DE102014208652A1

DE102014208652A1 - Videoendoskop

Info

Publication number: DE102014208652A1
Application number: DE102014208652.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Wieters
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2015-11-12
Also published as: CN106455909A; US20170049307A1; JP2017520353A; WO2015169694A1; EP3139811A1; JP6526177B2; CN106455909B

Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem ein Videoendoskop (1) umfassend einen Endoskopschaft (2), wobei im Endoskopschaft (2) eine optische Baugruppe (26) im distalen Bereich vorgesehen ist, wobei die Baugruppe (26) unter Verwendung einer Halterung für die Baugruppe (26) im Endoskopschaft (2) gehaltert ist. Das Videoendoskop (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Halterung für die Baugruppe (26) wenigstens einen oder mehrere reversibel verformbare Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) aufweist, wobei insbesondere der oder die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) eingerichtet sind, um bei Bewegung des oder der Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) die Baugruppe (26) zu bewegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Videoendoskop, umfassend einen Endoskopschaft, wobei im Endoskopschaft eine optische Baugruppe im distalen Bereich vorgesehen ist, wobei die Baugruppe unter Verwendung einer Halterung für die Baugruppe im Endoskopschaft gehaltert ist.
Unter den Begriff Videoendoskope im Rahmen der Erfindung fallen Endoskope in Verbindung mit wenigstens einem Bildsensor, der zum Aufnehmen einer Videoaufzeichnung ausgebildet ist, unabhängig davon, ob der Bildsensor distal im Endoskopschaft, proximal in einem Handgriff oder extern in einem Kamerakopf angeordnet ist, der an ein Okular im proximalen Bereich des Endoskops, also auf der Seite eines Operateurs ansetzbar ist.
Darüber hinaus sind Videoendoskope mit einer seitlichen Blickrichtung, d.h. einer Blickrichtung ungleich 0° bekannt, bei denen ein distales Ablenkungsprisma einer ersten optischen Baugruppe durch ein äußeres Rohr aufgenommen wird und die Bildsensoreinheit der zweiten optischen Gruppe, insbesondere CCD-Bildsensoreinheit, in einem inneren Rohr angeordnet ist. Die beiden Rohre für die optischen Baugruppen sind hierbei im proximalen Griffbereich durch eine Feder gespannt, wobei im distalen Bereich des Endoskopschafts zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr eine radiale Lagerung vorgesehen ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine gehalterte Anordnung einer Baugruppe im Endoskopschaft eines Endoskops auf einfache Weise zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Videoendoskop umfassend einen Endoskopschaft, wobei im Endoskopschaft eine optische Baugruppe im distalen Bereich vorgesehen ist, wobei die Baugruppe unter Verwendung einer Halterung für die Baugruppe im Endoskopschaft gehaltert ist, dass dadurch weitergebildet ist, dass die Halterung für die Baugruppe wenigstens einen oder mehrere reversibel verformbare Biegeaktuatoren aufweist, wobei der oder die Biegeaktuatoren eingerichtet sind, um bei Bewegung des oder der Biegeaktuatoren die Baugruppe, vorzugsweise in Bezug auf eine oder die Längsachse des Endoskopschafts, zu bewegen.
Die Erfindung besteht darin, dass unter Verwendung von einem oder mehreren Biegeaktuatoren für die Halterung einer optischen Baugruppe im Endoskopschaft es ermöglicht ist, die Baugruppe durch Auslenken der Biegeaktuatoren zu positionieren sowie auszurichten. Ist beispielsweise die optische Baugruppe als Bildsensoreinheit ausgebildet, ist es möglich, dadurch z.B. den Abstand zwischen einem Objektiv und der mittels der Biegeaktuatoren gehalterten Bildsensoreinheit entsprechend anzupassen und zu verändern. Hierdurch wird erreicht, dass die Bildsensoreinheit gegenüber dem Objektiv im Endoskopschaft und/oder in Bezug auf die Längsachse des Endoskopschafts verschoben und/oder verkippt werden kann, wodurch es möglich ist, Toleranzen bei der Fertigung und der Montage der Baugruppen auszugleichen.
Darüber hinaus ist es möglich, durch die für die Halterung der Baugruppe vorgesehenen Biegeaktuatoren den geringen Bauraum zwischen der Innenwandung des Endoskopschafts und der Baugruppe effektiv auszunutzen.
Darüber hinaus zeichnet sich eine Ausführungsform des Endoskops dadurch aus, dass wenigstens ein oder mehrere, insbesondere zwei oder drei oder vier, Biegeaktuatoren zwischen der Innenwandung des Endoskopschafts und der durch die Biegeaktuatoren gehalterten Baugruppe angeordnet sind und/oder dass die Biegeaktuatoren symmetrisch und/oder gleichmäßig in Bezug auf eine Längsachse des Endoskopschafts im Endoskopschaft angeordnet sind. Durch die Verwendung von mehreren Biegeaktuatoren ist es möglich, durch Auslenken der Biegeaktuatoren in Bezug auf die Längsachse des Endoskopschafts bzw. in Bezug auf die optische Achse einer optischen Baugruppe die Baugruppe so zu bewegen, dass der Abstand in Bezug auf eine zweite optische Baugruppe und der durch die Biegeaktuatoren bewegten Baugruppe eingestellt wird. Darüber hinaus kann auch die optische Achse, beispielsweise der von den Biegeaktuatoren bewegten optischen Baugruppe, gegenüber der Längsachse des Endoskopschafts verkippt bzw. eingestellt werden. Außerdem ist durch die Biegeaktuatoren gewährleistet, dass die gehalterte Baugruppe sicher im Endoskopschaft gehalten und ausgerichtet ist bzw. wird. Insbesondere sind die Biegeaktuatoren jeweils balkenförmig oder als balkenförmiges Element ausgebildet, das sich verbiegen lässt und bei einer entsprechenden Ansteuerung durch eine Steuereinrichtung einen vorbestimmten Stellweg ausführt oder eine vorbestimmte Stellkraft erzeugt. Darüber hinaus zeichnen sich die Biegeaktuatoren dadurch aus, dass sie reversibel verformbar sind, so dass nach einer Auslenkung der Biegeaktuatoren die dadurch bewegte und ausgelenkte Baugruppe in ihre anfängliche oder ursprüngliche Lage zurückgebracht wird.
Vorzugsweise sind die Biegeaktuatoren in Bezug auf die Längsachse des Endoskopschafts radial nach innen ausgerichtet, wodurch sich eine sternförmige Anordnung der Biegeaktuatoren ergibt.
Insbesondere ist es in einer Ausgestaltung bevorzugt, dass der oder die Biegeaktuatoren endseitig jeweils mit der optischen Baugruppe unter Ausbildung einer Klebekontaktstellte zwischen dem jeweiligen Biegeaktuator und der Baugruppe verbunden sind. Dadurch sind die Biegeaktuatoren dauerhaft und sicher mit der zu bewegenden Baugruppe durch Kleben verbunden.
Darüber hinaus ist gemäß einer Ausführungsform weiter vorgesehen, dass der oder die Biegeaktuatoren an einem teilkreisförmigen oder einem ringförmigen Haltekörper angeordnet sind. Beispielsweise ist der Haltekörper als Ring ausgebildet, so dass an dem Ring die Biegeaktuatoren sternförmig nach innen, d.h. zum Mittelpunkt des Rings hin sowie zur Längsachse des Endoskopschafts angeordnet sind.
Vorzugsweise sind der oder die Biegeaktuatoren jeweils als flächiger und/oder plattenförmiger und/oder streifenförmiger Biegeaktuator ausgebildet.
Des Weiteren ist es in einer Ausgestaltung günstig, dass der wenigstens eine oder die Biegeaktuatoren jeweils als ein piezoelektrischer Biegeaktuator oder als ein Biegeaktuator mit einer Formgedächtnislegierung oder mit einer Bimetallanordnung ausgebildet sind.
Überdies ist eine Steuereinrichtung für den wenigstens einen oder für die Biegeaktuatoren vorgesehen, wobei insbesondere die Biegeaktuatoren mittels der Steuereinrichtung, vorzugsweise einzeln, ansteuerbar sind. Insbesondere ist die Steuereinrichtung außerhalb des Endoskopschafts vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung über entsprechende Leitungen mit den Biegeaktuatoren im Inneren des Endoskopschafts verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Baugruppe als optische Baugruppe mit wenigstens einer Linse und/oder mit einem Prisma und/oder mit einem Objektiv ausgebildet.
Darüber hinaus zeichnet sich eine weitere Ausführungsform des Endoskops dadurch aus, dass die Baugruppe als Bildsensoreinheit mit einem CCD-Sensor oder mit einem CMOS-Sensor ausgebildet ist. Dadurch, dass unter Verwendung von Biegeaktuatoren die Position einer Bildsensoreinheit im Inneren des Endoskopschafts einstellbar ausgerichtet wird, ergibt sich eine einfache Handhabung der Bildsensoreinheit, die vorzugsweise als rechteckiges Bauelement ausgebildet ist. Durch die Halterung und gleichzeitige Bewegung der Bildsensoreinheit mittels der Biegeaktuatoren ist es möglich, beispielsweise den Abstand zwischen einem Objektiv und der Bildsensoreinheit (als Bildaufnehmer) während des Einsatzes auf einfache Weise einzustellen. Dadurch wird beispielsweise auch eine Verbesserung der Tiefenschärfe erreicht, wenn der optimale Abstand zwischen dem Objektiv und der Bildsensoreinheit durch eine Bewegung der Bildsensoreinheit mittels der Biegeaktuatoren erreicht wird.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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 Darstellung eines Endoskops nach dem Stand der Technik,
2a einen schematischen Querschnitt durch eine mit einer Bildsensoreinheit und einer optischen Graugruppe gebildeten Anordnung in Querschnitt,
2b eine schematische Draufsicht auf die Anordnung und
2c eine perspektivische Darstellung der Anordnung, die in einem Endoskopschaft eines Endoskops angeordnet ist.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Endoskop 1 schematisch dargestellt. Das Endoskop 1 verfügt am rechts dargestellten proximalen Ende über einen Griff 3, der in einen Endoskopschaft 2 mündet. Auf der linken Seite in 1 ist das distale Ende des Endoskopschafts 2 dargestellt.
Der Griff 3 verfügt über einen Drehring 4, mittels dessen über Stabmagneten 5, die mit einem inneren Rohr 7 verbunden sind, das innere Rohr 7 gegenüber einem äußeren Rohr 6 verdreht werden kann, um die Blickrichtung des Endoskops 1 zu ändern. Im Griff 3 ist das innere Rohr 7 außerdem mittels eines Radiallagers 8 gelagert. Außerdem umfasst der Griff 3 eine Vorspannvorrichtung aus einer Druckfeder 9, die gegenüber einem Anschlag 10 für die Druckfeder 9 vorgespannt ist. Die Druckfeder 9 sorgt dafür, dass das innere Rohr 7 in axialer Richtung in Richtung auf das distale Ende 11 des Endoskopschafts 2 hin gedrückt wird bzw. vorgespannt wird.
Am distalen Ende 11 weist der Endoskopschaft 2 ein Fenster 12 auf, das seitwärts blickt. Hinter dem Fenster 12 befindet sich eine optische Baugruppe 13 mit Linsen und Prismen, mit denen das durch das Fenster 12 eintretende Licht in eine Richtung parallel zur Längsachse des Endoskopschafts 2 gelenkt wird. Die optische Baugruppe 13 wird durch eine Halterung 14, die mit dem äußeren Rohr 6 verbunden ist, gehalten. Das Fenster 12 ist ebenfalls Teil der optischen Baugruppe 13.
Proximal schließt sich an die erste optische Baugruppe 13 eine zweite optische Baugruppe 16 an, die in diesem Fall in einer Bildsensoreinheit 19 endet. Die zweite optische Baugruppe 16 ist in einer Halterung 17 gehaltert, die mit dem inneren Rohr 7 so verbunden ist, dass sie Drehungen oder Verschiebungen des inneren Rohrs 7 mit vollzieht. Das innere Rohr 7 ist im Bereich des distalen Endes 11 des Endoskopschafts 2 mittels einer Radiallagerung 18 radial gegenüber dem äußeren Rohr 6 gelagert.
Die distale Frontfläche der Halterung 17 der zweiten optischen Baugruppe 16 und die proximale Frontfläche der Halterung 14 der ersten optischen Baugruppe 13 sind einander gegenüberliegend angeordnet und bilden ein Axiallager 15. Durch die Vorspannung des inneren Rohres 7 in axialer Richtung durch die Druckfeder 9 im Griff 3 wird das Axiallager 15 geschlossen, d.h. die distalseitige Frontfläche der Halterung 17 wird gegen die proximalseitige Frontfläche der Halterung 14 gedrückt. Dadurch ist die axiale Position der zweiten optischen Baugruppe 16 gegenüber der ersten optischen Baugruppe 13 fest definiert.
In 2a ist schematisch im Querschnitt eine optische Anordnung für einen Endoskopschaft dargestellt, wobei die Anordnung als eine optische erste Baugruppe 20 ein Linsensystem mit mehreren Linsen 21.1 bis 21.5 aufweist. Die Linsen 21.1. bis 21.5 des Linsensystems 20 sind in einer hülsenartigen Halterung oder Hülse 22 angeordnet. Die dargestellte Anordnung ist beispielsweise im distalen Ende eines (hier nicht dargestellten) Endoskopschafts angeordnet.
Die Hülse 22 mit der Linsenanordnung bzw. dem Linsensystem ist umgeben von einer weiteren Hülse 24, an deren vom Linsensystem abgewandten Ende ein Bildsensor 26 angeordnet ist, um die durch die Linsen 21.1 bis 21.5 des Linsensystems der ersten optischen Baugruppe hindurchgelassenen Lichtstrahlen aufzunehmen.
Die Bildsensoreinheit 26 ist unter Verwendung von an einem Ring 28 angeordneten Biegeaktuatoren 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 gehaltert. Der Ring 28 ist hierbei an der Innenseite der Hülse 24 in einer Aufnahme anliegend angeordnet und umgibt die Bildsensoreinheit 26.
In 2b ist eine Draufsicht auf die Bildsensoreinheit 26 und die mit der Bildsensoreinheit 26 verbundenen Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 dargestellt. Bei der in 2c dargestellten perspektivischen Ansicht ist aus Gründen der besseren Darstellbarkeit der Bildsensor 26 transparent dargestellt.
Die Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 sind sternförmig und gleichmäßig nach innen ragend, d.h. zur Mittenlängsachse des (hier nicht dargestellten) Endoskopschafts nach innen ragend angeordnet, wobei an den Enden der plattenförmigen langgestreckten Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 der Bildsensor 26 im Randbereich mit den Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 verbunden ist. Beispielsweise sind die Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 quaderförmig aus mehreren piezoelektrischen Schichten gebildet, so dass unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts und einer entsprechenden Ansteuerung der Biegeaktuatoren mittels einer (hier nicht dargestellten) Steuereinrichtung die Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 in gesteuerter Weise ausgelenkt werden, wodurch die optische Achse der Bildsensoreinheit 26 gegenüber der Längsachse eines Endoskopschafts beispielsweise verkippt ausgerichtet wird.
Die Aktuatoren können daher mit nicht dargestellten Sensoren ausgestattet sein, über welche die Steuerung bzw. die Steuereinrichtung die aktuelle Auslenkung der Aktuatoren bestimmen kann.
Die in den 2a bis 2c dargestellte Anordnung mit dem Linsensystem und der Bildsensoreinheit 26 ist dabei vorzugsweise im distalen Bereich eines Endoskopschafts (hier nicht dargestellt) angeordnet.
In einer (hier nicht dargestellten) Ausführungsform sind die Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 beispielsweise als Formgedächtnislegierung oder aus Bimetallen hergestellt, so dass die Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 ebenfalls reversibel bewegbar sind, um die Lage bzw. Position der Bildsensoreinheit 26 in Bezug auf die mit dem Linsensystem ausgebildete erste optische Baugruppe zu bewegen. Durch eine auslenkende Bewegung der Biegeaktuatoren 30.1 bis 30.4 auf gesteuerte Weise wird der Abstand zwischen dem Linsensystem und der Bildsensoreinheit verändert und angepasst.
Durch die beweglich gehalterte Anordnung der Bildsensoreinheit 26 im Endoskopschaft, die beispielsweise als CCD-Sensor ausgebildet ist, werden durch Einstellung des Abstandes zwischen dem Linsensystem und der Bildsensoreinheit 26 auf einfache Weise Fehlertoleranzen bei der Fertigung eines Endoskops ausgeglichen.
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. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
Bezugszeichenliste

1: Endoskop
2: Endoskopschaft
3: Griff
4: Drehring
5: Stabmagnet
6: äußeres Rohr
7: inneres Rohr
7a: innerer Rohrabschnitt
8: Radiallager
9: Druckfeder
10: Anschlag für Druckfeder
11: distales Ende
12: Fenster
13: optische Baugruppe mit Linsen und Prismen
14: Halterung der optischen Baugruppe
15: Axiallager
16: optische Baugruppe
17: Halterung der optischen Baugruppe
18: Radiallager
19: Bildsensoreinheit
20: Anordnung
21.1 bis 21.5: Linse
22: Hülse
24: Hülse
26: Bildsensoreinheit
28: Ring
30.1 bis 30.4: Biegeaktuator

Claims

Videoendoskop (1) umfassend einen Endoskopschaft (2), wobei im Endoskopschaft (2) eine optische Baugruppe (26) im distalen Bereich vorgesehen ist, wobei die Baugruppe (26) unter Verwendung einer Halterung für die Baugruppe (26) im Endoskopschaft (2) gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung für die Baugruppe (26) wenigstens einen oder mehrere reversibel verformbare Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) aufweist, wobei der oder die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) eingerichtet sind, um bei Bewegung des oder der Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) die Baugruppe (26) zu bewegen.
Videoendoskop (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein oder mehrere, insbesondere zwei oder drei oder vier, Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) zwischen der Innenwandung des Endoskopschafts (2) und der Baugruppe (26) angeordnet sind und/oder dass die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) symmetrisch und/oder gleichmäßig in Bezug auf eine Längsachse des Endoskopschafts (2) im Endoskopschaft (2) angeordnet sind.
Videoendoskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) endseitig jeweils mit der optischen Baugruppe (26) unter Ausbildung einer Klebekontaktstelle zwischen dem jeweiligen Biegeaktuator (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) und der Baugruppe (26) verbunden sind.
Videoendoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) an einem teilkreisförmigen oder einem ringförmigen Haltekörper (28) angeordnet sind.
Videoendoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) jeweils als flächiger und/oder plattenförmiger und/oder streifenförmiger Biegeaktuator (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) ausgebildet sind.
Videoendoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine oder die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) jeweils als ein piezoelektrischer Biegeaktuator (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) oder als ein Biegeaktuator mit einer Formgedächtnislegierung (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) oder mit einer Bimetallanordnung ausgebildet sind.
Videoendoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung für den wenigstens einen oder für die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) vorgesehen ist, wobei insbesondere die Biegeaktuatoren (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) mittels der Steuereinrichtung, vorzugsweise einzeln, ansteuerbar sind.
Videoendoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (26) als optische Baugruppe (26) mit wenigstens einer Linse und/oder mit einem Prisma und/oder mit einem Objektiv ausgebildet ist.
Videoendoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (26) als Bildsensoreinheit mit einem CCD-Sensor oder mit einem CMOS-Sensor ausgebildet ist.