具有可樞轉(zhuǎn)式透鏡系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡的制作方法
【專利說明】具有可樞轉(zhuǎn)式透鏡系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡
[0001]本發(fā)明涉及一種具有可樞轉(zhuǎn)式透鏡系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡包括:在遠(yuǎn)2而由玻璃罩封閉的內(nèi)窺鏡軸；布置在所述內(nèi)窺鏡軸中的光學(xué)系統(tǒng)；以及至少一個(gè)棱鏡，該至少一個(gè)棱鏡位于所述玻璃罩與所述光學(xué)系統(tǒng)之間并被布置在棱鏡保持件中，所述棱鏡保持件被安裝成能夠圍繞垂直于所述內(nèi)窺鏡軸的縱向延伸的旋轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，其中所述棱鏡保持件至少部分地具有圓形的外周，所述圓形的外周具有齒部，能夠在所述內(nèi)窺鏡軸的縱向延伸的方向上可逆地移動(dòng)的細(xì)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)元件經(jīng)由至少部分地形成在所述元件上的互補(bǔ)的齒部嚙合至所述圓形的外周的所述齒部中。本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用。
[0002]已知存在不同設(shè)計(jì)的內(nèi)窺鏡，特別是視頻內(nèi)窺鏡，在這些內(nèi)窺鏡中在內(nèi)窺鏡的內(nèi)窺鏡軸的遠(yuǎn)端處的術(shù)野的入射光經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)被引導(dǎo)到一個(gè)或多個(gè)圖像傳感器上。因此，存在具有所謂的0°視向的直視內(nèi)窺鏡，或者具有側(cè)向視向的內(nèi)窺鏡，例如具有非0°視向的30°、45°、70°等側(cè)向視向。在此，所謂的度數(shù)意指中心觀察軸線與內(nèi)窺鏡軸的縱向軸線之間的角度。還存在具有可調(diào)節(jié)側(cè)向視向的內(nèi)窺鏡或視頻內(nèi)窺鏡，其中視角(即與直視的偏差)是可調(diào)節(jié)的。用于本發(fā)明的通用內(nèi)窺鏡包括用于調(diào)節(jié)視角的所謂的“樞轉(zhuǎn)棱鏡”或“樞轉(zhuǎn)棱鏡裝置”。
[0003]除了調(diào)節(jié)視角，即調(diào)節(jié)與直視的偏差，也可以圍繞內(nèi)窺鏡軸的縱向軸線對(duì)視向(即方位角)進(jìn)行調(diào)節(jié)，原因在于內(nèi)窺鏡整體圍繞內(nèi)窺鏡軸的縱向軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0004]以不同的方式實(shí)現(xiàn)視角的無打滑變化。為此，一些內(nèi)窺鏡使用棱鏡，這些棱鏡布置在曲面玻璃罩的后面并且布置在能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的棱鏡保持件上。這些棱鏡將光從不同的視角引導(dǎo)到內(nèi)窺鏡中的光學(xué)系統(tǒng)。軸向?qū)?zhǔn)且縱向延伸的調(diào)節(jié)元件被例如設(shè)計(jì)為齒條并嚙合在棱鏡保持件上的齒部中，并且用于樞轉(zhuǎn)棱鏡。還已知與位于棱鏡保持件上的鉸鏈的直接鉸接。最后，如果相應(yīng)的調(diào)節(jié)元件具有螺紋，該螺紋嚙合在棱鏡保持件上的齒中，則還能夠利用該調(diào)節(jié)元件的旋轉(zhuǎn)。相應(yīng)示例由US 2010/0030031A1中可知。
[0005]在這些解決方案中，產(chǎn)生具有螺紋的調(diào)節(jié)元件的無打滑旋轉(zhuǎn)是十分復(fù)雜的，同時(shí)借助可軸向線性移動(dòng)的控制元件進(jìn)行控制要么需要在遠(yuǎn)端處有很大的空間以實(shí)現(xiàn)大的視角，要么在僅有很小的可用空間時(shí)極大地限制了可調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)角度。
[0006]相反，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)在較大視角區(qū)域內(nèi)具有簡(jiǎn)單的、無打滑的視角調(diào)節(jié)的緊湊型內(nèi)窺鏡。
[0007]該目的通過一種具有可樞轉(zhuǎn)式透鏡系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡來實(shí)現(xiàn)，該內(nèi)窺鏡包括:在遠(yuǎn)端處由玻璃罩封閉的內(nèi)窺鏡軸；布置在所述內(nèi)窺鏡軸中的光學(xué)系統(tǒng)；以及至少一個(gè)棱鏡，該至少一個(gè)棱鏡位于所述玻璃罩與所述光學(xué)系統(tǒng)之間并且被布置在棱鏡保持件中，所述棱鏡保持件被安裝成能夠圍繞垂直于所述內(nèi)窺鏡軸的縱向延伸的旋轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，其中所述棱鏡保持件至少部分地具有圓形的外周，所述圓形的外周具有齒部，能夠在所述內(nèi)窺鏡軸的縱向延伸的方向上軸向可逆地移動(dòng)的細(xì)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)元件經(jīng)由至少部分地形成在所述元件上的互補(bǔ)的齒部嚙合至所述外周的所述齒部中，進(jìn)一步改進(jìn)之處在于，所述調(diào)節(jié)元件是可彎曲的并且在形成為至少部分地圍繞所述棱鏡保持件的引導(dǎo)通道中被引導(dǎo)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡結(jié)合了齒條方案的優(yōu)點(diǎn)，即較大的可實(shí)現(xiàn)的樞轉(zhuǎn)角或視角區(qū)域，因?yàn)椴辉傩枰菁{剛性齒條，所以具有緊湊的結(jié)構(gòu)?？蓮澢秸{(diào)節(jié)元件遠(yuǎn)端插入到位于玻璃罩后面的已存在的空間中。結(jié)果將平移運(yùn)動(dòng)無打滑地轉(zhuǎn)換成小空間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0009]所述調(diào)節(jié)元件優(yōu)選設(shè)計(jì)成具有剪切和拉伸強(qiáng)度。以這種方式，將所述調(diào)節(jié)元件的線性平移運(yùn)動(dòng)借助棱鏡以無游隙的方式轉(zhuǎn)換成棱鏡保持件的樞轉(zhuǎn)。
[0010]所述調(diào)節(jié)元件優(yōu)選至少部分地設(shè)計(jì)為柔性的桿、鏈或帶。從而，繞所述棱鏡保持件彎曲的近端部段被設(shè)計(jì)為以柔性的方式橫向于其縱向延伸。
[0011]所述互補(bǔ)的齒部?jī)?yōu)選具有齒接收器，所述齒接收器被設(shè)計(jì)為齒部、一排封閉的齒接納口或一排側(cè)向敞開的齒接納口。成排封閉的或側(cè)向敞開的齒接納口允許特別有利的薄而柔性的且因此設(shè)計(jì)緊湊的調(diào)節(jié)元件，同時(shí)在形成齒部時(shí)除了柔性之外還允許特別高的剪切和拉伸強(qiáng)度。齒部?jī)?yōu)選被設(shè)計(jì)為漸開齒的形式，這允許動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)被特別均勻而平滑的傳遞。凹部或者說齒接納口不必側(cè)向封閉。為了更容易生產(chǎn)，它們還可被生產(chǎn)為梳狀。設(shè)計(jì)為缺口或凹部的一排開口還可以例如設(shè)置在圍繞中心桿的兩側(cè)上。在這種情況下，所述互補(bǔ)的齒部具有兩排側(cè)向的齒。在具有所述互補(bǔ)的齒部的所述調(diào)節(jié)元件運(yùn)動(dòng)期間，以旋轉(zhuǎn)方式安裝的棱鏡保持件通過與所述齒的嚙合而圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)。
[0012]位于所述棱鏡保持件的外周上的所述齒部的齒有利地沿嚙合方向傾斜。這對(duì)于漸開齒來說是已知的，并且在另一種齒的情況下也是有利的，特別是在具有一排封閉的齒接納口或側(cè)向敞開的齒接納口的調(diào)節(jié)元件的變型中。因此能夠?qū)崿F(xiàn)后一齒的嚙合，盡管齒與齒接納口存在盡可能少的游隙甚至沒有游隙。引導(dǎo)通道中的強(qiáng)制性引導(dǎo)(至少部分地)也有助于此。
[0013]所述調(diào)節(jié)元件還優(yōu)選由金屬片和/或彈性體制成，或者包括金屬片和/或彈性體。如同所述金屬片，這樣的彈性體或者作為摻合劑或所述調(diào)節(jié)元件的一部分的彈性體具有必要的柔性，還具有有利的剪切和拉伸強(qiáng)度。所述調(diào)節(jié)元件具有齒部或齒接納口的設(shè)計(jì)也被納入材料的選擇中。所述齒條優(yōu)選在嚙合方向上(即橫向于縱向延伸)以柔性方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)為金屬片或具有金屬片的情況下，這將通過以下來實(shí)現(xiàn)，即使用具有凹部的薄金屬片。由于金屬片具有較小的厚度，它能在期望的方向上容易且非常彈性地變形。此外，必要時(shí)可通過特殊材料選擇(例如選擇鎳鈦諾)來進(jìn)一步擴(kuò)大彈性區(qū)域。例如，所述凹部可以借助激光切割機(jī)被容易而準(zhǔn)確地引入到所述金屬片中。
[0014]然而，由于在嚙合方向上易變形，必要的是，在嚙合的方向上引導(dǎo)所述金屬片或者說所述調(diào)節(jié)元件，因?yàn)榉駝t其可被容易地被推出而脫離與所述棱鏡保持件的所述齒部的嚙合。此外，該引導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)的棱鏡保持件的旋轉(zhuǎn)軸線確保盡可能恒定的杠桿臂，因此確保恒定的齒輪傳動(dòng)。
[0015]在有利的進(jìn)一步改進(jìn)中，尤其在沒有側(cè)向游隙的情況下，所述調(diào)節(jié)元件在所述內(nèi)窺鏡軸中并在遠(yuǎn)端區(qū)域中至少部分地在所述玻璃罩后面被強(qiáng)制性被引導(dǎo)。所述引導(dǎo)通道至少部分地用于此目的。因此還能夠在狹小空間中來回引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)而無需不必要地浪費(fèi)空間。該強(qiáng)制性引導(dǎo)包括以下情況:使所述調(diào)節(jié)元件在所述棱鏡保持件的后面彎曲或卷曲?？梢虼酥魂P(guān)注發(fā)生動(dòng)力傳遞的短部段，或圍繞所述棱鏡保持件的長(zhǎng)部段。選擇材料使得所述玻璃罩不被刮擦，或者所述強(qiáng)制性引導(dǎo)也可以使得所述調(diào)節(jié)元件不碰觸所述玻璃罩。
[0016]有利的是，其上作用有致動(dòng)力且鄰近引導(dǎo)件布置的所述調(diào)節(jié)元件的非引導(dǎo)性柔性區(qū)域被保持為盡可能小，因?yàn)榻栌扇嵝?，所述柔性區(qū)域能夠在致動(dòng)期間在遠(yuǎn)端方向上隆起。因此，會(huì)發(fā)生與打滑相當(dāng)?shù)姆切D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者延遲的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。特別有利的是，在非偏轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，在引導(dǎo)件后面的柔性部分的長(zhǎng)度為完全所需旋轉(zhuǎn)的必要行程的長(zhǎng)度。更加剛性的區(qū)域優(yōu)選緊隨其后。較小的增加應(yīng)被加入該距離以平衡公差以及平衡其它公差產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和影響，比如倒角。該增加優(yōu)選盡可能小。因此，所述調(diào)節(jié)元件有利地具有柔性遠(yuǎn)端部分，所述柔性遠(yuǎn)端部分的長(zhǎng)度與所需行程的長(zhǎng)度加上公差補(bǔ)償之和相對(duì)應(yīng)。因此，所述調(diào)節(jié)元件被有利地設(shè)計(jì)成所述柔性遠(yuǎn)端部的近側(cè)的柔性較小。
[0017]所述棱鏡保持件優(yōu)選地能樞轉(zhuǎn)超過60°，尤其是樞轉(zhuǎn)超過80°。因此，可調(diào)節(jié)為較大的視角區(qū)域。
[0018]除了在處理并引導(dǎo)所述齒部和所述互補(bǔ)的齒部中不可避免的公差之外，根據(jù)本發(fā)明在所述調(diào)節(jié)元件與棱鏡保持件之間的連接以無打滑的方式設(shè)計(jì)。這相對(duì)于具有一定打滑的摩擦連接而言凸顯了根據(jù)本發(fā)明的連接。
[0019]本發(fā)明的目的還通過具有互補(bǔ)的齒部的可彎曲式調(diào)節(jié)元件的用途來實(shí)現(xiàn)，所述互補(bǔ)的齒部被設(shè)計(jì)為至少部分地在根據(jù)本發(fā)明的前述內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)，以樞轉(zhuǎn)在玻璃罩后面布置在遠(yuǎn)側(cè)或者說內(nèi)窺鏡軸的遠(yuǎn)端的棱鏡。這種用途允許將位于根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡中的內(nèi)窺鏡軸的遠(yuǎn)端區(qū)域以緊湊的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此可以將玻璃罩布置得非?？拷忡R，反之亦然，使得棱鏡在每個(gè)樞轉(zhuǎn)角或者視角中位于該棱鏡前方的玻璃罩均具有相同的構(gòu)型。這在使用剛性齒條時(shí)對(duì)于某些望遠(yuǎn)鏡和某些透鏡系統(tǒng)是不可能的，因?yàn)閯傂札X條在調(diào)節(jié)大的側(cè)向視角的過程中伸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出棱鏡保持件并因此在遠(yuǎn)端需要很大空間。
[0020]從根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式連同權(quán)利要求書和附圖的描述中，本發(fā)明的其它特征將變得顯而易見。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式能以單獨(dú)特征或若干特征的組合實(shí)現(xiàn)。
[0021]在不限制本發(fā)明的總體思想的情況下，下面參考附圖借助示例性實(shí)施方式來描述本發(fā)明，由此對(duì)于在文中沒有更詳細(xì)解釋的根據(jù)本發(fā)明的所有細(xì)節(jié)，明確地參照附圖。附圖示出了:
[0022]圖1是通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端部的示意性橫截面圖；
[0023]圖2是通過根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端部的示意性橫截面圖；
[0024]圖3的a)、b)是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡末端的示意性立體圖；
[0025]圖4的a)、b)是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡末端的示意性立體圖；以及
[0026]圖5的a)至d)是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡末端的示意性立體圖。
[0027]在附圖中，相同或相似類型的元件和/或部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記，從而略去重復(fù)介紹。
[0028]圖1詳細(xì)而示意性地以橫截面示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有樞轉(zhuǎn)棱鏡裝置的內(nèi)窺鏡I。經(jīng)由護(hù)套管6相對(duì)于外部封閉的內(nèi)窺鏡軸4的遠(yuǎn)端由玻璃罩10’形成，這以氣密的方式將內(nèi)部密封。棱鏡保持件16能圍繞旋轉(zhuǎn)軸線18樞轉(zhuǎn)，橫向于(特別地垂直于)內(nèi)窺鏡軸4的縱向延伸，并被布置在玻璃罩10’的后面。棱鏡保持件16保持棱鏡14同時(shí)保持也被樞轉(zhuǎn)的入射透鏡12。還示出了環(huán)形中空空間24，它的存在使得棱鏡保持件16及其齒部22具有轉(zhuǎn)動(dòng)空間。為了清楚起見，未示出位于內(nèi)窺鏡I的內(nèi)窺鏡軸4的遠(yuǎn)端上的殼體的更多細(xì)節(jié)。
[0029]在光已經(jīng)穿過玻璃罩10’、入射透鏡12和棱鏡之后，光到達(dá)出射透鏡9，出射透鏡9將光傳輸?shù)絻?nèi)窺鏡I的光學(xué)系統(tǒng)8。該光學(xué)系統(tǒng)可以是具有視頻傳感器或者圖像傳感器的透鏡組合裝置或者是一組逆變器透鏡，這些透鏡使光傳輸直至近端，并且適用時(shí)傳輸至攝像頭和/或目鏡。
[0030]棱鏡14、棱鏡保持件16和玻璃罩10’的幾何結(jié)構(gòu)被打破。在直視的情況下，如圖1所示，玻璃罩10’與入射透鏡12之間的距離大于垂直向下觀察時(shí)的該距離。玻璃罩10’的邊界面相對(duì)于入射透鏡12的角度在不同位置也是不同的。這種效應(yīng)是由能使棱鏡保持件16樞轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)造成的。棱鏡保持件16被設(shè)計(jì)成總體上為圓形，其具有至少一個(gè)圓形的外周部段20，外周部段20分段式地具有周向的齒部22。剛性齒條30的齒部32嚙合至該齒部22中，這獲得了由直的雙箭頭所表示的近側(cè)，即，從手柄起的線性軸向運(yùn)動(dòng)。通過齒條30的軸向線性運(yùn)動(dòng)