用於內窺鏡的具有兩個觀察方向的物鏡的製作方法

2023-04-23 20:33:26 4

專利名稱：用於內窺鏡的具有兩個觀察方向的物鏡的製作方法
用於內窺鏡的具有兩個觀察方向的物鏡本發明涉及一種權利要求1的前序部分所述類型的物鏡。上述類型的物鏡由EP 0 363 118 Bl公開。它示出一種內窺鏡物鏡，具有用於兩個不同觀察方向的兩個遠端物鏡件和一個共同的近端物鏡件。作為切換機構，設有可電動操作的極化濾光鏡。該構造方式的圖像亮度令人不滿意。EP 0 347 140 Bl示出一種有兩個觀察方向的物鏡，通過以機械方式使傳像機構相對物鏡轉動而在這兩個觀察方向之間進行調換。結構成本顯然是巨大的。本發明的任務在於，在上述類型的物鏡中以簡單方式且高圖像亮度的方式實現觀察方向調換。該任務將利用權利要求1的特徵部分特徵來完成。根據本發明，為了切換，可以通過機械方式使光線偏轉機構進入光路中。通過這種方式，可以避免上述兩種構造方式的缺陷。只需要使一個光學元件運動並且避免了極化濾光鏡的光學缺陷。根據權利要求2優選的是，經過物鏡的光程長度在兩個觀察方向上是彼此一樣的。由此一來，簡化了光學狀況。在所述類型的物鏡中，在兩個遠端物鏡件的每一個的遠端上安設有一個屈光力顯著為負的透鏡，它產生強烈的成像誤差(Abbildimgsfehler)。該缺陷在近端物鏡件中得以修正，該近端物鏡件為此必須匹配於遠端物鏡件以便修正。因此，有利地規定了權利要求3 的特徵。在兩個遠端物鏡件中的、除了或許有的反射之外都相同的光路中，保證了兩個遠端物鏡件通過在近端物鏡件中的修正手段在成像誤差方面得以正確補償。根據權利要求4，一個稜鏡的界面被交替地反射或透射地切換。對此，使用平行於該界面設置的反射鏡，該反射鏡可以移入光路或者移出光路，因此，或是造成期望的反射， 或是在沒有反射鏡的情況下允許光路穿過該界面。由此得到結構很簡單的且具有很高圖像亮度的解決方案。有利地規定了權利要求5的特徵。藉此將顧及到，可切換的反射鏡只確定在界面上是否進行反射。第一間隙的表面一般相對於物鏡軸線是傾斜的。由此出現了光路的略微平行錯移，這導致觀察方向的略微改變。因此，有利地規定了權利要求6的特徵。具有相反傾斜方向的第二間隙又補償了第一間隙的平行錯移，從而物鏡的最終觀察方向如期望的那樣剛好是筆直的。有利地規定了權利要求7的特徵。為此，得到這樣的稜鏡結構，在該稜鏡結構中， 面對近端物鏡件的出射面在光路應當朝向近端物鏡件射出的區域中是透明的，然而在所述區域旁邊的所述出射面是按照向內反射的方式構成的，從而在那裡能實現針對第二觀察方向的光路轉向。根據權利要求7的反射結構例如可以通過在此區域內的出射面反射塗層來實現， 或者有利地根據權利要求8來如此實現，即，反射區域以全反射形式構成。為此，需要相應選擇稜鏡的折射率和反射角度。
反射鏡應該儘量靠近界面，以便不會有幹擾來到兩者之間。但隨之存在幹涉的危險。就是說，在反射鏡和界面之間的間隙不應太狹小。根據權利要求9，它應該有利地大於 1微米，尤其根據權利要求10，它有利地大於5微米。根據權利要求11，用於在多個觀察方向之間切換的反射鏡有利地構成為具有相鄰的光闌的結構單元，從而在反射鏡移動離開光路時，光闌被置入光路中。隨之，利用該光闌遮擋在直線取向的第一觀察方向上經過的光路，這導致顯著的結構簡化。光線偏轉機構也可以通過截然不同的方式例如構成為反射鏡或者附加的稜鏡，而按照有利方式，光線偏轉機構是根據權利要求12構成的。在這裡，稜鏡具有兩個區域，這兩個區域可被交替置入光路中並且出現不同的、匹配於這兩個遠端物鏡件的偏轉。為了切換，稜鏡只需要運動這樣的程度，即，該稜鏡或是以其第一區域、或是以其第二區域置入該光路。在一個優選實施例中，該稜鏡可以在一個區域中構成為平板狀並且讓光路筆直經過， 而在另一區域中構成為真正的稜鏡形狀。權利要求13針對物鏡示出了一種有利的結構，在這裡，第一物鏡件以筆直觀察的方式定向在近端物鏡件軸線的方向上。此時，稜鏡的具有平行端面的第一區域構成為平板， 其允許第一遠端物鏡件的光路不受影響地穿過。稜鏡的機械位移可以通過不同的方式實現，例如通過轉動等，但有利的是根據權利要求14來形成，確切的說，按照橫向於近端物鏡件軸線的方式移動。根據權利要求15，一個或兩個遠端物鏡件可以與稜鏡相連以便共同運動。這樣一來，該結構例如可以在光學校準方面得到改善，並且也就在內窺鏡的狹小內腔中的佔地需求而言得到了各種不同的結構可行方式。在附圖中，舉例示意示出了本發明，其中

圖1是本發明物鏡的第一實施方式的側視圖，此時處於傾斜觀察方向的操作位置上，圖2是在直線觀察方向的操作位置上的根據圖1的視圖，圖3是圖1和圖2所示反射鏡的具有相鄰的光闌的變型實施方式的俯視圖，圖4是處於第一操作位置的本發明物鏡第二實施方式的簡化示意圖，圖5示出處於第二操作位置的圖4所示的物鏡。圖1示出本發明物鏡1的第一實施方式，其由三個物鏡件組成。近端物鏡件2以其軸線3設置在未示出的內窺鏡柄的軸線上，物鏡1設置在內窺鏡的遠端區域內。近端物鏡件2由多個透鏡組成並且與兩個遠端物鏡件之一共同透過玻璃板5在圖像平面4內產生圖像，該圖像平面例如可裝有一個電子圖像傳感器。圖像平面4 也可以是中間圖像平面，從該中間圖像平面起，由常見的傳像機構(Bildleiter)如具有中繼透鏡組的傳像機構將圖像傳導至在近側設於內窺鏡上的目鏡。在物鏡1的遠端區域中設有第一遠端物鏡件6，它筆直地透過內窺鏡(其他方面未示出)的窗口 7進行觀察，該第一遠端物鏡件6的軸線8平行於近端物鏡件的軸線3，就是說在內窺鏡軸線的方向上。而且，設有第二遠端物鏡件9，該第二遠端物鏡件9的軸線10 在傾斜的第二觀察方向上透過窗口 11進行觀察。第二遠端物鏡件9在其遠端端側具有屈光力為負的透鏡12，該透鏡安置在稜鏡14 入射面13上。如圖1所示的、從軸線10的傾斜觀察方向入射的光路在垂直於近端物鏡件軸線3的稜鏡14出射面15處被反射並且被投射到稜鏡14的界面16，從那裡使該光路在再次反射後被送往近端物鏡件2的軸線3的方向，以便經稜鏡14出射面15進入近端物鏡件 2，在這裡，它利用所示的光路成像到圖像平面4上。就是說，沿傾斜的觀察方向在軸線10方向上入射的光路(如圖1所示)在稜鏡14 內向內反射兩次，確切的說，一次在出射面15，然後在界面16處。因為在第一遠端物鏡件 6內沒有發生反射，而在第二遠端物鏡件9內發生兩次反射，所以在兩個遠端物鏡件中出現相同的圖像取向，例如在兩種情況下均為正立的圖像，或者在兩種情況下均為倒立的圖像。在出射面15的必須進行向內反射的反光區域中，出射面15例如可以從外側被鏡面化。但是，鏡面化不應該一直延伸到以下區域，在該區域內，光路在界面16上反射後應該射入近端物鏡件2。如圖1所示，該問題的一種精巧解決之道在於，出射面15沒有鏡面化， 而是如此選擇稜鏡14的折射率和在出射面15處的反射角度，以使發生全反射。如圖1所示，在界面16進行的第二反射的反射角度被選為很小，從而在此不會出現全反射。就是說，從內側到達界面16的光線穿過該界面。因此，如圖1所示的在界面16 處的光反射必須用其它手段來實現。為此目的，如圖1和圖2所示，設置一個與界面16相鄰接的反射鏡17，該反射鏡 17朝向界面16被鏡面化構成。圖1和圖2示出反射鏡17的兩個操作位置。在圖1的位置中，反射鏡位於光路中並且造成如圖1所示的光線反射回來。圖2以相同的視圖示出了圖1的未改變的結構，在這裡，只是反射鏡17的操作位
置改變了。在根據圖2的位置，反射鏡17被移至一側。在軸線10方向上經第二遠端物鏡件 9傾斜射入的光路不再在界面16上朝內反射向近端物鏡件2，而是經界面16射出並且進入空處。圖2所示的光路經第一遠端物鏡件6沿其軸線8方向上筆直入射，該光路在根據圖 1的反射鏡17位置上被其背面「捕獲」，這樣該光路在根據圖2的反射鏡被移至一側的操作位置處經由界面16射入稜鏡，並且筆直地在軸線8方向上經由出射面15到達近端物鏡件 2，如圖2所示。如果反射鏡17又從根據圖2的位置被推入光路且直到根據圖1的位置，則又出現了經第一遠端物鏡件6入射的光路的阻斷，並且又出現了如圖1所示的光線行程。因為在界面16上未發生全反射，所以在此位置上的反射只由反射鏡17的操作位置來定，並且可由此被有目的地加以控制。在圖1和圖2的實施方式中，反射鏡17以簡單平面反射鏡形式構成，它按照在稜鏡14的界面16上滑動的方式，可以在圖1和圖2的兩個操作位置之間移動，確切的說，其運動方向位於圖面中。不過，反射鏡17也可以在垂直於圖面的方向上運動。於是可以如圖3所示，反射鏡17按照具有光闌19的結構單元形式設置在滑板18中。就是說，通過使滑板18在箭頭 20方向上移動，能可選地使反射鏡17或者呈孔狀開設在滑板18內的光闌19進入光路。在採用圖3的滑板18時，可產生圖1所示的光路，做法是，如此移動滑板18，S卩，反射鏡17處於光路中，就是說處於根據圖1的位置。在滑板18移動直到光闌19位於光路中之後，得到根據圖2的光路，該光路現在以期望的方式被光闌19遮擋。呈單獨構件形式或呈根據圖3的組件形式的反射鏡17朝向界面16地、可移動地設置在該界面上。此時，反射鏡位於界面16和玻璃杆22的平行於該界面布置的出射面21 之間的間隙中，該玻璃杆如圖1所示在其近端入射面23上裝有另一個屈光力為負的透鏡 12。在界面16和玻璃杆22出射面21兩者之間構成的第一間隙，就像在平行面之間界定的每個間隙那樣，在光傳輸中造成光路的平行錯移。這導致略微的觀察方向位移，就是說，導致筆直取向的觀察方向略微傾斜。為避免於此，在圖1中用虛線畫出第二間隙24，該第二間隙在此位置通過使玻璃杆22的兩個部分隔斷分離來產生。第二間隙M相對於軸線8以一個角度布置，該角度等於180°減去第一間隙角度。第二間隙M與第一間隙一樣也造成光路的平行位移，但是在不同於第一間隙的方向上，因此兩種位移抵消。無論反射鏡17何時處於圖1的操作位置上並且位於光路中，該反射鏡都應該緊挨著界面16，以使少量的空氣或可能甚至灰塵幹擾地進入兩個面之間。但隨之存在在兩個相互緊鄰的對置表面之間出現幹涉的危險。就是說，反射鏡17和界面16之間的間隙不應該太狹小。它應該在任何情況下都超過1微米，更好的是大於5微米。如圖1和圖2對照所示，在兩個遠端物鏡件6和9中的光路是相同構成的，除了以下事實，即，在第二遠端物鏡件9中發生兩次反射，由此一來，光路按照圖1所示的方式構成。這樣，在兩種情況下得到相同的圖像取向。如果在圖像平面4內產生的圖像在圖1的成像情況中是正立的，則它在根據圖2的成像情況中也是正立的。圖4和圖5示出了物鏡1'的第二實施方式。在非常示意性表示其主要組件的視圖中示出了設置用於裝入未示出的內窺鏡柄的遠端區域中的物鏡1'。近端物鏡件2'以其軸線3'對準圖像平面4'，在所示的實施例中，該圖像平面是電子圖像傳感器30的光敏平面。它按照未示出的方式通過電線被連接到圖像處理器。代替圖像傳感器30的圖像平面4'，也可以設置導像光纖束(BildleitfaserbUndel)的遠端端面，藉助該導像光纖束經由內窺鏡長度傳輸圖像。物鏡1'具有用於不同觀察方向的兩個遠端物鏡件。第一遠端物鏡件6'在非常示意性示出的實施例中由透鏡件31和平板32構成，該平板從第一遠端物鏡件6'的軸線 8'起垂直於平面平行的端面延伸。如圖4所示，第一遠端物鏡件6'的軸線8'與近端物鏡件2'的軸線3'重合。在常見的結構形式中，該軸線平行於內窺鏡柄的縱軸線，從而第一遠端物鏡件6'是筆直地觀察的。在近端物鏡件2'和第一遠端物鏡件6'之間，在光軸方向上有一定間距，在該間距中設有稜鏡14'。稜鏡14'可以橫向於近端物鏡件2'的軸線3'，沿雙箭頭33方向移動。為此，例如設有一個未示出的導向滑座，它是安置在未示出的殼體內的導向滑座，其設置在未示出的殼體中或者說物鏡1'座中。移動驅動可以用手動操作或者用例如電動機來實現。按照沿雙箭頭33方向先後布置的方式，稜鏡14'具有兩個區域，確切的說，第一區域34和第二區域35。稜鏡14'第一區域34呈平板狀。遠端平面36和近端平面37垂直於近端物鏡件 2'的軸線3'。
在圖4的視圖中，稜鏡14'處於一個移動位置，在此位置上，來自第一遠端物鏡件 6'的光路在其前往近端物鏡件2'的路途中經過稜鏡14的平面平行的第一區域34。稜鏡14'第二區域35具有與第一區域34相同的連續的近端平面37。但它在遠端具有斜面，確切的說是用於向內反射的反射面38和出射面39，在該出射面前面設置第二遠端物鏡件9'。圖5示出處於這樣一個位置的物鏡1'，此時，稜鏡14'被切換至另一個位置，確切的說是這樣的，即，稜鏡14'的第二區域35現在在遠側位於近端物鏡件2'前面。圖5 所示的光軸從第二遠端物鏡件9'軸線10'起，在稜鏡14'近端平面37處反射40並且在遠端斜面38處反射41後，進入近端物鏡件2'的軸線3'。在40和41處的兩個向內反射位置可在此實施例中均以全反射方式構成。就是說，在圖5的位置上，圖像傳感器30以一個傾斜角通過第二遠端物鏡件9'進行觀察，而圖像傳感器30在圖4的位置上筆直地通過第一遠端物鏡件6'進行觀察。如圖4和圖5的對照所示，第二近端物鏡件9'與稜鏡14'連接以便共同運動。所用的連接機構在附圖中未示出。其餘的組件6'、2'和30也是相互固定在一起，就像圖4 和圖5對照所示。在未示出的有變化的實施方式中，例如第二遠端物鏡件9'可以長期處於圖5所示的位置並且與元件6' ,12'和30固定連接，而稜鏡14'可以與所有其它元件無關地在雙箭頭33方向上移動。在替代實施方式中，兩個遠端物鏡件6'和9'也可以與稜鏡14' 連接以便共同運動。通過這種方式，得到了可行的結構變化方式，其例如出於結構考慮或者佔地原因而總能具有其優點。如圖4和圖5對照所示，在所示的物鏡Γ中考慮以下內容，即，在兩個觀察方向上，光程長度或者稱為光程或光路是彼此相同的。圖4和圖5的對照表明，雖然經過稜鏡 14'的稜柱區35的光程長度明顯大於經過平板區34的光程長度。但這在圖4所示的光路中通過平板32被補償，該平板的尺寸可以設定為使得在圖4和圖5的兩個光路中光程長度實際上是彼此相同的。
權利要求
1.一種用於內窺鏡的具有兩個觀察方向(8，10 ;8' ,10')的物鏡(1，1')，所述物鏡具有第一遠端物鏡件(6，6')，所述第一遠端物鏡件(6，6')以其軸線(8，8')定向在第一觀察方向上；第二物鏡件(9，9')，所述第二物鏡件(9，9')以其軸線(10，10')定向在第二觀察方向上；和近端物鏡件0，2')，所述近端物鏡件0，2')以其軸線(3，3')對準圖像傳感器 (4,4')或傳像機構；以及切換機構，所述切換機構包括稜鏡(14，14')，並且所述切換機構用於按照可切換的方式將來自所述第一遠端物鏡件(6，6')或來自所述第二遠端物鏡件(9，9')的光路偏轉至所述近端物鏡件0，2')，其特徵在於，所述切換機構具有能以機械方式被置入光路中的光線偏轉機構(17，35)。
2.根據權利要求1所述的物鏡，其特徵在於，在所述兩個觀察方向(8',10')上，經過所述物鏡(1')的光程長度是彼此相同的。
3.根據權利要求1或2所述的物鏡，其特徵在於，在所述兩個遠端物鏡件(6，9)內的光路除了必需的反射之外是完全相同的。
4.根據權利要求1至3之一所述的物鏡，其特徵在於，所述稜鏡(14)接收所述兩個遠端物鏡件(6，9)的光路並且共同定向到所述近端物鏡件⑵，並且所述稜鏡具有相對於所述近端物鏡件O)的軸線(3)傾斜延伸的界面(16)，其中，所述第一遠端物鏡件(6)的光路經所述界面(16)入射至所述稜鏡(14)，所述第二遠端物鏡件(9)的光路通過在所述界面(16)區域內的反射被反射回到所述稜鏡(14)，以便到達所述近端物鏡件(2)，並且其中，在所述界面(16)區域內設有可移動的反射鏡(17)，所述反射鏡通過其運動選擇性地或者開放經過所述界面(16)的通路、或者造成在所述界面(16)上的反射。
5.根據權利要求4所述的物鏡，其特徵在於，按照在所述界面(16)處不出現全反射的方式規定所述稜鏡(14)的形狀和材料。
6.根據權利要求4或5所述的物鏡，其特徵在於，所述第一遠端物鏡件(6)的玻璃杆 (22)具有出射面01)，所述出射面按照以第一間隙(16，21)的間距間隔開的方式平行於所述界面(16)，並且所述玻璃杆02)被第二間隙04)劃分開，所述第二間隙相對於所述第一遠端物鏡件(6)的軸線(8)的角度等於180°減去所述第一間隙(16，21)的角度。
7.根據權利要求4至6之一所述的物鏡，其特徵在於，所述稜鏡(14)在其朝向所述近端物鏡件O)的出射面(15)上按照在出射區旁朝內反射的方式構成。
8.根據權利要求7所述的物鏡，其特徵在於，所述稜鏡(14)在所述出射面(15)的反射區域中以全反射的方式構成。
9.根據權利要求4至8之一所述的物鏡，其特徵在於，所述反射鏡(17)和所述界面 (16)之間的間距大於1微米。
10.根據權利要求9所述的物鏡，其特徵在於，所述間距大於5微米。
11.根據權利要求4至10之一所述的物鏡，其特徵在於，所述反射鏡(17)與相鄰設置的光闌(19) 一起構成了能夠平行於所述界面(16)移動的結構單元(18)。
12.根據權利要求1至3之一所述的物鏡，其特徵在於，所述稜鏡(14')具有兩個可交替地被置入光路中的區域(34，35)，其中的第一區域將來自所述第一遠端物鏡件(6') 的光路引導至所述近端物鏡件O')，其中的第二區域將來自所述第二遠端物鏡件(9') 的光路引導至所述近端物鏡件O')。
13.根據權利要求12所述的物鏡，其特徵在於，所述近端物鏡件議)和所述第一遠端物鏡件(6')設置在相同的軸線(8' ,3')上，所述稜鏡(14')設置在所述近端物鏡件和所述第一遠端物鏡件兩者之間，其中，所述稜鏡(14')的所述第一區域(34)呈平板狀，而所述第二區域(3 轉過一個角度00，41)，所述角度對應於在所述第二觀察方向(10')和所述近端物鏡件議)的軸線(3')兩者之間的角度。
14.根據權利要求12或13所述的物鏡，其特徵在於，所述稜鏡(14')以能夠橫向於所述近端物鏡件O')的軸線(3')移動的方式設置在所述近端物鏡件和所述遠端物鏡件(6'，9')之間。
15.根據權利要求12至14之一所述的物鏡，其特徵在於，至少其中一個所述遠端物鏡件(6'，9')被固定在所述稜鏡上以便共同運動。
全文摘要
本發明涉及一種用於內窺鏡的具有兩個觀察方向(8，10；8′；10′)的物鏡(1，1′)，所述物鏡具有第一遠端物鏡件(6，6′)，所述第一遠端物鏡件(6，6′)以其軸線(8，8′)定向在第一觀察方向上；第二物鏡件(9，9′)，所述第二物鏡件(9，9′)以其軸線(10，10′)定向在第二觀察方向上；和近端物鏡件(2，2′)，所述近端物鏡件(2，2′)以其軸線(3，3′)對準圖像傳感器(4，4′)或傳像機構；以及切換機構，所述切換機構包括稜鏡(14，14′)，並且所述切換機構用於按照可切換的方式將來自所述第一遠端物鏡件(6，6′)或來自第二遠端物鏡件(9，9′)的光路偏轉至所述近端物鏡件(2，2′)，其特徵在於，所述切換機構具有能以機械方式被置入光路中的光線偏轉機構(17，35)。
文檔編號G02B26/08GK102422199SQ201080019877
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月4日 優先權日2009年5月7日
發明者P·紹溫克, 加藤貴之 申請人:奧林匹斯冬季和Ibe有限公司