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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop mit schräger Blickrichtung, welches z. B. in der Medizin eingesetzt werden kann.
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Die Entwicklung von Endoskopen hat die medizinische Diagnostik revolutioniert. Vor allem Untersuchungen des Magen-Darm-Traktes oder der Lungenwege waren vorher nicht oder nur begrenzt möglich. Weiterhin finden Endoskope vermehrt in der Technik Anwendung. Endoskope eignen sich besonders zur Überprüfung von Hohlräumen. In der Luftfahrt werden Endoskope zur Überprüfung von Flugzeugtriebwerken eingesetzt. Spezielle Endoskope mit Arbeitskanal ermöglichen dabei auch Kleinstreparaturen oder in der Medizin Kleinsteingriffe wie beispielsweise eine Entnahme von Gewebeproben.
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Dabei existieren Endoskope in verschiedenen Ausführungen. Starre Endoskope bestehen aus einem langen Rohr, welches auf einer Seite ein Okular und auf der anderen Seite ein Objektiv zum Betrachten eines Objekts besitzt. In dem langen Rohr können wahlweise mehrere Linsen zur Fokussierung und zur Weitergabe (engl. „Relaying”) angeordnet sein. Weiterhin existieren flexible Endoskope, bei denen das durch das Objektiv entstehende Bild des Objektes mit einem Bündel aus flexiblen Lichtleiterkabeln an das Okular am Ende des Endoskops weitergeleitet wird.
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Weiterhin existieren analoge und auch digitale Endoskope, wobei bei flexiblen digitalen Endoskopen ein Bildsensor im distalen Teil des Endoskoptubus oder hinter einem Bündel flexibler Lichtleiterkabel am Ende des Endoskops angeordnet sein kann. Digitale Endoskope ermöglichen die Darstellung eines, von einem Bildsensor aufgenommenen Bilds auf einem oder mehreren externen Monitoren. Ein Benutzer des Endoskops muss dann nicht mehr durch ein kleines Okular schauen, sondern kann das Gesehene bequem am Monitor betrachten. Weiterhin ist es möglich, mit einem digitalen Endoskop Videos darzustellen und sie in Echtzeit zu betrachten oder für spätere Benutzungen zu konservieren. So kann beispielsweise in der Medizin die Funktion der Herzklappen eines Lebewesens überprüft werden.
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Der technische Fortschritt in der Medizin erfordert eine Verkleinerung der medizinischen Instrumente und Geräte. Endoskope sollen daher möglichst geringe Außendurchmesser aufweisen, damit diese in minimal-invasiver Diagnostik und Chirurgie genutzt werden können, wobei hier besonders digitale Endoskope bevorzugt werden. Es existieren Endoskope mit gerader sowie schräger Blickrichtung, wobei Endoskope mit gerader Blickrichtung zur Betrachtung von Objekten, welche vor dem Endoskop liegen, geeignet sind.
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Bei Endoskopen mit schräger Blickrichtung schließt die Mitte des betrachteten Gesichtsfeldes einen Winkel mit der mechanischen Achse des als Tubus ausgeführten Endoskops ein. Im Gegensatz zu Endoskopen mit gerader Blickrichtung ermöglichen Endoskope mit schräger Blickrichtung ein größeres Gesichtsfeld, um beispielsweise Innenwandungen von körperlichen Organen oder Gefäßen auf Verletzungen zu prüfen oder auch Innenwandungen von mechanischen Teilen auf Risse zu prüfen. Um ein genaues Abbild des betrachteten Gesichtsfeldes zu erreichen, ist eine hohe Bildqualität nötig. Bei Digitalendoskopen kann dies durch genügend groß ausgelegte Bildsensoren erreicht werden. Gegenwärtige Lösungen zur Erhöhung der Bildqualität führen zu einer Vergrößerung des Außendurchmessers des Endoskops und limitieren mithin die Miniaturisierung. Um den Außendurchmesser des Endoskops möglichst gering zu halten, muss ein Kompromiss zwischen der Pixelauflösung bzw. der Anzahl an Pixeln sowie der Bildqualität, definiert durch die lichtempfindliche Fläche der Pixel gefunden werden, da der Querschnitt des Bildsensors durch den optischen Aufbau des Digitalendoskops begrenzt ist.
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Endoskope mit schräger Blickrichtung erfordern eine Ablenkung des Gesichtsfeldes. Zur Ablenkung des Gesichtsfeldes um den Winkel der geforderten Blickrichtung werden zumeist Prismen benutzt. Diese weisen zumeist zwei Flächen auf, an denen der Strahlengang in Folge der Reflexion umgelenkt wird. Zum Abbilden des Gesichtsfeldes in dem Endoskop sind außerdem verschiedene Linsen nötig. Durch Dimensionierung der Winkel des Prismas kann der Strahlengang in die gewünschte Blickrichtung abgeknickt werden.
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4 zeigt den inneren Aufbau eines möglichen Endoskops mit schräger Blickrichtung. Schräg einfallendes Licht fällt senkrecht auf das Endoskop und wird im Endoskop zweimal gespiegelt, so dass das zweimal gespiegelte Licht parallel zu einer Längsachse des Endoskops verläuft und auf eine Bildebene fällt. Ein Nachteil des gezeigten Endoskops ist, dass durch die erforderliche Prismenbaugruppe sich der Außendurchmesser Dtubus des Endoskoptubus vergrößert, und damit größer als der Durchmesser der Linsen und im Speziellen des Bilddurchmessers Dbild ist, wobei der Bilddurchmesser Dbild in der Bildebene liegt, in die das Prisma sowie die Linsen des Endoskops das Objekt abbilden. Der Bilddurchmesser Dbild definiert bei dem gezeigten Endoskop gleichzeitig auch die max. Ausdehnung des optoelektronischen Bildsensors zur Bildaufnahme. Deutlich erkennbar ist in 4, die Prismenbaugruppe, die den Außendurchmesser Dtubus des Endoskoptubus vorgibt, wobei allerdings nur ein Teil des Außendurchmessers Dtubus des Endoskoptubus genutzt werden kann um das Objektfeld abzubilden, da der Strahlengang des zweimal gespiegelten Lichts aufgrund der Beschaffenheit des Prismas parallel zur Längsachse des Endoskops verläuft und nicht den kompletten Querschnitt des Endoskops ausfüllt.
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Da der Bilddurchmesser Dbild kleiner als der maximale Außendurchmesser Dtubus des Endoskoptubus ist, führt dies zu einer geringeren Pixelauflösung, bzw. es müssen bei hoher Pixelauflösung kleinere Pixel genutzt werden, die nur eine qualitativ schlechtere Bildaufnahme gestatten. Daraus folgt, dass eine Erhöhung der Bildqualität zu einer Vergrößerung des Außendurchmessers Dtubus des Endoskoptubus führt und damit zu einer Vergrößerung des Außendurchmessers des Endoskops. Dies steht allerdings im Gegensatz zu dem Wunsch nach kleineren Endoskopen mit höherer Bildqualität.
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Die Druckschrift D1 (
US 4 976 524 A ) zeigt in
5 ein optisches System für ein Endoskop mit Prismen und einen bezüglich einer longitudinalen Richtung des Endoskops schräg angeordneten Bildsensor. Die Prismen dienen dazu, um einfallendes Licht zweimal zu reflektieren. Bei dem in
5 gezeigten Endoskop verläuft distalseitig eine optische Achse des optischen Systems entlang der longitudinalen Ausbreitungsrichtung des Endoskops. Um Innenwände von Rohren betrachten zu können, hat der in
5 gezeigte Gegenstand einen Spiegel, welcher Lichtstrahlen von dem zu betrachtenden Gegenstand auf das optische System reflektiert.
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Die Druckschrift D2 (
US 4 746 203 A ) zeigt in
15 ein optisches System für ein Endoskop mit einer schrägen Blickrichtung. Das optische System weist ein erstes Prisma und ein zweites Prisma auf. In dem in
15 gezeigten optischen System wird einfallendes Licht viermal gespiegelt, bevor es auf einer Eingabeoberfläche einer Videokamera trifft. Die Videokamera ist dabei senkrecht zu einer longitudinalen Ausdehnung des optischen Systems angeordnet. Ein optischer Lichtstrahl verlässt daher das zweite Prisma senkrecht zu der longitudinalen Ausdehnung des optischen Systems und trifft auf die Eingabeoberfläche der Videokamera. Die Druckschrift zeigt weiterhin in
18 ein distales Ende eines elektronischen Endoskops. Ein Bildsensor ist dabei schräg zu der longitudinalen Ausdehnung des Endoskops angeordnet, um die longitudinale Ausdehnung zu reduzieren ohne den Durchmesser dieser zu vergrößern. Das in
18 gezeigte Endoskop hat eine gerade Blickrichtung, d. h. eine optische Achse des optischen Systems des Endoskops verläuft distalseitig parallel zu der longitudinalen Ausdehnung des Endoskops.
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Die Druckschrift D3 (
WO 00/49 448 A1 ) zeigt in den
6a und
6b eine Vorrichtung zur optischen Abbildung mit einem Prisma, einem Gehäuse und einem Bildsensor mit einem Gehäuse. Eine optische Achse der Bildaufnahmevorrichtung verläuft distalseitig parallel zu einer longitudinalen Ausdehnung der Bildaufnahmevorrichtung und proximalseitig schräg zu der longitudinalen Ausdehnung der Bildaufnahmevorrichtung. Der Bildsensor mit dem Gehäuse ist so angeordnet, dass die optische Achse proximalseitig senkrecht auf den Bildsensor trifft. Der Aufbau der in der Druckschrift D3 gezeigten Bildaufnahmevorrichtung ist ähnlich dem in der Druckschrift D2 in
18 gezeigten Endoskop.
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Die Druckschrift D4 (
US 4 398 811 A ) zeigt ein optisches System, welches ausgebildet ist, eine Blickrichtung durch Verschieben einer Spiegeleinrichtung zu verändern. Die Druckschrift D4 zeigt in den Figuren jeweils optische Systeme mit einer schrägen Blickrichtung. In diesen optischen Systemen wird einfallendes Licht zweimal gespiegelt, bevor es auf ein Lichtfaserbündel trifft.
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Die Druckschrift D5 (
US 5 377 669 A ) zeigt eine Schutzabdeckung für ein medizinisches Endoskop. Ein in
2a der Druckschrift D5 gezeigtes Endoskop weist ein Prisma auf, welches ausgebildet ist, einfallendes Licht zweimal zu spiegeln. Das medizinische Endoskop hat eine schräge Blickrichtung, d. h. distalseitig verläuft eine optische Achse des Endoskops schräg zu einer longitudinalen Ausdehnung des Endoskops. Das Prisma ist so ausgebildet, dass distalseitig die optische Achse des Endoskops entlang der longitudinalen Ausdehnungsrichtung des Endoskops verläuft.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Endoskop mit schräger Blickrichtung zu schaffen, das ein besseres Bildauflösung zu Außendurchmesser Verhältnis ermöglicht.
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Ein Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß Anspruch 1 löst diese Aufgabe.
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Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein besseres Verhältnis von Bildauflösung zu Endoskopaußendurchmesser erzielt werden kann, wenn bei einem Endoskop mit schräger Blickrichtung eine optische Baugruppe so angeordnet wird, dass entlang der schrägen Blickrichtung des Endoskops bzw. entlang des Hauptstrahls des zentralen Feldes der optischen Baugruppe des Endoskops einfallendes Licht zweimal gespiegelt wird, um dann in einem Winkel verkippt zu einer Längsachse des Endoskoptubus auf eine Bildebene der optischen Baugruppe zu treffen. In anderen Worten ausgedrückt verläuft eine proximalseitige optische Achse der optischen Baugruppe bzw. der Hauptstrahl des zentralen Feldes auf der der Bildebene zugewandten Seite der optischen Baugruppe verkippt zu der Längsachse. Aufgrund der Tatsache, dass der Strahlengang des zweimal gespiegelten Lichts nicht parallel zur Längsachse des Endoskoptubus verläuft und der damit verbundenen Verkippung der Bildebene wird eine bessere Ausnutzung des Querschnitts des Endoskops zur Abbildung eines Objektfeldes erzielt, denn die Verkippung des zweimal gespiegelten Lichts ermöglicht eine Zentrierung der Bildregion und die Verkippung der Bildebene ermöglicht eine Vergrößerung der verfügbaren Fläche, die mit dem Verkippungswinkel zunimmt.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist somit, dass durch die Verkippung des zweimal gespiegelten Lichtes sowie der Bildebene die Bildausdehnung Dbild bzw. die Ausdehnung Dbild der Bildregion nur durch den Außendurchmesser bzw. die lateralen Abmessungen Dtubus des Endoskoptubus begrenzt wird und die Ausdehnung Dbild der Bildregion gleich Dtubus bzw. geringfügig kleiner dimensioniert werden kann. Mit der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, fast den kompletten Querschnitt des Endoskops zur Abbildung zu nutzen. Dadurch ist eine größere Ausdehnung Dbild der Bildebene bei gleichem Außendurchmesser des Endoskops möglich.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schnittbild eines Endoskops gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Prisma einer optischen Baugruppe zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Rundumansicht des Prismas aus 2, mit Darstellung des optischen Strahlenganges gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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4 ein Schnittbild eines möglichen Endoskops als Vergleichsbeispiel.
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1 zeigt ein Schnittbild eines Endoskops 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Endoskop 100 umfasst einen Endoskoptubus 110, wobei in dem Endoskoptubus 110 eine optische Baugruppe 120 angeordnet ist ist. Das distale (vom Benutzer abgewandte) Ende des Endoskoptubus 110 umfasst eine Schräge, welche der schrägen Blickrichtung des Endoskops 100 angepasst ist, wobei die schräge Blickrichtung beispielsweise zur Schräge senkrecht steht. Einfallendes Licht 140 fällt damit senkrecht auf eine Öffnung im schrägen distalen Ende des Endoskoptubus 110 ein und zwar unter einem Winkel 170 bzw. α zu einer Längsachse 150 des Endoskoptubus 110. Die Längsachse 150 ist definiert durch die Mitte des Endoskoptubus 110 und bildet beispielsweise eine Rotationsachse um den Endoskoptubus 110 in dem exemplarischen Fall eines kreisrunden Querschnitts. Ein Querschnitt 200 des Endoskoptubus 110 verläuft senkrecht zu der Längsachse 150 des Endoskoptubus 110. Proximalseitig (dem Benutzer zugewandt) definiert bzw. bewirkt die optische Baugruppe 120 eine Bildebene 130, welche senkrecht zu einer proximalseitigen optischen Achse 190 der optischen Baugruppe 120 verläuft.
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Die optische Baugruppe 120 bildet einen gewissen Tiefenschärfenbereich in einem Blickfeld, das entlang der schrägen Blickrichtung des Endoskops verläuft, auf die Bildebene 130 ab, wobei im Inneren der optischen Baugruppe 120 der Strahlengang zweimal gespiegelt wird, und zwar – wie soeben beschrieben – so, dass sowohl distal- als auch proximalseitig die optische Achse der optischen Baugruppe 120 schräg zur Längsachse 150 des Endoskoptubus 110 verläuft. Die zweimalige Spiegelung besitzt den Vorteil, dass der Platzbedarf für die optische Abbildung von der Öffnung des Endoskoptubus 110 bis zur Bildebene 130 aufgrund des geknickten Strahlengangs reduziert werden kann.
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Insbesondere umfasst die optische Baugruppe 120 eine erste Linse 210, welche als eine plan-konkave Linse ausgeführt ist, eine zweite Linse 220, welche als eine bi-konvexe Linse ausgeführt ist, eine dritte Linse 230, welche als eine konkav-konvexe Linse ausgeführt ist und ein Prisma 240.
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Die erste Linse 210 ist in der distalseitigen Öffnung des Endoskoptubus 110 angeordnet. Eine optische Achse der Linse 210 steht beispielsweise senkrecht zur Öffnung des Endoskoptubus 110 zu der schrägen Blickrichtung. Eine distalseitige optische Achse 180 der optischen Baugruppe 120 ist definiert durch die optische Achse der Linse 210.
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Proximalseitig hinter der Linse 210 ist das Prisma 240 angeordnet. Das beispielhafte Prisma 240 ist in 2 gezeigt. Das Prisma 240 umfasst eine Lichteintrittsfläche 310, welche in dem Winkel 170' zum Querschnitt 200 des Endoskoptubus 110 verkippt angeordnet ist. Der Wert des Winkels 170' ist vorzugsweise gleich dem Winkel α der schrägen Blickrichtung des Endoskops 100. Die Lichteintrittsfläche 310 des Prismas 240 steht damit senkrecht zu der distalseitigen optischen Achse 180 der optischen Baugruppe 120. Weiterhin umfasst das Prisma 240 eine Lichtaustrittsfläche 320, welche in einem Winkel 160' bezüglich des Querschnitts 200 des Endoskoptubus 110 verkippt angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Prisma 240 eine erste reflektierende Fläche 330 und eine zweite reflektierende Fläche 340. An seiner Oberseite umfasst das Prisma 240 eine obere Prismaauflagefläche 350 und an seiner Unterseite eine untere Prismaauflagefläche 360. Die erste reflektierende Fläche 330 sowie die zweite reflektierende Fläche 340 sind beispielsweise mit einer Beschichtung verspiegelt. Das Prisma 240 umfasst auf seiner Lichtaustrittsfläche 320 beispielsweise eine Blendenstruktur 370 mit lokal variabler Transparenz.
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Der Querschnitt des Prismas 240 ist vorzugsweise an den Querschnitt 200 des Endoskoptubus 110 angepasst. Die Flächen 310, 320, 330, 340 sind hierbei beispielsweise als plane Flächen ausgelegt. Die restlichen Oberflächen des Prismas, inklusive der oberen Prismaauflagefläche 350 und der unteren Prismaauflagefläche 360, können einen Ring um das Prisma 240 bilden.
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Die in 2 angegebenen Gradzahlen für Winkel sowie Werte für Längen und Durchmesser geben ohne Beschränkung der Allgemeinheit lediglich beispielhafte Werte an. Andere Werte sind hier auch möglich. 2 zeigt beispielhaft das Prisma 240 für einen Blickrichtungswinkel α von 30°, welcher durch eine Verkippung β des optischen Strahlengangs im Endoskoptubus 110 um 12° und eine Ablenkung durch das Prisma 240 in Folge Zweifachreflexion um 18° realisiert wird.
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Proximalseitig hinter dem Prisma 240 ist die zweite Linse 220 angeordnet. Die zweite Linse 220 ist in dem Winkel 160' bezüglich dem Querschnitt 200 des Endoskoptubus 110 verkippt, angeordnet. Eine optische Achse der Linse 220 steht damit senkrecht zur Lichtaustrittsfläche 320 des Prismas 240 und bildet mit der Längsachse 150 des Endoskoptubus 110 einen Winkel 160 bzw. β, wobei der Winkel β in seinem Wert vorzugsweise gleich dem Winkel 160' der Verkippung der Lichtaustrittsfläche 320 des Prismas 240 zu dem Querschnitt 200 des Endoskoptubus 110 ist. Die proximalseitige optische Achse 190 der optischen Baugruppe 120 ist definiert durch die optische Achse der zweiten Linse 220 und verläuft in dem Winkel β zu der Längsachse 150 des Endoskoptubus 110.
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Proximalseitig hinter der zweiten Linse 220 ist die dritte Linse 230 angeordnet. Die dritte Linse ist, wie die zweite Linse 220 und die Lichtaustrittsfläche 320 des Prismas 240, um den Winkel 160' zu dem Querschnitt 200 des Endoskoptubus 110 verkippt angeordnet. Eine optische Achse der dritten Linse 230 ist damit gleich der optischen Achse der Linse 220 und der proximalseitigen optische Achse 190 der optischen Baugruppe 120. Da die durch die optische Baugruppe 120 definierte Bildebene 130 senkrecht zu der proximalseitigen optischen Achse 190 der optischen Baugruppe 120 verläuft, verläuft auch die Bildebene 130 im Winkel 160' zu dem Querschnitt 200 des Endoskoptubus 110. In der Bildebene 130 kann sich ein optisches System mit einem optoelektronischen Bildwandler 250 befinden.
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Entlang der schrägen Blickrichtung, d. h. der distalseitigen optischen Achse 180 der optischen Baugruppe 120 einfallendes Licht 140, fällt unter dem Winkel α zu der Längsachse 150 des Endoskoptubus 110 auf die distalseitige Abschrägung bzw. Öffnung des Endoskoptubus 110 und damit auf die optische Baugruppe 120. Das einfallende Lichtbündel 140 wird an der ersten Linse 220 aufgeweitet und trifft auf die Lichteintrittsfläche 310 des Prismas 240. In dem Prisma 240 wird das einfallende Licht 140 an der ersten reflektierenden Fläche 330 des Prismas 240 gespiegelt und danach an der zweiten reflektierenden Fläche 340 des Prismas 240 erneut gespiegelt und verlässt dann entlang der proximalseitigen optischen Achse 190 der optischen Baugruppe 120 das Prisma 240 und trifft auf die zweite Linse 230. Die zweite Linse 220 und die dritten Linse 230 bilden das entlang der proximalseitigen optischen Achse 190 der optischen Baugruppe 120 verlaufende Licht auf die Bildebene 130 ab. Dort entsteht durch die optische Baugruppe 120 ein Bild des in dem Gesichtsfeld des Endoskops im Tiefenschärfebereich befindlichen Objekts mit einer Ausdehnung Dbild. Diese Ausdehnung Dbild ist nur durch den maximalen, durch den Außendurchmesser Dtubus des Endoskoptubus 110 begrenzt. Aufgrund der Verkippung der Flächennormalen der Bildebene 130 bzw. der proximalseitigen optischen Achse 190 der optischen Baugruppe 120 um den Winkel β steht der Bildregion bzw. dem optoelektronischen Bildsensor 250 sogar eine leicht größere Ausdehnung zur Verfügung als Dtubus.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Wesen des erstes Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in der Nutzung eines Prismas 240 bzw. einer Prismenbaugruppe zur Strahlumlenkung und der gleichzeitigen Verkippung des optischen Systems im Endoskoptubus 110 besteht. Die Änderung der Blickrichtung um den Winkel α resultiert aus der Ablenkung in Folge der zweimaligen Reflexion im Prisma 240 um den Winkel (α – β) und der Verkippung des optischen Systems mit dem optoelektronischen Bildsensor 250 bezüglich der Längsachse 150 des Endoskoptubus 110 um den Winkel β. Der optische Abbildungsstrahlengang ist vorteilhafterweise symmetrisch zu den optischen Achsen der genutzten Linsen und ist in seiner Gesamtheit um den Winkel β bezüglich der Längsachse 150 des Endoskoptubus 110 verkippt. In Folge der Verkippung des Aufbaus um den Winkel β und Ablenkung des Strahlengangs um den Winkel (α – β) durch entsprechende Dimensionierung des Prismas 240 bzw. der Prismenbaugruppe kann die Ausdehnung Dbild der Bildregion nahezu gleich groß wie der maximale Außendurchmesser des Endoskoptubus Dtubus gewählt werden, mithin eine maximale Zahl von Pixeln mit großem Pixelabstand („Pixelpitch”) und großer lichtempfindlicher Fläche auf dem optoelektronischen Bildsensor 250 genutzt werden. Der Verkippungswinkel β wird so gewählt, dass sich insgesamt der kleinste Außendurchmesser Dtubus des Endoskoptubus 110 ergibt.
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Da der maximale Durchmesser der Bildebene 130 und die maximale Ausdehnung Dbild der Bildregion nur durch den Außendurchmesser Dtubus des Endoskoptubus 110 begrenzt wird, kann ein größerer optoelektronischer Bildsensor 250 verwendet werden. Dies resultiert in einer höheren Anzahl Pixel und/oder einem größeren Durchmesser der Pixel, was zu einer Erhöhung der Bildauflösung sowie einer Erhöhung der Bildqualität bei gleichem Außendurchmesser des Endoskops führt.
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Anstatt eines optoelektronischen Bildsensors kann in der Bildebene 130 ein Bündel flexibler Lichtleiterkabel angeordnet sein, welches die in der Bildebene 130 entstehende Abbildung an das Ende des Bündels flexibler Lichtleiterkabel, mittels Totalreflexion, weiterleitet.
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Der Endoskoptubus 110 kann beispielsweise einen runden Querschnitt aufweisen, aber auch einen anderen, beispielsweise eckigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt der optischen Baugruppe 120 kann vorteilhafterweise an den Querschnitt des Endoskoptubus 110 angepasst sein, so dass eine Fläche des Querschnitts der Baugruppe 120 beispielsweise zu 90 bis 100% gleich der Fläche des Querschnitts des Endoskoptubus 110 ist.
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Das Prisma 240 kann als ein Rundprisma 240 für eine einfache Integration in einen Endoskoptubus 110 mit einem runden Querschnitt ausgelegt sein.
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3 zeigt eine Rundumansicht des Prismas 240 aus 2, mit Darstellung des optischen Strahlenganges gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Winkel des Prismas 240 sind so dimensioniert, dass Lichtein- und austritt für den Hauptstrahl des Gesichtsfelds, welches der schrägen Blickrichtung entspricht, ohne Beschränkung der Allgemeinheit senkrecht erfolgt. Außerdem wird sichtbar, dass die erste reflektierende Fläche 330 sowie die zweite reflektierende Fläche 340 und die Lichteinfallsfläche 310 sowie die Lichtaustrittsfläche 320 plane Flächen besitzen. Die reflektierenden Flächen 330 und 340 des Prismas 240 sind vorteilhafterweise durch metallische bzw. dielektrische Schichten verspiegelt. Licht, welches durch die Lichteintrittsfläche 310 in das Prisma 240 eintritt, wird an der ersten reflektierenden Fläche 330 gespiegelt, danach an der zweiten reflektierenden Fläche 340 gespiegelt und verlässt das Prisma 240 durch die Lichtaustrittsfläche 320. Das einfallende Licht wird somit zweimal gespiegelt in seiner Lage verschoben und verkippt gegenüber seinem Einfallswinkel.
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Die Lichteintrittsfläche 310 und die Lichtaustrittsfläche 320 können weiterhin Antireflex-Beschichtungen, Infrarot-Sperrfilterbeschichtungen und/oder Polarisationsfilterbeschichtungen auf ihren Oberflächen aufweisen.
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Die reflektierenden (verspiegelten) Flächen 330 und 340 des Prismas sind entsprechend des gewünschten Ablenkwinkels (α – β) dimensioniert, so dass sich insgesamt ein minimaler Durchmesser des Prismas 240 ergibt, jedoch keine Vignettierung (Abschattungen am Bildrand) erfolgt. Eine weitere Reduktion des Durchmessers unter Vignettierung der äußeren Felder ist jedoch möglich.
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Auf den Prismenflächen können (wie in 2 gezeigt) eine oder mehrere Blendenstrukturen 370 zur Definition von Apertur und Feld bzw. zur Beeinflussung des Falschlichts angebracht sein, wobei diese Blendenstrukturen 370 sowohl auf den reflektierenden Flächen 330 und 340 des Prismas 240 als auch auf der Lichteinfallsfläche 310 und der Lichtaustrittsfläche 320 des Prismas 240 angebracht sein können.
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Obwohl die optische Baugruppe 120 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Prisma 240 zur zweifachen Reflexion des einfallenden Lichts nutzt, so kann auch eine Anordnung von einem oder mehreren Spiegeln zur Reflexion benutzt werden.
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Obwohl die optische Baugruppe 120 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 3 Linsen umfasst, so ist auch eine Anordnung ohne Linsen oder einer anderen beliebigen Anzahl Linsen verwendbar. Die Linsen der optischen Baugruppe 120 können dabei auch als Feld von Mikrolinsen ausgeführt sein oder als refraktive Freiformflächen bzw. als Feld refraktiver Freiformflächen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Bau digitaler Endoskope mit schräger Blickrichtung mit einer optimalen Raumausnutzung durch den digitalen Bildwandler. Dies ermöglicht bei kleinem Durchmesser des Endoskoptubus eine maximale Anzahl von Pixeln und mithin eine maximale Pixelauflösung oder äquivalent die Nutzung großer Pixel mit entsprechenden Vorteilen in der Bildqualität. Der gezeigte Aufbau kommt mit einer minimalen Zahl von Komponenten aus und ist mithin potenziell preiswert zu fertigen.
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Ein Endoskop gemäß der vorliegenden Erfindung kann in vielen Anwendungsbereichen der Medizin und der Technik Anwendung finden. Durch die Verkleinerung des Außendurchmessers des Endoskops bei gleichbleibender Bildqualität, im Vergleich zu bisherigen Endoskopen, ermöglicht ein erfindungsgemäßes Endoskop eine Anwendung in bisher nicht zugänglichen Bereichen.
