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Die Erfindung betrifft eine distale optische Baugruppe eines Videoendoskops umfassend einen Aktuator und ein quer zu einer Längsachse des Videoendoskops bewegbares optisches Element sowie ein Videoendoskop mit einer entsprechenden distalen optischen Baugruppe.
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Endoskope, insbesondere Videoendoskope mit optischen Baugruppen an der distalen Spitze des längserstreckten Endoskops, weisen in einigen Fällen bewegbare optische Elemente auf. Dies kann eine Längsbewegung eines optischen Elements, beispielsweise zur Fokussierung, bedeuten. Querbewegungen können beispielsweise zum Ein- und Ausführen von optischen Filtern in einen Strahlengang des Endoskops dienen.
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Eine weitere Anwendung bewegbarer optischer Elemente besteht bei Endoskopen mit mehreren diskreten Blickrichtungen darin, zwischen den verschiedenen Blickrichtungen hin und her zu schalten. Solche Endoskope weisen wenigstens eine seitliche Blickrichtung auf und eine weitere Blickrichtung, die ebenfalls seitlich oder geradeaus gerichtet ist. Mit entsprechenden Endoskopen kann durch einfaches Umschalten der Blickrichtung das Sichtfeld im Operationsfeld stark erweitert werden, ohne dass das Endoskop selbst verkippt werden muss.
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Bei einer anderen Art von Endoskopen wird eine seitliche Blickrichtung durch Verschwenken oder Verschieben eines Spiegels oder eines Prismas oder eines geeigneten anderen optischen Elements oder optischer Elemente eingestellt. Hier erfolgt die Umschaltung quasi-kontinuierlich, da ein Schwenk des Sichtfeldes anstelle eines vollständig diskreten Umschaltens erfolgt. Eine weitere Art von Endoskopen verfügt über ein verschwenkbares Objektiv, dessen Blickrichtung direkt eingestellt wird.
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Eine optische Baugruppe an der distalen Spitze des Endoskops wird auch als „R-Unit” bezeichnet. Sie beinhaltet die optischen Linsensysteme und gegebenenfalls einen optischen Flächensensor, beispielsweise einen CCD-Chip oder einen CMOS-Chip. Alternativ kann die optische Baugruppe auch zu einem optischen Stablinsensystem oder einem System mit Glasfasern führen, die das Licht aus der optischen Baugruppe nach proximal weiterleitet. Der lichtempfindliche Sensor kann dann in einem Handgriff oder in einem Kamerakopf angeordnet sein, der an ein proximales Okular angesetzt wird.
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Übliche Kombinationen von Blickrichtungen in Endoskopen mit mehreren diskreten Blickrichtungen sind beispielsweise 0° und 45° oder 30° und 80°. Um das Umschalten zwischen diesen Blickrichtungen schnell und sicher und für den Operateur mit möglichst geringem Aufwand zu ermöglichen, ist es gewünscht, die Umschaltung nicht per Hand veranlassen zu müssen, sondern eine Aktuatorik einzubauen und so auszugestalten, dass die Umschaltbewegung zuverlässig und reversibel ausgeführt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine distale optische Baugruppe eines Videoendoskops sowie ein entsprechendes Videoendoskop zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Umschaltung zwischen verschiedenen Blickrichtungen zuverlässig und oft wiederholbar ermöglicht wird.
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Diese Erfindung wird durch eine distale optische Baugruppe eines Videoendoskops umfassend einen Aktuator und ein quer zu einer Längsachse des Videoendoskops bewegbares optisches Element gelöst, die dadurch weitergebildet ist, dass die Baugruppe eine Umlenkeinrichtung umfasst, die einen in Richtung einer Längsachse des Videoendoskops gerichteten Stellweg des Aktuators quer zur Längsachse des Videoendoskops umlenkt und auf das bewegbare optische Element überträgt.
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Der Stellweg des Aktuators legt dabei im Rahmen der Erfindung die Bewegungsrichtung bzw. Aktionsrichtung des Aktuators fest.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass zum Umschalten der Blickrichtung ein optisches Element quer zur Längsachse des Videoendoskops bewegt wird. Ein Aktuator, der üblicherweise ebenfalls eine längserstreckte Form aufweist, ist bei den in einem Schaft eines Endoskops herrschenden beengten Platzverhältnissen sinnvollerweise ebenfalls so anzuordnen, dass er in Längsrichtung des Schafts des Endoskops bzw. das Endoskops selbst ausgerichtet ist. Dies bedeutet, dass sein Stellweg, also die Richtung der Bewegung, die der Aktuator erzeugt, ebenfalls in Längsrichtung des Videoendoskops ausgerichtet ist.
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Damit wird das Problem gelöst, dass ein optisches Element mit einem relativ großen Hub, der mehr als 10% des Endoskopdurchmessers betragen kann, senkrecht oder quer zur Achse des optischen Systems bzw. des Endoskops verschoben werden muss. An der Position des zu bewegenden Elements steht aufgrund der kleinen Durchmesser der Endoskope sowohl in der Höhe als auch in der Breite wenig Bauraum zur Verfügung. Da Endoskope zylindrisch aufgebaut sind, wird der vorhandene wesentlich größere Platz bzw. Bauraum in Richtung der optischen Achse erfindungsgemäß ausgenutzt. Somit können große Stellwege in dieser Richtung erzeugt werden.
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Um die Längsrichtung des Stellweges des Aktuators in eine Querbewegung des bewegbaren optischen Elements umzulenken, ist erfindungsgemäß die Umlenkeinrichtung in der Baugruppe umfasst, die die Längsbewegung bzw. den Stellweg des Aktuators in Längsrichtung des Endoskops in eine Querbewegung des optischen Elements umsetzt. Eine solche Umlenkeinrichtung kann klein genug gebaut werden, um in die distale optische Baugruppe eingefügt zu werden, ohne die Ausmaße der distalen optischen Baugruppe zu vergrößern.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Konstruktion ist es außerdem möglich, den Aktuator so zu dimensionieren, dass die Kraft, die er aufbringt, ausreicht, das optische Element quer zur Längsachse des Videoendoskops zu bewegen. Dies wäre bei einer Ausbildung, bei der der Aktuator selber in einer Richtung quer zur Längsachse des Videoendoskops wirkt, aufgrund der notwendigen räumlichen Beschränkungen nicht in jedem Fall gegeben.
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Im Rahmen der Erfindung bedeutet „quer zur Längsachse des Videoendoskops” eine Richtung, die nicht kollinear mit der Längsachse des Videoendoskops ist. Eine mögliche Richtung ist eine Richtung, die senkrecht auf die Längsachse des Videoendoskops steht. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist jedoch nicht auf einen rechten Winkel beschränkt, sondern umfasst auch andere spitze oder stumpfe Winkel, die eine Komponente senkrecht zur Längsachse und eine Komponente parallel zur Längsachse des Videoendoskops aufweisen.
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Die Bewegung des optischen Elements kann im Rahmen der Erfindung eine lineare Bewegung oder eine Kipp- oder Drehbewegung sein, beispielsweise durch eine Zwangsführung des optischen Elements. Eine nichtlineare Bewegung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das optische Element an einer Seite gelenkig aufgehängt und an der anderen Seite mit der umgelenkten Bewegung des Aktuators beaufschlagt wird, so dass eine Verkippung oder Verdrehung des optischen Elements resultiert. Auch eine Lagerung dergestalt, dass eine Beaufschlagung des optischen Elements mit einer Querbewegung durch die Umlenkeinrichtung zu einer Drehung des optischen Elements um eine Achse innerhalb oder außerhalb des optischen Elements führt, ist im Rahmen der Erfindung umfasst. Die einfachste Ausführungsform ist jedoch eine lineare Bewegung des optischen Elements ohne Drehung und ohne Verkippung.
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Verwendungsmöglichkeiten für ein quer zu einer Längsachse des Videoendoskops bewegbares optisches Element sind beispielsweise optische Filter, die in den Strahlengang eingeführt und aus dem Strahlengang wieder herausgenommen werden können. Ebenso können optische Linsen, die eine Vergrößerung oder Verkleinerung bewirken, vorgesehen sein, die in den Strahlengang eingeführt werden oder aus dem Strahlengang wieder herausgenommen werden. Die Erfindung ist somit nicht auf Videoendoskope mit diskreten Blickrichtungen beschränkt.
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Vorzugsweise ist das bewegbare optische Element ein Spiegel und/oder ein Prisma. Mit einem Prisma, das insbesondere zwei verschiedene Teile aufweist, die für verschiedene Strahlengänge maßgeblich sind und die somit an die verschiedenen Blickrichtungen des Videoendoskops angepasst sind, kann durch eine Querverschiebung eine Auswahl getroffen werden, welche der beiden Strahlengänge an einen Bildsensor weitergeleitet wird. Der Querhub kann in einem solchen Fall auf wenige Millimeter begrenzt werden. Ein solches Prisma kann auch einzelne verspiegelte Flächen haben und somit teilweise auch ein Spiegel sein.
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Es ist auch möglich, ein Prisma so auszugestalten, dass es ortsfest angeordnet ist, so dass es Eingangsflächen für beide Strahlengänge der beiden Blickrichtungen aufweist, die dann im Prisma zusammengeführt werden, wobei als bewegbares optisches Element ein Spiegel in einen Luftspalt zwischen dem Strahlengang eines Objektivs und dem Prisma einführbar ist, so dass bei eingeführtem Spiegel nur der zweite Strahlengang freigeschaltet ist und bei ausgefahrenem Spiegel der erste Strahlengang ebenfalls freigeschaltet ist, wobei das Licht aus dem zweiten Strahlengang wegen mangelnder Totalreflexion nicht zum Bildsensor gelangt. Eine solche Konstruktion ist beispielsweise aus
WO 2010/127827 A1 bekannt. Auch die Variante mit einem zweiteiligen Prisma, das querverschiebbar ist, ist aus diesem Dokument bekannt. Der Inhalt von
WO 2010/127827 A1 soll daher vorliegend vollinhaltlich umfasst sein.
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Der Aktuator ist vorzugsweise als linearer Aktuator, insbesondere als elektromagnetischer Aktuator oder als piezoelektrischer Aktuator ausgebildet. Solche Aktuatoren haben einen linearen Hub bzw. Stellweg, d. h. einen Stellweg, der nur in eine Richtung wirkt. Sie sind kleinbauend und können den mechanischen Anforderungen entsprechend und der Baugröße in der distalen optischen Baugruppe entsprechend ausgewählt und hergestellt werden.
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Vorzugsweise sind zwei oder mehr Objektive für seitliche und/oder in 0°-Richtung, also geradeaus, gerichtete Blickrichtungen umfasst. Damit ist die Anwendung der erfindungsgemäßen distalen optischen Baugruppe insbesondere vorteilhaft für das Umschalten zwischen verschiedenen Blickrichtungen ausgebildet.
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Eine bevorzugte Ausbildung besteht darin, dass die Umlenkeinrichtung einen Halter für das bewegbare optische Element umfasst, der insbesondere ausschließlich in der Richtung der Bewegung des optischen Elements quer zur Längsachse des Videoendoskops bewegbar ist. Es handelt sich somit um eine Art Schlittenführung oder Zwangsführung für den Halter. Der Halter kann auch Teil der Umlenkeinrichtung sein. Die Bewegung des Halters ist maßgeblich für die Bewegung des optischen Elements. Diese Bewegung kann linear oder eine Rotations- oder Kippbewegung sein.
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Vorzugsweise umfasst der Halter für das bewegbare optische Element eine Steuerfläche mit einer Schrägnut, in die ein Stift eines vom Aktuator mit einer linearen in Richtung der Längsachse des Videoendoskops gerichteten Bewegung beaufschlagten oder beaufschlagbaren Kolbens eingreift. Mit einer Bewegung des Kolbens bewegt sich auch der Stift in der Schrägnut. Da der Halter nur einen Freiheitsgrad quer zur Längsrichtung des Endoskop aufweist, wird die Kolbenbewegung in eine Bewegung des Halters quer zur optischen Achse übersetzt. Diese Ausführungsform ist besonders einfach, da die Schrägnut in der Steuerfläche des Halters die Bewegungsrichtung bestimmt zusammen mit der Begrenzung der Bewegungsrichtung des Halters. Die Kombination aus Stift und Schrägnut in der Steuerfläche ist mechanisch besonders einfach gelöst.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Umlenkeinrichtung Zahnräder und/oder ein Schneckengetriebe zur Umlenkung des Stellwegs des Aktuators umfasst. Auch mit Zahnrädern und/oder Schneckengetrieben lässt sich eine Umlenkeinrichtung mechanisch exakt und robust herstellen.
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Die Umlenkeinrichtung kann auch in einem Endoskop mit quasidiskreten Blickrichtungen, bei dem sich ein Blickrichtungswechsel zwischen zwei Blickrichtungen mit einem Schwenk vollzieht, an einem optischen Element angreifen, das den Schwenk bewirkt, in diesem Falle einem Schwenkspiegel oder einem Schwenkprisma. Bei Verwendung eines gekrümmten Spiegels kann ein gewisser Blickrichtungswechsel auch durch eine Linearbewegung des Spiegels quer zur optischen Achse des Endoskops erzeugt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Rückstellfeder umfasst, die zur Rückstellung des bewegbaren optischen Elements insbesondere an einem von einem Aktuator mit einer linearen Bewegung beaufschlagten oder beaufschlagbaren Kolben angeordnet ist. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der Aktuator ein piezoelektrischer Aktuator ist, der mit dem Kolben nicht schlüssig verbunden ist. Ein piezoelektrischer Aktuator umfasst in vielen Fällen einen Läufer, der sich nicht nur linear fortbewegt, sondern sich dabei auch dreht.
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Aus diesem Grund ist insbesondere bei einer Ausführungsform, bei der der angetriebene Kolben einen Stift aufweist, der in eine Schrägnut einer Steuerfläche eines Halters eines bewegbaren optischen Elements eingreift, eine schlüssige Verbindung des Kolbens mit dem Läufer des piezoelektrischen Aktuators nicht erwünscht und nicht möglich, da sich dann das Ende des Kolbens mit dem Stift ebenfalls um die Längsachse des Kolbens drehen würde. Ein Eingriff mit der Nut der Steuerfläche wäre dann nicht mehr möglich. Beim Zurückziehen des Läufers eines solchen piezoelektrischen Aktuators kann es dann passieren, dass der Kolben mit dem Stift in seiner Position verharrt. In solchen Fällen sorgt eine Rückstellfeder dafür, dass der Kolben und das optische Element wieder in ihre andere Position zurückgestellt werden. Diese Rückstellfeder kann entweder direkt den Kolben mit einer Rückstellkraft beaufschlagen oder aber das optische Element bzw. den entsprechenden Halter des optischen Elements.
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Die Übersetzung von Stellkraft und Stellweg ist abhängig vom Winkel der Nut zur Bewegungsrichtung des Kolbens. Für ein funktionsfähiges System ist es von Vorteil, wenn die Stellkraft möglichst vollständig in radiale und möglichst wenig in axiale Kraft umgesetzt wird, um Reibung zu vermindern. Der Stellweg sollte aus Gründen des Bauraums und der konstruktiven Umsetzung möglichst kurz ausfallen.
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Vorzugsweise ist eine Übersetzung der längsgerichteten Bewegung des Aktuators in eine Querbewegung des optischen Elements zwischen 3:1 und 1:3, insbesondere zwischen 2:1 und 1:2, insbesondere zwischen 1.2:1 und 1:1.2 eingestellt. Letzteres wird beispielsweise mit einem Winkel der Schrägnut von etwa 45° erreicht und bedeutet eine Übertragung des Stellweges von ungefähr 1:1. Eine steilere Nut mit mehr als 45° erzeugt ein gutes Verhältnis zwischen Kraft in radialer und axialer Richtung, da der Betrag der radialen Kraft größer als der der axialen Kraft ist. Allerdings ist hierbei ein größerer Stellweg des Aktuators notwendig. Eine flachere Nut von weniger als 45° erzeugt ein schlechteres Kraftverhältnis, das durch einen entsprechend stärker ausgelegten Aktuator kompensiert werden kann, da die axiale Kraft größer als die radiale ist. Dafür wird am Aktuator allerdings ein kleinerer Stellweg benötigt.
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Um die Ansprüche eines kurzen Stellwegs und einer möglichst geringen axialen Kraftentfaltung zur Reibungsverminderung miteinander zu vereinen, ist es weiter von Vorteil, wenn die Umlenkung des Stellwegs des Aktuators in einen Stellweg quer zur Längsachse des Videoendoskops nichtlinear ist. So kann beispielsweise eine entsprechende Nut nicht als einfache Gerade, sondern beispielsweise S-förmig ausgeführt sein. Auch eine steil beginnende und flach endende Nut oder eine flach beginnende und steil endende Nut sind möglich. Eine S-förmige Nut hat den weiteren Vorteil, dass sowohl beim Hinstellweg als auch beim Rückstellweg gleich große Kräfte auftreten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem durch ein Videoendoskop mit einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen distalen optischen Baugruppe gelöst.
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Die zu der genannten erfindungsgemäßen distalen optischen Baugruppe genannten Merkmale, Eigenschaften und Vorteile gelten ohne Einschränkung auch für das erfindungsgemäße Videoendoskop mit der entsprechenden erfindungsgemäßen distalen optischen Baugruppe.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
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1 einen schematischen perspektivischen Aufriss durch eine erfindungsgemäße distale optische Baugruppe,
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2 eine schematische Perspektivdarstellung eines mehrteiligen Prismas,
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3a, b, schematische Darstellungen des Prismas gemäß 2 und der optischen Wege,
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4a, b schematische Darstellungen eines Halters einer erfindungsgemäßen distalen optischen Baugruppe für ein Prisma gemäß 2 und 3,
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5 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäße distale optische Baugruppe gemäß 1 und
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6 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine weitere erfindungsgemäße distale optische Baugruppe.
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In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße distale optische Baugruppe schematisch im Aufriss und perspektivisch dargestellt. Am links dargestellten distalen Ende der Baugruppe 2 befinden sich zwei Objektive, von denen ein Objektiv 4 in 0°-Blickrichtung, also geradeaus, gerichtet ist, und ein Objektiv 6 in 45°-Blickrichtung gerichtet ist. Dies ist eine seitliche Blickrichtung.
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Die Objektive
4,
6 sind ebenso wie die weiteren optischen Elemente in einem Halter
8 des optischen Systems gelagert. An die Objektive
4 und
6 schließt sich ein Prisma
10 an, das in den folgenden
2 und
3 näher beschrieben wird. Ein solches Prisma ist auch aus
WO 2010/127827 A1 der Anmelderin bekannt, deren Offenbarungsgehalt vollinhaltlich mit aufgenommen sein soll.
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Das Prisma 10 dient dazu, durch eine Querverschiebung des Prismas 10 den optischen Strahlengang auszuwählen, der zu einem CCD-Chip 22 weitergeleitet werden soll und dessen Bild einem Operateur angezeigt wird. Das Prisma 10 ist in einem Prismenhalter 14 angeordnet und wird darin gehalten, der einen mechanischen Freiheitsgrad quer zur Längsachse des Endoskops bzw. zur Längsachse der Baugruppe 2 aufweist.
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Es schließt sich ein optisches Linsensystem 16 mit mehreren Linsen an, die das von dem Objekt 4 bzw. dem Objektiv 6 eingefangene Licht auf eine CCD 22 projizieren. Das optische Linsensystem 16 wird in einem Linsenhalter 18 gehaltert. Der CCD-Chip 22 ist in einem CCD-Halter 20 angeordnet. An den CCD-Chip 22 schließt sich nur teilweise dargestellt ein Flachbandkabel 24 an, das den CCD-Chip 22 mit Strom versorgt und die Bilddaten des CCD-Chips 22 zum proximalen Ende des Videoendoskops zu einer Bildverarbeitungseinheit, die nicht dargestellt ist, weiterleitet. Proximal schließt sich eine Bumperhülse 26 an, die sich proximal verengt.
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Unterhalb der Bumperhülse
26 ist ein Aktuator
30 angeordnet, der ein zylindrisches Außenmaß aufweist. Die Längsachse des Aktuators
30 ist ebenfalls in Längsrichtung der video-optischen Baugruppe
2 angeordnet. Der Aktuator
30 ist ein elektromagnetischer Aktuator mit Permanentmagneten
38,
40, einer Spule
42 und einem weichmagnetischen Rückschlussrohr
44. Ein solcher Aktuator ist beispielsweise aus der Patentanmeldung
DE 10 2010 030 919.2 der Anmelderin bekannt, deren Offenbarungsgehalt ebenfalls vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen sein soll.
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Der Aktuator 30 ist innen hohl und von einem Innenrohr 46 bzw. Gleitrohr durchsetzt, in dem ein weichmagnetischer Läufer 48 längsverschiebbar angeordnet ist. Durch die unterschiedliche Stromversorgung der Spule 42 wird der Läufer 46 in zwei verschiedene Positionen bewegt, die längsaxial vorgeschoben oder zurückgezogen sind.
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Mit einer Schweißverbindung 50 ist ein Kolben 32 mit dem Läufer 48 verbunden, der zusammen mit dem Läufer 48 in Längsrichtung hin- und hergeschoben wird bzw. vor- und zurückgeschoben wird. An seinem distalen Ende weist der Kolben 32 einen Stift 34 auf, der in eine Schrägnut 36 des Prismenhalters 14 eingreift. Da der Prismenhalter 14 innerhalb des distalen Bereiches der Baugruppe 2 mit einem einzigen Freiheitsgrad quer zur Längsachse gelagert ist und sich somit nur seitlich bewegen kann, bedeutet eine Vor- und Zurückbewegung des Kolbens 32 und des Stiftes 34, dass der Prismenhalter 14 entsprechend dem Winkel der Schrägnut 36 seitwärts bewegt wird. So wird der längsaxiale Stellweg des Läufers 48 im Aktuator 30 und des Kolbens 32 in eine Schrägbewegung des Prismenhalters 14 und des Prismas 10 umgelenkt.
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In 2 ist ein entsprechendes zweigeteiltes Prisma 10 mit zwei Teilen 10a und 10b schematisch und perspektivisch dargestellt. Der Prismenteil 10a ist für die 0°-Blickrichtung der in 1 dargestellten Baugruppe 2 vorgesehen. Licht, das durch das Objektiv 4 eintritt, tritt durch die plane Eintrittsfläche 52 ein und tritt an der gegenüberliegenden Austrittsfläche wieder aus. Licht, das durch das Objektiv 6 für die 45°-Blickrichtung eingedrungen ist, kann durch die Eintrittsfläche 54 in den Teil 10b des Prismas 10 eintreten, wird an der Totalreflexionsfläche 56 totalreflektiert und tritt nach der Totalreflexion auf die Fläche 58, die verspiegelt ist. Nach der Reflexion an der verspiegelten Fläche 58 tritt dieser Strahlengang dann ebenfalls an der Rückfläche aus. Die Auswahl, welcher der beiden Strahlengänge ausgewählt wird, wird durch die Position des Prismas 10 in Bezug auf die Objektive 4 und 6 aus 1 getroffen.
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In 3 sind die zentralen Strahlengänge des Prismas 10 noch einmal schematisch aufbereitet dargestellt.
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In 3a) ist sichtbar, dass die zentrale optische Achse 60 in 0° Blickrichtung auf die Eintrittsfläche 52 aus 0°-Blickrichtung eintritt und entsprechend der gestrichelten Linie, die dem zentralen Strahlengang 64 in 0°-Blickrichtung entspricht, durch den Prismenteil 10a hindurch tritt. An der Rückseite tritt der Strahlengang 64 aus. Aus dem Objektiv 6 in 45°-Blickrichtung tritt Licht entlang der zentralen optischen Achse 62 in 45°-Blickrichtung in den Teil 10b des Prismas 10 ein, wird an der Totalreflexionsfläche 56 an der Stelle 68 der Totalreflexion für den zentralen Strahlengang 66 in 45°-Blickrichtung totalreflektiert und trifft an der verspiegelten Fläche 58 an der Stelle der Reflexion 70 auf die verspiegelte Fläche 58 und wird dort wiederum reflektiert. An dieser Stelle ist der zentrale Strahlengang 68 parallel zum zentralen Strahlengang 64.
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Die beiden Strahlengänge haben bezüglich des Prismas 10 den gleichen Versatz, den auch die Zentren der beiden Prismenteile 10a und 10b haben. Der Versatz ist mit dem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 72 gekennzeichnet.
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In der in 1 dargestellten video-optischen Baugruppe 2 befinden sich die Objektive 4 und 6 für die 0°-Blickrichtung und für die 45° Blickrichtung in einer Ebene. In 3b) ist das Prisma 10 daher in zwei verschiedenen Positionen schematisch von oben dargestellt. Auf der linken Seite ist der Fall dargestellt, dass das Prisma 10 sich seitlich in einer Stellung befindet, in der der zentrale Strahlengang 67 demjenigen der 0°-Blickrichtung entspricht. Demensprechend tritt dieser zentrale Strahlengang 67 durch den Teil 10a des Prismas 10 durch. Er tritt an der Eintrittsfläche 52 ein und aus der Austrittsfläche 53 wieder aus. Auf der rechten Seite in 3b) ist gegenüber der Situation auf der linken Seite der Figur das Prisma 10 um den Betrag des seitlichen Versatzes 72 verschoben worden. Dadurch ist der Prismenteil 10b in den zentralen Strahlengang 67 hereingeschoben worden. Der plan dargestellte Strahlengang 67 entspricht in diesem Fall dem in 3a) dargestellten zentralen Strahlengang 66 inklusive der Reflexionspunkte 68, 70.
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4a) zeigt eine perspektivische schematische Darstellung des Prismenhalters 14 mit dem darin eingesetzten Prisma 10 mit den beiden Prismenteilen 10a und 10b. Ebenfalls dargestellt sind die Eintrittsfläche 52 aus der 0°-Blickrichtung und die Eintrittsfläche 54 aus der 45°-Blickrichtung. Entsprechend ist auch der Prismenhalter 14 mit einer oberen, vertikal abgeschnittenen Vorderfläche und einer unteren unter einem 45°-Winkel abgeschrägten Vorderfläche ausgestattet.
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Neben einer oberen Fläche und einer unteren Fläche sind zwei Seitenflächen bzw. Seitenwände 74 vorgesehen, die einen Rahmen für das Prisma 10 bilden. Am unteren Ende geht der Prismenhalter 14 in eine Steuerfläche 76 über, die an der Unterseite eine Schrägnut 36 aufweist, die in 4b) dargestellt ist, die eine schematische Darstellung der Unterseite des Prismenhalters 14 zeigt. Die Schrägnut 36 ist unter einem Winkel von etwa 45° ausgebildet und sorgt daher für eine Umsetzung des Stellweges aus Längsrichtung in eine Querrichtung von etwa 1:1. Die Nut 36 ist eine Vertiefung in der Steuerfläche 76, in die ein Stift 34 eines Kolbens 32, der mit dem Aktuator 30 verbunden ist oder von diesem bewegt wird, eingreift.
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In 5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung durch die video-optische Baugruppe 2 gemäß 1 dargestellt. Am links dargestellten distalen Ende wird durch den Halter 8 des optischen Systems ein Objektiv 4 in 0°-Blickrichtung und ein Objektiv 6 in 45°-Blickrichtung gehalten. An dieses schließt sich das in 2 und 3 näher vorgestellte Prisma 10 an, dessen Teil 10a ohne Schraffur dargestellt ist. Da der optische Weg für das Licht, das durch das Objektiv 6 in 45°-Blickrichtung eintritt, durch die Totalreflexion und die weitere Reflexion im Prismenteil 10b des Prismas 10 länger ist als der optische Weg des anderen Strahlengangs durch den Prismenteil 10a, ist zum Ausgleich das Objektiv 6 gegenüber dem Objektiv 4 etwas zurückgezogen. Insgesamt sind die Strahlengänge der beiden Objektive 4, 6 bis zum CCD-Chip 22 somit gleich lang. Im Einzelnen dargestellt sind außerdem noch der Prismenhalter 14, das optische Linsensystem 16, der Linsenhalter 18, der CCD-Halter 20 und die Bumperhülse 26.
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Die Getriebemechanik für die seitliche Verstellung des Prismas 10 ist im unteren Teil dargestellt. Der Aktuator 30 verfügt über Permanentmagneten 38, 40, eine Spule 42 und ein weichmagnetisches Rückschlussrohr 44. Der Aktuator 30 ist durch ein Innenrohr 46 bzw. Gleitrohr durchsetzt, das sich bis zum distalen Ende, bis zum Halter 8 des optischen Systems, fortsetzt. In dem Gleitrohr bzw. Innenrohr 46 ist ein weichmagnetischer Läufer 48 angeordnet, der über eine beispielsweise Schweißverbindung 50 mit einem Kolben 32 verbunden ist, der an seinem distalen Ende einen Stift 34 aufweist, der in eine Schrägnut 36 der Steuerfläche 76 des Prismenhalters 14 eingreift.
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In 6 ist eine alternative video-optische Baugruppe 2' gemäß der Erfindung dargestellt. Im distalen Teil der Baugruppe 2' sind die einzelnen Elemente identisch zu denen aus der Baugruppe 2 gemäß 5 und 1. Im Unterschied hierzu verfügt die Baugruppe 2' jedoch nicht über einen elektromagnetischen Aktuator 30, sondern über einen piezoelektrischen Aktuator 80. Dieser verfügt über einen Squiggle-Motor 86 mit einem zentralen Läufer 84, der über ein Kupplungsstück 88 mit dem Kolben 90 verbunden ist, der Drehbewegungen des Läufers 84 um die Längsachse des Läufers nicht mitvollzieht. Der Kolben 90 selber weist an seinem distalen Ende wiederum einen Stift 92 auf, der dem Stift 34 des Kolbens 32 aus den 1 und 5 entspricht.
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Um eine Rückstellung des Kolbens 90 und des Prismas 10 zu gewährleisten, ist außerdem eine Schraubenfeder 94 als Rückstellfeder vorgesehen, die sich einerseits auf einem fixen Teil, nämlich einem Widerlager 96 in distaler Richtung, abstützt und andererseits proximal auf dem in Längsrichtung beweglichen Kupplungsstück 88. Wenn der Läufer 84 somit zurückgezogen wird, wird das Kupplungsstück 88 mit dem damit verbundenen Kolben 90 ebenfalls durch die Kraft der Schraubenfeder 94 zurückgesetzt.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2, 2'
- video-optische Baugruppe
- 4
- Objektiv in 0°-Blickrichtung
- 6
- Objektiv in 45°-Blickrichtung
- 8
- Halter des optischen Systems
- 10
- Prisma
- 10a
- Prismenteil für 0°-Blickrichtung
- 10b
- Prismenteil für 45°-Blickrichtung
- 12
- Spiegel
- 14
- Prismenhalter
- 16
- optisches Linsensystem
- 18
- Linsenhalter
- 20
- CCD-Halter
- 22
- CCD
- 24
- Flachkabel
- 26
- Bumperhülse
- 30
- Aktuator
- 32
- Kolben
- 34
- Stift
- 36
- Schrägnut
- 38, 40
- Permanentmagnet
- 42
- Spule
- 44
- Rückschlussrohr
- 46
- Innenrohr
- 48
- weichmagnetischer Läufer
- 50
- Schweißverbindung
- 52
- Eintrittsfläche aus 0°-Blickrichtung
- 53
- Austrittsfläche aus 0°-Blickrichtung
- 54
- Eintrittsfläche aus 45°-Blickrichtung
- 55
- Austrittsfläche aus 45°-Blickrichtung
- 56
- Totalreflexionsfläche
- 58
- verspiegelte Fläche
- 60
- zentrale optische Achse in 0°-Blickrichtung
- 62
- zentrale optische Achse in 45°-Blickrichtung
- 64
- zentraler Strahlengang in 0°-Blickrichtung
- 66
- zentraler Strahlengang in 45°-Blickrichtung
- 67
- zentraler Strahlengang
- 68
- Stelle der Totalreflexion
- 70
- Stelle der Reflexion
- 72
- seitlicher Versatz
- 74
- Seitenwand
- 76
- Steuerfläche
- 80
- piezoelektrischer Aktuator
- 84
- Läufer
- 86
- Squiggle-Motor
- 88
- Kupplungsstück
- 90
- Kolben
- 92
- Stift
- 94
- Schraubenfeder
- 96
- Widerlager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/127827 A1 [0018, 0018, 0041]
- DE 102010030919 [0044]
