具有可調(diào)節(jié)的觀察方向的內(nèi)窺鏡的制作方法
【專利說明】具有可調(diào)節(jié)的觀察方向的內(nèi)窺鏡
[0001]本發(fā)明涉及一種在觀察角度下具有可調(diào)節(jié)的觀察方向的內(nèi)窺鏡，特別是一種視頻內(nèi)窺鏡，所述內(nèi)窺鏡包括具有縱向軸線的內(nèi)窺鏡軸桿，其中所述內(nèi)窺鏡軸桿具有遠側(cè)觀察窗口，其中用于采集目標(biāo)的可移動的光學(xué)器件設(shè)置在所述內(nèi)窺鏡軸桿中，優(yōu)選地設(shè)置在近端處。
[0002]在不同的實施方式中已知內(nèi)窺鏡(特別是視頻內(nèi)窺鏡)，其中在內(nèi)窺鏡的內(nèi)窺鏡軸桿的遠側(cè)末端處入射的操作區(qū)域的光經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)被引導(dǎo)至一個或多個圖像傳感器。由此，內(nèi)窺鏡以向前觀察方向(所謂的0°觀察方向)可用，或者內(nèi)窺鏡以側(cè)向觀察方向可用，例如具有偏離0°觀察方向的30°、45°、70°等的側(cè)向觀察方向。在這種情況下，前述度數(shù)應(yīng)理解為中央觀察軸線與內(nèi)窺鏡軸桿的縱向軸線之間的角度。而且，存在具有可調(diào)節(jié)的側(cè)向觀察方向的內(nèi)窺鏡或視頻內(nèi)窺鏡，其中觀察角度(即，與平視的偏離)是可調(diào)節(jié)的。
[0003]因此，在調(diào)節(jié)觀察角度期間，與平視的偏離尤其是相對于內(nèi)窺鏡軸桿的縱向軸線是可變的。
[0004]而且，在EP 2 369 395 Al中公開了用于視頻內(nèi)窺鏡的光學(xué)系統(tǒng)，其中觀察角度由棱鏡單元的棱鏡改變，該棱鏡單元具有圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的三個棱鏡，該旋轉(zhuǎn)軸線垂直于或橫向于內(nèi)窺鏡軸桿的縱向軸線。連同第一棱鏡一起限定光束路徑的另兩個棱鏡并不隨之旋轉(zhuǎn)，使得能旋轉(zhuǎn)的第一棱鏡的反射表面相對于第二棱鏡的對應(yīng)反射表面旋轉(zhuǎn)。
[0005]在DE 10 2010 028 147 Al中公開了具有可變觀察方向的另一內(nèi)窺鏡。
[0006]從這種現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種具有可調(diào)節(jié)的觀察方向的內(nèi)窺鏡，當(dāng)調(diào)節(jié)所述觀察角度時，針對不同的觀察角度設(shè)定，允許以簡單的方式采集期望的目標(biāo)并改善對采集目標(biāo)圖像的聚焦。
[0007]該目的是通過一種在觀察角度下具有可調(diào)節(jié)的觀察方向的內(nèi)窺鏡，特別是一種視頻內(nèi)窺鏡來實現(xiàn)的，所述內(nèi)窺鏡包括具有縱向軸線的內(nèi)窺鏡軸桿，其中所述內(nèi)窺鏡軸桿具有遠側(cè)觀察窗口，其中用于采集目標(biāo)的可移動的光學(xué)器件設(shè)置在所述內(nèi)窺鏡軸桿中，所述內(nèi)窺鏡的發(fā)展在于，聚焦光學(xué)單元被布置在所述遠側(cè)觀察窗口與所述可移動的光學(xué)器件之間，其中所述聚焦光學(xué)單元的焦距根據(jù)觀察角度可以發(fā)生改變或被改變。
[0008]本發(fā)明基于的思想是，通過在所述遠側(cè)觀察窗口(在所述內(nèi)窺鏡的內(nèi)側(cè)布置于所述內(nèi)窺鏡軸桿的端部上)與光學(xué)器件(能在所述內(nèi)窺鏡軸桿中移動以采集光束和/或目標(biāo)的)之間使用具有多個焦距的聚焦光學(xué)單元，例如一個漸變折射率透鏡或可選的多個漸變折射率透鏡或衍射和/或折射光學(xué)單元，提高了對采集目標(biāo)的聚焦，這是因為所述聚焦光學(xué)單元的焦距依賴于用于采集目標(biāo)的裝置的所述觀察角度。在這種情況下，所述聚焦光學(xué)單元(例如漸變折射率透鏡)被構(gòu)造成使得當(dāng)改變觀察角度時，例如當(dāng)使用具有可樞轉(zhuǎn)棱鏡的棱鏡單元時，所述聚焦光學(xué)單元的焦距是變化的，因此，依賴于具有可調(diào)節(jié)的觀察方向的所述內(nèi)窺鏡的所述觀察角度，由于不同觀察角度下的可變焦距，以簡單的方式促進了目標(biāo)的聚焦。例如，當(dāng)使用用于所述聚焦光學(xué)單元的至少一個漸變折射率透鏡時，由于所述漸變折射率透鏡的可變折射率，以簡單的方式實現(xiàn)了目標(biāo)的聚焦。
[0009]所述聚焦光學(xué)單元被布置在所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述遠側(cè)觀察窗口與所述可移動的光學(xué)器件之間，這導(dǎo)致所述內(nèi)窺鏡軸桿具有緊湊特征。
[0010]特別是，聚焦光學(xué)單元(例如漸變折射率透鏡或衍射光學(xué)元件(DOE))是借助優(yōu)選間斷或連續(xù)地改變折射率而產(chǎn)生透鏡效果的半透明元件。在這種情況下，以預(yù)定的觀察角度將所述光束偏轉(zhuǎn)并集束在所述聚焦光學(xué)單元的焦點處。當(dāng)所述觀察角度改變時，所述光束被集束在不同的焦點處，這是因為由于聚焦依賴于所述觀察角度，所以所述聚焦光學(xué)單元在不同的觀察角度下具有不同的焦距。
[0011]在這種情況下，至少一個圖像傳感器被布置在所述內(nèi)窺鏡中，例如位于所述棱鏡單元的近端下游處，其中所述棱鏡單元的布置在遠側(cè)或改變觀察角度的棱鏡能圍繞橫向于所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述縱向軸線的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。而且，所述棱鏡單元和所述至少一個圖像傳感器被布置在所述包殼管內(nèi)側(cè)的密封空間中。而且，例如在所述內(nèi)窺鏡的手柄上設(shè)置了用于調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)棱鏡的所述觀察角度的操作元件。
[0012]特別是，所述內(nèi)窺鏡的特征在于，所述聚焦光學(xué)單元被構(gòu)造成使得當(dāng)改變所述觀察方向時，所述聚焦光學(xué)單元的焦距根據(jù)所述觀察角度的增大而縮短，或者所述聚焦光學(xué)單元的焦距根據(jù)所述觀察角度的減小而增大。
[0013]另外，有利地進一步規(guī)定:所述聚焦光學(xué)單元被布置在所述觀察窗口上，和/或所述聚焦光學(xué)單元被粘合到所述觀察窗口。
[0014]所述內(nèi)窺鏡的優(yōu)選實施方式的特征在于，所述聚焦光學(xué)單元具有漸變折射率透鏡和/或衍射作用的光學(xué)體，特別是膜，和/或具有折射作用的光學(xué)體，特別是膜。
[0015]為此，在一個實施方式中規(guī)定:所述漸變折射率透鏡被布置在所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述遠側(cè)觀察窗口上。
[0016]在一個實施方式中，進一步規(guī)定:所述漸變折射率透鏡或衍射或折射作用的膜被粘合到所述觀察窗口(特別是由藍寶石制成的觀察窗口)上。
[0017]特別是，被設(shè)置為聚焦光學(xué)單元的漸變折射率透鏡的折射率優(yōu)選地橫向于所述透鏡的所述光學(xué)軸線而變化，因此所述漸變折射率透鏡具有緊湊的結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生非常小的直徑。
[0018]而且，所述漸變折射率透鏡表征為聚焦光學(xué)單元，其中透鏡長度能以可變的方式調(diào)節(jié)，其中焦距和操作距離可以非常接近所述漸變折射率透鏡的端部。而且，所述漸變折射率透鏡規(guī)定:折射率被設(shè)計成橫向于透鏡的所述光學(xué)軸線是不同的或可變的。借助橫向于所述光學(xué)軸線的可變折射率，產(chǎn)生透鏡效果，使得當(dāng)光束穿過所述漸變折射率透鏡時，所述光束被集束或相應(yīng)地聚焦在所述漸變折射率透鏡附近的焦點處。
[0019]綜上所述，借助所述聚焦光學(xué)單元在所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述遠側(cè)觀察窗口與所述可移動的光學(xué)器件之間的布置(其中其焦距依賴于所述內(nèi)窺鏡的所述觀察角度而變化)，實現(xiàn)了:提高了對來自目標(biāo)的所述入射光束的聚焦，并由此提高了對期望目標(biāo)的光學(xué)采集。
[0020]而且，在一個實施方式中，所述視頻內(nèi)窺鏡的特征在于，所述光學(xué)器件以可移動的方式布置在所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述縱向軸線的方向上和/或橫向于所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述縱向軸線。例如，如果所述光學(xué)器件被構(gòu)造為棱鏡單元，則所述棱鏡單元可圍繞所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。而且，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可行的是，例如，可樞轉(zhuǎn)棱鏡設(shè)置在所述棱鏡單元中，所述可樞轉(zhuǎn)棱鏡能圍繞優(yōu)選地橫向于或垂直于所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述縱向軸線取向的軸線樞轉(zhuǎn)。
[0021]通過棱鏡的樞轉(zhuǎn)，可以相對于所述內(nèi)窺鏡軸桿的所述縱向軸線改變所述觀察方向。
[0022]特別是，在所述視頻內(nèi)窺鏡的發(fā)展中，優(yōu)選的是，所述光學(xué)器件被構(gòu)造為棱鏡單元，其中所述棱鏡單元作為可移動單元具有能圍繞樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)的至少一個棱鏡。
[0023]而且，在根據(jù)本發(fā)明的所述視頻內(nèi)窺鏡的另一實施方式中規(guī)定:所述光學(xué)器件被構(gòu)造為光學(xué)圖像傳感器單元，從目標(biāo)入射穿過所述觀察窗口的所述光束被所述光學(xué)圖像傳感器單元采集。特別是，所述圖像傳感器單元為CCD相機。
[0024]而且，優(yōu)選的是，所述聚焦光學(xué)單元被構(gòu)造成使得所述聚焦光學(xué)單元具有預(yù)定的自由形式表面。結(jié)果，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可行的是，衍射膜或折射膜或相應(yīng)衍射光學(xué)元件(DOE)能夠作為聚焦光學(xué)單元制造，其中所述膜或所述衍射光學(xué)元件(DOE)被布置到或粘合到內(nèi)側(cè)(例如構(gòu)造為藍寶石拱頂?shù)倪h側(cè)觀察窗口)上。
[0025]此外，所述聚焦光學(xué)單元優(yōu)選地由塑料材料生產(chǎn)。結(jié)果，例如，衍射光學(xué)元件(DOE)或漸變折射率透鏡可有利地以簡單的方式生產(chǎn)為緊湊的結(jié)構(gòu)。
[0026]而且，通過在優(yōu)選地用于手術(shù)檢查的內(nèi)窺鏡(特別是視頻內(nèi)窺鏡)中使用聚焦光學(xué)單元而實現(xiàn)該目的，其中所述內(nèi)窺鏡或視頻內(nèi)窺鏡如上述進行構(gòu)造。
[0027]從根據(jù)本發(fā)明的實施方式的描述連同權(quán)利要求書和附圖揭示出本發(fā)明的其它特征。根據(jù)本發(fā)明的實施方式可由各個特征或若干特征的組合來完成。
[0028]下文中在不限制總體發(fā)明構(gòu)思的前提下使用參考附圖的示例性實施方式描述了本發(fā)明，其中關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的文中未更詳細地描述的所有細節(jié)，明確參考附圖，其中:
[0029]圖1示出了視頻內(nèi)窺鏡的示意性立體圖；
[0030]圖2示出了位于內(nèi)窺鏡軸桿的遠側(cè)末端處的棱鏡單元的示意性側(cè)視圖；
[0031]圖3示出了圖2的棱鏡單元的示意性平面圖；
[0032]圖4示出了根據(jù)另一示例性實施方式穿過內(nèi)窺鏡軸桿的遠側(cè)末端的橫截面。
[0033]在圖中，在每種情況下，相同或類似的要素和/或部分設(shè)有相同的附圖標(biāo)記，從而除去了重新引入。
[0034]圖1不出了視頻內(nèi)窺鏡I的不意性立體圖，視頻內(nèi)窺鏡I具有近側(cè)手柄2和剛性內(nèi)窺鏡軸桿3。觀察窗口 5被布置在內(nèi)窺鏡軸桿3的遠側(cè)末端4處，內(nèi)窺鏡軸桿3的遠側(cè)部分6被布置到所述觀察窗口的后面，所述遠側(cè)部分具有棱鏡單元(未示出)和圖像傳感器單元(未示出)。