用于内窥镜的相机物镜和内窥镜的制作方法

本发明涉及一种用于内窥镜的相机物镜，其具有物体侧第一棱镜、图像侧第二棱镜、布置在第一棱镜的物体侧上的第一透镜系统、布置在第一棱镜的图像侧上的第二透镜系统、以及布置在相机物镜的图像侧末端处的平行于内窥镜的内窥镜杆的纵轴的传感器表面。

背景技术：

内窥镜被特别用于微创手术，以允许手术医生能洞察手术区域所处的身体部位。使用单目内窥镜和立体内窥镜两者，后者经由两个光学通道提供深度的三维印象，这对单目内窥镜而言是不可能的。

在内窥镜杆的远端处，通常布置有物镜，其收集从待观察物体发出的光并生成物体的真实中间图像。借助于布置在物镜下游的光学中继系统将该中间图像传送到内窥镜杆的近端。为人眼成像真实中间图像的目镜被布置在内窥镜杆的近端处。取代仅仅光学目镜，目镜还可以包括具有合适的图像传感器的相机适配器，这使得能够在屏幕上查看图像并且存储视频信息。

典型地，提供附加深度信息的单目内窥镜和立体内窥镜被用于实现准确的操作。

从文档jp6-160731已知一种具有两个相同的中继光学系统的立体内窥镜，该中继光学系统将来自物镜的图像光学地引导至目镜。目镜包括棱镜系统，该棱镜系统借助于两个光束偏转并且以平行偏移的方式将由中继光学系统生成的真实中间图像成像到与内窥镜的光轴o正交地布置的两个传感器表面上。

文档ep0667547a2中公开了一种类似的具有两个可调节的棱镜的布置，这两个可调节的棱镜用于将光束偏转到与光轴正交地布置的传感器表面上。

在现有技术中，进一步公开了一种与用于内窥镜的适配器结合的目镜，该目镜通过借助于倾斜45°的镜子的一次光束偏转来将中继光学系统的中间图像成像到与光轴平行布置的传感器表面上。

在文档de3529026c2中，公开了一种用于内窥镜的相机物镜，其通过借助于棱镜系统的四重光束偏转来将中继光学系统的中间图像成像到与光轴平行布置的传感器表面上。在文档de3529026c2中，进一步公开了一种具有三重光束偏转的相机物镜，其中光学组件部分被布置成平行于第二和第三光束偏转之间的光轴。

在内窥镜检查中，在其近端提供物镜并且包括中继光学系统的杆应当具有尽可能小的直径。与此相反，出于技术原因，传感器表面应当具有一定的大小。中继光学系统的中间图像必须在成像到传感器表面之前被放大。该放大通常伴随着光学质量的损失。

技术实现要素：

本发明的目的是指定一种用于内窥镜的相机物镜，该相机物镜具有紧凑的结构并且借助于该相机物镜可以避免放大期间的光学质量的损失。

该目的通过具有权利要求1的特征的相机物镜和具有权利要求15的特征的单目内窥镜或立体内窥镜来解决。有利的改进在从属权利要求中指定。

根据本发明的相机物镜包括：

-由内窥镜杆的纵轴定义的第一光轴，以及相对于该第一光轴偏移的第二光轴，

-物体侧第一棱镜，以及图像侧第二棱镜，

-布置在该第一棱镜的物体侧上的第一透镜系统以及布置在该第一棱镜的图像侧上的第二透镜系统，其中该第一透镜系统沿该第一光轴布置，并且其中该第二透镜系统沿该第二光轴布置，以及

-布置在该相机物镜的图像侧末端处的平行于该第一光轴的传感器表面，

-其特征在于，该第一棱镜和该第二棱镜被配置成引起作为三重光束偏转的第一光束偏转到第三光束偏转，以使得借助于第一棱镜，引起作为从第一光轴到第二光轴的双重光束偏转的第一光束偏转和第二光束偏转，并且借助于第二棱镜，引起作为从第二光轴到平行于第一光轴布置的传感器表面的简单光束偏转的第三光束偏转，

-以从物体侧查看的顺序，该第一透镜系统包括：双凹第一透镜、双凸第二透镜、形成为棒状透镜的第三透镜、平凹第四透镜、以及双凸第五透镜，

-以从物体侧查看的顺序，该第二透镜系统包括：凸平第六透镜、形成为弯月形透镜的第七透镜、双凸第八透镜、以及双凹第九透镜。

三重光束偏转允许相机物镜内的光学元件的特别紧凑的布置。特别是在用于立体内窥镜的相机物镜中，通过第二透镜系统(适配器光学系统)的偏心布置来获得特别紧凑的结构。平行于内窥镜的光轴的传感器表面的布置允许在单目内窥镜和立体内窥镜两者中的远端的紧凑结构。第一透镜系统(目镜光学系统)被附加地形成为使得其校正物镜和/或中继光学系统的可能存在的图像误差。具体而言，仍然存在的正像场曲率通过目镜光学系统的负像场曲率来补偿。作为结果，获得了相机物镜的紧凑结构。同时，借助于它，可以避免放大期间光学质量的损失。具体而言，第一透镜系统是目镜光学系统，并且第二透镜系统是适配器光学系统。目镜光学系统与适配器光学系统一起形成相机物镜。

此外，作为目镜光学系统的一部分的棒状透镜的布置使得能够适配内窥镜的长度而无需增大杆直径。

在可能的有利实施例中，目镜光学系统的双凹第一透镜和双凸第二透镜彼此粘合并且被色彩校正。此外，目镜光学系统的第三透镜、平凹第四透镜、以及双凸第五透镜可以彼此粘合并且被色彩校正。

此外，在适配器光学系统的双凸第八透镜和双凹第九透镜同样地彼此粘合并且被色彩校正时是有利的。

在一有利改进中，目镜光学系统的棒状透镜和平凹第四透镜彼此粘合。将光学元件粘合到一个经粘合组件中使得其在内窥镜中容易地组装成为可能的。具体而言，棒状透镜的设计和各自具有一个平面表面的经粘合组件的设计使得通过横向位移来在一个调节步骤中设置指向成为可能。为此，经粘合组件承载在其上并且不需要进一步安装，因为它可以在调节之后被直接粘合。这对于立体内窥镜特别重要。通过目镜光学系统4的轴向位移，特别是可以在组装期间将清晰度设置为一距离。

平行于传感器表面布置平面平行玻璃板以保护传感器表面是有利的。

例如，目镜光学系统的一个或多个透镜和/或适配器光学系统的一个或多个透镜在其暴露于空气的外表面上具有抗反射涂层。作为结果，散射光以及内窥镜的光学质量的相关联的降低被最小化。此外，抗反射涂层增大了光学透射。

例如，第一和第二棱镜的一个或多个表面分别包括高反射涂层。这用于在光束偏转期间尽可能多地反射光线并且提高系统的光学质量。

在第一棱镜和/或第二棱镜的平行于第一光轴且垂直于传感器表面的一个或多个表面具有亚黑色涂层时是有利的。这还用于使散射光以及内窥镜的光学质量的相关联的降低最小化。

此外，在相机光学系统的一个或多个光学组件由火石玻璃或冕牌玻璃制成时是有利的。一方面，火石玻璃的高分散性允许构造具有期望的消色差特性的相应透镜系统，特别是通过具有不同阿贝(abbe)数和折射率的较轻和较重的火石玻璃的组合。另一方面，由于其光学透射特性，使用特别是钡冕玻璃是有利的。

在进一步的有利改进中，用于调节图像清晰度和放大率的设备被布置在适配器光学系统中。特别是在立体内窥镜中，因此可以针对两个图像通道中的每一者单独调节图像清晰度和放大率。图像清晰度还可以通过移位图像传感器来设置。

本发明进一步涉及一种立体相机物镜，其包括成对地布置的上述类型的两个相机物镜。

本发明的进一步方面涉及单目内窥镜或立体内窥镜。单目内窥镜包括如前所述的相机物镜。立体内窥镜包括刚才提及的立体相机物镜。

附图说明

本发明的进一步特征和优点源于以下描述，其在结合所附附图的各实施例的基础上更加详细地解释了本发明。

图1示出根据一个实施例的相机物镜；

图2示出了根据图1的相机物镜的示例性目镜光学系统；

图3在不解说目镜光学系统的情况下以与传感器表面正交的视平面示出了根据图1的相机物镜；

图4在不解说目镜光学系统的情况下以与传感器表面平行的视平面示出了根据图1的相机物镜；

图5示出根据一个实施例的单目内窥镜；以及

图6示出根据一个实施例的立体内窥镜。

具体实施方式

在一个可能的实施例中，在图1中示意性地解说了相机物镜1。相机物镜1包括目镜光学系统4、物体侧棱镜2、适配器光学系统5、图像侧棱镜3、以及传感器表面20。还示出了光学中继系统的中间图像23，该光学中继系统布置在相机物镜1的上游并且在图1中未解说。

目镜光学系统4包括若干透镜6至10，特别是棒状透镜8，并且在图2中更详细地描述。有利地，目镜光学系统4被设计成校正上游光学系统(例如，在图1中未示出的光学中继系统)的图像误差。图像误差例如可以是图像场曲率。

此外，相机物镜1包括与内窥镜的内窥镜杆的光轴o1平行或偏心地布置的适配器光学系统5。适配器光学系统5包括若干透镜11至14。为了匹配图像清晰度和放大率，允许调节个体透镜11至14的设备16被布置在适配器光学系统5处。图3尤其更详细地描述了适配器光学系统5。

一方面，必要的光束偏转是由物体侧棱镜2引起的，该物体侧棱镜2将由目镜光学系统校正的实际中间图像23偏转到适配器光学系统5上。另一方面，图像侧棱镜3将适配器光学系统5的光束偏转到传感器表面20(即图像传感器)上，其中该图像传感器20平行于光轴布置。与适配器光学系统5的偏心布置一起，因此实现了相机物镜1的特别紧凑的结构。此外，为了保护图像传感器20，平面平行玻璃板15被布置在图像侧棱镜3与图像传感器20之间。

在图2中，示意性地解说了布置在光轴o1上的目镜光学系统4的可能实施例。如在图2中示出的，目镜光学系统4包括双凹透镜6、双凸透镜7、棒状透镜8、平凹透镜9、以及双凸透镜10。此外，图2示出了中间图像23。在所示的实施例中，透镜6至10被布置在两个透镜群中。第一透镜群由双凹透镜6和双凸透镜7形成。第一透镜群的两个透镜6、7彼此粘合并且形成消色差透镜。此外，目镜光学系统4包括由棒状透镜8、平凹透镜9、以及双凸透镜10构成的第二透镜群。第二透镜群的透镜8、9和10彼此粘合。平凹透镜9和双凸透镜10被配置成使得它们形成消色差透镜。棒状透镜8被设计成使得前一光学系统(例如，未解说的光学中继系统)的图像场曲率最小化。此外，棒状透镜8允许在不增大杆直径的情况下适配内窥镜的长度。可以在第一和第二透镜群之间设置气隙。

为了减少散射光，垂直于光轴o1并且不与其他表面接触的各表面具有抗反射涂层25(参见图2)。

图3示出了相机物镜1的示意性解说的图像侧细节。该细节包括偏心地布置的适配器光学系统5、图像传感器20、以及用于光束偏转的棱镜2、3。

物体侧棱镜2引起从光轴o1到适配器光学系统5的光轴o2上的光束偏转。图像侧棱镜3引起从适配器光学系统5的光轴o2到平行于光轴o1布置的图像传感器20的光束偏转。为了避免由透射导致的光损失，两个棱镜2、3在其中发生光束偏转的那些侧面上具有高反射涂层24。为了避免散射光，各其他侧面具有抗反射涂层25或者图3中未示出的亚黑色涂层26(参见图4)。

平行于光轴o1布置的适配器光学系统5包括凸平透镜11、弯月形透镜12、双凸透镜13、以及双凹透镜14。双凸透镜13和双凹透镜14彼此粘合并且被色彩校正。此外，示出了用于调节适配器光学系统5的设备16。设备16在立体内窥镜中特别有利，因为藉由它可以针对两个图像通道中的每一者分别地设置图像清晰度和放大率。

图4示出了相机物镜1的示意性解说的图像侧细节。与图3相比，图4中的视平面平行于图像传感器20。该细节包括偏心地布置的适配器光学系统5、以及用于光束偏转的棱镜2、3。特别解说的是两个棱镜2、3的亚黑色涂层26，其用于减少散射光。

表1示出了根据图1到4的相机物镜1的透镜数据。光学有效表面在表1中从物体侧起以1至22编号。所有长度信息以单位[mm]表示。玻璃的名称遵循肖特(schott)命名法。

表1

在图5中，示出了单目内窥镜18的实施例，其包括根据图1到4的相机物镜1。如从物体侧查看的，单目内窥镜18包括：物镜21、具有带有若干中继模块组件22a至22e的中继模块22的光学中继系统30、以及相机物镜1。此外，内窥镜18具有杆27，在该杆27中布置了前述元件。

布置在内窥镜18的远端处的物镜21生成待观察物体的中间图像28。中继模块22将远端的第一中间图像28成像到近端的第二中间图像23上。这样做时，中继系统22传送第一中间图像28，可以说是从内窥镜18的远端到近端。布置在内窥镜18的近端处的相机物镜1最终将第二中间图像23成像到未在图5中示出的传感器表面20上。

立体内窥镜19的实施例在图6中示意性地示出。与图5所示的单目内窥镜18相比，立体内窥镜19具有两个光学通道。立体内窥镜19具有杆27，其中如从远端查看的，布置了物镜21、具有两个中继模块22的中继系统30(立体中继系统)、以及近端布置的相机物镜17。

物镜21将待观察对象成像到两个远端的中间图像28上，该远端的中间图像28中的每一者被指派给一个光学通道。根据图6的立体中继系统22将两个远端的中间图像28中的一者各自成像到两个近端的中间图像23中的一者上。根据图6的相机物镜17由根据图1至4的两个相机物镜1形成。两个相机物镜1之一被指派给光学通道之一。两个相机物镜1中的每一者最终将近端的第二中间图像23成像到对应的传感器表面20上。

附图标记列表

1相机物镜

2物体侧棱镜

3图像侧棱镜

4目镜光学系统

5适配器光学系统

6双凹第一透镜

7双凸第二透镜

8棒状透镜(第三透镜)

9平凹第四透镜

10双凸第五透镜

11凸平第六透镜

12弯月形透镜(第七透镜)

13双凸第八透镜

14双凹第九透镜

15平面平行玻璃板

16调节设备

17立体相机物镜

18单目内窥镜

19立体内窥镜

20传感器表面

21物镜

22中继模块

23,28中间图像

24hr涂层

25ar涂层

26亚黑色涂层

27杆

30中继系统

o1,o2光轴