具有可调节的观察方向的内窥镜的制作方法
【专利说明】具有可调节的观察方向的内窥镜
[0001]本发明涉及一种在观察角度下具有可调节的观察方向的内窥镜，特别是一种视频内窥镜，所述内窥镜包括具有纵向轴线的内窥镜轴杆，其中所述内窥镜轴杆具有远侧观察窗口，其中用于采集目标的可移动的光学器件设置在所述内窥镜轴杆中，优选地设置在近端处。
[0002]在不同的实施方式中已知内窥镜(特别是视频内窥镜)，其中在内窥镜的内窥镜轴杆的远侧末端处入射的操作区域的光经由光学系统被引导至一个或多个图像传感器。由此，内窥镜以向前观察方向(所谓的0°观察方向)可用，或者内窥镜以侧向观察方向可用，例如具有偏离0°观察方向的30°、45°、70°等的侧向观察方向。在这种情况下，前述度数应理解为中央观察轴线与内窥镜轴杆的纵向轴线之间的角度。而且，存在具有可调节的侧向观察方向的内窥镜或视频内窥镜，其中观察角度(即，与平视的偏离)是可调节的。
[0003]因此，在调节观察角度期间，与平视的偏离尤其是相对于内窥镜轴杆的纵向轴线是可变的。
[0004]而且，在EP 2 369 395 Al中公开了用于视频内窥镜的光学系统，其中观察角度由棱镜单元的棱镜改变，该棱镜单元具有围绕旋转轴线旋转的三个棱镜，该旋转轴线垂直于或横向于内窥镜轴杆的纵向轴线。连同第一棱镜一起限定光束路径的另两个棱镜并不随之旋转，使得能旋转的第一棱镜的反射表面相对于第二棱镜的对应反射表面旋转。
[0005]在DE 10 2010 028 147 Al中公开了具有可变观察方向的另一内窥镜。
[0006]从这种现有技术出发，本发明的目的是提供一种具有可调节的观察方向的内窥镜，当调节所述观察角度时，针对不同的观察角度设定，允许以简单的方式采集期望的目标并改善对采集目标图像的聚焦。
[0007]该目的是通过一种在观察角度下具有可调节的观察方向的内窥镜，特别是一种视频内窥镜来实现的，所述内窥镜包括具有纵向轴线的内窥镜轴杆，其中所述内窥镜轴杆具有远侧观察窗口，其中用于采集目标的可移动的光学器件设置在所述内窥镜轴杆中，所述内窥镜的发展在于，聚焦光学单元被布置在所述远侧观察窗口与所述可移动的光学器件之间，其中所述聚焦光学单元的焦距根据观察角度可以发生改变或被改变。
[0008]本发明基于的思想是，通过在所述远侧观察窗口(在所述内窥镜的内侧布置于所述内窥镜轴杆的端部上)与光学器件(能在所述内窥镜轴杆中移动以采集光束和/或目标的)之间使用具有多个焦距的聚焦光学单元，例如一个渐变折射率透镜或可选的多个渐变折射率透镜或衍射和/或折射光学单元，提高了对采集目标的聚焦，这是因为所述聚焦光学单元的焦距依赖于用于采集目标的装置的所述观察角度。在这种情况下，所述聚焦光学单元(例如渐变折射率透镜)被构造成使得当改变观察角度时，例如当使用具有可枢转棱镜的棱镜单元时，所述聚焦光学单元的焦距是变化的，因此，依赖于具有可调节的观察方向的所述内窥镜的所述观察角度，由于不同观察角度下的可变焦距，以简单的方式促进了目标的聚焦。例如，当使用用于所述聚焦光学单元的至少一个渐变折射率透镜时，由于所述渐变折射率透镜的可变折射率，以简单的方式实现了目标的聚焦。
[0009]所述聚焦光学单元被布置在所述内窥镜轴杆的所述远侧观察窗口与所述可移动的光学器件之间，这导致所述内窥镜轴杆具有紧凑特征。
[0010]特别是，聚焦光学单元(例如渐变折射率透镜或衍射光学元件(DOE))是借助优选间断或连续地改变折射率而产生透镜效果的半透明元件。在这种情况下，以预定的观察角度将所述光束偏转并集束在所述聚焦光学单元的焦点处。当所述观察角度改变时，所述光束被集束在不同的焦点处，这是因为由于聚焦依赖于所述观察角度，所以所述聚焦光学单元在不同的观察角度下具有不同的焦距。
[0011]在这种情况下，至少一个图像传感器被布置在所述内窥镜中，例如位于所述棱镜单元的近端下游处，其中所述棱镜单元的布置在远侧或改变观察角度的棱镜能围绕横向于所述内窥镜轴杆的所述纵向轴线的旋转轴线旋转。而且，所述棱镜单元和所述至少一个图像传感器被布置在所述包壳管内侧的密封空间中。而且，例如在所述内窥镜的手柄上设置了用于调节可旋转棱镜的所述观察角度的操作元件。
[0012]特别是，所述内窥镜的特征在于，所述聚焦光学单元被构造成使得当改变所述观察方向时，所述聚焦光学单元的焦距根据所述观察角度的增大而缩短，或者所述聚焦光学单元的焦距根据所述观察角度的减小而增大。
[0013]另外，有利地进一步规定:所述聚焦光学单元被布置在所述观察窗口上，和/或所述聚焦光学单元被粘合到所述观察窗口。
[0014]所述内窥镜的优选实施方式的特征在于，所述聚焦光学单元具有渐变折射率透镜和/或衍射作用的光学体，特别是膜，和/或具有折射作用的光学体，特别是膜。
[0015]为此，在一个实施方式中规定:所述渐变折射率透镜被布置在所述内窥镜轴杆的所述远侧观察窗口上。
[0016]在一个实施方式中，进一步规定:所述渐变折射率透镜或衍射或折射作用的膜被粘合到所述观察窗口(特别是由蓝宝石制成的观察窗口)上。
[0017]特别是，被设置为聚焦光学单元的渐变折射率透镜的折射率优选地横向于所述透镜的所述光学轴线而变化，因此所述渐变折射率透镜具有紧凑的结构并产生非常小的直径。
[0018]而且，所述渐变折射率透镜表征为聚焦光学单元，其中透镜长度能以可变的方式调节，其中焦距和操作距离可以非常接近所述渐变折射率透镜的端部。而且，所述渐变折射率透镜规定:折射率被设计成横向于透镜的所述光学轴线是不同的或可变的。借助横向于所述光学轴线的可变折射率，产生透镜效果，使得当光束穿过所述渐变折射率透镜时，所述光束被集束或相应地聚焦在所述渐变折射率透镜附近的焦点处。
[0019]综上所述，借助所述聚焦光学单元在所述内窥镜轴杆的所述远侧观察窗口与所述可移动的光学器件之间的布置(其中其焦距依赖于所述内窥镜的所述观察角度而变化)，实现了:提高了对来自目标的所述入射光束的聚焦，并由此提高了对期望目标的光学采集。
[0020]而且，在一个实施方式中，所述视频内窥镜的特征在于，所述光学器件以可移动的方式布置在所述内窥镜轴杆的所述纵向轴线的方向上和/或横向于所述内窥镜轴杆的所述纵向轴线。例如，如果所述光学器件被构造为棱镜单元，则所述棱镜单元可围绕所述内窥镜轴杆的所述纵向轴线旋转。而且，在本发明的范围内还可行的是，例如，可枢转棱镜设置在所述棱镜单元中，所述可枢转棱镜能围绕优选地横向于或垂直于所述内窥镜轴杆的所述纵向轴线取向的轴线枢转。
[0021]通过棱镜的枢转，可以相对于所述内窥镜轴杆的所述纵向轴线改变所述观察方向。
[0022]特别是，在所述视频内窥镜的发展中，优选的是，所述光学器件被构造为棱镜单元，其中所述棱镜单元作为可移动单元具有能围绕枢转轴线枢转的至少一个棱镜。
[0023]而且，在根据本发明的所述视频内窥镜的另一实施方式中规定:所述光学器件被构造为光学图像传感器单元，从目标入射穿过所述观察窗口的所述光束被所述光学图像传感器单元采集。特别是，所述图像传感器单元为CCD相机。
[0024]而且，优选的是，所述聚焦光学单元被构造成使得所述聚焦光学单元具有预定的自由形式表面。结果，在本发明的范围内，可行的是，衍射膜或折射膜或相应衍射光学元件(DOE)能够作为聚焦光学单元制造，其中所述膜或所述衍射光学元件(DOE)被布置到或粘合到内侧(例如构造为蓝宝石拱顶的远侧观察窗口)上。
[0025]此外，所述聚焦光学单元优选地由塑料材料生产。结果，例如，衍射光学元件(DOE)或渐变折射率透镜可有利地以简单的方式生产为紧凑的结构。
[0026]而且，通过在优选地用于手术检查的内窥镜(特别是视频内窥镜)中使用聚焦光学单元而实现该目的，其中所述内窥镜或视频内窥镜如上述进行构造。
[0027]从根据本发明的实施方式的描述连同权利要求书和附图揭示出本发明的其它特征。根据本发明的实施方式可由各个特征或若干特征的组合来完成。
[0028]下文中在不限制总体发明构思的前提下使用参考附图的示例性实施方式描述了本发明，其中关于根据本发明的文中未更详细地描述的所有细节，明确参考附图，其中:
[0029]图1示出了视频内窥镜的示意性立体图；
[0030]图2示出了位于内窥镜轴杆的远侧末端处的棱镜单元的示意性侧视图；
[0031]图3示出了图2的棱镜单元的示意性平面图；
[0032]图4示出了根据另一示例性实施方式穿过内窥镜轴杆的远侧末端的横截面。
[0033]在图中，在每种情况下，相同或类似的要素和/或部分设有相同的附图标记，从而除去了重新引入。
[0034]图1不出了视频内窥镜I的不意性立体图，视频内窥镜I具有近侧手柄2和刚性内窥镜轴杆3。观察窗口 5被布置在内窥镜轴杆3的远侧末端4处，内窥镜轴杆3的远侧部分6被布置到所述观察窗口的后面，所述远侧部分具有棱镜单元(未示出)和图像传感器单元(未示出)。