專利名稱：用于小型傳感器應(yīng)用的固體成像物鏡和組裝技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及成像光學(xué)器件和制造成像光學(xué)器件的方法，且更具體地涉及小型成像光學(xué)器件和制造小型成像光學(xué)器件的方法。
背景技術(shù)：
由于傳感器日益變小，因此需要產(chǎn)生一種相比小型化的成像光學(xué)器件。構(gòu)造用于小型成像光學(xué)器件的透鏡組件的常規(guī)方法是借助隔塊和孔將透鏡元件堆疊在透鏡隔間中。單獨(dú)透鏡的對準(zhǔn)完全取決于透鏡制造公差以及透鏡隔間和隔塊的機(jī)械公差。透鏡元件的偏心和傾斜是導(dǎo)致小型成像物鏡的性能變差的最大因素。當(dāng)透鏡組件的尺寸收縮時(shí)，用于制造透鏡和透鏡隔間的機(jī)械公差不收縮，因此使得公差對圖像質(zhì)量的影響變得更大。隨著透鏡的尺寸變得足夠小，由于高產(chǎn)出損失，因此將制造該系統(tǒng)的效率變差。圖1是示出在實(shí)施數(shù)個(gè)透鏡元件的現(xiàn)有成像光學(xué)器件中發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)。現(xiàn)有成像光學(xué)器件組件由借助機(jī)械隔塊堆疊在透鏡隔間中的單獨(dú)透鏡制成。對于這些系統(tǒng)，該疊堆的最后透鏡元件通常通過在透鏡的邊緣與透鏡隔間的內(nèi)表面之間施加環(huán)氧樹脂而被保持就位。透鏡的對準(zhǔn)由透鏡隔間的機(jī)械公差、隔塊的機(jī)械公差以及透鏡自身的制造公差來確定。隨著透鏡、透鏡隔間和隔塊的尺寸變得更小，在一些點(diǎn)處制造公差不能再被減小。在這種小尺寸下，每個(gè)機(jī)械尺寸的誤差與先前的相比變?yōu)榭偝叽绲母蟀俜直?，并且失?zhǔn)的可能性增加，如下文所述。示出了簡化的透鏡隔間100，所·述透鏡隔間能夠?yàn)橛糜谌魏涡⌒凸鈱W(xué)應(yīng)用中的透鏡隔間，所述透鏡隔間在一端具有窗口元件102并且在另一端具有圖像捕獲裝置104。為了示例目的僅示出了幾個(gè)透鏡元件，但是透鏡元件的數(shù)量能夠從透鏡隔間100的一端延及到另一端。至窗口元件102的左側(cè)的箭頭表示進(jìn)入透鏡隔間100的光波。作為示例，示出了五個(gè)透鏡元件106、107、108、109和110，在其他示例中能夠包括更多的透鏡元件。還可增設(shè)有孔和隔塊。隔塊112、113、114和115被設(shè)置在這些透鏡元件之間以保持穩(wěn)定性并且提供用于凸形表面的結(jié)構(gòu)。由于透鏡隔間100具有在小于Imm的范圍內(nèi)的小直徑，因此透鏡元件106、107、108、109和110中的一些不能夠被制造滿足嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。不能夠?qū)⑼哥R元件制造成滿足嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致透鏡元件110具有不正確的尺寸并且使其中心與透鏡元件107、108和109的中心失準(zhǔn)。透鏡110對于透鏡隔間100來說太小，如由在透鏡110上方剩余的空間所示的。透鏡106也顯示出制造缺陷并且以不正確的角度傾斜，如在透鏡隔間100的頂部和底部處看到的，在透鏡隔間的頂部和底部處，透鏡106的外邊緣并未安置成與透鏡隔間100的內(nèi)部齊平。這種傾斜和失準(zhǔn)造成圖像質(zhì)量的損失。期望存在一種小型成像物鏡，所述小型成像物鏡能被有效地制造，并不依賴于單獨(dú)透鏡元件的機(jī)械公差，并且將提供良好的圖像質(zhì)量
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種成像光學(xué)器件。所述成像光學(xué)器件包括:第一組合元件，所述第一組合元件包括沿著光軸彼此對準(zhǔn)并且彼此附接的至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件；第二組合元件，所述第二組合元件包括至少一個(gè)單獨(dú)透鏡元件；以及設(shè)置在所述第一組合元件與所述第二組合元件之間的孔，所形成的成像光學(xué)器件的表面(內(nèi)嵌的以及外部的)具有相對于所述光軸小于大約3分的傾斜以及相對于所述光軸小于大約0.005mm的偏心。本發(fā)明還提供一種制造成像光學(xué)器件的方法。制造成像光學(xué)器件的所述方法包括以下步驟:將第一單獨(dú)透鏡元件固定在保持件中；將一束或多束光引導(dǎo)通過所述第一單獨(dú)透鏡元件；將所述第一單獨(dú)透鏡元件與所述一束或多束光的光軸對準(zhǔn)；將第二單獨(dú)透鏡元件固定在所述保持件中；將所述一束或多束光引導(dǎo)通過所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件；將來自所述第一單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光與來自所述第二單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光對準(zhǔn)，從而將所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在第一對準(zhǔn)位置中；以及在所述第一對準(zhǔn)位置將所述第一單獨(dú)透鏡元件附接到所述第二單獨(dú)透鏡元件，從而形成第一組合元件。本發(fā)明還提供一種內(nèi)窺鏡。所述內(nèi)窺鏡包括操作部和插入部，所述插入部包括成像光學(xué)器件，所述成像光學(xué)器件包括第一組合元件、第二組合元件和設(shè)置在所述第一組合元件與所述第二組合元件之間的孔，所述第一組合元件包括沿著光軸彼此對準(zhǔn)并且彼此附接的至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件，所述第二組合元件包括至少一個(gè)單獨(dú)透鏡元件，所述成像光學(xué)器件的表面(內(nèi)嵌的以及外部的)具有相對于所述光軸小于大約3分的傾斜以及相對于所述光軸小于大約0.005mm的偏心。


本發(fā)明借助本發(fā)明的非限制性示意實(shí)施方式通過參考附圖而在后文的詳細(xì)說明中被進(jìn)一步描述，在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不局限于所示的確切布置和手段。在附圖中:圖1是現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)器件的示例性圖；圖2是本發(fā)明的成像光學(xué)器件`的示例性圖；圖3是與人的頭發(fā)相比的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的透鏡組件；圖4是與尺子的一部分相比的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的透鏡組件；圖5是包括本發(fā)明的成像透鏡組件的示例性內(nèi)窺鏡；以及圖6是由透鏡組件的一個(gè)實(shí)施方式產(chǎn)生的光線圖。
具體實(shí)施例方式針對小型成像光學(xué)器件以及制造小型成像光學(xué)器件并且同時(shí)保持良好光學(xué)質(zhì)量的方法的需要得到本發(fā)明的解決方案。該系統(tǒng)由其精度和尺寸來表征。圖2是本發(fā)明的成像光學(xué)器件的示例性圖并且是本發(fā)明的方法的結(jié)果。如圖2所示，示出了組裝好的成像光學(xué)器件I，所述成像光學(xué)器件通過本發(fā)明的方法來組裝。制造成像光學(xué)器件的方法包括數(shù)個(gè)步驟。開始時(shí)，將第一單獨(dú)透鏡2元件設(shè)置在保持件上。本文所討論的每個(gè)單獨(dú)元件均能具有兩個(gè)具有曲率的表面(powered surface)、一個(gè)具有曲率的表面和一個(gè)平坦表面、或者兩個(gè)平坦表面。與本文所述的所有單獨(dú)透鏡元件一樣，第一單獨(dú)透鏡元件2能由任何合適的玻璃或塑料材料構(gòu)成。第一單獨(dú)透鏡元件2可以被固定在保持件中，所述保持件可以是適于以極少運(yùn)動(dòng)或無運(yùn)動(dòng)的方式支承透鏡元件的精密的V形塊或任何其他保持件。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一單獨(dú)透鏡元件2可首先被固定或附接到第一桿，所述第一桿也被設(shè)置在保持件中。第一桿能有助于操縱第一單獨(dú)透鏡元件2，并且通過該方法能為第一單獨(dú)透鏡元件2提供支承。該第一桿能由玻璃或任何其他合適材料(包括塑料)構(gòu)成。一旦第一單獨(dú)透鏡元件2被固定，則一束或多束光的光源20將一束或多束光22沿光軸引導(dǎo)引導(dǎo)通過第一單獨(dú)透鏡元件2。一束或多束光的光源20可以是激光源，所述激光源可產(chǎn)生一束或多束激光。一束或多束激光可作為圖案或圖像或以隨機(jī)構(gòu)造被產(chǎn)生。在對準(zhǔn)過程的一個(gè)實(shí)施方式中，為了將第一單獨(dú)透鏡元件2與光軸對準(zhǔn)以使得第一單獨(dú)透鏡元件2對中并且處于正確角度，第一單獨(dú)透鏡元件2被操縱以使得一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上。在對準(zhǔn)過程的另一實(shí)施方式中，為了將第一單獨(dú)透鏡元件2與光軸對準(zhǔn)以使得第一單獨(dú)透鏡元件2對中并且處于正確角度，第一單獨(dú)透鏡元件2被操縱以使得一束或多束光22穿過所述第一單獨(dú)透鏡元件并且落到基準(zhǔn)表面29上。所述一束或多束光22的位置可被對準(zhǔn)，以使得光22與基準(zhǔn)表面29上的預(yù)定圖案重合。作為許多可行構(gòu)造的一個(gè)示例，一束或多束光22可以處于叉絲(cross-hair)圖像中，所述叉絲圖像于是可被對準(zhǔn)以使其與基準(zhǔn)表面29上的叉絲圖像重合。該操縱能夠以任何合適的方式來進(jìn)行，包括自動(dòng)操縱或者由使用人員進(jìn)行的手動(dòng)操縱。如果以自動(dòng)的方式進(jìn)行該操縱，那么機(jī)器能被編程以移動(dòng)每個(gè)單獨(dú)透鏡元件，直到一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上，從而更接近被完全對準(zhǔn)直到達(dá)到預(yù)定誤差極限。 如果利用單獨(dú)透鏡元件的自動(dòng)操縱，那么機(jī)器能被編程以將單獨(dú)透鏡相對被固定在保持件中。為了有助于此，機(jī)器可具有機(jī)器人部，所述機(jī)器人部能夠拾取單獨(dú)透鏡元件以及操縱單獨(dú)透鏡元件。該機(jī)器會(huì)首先拾取所示的單獨(dú)透鏡元件，并將其固定在保持件中。通過操縱單獨(dú)透鏡元件的位置，該機(jī)器會(huì)將來自光源的一束或多束光引導(dǎo)通過該單獨(dú)透鏡元件。該機(jī)器會(huì)繼續(xù)操縱單獨(dú)透鏡元件的位置，從而使得該單獨(dú)透鏡元件與光源的光軸越來越好地對準(zhǔn)。該機(jī)器能包括數(shù)個(gè)傳感器，這些傳感器將在每個(gè)運(yùn)動(dòng)之后測量單獨(dú)透鏡元件與光軸的對準(zhǔn)，直到失準(zhǔn)處于預(yù)定誤差閾值之下。一旦傳感器確定了單獨(dú)透鏡元件被充分地對準(zhǔn)，該機(jī)器就會(huì)固定另一單獨(dú)透鏡元件并且將其以相同的方式對準(zhǔn)直到失準(zhǔn)處于預(yù)定誤差閾值之下，并且將兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件附接到一起。在對準(zhǔn)過程的一個(gè)實(shí)施方式中，一束或多束光22將穿過第一單獨(dú)透鏡元件2并且反射回到一束或多束光的光源20上。一束或多束光22上的離開箭頭23代表在其離開一束或多束光的光源20的一束或多束光22。反射箭頭25代表在其接觸單獨(dú)透鏡元件之后被反射回到所述一束或多束光的光源20的一束或多束光22。一旦第一單獨(dú)透鏡元件2被操縱使得一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上，那么第二單獨(dú)透鏡元件4相對于光軸被固定并且同時(shí)確保第一單獨(dú)透鏡元件2保持大致固定。為了將第二單獨(dú)透鏡元件4與第一單獨(dú)透鏡元件2對準(zhǔn)，而將一束或多束光22引導(dǎo)通過第二單獨(dú)透鏡元件4和對準(zhǔn)的第一單獨(dú)透鏡元件2。第二單獨(dú)透鏡元件4被操縱以使得一束或多束光22被反射回到所述一束或多束光的光源20上。來自第二單獨(dú)透鏡元件4的反射將與在將第二單獨(dú)透鏡元件4設(shè)置在保持件中之前單獨(dú)從第一單獨(dú)透鏡元件2反射回來的一束或多束光22重合。在第二單獨(dú)透鏡元件4被對準(zhǔn)之后，第一單獨(dú)透鏡元件2和第二單獨(dú)透鏡元件4處于第一對準(zhǔn)位置。在對準(zhǔn)過程的另一實(shí)施方式中，一束或多束光22將穿過第一單獨(dú)透鏡元件2并且落到基準(zhǔn)表面29上。穿過箭頭27代表穿過第一單獨(dú)透鏡元件2的一束或多束光22。一旦第一單獨(dú)透鏡元件2被操縱以使得一束或多束光22將穿過第一單獨(dú)透鏡元件2并且落到基準(zhǔn)表面29上，那么第二單獨(dú)透鏡元件4就相對于光軸被固定并且同時(shí)確保第一單獨(dú)透鏡元件2保持大致固定。為了將第二單獨(dú)透鏡元件4與第一單獨(dú)透鏡元件2對準(zhǔn)，而將一束或多束光22引導(dǎo)通過對準(zhǔn)的第一單獨(dú)透鏡元件和第二單獨(dú)透鏡元件4。第二單獨(dú)透鏡元件4被操縱以使得其被對準(zhǔn)并且一束或多束光22被定位在基準(zhǔn)表面29上的預(yù)定點(diǎn)處。預(yù)定點(diǎn)將與在一束或多束光22僅被引導(dǎo)通過第一單獨(dú)透鏡元件2而不通過第二單獨(dú)透鏡元件4時(shí)的所述一束或多束光22重合。在第二單獨(dú)透鏡元件4已被對準(zhǔn)之后，第一單獨(dú)透鏡元件2和第二單獨(dú)透鏡元件4處于第一對準(zhǔn)位置。所有透鏡元件都可借助上述對準(zhǔn)過程中的任一過程來對準(zhǔn)。為了清楚起見，下述說明借助所述的第一對準(zhǔn)過程來對準(zhǔn)，但這絕不排除使用第二對準(zhǔn)過程。一旦第一單獨(dú)透鏡元件2和第二單獨(dú)透鏡元件4處于第一對準(zhǔn)位置，第一單獨(dú)透鏡元件2和第二單獨(dú)透鏡元件4就被附接到一起。為了將第一單獨(dú)透鏡元件2與第二單獨(dú)透鏡元件4附接以形成第一組合元件12 二聯(lián)體(doublet)，可使用陶瓷或其他合適的粘結(jié)劑。合適的粘結(jié) 劑的一些示例包括Norland61UV光學(xué)粘結(jié)劑和Vitralit6128UV環(huán)氧樹月旨。如果第一組合元件12的第一單獨(dú)透鏡元件2部分與第二單獨(dú)透鏡元件4部分具有不同的直徑，那么該第一組合元件可在邊緣研磨成具有大約(+0.00/-0.0lOmm)的公差的單個(gè)直徑。一旦將第一單獨(dú)透鏡元件2與第二單獨(dú)透鏡元件4附接以形成第一組合元件12，則其他單獨(dú)透鏡元件可被對準(zhǔn)并且增設(shè)到第一組合元件12 二聯(lián)體，之后重復(fù)上述的相同步驟。在下文描述形成組合元件的3個(gè)單獨(dú)透鏡元件的說明，但是每個(gè)組合元件均能包含數(shù)個(gè)單獨(dú)透鏡元件，這取決于成像光學(xué)器件所需的光學(xué)質(zhì)量。在另一實(shí)施方式中，在已經(jīng)構(gòu)成第一組合元件12之后，將該第一組合元件從其固定位置移除。在另一實(shí)施方式中，其中第一組合元件12被附接到孔的一側(cè)并且僅一個(gè)單獨(dú)透鏡元件被附接到該孔的另一側(cè)，第一組合元件12被留置在保持件中。一旦已經(jīng)構(gòu)成第一組合元件12，則將該第一組合元件12設(shè)置在保持件中，并且在保持件中設(shè)置孔5。在孔5被設(shè)置在保持件中之后，將第三單獨(dú)透鏡元件6固定在該保持件中。于是第一組合元件12被附接到孔5的一側(cè)，并且第三單獨(dú)透鏡元件6被附接到孔5的另一側(cè)。在該實(shí)施方式中，所構(gòu)成的成像光學(xué)器件可用于合適的內(nèi)窺鏡中。所構(gòu)成的成像光學(xué)器件還可構(gòu)造成使得成像光學(xué)器件的表面相對于光軸具有小于大約3分的傾斜并且相對于光軸具有小于大約
0.005mm的偏心。在該實(shí)施方式中，在將第三單獨(dú)透鏡元件6附接到孔5之前，孔5可能填充有粘結(jié)劑或者其可保持未被填充。該粘結(jié)劑可以是任何合適粘結(jié)劑，包括Vitralit7256和Norland Optical Adhesive 73。將孔用粘結(jié)劑填充可具有數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括減小有效厚度、減小空氣等同厚度以及增大圖像照明度，尤其增大圖像的邊緣周圍的照明度。在第一實(shí)施方式中，在移除第一組合元件12之后，能開始構(gòu)造第二組合元件14。為了開始第二組合元件14的構(gòu)造，在保持件上設(shè)置第三單獨(dú)透鏡元件6。在一個(gè)實(shí)施方式中，第三單獨(dú)透鏡元件6可被首先固定或附接到第二桿，所述第二桿也位于所述保持件中。第二桿能有助于處理第三單獨(dú)透鏡元件6，并且在形成第二組合元件14期間能為第三單獨(dú)透鏡元件6提供支承。該桿可由玻璃或任何其他材料(包括塑料)構(gòu)成。一旦將該第三單獨(dú)透鏡元件6固定到保持件中，一束或多束光22就穿過該第三單獨(dú)透鏡元件。為了對準(zhǔn)第三單獨(dú)透鏡元件6，第三單獨(dú)透鏡元件6被操縱以使得一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上。該操縱能夠以任何合適的方式來進(jìn)行，包括自動(dòng)操縱或者由使用人員進(jìn)行的手動(dòng)操縱。如果以自動(dòng)的方式進(jìn)行該操縱，那么機(jī)器能被編程以移動(dòng)每個(gè)單獨(dú)透鏡元件，直到一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上，從而更接近被完全對準(zhǔn)直到達(dá)到預(yù)定誤差極限。一旦第三單獨(dú)透鏡元件6被操縱以使得一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上，則在保持件中設(shè)置第四單獨(dú)透鏡元件8，同時(shí)確保第三單獨(dú)透鏡元件6保持大致固定。為了將第四單獨(dú)透鏡元件8與第三單獨(dú)透鏡元件6對準(zhǔn)，使一束或多束光22引導(dǎo)通過對準(zhǔn)的第三單獨(dú)透鏡元件6和第四單獨(dú)透鏡元件8。第四單獨(dú)透鏡元件8被操縱以使得一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上。來自第四單獨(dú)透鏡元件8的反射將與在將第四單獨(dú)透鏡元件8設(shè)置在保持件中之前單獨(dú)從第三單獨(dú)透鏡元件6反射回來的一束或多束光22重合。在第四單獨(dú)透鏡元件8被操縱之后，第三單獨(dú)透鏡元件6和第四單獨(dú)透鏡元件8處于第二對準(zhǔn)位置。一旦第三單獨(dú)透鏡元件6和第四單獨(dú)透鏡元件8處于第二對準(zhǔn)位置，第三單獨(dú)透鏡元件6和第四單獨(dú)透鏡元件8就被附接到一起，從而形成第一附接組13。在一個(gè)示例中，其中三個(gè)單獨(dú)透鏡元件被附接到一起以形成第二組合元件14，第五單獨(dú)透鏡元件10與所述第一附接組13 —起被設(shè)置在保持件中，并且同時(shí)保持第一附接組13大致固定。一旦將第五單獨(dú) 透鏡元件10固定在保持件中，該第五單獨(dú)透鏡元件10就被操縱以用于對準(zhǔn)。為了將第五單獨(dú)透鏡元件10與先前對準(zhǔn)的第一附接組13對準(zhǔn)，將一束或多束光22引導(dǎo)通過對準(zhǔn)的第一附接組13和第五單獨(dú)透鏡元件10。第五單獨(dú)透鏡元件10被操縱以使得一束或多束光22反射回到一束或多束光的光源20上。來自第五單獨(dú)透鏡元件10的反射將與在將第五單獨(dú)透鏡元件10設(shè)置在保持件中之前單獨(dú)從第一附接組13反射回來的一束或多束光22重合。在第五單獨(dú)透鏡元件10已被對準(zhǔn)之后，第五單獨(dú)透鏡元件10和第一附接組13處于第三對準(zhǔn)位置。一旦第五單獨(dú)透鏡元件10和第一附接組13處于第三對準(zhǔn)位置，第五單獨(dú)透鏡元件10和第一附接組13就被附接到一起，從而形成第二組合元件14。如果第三單獨(dú)透鏡元件6、第四單獨(dú)透鏡元件8和第五單獨(dú)透鏡元件10中的一些具有不同的直徑，那么第二組合元件14能被邊緣研磨成具有大約(+0.00/-0.0lOmm)的公差的單個(gè)直徑。第二組合元件14可被邊緣研磨成與第一組合元件12具有大致相同的直徑。一旦第三單獨(dú)透鏡元件6、第四單獨(dú)透鏡元件8和第五單獨(dú)透鏡元件10被附接以形成第二組合元件14，那么其他單獨(dú)透鏡元件可被對準(zhǔn)并采用上述的相同步驟增設(shè)到第二組合元件14三聯(lián)體(triplet)。每個(gè)組合元件可包含數(shù)個(gè)單獨(dú)透鏡元件，這取決于成像光學(xué)器件所需的光學(xué)質(zhì)量。每個(gè)單獨(dú)透鏡元件按照針對第五單獨(dú)透鏡元件10添加到第一附接組13的上述方式被添加。例如，如果第六單獨(dú)透鏡元件要被添加到第二組合元件14，那么該第六單獨(dú)透鏡元件將與第二組合元件14對準(zhǔn)并且附接到該第二組合元件14。一旦完成第一組合元件12和第二組合元件14，則將第一組合元件12、孔5和第二組合元件14設(shè)置在保持件中?？?可具有與第一組合元件12和第二組合元件14大致相同尺寸的外徑。于是第一組合元件12被附接到孔5的一側(cè)。孔5可以具有任何合適的厚度。在一個(gè)實(shí)施方式中，孔5可具有大約0.0lmm的厚度。在第一組合元件12被附接到孔5的一側(cè)之后，將第二組合元件14附接到孔5的另一側(cè)，從而形成透鏡組件16。在該實(shí)施方式中，在將第二組合元件14附接到孔5之前，孔5可填充有粘結(jié)劑或可保持未被填充。該粘結(jié)劑可以是任何合適的粘結(jié)劑，包括Vitralit7256和Norland Optical Adhesive73。用粘結(jié)劑來填充孔可具有數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括減小有效厚度以及增大圖像照明度，尤其增大圖像的邊緣周圍的照明度。圖3是當(dāng)與人的頭發(fā)的尺寸相比時(shí)透鏡組件16的一個(gè)示例。圖4是透鏡組件16的大小的另一示例。圖4的透鏡組件16具有大約1_的長度和大約0.5mm的直徑。根據(jù)上述方法構(gòu)造的透鏡組件16具有良好的成像質(zhì)量，并且可將良好圖像傳送到圖像捕獲裝置或圖像檢測器。上述方法形成與透鏡組件16類似的透鏡組件，其中透鏡組件的表面可具有小于大約3分的傾斜以及小于大約0.005mm的偏心。與在產(chǎn)生與透鏡組件16具有相同尺寸和相同規(guī)格的透鏡的常規(guī)方法(所述常規(guī)方法具有在大約85%至大約90%之間的產(chǎn)出損失)相比，該方法還可能導(dǎo)致在大約0%至大約5%之間的產(chǎn)出損失。術(shù)語“產(chǎn)出損失”在本文被用于描述由于形成的圖像質(zhì)量而不適合指定的成像功能的所制造的光學(xué)器件的百分比。透鏡組件16于是可與圖像捕獲裝置或圖像檢測器一起被設(shè)置在一裝置中。這種裝置可以是內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡可以是側(cè)視或正視的內(nèi)窺鏡。在圖5中可看到包括透鏡組件16的內(nèi)窺鏡的一個(gè)實(shí)施方式。圖5不出了內(nèi)窺鏡50,為了描述目的該內(nèi)窺鏡是正視內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡50具有操作部5 4，所述操作部54包括兩個(gè)彎曲的操作臂54，這兩個(gè)操作臂在使用該內(nèi)窺鏡期間用于執(zhí)行彎曲操作。操作部54位于內(nèi)窺鏡50的近端處，并且在內(nèi)窺鏡手術(shù)期間保持受管理者的控制。內(nèi)窺鏡50還包括細(xì)長插入部52，所述插入部在內(nèi)窺鏡手術(shù)期間被插入患者身體中。在該示例性內(nèi)窺鏡中，僅示出成像能力，但是內(nèi)窺鏡還可包括流體傳送和移除以及在內(nèi)窺鏡50的遠(yuǎn)端58周圍的區(qū)域中使用醫(yī)療儀器。在遠(yuǎn)端58中示出的是透鏡組件16、圖像捕獲裝置20以及窗口 22，所述窗口將透鏡組件16與遠(yuǎn)端58之外的環(huán)境分離。窗口 22可以具有任何合適形狀，包括平坦-平坦、平坦-凸形、平坦-凹形、凹形-凸形形狀，以及這些形狀的變形。至窗口 22的左方的箭頭表示由透鏡組件16捕獲的觀察區(qū)域。透鏡組件16可包括用于期望應(yīng)用的濾光器，并且可根據(jù)用途被選擇。濾光器可被包括在任何合適位置中，包括距圖像檢測器或圖像捕獲裝置最遠(yuǎn)的表面。形成透鏡組件16的上述方法可由使用者來執(zhí)行或可被自動(dòng)執(zhí)行。在對準(zhǔn)并附接單獨(dú)透鏡元件以及將組合元件附接到孔的方法期間，可由使用人員或機(jī)器人用戶來進(jìn)行部件的操縱，并且機(jī)器人用戶被編程以操縱部件，使得這些部件如上所述被正確地對準(zhǔn)并附接。
雖然已經(jīng)在具體實(shí)施方式
中描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)不由這種實(shí)施方式限制，而是根據(jù)隨附的權(quán)利要求書被限制。示例I在圖6中示出了與透鏡組件16類似的透鏡組件，圖6是光線圖。每個(gè)元件的規(guī)定能在下文被看出。列舉的材料(尺寸、形狀、光學(xué)特征)以示例的方式被提供，并且并不將本發(fā)明的范圍或精神限制于在該示例中具體的描述。表面半徑厚度玻璃直徑OBJ 無窮大 3.9005.370I 無窮大 0.170 藍(lán)寶石(SAPPHIRE) 0.7002 無窮大 0.0250.5003 無窮大 0.100 S-LAH580.5004 0.8159 0.400 S-NPH20.5005 無窮大 0.0000.5006 無窮大 0.0130.124
STO 無窮大 0.0130.1248 無窮大 0.0000.1249 無窮大 0.100 S-NPH20.12410 0.44 0.175 S-LAH520.50011 無窮大 0.175 S-LAH520.30112 -0.44 0.0000.50013 無窮大 0.2850.40914 無窮大 0.300 N-BK70.53615 無窮大 0.300 N-BK70.62316 無窮大 0.010 N0A610.710IMA 無窮大0.714厚度和直徑以毫米為單位被列出。表面的列表從圖6的左手側(cè)開始并且推進(jìn)到圖6的右手側(cè)。展開的棱鏡18以及圖像捕獲裝置20被示出。圖像捕獲裝置20可以是任何合適裝置，包括電荷耦合裝置(CXD)。還示出了窗口 22。窗口 22可用于將透鏡組件16、棱鏡18和圖像捕獲裝置20與環(huán)境(包括內(nèi)窺鏡周圍的環(huán)境)分離。窗口 22可以是任何合適的材料，包括塑料、玻璃或藍(lán)寶石玻璃。在透鏡組件16的結(jié)構(gòu)中可看到孔17。透鏡組件16具有每個(gè)單獨(dú)透鏡元件的較高水平的對準(zhǔn)，其中透鏡組件16的表面具有小于大約3分的傾斜以及小于大約0.005mm的偏心，包括公差的影響。
權(quán)利要求
1.一種制造成像光學(xué)器件的方法，所述方法包括: (a)將第一單獨(dú)透鏡元件固定在保持件中； (b)將一束或多束光引導(dǎo)通過所述第一單獨(dú)透鏡元件； (C)將所述第一單獨(dú)透鏡元件與所述一束或多束光的光軸對準(zhǔn)； (d)將第二單獨(dú)透鏡元件固定在所述保持件中； Ce)將一束或多束光引導(dǎo)通過所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件； (f)將來自所述第一單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光與來自所述第二單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光對準(zhǔn)，從而將所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在第一對準(zhǔn)位置中；以及 (g)在所述第一對準(zhǔn)位置將所述第一單獨(dú)透鏡元件附接到所述第二單獨(dú)透鏡元件，從而形成第一組合元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: (a)在所述保持件中設(shè)置孔； (b)將第三單獨(dú)透鏡元件固定到所述保持件中； (C)將所述第一組合元件附接到所述孔的一側(cè)；以及 (d)將所述第三單獨(dú)透鏡元件附接到所述孔的另一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過將從所述第一單獨(dú)透鏡元件反射回來的一束或多束光與從所述第二單獨(dú)透鏡元件反射回來的一束或多束光對準(zhǔn)，而將所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在所述第一對準(zhǔn)位置中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過將穿過所述第一單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光與穿過所述第二單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光對準(zhǔn)，而將所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在所述第一對準(zhǔn)位置中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: Ca)從所述保持件移除所述第一組合元件； (b)將第三單獨(dú)透鏡元件固定到所述保持件中； (C)將一束或多束光引導(dǎo)通過所述第三單獨(dú)透鏡元件； Cd)將所述第三單獨(dú)透鏡元件與所述一束或多束光的光軸對準(zhǔn)； (e)將第四單獨(dú)透鏡元件固定到所述保持件中； Cf)將一束或多束光引導(dǎo)通過所述第三單獨(dú)透鏡元件和所述第四單獨(dú)透鏡元件； (g)將來自所述第三單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光與來自所述第四單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光對準(zhǔn)，從而將所述第三單獨(dú)透鏡元件和所述第四單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在第二對準(zhǔn)位置中； (h)在所述第二對準(zhǔn)位置將所述第三單獨(dú)透鏡元件附接到所述第四單獨(dú)透鏡元件； (i)在所述保持件中設(shè)置所述第一組合元件和一孔； (j)將所述第一組合元件附接到所述孔的一側(cè)；以及 (k)將所述第二組合元件附接到所述孔的另一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所 述的方法，所述方法還包括位于步驟(h)和(i)之間的如下步驟，所述步驟包括:將第五單獨(dú)透鏡元件固定在所述保持件中；將一束或多束光引導(dǎo)通過所述第三單獨(dú)透鏡元件、所述第四單獨(dú)透鏡元件和所述第五單獨(dú)透鏡元件；將引導(dǎo)通過所述第三單獨(dú)透鏡元件和所述第四單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光與來自所述第五單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光對準(zhǔn)，從而將所述第五單獨(dú)透鏡元件、所述第三單獨(dú)透鏡元件和所述第四單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在第三對準(zhǔn)位置中；并且在所述第三對準(zhǔn)位置將所述第五單獨(dú)透鏡元件附接到處于的所述第四單獨(dú)透鏡元件，從而形成第二組合元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過將從所述第三單獨(dú)透鏡元件反射回來的一束或多束光與從所述第四單獨(dú)透鏡元件反射回來的一束或多束光對準(zhǔn)，而將所述第三單獨(dú)透鏡元件和所述第四單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在所述第二對準(zhǔn)位置中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過將穿過所述第三單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光與穿過所述第四單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光對準(zhǔn)，而將所述第三單獨(dú)透鏡元件和所述第四單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在所述第二對準(zhǔn)位置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在步驟(g)之后的如下步驟，所述步驟包括:將第六單獨(dú)透鏡元件固定在所述保持件中；將一束或多束光引導(dǎo)通過所述第一單獨(dú)透鏡元件、所述第二單獨(dú)透鏡元件和所述第六單獨(dú)透鏡元件；將來自所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光與來自所述第六單獨(dú)透鏡元件的一束或多束光對準(zhǔn)，從而將所述第六單獨(dú)透鏡元件、所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件設(shè)置在第四對準(zhǔn)位置中；以及在所述第四對準(zhǔn)位置將所述第六單獨(dú)透鏡元件附接到所述第二單獨(dú)透鏡元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將那些單獨(dú)透鏡元件通過粘結(jié)劑附接以形成組合元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述粘結(jié)劑是Norland61UV光學(xué)粘結(jié)劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述孔填充有粘結(jié)劑。
13.根據(jù)權(quán)利要 求5所述的方法，其中，所述孔填充有粘結(jié)劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，那些組合元件在被附接到所述孔之前被執(zhí)行邊緣研磨。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，那些單獨(dú)透鏡元件是玻璃。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，那些單獨(dú)透鏡元件是塑料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每個(gè)單獨(dú)透鏡元件均具有至少一個(gè)平坦表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每個(gè)單獨(dú)透鏡元件均具有至少一個(gè)彎曲表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一組合元件和所述第二組合元件借助Vitralit6128UV環(huán)氧樹脂被附接到所述孔。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述成像光學(xué)器件具有大約0.5mm的直徑。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一單獨(dú)透鏡元件和所述第二單獨(dú)透鏡元件被固定在保持件中。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一束或多束光產(chǎn)生圖像。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一束或多束光來自激光源。
24.—種內(nèi)窺鏡,所述內(nèi)窺鏡包括: 操作部；以及 插入部，所述插入部包括成像光學(xué)器件，所述成像光學(xué)器件包括第一組合元件、第二組合元件和設(shè)置在所述第一組合元件與所述第二組合元件之間的孔，所述第一組合元件包括沿著光軸彼此對準(zhǔn)并且彼此附接的至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件，所述第二組合元件包括至少一個(gè)單獨(dú)透鏡元件，所述成像光學(xué)器件的表面具有相對于所述光軸小于大約3分的傾斜以及相對于所述光軸小于大約0.005mm的偏心。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的內(nèi)窺鏡，其中，所述第二組合元件包括至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件，所述至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件沿著光軸彼此對準(zhǔn)并且彼此附接。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的內(nèi)窺鏡，其中，所述孔填充有粘結(jié)劑。
27.一種成像光學(xué)器件，所述成像光學(xué)器件包括: 第一組合元件，所述第一組合元件包括沿著光軸彼此對準(zhǔn)并且彼此附接的至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡兀件； 第二組合元件，所述第二組合元件包括至少一個(gè)單獨(dú)透鏡元件；以及 設(shè)置在所述第一組合元件與所述第二組合元件之間的孔； 所述成像光學(xué)器件的表面具有相對于所述光軸小于大約3分的傾斜以及相對于所述光軸小于大約0.005mm的偏心。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像光學(xué)器件，其中，所述第二組合元件包括至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件，所述至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件沿著光軸彼此對準(zhǔn)并且彼此附接。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像光學(xué)器件，其中，所述孔填充有粘結(jié)劑。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像光學(xué)器件，其中，每個(gè)單獨(dú)透鏡元件均具有一個(gè)彎曲表面和一個(gè)平坦表面。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像光學(xué)器件，所述成像光學(xué)器件還包括附接到所述第二組合元件的濾光器。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像光學(xué)器件，其中，所述成像光學(xué)器件具有大約0.5_的直徑。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像光學(xué)器件，其中，那些單獨(dú)透鏡元件是玻璃。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成像光學(xué)器件，其中，那些單獨(dú)透鏡元件是塑料。
全文摘要
一種成像光學(xué)器件，所述成像光學(xué)器件包括第一組合元件，所述第一組合元件包括沿著光軸彼此對準(zhǔn)并且彼此附接的至少兩個(gè)單獨(dú)透鏡元件；第二組合元件，所述第二組合元件包括至少一個(gè)單獨(dú)透鏡元件；以及設(shè)置在所述第一組合元件與所述第二組合元件之間的孔，所述成像光學(xué)器件的表面具有相對于所述光軸小于大約3分的傾斜以及相對于所述光軸小于大約0.005mm的偏心。一種制造成像光學(xué)器件的方法以及包括所述成像光學(xué)器件的內(nèi)窺鏡。
文檔編號G02B23/24GK103229090SQ201180040613
公開日2013年7月31日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者J·L·巴羅, J·D·米爾克斯, N·A·阿維斯, T·M·魯皮恩 申請人:捷銳士阿希邁公司