視頻內窺鏡裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種視頻內窺鏡裝置，其包括攝像頭和包括光學元件的兩個平行光學裝置，處于內窺鏡軸桿內部的光學元件沿其共用第一光軸彼此同軸布置，其從光學裝置的遠端至近端傳輸光學圖像。攝像頭鄰接光學裝置的近端布置，并包括至少一個圖像傳感器，其包括記錄平面和至少兩個投影物鏡，其中每個投影物鏡具有第二光軸并將圖像投影到圖像傳感器上。每個光學裝置包括在各自近端處的產生至少接近平行的光路的具有第三光軸的準直光學單元。投影物鏡的每個布置為將生成的平行光路成像在記錄平面的焦點上。投影物鏡中的至少一個布置為使得各自第二光軸具有距準直光學單元的第三光軸的最多為投影物鏡的半個直徑的橫向距離，并且將平行光路成像在焦點上。
【專利說明】視頻內窺鏡裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種視頻內窺鏡裝置，其包括內窺鏡軸桿和攝像頭，其中兩個單獨的 立體局部圖像投影到同一圖像傳感器或兩個圖像傳感器上。這些局部圖像能夠通過圖像處 理器轉換為立體圖像并在立體屏幕上描繪。

【背景技術】
[0002] 通常地，在手術期間使用立體手術顯微鏡。在微創手術中，不能夠使用這些器械， 并且手術醫生僅能夠通過內窺鏡或其他特殊輔助觀察位于身體開口內的手術部位。在執行 這些手術期間，立體內窺鏡提供了相比較于傳統單內窺鏡來說額外的深度信息。立體視頻 內窺鏡此外使得能在一個屏幕上或在多個屏幕上進行圖像觀察以及進行視頻的存儲。
[0003] 根據具有兩條平行光路的剛性內窺鏡的原理能夠設計立體視頻內窺鏡。這里，彼 此靠近布置的兩個物鏡生成兩幅中間圖像，它們從不同觀察角度描繪位于內窺鏡前的對 象。通過兩個并行傳輸的光學單元，具有到內窺鏡軸桿近端的圖像傳輸。在那里，這些圖像 能夠投影在一個或多個圖像傳感器上，諸如(XD型或CMOS型圖像傳感器。
[0004] US 5, 295, 477公開了一種由軸環元件制成的剛性立體內窺鏡以及管狀立體內窺 鏡。該內窺鏡包括導向裝置或透鏡用于從內窺鏡的末端傳輸光學圖像至連接于內窺鏡的顯 微鏡。包括在內窺鏡內的光波導將光從光源傳輸至生物標本。可動棱鏡連接至內窺鏡的末 端。
[0005] US 5, 527, 263公開了一種具有柱狀透鏡的剛性立體視覺內窺鏡。該內窺鏡包括兩 組偏轉棱鏡對，其包括與各自光學系統同軸的各自第一棱鏡以及將觀察軸重新校準平行于 光軸的各自第二棱鏡。透明的保護元件布置在光路中。
[0006] US 4, 651，201將含有剛性柱狀透鏡的立體內窺鏡與兩個攝像機組合。所述攝像機 將兩幅立體圖像傳輸至連接至使用者眼前頭戴式工具的兩個屏幕。
[0007] US 4, 862, 873公開了一種含有剛性柱狀透鏡的視頻內窺鏡，其包括兩個圖像傳感 器，其含有光波導以及圖像導向裝置。通過導向裝置的功能變化來產生立體圖像。
[0008] US 5, 577, 991中公開了具有用于圖像傳輸的柱狀透鏡的剛性立體視頻內窺鏡。該 視頻內窺鏡包括兩條平行光路，其中通過柱狀透鏡系統進行圖像傳輸。在內窺鏡軸桿的近 端，平面鏡將各自光束引導至兩個圖像傳感器上。在光學裝置的近端，視場光闌連接至各自 光路。能夠調節視場光闌和平面鏡以設置圖像在屏幕上的位置。
[0009] US 6, 139, 490公開了一種立體內窺鏡以及可與其相連的虛擬現實眼鏡。
[0010] US 5, 751，341公開了一種立體內窺鏡，其包括多個軸桿部分，由此軸桿是可旋轉 的。
[0011] US 6, 108, 130公開了一種立體透鏡系統以及具有一對場的立體圖像傳感器。借助 于從圖像采集系統至圖像傳感器場的自聚焦透鏡，由圖像信息的圖像重定向獲得圖像傳感 器上各圖像之間的縮減距離。
[0012] US 6, 582, 358公開了一種具有第三光路的立體內窺鏡。該第三光路包括相比用于 立體鏡的光學設備來說具有更大視角的光學設備。
[0013] US 7, 671，888公開了一種具有蔽光系統的立體內窺鏡屏幕控制設備。
[0014] US 5, 776, 049公開了一種具有調節控制回路的立體內窺鏡。
[0015] W0 2011/014687 A2公開了一種具有并行圖像傳輸的立體視頻內窺鏡。通過內窺 鏡軸桿遠端處的光學開口來獲得圖像，并且該圖像以兩個立體局部圖像穿過內窺鏡軸桿至 兩個出口光學單元中的一個或兩個來傳輸，所述兩個出口光學單元將圖像投射到攝像機的 圖像傳感器上。
[0016] 具有柱狀透鏡的剛性單像內窺鏡的基本設計出現于專利文獻US 3, 257, 902。在細 長管中，物鏡和柱狀透鏡系統沿同一光軸順序地布置。柱狀透鏡用于圖像引導至管的近端。 目鏡，其生成對于人眼可見的虛擬圖像，布置在管近端之后。由目鏡生成的圖像還能夠由合 適的攝像機記錄。


【發明內容】

[0017] 本發明是基于開發立體視頻內窺鏡的目的，所述立體視頻內窺鏡根據具有兩條平 行光路的剛性內窺鏡以及用于圖像引導的柱狀透鏡系統的原理以避免調節敏感元件以及 使得能夠簡單制造的方式。在小直徑內窺鏡軸桿的情形中使得內窺鏡的方便操作以及高分 辨率圖像傳感器的使用成為可能。
[0018] 根據本發明，這通過視頻內窺鏡裝置來實現，所述視頻內窺鏡包括兩個平行光學 裝置，它們一起至少部分地布置在內窺鏡軸桿的內部，以及攝像頭，其緊鄰或鄰接光學裝置 近端布置。每個光學裝置包括光學元件，它們沿各自光學裝置的光學元件的各自共用第一 光軸彼此同軸布置。每個光學裝置配置為從各自光學裝置遠端至各自光學裝置的近端傳輸 光學圖像。攝像頭包括至少一個圖像傳感器，其包括至少一個記錄平面和至少兩個投影物 鏡。通過示例的方式，圖像傳感器可以是(XD彩色傳感器、CMOS彩色傳感器等。這里，每個 投影物鏡具有各自第二光軸以及布置并配置為將圖像投影到圖像傳感器上。每個光學裝置 包括準直光學單元，其布置在各自近端處，用于在各自光學裝置的出口處產生至少接近平 行的光路。準直光學單元具有第三光軸，其與光學裝置的光學元件同軸布置或從光學裝置 的光學元件的各自共用第一光軸最多橫向偏移準直光學單元的半個直徑。所述至少兩個投 影物鏡的每個布置并配置為將由各自準直光學單元生成的平行光路成像在所述至少一個 圖像傳感器的至少一個記錄平面的至少一個焦點上。所述投影物鏡中的至少一個布置為使 得各自第二光軸具有距生成平行光路的準直光學單元的各自第三光軸的橫向距離，其測量 為投影物鏡的最多半個直徑，所述投影物鏡布置并配置為用于將所述平行光路成像在所述 至少一個焦點上。因此，所述平行光路以距至少一個投影物鏡第二光軸的橫向距離進入所 述至少一個投影物鏡。該橫向距離意味著沿準直光學單元的第三光軸傳播的中心射線以關 于其第二光軸橫向偏移的進入投影物鏡。
[0019] 在本文中，光軸應該理解為指代對應光學元件對稱軸的直線。此外，一組光學元件 的共用光軸應該理解為指代由各個光學元件的光軸形成的線。這意味著共用的第一光軸沿 兩個平行光學裝置中每個的各光學元件中每個的光軸延伸。每個第二光軸沿每個物鏡延 伸，以及每個第三光軸沿每個準直光學單元延伸。在準直光學單元與光學裝置的光學元件 同軸布置以使得第三光軸形成部分第一光軸時，第三光軸與兩個平行光學裝置的一個的第 一光軸對齊。
[0020] 平行光學裝置的每個從光學裝置的遠端至光學裝置的近端傳輸圖像--所謂的 立體局部圖像。準直光學單元，其生成平行光路，布置在光學裝置的遠端。包括立體局部圖 像的平行光路的每個入射到投影物鏡上并以距投影物鏡的第二光軸的橫向距離進入投影 物鏡。由此，這兩個立體局部圖像以關于彼此改變這兩個立體局部圖像之間的橫向距離的 方式偏轉。通過示例的方式，在兩個立體局部圖像之間的橫向距離增加時，這使得能夠將立 體局部圖像彼此足夠遠的分離，以使得它們能夠以這兩幅立體局部圖像能夠輸出為立體屏 幕上立體圖像信號的方式成像在圖像傳感器的記錄平面上。各個立體局部圖像對應位于物 面內的對象的視圖，所述對象例如為腔、器官、其部分或其組合。這兩幅局部圖像通過視頻 內窺鏡裝置以如下方式引到一起，即生成賦予空間印象的立體圖像，所述空間印象具有由 視頻立體設備觀察的對象的深度信息。
[0021] 這里，內窺鏡或立體內窺鏡應該理解為指代內窺鏡軸桿，其具有內窺鏡軸桿包括 的所有光學元件。
[0022] 本發明包括的一個優點是針對現有技術所使用的目鏡省去了在出口瞳孔至人眼 的尺寸和位置上的通常調節。通過示例的方式，能夠在立體內窺鏡細長軸桿的光出口處通 過柱狀透鏡或柱狀透鏡系統來實現準直。此外，對比于其他透鏡系統，由柱狀透鏡或柱狀透 鏡系統提供的優點是使得能夠傳輸具有較高圖像質量的相對較亮的圖像。內窺鏡軸桿內的 組件還能夠由于柱狀透鏡的細長幾何形狀而簡化。彼此緊接延伸的兩條平行光路的布置也 能夠用于小的軸桿直徑。也能夠很好地消除邊緣處圖像質量的退化。還能夠通過根據本發 明的視頻內窺鏡裝置來校正諸如慧形象差和象散的離軸像差。本發明的其他優勢包括如下 事實，即記錄平面的各立體局部圖像之間的橫向距離能夠任意虛擬地設置，即使立體局部 圖像之間的距離在遠端的物鏡中非常小。因此，能夠構造通用立體內窺鏡系統。根據各自 醫療應用，各自攝像頭能夠連接至不同的可互換內窺鏡，每個具有不同的立體基線長度。此 夕卜，根據本發明的光學系統具有關于公差的較低敏感性。由此，對比于來自現有技術的立體 內窺鏡，減少了在攝像頭連接的機械精度上的需求。
[0023] 在優選配置中，光學裝置布置在剛性內窺鏡軸桿中；在該情形中，彼此同軸布置的 光學元件沿內窺鏡軸桿的縱軸布置。可替代地，內窺鏡軸桿還能夠具有柔性配置，例如管、 軸環圍繞的管等。針對柔性內窺鏡軸桿，彼此同軸布置的光學元件沿剛性直線狀態內窺鏡 軸桿的內窺鏡軸桿剛性直線縱軸布置。通過生成沿內窺鏡軸桿的彎曲，例如通過插入管腔 以及彎曲內窺鏡軸桿，光學元件以基于內窺鏡軸桿的彎曲而位移。
[0024] 在各自光學裝置出口處至少接近平行的光路能夠具有與理想準直達+/-10屈光 度的偏離而不損害立體顯示。由于例如制造公差，每個準直光學單元的光路以及各準直光 學單元的各光路都可以僅接近地而非完全地彼此平行，即具有偏離。通過示例的方式，左手 光路和右手光路之間的準直中產生的公差能夠在對攝像頭聚焦時補償。可替代地或另外 地，還能夠通過調節兩個或多個光學元件、例如柱狀透鏡系統之間的軸向距離來進行兩個 接近平行光路的準直調整。
[0025] 彼此同軸布置的光學元件優選地是柱狀透鏡系統。柱狀透鏡系統可以是彼此接合 的柱狀透鏡。同樣可行的是將柱狀透鏡與其他透鏡接合用于制造柱狀透鏡系統。彼此同軸 布置的光學元件也能夠是柱狀透鏡。可替代地或另外地，光學元件可具有其他透鏡或光學 元件。
[0026] 在優選配置中，光學裝置的所有光學元件、準直光學單元、物鏡和投影物鏡或投影 光學單元具有相同外徑，由此具有針對內窺鏡的更簡單機械設計。兩條平行管-能夠選擇 其內徑以匹配光學元件、物鏡及準直光學單元的外徑-能夠布置在內窺鏡軸桿的內部，由 此用于圖像引導和準直的物鏡及光學元件能夠根據填充架原理布置在這些管的每個中。光 學元件之間的軸向距離，如果存在時，能夠通過氣體混合物、氣體、液體、固體或不同的填充 介質來填充。優選地，這里是氣體混合物或氣體，其通過光學元件之間軸向布置的間隔管來 劃界。針對光學元件或由此產生的光路，能夠最優化填充介質的光學特性。由間隔管和光學 元件形成的管此外支撐了布置在軸桿內的兩條平行光路的中心，由此其他元件，諸如光源、 光波導、用于手術工具或用于輸送流體的工作通道等，能夠布置在內窺鏡軸桿的內部，平行 于這兩個管。在其他配置中，這兩個管還可以統一地形成同一元件，其具有兩個平行圓柱通 道孔，用于支撐光學元件。
[0027] 視頻內窺鏡裝置能夠具有一個或多個機械接口，用于將視頻內窺鏡裝置可釋放地 或永久地連接至站立系統、機器人手臂、套管針、套筒等。一個或多個機械接口能夠布置在 例如內窺鏡軸桿上、內窺鏡的其他元件或零件上、和/或攝像頭上。從現有技術，這些機械 接口對于本領域技術人員來說是公知的。通過示例的方式，這些接口包括卡口連接器、螺紋 連接、具有彈簧脫開裝置的夾持連接器等。
[0028] 用于在光學裝置開口處生成至少接近平行光路的準直光學單元優選是柱狀透鏡 系統，其包括接合的柱狀透鏡和/或其他透鏡。柱狀透鏡系統優選地包括柱狀透鏡，其接合 至其他透鏡。準直光學單元也能夠是柱狀透鏡。
[0029] 可根據傳統用于圖像引導系統的設計來設計準直光學單元，優選地是柱狀透鏡系 統或柱狀透鏡。優選地，用于準直目的的柱狀透鏡系統具有與用于圖像傳輸的柱狀透鏡系 統相同的設計。在本文中，具有相同設計可指代圖像引導系統和準直柱狀透鏡系統每個例 如具有兩個平凸透鏡和接合至它們的柱狀透鏡，即柱狀透鏡系統包括相同數量的各種透 鏡，用于準直及圖像引導柱狀透鏡系統。針對圖像引導和準直柱狀透鏡系統，具有相同設計 的柱狀透鏡系統的尺度，諸如直徑、焦距等，能夠選擇為彼此不同。用于準直和圖像傳輸的 柱狀透鏡能夠具有彼此相同的尺度或彼此不同的尺度。
[0030] 在優選配置中，所述至少兩個投影物鏡分別布置以使得第二光軸與各自光學元件 的各自光軸橫向偏離各自投影物鏡的最多半個直徑地布置。
[0031] 在優選配置中，平行光學裝置中至少一個包括彈性元件，其布置在兩個連續光學 元件之間。針對兩個平行光學裝置還能夠包括一個或多個彈性元件，例如在所有連續光學 元件之間，從而使得一個或多個彈性元件在每種情形中布置在兩個光學元件之間。各個彈 性元件可以是氣體混合物、氣體、液體、固體、或不同類型的彈性元件，其位于兩個連續光學 元件之間的軸向距離內。還能夠組合兩種彈性元件，例如氣體和固體。優選地，彈性元件是 以機械彈簧形式的固體。通過示例的方式，機械彈簧能夠布置在氣體中或液體中，它們能夠 作為兩個連續光學元件之間的軸向距離的進一步彈性元件。彈性元件優選地配置為確保兩 個連續光學元件之間的軸向距離使得減少或阻止光學元件之間的機械作用。這里，通過彈 性元件的彈簧作用來阻止或至少部分地減少機械作用。
[0032] 在特別優選的配置中，彈性元件布置在最靠近至少一個平行光學裝置的準直光學 單元的光學元件和準直光學單元之間。這樣，準直光學單元優選地是準直柱狀透鏡系統。
[0033] 最靠近平行光學裝置近端布置的光學元件的軸向運動自由度，例如以準直柱狀透 鏡系統形式的準直光學單元的軸向運動自由度，優選地在彈簧作用的方向上被端蓋所限 制。端蓋還能夠封住準直光學單元。端蓋優選地具有圓柱形外表面，其具有沿端蓋縱軸的 單面扁平，從而使得產生平的或切削的圓柱形狀，其不完全繞環形圓周延伸。端蓋能夠在端 蓋末端具有凸出，該凸出減少了端蓋在端帽末端處的內徑，從而限制了準直光學單元的軸 向運動自由度。為此，優選地沿著端蓋末端以環形形式延伸的凸出用于限制準直光學單元 在平行光學裝置近端處的運動。可替代地或另外地，準直光學單元還能夠永久地緊固至、例 如粘結至端蓋和/或端蓋末端。
[0034] 在優選配置中，視頻內窺鏡裝置包括平行光學裝置近端的夾緊裝置。該夾緊裝置 優選地配置為夾持平行光學裝置的準直光學單元從而使得在夾緊裝置的鎖定狀態，阻止了 準直光學單元的軸向和/或橫向運動。通過示例的方式，夾緊裝置能夠以夾鉗裝置的形式 配置，其圍繞準直光學單元或端蓋，所述端蓋圍繞準直光學單元，所述夾鉗裝置在準直光學 單元上施加壓力從而阻止或減少軸向和/或橫向運動。夾緊裝置能夠包括一個或多個固定 單元，例如固定螺釘，其能夠連續地調節以使得能夠設置阻止平行光學裝置運動的壓力。如 果固定單元將夾緊裝置設置為夾持狀態或鎖定狀態，平行光學裝置的近端或端蓋末端保持 在距圍繞平行光學裝置的管的固定軸向距離。在夾緊裝置的松開或打開狀態，能夠設置平 行光學裝置的近端或端蓋末端與其中布置平行光學裝置的管之間的軸向距離。在夾緊裝置 的特別優選配置中，夾緊裝置包括開槽塊，其具有固定螺釘以及用于支持端蓋的狹槽。在兩 個平行光學裝置之間具有足夠距離時，視頻內窺鏡裝置還能夠包括在兩個圓孔中的兩個獨 立平行光學裝置，其具有狹槽和獨立的夾緊裝置。
[0035] 端蓋優選地包括對可見輻射或光線透明的光窗、或輻射透射開口。端蓋能夠借助 于封條來緊密密封，由此也能夠緊密地密封平行光學裝置。優選地，平行光學裝置的近端被 具有光窗的端蓋緊密密封。為此，端蓋還能夠由保護蓋圍繞。在一個配置中，保護蓋配置為 用擰到一個或多個端蓋上，所述端蓋圍繞平行光學裝置的近端。
[0036] 具有彈性元件的本發明配置的一個方面是視頻內窺鏡裝置在熱膨脹情形中，諸如 在蒸汽滅菌期間，不會被破壞其且不會未對焦或未準直。同時，本發明的配置使得能夠在視 頻內窺鏡裝置的生產期間調節焦點和/或準直，該調節使得兩個平行光學裝置的圖像位置 足夠對應，從而生成立體圖像。
[0037] 在優選配置中，內窺鏡軸桿包括用于照明物面的照明裝置和/或所述內窺鏡軸桿 連接至照明裝置。來自光源的光線能夠在光波導中從軸桿近端經由布置在內窺鏡軸桿近端 處或附近的照明光入口至布置在內窺鏡軸桿遠端處或附近的照明光出口的傳輸，從而照射 對象。還能夠傳輸來自多個光源的光線。光源能夠包括在攝像頭內和/或通過例如光線電 纜等的柔性光波導以可釋放及可鎖定方式或剛性方式連接至內窺鏡軸桿。
[0038] 優選地，視頻內窺鏡裝置包括圖像處理器，其能夠將投影在圖像傳感器上的兩幅 立體局部圖像轉換為能夠顯示在立體屏幕上的圖像信號。該圖像處理器能夠布置在視頻立 體設備內或外側，并包括電子元件和/或軟件組件。此外，投影在多個圖像傳感器上的立體 局部圖像也能夠通過一個或多個圖像處理器轉換為能夠描繪在立體屏幕上的圖像信號，并 且這些圖像信號能夠在立體屏幕上輸出，例如基于偏振眼鏡原理的屏幕上、基于快門眼鏡 原理的屏幕上等。圖像處理器能夠優選地通過圖像處理來執行圖像改進措施，例如對比度、 顏色顯示的調節；焦點的改進；失真、圖像位置偏移、蔽光情形的校正；立體朝向的調節；和 /或圖像比例尺中公差的補償。
[0039] 元件，例如攝像頭、投影物鏡、內窺鏡軸桿、光學元件和/或光學裝置，可以是可互 換的。通過示例的方式，在攝像頭內或上的投影物鏡可由不同投影物鏡或由多個投影物鏡 替代。還能夠互換整個攝像頭。還能夠將包括光學元件在其內的內窺鏡軸桿互換。還能夠 僅將布置在內窺鏡軸桿內的內窺鏡的個別光學元件互換，特別是準直光學單元。為此，可互 換的元件優選地以可釋放且可鎖定方式彼此連接，例如通過機械耦合，由此簡化了視頻內 窺鏡裝置的各元件的消毒。新連接的元件能夠關于彼此校準。
[0040] 在優選配置中，視頻內窺鏡裝置包括存儲器單元，其能夠例如包括一組存儲的預 定校準數據。該校準數據能夠以不變方式存儲在不可改寫存儲器中和/或該校準數據能夠 隨時校準地存儲在可寫存儲器中。這里，校準迭代能夠用于產生一組新的校準數據，其能 夠存儲在存儲器單元中。存儲器單元還能夠包括和/或存儲其他數據，例如關于內窺鏡和 /或光源使用的歷史數據，從而用于確定何時需要更新設備和/或光源；或能夠用于校準的 來自例如溫度傳感器、濕度傳感器等傳感器的數據。
[0041] 來自視頻內窺鏡裝置存儲器單元的校準數據能夠特別優選地通過一組保存的預 定校準數據用于校準彼此新連接的元件。這里，校準數據能夠來自出廠的預存方式或能夠 以校準迭代生成，由此能夠進行內窺鏡中所利用元件的個體選擇而無需每次使用時執行新 的校準。此外，視頻內窺鏡裝置能夠包括一個或多個傳感器設備，例如RFID收發器，其能夠 讀出和處理元件上的可讀標記，例如，RFID發射機應答器等。由此，校準數據可以自動地加 載。為此，傳感器設備能夠基于它們的可讀傳感器標記來識別各自連接的元件，并從所存儲 校準數據中選擇校準數據，或針對新連接元件具有最佳擬合的校準數據，并使用這些校準 數據來校準視頻內窺鏡裝置。傳感器設備優選地在攝像頭上或攝像頭內。
[0042] 視頻內窺鏡裝置能夠包括一個或多個透明防護窗，其設置用于防止受到環境影 響。通過示例的方式，防護窗能夠布置在內窺鏡軸桿的遠端用于保護物鏡；布置在內窺鏡軸 桿中；布置在內窺鏡軸桿的近端用于保護準直光學單元；布置在投影物鏡的光線入口上或 攝像頭的光線入口上，用于保護投影物鏡；和/或投影物鏡與圖像傳感器之間，用于保護圖 像傳感器。
[0043] 在其他配置中，視頻內窺鏡裝置能夠包括一個或多個視場光闌。所述視場光闌優 選地布置在一個或兩個平行光學裝置的近端內或近端處，用于以暫時地或永久地方式封堵 和/或限制平行光學裝置的一個或兩個光路。
[0044] 視頻立體設備的攝像頭可包括聚焦裝置。所述聚焦裝置能夠通過使用者手動地或 通過控制回路或通過計算機等上運行的程序或一個軟件自動地操作。所述聚焦裝置能夠通 過在軸向方向上移動具有固定或可變焦距的一個或多個投影物鏡或所述一個或多個投影 物鏡的組件使得圖像信號的圖像聚焦。特別地，左手和右手立體局部圖像能夠由所述聚焦 裝置彼此獨立地聚焦。在圖像傳感器平面中生成的局部圖像能夠部分地重疊而不會損害立 體顯示，只要所述重疊沒有俘獲圖像信號的圖像中所探測的區域。此外，局部圖像能夠聚焦 在不同圖像傳感器上或同一圖像傳感器上。
[0045] 攝像頭能夠經由可釋放和可鎖定連接來連接至內窺鏡，特別地連接至內窺鏡軸 桿。所述可釋放和可鎖定連接能夠使用本領域公知的鎖定機制，例如以螺紋連接、自觸發彈 簧機制、夾鉗、偏心輪等的形式。內窺鏡軸桿和攝像頭能夠具有彼此匹配的連接面，從而使 得內窺鏡軸桿的連接半體能夠以互鎖方式插入至攝像頭的連接半體中。連接面能夠配置為 阻止內窺鏡軸桿和攝像頭之間的旋轉。為此，連接面能夠具有相應的防旋轉裝置元件，例如 狹槽、螺栓、銷釘等。這種防旋轉裝置的多種方案對于來自現有技術的本領域技術人員來說 是公知的。防旋轉裝置能夠以如下方式配置，即它們僅允許關于內窺鏡軸桿的限定數量的 攝像頭配置，例如僅一種固定配置、180°旋轉角旋轉的兩種配置、或類似配置。防旋轉裝置 元件使得能夠阻止攝像頭和內窺鏡軸桿的非期望相對旋轉。
[0046] 有立體攝像頭的立體內窺鏡的可釋放和可鎖定連接的防旋轉連接是公知的，例如 德國實用新型G9300529. 6。在該申請中，榫釘和孔洞示出用于立體內窺鏡的兩個出光口與 攝像頭的兩個入光口之間的可重復軸向對準。
[0047] 內窺鏡軸桿和攝像頭優選地以通過以下方式的連接來彼此連接，即內窺鏡的立體 水平線與攝像頭的一個或多個圖像傳感器的水平線基本平行地對準。可替代地，立體局部 圖像能夠通過圖像處理器來旋轉至正確方向。
[0048] 此外，內窺鏡軸桿相對于攝像頭優選地以如下方式布置，即兩個投影物鏡之間的 水平連接線基本平行于內窺鏡的立體水平線布置。然而，由于本發明的低誤差靈敏度，各自 準直光學單元和各自投影物鏡之間的準確軸向對準不是強制性的。
[0049] 通過圖像處理器或成像電子裝置能夠補償由機械作用、公差等產生的立體局部圖 像記錄平面中焦點的橫向變化。
[0050] 由于立體內窺鏡裝置的低誤差靈敏度，攝像頭的機械設計是簡單的且能夠類似地 引入至已知顯微鏡內窺鏡系統情形中的機械設計。為此，多種方法是已知的現有技術，其能 夠以明顯方式轉移至立體內窺鏡裝置攝像頭的機械設計。
[0051] US 4, 781，448和US 6, 113, 533中描述了用于商業上可獲得攝像頭的這種機構的 實例。在其中所描述的套筒結構中，所述連接能夠結合操作元件用于投影物鏡的手動或電 子馬達驅動聚焦，該投影物鏡布置以在攝像頭的縱向方向上可運動。這里，圓柱物鏡載體， 其具有銷或栓作為投影光學單元的接收機防旋轉裝置，在固定的外部圓柱套筒內導引。在 外部聚焦套筒的旋轉運動設置有螺旋槽的情形中，具有物鏡載體的平移聚焦運動。透明防 護窗或光纖能夠布置在套筒遠端和近端的附近。所述連接布置在固定套筒的遠端處。
[0052] 還能夠在該物鏡載體中布置兩個平行的投影物鏡。通過示例的方式，用于投影物 鏡的支架能夠通過兩個孔來實現，所述兩個孔彼此平行且彼此水平地偏離。該立體鏡接圈， 其中投影物鏡在連接適配器中的共聚焦，從US 6, 582, 385可得知。兩個局部圖像能夠通過 旋轉聚焦環來聚焦在一起。在組裝期間，投影物鏡優選地設置至沿其軸的共聚焦位置。
[0053] 照明裝置也能夠類似地設計到單像內窺鏡系統。輻射源，優選地為光源，能夠布置 在例如內窺鏡內和/或上或攝像頭內和/或上。內窺鏡軸桿能夠包括光波導，其配置為將 由光源產生的光線傳輸至內窺鏡軸桿的遠端。通過示例的方式，一個或多個光波導能夠包 括用于光束成形的玻璃錐、光纖錐、透鏡、反射鏡等。
[0054] 可替代地或另外地，光入口也能夠布置在內窺鏡軸桿和攝像頭之間的連接部位 處，從而在將內窺鏡連接至攝像頭時建立照明裝置的光學連接。
[0055] 根據本發明的立體視頻裝置的配置的一個方面是在內窺鏡軸桿中，大的截面積能 夠填充有光波導，例如光纖。大量填充內窺鏡軸桿截面積的光波導能夠布置在內窺鏡軸桿 中。僅僅由包括用于圖像引導的平行光學裝置的管占據的截面積對于光波導來說是不可用 的。
[0056] 在其他配置中，投影物鏡后或內的棱鏡能夠產生物鏡光路的方向變化，其中由此， 視頻內窺鏡裝置的觀察方向不平行于內窺鏡軸桿的軸，并因此不平行于各自光學元件裝置 的各自光軸。觀察方向能夠通過布置在光路中的其他棱鏡再定向以平行于所述軸。所述棱 鏡或各自棱鏡能夠是消色差棱鏡或反射棱鏡；可替代地，還能夠使用具有小于30°角偏轉 反射鏡裝置。還能夠平行地和/或串聯地布置多個棱鏡和/或反射鏡裝置。在優選配置中， 棱鏡或反射鏡裝置接合至其他光學元件。通過示例，棱鏡能夠接合至其他棱鏡、透鏡、或其 他光學兀件。
[0057]內窺鏡軸桿的遠端還能夠是成角度的。此外，能夠使用具有橫向觀察方向的物鏡， 其布置在內窺鏡軸桿的遠端，由此，能夠獲得立體內窺鏡，其中觀察方向與內窺鏡軸桿的軸 成一定角度。可替代地或另外地，還能夠通過布置在物鏡遠側的棱鏡或反射鏡來實現橫向 觀察方向。
[0058] 投影物鏡還能夠是柱狀透鏡或柱狀透鏡系統，由此能夠簡化光學單元的設計。
[0059] 投影物鏡能夠橫向地布置或移位至另一投影物鏡或多個其他投影物鏡的光軸，以 及橫向地布置或移位至準直光學單元的光軸，由此能夠使得圖像傳感器的尺寸和內窺鏡尺 寸之間的良好匹配。可替代地或另外地，光學元件、準直光學單元和/或圖像傳感器能夠彼 此具有橫向偏移，由此能夠產生兩個立體局部圖像之間橫向偏離的變化。在投影物鏡這樣 位移的情形中，如果滿足如下條件，
[0060]

【權利要求】
1. 一種視頻內窺鏡裝置（10)，其包括： 兩個平行光學裝置（16、24、26)，它們一起至少部分地布置在內窺鏡軸桿（14)的內部 并且每個包括光學兀件（16、17、24、26、27)，所述光學兀件沿各光學裝置（16、24、26)的光 學兀件（16、17、24、26、27)的共用第一光軸彼此同軸布置，每個光學裝置（16、24、26)配置 為從各自光學裝置（16、24、26)遠端（20)至各自光學裝置（16、24、26)的近端（18)傳輸光 學圖像； 所述視頻內窺鏡裝置（10)還包括攝像頭（28)，其緊鄰或鄰接光學裝置（16、24、26)的 近端（18)布置，并且其包括： 至少一個圖像傳感器（34)，其包括至少一個記錄平面（32)，所述攝像頭（28)還包括至 少兩個投影物鏡（30)，其中每個投影物鏡具有第二光軸并布置及配置為將圖像（38)投影 到圖像傳感器（34)上； 其中每個光學裝置（16、24、26)包括準直光學單元（16)，其布置在各自近端（18)處，用 于在各自光學裝置（16、24、26)的出口（18)處產生至少接近平行的光路（12); 其中各自準直光學單元（16)具有第三光軸，其與光學裝置（16、24、26)的光學元件 (24、26、27)同軸布置或從光學裝置（16、24、26)的光學兀件（24、26、27)的共用第一光軸最 多橫向偏移準直光學單元（16)的半個直徑，以及所述至少兩個投影物鏡（30)中的每個布 置及配置為將由各自準直光學單元（16)生成的平行光路（12)成像在所述至少一個圖像傳 感器（34)的至少一個記錄平面（32)的至少一個焦點（36)上，以及 其中所述投影物鏡（30)中的至少一個布置為使得各自第二光軸具有距生成平行光路 (12)的準直光學單元（16)的第三光軸的橫向距離（42)，其測量為投影物鏡（30)的最多半 個直徑，所述至少一個投影物鏡（30)布置并配置為用于將所述平行光路成像在所述至少 一個焦點（36)上，由此，所述平行光路（12)以距至少一個投影物鏡（30)的第二光軸的橫 向距離（42)進入所述至少一個投影物鏡（30)。
2. 根據權利要求1所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中彼此分別同軸布置的光學元件 (16、17、24、26、27)包括柱狀透鏡（17、27)。
3. 根據權利要求1或2所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中用于生成至少基本平行光 路（12)的所述準直光學單元（16)包括位于光學裝置（16、24、26)出口（18)處的柱狀透鏡 (17)。
4. 根據權利要求1至3中至少一項所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中用于在光學裝置 (16、24、26)出口（18)處生成至少基本平行光路（12)的所述準直光學單元（16)是柱狀透 鏡系統（16)，其包括至少兩個接合的透鏡，其中包括兩個接合的透鏡的柱狀透鏡系統（16) 的至少一個透鏡是柱狀透鏡（17)。
5. 根據權利要求1至4中至少一項所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中所述視頻內窺鏡 裝置（10)包括用于準直目的的柱狀透鏡系統（16)，它們具有與用于圖像傳輸的柱狀透鏡 系統（26)相同的設計。
6. 根據權利要求1至5中至少一項所述的視頻內窺鏡裝置（10)其中所述至少兩個投 影物鏡（30)中的每個布置為使得第二光軸與各自光學裝置（16、24、26)的光學元件（16、 17、24、26、27)的光軸橫向偏移投影物鏡（30)的至多半個直徑。
7. 根據權利要求1至6中至少一項所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中所述平行光學裝 置（16、24、26)中的至少一個包括彈性元件（74)，其布置在兩個連續光學元件（16、24、26) 之間，并且其中所述彈性元件（74)配置為確保兩個連續光學元件（16、24、26)之間的軸向 距離，從而減少光學元件（16、24、26)之間的機械作用。
8. 根據權利要7所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中所述彈性元件（74)布置在最靠近 至少一個平行光學裝置（16、24、26)的準直光學單元（16)的光學元件（26)和準直光學單 元（16)之間。
9. 根據權利要7或8所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中所述視頻內窺鏡裝置（10)包 括平行光學裝置（16、24、26)的近端（18)的夾緊裝置（80)，并且其中該夾緊裝置（80)配置 為以如下方式夾持平行光學裝置（16、24、26)的準直光學單元（16)，即在夾緊裝置（80)的 鎖定狀態，阻止了準直光學單元（16)的軸向和/或橫向運動。
10. 根據權利要9所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中所述內窺鏡軸桿（14)包括用于 照明物面（22)的照明裝置（46)，并且其中所述照明裝置（46)包括光波導（48)，其將來自 至少一個光源（52)的光線從內窺鏡軸桿（14)近端（18)處或附近的照明光入口（50)傳輸 至布置在內窺鏡軸桿（14)遠端（20)處或附近的照明光出口（54)，其中所述至少一個光源 (52)包括在攝像頭（28)內和/或通過柔性光波導（48)以或者可釋放及可鎖定或者剛性方 式連接至內窺鏡軸桿（14)。
11. 根據權利要求1至10中至少一項所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中圖像處理器 (68)布置在所述視頻內窺鏡裝置（10)內或外側并配置為將投影在所述至少一個圖像傳感 器（34)上的兩幅立體局部圖像（38)轉換為能夠描繪在立體屏幕上的圖像信號。
12. 根據權利要求11所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中所述圖像處理器￠8)配置為 通過圖像處理來執行圖像改進措施。
13. 根據權利要求1至12中至少一項所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中所述視頻內窺 鏡裝置（10)包括至少一個可互換元件（14、16、17、24、26、27、30、28、34、46、48、52)。
14. 根據權利要求13所述的視頻內窺鏡裝置（10)，在互換至少一個元件（14、16、17、 24、26、27、30、28、34、46、48、52)時，新連接的元件（14、16、17、24、26、27、30、28、34、46、48、 52)能夠通過保存在存儲單元（70)內的一組預定校準數據關于彼此校準，并且其中所述視 頻內窺鏡裝置（10)包括至少一個傳感器裝置（76)，其能夠讀出和處理至少一個元件（14、 16、17、24、26、27、30、28、34、46、48、52)上的至少一個可讀標記（78)，從而能夠從存儲單 元（70)中的多組預定校準數據中選擇校準數據、或針對新連接元件（14、16、17、24、26、27、 30、28、34、46、48、52)具有最佳擬合的校準數據。
15. 根據權利要求1到14中至少一項所述的視頻內窺鏡裝置（10)，其中內窺鏡軸桿 (14)的遠端（20)、內窺鏡軸桿（14)的近端（18)、和/或攝像頭（28)的入光口（58)具有至 少一個光學透明防護窗（56)。
【文檔編號】A61B1/00GK104207750SQ201410362785
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2013年5月28日
【發明者】H·米勒, A·克利姆 申請人:艾克松有限責任公司