CN105874371A - 棱镜组、棱镜座装置和具有可变视向的内窥镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于可变视向的内窥镜(1)的棱镜组(130)，包括第一棱镜(140)、第二棱镜(150)和第三棱镜(160)，它们共同限定出经过这三个棱镜(140,150,160)的光路(21)，第一棱镜(140)和第三棱镜(160)均具有光入射面(142,162)、反射面(144,164)和光出射面(146,166)，第二棱镜(150)具有单个光路面(152)和至少两个反射面(154,156)，光路面具有光入射区(153)和光出射区(157)，其中第一棱镜(140)可相对于第二棱镜(150)绕转轴(A)枢转，第三棱镜(160)相对于第二棱镜(150)固定不动地布置。本发明还涉及棱镜座装置(132)和对应的可变视向的内窥镜(1)。根据本发明，第二棱镜(150)至少分部段地被设计成在横向于光路(21)行程的方向上比第一棱镜(140)和/或第三棱镜(160)宽，该第二棱镜(150)的光路面(152)的至少一个侧向加宽部段(155)在至少一侧延伸超过该第三棱镜(160)的光入射面(162)。

Description

棱镜组、棱镜座装置和具有可变视向的内窥镜
本发明涉及用于具有可变视向的内窥镜的棱镜组，包括第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，它们共同限定了经过这三个棱镜的光路，其中第一棱镜和第三棱镜均具有光入射面、反射面和光出射面，并且第二棱镜具有包括光入射区和光出射区的单个光路面和至少两个反射面，其中第一棱镜可相对于第二棱镜绕经过第一棱镜的反射面和第二棱镜的第一反射面的转轴枢转，第三棱镜以相对于第二棱镜固定不动的方式布置。本发明还涉及棱镜座装置，该棱镜座装置包括根据本发明的用于具有可变视向的内窥镜的棱镜组和用于棱镜组的支座，以及涉及对应的具有可变视向的内窥镜。
已经知道了内窥镜且尤其是视频内窥镜的不同设计方案，其中在内窥镜的内窥镜杆远侧末端进入的手术区的光通过光学系统被引导至近侧目镜或一个或多个图像传感器。因此，存在具有直视即所谓0°视向的内窥镜或者具有侧向视向的内窥镜，其例如具有30°、45°、70°或不同于0°视向的类似角度的侧向视向。所述度数在此是指在中心视线轴线和内窥镜杆纵轴之间的极角。也存在具有可调侧向视向的内窥镜或者说视频内窥镜，其中，视角即与直视的偏差是可调的。除了视角(即与直视偏差)的调节外，视向(即方位角)也可以围绕内窥镜杆纵轴被调节，做法是使内窥镜整个绕内窥镜杆纵轴转动。
欧洲专利申请EP2369395A1披露了一种用于食品内窥镜的光学系统，其中，视角改变成使得包括远侧设于内窥镜杆内的三个棱镜的棱镜组的第一棱镜绕一转轴转动或者说旋转，该转轴垂直于或者说横向于内窥镜杆纵轴。第一棱镜也被指定为旋转棱镜。与第一棱镜一起限定出光路的另外两个棱镜相互粘接并且没有共同转动。
这些棱镜由玻璃块切割而成。各玻璃块的宽度取决于光路尺寸。枢转棱镜容置在枢转棱镜座内且通过三个接触面被定位。枢转棱镜座本身是可转动支承在支座内的。在相应的棱镜组或棱镜组合的设计和制造中，棱镜相对于其转轴的对准是至关重要的。尤其在转动过程中，枢转棱镜绕转轴倾翻可能产生图像质量的严重损害。
该棱镜组的三个棱镜像赛车道障碍物那样布置。就是说，在其朝向所述两个棱镜的一侧，第二棱镜或中间棱镜只略微支持空间和在另外两个棱镜之间的潜在支承面。在支座中有狭窄的支承杆，第二棱镜被安放在支承杆上且对准。在安装过程中，第二棱镜的位置是难以保证的，因为狭窄的支承杆像跷跷板那样作用，因此第二棱镜的倾斜趋势明显。
本发明的目的是保证棱镜组且尤其是第二棱镜的对准并且简化组装。
该目的通过一种用于具有可变视向的内窥镜的棱镜组实现，该棱镜组包括第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，它们共同限定了经过这三个棱镜的光路，其中所述第一棱镜和第三棱镜均具有光入射面、反射面和光出射面，所述第二棱镜具有包括光入射区和光出射区的单个光路面并具有至少两个反射面，其中所述第一棱镜可以相对于第二棱镜绕延伸经过第一棱镜的反射面和第二棱镜的第一反射面的转轴进行枢转，且第三棱镜按照相对于第二棱镜固定不动的方式布置，其特征是，至少该第二棱镜的截面被设计成在横向于光路行程的方向上至少分部段地相对于第一棱镜和/或第三棱镜加宽，其中所述第二棱镜的光路面的至少一个侧向加宽部段在至少一侧延伸超过第三棱镜的光入射面。
本发明基于以下基本构想，第二棱镜的宽度(即横向于中央光轴或中央光路的尺寸)大于光学所需表面，而另两个棱镜保持其宽度且因此适配于该光路。因此，第二棱镜侧向延伸超过第三棱镜且如果可行超过第一棱镜。第二棱镜也能在两侧延伸超过第三棱镜并且如果可行延伸超过第一棱镜。突出的侧向部段因此在支座中起到增大的支承面的作用，从而使得第二棱镜与可被粘合至第二棱镜的第三棱镜不倾斜。用于棱镜组或棱镜组合的额外需要的侧向安装空间用于可靠对准该棱镜组。
所述第二棱镜的光路面的至少一个侧向加宽部段优选在至少一侧沿棱镜组的0°视向延伸超过第一棱镜的光出射面。棱镜组的0°视向由先后的第一、第二和第三棱镜的纵向延伸尺寸限定。所述0°视向也被称为直视。假定第一棱镜具有矩形表面区，第一棱镜的矩形表面区的角也能在交叉情况下延伸到棱镜的侧向加宽部段。
在有利的改进方案中，第三棱镜在其朝向第一棱镜的一侧具有抵接边缘。该抵接边缘可以用作在支座中对准棱镜组或棱镜组合的接触边缘，假定该支座具有对应的形状互补的接触面。它例如可以布置在支座的支承杆侧。
对于组装来说，尤其有利的是在组装前将第三棱镜粘合到第二棱镜。就此而言，应该考虑这两个棱镜彼此相互对准，以及露出第二棱镜的光路面的侧向加宽部段。
本发明目的也通过一种棱镜座装置来实现，棱镜座装置包括根据本发明的前述用于具有可变视向的内窥镜的棱镜组和用于棱镜组的支座，其中该支座具有用于所述第二棱镜的光路面的至少一个侧向加宽部段的至少一个支承面，该支承面在内窥镜纵向上比第一棱镜和第三棱镜之间的最小距离延伸得更长。
除了根据本发明的具有加宽的第二棱镜的棱镜组外，本发明的棱镜座装置在支座内具有形状互补的支承面用于第二棱镜的加宽部段。它具有前述优点，即在第二棱镜的光路面的加宽部段和支座的支承面的合作下第二棱镜的接触面或支座面在内窥镜纵向上显著增大，从而不同于已知的现有技术，没有狭窄的跷跷板状支承面造成倾斜，相反，建立了防倾斜的坚实底座。
在有利的改进方案中，该支座附加包含带有支承杆面的支承杆，其中在安装状态下，第二棱镜的光路面的一个部段位于布置在第一棱镜和第三棱镜之间的支承杆面上。这进一步增大了支承面，并且获得了防倾斜作用的进一步加强。因为第二棱镜的光路面的侧向加宽部段没有延伸到第一棱镜和第三棱镜之间的区域中，因此支承杆面布置增添了横向防倾斜作用的额外助力。
该支承杆优选布置在棱镜组的与第二棱镜的至少侧向加宽的部段相反的一侧上。这种布置提供了在第二棱镜横向上的尽可能最宽的底座和防倾斜作用。
在有利的改进方案中，支承杆具有用于第三棱镜的抵接边缘的接触面。这简化并改善了第二棱镜和第三棱镜组合在支座中在内窥镜或者说内窥镜杆的纵向上的对准。
在特别简单有利的改进方案中，该支承杆面和用于第二棱镜的该至少一个侧向加宽部段的至少一个支承面形成连贯的、尤其呈L形、T形或H形的支承面。这在第二棱镜在组装中被压在支承面上时在两个方向上减轻了倾斜。
当该支座的侧肩面优选设置用于第二棱镜的侧向对准时，棱镜组在支承面平面内的倾斜也得以避免。
本发明所基于的目的也通过一种具有上述的本发明棱镜座装置的具有可变视向的内窥镜来实现。
本发明主题的所述的特征、性能和优点也不受限制地适用于各自其它的彼此相关的发明主题。
本发明的其它特征将从对本发明实施例的描述连同权利要求和附图中变得清楚明白。本发明的实施例可以满足单独特征或几个特征的组合。
以下参照附图基于实施例但不限制发明总体构思地描述本发明，就未以文字更详细解释的所有本发明细节的描述来说明确参见附图，其中：
图1示出内窥镜的立体示意图，
图2示出已知的棱镜单元的侧视示意图，
图3示出已知的棱镜单元的平面示意图，
图4示出棱镜座装置的剖视示意图，
图5示出图4的棱镜座装置的立体示意图，
图6示出棱镜组的立体示意图，
图7示出本发明的棱镜组的一部分的立体示意图，以及
图8示出本发明的棱镜座装置的示意图。
在附图中，相同的或同类型的零件和/或部件带有相同的附图标记，因此省掉重复描述。
图1示出根据本发明的内窥镜1的立体示意图，它具有近侧手柄2和刚性的内窥镜杆3。在内窥镜杆3的远侧末端4上设置有观察窗5，在观察窗之后设有内窥镜杆的远端部段6，其具有棱镜单元(未示出)和图像传感器单元(未示出)。内窥镜1可被设计为视频内窥镜。
在远侧末端4上的观察窗5以弯曲且非对称形式设计。观察窗5由此被设计成支持可变的侧视角度。视察方向的变化(即绕内窥镜杆3纵轴线的方位角度的变化)通过绕内窥镜杆3的中心转轴或纵轴转动手柄2来实现。内窥镜杆3的套管被连接至所述手柄。在远侧末端4上的棱镜单元(未示出)也随手柄2转动而转动。
手柄2具有呈转轮7形式的第一控制件和呈滑动件8形式的第二控制件。
为了保持所示图像的水平位置，在转动手柄2时保持转轮7。这造成在内窥镜杆3内部的图像传感器不跟随运动。
为了改变视角(即视线方向相对于直视的偏离)，移动滑动件8。沿远侧方向移动滑动件8例如造成视角增大，沿近侧方向回移滑动件8此时造成视角缩小至直视。滑动件8的致动与图像传感器的转动相关联，以便在棱镜单元被转动时也保持显示图像的水平位置。
图2示意性从侧面画出相应已知的棱镜单元10。在图像的左侧，以点划线形式所画出的中央光路21的光进入观察窗5且穿过入光透镜11进入远侧第一棱镜12。光接触反射面13且通过全反射或反光涂层被向下反射向第二棱镜14和第二棱镜的反射面15。反射面15具有相对于第二棱镜14的底面17的锐角，从而该中央光路首先由底面17的中央部段反射并由此被反射向第二棱镜14的第二反射面16。第二反射面16也具有相对于底面17的锐角，因此该中央光路相反地被向上反射(轴线B)。在那里，光进入具有反射面19的第三棱镜18，中央光路21的光接着通过该反射面在平行于内窥镜杆3的纵轴线的方向上被在中央反射，并经由出光透镜20离开棱镜单元10。在棱镜单元10上方，也画出了一部分的光纤束25，光借助该光纤束从近侧末端被引向远侧末端以照亮此外未被照亮的手术区。
第一棱镜12可以绕垂直轴线A转动以改变侧向视角。这也使反射面13、15彼此相对转动，从而朝向近侧方向转移的图像的水平位置在第一棱镜12转动时绕轴线A改变。这必须通过这个或这些图像传感器的转动来均衡。
图3以平面示意图示出图2的棱镜单元10。它在左侧示出第一棱镜12如何布置在0°视向(实线)上。同样以虚线示出了第一棱镜12随同入光透镜11绕转轴A转动。在此情况下，该重叠区域在第一棱镜12的反射面13和第二棱镜14中的反射面15之间被转动。水平位置也被相应转动。
图4示出棱镜座装置32的剖视示意图。棱镜座装置32保持已知的棱镜组30，该棱镜组具有等腰直角的第一棱镜40、第二棱镜50和等腰直角的第三棱镜60。这三个棱镜40、50、60的宽度至少对应于光路宽度，该光路的中央光路21被画出。
光经过入光透镜11射入且经过光入射面42进入第一棱镜40。入射光例如通过全反射从反射面44反射，并经过光出射面46进入第二棱镜50。这样做时，光经过第二棱镜50的光路面52的光入射区53并接触第一反射面54。光被第一反射面54反射且接着被第二反射面56反射，并离开第二棱镜50的光路面52的光出射区57，经由光入射面62进入第三棱镜60。光又被第三棱镜60的反射面64反射并经由光出射面66离开第三棱镜60并且进入后面的透镜组25，后面的透镜组具有多个透镜和如阴影线所表示的透镜座。图4未示出的一个图像传感器、一对图像传感器或一组棒透镜转换组可以跟在透镜组25出口之后。
也可以将第二棱镜50设计成比较扁平且在光入射区53和光出射区57之间的光路面52上设置第三反光涂层。此变型例如如图2所示。
这些光学元件被保持支承在支座70内，其中，第一棱镜40和入光透镜11可绕转轴A转动地安置在枢转棱镜座80之内或之上。转轴A与偏转中央光路21的一个部段重合。枢转棱镜座80可绕同一转轴A转动地支承在支座70内。枢转棱镜座8以阴影线被画出。
在第二棱镜50和第三棱镜60的中央光路面52和反射面64区域中，支座70具有构成支承杆面72和倾斜接触面74的结构。支承杆面72比较窄且因而容易因第二棱镜50和第三棱镜60的组合而倾斜。因为倾斜接触面74结束于顶侧区且留下内腔76所用空间，因此倾斜接触面74也没有提供任何防倾斜作用。
图5示出图4的棱镜座装置32的立体示意图。从棱镜座装置32的底面来看，可以看到第二棱镜50，其具有设置在远端的第一反射面54以及位于支座70内的第二反射面56。在近侧，第三棱镜60的光入射面的小部段是可辨识的。另外在远侧，第一棱镜40的小部段是可辨识的，其大部分被支座70挡住。另外，以端面线所画出的枢转棱镜座80以及入光透镜11是部分可辨识的。在远侧区域中，支座70具有圆柱形内腔，也呈圆柱形的枢转棱镜座80安置在其中。
图6示出图4的棱镜组的立体示意图，其中示出了棱镜40、50、60的最重要的边线。用圆点虚线示出这种位于一层玻璃后的边线。附图标记对应于图4的附图标记。可以看到第二棱镜50具有与第一棱镜40和第三棱镜60相同的宽度。在它们各自远端或近端，第一棱镜40和第三棱镜60都略微延伸超过第二棱镜50。在第一棱镜40和第三棱镜60之间有第二棱镜50的光路面52的狭窄区域，其未被另外两个棱镜挡住。只有此区域可供用于支承面和防倾斜作用。
图7示出立根据本发明的棱镜组130的一部分的体示意图。在此情况下，只示出了第二棱镜150和第三棱镜160。为了清楚起见，第一棱镜140被省略。第三棱镜160被粘合至第二棱镜150。第三棱镜160比第二棱镜150窄，在图7中的左侧，光路面152具有未被第三棱镜160遮挡的侧向加宽部段155。第三棱镜160的侧边缘的延伸范围由小圆点标出以便可从整个长度上辨识出侧向加宽部段155。
图7也画出光路面152上的光入射区153、第二棱镜150的第一反射面154和第二反射面156。为了节约安装空间，第二棱镜150的某些边缘或角被倒角。
关于第三棱镜160，光出射面166和面向第二棱镜150的光路面152的光入射面162连同反射面164被认出。反射面164在光入射面162前面终止于抵接边缘168。抵接边缘布置成垂直于第三棱镜160的光入射面162和第二棱镜150的光路面152且能用于在支座内对准第二棱镜150与第三棱镜160的组合。
图8还示出根据本发明的棱镜座装置132的立体示意图。这也是本发明的相应支座170的仰视立体图，其布置在内窥镜杆的远端上且具有用于保持根据图7的棱镜组130的远端结构，即在头端处。在远侧设有入光透镜11且紧随其后是基本呈圆柱形的枢转棱镜座180，该枢转棱镜座具有暗含的旋转棱镜作为第一棱镜140。在根据图7的这种情况下，枢转棱镜本身是圆柱形的，其中该圆柱体内包含有呈平行于圆柱轴线的平面形式的光入射面(未示出)。它朝向入光透镜11。反射面以相对于圆柱轴线的45°角被切断。光出射面用附图标记146标示。
相应的圆柱形枢转棱镜在申请人的并行德国申请号102014202612.1中有描述，该文献的申请日与本申请相同。该申请所披露的主题将被完全纳入本申请中。
第二棱镜150在如图8所示的在顶部的一侧较宽，具有一个部段155延伸超过第一棱镜140和第三棱镜160。加宽部段155用于防止倾斜，因为它抵靠支座170的侧支承面173。在对置侧也示出了支承杆176，第二棱镜150部分贴靠在支承杆的支承杆面172上。在其近端，支承杆176也具有接触边缘(不带附图标记)，第三棱镜160的抵靠边缘168贴靠该接触边缘。由侧肩面178提供另一个抗扭保护，第二棱镜150压靠在该侧肩面上。
另外，画出了可沿纵轴线移动的移位件174，它通过齿件175将近侧手柄的纵轴移动转化为枢转棱镜座180的回转运动，枢转棱镜座具有形状互补的齿件(未示出)。
包含单独从附图中得到的那些特征和与其它特征组合描述的单独特征的所有上述特征被单独地或以组合方式被认为对本发明是重要的。根据本发明的实施方式可以通过单独特征或几个特征的组合来实现。在本发明的范围内，用“尤其是”或“优选”指出的特征是另选特征。
附图标记列表
1 内窥镜
2 手柄
3 内窥镜杆
4 远侧末端
5 观察窗
6 远端部段
7 转轮
8 滑动开关
9 套管
10 棱镜单元
11 入光透镜
12 旋转棱镜
13 反射面
14 第二棱镜
15,16 反射面
17 底面
18 第三棱镜
19 反射面
20 出光透镜
21 中央光路
25 在后透镜组
30 棱镜组
32 棱镜座装置
40 第一棱镜
42 光入射面
44 反射面
46 光出射面
50 第二棱镜
52 光路面
53 光入射区
54 第一反射面
56 第二反射面
57 光出射区
60 第三棱镜
62 光入射面
64 反射面
66 光出射面
70 支座
72 支承杆面
74 倾斜接触面
76 内腔
80 枢转棱镜座
130 棱镜组
132 棱镜座装置
140 第一棱镜
146 光出射面
150 第二棱镜
152 光路面
153 光入射区
154 第一反射面
155 侧向加宽部段
156 第二反射面
157 光出射区
160 第三棱镜
162 光入射面
164 反射面
166 光出射面
168 抵接边缘
170 支座
172 支承杆面
173 侧支承面
174 移位件
175 齿件
176 支承杆
177 接触面
178 侧肩面
180 枢转棱镜座

Claims (11)

1.一种用于具有可变视向的内窥镜(1)的棱镜组(130)，该棱镜组包括第一棱镜(140)、第二棱镜(150)和第三棱镜(160)，它们共同限定出经过这三个棱镜(140,150,160)的光路(21)，其中所述第一棱镜(140)和所述第三棱镜(160)均具有光入射面(142,162)、反射面(144,164)和光出射面(146,166)，并且所述第二棱镜(150)具有单个光路面(152)和至少两个反射面(154,156)，该光路面具有光入射区(153)和光出射区(157)，其中所述第一棱镜(140)能相对于所述第二棱镜(150)绕经过所述第一棱镜(140)的所述反射面(144)和所述第二棱镜(150)的第一反射面(154)的转轴(A)枢转，且所述第三棱镜(160)以相对于所述第二棱镜(150)固定不动的方式布置，其特征是，所述第二棱镜(150)被设计成至少分部段地在横向于所述光路(21)的行程的方向上比所述第一棱镜(140)和/或所述第三棱镜(160)更宽，其中，所述第二棱镜(150)的所述光路面(152)的至少一个侧向加宽部段(155)在至少一侧延伸超过所述第三棱镜(160)的所述光入射面(162)。
2.根据权利要求1所述的棱镜组(130)，其特征是，所述第二棱镜(150)的所述光路面(152)的所述至少一个侧向加宽部段(155)在至少一侧沿所述棱镜组(130)的0°视向延伸超过所述第一棱镜(140)的所述光出射面(146)。
3.根据权利要求1或2所述的棱镜组(130)，其特征是，所述第三棱镜(160)在其朝向所述第一棱镜(140)的一侧具有抵接边缘(168)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的棱镜组(130)，其特征是，所述第三棱镜(160)被粘合至所述第二棱镜(150)。
5.一种棱镜座装置(132)，该棱镜座装置包括用于具有可变视向的内窥镜(1)的根据权利要求1至4中任一项所述的棱镜组(130)和用于所述棱镜组(130)的支座(170)，其中该支座(170)具有用于所述第二棱镜(150)的所述光路面(152)的所述至少一个侧向加宽部段(155)的至少一个支承面(173)，该支承面在所述内窥镜的纵向上比所述第一棱镜(140)和第三棱镜(160)之间的最小距离延伸得更长。
6.根据权利要求5所述的棱镜座装置(132)，其特征是，所述支座(170)附加包括具有支承杆面(172)的支承杆(176)，其中在安装状态下，所述第二棱镜(150)的所述光路面(152)的一个部段位于布置在所述第一棱镜(140)和第三棱镜(160)之间的所述支承杆面(172)上。
7.根据权利要求6所述的棱镜座装置(132)，其特征是，所述支承杆(176)布置在所述棱镜组(130)的与所述第二棱镜(150)的至少侧向加宽部段(155)相反的一侧。
8.根据权利要求6或7所述的棱镜座装置(132)，其特征是，所述支承杆(176)具有用于所述第三棱镜(160)的抵接边缘(160)的接触面(177)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的棱镜座装置(132)，其特征是，所述支承杆面(172)和用于所述第二棱镜(150)的所述至少一个侧向加宽部段(155)的至少一个支承面(173)形成连贯的尤其呈L形、T形或H形的支承面。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的棱镜座装置(132)，其特征是，所述支座(170)的侧肩面(178)被设置用于所述第二棱镜(150)的侧向对准。
11.一种具有可变视向的内窥镜(1)，该内窥镜具有根据权利要求4至9中任一项所述的棱镜座装置(132)。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication