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用于內窺鏡的光學設備.pdf

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用于 內窺鏡 光學 設備
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摘要
申請專利號:

CN03816175.3

申請日:

20030515

公開號:

CN1665439A

公開日:

20050907

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A61B1/00 主分類號: A61B1/00
申請人: 視覺范圍技術有限公司
發明人: 謝爾蓋·V·阿列克先科,阿列克謝·R·葉夫謝耶夫,彼得·Y·別洛烏索夫,安德列·P·別洛烏索夫,列夫·迪亞曼特,尤里·N·杜布尼斯科夫,德米特里·M·馬爾科維奇,弗拉基米爾·亨里埃維奇·梅萊丁,亞力山大·V·斯塔羅哈
地址: 以色列卡茨林
優先權: 60/385,888
專利代理機構: 北京三友知識產權代理有限公司 代理人: 李輝
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法律狀態
申請(專利)號:

CN03816175.3

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法律狀態類型:

摘要

一種光學設備,用于在工作距離范圍內觀察對象。所述設備包括特定長度的細長管,該細長管具有遠端和近端。所述設備還包括位于所述遠端并具有寬視角的成像系統。所述設備還包括與所述近端相連并具有窄視角的望遠鏡系統。所述成像系統被設計為在位于所述設備的光軸上并且在所述管內與所述近端相比更靠近所述遠端的圖像平面上形成圖像。所述望遠鏡系統被設計為能夠觀察所述對象的所述圖像。所述設備尤其適于用作為醫學應用中的內窺鏡,并可以是一次性的。

權利要求書

1、一種光學設備,用于在工作距離范圍內觀察對象,所述設備具有光軸,并包括:特定長度的細長管,該細長管具有遠端和近端;位于所述遠端并具有寬視角的成像系統;以及與所述近端相連并具有窄視角的望遠鏡系統,所述成像系統被設計為在位于所述光軸上并且在所述管內與所述近端相比更靠近所述遠端的圖像平面上成像,所述望遠鏡系統被設計為能夠觀察所述對象的所述圖像。2、根據權利要求1所述的光學設備,其中所述望遠鏡系統與所述圖像平面間隔開,間隔距離為所述長度的大部分。3、根據權利要求2所述的光學設備,其中所述窄視角由所述圖像平面位置處的所述管的寬度以及所述圖像平面和所述望遠鏡系統之間的距離限定。4、根據權利要求1所述的光學設備,其中所述成像系統的所述視角很寬,結果使得其焦距很短,以致于所述圖像平面的所述位置在整個工作距離范圍內位于所述望遠鏡系統的景深之內。5、根據權利要求1所述的光學設備,其中所述成像系統包括:具有所述寬視角的至少一個成像元件;以及至少一個校正光學元件,用于減小由所述成像元件導致的所述圖像中的失真。6、根據權利要求5所述的光學設備,其中所述成像元件包括球透鏡。7、根據權利要求5所述的光學設備,其中所述校正光學元件是平凸透鏡。8、根據權利要求6所述的光學設備,其中所述球透鏡的直徑為d,并且在所述管的長度超過大約10-100倍所述直徑d的情況下,所述成像系統在所述管中延伸大約2-3倍所述直徑d的單個連續長度。9、根據權利要求1所述的光學設備,其中所述設備被設計為完全一次性。10、根據權利要求1所述的光學設備,其中所述成像系統或所述望遠鏡系統中的至少一個光學組件由塑料制成。11、根據權利要求1所述的光學設備,包括:可重新使用部分,其包括所述望遠鏡系統;以及所述管的形式的一次性部分,可拆卸地安裝在所述可重新使用部分上。12、根據權利要求1所述的光學設備,其中所述設備是內窺鏡。13、根據權利要求1所述的光學設備,其中所述設備是管道鏡。14、根據權利要求1所述的光學設備,還包括照明光導,其被設計為與所述細長管共軸并接觸地鄰接。15、根據權利要求14所述的光學設備,其中所述光導由光導纖維束構成。16、根據權利要求14所述的光學設備,其中所述光導是環形圓柱體。17、根據權利要求16所述的光學設備,其中所述環形圓柱體具有經處理的末端,以具有下述設計,該設計用于以適合于所述成像系統視角的所需強度分布引導從所述環形圓柱體投射的光。18、根據權利要求16所述的光學設備,還包括光導元件,用于將光從光源傳導到所述圓柱體,該元件被設計為在一端與所述圓柱體相匹配,而在另一端與所述光源相匹配,以減少光損耗。19、一種細長管,用于與權利要求1中限定的所述光學設備一起使用。

說明書

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技術領域

本發明涉及光學儀器,其適用于觀察深陷的和/或難以到達的空間, 并且該光學儀器可用于觀察諸如內部身體器官及其內腔的對象,以及這 些器官中的特定對象,例如腫瘤或囊腫。這些光學儀器包括內窺鏡、耳 鏡、腹腔鏡、關節內窺鏡、氣管鏡、喉鏡(laringoscopes)、膀胱鏡以及 其它類似的剛性內窺鏡醫學檢查設備。然而,這些光學儀器并不限于醫 用,并且可以用于其中可應用上述檢查的多種領域,例如以管道鏡的方 式在機械應用中使用。更具體地,本發明涉及進一步設計為一次性的這 種光學儀器。

背景技術

在本領域中,已知被設計為能夠觀察不易接近或直接進行檢查的區 域的多種光學儀器。例如,在醫學應用中,使用諸如內窺鏡、關節內窺 鏡、氣管鏡等的多種光學儀器來檢查從耳道至關節和肺的范圍的身體內 腔的內部。通常經由構成或導向該內腔的自然身體管腔來實現通過這些 儀器到達這些內腔。然而,在某些情況下要形成小的手術切口,儀器可 以通過該切口到達內腔。

剛性內窺鏡和柔性內窺鏡在本領域中是公知的。與剛性內窺鏡不同, 柔性內窺鏡使得能夠到達身體的相當深和相當遠的區域,例如腸道。然 而,與剛性內窺鏡相比,柔性內窺鏡提供的圖像質量較差,相對昂貴, 并且對于許多應用并不適用。通常,它們也不適用于通過高壓滅菌器進 行消毒。

剛性內窺鏡在以上方面具有優勢,尤其是在考慮圖像質量的情況下。 通常,剛性內窺鏡包括:長管,其具有用于插入到身體內腔中的遠端、 帶有目鏡的近端;以及位于該管的內部并沿其長度分布的多個透鏡,用 于形成身體內腔的圖像和/或身體內腔中的對象的圖像,并將該圖像傳送 給觀察組件,例如可以由醫生通過該觀察組件對圖像進行觀察。通常, 該管的內表面被涂成黑色,以防止其中反射不期望的殘留光。

US?5,891,015公開了一種內窺鏡,其包括一剛性管,該剛性管具有 遠端、帶有包括像敏(image-sensitive)表面的觀察組件的近端,以及遠 端和近端之間的成像系統,該成像系統完全占據了該管的內部,并且包 括單個平凹非球面(ashperical)前透鏡、單個非球面內透鏡、以及兩個 玻璃棒。該成像系統用于形成對象的圖像,并隨后將其傳送給像敏表面, 該像敏表面讀取該圖像,并使其能夠顯示,以進行觀察。

US?6,398,724公開了一種內窺鏡,其包括具有遠端和近端的密封插 入管,該密封插入管與具有光學組件并且安裝在內窺鏡外殼中的聚焦組 件相連,該插入管可拆卸地安裝在內窺鏡殼上。該插入管包括位于其中 沿其長度分布并且適用于形成該聚焦組件內部的對象的圖像的光學組 件,由該光學組件將圖像從聚焦組件傳送給與CCD傳感器的像敏表面重 合的圖像平面。可以通過移動CCD傳感器來對該對象的圖像進行聚焦, 以調整該像敏表面和靜態圖像之間的距離。該可拆卸的插入管能夠經受 高壓滅菌器的作用,并且因此可以單獨進行消毒,從而消除了對整個內 窺鏡進行消毒的需要,尤其是對其組件(例如,聚焦組件和CCD傳感器) 進行消毒的需要,這些組件的適當消毒相當復雜并且成本較高。

對于可重新使用的醫學儀器來說,在重新使用之前進行消毒是至關 重要的,并且通過諸如高壓滅菌的多種方法來進行這種消毒。然而,可 重新使用的內窺鏡的精密和復雜的結構使得難以實現對其進行徹底的消 毒。

因此,在本領域中產生了對一次性內窺鏡的需求,一方面,其提供 高質量的成像,而另一方面,可以通過相對廉價的組件來制造,并且將 其制造得足夠廉價,以使其具有在一位患者使用之后丟棄的成本效率。

例如US?4,964,710、US?5,188,092和US?5,892,630中公開了設計一次 性內窺鏡的嘗試。

發明內容

本發明提出了一種光學設備,用于觀察位于工作距離范圍內的對象, 該設備具有光軸,并且包括:特定長度的細長管,該細長管具有遠端和 近端;位于所述遠端并具有寬視角的成像系統;以及與所述近端相連并 具有窄視角的望遠鏡系統,該成像系統被設計為在沿所述軸位于所述管 內部與所述近端相比更靠近所述遠端的圖像平面上形成所述對象的圖 像,所述望遠鏡系統被設計為能夠觀察該對象的所述圖像。

通過與所述細長管的近端相連,根據本發明的光學設備的望遠鏡系 統與所述成像系統以及所述圖像平面間隔開,間隔距離為所述細長管的 大部分長度,根據設計該設備的預期應用來選擇所述細長管的長度。然 而,對于任意選定的長度,所述望遠鏡系統的視角始終很窄,以致于在 所述圖像平面處不能將視角擴展為超過所述細長管的寬度。這樣,所述 望遠鏡系統使得可以觀察所述對象的圖像,而無需中間成像光學組件(例 如所述管中的多個中繼透鏡)來將所述圖像傳送到所述管的近端。

根據本發明的光學設備的成像系統的寬視角可以與本發明所提及的 那種傳統光學設備中的相同。然而,優選地,該視角較寬,結果使得該 成像系統具有較短的焦距,以使所述圖像平面的位置在整個工作距離范 圍內位于該望遠鏡系統的景深之內。因此,可以將該望遠鏡系統固定在 預定的位置,使得該光學設備能夠提供位于工作范圍內的任意對象的圖 像的清晰視圖,而無需調整該望遠鏡系統。

為了實現能夠用于根據本發明的光學設備的最簡單且最廉價的設 計,該成像系統具有提供其寬視角所需的最小數目的元件,所有這些元 件都集中在該管的遠端。為此,該成像系統優選地包括整球(也就是球 形)透鏡形式的單個元件,可以從該元件移除某些部分,例如從該球形 切除外部圓柱體部分,以獲得鼓形形狀。使用球透鏡是優選的,這不僅 是因為這種透鏡具有能夠用于單個元件的最短焦距,而且因為它提供了 另外的優點,即產生相對小的像差以及導致可忽略的失真(例如像散和 慧差)量。此外,可以容易地計算由球透鏡產生的幾何失真,并且因此 還可以容易地通過圖像處理技術或者光學地(例如,通過結合校正光學 系統)來進行校正。這種校正光學系統優選地包括單個校正光學元件, 其用于減小成像系統的失真。該校正光學元件可以是能夠實現該目的的 任何適合的形式,例如平凸透鏡的形式。

根據本發明的光學設備的成像系統可以另選地包括非球面、寬視角 構件,該構件具有球透鏡的許多理想特征,但產生相當小的失真,優選 地,達到不需要校正光學元件的程度。

該成像系統還可以包括圍繞所述管的周邊的照明光導(light?guide), 該光導可以是本領域中公知的任何形式,例如是沿所述管延伸的光導纖 維束(fiber?optics?strand)的形式或者環形圓柱體的形式。

可以使用根據本發明的光學設備直接或者間接地(例如經由用于將 圖像中繼到諸如視頻圖像傳感器、照相膠片等的像敏設備的裝置,然后 例如顯示在視頻屏幕上)通過眼睛來觀察對象的圖像。

本發明的光學設備的一個最重要的應用是用作為內窺鏡,在這種情 況下,所述細長管優選為剛性的,并且可以具有適用于該內窺鏡的預期 應用的任意尺寸,只要管的總長度遠遠大于其寬度,由于如上所述,所 述成像系統的組件都集中在遠端,并且所述望遠鏡系統與所述管的近端 相連,所以所述管的大部分沒有光學元件。例如,對于包括球透鏡(如 上所述,直徑為d)的成像系統,當所述管的總長度超過直徑d大約的 10-100倍時,整個成像系統在所述管中僅延伸大約2-3倍直徑d的單個 連續長度。

與本領域的許多公知的設計相比,本發明提供了一種內窺鏡的簡單 設計,該設計可以通過很少的光學元件進行操作,這些光學元件中的大 部分設置在下述兩個位置之一,即作為所述成像系統的一部分的所述細 長管的遠端附近或者作為所述望遠鏡系統的一部分的所述細長管的近端 附近。因此,與本領域中公知的具有許多透鏡和/或其它光學元件的相對 復雜的內窺鏡設計(其容易導致內窺鏡甚至在稍微彎曲之后無法使用, 并往往由此而被損壞)相比,本發明的內窺鏡的簡單設計為該設備提供 了許多重要的優點,包括該裝置對于在操作過程中可能施加在其上的彎 曲力和其它機械載荷敏感度相對低。此外,本發明的內窺鏡容易組裝, 尤其是因為其有限數量的成像光學元件位于該設備的少數特定位置,特 別是靠近其末端。

除上述之外,本發明的簡單設計還提供了另一優點,即能夠因此而 提供相對廉價的內窺鏡或其它這種設備,這還由此使得能夠生產完全一 次性的內窺鏡或者具有一次性部分的內窺鏡,例如具有成像系統的剛性 細長管。事實上,這種內窺鏡管是本發明的另一方面。

可以使本發明的內窺鏡或內窺鏡管變得足夠廉價以實現一次性使用 的設備對于例如必須經常對導入人體的儀器進行消毒的醫學應用特別有 利。

此外,根據本發明的內窺鏡的簡單設計和組裝使得其成本足夠低廉, 尤其是例如通過選擇廉價的材料和方法來進行制造,使得在每次使用之 后丟棄整個內窺鏡在經濟上可行。例如,通過使用合適的塑料材料來制 造所述成像系統、所述望遠鏡系統、所述細長管以及所述內窺鏡體的其 它部分,可以使所述內窺鏡的成本最低。此外,例如,如上所述,由于 球透鏡的簡單幾何形狀,而使得可以容易并廉價地制造球透鏡,所以在 成像系統中使用球透鏡,對于這方面尤其有利。此外,由于球透鏡的對 稱結構,使得球透鏡容易組裝,這是因為其方向性在任意位置相同。

優選制造方法的另一示例包括通過一條金屬薄片來制造所述細長 管,通過電鍍(glavanic?coating)、涂料或其它合適的材料使該金屬薄片 的一個側面變黑。然后對該金屬薄片進行冷延或熱延以及焊接,以形成 所述管,同時使變黑的側面構成其內表面,以用作為本領域中公知的用 于防止通過所述管傳播并對圖像質量有負面影響的有害殘留反射光的手 段。

附圖說明

為了理解本發明并明了如何在實踐中實施本發明,將參照附圖僅通 過非限定性的示例來說明不同的實施例,附圖中:

圖1是根據本發明的內窺鏡的光學結構的示意圖;

圖2是圖1所示內窺鏡的一個實施例的示意性部分剖面圖;

圖3是該內窺鏡的一部分(在圖2中指定為III)的放大剖面圖;

圖4是圖1所示內窺鏡的另一實施例的示意性部分剖面圖;

圖5是該內窺鏡的一部分(在圖5和圖7中指定為V)的放大剖面 圖;

圖6是該內窺鏡的一部分(在圖5和圖7中指定為VI)的示意性剖 面圖;以及

圖7是圖1所示內窺鏡的另一實施例的示意性部分剖面圖。

具體實施方式

以下將參照圖1概括地描述根據本發明的內窺鏡2。內窺鏡2適于 通過觀察者的眼睛E或者圖像接收觀察裝置(例如CCD相機)(未示出) 來觀察位于預定工作距離范圍內的對象3,例如身體器官內部或者腫瘤。 內窺鏡2包括沿公共光軸O設置的成像部分2a和觀察部分2b。

成像部分2a包括中空剛性細長管4,其中安裝有成像系統8。細長 管4的寬度為w,其遠端5和近端6之間相隔的長度為L,長度L遠遠 大于管的寬度w。在管4內靠近其遠端5設置成像系統8,成像系統8用 于在鄰近成像系統8的圖像平面9上形成對象3的圖像。成像系統8具 有寬視角α,即短焦距,以使圖像平面9的位置響應于工作距離的變化僅 略微改變。為了提供所表示的寬視角,成像系統8例如包括:直徑為d 的單個球透鏡12;以及平凸透鏡13形式的校正光學元件,其用于減小由 球透鏡12產生的失真。成像部分2a還包括位于管4的遠端5、球透鏡 12前面的窗口7。

內窺鏡2的觀察部分2b包括:外殼11,管4在其近端6處與外殼 11相連;以及望遠鏡系統10,容納在外殼11中。望遠鏡系統10包括第 一會聚透鏡20和第二會聚透鏡22,由此限定牛頓望遠鏡結構。望遠鏡系 統10具有由管4的寬度w以及圖像平面9和第一會聚透鏡20之間的距 離限定的窄視角β。由于該窄視角,并鑒于成像系統8的光學元件(即透 鏡12和13)集中在管4的遠端5處,而望遠鏡系統10的光學元件(即 透鏡20和22)位于管4的近端6附近的事實,所以長度L的大部分沒有 光學元件,尤其是在圖像平面9和望遠鏡系統10之間。因此,例如,如 果管4的長度L為球透鏡12的直徑d的大約10-100倍,并且成像系統8 延伸大約2-3倍直徑d的長度,則管長度的大約70-98%保持沒有光學元 件。

望遠鏡系統10具有預定的景深,并且與成像系統8間隔開,以保證 圖像平面9(由于成像系統的寬視角,其位置在工作距離中僅有微小的變 化)在整個工作距離范圍中位于該景深內。因此,可以將望遠鏡系統10 固定在預定的結構中,同時仍然使得內窺鏡2能夠提供位于工作距離范 圍內的任意對象的圖像的清晰視圖,由此消除了調整望遠鏡系統10的需 要。

望遠鏡系統10被設計為具有放大率參數,以保證形成在圖像平面9 處并通過該望遠鏡系統觀察的對象3的圖像完全占據觀察者的眼睛E的 視網膜的有效部分或者諸如CCD傳感器的另一圖像接收觀察裝置的像敏 表面。這樣,望遠鏡系統10使得能夠觀察對象的圖像,而無需任何中間 組件(例如管內的多個透鏡)來將圖像傳送到近端6。

在操作時,從對象3反射并沿光軸O通過窗口7進入內窺鏡2的光 線由球透鏡12和平凸透鏡13會聚,并在圖像平面9處形成對象3的圖 像(未示出)。望遠鏡系統10將該圖像從圖像平面9傳送到觀察者的眼 睛E。當對象3和內窺鏡2之間的工作距離改變時,圖像平面9的位置也 相應地改變。然而,由于球透鏡12的焦距非常小,使得即使工作距離變 化很大,圖像平面9的位置變化程度也很小,所以望遠鏡系統10仍能夠 提供對象的圖像的清晰視圖。因此,無論工作距離如何變化,也無需調 整望遠鏡系統10。

通過使用已商品化的光線跟蹤程序的計算仿真并基于該仿真進行理 論計算,對根據本發明的內窺鏡的上述操作進行建模和測試。此外,也 建立了該內窺鏡的多個測試模型,例如,以下表示該多個測試模型中的 兩個示例。

內窺鏡參數 ????模型1 ????模型2 ????1 管4的長度 ????110 ????180 ????2 工作距離的范圍,mm ????3-∞ ????3-∞ ????3 管的寬度w,mm ????3 ????3 ????4 成像系統的視角(FOV),° ????70 ????70 ????5 球透鏡的焦距,mm ????2.2 ????2.2 ????6 球透鏡的直徑d,mm ????3 ????3 ????7 校正元件的直徑,mm ????3 ????3 ????8 望遠鏡系統的放大率 ????5 ????7 ????9 校正元件的屈光力,屈光度 ????100 ????100 ????10 望遠鏡系統的第一透鏡的屈光力,屈 光度 ????25 ????25 ????11 望遠鏡系統的第二透鏡的屈光力,屈 光度 ????125 ????167 ????12 望遠鏡系統的景深,mm ????1.4 ????1.4 ????13 圖像平面的位置范圍(在整個工作距 離范圍內),mm ????1.4 ????1.4

圖2到7表示本發明的內窺鏡的三個不同實施例,這三個實施例都 基于圖1所示的上述光學結構和概念。具體地,各個內窺鏡都包括:內 窺鏡管,該內窺鏡管在其遠端具有成像系統8;以及內窺鏡外殼,其與該 管的近端相連,并且其中容納有圖1所示的望遠鏡系統。圖2到7中所 示的內窺鏡都具有照明光導裝置,該照明光導裝置沿該管從靠近其近端 的位置延伸到其遠端,用于對待成像的對象進行照明。內窺鏡中的該照 明光導裝置包括安裝在內窺鏡外殼上的多個連接器,這些連接器可與光 源(未示出)的光導相連。

圖2表示可重新使用的內窺鏡102,其包括內窺鏡管104以及與內 窺鏡管104永久連接的外殼111。管104包括間隔開的內套管142和外套 管144,并且該內窺鏡包括光導纖維束140形式的照明光導裝置,該光導 纖維束140在管104的內套管142和外套管144之間延伸并穿過外殼111, 以能夠通過連接器150與光源連通,如本領域所公知的。

圖3表示圖2所示內窺鏡102的遠端的放大視圖,示出了將透鏡12 和13與它們之間的間隔物160一起安裝在管104的內套管142中的簡單 方式,該間隔物160用于將這些透鏡固定在預定的工作位置。

圖4表示具有一次性內窺鏡管204的內窺鏡202,與上述內窺鏡102 相同,其具有包含成像系統8的內套管142,但是沒有外套管。該內窺鏡 202還包括:可重新使用的內窺鏡外殼211;以及可拆卸地安裝在內窺鏡 外殼211上的管204。照明光導裝置為與內套管142同軸并接觸地鄰接的 環形光導圓柱體218,以通過安裝在外殼211中的連接器250傳導來自光 源的光。

圖5表示圖4中所示內窺鏡202的遠端的放大視圖,示出了沿內套 管142延伸并在管204的遠端具有凸出末端270的光導圓柱體218。

光導圓柱體218可以由透明材料形成,并且其內表面和外表面涂覆 有折射率小于光導材料的材料。因此,圓柱體218能夠基于全內反射的 原理來傳導光。另選地,可以在圓柱體218的外表面和內表面上涂覆反 射涂層,由此也使得能夠高效地傳導通過其中的光。在本領域中已知多 種類型的光導圓柱體,并且可以從中(例如,從US?5,396,366和US 5,423,312)習得將其連接到連接器250(圖4中所示)的方法。

與諸如以上參照圖2和3描述的光導纖維結構相比,根據本發明的 內窺鏡202的光導圓柱體218的特殊優勢在于其制造和組裝特別廉價。 這使得在成本效率方面能夠將管204制成一次性的,尤其是在圓柱體218 以及成像系統8和管204本身是由合適的低成本材料制成并且具有易于 組裝的設計的情況下。這樣,可以單獨制造包括成像系統8和光導圓柱 體218的管204,并將其可拆卸地連接到內窺鏡202上,以使得可以在使 用后將其拆除、丟棄,并使用另一個新的這種管來代替它。此外,與圖2 和3所示的光導纖維束140的結構相比,圓柱體218能夠傳導更多的光。 后者是因為在圓柱體218的情況下,在圓柱體光導纖維束之間的空間由 圓柱體218的材料占據,這些空間也能夠對投射的光量有幫助。

為了提供另一優點,在制造過程中,對光導圓柱體218的末端270 進行熱處理,以使其具有球形凸出的形狀,以使得能夠以相對寬的角度 從末端270散布光。類似地,可以通過任何已知的方法來制造本發明的 內窺鏡中的圓柱體218的末端,以具有更多的其它設計,這些設計適于 以所需的強度分布引導從該末端投射的光,以適合于該成像系統的視角。

如圖6所示,內窺鏡202(圖4和5所示)具有L形連接的光導元 件280,其位于管的內套管142上,靠近管的近端,緊隨光導圓柱體218 之后,并延伸到連接器250中。元件280在靠近其第一端部280a的區域 中為環形,而在鄰近其第二端部(未示出)的區域中為實心的,元件280 用于在其第二端部傳導來自光源的光導裝置的光,并將其引導到在第一 端部280a處鄰接的光導圓柱體218。元件280具有特殊的設計,該設計 使其第一端部280a處的橫截面積與圓柱體218的匹配,以使光傳輸效率 最大,而在靠近第二端部的連接器250中其橫截面積逐漸減小,以匹配 光源的光導裝置的橫截面積。這樣,元件280用于使光能夠從光源傳導 到圓柱體218,同時使它們之間的光的損耗最小。

圖7表示內窺鏡302,該內窺鏡302在管304、光導圓柱體218以及 光導元件280的設計方面與圖4到6的內窺鏡202相似,其不同僅在于 內窺鏡302被設計為在每次使用之后,將其整體丟棄,也就是說,其外 殼311以及其中容納的望遠鏡系統(圖1中所述)也是一次性的。可以 將管304集成或可拆卸地連接到外殼311上。

應該理解,上述內窺鏡僅是根據本發明的光學設備的示例,并且本 發明的范圍完全涵蓋對于本領域的技術人員來說很明顯的其它實施例和 應用。因此,該光學設備可以用于使得能夠觀察不易到達或直接進行檢 查的任何區域。因為該設備在希望檢查患者的內腔區域的邊界的多種醫 學領域尤其有用,所以該光學設備不僅可以用作為內窺鏡,而且可以用 作為任何相似儀器的一部分,例如經過必要改進的耳鏡、腹腔鏡、關節 內窺鏡、氣管鏡、喉鏡、膀胱鏡或其它這種內窺鏡醫學檢查裝置。此外, 盡管本說明集中在作為內窺鏡等的本發明的光學設備的實施例上,但是 應該注意,該設備并不限于醫用,而是可以用于可應用上述檢查(例如, 在機械應用中以經過必要改進的管道鏡的形式)的多種領域中的任何一 個,上述檢查是可應用的。事實上,圖2到7所示的內窺鏡也可以用作 為管道鏡。

此外,上述光學設備可以具有其它組件,例如,如本領域中所公知 的各種偏光元件(例如,棱鏡),可以將其與成像系統的所有其它組件一 起設置在遠端,以使得能夠觀察遠離光軸的對象。為此,可以如上所述 從球透鏡切除多個部分,以使其具有前截頭圓錐體(frusto-conical)形狀, 以騰出空間用來容納這些元件。

此外,該內窺鏡可以包括前窗口加熱機制,用于防止在窗口表面上 凝結水蒸氣。可以將該內窺鏡的連接到光源的連接器150和250設置在 其它位置,例如設置在與管的遠端相對的外殼的遠端,以在醫學檢查等 中作為阻抗(hindrance)。

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