本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)窺鏡的棒透鏡系統(tǒng)，其中所述棒透鏡系統(tǒng)具有至少一個反轉(zhuǎn)級，以便將位于遠(yuǎn)端中間圖像平面中的中間圖像成像到近端中間圖像平面內(nèi)，其中每個反轉(zhuǎn)級具有至少一個棒透鏡并且將中間圖像成像到下一中間圖像平面內(nèi)。另外，其涉及一種具有這種棒透鏡系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡。

背景技術(shù)：

所述棒透鏡系統(tǒng)用于內(nèi)窺鏡中以借助于內(nèi)窺鏡將待觀察的目標(biāo)物的位于遠(yuǎn)端中間圖像平面中的中間圖像成像到近端中間圖像平面內(nèi)并且因而中繼傳送所述中間圖像。

通常，這樣的棒透鏡系統(tǒng)具有位于對稱的反轉(zhuǎn)級中的重復(fù)的棒透鏡，以便保持總體系統(tǒng)的成本較低。相同的棒透鏡被安裝在相反方向上。這導(dǎo)致問題即，能夠僅在很困難的情況下校正由所述棒透鏡系統(tǒng)所導(dǎo)致的縱向色像差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

從這點出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于內(nèi)窺鏡的棒透鏡系統(tǒng)，其減少了開始處提及的問題并且盡可能完全地克服它們。此外，將要提供具有這種棒透鏡系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡。

根據(jù)本發(fā)明，通過將所述棒透鏡系統(tǒng)形成為一種不對稱棒透鏡系統(tǒng)并且通過將至少一個反轉(zhuǎn)級形成為不對稱反轉(zhuǎn)級，則在開始處所提及類型的棒透鏡系統(tǒng)中實現(xiàn)了所述目的。由此可以提供棒透鏡中的若干鏡片和幾何結(jié)構(gòu)(半徑和厚度)，由此則有可能更好地校正所述縱向色像差。

能夠提供一個接一個布置的若干反轉(zhuǎn)級。

每個反轉(zhuǎn)級被優(yōu)選地形成以使得其將中間圖像成像到下一個中間圖像平面內(nèi)。如果提供了一個接一個布置的若干反轉(zhuǎn)級，則這些反轉(zhuǎn)級優(yōu)選地被布置以使得：一個反轉(zhuǎn)級的下一個中間圖像平面是與隨后的反轉(zhuǎn)級將中間圖像成像到這個隨后的反轉(zhuǎn)級的下一個中間圖像平面內(nèi)所始于的中間圖像平面相一致的。

特別地，所述棒透鏡系統(tǒng)的所述反轉(zhuǎn)級、或多個反轉(zhuǎn)級被布置成使得：最接近于所述遠(yuǎn)端中間圖像平面的所述反轉(zhuǎn)級將所述中間圖像成像到下一個中間圖像平面內(nèi)所始于的中間圖像平面是與所述遠(yuǎn)端中間圖像平面相一致的。另外，最接近于所述近端中間圖像平面的所述反轉(zhuǎn)級的下一個中間圖像平面能夠與所述近端中間圖像平面相一致。

每個反轉(zhuǎn)級優(yōu)選地將所述中間圖像以反轉(zhuǎn)或上下顛倒的方式投射或成像到下一個中間圖像平面內(nèi)。然而，恰好正常直立的投影也是可能的。

在根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)中，兩個反轉(zhuǎn)級能夠被形成為不對稱反轉(zhuǎn)級。特別地，所有反轉(zhuǎn)級能夠被形成為不對稱反轉(zhuǎn)級。

此外，最接近于所述遠(yuǎn)端中間圖像平面的第一反轉(zhuǎn)級能夠具有大于1的放大因數(shù)。此外，最接近于所述第一反轉(zhuǎn)級的第二反轉(zhuǎn)級能夠具有小于1的放大因數(shù)。特別地，所述第一反轉(zhuǎn)級和第二反轉(zhuǎn)級能夠一起具有放大因數(shù)1。

此外，所述反轉(zhuǎn)級之一能夠具有彎曲的邊界表面，所述彎曲的邊界表面朝向所述中間圖像平面之一并且是以非球面狀方式彎曲的。所述非球面彎曲可以具有旋轉(zhuǎn)對稱性。然而，所述非球面彎曲也可能不具有旋轉(zhuǎn)對稱性，而且在兩個主截面中不同地彎曲的。

優(yōu)選地，每個反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的至少一個棒透鏡具有至少一個彎曲的(例如，球面方式或非球面方式彎曲的)材料邊界表面。

在根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)中，反轉(zhuǎn)級能夠各自具有至少兩個棒透鏡，其中每個反轉(zhuǎn)級具有兩種不同的棒透鏡類型。一種棒透鏡類型具體地意思是，相同類型的棒透鏡是相同地形成的。它們因而具有相同材料，相同尺寸和材料邊界表面的相同曲率。在反轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，它們能夠被布置在彼此相同的方向上或在彼此相反方向上。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)中，能夠設(shè)置三個反轉(zhuǎn)級，其中所有反轉(zhuǎn)級均具有第一類型的第一棒透鏡，所述反轉(zhuǎn)級中的兩個反轉(zhuǎn)級具有第二類型的第二棒透鏡并且第三反轉(zhuǎn)級具有第三類型的第三棒透鏡。所述第一、第二和第三類型的棒透鏡是不同的。因而，對于縱向色像差的良好校正是可能的。

此外，所述棒透鏡中的至少一個棒透鏡能夠由至少兩個構(gòu)件構(gòu)造成。特別地，其能夠被形成為貼合式部件。此外，所述至少一個棒透鏡可能被整件地形成。

在根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)中，兩個反轉(zhuǎn)級能夠被彼此對稱地形成。

根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡特別地被設(shè)置用于剛性內(nèi)窺鏡或具有剛性內(nèi)窺鏡軸的內(nèi)窺鏡。

所述反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的棒透鏡能夠具有在從1至6.5mm范圍中的直徑并且具體地在從1.7至5mm的范圍中。反轉(zhuǎn)級的長度能夠在從30至120mm的范圍中。特別地，在從40至80mm的范圍中的長度或60mm的長度是優(yōu)選的。

所述棒透鏡系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)級的數(shù)目可以在從一至十一、或二至十一個反轉(zhuǎn)級的范圍中。奇數(shù)個反轉(zhuǎn)級是優(yōu)選的。特別地，一個、三個、五個、七個、九個以及十一個反轉(zhuǎn)級因而是可能的。自然地，也可能提供偶數(shù)個反轉(zhuǎn)級。

所述棒透鏡系統(tǒng)能夠特別地具有在從0.5至2的范圍中的放大因數(shù)。較大或較小值是同樣可能的。

所述棒透鏡能夠由不同材料形成。特別地，單獨的棒透鏡甚至能夠由兩種不同材料形成。玻璃和塑料材料是特別優(yōu)選的。因而良好的色像差校正是可能的。

所述棒透鏡系統(tǒng)能夠形成為使得在投射期間，主射線在近端中間圖像平面中發(fā)散。這導(dǎo)致出射光瞳沿著所述棒透鏡系統(tǒng)的光軸的較大距離。替代地，主射線有可能會聚，這導(dǎo)致出射光瞳的更小距離。對于例如被設(shè)置用于從所述近端中間圖像平面捕獲所述中間圖像的攝像機(jī)系統(tǒng)的更好調(diào)適因而是可能的。

在所述棒透鏡中一個或更多個非球面材料邊界表面的使用可特別地被運(yùn)用來減少總體光學(xué)系統(tǒng)的漸暈/暈影(vignetting)和/或減少總體系統(tǒng)的非球面像差。減少的漸暈導(dǎo)致更大的邊緣亮度并且非球面像差的減少導(dǎo)致更大的邊緣清晰度/銳度。

借助于根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)，像場彎曲可以被校正，這導(dǎo)致具有更大均勻性的圖像表殼(image shell)，由此實現(xiàn)了在投射期間的更大邊緣清晰度。另外，像散能夠被校正，由此繼而在投射期間所述邊緣清晰度能夠被改善。

至少一個反轉(zhuǎn)級和/或多個反轉(zhuǎn)級的棒透鏡優(yōu)選地具有共同光軸。

此外，提供了根據(jù)本發(fā)明具有棒透鏡系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡(包括根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)的發(fā)展)。所述內(nèi)窺鏡能夠具有布置在所述棒透鏡前方的物鏡。特別地，所述物鏡形成為使得其將待成像物體成像到所述遠(yuǎn)端中間圖像平面內(nèi)。

另外，所述內(nèi)窺鏡能夠具有光學(xué)單元，諸如，例如布置在所述棒透鏡系統(tǒng)后方的目鏡。

根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)褲金能夠具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的對于所述內(nèi)窺鏡的操作而言必需的另外的特征。

特別地，所述內(nèi)窺鏡能夠被形成為具有剛性軸的內(nèi)窺鏡，其中布置有根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)。

應(yīng)理解到，上述特征和下面將要另外解釋的那些特征可以不僅用于所陳述的組合中而且也用于其它組合或單獨使用，而不離開本發(fā)明的范圍。

附圖說明

本發(fā)明在下文中參考附圖以舉例方式以甚至更細(xì)節(jié)方式加以解釋，附圖也披露了本發(fā)明必要的特征。附圖中示出了：

圖1是在內(nèi)窺鏡2中的根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)1的示意性圖示；

圖2是圖1的內(nèi)窺鏡2的總體光學(xué)系統(tǒng)的示意性圖示；以及

圖3是第三反轉(zhuǎn)系統(tǒng)12的棒透鏡21的放大視圖。

具體實施方式

在圖1中所示的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)1被圖示在示意性表示的內(nèi)窺鏡2中，其中所述棒透鏡系統(tǒng)1被布置在所述內(nèi)窺鏡2的剛性軸3中。

此外，在所述軸3中，示意性表示的物鏡4被布置，其將位于所述軸3的遠(yuǎn)端端部5前方的目標(biāo)物6成像到第一中間圖像平面7內(nèi)，所述第一中間圖像平面7也能夠被稱為遠(yuǎn)端中間圖像平面7(圖2)。此外，所述內(nèi)窺鏡2包括主部分8，其中可以布置另外的光學(xué)器件，諸如，例如示意性表示的目鏡9。

根據(jù)本發(fā)明的棒透鏡系統(tǒng)1具有第一反轉(zhuǎn)級10、第二反轉(zhuǎn)級11、和第三反轉(zhuǎn)級12，它們一個接一個布置并且各自將中間圖像投射到下一個中間圖像平面內(nèi)。所述第一反轉(zhuǎn)級10因而將位于所述第一中間圖像平面7中的所述中間圖像投射到第二中間圖像平面13內(nèi)。所述第二反轉(zhuǎn)系統(tǒng)11將位于所述第二中間圖像平面13中的所述中間圖像投射到第三中間圖像平面14內(nèi)。所述第三反轉(zhuǎn)系統(tǒng)12將所述中間圖像從第三中間圖像平面14投射到第四中間圖像平面15內(nèi)，所述第四中間圖像平面15也能夠被稱為近端中間圖像平面15。所述三個反轉(zhuǎn)系統(tǒng)10至12因而被一個接一個布置，從而使得位于所述遠(yuǎn)端中間圖像平面7中的中間圖像被投射(在每種情況下經(jīng)由下一個中間圖像平面13和14)到所述近端中間圖像平面15內(nèi)。因為每個反轉(zhuǎn)級10至12在投射中間圖像期間產(chǎn)生了反轉(zhuǎn)的中間圖像并且提供了奇數(shù)個反轉(zhuǎn)級10至12，則位于所述遠(yuǎn)端中間圖像平面7中的目標(biāo)物6的中間圖像被投射到所述近端中間圖像平面15內(nèi)作為反轉(zhuǎn)的中間圖像。所述棒透鏡系統(tǒng)1因而也能夠被稱為反轉(zhuǎn)系統(tǒng)1。

所述目鏡9被布置在所述棒透鏡系統(tǒng)1之后，且結(jié)果是用戶能夠借助于目鏡9感知到被投射進(jìn)入到所述近端中間圖像平面15內(nèi)的中間圖像。自然地，作為目鏡9的替代，也可能提供其他光學(xué)器件，例如，用來借助于攝像機(jī)(未示出)捕獲位于所述近端中間圖像平面15內(nèi)的中間圖像，并且將其經(jīng)由顯示系統(tǒng)(未示出)呈現(xiàn)。

所述棒透鏡系統(tǒng)1被形成為不對稱棒透鏡系統(tǒng)1。另外，在本文所描述的實施例示例中，所有三個反轉(zhuǎn)級10至12也是各自不對稱地形成的。

由于棒透鏡系統(tǒng)1的不對稱構(gòu)造，例如，所述縱向色像差能夠比在對稱棒透鏡系統(tǒng)中的情況下更好地被校正。

此外，所述泵透鏡系統(tǒng)1能夠被設(shè)計成使得實現(xiàn)在所述近端中間圖像平面15中的所需圖像大小。

沿著所述棒透鏡系統(tǒng)1光軸OA的所述出射光瞳的遠(yuǎn)心特性或位置也可以被調(diào)整。

因為所述棒透鏡系統(tǒng)1能夠比常規(guī)棒透鏡系統(tǒng)更好地受校正，例如，對于物鏡4和/或目鏡9的校正的支出可能證明為較小。因而，特別地，由于不對稱的棒透鏡系統(tǒng)，整個成像系統(tǒng)的扭曲被改善。

對于每個反轉(zhuǎn)級10至12而言，通過在每種情況下提供兩個棒透鏡16、17；18、19和20、21，它們是不同的或并非相同類型的，則實現(xiàn)了反轉(zhuǎn)級10至12的不對稱構(gòu)造。特別地，在所描述的棒透鏡系統(tǒng)中，提供了不同地形成的棒透鏡，它們可被稱為類型A、類型B、類型C。相同類型的棒透鏡被表征為它們的光學(xué)參數(shù)是相同的。這意思是它們具有相同材料、尺寸、邊界表面的曲率。因而，棒透鏡16、19和20是類型A，其中棒透鏡16和20具有相同取向(因而均被布置在相同方向上)并且棒透鏡19被布置成相對于棒透鏡16和20旋轉(zhuǎn)180°(因而被布置在相反方向上)。棒透鏡17和18是類型B并且被布置成相對于彼此旋轉(zhuǎn)180°。棒透鏡21是類型C。

棒透鏡系統(tǒng)1因而具有下列的棒透鏡順序：A-B-B-A-A-C。

第一反轉(zhuǎn)級1具有大于1的放大因數(shù)并且所述第二反轉(zhuǎn)級11具有小于1的放大因數(shù)。所述第一反轉(zhuǎn)級10和所述第二反轉(zhuǎn)級11的組合一起具有比例1的放大因數(shù)，結(jié)果是位于所述第一中間圖像平面7中的中間圖像被投射到所述第三中間圖像平面14中作為1:1投影。所述第一反轉(zhuǎn)級10和所述第二反轉(zhuǎn)級11彼此對稱地布置(相對于所述第二中間圖像平面13)。

所述第三反轉(zhuǎn)級12能夠具有例如在0.7-1.3的范圍中的放大因數(shù)。

所述反轉(zhuǎn)級10至12的圖示是完全示意性的。實際上，單獨的棒透鏡16至21的邊界表面是優(yōu)選地彎曲的。在本文所描述的實施例中，棒透鏡16至20各自被形成為兩件，其中所述兩件是由不同材料所形成的。棒透鏡21被形成為三件并且能夠具有兩種或甚至三種不同材料。

特別優(yōu)選的是將朝向所述近端中間圖像平面15的邊界表面22形成為非球面表面。所述非球面表面能夠旋轉(zhuǎn)地對稱或也能夠不具有旋轉(zhuǎn)對稱性。特別地，其能夠在兩個主截面中具有兩個不同曲率。

正如從圖3中的放大示意性圖示可見的，所述棒透鏡21的所有邊界表面或材料邊界表面22、23、24和25被形成為彎曲的。