DE102005018047A1

DE102005018047A1 - Autoklavierbare Videokamera für ein Endoskop

Info

Publication number: DE102005018047A1
Application number: DE102005018047A
Authority: DE
Inventors: Gregory Stamford Konstorum; Tai Lin Fan; Lawrence James Sudbury St. George
Original assignee: ACMI CORP SOUTHBOROUGH; ACMI Corp
Current assignee: Gyrus ACMI Inc
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2005-11-17
Also published as: JP2005319291A; US7852371B2; US20050267329A1

Abstract

Sterilisierbare elektronische Videokameras für ein Endoskop werden bereitgestellt. Die elektronische Videokamera umfasst eine Einfassung, eine Linsenzelle, einen Linsenzellenhalter, einen Bildsensor, ein motorbetriebenes Fokussiersystem und eine Schaltersteuerung. Die Einfassung umfasst ein Gehäuse und eine Abdeckung, wobei das Gehäuse einen Hohlraum aufweist. In der Abdeckung ist ein Fenster angeordnet, wobei das Gehäuse und die Abdeckung zur hermetischen Abdichtung eingerichtet sind. Die Linsenzelle ist verschiebbar in dem Linsenzellenhalter angeordnet. Der Bildsensor steht in optischer Verbindung mit der Linsenzelle und dem Fenster. Das motorbetriebene Fokussiersystem ist dazu eingerichtet, die Linsenzelle in Bezug auf den Linsenzellenhalter, von dem Schalter gesteuert, axial reziprok zu bewegen. Die Schaltersteuerung wird extern der Einfassung aktiviert und hermetisch mit ihr abgedichtet. Die Linsenzelle, der Linsenzellenhalter, der Bildsensor und das motorbetriebene Fokussiersystem werden als ein Aufbau mit der Abdeckung gekoppelt und innerhalb des Hohlraums angeordnet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen medizinische Endoskope und insbesondere sterilisierbare elektronische Videokameras für ein Endoskop.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Endoskope sind medizinische Vorrichtungen, die zum Erhalt externer Bilder von Organen und Strukturen in einem Menschen oder Tier verwandt werden. Ohne den Begriff „Endoskop" einzuschränken, sind in ihm Arthroskope, Kolonoskope, Bronchoskope, Hysteroskope, Zystoskope, Sigmoidoskope, Laparoskope und Urethraskope enthalten.

Üblicherweise umfassen Endoskope einen Einführungsabschnitt in Form eines Hohlschaftes, der für die Einführung durch eine Körperöffnung oder kleinen Einschnitt in die innere Körperhöhle konzipiert wird. Eine Objektivlinseneinheit mit einer oder mehreren Linsen wird innerhalb des Schafts an seinem distalen (vorderen) Ende angebracht. Die Objektivlinseneinheit formt ein Bild des betrachteten Bereichs, z.B. des „Ziels". Das auf diese Weise erhaltene Bild des Ziels wird daraufhin an eine optische Betrachtungsvorrichtung oder an eine elektronische Abbildungsvorrichtung übermittelt. Der Hohlschaft kann, braucht aber nicht, einen optischen Bildübermittlungsapparat, z.B. eine Relais-Linse, für die Anwendung des Bildes auf einer optischen Betrachtungsvorrichtung oder der elektronischen Abbildungsvorrichtung enthalten.

Ein herkömmliches optisches Endoskop stellt eine optische Betrachtungsfähigkeit in Form einer Okulareinheit bereit, die am proximalen (hinteren) Ende des Schafts befestigt ist. Die Okulareinheit ist nominell auf Unendlichkeit fokussiert, zum direkten Betrachten des Bildes durch den Chirurgen. Insbesondere ist die Objektivlinseneinheit eines herkömmlichen Endoskops dazu konzipiert, ein fokussiertes Bild eines Objekts oder anderen Ziels in einem vorbestimmten Zielabstand davon zu bilden. Dieser vorbestimmte Objektabstand ist die Position des Objekts in Bezug auf die Objektivlinseneinheit, von der der Hersteller annimmt, daß der Chirurg diese am häufigsten benötigt. Weiterhin wird das gesamte optische System eines herkömmlichen optischen Endoskops konzipiert, damit das aus dem Okular austretende Bild kollimiert wird, d.h. nominell auf Unendlichkeit fokussiert wird. Die Kornea des Chirurgenauges fokussiert den eingestellten Bildstrahl beim direkten Betrachten des Bildes durch den Chirurgen auf die Retina des Chirurgenauges.

Eine weitere Art von Endoskopen sind Endoskope mit integriertem Video, die eine Videokamera beinhalten. Im folgenden wird der Begriff „Videokamera" verwandt, um eine elektronische Halbleiterabbildungsvorrichtung, wie, aber nicht darauf beschränkt, Abbildungsvorrichtungen mit Ladungsträgergekoppelter Schaltung (CCD) und komplementäre Metalloxid-Halbleiter (CMOS), zu bezeichnen. In einigen Endoskopen mit integriertem Video wird die Halbleiterabbildungsvorrichtung innerhalb des hohlen Endoskopschafts angebracht oder in einem Gehäuse, welches an dem proximalen Ende des Schafts angebracht wird. Die elektronische Abbildungsvorrichtung produziert Signale, welche die von der Objektivlinseneinheit empfangenen Bilder darstellen. Diese Signale werden dann zum Erstellen eines Videosignals verarbeitet, das dazu verwandt wird, beispielsweise eine Videowiedergabe auf einem herkömmlichen Fernsehbildschirm oder einer kopfverbundenen Videowiedergabeeinheit hervorzubringen. In diesem Zusammenhang sollte angemerkt werden, daß die Kamera zusätzlich zur elektronischen Abbildungsvorrichtung eine oder mehrere Schaltungen zum Steuern der elektronischen Abbildungsvorrichtungstätigkeit und Verarbeiten der Ausgabesignale der elektronischen Abbildungsvorrichtung enthalten kann.

Ein herkömmliches optisches Endoskop kann in ein Videoendoskop durch Anschließen einer Videokamera an das Endoskop an einer Position zum Empfangen des Bildes, welches durch die Okulareinheit umgewandelt werden (der hierin verwendete Begriff „Videokamera" bezeichnet ein Gehäuse, das eine Videokamera enthält und so eingerichtet ist, daß sie direkt oder mittels eines Endoskopkopplers mit dem Endoskop verbunden werden kann). Die Videokamera kann mit vielen verschiedenen Endoskopen verwandt werden, wodurch sie erhebliche Kostenersparnisse im Gegensatz zu der Alternative eines Endoskops für jegliche Art von chirurgischen Eingriffen mit integriertem Video bereitstellt. Weil das Austrittsbild aus der herkömmlichen Okulareinheit im allgemeinen kollimiert ist und der Zielabstand bei der Betätigung des Endoskops durch den Chirurgen verändert wird, ist es jedoch wünschenswert, eine Fokussiervorrichtung zwischen der Videokamera und dem herkömmlichen optischen Endoskop zu schaffen, um das durch die Okulareinheit durchtretende Bild fokussieren zu können, und eine große Auswahl von Objektabständen aufzunehmen. Die Verwendung einer solchen Fokussiervorrichtung hat den Effekt einer Änderung der Vergrößerung und damit des Betrachtungsfeldes des Bildes zur Folge, während auf der Kamerabildebene das korrekt fokussierte Bild erhalten bleibt.

Bekannte Fokussierkoppler enthalten eine Fokussierlinsenzelle, die zur reziproken Bewegung innerhalb eines Kopplergehäuses angebracht ist, und ein manuell bewegbares Betätigungsmittel, welches außerhalb des Gehäuses angebracht wird und mechanisch oder magnetisch mit der Fokussierlinsenzelle zur Bewegung der Zelle gekoppelt ist, um das Bild auf der Bildebene der elektronischen Abbildungsvorrichtung einer Videokamera zu fokussieren.

Alle solchen extern bedienbaren Fokussierkoppler zur Verwendung mit herkömmlichen optischen Endoskopen sind durch etliche Nachteile gekennzeichnet. Beispielsweise in dem Maße, daß Fokussierkoppler extern bewegliche Elemente mit nah beieinander liegenden Justierungsflächen umfassen, wie z.B. manuell drehbare Fokussierungsringe, die Bereiche zwischen den nah beieinander liegenden Bereiche schaffen, in die Mikroorganismen eindringen können. Diese kleinen Bereiche erfordern Sterilisierung.

Der Gebrauch eines Fokussiersystems mit einer Linsenzelle ist insbesondere im Falle von dampfsterilisierbaren elektronischen Videoendoskopen schwierig, da das abgedichtete Gehäuse den direkten Kontakt mit dem Fokussiersystem ausschließt. Ein bekanntes Verfahren zur Fokussierungssteuerung beinhaltet eine drehbare Manschette mit Permanentmagneten die magnetisch mit dem komplementären Permanentmagneten auf dem Fokussiersystem innerhalb des Gehäuses gekoppelt sind. Durch die Magnetkupplung kann der Anwender die Linsenzelle in Bezug auf den Bildsensor bewegen, indem er den externen Fokussierring dreht. Da durch die Magnetkupplung keine Verletzung des Gehäuses entsteht, bleibt die Abdichtung bestehen. Dennoch hat dieses System Nachteile. Beispielsweise ist ein Magnetkupplungssystem sperrig, die Fokussierungspräzision kann nur schwerlich aufrechterhalten werden und der Fokussierring erfordert Sterilisierung.

Es sind elektronische dampfsterilisierbare Videoendoskope bekannt, in denen ein Bildsensor und eine Linsenzelle in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse unter Verwendung von O-Ringen untergebracht sind, die wiederum unter der wiederholten Hitze- bzw. Dampfsterilisation leiden. Die O-Ringe versagen mit der Zeit und verlieren ihre hermetische Abdichtung.

Es wird im Stand der Technik eine Videokamera für ein Endoskop gebraucht, die hermetisch abgedichtet ist, eine Dampfsterilisation gestattet und gleichzeitig einen verläßlichen Fokussiermechanismus aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Videokamera für ein Endoskop mit einer Einfassung, einer Linsenzelle, einem Linsenzellenhalter, einem Bildsensor, einem motorbetriebenen Fokussiersystem und Schaltersteuerung soll geschaffen werden. Die Einfassung enthält ein Gehäuse und eine Abdeckung, wobei das Gehäuse einen Hohlraum aufweist. Das Gehäuse umfaßt ein Fenster, wobei Gehäuse und Abdeckung für eine hermetische Abdichtung eingerichtet sind. Die Linsenzelle weist mindestens eine Linse auf, wobei die Linsenzelle verschiebbar im Linsenzellenhalter angeordnet ist. Der Bildsensor befindet sich in optischer Verbindung mit der Linsenzelle und dem Fenster. Das motorbetriebene Fokussiersystem ist dazu eingerichtet, die Linsenzelle in Bezug auf den Linsenzellenhalter axial reziprok von der Schaltersteuerung gesteuert zu bewegen. Die Schaltersteuerung wird extern an der Einfassung betätigt und ist hermetisch mit ihr abdichtet. Die Linsenzelle, der Linsenzellenhalter, der Bildsensor und das motorbetriebene Fokussiersystem werden als ein Aufbau mit der Abdeckung gekoppelt und innerhalb des Hohlraums angeordnet.

Der Hohlraum wird durch eine einzelne Achsenbohrung gebildet, wobei der Linsenzellenhalter, die Linsenzelle, der Bildsensor und das motorbetriebene Fokussiersystem so eingerichtet werden, daß sie innerhalb der Achsenbohrung angeordnet sind.

Das Gehäuse weist ein proximales geschlossenes Gehäuseende und ein distales offenes Gehäuseende auf. Die Abdeckung weist eine innere Abdeckungsseite und eine äußere Abdeckungsseite auf. Die äußere Abdeckungsseite beschreibt eine abgestufte Ringöffnung. Das Fenster ist optisch transparent. Die Abdeckungsaußenseite ist dazu vorgesehen, optisch und mechanisch an ein Endoskop gekoppelt zu werden.

Das proximale Gehäuseende enthält einen Kabelstecker, der hermetisch an das Gehäuse gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, in seinem Inneren eine elektrische Verbindung zu gestatten. In dem Hohlraum direkt neben dem proximalen Gehäuseende stehen elektronische Stecker in elektrischer Verbindung mit dem Kabelstecker, wobei das motorbetriebene Fokussiersystem und der Bildsensor in elektrischer Verbindung mit den elektronischen Steckern stehen.

Das motorbetriebene Fokussiersystem umfaßt einen Motor und zugehörige Antriebskomponenten. Der Motor ist mit dem Linsenzellenhalter gekoppelt und dazu eingerichtet, die Linsenzelle innerhalb des Linsenzellenhalters geradlinig zu übertragen.

In einer Ausführungsform enthalten die zugehörigen Antriebskomponenten ein Zahnrad, welches auf der Motorantriebswelle, die sich vom Motor erstreckt, angeordnet ist. Die Linsenzelle umfaßt eine Zahnstange mit einer Reihe von Stangenzähnen, die geeignet sind, sich zusammen mit dem Zahnrad zu verzahnen. Die Stangenzähne sind dafür eingerichtet, eng in die Zahnradzähne einzugreifen, so daß die Drehung des Zahnrads eine Längsbewegung der Linsenzelle innerhalb des Linsenzellenhalters in axialer Ausrichtung zu der optischen Achse und mit einem Minimum an Hysterese bzw. Spiel hervorruft.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Linsenzelle des weiteren einen davon abhängigen Keil und der Linsenzellenhalter umfaßt des weiteren eine Keilnut. Der Keil wird so eingerichtet, daß er mit der Keilnut zur Beibehaltung der Drehausrichtung der Linsenzelle in Bezug auf den Linsenzellenhalter und zur Einschränkung des Längsbewegungsbereichs darin zusammenarbeitet.

Die Schaltersteuerung umfaßt eine Tastatur mit einem Tasten- und einem Sensorschalter zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises, wobei die Tastatur so ausgebildet ist, daß sie ein dampfsterilisierbare hermetische Abdichtung zwischen dem Tastenschalter und dem Sensorschalter aufweist.

In einer Ausführungsform umfaßt die Tastatur eine optische Kopplung zwischen Tastenschalter und Sensorschalter.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Tastatur eine magnetische Kopplung zwischen Tastenschalter und Sensorschalter.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Tastatur eine mechanische Kopplung zwischen Tastenschalter und Sensorschalter.

Eine Ausführungsform einer Tastatur zum Aufrechterhalten einer hermetischen Abdichtung mit einem Gehäuse umfaßt ein Mittel zum Fühlen von Fingerbewegung und ein Mittel zum Umwan deln dieser Bewegung in ein elektrisches Signal, das intern an das Gehäuse gesandt wird. Die Tastatur umfaßt eine Vielzahl von Schaltersensoren, die an das Gehäuse gekoppelt sind, wobei die Sensoren mit einer Sperre bedeckt sind, die hermetisch mit dem Gehäuse abgedichtet ist.

In einer weiteren Ausführungsform einer Tastatur zum Aufrechterhalten einer hermetischen Abdichtung mit einem Gehäuse enthalten die Schaltersensoren eine MDK-Tastatur (multiple dome keypad) und elektrische Tastaturverbindungen. Die MDK-Tastatur umfaßt eine Vielzahl von flexiblen Membranelementen, welche drucksensibel sind und auf Fingerdruck mit Schließen eines elektrischen Schalters reagieren. Die MDK-Tastatur wird an das Gehäuse gekoppelt und durch eine flexible Membransperre hermetisch mit diesem abgedichtet. Die flexible Membransperre ist so eingerichtet, daß der Fingerdruck die flexible Membransperre verformen kann, um einen Kontakt mit Druckknöpfen zu ermöglichen. Die elektrischen Schalter werden mit der zugehörigen Elektronik, die das motorbetriebene Fokussiersystem und den Bildsensor steuert, gekoppelt.

Das Gehäuse umfaßt eine Gehäuseöffnung, die vorgesehen ist, die Tastatur aufzunehmen, wobei die Öffnung eine erste Abstufung, eine zweite Abstufung und eine dritte Abstufung mit abnehmenden Größen aufweist. Die Tastatur umfaßt eine Vielzahl von Schaltersensoren, die innerhalb einer Sensorblende angebracht sind. Die Sensorblende weist eine Außenkante auf, die mit der dritten Abstufung gekoppelt werden kann, wobei die Tastatur weiterhin eine Sperre umfaßt, die dazu vorgesehen ist, eine hermetische Abdichtung mit der zweiten, die Sensoren bedeckende, Abstufung bereitzustellen. Die Tastatur umfaßt weiterhin eine flexible Membran, die zum Anschluß mit der ersten Abstufung und zum Schaffen eines Anschlusses für eine Vielzahl von Zielen, die in gegenseitiger Ausrichtung zu den Sensoren stehen, vorgesehen ist. Die flexible Membran umfaßt weiterhin eine erhöhte Kante, die ungefähr an dem Umfang der flexiblen Membran angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, eine Kantendichtung bereitzustellen. Die Tastatur umfaßt weiterhin eine äußere Blende, die dazu eingerichtet ist, über der flexible Membran angebracht zu werden, wobei sie abgedichtet an dieser anliegt und an das Gehäuse gekoppelt ist. Die äußere Blende ist dafür eingerichtet, die erhöhte Kante der flexiblen Membran für eine fluidundurchlässige Abdichtung zusammenzudrücken. Die äußere Blende ist mit einer Öffnung versehen, die mit jedem einzelnen der Ziele zugeordnet ist.

In einer Ausführungsform der Tastatur ist der Sensor ein optisch reflektierender Sensorschalter, der auf eine optische Eingabe reagiert, wobei die Sperre aus transparentem Material und das Ziel aus einem reflektierenden Material gebildet ist, wobei der Fingerdruck auf der flexiblen Membran die Position des Ziels verändert, was eine Veränderung der optischen Kopplung zwischen Ziel und Sensor zur Folge hat. Der Sensor reagiert auf die Änderung der optischen Kopplung durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.

In einer weiteren Ausführungsform der Tastatur ist der Sensor ein auf Magnetfluß reagierender Schalter, der auf eine Änderung des Magnetflusses reagiert. Die Sperre ist aus nicht magnetischem Material gebildet und das Ziel ist ein Magnet, wobei ein Druck auf die flexible Membran die Position des Magnets verändert, was eine Veränderung Magnetflusses an dem Sensor zur Folge hat. Der Sensor reagiert auf die Änderung des Magnetflusses durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.

In einer weiteren Ausführungsform der Tastatur ist der Sensor eine kapazitive Sensorschaltung, die auf eine Änderung der Kapazität reagiert. Die Sperre ist aus einem polymeren nicht leitenden Material gebildet. Das Ziel ist ein elektrisch leitendes Metall, welches dazu eingerichtet ist, Änderungen in der Kapazität an der kapazitiven Sensorschaltung zu messen. Die kapazitive Sensorschaltung reagiert auf die Änderung der Kapazität durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.

In einer weiteren Ausführungsform der Tastatur ist der Sensor ein drucksensibler Sensor, der auf Druck reagiert. Die Sperre ist eine dünne Platte, die sich bei Druck biegt. Das Ziel ist eine Drucktaste, wobei der Druck die dünne Platte biegt, um Druck auf dem drucksensiblen Sensor zu ermöglichen. Der Sensor reagiert auf die Änderung des Drucks durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Endoskopsystems mit einer Videokamera und einem Endoskop gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Videokamera gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Querschnittsendansicht der Ausführungsform aus 2;
4 ist eine Querschnittsdraufsicht auf die Ausführungsform aus 2;
5 ist eine Querschnittsendansicht der Ausführungsform aus 4;
6 ist eine Querschnittsansicht einer hermetisch abgedichteten Tastatur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
7 ist eine Querschnittsansicht einer Tastatur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine dampfsterilisierbare elektronische Videokamera für ein Endoskop wird bereitgestellt, wobei ein Bildsensor, eine Linsenzelle und ein motorbetriebenes Fokussiersystem in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse enthalten sind, welches wiederum nicht nachteilig durch Hitze- oder Dampfsterilisation beeinträchtigt wird. Auf ähnliche Weise ist die zugehörige Elektronik in dem Gehäuse angeordnet und wird aus hitzebeständigem Material gebildet. Die Inbetriebnahme eines elektrischen Motors des Fokussierungssystems geschieht mittels einer Tastatur auf dem Gehäuse, welche die Befehle des Anwenders übermittelt und eine hermetische Abdichtung enthält, die dazu eingerichtet ist, sich wiederholenden Sterilisierungen im Autoklaven zu widerstehen.
1–5 sind perspektivische Ansichten bzw. Querschnittsansichten einer Endoskopvideokamera 4, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Endoskopvideokamera 4 weist eine Kopplung für einen Strahlengang, der von einem herkömmlichen optischen Endoskop 6 ausgeht auf, wie weiter unten genauer beschrieben wird.
Die Endoskopvideokamera 4 umfaßt eine Einfassung 10, eine Linsenzelle 20, einen Bildsensor 40, zugehörige Elektronik 42, ein motorbetriebenes Fokussiersystem 30, eine Schaltersteuerung 54, eine Abdeckung 15 und einen Kabelstecker 44. Die Einfassung 10 umfaßt ein Gehäuse 11 und eine Abdeckung 15. Das Gehäuse 11 umfaßt einen tiefen Hohlraum 12 mit einem proximalen geschlossenen Gehäuseende 13 und einem distalen geöffneten Gehäuseende 14. Der Hohlraum 12 enthält die Linsenzelle 20, den Linsenzellenhalter 21, den Bildsensor 40, die zugehörige Elektronik 42 und das motorbetriebene Fokussiersystem 30. Das distale Gehäuseende 14 ist dafür eingerichtet, mit der Abdeckung 15 verbunden zu werden und die Linsenzelle 20, den Linsenzellenhalter 21, den Bildsensor 40, die zugehörige Elektronik 42 und das motorbetriebene Fokussiersystem innerhalb des Hohlraums 12 hermetisch abzudichten.
Die Abdeckung 15 umfaßt eine innere Abdeckungsseite 16 und eine äußere Abdeckungsseite 17. Die äußere Abdeckungsseite 17 umfaßt eine Fensteröffnung 18 in Form einer abgestuften Ringöffnung in welcher ein Fenster 27 aus transparentem Material angeordnet ist. Das Fenster 27 kann aus jedem für einen bestimmten Zweck geeignetem Material sein, wie zum Beispiel, jedoch nicht beschränkt auf, Glas und Saphir. Bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Fenster 27 Saphir mit einer metallischen Einfassung zum Verschweißen mit der Übergangsöffnung 18, um eine hermetische Abdichtung mit der Abdeckung 15 zu bilden. In anderen Ausführungsformen wird das Fenster 27 durch Klebemittel an seinem Platz gesichert und bildet eine hermetische Abdichtung mit der Abdeckung 15. Das Fenster 27 oder ein Element des Linsensatzes 23 können auch ein Infrarot-(IR)-Filter umfassen.
Die äußere Abdeckungsseite 17 ist zur optischen und mechanischen Kopplung mit dem Endoskop 6 ausgebildet. In Bezug auf 1, 2 und 4 wird die äußere Abdeckungsseite 17 mit einem Koppler 19 geschaffen, der zur lösbaren Kopplung mit einem Okular 7 eines optischen Endoskops 6 eingerichtet ist. Wenn der Koppler 19 mit dem Endoskop 6 gekoppelt wird, werden die Zentralachsen der Linsenzelle 20 und des Bildsensoren 40 mit der optischen Achse des Endoskops 6 durch das Fenster 27 ausgerichtet.
Die Abdeckung 15 wird hermetisch mit dem distalen Gehäuseende 14 abgedichtet. Im Ausführungsbeispiel aus 2 wird eine abgestufte Verbindung 28 zwischen der Peripherie der Abdeckung 15 und dem distalen Gehäuseende 14 geschaffen, die zum Zusammenschweißen vorgesehen ist.
Die Abdeckungsinnenseite 16 ist zur Kopplung mit einer Baugruppe aus Linsenzellenhalter 21, Linsenzelle 20, Bildsensor 40, zugehörige Elektronik 42 und dem motorbetriebenen Fokussiersystem 30 vorgesehen. Dies ist vorteilhaft, weil der Strahlengang des Fensters 27, der Linsenzelle 20 und des Bildsensoren 40 vor der Anordnung im Gehäuse 11 ausgerichtet und verifiziert werden kann. Ebenso kann der Betrieb des motorbetriebenen Fokussiersystems 30 vor der Anordnung in dem Gehäuse 11 verifiziert werden. Weiterhin kann der Betrieb des Bildsensors 40 vor der Anordnung im Gehäuse 11 verifiziert werden.
Die Linsenzelle 20, der Linsenzellenhalter 21, der Bildsensor 40, die zugehörige Elektronik 42 und das motorbetriebene Fokussiersystem 30 werden als eine Einheit verbunden und als Einheit in den Hohlraum 12 eingeführt, wenn die Abdeckung 15 mit dem Gehäuse 11 verbunden wird. Diese Merkmalkombination ist auch vorteilhaft, weil sie die Entfernung des Linsenzellenhalters 21, der Linse 20, des Bildsensoren 40, der zugehörigen Elektronik 42 und dem motorbetriebenen Fokussiersystem 30 aus dem Gehäuse 11 durch Entfernen der Abdeckung 15 ermöglicht.
In einer Ausführungsform ist der Bildsensor 40 mittels eines Linsenzellenkopplers 22 an den Linsenzellenhalter 21 gekoppelt. Der Linsenzellenkoppler 22 stellt eine „Eingabe, Eindrücken und 90°-Drehung" – Verbindung zum Zusammenkoppeln bereit und stellt die Ausrichtung des optischen System 30, wie in 4 dargestellt, sicher.
Das proximale Ende des Gehäuses 11 enthält einen Kabelstecker 44 zum Bereitstellen einer Kopplung und eines hermetisch abgedichteten Durchgangs vom Hohlraum 12 zu einem elektrischen Kabel 46 (dargestellt in 1). Das Kabel 46 enthält Leiter zum Bedienen des Bildsensors 40 und Einholen der Ausgangssignale von dem Bildsensor 40 sowie ebenfalls Leiter zur Verkabelung des Antriebs für Motor 32 des motorbetriebenen Fokussiersystems 30.
Der Hohlraum 12 neben dem proximalen Gehäuseende 13 umfaßt elektronische Steckverbinder 48, die sich aber nicht auf Steckverbindungsbuchsen für gedruckte Schaltung beschränken und die in elektrischer Verbindung mit dem Kabelstecker 44 stehen. Die elektronischen Steckverbinder 48 sind zur elektrischen Kopplung mit komplementären Verbindern wie, aber nicht beschränkt auf, Steckverbinder für gedruckte Schaltung, die mit der zugehörigen Elektronik 42 des Bildsensors 40 und des motorbetriebenen Fokussiersystem 30 verknüpft werden.
Der Bildsensor 40 ist ein Halbleiter-Bildsensor. Solche Halbleiter-Bildsensoren umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Ladungsträger gekoppelte Schaltungen (CCD) und komplementäre Metalloxid-Halbleiter (CMOS) Abbildungsvorrichtungen, wie 2 und 4 schematisch zeigen. Der Bildsensor 40 erstellt ein elektrisches Signal, das das von der Linsenzelle 20 empfangene Bild darstellt. Diese Signale werden dann zum Erstellen von Videosignalen verarbeitet, die dazu verwandt werden, eine Videowiedergabe zu schaffen, wie zum Beispiel auf einem Fernsehbildschirm oder einer kopfverbundenen Videowiedergabeeinheit. In diesem Zusammenhang sollte angemerkt werden, daß zusätzlich zu dem Bildsensor 40 die Videokamera 4 einen oder mehrere Stromkreise zur Steuerung des Betriebs des Bildsensors 40 und zur Verarbeitung der vom Bildsensor 40 erstellten Ausgangssignale umfassen kann.
Die Linsenzelle 20 wird beweglich im Linsenzellenhalter 21 angeordnet. Den Abstand, den die Linsenzelle innerhalb des Linsenzellenhalters 21 übertragen kann, wird definiert als Bewegung der Linsenzelle 20. Die Linsenzelle ist im allgemeinen ein Hohlzylinder mit einem Linsensatz 23, der in der Linsenzelle 20 angeordnet und daran befestigt ist. In der Ausführungsform aus 2 und 4 umfaßt der Linsensatz 23 drei Linsen 24, deren optischen Achsen damit ausgerichtet sind. Es sollte angemerkt werden, daß Anzahl, Zusammensetzung und Abstand der Linsen 24 im Linsensatz 23 nicht entscheidend für die vorliegende Erfindung sind. Die Linsen 24 fokussieren das optische Bild vom Endoskop auf die Bildebene des Bildsensors 40 scharf, wie es unten beschrieben wird.
Wenn ein herkömmliches optisches Endoskop 6 an einen Koppler 19 einer endoskopischen Videokamera 4 wie oben beschrieben gekoppelt wird, und wenn das Endoskop 6 im nominalen (geplanten) Objektabstand angeordnet wird, wird das durch das proximale (hintere) Ende des Endoskops 6 geleitete Bild eingestellt sein; in welchem Fall die Linsen 24 zum Fokussieren des Bildes auf die Bildebene des Bildsensors 40 dienen, der im Hohlraum 12 enthalten ist und zu dem Strahlengang der Linsenzelle 20 ausgerichtet ist. Die Linsen 24 können so vorgesehen werden, daß das kollimierte Strahlenbündel (d.h. im Wesentlichen ins Unendliche fokussiert) vom Endoskop 6 scharf auf dem Bildsensor 40 fokussiert wird, sobald die Linsenzelle 20 sich ungefähr im gleichen Abstand zu den beiden entgegen gesetzten Enden der Linsenzellenbewegung befindet. Wenn das Endoskop 6 an einem etwas anderem Objektabstand angeordnet ist, wird das Bild vom Endoskop entweder konvergieren oder divergieren, entsprechend dem jeweiligen Objektabstand. Die Linsen 24 werden zum Fokussieren des Bildes aus dem Endoskop 6 auf die Bildebene des Bildsensors 40 über einen weiten Bereich von Objektabständen geformt. Da Vergrößerung und Betrachtungsfelder (die sich invers zueinander verhalten) vom Objektabstand abhängen, stellt die Videokamera 4 ein scharf fokussiertes Bild über einen weiten Bereich von Vergrößerungen und Betrachtungsfeldern bereit, die auf der Änderung des Objektabstands beruhen.
Die Linsenzelle 20 umfaßt weiterhin einen Keil 25 zum Kooperieren mit einer Keilnut 26 in dem Linsenzellenhalter 21, oder umgekehrt, zum Einstellen der Drehausrichtung der Linsenzelle 20 in Bezug auf den Linsenzellenhalter 21 und zum Begrenzen des geradlinigen Bewegungsbe reichs. In der Ausführungsform der 2–5 umfaßt die Linsenzelle 20 einen Keil 25 in Form eines Führungsstifts, der sich seitlich der Linsenzellenachse 20 erstreckt. Der Linsenzellenhalter 21 umfaßt eine Keilnut 26 in Form einer Führungsnut, die längs in Bezug auf die Linsenzellenhalterachse 26 verläuft. Der Keil 26 greift gleitend in die Keilnut 26 ein. Die Keilnut 26 steuert die Außenbegrenzung der geradlinigen Bewegung der Linsenzelle 20 innerhalb des Linsenzellenhalters 21. Des weiteren ist die Keilnut 26 zum Steuern der Drehausrichtung der Linsenzelle 20 mit dem Linsenzellenhalter 21 vorgesehen. In weiteren Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, kooperiert der Keil 25 mit den elektrischen Schaltern (nicht dargestellt) und stellt elektrische Signale bereit, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, das Auslösen eines Positionsindikators und zum Steuern des motorbetriebenen Fokussiersystems 30 sowie zum Verhindern, daß die Linsenzelle 20 über eine vorbestimmte Grenze des geradlinigen Fortschreitens hinaus schreitet.
Das motorbetriebene Fokussiersystem 30 umfaßt einen Motor 32 und zugehörige Antriebskomponenten 34, wie Getriebe oder dergleichen. Der Motor 32 wird mit dem Linsenzellenhalter 21 gekoppelt. In einer Ausführungsform wird der Motor 32 mit einem Zahnrad 38 versehen, das auf einer Antriebswelle (nicht dargestellt) angeordnet wird. Die Position, Durchmesser und Zähne des Zahnrades 38 sind so vorgesehen, daß die Zähne in die Außengewinde, Zahnstange 38 und dergleichen eingreifen, die auf der Linsenzelle 20 angeordnet sind. In der Ausführungsform der 3 wird die äußere Fläche der Linsenzelle 20 mit einer Zahnstange 38 versehen, die aus einer Serie von Stangenzähnen gebildet ist, die gemeinsam in die Radzähne des Zahnrades 38 eingreifen.
Die Stangenzähne greifen eng in die Radzähne ein, so daß die Drehung des Zahnrades 38 dazu führt, daß die Linsenzelle 20 sich längs innerhalb des Linsenzellenhalters 20 in Achsenausrichtung mit der optischen Achse und mit einem Minimum an Hysterese bzw. Spiel bewegt. Der gegenseitige Eingriff des Keils 25 in die Keilnut 26 verhindert die Drehung der Linsenzelle 20 in Bezug auf den Linsenzellenhalter 21 und gestattet ihr gleichzeitig, sich längs im Linsenzellenhalter 21 zu bewegen.
Es versteht sich, daß viele Antriebskomponentenanordnungen benutzt werden können, um die Kombination aus Zahnrad 38 und Zahnstange 38 effektiv zu ersetzen, und ist darauf nicht beschränkt. In einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schneckengetriebe mit der Antriebswelle des Motors 32 gekoppelt und in einen gegenseitigen Eingriff mit den Außengewinden auf der Linsenzelle 20 gebracht. Es versteht sich, daß, weil die Motorantriebskomponenten 34 mit dem vorbestimmten Getriebe mit den komplementären Radzähnen auf dem Linsenträger gekoppelt werden, wenn die Komponenten innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet werden, die Anordnung leichter wird und eine größere Auswahl an Getriebekomponenten zuläßt. In einem Beispiel, in dem das Schneckengetriebe auf der Antriebswelle angeordnet wird, kann das Schneckengetriebe mit der Zahnstange 38 auf der Linsenzelle 20 aus seitlicher Richtung in Eingriff gebracht werden. Und wenn ein Zahnrad auf der Antriebswelle angeordnet wird, kann das Zahnrad 38 mit der Zahnstange 38 auf der Linsenzelle 20 aus einer Längsrichtung in Eingriff gebracht werden.
Die Linsenzelle 20 kann selektiv in dem Linsenzellenhalter 21 in proximale oder distale Richtung in Bezug auf den Bildsensor 40 durch Betätigung des Motors 32 bewegt werden. Die Drehbewegung des Zahnrades 38 bei Betätigung des Motors 32 erfolgt durch die Zahnstangenzähne 38 und verursacht die Längsbewegung der Linsenzelle 20 im Linsenzellenhalter 21.
Der Motor 32 kann ein Gleichstrom- oder Wechselstrommotor sein. Der Motor 32 wird mit dem Linsenzellenhalter 21 durch eine Vielzahl von Schrauben (nicht dargestellt) gekoppelt, die in Schraubenlöcher (nicht dargestellt) des Linsenzellenhalters 21 geschraubt werden. Es können andere Mittel zum Koppeln des Motors 32 mit dem Linsenzellenhalter 21 verwandt werden. Elektrische Anschlüsse (nicht dargestellt) des Motors 32 werden mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) verbunden und mittels einer Schaltersteuerung 54 mit einer Tastatur gesteuert.
Die Tastatur 50 aktiviert den Motor 32 und veranlaßt diesen, die Linsenzelle 20 selektiv vorwärts oder rückwärts anzutreiben. In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei Schalter auf der Tastatur 50 bereitgestellt. Die Schalter werden mit dem Stromkreis für den Motor 32 verbunden, wobei ein erster Schalter im geschlossenen Zustand dazu dient, den Motor 32 in eine Vorwärtsbewegung anzutreiben und ein zweiter Schalter im geschlossenen Zustand dazu dient, den Motor 32 zur umgekehrten Bewegung anzutreiben. Zusätzliche Schaltungsmittel können in das Gehäuse 11 zum Zweck der manuellen Steuerung des Kamerabetriebkreises eingebaut werden. Spezielle Ausführungsformen von Schaltern werden weiter unten beschrieben.
Wie bereits angemerkt, kann der Motor 32 zum Drehen des Zahnrades 38 entweder in Richtung des Uhrzeigersinns oder entgegen des Uhrzeigersinnes betrieben werden und die Linsenzelle 20 dazu veranlassen, sich proximal hin zum Bildsensor 40 oder distal weg vom Bildsensor 40 zu bewegen. Es hat sich herausgestellt, daß eine Anlage mit einer Motorgeschwindigkeit und ein Übertragungsverhältnis, die eine Längsbewegung der Linsenzelle 20 in Bezug auf einen Linsenzellenhalter 21 von ungefähr 12 mm in ungefähr 3 Sekunden zur Folge haben, geeignet ist.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Tastatur 50, die eine hermetische Abdichtung mit dem Gehäuse 11 aufrecht erhält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Tastatur 50 umfaßt ein Mittel zum Fühlen von Fingerbewegung und eine Mittel zum Umwandeln dieser Bewegung in ein elektrisches Signal, das intern an das Gehäuse 11 gesandt wird.
In der Ausführungsform der 6 umfaßt die Tastatur eine Vielzahl von Schaltersensoren 55, die an das Gehäuse 11 gekoppelt sind, wobei die Schaltsensoren 55 von einer Sperre 68, die hermetisch mit dem Gehäuse 11 abgedichtet ist, bedeckt werden. Die Schaltersensoren 55 erkennen Fingerbewegung durch beliebige geeignete Mittel, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, mechanische, elektrische, chemische und optische Mittel. Die Schaltersensoren 55 erkennen die Bewegung des Bedienerfingers bzw. der Bedienerfinger und reagieren auf eine vorbestimmte Weise zum Steuern der zugehörigen Elektronik mit dem Bildsensor 40 und dem motorbetriebenen Fokussiersystem 30.
In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Schaltersensoren eine MDK-Tastatur und Tastaturstromschalter. Die MDK-Tastatur umfaßt eine Vielzahl von flexiblen Membranelementen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Druckknöpfe oder – blasen, die drucksensibel sind und auf Fingerdruck reagieren, um den Stromschalter zu schließen. Die MDK-Tastatur wird an dem Gehäuse angebracht und mit einer flexiblen Membransperre hermetisch damit abgedichtet. Die flexible Membransperre gestattet, daß sich die flexible Membransperre durch Fingerdruck verformt und den Kontakt mit den Druckknöpfen gestattet. Die Stromschalter werden mit der zugehörigen Elektronik gekoppelt, die das motorbetriebene Fokussiersystem und den Bildsensoren steuern.
Weitere Ausführungsformen zum Bereitstellen einer Bewegungskopplung oder -detektion beinhalten: optische Kopplung, Magnetkopplung, Kapazitätskopplung, Druckkopplung u.a. Im Wesentlichen sind alle mechanischen, elektrischen, optischen oder sogar chemischen Mittel, die fähig sind, den Zustand verschiedener Knöpfe (Schalter) zu unterscheiden, um eines oder eine Kombination von Keilen, die zum Aktivieren vorgesehen sind, zu erkennen, als Fingerbewegungserkennungsmittel geeignet und können zur Aktivierung der Schalter verwandt werden.
Sowohl optische Sensoren/Schalter und Hallsensoren/-schalter sind aktive Komponenten, die mit Energie versorgt werden müssen und aus diesem Grund Strom brauchen, um zu funktionieren. Reed-Magnetfühler/-schalter brauchen keine Stromversorgung und zapfen dementsprechend keinen Strom von der Energiequelle ab.
7 zeigt eine Querschnittsansicht der Tastatur 51, die eine hermetische Abdichtung mit Gehäuse 11 aufrecht erhält, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung wird durch Fingerberührung/-druck eines Sensorziels 60 herbeigeführt, wobei der Schaltersensor 55 das Sensorziel 60 durch eine Vielzahl von Mitteln durch die hermetische Sperre 61 fühlt, damit die Auslöseart des Schaltersensors 55 erkannt wird, umfassend, aber nicht beschränkt auf, sich Nähern, sich Entfernen, Schweben und Seitwärtsbewegung des Sensorziels 60. Die hermetische Sperre 61 kann in Form einer Membran, Platte, dünnen Wand, Glas oder anderem geeigneten Material für den jeweiligen Zweck vorliegen.
Eine Gehäuseöffnung 62 ist im Gehäuse 11 vorgesehen, um die Tastatur der 7 anzuschließen. Die Öffnung 62 bildet eine Folge von drei Abstufungen, eine erste Abstufung 63, eine zweite Abstufung 64 und eine dritte Abstufung 65, mit abnehmenden Größen, zur Aufnahme der Umfangskanten verschiedener unten beschriebener Komponenten.
Die Tastatur 51 umfaßt eine Vielzahl von Schaltersensoren 55, die innerhalb einer Sensorblende 66 angeordnet sind. Die Sensorblende 66 umfaßt eine Umfangskante 67 zum Koppeln mit der dritten Abstufung 65. Die Tastatur 51 umfaßt weiterhin eine Sperre 68 zum Bereitstellen einer hermetischen Abdichtung mit der zweiten Abstufung 64 zum Bedecken des Schaltersensors 55. Die Tastatur 51 umfaßt weiterhin eine flexible Membran 69 zum Koppeln mit der ersten Abstufung 63 und zum Bereitstellen eines Anschlusses für eine Vielzahl von Sensorzielen 60, die in gemeinsamer Ausrichtung mit dem Schaltersensor 55 angeordnet sind. Die flexible Membran 69 umfaßt weiterhin eine erhöhte Kante 70, die ungefähr an dem Umfang der flexiblen Membran 69 angeordnet ist und eine Kantendichtung bereitstellt. Die Tastatur 51 umfaßt weiterhin eine Außeneinfassung 71, die über der flexiblen Membran 69 in abgedichteter Verbindung damit angeordnet wird und an das Gehäuse 11 gekoppelt wird, wie beispielsweise durch, aber nicht beschränkt auf, Schweißen. Die Außeneinfassung 71 drückt die erhöhte Kante 70 der flexiblen Membran 69 zusammen zur flüssigkeitsundurchlässigen Verbindung mit ihr. Die Außeneinfassung 71 weist eine äußere Einfassungsöffnung 72 in Verbindung mit den einzelnen Sensorzielen 60 auf.
Die folgende Erläuterung beschreibt verschiedene Sensoren, Sperren, Ziele und Bedienungsweisen derselben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schaltersensor ein optisch reflektierender Sensorschalter, der auf eine optische Eingabe reagiert. Die Sperre ist aus transparentem Material gebildet, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Glas, Saphir und klarer Kunststoff. Das Sensorziel ist ein reflektierendes Material, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, spiegelndes oder glattes Metall. Der Fingerdruck auf die flexible Membran verändert die Position des Sensorziels, was zu einer Veränderung der optischen Kopplung zwischen Sensorziel und Schaltersensor zur Folge hat. Der Schaltersensor reagiert auf die Änderung der optischen Kopplung durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schaltersensor ein auf Magnetfluß reagierender Schalter wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, ein Reedschalter und ein Hall-Schalter, die auf eine Änderung im Magnetfluß reagieren. Die Sperre ist aus nicht magnetischem Material gebildet wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Aluminium, Titanium, Magnesium, rostfreier Stahl der Serie 300, Glas, Saphir und Kunststoff. Das Sensorziel ist ein Magnet. Fingerdruck auf der flexiblen Membran 69 verändert die Position des Magnets, was eine Veränderung des Magnetflusses auf dem Schaltersensor zur Folge hat. Der Schaltersensor reagiert auf die Anderung des Magnetflusses durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schaltersensor ein kapazitive Sensorschaltung, die auf eine Änderung der Kapazität reagiert. Die Sperre ist aus polymerem, nicht leitendem Material gebildet. Das Sensorziel ist ein elektrisch leitendes Metall oder ein direkter Fingerkontakt. Ein Fingerkontakt verändert die Kapazität in der kapazitiven Sensorschaltung. Die kapazitive Sensorschaltung reagiert auf die Änderung der Kapazität durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schaltersensor ein drucksensibler Sensor, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Dehnungsmesser oder Deckelschalter, die auf Fingerdruck reagieren. Die Sperre ist eine dünne Platte aus einem Metall oder einem Polymer, das sich bei Fingerdruck biegt. Das Ziel ist eine Drucktaste oder ein direkter Fingerkontakt. Der Fingerdruck verformt die dünne Platte und gestattet Druck auf dem drucksensiblen Sensor. Der Schaltersensor reagiert auf die Änderung des Drucks durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung.
In manchen Ausführungsformen ist die flexible Membran mit Parylen beschichtet oder anderen Materialien wie Silikon oder Polyester, so daß keine Feuchtigkeit eindringen kann. Die flexible Membran wird so ausgebildet, daß sie, wenn sie zwischen dem Gehäuse 11 und der Außeneinfassung 71 während des Einbaus zusammengedrückt wird, eine Dichtung bildet, um zu verhindern, daß Feuchtigkeit eindringt und nicht in den Raum zwischen flexibler Membran 69 und hermetischer Abdichtungssperre 68 und/oder Gehäuse 11 gelangen kann. Die Außeneinfassung 71 wird mit dem Gehäuse 11 nahtverschweißt, so daß Feuchtigkeit nicht durch die Gehäuseeinfassungsnaht dringen kann.
Wieder im Bezug auf 1 ist das endoskopische System mit Videokamera 2 mit der motorbetriebenen Videokamera 4 in ähnlicher Weise kombiniert, wie die oben beschriebenen Ausführungsformen mit dem Endoskop 6. Der Koppler 19 wird abnehmbar an ein herkömmliches Endoskop 6 gekoppelt. In einer Ausführungsform ist der Koppler 19 mit einem Gewinde versehen, um eine Schraubverbindung mit dem proximalen Ende des Endoskops 6 einzugehen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Koppler 19 mit einem Bajonettverschluß zum Anschluß an ein Endoskop 6 versehen.
Durch ein endoskopisches System mit Videokamera 2 wie 1-7 zeigen, kann ein Chirurg das von einem Endoskop erhaltene Bild präzise auf eine Bildbrennebene der Videokamera über einen relativ weiten Bereich von Objektabständen fokussieren, die durch wesentliche Veränderungen in der Vergrößerung und dem Betrachtungsfeld gekennzeichnet sind. Die Fokussierung der Videokamera ist einfach. Wenn das eingefangene Bild auf dem Abspielgerät nicht scharf ist, oder wenn der Chirurg eine Änderung der Vergrößerung oder des Betrachtungsfeldes durch Erhöhen oder Verringern des Objektabstandes wünscht, kann der Chirurg den Motor 32 aktivieren und steuern, so daß die Ausgabewelle in dem „Vor- oder Rückwärts" – Antriebsmodus gedreht wird, um die Linsenzelle, je nach Bedarf, in die Richtung zu bewegen, die das wiederge gebene Bild scharf stellt. Die Größe und die Geschwindigkeit der Bewegung der Linsenzelle werden von der Motorgeschwindigkeit und dem Getriebe abhängen. Die Getriebeparameter sind vorbestimmt, um ein präzises Bewegen der Linsenzelle in kleinen Schritten zu erlauben, damit das Scharfstellen erleichtert wird.
Es liegt im Erwägungsbereich der vorliegenden Erfindung, daß jeder bekannte Apparat zum Betätigen eines reversiblen Motors im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwandt werden kann. Es ist ebenfalls in Erwägung gezogen worden, daß der Apparat mit einem Autofokussiersystem (nicht dargestellt) verwandt werden kann, der dazu in der Lage ist, das vom Chirurgen betrachtete Bild, sobald es scharf gestellt ist, automatisch aufrechtzuerhalten. Es sind beispielsweise Autofokussiersysteme bekannt, die elektrisch die Bildausgabequalität auswählen und Steuersignale bereitstellen, die einen Motorantrieb aktivieren, um die Position einer Fokussierlinseneinheit in einer Richtung zu justieren, um die Präsentierung eines Bildes so scharf wie möglich mit dem verfügbaren optischen System sicherzustellen. Weitere Autofokussiersysteme, die den Objektabstand messen, können zur Steuerung des Betriebs des Fokussiersystems verwandt werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ein Autofokussiersystem beinhalten, benötigen eine Tastaturschaltung wie oben beschrieben eventuell nicht.
Ausführungsformen der oben beschriebenen Videokamera haben eine Vielzahl von Vorteilen. Die Videokamera ist hermetisch abgedichtet und autoklavsterilisierbar, leicht, wiederholbar und effizient. Die Linsenzelle und das Motorantriebssystem können optisch und mechanisch ausgerichtet und vor dem Einbau in das Gehäuse getestet werden. Weiterhin bietet die Videokamera die Möglichkeit, die Linsenzelle und das Motorantriebssystem zur Reparatur oder zum Austauschen zu entfernen. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Linsenzelle von einem internen elektromechanischen Antriebssystem betrieben wird und somit frei von schwer zu reinigenden und sterilisierenden Elementen ist, die typisch für manuelle Fokussiervorrichtungen sind.
Selbst wenn spezifische Formen von Endoskopvideokameras und ein System, welches diese benutzt, hier beschrieben und dargestellt worden sind, versteht es sich, daß diese auf dem Weg der Darstellung und weniger auf dem Weg der Eingrenzung offenbart worden sind. Der Fachmann wird aus der vorangehenden Beschreibung erkennen, daß eine Videokamera, in welcher eine Linsenzelle in einem Gehäuse intern elektromechanisch beweglich ist, in vielerlei weiteren optischen Zusammenhängen angewandt werden kann. Dementsprechend kann die beschriebene Videokamera beispielsweise an eine optische Bilderfassungsvorrichtung, die kein Endoskop ist, gekoppelt werden. Es ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung nur aufgrund der Einschränkungen durch die Begriffe der angefügten Ansprüche verstanden wird.

Claims

Elektronische Videokamera für ein Endoskop, umfassend: – eine Einfassung mit einem Gehäuse und einer Abdeckung, wobei das Gehäuse einen Hohlraum darin aufweist und die Abdeckung ein Fenster darin aufweist, wobei das Gehäuse und die Abdeckung für eine hermetische Kopplung eingerichtet sind; – eine Linsenzelle mit mindestens einer Linse; – einen Linsenzellenhalter, wobei die Linsenzelle verschiebbar in dem Linsenzellenhalter angeordnet ist; – einen Bildsensor, der in optischer Verbindung mit der Linsenzelle und dem Fenster steht; – ein motorbetriebenes Fokussiersystem, welches zum axialen reziproken Bewegen der Linsenzelle im Bezug auf den Linsenzellenhalter eingerichtet ist; und – Schaltersteuerungen, die an der Einfassung angeordnet sind und in elektrischer Verbindung mit dem motorbetriebenen Fokussiersystem stehen, wobei die Schaltersteuerungen hermetisch mit der Einfassung abgedichtet sind, wobei Linsenzelle, Linsenzellenhalter, Bildsensor und das motorbetriebene Fokussiersystem als Anordnung mit der Abdeckung gekoppelt und innerhalb des Hohlraums angeordnet sind.
Videokamera nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum durch eine einzelne axiale Bohrung definiert wird, wobei der Linsenzellenhalter, die Linsenzelle, der Bildsensor und das motorbetriebene Fokussiersystem zur Anordnung in der axialen Bohrung eingerichtet sind.
Videokamera nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse ein proximales, geschlossenes Gehäuseende und ein distales, geöffnetes Gehäuseende aufweist und die Abdeckung eine Abdeckungsinnenseite und eine Abdeckungsaußenseite aufweist, wobei die Abdeckungsaußenseite eine abgestufte Ringöffnung definiert und das Fenster hermetisch innerhalb der abgestuften Ringöffnung abgedichtet ist, wobei das Fenster optisch transparent eingerichtet ist, und die Außenabdeckungsseite zum optischen und mechanischen Koppeln mit dem Endoskop eingerichtet ist.
Videokamera nach Anspruch 3, wobei das Fenster eine metallische Umrandung umfaßt, die zum Verschweißen mit der abgestuften Ringöffnung zur Bildung einer hermetischen Dichtung mit der Abdeckung eingerichtet ist.
Videokamera nach Anspruch 3, wobei das proximale Gehäuseende einen Kabelstecker aufweist, welcher hermetisch mit dem Gehäuse gekoppelt ist und eine elektrische Verbindung hierdurch gestattet, und wobei der Hohlraum neben dem proximalen Gehäuseende elektronische Stecker aufweist, die in elektrischer Verbindung mit dem Kabelstecker stehen, und wobei das motorbetriebene Fokussiersystem und der Bildsensor in elektrischer Verbindung mit den elektronischen Steckern stehen.
Videokamera nach Anspruch 5, wobei die elektronischen Stecker zur elektrischen Kopplung mit den komplementären Steckern eingerichtet sind, die mit der zugehörigen Elektronik des Bildsensors und des motorbetriebenen Fokussiersystems verknüpft sind.
Videokamera nach Anspruch 5, wobei die Linsenzelle weiterhin einen Keil abhängig von derselben umfaßt, wobei der Linsenzellenhalter weiterhin eine Keilnut umfaßt und der Keil dazu eingerichtet ist, mit der Keilnut zur Beibehaltung der Drehausrichtung der Linsenzelle in Bezug auf den Linsenzellenhalter zusammenzuwirken und den Bereich der geradlinigen Bewegung dazwischen zu beschränken.
Videokamera nach Anspruch 1, wobei das motorbetriebene Fokussiersystem einen Motor und zugehörige Antriebskomponenten umfaßt, wobei der Motor an den Linsenzellenhalter gekoppelt ist und dafür eingerichtet ist, die Linsenzelle geradlinig innerhalb des Linsenzellenhalters zu übertragen.
Videokamera nach Anspruch 8, wobei die zugehörigen Antriebskomponenten ein Zahnrad umfassen, welches auf einer Motorantriebswelle angeordnet ist, die sich aus dem Motor erstreckt, wobei die Linsenzelle eine Zahnstange mit einer Serie von Stangenzähnen umfaßt, die zum gemeinsamen Eingreifen mit dem Zahnrad eingerichtet sind, wobei die Stangenzähne eingerichtet sind, eng in die Radzähne einzugreifen, so daß eine Drehung des Zahnrades die Linsenzelle dazu veranlaßt, sich längs in dem Linsenzellenhalter in axialer Ausrichtung mit der optischen Achse zu bewegen, mit einem Minimum an Hysterese oder Spiel.
Videokamera nach Anspruch 1, wobei die Schaltersteuerungen umfassen: eine Tastatur mit: einem Knopf; und einen Sensorschalter zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises, wobei die Tastatur dazu eingerichtet ist, die mit Dampf sterilisierbare hermetische Abdichtung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter aufrecht zu erhalten.
Videokamera nach Anspruch 10, wobei die Tastatur eine optische Kopplung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter umfaßt.
Videokamera nach Anspruch 10, wobei die Tastatur eine magnetische Kopplung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter umfaßt.
Videokamera nach Anspruch 10, wobei die Tastatur eine mechanische Kopplung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter umfaßt.
Tastatur umfassend: einen Knopf; und einen Sensorschalter zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises, der die mit Dampf sterilisierbare hermetische Abdichtung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter aufrecht erhält.
Tastatur nach Anspruch 14, wobei die Tastatur eine optische Kopplung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter umfaßt.
Tastatur nach Anspruch 14, wobei die Tastatur eine magnetische Kopplung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter umfaßt.
Tastatur nach Anspruch 14, wobei die Tastatur eine mechanische Kopplung zwischen dem Knopf und dem Sensorschalter umfaßt.
Tastatur zum Aufrechterhalten einer hermetischen Abdichtung mit einem Gehäuse, die eine Einrichtung zum Erfassen einer Fingerbewegung und eine Einrichtung zum Um wandeln dieser Bewegung in ein elektrisches Signal, das intern zum Gehäuse gesandt wird, umfaßt.
Tastatur nach Anspruch 18, umfassend: eine Vielzahl von Schaltersensoren, die an das Gehäuse gekoppelt sind, wobei die Sensoren von einer Sperre bedeckt werden, die hermetisch mit dem Gehäuse abgedichtet ist.
Tastatur nach Anspruch 19, wobei die Schaltersensoren eine MDK-Tastatur und elektrische Stecker der Tastatur enthält, wobei die MDK-Tastatur eine Vielzahl von flexiblen Membranelementen umfaßt, die drucksensibel sind und auf Fingerdruck mit Schließen eines elektrischen Schalters reagieren, wobei die MDK-Tastatur an das Gehäuse gekoppelt ist und durch eine flexible Membransperre damit hermetisch abgedichtet ist, wobei die flexible Membransperre dazu eingerichtet ist, durch Fingerdruck ein Verformen der flexiblen Membransperre zu ermöglichen sowie den Kontakt mit Druckknöpfen zu ermöglichen, wobei die elektrischen Schalter dazu eingerichtet sind, mit der zugehörigen Elektronik, die das motorbetriebene Fokussiersystem und den Bildsensor steuert, verbunden zu werden.
Tastatur nach Anspruch 19, weiterhin umfassend: ein Ziel; und ein Sensorziel, welches dazu eingerichtet ist, das Ziel durch die hermetische Sperre zu fühlen.
Tastatur nach Anspruch 21, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung umfaßt, die dazu eingerichtet ist, die Tastatur anzunehmen, wobei die Öffnung eine erste Abstufung, eine zweite Abstufung und eine dritte Abstufung mit abnehmenden Größen aufweist und die Tastatur eine Vielzahl von Schaltersensoren umfaßt, die innerhalb einer Sensorblende angebracht sind, wobei die Sensorblende eine Umfangskante aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit der dritten Abstufung gekoppelt zu werden, und die Tastatur weiterhin eine Sperre umfaßt, die dazu eingerichtet ist, eine hermetische Dichtung mit der zweiten, Abstufung bereitzustellen, welche die Sensoren bedeckt und die Tastatur weiterhin eine flexible Membran umfaßt, die zum Anschluß mit der ersten Abstufung und zum Schaffen eines Anschlusses für eine Vielzahl von Zielen, die in gegenseitiger Ausrichtung mit den Sensoren stehen, eingerichtet ist, wobei die flexible Membran weiterhin eine erhöhte Kante umfaßt, die ungefähr an dem Umfang der flexiblen Membran angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, eine Kantendichtung bereitzustellen, wobei die Tastatur weiterhin eine äußere Blende umfaßt, die dazu eingerichtet ist, über der flexiblen Membran angebracht zu werden und abgedichtet an dieser anzuliegen sowie an das Gehäuse gekoppelt zu werden, wobei die äußere Blende dazu eingerichtet ist, die erhöhte Kante der flexiblen Membran zur fluiddichten Bindung zusammenzudrücken, wobei die äußere Blende mit einer Öffnung versehen ist, die mit jedem einzelnen der Ziele zugeordnet ist.
Tastatur nach Anspruch 22, wobei der Sensor ein optisch reflektierender Sensorschalter ist, der auf eine optische Eingabe reagiert, wobei die Sperre aus transparentem Material gebildet ist und das Ziel ein reflektierendes Material ist, wobei ein Fingerdruck auf der flexiblen Membran die Position des Ziels verändert, was zu einer Veränderung der optischen Kopplung zwischen Ziel und Sensor führt, wobei der Sensor auf die Änderung der optischen Kopplung durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung reagiert.
Tastatur nach Anspruch 22, wobei der Sensor ein auf Magnetfluß reagierender Schalter ist, der auf eine Änderung eines Magnetflusses reagiert, wobei die Sperre aus nicht magnetischem Material umfaßt und das Ziel ein Magnet ist, wobei ein Druck auf die flexible Membran die Position des Magnets verändert, was zu einer Veränderung des Magnetflusses an dem Sensor führt, wobei der Sensor auf die Änderung des Magnetflusses durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung reagiert.
Tastatur nach Anspruch 22, wobei der Sensor eine kapazitive Sensorschaltung ist, die auf eine Änderung einer Kapazität reagiert, wobei die Sperre ein polymeres, nicht leitendes Material ist und das Ziel ein elektrisch leitendes Metall ist; welches dazu eingerichtet ist, einen Kontakt zu erfassen, der die Kapazität an der kapazitiven Sensorschaltung ändert, wobei die kapazitive Sensorschaltung auf die Änderung der Kapazität durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung reagiert.
Tastatur nach Anspruch 22, wobei der Sensor ein drucksensitiver Sensor ist, der auf Druck reagiert, wobei die Sperre eine dünne Platte ist, die dafür eingerichtet ist, sich bei Druck zu biegen, und das Ziel eine Drucktaste ist, wobei ein Druck die dünne Platte deformiert und einen Druck auf dem drucksensiblen Sensor ermöglicht, wobei der Sensor auf die Änderung des Drucks durch Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung reagiert.