WO2015055282A1 - Endoskop mit einstellbarer blickrichtung - Google Patents

Endoskop mit einstellbarer blickrichtung Download PDF

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WO2015055282A1
WO2015055282A1 PCT/EP2014/002669 EP2014002669W WO2015055282A1 WO 2015055282 A1 WO2015055282 A1 WO 2015055282A1 EP 2014002669 W EP2014002669 W EP 2014002669W WO 2015055282 A1 WO2015055282 A1 WO 2015055282A1
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endoscope
focusing optics
prism
viewing
viewing window
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PCT/EP2014/002669
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Peter Schouwink
Regina ORZEKOWSKY-SCHROEDER
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Olympus Winter & Ibe Gmbh
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Publication date
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    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2423—Optical details of the distal end

Definitions

  • the invention relates to an endoscope, in particular a video endoscope, with an adjustable viewing direction from a viewing angle with a longitudinal axis endoscope shaft, wherein the endoscope shaft has a distal viewing window, wherein in the endoscope shaft, preferably proximally, a movable optical device for detecting objects is provided.
  • Endoscopes and in particular video endoscopes, in which the light entering an operating field at a distal tip of an endoscope of the endoscope is directed by an optical system to one or more image sensors, are known in various embodiments.
  • endoscopes with a straight-ahead view a so-called 0 ° viewing direction
  • endoscopes with a lateral viewing direction which, for example, have a lateral viewing direction of 30 °, 45 °, 70 ° or the like deviating from the 0 ° viewing direction.
  • CONFIRMATION COPY meant by the endoscope.
  • endoscopes or video endoscopes with adjustable lateral viewing direction in which the viewing angle, ie the deviation from the straight-ahead view, can be adjusted.
  • EP 2 369 395 A1 further shows an optical system for a video endoscope in which a change in the viewing angle takes place in that a prism of a prism unit with three prisms is rotated about a rotation axis which is perpendicular or transverse to the longitudinal axis of the endoscope shaft lies.
  • the two other prisms, which define the optical beam path together with the first prism, are not co-rotated so that the reflection surface of the first prism, which is rotated, is rotated relative to the corresponding reflection surface of the second prism.
  • the object of the invention is to provide an endoscope with an adjustable viewing direction, in which a detection of examined objects as well as an improved focusing of the captured object images at different viewing angle settings are made possible in a simple manner.
  • an endoscope in particular a video endoscope, with an adjustable viewing direction from a viewing angle with an endoscope shaft having a longitudinal axis, wherein at the endoscope shaft has a distal viewing window, wherein in the endoscope a movable optical device for detecting objects is provided, which is further characterized in that between the distal viewing window and the movable optical device, a focusing optics is arranged, wherein the focal lengths of the focusing optics in dependence View angles are changeable or changed.
  • the invention is based on the idea that by using a multiple focal length focusing optic, e.g. one or possibly a plurality of gradient index lenses or a diffractive and / or refractive optical system, between the distal viewing window in the interior of the endoscope arranged at the endoscope and an optical device for detecting light beams and / or objects movable in the endoscope shaft, the focusing of detected objects is improved because the focusing optics from or from the viewing angles of the device for detecting objects has dependent focal lengths.
  • the focusing optics e.g.
  • Gradient index lens designed such that when changing a viewing angle, for example using a prism unit with a pivotable prism, the focal lengths of the focusing optics vary, thereby depending on the viewing angle of the endoscope with adjustable viewing direction due to the varying focal lengths at different angles, the focusing of the objects easy way is facilitated.
  • the focusing of the objects is achieved in a simple manner.
  • focusing optics e.g. Gradient index lens or a diffractive optical element (DOE) to a light-transmissive element which causes a lens effect by a, preferably discontinuous or continuous refractive index change.
  • the light rays are deflected in the focusing optics from a predetermined angle and concentrated in a focal point.
  • the light beams are focused in a different focal point, since due to the viewing angle-dependent focusing, the focusing optics having different focal lengths at different angles.
  • At least one image sensor is arranged behind the prism unit, wherein a distally arranged prism of the prism unit is rotatable about an axis of rotation transversely to the longitudinal axis of the endoscope shaft for changing a viewing angle.
  • the prism unit and the at least one image sensor are arranged in a hermetic space within the cladding tube.
  • a control element for adjusting the angle of view of the rotatable prism is e.g. provided on a handle of the endoscope.
  • the endoscope is characterized in that the focusing optics is set up in such a way that the focal length of the focusing optics is shortened or changed as a function of a reduction in the viewing angle of the focal length of the focusing optics when the viewing direction is changed as a function of an enlargement of the viewing angle.
  • the focusing optics is arranged on the viewing window and / or the focusing optics is glued onto the viewing window.
  • a preferred embodiment of the endoscope is characterized in that the focusing optics has a gradient index lens and / or a diffractive optical body, in particular foil, and / or refractive optical body, in particular foil.
  • the gradient index lens is arranged on the distal viewing window of the endoscope shaft.
  • the gradient index lens or the diffractive or refractive film acting on the viewing window is glued.
  • the refractive index of a gradient index lens provided as a focusing optic is preferably varied transversely to the optical axis of the lens, whereby the gradient index lens is made small-sized and with a very small diameter.
  • the gradient index lenses as focusing optics are characterized in that the lens length is variably adjustable, whereby it is possible that the focal length as well as the working distance can be brought very close to the ends of the gradient index lenses. Furthermore, it is provided in the case of the gradient index lens that the refractive index is differently or variably configured transversely to the optical axis of a lens. Due to the differing indices of refraction transverse to the optical axis arises a lens effect such that, as light beams pass through the gradient index lens, the light beams are focused in a focus close to the gradient index lens.
  • the arrangement of the focusing optics, whose focal lengths vary depending on the viewing angle of the endoscope, between the distal viewing window and the movable optical device in the endoscope shaft achieves the fact that the focusing of the incoming light beams from the objects and thus the optical detection of examined objects is improved.
  • the video endoscope is characterized in that the optical device is arranged to be movable in the direction of the longitudinal axis of the endoscope shaft and / or transversely to the longitudinal axis of the endoscope shaft.
  • the optical device is designed as a prism unit, then the prism unit can be rotated about the longitudinal axis of the endoscope shaft.
  • a pivotable prism is provided, for example, in the prism unit, which is pivotable about an axis which is preferably aligned transversely or perpendicular to the longitudinal axis of the endoscope shaft.
  • the optical device is designed as a prism unit, the prism unit having as a movable unit at least one prism pivotable about a pivot axis.
  • the optical device is designed as an optical image sensor unit, by means of which the light rays entering from an object through the viewing window are detected.
  • the image sensor unit is a CCD camera.
  • the focusing optics is formed such that the focusing optics has a predetermined free-form surface.
  • a diffractive or refractive film or a diffractive optical element can be produced as the focusing optics, the film or the diffractive optical element (DOE) being internally, e.g. is arranged or glued to a designed as a sapphire dome distal viewing window.
  • the focusing optics is also made of plastic.
  • DOE diffractive optical elements
  • gradient index lenses can be produced in a compact manner and in a simple manner in a low-cost manner.
  • the object is achieved by the use of a focusing optics in an endoscope, in particular a video endoscope, preferably for surgical examinations, wherein the endoscope or video endoscope is designed as described above.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a prism unit at the distal tip of an endoscope shaft
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the prism unit of FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a cross section through the distal tip of an endoscope shaft according to a further exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a video endoscope 1 with a proximal handle 2 and a rigid endoscope shaft 3.
  • a viewing window 5 is arranged, behind which a distal section 6 of the endoscope shaft 3 is arranged Not shown prism unit and an image sensor unit, not shown.
  • the viewing window 5 at the distal tip 4 is curved and asymmetric design.
  • the viewing window 5 is designed to support a variable lateral viewing angle.
  • a change in the viewing direction ie a change in the azimuthal angle about the longitudinal axis of the endoscope shaft 3 around, is effected by a rotation of the handle 2 about the central axis of rotation or longitudinal axis of the endoscope shaft 3.
  • the cladding tube of the endoscope shaft 3 is connected to the handle 2.
  • the unillustrated prism unit at the distal tip 4 also rotates with the rotation of the handle 2.
  • the viewing window is formed as a sapphire dome.
  • the handle 2 has a rotary element 7 designed as the first operating element and designed as a slide switch 8 second operating element. To maintain the horizon position of the displayed image, the rotary knob 7 is held on a rotation of the handle 2. This causes the image sensor inside the endoscope shaft 3 does not follow the movement.
  • the slide switch 8 In order to change the viewing angle, ie the deviation of the viewing direction from the straight-ahead view, the slide switch 8 is moved. Pushing the slide switch 8 distally leads, for example, to an increase in the viewing angle, and retrieving the slide switch 8 proximally in this case causes a reduction in the viewing angle to straight-ahead view.
  • the operation of the slide switch 8 is accompanied by a rotation of the image sensor in order to maintain the horizon position of the displayed image even with a rotation of the prism unit against each other.
  • Fig. 2 the distal end of the endoscope shaft 3 is schematically shown with a prism unit 10 from the side.
  • a prism unit 10 On the left side of the image, light of a central beam path 21 emerges, which is shown as a dashed line.
  • Dotted line is shown, through a viewing window 5 of Endskopschafts a and enters through a arranged on the viewing window 5 Gradientenindexllnse 22 in a first, distal prism 12 of the prism unit 10 a.
  • the Gradientenindexllnse 22 is disposed inside the endoscope shaft 3 inside, for example by gluing on the viewing window 5 or glued.
  • the incoming light beams are focused due to the different refractive indices of the gradient index lens 22, which are different depending on the distance from the optical axis.
  • the incoming light beams are focused shortly after the gradient index 22 due to the refractive index which changes as a function of the distance from the optical axis after their passage.
  • the light strikes the mirrored surface 13 of the prism 12 and is mirrored down toward a second prism 14 of the prism unit 10 and a mirrored surface 15 of the second prism 14.
  • the mirrored surface 15 of the prism 14 has an acute angle to the bottom 17 of the second prism 14, so that the central beam path is first mirrored to a central portion of the bottom 17, which is also mirrored, and from there to a second mirrored surface 16 of the second prism 14.
  • This second mirrored surface 16 has an acute angle to the bottom 17, so that the central beam path is again reflected upwards (axis B).
  • the light enters a third prism 18 of the prism unit 10 with a mirrored surface 19, through which the light of the central beam path 21st is again mirrored centrally in a direction parallel to the longitudinal axis of the endoscope shaft 3 and exits through an exit lens 20 from the prism unit 10.
  • a part of an optical fiber bundle 25 is also shown, by means of which light is directed from the proximal end to the distal tip to illuminate an otherwise unlit operating field.
  • the first prism 12 of the prism unit 10 is rotated about the vertical axis A, which is also called a pivot axis, to adjust the lateral viewing angle.
  • FIG. 3 shows the prism unit 10 from FIG. 2 in a schematic plan view.
  • the first prism 12 is arranged in a 0 ° viewing direction.
  • the first prism 12 is pivotally mounted about the pivot axis A together with the entrance lens 1 1.
  • the overlapping area between the mirrored surfaces 13 of the first prism 12 and 15 of the second prism 14 is twisted.
  • the horizon is rotated, which can be explained as follows. If the prism unit 10 is arranged such that the axis of rotation A in FIG. 2 is arranged upwards, ie perpendicular to the horizon, which is an imaginary horizontal line, this horizon line turns as a line at a height on the mirrored surface Surface 13 of the prism 12. This is at a rotation of the first prism 12 about the rotation axis independent of the rotation angle.
  • FIG. 4 schematically illustrates a further exemplary embodiment for the arrangement of a gradient index lens 22 between the distal viewing window 5 and the prism unit 10 in cross-section.
  • the gradient index lens 22 is arranged in the endoscope shaft 3 between the prism unit 10 and the distal viewing window 5, the gradient index lens 22 having no touching contact with the viewing window 5 and with the entrance lens 1 1 of the prism 12 of the prism unit 10 ,
  • a socket 23 is provided, so that the gradient index lens 22 is arranged enclosed in the endoscope shaft 3.
  • a focusing optics with a diffractive and / or refractive property or effect e.g. a diffractive film and / or refractive film between the viewing window 5 and the prism unit 10 to be arranged.
  • a diffractive film and / or refractive film between the viewing window 5 and the prism unit 10 to be arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Endoskop (1), insbesondere Videoendoskop (1), mit einstellbarer Blickrichtung unter einem Blickwinkel mit einem eine Längsachse aufweisenden Endoskopschaft (3), wobei der Endoskopschaft (3) ein distales Sichtfenster (5) aufweist, wobei im Endoskopschaft (3) eine bewegbare optische Einrichtung (10) zur Erfassung von Objekten vorgesehen ist. Das Endoskop (1) zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem distalen Sichtfenster (5) und der bewegbaren optischen Einrichtung (10) eine Fokussieroptik (22) angeordnet ist, wobei die Brennweiten der Fokussieroptik (22) in Abhängigkeit des Blickwinkels veränderbar oder verändert ist.

Description

Endoskop mit einstellbarer Blickrichtung Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, mit einstellbarer Blickrichtung unter einem Blickwinkel mit einem eine Längsachse aufweisenden Endoskopschaft, wobei der Endoskopschaft ein distales Sichtfenster aufweist, wobei im Endoskopschaft, vorzugsweise proximal, eine bewegbare optische Einrichtung zur Erfassung von Objekten vorgesehen ist.
Endoskope, und insbesondere Videoendoskope, bei denen das an einer distalen Spitze eines Endoskopschafts des Endoskops eintretende Licht eines Operationsfeldes durch ein optisches System auf einen oder mehrere Bildsensoren gelenkt wird, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. So gibt es Endoskope mit Geradeausblick, einer so genannten 0°-Blickrichtung, oder Endoskope mit seitlicher Blickrichtung, die beispielsweise eine seitliche Blickrichtung von 30°, 45°, 70° oder ähnliches abweichend von der 0°- Blickrichtung aufweisen. Hierbei ist mit den genannten Gradzahlen der Winkel zwischen der zentralen Blickachse und der Längsachse
BESTÄTIGUNGSKOPIE des Endoskopschafts gemeint. Weiter gibt es Endoskope bzw. Vi- deoendoskope mit verstellbarer seitlicher Blickrichtung, bei denen der Blickwinkel, also die Abweichung von dem Geradeausblick, einstellbar ist.
Bei einer Einstellung des Blickwinkels wird somit die Abweichung vom Geradeausblick, insbesondere bezogen auf die Längsachse des Endoskopschafts, geändert.
In EP 2 369 395 A1 ist ferner ein optisches System für ein Videoen- doskop gezeigt, bei dem eine Änderung des Blickwinkels dadurch geschieht, dass ein Prisma einer Prismeneinheit mit drei Prismen um eine Drehachse gedreht wird, die senkrecht bzw. quer zur Längsachse des Endoskopschafts liegt. Die beiden anderen Prismen, die zusammen mit dem ersten Prisma den optischen Strahlengang definieren, werden nicht mitrotiert, so dass sich die Reflekti- onsfläche des ersten Prismas, das gedreht wird, gegenüber der entsprechenden Reflektionsfläche des zweiten Prismas verdreht.
Ein weiteres Endoskop mit variabler Blickrichtung ist in DE 10 2010 028 147 A1 beschrieben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop mit verstellbarer Blickrichtung bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise bei einer Blickwinkelverstellung eine Erfassung von untersuchten Objekten sowie eine verbesserte Fokussierung der erfassten Objektbilder bei verschiedenen Blickwinkeleinstellungen ermöglicht werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Endoskop, insbesondere Vi- deoendoskop, mit einstellbarer Blickrichtung unter einem Blickwinkel mit einem eine Längsachse aufweisenden Endoskopschaft, wo- bei der Endoskopschaft ein distales Sichtfenster aufweist, wobei im Endoskopschaft eine bewegbare optische Einrichtung zur Erfassung von Objekten vorgesehen ist, das dadurch weitergebildet ist, dass zwischen dem distalen Sichtfenster und der bewegbaren optischen Einrichtung eine Fokussieroptik angeordnet ist, wobei die Brennweiten der Fokussieroptik in Abhängigkeit des Blickwinkels veränderbar oder verändert sind.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass durch die Verwendung einer mehrere Brennweiten aufweisenden Fokussieroptik, z.B. einer oder ggf. mehrerer Gradientenindexlinse oder einer diffrakti- ven und/oder refraktiven Optik, zwischen den am Endoskopschaf- tende angeordneten distalen Sichtfenster im Inneren des Endoskops und einer im Endoskopschaft bewegbaren optischen Einrichtung zur Erfassung von Lichtstrahlen und/oder Objekten die Fokussierung von erfassten Objekten verbessert wird, da die Fokussieroptik vom oder von den Blickwinkeln der Einrichtung zur Erfassung von Objekten abhängige Brennweiten aufweist. Hierbei ist die Fokussieroptik, z.B. Gradientenindexlinse, derart ausgebildet, dass bei Änderung eines Blickwinkels, beispielsweise unter Verwendung einer Prismeneinheit mit einem schwenkbaren Prisma, die Brennweiten der Fokussieroptik variieren, wodurch in Abhängigkeit des Blickwinkels beim Endoskop mit einstellbarer Blickrichtung auf Grund der variierenden Brennweiten bei unterschiedlichen Blickwinkeln die Fokussierung der Objekte auf einfache Weise erleichtert wird. Beispielsweise wird bei Verwendung wenigstens einer Gradientenindexlinse für die Fokussieroptik in Folge der variierenden Brechungsindizes der Gradientenindexlinse die Fokussierung der Objekte auf einfache Weise erreicht.
Dadurch, dass die Fokussieroptik zwischen dem distalen Sichtfenster des Endoskopschafts und der bewegbaren optischen Einrichtung angeordnet ist, ergibt sich eine kleinbauende Weise im Endoskopschaft.
Insbesondere handelt es sich bei einer Fokussieroptik, z.B. Gradi- entenindexlinse oder ein diffraktives optisches Element (DOE), um ein lichtdurchlässiges Element, das durch eine, vorzugsweise diskontinuierliche oder kontinuierliche, Brechzahländerung eine Linsenwirkung hervorruft. Hierbei werden in der Fokussieroptik unter einem vorbestimmten Blickwinkel die Lichtstrahlen abgelenkt und in einem Brennpunkt gebündelt. Bei Änderung des Blickwinkels werden die Lichtstrahlen in einem anderen Brennpunkt gebündelt, da auf Grund der blickwinkelabhängigen Fokussierung die Fokussieroptik unterschiedliche Brennweiten bei verschiedenen Blickwinkeln aufweist.
Hierbei ist bei dem Endoskop beispielsweise proximal hinter der Prismeneinheit wenigstens ein Bildsensor angeordnet, wobei ein distal angeordnetes Prisma der Prismeneinheit zur Änderung eines Blickwinkels um eine Drehachse quer zur Längsachse des Endo- skopschafts drehbar ist. Femer sind die Prismeneinheit und der wenigstens eine Bildsensor in einem hermetischen Raum innerhalb des Hüllrohrs angeordnet. Außerdem ist ein Bedienelement zur Einstellung des Blickwinkels des drehbaren Prismas z.B. an einem Handgriff des Endoskops vorgesehen.
Insbesondere zeichnet sich das Endoskop dadurch aus, dass die Fokussieroptik derart eingerichtet ist, dass bei Änderung der Blickrichtung in Abhängigkeit einer Vergrößerung des Blickwinkels die Brennweite der Fokussieroptik verkürzt ist oder in Abhängigkeit einer Verkleinerung des Blickwinkels der Brennweite der Fokussieroptik vergrößert ist. Dazu ist vorteilhafterweise weiter vorgesehen, dass die Fokussieroptik am Sichtfenster angeordnet ist und/oder die Fokussieroptik auf das Sichtfenster aufgeklebt ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Endoskops zeichnet sich dadurch aus, dass die Fokussieroptik eine Gradientenindexlinse und/oder einen diffraktiv wirkenden optischen Körper, insbesondere Folie, und/oder refraktiv wirkenden optischen Körper, insbesondere Folie, aufweist.
Hierzu ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Gradientenindexlinse am distalen Sichtfenster des Endoskopschafts angeordnet ist.
In einer Ausführung ist weiterhin vorgesehen, dass die Gradientenindexlinse oder die diffraktiv oder refraktiv wirkende Folie auf das Sichtfenster, insbesondere ein Sichtfenster aus Saphir, aufgeklebt ist.
Insbesondere ist der Brechungsindex einer als Fokussieroptik bereitgestellten Gradientenindexlinse vorzugsweise quer zur optischen Achse der Linse variiert, wodurch die Gradientenindexlinse kleinbauend und mit einem sehr kleinen Durchmesser realisiert wird.
Ferner zeichnen sich die Gradientenindexlinsen als Fokussieroptik dadurch aus, dass die Linsenlänge variabel einstellbar ist, wobei es möglich ist, dass die Brennweite als auch der Arbeitsabstand sehr nahe an die Enden der Gradientenindexlinsen herangeführt werden können. Ferner ist bei der Gradientenindexlinse vorgesehen, dass der Brechungsindex quer zur optischen Achse einer Linse unterschiedlich bzw. variierend ausgestaltet ist. Durch die sich unterscheidenden Brechungsindizes quer zur optischen Achse entsteht ein Linseneffekt, so dass beim Durchtreten von Lichtstrahlen durch die Gradientenindexlinse die Lichtstrahlen in einem nahe an der Gradientenindexlinse liegenden Fokus gebündelt bzw. fokussiert werden.
Insgesamt wird durch die Anordnung der Fokussieroptik, deren Brennweiten in Abhängigkeit des Blickwinkels des Endoskops variieren, zwischen dem distalen Sichtfenster und der bewegbaren optischen Einrichtung im Endoskopschaft erreicht, dass die Fokussie- rung der eintretenden Lichtstrahlen von den Objekten und damit die optische Erfassung von untersuchten Objekten verbessert wird.
Darüber hinaus zeichnet sich das Videoendoskop in einer Ausführungsform dadurch aus, dass die optische Einrichtung in Richtung der Längsachse des Endoskopschafts und/oder quer zur Längsachse des Endoskopschafts bewegbar angeordnet ist. Ist beispielsweise die optische Einrichtung als Prismeneinheit ausgebildet, so kann die Prismeneinheit um die Längsachse des Endoskopschafts gedreht werden. Ferner ist es auch im Rahmen der Erfindung möglich, dass beispielsweise bei der Prismeneinheit ein schwenkbares Prisma vorgesehen ist, das um eine Achse, die vorzugsweise quer bzw. senkrecht zur Längsachse des Endoskopschafts ausgerichtet ist, schwenkbar ist.
Durch die Verschwenkung eines Prismas ist es möglich, die Blickrichtung in Bezug auf die Längsachse des Endoskopschafts zu verändern.
Insbesondere ist es bei einer Weiterbildung des Videoendoskops bevorzugt, dass die optische Einrichtung als Prismeneinheit ausgebildet ist, wobei die Prismeneinheit als bewegbare Einheit wenigstens ein um eine Schwenkachse schwenkbares Prisma aufweist. Darüber hinaus ist in einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Videoendoskops vorgesehen, dass die optische Einrichtung als eine optische Bildsensoreinheit ausgebildet ist, mittels der die von einem Objekt durch das Sichtfenster eintretenden Lichtstrahlen erfasst werden. Insbesondere handelt es sich bei der Bildsensoreinheit um eine CCD-Kamera.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Fokussieroptik derart ausgebildet ist, dass die Fokussieroptik eine vorbestimmte Freiformfläche aufweist. Dadurch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass als Fokussieroptik eine diffraktiv oder refraktive Folie bzw. ein diffraktives optisches Element (DOE) herstellbar ist, wobei die Folie oder das diffraktive optische Element (DOE) innenseitig z.B. an einem als Saphir-Dom ausgebildeten distalen Sichtfenster angeordnet bzw. aufgeklebt wird.
Vorzugsweise ist außerdem die Fokussieroptik aus Kunststoff hergestellt. Hierdurch lassen sich beispielsweise diffraktive optische Elemente (DOE) oder Gradientenindexlinsen kleinbauend und auf einfache Weise günstig herstellen.
Ferner wird die Aufgabe durch die Verwendung einer Fokussieroptik in einem Endoskop, insbesondere Videoendoskop, vorzugsweise für chirurgische Untersuchungen, gelöst, wobei das Endoskop bzw. Videoendoskop wie voranstehend beschrieben ausgebildet ist.
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:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines
Videoendoskops,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Prismeneinheit an der distalen Spitze eines Endoskopschafts,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Prismeneinheit der Fig. 2,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die distale Spitze eines Endoskopschafts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Videoendoskops 1 mit einem proximalen Handgriff 2 und einem starren Endoskopschaft 3. An der distalen Spitze 4 des Endoskopschafts 3 ist ein Sichtfenster 5 angeordnet, hinter dem ein distaler Abschnitt 6 des Endoskopschafts 3 angeordnet ist, der eine nicht dargestellte Prismeneinheit und eine nicht dargestellte Bildsensoreinheit aufweist.
Das Sichtfenster 5 an der distalen Spitze 4 ist gekrümmt und asymmetrisch ausgeführt. Damit ist das Sichtfenster 5 ausgebildet, einen variablen seitlichen Blickwinkel zu unterstützen. Eine Änderung der Blickrichtung, also eine Änderung des azimutalen Winkels um die Längsachse des Endoskopschafts 3 herum, wird durch eine Drehung des Handgriffs 2 um die zentrale Rotationsachse bzw. Längsachse des Endoskopschafts 3 bewirkt. Das Hüllrohr des Endoskopschafts 3 ist mit dem Handgriff 2 verbunden. Auch die nicht dargestellte Prismeneinheit an der distalen Spitze 4 rotiert mit der Drehung des Handgriffs 2 mit. In einer Ausgestaltung ist das Sichtfenster als Saphir-Dom ausgebildet.
Der Handgriff 2 weist ein als Drehrad 7 ausgebildetes erstes Bedienelement und ein als Schiebeschalter 8 ausgebildetes zweites Bedienelement auf. Zur Beibehaltung der Horizontlage des angezeigten Bildes wird bei einer Drehung des Handgriffs 2 das Drehrad 7 festgehalten. Dies bewirkt, dass der Bildsensor im Inneren des Endoskopschafts 3 die Bewegung nicht mitvollzieht.
Um den Blickwinkel zu verändern, also die Abweichung der Blickrichtung vom Geradeausblick, wird der Schiebeschalter 8 bewegt. Ein Schieben des Schiebeschalters 8 nach distal hin führt beispielsweise zu einer Vergrößerung des Blickwinkels, ein Zurückholen des Schiebeschalters 8 nach proximal bewirkt in diesem Fall eine Verringerung des Blickwinkels bis zum Geradeausblick. Die Betätigung des Schiebeschalters 8 geht einher mit einer Drehung des Bildsensors, um auch bei einer Verdrehung der Prismeneinheit gegeneinander die Horizontlage des angezeigten Bildes beizubehalten.
In Fig. 2 ist das distale Ende des Endoskopschafts 3 mit einer Prismeneinheit 10 von der Seite schematisch dargestellt. Auf der linken Bildseite tritt Licht eines zentralen Strahlengangs 21 , der als strich- punktierte Linie dargestellt ist, durch ein Sichtfenster 5 des Endo- skopschafts ein und tritt durch eine am Sichtfenster 5 angeordnete Gradientenindexllnse 22 in ein erstes, distales Prisma 12 der Prismeneinheit 10 ein. Die Gradientenindexllnse 22 ist im Endoskopschaft 3 innenseitig beispielsweise durch Kleben auf dem Sichtfenster 5 angeordnet oder aufgeklebt.
Durch die Gradientenindexllnse 22, die am distalen Sichtfenster 5 in berührendem Kontakt angeordnet ist, werden die eintretenden Lichtstrahlen auf Grund der verschiedenen Brechungsindizes der Gradientenindexllnse 22, die in Abhängigkeit des Abstandes von der optischen Achse unterschiedlich sind, fokussiert.
Mittels einer am Prisma 12 angeordneten Eintrittslinse 1 1 werden die eintretenden Lichtstrahlen auf Grund des sich in Abhängigkeit des Abstandes zur optischen Achse ändernden Brechungsindex nach ihrem Durchtritt kurz hinter der Gradientenindexllnse 22 fokussiert. Das Licht trifft auf die verspiegelte Fläche 13 des Prismas 12 und wird nach unten in Richtung auf ein zweites Prisma 14 der Prismeneinheit 10 sowie eine verspiegelte Fläche 15 des zweiten Prismas 14 gespiegelt.
Die verspiegelte Fläche 15 des Prismas 14 weist einen spitzen Winkel zu der Unterseite 17 des zweiten Prismas 14 auf, so dass der zentrale Strahlengang zunächst auf einen zentralen Abschnitt der Unterseite 17, der ebenfalls verspiegelt ist, gespiegelt wird und von dort zu einer zweiten verspiegelten Fläche 16 des zweiten Prismas 14. Auch diese zweite verspiegelte Fläche 16 weist einen spitzen Winkel zu der Unterseite 17 auf, so dass der zentrale Strahlengang wiederum nach oben reflektiert wird (Achse B). Dort tritt das Licht in ein drittes Prisma 18 der Prismeneinheit 10 mit einer verspiegelten Fläche 19 ein, durch die das Licht des zentralen Strahlenganges 21 wiederum zentral in eine zur Längsachse des Endoskopschafts 3 parallele Richtung gespiegelt wird und durch eine Austrittslinse 20 aus der Prismeneinheit 10 austritt.
Oberhalb der Prismeneinheit 10 ist außerdem noch ein Teil eines Lichtleitfaserbündels 25 dargestellt, mittels dessen Licht von proximal an die distale Spitze geleitet wird, um ein ansonsten unbeleuchtetes Operationsfeld zu beleuchten.
Das erste Prisma 12 der Prismeneinheit 10 wird um die senkrechte Achse A, die auch als Schwenkachse bezeichnet wird, gedreht bzw. geschwenkt, um den seitlichen Blickwinkel zu verstellen. Dadurch drehen sich auch die verspiegelte Fläche 13 des ersten Prismas 12 und die verspiegelte Fläche 15 des feststehenden Prismas 14 der Prismeneinheit 10 gegeneinander, so dass die Horizontlage des Bildes, das nach proximal weitergeleitet wird, bei einer Drehung des ersten schwenkbaren Prismas 12 um die Achse A geändert wird. Dies muss durch eine Drehung des Bildsensors oder der Bildsensoren ausgeglichen werden.
In Fig. 3 ist die Prismeneinheit 10 aus Fig. 2 in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Das erste Prisma 12 ist in einer 0°- Blickrichtung angeordnet. Das erste Prisma 12 ist zusammen mit der Eintrittslinse 1 1 um die Schwenkachse A schwenkbar gelagert. In diesem Fall ist der Überlappungsbereich zwischen den verspiegelten Flächen 13 des ersten Prismas 12 und 15 des zweiten Prismas 14 verdreht. Bei einer Dreh- bzw. Schwenkbewegung des ersten Prismas 12 erfolgt eine Drehung des Horizonts, was wie folgt zu erklären ist. Wenn die Prismeneinheit 10 so angeordnet ist, dass die Rotationsachse A in Fig. 2 nach oben, also senkrecht zum Horizont, der eine gedachte horizontale Linie ist, angeordnet ist, stellt sich diese Horizontlinie als Linie auf einer Höhe auf der verspiegelten Fläche 13 des Prismas 12 dar. Dies ist bei einer Drehung des ersten Prismas 12 um die Drehachse unabhängig von dem Drehwinkel.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anordnung einer Gradientenindexlinse 22 zwischen dem distalen Sichtfenster 5 und der Prismeneinheit 10 im Querschnitt schematisch dargestellt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist die Gradientenindexlinse 22 im Endoskopschaft 3 zwischen der Prismeneinheit 10 und dem distalen Sichtfenster 5 angeordnet, wobei die Gradientenindexlinse 22 hierbei keinen berührenden Kontakt mit dem Sichtfenster 5 und mit der Eintrittslinse 1 1 des Prismas 12 der Prismeneinheit 10 hat. Für die Anordnung der Gradientenindexlinse 22 zwischen dem Sichtfenster 5 und der Prismeneinheit 10 ist eine Fassung 23 vorgesehen, so dass die Gradientenindexlinse 22 eingefasst im Endoskopschaft 3 angeordnet ist.
Im Rahmen der Erfindung ist es gemäß einer (hier nicht dargestellten) Alternative ebenfalls vorgesehen, anstelle einer oder der Gradientenindexlinse 22 eine Fokussieroptik mit einer diffraktiven und/oder refraktiven Eigenschaft oder Wirkung, z.B. einer diffraktiven Folie und/oder refraktiven Folie, zwischen dem Sichtfenster 5 und der Prismeneinheit 10 anzuordnen. Ferner sind auch entsprechende Kombinationen realisierbar.
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. Bezuqszeichenliste
1 Videoendoskop
2 Handgriff
3 Endoskopschaft
4 distale Spitze
5 Sichtfenster
6 distaler Abschnitt
7 Drehrad
8 Schiebeschalter
9 Hüllrohr
10 Prismeneinheit
1 1 Eintrittslinse
12 erstes Prisma
13 verspiegelte Fläche
14 zweites Prisma
15, 16 verspiegelte Fläche
17 Unterseite
18 drittes Prisma
19 verspiegelte Fläche
20 Austrittslinse
21 zentraler Strahlengang
22 Gradientenindexlinse
23 Fassung
25 Lichtleitfaserbündel

Claims

Endoskop mit einstellbarer Blickrichtung Patentansprüche
1. Endoskop (1 ), insbesondere Videoendoskop (1 ), mit einstellbarer Blickrichtung unter einem Blickwinkel mit einem eine Längsachse aufweisenden Endoskopschaft (3), wobei der Endoskopschaft (3) ein distales Sichtfenster (5) aufweist, wobei im Endoskopschaft (3) eine bewegbare optische Einrichtung (10) zur Erfassung von Objekten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem distalen Sichtfenster (5) und der bewegbaren optischen Einrichtung (10) eine Fokussieroptik (22) angeordnet ist, wobei die Brennweiten der Fokussieroptik (22) in Abhängigkeit des Blickwinkels veränderbar oder verändert ist.
2. Endoskop (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (22) derart eingerichtet ist, dass bei Änderung der Blickrichtung in Abhängigkeit einer Vergrößerung des Blickwinkels die Brennweite der Fokussieroptik (22) verkürzt ist oder in Abhängigkeit einer Verkleinerung des Blickwinkels der Brennweite der Fokussieroptik (22) vergrößert ist.
Endoskop (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (22) am Sichtfenster (5) angeordnet ist und/oder die Fokussieroptik (22) auf das Sichtfenster (5) aufgeklebt ist.
Endoskop (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (22) eine Gradientenin- dexlinse (22) und/oder einen diffraktiv wirkenden optischen Körper, insbesondere Folie, und/oder refraktiv wirkenden optischen Körper, insbesondere Folie, aufweist.
Endoskop (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (10) in Richtung der Längsachse des Endoskopschafts (3) und/oder quer zur Längsachse des Endoskopschafts (3) bewegbar angeordnet ist.
Endoskop (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (10) als Prismeneinheit (10) ausgebildet ist, wobei die Prismeneinheit (10) als bewegbare Einheit wenigstens ein um eine Schwenkachse (A) schwenkbares Prisma (12) aufweist.
Endoskop (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (10) als eine optische Bildsensoreinheit ausgebildet ist.
Endoskop (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (22) derart ausgebildet ist, dass die Fokussieroptik (22) eine vorbestimmte Freiformfläche aufweist. Endoskop (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (22) aus Kunststoff hergestellt ist.
Verwendung einer Fokussieroptik (22) in einem Endoskop (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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