CN102422199A - 用于内窥镜的具有两个观察方向的物镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内窥镜的具有两个观察方向(8，10；8′；10′)的物镜(1，1′)，所述物镜具有：第一远端物镜件(6，6′)，所述第一远端物镜件(6，6′)以其轴线(8，8′)定向在第一观察方向上；第二物镜件(9，9′)，所述第二物镜件(9，9′)以其轴线(10，10′)定向在第二观察方向上；和近端物镜件(2，2′)，所述近端物镜件(2，2′)以其轴线(3，3′)对准图像传感器(4，4′)或传像机构；以及切换机构，所述切换机构包括棱镜(14，14′)，并且所述切换机构用于按照可切换的方式将来自所述第一远端物镜件(6，6′)或来自第二远端物镜件(9，9′)的光路偏转至所述近端物镜件(2，2′)，其特征在于，所述切换机构具有能以机械方式被置入光路中的光线偏转机构(17，35)。

Description

用于内窥镜的具有两个观察方向的物镜

本发明涉及一种权利要求1的前序部分所述类型的物镜。

上述类型的物镜由EP 0 363 118 B1公开。它示出一种内窥镜物镜，具有用于两个不同观察方向的两个远端物镜件和一个共同的近端物镜件。作为切换机构，设有可电动操作的极化滤光镜。该构造方式的图像亮度令人不满意。

EP 0 347 140 B1示出一种有两个观察方向的物镜，通过以机械方式使传像机构相对物镜转动而在这两个观察方向之间进行调换。结构成本显然是巨大的。

本发明的任务在于，在上述类型的物镜中以简单方式且高图像亮度的方式实现观察方向调换。

该任务将利用权利要求1的特征部分特征来完成。

根据本发明，为了切换，可以通过机械方式使光线偏转机构进入光路中。通过这种方式，可以避免上述两种构造方式的缺陷。只需要使一个光学元件运动并且避免了极化滤光镜的光学缺陷。

根据权利要求2优选的是，经过物镜的光程长度在两个观察方向上是彼此一样的。由此一来，简化了光学状况。

在所述类型的物镜中，在两个远端物镜件的每一个的远端上安设有一个屈光力显著为负的透镜，它产生强烈的成像误差(Abbildungsfehler)。该缺陷在近端物镜件中得以修正，该近端物镜件为此必须匹配于远端物镜件以便修正。因此，有利地规定了权利要求3的特征。在两个远端物镜件中的、除了或许有的反射之外都相同的光路中，保证了两个远端物镜件通过在近端物镜件中的修正手段在成像误差方面得以正确补偿。

根据权利要求4，一个棱镜的界面被交替地反射或透射地切换。对此，使用平行于该界面设置的反射镜，该反射镜可以移入光路或者移出光路，因此，或是造成期望的反射，或是在没有反射镜的情况下允许光路穿过该界面。由此得到结构很简单的且具有很高图像亮度的解决方案。

有利地规定了权利要求5的特征。借此将顾及到，可切换的反射镜只确定在界面上是否进行反射。

第一间隙的表面一般相对于物镜轴线是倾斜的。由此出现了光路的略微平行错移，这导致观察方向的略微改变。因此，有利地规定了权利要求6的特征。具有相反倾斜方向的第二间隙又补偿了第一间隙的平行错移，从而物镜的最终观察方向如期望的那样刚好是笔直的。

有利地规定了权利要求7的特征。为此，得到这样的棱镜结构，在该棱镜结构中，面对近端物镜件的出射面在光路应当朝向近端物镜件射出的区域中是透明的，然而在所述区域旁边的所述出射面是按照向内反射的方式构成的，从而在那里能实现针对第二观察方向的光路转向。

根据权利要求7的反射结构例如可以通过在此区域内的出射面反射涂层来实现，或者有利地根据权利要求8来如此实现，即，反射区域以全反射形式构成。为此，需要相应选择棱镜的折射率和反射角度。

反射镜应该尽量靠近界面，以便不会有干扰来到两者之间。但随之存在干涉的危险。就是说，在反射镜和界面之间的间隙不应太狭小。根据权利要求9，它应该有利地大于1微米，尤其根据权利要求10，它有利地大于5微米。

根据权利要求11，用于在多个观察方向之间切换的反射镜有利地构成为具有相邻的光阑的结构单元，从而在反射镜移动离开光路时，光阑被置入光路中。随之，利用该光阑遮挡在直线取向的第一观察方向上经过的光路，这导致显著的结构简化。

光线偏转机构也可以通过截然不同的方式例如构成为反射镜或者附加的棱镜，而按照有利方式，光线偏转机构是根据权利要求12构成的。在这里，棱镜具有两个区域，这两个区域可被交替置入光路中并且出现不同的、匹配于这两个远端物镜件的偏转。为了切换，棱镜只需要运动这样的程度，即，该棱镜或是以其第一区域、或是以其第二区域置入该光路。在一个优选实施例中，该棱镜可以在一个区域中构成为平板状并且让光路笔直经过，而在另一区域中构成为真正的棱镜形状。

权利要求13针对物镜示出了一种有利的结构，在这里，第一物镜件以笔直观察的方式定向在近端物镜件轴线的方向上。此时，棱镜的具有平行端面的第一区域构成为平板，其允许第一远端物镜件的光路不受影响地穿过。

棱镜的机械位移可以通过不同的方式实现，例如通过转动等，但有利的是根据权利要求14来形成，确切的说，按照横向于近端物镜件轴线的方式移动。

根据权利要求15，一个或两个远端物镜件可以与棱镜相连以便共同运动。这样一来，该结构例如可以在光学校准方面得到改善，并且也就在内窥镜的狭小内腔中的占地需求而言得到了各种不同的结构可行方式。

在附图中，举例示意示出了本发明，其中：

图1是本发明物镜的第一实施方式的侧视图，此时处于倾斜观察方向的操作位置上，

图2是在直线观察方向的操作位置上的根据图1的视图，

图3是图1和图2所示反射镜的具有相邻的光阑的变型实施方式的俯视图，

图4是处于第一操作位置的本发明物镜第二实施方式的简化示意图，

图5示出处于第二操作位置的图4所示的物镜。

图1示出本发明物镜1的第一实施方式，其由三个物镜件组成。

近端物镜件2以其轴线3设置在未示出的内窥镜柄的轴线上，物镜1设置在内窥镜的远端区域内。近端物镜件2由多个透镜组成并且与两个远端物镜件之一共同透过玻璃板5在图像平面4内产生图像，该图像平面例如可装有一个电子图像传感器。图像平面4也可以是中间图像平面，从该中间图像平面起，由常见的传像机构(Bildleiter)如具有中继透镜组的传像机构将图像传导至在近侧设于内窥镜上的目镜。

在物镜1的远端区域中设有第一远端物镜件6，它笔直地透过内窥镜(其他方面未示出)的窗口7进行观察，该第一远端物镜件6的轴线8平行于近端物镜件的轴线3，就是说在内窥镜轴线的方向上。而且，设有第二远端物镜件9，该第二远端物镜件9的轴线10在倾斜的第二观察方向上透过窗口11进行观察。

第二远端物镜件9在其远端端侧具有屈光力为负的透镜12，该透镜安置在棱镜14入射面13上。如图1所示的、从轴线10的倾斜观察方向入射的光路在垂直于近端物镜件轴线3的棱镜14出射面15处被反射并且被投射到棱镜14的界面16，从那里使该光路在再次反射后被送往近端物镜件2的轴线3的方向，以便经棱镜14出射面15进入近端物镜件2，在这里，它利用所示的光路成像到图像平面4上。

就是说，沿倾斜的观察方向在轴线10方向上入射的光路(如图1所示)在棱镜14内向内反射两次，确切的说，一次在出射面15，然后在界面16处。因为在第一远端物镜件6内没有发生反射，而在第二远端物镜件9内发生两次反射，所以在两个远端物镜件中出现相同的图像取向，例如在两种情况下均为正立的图像，或者在两种情况下均为倒立的图像。

在出射面15的必须进行向内反射的反光区域中，出射面15例如可以从外侧被镜面化。但是，镜面化不应该一直延伸到以下区域，在该区域内，光路在界面16上反射后应该射入近端物镜件2。如图1所示，该问题的一种精巧解决之道在于，出射面15没有镜面化，而是如此选择棱镜14的折射率和在出射面15处的反射角度，以使发生全反射。

如图1所示，在界面16进行的第二反射的反射角度被选为很小，从而在此不会出现全反射。就是说，从内侧到达界面16的光线穿过该界面。因此，如图1所示的在界面16处的光反射必须用其它手段来实现。

为此目的，如图1和图2所示，设置一个与界面16相邻接的反射镜17，该反射镜17朝向界面16被镜面化构成。图1和图2示出反射镜17的两个操作位置。在图1的位置中，反射镜位于光路中并且造成如图1所示的光线反射回来。

图2以相同的视图示出了图1的未改变的结构，在这里，只是反射镜17的操作位置改变了。

在根据图2的位置，反射镜17被移至一侧。在轴线10方向上经第二远端物镜件9倾斜射入的光路不再在界面16上朝内反射向近端物镜件2，而是经界面16射出并且进入空处。图2所示的光路经第一远端物镜件6沿其轴线8方向上笔直入射，该光路在根据图1的反射镜17位置上被其背面“捕获”，这样该光路在根据图2的反射镜被移至一侧的操作位置处经由界面16射入棱镜，并且笔直地在轴线8方向上经由出射面15到达近端物镜件2，如图2所示。

如果反射镜17又从根据图2的位置被推入光路且直到根据图1的位置，则又出现了经第一远端物镜件6入射的光路的阻断，并且又出现了如图1所示的光线行程。因为在界面16上未发生全反射，所以在此位置上的反射只由反射镜17的操作位置来定，并且可由此被有目的地加以控制。

在图1和图2的实施方式中，反射镜17以简单平面反射镜形式构成，它按照在棱镜14的界面16上滑动的方式，可以在图1和图2的两个操作位置之间移动，确切的说，其运动方向位于图面中。

不过，反射镜17也可以在垂直于图面的方向上运动。于是可以如图3所示，反射镜17按照具有光阑19的结构单元形式设置在滑板18中。就是说，通过使滑板18在箭头20方向上移动，能可选地使反射镜17或者呈孔状开设在滑板18内的光阑19进入光路。

在采用图3的滑板18时，可产生图1所示的光路，做法是，如此移动滑板18，即，反射镜17处于光路中，就是说处于根据图1的位置。在滑板18移动直到光阑19位于光路中之后，得到根据图2的光路，该光路现在以期望的方式被光阑19遮挡。

呈单独构件形式或呈根据图3的组件形式的反射镜17朝向界面16地、可移动地设置在该界面上。此时，反射镜位于界面16和玻璃杆22的平行于该界面布置的出射面21之间的间隙中，该玻璃杆如图1所示在其近端入射面23上装有另一个屈光力为负的透镜12。

在界面16和玻璃杆22出射面21两者之间构成的第一间隙，就像在平行面之间界定的每个间隙那样，在光传输中造成光路的平行错移。这导致略微的观察方向位移，就是说，导致笔直取向的观察方向略微倾斜。

为避免于此，在图1中用虚线画出第二间隙24，该第二间隙在此位置通过使玻璃杆22的两个部分隔断分离来产生。第二间隙24相对于轴线8以一个角度布置，该角度等于180°减去第一间隙角度。第二间隙24与第一间隙一样也造成光路的平行位移，但是在不同于第一间隙的方向上，因此两种位移抵消。

无论反射镜17何时处于图1的操作位置上并且位于光路中，该反射镜都应该紧挨着界面16，以使少量的空气或可能甚至灰尘干扰地进入两个面之间。但随之存在在两个相互紧邻的对置表面之间出现干涉的危险。就是说，反射镜17和界面16之间的间隙不应该太狭小。它应该在任何情况下都超过1微米，更好的是大于5微米。

如图1和图2对照所示，在两个远端物镜件6和9中的光路是相同构成的，除了以下事实，即，在第二远端物镜件9中发生两次反射，由此一来，光路按照图1所示的方式构成。这样，在两种情况下得到相同的图像取向。如果在图像平面4内产生的图像在图1的成像情况中是正立的，则它在根据图2的成像情况中也是正立的。

图4和图5示出了物镜1′的第二实施方式。在非常示意性表示其主要组件的视图中示出了设置用于装入未示出的内窥镜柄的远端区域中的物镜1′。

近端物镜件2′以其轴线3′对准图像平面4′，在所示的实施例中，该图像平面是电子图像传感器30的光敏平面。它按照未示出的方式通过电线被连接到图像处理器。代替图像传感器30的图像平面4′，也可以设置导像光纤束(Bildleitfaserbündel)的远端端面，借助该导像光纤束经由内窥镜长度传输图像。

物镜1′具有用于不同观察方向的两个远端物镜件。第一远端物镜件6′在非常示意性示出的实施例中由透镜件31和平板32构成，该平板从第一远端物镜件6′的轴线8′起垂直于平面平行的端面延伸。

如图4所示，第一远端物镜件6′的轴线8′与近端物镜件2′的轴线3′重合。在常见的结构形式中，该轴线平行于内窥镜柄的纵轴线，从而第一远端物镜件6′是笔直地观察的。

在近端物镜件2′和第一远端物镜件6′之间，在光轴方向上有一定间距，在该间距中设有棱镜14′。棱镜14′可以横向于近端物镜件2′的轴线3′，沿双箭头33方向移动。为此，例如设有一个未示出的导向滑座，它是安置在未示出的壳体内的导向滑座，其设置在未示出的壳体中或者说物镜1′座中。移动驱动可以用手动操作或者用例如电动机来实现。

按照沿双箭头33方向先后布置的方式，棱镜14′具有两个区域，确切的说，第一区域34和第二区域35。

棱镜14′第一区域34呈平板状。远端平面36和近端平面37垂直于近端物镜件2′的轴线3′。

在图4的视图中，棱镜14′处于一个移动位置，在此位置上，来自第一远端物镜件6′的光路在其前往近端物镜件2′的路途中经过棱镜14的平面平行的第一区域34。

棱镜14′第二区域35具有与第一区域34相同的连续的近端平面37。但它在远端具有斜面，确切的说是用于向内反射的反射面38和出射面39，在该出射面前面设置第二远端物镜件9′。

图5示出处于这样一个位置的物镜1′，此时，棱镜14′被切换至另一个位置，确切的说是这样的，即，棱镜14′的第二区域35现在在远侧位于近端物镜件2′前面。图5所示的光轴从第二远端物镜件9′轴线10′起，在棱镜14′近端平面37处反射40并且在远端斜面38处反射41后，进入近端物镜件2′的轴线3′。在40和41处的两个向内反射位置可在此实施例中均以全反射方式构成。

就是说，在图5的位置上，图像传感器30以一个倾斜角通过第二远端物镜件9′进行观察，而图像传感器30在图4的位置上笔直地通过第一远端物镜件6′进行观察。

如图4和图5的对照所示，第二近端物镜件9′与棱镜14′连接以便共同运动。所用的连接机构在附图中未示出。其余的组件6′、2′和30也是相互固定在一起，就像图4和图5对照所示。

在未示出的有变化的实施方式中，例如第二远端物镜件9′可以长期处于图5所示的位置并且与元件6′、12′和30固定连接，而棱镜14′可以与所有其它元件无关地在双箭头33方向上移动。在替代实施方式中，两个远端物镜件6′和9′也可以与棱镜14′连接以便共同运动。通过这种方式，得到了可行的结构变化方式，其例如出于结构考虑或者占地原因而总能具有其优点。

如图4和图5对照所示，在所示的物镜1′中考虑以下内容，即，在两个观察方向上，光程长度或者称为光程或光路是彼此相同的。图4和图5的对照表明，虽然经过棱镜14′的棱柱区35的光程长度明显大于经过平板区34的光程长度。但这在图4所示的光路中通过平板32被补偿，该平板的尺寸可以设定为使得在图4和图5的两个光路中光程长度实际上是彼此相同的。

Claims (15)

1.一种用于内窥镜的具有两个观察方向(8，10；8′，10′)的物镜(1，1′)，所述物镜具有：

第一远端物镜件(6，6′)，所述第一远端物镜件(6，6′)以其轴线(8，8′)定向在第一观察方向上；

第二物镜件(9，9′)，所述第二物镜件(9，9′)以其轴线(10，10′)定向在第二观察方向上；和

近端物镜件(2，2′)，所述近端物镜件(2，2′)以其轴线(3，3′)对准图像传感器(4，4′)或传像机构；以及

切换机构，所述切换机构包括棱镜(14，14′)，并且所述切换机构用于按照可切换的方式将来自所述第一远端物镜件(6，6′)或来自所述第二远端物镜件(9，9′)的光路偏转至所述近端物镜件(2，2′)，

其特征在于，

所述切换机构具有能以机械方式被置入光路中的光线偏转机构(17，35)。

2.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，在所述两个观察方向(8′，10′)上，经过所述物镜(1′)的光程长度是彼此相同的。

3.根据权利要求1或2所述的物镜，其特征在于，在所述两个远端物镜件(6，9)内的光路除了必需的反射之外是完全相同的。

4.根据权利要求1至3之一所述的物镜，其特征在于，

所述棱镜(14)接收所述两个远端物镜件(6，9)的光路并且共同定向到所述近端物镜件(2)，

并且所述棱镜具有相对于所述近端物镜件(2)的轴线(3)倾斜延伸的界面(16)，

其中，所述第一远端物镜件(6)的光路经所述界面(16)入射至所述棱镜(14)，所述第二远端物镜件(9)的光路通过在所述界面(16)区域内的反射被反射回到所述棱镜(14)，以便到达所述近端物镜件(2)，

并且其中，在所述界面(16)区域内设有可移动的反射镜(17)，所述反射镜通过其运动选择性地或者开放经过所述界面(16)的通路、或者造成在所述界面(16)上的反射。

5.根据权利要求4所述的物镜，其特征在于，按照在所述界面(16)处不出现全反射的方式规定所述棱镜(14)的形状和材料。

6.根据权利要求4或5所述的物镜，其特征在于，所述第一远端物镜件(6)的玻璃杆(22)具有出射面(21)，所述出射面(21)按照以第一间隙(16，21)的间距间隔开的方式平行于所述界面(16)，

并且所述玻璃杆(22)被第二间隙(24)划分开，所述第二间隙相对于所述第一远端物镜件(6)的轴线(8)的角度等于180°减去所述第一间隙(16，21)的角度。

7.根据权利要求4至6之一所述的物镜，其特征在于，所述棱镜(14)在其朝向所述近端物镜件(2)的出射面(15)上按照在出射区旁朝内反射的方式构成。

8.根据权利要求7所述的物镜，其特征在于，所述棱镜(14)在所述出射面(15)的反射区域中以全反射的方式构成。

9.根据权利要求4至8之一所述的物镜，其特征在于，所述反射镜(17)和所述界面(16)之间的间距大于1微米。

10.根据权利要求9所述的物镜，其特征在于，所述间距大于5微米。

11.根据权利要求4至10之一所述的物镜，其特征在于，所述反射镜(17)与相邻设置的光阑(19)一起构成了能够平行于所述界面(16)移动的结构单元(18)。

12.根据权利要求1至3之一所述的物镜，其特征在于，所述棱镜(14′)具有两个可交替地被置入光路中的区域(34，35)，其中的第一区域将来自所述第一远端物镜件(6′)的光路引导至所述近端物镜件(2′)，其中的第二区域将来自所述第二远端物镜件(9′)的光路引导至所述近端物镜件(2′)。

13.根据权利要求12所述的物镜，其特征在于，所述近端物镜件(2′)和所述第一远端物镜件(6′)设置在相同的轴线(8′，3′)上，所述棱镜(14′)设置在所述近端物镜件和所述第一远端物镜件两者之间，

其中，所述棱镜(14′)的所述第一区域(34)呈平板状，而所述第二区域(35)转过一个角度(40，41)，所述角度对应于在所述第二观察方向(10′)和所述近端物镜件(2′)的轴线(3′)两者之间的角度。

14.根据权利要求12或13所述的物镜，其特征在于，所述棱镜(14′)以能够横向于所述近端物镜件(2′)的轴线(3′)移动的方式设置在所述近端物镜件和所述远端物镜件(6′，9′)之间。

15.根据权利要求12至14之一所述的物镜，其特征在于，至少其中一个所述远端物镜件(6′，9′)被固定在所述棱镜上以便共同运动。

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