DE102013215422A1

DE102013215422A1 - Optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung und Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung

Info

Publication number: DE102013215422A1
Application number: DE102013215422.4A
Authority: DE
Inventors: Jianxin Zhao; Tsutomu Uzawa
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: DE102013215422B4; JP2016527566A; WO2015018473A1; US20160154231A1; CN105474066B; JP6482553B2; US10088665B2; CN105474066A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System (50) eines Stereo-Videoendoskops (1) mit seitlicher Blickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe (60) und eine proximale optische Baugruppe (70), wobei die distale optische Baugruppe (60) in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse (61), eine optische Ablenkeinheit (62) und eine als hohler positiver Meniskus ausgebildete Austrittslinse (63) auf einer gemeinsamen optischen Achse umfasst, wobei die distale optische Baugruppe (70) wenigstens abschnittsweise zwei gleichartige, parallel zueinander angeordnete rechte und linke Linsensystemkanäle (71, 72) mit jeweils einer eigenen optischen Achse aufweist, die jeweils in Lichteinfallsrichtung wenigstens eine erste Linse (71a, 72a) und eine Achromaten-Linsengruppe (71b, 72b) aufweisen, sowie ein entsprechendes Stereo-Videoendoskop (1) mit seitlicher Blickrichtung. Bei dem erfindungsgemäßen optischen System (50) ist die Eintrittslinse (61) als erhabener negativer Meniskus ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe, wobei die distale optische Baugruppe in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse, eine optische Ablenkeinheit und eine als hohler positiver Meniskus ausgebildete Austrittslinse auf einer gemeinsamen optischen Achse umfasst, wobei die distale optische Baugruppe wenigstens abschnittsweise zwei gleichartige, parallel zueinander angeordnete rechte und linke Linsensystemkanäle mit jeweils einer eigenen optischen Achse aufweist, die jeweils in Lichteinfallsrichtung wenigstens eine erste Linse und eine Achromaten-Linsengruppe aufweisen, sowie ein entsprechendes Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung.
Die Verwendung von stereoskopischen optischen Systemen in Endoskopen ist derzeit aufgrund der erforderlichen Baugrößen auf geradeaus blickende Endoskope beschränkt, also auf Endoskope mit einer so genannten 0°-Blickrichtung.
Aus US 5 689 365 A ist ein System eines seitwärts blickenden stereoskopischen Endoskops bekannt, das eine distale und eine proximale optische Baugruppe aufweist. Die distale optische Baugruppe ist distal hinter einem schräggestellten Eintrittsfenster angeordnet und umfasst eine plankonvexe Eintrittslinse, die auf einer Prismen-Ablenkeinheit aufsitzt, in der die schräggestellte optische Achse des Systems in die Richtung der Längserstreckung des Schafts des Endoskops umgelenkt wird. Ausgangs der Prismeneinheit ist eine positive erhabene Meniskuslinse als Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe angeordnet. Proximal schließt sich hieran die proximale optische Baugruppe an. Während die distale optische Baugruppe mit dem Hüllrohr drehfest verbunden ist, ist die proximale optische Baugruppe in dem Hüllrohr drehbar angeordnet, um eine Änderung der Blickrichtung zu ermöglichen.
Die proximale optische Baugruppe umfasst zwei Linsenkanalsysteme, nämlich jeweils für das rechte Bild und das linke Bild separat, in denen jeweils eine bikonvexe Eintrittslinse sowie eine als Dublett ausgebildete Achromatengruppe angeordnet sind. Zwei Bildsensoren sind drehfest mit dieser drehbaren proximalen optischen Baugruppe verbunden und empfangen die getrennten linken und rechten Bilder.
In US 5 689 365 A werden noch verschiedene andere optische Systeme vorgestellt, die auf ähnliche Weise funktionieren, wobei auch beispielsweise Umkehrlinsensätze verwendet werden, um das einfallende Licht in den Handgriff eines Endoskops und zu den dort angeordneten Bildsensoren zu befördern.
Mit dem in US 5 689 365 A vorgestellten optischen System lässt sich bei einem äußeren Durchmesser des Endoskopschafts von mehr als 15 mm eine Stereobasis von weniger als 1,1 mm realisieren. Dies bedeutet, dass es für eine endoskopische Verwendung wegen seines Durchmessers nur unzureichend geeignet ist und der erreichbare dreidimensionale Effekt nicht ausreichend groß ist. Ferner sind in dem optischen System so genannte 3D-Verzerrungen nicht ausreichend korrigiert.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung und ein entsprechendes Stereo-Videoendoskop mit einem solchen optischen System zur Verfügung zu stellen, das bei gleicher oder kleinerer Baugröße eine gleiche oder größere Stereobasis zur Verfügung stellt, wobei auch 3D-Verzerrungen korrigiert sein sollen.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe, gelöst, wobei die distale optische Baugruppe in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse, eine optische Ablenkeinheit und eine als hohler positiver Meniskus ausgebildete Austrittslinse auf einer gemeinsamen optischen Achse umfasst, wobei die distale optische Baugruppe wenigstens abschnittsweise zwei gleichartige, parallel zueinander angeordnete rechte und linke Linsensystemkanäle mit jeweils einer eigenen optischen Achse aufweist, die jeweils in Lichteinfallsrichtung wenigstens eine erste Linse und eine Achromaten-Linsengruppe aufweisen, die dadurch weitergebildet ist, dass die Eintrittslinse als erhabener negativer Meniskus ausgebildet ist.
Im Gegensatz zu dem optischen System gemäß US 5 689 365 A , dessen Offenbarung vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen sein soll, ist die Eintrittslinse nunmehr nicht als plankonvexe Linse, sondern als erhabene negative Meniskuslinse ausgebildet, die auf dem Gebiet der abbildenden Optik auch Meniskus genannt wird. Es handelt sich somit um eine konvexkonkave Linse, wobei der Krümmungsradius der konvexen Linsenfläche gleich oder größer ist als der Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche. In der Konvention der theoretischen Optik, bei der Licht stets von links einfällt, handelt es sich in diesem Fall bei der konvexen Fläche um die linke Fläche und bei der konkaven Fläche um die rechte Fläche der Eintrittslinse.
Die distale optische Einheit weist somit eingangs einen erhabenen negativen Meniskus und ausgangs einen hohlen positiven Meniskus auf. Diese Kombination sorgt dafür, dass 3D-Verzerrungen vermindert oder beseitigt werden. Damit ist es möglich, bei gleichbleibender oder kleinerer Baugröße die Stereobasis zu vergrößern, da das Stereobild nicht mehr durch 3D-Verzerrungen in seiner 3D-Wirkung eingeschränkt wird.
Bevorzugt liegt ein Verhältnis R_l/R_r der Krümmungsradien der konvexen Fläche (61a) und der konkaven Fläche (61b) der Eintrittslinse (61) zwischen 1.0 und 3.0. Die Kürzel „l“ und „r“ stehen hier und in der gesamten Anmeldung für „links“ und „rechts“ in der oben genannten Konvention der theoretischen Optik. Diese Nomenklatur ist allerdings nicht zu verwechseln mit den linken und rechten Bildkanälen der Stereoskopie.
Ebenfalls bevorzugt liegt ein Verhältnis R_l/R_r der Krümmungsradien der konkaven Fläche (63a) und der konvexen Fläche (63b) der Austrittslinse (63) zwischen 2.0 und 4.0.
Ebenfalls vorteilhafterweise liegt ein Verhältnis FL_A/FL_E der Brennweiten der Austrittslinse (63) und der Eintrittslinse (63) zwischen –1.55 und –1.75. Die Abkürzung „FL“ für „focal length“ bezeichnet die Brennweite.
Mit besonderem Vorteil sind alle drei der zuvor genannten Verhältnisse, nämlich die Verhältnisse der Krümmungsradien der Flächen der Eintrittslinse, der Flächen der Austrittslinse und der Brennweiten der Austrittslinse und Eintrittslinse in den genannten Bereichen. Bei einer Wahl der entsprechenden Parameter innerhalb dieser Bereiche wird eine besonders gute 3D-Verzerrungskompensation erreicht.
Vorzugsweise ist die Eintrittslinse zusammen mit der Ablenkeinheit gegenüber der Austrittslinse drehbar, wobei insbesondere eine Blende vor der Austrittslinse angeordnet ist. In diesem Fall, in dem nur die Eintrittslinse mit der Ablenkeinheit drehbar ist, wird eine verbesserte Vignettierung erreicht.
Alternativ ist ebenfalls vorzugsweise vorgesehen, dass die Eintrittslinse, die Ablenkeinheit und die Austrittslinse gemeinsam drehbar sind, wobei insbesondere eine Blende nach der Austrittslinse angeordnet ist. Diese Alternative verbessert die Stabilität der Fokusposition bei Drehung der Blickrichtung.
Die Austrittslinse ist in einer bevorzugten Ausführungsform zur Einstellung einer Fokusposition in axialer Richtung beweglich angeordnet. Die axiale Richtung ist die Richtung der Längserstreckung des Endoskopschafts.
Um bei gleichzeitig geringen Kosten eine gute und stabile Bildgebung in den Linsensystemkanälen zu erzielen, weist vorzugsweise jeder Linsensystemkanal der proximalen optischen Einheit eine plankonvexe Linse als erste Linse und ein Triplet als Achromaten-Linsengruppe auf.
Wenn die proximale optische Einheit eine oder mehrere optische Umkehrsätze aufweist, wobei die Linsensystemkanäle jeweils einen oder mehrere optische Umkehrsätze aufweisen oder vor oder hinter einem oder mehreren gemeinsamen optischen Umkehrsatz oder Umkehrsätzen angeordnet sind, ist es möglich, die getrennten Bildinformationen bzw. Lichtbündel der beiden Linsensystemkanäle durch den Endoskopschaft nach proximal in den Handgriff zu übermitteln. Dabei kann entweder jeder Linsensystemkanal seinen eigenen Umkehrsatz oder eine Folge von Umkehrsätzen aufweisen oder es kann ein gemeinsamer optischer Umkehrsatz mit einem Gesamtdurchmesser der einzelnen Linsenkomponenten des Umkehrsatzes verwendet werden, der groß genug ist, die Lichtstrahlenbündel beider Linsensystemkanäle gleichzeitig zu übertragen. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass beispielsweise der größere im Handgriff verfügbare Raum zur Verwendung größerer Bildsensoren verwendet werden kann und/oder zur weiteren Vergrößerung der Stereobasis, also des Abstandes der Blickposition für das linke und rechte Bild zueinander.
In einer vorteilhaften Ausführungsform führen die Linsensystemkanäle zu einem oder mehreren Bildsensoren, die gegenüber der proximalen optischen Baugruppe und/oder gegenüber den Linsensystemkanälen drehfest ist oder sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform führen die Linsensystemkanäle, insbesondere über jeweils eigene oder gemeinsame optische Umkehrsätze, zu einem gemeinsamen Bildsensor, wobei der Bildsensor Licht von den beiden Linsensystemkanälen gleichzeitig in voneinander getrennten Bereichen seiner lichtempfindlichen Sensorfläche empfängt. Es handelt sich in diesem Fall um einen großen Bildsensor, der genügend Platz für die einander nicht überlappenden Bereiche aufweist, die von dem linken Kanal und dem Kanal beleuchtet werden.
Alternativ führen die Linsensystemkanäle, insbesondere über jeweils eigene oder gemeinsame optische Umkehrsätze, zu einem gemeinsamen Bildsensor, wobei ein optisches Schaltelement zusätzlich umfasst ist, insbesondere ein rotierender Spiegel, ein schaltbarer Polarisator oder ein Linsenraster, mittels dessen der Bildsensor Licht von den beiden Linsensystemkanälen in zeitlicher Abfolge abwechselnd nacheinander oder gleichzeitig in räumlich alternierender Folge empfängt. Auf diese Weise werden die beiden Lichtstrahlenbündel des linken und des rechten Linsensystemkanals auf die gleiche Fläche auf den Bildsensor geführt, wobei eine Unterscheidung der linken und rechten Bildinformationen über das optische Schaltelement erfolgt. Die beispielhaft angeführten optischen Schaltelemente, nämlich rotierender Spiegel und schaltbarer Polarisator, führen zu einer zeitlich alternierenden Auswahl der linken und rechten Bilder, während das Linsenraster eine räumlich alternierende Folge erzeugt. Es handelt sich bei einem Linsenraster, auch „Lentikularlinse“ genannt, um eine Anordnung von im Querschnitt linsenförmigen oder dreieckigen Prismen, die auf einer Fläche verteilt streifenförmig oder linienförmig angeordnet sind. Diese lenken das Licht so um, dass aufeinanderfolgende Reihen von Sensorzellen des Bildsensors abwechselnd Licht aus dem linken Linsensystemkanal und dem rechten Linsensystemkanal empfangen.
Vorzugsweise sind wenigstens die seitwärts blickenden optischen Elemente der distalen optischen Baugruppe einerseits und die Linsensystemkanäle der proximalen optischen Baugruppe zur Änderung einer Blickrichtung gegeneinander um eine zentrale Achse drehbar.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung, umfassend ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes optisches System, gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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:
1 ein bekanntes Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung in schematischer Darstellung,
2 ein erfindungsgemäßes optisches System in schematischer Darstellung,
3 Details eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Systems in schematischer Darstellung,
4 Details eines weiteren erfindungsgemäßen optischen Systems in schematischer Darstellung und
5 Details eines weiteren erfindungsgemäßen optischen Systems in schematischer Darstellung.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Stereo-Videoendoskop gemäß US 5 689 365 A in einer Querschnittsdarstellung dargestellt. Das Stereo-Videoendoskop 1 umfasst einen Endoskopschaft 2 und einen Handgriff 3. In einem äußeren Hüllrohr 12 ist ein Lichtleiterbündel 13 zur Illumination des Operationsfeldes distal des Endoskopschafts 2 angeordnet, das im Handgriff 3 in einem Lichtfaseranschluss 4 endet.
In einem inneren Hüllrohr (ohne Bezugszeichen) ist distal hinter einem Eingangsfenster 14a eine distale optische Baugruppe 14 angeordnet, die eine plan-konkave Eintrittsliste 14b, eine Prismen-Ablenkungseinheit 14c und eine als hohler positiver Meniskus ausgebildete Austrittslinse 14d aufweist. Die Eintrittslinse 14b, die Ablenkungseinheit 14c und die Austrittslinse 14d sind drehfest mit dem Schaft 2 bzw. dem Hüllrohr 12 verbunden.
Im Anschluss an die distale optische Baugruppe 14 ist eine proximale optische Baugruppe 15 drehbar innerhalb des inneren Hüllrohrs angeordnet, wobei die Drehachse die zentrale Symmetrieachse des Endoskopschafts 2 ist. Die proximale optische Baugruppe 15 ist in einer drehbaren Halterung 16 angeordnet und weist zwei separate Linsensystemkanäle für ein rechtes Bild und ein linkes Bild eines stereoskopischen Bildpaares auf. Die Linsensystemkanäle weisen von in 1 links nach rechts fortschreitend jeweils eine Blende 20, eine bikonvexe Eingangslinse und eine als Dublett ausgebildete Achromaten-Linsengruppe auf. An jeden der Linsensystemkanäle schließt sich ein Bildsensor 18 an.
Die gesamte proximale optische Baugruppe 15 ist mittels eines Kopplungselements 17, das mit dem Handgriff 3 verbunden ist und Drehungen des Handgriffs 3 in Bezug auf den Schaft 2 mitvollzieht, im Schaft 2 drehbar angeordnet. Durch das Zentrum des Kopplungselements 17 ist ein Signalkabel 19 geführt, das am Ende des Handgriffs 3 in ein äußeres Signalkabel 7 mündet, das beispielsweise zu einem externen Computersystem führen kann.
Dieses optische System ist von stärkeren 3D-Verzerrungen betroffen, die die nutzbare Stereobasis einschränken.
In 2 ist demgegenüber ein erfindungsgemäßes optisches System 50 dargestellt, das hinter einem Eintrittsfenster 51, das dem Eintrittsfenster 14a aus 1 entspricht, eine erfindungsgemäße distale optische Baugruppe 60 und eine erfindungsgemäße proximale optische Baugruppe 70 aufweist. Die distale optische Baugruppe 60 umfasst eine Eintrittslinse 61, die als erhabener negativer Meniskus ausgebildet ist, mit einer konvexen linken Fläche 61a und einer konkaven rechten Fläche 61b, wobei die Bezeichnungen links und rechts in diesem Zusammenhang bezüglich der in der theoretischen Optik üblichen Definition gewählt sind, dass Licht von links eintritt und rechts austritt. Es schließt sich eine als Prismeneinheit ausgebildete Ablenkeinheit 62 mit zwei teilverspiegelten bzw. verspiegelten Grenzflächen 62b, 62c an, mit denen das von schräg seitlich eintretende Licht in die Richtung der Achse des Endoskopschafts umgelenkt wird. Es handelt sich um ein teilverspiegeltes Prisma 62a und ein nicht näher dargestelltes weiteres Prisma.
Hinter der Ablenkeinheit 62 ist eine Austrittslinse 63 hinter einer Blende 64 angeordnet, die als hohle positive Meniskuslinse ausgebildet ist, d.h. die linke Linsenfläche ist konkav, die rechte konvex und der Krümmungsradius der konkaven Linsenfläche 63a ist größer als der Krümmungsradius der konvexen Linsenfläche 63b.
Nach einer kurzen Strecke erreicht das Licht die ersten Linsen 71a, 72a der linken und rechten Linsensystemkanäle 71 und 72 der proximalen optischen Baugruppe 70, die als Stablinsen ausgebildet sind. An diese Stablinsen 71a, 72a schließen sich jeweils Achromaten-Linsengruppen 71b bzw. 72b an, die als Triplets ausgebildet sind, von denen wenigstens eine Linse eine hohe Abbé-Zahl aufweist. Hieran schließen sich die Bildsensoren 71c, 72c an.
In 2 sind typische Strahlengänge zentraler und peripherer Lichtbündel gezeichnet. Die drei Strahlenbündel, die den Bildsensor 71 erreichen, entsprechen dem, von oben betrachtet, fünften, dritten und obersten Bündel, die die Eintrittslinse 51 passieren, während die Bündel, die den Bildsensor 72c erreichen, dem sechsten, vierten und zweitobersten Bündel entsprechen.
Die Verhältnisse der Krümmungsradien der Ein- und Austrittsflächen der Eintrittslinse und der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe 60 entsprechen den erfindungsgemäßen besonders bevorzugten Bereichen. So ist das Verhältnis der Krümmungsradien R_l/R_r der Eintrittslinse 2,03, das Verhältnis R_l/R_r der Austrittslinse ist 2,63 und das Verhältnis der Brennweiten von Eintrittslinse zu Austrittslinse beträgt –1,7. Die Krümmungsradien, optischen Pfadlängen, Brechzahlen und Abbé-Zahlen der Elemente des in 2 dargestellten optischen Systems sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:
In der Tabelle sind die Radius- und Distanzangaben in Millimeter, die Brechzahl n und die Abbé-Zahl ν sind einheitenlos. Ein Radius mit der Angabe „INF“ bedeutet eine plane Grenzfläche. Zeilen, in denen für die Brechzahl n und die Abbé-Zahl ν keine Angaben enthalten sind, kennzeichnen Luft. Eine Linse, wie beispielsweise die Eintrittslinse, umfasst zwei Zeilen der Tabelle. Die erste Zeile, beispielsweise die mit der Radiusangabe 5,101, bezeichnet zunächst die linke, in diesem Fall konvexe Linsenfläche. Die Radiusangabe 5,101 mm ist positiv, da diese Linsenfläche eine erhabene Krümmung aufweist. Die Distanz 0,36 entspricht der Dicke der Linse in Bezug auf die optische Achse. Es handelt sich um ein Glas mit hoher Brechkraft (n = 1,81) und Abbé-Zahl ν = 40,9. In der nächsten Zeile ist der Krümmungsradius der rechten Linsenfläche mit R = 2,511 bezeichnet. Da sich nach der rechten Linsenfläche ein Luftspalt anschließt, ist hier die Distanz von 1,03 als Dicke des Luftspaltes angegeben, wobei n und ν aufgrund des Materials Luft offen bleiben.
Die letzten drei Zeilen der Tabelle geben an, dass der Bildsensor jeweils von einer doppelten Lage von Gläsern geschützt ist.
Mit dem in 2 und der Tabelle gezeigten optischen System lässt sich ein seitwärts blickendes Stereo-Videoendoskop mit einer Dicke von 10 mm und einer Stereobasis von 1,3 mm verwirklichen.
In 3 ist eine Detailansicht eines weiteren erfindungsgemäßen optischen Systems gezeigt, wobei von der distalen optischen Baugruppe 60 nur ansatzweise die Ablenkeinheit 62 und die Austrittslinse 63 gezeigt sind. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist nach der ersten Linse 71a, 72a und dem Triplett-Achromaten 71b, 72b jeweils eine Reihe von Umkehrsätzen 71c, 72c schematisch dargestellt, mit denen das jeweilige linke bzw. rechte Bild nach proximal weitergeleitet wird. Die in 3 dargestellten Umkehrsätze 71c, 72c sind symbolisch dargestellt. Tatsächliche Umkehrsätze sind üblicherweise als Stablinsensysteme mit zwei oder mehr Linsen pro Umkehrsatz ausgebildet. Es kann sich um einen oder mehrere Umkehrsätze handeln.
Alternativ und nicht in 3 dargestellt kann anstelle von jeweils eigenen Umkehrsätzen 71c, 72c der Linsensystemkanäle 71 und 72 auch eine gemeinsame Umkehrsatzgruppe oder -anordnung verwendet werden, deren Durchmesser dem Gesamtdurchmesser der proximalen Baugruppe 70 entspricht.
Die beiden Linsensystemkanäle 71, 72 werden in 3 mittels jeweils einer Streulinse abgeschlossen, die die jeweiligen Lichtbündel auf zwei getrennte Bereiche 71e, 72e eines gemeinsamen Bildsensors 75 lenken.
4 zeigt ein Alternativbeispiel des proximalen Endes der Linsensystemkanäle 71, 72, wobei die letzten Linsen (ohne Bezugszeichen) der Linsensystemkanäle 71 und 72 die jeweiligen Lichtstrahlen auf die gleiche Fläche des gemeinsamen Bildsensors 75 richten. Auf der Oberfläche des Bildsensors 75 ist ein Linsenraster in Form von streifenförmig angeordneten Prismen angeordnet, die dafür sorgen, dass Licht aus dem Linsensystemkanal 71 und aus dem Linsensystemkanal 72 auf abwechselnde bzw. alternierende Zeilen des Bildsensors 75 gelenkt wird. So enthalten beispielsweise die geradzahligen Zeilen das Bild des rechten Kanals und die ungeradzahligen Zeilen das Bild des linken Kanals. Auch eine anderweitige Aufteilung ist möglich, beispielsweise mit niedriger räumlicher Frequenz.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der die Bilder bzw. Lichtstrahlen der linken und rechten Linsensystemkanäle 71 und 72 wiederum auf eine gemeinsame Fläche auf den Bildsensor 75 projiziert werden. Das System in 5 ist dadurch weitergebildet, dass hinter dem jeweiligen Ausgang der linken und rechten Bildkanäle bzw. Linsensystemkanäle 71 und 72 jeweils unterschiedlich polarisierte Polarisationsfilter 71f, 72f angeordnet sind und im Laufweg zwischen den Linsensystemkanälen 71 und 72 und dem Bildsensor 75 ein schaltbarer Polarisator 77 angeordnet ist, der abwechselnd das polarisierte Licht des linken Kanals und des rechten Kanals durchlässt. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine hohe optische Qualität und eine große Stereobasis.
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. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
Bezugszeichenliste

1: Stereo-Videoendoskop
2: Endoskopschaft
3: Handgriff
4: Lichtfaseranschluss
7: Signalkabel
12: Hüllrohr
13: Lichtleiterbündel
14: distale optische Baugruppe
14a: Eingangsfenster
14b: Eintrittslinse
14c: Ablenkungseinheit
14d: Austrittslinse
15: proximale optische Baugruppe
16: drehbare Halterung
17: Kopplungselement
18: Bildsensor
19: Signalkabel
20: Blende
50: optisches System
51: Eingangsfenster
60: distale optische Baugruppe
61: Eintrittslinse
61a: konvexe Fläche
61b: konkave Fläche
62: Ablenkeinheit
62a: teilverspiegeltes Prisma
62b: Spiegelfläche
62c: Spiegelfläche
63: Austrittslinse
63a: konkave Fläche
63b: konvexe Fläche
64: Blende
70: proximale optische Baugruppe
71: rechter Linsensystemkanal
71a: erste Linse
71b: Achromaten-Linsengruppe
71c: Bildsensor
71d: Umkehrsatz
71e: Bildbereich auf Sensor
71f: Polarisationsfilter
72: linker Linsensystemkanal
72a: erste Linse
72b: Achromaten-Linsengruppe
72c: Bildsensor
72d: Umkehrsatz
72e: Bildbereich auf Sensor
72f: Polarisationsfilter
75: gemeinsamer Bildsensor
76: Linsenraster
77: schaltbarer Polarisator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5689365 A [0003, 0005, 0006, 0009, 0033]

Claims

Optisches System (50) eines Stereo-Videoendoskops (1) mit seitlicher Blickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe (60) und eine proximale optische Baugruppe (70), wobei die distale optische Baugruppe (60) in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse (61), eine optische Ablenkeinheit (62) und eine als hohler positiver Meniskus ausgebildete Austrittslinse (63) auf einer gemeinsamen optischen Achse umfasst, wobei die distale optische Baugruppe (70) wenigstens abschnittsweise zwei gleichartige, parallel zueinander angeordnete rechte und linke Linsensystemkanäle (71, 72) mit jeweils einer eigenen optischen Achse aufweist, die jeweils in Lichteinfallsrichtung wenigstens eine erste Linse (71a, 72a) und eine Achromaten-Linsengruppe (71b, 72b) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittslinse (61) als erhabener negativer Meniskus ausgebildet ist.
Optisches System (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis R_l/R_r der Krümmungsradien der konvexen Fläche (61a) und der konkaven Fläche (61b) der Eintrittslinse (61) zwischen 1.0 und 3.0 liegt.
Optisches System (50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis R_l/R_r der Krümmungsradien der konkaven Fläche (63a) und der konvexen Fläche (63b) der Austrittslinse (63) zwischen 2.0 und 4.0 liegt.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis FL_A/FL_E der Brennweiten der Austrittslinse (63) und der Eintrittslinse (63) zwischen –1.55 und –1.75 liegt.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittslinse (61) zusammen mit der Ablenkeinheit (62) gegenüber der Austrittslinse (63) drehbar ist, wobei insbesondere eine Blende (64) vor der Austrittslinse (63) angeordnet ist.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittslinse (61), die Ablenkeinheit (62) und die Austrittslinse (63) gemeinsam drehbar sind, wobei insbesondere eine Blende (64) nach der Austrittslinse (63) angeordnet ist.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittslinse (63) zur Einstellung einer Fokusposition in axialer Richtung beweglich angeordnet ist.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Linsensystemkanal (71, 72) der proximalen optischen Einheit (70) eine plankonvexe Linse als erste Linse (71a, 72a) und ein Triplet als Achromaten-Linsengruppe (71b, 72b) aufweist.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die proximale optische Einheit (70) eine oder mehrere optische Umkehrsätze aufweist, wobei die Linsensystemkanäle (71, 72) jeweils einen oder mehrere optische Umkehrsätze (71d, 72d) aufweisen oder vor oder hinter einem oder mehreren gemeinsamen optischen Umkehrsatz (71d, 72d) oder Umkehrsätzen (71d, 72d) angeordnet sind.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsensystemkanäle (71, 72) zu einem oder mehreren Bildsensoren (71c, 72c, 75) führen, die gegenüber der proximalen optischen Baugruppe (70) und/oder gegenüber den Linsensystemkanälen (71, 72) drehfest ist oder sind.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsensystemkanäle (71, 72), insbesondere über jeweils eigene oder gemeinsame optische Umkehrsätze (71d, 72d), zu einem gemeinsamen Bildsensor (75) führen, wobei der Bildsensor (75) Licht von den beiden Linsensystemkanälen (71, 72) gleichzeitig in voneinander getrennten Bereichen (71e, 72e) seiner lichtempfindlichen Sensorfläche empfängt.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsensystemkanäle (71, 72), insbesondere über jeweils eigene oder gemeinsame optische Umkehrsätze (71d, 72d), zu einem gemeinsamen Bildsensor (75) führen, wobei ein optisches Schaltelement zusätzlich umfasst ist, insbesondere ein rotierender Spiegel, ein schaltbarer Polarisator (77) oder ein Linsenraster (76), mittels dessen der Bildsensor (75) Licht von den beiden Linsensystemkanälen (71, 72) in zeitlicher Abfolge abwechselnd nacheinander oder gleichzeitig in räumlich alternierender Folge empfängt.
Optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die seitwärts blickenden optischen Elemente der distalen optischen Baugruppe (60) einerseits und die Linsensystemkanäle (71, 72) der proximalen optischen Baugruppe (70) zur Änderung einer Blickrichtung gegeneinander um eine zentrale Achse drehbar sind.
Stereo-Videoendoskop (1) mit seitlicher Blickrichtung, umfassend ein optisches System (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.