DE102010028147A1

DE102010028147A1 - Endoskop mit variabler Blickrichtung

Info

Publication number: DE102010028147A1
Application number: DE102010028147A
Authority: DE
Inventors: Dr. Feldmann Marco
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit variabler Blickrichtung, mit einem längserstreckten Endoskopschaft (1, 1'), der ein distales und ein proximales Ende aufweist, wobei am distalen Ende des Endoskopschafts (1, 1') ein lichtempfindlicher Flächenmatrix-Sensor (6) mit einer abbildenden Optik (4, 7II-VII) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Endoskopiesystem, eine Verwendung und ein Verfahren zum Einstellen eines entsprechenden Endoskops. Erfindungsgemäß ist der Flächenmatrix-Sensor (6) auf einer Plattform (5–5''') angeordnet, die beweglich im Endoskopschaft (1, 1') angeordnet ist, wobei die Plattform (5–5''') wenigstens drei Lagerstellen (9–9''', 19–19'') aufweist, an denen die Plattform (5–5''') gelenkig gelagert ist, wobei die Plattform (5–5''') an wenigstens einer Lagerstelle (9–9''') mit einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts (1, 1') verschiebbaren Verschiebeelement (8, 8', 8'') verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit variabler Blickrichtung, mit einem längserstreckten Endoskopschaft, der ein distales und ein proximales Ende aufweist, wobei am distalen Ende des Endoskopschafts ein lichtempfindlicher Flächenmatrix-Sensor mit einer abbildenden Optik angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Endoskopiesystem, eine Verwendung und ein Verfahren zum Einstellen eines entsprechenden Endoskops.
Endoskope mit variabler Blickrichtung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Mit derartigen Endoskopen ist es möglich, beispielsweise in minimalinvasiver Chirurgie oder in anderen, nicht medizinischen Anwendungen, Hohlräume unter verschiedenen Blickrichtungen zu untersuchen.
Bekannte Endoskope mit variabler Blickrichtung sind beispielsweise flexible Endoskope, die einen Endoskopschaft aufweisen, dessen distales Ende in verschiedene Richtungen biegbar ist.
EP 2 147 631 A1 betrifft ein Endoskop mit einem starren Endoskopschaft und einer Optik, bei der Licht am distalen Ende mittels eines, um eine Drehachse drehbaren Prismas eingefangen wird und über eine Serie von Stablinsen zu einem proximalen Ende des Endoskops weitergeleitet wird, wo das eingefangene Bild mit bloßem Auge oder mit einer Kamera empfangen wird. Mittels dieses Endoskops ist die Blickrichtung um eine feste Drehachse quer zur Längsachse des Endoskops veränderbar. Eine Veränderung der Blickrichtung um die Längsachse des Endoskops erfordert eine Drehung des gesamten Endoskops um seine Längsachse.
In EP 1 759 629 A1 ist ein Endoskop mit variabler Blickrichtung offenbart, bei dem am distalen Ende des Endoskopschafts eine Folge von drei Rotationsantrieben bzw. gegeneinander rotierbaren Elementen vorgesehen ist, wobei das äußerste und das zweitäußerste distale Element jeweils um parallele Drehachsen gegenüber einem dritten Element rotierbar ist, welches um eine längsaxiale Achse des Endoskopschafts gegenüber dem Endoskop rotierbar ist. Im Extremfall ergibt sich eine Struktur, die U-förmig verdreht ist, wodurch es möglich ist, mittels einer am äußersten distalen Element angebrachten Aufnahmevorrichtung am Endoskopschaft entlang rückwärts zu blicken. Dabei verlässt der distale Bereich des Endoskops die Längsachse des Endoskopschafts.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop und ein Verfahren zu dessen Einstellung zur Verfügung zu stellen, das kleinbauend ist und mittels dessen es möglich ist, auf einfache und robuste Weise die Blickrichtung zu verändern, ohne die Form des Endoskopschafts zu verändern.
Diese Aufgabe wird durch ein Endoskop mit variabler Blickrichtung, mit einem längserstreckten Endoskopschaft, der ein distales und ein proximales Ende aufweist, wobei am distalen Ende des Endoskopschafts ein lichtempfindlicher Flächenmatrix-Sensor mit einer abbildenden Optikangeordnet ist, gelöst, das dadurch weitergebildet ist, dass der Flächenmatrix-Sensor auf einer Plattform angeordnet ist, die beweglich im Endoskopschaft angeordnet ist, wobei die Plattform wenigstens drei Lagerstellen aufweist, an denen die Plattform gelenkig gelagert ist, wobei die Plattform an wenigstens einer Lagerstelle mit einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts verschiebbaren Verschiebeelement verbunden ist. Mit einem entsprechenden Endoskop kann die Blickrichtung stufenlos in alle Richtungen, angelehnt an die Bewegung des Kopfes nach oben, unten, links und rechts sowie Kombinationen daraus eingestellt werden. Die Bedienperson, beispielsweise ein Chirurg, kann die Blickrichtung frei steuern, ohne eine Rotation des Gesamtsystems, also des gesamten Endoskops, vornehmen zu müssen und dabei Gefahr zu laufen, die räumliche Orientierung zu verlieren.
Die Erfindung beruht auf einer Erhöhung der Funktionsdichte im distalen Bereich des Endoskopschafts. Dort befindet sich eine bewegliche Plattform, auf der sich ein Flächenmatrix-Sensor mit einem Linsensystem oder einer Linse befindet. Die Plattform ist über zug- und schubfeste längsaxial verschiebbare Verschiebeelemente oder auch Koppelstangen mit einem oder mehreren Antrieben verbunden. Mittels der Verschiebeelemente ist die Plattform bezüglich verschiedener Lagerstellen verschiebbar. Dies führt zu einer Verkippung. Auf diese Weise wird die Blickrichtung des Endoskops verändert, ohne dass das Endoskop in anderer Weise bewegt werden muss.
In einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass drei Lagerstellen im Bereich eines Umfangs der Plattform, insbesondere unter Winkeln von 120° zueinander, angeordnet sind, wobei jede Lagerstelle mit jeweils einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts verschiebbaren Verschiebeelement verbunden ist. Mit drei entsprechenden Verschiebeelementen ist es möglich, die Plattform und den Flächenmatrix-Sensor in jeder beliebigen Richtung zu verkippen. Es ist auch möglich, mit allen drei Verschiebeelementen die Plattform und den Sensor in die gleiche Richtung zu verschieben. So ist die Plattform vorzugsweise mittels der Verschiebeelemente in einer längsaxialen Richtung des Endoskopschafts parallel verschiebbar.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Lagerstellen im Bereich eines Umfangs der Plattform, insbesondere unter einem Winkel von 90° zueinander, angeordnet, wobei diese Lagerstellen jeweils mit einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts verschiebbaren Verschiebeelement verbunden sind, wobei eine dritte Lagerstelle, insbesondere im Zentrum der Plattform, vorgesehen ist, die eine Verkippung der Plattform um die dritte Lagerstelle erlaubt und die längsaxiale Position des Zentrums der Plattform im Endoskopschaft festlegt. So ist es mittels zweier linear verschiebbarer Verschiebeelemente möglich, die Plattform in jede beliebige Richtung zu verkippen. Voraussetzung ist allerdings, dass die beiden Lagerstellen für die Verschiebeelemente und die dritte Lagerstelle nicht kotlinear zueinander sind.
In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwei Lagerstellen im Bereich eines Umfangs der Plattform, insbesondere unter einem Winkel von 180° diametral zueinander, angeordnet sind, wobei diese Lagerstellen längsaxial zum Endoskopschaft feststehend angeordnet sind und eine Verkippung der Plattform um eine Achse erlauben, die durch die zueinander angeordneten Lagerstellen verläuft, wobei eine dritte Lagerstelle vorgesehen ist, die mit einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts verschiebbaren Verschiebeelement verbunden ist. Diese besonders einfache Ausführungsform erlaubt eine Verkippung der Plattform und des Flächenmatrix-Sensors um eine Kippachse, die durch die ersten beiden Lagerstellen verläuft.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mehrere Verschiebeelemente unabhängig voneinander ansteuerbar sind und/oder antreibbar sind. Antriebe können in unterschiedlicher Weise realisiert werden. Beispiele hierfür sind elektromagnetische Systeme mit Spindelantrieb für leistungsloses Halten der Position, sowie direkt betriebene, thermische, Formgedächtnis-, Piezo- oder magnetische Formgedächtnis-Antriebssysteme oder rein mechanisch über Stangen und Seilzüge direkt über ein Getriebe mit einem Bedienelement, beispielsweise einem Joystick gekoppelte Antriebssysteme. Die Zahl der Koppelglieder und Antriebe kann variieren, beispielsweise zwischen 2 und 6.
Vorzugsweise werden die Verschiebeelemente an wenigstens einer Stelle entlang des Endoskopschafts mittels einer Führungsstruktur zwangsgeführt. Unter einer Zwangsführung wird in diesem Fall verstanden, dass am Ort der Führungsstruktur eine längsaxiale Verschiebung des Verschiebeelements möglich ist, jedoch keine Verschiebung in einer Richtung, die auf die Längsrichtung des Endoskopschafts abweicht.
Die Lagerstellen weisen vorzugsweise Koppelglieder, Kugelgelenke oder stoffschlüssige Gelenke auf.
Vorzugsweise ist eine Lichtquelle, insbesondere ein LED-Ring oder OLED-Ring, am distalen Ende des Endoskopschafts, insbesondere an oder auf der Plattform oder außerhalb der Plattform, vorgesehen. Wenn die Lichtquelle auf der Plattform vorgesehen ist, so folgt diese der Kippbewegung der Plattform, so dass der ausgeleuchtete Bereich mit dem Sichtbereich des Sensors auf der Plattform übereinstimmt. Wenn der LED-Ring außerhalb der Plattform angeordnet ist, ist es einfacher, störende Reflektionen der Lichtquelle auf dem Flächenmatrix-Sensor zu vermeiden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das distale Ende des Endoskopschafts mittels einer transparenten Kuppelstruktur abgedichtet. Unter einer transparenten Kuppelstruktur wird eine Kuppelstruktur verstanden, die lichtdurchlässig ist und eine endoskopische Bildgebung von Hohlräumen erlaubt. Die Kuppelstruktur schützt einerseits die im Endoskop angeordneten Komponenten vor Umwelteinflüssen und andererseits schützt sie beispielsweise weiches Gewebe eines Patienten bei einer endoskopischen Untersuchung oder Operation gegenüber scharfkantigen Teilen des Endoskops.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die transparente, Kuppelstruktur Teil der abbildenden Optik und weist optisch unterschiedliche Flächen auf, insbesondere zwei gewölbte Flächen mit unterschiedlichen Krümmungsradien oder Krümmungszentren, linsenförmig ausgebildete Flächenabschnitte in einer oder mehreren Blickrichtungen oder eine polyedrische Kuppelstruktur, bei der die Polyederflächen vorbestimmte oder teilweise verschiedene Abbildungseigenschaften aufweisen. So ist eine Kuppelstruktur, die beispielsweise aus einer Kugelhalbschale besteht, eine Struktur, die optisch unterschiedliche Flächen aufweist, nämlich eine Außenfläche mit einem großen Krümmungsradius und einer Innenfläche mit einem kleineren Krümmungsradius. Diese Struktur hat bereits eine nach allen Seiten hin gleichmäßige fokussierende Wirkung.
Die fokussierenden Eigenschaften können abhängig von der Abweichung der Blickrichtung des Flächenmatrix-Sensors von der Längsache des Endoskopschafts auch verlaufend ausgebildet sein, wenn die Innen- und Außenfläche der Kuppelstruktur nicht konzentrisch sind. Spezielle Blickrichtungen können bevorzugt sein, wenn Flächenabschnitte der Kuppelstruktur linsenförmig fokussierend ausgebildet sind oder eine polyedrische Kuppelstruktur gewählt wird, bei der die Polyederflächen vorbestimmte und insbesondere wenigstens teilweise verschiedene Abbildungseigenschaften aufweisen. So ist es beispielsweise möglich, in einer vorausblickenden Richtung, d. h. in Richtung der Längsachse des Schafts, eine vergrößernde Wirkung vorzusehen, während nach außen hin, in Richtung auf eine 90° Ablenkung, eher Weitwinkeleigenschaften eingestellt werden.
Statt herkömmlicher Linsenelemente kann die Kuppelstruktur auch mit einer Fresnel-Optik oder einer diffraktiven Optik versehen sein, die die optischen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Kuppelstruktur modelliert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Endoskopiesystem mit einem erfindungsgemäßen Endoskop, wie vorstehend beschrieben, gelöst, wobei im Endoskop oder extern eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mittels deren eine Blickrichtung und/oder eine Fokussierung des Endoskops einstellbar ist, wobei insbesondere voreingestellte Blickrichtungen und/oder Fokussierungen wählbar sind, die vorhandenen optischen Strukturen in der Kuppelstruktur entsprechen. So ist es auf einfache Weise möglich, die Blickrichtung und ggf. die Fokussierung des Endoskops zu steuern und ggf. bei einer aufgeteilten Kuppelstrukturfläche die Blickrichtung eines ausgewählten Flächenelements oder Linsenelements der Kuppelstruktur einzunehmen. Dies erfordert dann keine Justierung oder Feineinstellung durch die Bedienperson.
Die Kombination aus einer parallelverschiebbaren Plattform und einer optisch aktiven Kuppelstruktur führt dazu, dass bei einer Parallelverschiebung der Plattform außerdem eine Veränderung der optimalen Gegenstandsweite, d. h. der Fokussierung geschieht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Verwendung von wenigstens einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung eines Endoskopschafts verschiebbaren Verschiebeelements zum Verkippen und/oder Verschieben einer Plattform mit einem Flächenmatrix-Sensor gelöst, die an einem distalen Ende eines Endoskopschafts eines Endoskops, das insbesondere wie vorstehend beschrieben erfindungsgemäß ausgeführt ist, verkippbar und/oder längsaxial verschiebbar angeordnet sind, wobei die Plattform wenigstens drei Lagerstellen aufweist, an denen die Plattform gelenkig gelagert ist, wobei die Plattform an wenigstens einer Lagerstelle mit dem Verschiebeelement verbunden ist.
Schließlich wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren zum Einstellen eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Endoskops, das sich dadurch auszeichnet, dass zum Ändern einer Blickrichtung und/oder zum Fokussieren wenigstens ein schub- und zugfestes, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts verschiebbaren Verschiebeelement verschoben wird, wobei mittels der Verschiebung über eine gelenkige Verbindung an einer Lagestelle die Plattform verkippt und/oder verschoben wird.
Dieses Verfahren wird vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, dass mittels einer Steuervorrichtung voreingestellte Blickrichtungen und/oder Fokussierungen wählbar sind, die den vorhandenen optischen Strukturen in der Kuppelstruktur entsprechen.
Das erfindungsgemäße Endoskop hat die weiteren Vorteile, dass die Anzahl der ineinander liegenden Rohre sich verringert, die Konstruktion bezogen auf die Rotationsbewegungen sich gegenüber dem Stand der Technik stark vereinfacht, die Variantenvielfalt verschiedener Blickwinkel von Endoskopen aufgrund der Plattformkonstruktion minimiert wird, eine aufwändige optische Justierung, und Kalibrierung des Systems aktiv durch das System selbst möglich ist.
Die vorstehend beschriebenen Erfindungsgegenstände, d. h. das Endoskop, das Endoskopiesystem, die Verwendung und das Verfahren, weisen jeweils entsprechende Eigenschaften, Vorteile und Merkmale auf, die ohne Einschränkung jeweils auch für die anderen Erfindungsgegenstände erfindungsgemäß gelten, auch wenn diese nur im Zusammenhang mit einem der Erfindungsgegenstände beschrieben worden sind.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Endoskop,
2 eine weitere schematische Querschnittsdarstellung durch das Endoskop gemäß 1,
3 eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein weiteres erfindungsgemäßes Endoskop,
4a) bis 4d) schematische Darstellungen der Anordnungen von Lagerstellen auf erfindungsgemäßen Plattformen,
5a) bis 5g) schematische Querschnittsdarstellungen durch erfindungsgemäße Kuppelstrukturen und
6 ein erfindungsgemäßes Endoskop.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
In 1 ist das distale Ende eines erfindungsgemäßen Endoskopschafts 1 schematisch im Querschnitt dargestellt. Der Endoskopschaft 1 weist eine Hülle 2 auf, die am distalen Ende in einem Endring 3 endet, der auch eine stoffschlüssige Fortsetzung der Hülle 2 sein kann. Auf dem Endring 3 der Hülle 2 des Endoskopschafts 1 ist eine transparente Kuppel 4 oder auch Kuppelstruktur angeordnet, die das Innere des Endoskopschafts 1 schützt und einem CCD-Chip 6 über ein Linsensystem 7 den Blick nach außen freigibt.
Der CCD-Chip 6 mit dem Linsensystem 7 ist auf einer Plattform 5 angeordnet, die gegenüber dem Endoskopschaft 1 frei beweglich ist und auf drei zug- und schubfesten Verschiebeelementen 8, 8', 8'' frei verschiebbar und/oder verkippbar angeordnet ist. Dazu sind Gelenklager 9, 9', 9'' vorgesehen, die ein Kugelgelenk sein können oder beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung.
Die Verschiebeelemente, die zug- und schubfest ausgebildet sind und beispielsweise Führungsstangen sein können, sind am anderen Ende mit einem Antrieb 12 versehen, mittels dessen sie, insbesondere unabhängig voneinander, ansteuerbar und antreibbar sind. Dazu werden die Verschiebeelemente 8, 8', 8'' in Längsrichtung des Endoskopschafts 11 längsaxial verschoben. So kann eine Verschiebung des Verschiebeelements 8 nach oben und des Verschiebeelements 8' nach unten in 1 dazu führen, dass die Plattform 5 mit dem CCD-Chip 6 nach rechts verkippt wird. Die gezeigte Variante erlaubt eine Verkippung um einen Winkel von mehr als 45°.
Zwischen dem Antrieb 12, der einstückig dargestellt ist, aber aus mehreren unabhängigen Antrieben bestehen kann, und der Plattform 5 ist eine Führungsstruktur 10 mit Öffnungen 11, 11' für die Verschiebeelemente 8, 8' sowie, nicht dargestellt, für das Verschiebeelement 8'', vorgesehen. Die Öffnungen 11, 11' in der Führungsstruktur 10 erlauben lediglich eine Längsverschiebung der Verschiebeelemente 8, 8', 8'', aber keine Verbiegung der Verschiebeelemente 8, 8', 8''. Nicht dargestellt ist in der 1 eine Öffnung in der Führungsstruktur 10, die zur Durchführung von elektrischen oder elektronischen Kabeln für den CCD-Chip 6 dient.
In einer besonders schmalen Ausführung können auch verschiedene Antriebe 12 für die verschiedenen Verschiebeelemente 8, 8', 8'' im Endoskopschaft 1 hintereinander angeordnet sein.
Am distalen Ende des Endoskopschafts 1 ist außerdem außerhalb der Kuppel 4 ein LED-Ring 13 angeordnet, der das Sichtfeld vor dem distalen Ende des Endoskopschafts 1 beleuchtet und so Videoaufnahmen eines Hohlraums ermöglicht.
Die Anordnung gemäß 1 erlaubt außerdem eine längsaxiale Parallelverschiebung der Plattform und des Sensors 6, wenn alle Verschiebeelemente 8, 8', 8'' um den gleichen Betrag in Richtung auf das distale Ende des Endoskopschafts 1 verschoben werden. Dies führt zu einer Annäherung des CCD-Chips 6 und dem Linsensystem 7 an die transparente Kuppelstruktur 4 und somit eine Änderung der Fokussiereigenschaften durch die Dezentrierung der Plattform.
Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel in 1 muss der CCD-Chip 6 nicht auf der Plattform 5 aufsitzen, sondern kann auch in die Plattform 5 integriert sein. Damit ist eine kompaktere Bauweise möglich als die in 1 dargestellte.
In 2 ist eine weitere Querschnittsdarstellung des Endoskopschafts 1 gemäß 1 dargestellt, wobei in 2 dargestellt ist, dass die Plattform 5 mit dem CCD-Chip 6 und dem Linsensystem 7 verkippt worden ist, indem die Verschiebeelemente 8 und 8' verschoben worden sind. Dazu ist das Verschiebeelement 8 zurückgezogen worden und das Verschiebeelement 8' heraus, d. h. nach oben, bewegt worden. Die übrigen Details entsprechen denen in 1, wobei zusätzlich die Außenfläche 2' der Hülle 2 teilweise dargestellt ist.
In 3 ist eine weitere schematische Querschnittsdarstellung durch einen alternativen erfindungsgemäßen Endoskopschaft 1' gezeigt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 ist anstatt eines dritten Verschiebeelements 8'' eine Haltestange 18 vorgesehen, die zentral an der Plattform 5' angreift und diese festhält, wobei ein Gelenklager 19 vorgesehen ist, auf dem die Plattform 5' auf der Haltestange 18 verkippbar ist. Die Verschiebeelemente 8, 8' sind unter einem Winkel zueinander angeordnet.
Weitere Unterschiede in 3 in Bezug auf 1 bzw. 2 liegen darin, dass die Führungsstruktur 10' nunmehr nur noch zwei Öffnungen aufweist, nämlich für die Verschiebeelemente 8 und 8', und dass ein LED-Ring 13' direkt auf der Plattform 5' angeordnet ist und somit Kippbewegungen der Plattform 5' mitvollzieht. Damit ist gewährleistet, dass der ausgeleuchtete Bereich in einem zu untersuchenden Hohlraum mit der Blickrichtung des Sensors 6 übereinstimmt.
In 4a) bis 4d) sind 4 verschiedene Beispiele von Plattformen 5, 5', 5'' und 5''' gezeigt, die verschiedene Anordnungen von Gelenklagern 9 bis 9''' und 19 bis 19'' aufweisen.
In 4a) ist das Ausführungsbeispiel aus 1 dargestellt, in dem die Plattform 5 drei Gelenklager 9, 9', 9'' aufweist, die in Winkeln von im Wesentlichen 120° zueinander angeordnet sind.
In 4b) ist eine Plattform 5'' dargestellt, die vier Gelenklager 9, 9', 9'', 9''' aufweist, die jeweils in unter 90°-Winkeln zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt eine noch sicherere und stabilere Führung der Plattform 5'' als diejenige in 4a). Die vier Gelenkpunkte müssen jedoch in Abhängigkeit voneinander angesteuert werden, um zu verhindern, dass Biegekräfte auf die Plattform 5'' ausgeübt werden.
In 4c) ist das Ausführungsbeispiel aus 3 dargestellt, nämlich eine Plattform 5', die peripher zwei Gelenklager 9, 9' für Verschiebeelemente unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° zueinander aufweist und zentral ein Gelenklager 19 für eine Haltestange. Diese Plattform 5' ist im Unterschied zu den Plattformen 5 und 5'' aus den 4a) und 4b) nicht längsaxial parallel verschiebbar, bietet jedoch eine sehr einfache und wenig aufwändige Möglichkeit, mittels nur zwei verschiedenen Antrieben bzw. Verschiebeelementen eine Verkippung der Plattform 5' in jede beliebige Richtung zu ermöglichen.
4d) zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Plattform 5''', die an zwei entgegengesetzten Punkten entlang des Umfangs Gelenklager 19', 19'' aufweist, an denen die Plattform 5''' kippbar aufgehängt ist. Zur Kippung und als dritter Punkt ist ein Gelenklager 9 vorgesehen, an dem ein Verschiebeelement angreift. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, mit nur einem Antrieb die Plattform 5''' und eine Kippachse 17 zu kippen.
In den 5a) bis 5g) sind verschiedene Ausführungsbeispiele von transparenten Kuppelstrukturen aufgeführt.
In 5a) ist die Kuppelstruktur 4 aus den Beispielen aus 1 bis 3 dargestellt, die aus einer Halbkugel besteht, die überall die gleiche Dicke aufweist. Die Außenfläche weist dabei einen größeren Krümmungsradius auf als die Innenfläche, so dass diese Kuppelstruktur 4 fokussierend wirkt.
In 5b) ist eine weitere Kugelstruktur 4II dargestellt, wo außer verschiedener Krümmungsradien der Innen- und Außenfläche auch der Mittelpunkt der entsprechenden Kugeloberflächen nicht gleich ist. Diese Struktur hat eine stärker fokussierende Eigenschaft in längsaxialer Richtung des Endoskopschafts.
In 5c) ist eine Kuppelstruktur 4III dargestellt, die in dem dargestellten Querschnitt fünf fokussierende Linsenelemente 20 bis 20'''' aufweist. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die entsprechende Plattform mit dem entsprechenden Flächenmatrix-Sensor in diskreten Schritten jeweils auf eines der Flächenelemente 20 bis 20'''' einstellbar ist, die jeweils als fokussierende oder vergrößernde Linsen ausgebildet sind und somit in diesen Blickrichtungen die besten optischen Eigenschaften bieten.
In 5d) ist dargestellt, dass eine Kuppelstruktur 4IV mehrere im äußeren Umfang polyedrische Flächenelemente 21 bis 21'''' aufweist, die an ihrer Innenfläche verschiedene Krümmungen und Eigenschaften haben. So sind die äußeren Flächenelemente 21 und 21''' als plankonkave Linsen, also Zerstreuungslinsen, ausgebildet, während die mittleren Flächenelemente 21' und 21''' plane Flächen aufweisen und die zentrale Fläche 21'' plankonvex ist, also eine fokussierende Linse. So lassen sich in verschiedene Blickrichtungen verschiedene optische Eigenschaften einstellen.
In 5e) ist eine Kuppelstruktur 4V dargestellt, bei der die Außenfläche nicht kugelförmig, sondern paraboloid ausgeführt ist. Mit solchen Strukturen lassen sich ebenfalls gewünschte optische Eigenschaften einstellen.
In 5f) ist anhand einer Kuppelstruktur 4VI dargestellt, dass die Innenfläche der Kuppelstruktur 4VI auch durch das Einarbeiten von Fresnel'schen Zonenstrukturen mit gewünschten optischen Eigenschaften versehen werden kann. So können auch Flächenbereiche gemäß 5c) oder 5d) mittels Fresnel'scher oder diffraktiver Zonenstrukturen als Zerstreuungslinsen, fokussierende Linsen oder ähnliches ausgebildet werden.
In 5g) ist schließlich eine transparente Kuppelstruktur 4VII dar gestellt, die aus fünf polyedrischen Flächen 22 bis 22'''' besteht, so dass in diesen bevorzugten Richtungen außer der Linse 7 selber keine weiteren optischen Funktionen realisiert sind.
In 6 ist schließlich eine schematische Totalansicht eines erfindungsgemäßen Endoskops mit einem Endoskopschaft 1, einer Kuppelstruktur 4 und einem Handgriff 14 dargestellt, der über einen Joystick 15 als Bedienelement für die Einstellung der Blickrichtung bzw. einer Fokussierung des Endoskops aufweist, sowie ein Kabel 16, das zur Stromversorgung und/oder Signalübermittlung dient.
Mittels des Joysticks 15 ist es dem Operateur bzw. der Bedienperson auf einfache Weise möglich, die Blickrichtung und die Fokussiereigenschaften des Endoskops bzw. der unterhalb der Kuppelstruktur 4 angeordneten Plattform bzw. des Flächenmatrix-Sensors einzustellen. Der Joystick aus 6 kann auch durch eine Fußsteuerung ersetzt werden, so dass ein Chirurg oder eine Bedienperson in der Lage ist, eine Operation oder eine Untersuchung alleine durchzuführen. Die Aktorik, d. h. der oder die Antriebe können im Griff angebracht sein, wodurch der Bauraum für die Antriebe und der Platz für weitere Elemente im Endoskopschaft vergrößert werden.
Der Einsatz von stoffschlüssigen Gelenken reduziert das Spiel auf nahezu Null. Die beschriebenen Kuppelstrukturen ragen seitlich nicht über den Endoskopschaft hinaus, so dass eine kleine Bauform erreicht wird. Die Kuppel kann allerdings auch vergrößert werden, wodurch das Blickfeld stärker erweitert werden kann.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezugszeichenliste

1, 1': Endoskopschaft
2: Hülle
2': Außenfläche der Hülle
3: Endring
4: transparente Kuppel
4^II–4^VII: transparente Kuppel
5–5''': Plattform
6: CCD-Chip
7: Linsensystem
8, 8', 8'': Verschiebeelement
9–9''': Gelenklager
10, 10': Führungsstruktur
11, 11': Öffnung
12, 12': Antrieb
13, 13': LED-Ring
14: Handgriff
15: Joystick
16: Daten- und Versorgungskabel
17: Kippachse
18: Haltestange
19–19'': Gelenklager
20–20'''': Linsenelement
21–21'''': Flächenelement
22–22'''': Flächenelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2147631 A1 [0004]
EP 1759629 A1 [0005]

Claims

Endoskop mit variabler Blickrichtung, mit einem längserstreckten Endoskopschaft (1, 1'), der ein distales und ein proximales Ende aufweist, wobei am distalen Ende des Endoskopschafts (1, 1') ein lichtempfindlicher Flächenmatrix-Sensor (6) mit einer abbildenden Optik (4, 4II-VII) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenmatrix-Sensor (6) auf einer Plattform (5–5''') angeordnet ist, die beweglich im Endoskopschaft (1, 1') angeordnet ist, wobei die Plattform (5-5''') wenigstens drei Lagerstellen (9–9''', 19–19'') aufweist, an denen die Plattform (5–5''') gelenkig gelagert ist, wobei die Plattform (5–5''') an wenigstens einer Lagerstelle (9–9''') mit einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts (1, 1') verschiebbaren Verschiebeelement (8, 8', 8'') verbunden ist.
Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Lagerstellen (9, 9', 9'') im Bereich eines Umfangs der Plattform (5), insbesondere unter Winkeln von 120° zueinander, angeordnet sind, wobei jede Lagerstelle (9, 9', 9'') mit jeweils einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts (1) verschiebbaren Verschiebeelement (8, 8', 8'') verbunden ist.
Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (5, 5'') mittels der Verschiebeelemente (8, 8', 8'') in einer längsaxialen Richtung des Endoskopschafts (1) parallelverschiebbar ist.
Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lagerstellen (9, 9') im Bereich eines Umfangs der Plattform (5'), insbesondere unter einem Winkel von 90° zueinander, angeordnet sind, wobei diese Lagerstellen (9, 9') jeweils mit einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts (1') verschiebbaren Verschiebeelement (8, 8') verbunden sind, wobei eine dritte Lagerstelle (19), insbesondere im Zentrum der Plattform (5'), vorgesehen ist, die eine Verkippung der Plattform (5') um die dritte Lagerstelle (19) erlaubt und die längsaxiale Position des Zentrums der Plattform (5') im Endoskopschaft (1') festlegt.
Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lagerstellen (19', 19'') im Bereich eines Umfangs der Plattform (5'''), insbesondere unter einem Winkel von 180° diametral zueinander, angeordnet sind, wobei diese Lagerstellen (19', 19'') längsaxial zum Endoskopschaft feststehend angeordnet sind und eine Verkippung der Plattform (5''') um eine Achse (17) erlauben, die durch die zueinander angeordneten Lagerstellen (19', 19'') verläuft, wobei eine dritte Lagerstelle (9) vorgesehen ist, die mit einem schub- und zugfesten linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts verschiebbaren Verschiebeelement verbunden ist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verschiebeelemente (8, 8', 8'') unabhängig voneinander ansteuerbar und/oder antreibbar sind.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle, insbesondere ein LED-Ring (13, 13'), am distalen Ende des Endoskopschafts (1, 1'), insbesondere an oder auf der Plattform (5–5''') oder außerhalb der Plattform (5–5'''), vorgesehen ist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das distale Ende des Endoskopschafts (1, 1') mittels einer transparenten Kuppelstruktur (4, 4II-VII) abgedichtet ist.
Endoskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Kuppelstruktur (4, 4II-VII) Teil der abbildenden Optik ist und optisch unterschiedliche Flächen (20–20'''', 21–21'''', 22–22'''') aufweist, insbesondere zwei gewölbte Flächen mit unterschiedlichen Krümmungsradien oder Krümmungszentren, linsenförmig ausgebildete Flächenabschnitte (20–20''', 21–21'''') in einer oder mehreren Blickrichtungen oder eine polyedrische Kuppelstruktur (4IV, 4VII) bei der die Polyederflächen (21–21'''', 22–22'''') vorbestimmte und insbesondere wenigstens teilweise verschiedene Abbildungseigenschaften aufweisen.
Endoskopiesystem mit einem Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Endoskop oder extern eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mittels deren eine Blickrichtung und/oder eine Fokussierung des Endoskops einstellbar ist, wobei insbesondere voreingestellte Blickrichtungen und/oder Fokussierungen wählbar sind, die vorhandenen optischen Strukturen (20–20'''', 21–21'''', 22– 22'''') in der Kuppelstruktur (4, 4II-VII) entsprechen.
Verwendung von wenigstens einem schub- und zugfesten, linear in einer Längsrichtung eines Endoskopschafts (1, 1') verschiebbaren Verschiebeelements (8, 8', 8'') zum Verkippen und/oder Verschieben einer Plattform (5–5''') mit einem Flächenmatrix-Sensor (6), die an einem distalen Ende eines Endoskopschafts (1, 1') eines Endoskops, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, verkippbar und/oder längsaxial verschiebbar angeordnet sind, wobei die Plattform (5–5''') wenigstens drei Lagerstellen (9–9''', 19–19'') aufweist, an denen die Plattform (5–5''') gelenkig gelagert ist, wobei die Plattform (5–5''') an wenigstens einer Lagerstelle (9–9''') mit dem Verschiebeelement (8, 8', 8'') verbunden ist.
Verfahren zum Einstellen eines Endoskops nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ändern einer Blickrichtung und/oder zum Fokussieren wenigstens ein schub- und zugfestes, linear in einer Längsrichtung des Endoskopschafts (1, 1') verschiebbares Verschiebeelement (8, 8', 8'') verschoben wird, wobei mittels der Verschiebung über eine gelenkige Verbindung an einer Lagerstelle (9, 9', 9'') die Plattform (5–5''') verkippt und/oder verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuervorrichtung voreingestellte Blickrichtungen und/oder Fokussierungen wählbar sind, die vorhandenen optischen Strukturen (20–20'''', 21–21'''', 22–22'''') in der Kuppelstruktur (4, 4II-VII) entsprechen.