CN101443686B - 用于医学成像设备的光学组件 - Google Patents

Abstract

用在医学或其它设备中以便将所检查的物体成像到图像传感器上的光学组件包括可以保留在透镜镜筒中的多个透镜元件。透镜元件和透镜镜筒可以利用可压缩垫圈密封。在一个例子中，至少一个透镜元件是由可注塑成形的塑料制成，而且至少一个透镜元件是由相对色散的光学玻璃制成。透镜镜筒的直径或者透镜直径可以选择成允许利用外科或其它工具访问所检查的物体。孔径板可以定位成减少物体图像中的闪光。

Description

用于医学成像设备的光学组件

技术领域

本发明总体上涉及医学设备，尤其涉及用于医学成像设备的光学组件。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年5月8日提交的美国临时申请60/798,492的权益，该美国申请在此引入作为参考。

背景技术

作为执行更加介入性过程的选择，许多医师使用最低程度介入性的设备来检查和/或处理患者的内部身体组织。这种最低程度介入性设备的例子包括内窥镜和导管。一般来说，这种设备包括插入到患者体内的伸长的杆状物和用于从设备的远端产生图像的机构。这种机构包括将光发送到邻近设置的照相机的光纤光学成像波导。可选地，该设备可以包括位于远端的图像传感器，该图像传感器产生用于产生内部体腔的视频图像的电子信号。为了降低与这种设备的重复消毒与修理相关的成本，有些内窥镜和导管可以设计成一次性的。一次性内窥镜设计的例子在转让给Boston Scientific Scimed公司的美国专利申请第10/811,781号和第10/196,007号中进行描述，其中Boston ScientificScimed公司也是本申请的受让人。这些申请在此引入作为参考。

限制制造商业上可行的一次性内窥镜或成像导管的能力的一个因素是所需成像光学器件的成本。为了制造实用的一次性设备，这种光学器件应当提供与利用传统可重用设备所获得的一样好或更好的图像。此外，这些光学器件应当便宜，使得整个设备的成本允许其使用一次就扔掉。因此，需要改进的光学组件、内窥镜和医学成像设备。

发明内容

本公开内容关于用在例如内窥镜或成像导管的医学设备中的光学组件。在一个例子中，这种光学组件包括其中具有多个堆叠式光学元件的透镜镜筒。光学元件逆着透镜镜筒中的O形环压缩，以便在透镜镜筒中形成气密密封。在一个具有代表性的例子中，光学组件包括多个透镜元件，而且这一个或多个透镜元件是塑料的注塑成型透镜。这些和其它例子简要地在该发明内容中描述，从而以简化的形式介绍将在下面具体实施方式中进一步描述的概念和特征的选择。该发明内容不是要识别所要求保护主题的关键特征，也不是要限制所要求保护主题的范围。

根据具有代表性的例子，光学组件包括具有内径的中空透镜镜筒、远端开口及具有内径的远端轮缘，其中远端轮缘的内径小于透镜镜筒的内径。一个可压缩的垫圈位于透镜镜筒中的远端轮缘处，且有一个透镜位于透镜镜筒中并与该可压缩垫圈接触，使得可压缩垫圈在透镜镜筒的远端轮缘和透镜之间形成密封。在有些例子中，可压缩垫圈是O形环。在另外的例子中，透镜是多元件透镜且透镜镜筒包括在该多元件透镜的最近端光学元件上形成的近端轮缘，从而推进多元件透镜以至少部分地压缩可压缩垫圈。在有些例子中，由可压缩垫圈形成的密封可以经受至少大约30kP的压力。

在另外的具有代表性的例子中，多元件透镜还包括至少位于透镜镜筒远端轮缘处并具有负光焦度的第一透镜。该第一透镜与可压缩垫圈接触，从而密封透镜镜筒。在有些例子中，第一透镜具有是凸球面的最物侧(most object-wise)表面和是凹非球面的最像侧(mostimage-wise)表面。在其它例子中，沿透镜轴从最物侧到最像侧，多元件透镜包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜。根据说明性例子，第一、第二和第三透镜是由共同的光学塑料制成，而第四透镜是由燧石玻璃制成。在其它例子中，第一至第四透镜从最物侧到最像侧具有由下表定义的光学表面：

 

表面	曲率半径
		1	+60.000
2	+0.973
		3	-8.125
4	-1.491
		5	+2.831
6	-1.193
		7	-2.674
8	无穷

其中，表面2、4和6是由如下各个二次曲线常数和非球面系数进一步定义的非球面：

 

表面	K	α2	α3	α4
					2	+0.5073543	0.0	0.0	0.0
4	+0.0	-0.018796213	-0.036606083	-0.068263035
					6	+0.0	+0.11189657	+0.014471055	+0.044036317

其中K是二次曲线常数，而α₂、α₃和α₄是非球面幂级数系数。

在具有代表性的例子中，第二透镜包括物侧的凹光学表面并具有正光焦度。在另外的例子中，第一孔径板和第二孔径板分别位于第一透镜和第二透镜之间以及第三透镜和第四透镜之间。在更多的例子中，孔径光阑位于第二透镜和第三透镜之间。

配置成在像面处形成物体的像的多元件透镜沿光轴从物侧到像侧包括由共同光学材料制成的第一、第二和第三透镜元件及由不同透镜材料制成的第四透镜元件，其中孔径光阑位于第二和第三透镜之间。在有些例子中，第一透镜和第四透镜具有负光焦度，而第二透镜和第三透镜具有正光焦度。在更多的例子中，第一透镜、第二透镜和第三透镜的最像侧表面是非球面的，并且分别是由下表定义的：

 

K	α2	α3	α4
				+0.5073543	0.0	0.0	0.0
+0.0	-0.018796213	-0.036606083	-0.068263035
				+0.0	+0.11189657	+0.014471055	+0.044036317

其中K是二次曲线常数，而α₂、α₃和α₄是非球面幂级数系数。在有些例子中，定义减少闪光孔径的孔径板位于第一透镜和第二透镜之间或者第三透镜和第四透镜之间或者两者都有。在具有代表性的例子中，第一透镜和第四透镜具有负光焦度，而第二透镜和第三透镜具有正光焦度。在另外的例子中，第四透镜包括物侧的凹面。还有在更多的例子中，孔径光阑位于第二透镜和第三透镜之间。

通过参考以下具体描述和附图，所公开技术的这些和其它方面将变得更容易理解。

附图说明

图1是根据所公开技术的代表性光学组件的分解图。

图2A-2B说明了用于图1的代表性光学组件的透镜镜筒。

图3A-3B说明了用于图1的光学组件的O形环。

图4A-4B说明了图1的代表性光学组件的第一透镜。

图5A-5B说明了图1的代表性光学组件的第一减少闪光孔径板。

图6A-6B说明了图1的代表性光学组件的第二透镜。

图7A-7B说明了图1的代表性光学组件的孔径光阑。

图8A-8B说明了图1的代表性光学组件的隔片(spacer)。

图9A-9B说明了图1的代表性光学组件的第三透镜。

图10A-10B说明了图1的代表性光学组件的第二减少闪光孔径板。

图11A-11B说明了图1的代表性光学组件的第四透镜。

图12说明了配置成定位图1的代表性光学组件的代表性图像传感器插入物，从而将物体的像引导到图像传感器。

图13是图1的光学组件的截面图。

具体实施方式

如本说明书和权利要求中所使用的，单数形式“一”和“该”亦涵盖复数形式，除非上下文清楚地另外规定。此外，术语“包括”意思是“包含”。还有，术语“耦合到”意思是电、机械或光耦合或者链接，而且不排除所耦合项目之间中间元件的存在。

在此所述的系统、装置与方法不应当认为是以任何方式进行限制。相反，本公开内容是针对单独和彼此以各种组合及次组合的各种所公开实施方式的所有新颖和非显而易见的特征与方面。所公开的系统、方法与装置不限于任何特定方面或特征或其组合，而且所公开的系统、方法与装置也不需要给出任何一个或多个特定优点或解决问题。

尽管为了方便表达而对一些所公开方法的操作以特定、顺序的次序进行了描述，但应当理解这种描述方式包含了重新布置，除非特定排序是以下所阐述的特定语言所要求的。例如，顺序描述的操作在有些情况下可以重新布置或者并发执行。而且，为了简化，附图可能没有显示所公开系统、方法和装置可以与其它系统、方法和装置一起使用的各种方式。此外，本描述有时候使用象“产生”和“提供”的术语来描述所公开的方法。这些术语是所执行实际操作的高级抽象。对应于这些术语的实际操作将根据特定实现来改变并且很容易由本领域普通技术人员辨别。

如在此所使用的，“透镜”指具有两个折射表面的单个光学元件(即，“单透镜”)或者两个或多个单透镜的组合，包括就象双胶合透镜中一样彼此紧固到一起或者以别的方式关于彼此固定的光学元件。透镜元件的这种组合也可以称为多元件透镜。在所公开的例子中，提供了具有完全基于折射光学元件的光焦度的折光透镜。在其它例子中，可以提供反射成像光学器件或者反折射光学元件。为了方便，从物到像的光传播可以利用沿光轴从左向右延伸的光线来说明，其中光轴延伸通过一个或多个透镜元件。一般来说，光轴延伸通过透镜的几何中心并与位于透镜中心的对透镜的切面垂直。光轴可以是单条直线，或者如果包括折叠镜或例如棱镜的其它反射光学元件的话则是一条或多条线段。光轴可以看作从物(或物面)向像(或像面)延伸。沿光轴的方向可以称为物侧(沿物体的方向)或像侧(沿像的方向)。因为将理解依赖于特定应用像和物的位置可以互换，所以这些方向是为了方便描述而选择的。例如，配置成产生1/2倍的物像缩小率的透镜组件反过来可以为例如产生2倍的物像放大率。

用于反射和折射光学表面的表面曲率可以基于沿光轴的表面垂度Z而被描述为从所选表面点到光轴的垂直距离r的函数。利用一个共同的表示，表面垂度Z(r)可以表示为：

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{Cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)C^2{r}^2}}+a_1{r}^2+a_2{r}^4+a_3{r}^6+a_4{r}^8+a_5{r}^{10},$ 其中C是表面曲率(表面曲率半径的倒数)，K是二次曲线常数K＝-e²，其中e是与对应于二次曲线部分的表面关联的表面偏心度，而a₁、a₂、a₃、a₄和a₅是非球面幂级数系数。表面偏心度的值e对于双曲面是大于1、对于抛物面等于1、对于椭圆在0和1之间，而对于球面是0。

如果平行于透镜光轴的入射光线方向趋向于在折射后导向光轴，则透镜和透镜元件被称为具有正光焦度。这种透镜元件可以产生物体的实像。负光焦度与趋向于使这种平行光线远离透镜轴而且没有附加透镜元件一般不能产生物体的实像的透镜关联。

如上面所指示的，所公开的内容关于用在例如内窥镜或导管的成像医学设备、其它医学或非医学成像设备中的光学组件，还关于用于医学及其它应用的成像方法。在有些方便的例子中，光学组件足够便宜，使得其可以制造成用在一次性医学设备中。在其它例子中，光学组件可以配置成用在可重用设备中。通过在一个或多个透镜表面上提供宽带或窄带的抗反射涂层，可以在这种组件中获得改进的图像对比度和透镜透光率。在一种具有代表性的实施方式中，在除最前面(物侧)透镜元件之外的所有透镜表面上都提供有抗反射涂层。通常在孔径板中限定了用于减少闪光和f数选择的光控制孔径。这种挡板可以由多种材料形成并设置有合适的孔径，一般来说是配置成位于透镜光轴中心的圆形孔。

如上面所指出的，在此所公开的光学组件的一种用途是在例如内窥镜的一次性医学成像设备中。在一种实施方式中，以下所公开的光学组件装配到支撑一个或多个LED及在美国专利申请第10/811,781号和第10/956,007号中所公开的图像传感器的图像传感器插入物中，这两个申请在此引入作为参考。这种内窥镜也在下面更具体地描述。但是，也可以使用所公开光学组件和图像传感器的其它光学组件配置。

参考图1，光学组件5包括透镜镜筒10，其中沿光轴2设置有以下进一步描述的多个透镜、孔径板、隔片和安装板。如图1和图2B中所示，透镜镜筒10包括具有远端轮缘14的塑料镜筒，其中轮缘14定义了比透镜镜筒10的内径小的透镜镜筒开口，从而形成配置为保持透镜镜筒10中光学和其它元件的唇缘15。近端轮缘12具有一个或多个接头(tab)或类似的东西，这些接头或类似的东西可以通过加热、弯曲、模塑或类似技术而形成在光学组件5的最后(最像侧)光学或其它元件上，以便将透镜镜筒10中的包括隔片和孔径板的光学元件的堆叠固定到近端轮缘12。在典型的应用中，远端轮缘14对近端轮缘12是物侧的，因此来自所研究物体的光辐射由光学组件5在远端轮缘14接收并沿光轴2通过透镜镜筒10引导到像平面或其它位置。在具有代表性的例子中，透镜镜筒10的最大外径是大约4.75mm，而内径是大约3.6mm。外径可以是阶梯状的，使得透镜镜筒的部分也具有4.7mm和4.6mm的外径。

如图1所示，沿轴2从物侧到像侧设置有环形的O形环或垫圈20、第一透镜元件30、第一孔径板40、第二透镜元件50、孔径光阑60、隔片元件70、第三透镜元件80、第二孔径板90及第四透镜元件100。垫圈20具有允许其插入到镜筒10中的外径和选择成相对远端轮缘14的唇缘15密封第一透镜元件的内径，从而防止空气进入光学组件5。在一个例子中，O形环20由诸如乙丙共聚物的聚合物、诸如偏二氟乙烯-六氟丙烯的碳氟化合物、丙烯腈-丁二烯共聚物或其它适应材料制成。

第一透镜元件30具有负光焦度且定位到垫圈20的像侧。孔径板40包括由例如黑色聚酯材料制成的环形环，其中黑色聚酯材料例如聚对苯二甲酸乙二醇酯等，孔径板40定位到第一透镜30的像侧。孔径板40定义孔41并具有配置成使孔径板40装配到透镜镜筒10中的外径，同时孔41的直径选择成减少光学组件中的闪光。

具有正光焦度的第二透镜50沿轴2定位到孔径板40的像侧。孔径光阑板60定位到第二透镜50的像侧处并定义充当用于光学组件5的孔径光阑的孔61。孔径光阑板60一般来说是黑色聚酯材料等的环形盘，其外径选择成装配到透镜镜筒10中。孔61的直径选择成为光学组件5提供期望的f数或数值孔径。

隔片元件70定位到孔径光阑60的像侧处并且可以由例如黑色塑料材料等制成。第三透镜80具有正光焦度且定位到隔片70的像侧处。第二孔径板90定位到第三透镜的像侧处并定义孔91，而且可以由例如黑色聚酯材料等制成。具有负光焦度的第四透镜100沿轴2定位到第二孔径板90的像侧处。

光学组件5的代表性个体元件的附加细节在图2-11中示出并在以下进一步描述。除非另外指出，在本说明书或附图中引用的所有尺寸都是以毫米为单位。在有些例子中，透镜元件可以通过注塑成形方便地制造。对于这种元件，光学表面部分和机械安装部分都可以在共同的部分中提供。在以下描述中，要作为折射透镜表面的部分被称为光学表面部分。

图2A-2B说明了透镜镜筒10的更多细节。如图2A-2B中所示，透镜镜筒10是管状的中空镜筒，具有近端轮缘12和远端轮缘14。远端轮缘14的内径小于透镜镜筒10内径，使得远端轮缘14形成固定透镜镜筒10中光学元件的唇缘15。在一个例子中，近端轮缘12包括形成接头22、24的一个或多个槽或凹口16，其中接头22和24可以被加热或以别的方式而形成为在光学组件5中最近端的光学元件(即图1例子中的透镜100)上弯曲。以这种方式，透镜组件可以通过热焊接或利用粘合剂固定。通过固定到透镜100上的近端轮缘，使得透镜、隔片、孔径板及孔径光阑板保持在透镜镜筒10中。在一个例子中，透镜镜筒10是由丙烯酸或例如C1200-HF100塑料的其它塑料或者其它塑料、金属、陶瓷或其它材料制成。在典型应用中，远端轮缘14沿光轴2对近端轮缘12是物侧的。

图3A-3B说明了配置成位于透镜镜筒10中远端轮缘14处以便在透镜镜筒10的远端轮缘14和第一透镜元件30之间形成密封的垫圈20的更多细节。垫圈20是由有点可压缩的弹性材料形成，以便允许垫圈20在镜筒10的远端轮缘14和第一透镜元件30之间提供基本上气密的密封。一般来说，透镜镜筒10的接头22、24配置成朝着垫圈20推进透镜和透镜组件的其它元件，使得垫圈20压紧远端轮缘14，以形成密封。垫圈20的孔21选择成避免阻碍光透过光学组件。在典型例子中，垫圈20的外径是大约3.7mm，内径是大约2.9mm，而未压缩垫圈的厚度是大约0.3mm。在有些例子中，未压缩垫圈具有矩形、方形或圆形的截面。

图4A-4B说明了定义光学透镜表面的第一透镜元件30的代表性例子及方便的安装或其它机械零件。在这个例子中，第一透镜30具有曲率半径R＝+60mm的基本上为球面且为凸面的物方表面32。第一透镜30的像方表面33包括直径大约为1.58mm的凹非球面的透镜表面部分34。(用于这个及其它表面的表面常数在以下表2中列出。)第一透镜30的中心厚度(表面32和透镜部分34之间的厚度)是大约0.778mm。

轴向厚度为大约0.3mm且内径为大约2.6mm的V形沟槽35围绕透镜元件30的外周延伸。垫圈20配置成至少部分地位于沟槽35中，从而密封透镜组件。轮缘36定位到沟槽35的像侧并具有大约3.6mm的直径和大约0.3mm的轴向厚度，且对应的物侧轮缘37具有大约3.2mm的直径。像方轮缘36配置成充当第一透镜30和相邻光学元件之间的隔片。对于注塑成形的部分，第一透镜30的圆周部分38一般是平的，以便为作为注塑成形工艺副产品的任何门遗迹留出空间，使得透镜可以装配到透镜镜筒10中。

第一孔径板40在图5A-5B中说明。第一孔径板可以由黑色聚酯或其它塑料材料等形成并定义了选择成减少闪光的孔41。一般来说，孔径板40具有大约3.55mm的外径并具有大约0.05mm的轴向厚度，而且孔41基本上是圆形的并具有大约1.53mm的直径。

第二透镜元件50的代表性例子在图6A-6B中说明。第二透镜元件50具有约0.8mm的轴向厚度和大约3.60mm的外径，并包括是凹面并具有大约8.125mm曲率半径的物方光学表面52。像方光学表面部分54是位于最小内径为大约2.2mm的锥形孔57中的凸非球表面。物侧轮缘53具有从第一透镜元件50的最物侧表面到光学表面52的最像侧部分所测量的大约0.138mm的轴向厚度。像侧轮缘55具有在第二透镜50的最像侧表面和光学表面54的最像侧部分之间所测量的大约0.54mm的轴向厚度。如图6B所示，第二透镜元件50的圆周部分56变平，以便为注塑成形中的任何门遗迹留出空间。

参考图7A-7B，孔径光阑60形成为具有大约3.55mm直径并具有大约0.05mm的轴向厚度的圆盘，还包括具有大约0.38mm直径的中心孔61。孔径光阑60方便地由黑色塑料材料形成，例如象聚对苯二甲酸乙二醇酯的黑色聚酯材料。中心孔的直径可以基于预期透镜f数来选择，在说明性实施方式中，中心孔直径提供了大约7.2的f数。

如图8A-8B中所示，隔片70具有大约0.89mm的轴向厚度并定义了具有大约2.4mm直径的孔71。隔片70具有用于任何门遗迹的平化的圆周部分74，因此它不会突出到超出大约3.52mm的隔片外径。隔片70可以由例如丙烯酸的黑色塑料或例如C1200HF-100塑料材料的其它塑料形成。可以使用其它塑料、金属、玻璃或陶瓷材料。隔片70的外径包括45度斜切的部分72。

如图9A-9B中所示，第三透镜元件80具有物方光学表面部分82和图方光学表面部分84。物方表面部分82是凸球面的，并具有大约2.831mm的曲率半径和大约1.7mm的直径。图方表面部分84是直径大约为1.96mm的凸非球面。第三透镜元件80包括圆周安装部分81，物方光学表面部分82从该部分81轴向物侧地延伸大约0.131mm，且图方光学表面部分84从该部分81轴向像侧地延伸大约0.14mm。中心厚度为大约0.9mm。第三透镜元件80包括位于其圆周以方便注塑成形的平化表面86。

在代表性例子中，透镜元件30、50、80可以由来自Zeon公司的ZeonexB E48R塑料材料、环烯聚合物或其它合适的透镜塑料制成，以便允许透镜注塑成形。有些这种光学塑料在587.6nm的波长具有大约1.5251、1.5311或1.5094的折射率n_d，且阿贝数为大约56。注塑成形的透镜元件一般有抗反射涂层。尽管塑料透镜是方便的，但光学玻璃、熔融石英或其它材料也可以用于透镜元件30、50、80。一般的材料具有类似的折射率和阿贝数。

如图10A-10B中所示，第二孔径板90定义了具有大约1.88mm直径的为减少闪光而选择的圆形孔91。孔径板90优选地由例如聚对苯二甲酸乙二醇酯等的黑色聚酯材料制成而且是大约0.05mm厚。

第四透镜元件100在图11A-11B中说明。第四透镜元件一般由相对色散的“隧石”类型玻璃制成，从而提供色差校正。在典型的例子中，使用可以从CDGMGlass有限公司获得的ZF-52光学玻璃。透镜元件100包括具有大约2.0mm直径的物方光学表面102和像方表面105。第四透镜元件的直径是大约3.6mm。物方光学表面102是具有大约2.674mm曲率半径的凹面并从外围物侧的平部分104轴向像侧地延伸大约0.194mm。图方表面105是平面。第四透镜100具有大约0.5mm的中心厚度。

用于代表性多元件透镜的完整透镜规格在表1-3中列出。表1包含例如焦距、f数、视场、失真、像场直径和入射光瞳直径的基本透镜数据。表2包含表面曲率和透镜材料。表面1、2分别是第一透镜的物侧和像侧光学表面，表面3、4是第二透镜的物侧和像侧光学表面，表面6、7是第三透镜的物侧和像侧光学表面，而表面8、9是第四透镜的物侧和像侧光学表面。表面5是孔径光阑。平面的曲率半径在表2中标为无限(“inf”)。

如上面所讨论的，有些表面是非球面的，在表2中非球表面用^＊标出。用于这些表面的非球面常数在表3中列出。来自最后的透镜表面(即，第四透镜元件100的最像侧表面)的出射光瞳距离额定是2.02mm。从透镜镜筒10的远端轮缘14到像平面的距离是7.63mm，在图像传感器(例如，CMOS成像器)处具有0.5mm的玻璃窗口，物距为7mm。

在表2的例子中，XEON E48R光学塑料用于三个透镜元件(30、50、80)，而可以从CDGMGlass有限公司获得的ZF-52玻璃用于一个透镜元件(100)。也可以使用来自其它厂家的材料。为了方便，设计折射率和阿贝数包括在表2中。

因为这个透镜组件是要用于在图像传感器阵列上形成物体的像，所以用于这种阵列的典型窗口与表面10、11一起都包括在表1中，其中表面10、11与CDGMGlass有限公司的K-9光学玻璃的0.5mm厚的窗口关联。

图13是例如图1所说明的完整透镜组件的截面图。有些元件(70、80)不一定要象为了例如提供保留额外用于组装的粘合剂的释放空间所组装的那样关于光轴2对称。元件一般在纯净的室内环境下组装到透镜镜筒中。尽管物体在表2中标为平面的，但透镜组件可以配置成用于如下弯曲物体的成像，其中弯曲物体具有例如10mm、20mm或其它半径的曲率半径。

图12说明了在此所公开的光学组件可以使用的一种合适的环境。图像传感器插入物150包括通常是半圆形的部件，该部件具有圆形的上部152和通常是平的底部表面154。图像传感器插入物150设计成可滑动地容纳在成像内窥镜或其它医学设备的盖子中。图像传感器插入物和成像内窥镜盖子的更多细节在于2006年4月20日提交的美国专利申请第11/407,700号中阐述，该申请在此引入作为参考。图像传感器插入物150包括冷却通道158，冷却液体或气体可以流过该通道。包括一个或多个照明LED的热包层电路板(未示出)可以位于该冷却通道158中，以便将照明LED的热量传导到冷却液体或气体。圆形钻孔160可以设置在图像传感器插入物150的中心或其它位置并配置成容纳例如光学组件5的光学组件。在代表性例子中，钻孔160具有帮助光学组件5中的光学元件聚焦到位于表面162上的图像传感器的光阑，其中表面162在圆形钻孔160后面并与之对准。图像传感器插入物和成像内窥镜盖子的更多细节在以上提到的美国专利申请第11/407,700号中得以阐述。

如上面所讨论的，光学组件5可以通过以适当的次序将每个个别的光学元件放置到透镜镜筒10中来组装。然后，最近端的元件(透镜100)被透镜镜筒的接头朝透镜镜筒的远端14推进。由此，各个透镜、隔片和孔径板都固定在透镜镜筒10中并压缩垫圈20，使得在光学组件5的远端或物方与第一透镜元件30之间形成气密密封。内窥镜或其它医学设备的成像部件通过将图像传感器放置到图像传感器插入物150中的钻孔160后面来布置。光学组件5插入到钻孔160中并利用粘合剂或接合件固定。照明LED可以安装到放置到冷却通道158中的电路板上。

尽管已经对说明性实施方式进行了说明和描述，但应当理解在不背离所公开内容范围的情况下可以进行各种变化。例如，透镜镜筒可以由图像传感器插入物中的钻孔160形成。光学元件可以在钻孔内堆叠并压缩，以便密封组件。尽管代表性例子具有特定的焦距、f数、透镜镜筒外径、总轨迹长度及其它尺寸参数，但在其它例子中这些参数可以对特定应用进行选择。例如，可以提供更小的外径(可能有减小的焦距、增加的f数或减小的透镜镜筒厚度或者是其组合)，从而基于由透镜组件/图像传感器组合提供的图像而允许使用对于外科手术仪器或其他仪器更大的工作通道。可选地，可以选择更大的直径、更长的焦距、减小的f数或其它增加的尺寸参数。本发明的更多实施方式可以是以上所描述那些的复制或附加。我们要求保护由所附权利要求所包含的所有内容。

Claims (13)

1.一种用于医学成像设备的光学组件，包括：

中空的透镜镜筒，该透镜镜筒具有位于远端孔的远端轮缘，其中远端轮缘的内径小于透镜镜筒的内径；

可压缩的垫圈，位于透镜镜筒中的远端轮缘处；及

多元件透镜，位于透镜镜筒中并与可压缩垫圈接触，使得可压缩垫圈在透镜镜筒的远端轮缘与透镜之间形成密封，

其特征在于，

所述多元件透镜沿透镜轴从最物侧到最像侧包括第一透镜元件、第二透镜元件、第三透镜元件和第四透镜元件，其中所述第一透镜元件位于远端轮缘处并具有负光焦度，所述第二透镜元件包括物侧凹光学表面并具有正光焦度，其中所述第一至第四透镜元件设置为使得该多元件透镜的有效焦距为1.8mm、该多元件透镜的f数小于8、且该多元件透镜的失真在140度的全视场处于f-theta的15％之内。

2.如权利要求1所述的光学组件，其中可压缩垫圈是O形环。

3.如权利要求1所述的光学组件，其中透镜镜筒包括在所述多元件透镜的最近端透镜元件上形成的近端轮缘，从而推进多元件透镜，使其至少部分地压缩可压缩垫圈。

4.如权利要求1所述的光学组件，其中第一透镜元件具有为凸球面的最物侧表面。

5.如权利要求4所述的光学组件，其中第一透镜元件具有为凹非球面的最像侧表面。

6.如权利要求1所述的光学组件，其中第一透镜元件、第二透镜元件和第三透镜元件由共同光学材料制成，并且第四透镜元件由不同透镜材料制成。

7.如权利要求6所述的光学组件，其中第一、第二和第三透镜元件由共同的光学塑料制成，而第四透镜元件由燧石玻璃制成，而且从最物侧表面到最像侧表面，第一至第四透镜元件具有由下表定义的光学表面：

表面 曲率半径 1 +60.000 2 +0.973 3 -8.125 4 -1.491 5 +2.831 6 -1.193 7 -2.674 8 inf

其中，表面2、4和6是非球表面。

8.如权利要求1所述的光学组件，其中由可压缩垫圈形成的密封可以经受至少30kP的压力。

9.如权利要求1所述的光学组件，还包括分别位于第一透镜元件和第二透镜元件之间及第三透镜元件和第四透镜元件之间的第一孔径板和第二孔径板。

10.如权利要求9所述的光学组件，还包括位于第二透镜元件和第三透镜元件之间的孔径光阑。

11.如权利要求1所述的光学组件，还包括位于第二透镜元件和第三透镜元件之间的孔径光阑。

12.如权利要求7所述的光学组件，其中共同的光学塑料的阿贝数为24，而燧石玻璃的阿贝数为56。

13.如权利要求9所述的光学组件，其中所述第一孔径板和第二孔径板分别定义了第一减少闪光孔和第二减少闪光孔。

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