用于内窥镜的光学设备制造技术

一种光学设备，用于在工作距离范围内观察对象。所述设备包括特定长度的细长管，该细长管具有远端和近端。所述设备还包括位于所述远端并具有宽视角的成像系统。所述设备还包括与所述近端相连并具有窄视角的望远镜系统。所述成像系统被设计为在位于所述设备的光轴上并且在所述管内与所述近端相比更靠近所述远端的图像平面上形成图像。所述望远镜系统被设计为能够观察所述对象的所述图像。所述设备尤其适于用作为医学应用中的内窥镜，并可以是一次性的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学仪器，其适用于观察深陷的和/或难以到达的空间，并且该光学仪器可用于观察诸如内部身体器官及其内腔的对象，以及这些器官中的特定对象，例如肿瘤或囊肿。这些光学仪器包括内窥镜、耳镜、腹腔镜、关节内窥镜、气管镜、喉镜(laringoscopes)、膀胱镜以及其它类似的刚性内窥镜医学检查设备。然而，这些光学仪器并不限于医用，并且可以用于其中可应用上述检查的多种领域，例如以管道镜的方式在机械应用中使用。更具体地，本专利技术涉及进一步设计为一次性的这种光学仪器。
技术介绍
在本领域中，已知被设计为能够观察不易接近或直接进行检查的区域的多种光学仪器。例如，在医学应用中，使用诸如内窥镜、关节内窥镜、气管镜等的多种光学仪器来检查从耳道至关节和肺的范围的身体内腔的内部。通常经由构成或导向该内腔的自然身体管腔来实现通过这些仪器到达这些内腔。然而，在某些情况下要形成小的手术切口，仪器可以通过该切口到达内腔。刚性内窥镜和柔性内窥镜在本领域中是公知的。与刚性内窥镜不同，柔性内窥镜使得能够到达身体的相当深和相当远的区域，例如肠道。然而，与刚性内窥镜相比，柔性内窥镜提供的图像质量较差，相对昂贵，并且对于许多应用并不适用。通常，它们也不适用于通过高压灭菌器进行消毒。刚性内窥镜在以上方面具有优势，尤其是在考虑图像质量的情况下。通常，刚性内窥镜包括长管，其具有用于插入到身体内腔中的远端、带有目镜的近端；以及位于该管的内部并沿其长度分布的多个透镜，用于形成身体内腔的图像和/或身体内腔中的对象的图像，并将该图像传送给观察组件，例如可以由医生通过该观察组件对图像进行观察。通常，该管的内表面被涂成黑色，以防止其中反射不期望的残留光。US 5,891,015公开了一种内窥镜，其包括一刚性管，该刚性管具有远端、带有包括像敏(image-sensitive)表面的观察组件的近端，以及远端和近端之间的成像系统，该成像系统完全占据了该管的内部，并且包括单个平凹非球面(ashperical)前透镜、单个非球面内透镜、以及两个玻璃棒。该成像系统用于形成对象的图像，并随后将其传送给像敏表面，该像敏表面读取该图像，并使其能够显示，以进行观察。US 6,398,724公开了一种内窥镜，其包括具有远端和近端的密封插入管，该密封插入管与具有光学组件并且安装在内窥镜外壳中的聚焦组件相连，该插入管可拆卸地安装在内窥镜壳上。该插入管包括位于其中沿其长度分布并且适用于形成该聚焦组件内部的对象的图像的光学组件，由该光学组件将图像从聚焦组件传送给与CCD传感器的像敏表面重合的图像平面。可以通过移动CCD传感器来对该对象的图像进行聚焦，以调整该像敏表面和静态图像之间的距离。该可拆卸的插入管能够经受高压灭菌器的作用，并且因此可以单独进行消毒，从而消除了对整个内窥镜进行消毒的需要，尤其是对其组件(例如，聚焦组件和CCD传感器)进行消毒的需要，这些组件的适当消毒相当复杂并且成本较高。对于可重新使用的医学仪器来说，在重新使用之前进行消毒是至关重要的，并且通过诸如高压灭菌的多种方法来进行这种消毒。然而，可重新使用的内窥镜的精密和复杂的结构使得难以实现对其进行彻底的消毒。因此，在本领域中产生了对一次性内窥镜的需求，一方面，其提供高质量的成像，而另一方面，可以通过相对廉价的组件来制造，并且将其制造得足够廉价，以使其具有在一位患者使用之后丢弃的成本效率。例如US 4,964,710、US 5,188,092和US 5,892,630中公开了设计一次性内窥镜的尝试。
技术实现思路
本专利技术提出了一种光学设备，用于观察位于工作距离范围内的对象，该设备具有光轴，并且包括特定长度的细长管，该细长管具有远端和近端；位于所述远端并具有宽视角的成像系统；以及与所述近端相连并具有窄视角的望远镜系统，该成像系统被设计为在沿所述轴位于所述管内部与所述近端相比更靠近所述远端的图像平面上形成所述对象的图像，所述望远镜系统被设计为能够观察该对象的所述图像。通过与所述细长管的近端相连，根据本专利技术的光学设备的望远镜系统与所述成像系统以及所述图像平面间隔开，间隔距离为所述细长管的大部分长度，根据设计该设备的预期应用来选择所述细长管的长度。然而，对于任意选定的长度，所述望远镜系统的视角始终很窄，以致于在所述图像平面处不能将视角扩展为超过所述细长管的宽度。这样，所述望远镜系统使得可以观察所述对象的图像，而无需中间成像光学组件(例如所述管中的多个中继透镜)来将所述图像传送到所述管的近端。根据本专利技术的光学设备的成像系统的宽视角可以与本专利技术所提及的那种传统光学设备中的相同。然而，优选地，该视角较宽，结果使得该成像系统具有较短的焦距，以使所述图像平面的位置在整个工作距离范围内位于该望远镜系统的景深之内。因此，可以将该望远镜系统固定在预定的位置，使得该光学设备能够提供位于工作范围内的任意对象的图像的清晰视图，而无需调整该望远镜系统。为了实现能够用于根据本专利技术的光学设备的最简单且最廉价的设计，该成像系统具有提供其宽视角所需的最小数目的元件，所有这些元件都集中在该管的远端。为此，该成像系统优选地包括整球(也就是球形)透镜形式的单个元件，可以从该元件移除某些部分，例如从该球形切除外部圆柱体部分，以获得鼓形形状。使用球透镜是优选的，这不仅是因为这种透镜具有能够用于单个元件的最短焦距，而且因为它提供了另外的优点，即产生相对小的像差以及导致可忽略的失真(例如像散和慧差)量。此外，可以容易地计算由球透镜产生的几何失真，并且因此还可以容易地通过图像处理技术或者光学地(例如，通过结合校正光学系统)来进行校正。这种校正光学系统优选地包括单个校正光学元件，其用于减小成像系统的失真。该校正光学元件可以是能够实现该目的的任何适合的形式，例如平凸透镜的形式。根据本专利技术的光学设备的成像系统可以另选地包括非球面、宽视角构件，该构件具有球透镜的许多理想特征，但产生相当小的失真，优选地，达到不需要校正光学元件的程度。该成像系统还可以包括围绕所述管的周边的照明光导(light guide)，该光导可以是本领域中公知的任何形式，例如是沿所述管延伸的光导纤维束(fiber optics strand)的形式或者环形圆柱体的形式。可以使用根据本专利技术的光学设备直接或者间接地(例如经由用于将图像中继到诸如视频图像传感器、照相胶片等的像敏设备的装置，然后例如显示在视频屏幕上)通过眼睛来观察对象的图像。本专利技术的光学设备的一个最重要的应用是用作为内窥镜，在这种情况下，所述细长管优选为刚性的，并且可以具有适用于该内窥镜的预期应用的任意尺寸，只要管的总长度远远大于其宽度，由于如上所述，所述成像系统的组件都集中在远端，并且所述望远镜系统与所述管的近端相连，所以所述管的大部分没有光学元件。例如，对于包括球透镜(如上所述，直径为d)的成像系统，当所述管的总长度超过直径d大约的10-100倍时，整个成像系统在所述管中仅延伸大约2-3倍直径d的单个连续长度。与本领域的许多公知的设计相比，本专利技术提供了一种内窥镜的简单设计，该设计可以通过很少的光学元件进行操作，这些光学元件中的大部分设置在下述两个位置之一，即作为所述成像系统的一部分的所述细长管的远端附近或者作为所述望远镜系统的一部分的所述细长管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学设备，用于在工作距离范围内观察对象，所述设备具有光轴，并包括：特定长度的细长管，该细长管具有远端和近端；位于所述远端并具有宽视角的成像系统；以及与所述近端相连并具有窄视角的望远镜系统，所述成像系统被设计为在位于所述光轴上并且在所述管内与所述近端相比更靠近所述远端的图像平面上成像，所述望远镜系统被设计为能够观察所述对象的所述图像。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔盖V阿列克先科，阿列克谢R叶夫谢耶夫，彼得Y别洛乌索夫，安德列P别洛乌索夫，列夫迪亚曼特，尤里N杜布尼斯科夫，德米特里M马尔科维奇，弗拉基米尔亨里埃维奇梅莱丁，亚力山大V斯塔罗哈，
申请(专利权)人：视觉范围技术有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]