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Zur optischen Untersuchung von natürlichen und künstlichen Hohlräumen werden endoskopische Vorrichtungen oder Endoskopie-Vorrichtungen verwendet, insbesondere Endoskope mit langen und dünnen starren oder elastischen Schäften oder endoskopische Kapseln. Eine wesentliche technische Herausforderung besteht in der optischen Erzeugung eines möglichst scharfen Bilds eines möglichst großen Umgebungsbereichs des Endoskops und dessen unmittelbaren Erfassung oder gegebenenfalls Übertragung zum proximalen Ende des Schafts.
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In
US 4,566,763 A ist eine katadioptrische Linse mit einer zum Strahlengang konkaven ersten reflektierenden Oberfläche und einer zum Strahlengang konvexen zweiten reflektierenden Oberfläche zur Abbildung eines Panoramas beschrieben.
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In
WO 2005/077248 A1 ist ein kapselförmiges Endoskop mit einer mehrteiligen Hülle gezeigt.
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In
US 7,465 271 B2 ist ein Kapselendoskop mit einer Bilderfassungseinrichtung, die auf einen konvexen Reflexionsspiegel gerichtet ist, um einen ringförmigen Umgebungsbereich zu erfassen, beschrieben.
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In
EP 1 868 487 B1 ist eine intrakorporale Videokapsel mit einer schwenkbaren Bilderfassung beschrieben.
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In
US 9,621,825 B2 ist ein Kamerasystem mit mehreren Pixel-Arrays auf einem Chip zum Erfassen von mehreren Bildern beschrieben.
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In
US 2016/0037082 A1 ist ein Verfahren zum Rekonstruieren von Bildern, die von einer Kapsel mit mehreren Kameras gewonnen wurden, beschrieben.
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In
US 5,543,972 A ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bilds einer Wandung eines Bohrlochs im Boden beschrieben. Eine Kamera ist auf eine konische Spiegelfläche gerichtet, um ein Bild eines ringförmigen Bereichs um die Vorrichtung zu erfassen.
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In
US 5,710,661 A ist eine integrierte Sensoroptik zur gleichzeitigen Erfassung eines Panoramas mit niedriger Auflösung und eines Abschnitts des Panoramas mit hoher Auflösung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen konvexen, nämlich konischen ringförmigen Spiegel, der ein Loch umschließt, und einen ebenen ringförmigen Faltspiegel, der ein Loch umschließt.
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In
US 6,341,044 B1 und
US 6,373,642 B1 ist eine Panorama-Abbildungs-Anordnung beschrieben. Eine katadioptrische Linse in Gestalt eines Ausschnitts einer Schale mit einem zum Strahlengang konvexen reflektierenden Oberflächenbereich wirft Licht aus einem ringförmigen Umgebungsbereich zu einem Bildsensor. Gemäß
US 6,341,044 B 1 kann durch eine Öffnung in dem reflektierenden Oberflächenbereich Licht von einem Weitwinkelobjektiv auf den Bildsensor fallen.
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In
US 6,597,520 B2 ist eine Panorama-Abbildungs-Anordnung beschrieben. Eine Abbildungseinrichtung aus zwei verkitteten katadioptrischen Linsen weist einen zum Strahlengang konvexen ersten reflektierenden Oberflächenbereich und einen zweiten reflektierend beschichteten ebenen Oberflächenbereich auf und wirft Licht aus einem ringförmigen Umgebungsbereich zu einem Bildsensor.
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In
US 2003/0191369 A1 ist ein omnidirektionales Endoskop beschrieben. Ein zum Strahlengang konvex gekrümmter Spiegel reflektiert Licht von Objekten in einem ringförmigen, das distale Ende des Endoskops umgebenden Bereichs in ein optisches System.
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In
US 7,570,437 B2 ist eine omnidirektionale Abbildungs- und Beleuchtungseinrichtung beschrieben. Eine katadioptrische Linse weist zwei zum Strahlengang konvexe reflektierende Oberflächenbereiche auf.
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In
US 2011/0196200 A1 ist ein endoskopisches Abbildungssystem mit einem zum Strahlengang konvexen Spiegel, der eine Beobachtung eines ringförmigen Umgebungsbereichs ermöglicht, beschrieben.
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In
US 8,496,580 B2 ist eine omnidirektional und vorwärts blickende Abbildungsvorrichtung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine katadioptrische Linse mit einer zum Strahlengang konvexen reflektierenden Oberfläche.
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In
US 8,734,334 B2 ist eine Vorrichtung zum Abbilden einer inneren Oberfläche einer Körperhöhle beschrieben. Aus einem Arbeitskanal eines vorwärts blickenden Endoskop tritt ein Hilfsendoskop aus, das ringförmig seitlich und rückwärts blickt. Ein distaler Spiegel reflektiert das Seitenbild oder das rückwärts blickende Bild zu einer Kamera.
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In ,,Anovel self-propelled disposable colonoscope is effective for colonoscopy in humans" von Nathan Gluck et al. (Gastrointestinal Endoscopy Volume 83, No. 5: 2016, pages 998-1004) ist ein Koloskop beschrieben, das einen Blick nach vom und einen seitlichen Blick in einen ringförmigen Umgebungsbereich ermöglicht.
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In „Impact of Full Spectrum Endoscopy (Fuse, EndoChoice) on adenoma detection: a prospective French pilot study“ von Jean-Philippe Ratone et al (Annals of Gastroenterology (2017) 30, 1-6) ist ein Endoskop für die Koloskopie beschrieben. Am distalen Ende des Endoskops sind mehrere Kameras angeordnet, die sowohl einen Blick nach vorn als auch einen Blick zur Seite ermöglichen.
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WO 2016/103446 A1 sind ein optisches System und ein Kapselendoskop beschrieben. Das Kapselendoskop umfasst zwei optische Systeme, die zu einer Mittelachse rotationssymmetrisch sind, und mittels derer zwei ringförmige und überlappende Bereiche erfasst werden..
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In
DE 10 2009 043 523 A1 ist eine Endoskop mit einer Projektoreinheit und einer Abbildungseinheit zur Vermessung der Topographie einer Oberfläche mittels Triangulation beschrieben,
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US 2014/0243596 A1 ist ein Endoskop mit einer omnidirektionalen Stereokamera beschrieben. Aus den omnidirektionalen Bildern werden die Abstände zwischen dem Endoskop und Objekten berechnet.
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In
DE 100 31 818 A1 ist ein Endoskopsystem beschrieben. Mittels optischer Kohärenztomographie wird ein Tomogramm eines Objekts erfasst.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte endoskopische Vorrichtung und ein verbessertes endoskopisches System zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
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Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Eine Endoskopie-Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, eine erste Abbildungseinrichtung in dem Gehäuse, zum Erfassen von Licht, das von Objekten aus einem vorbestimmten ersten Umgebungsbereich, der die endoskopische Vorrichtung ringförmig umschließt, ausgeht, und zum Erzeugen eines ersten Bilds des ersten Umgebungsbereichs, einen ersten Bildsensor zum Erfassen des ersten Bilds und zum Erzeugen eines ersten Bildsignals, das das erste Bild repräsentiert, eine zweite Abbildungseinrichtung in dem Gehäuse, zum Erfassen von Licht, das von Objekten aus einem vorbestimmten zweiten Umgebungsbereich ausgeht, und zum Erzeugen eines zweiten Bilds des zweiten Umgebungsbereichs und einen zweiten Bildsensor zum Erfassen des zweiten Bilds und zum Erzeugen eines zweiten Bildsignals, das das zweite Bild repräsentiert, wobei die erste Abbildungseinrichtung eine katadioptrische Abbildungseinrichtung mit einer ersten reflektierenden Fläche und einer zweiten reflektierenden Fläche und einer Licht brechenden Grenzfläche umfasst.
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Die Endoskopie-Vorrichtung ist insbesondere ein Endoskop mit einem langen und dünnen, starren oder teilweise oder vollständig elastischen Schaft, dessen distaler Endbereich bei der vorgesehenen Verwendung durch eine natürliche oder künstliche Körperöffnung in einen natürlichen oder künstlichen Hohlraum im Körper eines menschlichen oder tierischen Patienten eingeführt wird. Ein proximaler Endbereich des Endoskops verbleibt dabei außerhalb des Körpers, um eine insbesondere manuelle Steuerung der Position und Orientierung des distalen Endbereichs zu ermöglichen. Ferner stellt das Endoskop im proximalen Endbereich ein Bildsignal oder ein mittels eines Relaislinsensystems oder eines geordneten Bündels von Lichtleitfasern optisch übertragenes Bild bereit.
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Alternativ ist die endoskopische Vorrichtung eine endoskopische Kapsel, die beispielsweise vollständig von einem Patienten verschluckt und insbesondere durch seine Peristaltik und/oder magnetische Kräfte im Verdauungstrakt bewegt und/oder orientiert werden kann.
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Die erste reflektierende Fläche und die zweite reflektierende Fläche der katadioptrischen ersten Abbildungseinrichtung sind insbesondere rotationssymmetrisch zur selben Symmetrieachse, die gleichzeitig die Längs- und Symmetrieachse des Endbereichs oder der gesamten endoskopischen Vorrichtung sein kann. Der von der zweiten Abbildungseinrichtung erfasste und abgebildete Umgebungsbereich liegt insbesondere distal des Endbereichs der endoskopischen Vorrichtung.
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Der erste Bildsensor und der zweite Bildsensor sind jeweils beispielsweise CCD- oder CMOS-Sensoren. Der erste Bildsensor und der zweite Bildsensor können an dem selben Halbleiterbauteil oder an zwei getrennten Halbleiterbauteilen in einem gemeinsamen oder in zwei getrennten Bauteilgehäusen ausgebildet sein.
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Der zweite Umgebungsbereich kann zu dem ersten Umgebungsbereich geometrisch ähnlich sein, also ebenfalls ringförmig. Alternativ kann der zweite Umgebungsbereich beispielsweise einfach zusammenhängend sein.
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Bei einer endoskopischen Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, sind insbesondere der erste Umgebungsbereich und der zweite Umgebungsbereich jeweils rotationssymmetrisch zu der selben Symmetrieachse.
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Die Symmetrieachse des ersten Umgebungsbereichs und des zweiten Umgebungsbereichs ist insbesondere parallel zur Längsachse der Endbereichs oder der gesamten endoskopischen Vorrichtung.
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Bei einer Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, weist das Gehäuse insbesondere einen ringförmigen optisch transparenten Fensterbereich zum Transmittieren von Licht, das von Objekten in dem ersten vorbestimmten Umgebungsbereich ausgeht, auf.
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Bei einer Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, sind der erste Bildsensor und der zweite Bildsensor insbesondere Rücken an Rücken angeordnet.
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Die Vorderseite eines Bildsensors ist die Seite des Oberflächenbereichs, unter der lichtempfindliche Bauelemente oder Bereiche (oft als Pixel bezeichnet) angeordnet sind, und durch die hindurch Licht, zu diesen lichtempfindlichen Bauelementen oder Bereichen gelangt. Die Rückseite des Bildsensors ist oft zur Kontaktierung, aber nicht zur Transmission von Licht, das erfasst werden soll, vorgesehen. Bei einer Anordnung des ersten Bildsensors und des zweiten Bildsensors Rücken an Rücken sind deren Rückseiten einander zugewandt. Die Rückseiten können unmittelbar an einander angrenzen, insbesondere miteinander mechanisch verbunden sein. Alternativ kann beispielsweise eine Leiterplatte oder eine andere Struktur zur elektrischen Kontaktierung und/oder zum mechanischen Halten der Bildsensoren zwischen deren Rückseiten angeordnet sein.
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Bei einer Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, sind die Flächennormalen der lichtempfindlichen Flächen des ersten Bildsensors und des zweiten Bildsensors insbesondere parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Symmetrieachse des ersten Umgebungsbereichs und/oder zu der Blickrichtung der zweiten Abbildungseinrichtung.
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Bei einer Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, sind die Flächennormalen der lichtempfindlichen Flächen des ersten Bildsensors und des zweiten Bildsensors orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zu einer Symmetrieachse des ersten Umgebungsbereichs und/oder zu einer Symmetrieachse des zweiten Umgebungsbereichs.
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Licht von der ersten Abbildungseinrichtung erreicht den ersten Bildsensor insbesondere nach Reflexion an einer gegenüber der Symmetrieachse der ersten Abbildungseinrichtung um 45 Grad geneigten (und insbesondere ebenen, alternativ gekrümmten) reflektierenden Fläche. Licht von der zweiten Abbildungseinrichtung erreicht den zweiten Bildsensor insbesondere nach Reflexion an einer gegenüber der Symmetrieachse der zweiten Abbildungseinrichtung um 45 Grad geneigten (und insbesondere ebenen, alternativ gekrümmten) reflektierenden Fläche. Die Flächennormalen der lichtempfindlichen Flächen beider Bildsensoren können parallel oder orthogonal zu einander sein oder einen beliebigen Winkel einschließen.
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Eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner eine Leitung zum Übertragen von elektrischer Leistung und/oder eines Steuersignals zu dem zweiten Bildsensor und/oder zum Übertragen des zweiten Bildsignals von dem zweiten Bildsensor und eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der Leitung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei die Leitung einen Teil des ersten Umgebungsbereichs abschattet, und wobei der in der ersten Position der Leitung abgeschatteter Teil des ersten Umgebungsbereichs und der in der zweiten Position der Leitung abgeschattete Teil des ersten Umgebungsbereichs nicht überlappen.
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Die Leitung kann ferner zum Übertragen von elektrischer Leistung und/oder eines Steuersignals zu dem zweiten Bildsensor und/oder zum Übertragen des zweiten Bildsignals von dem zweiten Bildsensor und/oder zum Übertragen von elektrischer Leistung zu einer Lichtquelle zum Erzeugen von Beleuchtungslicht vorgesehen und ausgebildet sein.
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Die erste Position und die zweite Position der Leitung sind insbesondere in Umfangsrichtung und damit insbesondere in einer Richtung orthogonal zu der Richtung, in der die Leitung sich erstreckt, gegeneinander versetzt. Die Antriebseinrichtung ist insbesondere zum oszillierenden Bewegen der Leitung zwischen der ersten Position und der zweiten Position vorgesehen und ausgebildet. Die Antriebseinrichtung kann ausschließlich zum Bewegen der Leitung oder zum Bewegen einer größeren Einheit vorgesehen und ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Antriebseinrichtung zum Bewegen einer Einheit, die die Leitung und die erste Abbildungseinrichtung und optional zusätzlich die zweite Abbildungseinrichtung und/oder den ersten Bildsensor und/oder den zweiten Bildsensor umfasst, vorgesehen und ausgebildet.
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Die Oszillation kann mit der Erfassung von Bildern durch den ersten Bildsensor synchronisiert sein, um abwechselnd ein oder mehrere Bilder, bei denen ein erster Teil des Umgebungsbereichs durch die Leitung abgeschattet ist, und ein oder mehrere Bilder, bei denen ein zweiter Teil des ersten Umgebungsbereichs durch die Leitung abgeschattet ist, zu erfassen.
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Eine Bildverarbeitungseinrichtung, die Teil der endoskopischen Vorrichtung oder mit dieser gekoppelt sein kann, kann in den bei Abschattung des ersten Teils des ersten Umgebungsbereichs erfassten Bildern fehlende Bilddaten durch Bilddaten aus den bei Abschattung des zweiten Teils des ersten Umgebungsbereichs erfassten Bildern substituieren und umgekehrt.
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Bei einer Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst die erste Abbildungseinrichtung insbesondere eine katadioptrische Linse gebildet durch einen optisch transparenten Körper mit einem ersten reflektierenden Oberflächenbereich und einem zweiten reflektierenden Oberflächenbereich, wobei der erste reflektierende Oberflächenbereich und der zweite reflektierende Oberflächenbereich jeweils bezogen auf innerhalb der katadioptrischen Linse sich ausbreitendes Licht konvex ist, wobei ein Strahlengang von einem Objekt in dem vorbestimmten ersten Umgebungsbereich zu dem ersten Bildsensor von einem Eintritt in den optisch transparenten Körper über eine Reflexion an der ersten reflektierenden Fläche und eine Reflexion an der zweiten reflektierenden Fläche bis zu einem Austritt aus dem optisch transparenten Körper innerhalb des optisch transparenten Körpers verläuft.
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Die reflektierenden Oberflächenbereiche können, da sie Licht innerhalb des optisch transparenten Körpers reflektieren, nicht verschmutzen. Helligkeit und Kontrast des erzeugten Bilds unterliegen deshalb keiner Alterung durch Verschmutzung.
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Bei einer Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist die zweite Abbildungseinrichtung insbesondere eine katadioptrische Abbildungseinrichtung mit einer ersten reflektierenden Fläche und einer zweiten reflektierenden Fläche und einer weiteren Licht brechenden Grenzfläche.
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Die erste reflektierende Fläche und die zweite reflektierende Fläche der zweiten Abbildungseinrichtung sind insbesondere rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse, die parallel zu der Längsachse oder Symmetrieachse des Endbereichs der Endoskopie-Vorrichtung und/oder parallel zu der Symmetrieachse der ersten reflektierenden Fläche und der zweiten reflektierenden Fläche sein kann. Die erste Abbildungseinrichtung und die zweite Abbildungseinrichtung können gleich sein, wobei sie insbesondere spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
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Bei einer Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, überlappen der erste Umgebungsbereich und der zweite Umgebungsbereich insbesondere.
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Der Überlappbereich des ersten Umgebungsbereichs und des zweiten Umgebungsbereichs ist insbesondere ringförmig. Der Überlappbereich grenzt insbesondere unmittelbar an ein Lichteintrittsfenster der Endoskopie-Vorrichtung, durch das zu Erzeugung von Bildern durch die Abbildungseinrichtungen beitragendes Licht fällt, an oder hat von diesem einen geringen Abstand.
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Eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner eine Leitung zum Übertragen von elektrischer Leistung und/oder eines Steuersignals zu einem Bildsensor der endoskopischen Vorrichtung und/oder zum Übertragen des Bildsignals von einem Bildsensor der endoskopischen Vorrichtung, wobei die Leitung einen Teil des ersten Umgebungsbereichs und einen Teil des zweiten Umgebungsbereichs abschattet, wobei der von der Leitung abgeschattete Teil des ersten Umgebungsbereichs gegenüber dem von der Leitung abgeschatteten Teil des zweiten Umgebungsbereichs in Umfangsrichtung versetzt ist.
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Die Leitung kann zum Übertragen elektrischer Leistung und/oder eines Steuersignals zu beiden Bildsensoren und/oder zum Übertragen von Bildsignalen von beiden Bildsensoren vorgesehen und ausgebildet sein.
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Durch den Versatz zwischen dem durch die Leitung abgeschatteten Teil des ersten Umgebungsbereichs und dem durch die Leitung abgeschatteten Teil des zweiten Umgebungsbereichs kann durch die Abschattung jeweils fehlende Bildinformation substituiert werden soweit die Umgebungsbereiche überlappen. Insbesondere kann der im ersten Bild durch die Leitung abgeschattete Teil durch Bildinformation aus dem zweiten Bild substituiert werden und umgekehrt. Wenn das erste Bild und das zweite Bild stereoskopisch dargestellt werden kann diese Substitution im Gehirn der betrachtenden Person erfolgen. Alternativ kann eine Bildverarbeitungseinrichtung, die Teil der endoskopischen Vorrichtung oder mit dieser gekoppelt sein kann, den durch die Leitung abgeschatteten Teil des ersten Bilds durch Bildinformation aus dem zweiten Bild substituieren und umgekehrt.
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Eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Antrieb zum Bewegen der ersten Abbildungseinrichtung und der zweiten Abbildungseinrichtung um eine vorbestimmte Strecke entlang eines vorbestimmten Pfads parallel zu einer Symmetrieachse der ersten Abbildungseinrichtung und der zweiten Abbildungseinrichtung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position.
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Der Antrieb kann eine translatorische Bewegung der Endoskopie-Vorrichtung oder ihres Endbereichs um eine vorbestimmte Strecke ermöglichen. Dies kann einen vorbestimmten Überlapp zwischen nacheinander erfassten Bildern und deren Zusammenfügen zu einem vollständigen Bild der inneren Oberfläche eines längeren Abschnitts des Verdauungstrakts oder eines anderen Hohlraums ermöglichen.
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Eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner eine Einrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters auf Objekte in dem ersten Umgebungsbereich.
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Die Einrichtung zum Projizieren umfasst beispielsweise eine Laserdiode und/oder eine andere Lichtquelle und eine Anordnung von Prismen und/oder eine andere optische Einrichtung zum Aufspalten eines von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahls in mehrere oder viele dünne Lichtstrahlen, die das Lichtmuster erzeugen.
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Das projizierte Lichtmuster ermöglicht eine Bestimmung des Abstands der Oberflächen, auf die das Lichtmuster projiziert wird, durch Triangulation. Beispielsweise können aus den Koordinaten von Lichtpunkten im erfassten Bild die Abstände der Oberflächenbereiche, auf die die Lichtpunkte projiziert sind, von dem distalen Endbereich berechnet werden.
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Eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner eine optische Kohärenztomographie-Einrichtung zum Erfassen von Abständen von Objekten von dem Gehäuse.
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Die Einrichtung zur optischen Kohärenztomographie kann die Erfassung eines dreidimensionalen Bilds ermöglichen, das zu jedem Bildpunkt nicht nur Information über Helligkeit und spektrale Eigenschaften, sondern auch über den Abstand von dem Endbereich der Endoskope-Vorrichtung umfasst. Mittels der optischen Kohärenztomographie können auch Objekte oder Strukturen innerhalb eines Körpers, also unter einer Oberfläche des Körpers erfasst werden. Dies kann ein Gewinnen von Tiefeninformation ermöglichen.
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Eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Fluidkanal zum Leiten von Spülfluid zu dem distalen Endbereich der endoskopischen Vorrichtung und/oder zum Absaugen eines Fluids von dem distalen Endbereich und eine Öffnung des Fluidkanals, durch den ein Spülfluid aus dem Fluidkanal austreten oder ein Fluid in den Fluidkanal eintreten kann, wobei die Öffnung proximal einer Lichteintrittsfläche, durch die Licht von einem Objekt in dem ersten Umgebungsbereich in die erste Abbildungseinrichtung eintritt, angeordnet ist.
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Ein Endoskopie-System umfasst eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist.
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Ein Endoskopie-System umfasst eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, und eine Bilderverarbeitungseinrichtung zum Empfangen des ersten Bildsignals von dem ersten Bildsensor.
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Ein Endoskopie-System umfasst eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, und eine Bilderverarbeitungseinrichtung zum Empfangen des ersten Bildsignals von dem ersten Bildsensor und des zweiten Bildsignals von dem zweiten Bildsensor.
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Bei einem Endoskopie-System, wie es hier beschrieben ist, ist die Bildverarbeitungseinrichtung insbesondere ferner vorgesehen und ausgebildet zum Bereitstellen eines dritten Bildsignals zur Steuerung einer kombinierten Wiedergabe des ersten Bilds und des zweiten Bilds, wobei das erste Bild das zweite Bild ringförmig umgibt.
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Bei einem Endoskopie-System, wie es hier beschrieben ist, bei dem eine Leitung einen Teil des ersten Umgebungsbereichs abschattet und eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der Leitung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position vorgesehen ist, ist die Bildverarbeitungseinrichtung ferner vorgesehen und ausgebildet zum Bereitstellen eines dritten Bildsignals zur Steuerung einer Wiedergabe eines Bilds, in dem ein abgeschatteter Bereich in einem in der ersten Position erfassten ersten Bild durch einen nicht abgeschatteten Bereich in einem in der zweiten Position erfassten ersten Bild substituiert ist.
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Bei einem Endoskopie-System, wie es hier beschrieben ist, bei dem der erste Umgebungsbereich und der zweite Umgebungsbereich überlappen, ist die Bildverarbeitungseinrichtung insbesondere ferner vorgesehen und ausgebildet zum Bereitstellen eines dritten Bildsignals zur Steuerung einer stereoskopischen Wiedergabe des ersten Bilds für das linke Auge und des zweiten Bilds für das rechte Auge einer betrachtenden Person und/oder zum Bestimmen eines radialen Abstands eines Objekts von der endoskopischen Vorrichtung aus den Positionen des Objekts in dem ersten Bild und in dem zweiten Bild.
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Bei einem Endoskopie-System, wie es hier beschrieben ist, bei dem eine Leitung einen Teil des ersten Umgebungsbereichs und einen Teil des zweiten Umgebungsbereichs abschattet, ist die Bildverarbeitungseinrichtung ferner vorgesehen und ausgebildet zum Bereitstellen eines dritten Bildsignals zur Steuerung einer Wiedergabe eines Bilds, in dem ein abgeschatteter Bereich in dem ersten Bild durch einen nicht abgeschatteten Bereich in dem zweiten Bild substituiert ist.
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Ein Endoskopie-System umfasst eine Endoskopie-Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, und eine Bilderverarbeitungseinrichtung zum Empfangen des ersten Bildsignals von dem ersten Bildsensor und insbesondere zum Bestimmen eines radialen Abstands eines Objekts von dem distalen Endbereich der endoskopischen Vorrichtung aus einer Position des Lichtmusters in dem ersten Bild.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Endoskops;
- 2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch das distale Ende des Endoskops aus 1;
- 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das in 2 dargestellte distale Ende des Endoskops aus 1;
- 4 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine weitere Ausführungsform des distalen Endes des Endoskops aus 1;
- 5 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine weitere Ausführungsform des distalen Endes des Endoskops aus 1;
- 6 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine weitere Ausführungsform des distalen Endes des Endoskops aus 1;
- 7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das in 6 dargestellte distale Ende des Endoskops aus 1;
- 8 eine schematische Darstellung von in einem Hohlorgan erfassten Bildern;
- 9 eine schematische Darstellung zweier Bilder und einer Kombination beider Bilder.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Endoskops 10 mit einem distalen Ende 12, einem langen und dünnen Schaft 14 und einem proximalen Ende 16. Der Schaft 14 kann vollständig starr oder teilweise oder vollständig flexibel sein.
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Das Endoskop 10 ist ein Beispiel einer Endoskopie-Vorrichtung zur visuellen Inspektion eines natürlichen oder künstlichen Hohlraums im Körper eines Patienten oder eines anderen Hohlraums. Ein anderes Beispiel einer Endoskopie-Vorrichtung, in der viele der nachfolgend beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und Funktionen verwirklicht werden können, ist eine endoskopische Kapsel, die von einem Patienten verschluckt werden kann, zur visuellen Inspektion der inneren Oberfläche des Verdauungstrakts während der Passage des Verdauungstrakts.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch das distale Ende 12 des Endoskops 10 aus 1. Die dargestellte Schnittebene enthält die Längs- und Symmetrieachse 18, zu der die äußere Oberfläche des distalen Endes 12 des Endoskops 10 bei dem dargestellten Beispiel rotationssymmetrisch ist.
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Das Endoskop 10 weist ein Gehäuse 20 mit einem distalen Endbereich 22 auf. Das Gehäuse 20, insbesondere der distale Endbereich 22 des Gehäuses 20 kann ein oder mehrere starre oder elastische Materialien aufweisen. Teile des Gehäuses können für Licht, das für das gesunde menschliche Auge sichtbar ist, intransparent sein. Der distale Endbereich 22 des Gehäuses 20 weist jedoch einen ersten optisch transparenten Fensterbereich 24 auf, der einen kreisringförmigen Streifen des Gehäuses bildet. Ein außen an den ersten optisch transparenten Fensterbereich 24 sich anschließender kreisringförmiger erster Umgebungsbereich 26 kann wie nachfolgend beschrieben mittels des Endoskops visuell erfasst werden.
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Innerhalb des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 sind mehrere erste Lichtquellen 28 vorgesehen, die Beleuchtungslicht erzeugen, beispielsweise breitbandiges, vom gesunden menschlichen Auge als weiß wahrgenommenes Licht. Alternativ oder zusätzlich sind die ersten Lichtquellen 28 oder Teile derselben für die Erzeugung von Anregungslicht zur Anregung von Fluoreszenz vorgesehen. Von den ersten Lichtquellen 28 erzeugtes Beleuchtungslicht und/oder Anregungslicht tritt durch den ersten optisch transparenten Fensterbereich 24 aus dem distalen Ende 12 des Endoskops aus, um Objekte in dem ersten Umgebungsbereich 26 zu beleuchten und/oder an oder in ihnen Fluoreszenz anzuregen.
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Innerhalb des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 ist ferner eine katadioptrische Linse 40 angeordnet. Die katadioptrische Linse 40 weist einen Körper aus Glas oder einem anderen optisch transparenten Material mit einer ringförmigen und gekrümmten Lichteintrittsfläche 42, einem ringförmigen und gekrümmten ersten reflektierenden Oberflächenbereich 44, einem ringförmigen und gekrümmten zweiten reflektierenden Oberflächenbereich 46 und einer gekrümmten und einfach zusammenhängenden Lichtaustrittsfläche 48 auf. Die gesamte katadioptrische Linse 40 ist rotationssymmetrisch zu der Längs- und Symmetrieachse 18 des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20.
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Innerhalb des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 sind ferner eine weitere Linse 50 und ein erster Bildsensor 54 mit einer lichtempfindlichen Schicht 56 vorgesehen. Der Bildsensor 54 ist beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor. Die lichtempfindliche Schicht 56 des Bildsensors 54 ist insbesondere an oder nahe einer der weiteren Linse 50 zugewandten Oberfläche des Bildsensors 54 angeordnet und lateral in eine Vielzahl matrixartig angeordneter lichtempfindlicher Zellen oder Pixel unterteilt.
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An einem Objekt in dem ersten Umgebungsbereich 26 reflektiertes oder remittiertes Beleuchtungslicht oder von einem Objekt in dem ersten Umgebungsbereich 26 ausgehendes Fluoreszenzlicht kann durch den ersten optisch transparenten Fensterbereich 24 in den distalen Endbereich 22 des Gehäuses 20 eintreten. Durch den ersten optisch transparenten Fensterbereich 26 in das Innere des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses eingetretenes Licht tritt durch die Lichteintrittsfläche 42 in die katadioptrische Linse 40 ein, wird innerhalb der katadioptrischen Linse nacheinander zunächst an dem ersten reflektierenden Oberflächenbereich 44 und dann an dem zweiten reflektierenden Oberflächenbereich 46 reflektiert, tritt dann durch die Lichtaustrittsfläche 48 aus der katadioptrischen Linse 40 aus und wird durch die weitere Linse 50 in die lichtempfindliche Schicht 56 des ersten Bildsensors 54 fokussiert. So entsteht in der lichtempfindlichen Schicht 56 des ersten Bildsensors 54 ein Bild des ringförmigen ersten Umgebungsbereichs 26. Der erste Bildsensor 54 erzeugt ein analoges oder digitales Bildsignal, das dieses Bild repräsentiert.
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Der distale Endbereich 22 des Gehäuses 20 weist ferner einen zweiten optisch transparenten Fensterbereich 64 auf. Bei dem dargestellten Beispiel ist der zweite optisch transparente Fensterbereich 64 an einer distalen Stirnfläche des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 vorgesehen. Ein außen an den zweiten optisch transparenten Fensterbereich 64 sich anschließender zweiter Umgebungsbereich 66 kann wie nachfolgend beschrieben mittels des Endoskops visuell erfasst werden.
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Der distale Endbereich 22 des Gehäuses 20 weist ferner mehrere zweite Lichtquellen 68 auf, die Beleuchtungslicht erzeugen, beispielsweise breitbandiges, vom gesunden menschlichen Auge als weiß wahrgenommenes Licht. Alternativ oder zusätzlich sind die zweiten Lichtquellen 68 oder Teile derselben für die Erzeugung von Anregungslicht zur Anregung von Fluoreszenz vorgesehen. Bei dem dargestellten Beispiel sind die zweiten Lichtquellen 68 an der distalen Stirnfläche des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 angeordnet. Von den zweiten Lichtquellen 68 erzeugtes Beleuchtungslicht und/oder Anregungslicht beleuchtet Objekte in dem zweiten Umgebungsbereich 66 und/oder regt an oder in ihnen Fluoreszenz an.
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Innerhalb des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 22 ist ferner eine weitere Linse 80, die eine zweite Abbildungseinrichtung bildet, angeordnet. Die zweite Abbildungseinrichtung 80 ist proximal des zweiten optisch transparenten Fensterbereichs 64 angeordnet.
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Innerhalb des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 22 und proximal der zweiten Abbildungseinrichtung 80 ist ferner ein zweiter Bildsensor 84 mit einer lichtempfindlichen Schicht 86 angeordnet. Der zweite Bildsensor 84 ist beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor. Die lichtempfindliche Schicht 86 des zweiten Bildsensors 84 ist insbesondere an oder nahe einer der zweiten Abbildungseinrichtung 80 zugewandten Oberfläche des Bildsensors 54 angeordnet und lateral in eine Vielzahl matrixartig angeordneter lichtempfindlicher Zellen oder Pixel unterteilt.
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Innerhalb des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 22 sind ferner Leitungen 30 vorgesehen, deren distale Enden mit dem zweiten Bildsensor 66, mit den ersten Lichtquellen 28 und mit den zweiten Lichtquellen 68 verbunden sind. Die Leitungen 30 sind zum Übertragen von elektrischer Leistung und Steuersignalen zu dem zweiten Bildsensor 64, zu den ersten Lichtquellen 28 und zu den zweiten Lichtquellen 68 und zum elektrischen oder optischen Übertragen analoger oder digitaler Bildsignale von dem zweiten Bildsensor 64 vorgesehen und ausgebildet. Dazu können proximale Enden der Leitungen 30 unmittelbar oder mittelbar mit einer Leistungsquelle und/oder Lichtsteuerung und mit einer Kamerasteuerungseinheit (engl.: camera control unit CCU) verbunden sein.
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Die Leitungen 30 sind seitlich der katadioptrischen Linse 40 zwischen dem ersten optisch transparenten Fensterbereich 24 des Gehäuses und der Lichteintrittsfläche 42 der katadioptrischen Linse 40 angeordnet. Die Leitungen 30 können in einem einzigen Bündel oder Strang konzentriert oder wie in 2 angedeutet in mehreren, dünneren und über den Umfang der katadioptrischen Linse 40 verteilten Bündeln oder Strängen angeordnet sein.
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An einem Objekt in dem zweiten Umgebungsbereich 66 reflektiertes oder remittiertes Beleuchtungslicht oder von einem Objekt in dem zweiten Umgebungsbereich 66 ausgehendes Fluoreszenzlicht kann durch den zweiten optisch transparenten Fensterbereich 64 in den distalen Endbereich 22 des Gehäuses 20 eintreten. Durch den zweiten optisch transparenten Fensterbereich 66 in das Innere des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses eingetretenes Licht wird durch die zweite Abbildungseinrichtung 80 in die lichtempfindliche Schicht 86 des zweiten Bildsensors 84 fokussiert. So entsteht in der lichtempfindlichen Schicht 86 des zweiten Bildsensors 84 ein Bild des zweiten Umgebungsbereichs 66. Der zweite Bildsensor 84 erzeugt ein analoges oder digitales Bildsignal, das dieses Bild repräsentiert.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind der erste Bildsensor 54 und der zweite Bildsensor 84 Rücken an Rücken angeordnet. Die Vorderseiten, die Oberflächen, durch die von den Abbildungseinrichtungen 40, 50, 80 fokussiertes Licht in die Bildsensoren 54, 85 eintritt und zu den lichtempfindlichen Schichten 56, 86 der Bildsensoren 54, 85 gelangt, sind also parallel zu einander und von einander abgewandt. Zwischen den Rückseiten der Bildsensoren 54, 84 ist bei der Ausführungsform der 2 eine Platine angedeutet, über die die Bildsensoren 54, 84 mechanisch gehalten und kontaktiert sind.
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In dem Gehäuse 20 ist ferner eine Antriebseinrichtung 90 vorgesehen. Das Gehäuse 20 weist proximal des distalen Endbereichs 22 einen ringförmigen elastischen Bereich 92 und innerhalb des ringförmigen elastischen Bereichs 92 ein in 2 nur angedeutetes Rotationslager auf. Der ringförmige elastische Bereich 92 und das Rotationslager ermöglichen eine Rotation des distalen Endbereichs 22 relativ zu dem übrigen Gehäuse 20 um die Längs- und Symmetrieachse 18 in einem vorbestimmten Winkelbereich von einigen Grad. Die Antriebseinrichtung 90 ist vorgesehen und ausgebildet, um den Endbereich 22 relativ zu dem übrigen Gehäuse 20 oszillierend zu rotieren, so dass der Endbereich 22 abwechselnd zwei verschiedene rotatorische Positionen, die sich um den vorbestimmten Winkel unterscheiden, einnimmt.
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Alternativ und abweichend von der Darstellung in 2 kann das gesamte Gehäuse 20 einschließlich des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 starr ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Antriebseinrichtung 90 vorgesehen und ausgebildet, um die Leitungen 30 und optional alle innerhalb des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 angeordnete Einrichtungen oder einen Teil derselben um die Längs- und Symmetrieachse 18 oszillierend zu rotieren.
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In dem distalen Endbereich 22 ist ferner eine Projektionseinrichtung 94 zum Projizieren eines Lichtmusters auf Objekte in dem ersten Umgebungsbereich 26 vorgesehen. Diese Projektionseinrichtung 94 kann einen deutlich größeren Raumbereich einnehmen als in 2 schematisch angedeutet. Insbesondere kann die Projektionseinrichtung 94 in einem ringförmigen Raumbereich angeordnet sein oder mehrere verteilt angeordnete Komponenten aufweisen, um ein ausgedehntes, den distalen Endbereich 22 ringförmig umschließendes Lichtmuster zu projizieren.
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Die Projektionseinrichtung 94 kann einen oder mehrere Laserdioden und/oder andere Licht emittierende Dioden oder andere Lichtquellen und eine oder mehrere Licht brechende und/oder Licht reflektierende Flächen aufweisen, um ein einerseits möglichst hohe Kontraste aufweisendes und andererseits über einen möglichst großen Raumbereich verteiltes Lichtmuster zu erzeugen. Die Projektionseinrichtung ist insbesondere vorgesehen und ausgebildet um Punkte oder Linien auf Objekte in dem ersten Umgebungsbereich 26 zu projizieren.
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Aus den Positionen des Lichtmusters in einem von dem ersten Bildsensor 54 erfassten Bild des ersten Umgebungsbereichs 26 können durch Triangulation die Abstände der Oberflächenbereiche, auf die das Lichtmuster projiziert ist, von dem distalen Endbereich 22 des Gehäuses 20 berechnet werden.
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In dem distalen Endbereich 22 ist ferner alternativ oder zusätzlich zu der Projektionseinrichtung 94 eine optische Kohärenztomographie-Einrichtung 96 vorgesehen. Die optische Kohärenztomographie-Einrichtung ermöglicht eine optische Kohärenztomographie in dem ersten Umgebungsbereich 26 oder in einem Teil des ersten Umgebungsbereichs 26 und/oder in einem angrenzenden Raumbereich. Mittels optischer Kohärenztomographie kann ein dreidimensionales Bild nicht nur einer Oberflächen von Gewebe, sondern auch von unter dieser Oberfläche liegenden Strukturen erfasst werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das anhand der 2 dargestellte distale Ende 12 des Endoskops aus 1. Die Position der Schnittebene III-III der 3 ist in 2 angedeutet. Die Schnittebene III-III der 3 ist orthogonal zu der Längs- und Symmetrieachse 18 des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20.
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In 3 sind mehrere Bündel oder Stränge von Leitungen 30 in durchgezogenen Linien in einer ersten rotatorischen Position und in gestrichelten Linien in einer zweiten rotatorischen Position dargestellt.
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In ihren in durchgezogenen Linien dargestellten ersten rotatorischen Positionen schatten die Leitungen 30 in durchgezogenen Linien umrandete und schraffierte Teile 32 des ersten Umgebungsbereichs 30 ab. In dem von der ersten Abbildungseinrichtung, die die erste katadioptrische Linse 40 und die weitere Linse 50 umfasst, erzeugten und von dem ersten Bildsensor 54 erfassten Bild des ersten Umgebungsbereichs 26 sind die in durchgezogenen Linien dargestellten Teile 32 des ersten Umgebungsbereichs 26 von den Leitungen 30 verdeckt.
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In ihren in gestrichelten Linien dargestellten zweiten rotatorischen Positionen schatten die Leitungen 30 in gestrichelten Linien umrandete und schraffierte Teile 32 des ersten Umgebungsbereichs 30 ab. In dem von der ersten Abbildungseinrichtung 40, 50 erzeugten und von dem ersten Bildsensor 54 erfassten Bild des ersten Umgebungsbereichs 26 sind die in gestrichelten Linien dargestellten Teile 32 des ersten Umgebungsbereichs 26 von den Leitungen 30 verdeckt.
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Die in 3 bei den beiden dargestellten Positionen der Leitungen 30 abgeschatteten beziehungsweise verdeckten Teile 32 des ersten Umgebungsbereichs 26 überlappen einander nicht. Dies hat zur Folge, dass in einem bei der ersten Position erfassten Bild verdeckte Bereiche durch Bereiche aus dem bei der zweiten Position erfassten Bild substituiert werden können und umgekehrt. So können vollständige Bilder des ersten Umgebungsbereichs 26 erzeugt werden.
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Abhängig von der Ausgestaltung der optischen Kohärenztomographie-Einrichtung können auch in den von dieser erfassten Bildern Teile durch die Leitungen 30 abgeschattet oder verdeckt sein. Die oszillierende Rotation des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses oder zumindest der Leitungen 30 kann auch in den durch die optische Kohärenztomographie-Einrichtung erfassten Bildern eine Substitution verdeckter Bereiche und damit eine Rekonstruktion eines vollständigen Bilds ermöglichen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine weitere Ausführungsform des distalen Endes des Endoskops aus 1. Die in 4 gezeigte Ausführungsform ähnelt in einigen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen der anhand der 2 und 3 dargestellten Ausführungsform.
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Wie bei dem anhand der 2 und 3 dargestellten Ausführungsform sind auch bei der in 4 gezeigten Ausführungsform die Bildsensoren 54, 84 parallel zu einander und Rücken an Rücken angeordnet. Die in 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der anhand der 2 und 3 dargestellten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die lichtempfindlichen Schichten 56, 86 der Bildsensoren 54, 84 nicht orthogonal, sondern parallel zu der Längs- und Symmetrieachse 18 des distalen Endbereichs 22 angeordnet sind. Licht reflektierende Flächen 52, 82 reflektieren aus den Abbildungseinrichtungen 40, 50, 80 austretendes Licht zu den Bildsensoren 54, 84. Die Licht reflektierenden Flächen 52, 82 können wie in 4 angedeutet an Prismen vorgesehen sein, beispielsweise als totalreflektierende Flächen. Die Licht reflektierenden Flächen 52, 82 können wie in 4 angedeutet eben oder abweichend von der Darstellung in 4 gekrümmt sein.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine weitere Ausführungsform des distalen Endes des Endoskops aus 1. Die in 5 gezeigte Ausführungsform ähnelt in einigen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen den anhand der 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen.
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Wie bei den anhand der 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen sind zwei Bildsensoren 54, 84 und zwei Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80, die jeweils ein Bild in einem der Bildsensoren 54, 84 erzeugen, vorgesehen. Die in 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von den anhand der 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen insbesondere dadurch, dass beide Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 gleich oder ähnlich ausgebildet sind.
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Beide Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 sind spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene orthogonal zu der Längs- und Symmetrieachse 18 des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 angeordnet. Beide Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 sind jeweils rotationssymmetrisch zu der Längs- und Symmetrieachse 18 des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 ausgebildet. Beide Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 umfassen jeweils eine katadioptrische Linse 40, 70 und eine weitere Linse 50, 80. Die katadioptrische Linse 40 der ersten Abbildungseinrichtung weist einen Körper aus Glas oder einem anderen optisch transparenten Material mit einer ringförmigen und gekrümmten Lichteintrittsfläche 42, einem ringförmigen und gekrümmten ersten reflektierenden Oberflächenbereich 44, einem ringförmigen und gekrümmten zweiten reflektierenden Oberflächenbereich 46 und einer gekrümmten und einfach zusammenhängenden Lichtaustrittsfläche 48 auf. Die katadioptrische Linse 70 der zweiten Abbildungseinrichtung weist einen Körper aus Glas oder einem anderen optisch transparenten Material mit einer ringförmigen und gekrümmten Lichteintrittsfläche 72, einem ringförmigen und gekrümmten ersten reflektierenden Oberflächenbereich 74, einem ringförmigen und gekrümmten zweiten reflektierenden Oberflächenbereich 76 und einer gekrümmten und einfach zusammenhängenden Lichtaustrittsfläche 78 auf.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform sind der von der ersten Abbildungseinrichtung 40, 50 abgebildete erste Umgebungsbereich und der von der zweiten Abbildungseinrichtung 70, 80 abgebildete zweite Umgebungsbereich nicht identisch, überlappen einander aber.
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Soweit die Umgebungsbereiche einander überlappen, ermöglicht die in 5 gezeigte Ausführungsform eine Erfassung eines Stereobilds aus einem von der ersten Abbildungseinrichtung 40, 50 erzeugten und von dem ersten Bildsensor 54 erfassten Bild und einem von der zweiten Abbildungseinrichtung 70, 80 erzeugten und von dem zweiten Bildsensor 84 erfassten Bild. Beispielsweise werden das von dem ersten Bildsensor 54 erfasste Bild dem rechten Auge und das von dem zweiten Bildsensor 84 erfasste Bild dem linken Auge eines Betrachters präsentiert.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Bildverarbeitungseinrichtung, insbesondere ein Bildverarbeitungsprozessor, bei in beiden Bildern erkennbaren Strukturen durch Triangulation die Abstände dieser Strukturen bestimmen. So können aus den beiden Bildern Daten über die räumliche Gestalt von Objekten, insbesondere von Oberflächen von Objekten in dem ersten Umgebungsbereich gewonnen werden. Deshalb weist die in 5 gezeigte Ausführungsform weder eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters auf Objekte noch eine optische Kohärenztomographie-Einrichtung auf. Alternativ und abweichend von der Darstellung in 5 kann jedoch eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters und/oder eine optische Kohärenztomographie-Einrichtung vorgesehen sein.
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Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist ein einziger optisch transparenter und kreisringförmiger Fensterbereich 24 vorgesehen, durch den Licht zu beiden Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 gelangt. Alternativ und abweichend von der Darstellung in 5 können zwei separate optisch transparente und kreisringförmige Fensterbereiche 24, 64 vorgesehen sein.
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Zwischen den beiden katadioptrischen Linsen 40, 70 ist eine Lichtquelle 28 angedeutet, die Beleuchtungslicht und/oder Anregungslicht zur Anregung von Fluoreszenz emittiert. Von der Lichtquelle 28 erzeugtes Beleuchtungslicht und/oder Anregungslicht tritt durch den optisch transparenten Fensterbereich 24 des Gehäuses 20 aus diesem aus und fällt auf Objekte in den Umgebungsbereichen.
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Alternativ zu der Lichtquelle 28 oder zusätzlich zu dieser können weitere Einrichtungen zwischen den katadioptrischen Linsen 40, 70 angeordnet sein.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine weitere Ausführungsform des distalen Endes des Endoskops aus 1. Die in 6 gezeigte Ausführungsform ähnelt in einigen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen den anhand der 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen.
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Wie bei der anhand der 5 dargestellten Ausführungsform sind in dem distalen Endbereich 22 des Gehäuses 20 der in 6 gezeigten Ausführungsform zwei gleiche oder ähnliche Abbildungseinrichtungen aus jeweils einer katadioptrischen Linse 40, 70 und einer weiteren Linse 50, 80 vorgesehen. Abweichend von der anhand der 5 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 nicht spiegelsymmetrisch angeordnet. Vielmehr sind bei beiden Abbildungseinrichtungen jeweils die katadioptrische Linse 40, 70 distal der weiteren Linse 50, 80 und die weitere Linse 50, 80 distal des Bildsensors 54, 84 angeordnet.
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Abweichend von der Darstellung in 6 können bei beiden Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 umgekehrt angeordnet sein, so dass jeweils die katadioptrische Linse 40, 70 proximal der weiteren Linse 50, 80 und die weitere Linse 50, 80 proximal des Bildsensors 54, 84 angeordnet sind.
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Alternativ und ebenfalls abweichend von der Darstellung in 6 können die Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 spiegelsymmetrisch und die Bildsensoren 54, 84 zwischen den Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 angeordnet sein. In diesem Fall wären bei der ersten Abbildungseinrichtung die katadioptrische Linse 40 proximal der weiteren Linse 50 und die weitere Linse 50 proximal des ersten Bildsensors 54 und bei der zweiten Abbildungseinrichtung die katadioptrische Linse 70 distal der weiteren Linse 80 und die weitere Linse 80 distal des zweiten Bildsensors 84 angeordnet. In diesem Fall können die Bildsensoren 54, 84 und eine oder mehrere Lichtquellen 28 zwischen den Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 angeordnet und beispielsweise an einer Platine oder in einer kompakten Baugruppe integriert sein.
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Abweichend von der anhand der 5 dargestellten Ausführungsform sind ferner bei der in 6 gezeigten Ausführungsform zwei optisch transparente und jeweils kreisringförmige Fensterbereiche 24, 64 vorgesehen. Durch einen ersten optisch transparenten Fensterbereich 24 fällt Licht in die erste Abbildungseinrichtung 40, 50, durch einen nach proximal versetzten zweiten optisch transparenten Fensterbereich 64 fällt Licht in die zweite Abbildungseinrichtung 70, 80.
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Abweichend von der Darstellung in 6 kann lediglich ein einziger kreisringförmiger und entsprechend breiter Fensterbereich vorgesehen sein.
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Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform verlaufen die Leitungen 30 nicht durchgehend gerade. Die Leitungen 30 weisen zwei gerade und zu der Längs- und Symmetrieachse 18 parallele Abschnitte auf, die jedoch in Richtung der Umfänge der katadioptrischen Linsen 40, 70 an verschiedenen Positionen angeordnet sind. Bei dem dargestellten Beispiel sind bezogen auf die Längs- und Symmetrieachse 18 die Position, in der die Leitungen 30 die erste katadioptrische Linse 40 passieren und die Position, in der die Leitungen 30 die zweite katadioptrische Linse 70 passieren, einander entgegengesetzt, also um einen Winkel von 180 Grad versetzt.
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Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform ist in dem Gehäuse 20 ferner eine Antriebseinrichtung 90 vorgesehen. Anders als bei den anhand der 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen ist die Antriebseinrichtung 90 jedoch nicht für eine Rotation, sondern für eine lineare Translationsbewegung des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 in einer Richtung parallel zu der Längs- und Symmetrieachse 18 vorgesehen. Das Gehäuse 20 weist proximal des distalen Endbereichs 22 einen ringförmigen elastischen Bereich 92 auf. Der ringförmige elastische Bereich 92 ermöglicht eine Dehnung und Stauchung des Gehäuses 20 proximal des distalen Endbereichs 22 und damit bei im übrigen ruhenden Endoskop eine translatorische Bewegung des distalen Endes 12 in Richtung parallel zu der Längs- und Symmetrieachse 18. Die Antriebseinrichtung 90 ist insbesondere für eine oszillierende Translation des distalen Endbereichs 22 mit allen darin angeordneten Einrichtungen vorgesehen und ausgebildet.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das anhand der 6 dargestellte distale Ende 12 des Endoskops aus 1. Die Position der Schnittebene VII-VII der 7 ist in 6 angedeutet. Die Schnittebene VII-VII der 7 ist orthogonal zu der Längs- und Symmetrieachse 18 des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20.
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In 7 sind die Position, in der die Leitungen 30 die erste katadioptrische Linse 40 passieren, in durchgezogener Linie und mit schraffiertem Querschnitt und die Position, in der die Leitungen 30 die zweite katadioptrische Linse 70 passieren, in gestrichelter Linie ohne schraffierten Querschnitt dargestellt. Der von den Leitungen 30 abgeschattete oder verdeckte Teil 32 des von der ersten Abbildungseinrichtung 40, 50 auf den ersten Bildsensor 54 abgebildeten ersten Umgebungsbereichs 26 ist in 7 in durchgezogenen Linien umrandet und schraffiert. Der von den Leitungen 30 abgeschattete oder verdeckte Teil 36 des von der zweiten Abbildungseinrichtung 70, 80 auf den zweiten Bildsensor 84 abgebildeten zweiten Umgebungsbereichs 66 ist in 7 in gestrichelten Linien umrandet und schraffiert.
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Der von den Leitungen 30 verdeckte Bereich 26 des ersten Umgebungsbereichs 26 und der von den Leitungen 30 verdeckte Bereich 66 des zweiten Umgebungsbereichs 66 sind in umfänglicher Richtung an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Deshalb kann in dem von dem ersten Bildsensor 54 erfassten Bild des ersten Umgebungsbereichs 26 der verdeckte Bereich 26 durch Bereiche aus dem von dem zweiten Bildsensor 85 erfassten Bild des zweiten Umgebungsbereichs 66 substituiert werden und umgekehrt soweit die Umgebungsbereiche 26, 66 einander überlappen. Wenn während einer Bewegung des distalen Endbereichs 22 des Gehäuses 20 parallel zu seiner Längs- und Symmetrieachse 18 von beiden Bildsensoren 54, 84 mehrere Bilder erfasst werden, können zu verschiedenen Zeitpunkten erfasste Bilder, die in gleichen oder ähnlichen Positionen der Bildsensoren erfasst sind, zur gegenseitigen Substitution verwendet werden.
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Dazu kann die in 6 dargestellte Antriebseinrichtung den distalen Endbereich 22 und die darin angeordneten Einrichtungen beispielsweise um die Strecke, um die die Abbildungseinrichtungen 40, 50, 70, 80 gegeneinander versetzt sind, parallel zu der Längs- und Symmetrieachse 18 bewegen. Dies ermöglicht, dass zu einem ersten Zeitpunkt mittels der ersten Abbildungseinrichtung 40, 50 und des ersten Bildsensors 54 ein erstes Bild und zu einem zweiten Zeitpunkt mittels der zweiten Abbildungseinrichtung 70, 80 ein zweites Bild des selben Umgebungsbereichs erfasst werden. Da in beiden Bildern unterschiedliche Teile 32, 36 des Umgebungsbereichs durch die Leitungen 30 verdeckt sind, können jeweils fehlende Bereiche in einem Bild durch Bereiche aus dem anderen Bild substituiert werden.
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Von einem Endoskop entsprechend einer der anhand der 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen können viele einzelne Bilder erfasst werden, die zusammen beispielsweise die gesamte innere Oberfläche eines Hohlorgans repräsentieren. Anhand der schematischen Darstellung in den 8 und 9 wird das Zusammenfügen von Bilddaten beschrieben.
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8 zeigt eine schematische Darstellung des distalen Endes 12 des Endoskops 10 in der anhand der 2 und 3 dargestellten Ausführungsform in einer röhrenförmigen Umgebung, beispielsweise einem röhrenförmigen Hohlorgan 140 einer Patientin oder eines Patienten. Idealisiert ist das distale Ende 12 des Endoskops 10 in der Mitte des Hohlorgans 140 und parallel zu diesem ausgerichtet dargestellt. Ein Pfeil deutet eine Bewegung des distalen Endes 12 des Endoskops 10 entlang des Hohlorgans 140 an. In durchgezogenen Linien sind die Position des distalen Endes des Endoskops 10 und der erste vorbestimmte Umgebungsbereich 26 zu einem ersten Zeitpunkt dargestellt, in gestrichelten Linien sind die Position des distalen Endes des Endoskops 10 und der erste vorbestimmte Umgebungsbereich 26 zu einem späteren, zweiten Zeitpunkt dargestellt.
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Der in durchgezogenen Linien dargestellte erste vorbestimmten Umgebungsbereich 26 zu dem ersten Zeitpunkt und der in gestrichelten Linien dargestellte zweite vorbestimmte Umgebungsbereich 26 zu dem zweiten Zeitpunkt sind verschieden, nämlich gegeneinander verschoben, aber überlappen.
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Anhand der schematischen Darstellung in 9 wird das Zusammenfügen von Bilddaten, die zu dem ersten Zeitpunkt und zu dem zweiten Zeitpunkt gewonnen wurden, beschrieben.
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In 9 ganz links sind das distale Ende des Endoskops 10 und das Hohlorgan 140 im Querschnitt dargestellt. Ganz links oben ist der Querschnitt mit dem ersten vorbestimmten Umgebungsbereich zu dem ersten Zeitpunkt dargestellt - angedeutet durch durchgezogene radiale Linien. Ganz links unten ist der Querschnitt mit dem ersten vorbestimmten Umgebungsbereich zu dem zweiten Zeitpunkt dargestellt - angedeutet durch gestrichelte radiale Linien.
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In 9 an zweiter Stelle von links ist das erfasste ringförmige Bild des ersten vorbestimmten Umgebungsbereichs dargestellt, und zwar oben in durchgezogenen Linien das zu dem ersten Zeitpunkt erfasste Bild und unten in gestrichelten Linien das zu dem zweiten Zeitpunkt erfasste Bild.
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In 9 an dritter Stelle von links ist das Zusammenfügen von Bilddaten dargestellt. Aus den Bilddaten, die das zu dem ersten Zeitpunkt erfasste und in durchgezogenen Linien dargestellte Bild repräsentieren, und den Bilddaten, die das zu dem zweiten Zeitpunkt erfasste und in gestrichelten Linien dargestellte Bild repräsentieren, werden Bilddaten erzeugt, die ein zusammengesetztes, größeres Bild, nämliche ein Bild eines größeren Bereichs repräsentieren. Dazu werden beispielsweise aus dem Bewegungssignal eines Bewegungssensors gewonnene oder berechnete Bewegungsdaten verwendet. Alternativ oder zusätzlich werden Objekte oder Strukturen, die in beiden zu verschiedenen Zeitpunkten erfassten Bildern sichtbar sind, identifiziert, um den Überlappbereich zu bestimmen.
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In 9 ganz rechts ist eine Darstellung des an sich ring- oder rohrförmigen Bilds in einer Ebene, beispielsweise an einem Bildschirm dargestellt. Das an sich ring- oder rohrförmige Bild ist längs aufgeschnitten und in eine Ebene abgerollt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Endoskop als Beispiel einer Endoskopie-Vorrichtung
- 12
- distales Ende des Endoskops 10
- 14
- Schaft des Endoskops 10
- 16
- proximales Ende des Endoskops 10
- 18
- Symmetrieachse
- 20
- Gehäuse des Schafts 14
- 22
- distaler Endbereich des Gehäuses 20
- 24
- erster optisch transparenter Fensterbereich des Gehäuses 20
- 26
- erster vorbestimmter Umgebungsbereich des distalen Endbereichs 22
- 28
- erste Lichtquelle des Endoskops 10
- 30
- Leitung zum Übertragen elektrischer Leistung und/oder eines Bildsignals
- 32
- von der Leitung 30 abgeschatteter Teil des ersten Umgebungsbereichs 26
- 36
- von der Leitung 30 abgeschatteter Teil des zweiten Umgebungsbereichs 66
- 40
- (erste) katadioptrische Linse einer ersten Abbildungseinrichtung
- 42
- gekrümmte Lichteintrittsfläche der (ersten) katadioptrischen Linse 40
- 44
- erster reflektierender Oberflächenbereich der (ersten) katadioptrischen Linse 40
- 46
- zweiter reflektierender Oberflächenbereich der (ersten) katadioptrischen Linse 40
- 48
- Lichtaustrittsfläche der (ersten) katadioptrischen Linse 40
- 50
- weitere Linse der ersten Abbildungseinrichtung
- 52
- reflektierende Fläche
- 54
- erster Bildsensor des Endoskops 10
- 56
- lichtempfindliche Schicht des ersten Bildsensors 50
- 58
- Platine
- 64
- zweiter optisch transparenter Fensterbereich des Gehäuses 20
- 66
- zweiter vorbestimmter Umgebungsbereich des distalen Endbereichs 22
- 68
- zweite Lichtquelle des Endoskops 10
- 70
- zweite katadioptrische Linse einer zweiten Abbildungseinrichtung
- 72
- gekrümmte Lichteintrittsfläche der zweiten katadioptrischen Linse 70
- 74
- erster reflektierender Oberflächenbereich der zweiten katadioptrischen Linse 70
- 76
- zweiter reflektierender Oberflächenbereich der zweiten katadioptrischen Linse 70
- 78
- Lichtaustrittsfläche der zweiten katadioptrischen Linse 70
- 80
- (weitere) Linse der zweiten Abbildungseinrichtung
- 82
- reflektierende Fläche
- 84
- zweiter Bildsensor des Endoskops 10
- 86
- lichtempfindliche Schicht des zweiten Bildsensors 84
- 90
- Antriebseinrichtung zum Bewegen des distalen Endbereichs 22
- 92
- elastischer Bereich des Gehäuses 20
- 94
- Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Lichtmusters auf Objekte in dem ersten Umgebungsbereich 26
- 96
- optische Kohärenztomographie-Einrichtung
- 140
- Hohlorgan
