CN114072042A - 光学导光器、内窥镜、制造和使用光学导光器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学导光器1、19、20，其具有组合成束2的多个光导单纤维3和包覆束的外周边的至少一个区段的至少一个护套4、5，该至少一个护套4、5由陶瓷制成。

Description

光学导光器、内窥镜、制造和使用光学导光器的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月4日提交的题为“Optic light guide,endoscope,methodfor producing and using an optic light guide(光学导光器、内窥镜、制造和使用光学导光器的方法)”的欧洲专利申请号19184544.5的优先权，其内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种光学导光器，其具有多个光导单纤维的一个束和覆盖该束的外周边的至少一个区段的至少一个护套。

本发明还涉及一种具有光学导光器的内窥镜。

本发明进一步涉及一种用于制造光学导光器的方法。

最后，本发明涉及出于在轴的近端和轴的远端之间引导光的目的的光学导光器的使用。

背景技术

上述类型的导光器是已知的。例如，它们在内窥镜中使用，用于将光源的光从内窥镜轴的近端引导至远端以例如照亮待检查的腔体中的点的目的。可替代地，导光器可以将在内窥镜前部(视场)捕获的图像引导至内窥镜的近端处(例如内窥镜手柄中)的图像传感器。在这种情况下，导光器将从组织反射的光引导至成像器。

出于制造光学导光器的目的，通常的做法是通过护套牢固地包围由多个光导单纤维组成的束，这允许单纤维以可能的最大密度包装。随后，例如，如果护套是端护套，则可以将束修整到期望的长度并研磨和/或抛光以形成平坦的端部。护套因此构成光学导光器的纤维套管。

然而，现有光学导光器的一个反复出现的问题是它们占用相对大量的安装空间，例如当它们被安装在内窥镜中时。由于内窥镜经常被引入窄的腔体以对其进行检查，因此希望设计具有尽可能窄(或尽可能细)的内窥镜轴的内窥镜。由于导光器沿内窥镜轴的纵向轴线布置，轴的直径在很大程度上由光学导光器的厚度限定。

然而，同时，光学导光器的重量要尽可能的小，因为用户例如在使用内窥镜时通常还需要提起安装在内窥镜中的导光器的重量。此外，本发明在必要时可以提供由导光器在不垂直于导光器或内窥镜轴的纵向轴线但横向于导光器或内窥镜轴(或与其成一定角度)的内窥镜尖端的区域中所形成的正面(光入射表面和/或光出射表面)的对准。在这一点上，经常使用反射面(例如镜子)，然而这会占用额外的安装空间并且有时会增加光学导光器的总重量。

本发明的至少一些实施例的目的是改进先前已知的光学导光器和/或上述类型的内窥镜的使用特性。

发明内容

根据本发明，提供根据权利要求1所述的光学导光器。特别地，根据本发明，提供一种上述类型的光学导光器，其中至少一个护套由陶瓷制成。该陶瓷具有以下优点：可以非常容易地选择形状，并且护套的材料足够坚固和坚硬以提供稳定性和坚固性。此外，陶瓷护套具有与其他材料(例如金属)相比相对光滑的表面，并且促进将单纤维作为束插入并设置所需的束密度。

此外，陶瓷是不导电材料，这意味着护套为电子部件(例如成像模块或图像传感器)提供额外的绝缘。因此，不需要用于使护套绝缘的目的的额外的绝缘体，该额外的绝缘体将占用额外的安装空间。

下面，描述了本发明的有利实施例，这些实施例可以单独或与其他实施例的特征组合，可选地与权利要求1的特征组合。

根据有利的实施例，至少一个护套可以遵循非直线路线(尽管直线路线也是可能的)。例如，护套可以遵循成角度的路线以允许以与内窥镜的纵向轴线和/或光学导光器的可确定角度的辐射。此外，护套的非直线设计的优点是护套方向的改变可用于避开障碍物。特别是在内窥镜中，非直线设计允许光学导光器占用的安装空间最小化，因为护套方向的改变允许纤维束在内窥镜内的障碍物周围被布线(route)。这尤其允许将内窥镜设计成具有尽可能小的直径以引入特别窄的腔体。

根据另一有利实施例，光学导光器可以包括至少两个护套，该至少两个护套中的每个护套包括束的外周边的一个区段。例如，两个护套可以分别布置在束的一端处和/或在束的端部处封闭该束。护套因此更有效地防止束的单纤维散开。此外，可以不同地设计护套，这意味着束的各个区段的方向单独对准或改变可以被设置(或被设置)。此外，这允许最大地使用现有的安装空间。

为了减轻重量，而同时确保束的纤维套管具有足够的质量，部分束可以设计成没有护套套管。特别地，本发明提供前面所述的两个护套，特别是专门包围束的两个端部区段，而位于端部之间的中间(或居中)区段被设计为没有护套，即没有套管。

为了通过至少一个护套将光在一个或多个障碍物周围重定向，该至少一个护套可以包括至少一个方向改变。为了将光在若干障碍物周围重定向，该至少一个护套可以包括至少两个或多个方向改变。例如，可以通过由护套形成的并且引导束的非直线通道例如拐点、曲线、偏转和/或停挡来实现本申请意义内的方向改变。因此，不需要额外的安装空间来在用于光学导光器的安装空间中将光在障碍物周围重定向。事实上，护套可以通过将单纤维牢固地包围在该区域中，从而防止束在方向改变的区域中散开成单纤维和/或补偿由方向改变引起的单纤维束中的张力，从而使它们尽可能靠近在一起。

根据另一有利实施例，至少一个护套可以包括沿其路线的至少一个部分形状变化的横截面。横截面的形状可以根据给定的安装空间情况随意调整，以促进将光重定向在位于安装空间中的障碍物周围。出于将被引导的光量保持在尽可能恒定的水平的目的，横截面的变化形状的横截面面积可以保持相同。可能的横截面形状的一些示例包括：球形、卵形、角形、非圆形、圆形和/或半圆形。

出于保持束中的单纤维尽可能靠近在一起并填充单纤维之间的间隙的目的，另一有利实施例提供用稳定单纤维的粘合剂至少部分地填充的由至少一个护套包围的单纤维之间的至少一个空间。

特别地，有利的实施例提供完全用粘合剂填充的由护套包围的间隙。这样的粘合剂可以是例如化学硬化粘合剂，特别是环氧树脂粘合剂。该粘合剂允许特别好地控制硬化过程的时间。在其硬化状态下，粘合剂优选是透明的和/或导光的。

根据进一步的改进，为了实现束在护套内的特别牢固(或良好)的固定，特别是在束插入后不挤压护套，可以提供护套的横截面(例如前述的横截面)沿其路线变窄。可替代地或附加地，还可以提供护套的端部区域包括小于位于距该端部区域一定距离处的区域(例如中心区域)的横截面区域。这允许将束插入护套中，其中束中的单纤维在由护套形成的窄点处被压实并且因此被护套牢固地包围(或保持)。因此可以提供，除了端部区域和/或窄点之外，护套的前述横截面面积保持恒定。

根据本发明的另一方面，提供一种包括光学导光器的内窥镜，这样的内窥镜是本文所描述和要求保护的类型，其中光可以通过光学导光器在轴的远端和轴的近端之间被引导，或在内窥镜的使用期间被引导。光学导光器可用于将光从布置在轴的近端处的光源引导至轴的远端。光学导光器还可用于将在轴的远端处捕获的光引导至轴的近端。光学导光器允许光在轴中形成的安装空间中的不透明障碍物周围重定向，这意味着在内窥镜的轴中不需要或不提供单纤维束的线性和/或直线布置。这样做的优点是可以将轴的总直径保持得尽可能小，因为布置光学导光器所需的总安装空间更小。

本发明还涉及一种用于制造光学导光器的方法，例如如本文所描述和要求保护的，其中光学导光器包括多个光导单纤维束和至少一个护套，该至少一个护套包括束的外周边的至少一个区段，其中包括单纤维的束被插入到由陶瓷材料制成的护套中。由至少一个护套包围的在单纤维之间的空隙可以至少部分地用粘合剂填充。这意味着上面已经关于光学导光器的实施例描述的优点在相同程度上适用于该方法。因此，该方法允许制造占用很少安装空间的稳固的光学导光器。可选地，可以借助于护套通过例如在障碍物周围设置束的方向改变，进一步减少所需的安装空间。

最后，本发明涉及在内窥镜中使用如本文所描述和要求保护的光学导光器。例如，可以提供，借助于光学导光器，将光(用于照明)从内窥镜轴近端处的光源引导至轴的远端。作为替代或补充，借助于光学导光器，可以将在轴的远端处捕获的光引导至轴的近端。特别是，光学导光器的单纤维束可以以非直线方式布置(即不沿直线布置)在轴的安装空间内，以便能够在不透明障碍物周围的安装空间内间接地重定向光，而不浪费安装空间。

下面，将通过多个示例性实施例更详细地描述本发明；然而，本发明不限于这些示例性实施例。在一个或多个权利要求的特征与另一个特征和/或与示例性实施例的单个或多个特征的组合中，进一步的示例性实施例将是显而易见的。

附图说明

附图表示：

图1是包括光学导光器的内窥镜的示意性纵向表示，其中通过光学导光器将光从布置在轴的近端处的光源引导至轴的远端，

图2是内窥镜尖端的纵向细节图，该内窥镜尖端具有彼此相隔一定距离布置的两个单独的光学导光器，在两个单独的光学导光器之间布置有用于图像生成的光通道，其中光学导光器各自执行至少一个方向改变，并且内窥镜的观察方向相对于内窥镜轴的纵向轴线成角度，

图3是图2中内窥镜尖端的前视图，其中由光学导光器形成的光出射面积具有非圆形(特别是卵形)的形状，

图4是光学导光器的护套的可替代实施例的纵向表示，其中护套沿其路线(长度)向下成一定角度并沿其路线变窄，

图5是光学导光器的护套的另一可替代实施例的示意表示，其中护套和/或光学导光器包括沿护套的路线改变的护套的横截面(参见相交线A、B和C)的方向和形状的多个改变，

图6示出图5中标记字母A、B和C的护套的相交线的横截面，其中护套的横截面的形状沿其路线从圆形改变为卵形再到圆形。

具体实施方式

图1示出整体带有附图标记100的内窥镜，该内窥镜具有内窥镜轴12，该内窥镜轴12包括光学导光器1、19、20。例如，内窥镜100可以包括相对较短的光学模块(例如，CIT“尖端芯片”内窥镜)。

光学导光器1、19、20沿着轴12的纵向轴线从内窥镜轴12的远端13到近端14布置。这允许通过光学导光器1将光引导穿过内窥镜轴12。

光学导光器1、19、20包括由多个光导单纤维3组成的束2，其中单纤维3通过护套4、5至少在区段上包围而成束。护套4、5的内引导通道21取决于束2中单纤维的数量和每个纤维的直径。护套4、5的引导通道21的至少一部分的尺寸通常被设计成使得单纤维束2被引导通道21的内壁保持或夹住(或固定到内壁)。如下文将进一步描述的，内引导通道21可以是锥形的，以便于将纤维插入其中。本发明可以提供护套4、5的壁厚尽可能小，例如最大值为500μm、特别是最大值为400μm、特别是最大值为300μm、特别是最大值为200μm、特别是最大值为100μm。

护套4、5部分或全部由陶瓷材料制成。陶瓷材料允许给定护套4、5特别简单的形状。同时，例如通过运行本身已知的烧结工艺，可以使护套4、5足够硬以实现足够的稳定性和坚固性，使得护套4、5的形状在安装期间或使用期间不改变。此外，陶瓷护套4、5具有特别光滑的表面，其允许将束2的单纤维3引入护套4、5中并且促进单纤维3的给定包装密度的实现。

本发明可以提供以被称为LCM工艺(基于光刻的陶瓷生产)制造的护套4、5的制造。

图2示出内窥镜100的尖端18的纵向截面的详细视图，内窥镜100包括两个光学导光器19、20，该两个光学导光器19、20彼此相隔一段距离并且沿着内窥镜轴12的纵向轴线布置。

图3示出图2中描绘的内窥镜的尖端18的顶视图(或前视图)。

用于图像生成的光学通道17被布置在光学导光器19、20之间。通过用于图像生成的光学通道17，内窥镜100的视场内的场景的图像可以被记录并传输到图像传感器。

在图1、图2和图3描绘的实施例中，光学导光器1、19、20被用于将来自光源16(图1中所示)的光从轴12的近端14引导至远端13以便能够照亮场景。从场景反射的光被光学通道17(如图2中所示)捕获以生成图像。在可替代实施例中，光学导光器1、19、20可以被用于从场景捕获光并将所捕获的光从内窥镜轴12的远端(13)引导至内窥镜轴12的近端14。

如图1、图2、图4和图5中所示，至少一个护套4、5可以遵循非直线路线。这意味着护套4、5并且特别是由护套4、5形成的引导通道21不遵循精确的直线路线，而是非直线路线。因此，可以通过护套4、5以特别精确的方式设置照明方向相对于光学导光器1和/或轴12的纵向轴线的角度。具体地，由于护套4、5由在使用过程中不弯曲的硬(实心)陶瓷材料制成，因为纤维束符合陶瓷护套4、5所遵循的路线，所以单纤维束的端部的取向可以固定在期望的取向上。

第一光学导光器1、19包括遵循成角度路线的护套4、5，这意味着光出射区域23中的出射方向横向于轴12的纵向轴线和/或光学导光器1、19(以一定角度)延伸。

第二光学导光器1、20包括遵循弯曲路线的护套4、5，这意味着束2在轴12的安装空间中的障碍物周围被引导。护套4、5的弯曲路线还布置成使得光出射区域23中的出射方向横向于轴12的纵向轴线和/或光学导光器1、20(成角度)延伸。在该实施例中，两个光学导光器19、20共享相同的出射方向。

每个光学导光器1、19、20包括至少一个护套4、5。关于图1中描绘的实施例替代方案，本发明旨在使光学导光器1至少包括第一护套4和第二护套5。第一护套4在束2的第一端部6处包围束2的单纤维3，并且第二护套5在束2的第二端部7处包围束的单纤维3。两个端部6、7之间的中间或居中区段没有被护套4、5包围。这有助于最小化光学导光器的整体重量。

如在图2和图5中清楚可见，护套可以包括在方向8上的一个或多个改变，以便使束2在障碍物周围(例如在内窥镜轴12的安装空间中)布线或实现光的期望的出射方向。例如，可以通过给定护套和/或由护套4、5形成的引导通道21特定形状来实现方向的改变。特定形状可以是例如拐点、曲线、材料挡块或螺旋。

图5示出护套4、5的实施例替代方案，其包括在方向8上的多个改变，从而实现束2穿过护套4、5的曲折和/或几乎曲折的路线。

此外，图5中所示的光学导光器1包括护套4、5，该护套4、5具有沿其路线形状变化的横截面9。特别地，护套4、5的横截面9至少是指护套4、5的引导通道21的横截面。图6示出护套4的横截面9的三种不同的横截面形状，其中图5中描绘的并用字母A、B和C标记的相交线示出在每种情况下护套4、5在什么位置相交。

例如，示例的横截面A和横截面C的形状为圆形，横截面B具有卵形形状。

然而，无论横截面9的形状如何，护套4、5的横截面9、A、B和C的相应横截面面积的表面积可以保持相同。如果横截面面积确实保持相同，则可以引导的光量不受到束2的横截面的形状改变的负面影响。横截面的不同形状可用于最佳利用可用的安装空间。例如，在狭窄的点可以使用非圆形形状以避免必须使该点中的光学导光器1的外直径更小。

束2的单纤维3之间的空隙可以在由护套4、5包围的区域中用粘合剂至少部分地填充。例如，所述粘合剂可以是可化学硬化的粘合剂。这使得至少在护套4、5的区域中更容易稳定单纤维3。这种粘合剂还有助于将纤维束固定到护套4、5。

例如，如图4中所示，为了能够通过护套4、5尽可能容易地设定束2的包装密度，护套4、5的引导通道21的横截面9可以沿其路线变窄。

作为替代实施方案或附加实施方案，护套4、5的至少一个端部区域10可以包括小于位于距该端部区域10一定距离处的区域的横截面区域。例如，位于一定距离处的区域可以是护套4、5的中心区域11。

在内窥镜轴12的远端13处，形成限定内窥镜尖端18的视野的正面(参见图3)。在每种情况下，正面包括朝向外侧覆盖束2的盖玻片22，其布置在束2的光出射区域23中。盖玻片22允许气密密封，例如以防止湿气进入。

为了能够通过光学导光器以尽可能少的损耗实现光导，本发明可以提供束的单纤维3的端面，如果束的单纤维3的端面尚未抛光，则对其进行抛光。例如，可以在将盖玻片22安装在光出射区域23中之前执行该步骤。

在本文中，使用陶瓷护套4、5的优点也在于，所述陶瓷护套具有更大的坚固性和耐热性，这意味着单纤维3在已经由护套4、5包围之后，单纤维3的端面仍然可以进行抛光或研磨。

此外，护套4、5本身可以在精加工步骤中更容易被修改，例如研磨和/或抛光。

因此，本发明具体涉及一种光学导光器1、19、20，其具有组合成束2的多个光导单纤维3和包围束的外周边的至少一个区段的至少一个护套4、5，该至少一个护套4、5由陶瓷制成。

附图标记列表

1 光学导光器

2 束

3 单纤维

4 (第一)护套

5 (第二)护套

6 束的第一自由端部

7 束的第二自由端部

8 方向改变

9 横截面

10 端部区域

11 中心区域

12 轴

13 远端

14 近端

15 束的外周边

16 光源

17 用于图像生成的光学通道

18 内窥镜尖端

19 第一导光器

20 第二导光器

21 引导通道

22 盖玻片

23 光出射区域

Claims (20)

1.光学导光器(1)，其包括光导单纤维(3)的束(2)和覆盖所述束(2)的至少一个区段的外周边(15)的至少一个护套(4、5)，其特征在于，所述至少一个护套(4、5)由陶瓷制成并且布置在内窥镜(100)的尖端(18)的区域中。

2.根据权利要求1所述的光学导光器(1)，其特征在于，所述至少一个护套(4、5)遵循非直线路线，特别是所述护套(4、5)具有至少一个方向改变。

3.根据权利要求1或2所述的光学导光器(1)，其特征在于，所述光学导光器(1)包括至少两个护套(4、5)，所述护套各自覆盖所述束(2)的外周边(15)的一个区段，优选地，所述护套(4、5)布置在所述束(2)的两个端部(6、7)中的每一个处，其中所述两个端部(6、7)中的一个布置在所述内窥镜(100)的所述尖端(18)处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学导光器(1)，其特征在于，所述至少一个护套(4、5)具有在方向(8)上的至少两个或多个改变。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光学导光器(1)，其特征在于，所述至少一个护套(4、5)包括形状沿其路线的至少一个部分变化的横截面(9)。

6.根据权利要求5所述的光学导光器(1)，其中所述横截面(9)的变化形状的横截面面积相同。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光学导光器(1)，其特征在于，由所述单纤维(3)之间的所述至少一个护套(4、5)包围的至少一个间隙用粘合剂至少部分地填充。

8.根据权利要求7所述的光学导光器(1)，其中所述粘合剂包括可化学硬化的粘合剂，优选地为环氧树脂粘合剂，并且稳定所述单纤维(3)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光学导光器(1)，其特征在于，所述护套(4、5)的所述横截面(9)沿其路线变窄和/或所述护套(4、5)的端部区域(10)包括小于位于距所述端部区域(10)一定距离处的区域的横截面区域，所述横截面区域特别是中心区域(11)。

10.具有根据前述权利要求中任一项所述的光学导光器(1)的内窥镜(100)，特别是其中，通过所述光学导光器(1)，光能够在轴(12)的远端(13)和所述轴(12)的近端(14)之间被引导，或在使用期间被引导。

11.根据权利要求10所述的内窥镜(100)，其中在使用期间光从所述轴(12)的所述远端(13)被引导至所述轴(12)的所述近端(14)。

12.根据权利要求10或11所述的内窥镜(100)，其中在使用期间来自光源的光从所述轴(12)的所述近端(13)被引导至所述轴(12)的所述远端(14)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的光学导光器(1)，其特征在于，所述光学导光器(1)在所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的所述区域中改变方向以将所述光学导光器(1)的正面与所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的成角度面对准。

14.根据权利要求13所述的光学导光器(1)，其中所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的所述成角度面不垂直于所述内窥镜(100)的轴(12)的纵向轴线。

15.一种内窥镜(100)，其包括：

轴(12)；

在所述轴(12)的远端(13)处的尖端(18)；和

光学导光器(1)，其被配置为在所述轴(12)的所述远端(13)和近端(14)之间引导光，所述光学导光器(1)包括光导单纤维(3)的束(2)和覆盖所述束(2)的区段的外周边的护套(4)，其特征在于，所述护套(4)由陶瓷制成并且被布置在所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的区域内。

16.根据权利要求15所述的内窥镜(100)，其特征在于，所述光学导光器(1)在所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的所述区域中改变方向以将所述光学导光器(1)的正面与所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的成角度面对准。

17.根据权利要求16所述的内窥镜(100)，其中所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的所述成角度面不垂直于所述内窥镜(100)的所述轴(12)的纵向轴线。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的内窥镜(100)，进一步包括：

附加光学导光器(1)，其被配置为在所述轴(12)的所述远端(13)和所述近端(14)之间引导光，所述附加光学导光器(1)包括光导单纤维(3)的束(2)和覆盖所述束(2)的区段的外周边的护套(4)，其特征在于，所述护套(4)由陶瓷制成并且被布置在所述内窥镜(100)的所述尖端(18)的区域中。

19.一种用于制造光学导光器(1)的方法，所述光学导光器(1)具有光导单纤维(3)的束(2)和包围所述束(2)的至少一个区段的外周边的至少一个护套(4、5)，其特征在于，单纤维(3)的所述束(2)被引入所述护套(4、5)中，所述护套(4、5)由陶瓷材料制成并且形成非直线通道，所述非直线通道被配置为用于引导所述束来设定所述束的正面的角度以用于与内窥镜(100)的尖端(18)的成角度面对准。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括用粘合剂至少部分地填充由所述至少一个护套(4、5)包围的在所述单纤维(3)之间的间隙。

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