CN106030350A - 摆动棱镜、棱镜保持装置和具有可变视向的内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于具有可变视向的内窥镜(1)的摆动棱镜(112)，具有平面的入光面(113A)、平面的出光面(113B)和平面的反射面(113)，其中入光面(113A)和出光面(113B)彼此相对以90°角度布置且均相对于反射面(113)以45°角度布置。本发明还涉及具有相应的摆动棱镜(112)、两个固定不动的用于可变视向的内窥镜(1)的棱镜(14,18)和用于摆动棱镜(112)的棱镜座(140)的棱镜保持装置(130)以及可变视向的内窥镜(1)，其中通过摆动棱镜(112)的入光面(113A)入射的光通过所述棱镜被朝向内窥镜(1)的轴向偏转。本发明的摆动棱镜(112)被设计成具有圆缺状底面(117)的圆柱区段状主体，该主体的圆柱轴线(116)垂直于出光面(113B)，其中在至出光面(113B)的投影中，入光面(113A)构成界定该圆缺的弦。

Description

摆动棱镜、棱镜保持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摆动棱镜，具有平面的入光面、平面的出光面和平面的反射面，其中所述入光面和出光面彼此相对成90°角度布置并且均相对于该反射面成45°角度布置。本发明还涉及用于具有可变视向的内窥镜的具有相应摆动棱镜和两个固定不动的棱镜的棱镜保持装置、用于摆动棱镜的棱镜座以及可变视向的内窥镜，其中，经摆动棱镜的入光面入射的光通过所述棱镜被反射到内窥镜的轴向上。

在内窥镜的内窥镜杆远侧尖端进入的手术区内的光被引导经过光学系统至近侧目镜或一个或多个图像传感器的内窥镜且尤其是视频内窥镜的各种设计是已知的。因此，存在着具有所谓0°视向的直视内窥镜或者例如具有30°、45°、70°或类似不同于0°视向的侧向视向的侧视内窥镜。上述度数在此是在中心视线轴线和内窥镜杆纵轴线之间的极角。还存在具有可调侧向视向的内窥镜或者说视频内窥镜，其中，视角即相对于直视的偏差是可调节的。除了视角即相对于直视的偏差的调节外，视向即方位角也可以环绕内窥镜杆纵轴线被调节，做法是使内窥镜完全围绕内窥镜杆纵轴线转动。

欧洲专利申请EP2369395A1示出一种用于视频内窥镜的光学系统，其中，如此发生视角变化，使布置在内窥镜杆远侧的包括三个棱镜的棱镜组的第一棱镜绕转动轴线转动，该转动轴线垂直于或者说横向于内窥镜杆纵轴线。与第一棱镜一起限定出光路的另外两个棱镜未被转动。

在本发明范围内也被称为摆动棱镜的棱镜由玻璃块切割形成。玻璃块的宽度依照光路尺寸。棱镜容置在棱镜座内且通过三个止动面来定位。棱镜座本身可转动安装在支座中。在相应棱镜组的设计和制造中，棱镜相对于其转动轴线的校准是至关重要的。尤其在转动情况下，棱镜关于其转动轴线的摇晃可能导致图像质量的明显降低。

容置棱镜所需要的棱镜座非常复杂且制造起来很麻烦，因此牵涉到高昂成本。为了形成这三个止动面，铣削需要退出口，这增大了安装所需要的安装控件。这些止动面必须彼此相对且绝对很精确地来制造，这只能在付出高昂的制造和质量投资成本的情况下可实现。棱镜在止动面处的对准也不是微不足道的，因为棱镜必须同时在所有三个面处被无歪斜地对准。

基于此现有技术，本发明的目的是减少制造、组装和对准在相应内窥镜中的棱镜和棱镜座的努力，但光学质量至少相同。

该目的通过一种用于可变视向的内窥镜的摆动棱镜来实现，其具有平面的入光面、平面的出光面和平面的反射面，其中所述入光面和出光面彼此相对以90°角度布置并且均相对于该反射面以45°角度布置，其中该摆动棱镜根据本发明被设计成圆柱区段形主体，具有呈圆缺状的底面，该主体的圆柱轴线垂直于该出光面，其中在至出光面的投影中，该入光面构成限制该圆缺的弦。

在垂直于圆柱轴线对准的横截面或者说至出光面的投影中，棱镜因此不再是圆形的，而是圆缺状或者说圆弧段状。入光面像弦那样延伸经过原先呈圆形的底面的周边。

本发明所基于的基础设想是，只有入光面、出光面和反射面与摆动棱镜的功能相关。侧面是不相关的，于是它们无需被设计成平面。所述座被设计成具有适于棱镜的斜面的圆柱形。于是，摆动棱镜能以其倾斜反射面容易地安装在棱镜座的合适的倾斜安装面上。另外，基于三个止动面的准确对准的需要不再可行。因此不太可能出现歪斜。这种结构于是可以很简单且成本划算地实现。

圆柱轴线最好被包含在底面中，其中该弦在底面对称平面中距圆柱轴线的距离在底面半径的20％至70％之间，尤其在30％至60％之间，特别是在40％至55％之间。于是，超过一半的原先呈圆形的底面被留了下来。圆柱轴线还是位于摆动棱镜内。所述区域是尤其优选的，因为它们也保证大范围覆盖视野且同时具备小的安装空间。所需的安装空间和视野从上述范围的大数值被格外缩小至销数值。它取决于应用和总体光学，在这里，在安装空间和视野覆盖之间存在最佳折中，其中，大约在30％至60％之间或者在40％至55％之间的平均值为许多情况提供了很好的折中。在这种尺寸缩小情况下，可以使光学转动轴线离开圆柱轴线。

所述入光面和反射面有利地是由圆柱形玻璃体切割而成的。平面的入光面于是以简单方式平行于中心圆柱轴线地由初始的玻璃圆柱体切割而成。

本发明所基于的目的也通过一种具有根据本发明的前述摆动棱镜以及用于视向可变的内窥镜的两个固定棱镜的棱镜保持装置和用于摆动棱镜的棱镜座来实现，其中，经摆动棱镜的入光面进入的光通过所述棱镜被反射到内窥镜的轴向，该摆动棱镜的棱镜座的改进在于，该棱镜座以圆柱区段状形式适配于摆动棱镜的底面并且被设计成具有倾斜45°的斜面，其中，棱镜座的外周面对应于摆动棱镜的外周面。

相比于传统的具有包括三个止动面且占据可观的安装空间的棱镜座的棱镜保持装置，根据本发明的棱镜保持装置的棱镜座被设计成很小。本发明的棱镜座也以圆柱区段状形式设计并且就其外周面而言适应于摆动棱镜的外周面。于是，该摆动棱镜能以其倾斜反射面容易地安装在棱镜座的合适的倾斜安装面上。另外，摆动棱镜和棱镜座的外径相互对准。这例如能在设备的合适内孔中容易实现。通过根据本发明的结构，所述摆动棱镜和棱镜座于是能以相互精确对准的方式被引导，而不用对零部件的制造和组装太费神。

摆动棱镜最好只以其反射面布置且固定在该棱镜座的斜面上。这减少了用于对准和固定的努力并保证该摆动棱镜的可靠的无销式安装。

光路进入摆动棱镜的输入面必须具有一定尺寸，从而光路未被缩短。为此，棱镜的直径必然具有一定尺寸。所需的安装空间通过所需要的摆动棱镜尺寸被增大。在一个有利的改进方案中，棱镜座于是可以具有偏心布置的转动轴线，其平行于圆柱轴线地延伸经过圆缺状底面的对称平面且比圆柱轴线更远离该入光面。这些措施减小了所需要的安装空间。棱镜座的支承轴线也偏离向棱镜座的对准直径。所述光路和转动轴线兹保持偏心。有利的是所述光路使入口面如此就位，即超过一半的摆动棱镜外径留下用于棱镜座的对准。

在一个有利的改进方案中，在转动轴线延长线中在背离摆动棱镜一侧的棱镜座具有轴颈，该轴颈可转动安装在棱镜保持装置的支座的转动轴承中。这导致棱镜座与摆动棱镜组合体的单侧安装，这总是保证该摆动棱镜相对于棱镜组的第二棱镜的正确对准。它构成一种尤其简单可行的且成本划算的安装和支承。

总体来说，根据本发明的摆动棱镜与根据本发明的棱镜座的组合导致显著缩小的安装空间，因为棱镜座不再包围摆动棱镜。摆动棱镜一方面相对于棱镜座且另一方面相对于内窥镜的其它光学元件的安装和对准兹也被简化和改善。

本发明所基于的目的也通过一种视向可变的内窥镜来实现，其具有根据本发明的前述棱镜保持装置。

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书和附图中变得清楚明白。本发明的实施例能完成单独特征或几个特征的组合。

以下将利用实施例并参照附图来描述本发明，但未限制总体发明构思，并且对于未以文字进一步解释的本发明任何细节，明确参照附图，其中：

图1是内窥镜的立体示意图，

图2是已知的棱镜单元的侧视示意图，

图3是已知的棱镜单元的俯视示意图，

图4是棱镜保持装置的剖视示意图，

图5中的a)和b)是棱镜和棱镜座的立体示意图，

图6是根据本发明的棱镜保持装置的剖视示意图，

图7中的a)-c)是本发明的棱镜座的俯视示意图和立体示意图。

在附图中，相同的或相似的元件和/或部分带有相同的附图标记以避免需要重新介绍。

图1示出根据本发明的内窥镜1的立体示意图，其具有近侧手柄2和刚性的内窥镜杆3。视窗5布置在内窥镜杆3的远侧尖端4上，在远侧尖端后面设有内窥镜杆的远端部段6，它具有棱镜单元(未示出)和图像传感器单元(未示出)。内窥镜1可以视频内窥镜形式来设计。

在远侧尖端4上的视窗5被设计成弧形且非对称的。视窗5于是被设计成支持可变侧向视角。视向的改变即关于内窥镜杆3的纵轴线的方位角的改变通过使手柄2绕中心转动轴线或者说内窥镜杆3的纵轴线转动来实现。内窥镜杆3的套管与手柄相连。在远侧尖端4上的棱镜单元(未示出)也随手柄2转动而转动。

手柄2具有呈转盘7状的第一操作件和呈滑动开关或压块状的第二操作件。

为了保持所示图像的水平位置，转盘7在手柄2过程中保持抓紧。这保证了内窥镜杆3中的图像传感器不跟随该运动。

压块8被移动以改变视角即视向相对于直视的偏差。向远侧按压该压块8例如导致视角增大，压块8向近侧回撤在此情况下实现视角缩小到直视。压块8的操作牵涉到图像传感器的转动以便也在棱镜单元彼此相对扭转时保持所示图像的水平位置。

图2示出相应已知的棱镜单元10的从侧面看的示意图。在图的左侧，如点划虚线所示的来自中心光路21的光经视窗5进入并经入口透镜11进入第一远侧棱镜12。光照中反射面13且通过全反射或镜面反射被向下反射向第二棱镜14以及第二棱镜的反射面15。反射面15相对于第二棱镜14的底面17具有锐角，从而中央光路首先被镜面反射到底面17的中央部段并从那里被反射向第二棱镜14的第二反射面16。第二反射面16也相对于底面17具有锐角，从而中心光路又被向上反射(轴线B)。在那里，光进入具有反射面19的第三棱镜18，中心光路21的光经过反射面19又在平行于内窥镜杆3纵轴线的方向上被中心反射并经出口透镜20离开棱镜单元10。另外，在棱镜单元10上方仍然示出用以将光从近侧引向远侧尖端以照亮此外未被照明的手术区的光纤束25的一部分。

可以使第一棱镜12绕垂直轴线A转动以调节侧向视角。反射面13和15也由此彼此相对转动，从而向近侧移动的图像的水平位置在第一棱镜12绕轴线A转动的情况下被改变。这必须通过图像传感器的转动来制衡。

图3以俯视示意图示出图2的棱镜单元10。左侧示出第一棱镜12如何按照0°视向布置(实线)。也用虚线示出连同入口透镜11使第一棱镜12绕转动轴线A转动。在此情况下，在第一棱镜12的反射面13和第二棱镜14的反射面15之间的重叠区变得歪斜。因此，水平位置也变得歪斜。

图4示出棱镜保持装置30的剖视示意图，其远侧布置在例如图1的内窥镜的内窥镜杆3内。光路在图4中从左侧行进至右侧。光首先经入口透镜11进入并直达第一摆动棱镜12中，它在这里在45°倾斜的反射面处被90°向下反射并且到达第二棱镜14。第二棱镜有分别倾斜45°的两个反射面，因而由中心光路21表示的入射光被90°偏转两次且进入到第三棱镜18，第二棱镜也具有倾斜45°的反射面并且90°偏转所述光，从而光在内窥镜纵向上最后偏转之后穿过后透镜组25。可以在后透镜组25的后面找到用于使光行至近侧设置的目镜的图像传感器或光学杆透镜系统，其在图4中未被示出。

摆动棱镜12可以绕用字母A标示的轴线枢转，该轴线与中心光路21的指向下方的截面重合。摆动棱镜12为此安装在棱镜座40中，棱镜座可绕轴线A转动地安装在外支座35内。第二棱镜14、第三棱镜18和后透镜组25也被安装在外支座35中。

图5在a)中以立体示意图示出适合作为摆动棱镜12的棱镜，其具有等角直角三角形形状，其中，入光面13A和出光面13B形成直角的相邻两边，而反射面13形成直角三角形的斜边，即与直角相对的边。滑动面13C是平面的。

图5中的b)示出图4的摆动棱镜12和棱镜座40的立体示意图。棱镜座40具有圆柱形周向轮廓且在其内侧具有用于摆动棱镜12的第一止动面41、第二止动面42和第三倾斜止动面43。这三个止动面41、42、43比较小以便尽量不挡住光路。这使得安装和调节或者说摆动棱镜12在棱镜座40内的对准更加费力。

另外，用于机械接合的齿轮齿45设置在偏移件(未示出)上，偏移件连接手柄上的滑动件与棱镜座40并且借此将在内窥镜杆3内的偏移件纵轴向移动转换为棱镜座40连同摆动棱镜12的枢转运动。

图6示出根据本发明的棱镜保持装置130的剖视示意图。与图4的已知实施例相似，根据图6，光学元件的一部分在本发明的这个实施例中安装在座135中。这涉及到第二棱镜14、第三棱镜18和除了轴向可转动性外还有后透镜组125。座135也在远侧区域内具有转动支承135，本发明的棱镜座140的轴颈142安装在该转动支承中。转动支承135的和轴颈142的中心与转动轴线A重合。棱镜座140具有倾斜45°的斜面，本发明的摆动棱镜112以其反射面113被固定在该斜面上。可以通过对比图6和图4而马上看到，棱镜座140所需的安装空间比已知冷静座40所需的安装空间小许多。座135也比座35突出短。

图7中的a)-c)示出根据本发明的棱镜座的俯视示意图和立体示意图。图7中的a)示出包括轴颈142在内的棱镜座140的顶侧的俯视图。棱镜座140的外周面146具有圆缺形状，即通过行经周长的直弦切割的圆。可以在俯视图中看到摆动棱镜112在如光面113A一侧略微超出棱镜座140。摆动棱镜112的和棱镜座140的外径的半径相互匹配。也可以看到轴颈142相对于圆形外周面146的实际中心偏心布置，即更远离该直边。

图7中的b)示出本发明的棱镜座140和摆动棱镜112的组合的立体示意图。摆动棱镜112以其反射面113布置和固定在棱镜座140的安装斜面上且在入光面113A侧略微超出棱镜座140外轮廓。总体来说，摆动棱镜112和棱镜座140形成基本圆柱形区段状或者说圆柱段状主体，即具有平行于中心圆柱轴线的切断侧面或者说平展侧面的圆柱形主体。出光面113B形成垂直于圆柱轴线对准的圆柱端面。圆柱端面垂直于入光面113A且相对于反射面113成45°角度安置。

图7中的c)示出转动轴线114在对称平面119中相对于圆柱轴线116偏心的效果，对称平面垂直穿过入光面113A的中心。在尺寸相同的入光面113A情况下，其外轮廓作为替代的外轮廓118如虚线所示的摆动棱镜将是在对应于圆柱轴线的转动轴线情况下所需要的。具有偏心的转动轴线114的摆动棱镜112的外轮廓如实线所示。在入光面113A和转动轴线114之间的决定了光路21在远侧区域中前行的几何形状比保持不变。但是，该外轮廓能被证明相对于转动轴线和圆柱轴线重合的情况是相对小的。具有替代的外轮廓118的摆动棱镜也在本发明的范围内。

通过相比于圆柱轴线在对称轴线119中平行移位转动轴线而造成的所述外轮廓相对于替代外轮廓118的缩小程度将针对内窥镜1的各自情况被调节。比图7中的c)所示的明显更进一步的偏心将会导致空间角度的更大削减，光可由该空间角度该被引导经过包括摆动棱镜112、第二棱镜14和第三棱镜18的整个系统，即尤其在靠近出光面113B的入光面113A区域中。

包括单独从附图中获得的以及与其它特征组合被披露的所有上述特征被单独地或以任何组合方式认为是对本发明重要的。根据本发明的实施例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”指出的特征是可选特征。

附图标记清单

1 内窥镜

2 手柄

3 内窥镜杆

4 远侧尖端

5 视窗

6 远端部段

7 转盘

8 压块

9 套管

10 棱镜单元

11 入口透镜

12 摆动棱镜

13 反射面

13A 入光面

13B 出光面

13C 侧面

14 第二棱镜

15,16 反射面

17 底侧

18 第三棱镜

19 反射面

20 出口透镜

21 中心光路

25 后透镜组

30 棱镜保持装置

35 底座

40 棱镜座

41 第一止动面

42 第二止动面

43 倾斜止动面

45 齿轮齿

112 摆动棱镜

113 反射面

113A 入光面

113B 出光面

113C 外周边

114 转动轴线

116 圆柱轴线

117 底面

118 替代外轮廓

119 对称平面

125 后透镜组

130 棱镜保持装置

135 底座

137 转动支承

140 棱镜座

142 轴颈

144 斜面

146 外周面

Claims (8)

1.一种用于具有可变视向的内窥镜(1)的摆动棱镜(112)，该摆动棱镜具有平面的入光面(113A)、平面的出光面(113B)和平面的反射面(113)，其中所述入光面(113A)和所述出光面(113B)彼此相对成90°角度布置且均相对于所述反射面(113)成45°角度布置，其特征是，所述摆动棱镜(112)被设计成具有呈圆缺状底面(117)的圆柱区段状主体，所述主体的圆柱轴线(116)垂直于所述出光面(113B)，其中在至所述出光面(113B)的投影中，所述入光面(113A)形成界定所述圆缺的弦。

2.根据权利要求1所述的摆动棱镜(112)，其特征是，所述圆柱轴线(116)被包含在所述底面(117)中，其中所述弦在所述底面(117)的对称平面(119)中距所述圆柱轴线(116)的距离在所述底面(117)的半径的20％至70％之间，尤其在30％至60％之间，特别是在40％至55％之间。

3.根据权利要求1或2所述的摆动棱镜(112)，其特征是，所述入光面(113A)和所述反射面(113)由圆柱形玻璃体切割而成。

4.一种棱镜保持装置(130)，该棱镜保持装置具有：根据权利要求1至3中任一项所述的摆动棱镜(112)；以及用于具有可变视向的内窥镜(1)的两个固定不动的棱镜(14,18)；和用于所述摆动棱镜(112)的棱镜座(140)，其中通过所述摆动棱镜(112)的入光面(113A)入射的光被朝向所述内窥镜(1)的轴向偏转，其特征是，所述棱镜座(140)以圆柱区段状形式适应于所述摆动棱镜(112)的底面(117)且被设计成具有以45°倾斜的斜面(144)，所述棱镜座(140)的外周面(146)对应于所述摆动棱镜(112)的外周面(113C)。

5.根据权利要求4所述的棱镜保持装置(130)，其特征是，所述摆动棱镜(112)只以其反射面布置和固定在所述棱镜座的倾斜面上。

6.根据权利要求4或5所述的棱镜保持装置(130)，其特征是，所述棱镜座(140)具有偏心布置的转动轴线(114)，所述转动轴线平行于所述圆柱轴线(116)延伸穿过圆缺状所述底面(117)的对称平面(119)并且比所述圆柱轴线(116)更远离所述入光面(113A)。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的棱镜保持装置(130)，其特征是，所述棱镜座(140)在背离摆动棱镜(113)的一侧在所述转动轴线(114)的延长线中具有轴颈(142)，所述轴颈以可转动方式安装在所述棱镜保持装置(130)的支座(130)的转动轴承(137)中。

8.一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7中任一项所述的棱镜保持装置(130)。