【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于内窥镜的远端部分的分光装置，其中该分光装置包括具有第一入口表面、第一内入射表面和第一出口表面的第一棱镜，具有第二入口表面和第二出口表面的第二棱镜，以及二向色分束层，并且用于捕获第一光谱区的光的至少第一图像传感器和用于捕获第二光谱区的光的至少第二图像传感器能够分配给该分束装置，其中第一光谱区和第二光谱区至少部分地彼此不同。此外，本专利技术涉及一种物镜系统和一种内窥镜。
技术介绍
1、用于医学和非医学应用的内窥镜可以同时利用白光成像和荧光成像。旨在用于工业用途而非医学用途的内窥镜器械通常被称为管道镜。由于本专利技术涉及医学内窥镜和管道镜两者，因此术语“内窥镜”总体上被用于包括这两种器械。能够用单个光路和仅单个图像传感器捕获白光图像和荧光图像的传统内窥镜通过用交错的白光和激发照明收集交替帧来做到这一点。这样的系统布置导致帧速率显著低于仅使用可见白光的系统的帧速率，通常最多达到仅白光系统的帧速率的一半。除了白光帧和荧光帧之间必要的快门操作之外，荧光帧的灵敏度还受到沿着单个共享光路的几个光学元件的限制，这通常导致不能相对于另一个信号衰减一个信号。图像处理随后分析来自交替帧的图像并将其组合成具有低的总体帧速率的荧光/白光叠加。与单个白光图像相比，该技术导致荧光范围内的较低灵敏度以及叠加图像的降低的亮度和分辨率。
2、替代方案是在内窥镜中放置两个完整的物镜系统，用于独立地捕获白光图像和荧光图像，而不是仅使用一个图像传感器、对帧进行快门操作并将白光图像和荧光图像叠加。然而，由于并行的两个物镜系统的空间要求，更不
3、us 2012/0248333 a1公开了一种用于荧光诊断的装置，其可以同时在荧光模式和白光模式下进行操作，并且包括具有用于接收白光图像的第一图像传感器和用于接收荧光图像的第二图像传感器的相机，其中该相机可以被连接到内窥镜的近端，或者被布置在内窥镜的轴的远端部分中。该相机包括分束器，该分束器直接在分束器的第一棱镜与第二棱镜之间的界面上将观察路径划分为第一子路径和第二子路径。用于阻挡与第二图像传感器相关联的荧光之外的光谱范围内的光以捕获荧光的观察光谱滤光片可以被布置在两个棱镜之间的界面中，第二棱镜用作将荧光引导到第二图像传感器的荧光路径。相反，白光在与第一子路径的界面处被反射并被引导到第一图像传感器。由于在两个棱镜之间的界面处立即且直接地分开，两个棱镜在其长度和高度上具有相同的物理尺寸，并且分束器具有正方形设计，通过该正方形设计，第二图像传感器被布置为垂直于光路和第一图像传感器。
4、ep 3 346 897 b1描述了一种可连接到显微镜系统或作为相机头连接到内窥镜系统的医学成像装置，该医学成像装置包括具有二向色膜的分色棱镜，该分色棱镜被配置为将入射光分为具有可见光波长频段的第一光和具有荧光波长频段的第二光。该分色棱镜包括第一棱镜和第二棱镜，其中进入第一棱镜的入射光被第一棱镜与第二棱镜之间的界面处的二向色膜立即且直接地分开。由二向色膜分出的可见光在第一棱镜内被反射，并在第一棱镜的反射表面处被再次反射，从而被引导到位于第一棱镜外部的用于捕获可见光的第一图像传感器。第二棱镜起到荧光光路的作用，将已穿过二向色膜的荧光传送到第二荧光图像传感器。第二荧光图像传感器的位置可以沿着光路相对于第二棱镜移动，以调节可见光光路和荧光光路的相对光路长度。在该分色棱镜中，第二棱镜的出射侧和荧光图像传感器被布置为垂直于光轴，并且由于可见光在朝向入射光的反射表面处的全反射条件，第一棱镜和第二棱镜中的每一个的最长侧被布置为彼此垂直。因此，分色棱镜在沿着光路的纵向方向上以及在其高度上都是消耗空间的，因此不适合布置在内窥镜的窄轴中。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是改进已知的现有技术。
2、该问题通过一种用于内窥镜的远端部分的分束装置来解决，其中该分束装置包括具有第一入口表面、第一内入射表面和第一出口表面的第一棱镜、具有第二入口表面和第二出口表面的第二棱镜以及二向色分束层，并且用于捕获第一光谱区的光的至少第一图像传感器和用于捕获第二光谱区的光的至少第二图像传感器能够分配给分束装置，其中第一光谱区和第二光谱区至少部分地彼此不同，并且第一棱镜的第一出口表面和第二棱镜的第二入口表面相邻，并且二向色分束层被布置在该相邻表面之间，使得包括第一光谱区和第二光谱区的入射光束被第一棱镜的第一内入射表面反射，入射到第一棱镜的第一出口表面上，并被二向色分束层分裂成第一光谱区的第一光束和第二光谱区的第二光束，以便并行地由第一图像传感器捕获第一光谱区的独立图像且由第二图像传感器捕获第二光谱区的独立图像。
3、于是，为芯片在尖端上的内窥镜提供了二向色分束器，以使得能够通过两个独立的图像传感器同时捕获两个不同光谱区的图像。因此，与采用单个光路的现有技术的内窥镜相比，可以实现各个光谱区的所捕获图像的总体帧速率、各自灵敏度和亮度的增加。由于分束装置的特定设计，即将第一棱镜的第一内入射表面、第一棱镜的第一出口表面和第二棱镜的第二入口表面布置成与第一棱镜的第一出口表面相邻，并且将二向色分束层布置在这些相邻表面之间，提供了一种节省空间的分束装置，其足够小以布置在内窥镜的远端部分和/或远侧尖端中。
4、此外，由于分束装置的几何形状和节省空间的设计，通过引入仅存在于每个相应路径中的另外的光学元件和/或涂层，能够实现相对光束路径的优化。由此，可以优化所定义的光谱区的灵敏度和图像亮度，而不必影响其他光谱区的光学参数。
5、本专利技术的主要思想之一是分束装置的特殊设计，其中第一棱镜的第一出口表面和第二棱镜的第二入口表面作为相邻表面，并且二向色分束层被布置在这些相邻表面之间和/或相邻表面的一个表面上。不同于已知的分束棱镜，在其中在进入第一棱镜之后，入射光被安置在第一棱镜的第一出口表面上且刚好在两个棱镜之间的界面上游处的二向色涂层立即且直接地分裂，而在本专利技术的分束装置中，包括第一和第二光谱区的入射光束首先被第一棱镜的第一内入射表面反射、进一步通过并入射到第一棱镜的第一出口表面上，之后这些反射的入射光束被二向色分束层分裂成第一光谱区的第一光束和第二光谱区的第二光束。于是，实现了第一棱镜和第二棱镜以及整个分束装置的节省空间的几何形状，从而允许分束装置和/或可分配的图像传感器在纵向和径向方向上容易地装配在内窥镜的轴内部，并且使得能够同时在第一光谱区和第二光谱区中捕获独立的图像，每个图像由单独的专用图像传感器提供，从而提高图像质量。
6、每个第一和第二棱镜的几何形状以及分束装置的几何形状可以被更灵活地设计，因为在入射光束的行进方向上，在行进穿过第一入口表面之后，入射光束不会在相同行进方向上被第一棱镜和第二棱镜之间的界面直接分裂，而是首先被第一内入射表面反射并朝向第一棱镜的第一出口表面通过，然后才被布置在第一棱镜的第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于内窥镜(101)的远端部分(111)的分束装置(401)，其中所述分束装置(401)包括具有第一入口表面(407)、第一内入射表面(409)和第一出口表面(411)的第一棱镜(403)、具有第二入口表面(413)和第二出口表面(415)的第二棱镜(405)以及二向色分束层(417)，并且用于捕获第一光谱区的光的至少第一图像传感器(423)和用于捕获第二光谱区的光的至少第二图像传感器(425)能够分配给所述分束装置(401)，其中所述第一光谱区和所述第二光谱区至少部分地彼此不同，其特征在于：所述第一棱镜(403)的所述第一出口表面(411)和所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)相邻，并且所述二向色分束层(417)被布置在所述相邻表面(411，413)之间，使得包括所述第一光谱区和所述第二光谱区的入射光束(311)被所述第一棱镜(403)的所述第一内入射表面(409)反射，入射到所述第一棱镜(403)的所述第一出口表面(411)上，并被所述二向色分束层(417)分裂成所述第一光谱区的第一光束(323)和所述第二光谱区的第二光束(325)，以便并行地由所述第一
2.根据权利要求1所述的分束装置(401)，其特征在于：所述分束装置(401)包括所述第一图像传感器(423)和/或所述第二图像传感器(425)。
3.根据权利要求1或2所述的分束装置(401)，其特征在于：所述二向色分束层(417)被布置在所述第一棱镜(403)的所述第一出口表面(411)上或所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)上。
4.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其中光源可分配给所述分束装置(401)，其特征在于：所述光源包括包含白光的第一照明光谱区和包含激发光的第二激发光谱区，从而使被照场景内的荧光体发射荧光。
5.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于在所述二向色分束层(417)的出口侧与所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)之间布置有空气间隙(439)。
6.根据权利要求5所述的分束装置(401)，其特征在于在所述第二光谱区的所述第二光束(325)穿过的所述相邻表面(411,413)的区域之外的所述空气间隙(439)中布置有一个致远元件或者两个或更多个致远元件(445)。
7.根据权利要求6所述的分束装置(401)，其特征在于所述一个致远元件或所述多个致远元件(445)通过粘合剂(447)固定在所述空气间隙(439)中。
8.根据权利要求1-4中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于所述二向色分束层(417)通过光学胶合剂与所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)相连。
9.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于所述第一棱镜(403)包括折射率高于1.60且最优选高于1.61且可能高于1.70的玻璃，以优化所述第一光谱区和所述第二光谱区的所述光束在所述第一内入射表面(409)处的全内反射。
10.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于所述第一棱镜(403)的所述第一入口表面(407)和/或所述第一内入射表面(409)包括宽带抗反射涂层(431,433)。
11.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于所述第一棱镜(403)被设计成使得由所述二向色分束层(417)反射的所述第一光谱区的所述第一光束(323)以大约90°的入射角入射到所述第一内入射表面(409)上并穿过所述第一内入射表面(409)。
12.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于在所述第一棱镜(403)的所述第一内入射表面(409)的出口侧与所述第一图像传感器(423)之间和/或在所述第二棱镜(405)的所述第二出口表面(415)的出口侧与所述第二图像传感器(425)之间布置有间隙(419,412)。
13.根据权利要求12所述的分束装置(401)，其特征在于光学滤波涂层(435)被定位在所述第二出口表面(415)的所述出口侧上和/或定位在所述第二出口表面(415)的所述出口侧与所述第二图像传感器(425)之间，以便增加所述第二光谱范围的所述光束(325)的光密度。
14.一种用于内窥镜(101)的物镜系统(301)，其中所述物镜系统(301)能够布置在所述内窥镜(101)的细长轴(105)的远端部分(111)中，并且用于捕获第一光谱区的图像的至...
【技术特征摘要】
1.一种用于内窥镜(101)的远端部分(111)的分束装置(401)，其中所述分束装置(401)包括具有第一入口表面(407)、第一内入射表面(409)和第一出口表面(411)的第一棱镜(403)、具有第二入口表面(413)和第二出口表面(415)的第二棱镜(405)以及二向色分束层(417)，并且用于捕获第一光谱区的光的至少第一图像传感器(423)和用于捕获第二光谱区的光的至少第二图像传感器(425)能够分配给所述分束装置(401)，其中所述第一光谱区和所述第二光谱区至少部分地彼此不同，其特征在于：所述第一棱镜(403)的所述第一出口表面(411)和所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)相邻，并且所述二向色分束层(417)被布置在所述相邻表面(411，413)之间，使得包括所述第一光谱区和所述第二光谱区的入射光束(311)被所述第一棱镜(403)的所述第一内入射表面(409)反射，入射到所述第一棱镜(403)的所述第一出口表面(411)上，并被所述二向色分束层(417)分裂成所述第一光谱区的第一光束(323)和所述第二光谱区的第二光束(325)，以便并行地由所述第一图像传感器(423)捕获所述第一光谱区的独立图像并由所述第二图像传感器(425)捕获所述第二光谱区的独立图像。
2.根据权利要求1所述的分束装置(401)，其特征在于：所述分束装置(401)包括所述第一图像传感器(423)和/或所述第二图像传感器(425)。
3.根据权利要求1或2所述的分束装置(401)，其特征在于：所述二向色分束层(417)被布置在所述第一棱镜(403)的所述第一出口表面(411)上或所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)上。
4.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其中光源可分配给所述分束装置(401)，其特征在于：所述光源包括包含白光的第一照明光谱区和包含激发光的第二激发光谱区，从而使被照场景内的荧光体发射荧光。
5.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于在所述二向色分束层(417)的出口侧与所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)之间布置有空气间隙(439)。
6.根据权利要求5所述的分束装置(401)，其特征在于在所述第二光谱区的所述第二光束(325)穿过的所述相邻表面(411,413)的区域之外的所述空气间隙(439)中布置有一个致远元件或者两个或更多个致远元件(445)。
7.根据权利要求6所述的分束装置(401)，其特征在于所述一个致远元件或所述多个致远元件(445)通过粘合剂(447)固定在所述空气间隙(439)中。
8.根据权利要求1-4中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于所述二向色分束层(417)通过光学胶合剂与所述第二棱镜(405)的所述第二入口表面(413)相连。
9.根据前述权利要求中的一项所述的分束装置(401)，其特征在于所述第一棱镜(403)包括折射率高于1....
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