435包括开口421，开 口421被配置为接纳装配用悬架，例如装配用悬架419，或者细长段或远端 部分的装配用悬架。装配用悬架419可以被配置为(例如使用摩擦配合、 螺纹安装、粘合剂等)被耦合到毗邻链接411B的开口421或者细长段或远 端部分的开口。第一链接411A和/或第二链接411B可以包括附接部分423， 附接部分423被配置为固定附接一个或多个控制线。可以调节附接部分423 的位置，以便当被附接到附接部分423的控制线被完全张紧时，获得全旋 转。

在图4B中示出根据本系统的实施例在中立位置的链接对411的另一透 视图。在所述中立位置中，第一链接411A和第二链接411B相对于彼此关 于它们对应的链接轴LnA被旋转约0度，并且可以被视为关于链接轴LnA 基本上彼此对齐。

在图4C中示出根据本系统的实施例的链接对411的前视图。

在图4D中示出根据本系统的实施例的链接对411的俯视图。

在图4E中示出根据本系统的实施例的图4B的链接对411的分解透视 图。为了说明，第二链接被示为关于其纵轴LLA旋转约90度。

在图4F中示出根据本系统的实施例的图4B的链接对411的分解前视 图。

在图4G中示出根据本系统的实施例的图4B的链接对411的分解侧视 图。

在图4H中示出根据本系统的实施例的第二链接411B的侧向透视图。

在图4I中示出根据本系统的实施例的，沿图4F的线41-41取得的第二 链接411B的平面视图。

在图4J中示出根据本系统的实施例的链接对411的仰视图。

在图4K中示出根据本系统的实施例的另一链接对411K的前视图。链 接对411K包括分别的第一链接411AK和第二链接411BK，它们分别与图 4A的第一链接411A和第二链接411B相似。然而，第一链接411AK包括 单个中心凸缘415K而非第一链接411A的两个凸缘415。此外，第二链接 411BK包括凸缘413K，凸缘413K被配置为适配并接合单个中心凸缘415K， 而非位于链接对411的凸缘415之间。

在图5A中示出根据本系统的实施例的链接对511的分解透视图。链接 对511包括分别的第一链接511A和第二链接511B。第一链接511A类似于 图4A的第一链接411A。因此，使用类似的附图标记。第二链接511B类似 于第二链接411，并且因此包括中心开口421和从主体529延伸的凸缘413。 然而，与第二链接411不同，第二链接511包括从主体529延伸的第二对 凸缘515。凸缘515类似于图4A的第一链接411A的凸缘415，并且被配 置为接纳凸缘，例如毗邻的第二链接411B的凸缘413。因此，可以将第二 链接511B视为混合链接，其包括彼此集成形成的第一链接(例如，411A) 和第二链接(411B)。此外，为了说明，第二链接511B被示为关于其纵轴 LLA旋转约90。

链接411和511可以包括停止机构，所述停止机构可以在第一链接和 第二链接(例如411A和411B或511A和511B)关于图4A中所示它们的 链接轴LnA被相对于彼此旋转到极限位置(例如+/-35、45、90等度)后， 限制所述第一链接和所述第二链接相对于彼此的行进。所述停止机构可以 被配置为提供第一链接和第二链接关于它们的链接轴LnA相对于彼此的对 称旋转(例如，+/-90度的行进)，或不对称行进(例如，0至90度行进)。 尽管示出了特定范围，但也设想到其他范围。

在图5B中示出根据本系统的实施例的图5A的链接对511的分解前视 图。

在图5C中示出根据本系统的实施例的图5A的链接对511的分解侧视 图。

为了清楚，将假设链接对包括第一链接和第二链接，它们被彼此耦合 并且关于单个链接轴LnA相对于彼此旋转。

图6为根据本系统的实施例的内窥镜600的部分的侧视图。内窥镜600 类似于内窥镜100，并且包括细长段602，以及通过柔性部分608被耦合到 细长段602的成像单元606。细长段602和成像单元606分别与细长段102 和成像单元106相似。然而，柔性部分608包括8个链接对，而非内窥镜 100的5个链接对。此外，成像单元606被示为基本上旋转约180度，其瞄 准线(LOS)基本上平行于细长段602的纵轴。为了清楚，将假设成像单元 602的LOS与成像单元606的纵轴基本上彼此对齐。控制器可以控制特定 链接关于如由箭头671示出的它们的对应链接轴(LnA)正向旋转，并且可 以控制其他链接关于如由箭头673示出的它们的对应链接轴(LnA)反向旋 转。因此，可以减小当向朝所述细长段旋转成像单元606(例如，如所示的 180度)时细长段602与成像单元606之间的距离(DEI)。此外，设想所 述控制器可以控制特定链接对以在期望时保持旋转静止。

图7为根据本系统的实施例的内窥镜700的部分的侧视图。内窥镜700 类似于内窥镜600，并且使用针对细长段602和成像单元606类似的标号。 然而，与内窥镜600的8个链接对不同，柔性部分708包括两个链接对711。 链接对711中的每个的旋转可以关于它们各自的轴等于约180度。然而， 也设想其他值和/或范围。

因此，可以通过用成像单元706相对于细长单元702的总体旋转Tr除 以链接对的数目Nlp(例如在本范例中为2)，确定每个链接对Lr的角旋转 (度)(当每个链接在相同方向上(比较608和708)旋转时)。因此， Lr＝Tr/Nlp。因此，在本范例中，Lr＝180/2＝90度。在本范例中，将假设每 个链接单元具有与其他链接对相同的旋转(例如，在本范例中为正)。然而， 也设想链接对可以具有相互不同的极限行进旋转。例如，为了使用两个链 接对获得所述成像单元相对于所述细长段的180度旋转，第一链接对可以 关于其链接轴旋转45度，并且第二链接对可以旋转135度。所述控制器可 以控制所述链接对的旋转，并且可以从，例如每个链接对的旋转编码器， 接收旋转位置反馈信息。

如联系图4A所描述的，每个链接包括链接411A和411B的对。因此， 在图7中所示的实施例中，所述内窥镜包括：刚性段，所述刚性段具有相 反的第一端和第二端以及位于所述第一端与所述第二端之间的腔，所述刚 性段具有纵向长度并且限定了纵轴；第一链接对，所述第一链接对包括第 一链接部分和第二链接部分，所述第一链接部分与所述第二链接部分彼此 耦合并且关于第一铰链轴旋转；第二链接对，所述第二链接对被串行耦合 到所述第一链接对并且包括第三部分和第四部分，所述第三部分与所述第 四部分彼此耦合并且关于第二铰链轴旋转；成像段，所述成像段被耦合到 所述第二链接对，并且具有位于第一端与第二端之间的第二腔；相机，其 位于另一腔的腔内；其中，多个第一柔性链接对和第二柔性链接对被配置 为将所述成像单元相对于所述刚性段的纵轴旋转至少90度。此外，第二链 接对和第三链接对可以彼此集成地形成，并且第一铰链轴和第二铰链轴可 以基本上平行于彼此。在一个实施例中，当所述成像单元的角度被相对于 所述刚性段旋转大于90度时，所述第一链接对的旋转角(RA)和所述第二 链接对的RA基本上等于180度。例如，RA1可以为第一链接部分和第二 链接部分关于所述第一铰链轴相对于彼此的旋转角，并且RA2可以为第三 链接部分和第四链接部分关于所述第二铰链轴相对于彼此的旋转角，其中， RA1+RA2＝180度。如上文指出的，这两个角可以相同，即为90度，或 者可以相互不同，其中，两个角的和为180度，以提供后视图，其中，每 个接合对以等于两个角RA1、RA2中的一个的角度，关于其铰链轴旋转。

图8为根据本系统的实施例的内窥镜800的部分的侧视图。内窥镜800 类似于内窥镜600，并且使用针对细长段602和成像单元606的相似的标号。 然而，与内窥镜600的8个链接对不同，柔性部分808包括单个链接对811。 以度为单位的视场(FOV)对应于具有壁Wa1和Wa2的角，并且限定了对 应于FOV的中心轴的瞄准线(LOS)。当在极限位置时(如所示)，毗邻细 长段602的壁Wal基本上平行于细长段602的纵轴(La)。因此，外壁Wa1 的瞄准线沿细长段602的纵轴。此外，单个链接对811的偏转角β可以等 于FOV/2(度)。

在图9A中示出根据本系统的实施例的链接对900的部分的侧视图。链 接对900包括分别的第一链接900A和第二链接900B，并且被示为在中立 位置。第一链接900A和第二链接900B中的每个，分别包括角限制器AL 937，角限制器AL937可以与链接对900中毗邻的链接900A、900B的毗 邻AL937接合，以便将第一链接900A和第二链接900B分别地关于它们 的链接轴相对于彼此的角旋转限制到期望角旋转，并因此将链接对900的 旋转限制到期望的旋转值(例如，+/-90度)。尽管AL937被示为在链接对 900的外部部分上，但在其他的实施例中，所述AL可以位于其他位置，例 如对应的链接对的内部位置。

在图9B中示出根据本系统的实施例的，被旋转90度的链接对900的 部分的侧视图。在极限行进位置(例如，在本范例中为+或-90度)，第一链 接900A和第二链接900B的所述AL分别地，彼此接合，并且分别限制第 一链接900A和第二链接900B相对于彼此的进一步旋转。

在图9C中示出根据本系统的实施例的，被旋转45度的链接对C的部 分的侧视图。链接对900C类似于链接对900。然而，所述AL被配置为将 所述链接对的旋转限制到45度。

在图10A中示出根据本系统的实施例的，内窥镜1000的部分的部分剖 视透视图。细长段1002被耦合到具有单个链接1011的柔性部分1008。成 像单元1006被耦合到柔性部分1008。细长段1002、柔性部分1008和成像 单元1006分别与图1的细长段102、柔性部分108和成像单元106相似。 然而，柔性部分1008具有比柔性部分108的链接111更少的链接1011。链 接1011可以包括分别的第一链接1011A和第二链接1011B，从而形成链接 对。第一链接1011A可以包括一个或多个开口1017，一个或多个开口1017 中的至少一个被配置用于控制线缆1020的通道。控制线缆1020的端部被 耦合到链接1011的第二链接1011B的线缆附接部1023，从而当控制线缆 1020被张紧时，向第二链接1011B转移力。成像单元1006可以包括图像捕 获设备1050，图像捕获设备1050可以包括静态相机或视频相机。在一些实 施例中，图像捕获设备1050可以包括商用现货(COTS)相机。柔性部分 108可以关于一个或多个轴旋转，例如关于如通过箭头1091图示的链接 1011的铰链轴(HA)选择，使得图像捕获设备1050可以具有期望的RoM。

在图10B中示出根据本系统的实施例的内窥镜1000的部分的剖视侧视 图。细长段1002可以包括腔1018，线缆引导管1095穿过腔1018。控制线 缆1020的一个或多个部分可以在线缆引导管1095内经过。所述线缆引导 管可以包括绝缘体，以电子绝缘和热绝缘控制线缆1020。图像捕获设备1050 可以包括传感器1060，以感测显示在其上的图像。传感器1060可以包括任 意合适的传感器阵列，例如CMOS、CCD等等。透镜阵列1061可以包括一 个或多个透镜和/或其他光学元件，例如孔径、滤波器等等，并且可以被配 置为渲染传感器1060上的图像。如在图10B(和图12)中所示，光学透镜 和元件被背靠背地串行连接，从而共享中心轴，并且具有相同直径，例如 略小于4mm，从而适配到图像捕获设备1050的4mm外壳中。

在图10C中示出根据本系统的实施例的，沿线10C-10C取得的内窥镜 1000的CMBF对的前视图。CMBF对l000C可以具有圆形或类似形状，并 且可以包括两个或多个CMBF滤波器，例如第一CMBF CMBF-1和第二 CMBF CMBF-2，其每个均形成具有所述CMBF对的面积的约1/2的面积的半 圆形状。然而，也设想其他形状和/或大小。所述CMBF对的每个滤波器(即， 本范例的CMBF-1和CMBF-2)可以具有互补的通带。例如，CMBF-1具有 第一通带PB-1，其与CMBF-2的第二通带PB-2互补，如在图10E中所示， 并在US2011/0115882中进一步被描述，在此通过引用将其整体并入本文。

图10D为根据本系统的实施例的另一CMBF对1000D的前视图。CMBF 对1000D包括第一CMBF CMBF-1和第二CMBF CMBF-2，其具有互补的 通带，并且为圆形形状且大小相等。然而，在其他的实施例中，所述CMBF 的形状和/或面积大小可以彼此相同或不同。

图10E为根据本系统的实施例的，光透射通过理想的互补三带带通 CMBF对的谱图。还设想所述CMBF可以包括任意数目的通带，例如4个 通带或多于2个通带。

图11示出流程图，其图示在根据本系统的实施例的内窥镜系统上执行 的过程1100。过程1100可以使用在网络上通信的一个或多个计算机被执行， 并且可以使用可以为本地的和/或彼此远离的一个或多个存储器获得信息和 /或存储信息。过程1100能够包括以下动作中的一个或多个。此外，如果期 望，这些动作中的一个或多个可以被组合和/或分成子动作。过程1100可以 在动作1100期间开始，并且可以之后进行到动作1103，并且在下文中将在 对图12和图13A-图13C的描述之后解释过程1100。

图12为根据本系统的实施例的透镜阵列1261的剖视侧视图1200。透 镜阵列1261可以类似于透镜阵列1061，并且可以包括诸如透镜El、E2、 E3、D4和D5中的一个或多个的元件，以及限制孔径部分EAP(也被称作 STOP或(一个或多个)光瞳)和传感器SENSE。然而，也设想传感器SENSE 可以独立于透镜阵列1261。透镜阵列1261可以包括分别地第一透镜组LG1 和第二透镜组LG2，每个透镜组包括单件并且包括一个透镜。然而，在其 他实施例中，第一透镜组LG1和第二透镜组LG2可以包括多于一个透镜。 透镜D4和/或D5可以为双合透镜，并且分别包括透镜对D4_l和D4_2；以 及D5_l和D5_2，所述透镜对包括被附接到彼此的2个透镜。然而，在其 他实施例中，透镜D4和/或D5可以为单个透镜或包括多于两个透镜。如在 图10B(和图12)中所示，光学透镜和元件被背靠背地串行连接，从而共 享中心轴并且具有相同直径，例如略小于4mm，从而适配到图像捕获设备 1050的4mm外壳内。所述壳的外径可以在例如2-4mm的范围中。

图13A为根据本系统的实施例的，具有80度FOV的透镜阵列1261的 光线踪迹1300A。在光踪迹1300A中，标绘了七个物镜视场点(例如，FP-1 至FP-7)，并且所述透镜系统将这些物镜视场点(例如，FP-1至FP-7)分 别聚焦在传感器SENSE的图像平面(例如CMOS或CCD图像捕获屏的图 像平面)上，如由图像平面点FP-1’至FP-7’示出的。

第一光组LG1可以被配置为准直或基本上准直物像射线，使得所述物 像射线入射在包括被包括在互补多带带通滤波器(CMBF)对中的CMBF 的限制孔径部分EAP上，如在图10C、10D中所示。因此，第一透镜组LG1 可以准直或基本上准直之后入射在孔径部分EAP和/或CMBF对上的进入 光线，如将在下文讨论的。

在US2011/0115882中描述了CMBF，在此通过引用将其整体并入本文， 其大体上在单物镜相机中创建两个视点，即图像传到右CMBF(在图10C、 图10D中为CMBF-1)的右视点和图像传到左CMBF(在图10C、图10D 中为CMBF-2)的左视点。所述CMBF包括具有多个通带的滤波器对，所 述通带使在特定(可见光)色谱内的光通过。如在图10E中所示，所述CMBF 对的滤波器的每个通带的色谱与所述CMBF对的另一滤波器的其他通带的 色谱互补。此外，本系统中使用的有关所述CMBF对的两个关键特征为： 滤波器(例如所述CMBF对的第一CMBF CMBF-1和第二CMBF CMBF-2) 的通带(例如，两个或多个)是交错的，从而在照亮光带(其被匹配到所 述多个通带中的该通带)时，仅一个视点是打开的；以及通带被定位在整 个可见光谱上，从而每个视点均能够通过取得RGB谱图像而渲染颜色。

因此，照亮感兴趣目标的照明系统包括白色照明器源，以及等同于位 于限制孔径部分EAP(也被称作右光瞳或孔径和左光瞳或孔径)处的CMBF 的照明器CMBF对。所述白色照明器源可以，例如由图20中所示的控制器 或处理器2010控制，以每次一个地顺序照亮右照明器CMBF CMBF-1和左 照明器CMBF CMBF-2。当然，可以提供两个白色光源，即右白色光源和左 白色光源，所述右白色光源用于在第一时段期间，将白色光仅提供到右照 明器CMBF CMBF-1，并且所述左白色光源用于在第二时段期间，将白色光 仅提供到左照明器CMBF CMBF-2。

例如，在第一照明段期间，白色照明器源(或右白色照明器源)被激 活，以仅在右照明器CMBF CMBF-1上照射，从而来自所述照明器源的白 色光穿过右照明器CMBF CMBF-1以照亮所述感兴趣目标，从所述感兴趣 目标反射并进入图12中所示的透镜阵列1261，穿过位于限制孔径部分EAP 处的右CMBF，以在探测器或传感器SENSE的整个焦平面阵列上被探测或 被成像，所述探测器或传感器SENSE可以为CMOS(或CCD)。由于照明 和孔径EAP CMBF对等同，因此从右照明器CMBF-1提供的该光仅穿过右 孔径EAP CMBF-1，并且被孔径的EAP左CMBF-2阻挡。

在紧接在第一照明段之后的下一时段期间，白色照明器源(或左白色 照明器源)被激活，以仅在左照明器CMBF CMBF-1上照射，从而来自所 述照明器源的白色光穿过左照明器CMBF CMBF-1以照亮所述感兴趣目标， 从所述感兴趣目标反射并进入图12中所示的透镜阵列1261，穿过位于限制 孔径部分EAP处的左CMBF，以在探测器或传感器SENSE的整个焦平面 阵列(FPA)上被探测或被成像用于被所述探测器或传感器SENSE探测到 或被成像在所述探测器或传感器SENSE的整个焦平面阵列上。从左照明器 CMBF-2提供的该光仅穿过左孔径EAP CMBF-2，并且被孔径的EAP右 CMBF-1阻挡。

如在图10E中所述，两个等同的CMBF对(其中一个CMBF对位于(一 个或多个)白色光源前方，并且另一个CMBF对位于限制孔径部分EAP处) 具有彼此互补的三个右通带和三个左通带，因此仅允许右光(例如，图10E 中的点线)或左光(例如，图10E中的虚线)穿过所述系统，以每次一个 地，顺序地在探测器或传感器SENSE的整个(FPA)上成像右图像，并在 探测器或传感器SENSE的整个(FAP)上成像左图像。然而，每个视点均 取得与另一个视点不同的光谱图像，因此得到相对于另一个的不同颜色的 图像。两个视点中的这种颜色不匹配能够形成颜色竞争，其中，人类视觉 系统不能分辨两种不同颜色。如果CMBF对中的通频带的数目增大，则差 异将更接近，并且因此使用超过三个互补通带(图10E中所示)。因此，优 选地，在所述CMBF对的每个滤波器中拥有一样多的互补通带。

如所述，照明器CMBF对位于白色光源前方。关于孔径CMBF对在透 镜阵列1261中的位置，其可以位于分别的第一透镜组LG1与第二透镜组 LG2之间，以形成限制孔径部分EAP，其可以为彼此接触或彼此独立的两 个半圆或两个圆，如在图10C、图10D中所示，以从第一透镜组LG1接收 准直光。

所述CMBF对可以包括一个或多个CMBF(例如，第一CMBF和第二 CMBF)，其每个均可以包括一层或多层(例如，100层等)，以形成具有尖 锐边缘的干涉滤波器，并且可以被配置为对入射光进行滤波，从而使得能 够感测适用于渲染立体图像(即3D图像)的图像信息，如在US2011/0115882 中所描述的。所述CMBF对或其部分可以为独立的光学元件，或者可以与 透镜阵列1261的限制孔径部分EAP和/或透镜元件集成。例如，所述CMBF 对的层可以直接被形成或包覆在透镜的部分上，以形成限制孔径部分EAP， 其中，所述部分可以为半圆形(每个半圆覆盖圆形限制孔径部分EAP的面 积的一半)，或者为彼此接触或彼此独立的两个圆，例如在图10C、图10D 中所示。在一个实施例中，照亮和光瞳CMBF两者均具有基本上平坦的表 面，如由包括光瞳CMBF对的图12中的限制孔径部分EAP所示。因此， 如果所述CMBF对(或其部分)与透镜元件集成，则所述CMBF对应该位 于平坦或基本平坦的表面上，例如位于透镜D4的限制孔径部分EAP的表 面上，其毗邻所述EAP。所述CMBF对可以为干涉型滤波器，并且可以起 光瞳的作用，以提供适用于渲染立体图形的立体图像信息。光瞳CMBF对 (与位于白色光源前方的照亮CMBF不同)优选地位于分别的第一透镜组 LG1与第二透镜组LG2之间，从而入射在光瞳CMBF对上的光(例如来自 第一透镜组LG1)具有来自所述CMBF对上的目标的光的法向或最小入射 角(AOI)，所述法向或最小入射角小于或等于阈值入射角(TAOI)值。例 如，在本系统的一些实施例中，TAIO值可以具有例如为23的值(例如， 针对本系统的80FOV透镜)。此外，可以根据CMBF对的特性设定所述 TAIO。然而，也设想针对所述TAOI的值的其他值和/或范围。因此，第一 透镜组LG1的透镜(例如，在本范例中El、E2和/或E3)应被配置为使得 角AOI小于或等于期望阈值入射角(TAOI)值。

尽管示出了CMBF，但如果期望二维(即2D)图像的话，则可以关闭、 绕过和/或去除所述CMBF。

第二光组元件LG2之后可以接收入射光，并将所述入射光聚焦在图像 传感器SENSE的图像平面上。

所述图像传感器SENSE之后可以形成对应的信号，并传输这些信号以 进一步处理，从而渲染立体图像(3D)或(2D图像)。

关于所述CMBF对的构建，该滤波器可以，例如被沉积(例如，使用 多个层，例如100层等)在EAP和/或透镜D4(例如，D4_l)上。在一些 实施例中，将所述CMBF对与诸如透镜D4的透镜阵列1261的平坦表面集 成。因此，所述CMBF对可以包括被直接施加在诸如透镜D4_1的透镜阵 列1261的平坦或基本平坦的表面(取决于最终设计)上的一个或多个涂层 或层。

如在图12中所示，包括两个光组元件LG1、LG2的探测器光学器件包 括第二光组元件LG2中的透镜D4、D5，在那里透镜D4、D5中的至少一 个具有一个未分区的段，该段覆盖右光瞳CMBF-1和左光瞳CMBF-2(图 10C、图10D)两者，以将穿过光瞳CMBF CMBF-21、CMBF-2的光引导和 /或聚焦在相机或SENSE上，如在US2011/0115882和美国专利申请序列号 13/628788中所描述的，美国专利申请序列号13/628788要求美国临时专利 申请序列号61/539808的优先权。如在图12中所示，探测透镜系统包括光 学透镜和元件El、E2、E3、EAP、D4、D5，它们被串行背靠背连接，从而 共享中心轴并且具有基本上相同的直径，例如略小于4mm，从而适配到包 括相机125和所述探测透镜系统的图像捕获设备的4mm外壳内。类似地， 透镜E1、E2、E3中的至少一个具有一个未划分的段，该段覆盖右光瞳 CMBF-1和左光瞳CMBF-2两者。

尽管在本文中示出并描述了包括具有诸如表面、类型、半径、曲率、 厚度、材料、直径、光混合(comic)、焦距、透镜间距等的示范性特性的 透镜的示范性透镜阵列1261，但也设想这些特性中的一个或多个可以被用 户改变，以获得对应的透镜阵列的期望的直径、焦距、FOV、速度、滤波 等。例如，可以相对于透镜的直径，缩放透镜阵列1261，以获得不同的透 镜直径等。然而，当缩放时，透镜阵列1261的光学特性可以略微变化(例 如，基于缩放)，并且引入不合期望的成像作用，例如模糊。因此，对缩放 的透镜阵列的精细调谐可能是必须的，以减少这些不合期望的成像作用。 更具体地，当缩放时，应基本上维持透镜曲率的比率、透镜间间距、透镜 厚度和/或玻璃类型。

所述EAP包括限制孔径，所述限制孔径可以限制穿过透镜阵列1261 的第二透镜组LG2的透镜的光的量，并且所述EAP包括由干涉滤波器的层 覆盖的透镜，以形成如在图10C、图10D中所示的光瞳CMBF对。在光瞳 CMBF对没有覆盖所述EAP的整个透镜而是被包括在两个孔径或光瞳(例 如在图2D中所示的两个圆)上的情况中，则EAP透镜的剩余部分(其未 被CMBF覆盖)可以为黑色(例如黑色覆层)，以阻断光的通路。因此，所 述系统可以控制穿过透镜阵列1261的光的量。因此，通过(例如，主动或 被动地)限制穿过透镜阵列1261的光的量，可以减少和/或完全防止成像洪 泛和/或饱和。除可以位于EAP或D4_l上的光瞳CMBF以外，所述EAP 可以包括有源滤波器或者可以包括无源滤波器，所述有源滤波器可以在所 述系统的控制器的控制下操作。关于所述EAP的大小，其可以被成形和/ 或调整大小为使得整个限制孔径被使用，并且因此所述光瞳CMBF对(为 两个半圆)覆盖整个EAP，如在图10C中所示。因此，所述EAP可以例如 具有基本上相同于或略大于透镜元件E1、E2和/或E3中的一个或多个的直 径。因此，入射在全部EAP上的图像射线可以穿过所述EAP的可工作区， 并且被滤波，而不是完全被阻挡，如当入射在所述EAP的非可工作区(在 图10D中示出的实施例中在两个CMBF圆/光瞳外部)上将发生的。因此， 所述EAP可以减小或完整防止FOV的虚光。然而，在其他的实施例中，所 述EAP可以被成形和/或调整大小为提供所述FPV的虚光，其中，在图10D 中所示的两个CMBF圆彼此接触，并且因此具有在它们之间的零分离。图 10D的两个CMBF圆可以为任意大小，包括具有等于限制孔径部分EAP的 半径的直径，并且因此图10D的所述两个CMBF圆彼此接触并且接触限制 孔径部分EAP的周线。

透镜、滤波器和传感器选择

在本系统的实施例中，如在图12中所示，El为平凹透镜，例如纽约费 尔波特Qioptiq公司的G314-000-000；E2为平凸透镜，3mm直径乘以6mm FL(焦距)，例如Edmund Optics公司的NT32-953；E3为具有相对表面的 透镜，所述相对表面具有基本上平行的曲率，其中，第一表面或前表面(面 向E2)具有大致2mm的半径，并且第二表面或后表面(面向tEAP)具有 大致-2mm的半径；EAP为延伸到D4的双孔径障板CMBF对；D4为消色 差双合透镜，3.0mm直径乘以6.0mm FL，例如Edmund Optics公司的 NT45-089；D5为焦距小于D4的焦距的双合透镜；并且SENSE为CMOS 探测器阵列，台湾Misumi公司的MO-B1003。例如，D5可以包括1.8mm 方形CMOS成像器。然而，也设想CMOS成像器的其他形状。

表面数据汇总

在下表1中示出根据本系统的实施例的，针对类似于图12的透镜阵列 1261的80、100、130、140、150和/或160度FOV透镜阵列的表面数据汇 总。更具体地，表1图示针对对应的透镜阵列1261的透镜元件E1、E2、 E3、D4和D5(或其透镜部分)的表面数据汇总，并且图2图示根据本系 统的实施例的针对80-160度FOV透镜阵列的透镜焦距。

表1

焦距和光瞳直径

在下表2中示出根据本系统的实施例的针对对应的80、100、130、140、 150和/或160度FOV透镜阵列的焦距和光瞳直径信息。

表2

参考图13A中所示80度FOV透镜的光线踪迹1300A，第一透镜组LG1 的透镜的光学配置创建了光的具有23度AOI的法向入射角或最小入射角， 其小于或等于针对该透镜的为25度的TAOI值。如在图13A中所示，光的 入射角AOI为在入射到所述CMBF的表面上的入射光束与法线或垂直于所 述CMBF表面的线之间的角度。

例如通过对透镜E1、E2、E3的透镜参数(例如半径、厚度、焦距、玻 璃类型)的适当选择，第一透镜组LG1的透镜被配置为提供针对透镜设计 的CMBF空间中的所有场点基本上准直的光，使得在该空间中入射在所述 CMBF上的光线具有在所述CMBF上的低的或最小入射角(AOI)。低的 AOI小于或等于阈值入射角(TAOI)值，所述阈值入射角(TAOI)值为23-27 度，例如25度。第二透镜组LG2的透镜(通过对透镜D4、D5的参数的适 当选择)被配置为聚焦穿过所述CMBF对/EAP的光，以将所述光聚焦在所 述探测器或传感器SENSE上。因此，第一透镜组LG1也被设计为与元件的 后部组LG2协力工作，以提供高分辨率(HD)影像，例如在1.22mm乘 1.21mm图像格式上的1080-p。该高分辨率图影像是以个体设计的完全相对 孔径(f/n)实现的，例如80度设计以f/1.2，并且针对大多数更大视场的设 计以f/1.4。例如，透镜的厚度可以在0.08mm至1.5mm的范围中，其中， 所述CMBF可以为l-2mm厚。

图13B为针对具有80度FOV的透镜阵列1261的，方波MTF相对特 定频率的图的截图。

图13C为针对具有80度FOV的透镜阵列1261的，相对照度相对Y 场的图的截图。

在图14A、图15A、图16A、图17A、图18A和图19A中分别示出根 据本系统的实施例的，100、120、130、140、150和/或160度FOV透镜的 光线踪迹。

在图14B、图15B、图16B、图17B、图18B和图19B中分别示出根 据本系统的实施例的，针对100、120、130、140、150和/或160度FOV透 镜的相对照度相对Y场的图。

在图14C、图15C、图16C、图17C、图18C和图19C中分别示出根 据本系统的实施例的，针对100、120、130、140、150和/或160度FOV透 镜的相对照度相对Y场的图。

返回参考图11的过程1100，在动作1103期间，第一光组可以准直或 基本准直物像射线，使得所述物像射线入射在EAP和/或CMBF对的互补 多带带通滤波器(CMBF)上。这些射线的入射角应小于或等于所述CMBF 对的阈值入射角(例如，23-27度，例如25度)。在动作1103之后，所述 过程可以继续到动作1105。

在动作1105期间，过程1100可以控制穿过所述EAP的图像射线的强 度。因此，所述系统的控制器(图20的2010)可以获得与所述图像射线(例 如，在所述图像阵列的点处)的强度相关联的信息，并且可以控制所述物 镜系统(例如，具有机械和/或电子遮光器，例如包括液晶，所述液晶响应 于施加的电压从透明改变为黑暗状态)的限制孔径，以限制穿过所述EAP 的光的量，从而防止图像冲蚀等。备选地或额外地，所述控制器控制可以 被配置为控制白色光源的强度，以顺序地将期望强度的白色光提供到(位 于所述白色光源前方的)右和左照明CMBF，以用于顺序地利用右光(例 如图10E中的点线)和左光(例如图10E中的虚线)照亮所述感兴趣目标， 所述右光和左光反射自所述感兴趣目标，并且穿过所述系统以每次一个地， 顺序地在所述探测器或传感器SENSE的整个(FPA)上成像右图像，并且 在所述探测器或传感器SENSE的整个(FPA)上成像左图像。在完成动作 1105之后，所述处理器可以继续到动作1107。

在动作1107期间，过程1100可以使用例如位于或包覆在根据本系统 的实施例的限制孔径部分EAP(图12)上的光瞳CMBF对，对经准直的光 进行滤波。该动作可以在动作1107之前、之后和/或与动作1107同时执行。 在完成动作1107之后，所述过程可以继续到动作1109。

在动作1109期间，所述过程可以将受限的和/或经CMBF对滤波的经 准直的光聚焦(例如，使用第二透镜组LG2中的一个或多个透镜)并投影 在图像平面上，例如图像捕获传感器(例如CCD或CMOS传感器SENSE) 的图像平面上。在完成动作1109之后，所述过程可以在动作1111继续。

在动作1111期间，所述过程可以捕获入射在所述图像捕获传感器的图 像平面上的图像，并且可以向例如所述系统的图像信息传输设备传输指示 所捕获的(一幅或多幅)图像的信号，以向图像信息接收设备进行传输。 所接收的图像信息之后可以被处理、存储在所述系统的存储器中、和/或被 渲染在用户接口(UI)上，例如所述系统的显示器上。在完成动作1111之 后，所述过程可以继续到动作1113，其在这里结束。

总之，根据本系统的实施例的透镜阵列提供了宽视场(FOV)，所述宽 视场(FOV)可以从约80度至约160度(然而，也设想其他值和/或范围)， 同时提供高质量图像，例如二维或三维的完整1080p高分辨率图像。此外， 根据本系统的实施例的各种透镜阵列可以具有高速度，例如由f/1.2的最大 速度所表明的。

此外，根据本系统的一些实施例，透镜阵列可以具有可以小至3mm的 最大直径，并且在与图像捕获设备组合时，可以在对高分辨率(HD)视图 进行采样的完整的1080条线处提供2D或3D图像信息。此外，诸如透镜 阵列1261的透镜阵列被设计为不对FOV造成虚光；这涉及利用完整限制 孔径的透镜阵列(例如，这指图12中所示的STOP或限制孔径部分EAP 的直径)，因此，透镜的f数保持恒定，而无论孔径设置。

此外，不同于常规的内窥镜系统，本系统在图像捕获传感器上立即地 捕获图像，所述图像捕获传感器例如毗邻透镜阵列的最后透镜放置的CCD 或CMOS。因此，不需要依赖光学器件(例如，柔性光纤束)，其将图像传 输一定距离直到被捕获或被(例如用户)观看，并且其可能令图像(尤其 图像的外周边缘附近)失真和/或降低图像的质量和/或亮度。

图20示出根据本系统的实施例的系统2000的部分。例如，本系统的 部分可以包括被操作性地耦合到存储器2020的处理器2010、显示器2030、 RF换能器2060、相机/传感器2090以及用户输入设备2070。存储器2020 可以为用于存储应用数据以及与所描述的操作相关的其他数据的任意类型 的设备。所述应用数据和其他数据由处理器2010接收，以用于配置(例如 编程)处理器2010，以执行根据本系统的操作动作。如此配置的处理器2010 变成尤其适用于执行根据本系统的实施例的专用机器。

所述操作动作可以包括，例如通过控制成像部分、相机/传感器2090 和/或致动器2060的位置中的一个或多个，来配置内窥镜成像系统。所述相 机/传感器可以向处理器2010提供信息，例如(2D或3D的)图像信息、 温度信息、位置信息等。致动器2060可以被控制为定位所述相机、打开/ 关掉所述相机、和/或提供对感兴趣体积(VOI)的照明，使得所述相机可 以捕获所述感兴趣体积内的期望对象的2D或3D图像。处理器2010可以 从所述相机接收所述图像信息，并且可以在例如本系统的用户接口(UI) 上，例如在显示器2030上，渲染所述图像信息，显示器2030可以渲染2D 或3D图像。此外，处理器2010可以将所述图像信息存储在所述系统的诸 如存储器2020的存储器中以供后续使用。

用户输入2070可以包括操纵杆、键盘、鼠标、跟踪球或其他设备，例 如触敏显示器，其可以为独立的或为系统的一部分，例如个人计算机、个 人数字助理(PDA)、移动电话、监视器、智能或非智能终端或用于经由可 操作链路与处理器2010通信的其他设备的一部分。用户输入设备2070可 以用于与处理器2010交互，包括实现在如本文中所述的UI内的交互。显 然，处理器2010、存储器2020、显示器2030和/或用户输入设备2070可以 全部地或部分地为计算机系统或其他设备(例如客户端和/或服务器)的一 部分。

本系统的方法尤其适于由计算机软件程序执行，这样的程序包含模块， 所述模块对应于本系统描述的和/或设想的个体步骤或动作中的一个或多 个。这样的程序当然可以被体现在计算机可读介质中，例如集成芯片、外 围设备或存储器，例如被耦合到处理器2010的存储器2020或其他存储器。

存储器2020中包含的程序和/或程序部分将处理器2010配置为实施本 文公开的方法、操作动作以及功能。所述存储器可以在例如客户端和/或服 务器之间分布，或本地分布，并且处理器2010(其中，可以提供额外的处 理器)也可以为分布式的或可以为单式的。所述存储器可以被实施为电子、 磁性或光学存储器，或者这些或其他类型的存储设备的任意组合。而且， 应将术语“存储器”足够宽泛地解释为涵盖能够从可寻址空间中的可由处 理器2010访问的地址读取或被写入到可寻址空间中的可由处理器2010访 问的地址的任意信息。根据这一定义，可通过网络访问的信息仍在所述存 储器内，例如由于处理器2010可以从所述网络检索所述信息，以用于根据 本系统的操作。

处理器2010可操作用于响应于来自用户输入设备2070的输入信号以 及响应于网络的其他设备提供控制信号和/或执行操作，并用于执行存储在 存储器2020中的指令。处理器2010可以为(一个或多个)专用或通用集 成电路。此外，处理器2010可以为用于根据本系统进行执行的专用处理器， 或者可以为通用处理器，其中，许多功能中的仅一个运行以根据本系统进 行执行。处理器2010可以利用程序部分、多个程序段来运行，或者可以为 利用专用集成电路或多功能集成电路的硬件设备。

图21示出代码的部分，其用于控制致动器例如通过旋转至少一个链接、 2个或多个链接等来定位所述成像单元，从而提供后视图。如联系图7所描 述的，可以使用两个链接711实现沿平行于细长段702的纵轴LA的轴的后 视图。

尽管已参考用于操纵计算机环境的手势输入系统描述了本系统，但也 设想也可以使用其他设备实现与所述计算机环境的用户交互和/或对所述计 算机环境的操纵，所述其他设备例如为鼠标、跟踪球、键盘、触敏显示器、 指点设备(例如笔)、触觉设备等。

本领域技术人员将容易地想到对本系统的其他变型，并且所述其他变 形也由权利要求书涵盖。通过本系统的操作，为用户提供虚拟环境请求， 以使得能够简单地沉浸到虚拟环境及其目标中。

最后，以上讨论旨在仅说明本系统，并且不应被解释为将权利要求书 限制到任意特定的实施例或实施例组。因此，尽管已参考示范性实施例描 述了本系统，但也应认识到，本领域技术人员可以设计出多种修改和备选 实施例，而不偏离如在权利要求书中阐述的本系统的更宽泛和意图的精神 和范围。此外，本文中包括的各个部分标题旨在方便审阅，而不意图限制 本系统的范围。因此，说明书和附图应以说明性的方式被看待，并且不意 图限制权利要求书的范围。

本文中包括的各个部分标题旨在方便审阅，而不意图限制本系统的范 围。因此，说明书和附图应以说明性的方式被看待，并且不意图限制权利 要求书的范围。

在解读权利要求书时，应理解：

a)词语“包括”不排除给定权利要求中列出的那些以外的其他元件或 动作的存在；

b)元件前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在；

c)权利要求中的任意附图标记均不限制它们的范围；

d)可以由相同的项目，或者硬件或软件实施的结构或功能表示几个“器 件”；

e)所公开的元件中的任意可以包括硬件部分(例如，包括离散和集成 的电子电路)、软件部分(例如，计算机编程)以及它们的任意组合；

f)硬件部分可以包括模拟部分和数字部分中的一种或全部两种；

g)所公开的设备或其部分中的任意可以被组合在一起或被分成另外的 部分，除非另有特别说明；

h)不意图要求动作或步骤的特定顺序，除非特别指明；并且

i)术语“多个”元件包括要求保护的元件的两个或更多个，但不隐含 元件数目的任意特定范围；亦即，多个元件可以为至少两个元件，并且可 以包括无限数量的元件。