立体视频内窥镜的光学系统技术方案

本发明专利技术涉及光学系统(60)、立体视频内窥镜(2)以及用于制造光学系统(60)的方法。光学系统(60)包括远端光学组件(16)和近端光学组件(18)，棱镜单元(46)被布置在它们之间。棱镜单元(46)被设计成将离开远端光学组件(16)的出射透镜(32)的左光束路径引导到近端光学组件(18)的左透镜系统通道(38L)中。类似地，棱镜单元(46)被设计成将离开远端光学组件(16)的出射透镜(32)的光束路径引导到近端光学组件(18)的右透镜系统通道(38R)中。沿垂直于左透镜系统通道(38L)和右透镜系统通道(38R)的光轴(LoA、RoA)确定的第二距离(D2)是可调节的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】立体视频内窥镜的光学系统本专利技术涉及一种具有横向观看方向的立体视频内窥镜的光学系统，该光学系统包括侧向观看远端光学组件和近端光学组件，其中，所述远端光学组件在入射光的方向上依次包括入射透镜、设计为棱镜单元的偏转单元、以及位于公共光轴上的出射透镜，并且其中，近端光学组件包括左透镜系统通道和右透镜系统通道，其中，所述透镜系统通道被设计成相同并且彼此平行布置，并且每个通道具有其自己的光轴。此外，本专利技术涉及一种用于制造这种光学系统的方法以及一种具有横向观看方向的立体视频内窥镜。在不同的设计中已知进入内窥镜轴的远侧末端处的光通过光学系统被引导到一个或多个图像传感器上的内窥镜。因此，存在具有直视(所谓的0°观看方向)的内窥镜，或具有横向观看方向的内窥镜，其具有例如相对于0°观看方向30°、45°、70°的偏差。所引用的度数指示中心观看轴与内窥镜轴的纵轴之间的角度。此外，已知具有可调节的横向观看方向的内窥镜。据此，观看角度(即，相对于直视的偏差)是可调节的。这种内窥镜通常被称为V-DOV(可变视角)内窥镜。立体视频内窥镜被配置成记录一个立体图像对或者两个立体视频通道，以便提供位于内窥镜轴的端部之前的远端检查或手术区域的3D图像。在立体视频内窥镜的情况下，从略微不同的观看方向记录两个光学通道。此时两个观看方向通过立体基座(stereobase)(即，两个观看方向之间的距离)彼此偏移。右和左图像通道被同时记录并且通过特别合适的重放设备例如在3D屏幕上或者通过3D视频眼镜使得对于用户可用。用户因此能够观看检查或手术区域的3D图像。DE102014107586A1和WO2014/130547A1公开了一种直视立体视频内窥镜，其中，间隔开立体基座的两个透镜的光束路径借助于棱镜单元组合。在这种情况下产生的光束路径在内窥镜轴中需要的空间比立体图像所需的左右通道的两个分离且间隔开的光束路径要小。也可以使用单个图像传感器进行成像。从DE102013215422A1已知一种具有横向观看方向的立体视频内窥镜的光学系统。该系统包括布置在入射窗后面的侧向观看远端光学组件。这从外面密封了内窥镜轴。远端光学组件沿光入射方向观察依次包括入射透镜、由多个棱镜构成的光学偏转单元以及出射透镜。在远端光学组件的出射透镜上进一步跟有近端光学组件的右和左透镜系统通道，如在光入射方向上所观察的。两个透镜系统通道各自具有其自己的光轴，并且被配置成在各情况下在图像传感器上对左通道和右通道进行成像。DE102013217449A1公开了一种用于立体视频内窥镜的棱镜单元。利用该棱镜单元，立体视频内窥镜的观看方向可以围绕旋转的竖直和水平轴线改变。两个旋转轴线在内窥镜轴的纵向轴线上垂直。棱镜单元包括中心偏转单元和两对偏转棱镜，所述偏转棱镜被分别布置在中心偏转单元的相对侧上。本专利技术的一个目的是提出一种具有横向观看方向的立体视频内窥镜的光学系统、一种具有横向观看方向的立体视频内窥镜以及用于制造具有更灵活的设计的、具有横向观看方向的立体视频内窥镜的光学系统的方法。该目的通过具有横向观看方向的立体视频内窥镜的光学系统来解决，该系统包括侧向观看远端光学组件和近端光学组件，其中，所述远端光学组件在入射光的方向上依次包括入射透镜、设计为棱镜单元的偏转单元以及位于公共光轴上的出射透镜，并且其中，近端光学组件包括左透镜系统通道和右透镜系统通道，其中，透镜系统通道被设计成相同并且彼此平行布置，并且每个通道具有其自己的光轴。此外，其中光学系统被开发为：还包括布置在远端光学组件和近端光学组件之间的棱镜单元，其中，该棱镜单元被配置成将离开远端光学组件的出射透镜的左光束路径引导到近端光学组件的左透镜系统通道中，并且被配置成将离开所述远端光学组件的所述出射透镜的右光束路径引导到所述近端光学组件的右透镜系统通道中，并且其中，可以对所述左透镜系统通道与所述右透镜系统通道之间的第二距离进行调节，沿垂直于透镜系统通道的光轴的方向确定所述第二距离。有利地，立体视频内窥镜的光学系统是高度灵活的。该灵活性通过被布置在远端光学组件与近端光学组件之间的棱镜单元来实现。现代立体视频内窥镜的分辨率不断增大，即，它们的传感器具有不断增加的像素。确实，单个像素的大小(即，所谓的像素大小)正在减小；然而，这种减小不能补偿越来越多的像素。因此，图像传感器的表面随着像素数量的增加而增大。这种技术发展对立体视频内窥镜的光学设计提出了新的和不同的要求。同时，内窥镜轴内的安装空间受到限制。集成在光学系统中的棱镜单元使得可以灵活地将光学成像系统适应于不同尺寸的传感器。因此，同一个光学设计可以用于对于低图像分辨率足够的小图像传感器，以及高分辨率成像系统所需的大图像传感器。这使得例如在不同的内窥镜系列中可以使用大量的等效部件。这导致制造和维修内窥镜的成本显著降低。在本说明书的上下文中，左透镜系统通道和右透镜系统通道之间的第二距离是可调节的。尤其是，左透镜系统通道的光轴与右透镜系统通道的光轴之间的距离是可调节的。在该光学系统的实施方式中，棱镜单元包括第一左棱镜和第一右棱镜、中心偏转棱镜以及第二左棱镜和第二右棱镜，其中，沿着入射光的方向从远端光学组件的出射透镜出发的左光束路径穿过第一左棱镜、中心偏转棱镜和第二左棱镜，并且沿着入射光的方向从远端光学组件的出射透镜出发的右光束路径穿过第一右棱镜、中心偏转棱镜和第二右棱镜，并且其中，从第二左棱镜出发的左光束路径进入左透镜系统通道，而从第二右棱镜出发的右光束路径进入右透镜系统通道。尤其是，此外规定，左透镜系统通道和右透镜系统通道之间的第二距离是可调节的，因为第二左棱镜与中心偏转棱镜之间以及第二右棱镜与中心偏转棱镜之间的第三距离是可调节的。根据有利的进一步发展，此外规定，第二棱镜与左出射透镜之间或者棱镜单元的第二右棱镜与右出射透镜之间的第四距离是可调节的。尤其是，规定第三距离和第四距离的相应变化相互补偿。换句话说，这意味着第三距离的增大与第四距离的减小以相同的路径长度相关联。对于第三距离缩短并且第四距离相应地延长相同的路径长度的反向取代(reversedisplacement)当然也是如此。换句话说，例如第四距离的变化刚好补偿第三距离的变化。从光学系统的入射透镜到图像传感器的光路在这种类型的偏移下保持不变，或者相应改变。另外，光学系统因此不改变其光学成像特性。因此，两个透镜系统通道之间的距离变化对光学成像没有任何影响。因此，可以使光学系统适应不同尺寸的图像传感器而不会改变其成像特性。有利地，不必追求光学系统的复杂调整或甚至重新计算。根据另一实施方式，当远端光学组件的出射透镜与棱镜单元之间的第一距离是可调的时，获得相同的效果。通过改变第一距离，相应地可以补偿第三距离的变化。为了使从光学系统的入射透镜到图像系统的整个光路长度在这种情况下保持恒定，距离的变化是第一距离的变化的两倍。尤其是，规定远端光学组件的出射透镜与第一左棱镜和第一右棱镜之间的第一距离是可调节的。在该背景下，棱镜单元被设计为如下面所描述的；尤其是，所述棱镜单元具有第一左棱镜和第一右棱镜、中心偏转棱镜以及第二左棱镜和第二右棱镜。由于第一距离被改变，所以使得能够在不修剪图像的情况下通过远端光学组件的棱镜输送图像信息。由此减小第一距离，或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有横向观看方向的立体视频内窥镜(2)的光学系统(60)，所述光学系统包括侧向观看远端光学组件(16)和近端光学组件(18)，其中，所述远端光学组件(16)在入射光的方向上依次包括入射透镜(20)、被设计为棱镜单元的偏转单元(26)以及位于公共光轴上的出射透镜(32)，并且其中，所述近端光学组件(18)包括左透镜系统通道(38L)和右透镜系统通道(38R)，其中，所述透镜系统通道(38L、38R)被设计成相同并且彼此平行地布置，并且每个通道具有其自己的光轴(LoA、RoA)，其特征在于，此外还包括被布置在所述远端光学组件(16)和所述近端光学组件(18)之间的棱镜单元(46)，其中，所述棱镜单元(46)被配置成将离开所述远端光学组件(16)的所述出射透镜(32)的左光束路径引导到所述近端光学组件(18)的所述左透镜系统通道(38L)中，并且将离开所述远端光学组件(16)的所述出射透镜(32)的右光束路径引导到所述近端光学组件(18)的所述右透镜系统通道(38R)中，并且其中，能够对所述左透镜系统通道(38L)与所述右透镜系统通道(38R)之间的第二距离(D2)进行调节，所述第二距离(D2)沿垂直于所述透镜系统通道(38L、38R)的所述光轴(LoA、RoA)的方向进行确定。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.07 DE 102015217079.91.一种具有横向观看方向的立体视频内窥镜(2)的光学系统(60)，所述光学系统包括侧向观看远端光学组件(16)和近端光学组件(18)，其中，所述远端光学组件(16)在入射光的方向上依次包括入射透镜(20)、被设计为棱镜单元的偏转单元(26)以及位于公共光轴上的出射透镜(32)，并且其中，所述近端光学组件(18)包括左透镜系统通道(38L)和右透镜系统通道(38R)，其中，所述透镜系统通道(38L、38R)被设计成相同并且彼此平行地布置，并且每个通道具有其自己的光轴(LoA、RoA)，其特征在于，此外还包括被布置在所述远端光学组件(16)和所述近端光学组件(18)之间的棱镜单元(46)，其中，所述棱镜单元(46)被配置成将离开所述远端光学组件(16)的所述出射透镜(32)的左光束路径引导到所述近端光学组件(18)的所述左透镜系统通道(38L)中，并且将离开所述远端光学组件(16)的所述出射透镜(32)的右光束路径引导到所述近端光学组件(18)的所述右透镜系统通道(38R)中，并且其中，能够对所述左透镜系统通道(38L)与所述右透镜系统通道(38R)之间的第二距离(D2)进行调节，所述第二距离(D2)沿垂直于所述透镜系统通道(38L、38R)的所述光轴(LoA、RoA)的方向进行确定。2.根据权利要求1所述的光学系统(60)，其特征在于，所述棱镜单元(46)包括第一左棱镜(52L)和第一右棱镜(52R)、中心偏转棱镜(54)以及第二左棱镜(56L)和第二右棱镜(56R)，其中，沿着入射光的方向从所述远端光学组件(16)的所述出射透镜(32)出发的所述左光束路径穿过所述第一左棱镜(52L)、所述中心偏转棱镜(54)和所述第二左棱镜(56L)，并且沿着所述入射光的方向从所述远端光学组件(16)的所述出射透镜(32)出发的所述右光束路径穿过所述第一右棱镜(52R)、所述中心偏转棱镜(54)和所述第二右棱镜(56R)，并且其中，从所述第二左棱镜(56L)出发的所述左光束路径进入所述左透镜系统通道(38L)，而从所述第二右棱镜(56R)出发的所述右光束路径进入所述右透镜系统通道(38R)。3.根据权利要求1或2所述的光学系统(60)，其特征在于，所述左透镜系统通道(38L)和所述右透镜系统通道(38R)之间的所述第二距离(D2)是可调节的，因为所述第二左棱镜(56L)与所述中心偏转棱镜(54)之间以及所述第二右棱镜(56R)与所述中心偏转棱镜(54)之间的第三距离(D3)是可调节的。4.根据权利要求3所述的光学系统(60)，其特征在于，能够对所述远端光学组件(16)的所述出射透镜(32)与所述棱镜单元(46)之间的第一距离(D1)进行调节，和/或能够改变所述第二左棱镜(56L)与所述左出射透镜(58L)之间或所述棱镜单元(46)的所述第二右棱镜(56R)与所述右出射透镜(58R)之间的第四距离(D4)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统(60)，其特征在于，所述左透镜系统通道(38L)包括左图像传感器(44L)，并且所述右透镜系统通道(38R)包括右图像传感器(44R)，其中，所述左图像传感器(44L)和所述右图像传感器(44R)尤其被可旋转地安装。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学系统(60)，其特征在于，所述棱...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建新，
申请(专利权)人：奥林匹斯冬季和IBE有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE