DE102011007878A1

DE102011007878A1 - Lichtleitereinrichtung für ein Endoskop

Info

Publication number: DE102011007878A1
Application number: DE102011007878A
Authority: DE
Inventors: Andre Bürk
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-10-25
Also published as: US20120271115A1; US9964752B2

Abstract

Eine Lichtleiteinrichtung (20) für ein Endoskop (10), zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem proximalen Ende (12) des Endoskops (10) zu einem distalen Ende (18) des Endoskops (10) umfasst eine Mehrzahl von Lichtleitfasern (30). Jede Lichtleitfaser (30) umfasst ein proximales Ende (32) mit einer Lichteintrittsfläche (31), die für eine Anordnung an einem proximalen Ende (12) eines Endoskops (10) vorgesehen ist, und ein distales Ende (38) mit einer Lichtaustrittsfläche (39), die für eine Anordnung an einem distalen Ende (18) eines Endoskops (10) vorgesehen ist. Jede der Mehrzahl von Lichtleitfasern (30) weist in einem proximalen Bereich (33) einen ersten Querschnitt (43) mit einem ersten Flächeninhalt und in einem distalen Bereich (37) einen zweiten Querschnitt (47) mit einem zweiten Flächeninhalt auf. Der erste Flächeninhalt ist größer als der zweite Flächeninhalt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtleiteinrichtung für ein Endoskop zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende des Endoskops.
In der medizinischen und technischen Endoskopie ist in der Regel eine Beleuchtung des betrachteten Objekts erforderlich. Zur Erzeugung von Beleuchtungslicht mit einem hohen Lichtstrom und erwünschten spektralen Eigenschaften, insbesondere einer guten Farbwiedergabe, werden oft separate Lichtquelleneinrichtungen mit Hochdruck-Gasentladungslampen, Halogenglühlampen oder anderen Lichtquellen verwendet. Die Lichtquelleneinrichtung wird mittels eines flexiblen Lichtleitkabels mit dem proximalen Ende des Endoskops verbunden. Vom proximalen Ende zum distalen Ende des Endoskops wird das Beleuchtungslicht mittels eines oder mehrerer Bündel von Lichtleitfasern übertragen.
Bei Konstruktion und Fertigung von Endoskopen ist zur präzisen Anordnung der Lichtleitfasern, insbesondere ihrer proximalen und distalen Enden, ein hoher Aufwand erforderlich. Erschwerend kommt bei Konstruktion und Fertigung hinzu, dass zwischen dem Lichtleitkabel und den Lichtaustrittsflächen am distalen Ende des Endoskops die Divergenz bzw. die Winkelverteilung des Beleuchtungslichts an das auszuleuchtende Sichtfeld (im Sinne eines Raumwinkels) anzupassen ist. Oft wird dazu ein sogenannter Faserkegel verwendet, der als separates Bauteil gefertigt und am proximalen Ende des Endoskops eingesetzt wird. Ein Faserkegel umfasst ein kurzes Bündel von Lichtleitfasern, deren Querschnitte sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche ändern, insbesondere verringern. Die Lichtaustrittsfläche des Faserkegels und die Lichteintrittsfläche des Bündels von Lichtleitfasern müssen so miteinander verbunden werden, dass dauerhaft eine verlustarme optische Kopplung gegeben ist.
Es gibt eine deutliche Tendenz, die Schäfte von Endoskopen immer dünner auszuführen. Herkömmliche Konzepte stoßen bei zunehmender Miniaturisierung an ihre Grenzen, sind jedoch lang und vielfältig bewährt und sehr weitgehend optimiert. Ex ante ist deshalb gerade bei Endoskopen kaum erkennbar, welche Aspekte herkömmlicher Konzepte weiterzuentwickeln und noch weiter auszureizen sind und bei welchen Aspekten grundlegende neue Ansätze zu entwickeln sind. Die vorliegende Erfindung setzt an ausgewählten Aspekten des Beleuchtungsstrahlengangs an.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dann, eine verbesserte Lichtleiteinrichtung zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende eines Endoskops sowie ein verbessertes Endoskop zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Idee, eine vorkonfektionierte und umfassende Lichtleiteinrichtung zu schaffen, die bereits vor dem Einbau in ein Endoskop alle zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem mit dem proximalen Ende des Endoskops zu koppelnden Ausgang eines Lichtleitkabels bis zum distalen Ende des Endoskops erforderlichen Merkmale und Eigenschaften aufweist. Dadurch kann die Fertigung des Endoskops kostengünstiger und präziser erfolgen. Ferner kann eine Lichtleiteinrichtung, wie sie hier beschrieben ist, eine weitere Miniaturisierung, insbesondere eine weitere Reduzierung des Schaftquerschnitts vereinfachen.
Eine Lichtleiteinrichtung für ein Endoskop, zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem proximalen Ende des Endoskops zu einem distalen Ende des Endoskops, umfasst eine Mehrzahl von Lichtleitfasern, wobei jede Lichtleitfaser ein proximales Ende mit einer Lichteintrittsfläche, die für eine Anordnung an einem proximalen Ende eines Endoskops vorgesehen ist, und ein distales Ende mit einer Lichtaustrittsfläche, die für eine Anordnung an einem distalen Ende eines Endoskops vorgesehen ist, aufweist, wobei die Lichtleitfasern jeweils in einem proximalen Bereich einen ersten Querschnitt mit einem ersten Flächeninhalt und in einem distalen Bereich einen zweiten Querschnitt mit einem zweiten Flächeninhalt aufweist, und wobei der erste Flächeninhalt größer ist als der zweite Flächeninhalt.
Eine Lichtleiteinrichtung mit den beschriebenen Eigenschaften und Merkmalen kann vor dem Einsetzen in das Endoskop weitgehend oder vollständig vorgefertigt sein und dabei den gesamten Beleuchtungsstrahlengang zum Leiten bzw. Übertragen von Beleuchtungslicht innerhalb des Endoskops umfassen. Dadurch kann die Fertigung des gesamten Endoskops vereinfacht werden. Die Fertigung der Lichtleiteinrichtung kann räumlich und zeitlich beabstandet von der Fertigung anderer Komponenten des Endoskops und logistisch weitgehend unabhängig erfolgen.
Die Lichtleiteinrichtung kann, insbesondere mit nachfolgend beschriebenen Merkmalen, mechanisch robust ausgebildet sein, insbesondere aufgrund der vom proximalen Ende bis zum distalen Ende einstückig bzw. konstant durchgehenden Lichtleitfasern. Bei der Lichtleiteinrichtung ist insbesondere kein separater Faserkegel erforderlich. Dies kann nicht nur die Fertigung der Lichtleiteinrichtung bzw. des Endoskops vereinfachen. Mangels einer Grenzfläche zwischen einer Lichtaustrittsfläche eines Faserkegels und einer Lichteintrittsfläche eines Bündels von Lichtleitfasern können auch die mechanische Robustheit und der optische Wirkungsgrad verbessert bzw. die Verluste von Beleuchtungslicht an dieser Grenzfläche vermieden werden. Da Verluste an Beleuchtungslicht in der Regel mit entsprechender thermischer Belastung einhergehen, kann die thermische Belastung der hier beschriebenen Lichtleiteinrichtung geringer sein. Dies kann die Auslegung der Lichtleiteinrichtung und des gesamten Endoskops vereinfachen und die Lebensdauer erhöhen.
Die Lichtleiteinrichtung ist insbesondere für ein Endoskop für eine medizinische Anwendung und/oder für ein Endoskop für eine technische bzw. nicht-medizinische Anwendung ausgebildet. Lichtleitfasern der Mehrzahl von Lichtleitfasern können, insbesondere an oder nahe ihren distalen Enden, zu mehreren Bündeln zusammengefasst sein, die an unterschiedlichen Orten am distalen Ende eines Endoskops anzuordnen sind, und/oder die zur Übertragung von Beleuchtungslicht, das in unterschiedliche Raumwinkelbereiche abzustrahlen ist, vorgesehen sind. Dabei sind die proximalen Enden der Lichtleitfasern der Mehrzahl von Lichtleitfasern insbesondere zu einem einzigen Bündel zusammengefasst. Anders ausgedrückt können die Lichtleitfasern der Mehrzahl von Lichtleitfasern an ihren proximalen Enden zu einem Bündel zusammengefasst sein, das lichtstromabwärts bzw. in Richtung des distalen Endes in mehrere Bündel zerfällt bzw. aufgeteilt wird. In dieser Ausgestaltung ist die Lichtleiteinrichtung deshalb beispielsweise auch für ein Endoskop geeignet, an dessen distalem Ende über mehrere Lichtaustrittsflächen Beleuchtungslicht in einen großen Raumwinkelbereich austritt.
Die Lichteintrittsflächen der Mehrzahl von Lichtleitfasern bilden insbesondere unmittelbar eine optische Schnittstelle zu einem Lichtleitkabel bzw. sind zur unmittelbaren optischen Kopplung mit einer Lichtaustrittsfläche eines Lichtleitkabels, über welches das Endoskop mit einer Lichtquelleneinrichtung verbunden werden kann, vorgesehen und ausgebildet. Die Anzahl der Grenzflächen, an denen Beleuchtungslicht reflektiert, gestreut oder absorbiert werden kann, kann dadurch minimiert werden. Dies kann zur Verbesserung des optischen Wirkungsgrads, zur Verringerung von Verlusten an Beleuchtungslicht und zur Verringerung der thermischen Belastung entlang des Beleuchtungsstrahlengangs beitragen.
Der proximale Bereich, in dem eine Lichtleitfaser einen ersten Querschnitt mit einem großen Flächeninhalt aufweist, grenzt insbesondere an die Lichteintrittsfläche an. Der distale Bereich, in dem eine Lichtleitfaser einen zweiten Querschnitt mit einem kleinen Flächeninhalt aufweist, grenzt insbesondere an die Lichtaustrittsfläche an. Der distale Bereich ist insbesondere wesentlich länger als der proximale Bereich.
Schon durch verwendete Herstellungsverfahren bedingt, können die Querschnitte der Lichtleitfasern sowohl im proximalen Bereich als auch im distalen Bereich und in weiteren, zwischen dem proximalen und dem distalen Bereich liegenden Bereichen eine gewisse Streuung aufweisen, wobei jedoch die weit überwiegende Mehrheit der Lichtleitfasern Querschnitte aufweisen, die jeweils im proximalen Bereich einen größeren Flächeninhalt aufweisen als im distalen Bereich.
Bei einer Lichtleiteinrichtung, wie sie hier beschrieben ist, kann der Flächeninhalt des Querschnitts einer Lichtleitfaser jeweils in einem Übergangsbereich zwischen dem proximalen Bereich und dem distalen Bereich lichtstromabwärts stetig abnehmen.
Aufgrund der bereits erwähnten möglichen Streuungen im Herstellungsverfahren können einzelne Lichtleitfasern (insbesondere unerwünscht) andere Querschnitte aufweisen als die weit überwiegende Mehrheit der Lichtleitfasern. Für Lichtleitfasern der Mehrzahl von Lichtleitfasern getroffenen Aussagen sind deshalb insbesondere so zu verstehen, dass die Aussage für die weit überwiegende Mehrheit der Lichtleitfasern gilt.
Der Übergangsbereich erstreckt sich insbesondere vom distalen bzw. lichtstromabwärtigen Ende des proximalen Bereichs bis zum proximalen bzw. lichtstromaufwärtigen Ende des distalen Bereichs. Alternativ ist beispielsweise zwischen dem proximalen Bereich und dem Übergangsbereich ein weiterer Bereich angeordnet, wobei der Querschnitt einer Lichtleitfaser in diesem weiteren Bereich sich vom Querschnitt der Lichtleitfaser im proximalen Bereich unterscheiden kann, wobei jedoch insbesondere die Flächeninhalte des Querschnitts in dem weiteren Bereich und des Querschnitts in dem proximalen Bereich gleich oder im Wesentlichen gleich sind.
Die Querschnitte der Lichtleitfasern im proximalen Bereich und im distalen Bereich sind insbesondere so gewählt, dass der Gesamtquerschnitt der Mehrzahl von Lichtleitfasern an deren proximalen Enden bzw. die Lichteinrittsfläche an den Querschnitt eines zur Übertragung von Beleuchtungslicht von einer Lichtquelleneinrichtung zum Endoskop zu verwendeten Lichtleitkabels angepasst ist, und dass Beleuchtungslicht an den Lichtaustrittsflächen der Lichtleitfasern mit einer erwünschten Divergenz bzw. mit einer erwünschten Winkelverteilung bzw. in einen erwünschten Raumwinkelbereich austritt. Letzteres ist in erster Linie von der Divergenz bzw. Winkelverteilung des in die Lichteintrittsfläche eingekoppelten Beleuchtungslichts – und damit von Eigenschaften der zu verwendenden Lichtquelleneinrichtung und des zu verwendenden Lichtleitkabels – sowie von dem Verhältnis der Querschnitte und insbesondere der Flächeninhalte der Querschnitte der Lichtleitfasern an ihren Lichteintrittsflächen und an ihren Lichtaustrittsflächen abhängig. Durch Veränderung des Querschnitts einer Lichtleitfaser im Übergangsbereich kann also die Divergenz bzw. Winkelverteilung des an der Lichtaustrittsfläche austretenden Beleuchtungslichts eingestellt werden.
Bei einer Lichtleiteinrichtung mit einem Übergangsbereich, wie sie hier beschrieben ist, sind die Lichtleitfasern im Übergangsbereich insbesondere in der gleichen oder im Wesentlichen gleichen Richtung bzw. Orientierung angeordnet, in der sie im proximalen Bereich angeordnet sind.
Insbesondere sind die Lichtleitfasern zumindest im proximalen Bereich, im Übergangsbereich, ggf. in dem erwähnten weiteren Bereich zwischen proximalem Bereich und Übergangsbereich und optional in einem weiteren, sich lichtstromabwärts an den Übergangsbereich anschließenden Bereich gerade oder im Wesentlichen gerade. Die proximalen Bereiche und die Übergangsbereiche der Lichtleitfasern der Lichtleiteinrichtung sind insbesondere zur Anordnung im Bereich einer Kupplung am proximalen Ende eines Endoskops vorgesehen, wobei die Kupplung zur optischen und mechanischen Kopplung des Endoskops mit einem Lichtleitkabel vorgesehen. Die Kupplung kann senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht oder in einem Winkel von 45 Grad oder in einem anderen Winkel zur Längsachse eines Schafts des Endoskops angeordnet sein.
Eine Lichtleiteinrichtung mit einem Übergangsbereich, wie sie hier beschrieben ist, umfasst ferner eine Fassungshülse, wobei die proximalen Bereiche und die Übergangsbereiche der Mehrzahl von Lichtleitfasern innerhalb der Fassungshülse angeordnet sind.
Die Fassungshülse ist insbesondere ausgebildet, um die proximalen Bereiche und die Übergangsbereiche der Lichtleitfasern zu fassen und mechanisch zu stabilisieren und das proximale bzw. lichtstromaufwärtige Ende der Lichtleiteinrichtung mit einer definierten Geometrie und einer ausreichenden mechanischen Robustheit zu versehen. Die Fassungshülse weist insbesondere die Gestalt eines Zylindermantels mit kreisförmigem, elliptischem, rechteckigem oder anderem polygonalem Querschnitt, eines Kegel- oder Pyramidenstumpfes mit kreisförmiger, elliptischer, rechteckiger oder allgemeiner polygonaler Grundfläche auf.
Die Fassungshülse kann bei der Fertigung eines Endoskops im erwähnten Kupplungsbereich am proximalen Ende des Endoskops eingefügt werden. Insbesondere ist die Fassungshülse ausgebildet, um selbst eine Kupplung oder einen Teil einer Kupplung eines Endoskops zur Kopplung mit einem Lichtleitkabel zu bilden.
Insbesondere mit einer Fassungshülse kann die Lichtleiteinrichtung vorteilhafte mechanische Eigenschaften und damit auch hinsichtlich der Fertigung eines Endoskops vorteilhafte Eigenschaften aufweisen – die Fassungshülse hält und schützt die proximalen Bereiche und die Übergangsbereiche der Lichtleitfasern – am lichtstromabwärtigen Ende der Fassungshülse treten die Lichtleitfasern bereits mit den kleinen zweiten Querschnitten des distalen Bereichs und damit flexibel und einfach handhabbar aus.
Bei einer Lichtleiteinrichtung mit einer Fassungshülse, wie sie hier beschrieben ist, weist die Fassungshülse insbesondere ein Material auf, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient von thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Lichtleitfasern um nicht mehr als 2·10^–6 K^–1 abweicht.
Mit einer geringen Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der Fassungshülse einerseits und der Lichtleitfasern andererseits können bei Temperaturveränderungen mechanische Spannungen zwischen der Fassungshülse und den Lichtleitfasern verhindert oder weitgehend vermindert werden. Die Lichtleiteinrichtung kann damit auch eine wiederholte Erwärmung auf hohe Temperaturen, wie sie beispielsweise beim Autoklavieren eines Endoskops vorliegen, unbeschadet überstehen.
Bei einer Lichtleiteinrichtung mit einer Fassungshülse, wie sie hier beschrieben ist, ist die Fassungshülse insbesondere ausgebildet und vorgesehen, um zumindest teilweise innerhalb eines Bereichs einer Kupplung zur optischen Kopplung des Endoskops mit einem Lichtleitkabel angeordnet zu werden.
Eine Anordnung der Fassungshülse zumindest teilweise innerhalb des Bereichs der Kupplung kann eine kompakte Bauweise eines Endoskops mit der Lichtleiteinrichtung ermöglichen.
Alternativ sind die Übergangsbereiche der Lichtleitfasern mit oder ohne eine sie umschließende und mechanisch schützende Fassungshülse für eine Anordnung beabstandet von einer Kupplung eines Endoskops vorgesehen und ausgebildet. Insbesondere können die Übergangsbereiche für eine Anordnung im Schaft eines Endoskops oder in einem Bauteil des Endoskops, das sich proximal an den Schaft anschließt, beabstandet von der Kupplung ausgebildet sein.
Eine Lichtleiteinrichtung, wie sie hier beschrieben ist, kann ferner eine erste Vergussmasse umfassen, die zwischen den Übergangsbereichen der Lichtleitfasern angeordnet ist.
Die erste Vergussmasse weist insbesondere einen Klebstoff, einen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder ein anderes organisches oder anorganisches Material auf. Die Elastizität der ersten Vergussmasse ist insbesondere an die Elastizität des Materials der Lichtleitfasern angepasst, um die Übergangsbereiche der Lichtleitfasern mechanisch zu stützen. Dazu ist die erste Vergussmasse insbesondere in einem Raumbereich angeordnet oder füllt die Zwischenräume zwischen den Lichtleitfasern in einem Raumbereich auf, der die gesamten Übergangsbereiche der Lichtleitfasern umfasst. Der Raumbereich, in dem die Vergussmasse angeordnet ist, kann ferner Regionen der Lichtleitfasern umfassen, die sich an die Übergangsbereiche lichtstromaufwärts und/oder lichtstromabwärts anschließen.
Das Vorsehen der ersten Vergussmasse zwischen den Übergangsbereichen der Lichtleitfasern kann die mechanische Robustheit der Lichtleiteinrichtung deutlich erhöhen, zumal gerade die Übergangsbereiche der Lichtleitfasern ungeschützt sehr bruchempfindlich sein können.
Eine Lichtleiteinrichtung mit einer ersten Vergussmasse zwischen den Übergangsbereichen der Lichtleitfasern kann ferner eine zweite Vergussmasse aufweisen, die zwischen den Lichtleitfasern angeordnet ist, und die eine höhere Elastizität aufweist als die erste Vergussmasse, wobei die zweite Vergussmasse lichtstromabwärts der ersten Vergussmasse angeordnet ist.
Die zweite Vergussmasse umschließt insbesondere proximale Abschnitte der distalen Bereiche der Lichtleitfasern, in denen diese den zweiten, kleineren Querschnitt aufweisen. Die zweite Vergussmasse grenzt insbesondere unmittelbar an die erste Vergussmasse an bzw. füllt einen Raumbereich aus, der unmittelbar an den von der ersten Vergussmasse ausgefüllten Raumbereich angrenzt. Die zweite Vergussmasse mit ihrer höheren Elastizität kann einen weichen bzw. im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang zwischen der im Wesentlichen starren Fassung der Lichtleitfasern durch die erste Vergussmasse und den freien und elastischen Einzelfasern schaffen. Dadurch können die lokalen mechanischen Spannungsspitzen, die durch auf die distalen Bereiche der Lichtleitfasern wirkenden Kräfte erzeugt werden, deutlich reduziert werden. Somit können durch die zweite Vergussmasse die mechanische Robustheit der Lichtleiteinrichtung und die Lebensdauer der Lichtleiteinrichtung und eines mit der Lichtleiteinrichtung versehenen Endoskops, das insbesondere während seiner Lebensdauer zahlreichen Autoklavier-Prozessen ausgesetzt ist, erhöht werden.
Die erste Vergussmasse und ggf. auch die zweite Vergussmasse sind insbesondere innerhalb der oben beschriebenen Fassungshülse angeordnet.
Bei einer Lichtleiteinrichtung, wie sie hier beschrieben ist, können die Lichtleitfasern der Mehrzahl von Lichtleitfasern im proximalen Bereich insbesondere miteinander zumindest entweder verschweißt oder verschmolzen oder verlötet oder verklebt oder vergossen sein.
Die miteinander gefügten proximalen Bereiche der Lichtleitfasern können eine starre und robuste Einheit bilden. Ferner können die Lichtleitfasern fluiddicht miteinander gefügt sein, so dass insbesondere die Lichteintrittsflächen der Lichtleitfasern unmittelbar eine Oberfläche eines Endoskops bilden können, durch die auch bei einem Autoklavier-Prozess keine Feuchtigkeit eindringen kann.
Bei einer Lichtleiteinrichtung, bei der die Lichtleitfasern im proximalen Bereich miteinander gefügt sind, können die Lichtleitfasern in ihren proximalen Bereichen von der Kreisform abweichende Querschnitte aufweisen.
Insbesondere weisen die Querschnitte der Lichtleitfasern in ihren proximalen Bereichen aufgrund eines während der Fertigung der Lichtleiteinrichtung innerhalb einer Ebene senkrecht zu den Längsachsen der Lichtleitfasern ausgeübten mechanischen Drucks von der Kreisform abweichende Querschnitte auf, beispielsweise hexagonale oder im Wesentlichen hexagonale oder andere polygonale Querschnitte. Zur Erzeugung dieser Querschnitte weisen die Lichtleitfasern während der Ausübung des erwähnten Drucks insbesondere eine Temperatur nahe ihrer Glasübergangs- oder Erweichungs-Temperatur auf. Die beschriebene Verformung der im Übrigen insbesondere kreisförmige Querschnitte aufweisenden Lichtleitfasern ermöglicht eine Verringerung oder Beseitigung von Zwischenräumen. Dadurch kann die erwähnte Fluiddichtheit erzielt werden. Ferner kann der Wirkungsgrad der Einkopplung von Beleuchtungslicht an den Lichteintrittsflächen in die Lichtleitfasern erhöht werden, weil der Anteil des in Zwischenräume statt in Lichtleitfasern eingekoppelten Beleuchtungslichts deutlich vermindert werden kann.
Bei einer Lichtleiteinrichtung, wie sie hier beschrieben ist, können die distalen Enden von Lichtleitfasern der Mehrzahl von Lichtleitfasern miteinander zumindest entweder verschweißt oder verschmolzen oder verlötet oder verklebt oder vergossen sein.
Insbesondere sind die distalen Enden von Bündeln aus jeweils einer Teilmenge der Mehrzahl von Lichtleitfasern auf eine der beschriebenen Weisen gefügt. Optional ist zusätzlich eine Hülse vorgesehen, welche die gefügten distalen Enden mantelförmig umschließt. Die distalen Enden der Lichtleitfasern sind insbesondere fluiddicht gefügt, um auch bei einem Autoklavier-Prozess ein Endringen eines Fluids in ein mit der Lichtleiteinrichtung gefertigtes Endoskop zu verhindern. Die gefügten distalen Enden der Lichtleitfasern können so bearbeitet sein, dass sie nach dem Einsetzen in eine bzw. – im Falle mehrerer Bündel – mehrere entsprechende Öffnungen am distalen Ende eines Endoskops nicht weiter bearbeitet werden müssen. Insbesondere sind durch Polieren der gefügten Enden der Lichtleitfasern die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitfasern in einer glatten Fläche, insbesondere in einer Ebene, angeordnet.
Diese auch hinsichtlich der distalen Enden und der Lichtaustrittsflächen der Lichtleitfasern weitgehende Vorfertigung der Lichtleiteinrichtung kann die Fertigung eines Endoskops mit der Lichtleiteinrichtung vereinfachen und insbesondere eine zeitliche, räumliche und logistische Trennung von Fertigungsschritten, die sich auf den Beleuchtungsstrahlengang beziehen, von anderen Fertigungsschritten eines Endoskops unterstützen.
Ein Endoskop umfasst eine Lichtleiteinrichtung, wie sie hier beschrieben ist. Die beschriebenen Vorteile von Ausführungsformen der Lichtleiteinrichtung bewirken entsprechende Vorteile des Endoskops, insbesondere die Möglichkeit einer weitergehenden Miniaturisierung und/oder einer Senkung von Fertigungskosten.
Das Endoskop kann, wie bereits oben angedeutet, eine Kupplung zur optischen Kopplung des Endoskops mit einer separaten Lichtquelle über ein Lichtleitkabel aufweisen. Alternativ kann das Endoskop am proximalen Ende eine integrierte Lichtquelle aufweisen. In diesem Fall ist die Lichteintrittsfläche insbesondere so im Endoskop angeordnet, um Licht der Lichtquelle – erforderlichenfalls nach Kollimation oder Bündelung mittels eines Spiegels und/oder einer oder mehrerer Linsen – unmittelbar in die Lichteintrittsfläche eingekoppelt zu werden.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Endoskops, werden eine Lichtleiteinrichtung, wie sie hier beschrieben ist, und ein Halbfabrikat für ein Endoskop bereitgestellt und die Lichtleiteinrichtung in das Halbfabrikat eingesetzt, um das Endoskop herzustellen.
Die Lichtleiteinrichtung weist insbesondere schon vor dem Einsetzen in das Halbfabrikat alle optischen Funktionen des Beleuchtungsstrahlengangs des herzustellenden Endoskops auf. Die Lichtleiteinrichtung und das Halbfabrikat können an unterschiedlichen Orten und zu unterschiedlichen Zeiten hergestellt werden, wodurch der gesamte Herstellungsprozess optimierbar und mit geringerem Aufwand durchführbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Endoskops;
2 eine schematische Darstellung einer Lichtleiteinrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines ersten Querschnitts der Lichtleiteinrichtung aus 2;
4 eine schematische Darstellung eines zweiten Querschnitts der Lichtleiteinrichtung aus 2;
5 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Endoskops.
Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Endoskops 10, einer Lichtquelleneinrichtung 80 und eines Lichtleitkabels 90, das die Lichtquelleneinrichtung 80 mit dem Endoskop 10 optisch koppelt. Das Endoskop 10 weist ein proximales Ende 12 und ein distales Ende 18 auf. Ein Schaft 17 des Endoskops 10 erstreckt sich vom proximalen Ende 12 bis zum distalen Ende 18 des Endoskops 10. Der Schaft 17 kann jeweils abschnittsweise oder vollständig starr gerade, starr gekrümmt oder flexibel sein. Auf den Beobachtungsstrahlengang und/oder die Anordnung und Ausgestaltung eines lichtempfindlichen Bildsensors am proximalen Ende 12 oder am distalen Ende 18 des Endoskops 10 wird im Folgenden nicht eingegangen. Beispielhaft ist am proximalen Ende 12 des Endoskops 10 ein Okular 14 angedeutet.
Am proximalen Ende 12 weist das Endoskop 10 eine Kupplung 15 für das Lichtleitkabel 90 auf. Die Kupplung 15 ist insbesondere in einer Richtung senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Schafts 17 orientiert. Abweichend von der Darstellung in 1 kann die Kupplung 15 eine andere Orientierung aufweisen, beispielsweise unter einem Winkel von 45 Grad zur Längsachse des Schafts 17 angeordnet sein. Im Endoskop 10 ist eine Lichtleiteinrichtung 20 für Beleuchtungslicht angeordnet, die sich vom proximalen Ende 12 bis zum distalen Ende 18 des Endoskops 10 erstreckt.
Ein proximales Ende 22 der Lichtleiteinrichtung 20 ist im Bereich oder zumindest teilweise im Bereich der Kupplung 15 angeordnet. Abweichend von der Darstellung in 1 kann das proximale Ende 22 der Lichtleiteinrichtung 20 selbst ausgebildet sein, um die Kupplung 15 oder einen Teil der Kupplung 15 zu bilden.
Lichtstromabwärts des proximalen Endes 22 weist die Lichtleiteinrichtung 20 einen gekrümmten Bereich 26 auf, in dem sich die Richtung der Einzelfasern und die Lichtausbreitungsrichtung von Beleuchtungslicht innerhalb der Lichtleiteinrichtung 20 bei dem dargestellten Beispiel im Ergebnis um ca. 90 Grad ändert. Der gekrümmte Bereich 26 der Lichtleiteinrichtung 20 erlaubt einen Längenausgleich, der beispielsweise aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Lichtleiteinrichtung 20 und des Schafts 17 des Endoskops 10 beim Autoklavieren des Endoskops 10 erforderlich sein kann.
Lichtstromabwärts des gekrümmten Bereichs 26 erstreckt sich die Lichtleiteinrichtung 20 in einem oder – wie in 1 angedeutet – in mehreren Teilsträngen entlang des Schafts 17 bis zum distalen Ende 18 des Endoskops 10. Wie in 1 bereits angedeutet und nachfolgend anhand der 2 bis 4 dargestellt, umfasst die Lichtleiteinrichtung 20 eine Mehrzahl von Lichtleitfasern, die zumindest am distalen Ende 18 und insbesondere auch im Schaft 17 des Endoskops 10 in mehreren Bündeln bzw. Strängen 371, 372 angeordnet sind.
Am distalen Ende 18 des Endoskops 10 weist die Lichtleiteinrichtung 20 ein oder – wie in 1 angedeutet – mehrere distale Enden 28 mit jeweils einer Lichtaustrittsfläche 29 auf. Bei dem in 1 angedeuteten Beispiel weisen die Lichtaustrittsflächen 29 unterschiedliche Orientierungen auf, um unterschiedlichen einstellbaren Blickrichtungen des Endoskops 10 entsprechend Beleuchtungslicht gleichzeitig oder alternativ in unterschiedliche Beobachtungsrichtungen abstrahlen zu können.
Die Lichtquelleneinrichtung 80 umfasst insbesondere eine Lichtquelle 82 und eine Sammellinse 84. Die Lichtquelle 82 umfasst beispielsweise eine Hochdruck-Gasentladungslampe, eine Halogen-Glühlampe, eine Leuchtdiode oder einen Laser. Die Sammellinse 84 ist angeordnet und ausgebildet, um von der Lichtquelle 82 erzeugtes Beleuchtungslicht in ein mit der Lichtquelleneinrichtung 80 verbundenes erstes Ende 92 des Lichtleitkabels 90 einzukoppeln, dessen zweites Ende 94 mit der Kupplung 15 des Endoskops 10 gekoppelt ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Lichtleiteinrichtung 20 aus 1. Die schematische Darstellung in 2 hat vor allem am proximalen Ende 22 den Charakter einer Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene parallel zur Zeichenebene der 1 ist. Schnitte entlang der in 2 angedeuteten Ebenen A-A und B-B senkrecht zur Zeichenebene der 2 sind unten mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben.
Die Lichtleiteinrichtung 20 umfasst eine Mehrzahl von Lichtleitfasern 30. Die Anzahl von Lichtleitfasern einer realen Lichtleiteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie Längen, Durchmesser und andere Abmessungen können von den schematischen Darstellungen in den 1 bis 4 deutlich abweichen.
Jede Lichtleitfaser 30 weist ein proximales Ende 32 mit einer Lichteintrittsfläche 31 und ein distales Ende 38 mit einer Lichtaustrittsfläche 39 auf. Zwischen der Lichteintrittsfläche 31 bzw. dem proximalen Ende 32 einerseits und dem distalen Ende 38 bzw. der Lichtaustrittsfläche 39 weist jede Lichtleitfaser 30 einen Fassungsbereich 33, einen Übergangsbereich 35 und einen flexiblen Bereich 37 auf. Der flexible Bereich 37 wird auch als distaler Bereich bezeichnet. Der Fassungsbereich 32 schließt sich unmittelbar an die Lichteintrittsfläche 31 an und umfasst das proximale Ende 32. Zwischen dem Fassungsbereich 33 und dem Übergangsbereich 35 liegt ein Zwischenbereich 34.
Eine Lichtleitfaser 30 weist im Fassungsbereich 33 und im Zwischenbereich 34 insbesondere unterschiedliche Querschnitte mit im Wesentlichen gleichen Flächeninhalten auf. Die Flächeninhalte der Querschnitte einer Lichtleitfaser 30 im Fassungsbereich 33 und im Zwischenbereich 34 sind größer oder wesentlich größer als der Flächeninhalt des Querschnitts der Lichtleitfaser 30 im flexiblen Bereich 37. Im Übergangsbereich 35 variiert der Querschnitt einer Lichtleitfaser 30 kontinuierlich von dem größeren Querschnitt im Zwischenbereich 34 zum kleineren Querschnitt im flexiblen bzw. distalen Bereich 37.
Abweichend von der Darstellung in 2 weisen die Lichtleitfasern 30 insbesondere an den Grenzen zwischen dem Fassungsbereich 33 und dem Zwischenbereich 34 und zwischen dem Zwischenbereich 34 und dem Übergangsbereich 35 keine Knicke oder Ecken auf. Die in der schematischen Darstellung in 2 erkennbaren Knicke deuten lediglich an, dass die Packungsdichte der Lichtleitfasern 30 im Fassungsbereich 33 und im Zwischenbereich 34 unterschiedlich hoch sein kann. Insbesondere können die Fassungsbereiche 33 der Lichtleitfasern 30 – wie nachfolgend dargestellt – sehr dicht gepackt sein, während die Zwischenbereiche der Lichtleitfasern weniger dicht gepackt sind.
Die Fassungsbereiche 33 der Lichtleitfasern 30 sind von einem Druckring 53 in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene der 2 und parallel zur Schnittebene A-A umschlossen. Die Fassungsbereiche 33, die Zwischenbereiche 34, die Übergangsbereiche 35 und jeweils ein Teil der flexiblen bzw. distalen Bereiche 37 der Lichtleitfasern sind zusammen mit dem Druckring 53 in einer Fassungshülse 51 angeordnet.
Die Fassungshülse 51 und der Druckring 53 sind jeweils insbesondere rohrförmig bzw. weisen die Gestalt eines Mantels eines Zylinders mit kreisförmigem, elliptischem oder polygonalem Querschnitt auf. Abweichend von der Darstellung in 2 können sowohl die Fassungshülse 51 als auch der Druckring 53 jeweils eine nicht-zylindersymmetrische Gestalt aufweisen. Insbesondere kann die Fassungshülse 51 ein Außengewinde, eine Bajonettkupplungseinrichtung oder andere Einrichtungen zur lösbaren mechanischen Kopplung eines Endoskops, in das die Lichtleiteinrichtung 20 eingesetzt ist, mit einem Lichtleitkabel 90 (vgl. 1) aufweisen. Ferner kann die Fassungshülse 51 konisch, kegelförmig oder pyramidal mit einem kreisförmigen, elliptischem, polygonalem oder anderen Querschnitt sein.
In der Fassungshülse 51 sind ferner eine erste Vergussmasse 55 und eine zweite Vergussmasse 56 angeordnet. Die erste Vergussmasse 55 umgibt die Zwischenbereiche 34 und die Übergangsbereiche 35 sowie optional kurze, sich an die Übergangsbereiche 35 lichtstromabwärts anschließende Abschnitte der distalen bzw. flexiblen Bereiche 37 der Lichtwellenleiter und füllt deren Zwischenräume weitgehend oder vollständig auf. Die zweite Vergussmasse 56 ist in einem Raumbereich innerhalb der Fassungshülse 51 angeordnet, der sich lichtstromabwärts an den von der ersten Vergussmasse 55 ausgefüllten Raumbereich anschließt.
Sowohl die erste Vergussmasse 55 als auch die zweite Vergussmasse 56 weist jeweils beispielsweise einen Klebstoff, ein Elastomer oder einen anderen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff auf. Die erste Vergussmasse 55 weist eine geringe Elastizität auf und bewirkt in erster Linie eine mechanische Fixierung und Stabilisierung der Übergangsbereiche 35 der Lichtleitfasern 30, die eine besonders hohe mechanische Empfindlichkeit aufweisen können, insbesondere besonders zerbrechlich bzw. spröde sein können. Die zweite Vergussmasse 56 weist eine wesentlich höhere Elastizität auf, um bei auf die Lichtleitfasern 30 wirkenden Kräften lokale mechanische Spannungsspitzen zu vermeiden und so das Risiko eines Bruchs einzelner Lichtleitfasern 30 zu verringern.
Die distalen Abschnitte 37 der Lichtleitfasern 30 liegen größtenteils außerhalb der Fassungshülse 51. Die Langen der distalen Bereiche 37 der Lichtleitfasern 30 sind wesentlich durch die Länge des Schafts 17 des Endoskops 10, für das die Lichtleiteinrichtung 20 vorgesehen ist, bestimmt. Die Lichtleitfasern 30 weisen in ihren distalen Bereichen 37 kleine Querschnitte mit Durchmessern von typischerweise wenigen Mikrometern bis wenigen 10 Mikrometern auf. Die Lichtleitfasern 30 weisen deshalb in ihren distalen Bereichen 37 eine hohe Elastizität auf, die auch kleine Krümmungsradien im Bereich von einigen oder wenigen Millimeter erlaubt, auch wenn die Lichtleitfasern 30 aus Glas oder einem ähnlich spröden Material bestehen.
Die distalen Bereiche 37 der Lichtleitfasern 30 sind in einem oder – wie in 2 angedeutet – zwei oder mehr Bündeln 371, 372 angeordnet. Sowohl die Anzahl der Bündel 371, 372 als auch die Anzahl der Lichtleitfasern pro Bündel 371, 372 und die Anordnung der Lichtleitfasern 30 innerhalb der Bündel 371, 372 kann von der schematischen Darstellung in 2 tatsächlich stark abweichen. Für ein Endoskop mit einer einstellbaren Beobachtungsrichtung können sechs, acht, zehn oder mehr Bündel 371, 372 zur Übertragung von Beleuchtungslicht, das am distalen Ende 18 des Endoskops 10 in unterschiedliche Beleuchtungsrichtungen abzustrahlen ist, vorteilhaft sein. Ein Bündel 371, 372 kann mehrere zehn oder mehrere hundert Lichtleitfasern 30 umfassen, die nicht wie in 2 angedeutet in der Form eines Bands nebeneinander angeordnet sein müssen.
Die distalen Enden 28 der Lichtleiteinrichtung 20 werden durch die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 gebildet. Die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 eines Bündels 371, 372 sind jeweils durch eine Fassungshülse 61 gefasst und dauerhaft mechanisch zusammengehalten. Anstelle der Fassungshülsen 61 oder zusätzlich können die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 eines Bündels 371, 372 jeweils miteinander verschweißt, verschmolzen, verlötet, verklebt oder vergossen sein. Dadurch sind die distalen Enden 28 der Lichtleiteinrichtung 20 innerhalb einer kurzen Länge von beispielsweise nur wenigen hundert Mikrometern oder einem oder wenigen Millimeter starr. Dies kann die Handhabung der distalen Enden 28 der Lichtleiteinrichtung 20 vereinfachen, insbesondere beim Einsetzen der distalen Enden 28 in entsprechende Öffnungen am distalen Ende 18 eines Endoskops.
Die Lichtaustrittsflächen 39 an den distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 eines Bündels 371, 372 bilden zusammen eine Lichtaustrittsfläche 29. Insbesondere werden nach dem oben beschriebenen Fügen der zukünftigen distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 die Lichtleitfasern abgelängt und die Stirnflächen poliert, um die Lichtaustrittsflächen 39 der einzelnen Lichtleitfasern in einer Ebene und damit die Lichtaustrittsflächen 29 der Lichtleiteinrichtung 20 in der erwünschten optischen Qualität zu schaffen.
Die beschriebene Bearbeitung und Erzeugung der Lichtaustrittsfläche 29 kann bereits vor dem Einsetzen der Lichtleiteinrichtung 20 in ein Endoskop 10 erfolgen, so dass nach dem Einsetzen der Lichtleiteinrichtung 20 in das Endoskop 10 keine Bearbeitungsschritte an der Lichtleiteinrichtung 20 und damit am Beleuchtungsstrahlengang des Endoskops mehr erforderlich sind.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts entlang der in 2 angedeuteten Ebene A-A senkrecht zu den Längsachsen der Lichtleitfasern 30 in ihren Fassungsbereichen 33. Die Fassungsbereiche 33 der Lichtleitfasern 30 der Lichtleiteinrichtung 20 sind durch den im Wesentlichen kreisringförmigen Druckring 53 zusammengehalten. Der Druckring 53 ist von der Fassungshülse 51 mantelförmig umgeben.
Abweichend von der Darstellung in 2 kann die Kupplung 15 einen nach radial innen vorstehenden Kragen aufweisen, der insbesondere bis zum Rand der Lichteintrittsfläche 21 bzw. des Druckrings 53 reicht bzw. jeweils daran angrenzt. Damit wäre die Fassungshülse 51 sowie ggf. der Druckring 53 überdeckt. Dieser Kragen bedeckt die Stirnseite der Fassungshülse 51 und ggf. des Druckrings 53. Durch den Kragen kann die Fassungshülse 51 und ggf. der Druckring 53 beispielsweise bei der Reinigung und Sterilisation des Endoskops 10 vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Die Fassungshülse 51 bzw. der Druckring 53 kann in diesem Fall ein Material aufweisen, das weniger hohen oder keinen Anforderungen hinsichtlich Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit genügen muss.
Die Querschnitte 43 der Fassungsbereiche 33 aller oder fast aller Lichtleitfasern 30 sind polygonal oder im Wesentlichen polygonal und grenzen insbesondere lückenlos aneinander an. Vor der Fassung der Fassungsbereiche 33 durch den Druckring 53 weisen auch die Fassungsbereiche 33 insbesondere jeweils kreisförmige oder im Wesentlichen kreisförmige Querschnitte auf. Durch Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich des Glasübergangs des Materials der Lichtleitfasern und gleichzeitige Ausübung von Druck innerhalb der Ebene A-A werden die Querschnitte 43 der Fassungsbereiche 33 der Lichtleitfasern verformt, wobei die Flächeninhalte der Querschnitte insbesondere unverändert oder im Wesentlichen unverändert bleiben, wenn durch den ausgeübten Druck keine oder im Wesentlichen keine Längenänderung der Lichtleitfasern in ihren Fassungsbereichen 33 bewirkt wird. Dabei stellen sich im Idealfall die in 3 dargestellten hexagonalen oder im Wesentlichen hexagonalen Querschnitte 43 in der Anordnung eines hexagonalen zweidimensionalen Gitters ein.
Die anhand der 3 dargestellte Konfiguration der Fassungsbereiche 33 der Lichtleitfasern 30 minimiert oder beseitigt Zwischenräume zwischen den Fassungsbereichen 33 der Lichtleitfasern 30. Dies kann den Wirkungsgrad der Einkopplung von Beleuchtungslicht an der Lichteintrittsfläche 21 der Lichtleiteinrichtung 20 verbessern, da ein geringerer Anteil des Beleuchtungslichts in Zwischenräume zwischen Lichtleitfasern eingekoppelt wird und dort verloren geht. Ferner können die auf die beschriebene Weise durch Hitze und Druck verformten Fassungsbereiche 33 einen fluiddichten Körper bilden. Die Lichteintrittsfläche 21 der Lichtleiteinrichtung 20 aus den Lichteintrittsflächen 31 der Lichtleitfasern 30 kann somit unmittelbar eine nicht weiter abzudichtende Außenfläche eines Endoskops 10 bilden, durch die auch während eines Autoklavier-Prozesses kein Gas und keine Flüssigkeit in das Innere des Endoskops 10 eintreten kann.
Alternativ zu der anhand der 3 dargestellten Verformung und Verschmelzung der Fassungsbereiche 33 der Lichtleitfasern 30 durch Hitze und Druck können die Fassungsbereiche 33 der Lichtleitfasern 30 – unter anderem abhängig vom Material der Lichtleitfasern 30 – auf andere Weise gefügt, insbesondere verschweißt, verlötet, verklebt oder vergossen sein. Auch auf diese Weise kann unter Umständen eine Fluiddichtheit erzeugt werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts entlang der in 2 angedeuteten Ebene B-B senkrecht zu den Längsachsen der distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 eines Bündels 371, 372. Die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 sind insbesondere in der bereits in 2 angedeuteten Fassungshülse 61 gefasst. Alternativ oder zusätzlich können die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 miteinander verschweißt, verschmolzen, verlötet, verklebt oder vergossen sein. Durch einen Klebstoff, eine Vergussmasse oder ein Lot zwischen den distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 kann ein fluiddichter Körper gebildet werden, der geeignet sein kann, das Eindringen eines Fluids in ein Endoskop zu verhindern. Abweichend von der Darstellung in 4 können die Querschnitte der distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 nicht-kreisförmige Querschnitte aufweisen, beispielsweise aufgrund einer Verformung durch Hitze und Druck, wie sie oben anhand der 3 dargestellt ist.
Vor dem Fügen können sowohl die Fassungsbereiche 33 als auch die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 insbesondere durch eine Druckvorrichtung in der Ebene A-A bzw. B-B komprimiert werden. Durch die Kompression stellt sich eine erhöhte Packungsdichte ein, insbesondere durch eine hexagonale oder im Wesentlichen hexagonale Anordnung der Fassungsbereiche 33 bzw. der distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30, wie sie in den 3 bzw. 4 anhand angedeutet ist. Die Kompression kann durch Verwendung eines die Reibung zwischen Fassungsbereichen 33 bzw. zwischen den distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 herabsetzenden Gleitmittels, durch Ultraschall oder andere Maßnahmen unterstützt werden.
Durch die im Vergleich zum proximalen Ende 22 in der Lichtleiteinrichtung 20 bzw. zu den Fassungsbereichen 33 und den Zwischenbereichen 34 der Lichtleitfasern 30 reduzierten Querschnitte der distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 kann Bauraum eingespart werden. Dazu kann ferner die beschriebene Kompression der distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 beitragen. Eine weitere Reduzierung des von den distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 eingenommenen Bauraums und der für sie erforderlichen Öffnungsquerschnitte am distalen Ende 18 eines Endoskops 10 kann durch Verzicht auf die Fassungshülse 61 bewirkt werden.
5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Endoskops, insbesondere eines Endoskops, wie es oben anhand der 1 dargestellt ist. Die ersten neun Schritte 101 bis 109 bilden ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtleiteinrichtung, insbesondere einer Lichtleiteinrichtung, wie sie oben anhand der 2 bis 4 dargestellt ist. Das Verfahren zum Herstellen einer Lichtleiteinrichtung kann also Bestandteil eines Verfahrens zum Herstellen eines Endoskops sein. Das Verfahren zum Herstellen einer Lichtleiteinrichtung kann jedoch räumlich und zeitlich vollständig getrennt vom zehnten Schritt 110 und logistisch weitgehend unabhängig vom zehnten Schritt 110 und von hier nicht dargestellten weiteren Schritten im Rahmen der Herstellung eines Endoskops ausgeführt werden.
Das in 5 schematisch dargestellte Verfahren kann zur Herstellung einer Lichtleiteinrichtung und eines Endoskops ausgeführt werden, die sich von den oben anhand der 1 bis 4 dargestellten unterscheiden. Nachfolgend werden beispielhaft Bezugszeichen aus den 1 bis 4 verwendet, um ein Verständnis zu vereinfachen.
Bei einem ersten Schritt 101 wird eine Mehrzahl von Lichtleitfasern 30 bereitgestellt, die jeweils ein proximales Ende 32, ein distales Ende 38, in einem proximalen Bereich 33 einen ersten Querschnitt 43 mit einem ersten Flächeninhalt und in einem distalen Bereich 37 einen zweiten Querschnitt mit einem zweiten Flächeninhalt aufweisen, wobei der erste Flächeninhalt größer oder wesentlich größer ist als der zweite Flächeninhalt.
Bei einem zweiten Schritt 102 wird aus der Mehrzahl von Lichtleitfasern 30 ein Bündel gebildet. Dabei werden die Lichtleitfasern 30 insbesondere in ihren proximalen Bereichen 33, 34, 35 zu einem einzigen Bündel und in ihren distalen Bereiche 37 zu mehreren separaten Bündeln 371, 372 zusammengefasst.
Bei einem dritten Schritt 103 werden proximale Bereiche 33 der Lichtleitfasern 30 verdichtet, insbesondere durch mechanischen Druck in einer Ebene senkrecht zu den Längsachsen der Lichtleitfasern 30. Ergebnis der Verdichtung ist insbesondere eine hexagonale oder im Wesentlichen hexagonale Anordnung der proximalen Bereiche der Lichtleitfasern 30. Zur Unterstützung der Verdichtung können ein Schmierstoff oder eine die Reibung zwischen den proximalen Bereichen 33 der Lichtleitfasern 30 herabsetzende Beschichtung derselben vorgesehen sein.
Bei einem vierten Schritt 104 werden die proximalen Bereiche 33 der Lichtleitfasern 30 miteinander verschweißt. Dazu werden die Lichtleitfasern insbesondere auf eine Temperatur im Bereich ihres Glasübergangs oder ihrer Erweichungstemperatur erwärmt, wobei gleichzeitig mechanischer Druck ausgeübt wird.
Bei einem fünften Schritt 105 wird zwischen Übergangsbereiche 35 der Lichtleitfasern 30, in denen sich die Querschnitte der Lichtleitfasern 30 lichtstromabwärts verringern, ein erstes Vergussmaterial 55 eingebracht. Das erste Vergussmaterial 55 weist insbesondere eine geringe Elastizität auf. Die Elastizität des ersten Vergussmaterials 55 ist insbesondere an die Elastizität der Lichtleitfasern 30 in ihren Übergangsbereichen 35 angepasst, um die unter Umständen sehr bruchempfindlichen Übergangsbereiche 35 mechanisch zu stützen und das Risiko eines Bruchs herabzusetzen.
Bei einem sechsten Schritt 106 wird unmittelbar distal des Raumbereichs, in dem das erste Vergussmaterial 55 zwischen den Lichtleitfasern 30 vorgesehen ist, ein zweites Vergussmaterial 56 zwischen die Lichtleitfasern 30 eingebracht. Das zweite Vergussmaterial 56 weist eine höhere oder wesentlich höhere Elastizität auf als das erste Vergussmaterial 55. Das zweite Vergussmaterial 56 verhindert oder vermindert die Ausbildung lokaler Maxima mechanischer Spannungen am distalen Ende des starren ersten Vergussmaterials 55.
Bei einem siebten Schritt 107 werden die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 verdichtet, insbesondere durch mechanischen Druck in einer Ebene senkrecht zu den Längsachsen der Lichtleitfasern 30. Ergebnis der Verdichtung ist insbesondere eine hexagonale oder im Wesentlichen hexagonale Anordnung der distalen Bereiche der Lichtleitfasern 30. Zur Unterstützung der Verdichtung können ein Schmierstoff oder eine die Reibung zwischen den distalen Bereichen 38 der Lichtleitfasern 30 herabsetzende Beschichtung derselben vorgesehen sein.
Bei einem achten Schritt 108 werden die distalen Enden 38 der Lichtleitfasern 30 miteinander verschweißt. Dazu werden die Lichtleitfasern insbesondere auf eine Temperatur im Bereich ihres Glasübergangs oder ihrer Erweichungstemperatur erwärmt, wobei gleichzeitig mechanischer Druck ausgeübt wird.
Bei einem neunten Schritt 109 werden die proximalen Enden 32 und/oder die distalen Enden der 38 der Lichtleitfasern 30 geschliffen und vor allem poliert, um Lichteintrittsflächen 31 bzw. Lichtaustrittsflächen 39 der einzelnen Lichtleitfasern 30 und damit gleichzeitig eine Lichteintrittsfläche 21 und eine oder mehrere Lichtaustrittsflächen 29 der Lichtleiteinrichtung 20 zu schaffen.
Bei einem zehnten Schritt 110 wird die mit den Schritten 101 bis 109 hergestellten Lichtleiteinrichtung 20 in einen Endoskopkörper eingesetzt, um ein Endoskop 10 zu bilden. Da die bei den oben beschriebenen Schritten 101 bis 109 hergestellte Lichtleiteinrichtung 20 bereits weitgehend oder vollständig außerhalb des Endoskops 10 alle ihre endgültigen Merkmale erhalten hat, sind weitere Bearbeitungsschritte an der Lichtleiteinrichtung 20 nach dem Einsetzen in das Endoskop 10 nicht mehr erforderlich.
Abweichend von der obigen Darstellung anhand der 5 können einige Schritte in anderen Reihenfolgen ausgeführt werden. Ferner können Schritte weggelassen werden, beispielsweise der dritte Schritt 103 des Verdichtens, der fünfte Schritt 105 und/oder der sechste Schritt 106 des Vergießens und der neunte Schritt des Polierens, der auch erst nach dem Einsetzen der Lichtleiteinrichtung 20 in das Endoskop 10 erfolgen kann.
Ferner können Schritte variiert werden, beispielsweise können die Lichtleitfasern sowohl proximal als auch distal alternativ oder zusätzlich zum Verschweißen nur vergossen oder verlötet oder verklebt werden.
Bezugszeichenliste

10: Endoskop
12: proximales Ende des Endoskops 10
14: Okular am proximalen Ende 12 des Endoskops 10
15: Kupplung für Lichtleitkabel am proximalen Ende 12 des Endoskops 10
17: Schaft des Endoskops 10
18: distales Ende des Endoskops 10
20: Lichtleiteinrichtung
21: Lichteintrittsfläche der Lichtleiteinrichtung 20
22: proximales Ende der Lichtleiteinrichtung 20
26: gekrümmter Bereich der Lichtleiteinrichtung 20
28: distales Ende der Lichtleiteinrichtung 20
29: Lichtaustrittsfläche der Lichtleiteinrichtung 20
30: Lichtleitfaser
31: Lichteintrittsfläche der Lichtleitfaser 30
32: proximales Ende der Lichtleitfaser 30
33: Fassungsbereich bzw. proximaler Bereich der Lichtleitfaser 30
34: Zwischenbereich zwischen dem Fassungsbereich 33 und dem Übergangsbereich 35
35: Übergangsbereich der Lichtleitfaser 30
37: flexibler Bereich der Lichtleitfaser 30
371: Bündel von Lichtleitfasern 30
372: Bündel von Lichtleitfasern 30
38: distales Ende der Lichtleitfaser 30
39: Lichtaustrittsfläche der Lichtleitfaser 30
43: Querschnitt einer Lichtleitfaser 30 im Fassungsbereich 33 der Lichtleitfaser 30
47: Querschnitt einer Lichtleitfaser 30 im flexiblen Bereich 37 der Lichtleitfaser 30
51: Fassungshülse am proximalen Ende der Lichtleiteinrichtung 20
53: Druckring an den proximalen Enden 32 der Lichtleitfasern 30
55: starre Vergussmasse in der Fassungshülse 51
56: flexible Vergussmasse in der Fassungshülse 51
61: Fassungshülse am distalen Ende 28 der Lichtleiteinrichtung 20
80: Lichtquelleneinrichtung
82: Lichtquelle
84: Linse
90: Lichtleitkabel
92: erstes Ende des Lichtleitkabels 90
94: zweites Ende des Lichtleitkabels 90
101: erster Schritt
102: zweiter Schritt
103: dritter Schritt
104: vierter Schritt
105: fünfter Schritt
106: sechster Schritt
107: siebter Schritt
108: achter Schritt
109: neunter Schritt
110: zehnter Schritt

Claims

Lichtleiteinrichtung (20) für ein Endoskop (10), zum Leiten von Beleuchtungslicht von einem proximalen Ende (12) des Endoskops (10) zu einem distalen Ende (18) des Endoskops (10), mit: einer Mehrzahl von Lichtleitfasern (30), wobei jede Lichtleitfaser (30) ein proximales Ende (32) mit einer Lichteintrittsfläche (31), die für eine Anordnung an einem proximalen Ende (12) eines Endoskops (10) vorgesehen ist, und ein distales Ende (38) mit einer Lichtaustrittsfläche (39), die für eine Anordnung an einem distalen Ende (18) eines Endoskops (10) vorgesehen ist, aufweist, wobei die Lichtleitfasern (30) jeweils in einem proximalen Bereich (33) einen ersten Querschnitt (43) mit einem ersten Flächeninhalt und in einem distalen Bereich (37) einen zweiten Querschnitt (47) mit einem zweiten Flächeninhalt aufweisen, wobei der erste Flächeninhalt größer ist als der zweite Flächeninhalt.
Lichtleiteinrichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Flächeninhalt des Querschnitts (43, 47) einer Lichtleitfaser (30) jeweils in einem Übergangsbereich (35) zwischen dem proximalen Bereich (33) und dem distalen Bereich (37) lichtstromabwärts stetig abnimmt.
Lichtleiteinrichtung (20) nach dem vorangehenden Anspruch, ferner mit: einer Fassungshülse (51), wobei die proximalen Bereiche (33) und die Übergangsbereiche (35) der Mehrzahl von Lichtleitfasern (30) innerhalb der Fassungshülse (51) angeordnet sind.
Lichtleiteinrichtung (20) nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Fassungshülse (51) ein Material aufweist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Lichtleitfasern (30) um nicht mehr als 2·10^–6 K^–1 abweicht.
Lichtleiteinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 4 und 5, bei der die Fassungshülse (51) ausgebildet und vorgesehen ist, um zumindest teilweise innerhalb eines Bereichs einer Kupplung (15) zur optischen und mechanischen Kopplung des Endoskops (10) mit einem Lichtleitkabel (82) angeordnet zu werden.
Lichtleiteinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner mit einer ersten Vergussmasse (55), die zwischen den Übergangsbereichen (35) der Lichtleitfasern (30) angeordnet ist.
Lichtleiteinrichtung (20) nach dem vorangehenden Anspruch, ferner: einer zweiten Vergussmasse (56), die zwischen den Lichtleitfasern (30) angeordnet ist, und die eine höhere Elastizität aufweist als die erste Vergussmasse (55), wobei die zweite Vergussmasse (56) lichtstromabwärts der ersten Vergussmasse (55) angeordnet ist.
Lichtleiteinrichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mehrzahl von Lichtleitfasern (30) im proximalen Bereich (33) miteinander zumindest entweder verschweißt oder verschmolzen oder verlötet oder verklebt oder vergossen sind.
Lichtleiteinrichtung (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der distale Enden (38) von Lichtleitfasern (30) der Mehrzahl von Lichtleitfasern (30) miteinander zumindest entweder verschweißt oder verschmolzen oder verlötet oder verklebt oder vergossen sind.
Endoskop mit einer Lichtleiteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Endoskops, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (101, ..., 109) einer Lichtleiteinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; Bereitstellen eines Halbfabrikats für ein Endoskop (10); Einsetzen (110) der bereitgestellten Lichtleiteinrichtung (20) in das Halbfabrikat, um das Endoskop (10) herzustellen.