非圆柱形光学器件及制造方法技术

一种透镜结构和用于这种透镜的制造方法。透镜元件具有多个在 图像形成表面之间的锯面，因此，透镜元件具有多边形横截面。该制 造包括利用过大的传统圆柱形透镜元件和形成在透镜系统中的其它光 学元件的步骤。面被锯以减小整体大小。可以对完整的透镜元件或组 件或透镜阵列应用该锯操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及光学器件以及这种光学器件的制造方法，并且更 具体地，涉及具有小直径或横截面的透镜系统的光学器件。
技术介绍
内窥镜是利用以下光学系统的光学器件的例子，所述光学系统的 特征在于沿着光轴连续设置的多个诸如透镜的光学元件的装配。在内 窥镜中，例如，在远端包括多个透镜元件的透镜系统构成物镜；在近 端的透镜系统构成目镜；并且一组或多组中间透镜元件定义一个或多 个中继透镜系统。利用这种系统的内窥镜通常具有工作通道和腔。 一些工作通道填 充有光纤以使外部光源照亮视场。其它一些工作通道允许外科医生沿 着内窥镜的长度方向来移动仪器，以便于在观看被治疗的区域的同时 在远端执行一些功能。还有一些其它的工作通道允许外科医生在观看 被治疗的区域的同时在内窥镜的远端分配治疗剂、诊器或其它物质。内窥镜和这种类型的其它光学器件通常被形成为具有沿着在中心 的光轴延伸的圆柱形透镜元件。透镜元件通常具有横穿光轴的凹面的、 平坦的或凸面的图像形成表面。多个透镜元件可以在透镜系统中邻接 以实现特定的光学性质，这些都是在现有技术中已知的。这种透镜元 件和透镜系统被分别称为具有中心的、旋转对称的透镜元件和系统。使用这些光学器件的医学人员目前偏爱于具有越来越小的直径或 横截面的光学器件。实际上，目前，利用传统的透镜制作方法，生产 一些具有lmm到2mm的外直径的光学器件。然而，利用传统透镜制作方法来制造实现这些目标的产品是较困难并且昂贵的。传统透镜制作方法包括磨削和抛光操作，以便于在入射和出射面 产生大致球形和其它形状的图像形成表面，该图像形成表面限定了透 镜元件的光学特性。然后透镜元件围绕通常位于光轴的几何轴线旋转。 几何轴线被定义为折射表面的曲率中心的直线轨迹。例如通过磨料磨削(abrasive grinding)，外部透镜边界能够被制作成基本上是圆形的， 使得产生具有图像形成球形端表面和圆柱地居中轴线(cylindrically centered axis)的直圆柱体，S卩，具有中心的、旋转对称的透镜元件。 然后，各个透镜元件可以沿着重合的光轴和几何轴线彼此邻接，以形 成透镜系统。制造更小的光学器件的能力随着透镜直径减小变得更加困难，其 中所述更小的光学器件包括那些具有持续显示出具有圆心的旋转对称 的特性的透镜系统的光学器件。首先，透镜的最终直径由磨削或磨边 工具相对于光轴的位置而控制，其中所述位置包括由于在制造设备中 的容许偏差而引起的任何位置变化。在传统透镜中，这些容许偏差不 构成整个透镜直径的重要部分。然而，为了实现作为非常小的直径的 恒定百分比的绝对容许偏差，需要非常高的精确度和在非常精密的容 许偏差下操作的工具。随着容许偏差要求变得更加严格，用于提供这 种精确度的机器逐渐变得昂贵。第二，在这些光学器件中，透镜元件通常具有若干倍于直径的轴 向长度。在小直径时，支撑透镜元件使得其光轴相对于工具的参照保 持在单一位置变得较困难。此外，随着直径减小，透镜元件本质上变 得更脆，并且因此非常易碎。这些因素导致在制造期间，增加了破损 的可能。因此，大约l-2mm趋向于成为通过传统透镜制作方法而制造的任 何透镜元件的实际最小直径。在最近可商用的内窥镜中的透镜系统具有大约1.7mm或更大的外直径。具有这种很容易可用的透镜元件的内窥镜太大而不能在很多应用中使用，包括(1)诸如观看精细血管结构的医学应用，(2)诸如神经学和神经外科学的微创内腔镜应用以及 关节镜、耳朵、鼻和喉咙(ENT)应用，(3)心脏外科应用，以及(4) 能够从立体视觉内腔镜的使用中受益的内腔镜应用。需要的是能够对具有可以小到lmm或更小的横截面尺寸的高质 量透镜元件和透镜系统的进行有效制造的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种制造透镜系统的方法，该透镜系 统具有小于lmm或2mm的横截面尺寸。本专利技术的另外一个目的是提供以下透镜元件，该透镜元件具有高 中心对准的精确度，并且具有小于大约lmm的横截面尺寸。本专利技术的另外一个目的是提供一种方法，用于根据传统的透镜或 透镜系统高效地制造高质量的透镜或透镜系统，以用于具有小于lmm 的减小的外直径的光学器件。根据本专利技术的一个方面，光学器件沿着轴线延伸，并且包括至少 一个在其每端都具有抛光的图像形成表面的透镜元件。至少三个平坦的锯面在图像形成表面之间延伸。每个平坦的锯面位于与以下两个平 面相交的平面上，所述两个平面与相邻的平坦的锯面所在的平面重合。 结果，透镜元件具有多边形横截面。根据本专利技术的另外一个方面，光学器件包括多个光学元件和用于 支撑所述多个光学元件以形成透镜系统的装置。至少一个光学器件包 括具有一对间隔开的、抛光的图像形成表面的透镜元件。至少三个平坦的锯面在图像形成表面之间延伸。每个平坦的锯面位于与以下两个平面相交的平面上，所述两个平面与相邻的平坦的锯面所在的平面重 合。结果，透镜元件具有多边形横截面。根据本专利技术的另外一个方面，从在支撑阵列中的多个初始透镜元 件形成多个最终透镜元件，其中，每个最终透镜元件具有多边形横截 面。通过锯穿所述阵列，从而将每个初始透镜元件的部分去掉，并且 为每个初始透镜元件形成多个平坦的锯面，来形成最终透镜元件。这 生成了由经锯削的透镜元件构成的阵列，每个透镜元件具有多边形的 横截面。通过将经锯削的透镜元件从支撑阵列中分离而生成最终透镜 元件。附图说明所附的权利要求具体地指出本专利技术的主题，并且清楚地要求本发 明的主题的权利。根据对下面的结合附图的详细说明的阅读，本专利技术 的各种目的、优点以及新颖性特征将会更加充分地清楚，在所述附图 中，同样的参考数字指的是同样的部件，并且其中 图1是根据本专利技术而构造的光学器件的立体图； 图2是沿着图1的线2-2截取的光学器件的横截面； 图3是示出在图1和2中的光学器件的构造的另外一立体图； 图4是描述在用于获得图1中所示的光学器件的制造处理中的主 要步骤的图表；图5A至5I是在图4中所示的制造处理中的某些步骤的图示；以及图6A至61是在图4的制造处理期间的各个阶段的光学器件的外 观的图示，-图7A至7C用于理解在图1至6I中所描述的方法和构造的变化； 图8是描述在用于获得光学器件的可选制造处理中的主要步骤的图表；图9A和9B是用在图8的处理中的透镜元件的平面图； 图IO描述了用在图8的处理中的透镜元件的阵列；图11至14描述了根据图8的处理而发生的锯操作的效果；图15A和15B是通过图8的处理而生成的最终透镜元件的一个实 施例的平面图；图16A和16B是根据本专利技术而构造的最终透镜元件的可选实施例 的平面图；以及图17是合并了如在图15A、 15B、 16A和16B中所示的最终透镜 元件的光学器件的横截面。具体实施方式图1至3描述根据本专利技术而构造的沿着轴线21延伸的诸如内窥镜 的光学器件20的一部分。在该实施例中，光学器件20包括具有邻接 的透镜元件23、 24和25的透镜系统22。在该具体实施例中，透镜元 件23、 24和25的每个以及透镜系统22具有相对于轴线21的具有中 心的旋转对称性，使得光学器件的光轴和几何轴线重合。虽然未示出， 但是如本领域技术人员所了解的，每个透镜元件的端表面构成图像形 成表面，该图像形成表面被抛光，并且通常为球形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学器件，所述光学器件沿着轴线延伸，包括至少一个透镜元件，所述透镜元件在其每一端具有抛光的图像形成表面以及至少三个在所述图像形成表面之间延伸的平坦的锯面，每个平坦的锯面位于与重合于相邻的平坦的锯面的所在平面的两个平面相交的平面内，由此，所述透镜元件具有多边形的横截面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.8.2 US 11/461,8141.一种光学器件，所述光学器件沿着轴线延伸，包括至少一个透镜元件，所述透镜元件在其每一端具有抛光的图像形成表面以及至少三个在所述图像形成表面之间延伸的平坦的锯面，每个平坦的锯面位于与重合于相邻的平坦的锯面的所在平面的两个平面相交的平面内，由此，所述透镜元件具有多边形的横截面。2. 如权利要求l所述的光学器件，还包括用于支撑所述透镜元件的装置。3. 如权利要求l所述的光学器件，具有八个平坦的表面，由此， 所述透镜元件具有八边形横截面。4. 如权利要求3所述的光学器件，其中，每个所述平坦的锯面具 有相等的宽度，由此，所述透镜元件具有正八边形的横截面。5. —种光学器件，包括A) 多个光学元件，其中，至少一个光学元件包括透镜元件，所述 透镜元件具有一对间隔开的抛光的图像形成表面以及至少三个在所述 图像形成表面之间延伸的平坦的锯面，每个平坦的锯面位于与重合于 相邻的平坦的锯面所在的平面的两个平面相交的平面内，由此，所述 透镜元件具有多边形的横截面，以及B) 用于支撑所述多个光学元件以形成所述透镜系统的装置。6. 如权利要求5所述的光学器件，其中，所述多个光学元件包括 多个具有多边形横截面的透镜元件。7. 如权利要求6所述的光学器件，其中，每个所述透镜元件具有 带有八个平坦的锯面的八边形横截面。8. 如权利要求7所述的光学器件，其中，每个锯面具有相等的宽 度，由此，每个所述透镜元件具有正八边形横截面。9. 一种用于从支撑阵列中的多个初始透镜元件来制造多个最终透 镜元件的方法，其中每个所述最终透镜元件具有多边形横截面，所述 方法包括.-A) 穿过所述阵列进行锯削，以去除每个所述初始透镜元件的部分，并且在每个所述初始透镜元件上形成多个平坦的锯面，从而生成由多 个经锯削的透镜元件构成的阵列，每个经锯削的透镜元件具有多边形 横截面，以及B) 将经锯削的元件从所述阵列中分离，以生成最终的多边形透镜元件。10. 如在权...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·E·福基，理查德·G·西尔，罗伯特·N·罗斯，
申请(专利权)人：精密光学有限公司，
类型：发明
国别省市：US