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Die Erfindung betrifft ein Videoendoskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Aus der
EP 1 685 790 A1 und der
WO 2010/146587 A1 sind derartige Videoendoskope bekannt.
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Bei den bekannten gattungsgemäßen Videoendoskopen ergeben sich zum einen technische Probleme durch die hohe benötigte Übertragungsbandbreite, um gleichzeitig Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu übertragen. Zum anderen ergibt sich ein Orientierungsproblem für den Betrachter, der bei mehreren zu betrachtenden Bildern leicht abgelenkt wird oder den Überblick verliert. Beim chirurgischen Einsatz solcher Videoendoskope kann eine solche Ablenkung oder Desorientierung des Operateurs schwerwiegende Folgen haben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem gattungsgemäßen Videoendoskop die Übertragungsprobleme zu vereinfachen und dem Betrachter seine Arbeit zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.
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Die verschiedenen vom Videoendoskop erzeugten Bilder werden unterschieden in das wichtigste Bild, nämlich das geradeaus blickende Bild und in die Bilder mit seitlichen Blickrichtungen, die weniger wichtig sind und nur als periphere Zusatzinformationen dienen. Dabei wird dem geradeaus blickenden Bild eine höhere Bildauflösung zugewiesen, während die seitlich blickenden Bilder mit geringerer Auflösung übertragen werden. Hat man z. B. ein geradeaus blickendes Bild und vier seitlich blickende Bilder (z. B. rechts, links, oben, unten), so kann durch diese Maßnahme bei vier von fünf Bildern die Auflösung und somit die erforderliche Übertragungsbandbreite deutlich verringert werden. Es können also nicht nur die Bildsensoren der Bildaufnahmeeinrichtung, sondern auch die Übertragungsstrecke und die Bilddarstellungseinrichtung deutlich vereinfacht werden.
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Aus dieser Maßnahme ergibt sich ferner durch Beachtung der Eigenheiten des peripheren Sehens für den Betrachter eine Verbesserung und Verdeutlichung der Wahrnehmung. Die optische Wahrnehmung des Menschen unterscheidet aufgrund der Physiologie der Netzhaut und der entsprechenden nervlichen Verschaltungen zwischen dem zentralen scharfen Sehen im Bereich der Blickachse und dem peripheren Sehen außerhalb der Blickachse. Dabei ist das periphere Sehen sehr viel unschärfer als das Sehen im mittleren scharfen Bereich. Das periphere Sehen ist dennoch von hoher Bedeutung. Es gibt wichtige Zusatzinformationen, an die das Gehirn gewähnt ist. Ohne diese Zusatzinformationen ergibt sich ein verschlechterter Gesamteindruck.
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Hierzu wird auf den Artikel
"Peripheres Sehen" aus Wikipedia verwiesen, der in Ausdruck vom 11. Oktober 2011 der Anmeldung als Anlage beigefügt ist.
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Die Erfindung stellt für die seitlichen Blickrichtungen Bilder geringerer Auflösung zur Verfügung, die somit den Eindruck peripheren Sehens hervorrufen. Das Auge erkennt sofort, ob der Blick irrtümlich auf eines der seitlichen Bilder gerichtet ist oder auf das scharfe geradeaus blickende Bild. Dadurch ergibt sich ein für Auge und Gehirn auch bei höchster Konzentration müheloses Arbeiten.
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Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Zur Vereinfachung der Bilddarstellungseinrichtung wird hierbei die geringere erforderliche Bildschärfe im Randbereich dazu benutzt, mehrere seitliche Bilder auf einen Bildsensor abzubilden. Z. B. sind für insgesamt fünf Bilder nur zwei Bildsensoren erforderlich, was die beengten räumlichen Probleme im distalen Endbereich eines Videoendoskopes geringen Durchmessers stark vereinfacht.
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Videoendoskope, insbesondere für die Chirurgie, sind üblicherweise von rundem Querschnitt. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Danach ist der distale Endbereich, der die Bildaufnahmeeinrichtungen aufnimmt, rechteckig ausgebildet, wodurch die Anordnung der Bildaufnahmeeinrichtungen vereinfacht wird.
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Vorteilhaft, gemäß Anspruch 4, wird jede Blickrichtung gesondert ausgeleuchtet, um alle Bilder ausreichend aufzuhellen. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Videoendoskopes,
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2 eine Stirnansicht des Videoendoskopes der 1 vom distalen Ende her,
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3 eine Bilddarstellungseinrichtung zum Anschluss an das Videoendoskop der 1,
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4 eine Bilddarstellungseinrichtung einer anderen Ausführungsform,
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5 einen Längsschnitt durch den distalen Endbereich des Endoskopes der 1 und 2 mit einer Prismenanordnung und
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6 eine dreidimensionale Darstellung der Prismenanordnung
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1 zeigt in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Videoendoskop 1 mit einem Schaft 2, der im Ausführungsbeispiel starr ist, aber z. B. auch flexibel ausgebildet sein kann. Am distalen Ende des Schaftes 2 sitzt ein distaler Endbereich 3 des Videoendoskop 1, während am proximalen Ende des Schaftes 2 ein Handgriff 4 befestigt ist, von dem ein Kabel 5 abgeht, das allen erforderlichen Übertragungs- und Leitungszwecken dient.
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2 zeigt eine Stirnansicht auf das Videoendoskop der 1 vom distalen Ende her. Man erkennt, dass im Ausführungsbeispiel der Handgriff 4 und der Schaft 2 von rundem Querschnitt sind, während der distale Endbereich 3 rechteckig ausgebildet ist.
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Wie die 2 zeigt, ist in der distalen Stirnfläche 6 des distalen Endbereiches 3 ein geradeaus blickendes Fenster 7 angeordnet, durch das eine Bildaufnahmeeinrichtung 18 geradeaus blicken kann. Um das Fenster 7 herum sind Lichtaustrittsöffnungen 8 angeordnet, die der geradeaus blickenden Richtung das benötigte Licht liefern.
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In der in 1 sichtbaren Seitenwand des distalen Endbereiches 3 ist ein Fenster 9 für eine seitlich blickende Bildaufnahmeeinrichtung 19 angeordnet sowie eine zugeordnete Lichtaustrittsöffnung 10. In den übrigen drei Seitenflächen des distalen Endbereiches 3, die in 1 nicht zu sehen sind, sind identische Anordnungen von Fenstern 9 und Lichtaustrittsöffnungen 10 angeordnet. Der distale Endbereich 3 beherbergt somit eine geradeaus blickende Bildaufnahmeeinrichtung 18 und Einrichtungen 19 zur seitlich blickende Bildaufnahme für die Blickrichtungen links, rechts, oben und unten.
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Die Lichtaustrittsöffnungen 8 und 10 können z. B. mit direkt an den Öffnungen angeordneten Leuchtdioden versehen sein oder enthalten die distalen Enden von Lichtleiterbündeln, die vom distalen Endbereich 3 her den Schaft 2 in proximaler Richtung durchlaufen und dort durch das Kabel 5 bis zu einer nicht dargestellten Kaltlichtquelle verlaufen, oder mit einem separaten Lichtleiterkabel angeschlossen sind.
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3 zeigt eine Bilddarstellungseinrichtung 11, die an das Kabel 5 angeschlossen ist und über dieses von den Bildaufnahmeeinrichtungen 18, 19 im distalen Endbereich 3 des Videoendoskopes 1 Bildsignale erhält, und zwar Signale von fünf Bildern, nämlich dem geradeaus blickenden Bild, das durch das Fenster 7 gewonnen wird und von vier seitlich blickenden Bildern, die durch die Fenster 9 gewonnen werden. Die in 3 dargestellte Bilddarstellungseinrichtung 11 hat für jedes der anzuzeigenden Bilder einen eigenen Bildschirm, besitzt also insgesamt fünf Bildschirme, die in 3 dargestellt sind. Ein zentraler Bildschirm 12 dient der Anzeige des geradeaus blickenden Bildes, das durch das Fenster 7 gewonnen wird. Daran anschließend sind ein linker Bildschirm 13, ein rechter Bildschirm 14 sowie ein oberer Bildschirm 15 und ein unterer Bildschirm 16 angeordnet. Die seitlichen Bildschirme 13–16 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel am Rand des zentralen Bildschirmes 12 derart befestigt, dass sie schräg nach vorn auf den Betrachter zu gerichtet sind. Wenn der Betrachter mit seinem Kopf in geringem Abstand vor dem zentralen Bildschirm 12 angeordnet ist, so liegt dieser vor ihm, während die seitlichen Bildschirme 13–16 seitlich von ihm, links, rechts, oben und unten angeordnet sind.
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Die Bilder auf den seitlichen Bildschirmen 13–16 werden erfindungsgemäß mit niedrigerer Auflösung dargestellt als das Bild auf dem zentralen Bildschirm 12. Es kann dazu die Technik der seitlichen Bildschirme 13–16 einfacher gestaltet werden, ebenso wie die Technik der seitlich blickenden Bildaufnahmeeinrichtungen 19 im distalen Endbereich 3. Auch die gesamte Übertragungsstrecke für die Bildsignale kann stark vereinfacht sein.
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Bei Betrachtung des von der Bilddarstellungseinrichtung 11 der 3 dargestellten Bildes sieht der Betrachter vor sich auf dem zentralen Bildschirm 12 ein sehr scharfes Bild, während die Bilder auf den seitlichen Bildschirmen 13–16 mit niedrigerer Auflösung dargestellt, also unschärfer sind. Dies entspricht dem natürlichen Endruck des Auges, das in Geradeausrichtung scharf sieht und seitlich, also im Bereich des peripheren Sehens, wesentlich unschärfer sieht. Unwillkürlich weiß das Auge, ob es scharf oder unscharf sieht. Der Betrachter wird also automatisch auf die Geradeausblickrichtung, also auf den zentralen Bildschirm 12, ausgerichtet. Dies erleichtert sehr das längere hochkonzentrierte Betrachten komplizierter Bildeindrücke, beispielsweise bei einer chirurgischen Arbeit unter Beobachtung durch das Videoendoskop 1.
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4 zeigt eine Bilddarstellungseinrichtung 17 in einer alternativen Ausführungsform. Sie weist einen einzigen Bildschirm auf, dessen Darstellungsfläche virtuell in Bereiche aufgeteilt ist, die in 4 mit gestrichelten Linien abgegrenzt sind. Durch Vergleich mit 3 erkennt man, dass sich dieselben insgesamt fünf Bereiche 17a, 17b, 17c, 17d, 17e ergeben, wobei der mittlere Bereich 17a zur Darstellung des Geradeausblickes dient, während die seitlichen Bereiche 17b, 17c, 17d, 17e für die seitlichen Blickrichtungen links, rechts, oben und unten vorgesehen sind. Auch in diesem Fall ist der mittlere Bildbereich 17a für den Geradeausblick mit höherer Bildschärfe ausgerüstet, während die seitlichen Bereiche nur über geringere Bildschärfe verfügen.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch den distalen Endbereich 3 des Videoendoskopes 1. In der distalen Stirnfläche 6 erkennt man das Fenster 7. In den Seitenflächen sind die Fenster 9 dargestellt. Die Lichtaustrittsöffnungen 8 und 10 sind zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen, ebenso auch alle Anschlussleitungen.
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Im Inneren des distalen Endbereiches 3 sind die Bildaufnahmeeinrichtungen 18 und 19 dargestellt, von denen die Bildaufnahmeeinrichtung 18 für die Geradeausblickrichtung und die Bildaufnahmeeinrichtung 19 für die übrigen vier seitlichen Blickrichtungen zuständig sind. In 5 sind davon allerdings aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung nur zwei seitliche Blickrichtungen, nämlich nach oben und unten, dargestellt, während die Einrichtungen für die Bildaufnahme in Richtung nach vorn zum Betrachter hin und in Richtung nach hinten weggelassen sind.
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Die Bildaufnahmeeinrichtung 18 weist einen flächigen Bildsensor 20 auf, wobei zwischen diesem und dem zugehörigen Fenster 7 ein aus Linsen gebildetes Objektiv 21 angeordnet ist Das Bild fällt in Richtung des gestrichelten Pfeiles durch das Fenster 7 ein und wird vom Objektiv 21 auf die Ebene des Bildsensors 20 abgebildet.
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Die Bildaufnahmeeinrichtung 19 weist einen Bildsensor 22 auf, der in der Größe dem Bildsensor 20 entspricht und z. B. ebenso wie dieser den Querschnittsabmessungen des distalen Endbereiches 3 angepasst ist. Der Bildsensor 22 muss allerdings vier Bilder verarbeiten, wovon 5 nur die Strahlengänge von zwei Bildern zeigt, die durch die dargestellten Fenster 9 einfallen. Sie werden jeweils durch ein Prisma 23a, beziehungsweise 23b rechtwinklig umgelenkt und fallen durch je ein Objektiv 24a und 24b auf unterschiedliche Bereiche des Bildsensors 22.
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Die Darstellung in 5 ist stark vereinfacht. Sie zeigt bei der Bildaufnahmeeinrichtung 19 nur die Komponenten für das von oben einfallende und für das von unten einfallende Bild. Tatsächlich sind jedoch vier Bilder zu verarbeiten, da noch die Bilder benötigt werden, die senkrecht zur Zeichnungsebene von oben oder von unten einfallen und die in 5 zur Vereinfachung nicht dargestellt sind.
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Eine dafür geeignete Prismenanordnung zeigt die 6. Die Prismenanordnung zeigt nicht nur die beiden Prismen 23a und 23b, die bereits in 5 gezeigt wurden, sondern zusätzlich noch Prismen 23c und 23d für die anderen beiden seitlichen Bilder. Es sind mit Pfeilen die Einfallsrichtungen der Bilder von den Seiten her dargestellt sowie die Ausfallsrichtungen aller vier Bilder in Richtung auf den Bildsensor 22, der auf seiner der Prismenanordnung zugewandten lichtempfindlichen Oberfläche in vier Bereiche 22a–22d unterteilt ist, die jeweils ihrem zugehörigen Prisma zugeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1685790 A1 [0002]
- WO 2010/146587 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Peripheres Sehen” aus Wikipedia [0008]
