具有側向觀察方向的內窺鏡的制作方法
【專利摘要】本發明涉及具有側向觀察方向的內窺鏡（1），該內窺鏡包括：近端手柄（3）；內窺鏡軸（2），其具有外管（6）和內管（7）；以及兩個光學元件組件（13、16），其設置在所述內窺鏡軸（2）的遠端區域中，能夠繞所述內窺鏡軸（2）的縱軸彼此相對地旋轉，并且借助于設置在所述光學元件組件（13、16）之間并且借助于預緊裝置被預緊的軸向軸承（15、20、20'、20"、23）彼此抵靠地裝配，其中，遠端連接至所述外管（6）的第一光學元件組件（13）包括具有側向觀察方向的光學窗口、棱鏡和/或透鏡，而遠端連接至所述內管（7）的第二光學元件組件（16）包括圖像傳感器（19a），該圖像傳感器（19a）具有直前觀察方向并且沿所述內窺鏡軸（2）的縱軸的方向取向。根據本發明，所述預緊裝置設置在所述內窺鏡軸（2）的所述遠端區域中、所述軸向軸承（15、20、20'、20"、23）處。
【專利說明】具有側向觀察方向的內窺鏡
[0001]說明書
[0002]本發明涉及具有側向觀察方向的內窺鏡，該內窺鏡包括:近端手柄、具有外管和內管的內窺鏡軸，以及兩個光學元件組件(optical component assembly),這兩個光學元件組件設置在所述內窺鏡軸的遠端區域中，可以繞內窺鏡軸的縱軸彼此相對地旋轉，并且借助于設置在這兩個光學元件組件之間并且借助于預緊裝置被預緊的軸向軸承(axialbearing)彼此抵靠裝配，其中，遠端地連接至外管的第一光學元件組件包括具有側向觀察方向的光學窗口、棱鏡和/或透鏡，而遠端地連接至內管的第二光學元件組件包括圖像傳感器，該圖像傳感器具有直前(straight-ahead)觀察方向，并且沿內窺鏡軸的縱軸的方向取向。[0003]在本發明的范圍中，術語“內窺鏡”具體來說指視頻內窺鏡，由此，指與至少一個圖像傳感器結合的內窺鏡，圖像傳感器被設計成拍攝視頻記錄，而不管該圖像傳感器是遠端地設置在內窺鏡軸中、近端地設置在手柄中，還是外部地設置攝像頭中，其可以附接至內窺鏡的近端區域中的目鏡，由此處于操作員或外科醫生一側。
[0004]還被稱作“觀察的方向(D0V)”的術語“觀察方向”涉及偏離內窺鏡的縱軸的、被表示為極角的側向觀察或逆向觀察，其中，觀察角0°表示沿內窺鏡軸的縱向的直前觀察，而90°例如指定相對于直前觀察偏離九十度的觀察方向。
[0005]對于內窺鏡，或者相應地，觀察方向古0°的視頻內窺鏡，必須能夠彼此相對地旋轉遠端光學系統中的兩個光學元件組件。為此目的，這些光學元件組件的徑向軸承(radialbearing)和軸向軸承是必需的。徑向軸承限制了光學元件組件沿徑向彼此相對的相對移動，軸向軸承限制了內窺鏡沿軸向的相對移動。為了避免對光學質量產生不利影響，如果將軸向軸承設計成無游隙，從而不存在因光學元件組件彼此相對的軸向移動而造成的光程變化，則更加有利。
[0006]在現有技術中，無軸向游隙是通過利用彈簧(例如，位于內窺鏡的手柄區中的螺旋彈簧)對軸承進行預緊來創建的。
[0007]對于根據文獻EP1787570B1的視頻內窺鏡，存在位于手柄中的徑向作用的軸承。兩個遠端光學元件組件之間既有徑向軸承也有軸向軸承。借助于手柄中的彈簧將軸向力施加在該軸承上。扭矩和軸向力利用兩個管傳遞，每一個管都附接至一個光學元件組件。這樣，遠端設置的軸向軸承因放置在手柄區的彈簧而保持無軸向游隙。
[0008]利用現有技術的內窺鏡的、放置在手柄中的用于預緊軸向軸承的彈簧，除了處理扭矩以外，還必須傳遞軸向力。因此，該構造相對復雜且相對麻煩。
[0009]基于該現有技術，本發明的目的是提供這樣一種內窺鏡，即，其具有側向觀察方向，和處于內窺鏡軸的遠端區域中的、可以彼此相對旋轉的兩個光學元件組件，據此無論何時都保證了最佳的光學質量。
[0010]該目的是通過一種具有側向觀察方向的內窺鏡(具體來說，視頻內窺鏡)來實現的，該內窺鏡包括:近端手柄、具有外管和內管的內窺鏡軸，以及兩個光學元件組件，這兩個光學元件組件設置在所述內窺鏡軸的遠端區域中，能夠繞內窺鏡軸的縱軸彼此相對地旋轉，并且借助于設置在這兩個光學元件組件之間并且借助于預緊裝置被預緊的軸向軸承而彼此抵靠裝配，其中，遠端地連接至外管的第一光學元件組件包括具有側向觀察方向的光學窗口、棱鏡和/或透鏡，而遠端地連接至內管的第二光學元件組件包括圖像傳感器，該圖像傳感器具有沿內窺鏡軸的縱軸的方向取向的直前觀察方向，其特征在于:所述預緊裝置設置在所述內窺鏡軸的所述遠端區域中的、所述軸向軸承處。
[0011]由于所述預緊裝置設置在所述內窺鏡軸的所述遠端區域中、所述軸向軸承處的事實，力沖擊(force impact)直接出現在所述軸向軸承處，不需經由在彼此內滑動的管來傳遞。這得到了一種非常有效、持續可靠，且無游隙的軸向軸承。所述軸向軸承不再取決于經由所述內管傳遞的軸向作用力，從而不存在因內管與外管的摩擦而造成的摩擦損耗，也不再有因內管相對于外管旋轉期間的摩擦而造成的任何啃咬(grabbing)。而且，可以省略用于傳遞軸向作用力的附加管，以使根據本發明的所述預緊裝置的布置還導致簡單而不復雜的設計。
[0012]由于所述軸向軸承設置在所述光學元件組件之間的事實，所述軸向軸承無論何時都限定了所述第二元件組件相對于所述第一元件組件的正確位置，從而保證了恒定的光學質量。[0013]根據本發明，所述第一光學元件組件被理解成為具有入口窗口、偏轉部件(舉例來說，如鏡子或棱鏡)，以及透鏡部件(若可用的話)的遠端設置的側向觀察光學元件組件，而所述第二光學元件組件是負責進一步傳送所述內窺鏡軸內的光直至圖像傳感器裝置的元件組件。所述第二光學元件組件的光學元件由此典型地設置成指向所述內窺鏡軸的縱向(disposed pointing),并且可以是圖像傳感器，例如透鏡或透鏡組。
[0014]在根據本發明的內窺鏡的有利設計方面，所述軸向軸承中的至少一個部件和/或一個光學元件組件具有鐵磁材料，并且所述預緊裝置包括磁體，具體來說，環形磁體，借助于所述磁體，所述鐵磁材料沿朝著所述軸向軸承閉合的方向被牽拉。這意味著，所述磁體相對于所述軸向軸承典型地設置在與所述鐵磁材料相對的一側上。
[0015]在有利變型例中，所述磁體被緊固在所述內管上，其中，所述內管至少在某種程度上由順磁性或抗磁性材料構成。在一另選變型例中，所述磁體被緊固在所述外管上，其中，所述外管至少在某種程度上由順磁性或抗磁性材料構成。還可以針對所述內管和所述外管都設置磁體，并且設置成使得它們彼此牽拉。
[0016]具有磁體的所述預緊裝置的形成代表了特別簡單的構造性措施。
[0017]另選地或者除此以外，優選地，所述預緊裝置包括拉力彈簧或推力彈簧。
[0018]同樣，按有利方式，所述預緊裝置另選地或者除此以外還包括預緊彈性引導部件，具體來說，咬合在引導槽中的預緊彈性引導環和/或預緊彈性引導珠緣或引導肋。
[0019]為了還防止徑向游隙，優選地，在所述內管與所述外管之間、在所述內窺鏡軸的遠端區域中設置有徑向軸承，和/或所述軸向軸承還被構造為徑向軸承。還被指定為“徑向軸向軸承”的這種軸承負責限制沿徑向和軸向這兩個方向的游隙。
[0020]所述軸向軸承優選地被設計為滑動軸承。所述軸向軸承還優選地被設計為用于光學元件和/或光學元件組件的保持器(retainer)。
[0021]所述滑動軸承可以利用由陶瓷或塑料組成的附加構造性部件構建，和/或可以是所述光學元件組件的保持器的、例如利用合適涂層或表面處理的直接組件。[0022]鐵磁材料、永磁體以及軸向軸承的構造被優選地選擇，使得由于磁力，生成了保持所述軸向軸承無游隙的軸向力。
[0023]另外，設置在所述兩個光學元件組件之間的徑向軸承與所述軸向軸承一樣由附加的或一體的軸承部件構成。
[0024]本發明的其他特征根據按照本發明實施方式的描述與權利要求書和所包括附圖一起將變明了。根據本發明的實施方式可以實現單個特征或幾個特征的組合。
[0025]下面，在不限制本發明的一般意圖的情況下，基于參照附圖的示例性實施方式來進行描述，由此，針對根據本發明的、該文本中未更詳細說明的所有細節的公開清楚地引用附圖。圖中不出:
[0026]圖1是根據現有技術的內窺鏡的示意性表述圖，
[0027]圖2是根據本發明的軸向軸承的示意性表述圖， [0028]圖3是根據本發明的另一軸向軸承的示意性表述圖，
[0029]圖4是根據本發明的另一軸向軸承的示意性表述圖，
[0030]圖5是根據本發明的另一軸向軸承的示意性表述圖。
[0031]在圖中，相同或相似類型的部件和/或部分設置有相同的標號，以使可以省略對應的再介紹。
[0032]圖1示意性地表示了從現有技術已知的內窺鏡1。內窺鏡1在遠端部(右側示出)具有在軸2中結束的手柄3。軸2的遠端部在圖1左側不出。
[0033]手柄3具有旋轉環4，借此，利用連接至內管7的條形磁體5，內管7可以相對于外管6旋轉，以便改變內窺鏡1的觀察方向。內管7另外借助于徑向軸承8安裝在手柄3中。另外，手柄3包括由壓縮彈簧9構成的預緊裝置，其相對于用于壓縮彈簧9的止動部10被預緊。壓縮彈簧9確保內管7在朝著軸2的遠端11的軸向方向被按壓，或者相應地預緊。
[0034]軸2在遠端11具有側向觀察的窗口 12。在窗口 12后面，存在具有透鏡和棱鏡的光學元件組件13，進入窗口 12的光借此偏轉到平行于軸2的縱軸的方向。光學元件組件13被連接至外管6的保持器14保持。窗口 12還是光學元件組件13的一部分。
[0035]在這種情況下在圖像傳感器19中結束的第二光學元件組件16附接至第一光學元件組件13。第二光學元件組件16保持在保持器17中，保持器17連接至內管7，從而它還與內管7 —起旋轉或移動。位于軸2的遠端11的區域中的內管7借助于徑向軸承18相對于外管6被徑向安裝。
[0036]第二光學元件組件16的保持器17的遠端前表面和第一光學元件組件13的保持器14的近端前表面彼此相對地設置并且形成了軸向軸承15。由于內管7因手柄3中的壓縮彈簧9而在軸向方向被預緊，所以軸向軸承15閉合，即，保持器17的遠端側前表面抵壓保持器14的近端側前表面。由此，相對于第一光學元件組件13明確地限定了第二光學元件組件16的軸向位置，從而獲得了最佳的光學質量。
[0037]因為軸向作用的預緊力經由縱向延伸的內管7傳遞，所以內管7在外管6中的每一次傾斜、旋轉或移動都導致軸向作用的預緊力未最佳地傳遞至軸向軸承15。這可能導致光學質量被削弱。
[0038]圖2至5示出了根據本發明的用于軸向軸承的示范實施方式。每一種情況都示出了軸2的遠端尖部的詳細剖面，其在下列圖中更明確地示出。為清楚起見，在圖2至5中，在每一種情況下，僅示出了根據本發明的光學元件組件及其保持器和軸向設置的預緊裝置。原則上，在這些情況中，手柄3中的彈簧或其它預緊部件完全可以省略。
[0039]圖2示意性地示出了設置在保持器14’中的第一光學元件組件13，保持器14’由鐵磁材料組成。具有傳感器單元19和圖像傳感器19a的第二光學元件組件16被形成為，使其抵靠保持器17’的近端前表面，并且還從外側將其包圍。保持器14’和17’的形狀鎖合構造充當了組合徑向軸承和軸向軸承。它附接至環形磁體21，后者在第一光學元件組件13的保持器14’的鐵磁材料上施加磁力，并由此確保保持器17’在保持器14’上的穩固軸向支承，反之亦然。該實施方式在機械上和結構上都特別簡單。
[0040]圖3示出了一另選結構。與圖2的結構形成對比，在圖3中，環形磁體22未設置在保持器14’的側壁的虛構延長部分中，相反，卻在沿軸2的軸向方向上設置在保持器14’的位置。
[0041]圖4示出了軸2的遠端區域中的預緊裝置的另選實施方式。在這種情況下，該預緊裝置被實現為第一光學元件組件13的保持器14"與第二光學元件組件16的保持器17〃之間的拉力彈簧25。該拉力彈簧緊固在第二光學元件組件16的保持裝置17〃的具有緊固件26的那一側。拉力彈簧25在其遠端側端部處具有圓周緊固環27，其接合在第一光學元件組件13的保持器14〃的引導槽24中。由此，拉力彈簧25利用其緊固環27可以在引導槽24中任意旋轉。拉力彈簧25在所有情況下都朝著保持器14"牽拉保持器17"，以便不論何時都保證良好的光學質量。在這種情況下，該軸承是純軸向軸承23。
[0042]另選的是，該拉力彈簧還可以緊固到第一光學元件組件上，和/或包括用于管子、或者相應地用于光學元件組件的旋轉軸承的滾珠軸承。
[0043]圖5再次示出了徑向軸向軸承20〃的實施例，第二光學元件組件16的保持器17〃’借此在遠端側結束于圓周引導肋28，圓周引導肋28按與圖4的實施例實施方式相似的方式，接合在第一光學元件組件13的保持器14〃’的圓周引導槽24中。引導肋28由彈性材料制成，并且在其在引導槽24中的接合中被預緊。這意味著在保持器17"’保持在保持器14〃’的軸向端部位置中的位置，引導肋28處于彈性拉伸下并且在保持器17〃’上施加沿軸2的遠端11的方向的另一個力。圖5的變型例還示出了根據本發明的、特別簡單且容易構造的軸向軸承。
[0044]結合其它特征公開的所有指定特征(包括單獨根據附圖取得的哪些，和單個特征)都單個地和組合地視為本發明的要素。根據本發明的實施方式可以通過單個特征或幾個特征的組合來實現。
[0045]fa號列表
[0046]1內窺鏡
[0047]2軸
[0048]3手柄
[0049]4旋轉環
[0050]5條形磁體
[0051]6外管
[0052]7內管
[0053]8徑向軸承[0054]9壓縮彈簧
[0055]10 用于壓縮彈簧的止動部
[0056]11遠端
[0057]12窗口
[0058]13 帶有透鏡和棱鏡的光學元件組件
[0059]14、14’光學元件組件的保持器
[0060]15 軸向軸承
[0061]16 光學元件組件
[0062]17、17’光學元件組件的保持器
[0063]18徑向軸承
[0064]19圖像傳感器單元
[0065]19a 圖像傳感器
[0066]20-20〃徑向軸向軸承
[0067]21環形磁體
[0068]22 環形磁體
[0069]23軸向軸承
[0070]24弓丨導槽
[0071]25拉力彈簧
[0072]26緊固件
[0073]27圓周緊固環
[0074]28引導肋
【權利要求】
1.一種具有側向觀察方向的內窺鏡(1)，該內窺鏡包括:近端手柄(3);內窺鏡軸(2),其具有外管(6 )和內管(7 );以及兩個光學元件組件(13、16 )，其設置在所述內窺鏡軸(2 )的遠端區域中，能夠繞所述內窺鏡軸(2)的縱軸彼此相對地旋轉，并且借助于設置在所述光學元件組件(13、16)之間并且借助于預緊裝置被預緊的軸向軸承(15、20、20’、20〃、23)彼此抵靠地裝配，其中，遠端連接至所述外管(6)的第一光學元件組件(13)包括具有側向觀察方向的光學窗口、棱鏡和/或透鏡，而遠端連接至所述內管(7 )的第二光學元件組件(16 )包括圖像傳感器(19a)，該圖像傳感器(19a)具有沿所述內窺鏡軸(2)的縱軸的方向取向的直前觀察方向，所述內窺鏡的特征在于，所述預緊裝置設置在所述內窺鏡軸(2)的所述遠端區域中、所述軸向軸承(15、20、20’、20〃、23)處。
2.根據權利要求1所述的內窺鏡(1)，其特征在于，所述軸向軸承(15、20、20’、20"、23)的至少一個部件和/或一個光學元件組件(13、16)具有鐵磁材料，并且所述預緊裝置包括磁體(21、22)，尤其是環形磁體(21、22)，借助于所述磁體，所述鐵磁材料沿朝著所述軸向軸承(15、20、20’、20〃、23)閉合的方向被牽拉。
3.根據權利要求2所述的內窺鏡(1)，其特征在于，所述磁體(21、22)被緊固到所述內管(7)，其中，所述內管(7)至少在某種程度上由順磁性或抗磁性材料構成。
4.根據權利要求2所述的內窺鏡(1)，其特征在于，所述磁體(21、22)被緊固到所述外管(6)，其中，所述外管(6)至少在某種程度上由順磁性或抗磁性材料構成。
5.根據權利要求1至4中的一項所述的內窺鏡(1)，其特征在于，所述預緊裝置包括拉力彈簧(25)或推力彈簧。
6.根據權利要求1至5中的一項所述的內窺鏡(1)，其特征在于，所述預緊裝置包括預緊彈性引導元件(24、28)，尤其是接合在引導槽(24)中的預緊彈性引導環和/或預緊彈性引導珠緣或引導肋(28)。
7.根據權利要求1至6中的一項所述的內窺鏡(1)，其特征在于，在所述內管(7)與所述外管(6)之間、所述內窺鏡軸(2)的所述遠端區域中設置有徑向軸承，并且/或者所述軸向軸承(20、20’、20〃)還被設計為徑向軸承。
8.根據權利要求1至7中的一項所述的內窺鏡(1)，其特征在于，所述軸向軸承(15、.20、20’、20〃、23) 被設計為滑動軸承。
9.根據權利要求1至8中的一項所述的內窺鏡(1)，其特征在于，所述軸向軸承(15、.20,20'、20〃、23)被設計為用于光學元件(14 - 14〃’，17 - 17〃’ )和/或光學元件組件(13、16)的保持器。
【文檔編號】A61B1/00GK103648355SQ201280033699
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月3日 優先權日:2011年7月11日
【發明者】M·維特斯 申請人:奧林匹斯冬季和Ibe有限公司