CN101517449B

CN101517449B - 非圆柱形光学器件及制造方法

Info

Publication number: CN101517449B
Application number: CN2007800351538A
Authority: CN
Inventors: 理查德·E·福基; 理查德·G·西尔; 罗伯特·N·罗斯
Original assignee: PREC OPTICS CORP
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2027-08-02
Also published as: WO2008017021A3; US20060262415A1; US7715105B2; WO2008017021A2; CN101517449A

Abstract

一种透镜结构和用于这种透镜的制造方法。透镜元件具有多个在图像形成表面之间的锯面，因此，透镜元件具有多边形横截面。该制造包括利用过大的传统圆柱形透镜元件和形成在透镜系统中的其它光学元件的步骤。面被锯以减小整体大小。可以对完整的透镜元件或组件或透镜阵列应用该锯操作。

Description

非圆柱形光学器件及制造方法

技术领域

本发明一般涉及光学器件以及这种光学器件的制造方法，并且更具体地，涉及具有小直径或横截面的透镜系统的光学器件。

背景技术

内窥镜是利用以下光学系统的光学器件的例子，所述光学系统的特征在于沿着光轴连续设置的多个诸如透镜的光学元件的装配。在内窥镜中，例如，在远端包括多个透镜元件的透镜系统构成物镜；在近端的透镜系统构成目镜；并且一组或多组中间透镜元件定义一个或多个中继透镜系统。

利用这种系统的内窥镜通常具有工作通道和腔。一些工作通道填充有光纤以使外部光源照亮视场。其它一些工作通道允许外科医生沿着内窥镜的长度方向来移动仪器，以便于在观看被治疗的区域的同时在远端执行一些功能。还有一些其它的工作通道允许外科医生在观看被治疗的区域的同时在内窥镜的远端分配治疗剂、诊器或其它物质。

内窥镜和这种类型的其它光学器件通常被形成为具有沿着在中心的光轴延伸的圆柱形透镜元件。透镜元件通常具有横穿光轴的凹面的、平坦的或凸面的图像形成表面。多个透镜元件可以在透镜系统中邻接以实现特定的光学性质，这些都是在现有技术中已知的。这种透镜元件和透镜系统被分别称为具有中心的、旋转对称的透镜元件和系统。

使用这些光学器件的医学人员目前偏爱于具有越来越小的直径或横截面的光学器件。实际上，目前，利用传统的透镜制作方法，生产一些具有1mm到2mm的外直径的光学器件。然而，利用传统透镜制作方法来制造实现这些目标的产品是较困难并且昂贵的。

传统透镜制作方法包括磨削和抛光操作，以便于在入射和出射面产生大致球形和其它形状的图像形成表面，该图像形成表面限定了透镜元件的光学特性。然后透镜元件围绕通常位于光轴的几何轴线旋转。几何轴线被定义为折射表面的曲率中心的直线轨迹。例如通过磨料磨削(abrasive grinding)，外部透镜边界能够被制作成基本上是圆形的，使得产生具有图像形成球形端表面和圆柱地居中轴线(cylindricallycentered axis)的直圆柱体，即，具有中心的、旋转对称的透镜元件。然后，各个透镜元件可以沿着重合的光轴和几何轴线彼此邻接，以形成透镜系统。

制造更小的光学器件的能力随着透镜直径减小变得更加困难，其中所述更小的光学器件包括那些具有持续显示出具有圆心的旋转对称的特性的透镜系统的光学器件。首先，透镜的最终直径由磨削或磨边工具相对于光轴的位置而控制，其中所述位置包括由于在制造设备中的容许偏差而引起的任何位置变化。在传统透镜中，这些容许偏差不构成整个透镜直径的重要部分。然而，为了实现作为非常小的直径的恒定百分比的绝对容许偏差，需要非常高的精确度和在非常精密的容许偏差下操作的工具。随着容许偏差要求变得更加严格，用于提供这种精确度的机器逐渐变得昂贵。

第二，在这些光学器件中，透镜元件通常具有若干倍于直径的轴向长度。在小直径时，支撑透镜元件使得其光轴相对于工具的参照保持在单一位置变得较困难。此外，随着直径减小，透镜元件本质上变得更脆，并且因此非常易碎。这些因素导致在制造期间，增加了破损的可能。

因此，大约1-2mm趋向于成为通过传统透镜制作方法而制造的任何透镜元件的实际最小直径。在最近可商用的内窥镜中的透镜系统具有大约1.7mm或更大的外直径。具有这种很容易可用的透镜元件的内窥镜太大而不能在很多应用中使用，包括：(1)诸如观看精细血管结构的医学应用，(2)诸如神经学和神经外科学的微创内腔镜应用以及关节镜、耳朵、鼻和喉咙(ENT)应用，(3)心脏外科应用，以及(4)能够从立体视觉内腔镜的使用中受益的内腔镜应用。

需要的是能够对具有可以小到1mm或更小的横截面尺寸的高质量透镜元件和透镜系统的进行有效制造的方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种制造透镜系统的方法，该透镜系统具有小于1mm或2mm的横截面尺寸。

本发明的另外一个目的是提供以下透镜元件，该透镜元件具有高中心对准的精确度，并且具有小于大约1mm的横截面尺寸。

本发明的另外一个目的是提供一种方法，用于根据传统的透镜或透镜系统高效地制造高质量的透镜或透镜系统，以用于具有小于1mm的减小的外直径的光学器件。

根据本发明的一个方面，光学器件沿着轴线延伸，并且包括至少一个在其每端都具有抛光的图像形成表面的透镜元件。至少三个平坦的锯面在图像形成表面之间延伸。每个平坦的锯面位于与以下两个平面相交的平面上，所述两个平面与相邻的平坦的锯面所在的平面重合。结果，透镜元件具有多边形横截面。

根据本发明的另外一个方面，光学器件包括多个光学元件和用于支撑所述多个光学元件以形成透镜系统的装置。至少一个光学器件包括具有一对间隔开的、抛光的图像形成表面的透镜元件。至少三个平坦的锯面在图像形成表面之间延伸。每个平坦的锯面位于与以下两个平面相交的平面上，所述两个平面与相邻的平坦的锯面所在的平面重合。结果，透镜元件具有多边形横截面。

根据本发明的另外一个方面，从在支撑阵列中的多个初始透镜元件形成多个最终透镜元件，其中，每个最终透镜元件具有多边形横截面。通过锯穿所述阵列，从而将每个初始透镜元件的部分去掉，并且为每个初始透镜元件形成多个平坦的锯面，来形成最终透镜元件。这生成了由经锯削的透镜元件构成的阵列，每个透镜元件具有多边形的横截面。通过将经锯削的透镜元件从支撑阵列中分离而生成最终透镜元件。

附图说明

所附的权利要求具体地指出本发明的主题，并且清楚地要求本发明的主题的权利。根据对下面的结合附图的详细说明的阅读，本发明的各种目的、优点以及新颖性特征将会更加充分地清楚，在所述附图中，同样的参考数字指的是同样的部件，并且其中：

图1是根据本发明而构造的光学器件的立体图；

图2是沿着图1的线2-2截取的光学器件的横截面；

图3是示出在图1和2中的光学器件的构造的另外一立体图；

图4是描述在用于获得图1中所示的光学器件的制造处理中的主要步骤的图表；

图5A至5I是在图4中所示的制造处理中的某些步骤的图示；以及

图6A至6I是在图4的制造处理期间的各个阶段的光学器件的外观的图示；

图7A至7C用于理解在图1至6I中所描述的方法和构造的变化；

图8是描述在用于获得光学器件的可选制造处理中的主要步骤的图表；

图9A和9B是用在图8的处理中的透镜元件的平面图；

图10描述了用在图8的处理中的透镜元件的阵列；

图11至14描述了根据图8的处理而发生的锯操作的效果；

图15A和15B是通过图8的处理而生成的最终透镜元件的一个实施例的平面图；

图16A和16B是根据本发明而构造的最终透镜元件的可选实施例的平面图；以及

图17是合并了如在图15A、15B、16A和16B中所示的最终透镜元件的光学器件的横截面。

具体实施方式

图1至3描述根据本发明而构造的沿着轴线21延伸的诸如内窥镜的光学器件20的一部分。在该实施例中，光学器件20包括具有邻接的透镜元件23、24和25的透镜系统22。在该具体实施例中，透镜元件23、24和25的每个以及透镜系统22具有相对于轴线21的具有中心的旋转对称性，使得光学器件的光轴和几何轴线重合。虽然未示出，但是如本领域技术人员所了解的，每个透镜元件的端表面构成图像形成表面，该图像形成表面被抛光，并且通常为球形表面，该球形表面产生任何接近轴线21的对象的图像。因为具有这种表面的透镜元件的制造和使用是已知的，所以图1至3不描述具体的球形表面。示出平面横断表面，以表示图像形成表面的整个类型。

外壳26围绕透镜系统22，并且定义了外直径d₀。特别参考图2，并且根据本发明，与透镜元件24和25一样，透镜元件23具有多边形的横截面，在该具体实施例中，为正多边形横截面，并且特别地为正方形横截面。即，在横截面中，透镜元件23和在透镜系统22中的所有其它透镜元件形成由四个以直角相交并且与轴线21等距离的平表面30、31、32和33划界的正方形。此外，因为这些轴线是重合的，在图1至3中，轴线21代表光轴和几何轴线。

因为外壳26是圆形的并且围绕正方形透镜元件23，所以每个面形成弦，该弦和外壳26限定了轴向延伸的工作通道，该工作通道具有弓形的横截面。这种工作通道在下面的说明中被称做“弓形工作通道”。在图1至3，弓形工作通道面30至33分别定义了弓形工作通道34、35、36和37的每个的一个边界。这些弓形工作通道的至少一个，例如弓形工作通道36，可以被用来包含光纤38，用于将来自光学器件的近端的光传送到远端之外以照明视场。其它弓形工作通道可以容纳仪器、或者治疗或诊断材料或这两者、或者诸如水和盐溶液的其它试剂。

如将清楚的，本发明的一个特征是，将具有多边形横截面的透镜系统放置在围绕的圆柱形外壳中自动地生成了弓形工作通道。还将清楚的是，随着面的数量减少，弓形工作通道的横向横截面的面积增加。

如在图1至3中所示的光学器件可以具有宽范围的直径。根据本发明的透镜组件已经被构造为具有1.2mm的外壳外直径d₀。可预期具有更小的直径的光学器件。

用于制造这些透镜的方法在图4、5A至5I以及6A至6I中被描述。相对于制造最终的一个或多个透镜系统，描述该具体的方法，在所述透镜系统中几何轴线和光轴重合，并且在所述透镜系统中正交于轴线的横截面是正方形。在图4中的步骤60代表一个或多个初始的圆柱形透镜元件的选择，所述圆柱形透镜元件的特征在于在具有重合的光轴和几何轴线的情况下，具有中心旋转对称性。如果目标是产生三个初始透镜元件的配件，那么处理60代表在图5A中所示的具有在图6A中所示的横截面的光学元件61、62和63的选择。直径应该至少和将围绕最终透镜系统的圆周的直径一样大。这些透镜元件将会具有不同的端面，所述端面形成凸面的、凹面的、平坦的或者其它图像形成表面，以实现之前描述的期望的光学特性。

参考图4，如在该例子中，在图4的步骤64中决定，最终透镜系统是否像在图5B中所示的透镜系统一样，包括多个透镜元件，其中，图5B中所示的透镜系统的几何轴线(在下面被称为“最终的几何轴线”)与光轴67重合。在图4中的步骤65设置一个或多个初始的透镜组件的形成。图5B示出通过沿着光轴67结合，典型地，通过胶合初始透镜元件61到63而形成的单个初始的透镜组件66。图6B所示的横截面描述以下初始透镜系统66，该初始透镜系统66具有圆形的横截面和以光轴67为中心的一个初始透镜元件62。

一旦初始的透镜组件被形成，则图4的步骤70代表为例如初始的透镜组件66的每个初始的透镜组件提供支撑的过程。根据本发明的一个方面，在图5C中的工具71形成有多个平行的支撑槽72。选择槽的宽度，以便于为初始透镜系统提供稳定的支撑。出于清晰的目的，图5C示出单个初始透镜系统66。还将变得清楚的是，多个初始透镜系统可以被定位于每个支撑槽中。将会清楚的是，这些多个初始透镜系统可以沿着单个槽隔开，并且可以具有不同的初始透镜元件。一般地，只需要确保在单个支撑槽中的所有透镜系统被选择，使得它们将具有相同的最终的横截面。

在一个具体的实施例中，工具71由浮动玻璃板(float glass plate)形成，以及支撑槽72通过划片机(dicing saw)形成。划片机被有规律地用于半导体工业，并且被构造成具有以下的或更小的切割容许偏差，所述切割容许偏差与横向每160mm为0.001mm的分度精度累积误差(indexing accuracy cumulative error)一致。

如在图5C和6C中所示，在工具71中，热塑性胶73填充像支撑槽72一样的支撑槽，以便于捕获(capture)诸如初始透镜系统66的每个初始透镜系统。初始透镜系统66，具体地为初始透镜元件62，此刻位于填充有热塑性胶73的支撑槽72中，并且被刚性地固定。这个处理精确地定位初始透镜系统，以便于接下来的处理。

在图4中的步骤74代表以下的处理，通过该处理，初始透镜系统66的部分被去掉以形成图6D中的平坦的锯面75，该平坦的面75与期望的最终的几何轴线等距地间隔，在该具体实施例中，所述最终的几何轴线与光轴67重合。根据本发明的一个方面，垂直于诸如图6D中的锯面75的面而测量的，到最终的几何轴线的距离为(d_i/2)sin45°，其中，d_i代表在相对的角之间对角地测量的透镜系统的所期望的最后的大小。如将清楚的是，这个距离是面的宽度的一半。

如在图5D和6D中所示，划片机76从透镜组件去掉材料以在距离轴线67的某个预定距离处限定锯面75，定位该划片机76以相对于工具71形成垂直的切割。商用的划片机如此进行切割，使得面75位于与光轴67分隔固定距离，并且具有横向每160mm为0.001mm或更高的精确度。

如果决定生成具有单个锯面的透镜，步骤77终止进一步的处理步骤。因此，最终透镜系统将具有如在图6D中所示的单个的锯面。

然而，在本发明的最多的应用中，期望的是具有带有多个锯面的最终透镜系统，因此，假设已经决定要形成另外的这种面，图4的步骤77将控制转移到步骤80，该步骤80代表用于适当地支撑透镜系统以便形成另外一个锯面的过程。为了生成在与最终的几何轴线67正交的平面内具有正方形横截面的最终透镜系统，步骤80需要工具71旋转180°并且重新对准。如在图5E和6E中所示，定位划片机76。该划片机76锯面81，该面81与面75平行，并且与几何轴线等距地间隔。

如果要形成另外的表面，在图4中步骤80需要旋转透镜系统90°，例如，通过将它们从工具71上移走，并且将它们置于另外一个具有更宽的支撑槽83的工具82中，如在图5F和6F中所示。然后，热塑性胶84填充支撑槽83以捕获透镜系统66。此刻，面75和81是水平的，并且在图5F和6F中，面75位于面81上方。透镜系统66明显地可以被倒转，使得面75与工具82接触。

在图4中的步骤77和80代表通过其透镜系统连续被锯的过程。在如图5G和6G中所示的切割中，划片机76生成第三个锯面88，该面88与锯面75和81垂直，并且几何轴线67等距地间隔。然后工具82可以被旋转180°以及对准，如在图5H和6H中所示，使得划片机生成第四个锯面90，该面90平行于第三个锯面88，垂直于锯面75和81，并且与几何轴线67等距地间隔。

当该处理已经被完成时，在图4中的步骤91代表从工具82移走每个最终透镜系统的步骤。如在图5I和6I中所示，步骤92代表在外壳93中支撑最终透镜系统的步骤，以完成光学器件。

如此刻将清楚的是，图4中的过程和控制只提供工作流程的结构，以描述根据本发明生成透镜元件和系统的多个主要处理。还将清楚的是，在不需要昂贵的磨削或其它操作的情况下，通过连续地锯初始透镜系统的该制造方法生成具有非常小的直径或横截面的最终透镜系统。该过程允许制造商使用较大的传统的、经济的透镜元件来作为非常小的透镜组件的基础。通过每次锯操作，透镜组件变得更小。然而，锯操作允许透镜组件在所有操作期间被充分地支撑。这补偿了由于透镜组件随着制造进行而增加的易碎性质而引起的破损。概括地，对步骤60、65、70、74、80、91和92以及决定64和77的控制都进行操作以生成以下的透镜系统，该透镜系统具有多个轴向延伸的平的锯面，其中所述锯面位于相交的平面内。

该处理已经被成功地用于制造具有中心的、点对称的透镜，该透镜被具有0.6mm的内直径和0.85mm的外直径的外壳所围绕。具有该减小的直径或更小的直径的光学器件将能用于迄今还不可用于内窥镜诊断和治疗的大量应用。

已经根据一个具体实施例描述了本发明，在该实施例中，为透镜组件选择的每个透镜元件的特征在于关于重合的光轴和几何轴线中心旋转对称，并且在该实施例中，最终透镜系统表现出关于重合的几何轴线和光轴的点对称。图7A示意性地描述了以下的布局，在该布局中，光轴67与初始的透镜组件66和最终的透镜组件22的几何轴线重合。图7B描述了以下变化，在该变化中，透镜组件66的光轴和几何轴线67是平行但间隔开的。根据图4的处理被修改，使得透镜系统的支撑将透镜系统定位，以便于在距离与光轴67偏移的几何轴线95A的预定位置生成平坦的锯面。在该具体实施例中，作为结果的最终透镜系统22B的边界包括光轴67。这种方式将会用于生成特征在于具有偏心光瞳(eccentric pupil)的透镜系统。

相似地，图7C描述具有从光轴67偏移的几何轴线95B的最终透镜系统22C。在该实施例中，光轴67位于最终透镜系统22C的边界外。这种方式可以用于生成具有不干扰的光圈的透镜系统(“偏心光瞳”系统)，诸如共焦反射显微镜系统、史瓦西布置(schwarzchild arrangement)显微镜或望远镜系统。

前述实施例的每个的特征在于几何轴线与初始的透镜组件的光轴重合或平行。为实现其它的光学属性，还可以控制锯操作以生成与倾斜于光轴的几何轴线平行的锯面。

还可能形成以下的透镜元件，该透镜元件在其每端具有抛光的图象形成表面，并且具有至少三个在图象形成表面之间延伸的平坦的锯面，在图像形成表面中，透镜元件以更高效的制造操作而被形成。图8示意性地描述处理100，包括步骤101到107，以用于形成该种多个最终透镜元件。

步骤101代表形成初始透镜元件的支撑阵列。有若干用于形成这种支撑阵列的处理。在一种方式中，传统的磨削和抛光操作形成透镜元件，诸如在图9A和图9B中所示的具有平坦的图像形成表面111和凸面的图像形成表面112的平凹透镜110。在该具体例子中，并且如在图10中所示，利用合适的粘合剂115将支撑113和孔板(aperture plate)114粘结在一起，如在现有技术中一样。该孔板具有多个等距间隔的孔116，用于为阵列中的每个透镜元件110确定位置。即，每个透镜元件110将如此定位，使得其几何轴线与孔116对准。透明的光学粘合剂117将每个透镜元件110粘结到支撑阵列中的孔板114，其中，该粘合剂117与每个初始透镜元件110的平坦的图像形成表面111扩及相同的空间。

其它过程可以被用来完成步骤101的功能。例如，在图9A、9B和10中的单个透镜元件110可以用整体透镜阵列来代替。这种阵列可以被粘结到具有适当定位的孔的孔板，像在图10中的孔板114一样。可选择地，该阵列可以被直接粘结到支撑上，如在图10中的支撑113上，或者可以被形成为自支撑阵列。通过任何处理，步骤101生成在其两端具有抛光的图像形成表面的初始透镜元件的阵列。

再次参考图8，步骤102为最终透镜元件确定间隔和锯面的总数“N”。“Y”表示在单组设置(single set)中将会出现的锯切口的总数。例如，如果最终透镜元件将具有偶数个锯面，其中，所述锯面生成正多边形横截面，则Y＝2。具体地，如果在图10中所示的透镜元件将被形成为具有正八边形横截面的最终透镜元件，则N＝8并且Y＝2。如果最终透镜元件将具有三角形横截面，则N＝3并且Y＝1。如果最终透镜元件将具有非正六边形横截面，则N＝6并且Y＝1。

现在参考在图8中的步骤103，并且假设：(1)每个最终透镜元件从初始透镜元件110的一个中获得，以及(2)每个最终透镜元件具有正八边形的横截面，图8的方法和相关的装置顺次地生成四组平行的穿过初始透镜元件110的锯切口，并且切割的深度设置成穿透孔板114的一部分或全部。如在划片机技术中已知的，通常以经验为主地，根据需要的切割深度和切割刀片稳定特性来确定锯切口的深度。

更具体地，图11描述布置成阵列的四个初始透镜元件110A到110D的第一组锯切口121到126。在图8中的步骤103到106定义以下循环，通过该循环，所有初始透镜元件都被锯。在该循环的第一次重复期间，在图8中的步骤103将在图11中的透镜元件110A到110D中的每个分离成具有最终的锯面131和132的矩圆中心结构(oblongcenter structure)130。在该实施例中，最终的锯面131和132是平行的，并且到中间透镜结构130的中心的距离是相等的。在诸如锯切口121和122的锯切口的两侧的部分构成了残留部分133。

再次参考图8，在步骤103的处理完成之后，根据N＝N-Y确定是否需要另外的锯切口。如之前所描述的，对于将具有正八边形横截面的透镜元件，初始地，N＝8并且Y＝2。这样，步骤104计算关于N的新的值，即，N＝N-Y＝6。因此，步骤105将控制转移到步骤106，以允许阵列和锯轴线之间的相对角度关系的改变。在该具体实施例中，通过旋转阵列90°而产生这个改变。

然后，步骤103生成另外一组平行的锯切口。更具体地，如在图12中所示，在如图11中所示的锯切口之后，如所存在的一样，90°的偏移生成横过阵列的锯切口134到137、140和141。在图12的锯切口已经完成之后，中心部分或修改的中间透镜元件130具有正方形横截面。先前的残留部分133被切断，并且图11中的部分130在图12的锯切口之外的端部被示为新的残留部分142。

再次参考图8，步骤104计算N＝N-Y，因此，N＝4，并且步骤105再次保持循环。步骤106改变阵列的相对角度关系。图13具体地描述旋转阵列45°的处理，在该处理之后，根据在图8中的步骤103的处理，产生一系列的四个锯切口143到146。此刻，中心部分130具有六条边，并且部分133和142已经被进一步地分割成更小的残留部分。

当在图13中的操作完成时，步骤104计算N＝N-Y，因此，N＝2，并且步骤105再次将控制转移到步骤106。此刻，通过旋转阵列90°而改变相对的角度关系，使得步骤103生成锯切口150到153，如在图14中所示。在这次重复中，步骤104和105生成值N＝0，因此，完成锯操作，并且已经生成了用于透镜元件130的横截面，该横截面为正八边形。在锯切口外部的玻璃的部分形成残留部分。

步骤107将最终透镜元件130从支撑阵列分离。即，在该实施例中，步骤107将最终透镜元件130从图10中的支撑113和/或者孔板114分离。这个特定的分离处理将取决于阵列的具体结构、支撑结构和最终透镜元件设计。假设，例如，最终的设计只需要透镜元件130，而不需要任何另外的元件。如果如在图10中所示，安装透镜元件被，则选择粘合剂使得溶剂溶解该粘合剂115。如果透镜元件最初被粘结到支撑上，如支撑113，则溶剂溶解粘结的粘合剂。通过这些方式中的任何方式，该处理生成多个透镜元件，每个透镜元件具有在图15A和15B中所示的透镜元件160的结构。

如在图15A和15B中所示，透镜元件160是正多边形，即正八边形。更具体地，透镜元件160具有多个平坦的锯面。图15A描述了线161，该线161位于锯面162的平面内；线163，该线163位于锯面164的平面内；线165，该线165位于锯面166的平面内。与它们各自的锯面同延的线161、163、165的每个的部分只和与相邻的锯面相关联的线部分相交。例如，线161的部分只和线163以及165的部分相交。因此，如在图15A中所示，透镜元件160满足多边形的数学定义。另外，沿着每个锯面，每个面在图15A的横截面中具有宽度尺寸“W”。对于正多边形，所有的锯面将会具有相同的宽度尺寸。

在制造诸如透镜元件160这样的透镜元件期间，可能在一个或多个顶点发生斜切，或生成其它不规则形状，或者产生以下特征，该特征通过由于制造处理的异常或透镜的所期望的最终设计而引起的其它结构的、光学上可忽略的变化而产生。透镜保持为“多边形的”，直到其不满足多边形的数学定义。在本公开中，“多边形”旨在覆盖所有这种透镜元件横截面。相似地，“八边形”用来描述是八边形或具有八边形的大致形状的任何透镜元件的横截面。

如果最终设计需要每个透镜元件130和孔板114的相应部分，那么选择粘合剂使得溶剂溶解粘合剂115，但不溶解光学粘合剂117。图16A和16B描述了作为结果的透镜元件170。具体地，像在图15A和15B中的透镜160一样，透镜元件170包括八边形的平凸透镜171，通过图10中所示的光学粘合剂117的中间部分173，该平凸透镜171被粘结到诸如在图10中的孔板114的孔板部分172。孔板部分172合并了与透镜元件171的光轴对准的孔174。

因此，将会看到，可以使用多个分离和恢复(recovery)处理。按照任何方式，步骤107提供多个最终透镜元件，该最终透镜元件具有锯面和正多边形或非正多边形横截面。

图10到14的处理特别地适合于“短”或“短粗的”透镜元件。较长的透镜元件可能会承受弯曲或其它力，所述力在制造期间使透镜元件偏斜。这种偏斜可以生成非平坦的锯面，或者甚至导致透镜元件破碎。然而，对于这种较长的透镜元件，用可溶解的粘合剂或可以容易的从最终透镜元件中去除的其他材料来填充各个锯切口可以克服这个问题。例如，在图11中产生锯切口121到126之后，这些锯切口被填满此类物质，使得整个结构保持刚硬，并且透镜元件130被充分地支撑。相似地，在图12中产生锯切口134到141之后，这些锯切口也被填充。在图13中产生锯切口之后重复填充。结果，可以抵抗任何对偏斜或破碎的敏感性。对于短粗的透镜元件的制造，可以通过自支撑阵列而使用相似的处理。因此，将会明显的是，图8的处理适于包括以下变化，所述变化能够实现生成具有本发明的所有特征的透镜元件的处理。

图17描述了用于将来自未示出的对象的图像传送到光纤的公知的光学构造。这个具体的构造利用图15A和15B的布置为凸平透镜的八边形透镜元件160以及图16A和16B的布置为平凸透镜的八边形透镜元件170，其中，该透镜元件170具有孔板部分172、孔174以及中间光学粘合剂173。外壳175支承透镜元件，并且透镜元件160的平坦的图像形成表面朝向多条光纤176。根据关于光学器件的光学特性，如在本领域中已知的，透镜元件170被定位于外壳175内在透镜元件160的远侧，并且从那里被隔开。在可选的构造中，透镜元件160和170的凸表面相互接触。在该构造中，例如，在柔软的内窥镜中，在孔板部分172中的孔174和透镜元件160以及170将在光纤176的末端的图像进行聚焦，以用于传送到观看位置。

如在图8到14中所描述的，该处理能够实现高质量透镜元件和光学器件的高效制造。如在图15A到16B中所示的透镜元件已经被高效地生成，该透镜元件具有大约0.75mm的对角尺寸和大约0.60mm或更小的整体长度。

已经根据初始和最终的透镜组件描述了本发明。还可以生成每个都具有不同的结构的多个透镜组件。那些不同的透镜组件可以形成透镜子组件，例如用于内窥镜中的物镜、目镜和中继透镜组件，并且每个光学器件被保持在单个外壳或单独的外壳组件中，所述外壳组件定位于外部外壳中。还将变得清楚的是，可以使用其它锯技术或等效技术，或者，其它锯技术或等效技术的存在可以比目前可用的技术提供更好的容许偏差，以实现甚至更小的透镜的构造和各种透镜的几何形状以及大小。在不脱离本发明的情况下，还可以对公开的装置做出其它许多修改。因此，所附权利要求的目的在于覆盖所有这些在本发明的真实精神和范围内的变化和修改。

Claims

1.一种用于制造多个最终多边形透镜元件的方法，其中每个所述最终多边形透镜元件在其每端具有抛光的图像形成表面，并且具有多个在图像形成表面之间延伸的平坦的锯面，其中每个所述最终透镜元件具有多边形横截面，所述方法包括：

A)构造多个初始透镜元件，通过以下方式构造初始透镜元件的阵列：

i)形成具有多个孔的孔板，所述多个孔用于限定以阵列布置的初始透镜元件的位置；和

ii)将所述孔板安装在支撑板上；

iii)利用第一粘合剂将初始透镜元件固定到所述孔板，并且每个透镜轴线与所述多个孔中的一个对准，

B)相对于所述初始透镜元件的阵列成不同角度地穿过所述初始透镜元件的阵列进行锯削，以去除包括所述图像形成表面的部分的每个所述初始透镜元件的部分，所述锯削在每个所述初始透镜元件上形成多个相交的平坦的锯面，从而生成由多个经锯削的透镜元件构成的阵列，每个经锯削的透镜元件具有多边形横截面，以及

C)将经锯削的元件从所述阵列中分离，以生成所述最终多边形透镜元件。

2.如在权利要求1中所述的方法，其中，所述锯削包括利用划片机进行锯削。

3.如在权利要求1中所述的方法，其中，所述锯削包括产生多组穿过在所述阵列中的所有所述初始透镜元件的锯切口，在一组中的所述锯切口平行，并且每一组沿着不同的锯轴线定向。

4.如在权利要求3中所述的方法，其中，所述每一组的锯切口被间隔开，使得到所述初始透镜元件的中心的距离相等，由此，每个所述最终透镜元件具有正多边形的横截面。

5.如在权利要求4中所述的方法，其中，每一组锯切口的轴线被移位45°，由此，所述每个最终透镜元件具有八边形横截面。

6.如在权利要求1中所述的方法，其中，所述锯削包括利用划片机，穿透所述初始透镜元件以及所述孔板的至少一部分来进行锯削。

7.如在权利要求1中所述的方法，其中，所述孔板的安装包括将第二粘合剂施加在所述孔板和所述支撑板之间，并且其中所述锯削包括利用划片机穿透所述初始透镜元件和所述孔板进行锯削，通过溶解所述第二粘合剂从所述支撑板去除所述孔板及附接的所述最终透镜元件，由此，所述每个最终透镜元件包括经锯削的初始透镜元件和孔板的相应部分。