CN112444960A - 具有滤光片组件的内窥镜和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有滤光片组件的内窥镜和用途。根据本发明，该滤光片组件在保持装置(32,132,232)中包括一个在不同的方向上具有不同的滤光特性的滤光片(34)或者包括多个具有不同滤光特性的滤光片(134,136,138,140；234,236,238,240)，并且绕旋转轴线(38)以可旋转的方式在该内窥镜的至少一个光路(10)中在光入射方向上布置在该内窥镜(10)的物镜(13)之后内或之后以及在图像捕获单元或目镜(16)之前，其中该滤光片组件(30,130,230)被设计成当该滤光片组件(30,130,230)从第一目标旋转位置绕旋转轴线(38)旋转90°地到达第二目标旋转位置时执行从第一滤光特性至第二滤光特性的改变。

Description

具有滤光片组件的内窥镜和用途
技术领域
本发明涉及具有滤光片组件(optical filter arrangement)的内窥镜以及滤光片组件在内窥镜中的用途。
背景技术
内窥镜在医学领域中尤其被用于光学检查，其中在许多情况下，滤光片被用于实现特殊的检查形式。滤光片包括滤色镜以及带通滤光片或边缘滤光片、偏振滤光片以及紫外线和红外线滤光片(IR滤光片)。后者可以利用以下事实：内窥镜也可以在红外范围内使用，例如用于借助吲哚菁绿的荧光血管造影，其荧光光谱位于近红外范围内。在申请人的红外腹腔镜中，红外滤光片位于视野和目镜之间。
因此对于各种用途，医生不得不具有两个不同的腹腔镜以用于借助可见光的普通腹腔镜检查和用于红外腹腔镜检查，并在它们之间进行转换。因此，人们期望能够用一种内窥镜执行两种用途。
从US2012/0257030中知道一种内窥镜装置，其中，来自光源的光被交替传导经过布置在滤光轮(filter wheel)中的不同的滤色镜，使得照明光已经具有相应的颜色特性。由于滤光轮大于白光源，故该装置相当大。从US4,878,113A中知道一种内窥镜装置，该内窥镜装置在光源处也具有滤光轮，该滤光轮具有在可见光谱中的不同颜色的滤色镜。
从DE102015003681A1中知道一种用于在人体或动物身体上捕获物场图像的装置，该装置具有可枢转的滤光片，该滤光片可通过绕枢转轴线枢转而转入和转出光路。该枢转轴线垂直于该装置的光路的纵轴线取向。这样一来，滤光在一个枢转状态下发生，而在另一枢转状态下未发生滤光。
发明内容
不同于现有技术，本发明的目的是在单个内窥镜中实现不同的滤光特性而无需增大内窥镜的尺寸。
该目的通过一种具有滤光片组件的内窥镜实现，其在保持装置中包括在不同方向上有不同滤光特性的一个滤光片或者具有不同的滤光特性的多个滤光片，且该滤光片可绕旋转轴线旋转地在光入射方向上在内窥镜的至少一个光路中布置在内窥镜物镜之内或之后以及图像捕获单元或目镜之前，其中该滤光片组件被设计为当滤光片组件绕旋转轴线从第一目标旋转位置转动90°到第二目标旋转位置时执行从第一滤光特性到第二滤光片的变化。
在本发明范围中，滤光特性是指滤光片的光谱或极性滤光特性，尤其是指滤光片在哪个波长范围内是可透光的。这可以从红外范围到紫外范围并且可能包括极化过滤光，例如用于线性极化或圆形极化。但是，第一和第二滤光片特性必须彼此不同。
本发明基于以下基本思想：可旋转的滤光片组件可通过简单地将滤光片组件旋转90°而在第一滤光特性和第二滤光特性之间来回切换而不会离开光路。这确保在可旋转滤光片组件的每个设定条件下保证根据各自检查的要求的滤光。因为滤光片组件本身留在光路中，故可以在不改变内窥镜尺寸的情况下或者在保持尺寸增大较小的情况下实现这一点。
在一个实施例中，在不同的方向上具有不同滤光特性的滤光片被设计为基本呈长方体形的滤光片，其两个主轴线彼此垂直且垂直于旋转轴线，所述主轴线分别垂直穿过基本呈长方体形的滤光片的彼此相对的两个侧面，其中该滤光片可绕旋转轴线旋转地被保持在保持装置中，其中该滤光片通过使滤光片组件绕旋转轴线旋转90°到达两个不同的目标旋转位置，其中在每个位置中，滤光片的两个主轴线之一平行于至少一个光路的光轴布置。
在此实施例中，滤光片基本呈长方体形。这在本发明中意味着四个侧面基本呈矩形并且彼此成直角。旋转轴线所穿过的滤光片的顶侧和底侧也可以是矩形且平坦的，但这不是绝对必要的并且本发明不限于此。然而，用语“基本呈立方体形的滤光片”要求滤光片被设计成块体状，其中通过对每个主轴线适当地涂覆至少一个侧面、可能对于每个主轴线涂覆两个侧面来获得滤光特性。
基本呈长方体形的滤光片在两个目标旋转位置中在横向于光路方向的投影中具有足够的宽度和高度以覆盖至少一个光路。在旋转期间，最大宽度是穿过在由两个主轴线限定的平面中的矩形投影的对角线宽度，因此比两对侧面中最宽的一对最多宽41％。因此，为了实现基本呈长方体形的棱镜的旋转所需要的附加空间相对小。
在实施方式中，基本呈长方体形的滤光片分别在彼此邻接且平行于旋转轴线的至少两个侧面上具有用于第一滤光特性和第二滤光特性的涂层，其中特别是所有四个分别平行于旋转轴线的侧面均成对对置地具有用于第一滤光特性和第二滤光特性的涂层。
如果根据实施例该基本呈长方体形的滤光片在两个主轴线的方向上具有不同的厚度，则在通过旋转滤光片组件来改变滤光特性时可以有利地省掉内窥镜光学元件的焦点调节，所述厚度在第一滤光特性和第二滤光特性的不同波长下被调整适应内窥镜光学系统的焦点。
在实施例中，滤光片组件具有两个、三个或四个平面滤光片，它们由保持装置保持并彼此相对旋转90°布置，其中，在第一目标旋转位置中，具有第一滤光特性的至少其中一个所述平面滤光片位于光路中，而在第二目标旋转位置中，具有第二滤光特性的至少其中另一个所述平面滤光片位于光路中。此实施例与具有基本呈长方体形的滤光片的实施例的不同之处在于平面滤光片替代了基本呈长方体形的滤光片的侧面。在这种情况下，滤光片的最小数量是两个滤光片，它们布置在一个矩形的彼此相对旋转90°的侧面上，从而当旋转滤光片组件时，两个滤光片中的至少一个被插入到光路中，且各自另一个平行于在该光路外的光路来定位。由于平面滤光片的光学厚度小，故也无需在改变滤光特性即旋转滤光片组件时重新聚焦。
有利地，滤光片组件的旋转轴线垂直于内窥镜的至少一个光路定向。
前述实施例既可被用在具有一个光路的内窥镜中，也可被用在具有可能在局部有两个分开的光路的立体内窥镜中。该滤光片组件因此也能布置在内窥镜中的尚未发生划分为两个平行光路的位置处。如果需要，一个滤光片组件也可以被用于每个光路。
在一个实施例中，内窥镜被设计为具有两个平行光路的立体内窥镜，并且滤光片组件被设计为具有两对滤光片的滤光轮，其中，第一对滤光片的滤光片具有第一滤光特性，第二对滤光片的滤光片具有第二滤光特性，其中该滤光片组件的旋转轴线对应于光路之间的中心轴线和/或平行于该中心轴线，其中第一对滤光片的滤光片在第一目标旋转位置上与光路对准，第二对滤光片中的滤光片在第二目标旋转位置上与光路对准。不同于现有技术，在此的滤光轮以其两对滤光片布置在立体内窥镜光路中，在该滤光轮有足够空间的情况下。不需要过滤照明光，因此可以限制照明强度的损失。
在实施例中，在内窥镜上存在调节装置，借此可以旋转该滤光片组件。该调节装置通常位于用于内窥镜系统的手柄上或控制装置上并且容许在目标旋转位置之间切换，因此容许从第一滤光特性切换到第二滤光特性和回切。
在实施例中，该调节装置包括被设计为外磁环的调节环，调节环可操作地连接到作为磁耦合器一部分的内磁环，该内磁环尤其通过机械单元、特别是齿轮机械单元可操作地连接到滤光片组件的保持装置。回转磁耦合器在内窥镜中是已知的。它们具有可用手抓住的且设计成磁环的外调节环以及在内窥镜的密封部分内的内磁环，它们所产生的磁场形状通过沿周向分布的磁极件或单独磁体的布置在周向上变化。这种不均匀性确保了外磁环的旋转导致内磁环以同样程度旋转，该旋转可被机械传递到滤光片装置的保持装置。在滤光轮的情况下，内磁环也可以是滤光轮的一部分。
或者，规定该调节装置包括电动机和用于电动机控制的控制单元以及操作单元。
为了确保将滤光片组件的各自保持装置可靠放置在两个可选的目标旋转位置中，在实施例中包括锁定机构，该锁定机构被设计成将滤光片组件固定在第一目标旋转位置或第二目标旋转位置中，直到施加克服固定的力。
最后，本发明的目的还通过将滤光片组件用在根据本发明的前述内窥镜中的用途来解决，该滤光片组件包括保持装置，其具有一个在不同的方向上具有不同的滤光特性的滤光片，或具有多个有着不同的滤光特性的滤光片，其中该滤光片组件在内窥镜的至少一个光路中在光入射方向上可绕旋转轴线旋转地布置在内窥镜的物镜之内或之后以及图像捕获单元或目镜前方，其中该滤光片组件被设计为当滤光片组件围绕旋转轴线从第一目标旋转位置旋转90°到第二目标旋转位置时执行从第一滤光特性到第二滤光特性的改变。
用途涉及根据本发明的内窥镜，因此共享其优点、性能和特征。
从对根据本发明的实施例的描述连同权利要求书和附图中，本发明的其它特征将变得清楚明白。根据本发明的实施例可以实现单独特征或多个特征的组合。
在本发明的范围内，由“特别是”或“优选”表示的特征被理解为可选特征。
附图说明
以下基于参照附图的实施例来描述本发明，但不限制本发明的总体构思，由此，对于根据本发明的所有未以文字详细解释的细节，我们明确参照附图。在图中：
图1示出根据现有技术的内窥镜的一部分的横截面示意图，
图2a和图2b示出具有可旋转的滤光片组件的根据本发明的内窥镜的一部分的横截面示意图以及滤光片组件的示意图，
图3示出根据本发明的可旋转的滤光片组件的旋转的示意图，
图4示出具有根据本发明的另一滤光片组件的内窥镜部分的横截面示意图，
图5a和图5b示出根据图4的滤光片组件的示意图，
图6示出根据现有技术的侧视立体内窥镜的光路，和
图7示出用于根据图6的光路的滤光轮的调节的示意图。
附图标记列表
10 内窥镜
12 轴
13 物镜
14 壳体
16 目镜
18 照明单元
20 滤光片
22 光轴
30 滤光片组件
32 保持装置
34 滤光片
36 旋转
38 旋转轴线
40,42 主轴线
50 调节装置
52 调节环
54 内磁环
56 齿轮机械单元
130 滤光片组件
132 保持装置
134,138 滤光片
136,140 滤光片
142 空闲空间
144 保持盘
146 齿轮轮廓
148 保持杆
200 立体内窥镜的光学系统
202 输入透镜系统
204 偏转棱镜
206 平行透镜系统
210,212 滤光片
220 第一光路
222 第二光路
230 滤光片组件
232 滤光轮
234,238 滤光片
236,240 滤光片
具体实施方式
在附图中，相同或相似的元件和/或部件均带有相同的附图标记，在附图中，各附图标记相同。因此，将始终省略重新介绍。
图1示意性示出现有技术中已知的内窥镜10的一部分的横截面。这是一种具有内窥镜轴(未显示)的IR腹腔镜，内窥镜轴具有物镜13或可能一系列沿内窥镜10的光学系统的光轴22或中心轴线排列的镜头反转系统。所示部分位于内窥镜10的手柄中，在内窥镜的壳体14上还存在照明单元18，该照明单元所产生的光被引入被引向远端的光纤中(无附图标记)。从左侧经内窥镜10且经过部分所示的轴12所传播的光到达被设计为IR滤光片的滤光片20，仅使未被滤除的IR范围内的光的光谱部分经过该IR滤光片并进入目镜16的透镜组。滤光片20留在光路中，从而在内窥镜10中建立滤光特性。
图2a示出基于图1所示的已知内窥镜的、根据本发明的改进型内窥镜，其中，IR滤光片20被根据本发明的可绕旋转轴线38旋转的滤光片组件30代替。滤光片组件30包括保持装置32，该保持装置允许绕旋转轴线38的旋转36并且保持基本为长方体形的主要在图2b中被示意性示出的滤光片34。
基本呈长方体形的滤光片34具有两个主轴40、42，它们垂直于旋转轴线38并且彼此垂直。它们居中穿过基本呈长方体形的滤光片34的侧面。通过使滤光片34绕旋转轴线38旋转90°，交替地使主轴40或主轴42平行于内窥镜10的光学系统的光轴，从而在滤光片34的输入面和/或输出面上的仅分别起作用的涂层确保在各自设定的滤光特性情况下的滤光效果。主轴线40所穿过的两个侧面中的至少一个被涂覆，从而设定第一滤光特性，而主轴线42所穿过的两个侧面中的至少一个被涂覆，从而设定第二滤光特性。第一滤光特性例如可以是允许可见光通过并阻挡红外光，而第二滤光特性可以是允许红外光通过。本发明未局限于滤光特性的特定选择或组合；只需要滤光特性彼此不同。
图3示出绕滤光片34的旋转轴线38旋转90°的效果。因此在第一状态下是侧面1和2、而在第二状态下是侧面3和4位于光路中，其中，一方面，侧面1和2彼此相对，另一方面，侧面3和4彼此相对。在第一状态或目标旋转位置中，滤光片34具有比在第二状态或第二目标旋转位置中更大的厚度。在两个方向上的厚度被选择成可允许在不重新聚焦光学系统的情况下发生旋转，因此它根据滤光特性被调整。
图4示出具有可旋转的滤光片组件130的内窥镜10的另一实施例。与根据图2a、图2b和图3的滤光片组件30相比，多个平面的或扁平的滤光片134、136、可能还有138、140布置在保持装置132中，滤光片分别产生第一或第二滤光特性。这些平面滤光片134、136彼此相对旋转90°地布置并且对应于立方体的侧面。
在图4中还示出具有调节机构的调节装置50，其也可被用于图2a、图2b和图3中的实施例。这是磁耦合器，它具有作为调节环的外磁环52，调节环可被操作者的手抓住并绕内窥镜纵轴线被旋转，还具有与前者磁性相互作用并被外磁环52的旋转带动的内磁环54。内磁环在其近端具有齿轮轮廓，其形成与保持装置132上的齿轮轮廓相结合的齿轮机构或齿轮机械单元56。内磁环54绕内窥镜的光轴或中心轴线的旋转因此确保了保持装置132连同布置在保持装置上的滤光片绕垂直于光轴的旋转轴线38旋转。
保持装置132本身在图5a、图5b中被更详细示出。它包括具有齿轮轮廓146的保持盘144以及从保持盘144伸出的中心保持杆148，中心保持杆在其另一端具有2、3或4个滤光片134、136、可能是138、140。在滤光片134、136、138、140之间的空闲空间中没有材料。两对当中每一对的第二滤光片138、140是可选的这一事实在图5a中被清楚示出，因为它们仅用虚线来表示。
凹槽也能彼此间隔90°地被施加在保持盘144的周面上，这些凹槽与弹簧锁定机构(未显示)共同合作以确保将滤光片组件可靠定位在目标旋转位置中。
图6示出根据现有技术的侧视立体内窥镜的光路。它具有带有弯曲的输入窗和输入透镜的输入透镜系统202以及偏转棱镜单元204，另一透镜以及第一光路220和第二光路222的两个平行透镜系统206被附接至偏转棱镜单元。分别在位于偏转棱镜204正后方的透镜与平行透镜系统206之间布置有一个例如可被设计为红外滤光片的滤光片210、212。
在图7的左侧，以正视图示出图6的光学系统200的滤光片组件。另一方面，在右侧示出的根据本发明的滤光片组件230包括滤光轮232，该滤光轮可以绕在成像平面的法线上延伸的旋转轴线(无附图标记)旋转(附图标记36)，其中，90°旋转使两个滤光片234、238转动出光路，使滤光片236、240转动到光路中。为此不需要几何形状的改变。滤光轮232可被机械连接至来自图4的实施例的内磁环54或包括它。滤光轮232可以具有用于锁定机构按照90°的距离的凹槽或类似机构。
在所示光学系统布置在长的内窥镜轴的远端的情况下，也可以规定穿过内窥镜轴的机械连接用于滤光轮232的旋转，或者可以提供调节电动机或采用其它适当的手段。
所有命名的特征包括仅从附图中得到的特征以及结合其它特征所公开的单独特征在内地单独地且在组合中都被视为对本发明是重要的。可以通过单个特征或多个特征的组合来实现本发明的实施例。

Claims (12)

1.一种具有滤光片组件(30,130,230)的内窥镜(10)，所述滤光片组件在保持装置(32,132,232)中包括一个在不同的方向上具有不同的滤光特性的滤光片(34)或者包括多个具有不同滤光特性的滤光片(134,136,138,140；234,236,238,240)，并且绕旋转轴线(38)以可旋转的方式在所述内窥镜(10)的至少一个光路中在光入射方向上布置在所述内窥镜(10)的物镜(13)之内或之后并且在图像捕获单元或目镜(16)之前，其中，所述滤光片组件(30,130,230)被设计成当所述滤光片组件(30,130,230)从第一目标旋转位置绕所述旋转轴线(38)旋转90°而到达第二目标旋转位置时执行从第一滤光特性至第二滤光特性的改变。
2.根据权利要求1所述的内窥镜(10)，其特征在于，在不同的方向上具有不同的滤光特性的所述滤光片(34)被设计为具有彼此垂直且垂直于所述旋转轴线(38)的两个主轴线(40,42)的基本长方体形的滤光片，所述主轴线分别垂直穿过基本呈长方体形的滤光片的彼此相对的两个侧面，其中，所述滤光片(34)以可绕所述旋转轴线(38)旋转的方式被保持在所述保持装置(32)中，其中，所述滤光片(34)通过使所述滤光片组件(30)绕所述旋转轴线旋转90°而到达两个不同的目标旋转位置，在每个所述目标旋转位置中，所述滤光片(34)的两个主轴线(40,42)之一平行于所述至少一个光路的光轴(22)布置。
3.根据权利要求2所述的内窥镜(10)，其特征在于，基本呈长方体形的所述滤光片(34)在彼此邻接且平行于所述旋转轴线(38)的至少两个侧面上分别具有用于所述第一滤光特性和所述第二滤光特性的涂层，其中，特别是平行于所述旋转轴线(38)的所有四个侧面均具有分别用于所述第一滤光特性和所述第二滤光特性的配对相反的涂层。
4.根据权利要求2或3所述的内窥镜(10)，其特征在于，基本呈长方体形的所述滤光片(34)在所述两个主轴线(40,42)的方向上具有不同的厚度，所述厚度在所述第一滤光特性和所述第二滤光特性的不同波长下被调节成适应于所述内窥镜(10)的光学系统的焦点。
5.根据权利要求1所述的内窥镜(10)，其特征在于，所述滤光片组件(130)具有两个、三个或四个平面滤光片(134,136,138,140)，所述平面滤光片由所述保持装置(130)保持并彼此相对旋转90°地布置，其中，在所述第一目标旋转位置中，具有所述第一滤光特性的至少其中一个所述平面滤光片(134,138)位于所述光路中，而在所述第二目标旋转位置中，具有所述第二滤光特性的至少其中另一个所述平面滤光片(136,140)位于所述光路中。
6.根据权利要求1所述的内窥镜(10)，其特征在于，所述滤光片组件(30,130)的所述旋转轴线(38)垂直于所述内窥镜的所述至少一个光路定向。
7.根据权利要求1所述的内窥镜(10)，其特征在于，所述内窥镜(10)被设计为具有两个平行光路(220,222)的立体内窥镜，且所述滤光片组件(230)被设计为具有两对滤光片(234,238；236,240)的滤光轮(232)，其中，第一对滤光片的滤光片(234,238)具有所述第一滤光特性，而第二对滤光片的滤光片(236,240)具有所述第二滤光特性，其中，所述滤光片组件(230)的旋转轴线对应于所述光路(220,222)之间的中心轴线和/或平行于所述中心轴线，其中，所述第一对滤光片的滤光片(234,238)在所述第一目标旋转位置上与所述光路(220,222)对准，所述第二对滤光片(236,240)的滤光片在第二目标旋转位置上与所述光路(220,222)对准。
8.根据权利要求1所述的内窥镜(10)，其特征在于，在所述内窥镜(10)上设有调节装置(50)，借助所述调节装置(50)能旋转所述滤光片组件(30,130,230)。
9.根据权利要求8所述的内窥镜(10)，其特征在于，所述调节装置(50)包括设计为外磁环的调节环(52)，所述调节环作为磁耦合器的一部分可操作地连接至内磁环(54)，所述内磁环特别是通过机械单元、特别是齿轮机械单元(56)可操作地连接到所述滤光片组件(30,130,230)的保持装置(32,132,232)。
10.根据权利要求8所述的内窥镜(10)，其特征在于，所述调节装置包括电动机和用于所述电动机的控制的控制单元并且包括操作单元。
11.根据权利要求1所述的内窥镜(10)，其特征在于，包括锁定机构，所述锁定机构被设计成将所述滤光片组件(30,130,230)固定在所述第一目标旋转位置或第二目标旋转位置中，直到施加了克服固定的力为止。
12.根据权利要求1所述的滤光片组件(30,130,230)在内窥镜(10)中的用途，所述滤光片组件包括保持装置(32,132,232)，所述保持装置保持一个在不同的方向上具有不同的滤光特性的滤光片(34)或者保持多个具有不同滤光特性的滤光片(134,136,138,140；234,236,238,240)，其中，所述滤光片组件(30,130,230)绕旋转轴线(38)以可旋转的方式在所述内窥镜(10)的至少一个光路中沿光入射方向布置在所述内窥镜(10)的物镜(13)之内或之后并且在图像捕获单元或目镜(16)之前，其中，所述滤光片组件(30,130,230)被设计成当所述滤光片组件(30,130,230)绕所述旋转轴线(38)从第一目标旋转位置旋转90°而到达第二目标旋转位置时执行从第一滤光特性至第二滤光特性的改变。
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