DE10392670B4

DE10392670B4 - Miniatur-Kamerakopf

Info

Publication number: DE10392670B4
Application number: DE10392670T
Authority: DE
Inventors: Arie Blumzvig; Alex Zaretsky; Doron Adler; Frank D'Amelio
Original assignee: C2 Cure Inc
Current assignee: C2 Cure Inc
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: WO2003098913A2; DE10392670T5; AU2003224415A8; US20050267328A1; AU2003224415A1; WO2003098913A3; US8194121B2; JP2005525896A

Abstract

Elektronische Bildgebungsvorrichtung, umfassend: ein erstes optisches Objektiv zum Auffangen von optischer Strahlung von einem Objekt, wobei das erste Objektiv eine erste optische Achse aufweist; einen ersten Bildsensor, der eine Matrix aus ersten optischen Detektoren aufweist, die in einer ersten Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen nicht senkrecht zur ersten optischen Achse verläuft, wobei der erste Bildsensor in der ersten Ebene eine laterale Abmessung aufweist; und einen ersten Drehspiegel mit einer ersten optischen Fläche, die so positioniert ist, daß sie die Strahlung reflektiert, die von dem ersten Objektiv aufgefangen wird, um ein fokussiertes erstes Bild in der ersten Ebene des ersten Bildsensors zu erzeugen, wobei der maximale Abstand von der ersten optischen Fläche zur ersten Ebene des ersten Bildsensors wesentlich geringer ist als die laterale Abmessung des ersten Bildsensors, worin der erste Drehspiegel ein Prisma umfaßt, dessen Austrittsfläche an den ersten Bildsensor angrenzt, und dessen Eintrittsfläche an...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft generell elektronische Bildgebungssysteme und insbesondere Miniatur-Kameraköpfe und zugehörige Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere für die Verwendung in der Endoskopie.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Aus der Druckschrift WO 00/49448 A1 ist eine elektronische Bildgebungsvorrichtung bekannt, die ein Gehäuse mit einer Objektivlinse besitzt. Die Objektivlinse sammelt Licht von einem Objekt und fokussiert ein Bild des Objekts auf ein Littrow-Prisma mit Winkeln von 30, 60 und 90°. Ein Festkörpersensor-Chip mit einer Matrix aus Silizium-basierenden, lichtempfindlichen Pixeln erstreckt sich entlang der Hypothenuse des Prismas, so dass die Pixelmatrix das von dem Prisma übertragene fokussierte Bild empfängt.
Aus der Druckschrift US 5,940,126 A ist eine Miniaturvideokamera bekannt, die ein Objekt aus verschiedenen Winkeln abbilden kann. Dabei wird ein von einem optischen Bild gelieferter Lichtstrahl, der durch eine Linse läuft, von einer rechten Bildmessfläche eines CCD-Sensors aufgenommen, und wird ein von einem optischen Bild gelieferter Lichtstrahl, der durch eine Linse und ein Prisma läuft, von einer linken Bildmessfläche des CCD-Sensors aufgenommen. Die von der rechten und der linken Bildmessfläche erhaltenen Bildsignale werden in eine Farbtrennschaltung und in eine Signalverarbeitungsschaltung aufgeteilt.
Aus der Druckschrift JP 07-209590 A ist ein elektronisches Endoskop bekannt, bei dem ein optisches System und ein Prisma zum Verkleinern des Durchmessers eines Endoskops klein ausgebildet sind.
Miniaturkameras mit fernsteuerbarem Kamerakopf werden in der Endoskopie und anderen Bereichen der minimal-invasiven Chirurgie eingesetzt. Ein Halbleiter-Bildsensor ist am distalen Ende eines Endoskops befestigt, zusammen mit geeigneten Abbildungsoptiken und einer Beleuchtungsquelle, um Bilder von Körperhöhlen und -Kanälen zu erzeugen. Generell ist es gewünscht, den Endoskopdurchmesser zu verkleinern und gleichzeitig die Bildqualität zu verbessern, die man von dem Kamerakopf am distalen Ende erhält. Diese beiden Ziele stehen sich häufig gegenseitig im Weg, da eine Erhöhung der Auflösung des Sensors generell dessen Vergrößerung erfordert, was dazu führt, daß der Durchmesser des Endoskops zunimmt.
Eine große Vielfalt von Distalend-Kameraköpfen wurde in der Patentliteratur beschrieben, hauptsächlich auf der Grundlage der Integrierung des Sensors, in der Regel eines CCD-basierten Sensors, in geeignete optische Miniaturoptiken. Einige Beispiele für Kamerakopfausführungen sind in US 4604992 A , US 4491865 A , US 4746203 A , US 4720178 A , US 5166787 A , US 4803562 A und US 5594497 A beschrieben. Einige Systeme und Verfahren zum Reduzieren der Gesamtabmessungen des distalen Endes eines Endoskops, das einen Bildsensor enthält, sind in US 5929901 A , US 5986693 A , US 6043839 A , US 5376960 A und US 4819065 A und in US 2001/031912 A1 beschrieben. Eine Methode, die vorgeschlagen wurde, um den Endoskopdurchmesser zu reduzieren, besteht darin, den Bildsensor in einer Ebene anzuordnen, die parallel zur Achse der Bildoptik und nicht senkrecht zur Ebene verläuft, wie in herkömmlichen optischen Ausführungen. Implementierungen dieser Methode sind in US 4692608 A , US 4646721 A und US 4986642 A und in der oben genannten US 2001/0031912 A1 beschrieben.
Obwohl die meisten Endoskope dem Anwender ein einziges zweidimensionales Bild liefern, sind in der Technik auch Endoskope mit der Fähigkeit zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder bekannt. Beispielsweise sind Endoskope, die stereoskopische Bilder unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Strahlenverläufen erzeugen, in US 5944655 A , US 5222477 A , US 4651201 A , US 5191203 A , US 5122650 A , US 5471237 A, US 5673147 A , US 6139490 A und US 5603687 A beschrieben.
Endoskope verwenden in der Regel eine externe Beleuchtungsquelle, um das distale Ende des Endoskops über optische Fasern mit Strahlung zu versorgen. Andererseits verwenden manche Endoskope Beleuchtungseinrichtungen, die in das Endoskops selbst integriert sind, entweder am distalen oder am proximalen Ende des Endoskops. Beispielsweise ist die Verwendung von Leuchtdioden (LEDs) für diesen Zweck in US 6318887 B1 , US 6331156 B1 , US 6260994 B1 , US 6371907 B1 und US 6340868 B1 beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, die radialen Abmessungen einer elektronischen Bildgebungsvorrichtung zu verringern. Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die elektronische Bildgebungsvorrichtung gemäß der Erfindung bildet eine Kamerakopfbaugruppe, die so konstruiert und aufgebaut ist, daß die radialen Abmessungen der Baugruppe (gemessen in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse) wesentlich kleiner werden als es in vergleichbaren in der Technik bekannten Baugruppen bisher erreicht wurde. In der Regel kann die Baugruppe in ein Rohr eingepaßt werden, beispielsweise das Einführrohr eines Endoskops, dessen Durchmesser kleiner ist als die diagonale Abmessung des Bildsensors. Die Reduzierung des Durchmessers wird u. a. durch eine neuartige optische Gestaltung erreicht, die es möglich macht, die Höhe des Drehspiegels über dem Bildsensor im Vergleich zu in der Technik bekannten Gestaltungen, in denen der Sensor parallel zur optischen Achse angeordnet ist, zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer Ausführungsformen in Zusammenschau mit den Figuren besser verständlich, worin:
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ein Blockschema ist, das schematisch ein endoskopisches Bildgebungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 und 3 schematische Querschnittsansichten von Kamerakopfbaugruppen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind;
4 eine schematische Endansicht der Kamerakopfbaugruppe von 2 ist;
5 eine schematisches Darstellung des Verlaufs der optischen Strahlen eines Prismas ist, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Kamerakopfbaugruppe verwendet wird;
6 eine schematische Darstellung des Verlaufs der optischen Strahlen ist, welche Elemente der Kamerakopfbaugruppe gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Beispiel zeigt;
7A und 7B schematische Seiten- bzw. Endansichten eines modifizierten Prismas sind, das in einer Kamerakopfbaugruppe gemäß dem Beispiel verwendet wird;
8 eine schematische Endansicht eines modifizierten Prismas für die Verwendung in einer Kamerakopfbaugruppe gemäß dem Beispiel ist;
9 eine schematische Darstellung des Verlaufs der optischen Strahlen ist, die Elemente einer Kamerakopfbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine schematische Draufsicht auf eine Sensorbaugruppe ist, die in einem Kamerakopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
11 eine schematische Schnittansicht einer Sensorbaugruppe ist, die in einem Kamerakopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
12 eine schematische Schnittansicht einer Sensorbaugruppe ist, die in einem Kamerakopf gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
13 eine schematische Draufsicht auf eine Beleuchtungsbaugruppe ist, die in einem endoskopischen System gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
14 und 15 schematische Seiten- bzw. End-Querschnittsansichten einer stereoskopischen Kamerakopfbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr wird auf 1 Bezug genommen, wobei es sich um ein Blockschema handelt, das schematisch ein endoskopisches Bildgebungssystem 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das System 20 umfaßt ein Endoskop 21, das durch ein Kabel 12 mit einer Prozessoreinheit 16 verbunden ist. Das Endoskop umfaßt ein Einführrohr 23, das an seinem distalen Ende 25 einen Miniatur-Kamerakopf enthält, wie nachstehend gezeigt und beschrieben. In der Regel enthält das Endoskop auch eine interne Lichtquelle, um den Bereich um das distale Ende des Endoskops, der von dem Kamerakopf abgebildet wird, zu beleuchten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine externe Lichtquelle 14 verwendet werden, um über ein optisches Faserbündel 15 eine Beleuchtung zu einer Lichtleitung in dem Endoskop 21 zu liefern. Die externe Lichtquelle kann alternativ dazu auch über eine oder mehrere flüssigkeitsgefüllte Lichtleitungen optisch mit dem distalen Ende des Endoskops verbunden sein. Die Lichtquelle 14 umfaßt in der Regel einen oder mehrere Halbleiteremitter, wie LEDs, wie nachstehend beschrieben. Alternativ dazu kann die Lichtquelle ein Gasentladungslampe umfassen, wie in der Technik bekannt.
Eine Prozessoreinheit 16 empfängt über das Kabel 12 Signale vom Miniatur-Kamerakopf und verarbeitet diese Signale, um auf einer Anzeige 18 Videobilder zu erzeugen. Die Prozessoreinheit 16 kann entweder eine eigenständige Einheit mit der Fähigkeit zur Bildverarbeitung und einer Steuerschaltung sein oder ein Personal Computer (PC) mit geeigneten Frontend-Schaltkreisen und geeigneter Software. Alternativ dazu können die Funktionen der Prozessoreinheit durch elektronische Einrichtungen innerhalb des Endoskops 21 ausgeführt werden. Die elektronischen Einrichtungen, ebenso wie die Lichtquelle zum Bereitstellen einer Beleuchtung für das distale Ende 25, können in einem Griff (nicht dargestellt) untergebracht sein, der verwendet wird, um das Endoskop zu manipulieren. In einigen Ausführungsformen liefert das Endoskop 20, wie nachstehend in 15 und 16 dargestellt, stereoskopische Bildinformationen, und die Prozessoreinheit 16 kann die Rekonstruktion und Anzeige eines dreidimensionalen Bildes durchführen. Die Prozessoreinheit 28 kann ferner als Steuergerät für die Lichtquelle 14 dienen, wie weiter unten beschrieben.
2 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Miniatur-Kamerakopfbaugruppe 27 in einem Einführrohr 23 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine oder mehrere Lichtquellen 30 beleuchten die Region in unmittelbarer distaler Umgebung zum Endoskop 21. In der Regel umfassen die Lichtquellen 30 Weißlicht-LEDs, aber alternativ dazu können auch Miniatur-Lichtquellen anderer Typen verwendet werden, einschließlich von LEDs anderer Farben oder Infrarot-LEDs oder für einige Zwecke eine Miniatur-Glühquelle, wie in der Technik bekannt.
Ein optisches Objektiv 28, das am distalen Ende 25 befestigt ist, fängt Licht von Objekten, die von der Lichtquelle 30 beleuchtet werden, auf und fokussiert dieses. Ein Drehspiegel, der in der Regel ein rechtwinklige Prisma 38 umfaßt, reflektiert das Licht, das von dem Objektiv 28 aufgefangen wird, um es auf die Fokalebene eines Bildsensors 24 zu fokussieren. Der Sensor 24 umfaßt in der Regel eine zweidimensionale Matrix aus Detektorelementen auf der Basis von CMOS, CCD oder einer anderen Halbleiter-Bildgebungstechnik, wie in der Technik bekannt. Beispielsweise kann der Sensor 24 eine MI0133 CMOS-Bildgebungsanordnung umfassen, die von Micron Technology Inc., Boise, Idaho, erzeugt wird, und die 377 × 317 Detektorelemente umfaßt, was eine Bildgebungsfläche von etwa 2 × 1,8 mm aus Gesamt-Chipabmessungen von 3 × 3,7 mm (mit einer diagonalen Abmessung von etwa 4,8 mm) ergibt. In der Regel ist ein Prisma 38 so angeordnet, daß es die optische Achse der fokussierten Strahlung um 90° dreht, so daß die fokale Ebene des Sensors im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Objektivs 28 verläuft. alternativ dazu können der Drehspiegel und der Bildsensor so angeordnet werden, daß der Sensor in einem anderen Winkel nicht senkrecht zur optischen Achse des Objektivs ausgerichtet ist.
Der Sensor 24 ist durch Kugeln 29, die in einer Ball Grid Array (BGA) angeordnet sind, wie in der Technik bekannt, auf einem Schaltungssubstrat, wie einer gedruckten Leiterplatine 40, befestigt. Dieses Verfahren der Gehäusung und Befestigung des Sensors 24 ermöglicht es, den Sensor in einer Chip Scale Package unterzubringen, die nicht viel breiter ist als der Sensorchip selbst. Diese und weitere Verfahren der Chip Scale-Gehäusung und Befestigung des Sensorchips sind nachstehend detailliert beschrieben. Ein Kabel 22, das durch das Endoskop 21 verläuft, verbindet die Baugruppe 27 mit der Prozessoreinheit 16. Ein oder mehrere Steuergerät- und Kommunikations-Schnittstellen-Chips 26 auf der Platine 40 dienen dazu, elektrische Signale vom Bildsensor 24 zur Prozessoreinheit 16 zu übertragen und Steuereingaben von der Prozessoreinheit zu empfangen. Das Kabel 22 ist in der Regel mittels einer Kabelklemme 34 mechanisch an der Platine 40 befestigt. Eine senkrechte Erweiterung 41 der Platine 40 kann bereitgestellt werden, um Lichtquellen 30 zu befestigen. Alternativ dazu kann die Platine 40 einen flexiblen Endabschnitt umfassen, der gebogen ist, um Lichtquellen 30 zu befestigen. Als weitere Alternative kann ein beliebiges in der Technik bekanntes, geeignetes Mittel verwendet werden, um die Lichtquellen am distalen Ende 25 zu befestigen. Ein Arbeitskanal 42, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Endoskops 21 erstreckt, ist unter der Platine 40 angeordnet.
3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Miniatur-Kamerakopfbaugruppe 37 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Baugruppe 37 ähnelt der in 2 dargestellten Baugruppe 27, abgesehen davon, daß in der Baugruppe 37 eine entfernte Lichtquelle verwendet wird, um über eine faseroptische Lichtleitung 44, die über die Länge des Endoskops 21 verläuft, eine Beleuchtung für das distale Ende 25 bereitzustellen. Die entfernte Lichtquelle kann eine externe Lichtquelle 14 oder eine interne Lichtquelle (nicht dargestellt), die proximal im Endoskop 21 angeordnet ist, umfassen. Eine Beleuchtungslinse 31 lenkt anstelle der Lichtquelle 30 das Licht von der Lichtleitung 44 auf Objekte, die distal zum Endoskop sind. Die Lichtleitung 44 umfaßt in der Regel mehrere optische Fasern, die am distalen Ende 25 verzweigt sein können, um Licht durch mehrere Beleuchtungslinsen abzugeben. Als weitere Alternative können eine oder mehrere Distalend-Lichtquellen 30, wie in 2 dargestellt, in Kombination mit einer oder mehreren anderen Linsen 31 verwendet werden, die von der Lichtleitung 44 beschickt werden.
4 ist eine schematische Endansicht des Einführrohrs 23, welche die Elemente der Baugruppe 27 (2) am distalen Ende 25 darstellt. Vier Lichtquellen 30 sind in der vorliegenden Erfindung dargestellt, aber es können je nach Bedarf mehr oder weniger Beleuchtungsquellen verwendet werden, um eine angemessene Beleuchtung bereitzustellen. Die Baugruppe 37 kann ähnlich aufgebaut sein, wobei Beleuchtungslinsen 31 anstelle der Lichtquellen 30 verwendet werden. Es ist klar, daß der minimale erreichbare Durchmesser des Einführrohrs 23 von den ungefähren lateralen (Breiten-)Abmessungen des Sensors 24 und der Platine 40 und durch die Höhe des Prismas 38 über der Ebene des Sensors 24 definiert wird. Die Methoden und die optischen Gestaltungen zur Reduzierung der Höhe des Prismas 38 sind nachstehend beschrieben. Vorzugsweise wird der Chip, auf dem der Sensor 24 hergestellt wird, gedünnt, und die Chipgehäusung (falls verwendet) und die Platine 40 werden so konstruiert, daß die Platine nicht viel breiter ist als der Chip selbst. Auf diese Weise kann der Durchmesser des Rohrs 23 kleiner als die diagonale Abmessung des Sensors 24 sein.
Das Minimieren der radialen Gesamtabmessungen der Baugruppen 27 und 37 ist eine Hauptüberlegung bei ihrer Gestaltung, damit das Einführrohr 23 selbst schmäler sein kann und leichter durch enge Körperkanäle hindurchgehen kann. Wie oben bemerkt, liegen die typischen lateralen Abmessungen für den Bildsensor 24 bei 3 × 3,7 mm. Der Sensorchip ist nach seiner Herstellung etwa 0,7 mm dick. Die Platine 40 weist in der Regel eine Dicke von 0,3 mm auf. Das Rohr 23 weist eine Wanddicke von etwa 0,15 mm auf. Aus der Ansicht von 4 geht hervor, daß der Durchmesser des Rohrs 23 in horizontaler Richtung durch die Breite der Platine 40 plus der doppelten Wanddicke des Einführrohrs begrenzt ist. Wenn man als Platinenbreite 3 mm nimmt, ergibt sich der minimale Durchmesser in horizontaler Richtung aus: Durchmesser ≥ 3 + 2·0,15 = 3,3 mm (1)
In vertikaler Richtung wird der minimale Durchmesser des Rohrs 23 dagegen durch die Dicke der Platine 40 plus der doppelten Dicke des Sensors 24 und der doppelten Prismenhöhe (unter der Annahme, daß die Platine 40 etwa mittig im Rohr 23 angeordnet ist) plus der doppelten Dicke des Einführrohrs begrenzt. In herkömmlichen optischen Gestaltungen kann die Höhe des Prismas (oder eines anderen Drehspiegels) nicht geringer sein als die laterale Abmessung der Sensorbaugruppe, d. h. 2 mm im vorliegenden Beispiel. Die Grenze für den Durchmesser in vertikaler Richtung ist dann: Durchmesser ≥ 0,3 + 2·(0,7 + 2 + 0,15) = 6,0 mm (2)
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Prismenhöhe reduziert, wie in 4 dargestellt, so daß der begrenzende Durchmesser des Einführrohrs 23 in vertikaler Richtung ebenfalls erheblich reduziert ist. Der Sensorchip kann ebenfalls auf unter die 0,7 mm-Standarddicke gedünnt werden. Infolge dieser Schritte wird der minimale Durchmesser des Rohrs 23 reduziert, vorzugsweise auf unter die diagonale Abmessung des Sensors 24 (4,8 mm im vorliegenden Beispiel).
Nun wird Bezug auf 5 genommen, wobei es sich um eine vereinfachte Darstellung des Strahlenverlaufs des Prismas 38 handelt, und worin gezeigt ist, wie die minimale Höhe H des Prismas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt wird. Ein Hauptstrahl 54 und Randstrahlen 53 und 55 treten aus einer Aperturblende 50 der optischen Baugruppe 27 aus und werden an einer reflektierenden Fläche 52 des Prismas 38 reflektiert, um auf dem Sensor 24 zu fokussieren. Der Strahl 54 trifft in der Mittel des Sensors 24 auf, während die Strahlen 53 und 55 den Rändern des Bildes entsprechen. D sei der Abstand von der Blende 50 zu dem Punkt, an dem der Strahl 54 von der Fläche 52 zurückgeworfen wird, und A sei der horizontale Abstand zwischen den Punkten, an denen die Strahlen 54 und 55 auf dem Sensor 24 auftreffen. (Anders ausgedrückt, sollte A etwa die Hälfte der Breite der aktiven Fläche des Sensors 24 sein, so daß im vorliegenden Beispiel gilt: A ½ × 2 mm = 1 mm.) Die Beziehung zwischen der Höhe H des Prismas 38 und den Abständen A und D kann folgendermaßen ausgedrückt werden: H = 2A·(A + D)/(2A + D) (3)
Somit erlaubt eine Reduzierung von D für einen bestimmten gegebenen Wert A eine Reduzierung der Höhe H des Prismas 38. C sei definiert als der horizontale Abstand zwischen der vorderen Fläche des Prismas 38 und dem Punkt, an dem der Strahl 54 von der Fläche 52 zurückgeworfen wird, und B sei als der horizontale Abstand zwischen den Punkten definiert, an denen die Strahlen 54 und 53 den Sensor 24 treffen. Unter der Annahme, daß die Abstände C und B etwa gleich sind, wie in 5 dargestellt, und B ungefähr gleich A ist, ist der minimale Abstand, Dm: D_min = B = C (4) woraus folgt: H_min = 1,33·A (5)
Wenn man den Wert H = 1,33 mm in die Gleichung (2) einsetzt, erhält man 4,66 mm als begrenzenden Durchmesser für das Rohr 23. Es wird klar, daß dieser Grenzwert kleiner ist als die diagonale Abmessung des Sensors 24, die etwa 4,8 mm beträgt, wie oben bemerkt.
In der optischen Gestaltungspraxis kann es schwierig sein, D auf den D_min-Wert zu reduzieren, der aus der Gleichung (4) erhalten wird, da diese Beschränkung es offensichtlich erfordern würde, die Aperturblende 50 an der Eintrittsfläche des Prismas 38 anzuordnen. Selbst bei einem größeren Wert für D ist es aufgrund der vorliegenden Erfindung jedoch immer noch möglich, H deutlich unter die nominale Höhe H ~ 2A zu senken, die für die in der Technik bekannten Drehspiegel typisch ist (d. h. gleiche Höhen- und Basisabmessungen des Prismas, wobei die Basisabmessung ungefähr gleich der lateralen Abmessung des Bildsensors ist). Beispielsweise kann für D = 2A ein Prisma der Höhe H = 1,5·A verwendet werden, so daß die Höhe des Prismas etwa 75% oder weniger der lateralen Abmessung des Sensors 24 beträgt. Wie nachstehend in 9 dargestellt, ist es auch möglich, das Drehprisma so zu konstruieren, daß C < B ist, wodurch H noch weiter gesenkt werden kann, bis zu einer Grenze von Hmin ~ A.
Das folgende Beispiel entspricht nicht in allen Merkmalen der beanspruchten Erfindung, aber dient einem besseren Verständnis derselben.
6 ist eine Darstellung des Strahlenverlaufs und zeigt ein Beispiel für eine optische Gestaltung der Baugruppe 27. Lichtstrahlengruppen 72 und 74 definieren die Ränder eines Bilds, das vom Objektiv 28 aufgefangen wird und von der Fläche 52 auf eine fokale Ebene 70 des Sensors 24 reflektiert wird. Das Prisma 38 ist so gestaltet, daß die Strahlengruppe 72 aus dem Prisma in dessen linker unterer Ecke austritt, während die Strahlengruppe 74 aus dem Prisma in dessen rechter unterer Ecke austritt. Das Prisma ist in einer Ebene 80 in einer Höhe, die etwas größer ist als 1,33 *, A gekürzt. Aufgrund des kurzen Abstands D zwischen der Aperturblende 50 und der Fläche 52 wird der obere Abschnitt der Fläche (über der Ebene 80) nicht benötigt und kann auf die in der Figur gezeigte Weise weggelassen werden.
Das Objektiv 28 in diesem Beispiel umfaßt ein Schutzfenster 73, gefolgt von zwei Linsen 75 und 77, mit Luftspalten dazwischen. Das Prisma 38 und beide Linsen bestehen aus PMMA. die Aperturblende 50 befindet sich an der ersten Fläche der Linse 77. Die frontale Brennweite des Objektivs 28 ist 10 mm in Wasser. Die nachstehende Tabelle 1 führt die optischen Parameter dieser Gestaltung auf:
TABELLE I
– BEISPIEL FÜR OPTISCHE GESTALTUNGSPARAMETER VON Fig. 6

– Schutzfenster 73 aus BK7 mit einer Dicke von 0,1 mm
– Luftspalt von Schutzfenster zu erster Fläche der Linse 75: 0,05 mm
– Krümmungsradius der ersten Fläche der Linse 75: –0,7982 (konkave Fläche)
– Dicke der Linse 75: 0,3 mm
– Krümmungsradius der zweiten Fläche der Linse 75: 1,593 (konkave Fläche)
– Luftabstand zwischen zweiter Fläche der Linse 75 und Aperturblende 50: 0,157 mm
– Durchmesser der Aperturblende: 0,29 mm
– Luftabstand zwischen Aperturblende 50 und erster Fläche der Linse 77: 0
– Krümmungsradius von erster Fläche der Linse 77: 1,756 (konvexe Fläche)
– Dicke der Linse 77: 0,4 mm
– Krümmungsradius der zweiten Fläche der Linse 77: –0,547 (konvexe Fläche)
– Luftabstand zwischen zweiter Fläche der Linse 77 und Prisma 38: 0,1 mm
– 45°-Prisma, Basis 2 mm × 2 mm
– Abstand zwischen Austrittsfläche von Prisma und Sensor 24: 0,15 mm

Nun wird auf 7A und 7B Bezug genommen, bei denen es sich um schematische Seiten- bzw. Endansichten eines Prismas 39 mit noch weiter reduzierten Abmessungen handelt. Seitenschrägen 76 sind an jeder Seite der Ebene 80 geschnitten, so daß das Prisma leichter in ein rundes Rohr integriert werden kann, wie in 4 dargestellt. Die Seitenschrägen beeinträchtigen nicht die optische Leistung des Prismas 39, da sie lediglich eine Abnahme von Material aus den Bereichen der Fläche 52 beinhalten, die nicht für die Reflektierung der Bildstrahlen vom Objektiv 28 zum Sensor 24 gebraucht werden.
8 ist eine schematische Endansicht eines anderen Prismas 81 mit runden Schrägen 78. Alternativ oder zusätzlich kann jede Zahl von geraden Seitenschrägen genutzt werden, um ein Prisma mit einer Form zu ergeben, die zwischen der in den 7A und 7B gezeigten und der in 8 gezeigten liegt.
9 ist eine Darstellung des Strahlenverlaufs und zeigt ein Beispiel für die optische Gestaltung einer anderen Kamerakopfbaugruppe 87 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform sind ein Prisma 83 und ein zugehöriges Objektiv 85 so gestaltet, daß die Höhe des Prismas noch mehr als in den vorangegangenen Beispielen reduziert ist. Zu diesem Zweck wird das Objektiv 85 (und somit die Aperturblende 50) näher an die Fläche 52 gebracht, und zwar mittels einer Einkerbung, die an der Eintrittsfläche des Prismas 83 ausgebildet ist. Ebenso kann das Prisma nach vorne verlängert werden. In jedem Fall dient der rechte untere Abschnitt des Prismas dazu, eine Deformierung der Strahlengruppe 74 zu verhindern.
Das Objektiv 85 in dieser Ausführungsform umfaßt drei Linsen 90, 92 und 94, wobei die Linsen 92 und 94 ein Duplet bilden, mit Luftspalten zwischen den Linsen. Die Aperturblende 50 befindet sich zwischen den Linsen 92 und 94. Die frontale Brennweite des Objektivs 28 ist 30 mm in Wasser. Die nachstehende Tabelle II führt die optischen Parameter der Gestaltung auf:
TABELLE II
– BEISPIELE FÜR OPTISCHE GESTALTUNGSPARAMETER VON Fig. 9

– Linse 90 aus SK16 mit einer Dicke von 0,1 mm
– Erster Krümmungsradius der Linse 90 unendlich (flach), der zweite 0,927 (konkav)
– Luftspalt von Linse 90 zur ersten Fläche der Linse 92: 0,05 mm
– Linse 92 aus SK16/SFL6.
– Krümmungsradius der ersten Fläche der Linse 92: 0,461 (konkave Fläche)
– Krümmungsradius der zweiten Fläche der Linse 92: 0,4135 (konkav bis zu erstem Element und konvex bis zu eingekittetem Element)
– Krümmungsradius der dritten Fläche der Linse 92: 1,111 (konkave Fläche)
– Dicke der Linse 92: 0,1/0,1 min) (Gesamtdicke des Duplets 0,2 mm)
– Luftabstand zwischen dritter Fläche der Linse 92 und Aperturblende 50: 0,05 mm
– Luftabstand zwischen Aperturblende 50 und erster Fläche der Linse 94: 0,05 mm
– Linse 94 aus SFL6/SK16
– Krümmungsradius der ersten Fläche der Linse 94: 2,376 (konkave Fläche)
– Krümmungsradius der zweiten Fläche der Linse 94: 7,4557 (konkav bis zum ersten Element und konvex bis zum eingekittetem Element)
– Krümmungsradius der dritten Fläche der Linse 94: 19,037 (konkave Fläche)
– Dicke der Linse 94: 0,1/0,1 mm (Gesamtdicke des Duplets: 0,2 mm)
– Luftabstand zwischen dritter Fläche der Linse 94 und Prisma 93: 0,05 mm
– 45°-Prisma, Basis 1,7 mm × 1,7 mm, aus SFL6
– Abstand zwischen Austrittsfläche von Prisma und fokaler Ebene 70: 0,05 mm

Nun wird auf 10 Bezug genommen, wobei es sich um eine schematische Draufsicht auf den Sensorbaugruppenabschnitt der Kamerakopfbaugruppe 27 handelt, die in 2 in Schnittansicht dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist der Bildsensor 24 in einer ShellOP-Gehäusung enthalten, die von ShellCase Ltd., Jerusalem, Israel, produziert wird, oder in einer anderen, ähnlichen Art von Gehäusung. Die Eingangs/Ausgangs-(I/O-)Pads des Bildsensorchips sind durch Verlängerungsdrähte (nicht dargestellt) bis zum Boden des Plättchens verlängert, wo sie durch Kugeln 29 mit der Platine 40 verbunden werden, wie oben bemerkt. Diese Technik ist eine Implementierung der Ball Grid Array(GBA)-Gehäusungstechnik, wie in der Technik bekannt. Bevor der Sensorchip in die ShellOP-Gehäusung eingebracht wird, wird das Siliciumplättchen gedünnt, so daß die Gesamtdicke des Chips plus Gehäusung in der Regel etwa 0,7 mm beträgt. Der begrenzende Durchmesser des Einführrohrs 23, der sich aus Gleichung (2) ergibt, wird dementsprechend gehalten.
Man beachte auch, daß die Gesamtfläche des Sensors 24 plus seiner Gehäusung, gemessen in der Ebene von 10, nur etwas größer ist als die Fläche des Sensorchips selbst. Daher wird der begrenzende Durchmesser des Einführrohrs in horizontaler Richtung, wie von der Gleichung (1) erhalten, durch die Chipgehäusung nicht nennenswert erhöht. Vorzugsweise wird in dieser und anderen unten beschriebenen Ausführungsformen der Sensor 24 in einer Chip Scale Package untergebracht, das heißt, bezogen auf die Gesamtfläche in der Ebene des Sensors nicht mehr als 200% der Fläche des Sensorchips selbst. Mehr bevorzugt beträgt die Gesamtfläche der Chip Scale Package nicht mehr als 150% der Fläche des Sensorchips, und am meisten bevorzugt nicht mehr als etwa 120%. Es ist selbstverständlich, daß diese Abmessungen nur ungefähre Werte sind und um ±25% schwanken können, während immer noch dieser Aspekt der Erfindung verwirklicht ist.
Ebenso ist die Platine 40 vorzugsweise nur minimal breiter als die Gehäusung des Sensors 24 (wobei die Breitenabmessung in diesem Fall in vertikaler Richtung in 10 oder gleichwertig in horizontaler Richtung in 4 genommen ist). Um die benötigte Breite der Platine zu minimieren, kann der Sensor 24 mit I/O-Pads auf nur zwei Seiten des Chips erzeugt werden, typischerweise auf der linken und der rechten Seite in der in 10 dargestellten Ansicht.
11 ist eine schematische Schnittansicht einer Sensorbaugruppe 100 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem Kamerakopf verwendet wird. In dieser Ausführungsform ist der Bildsensor 24 in einer anderen Art von BGA-Gehäusung untergebracht, beispielsweise einer Flip Chip Package, wie in der Technik bekannt, oder einer Gehäusung des von ShellCase produzierten Typs. Der Sensor ist unter einem ”Fenster” 104 in der Platine 40 befestigt, und die I/O-Pads des Sensors (nicht dargestellt) sind durch Kugeln 102 mit der PCB 40 verbunden. Dieses Verfahren der BGA-Gehäusung des Bildsensors 24 umfaßt ebenso einen Schritt des Dünnens des Siliciumplättchens, um eine typische Gesamtdicke der Chipgehäusung von 0,4 mm zu erhalten. Dieses Befestigungsschema, bei dem der Sensor 24 unter der Platine befestigt ist, und dass Prisma 38 über ihn hochragt, ist für eine weitere Reduzierung des Durchmessergrenzwerts, der durch die Gleichung (2) vorgegeben wird, nützlich.
12 ist eine schematische Schnittansicht einer Sensorbaugruppe 105 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem Kamerakopf verwendet wird. In dieser Ausführungsform ist der Bildsensor 24 in eine Aussparung in der Platine 40 gepaßt, die gemacht ist, um den Sensorchip aufzunehmen. Der Sensor durch Verbindungsdrähte 106 ist elektrisch mit der Platine 40 verbunden, wie in der Technik bekannt. Wie in den vorangehenden Ausführungsformen wird der Sensorchip vorzugsweise gedünnt, bevor er in die Platine 40 eingebaut wird. Der Chip kann als nackter Chip ohne weitere Gehäusung in die Platine 40 eingebaut werden. Als Alternative kann der nackte Chip direkt an der Oberfläche der Platine 40 befestigt werden, ohne spezielle Aussparung.
13 ist eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung 114 von LEDs 107, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils mit einer eigenen Lichtleitung 112 verbunden sind. Die Lichtleitungen sind zu einem Bündel 15 zusammengefaßt, das dem Endoskop 21 Licht zuführt. Die LEDs 107 können einzeln gesteuert werden, um eine ungleichmäßige Beleuchtungsintensität innerhalb des Sichtfelds des Sensors 24 am distalen Ende des Endoskops 21 zu kompensieren, wie beispielsweise in der oben genannten veröffentlichten U.S.-Patentanmeldung US 200110031912 A1 beschrieben. Die LEDs 107 können alle Licht der gleichen Farben emittieren, beispielsweise weißes Licht, oder alternativ können verschiedene LEDs so aufgebaut sein, daß sie verschiedene Farben emittieren, einschließlich von Infrarotlicht.
Die 14 und 15 stellen schematisch eine Miniatur-Kamerakopfbaugruppe 115 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die stereoskopische Bildgebung dar. 14 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Baugruppe 115, während 15 eine Endansicht ist, gesehen von der rechten Seite von 14. Die Gestaltung der Baugruppe 115 beruht auf den Prinzipien der Baugruppe 27, wie oben detailliert beschrieben, und eignet sich daher für die Verwendung in dem distalen Ende eines Endoskops. Zwei Bildsensoren 128 und 130 in der Baugruppe 115 sind an gegenüberliegenden Seiten der Platine 40 Rücken an Rücken angeordnet. Jeder Sensor weist ein Drehprisma 118 bzw. 120 und ein Objektiv 122 bzw. 124 auf. So fangen die Bildsensoren 128 und 130 Bilder von Objekten im Sichtfeld der Objektive 122 und 124 entlang von optischen Achsen auf, die parallel, aber versetzt zueinander angeordnet sind. Der Prozessor 16 (1) empfängt die Signale, die von den Bildsensoren erzeugt werden, und verarbeitet die Signale, um pseudo-dreidimensionale Bilder auf der Anzeige 18 zu erzeugen. Aufgrund der oben beschriebenen Gestaltungsgrundlagen, einschließlich der Minimierung der Höhe der Prismen 118 und 120 und der Reduzierung der Breite und Dicke der Sensoren 128 und 130, kann die radiale Gesamtabmessung der Baugruppe 115 wesentlich kleiner sein als der der stereoskopischen Miniatur-Kameraköpfe, die in der Technik bekannt sind und die Bilder von vergleichbarer Auflösung erzeugen.
Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen insbesondere auf die endoskopische Bilderzeugung gerichtet sind, können die Grundlagen der vorliegenden Erfindung ebenso auf andere Gebiete der elektronischen Bilderzeugung angewendet werden, wo die Größe und das Gewicht im Vordergrund stehen, wie in militärischen und Überwachungskameras und in Industriekameras für die Diagnose von kleinen Hohlräumen. Es liegt daher auf der Hand, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen als Beispiele aufgeführt wurden, und daß die vorliegende Erfindung nicht auf das speziell Gezeigte und Beschriebene beschränkt ist. Statt dessen schließt der Bereich der vorliegenden Erfindung sowohl Kombinationen als auch Unterkombinationen der verschiedenen oben beschriebenen Merkmale ein.

Claims

Elektronische Bildgebungsvorrichtung, umfassend: ein erstes optisches Objektiv zum Auffangen von optischer Strahlung von einem Objekt, wobei das erste Objektiv eine erste optische Achse aufweist; einen ersten Bildsensor, der eine Matrix aus ersten optischen Detektoren aufweist, die in einer ersten Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen nicht senkrecht zur ersten optischen Achse verläuft, wobei der erste Bildsensor in der ersten Ebene eine laterale Abmessung aufweist; und einen ersten Drehspiegel mit einer ersten optischen Fläche, die so positioniert ist, daß sie die Strahlung reflektiert, die von dem ersten Objektiv aufgefangen wird, um ein fokussiertes erstes Bild in der ersten Ebene des ersten Bildsensors zu erzeugen, wobei der maximale Abstand von der ersten optischen Fläche zur ersten Ebene des ersten Bildsensors wesentlich geringer ist als die laterale Abmessung des ersten Bildsensors, worin der erste Drehspiegel ein Prisma umfaßt, dessen Austrittsfläche an den ersten Bildsensor angrenzt, und dessen Eintrittsfläche an das erste Objektiv angrenzt, worin die erste optische Fläche eine Reflexionsfläche des ersten Prismas umfaßt, die an der Diagonalen zwischen den Eintritts- und Austrittsflächen ausgerichtet ist, und worin die Eintrittsfläche des Prismas so geformt ist, daß eine Einkerbung definiert ist, in welcher das erste Objektiv positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der maximale Abstand von der ersten optischen Fläche zur ersten Ebene des ersten Bildsensors weniger als etwa 75% der lateralen Abmessung des ersten Bildsensors beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste Ebene des ersten Bildsensors im wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Fläche des Prismas gegenüber der Austrittsfläche abgeflacht ist, um die Höhe der Eintrittsfläche des Prismas zu reduzieren, so daß die Höhe wesentlich geringer ist als die laterale Abmessung des ersten Bildsensors.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die abgeflachte Flehe des Prismas Ränder aufweist, die geschrägt sind, so daß das Prisma in ein Rohr paßt, in dem die Vorrichtung aufgenommen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, worin der erste Bildsensor umfaßt: einen Halbleiterchip, auf dem die Matrix aus ersten optischen Detektoren ausgebildet ist, wobei der Chip einen Chipfläche aufweist, die von den lateralen Abmessungen des ersten Bildsensors definiert ist; und eine Chipgehäusung, auf der der Chip befestigt ist, wobei die Gehäusung eine Gesamtfläche von nicht mehr als 200% der Chipfläche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, worin der erste Bildsensor einen Halbleiterchip umfaßt, auf dem die Matrix des ersten Bildsensors ausgebildet ist, worin der Chip im Anschluß an die Herstellung der ersten optischen Detektoren auf dem Chip gedünnt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, worin der erste Bildsensor einen Halbleiterchip umfaßt, auf dem die Matrix aus ersten optischen Detektoren geformt ist, wobei der Chip eine diagonale Abmessung aufweist, die von der lateralen Abmessung des ersten Bildsensors definiert ist, und worin das erste Objektiv, der erste Drehspiegel und der erste Bildsensor so gestaltet und zusammengebaut sind, daß die Vorrichtung in einem Rohr aufgenommen werden kann, dessen Durchmesser nicht größer ist als die diagonale Abmessung des Chips.
Elektronische Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Bildsensor aufweist: einen Halbleiterchip, der eine monolithische Anordnung aus den ersten optischen Detektoren umfaßt und der eine vorgegebene Chipfläche aufweist; und eine Chipgehäusung, auf der der Chip befestigt ist, wobei die Gehäusung eine Gesamtfläche von nicht mehr als etwa 200% der Chipfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Chipgehäusung eine Gesamtfläche von nicht mehr als etwa 150% der Chipfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die Chipgehäusung eine Gesamtfläche von nicht mehr als etwa 120% der Chipfläche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11, worin die Ebene des ersten Bildsensors im wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11, worin die Anordnung von ersten optischen Detektoren eine laterale Abmessung in der ersten Ebene des ersten Bildsensors aufweist, und wobei die Eintrittsfläche des Prismas eine Höhe aufweist, die wesentlich kleiner ist als die laterale Abmessung der Anordnung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11, worin der Halbleiterchip im Anschluß an die Herstellung der ersten optischen Detektoren auf dem Chip gedünnt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11, worin der Halbleiterchip eine diagonale Abmessung aufweist, die der Chipfläche entspricht, und worin das erste Objektiv, der erste Drehspiegel und der erste Bildsensor so gestaltet und zusammengebaut sind, daß die Vorrichtung in einem Rohr mit einem Durchmesser nicht größer als die diagonale Abmessung des Chips aufgenommen werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11 die außerdem eine elektronische Leiterplatine umfaßt, auf der der erste Bildsensor befestigt ist, worin die Chipgehäusung eine Ball Grid Array (BGA) zum Anschließen der Leiterplatine umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die Leiterplatine so geformt ist, daß eine Öffnung in ihr definiert ist, und worin der erste Bildsensor angrenzend an die Öffnung montiert ist, so daß die Chipgehäusung sich auf einer ersten Seite der Leiterplatine befindet, während sich der erste Drehspiegel auf der zweiten Seite der Leiterplatine gegenüber der ersten Seite befindet, um die Strahlung durch die Öffnung auf den ersten Bildsensor zu lenken.
Endoskop, umfassend: ein Einführrohr mit vorgegebenem Durchmesser, wobei das Rohr eine Längsachse und ein distales Ende aufweist; und die elektronische Bildgebungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–17, wobei: der erste Bildsensor in dem Einführrohr befestigt ist, die erste Ebene im wesentlichen nicht senkrecht zur Längsachse verläuft, der erste Bildsensor eine diagonale Abmessung in der ersten Ebene aufweist, die wesentlich größer ist als der Durchmesser des Einführrohrs, und das erste optische Objektiv und der erste Drehspiegel angrenzend an das distale Ende des Rohrs befestigt sind.
Endoskop nach Anspruch 18, das außerdem eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) umfaßt, die am distalen Ende des Einführrohrs angebracht sind, um das Objekt zu beleuchten.
Endoskop nach Anspruch 19, das außerdem eine elektronische Leiterplatine umfaßt, die eine erste Befestigungsfläche umfaßt, auf der der erste Bildsensor befestigt wird, sowie eine zweite Befestigungsfläche, auf der die eine oder die mehreren LEDs befestigt werden, worin die zweite Befestigungsfläche bezüglich der ersten Befestigungsfläche einen Winkel aufweist.
Endoskop nach Anspruch 18, das außerdem eine Lichtquelle umfaßt, die proximal zum distalen Ende des Einführrohrs angeordnet ist, sowie einen Lichtleiter, der durch das Einführrohr verläuft, um Licht vom distalen Ende des Rohrs zu emittieren, um das Objekt zu beleuchten.
Elektronische Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: ein zweites optisches Objektiv zum Auffangen von optischer Strahlung von dem Objekt, wobei das zweite Objektiv eine zweite optische Achse aufweist, die parallel zu der ersten optischen Achse verläuft; einen zweiten Bildsensor, der eine Matrix aus zweiten optischen Detektoren aufweist, die Rücken an Rücken mit der Matrix aus ersten Detektoren in einer zweiten Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen nicht senkrecht zu der zweiten optischen Achse verläuft, wobei die zweiten Bildsensoren eine laterale Abmessung in der zweiten Ebene aufweisen; und einen zweiten Drehspiegel mit einer zweiten optischen Fläche, die so positioniert ist, daß sie die Strahlung, die von dem zweiten Objektiv aufgefangen wird, reflektiert, um ein zweites Bild in der zweiten Ebene des zweiten Bildsensors zu erzeugen, wobei der maximale Abstand von der ersten optischen Fläche zur ersten Ebene und von der zweiten optischen Fläche zur zweiten Ebene wesentlich kleiner ist als die laterale Abmessung der Bildsensoren.
Vorrichtung nach Anspruch 22, worin der erste und der zweite Bildsensor so ausgelegt sind, daß der erste Bildsensor ein erstes elektrisches Signal und der zweite Bildsensor ein zweites elektrisches Signal als Antwort auf die optische Strahlung erzeugt, die sie trifft, wobei sie einen Bildprozessor umfaßt, der so angeschlossen ist, daß er das erste und das zweite elektrische Signal empfängt und die Signale verarbeitet, um ein stereoskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, weiter umfassend eine Leiterplatine mit einer ersten und einer zweiten Seite, worin der erste Sensor auf der ersten Seite der Leiterplatine und der zweite Sensor auf der zweiten Seite der Leiterplatine befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, worin der maximale Abstand von der ersten optischen Fläche zur ersten Ebene und von der zweiten optischen Fläche zur zweiten Ebene kleiner ist als etwa 75% der lateralen Abmessung der Bildsensoren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22–25, worin die erste Ebene im wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse und die zweite Ebene im wesentlichen parallel zur zweiten optischen Achse verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22–25, worin sowohl der erste als auch der zweite Bildsensor umfaßt: einen Halbleiterchip, auf dem die Matrix aus optischen Detektoren ausgebildet ist, wobei der Chip eine Chipfläche aufweist, die von den lateralen Abmessungen des Bildsensors bestimmt wird; und eine Chipgehäusung, auf der der Chip befestigt ist, wobei die Gehäusung eine Gesamtfläche aufweist, die nicht größer ist als 200% der Chipfläche.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22–25, worin der erste und der zweite Bildsensor jeweils einen Halbleiterchip umfassen, auf dem die Matrix aus optischen Detektoren ausgebildet ist, worin die Chips im Anschluß an die Herstellung der optischen Detektoren auf den Chips gedünnt werden.
Endoskop, umfassend: ein Einführrohr mit einer Längsachse und einem distalen Ende; und die elektronische Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die elektronische Bildgebungsvorrichtung in dem distalen Ende des Einführrohrs befestigt ist.