视频内窥镜装置制造方法

视频内窥镜装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种视频内窥镜装置，其包括摄像头和包括光学元件的两个平行光学装置，处于内窥镜轴杆内部的光学元件沿其共用第一光轴彼此同轴布置，其从光学装置的远端至近端传输光学图像。摄像头邻接光学装置的近端布置，并包括至少一个图像传感器，其包括记录平面和至少两个投影物镜，其中每个投影物镜具有第二光轴并将图像投影到图像传感器上。每个光学装置包括在各自近端处的产生至少接近平行的光路的具有第三光轴的准直光学单元。投影物镜的每个布置为将生成的平行光路成像在记录平面的焦点上。投影物镜中的至少一个布置为使得各自第二光轴具有距准直光学单元的第三光轴的最多为投影物镜的半个直径的横向距离，并且将平行光路成像在焦点上。
【专利说明】视频内窥镜装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种视频内窥镜装置，其包括内窥镜轴杆和摄像头，其中两个单独的 立体局部图像投影到同一图像传感器或两个图像传感器上。这些局部图像能够通过图像处 理器转换为立体图像并在立体屏幕上描绘。

【背景技术】
[0002] 通常地，在手术期间使用立体手术显微镜。在微创手术中，不能够使用这些器械， 并且手术医生仅能够通过内窥镜或其他特殊辅助观察位于身体开口内的手术部位。在执行 这些手术期间，立体内窥镜提供了相比较于传统单内窥镜来说额外的深度信息。立体视频 内窥镜此外使得能在一个屏幕上或在多个屏幕上进行图像观察以及进行视频的存储。
[0003] 根据具有两条平行光路的刚性内窥镜的原理能够设计立体视频内窥镜。这里，彼 此靠近布置的两个物镜生成两幅中间图像，它们从不同观察角度描绘位于内窥镜前的对 象。通过两个并行传输的光学单元，具有到内窥镜轴杆近端的图像传输。在那里，这些图像 能够投影在一个或多个图像传感器上，诸如(XD型或CMOS型图像传感器。
[0004] US 5, 295, 477公开了一种由轴环元件制成的刚性立体内窥镜以及管状立体内窥 镜。该内窥镜包括导向装置或透镜用于从内窥镜的末端传输光学图像至连接于内窥镜的显 微镜。包括在内窥镜内的光波导将光从光源传输至生物标本。可动棱镜连接至内窥镜的末 端。
[0005] US 5, 527, 263公开了一种具有柱状透镜的刚性立体视觉内窥镜。该内窥镜包括两 组偏转棱镜对，其包括与各自光学系统同轴的各自第一棱镜以及将观察轴重新校准平行于 光轴的各自第二棱镜。透明的保护元件布置在光路中。
[0006] US 4, 651，201将含有刚性柱状透镜的立体内窥镜与两个摄像机组合。所述摄像机 将两幅立体图像传输至连接至使用者眼前头戴式工具的两个屏幕。
[0007] US 4, 862, 873公开了一种含有刚性柱状透镜的视频内窥镜，其包括两个图像传感 器，其含有光波导以及图像导向装置。通过导向装置的功能变化来产生立体图像。
[0008] US 5, 577, 991中公开了具有用于图像传输的柱状透镜的刚性立体视频内窥镜。该 视频内窥镜包括两条平行光路，其中通过柱状透镜系统进行图像传输。在内窥镜轴杆的近 端，平面镜将各自光束引导至两个图像传感器上。在光学装置的近端，视场光阑连接至各自 光路。能够调节视场光阑和平面镜以设置图像在屏幕上的位置。
[0009] US 6, 139, 490公开了一种立体内窥镜以及可与其相连的虚拟现实眼镜。
[0010] US 5, 751，341公开了一种立体内窥镜，其包括多个轴杆部分，由此轴杆是可旋转 的。
[0011] US 6, 108, 130公开了一种立体透镜系统以及具有一对场的立体图像传感器。借助 于从图像采集系统至图像传感器场的自聚焦透镜，由图像信息的图像重定向获得图像传感 器上各图像之间的缩减距离。
[0012] US 6, 582, 358公开了一种具有第三光路的立体内窥镜。该第三光路包括相比用于 立体镜的光学设备来说具有更大视角的光学设备。
[0013] US 7, 671，888公开了一种具有蔽光系统的立体内窥镜屏幕控制设备。
[0014] US 5, 776, 049公开了一种具有调节控制回路的立体内窥镜。
[0015] W0 2011/014687 A2公开了一种具有并行图像传输的立体视频内窥镜。通过内窥 镜轴杆远端处的光学开口来获得图像，并且该图像以两个立体局部图像穿过内窥镜轴杆至 两个出口光学单元中的一个或两个来传输，所述两个出口光学单元将图像投射到摄像机的 图像传感器上。
[0016] 具有柱状透镜的刚性单像内窥镜的基本设计出现于专利文献US 3, 257, 902。在细 长管中，物镜和柱状透镜系统沿同一光轴顺序地布置。柱状透镜用于图像引导至管的近端。 目镜，其生成对于人眼可见的虚拟图像，布置在管近端之后。由目镜生成的图像还能够由合 适的摄像机记录。


【发明内容】

[0017] 本发明是基于开发立体视频内窥镜的目的，所述立体视频内窥镜根据具有两条平 行光路的刚性内窥镜以及用于图像引导的柱状透镜系统的原理以避免调节敏感元件以及 使得能够简单制造的方式。在小直径内窥镜轴杆的情形中使得内窥镜的方便操作以及高分 辨率图像传感器的使用成为可能。
[0018] 根据本发明，这通过视频内窥镜装置来实现，所述视频内窥镜包括两个平行光学 装置，它们一起至少部分地布置在内窥镜轴杆的内部，以及摄像头，其紧邻或邻接光学装置 近端布置。每个光学装置包括光学元件，它们沿各自光学装置的光学元件的各自共用第一 光轴彼此同轴布置。每个光学装置配置为从各自光学装置远端至各自光学装置的近端传输 光学图像。摄像头包括至少一个图像传感器，其包括至少一个记录平面和至少两个投影物 镜。通过示例的方式，图像传感器可以是(XD彩色传感器、CMOS彩色传感器等。这里，每个 投影物镜具有各自第二光轴以及布置并配置为将图像投影到图像传感器上。每个光学装置 包括准直光学单元，其布置在各自近端处，用于在各自光学装置的出口处产生至少接近平 行的光路。准直光学单元具有第三光轴，其与光学装置的光学元件同轴布置或从光学装置 的光学元件的各自共用第一光轴最多横向偏移准直光学单元的半个直径。所述至少两个投 影物镜的每个布置并配置为将由各自准直光学单元生成的平行光路成像在所述至少一个 图像传感器的至少一个记录平面的至少一个焦点上。所述投影物镜中的至少一个布置为使 得各自第二光轴具有距生成平行光路的准直光学单元的各自第三光轴的横向距离，其测量 为投影物镜的最多半个直径，所述投影物镜布置并配置为用于将所述平行光路成像在所述 至少一个焦点上。因此，所述平行光路以距至少一个投影物镜第二光轴的横向距离进入所 述至少一个投影物镜。该横向距离意味着沿准直光学单元的第三光轴传播的中心射线以关 于其第二光轴横向偏移的进入投影物镜。
[0019] 在本文中，光轴应该理解为指代对应光学元件对称轴的直线。此外，一组光学元件 的共用光轴应该理解为指代由各个光学元件的光轴形成的线。这意味着共用的第一光轴沿 两个平行光学装置中每个的各光学元件中每个的光轴延伸。每个第二光轴沿每个物镜延 伸，以及每个第三光轴沿每个准直光学单元延伸。在准直光学单元与光学装置的光学元件 同轴布置以使得第三光轴形成部分第一光轴时，第三光轴与两个平行光学装置的一个的第 一光轴对齐。
[0020] 平行光学装置的每个从光学装置的远端至光学装置的近端传输图像--所谓的 立体局部图像。准直光学单元，其生成平行光路，布置在光学装置的远端。包括立体局部图 像的平行光路的每个入射到投影物镜上并以距投影物镜的第二光轴的横向距离进入投影 物镜。由此，这两个立体局部图像以关于彼此改变这两个立体局部图像之间的横向距离的 方式偏转。通过示例的方式，在两个立体局部图像之间的横向距离增加时，这使得能够将立 体局部图像彼此足够远的分离，以使得它们能够以这两幅立体局部图像能够输出为立体屏 幕上立体图像信号的方式成像在图像传感器的记录平面上。各个立体局部图像对应位于物 面内的对象的视图，所述对象例如为腔、器官、其部分或其组合。这两幅局部图像通过视频 内窥镜装置以如下方式引到一起，即生成赋予空间印象的立体图像，所述空间印象具有由 视频立体设备观察的对象的深度信息。
[0021] 这里，内窥镜或立体内窥镜应该理解为指代内窥镜轴杆，其具有内窥镜轴杆包括 的所有光学元件。
[0022] 本发明包括的一个优点是针对现有技术所使用的目镜省去了在出口瞳孔至人眼 的尺寸和位置上的通常调节。通过示例的方式，能够在立体内窥镜细长轴杆的光出口处通 过柱状透镜或柱状透镜系统来实现准直。此外，对比于其他透镜系统，由柱状透镜或柱状透 镜系统提供的优点是使得能够传输具有较高图像质量的相对较亮的图像。内窥镜轴杆内的 组件还能够由于柱状透镜的细长几何形状而简化。彼此紧接延伸的两条平行光路的布置也 能够用于小的轴杆直径。也能够很好地消除边缘处图像质量的退化。还能够通过根据本发 明的视频内窥镜装置来校正诸如慧形象差和象散的离轴像差。本发明的其他优势包括如下 事实，即记录平面的各立体局部图像之间的横向距离能够任意虚拟地设置，即使立体局部 图像之间的距离在远端的物镜中非常小。因此，能够构造通用立体内窥镜系统。根据各自 医疗应用，各自摄像头能够连接至不同的可互换内窥镜，每个具有不同的立体基线长度。此 夕卜，根据本发明的光学系统具有关于公差的较低敏感性。由此，对比于来自现有技术的立体 内窥镜，减少了在摄像头连接的机械精度上的需求。
[0023] 在优选配置中，光学装置布置在刚性内窥镜轴杆中；在该情形中，彼此同轴布置的 光学元件沿内窥镜轴杆的纵轴布置。可替代地，内窥镜轴杆还能够具有柔性配置，例如管、 轴环围绕的管等。针对柔性内窥镜轴杆，彼此同轴布置的光学元件沿刚性直线状态内窥镜 轴杆的内窥镜轴杆刚性直线纵轴布置。通过生成沿内窥镜轴杆的弯曲，例如通过插入管腔 以及弯曲内窥镜轴杆，光学元件以基于内窥镜轴杆的弯曲而位移。
[0024] 在各自光学装置出口处至少接近平行的光路能够具有与理想准直达+/-10屈光 度的偏离而不损害立体显示。由于例如制造公差，每个准直光学单元的光路以及各准直光 学单元的各光路都可以仅接近地而非完全地彼此平行，即具有偏离。通过示例的方式，左手 光路和右手光路之间的准直中产生的公差能够在对摄像头聚焦时补偿。可替代地或另外 地，还能够通过调节两个或多个光学元件、例如柱状透镜系统之间的轴向距离来进行两个 接近平行光路的准直调整。
[0025] 彼此同轴布置的光学元件优选地是柱状透镜系统。柱状透镜系统可以是彼此接合 的柱状透镜。同样可行的是将柱状透镜与其他透镜接合用于制造柱状透镜系统。彼此同轴 布置的光学元件也能够是柱状透镜。可替代地或另外地，光学元件可具有其他透镜或光学 元件。
[0026] 在优选配置中，光学装置的所有光学元件、准直光学单元、物镜和投影物镜或投影 光学单元具有相同外径，由此具有针对内窥镜的更简单机械设计。两条平行管-能够选择 其内径以匹配光学元件、物镜及准直光学单元的外径-能够布置在内窥镜轴杆的内部，由 此用于图像引导和准直的物镜及光学元件能够根据填充架原理布置在这些管的每个中。光 学元件之间的轴向距离，如果存在时，能够通过气体混合物、气体、液体、固体或不同的填充 介质来填充。优选地，这里是气体混合物或气体，其通过光学元件之间轴向布置的间隔管来 划界。针对光学元件或由此产生的光路，能够最优化填充介质的光学特性。由间隔管和光学 元件形成的管此外支撑了布置在轴杆内的两条平行光路的中心，由此其他元件，诸如光源、 光波导、用于手术工具或用于输送流体的工作通道等，能够布置在内窥镜轴杆的内部，平行 于这两个管。在其他配置中，这两个管还可以统一地形成同一元件，其具有两个平行圆柱通 道孔，用于支撑光学元件。
[0027] 视频内窥镜装置能够具有一个或多个机械接口，用于将视频内窥镜装置可释放地 或永久地连接至站立系统、机器人手臂、套管针、套筒等。一个或多个机械接口能够布置在 例如内窥镜轴杆上、内窥镜的其他元件或零件上、和/或摄像头上。从现有技术，这些机械 接口对于本领域技术人员来说是公知的。通过示例的方式，这些接口包括卡口连接器、螺纹 连接、具有弹簧脱开装置的夹持连接器等。
[0028] 用于在光学装置开口处生成至少接近平行光路的准直光学单元优选是柱状透镜 系统，其包括接合的柱状透镜和/或其他透镜。柱状透镜系统优选地包括柱状透镜，其接合 至其他透镜。准直光学单元也能够是柱状透镜。
[0029] 可根据传统用于图像引导系统的设计来设计准直光学单元，优选地是柱状透镜系 统或柱状透镜。优选地，用于准直目的的柱状透镜系统具有与用于图像传输的柱状透镜系 统相同的设计。在本文中，具有相同设计可指代图像引导系统和准直柱状透镜系统每个例 如具有两个平凸透镜和接合至它们的柱状透镜，即柱状透镜系统包括相同数量的各种透 镜，用于准直及图像引导柱状透镜系统。针对图像引导和准直柱状透镜系统，具有相同设计 的柱状透镜系统的尺度，诸如直径、焦距等，能够选择为彼此不同。用于准直和图像传输的 柱状透镜能够具有彼此相同的尺度或彼此不同的尺度。
[0030] 在优选配置中，所述至少两个投影物镜分别布置以使得第二光轴与各自光学元件 的各自光轴横向偏离各自投影物镜的最多半个直径地布置。
[0031] 在优选配置中，平行光学装置中至少一个包括弹性元件，其布置在两个连续光学 元件之间。针对两个平行光学装置还能够包括一个或多个弹性元件，例如在所有连续光学 元件之间，从而使得一个或多个弹性元件在每种情形中布置在两个光学元件之间。各个弹 性元件可以是气体混合物、气体、液体、固体、或不同类型的弹性元件，其位于两个连续光学 元件之间的轴向距离内。还能够组合两种弹性元件，例如气体和固体。优选地，弹性元件是 以机械弹簧形式的固体。通过示例的方式，机械弹簧能够布置在气体中或液体中，它们能够 作为两个连续光学元件之间的轴向距离的进一步弹性元件。弹性元件优选地配置为确保两 个连续光学元件之间的轴向距离使得减少或阻止光学元件之间的机械作用。这里，通过弹 性元件的弹簧作用来阻止或至少部分地减少机械作用。
[0032] 在特别优选的配置中，弹性元件布置在最靠近至少一个平行光学装置的准直光学 单元的光学元件和准直光学单元之间。这样，准直光学单元优选地是准直柱状透镜系统。
[0033] 最靠近平行光学装置近端布置的光学元件的轴向运动自由度，例如以准直柱状透 镜系统形式的准直光学单元的轴向运动自由度，优选地在弹簧作用的方向上被端盖所限 制。端盖还能够封住准直光学单元。端盖优选地具有圆柱形外表面，其具有沿端盖纵轴的 单面扁平，从而使得产生平的或切削的圆柱形状，其不完全绕环形圆周延伸。端盖能够在端 盖末端具有凸出，该凸出减少了端盖在端帽末端处的内径，从而限制了准直光学单元的轴 向运动自由度。为此，优选地沿着端盖末端以环形形式延伸的凸出用于限制准直光学单元 在平行光学装置近端处的运动。可替代地或另外地，准直光学单元还能够永久地紧固至、例 如粘结至端盖和/或端盖末端。
[0034] 在优选配置中，视频内窥镜装置包括平行光学装置近端的夹紧装置。该夹紧装置 优选地配置为夹持平行光学装置的准直光学单元从而使得在夹紧装置的锁定状态，阻止了 准直光学单元的轴向和/或横向运动。通过示例的方式，夹紧装置能够以夹钳装置的形式 配置，其围绕准直光学单元或端盖，所述端盖围绕准直光学单元，所述夹钳装置在准直光学 单元上施加压力从而阻止或减少轴向和/或横向运动。夹紧装置能够包括一个或多个固定 单元，例如固定螺钉，其能够连续地调节以使得能够设置阻止平行光学装置运动的压力。如 果固定单元将夹紧装置设置为夹持状态或锁定状态，平行光学装置的近端或端盖末端保持 在距围绕平行光学装置的管的固定轴向距离。在夹紧装置的松开或打开状态，能够设置平 行光学装置的近端或端盖末端与其中布置平行光学装置的管之间的轴向距离。在夹紧装置 的特别优选配置中，夹紧装置包括开槽块，其具有固定螺钉以及用于支持端盖的狭槽。在两 个平行光学装置之间具有足够距离时，视频内窥镜装置还能够包括在两个圆孔中的两个独 立平行光学装置，其具有狭槽和独立的夹紧装置。
[0035] 端盖优选地包括对可见辐射或光线透明的光窗、或辐射透射开口。端盖能够借助 于封条来紧密密封，由此也能够紧密地密封平行光学装置。优选地，平行光学装置的近端被 具有光窗的端盖紧密密封。为此，端盖还能够由保护盖围绕。在一个配置中，保护盖配置为 用拧到一个或多个端盖上，所述端盖围绕平行光学装置的近端。
[0036] 具有弹性元件的本发明配置的一个方面是视频内窥镜装置在热膨胀情形中，诸如 在蒸汽灭菌期间，不会被破坏其且不会未对焦或未准直。同时，本发明的配置使得能够在视 频内窥镜装置的生产期间调节焦点和/或准直，该调节使得两个平行光学装置的图像位置 足够对应，从而生成立体图像。
[0037] 在优选配置中，内窥镜轴杆包括用于照明物面的照明装置和/或所述内窥镜轴杆 连接至照明装置。来自光源的光线能够在光波导中从轴杆近端经由布置在内窥镜轴杆近端 处或附近的照明光入口至布置在内窥镜轴杆远端处或附近的照明光出口的传输，从而照射 对象。还能够传输来自多个光源的光线。光源能够包括在摄像头内和/或通过例如光线电 缆等的柔性光波导以可释放及可锁定方式或刚性方式连接至内窥镜轴杆。
[0038] 优选地，视频内窥镜装置包括图像处理器，其能够将投影在图像传感器上的两幅 立体局部图像转换为能够显示在立体屏幕上的图像信号。该图像处理器能够布置在视频立 体设备内或外侧，并包括电子元件和/或软件组件。此外，投影在多个图像传感器上的立体 局部图像也能够通过一个或多个图像处理器转换为能够描绘在立体屏幕上的图像信号，并 且这些图像信号能够在立体屏幕上输出，例如基于偏振眼镜原理的屏幕上、基于快门眼镜 原理的屏幕上等。图像处理器能够优选地通过图像处理来执行图像改进措施，例如对比度、 颜色显示的调节；焦点的改进；失真、图像位置偏移、蔽光情形的校正；立体朝向的调节；和 /或图像比例尺中公差的补偿。
[0039] 元件，例如摄像头、投影物镜、内窥镜轴杆、光学元件和/或光学装置，可以是可互 换的。通过示例的方式，在摄像头内或上的投影物镜可由不同投影物镜或由多个投影物镜 替代。还能够互换整个摄像头。还能够将包括光学元件在其内的内窥镜轴杆互换。还能够 仅将布置在内窥镜轴杆内的内窥镜的个别光学元件互换，特别是准直光学单元。为此，可互 换的元件优选地以可释放且可锁定方式彼此连接，例如通过机械耦合，由此简化了视频内 窥镜装置的各元件的消毒。新连接的元件能够关于彼此校准。
[0040] 在优选配置中，视频内窥镜装置包括存储器单元，其能够例如包括一组存储的预 定校准数据。该校准数据能够以不变方式存储在不可改写存储器中和/或该校准数据能够 随时校准地存储在可写存储器中。这里，校准迭代能够用于产生一组新的校准数据，其能 够存储在存储器单元中。存储器单元还能够包括和/或存储其他数据，例如关于内窥镜和 /或光源使用的历史数据，从而用于确定何时需要更新设备和/或光源；或能够用于校准的 来自例如温度传感器、湿度传感器等传感器的数据。
[0041] 来自视频内窥镜装置存储器单元的校准数据能够特别优选地通过一组保存的预 定校准数据用于校准彼此新连接的元件。这里，校准数据能够来自出厂的预存方式或能够 以校准迭代生成，由此能够进行内窥镜中所利用元件的个体选择而无需每次使用时执行新 的校准。此外，视频内窥镜装置能够包括一个或多个传感器设备，例如RFID收发器，其能够 读出和处理元件上的可读标记，例如，RFID发射机应答器等。由此，校准数据可以自动地加 载。为此，传感器设备能够基于它们的可读传感器标记来识别各自连接的元件，并从所存储 校准数据中选择校准数据，或针对新连接元件具有最佳拟合的校准数据，并使用这些校准 数据来校准视频内窥镜装置。传感器设备优选地在摄像头上或摄像头内。
[0042] 视频内窥镜装置能够包括一个或多个透明防护窗，其设置用于防止受到环境影 响。通过示例的方式，防护窗能够布置在内窥镜轴杆的远端用于保护物镜；布置在内窥镜轴 杆中；布置在内窥镜轴杆的近端用于保护准直光学单元；布置在投影物镜的光线入口上或 摄像头的光线入口上，用于保护投影物镜；和/或投影物镜与图像传感器之间，用于保护图 像传感器。
[0043] 在其他配置中，视频内窥镜装置能够包括一个或多个视场光阑。所述视场光阑优 选地布置在一个或两个平行光学装置的近端内或近端处，用于以暂时地或永久地方式封堵 和/或限制平行光学装置的一个或两个光路。
[0044] 视频立体设备的摄像头可包括聚焦装置。所述聚焦装置能够通过使用者手动地或 通过控制回路或通过计算机等上运行的程序或一个软件自动地操作。所述聚焦装置能够通 过在轴向方向上移动具有固定或可变焦距的一个或多个投影物镜或所述一个或多个投影 物镜的组件使得图像信号的图像聚焦。特别地，左手和右手立体局部图像能够由所述聚焦 装置彼此独立地聚焦。在图像传感器平面中生成的局部图像能够部分地重叠而不会损害立 体显示，只要所述重叠没有俘获图像信号的图像中所探测的区域。此外，局部图像能够聚焦 在不同图像传感器上或同一图像传感器上。
[0045] 摄像头能够经由可释放和可锁定连接来连接至内窥镜，特别地连接至内窥镜轴 杆。所述可释放和可锁定连接能够使用本领域公知的锁定机制，例如以螺纹连接、自触发弹 簧机制、夹钳、偏心轮等的形式。内窥镜轴杆和摄像头能够具有彼此匹配的连接面，从而使 得内窥镜轴杆的连接半体能够以互锁方式插入至摄像头的连接半体中。连接面能够配置为 阻止内窥镜轴杆和摄像头之间的旋转。为此，连接面能够具有相应的防旋转装置元件，例如 狭槽、螺栓、销钉等。这种防旋转装置的多种方案对于来自现有技术的本领域技术人员来说 是公知的。防旋转装置能够以如下方式配置，即它们仅允许关于内窥镜轴杆的限定数量的 摄像头配置，例如仅一种固定配置、180°旋转角旋转的两种配置、或类似配置。防旋转装置 元件使得能够阻止摄像头和内窥镜轴杆的非期望相对旋转。
[0046] 有立体摄像头的立体内窥镜的可释放和可锁定连接的防旋转连接是公知的，例如 德国实用新型G9300529. 6。在该申请中，榫钉和孔洞示出用于立体内窥镜的两个出光口与 摄像头的两个入光口之间的可重复轴向对准。
[0047] 内窥镜轴杆和摄像头优选地以通过以下方式的连接来彼此连接，即内窥镜的立体 水平线与摄像头的一个或多个图像传感器的水平线基本平行地对准。可替代地，立体局部 图像能够通过图像处理器来旋转至正确方向。
[0048] 此外，内窥镜轴杆相对于摄像头优选地以如下方式布置，即两个投影物镜之间的 水平连接线基本平行于内窥镜的立体水平线布置。然而，由于本发明的低误差灵敏度，各自 准直光学单元和各自投影物镜之间的准确轴向对准不是强制性的。
[0049] 通过图像处理器或成像电子装置能够补偿由机械作用、公差等产生的立体局部图 像记录平面中焦点的横向变化。
[0050] 由于立体内窥镜装置的低误差灵敏度，摄像头的机械设计是简单的且能够类似地 引入至已知显微镜内窥镜系统情形中的机械设计。为此，多种方法是已知的现有技术，其能 够以明显方式转移至立体内窥镜装置摄像头的机械设计。
[0051] US 4, 781，448和US 6, 113, 533中描述了用于商业上可获得摄像头的这种机构的 实例。在其中所描述的套筒结构中，所述连接能够结合操作元件用于投影物镜的手动或电 子马达驱动聚焦，该投影物镜布置以在摄像头的纵向方向上可运动。这里，圆柱物镜载体， 其具有销或栓作为投影光学单元的接收机防旋转装置，在固定的外部圆柱套筒内导引。在 外部聚焦套筒的旋转运动设置有螺旋槽的情形中，具有物镜载体的平移聚焦运动。透明防 护窗或光纤能够布置在套筒远端和近端的附近。所述连接布置在固定套筒的远端处。
[0052] 还能够在该物镜载体中布置两个平行的投影物镜。通过示例的方式，用于投影物 镜的支架能够通过两个孔来实现，所述两个孔彼此平行且彼此水平地偏离。该立体镜接圈， 其中投影物镜在连接适配器中的共聚焦，从US 6, 582, 385可得知。两个局部图像能够通过 旋转聚焦环来聚焦在一起。在组装期间，投影物镜优选地设置至沿其轴的共聚焦位置。
[0053] 照明装置也能够类似地设计到单像内窥镜系统。辐射源，优选地为光源，能够布置 在例如内窥镜内和/或上或摄像头内和/或上。内窥镜轴杆能够包括光波导，其配置为将 由光源产生的光线传输至内窥镜轴杆的远端。通过示例的方式，一个或多个光波导能够包 括用于光束成形的玻璃锥、光纤锥、透镜、反射镜等。
[0054] 可替代地或另外地，光入口也能够布置在内窥镜轴杆和摄像头之间的连接部位 处，从而在将内窥镜连接至摄像头时建立照明装置的光学连接。
[0055] 根据本发明的立体视频装置的配置的一个方面是在内窥镜轴杆中，大的截面积能 够填充有光波导，例如光纤。大量填充内窥镜轴杆截面积的光波导能够布置在内窥镜轴杆 中。仅仅由包括用于图像引导的平行光学装置的管占据的截面积对于光波导来说是不可用 的。
[0056] 在其他配置中，投影物镜后或内的棱镜能够产生物镜光路的方向变化，其中由此， 视频内窥镜装置的观察方向不平行于内窥镜轴杆的轴，并因此不平行于各自光学元件装置 的各自光轴。观察方向能够通过布置在光路中的其他棱镜再定向以平行于所述轴。所述棱 镜或各自棱镜能够是消色差棱镜或反射棱镜；可替代地，还能够使用具有小于30°角偏转 反射镜装置。还能够平行地和/或串联地布置多个棱镜和/或反射镜装置。在优选配置中， 棱镜或反射镜装置接合至其他光学元件。通过示例，棱镜能够接合至其他棱镜、透镜、或其 他光学兀件。
[0057]内窥镜轴杆的远端还能够是成角度的。此外，能够使用具有横向观察方向的物镜， 其布置在内窥镜轴杆的远端，由此，能够获得立体内窥镜，其中观察方向与内窥镜轴杆的轴 成一定角度。可替代地或另外地，还能够通过布置在物镜远侧的棱镜或反射镜来实现横向 观察方向。
[0058] 投影物镜还能够是柱状透镜或柱状透镜系统，由此能够简化光学单元的设计。
[0059] 投影物镜能够横向地布置或移位至另一投影物镜或多个其他投影物镜的光轴，以 及横向地布置或移位至准直光学单元的光轴，由此能够使得图像传感器的尺寸和内窥镜尺 寸之间的良好匹配。可替代地或另外地，光学元件、准直光学单元和/或图像传感器能够彼 此具有横向偏移，由此能够产生两个立体局部图像之间横向偏离的变化。在投影物镜这样 位移的情形中，如果满足如下条件，
[0060]

【权利要求】
1. 一种视频内窥镜装置（10)，其包括： 两个平行光学装置（16、24、26)，它们一起至少部分地布置在内窥镜轴杆（14)的内部 并且每个包括光学兀件（16、17、24、26、27)，所述光学兀件沿各光学装置（16、24、26)的光 学兀件（16、17、24、26、27)的共用第一光轴彼此同轴布置，每个光学装置（16、24、26)配置 为从各自光学装置（16、24、26)远端（20)至各自光学装置（16、24、26)的近端（18)传输光 学图像； 所述视频内窥镜装置（10)还包括摄像头（28)，其紧邻或邻接光学装置（16、24、26)的 近端（18)布置，并且其包括： 至少一个图像传感器（34)，其包括至少一个记录平面（32)，所述摄像头（28)还包括至 少两个投影物镜（30)，其中每个投影物镜具有第二光轴并布置及配置为将图像（38)投影 到图像传感器（34)上； 其中每个光学装置（16、24、26)包括准直光学单元（16)，其布置在各自近端（18)处，用 于在各自光学装置（16、24、26)的出口（18)处产生至少接近平行的光路（12); 其中各自准直光学单元（16)具有第三光轴，其与光学装置（16、24、26)的光学元件 (24、26、27)同轴布置或从光学装置（16、24、26)的光学兀件（24、26、27)的共用第一光轴最 多横向偏移准直光学单元（16)的半个直径，以及所述至少两个投影物镜（30)中的每个布 置及配置为将由各自准直光学单元（16)生成的平行光路（12)成像在所述至少一个图像传 感器（34)的至少一个记录平面（32)的至少一个焦点（36)上，以及 其中所述投影物镜（30)中的至少一个布置为使得各自第二光轴具有距生成平行光路 (12)的准直光学单元（16)的第三光轴的横向距离（42)，其测量为投影物镜（30)的最多半 个直径，所述至少一个投影物镜（30)布置并配置为用于将所述平行光路成像在所述至少 一个焦点（36)上，由此，所述平行光路（12)以距至少一个投影物镜（30)的第二光轴的横 向距离（42)进入所述至少一个投影物镜（30)。
2. 根据权利要求1所述的视频内窥镜装置（10)，其中彼此分别同轴布置的光学元件 (16、17、24、26、27)包括柱状透镜（17、27)。
3. 根据权利要求1或2所述的视频内窥镜装置（10)，其中用于生成至少基本平行光 路（12)的所述准直光学单元（16)包括位于光学装置（16、24、26)出口（18)处的柱状透镜 (17)。
4. 根据权利要求1至3中至少一项所述的视频内窥镜装置（10)，其中用于在光学装置 (16、24、26)出口（18)处生成至少基本平行光路（12)的所述准直光学单元（16)是柱状透 镜系统（16)，其包括至少两个接合的透镜，其中包括两个接合的透镜的柱状透镜系统（16) 的至少一个透镜是柱状透镜（17)。
5. 根据权利要求1至4中至少一项所述的视频内窥镜装置（10)，其中所述视频内窥镜 装置（10)包括用于准直目的的柱状透镜系统（16)，它们具有与用于图像传输的柱状透镜 系统（26)相同的设计。
6. 根据权利要求1至5中至少一项所述的视频内窥镜装置（10)其中所述至少两个投 影物镜（30)中的每个布置为使得第二光轴与各自光学装置（16、24、26)的光学元件（16、 17、24、26、27)的光轴横向偏移投影物镜（30)的至多半个直径。
7. 根据权利要求1至6中至少一项所述的视频内窥镜装置（10)，其中所述平行光学装 置（16、24、26)中的至少一个包括弹性元件（74)，其布置在两个连续光学元件（16、24、26) 之间，并且其中所述弹性元件（74)配置为确保两个连续光学元件（16、24、26)之间的轴向 距离，从而减少光学元件（16、24、26)之间的机械作用。
8. 根据权利要7所述的视频内窥镜装置（10)，其中所述弹性元件（74)布置在最靠近 至少一个平行光学装置（16、24、26)的准直光学单元（16)的光学元件（26)和准直光学单 元（16)之间。
9. 根据权利要7或8所述的视频内窥镜装置（10)，其中所述视频内窥镜装置（10)包 括平行光学装置（16、24、26)的近端（18)的夹紧装置（80)，并且其中该夹紧装置（80)配置 为以如下方式夹持平行光学装置（16、24、26)的准直光学单元（16)，即在夹紧装置（80)的 锁定状态，阻止了准直光学单元（16)的轴向和/或横向运动。
10. 根据权利要9所述的视频内窥镜装置（10)，其中所述内窥镜轴杆（14)包括用于 照明物面（22)的照明装置（46)，并且其中所述照明装置（46)包括光波导（48)，其将来自 至少一个光源（52)的光线从内窥镜轴杆（14)近端（18)处或附近的照明光入口（50)传输 至布置在内窥镜轴杆（14)远端（20)处或附近的照明光出口（54)，其中所述至少一个光源 (52)包括在摄像头（28)内和/或通过柔性光波导（48)以或者可释放及可锁定或者刚性方 式连接至内窥镜轴杆（14)。
11. 根据权利要求1至10中至少一项所述的视频内窥镜装置（10)，其中图像处理器 (68)布置在所述视频内窥镜装置（10)内或外侧并配置为将投影在所述至少一个图像传感 器（34)上的两幅立体局部图像（38)转换为能够描绘在立体屏幕上的图像信号。
12. 根据权利要求11所述的视频内窥镜装置（10)，其中所述图像处理器￠8)配置为 通过图像处理来执行图像改进措施。
13. 根据权利要求1至12中至少一项所述的视频内窥镜装置（10)，其中所述视频内窥 镜装置（10)包括至少一个可互换元件（14、16、17、24、26、27、30、28、34、46、48、52)。
14. 根据权利要求13所述的视频内窥镜装置（10)，在互换至少一个元件（14、16、17、 24、26、27、30、28、34、46、48、52)时，新连接的元件（14、16、17、24、26、27、30、28、34、46、48、 52)能够通过保存在存储单元（70)内的一组预定校准数据关于彼此校准，并且其中所述视 频内窥镜装置（10)包括至少一个传感器装置（76)，其能够读出和处理至少一个元件（14、 16、17、24、26、27、30、28、34、46、48、52)上的至少一个可读标记（78)，从而能够从存储单 元（70)中的多组预定校准数据中选择校准数据、或针对新连接元件（14、16、17、24、26、27、 30、28、34、46、48、52)具有最佳拟合的校准数据。
15. 根据权利要求1到14中至少一项所述的视频内窥镜装置（10)，其中内窥镜轴杆 (14)的远端（20)、内窥镜轴杆（14)的近端（18)、和/或摄像头（28)的入光口（58)具有至 少一个光学透明防护窗（56)。
【文档编号】A61B1/00GK104207750SQ201410362785
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】H·米勒, A·克利姆 申请人:艾克松有限责任公司