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Die Erfindung betrifft eine Prismeneinheit für ein Stereo-Videoendoskop mit verstellbarer Blickrichtung, umfassend eine linke Eintrittslinse und eine rechte Eintrittslinse sowie ein Stereo-Videoendoskop mit verstellbarer Blickrichtung und einer entsprechenden Prismeneinheit, einem linken optischen Kanal mit einer linken Linsengruppe und einem linken Bildsensor sowie einem rechten optischen Kanal mit einer rechten Linsengruppe und einem rechten Bildsensor.
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Endoskope, und insbesondere Videoendoskope, bei denen das an einer distalen Spitze eines Endoskopschafts des Endoskops eintretende Licht eines Operationsfeldes durch ein optisches System auf einen oder mehrere Bildsensoren gelenkt wird, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. So gibt es Endoskope mit Geradeausblick, einer so genannten 0°-Blickrichtung, oder Endoskope mit seitlicher Blickrichtung, die beispielsweise eine seitliche Blickrichtung von 30°, 45°, 70° oder ähnliches abweichend von der 0°-Blickrichtung aufweisen. Hierbei ist mit den genannten Gradzahlen der Winkel zwischen der zentralen Blickachse und der Längsachse des Endoskopschafts gemeint. Weiter gibt es Endoskope bzw. Videoendoskope mit verstellbarer seitlicher Blickrichtung, bei denen der Blickwinkel, also die Abweichung von dem Geradeausblick, einstellbar ist.
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Neben einer Einstellung des Blickwinkels, also der Abweichung vom Geradeausblick, kann auch die Blickrichtung, also der Azimutwinkel, um die Längsachse des Endoskopschafts eingestellt werden, indem das Endoskop als Ganzes um die Längsachse des Endoskopschafts gedreht wird.
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Obwohl üblicherweise allgemein bei seitwärts blickenden Endoskopen von einer „Blickrichtung“ (direction of view, DOV) die Rede ist, wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung und Erfindung im Folgenden unterschieden zwischen der „Blickrichtung“, die dem Azimutwinkel der Drehung des Endoskops um die Längsachse des Endoskopschafts entsprechen soll, und dem „Blickwinkel“, der den Polarwinkel, also die Abweichung vom Geradeausblick bezeichnen soll.
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Bei Videoendoskopen stellt eine Änderung der Blickrichtung, also die Drehung um die Längsachse des Endoskopschafts, insofern eine Herausforderung dar, als in diesem Fall der Bildsensor des Videoendoskops mitgedreht wird, so dass die Horizontlage des dargestellten Bildes sich ändert. Dies kann elektronisch korrigiert werden, wobei dann Mittel zur Feststellung der tatsächlichen Horizontlage vorhanden sein müssen, beispielsweise Gravitationssensoren. Eine andere Möglichkeit ist es, den Bildsensor oder die Bildsensoren im Videoendoskop rotierbar zu lagern, so dass die Horizontlage durch eine Drehung der Bildsensoren im Videoendoskop korrigiert oder beibehalten werden kann.
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In der europäischen Patentanmeldung
EP 2 369 395 A1 ist ein optisches System für ein Videoendoskop gezeigt, bei dem eine Änderung des Blickwinkels dadurch geschieht, dass ein Prisma einer Prismeneinheit mit drei Prismen um eine Drehachse gedreht wird, die senkrecht bzw. quer zur Längsachse des Endoskopschafts liegt. Die beiden anderen Prismen, die zusammen mit dem ersten Prisma den optischen Strahlengang definieren, werden nicht mitrotiert, so dass sich die Reflexionsfläche des ersten Prismas, das gedreht wird, gegenüber der entsprechenden Reflexionsfläche des zweiten Prismas verdreht. Dies führt zu einer Veränderung der Horizontlage des angezeigten Bildes. Dazu ist in
EP 2 369 395 A1 angeregt, dass mit dem Schwenken des ersten Prismas ein Drehen des Bildsensors einhergehen soll. Dazu ist der Bildsensor in einem rotierbaren Rohr angeordnet. Die Prismeneinheit ist in einem zu diesem Rohr distalen Rohr untergebracht, wobei die beiden Rohre gegeneinander rotierbar sind. An das rotierbare Rohr mit dem Bildsensor schließt sich ein biegbarer Abschnitt des Endoskopschafts an.
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Gemäß
DE 10 2012 202 552 B3 der Anmelderin werden bei einer ähnlichen Konfiguration einer Prismeneinheit die Änderung der Blickrichtung und die Änderung des Blickwinkels über einen Translationskörper und einen Rotationskörper vermittelt, wobei der Translationskörper für die Blickrichtungsänderung zuständig ist, da der Translationskörper bei einer Translation im distalen Endbereich mit dem distalen Prisma zusammenwirkt und es dreht. Der Rotationskörper trägt den oder die Bildsensoren und ist für deren Rotation mit dem Ziel einer konstanten Horizontlage des angezeigten Bildes zuständig. Bei diesem sicher autoklavierbaren Videoendoskop bleibt bei einer Blickrichtungsverstellung die Horizontlage somit zwangsgeführt beibehalten.
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Die in
EP 2 369 395 A1 und
DE 10 2012 202 552 B3 offenbarten Video-Endoskope betreffen jeweils Systeme mit einem Bildsensor. Die Lage verkompliziert sich, wenn eine verstellbare Blickrichtung in Stereo-Videoendoskopen realisiert werden soll, da in diesem Fall zwei optische Kanäle, also ein linker optischer Kanal und ein rechter optischer Kanal für die Wahrnehmung durch ein linkes Auge und ein rechtes Auge, vorhanden sind und die Blickrichtungsänderung für beide optischen Kanäle simultan erfolgen muss.
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Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Prismeneinheit und ein Stereo-Videoendoskop zur Verfügung zu stellen, mit denen eine horizontstabile stereoskopische endoskopische Bildgebung mit richtungsunabhängig guter Bildqualität und räumlichen Eindruck ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Prismeneinheit für ein Stereo-Videoendoskop mit verstellbarer Blickrichtung gelöst, umfassend eine linke Eintrittslinse und eine rechte Eintrittslinse, ein linkes erstes Prisma und ein rechtes erstes Prisma, eine gemeinsame zentrale Umlenkeinheit ein linkes zweites Prisma und ein rechtes zweites Prisma sowie eine linke Austrittslinse und eine rechte Austrittslinse, wobei ein linker Strahlengang nacheinander durch die linke Eintrittslinse, das linke erste Prisma, die zentrale Umlenkeinheit, das linke zweite Prisma und die linke Austrittslinse verläuft und ein rechter Strahlengang nacheinander durch die rechte Eintrittslinse, das rechte erste Prisma, die zentrale Umlenkeinheit, das rechte zweite Prisma und die rechte Austrittslinse verläuft, wobei die zentrale Umlenkeinheit zwischen den ersten Prismen und zwischen den zweiten Prismen angeordnet ist, wobei die ersten Prismen und die zentrale Umlenkeinheit auf einer horizontalen Drehachse angeordnet sind und die zweiten Prismen und die Umlenkeinheit auf einer vertikalen Drehachse angeordnet sind, die die horizontale Drehachse im Zentrum der zentralen Umlenkeinheit unter einem rechten Winkel kreuzt, wobei die ersten Prismen gemeinsam und winkelgleich um die horizontale Drehachse gegenüber der zentralen Umlenkeinheit und den zweiten Prismen drehbar sind und die ersten Prismen gemeinsam und winkelgleich mit der zentralen Umlenkeinheit und der horizontalen Drehachse um die vertikale Drehachse gegenüber den zweiten Prismen drehbar sind.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die Blickrichtung durch Drehung um eine gemeinsame horizontale Achse und um eine gemeinsame vertikale Achse frei variabel ist, wobei die horizontale Drehachse bei einer Drehung um die vertikale Drehachse mit verschwenkt wird. Da eine Umlenkung der linken und rechten optischen Strahlengänge über eine zentrale Umlenkeinheit erfolgt, sind die linken und rechten optischen Strahlengänge unabhängig von der eingestellten Blickrichtung immer gleich lang, so dass die linken und rechten optischen Strahlengänge immer und unabhängig von der eingestellten Blickrichtung auf die gleiche Objektebene im Objektraum eingestellt sind und somit die gleichen Details scharf darstellen. Dies führt dazu, dass die räumliche Wahrnehmung unabhängig von der Blickrichtung stets optimal ist.
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Damit unterscheidet sich die Blickrichtungsänderung bei der erfindungsgemäßen Prismeneinheit von einer Blickwinkelrichtungsänderung im menschlichen Wahrnehmungsapparat, da die menschlichen Augen jeweils in den Augenhöhlen feststehen und um jeweils eigene vertikale Achsen schwenkbar sind. Für Objekte, die sich nur wenige Zentimeter vor den Augen befinden, sind daher, unabhängig von der Akkommodationsfähigkeit des menschlichen Auges, räumliche Eindrücke mit dem unbewehrten menschlichen Auge nicht mehr möglich. Bei Video-Endoskopen beträgt der Abstand zum betrachteten Objekt üblicherweise wenige Millimeter, so dass es in diesem Fall für den räumlichen Eindruck wichtig ist, dass der Abstand der beiden Eintrittslinsen zum betrachteten Objekt gleich groß ist.
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Um stereoskopische Verzerrungen zu vermindern, sind die Eintrittslinsen vorzugsweise als asphärische Meniskus-Linsen ausgebildet. Ferner sind die Eintrittslinsen vorzugsweise auf die ersten Prismen aufgeklebt. Dies hat den Vorteil, dass die relative Lage von Eintrittslinsen zu den ersten Prismen blickrichtungsunabhängig fixiert ist.
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Vorzugsweise weisen entweder die ersten Prismen oder die zweiten Prismen jeweils zwei Reflektionsflächen auf. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der zentralen Umlenkeinheit um zwei an einer gemeinsamen Grenzfläche aneinander gelegte Prismen mit einer um 45° geneigten beidseitig verspiegelten Grenzfläche, so dass von links, beispielsweise vom linken ersten Prisma, eintretendes Licht beispielsweise nach oben, und umgekehrt von rechts, also vom rechten ersten Prisma eintretendes Licht, nach unten umgelenkt wird, oder umgekehrt. Dadurch, dass entweder das erste Prisma oder das zweite Prisma jedes Strahlengangs zwei Reflektionsflächen aufweist, finden insgesamt vier Reflektionen statt. Da es sich um eine gradzahlige Anzahl von Reflektionen handelt, tritt keine Spiegelverkehrung des weitergeleiteten Bildes ein.
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Vorzugsweise ist eine erste Halterung umfasst, in der die zweiten Prismen und die Austrittslinsen gehalten werden, wobei eine zweite Halterung in der ersten Halterung um die vertikale Drehachse drehbar angeordnet ist, in der die zentrale Umlenkeinheit und eine dritte Halterung gehalten werden, wobei die dritte Halterung gegenüber der zweiten Halterung um die horizontale Drehachse drehbar ist und die ersten Prismen und die Eintrittslinsen hält.
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Diese Ineinanderschachtelung von drei Haltungen erlaubt die erfindungsgemäße teilweise Verdrehung um die beiden Achsen, wobei die horizontale Drehachse mitbewegt wird, wenn die zweite Halterung um die vertikale Achse gedreht wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Stereo-Videoendoskop mit verstellbarer Blickrichtung und einer erfindungsgemäßen zuvor beschriebenen Prismeneinheit, einem linken optischen Kanal mit einer linken Linsengruppe und einem linken Bildsensor sowie einem rechten optischen Kanal mit einer rechten Linsengruppe und einem rechten Bildsensor gelöst, wobei der linke Strahlengang durch die linke Austrittslinse in den linken Kanal mündet und der rechte Strahlengang durch die rechte Austrittslinse in den rechten Kanal mündet. Das entsprechend ausgestattete erfindungsgemäße Stereo-Videoendoskop weist somit die gleichen Eigenschaften und Vorteile und Merkmale auf wie die erfindungsgemäße Prismeneinheit.
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Vorteilhafterweise ist eine Betätigungsmechanik oder Betätigungsaktuatorik umfasst, mittels der die Blickrichtung der Prismeneinheit um die horizontale Drehachse und/oder die vertikale Drehachse verstellbar ist. Entsprechende Mechaniken können auf der Grundlage von Zugdrähten, Zug- und Schiebestangen mit Zahnrädern, Nutverbindungen und Ähnlichem beruhen. Es kann sich auch um Magnetkupplungen handeln, die proximal am Handgriff getätigte Bewegungen in Bewegungen in einem distal angeordneten hermetisch abgedichteten Innenraum übermitteln. Auch elektromagnetische Aktuatoren sind erfindungsgemäß einsetzbar.
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Vorzugsweise sind die Bildsensoren zum Horizontausgleich bei Verstellung der Blickrichtung winkelgleich jeweils um eine zentrale Drehachse um einen Betrag drehbar, der der Verstellung der Horizontlage entspricht. Dies kann durch eine entsprechende Mechanik erreicht werden, ähnlich der in
DE 10 2012 202 552 B3 offenbarten oder durch eine entsprechende Aktuatorik.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stereo-Videoendoskop und der erfindungsgemäßen Prismeneinheit entfällt die Notwendigkeit, zur Änderung des Azimutwinkels der Blickrichtung das Endoskop um seine Längsachse drehen zu müssen. Damit bleibt dem Operateur die Orientierung im Raum jederzeit erhalten.
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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.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines bekannten Videoendoskops,
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2 eine schematische Seitenansicht einer bekannten Prismeneinheit,
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3 eine schematische Draufsicht auf eine bekannte Prismeneinheit,
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4a), b) schematische Darstellungen einer Prismeneinheit eines Stereo-Videoendoskops mit verstellbarer Blickrichtung,
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5a)–c) schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Prismeneinheit und
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6 eine schematische Darstellung eines Prismas mit zwei Reflexionsflächen.
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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.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines bekannten Videoendoskops 1 mit einem proximalen Handgriff 2 und einem starren Endoskopschaft 3. An der distalen Spitze 4 des Endoskopschafts 3 ist ein Sichtfenster 5 angeordnet, hinter dem ein distaler Abschnitt 6 des Endoskopschafts angeordnet ist, der eine nicht dargestellte Prismeneinheit und eine nicht dargestellte Bildsensoreinheit aufweist.
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Das Sichtfenster 5 an der distalen Spitze 4 ist gekrümmt und asymmetrisch ausgeführt. Damit ist das Sichtfenster 5 ausgebildet, einen variablen seitlichen Blickwinkel zuzulassen. Eine Änderung der Blickrichtung, also eine Änderung des azimutalen Winkels um die Längsachse des Endoskopschafts 3 herum, wird durch eine Drehung des Handgriffs 2 um die zentrale Rotationsachse bzw. Längsachse des Endoskopschafts 3 bewirkt. Das Hüllrohr des Endoskopschafts 3 ist mit dem Handgriff verbunden. Auch die nicht dargestellte Prismeneinheit an der distalen Spitze 4 rotiert mit der Drehung des Handgriffs 2 mit.
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Der Handgriff 2 weist ein als Drehrad 7 ausgebildetes erstes Bedienelement und ein als Schiebeschalter 8 ausgebildetes zweites Bedienelement auf.
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Zur Beibehaltung der Horizontlage des angezeigten Bildes wird bei einer Drehung des Handgriffs 2 das Drehrad 7 festgehalten. Dies bewirkt, dass der Bildsensor im Inneren des Endoskopschafts 3 die Bewegung nicht mitvollzieht.
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Um den Blickwinkel zu verändern, also die Abweichung der Blickrichtung vom Geradeausblick, wird der Schiebeschalter 8 bewegt. Ein Schieben des Schiebeschalters 8 nach distal hin führt beispielsweise zu einer Vergrößerung des Blickwinkels, ein Zurückholen des Schiebeschalters 8 nach proximal bewirkt in diesem Fall eine Verringerung des Blickwinkels bis zum Geradeausblick. Die Betätigung des Schiebeschalters 8 geht einher mit einer Drehung des Bildsensors, um auch bei einer Verdrehung der Prismeneinheit gegeneinander die Horizontlage des angezeigten Bildes beizubehalten.
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In 2 ist eine entsprechende bekannte Prismeneinheit 10 von der Seite schematisch dargestellt. Auf der linken Bildseite tritt Licht eines zentralen Strahlengangs 21, der als strichpunktierte Linie dargestellt ist, durch ein Sichtfenster 5 ein und tritt durch eine Eintrittslinse 11 in ein erstes, distales Prisma 12 ein. Das Licht trifft auf die verspiegelte Fläche 13 und wird nach unten in Richtung auf ein zweites Prisma 14 sowie eine verspiegelte Fläche 15 des zweiten Prismas gespiegelt. Die verspiegelte Fläche 15 weist einen spitzen Winkel zu der Unterseite 17 des zweiten Prismas 14 auf, so dass der zentrale Strahlengang zunächst auf einen zentralen Abschnitt der Unterseite 17, der ebenfalls verspiegelt ist, gespiegelt wird und von dort zu einer zweiten verspiegelten Fläche 16 des zweiten Prismas 14. Auch diese zweite verspiegelte Fläche 16 weist einen spitzen Winkel zu der Unterseite 17 auf, so dass der zentrale Strahlengang wiederum nach oben reflektiert wird (Achse B). Dort tritt das Licht in ein drittes Prisma 18 mit einer verspiegelten Fläche 19 ein, durch die das Licht des zentralen Strahlenganges 21 wiederum zentral in einer zur Längsachse des Endoskopschafts 3 parallele Richtung gespiegelt wird und durch eine Austrittslinse 20 aus der Prismeneinheit 10 austritt. Oberhalb der Prismeneinheit 10 ist außerdem noch ein Teil eines Lichtleitfaserbündels 25 dargestellt, mittels dessen Licht von proximal an die distale Spitze geleitet wird, um ein ansonsten unbeleuchtetes Operationsfeld zu beleuchten.
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Das erste Prisma 12 kann um die senkrechte Achse A gedreht werden, um den seitlichen Blickwinkel zu verstellen. Dadurch drehen sich auch die verspiegelten Flächen 13 und 15 gegeneinander, so dass die Horizontlage des Bildes, das nach proximal weitergeleitet wird, bei einer Drehung des ersten Prismas 12 um die Achse A geändert wird. Dies muss durch eine Drehung des Bildsensors oder der Bildsensoren ausgeglichen werden.
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In 3 ist die Prismeneinheit 10 aus 2 in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Auf der linken Seite ist dargestellt, wie das erste Prisma 12 in einer 0°-Blickrichtung angeordnet ist (durchgezogene Linien). Ebenfalls ist mit gestrichelten Linien dargestellt, dass das erste Prisma 12 zusammen mit der Eintrittslinse 11 um die Drehachse A gedreht ist. In diesem Fall ist der Überlappungsbereich zwischen den verspiegelten Flächen 13 des ersten Prismas 12 und 15 des zweiten Prismas 14 verdreht. Dementsprechend ist auch die Horizontlage verdreht.
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Bildlich gesprochen ist diese Drehung des Horizonts wie folgt zu erklären. Wenn die Prismeneinheit 10 so angeordnet ist, dass die Rotationsachse A in 2 nach oben, also senkrecht zum Horizont angeordnet ist, stellt sich eine Horizontlinie als Linie auf einer Höhe auf der verspiegelten Fläche 13 des Prismas 12 dar. Dies ist bei einer Drehung des ersten Prismas 12 um die Drehachse A unabhängig von dem Drehwinkel. Der gedachte Horizont, der eine horizontale Linie ist, bleibt eine horizontale Linie auf der verspiegelten Fläche 13. Diese gedachte Horizontlinie wird im Fall, dass eine 0°-Blickrichtung eingestellt ist, wie in 3 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, wiederum auf eine Linie auf der ersten verspiegelten Fläche 15 des zweiten Prismas 14 abgebildet, die auf einer Höhe liegt bzw. senkrecht zur Längsachse des Endoskops 1 angeordnet ist. Wenn, wie in 3 gestrichelt dargestellt, das erste Prisma 12 um die Rotationsachse A gedreht wird, dreht sich die Horizontlinie auf der verspiegelten Fläche 13 mit und verdreht sich somit gegenüber der verspiegelten Fläche 15 des zweiten Prismas 14. Diese Horizontlinie läuft nun quer über die verspiegelte Fläche 15 und ist somit verdreht. Dies muss ausgeglichen werden.
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Die 4 stellt in den Teilfiguren 4a) und 4b) eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht einer Prismeneinheit 30 eines Stereo-Video-Endoskops mit verstellbarer Blickrichtung schematisch dar. Zur Vervollständigung des Strahlengangs der beiden optischen Kanäle sind außerdem noch die entsprechenden Linsengruppen 32 L und 32 R sowie Bildsensoren 34 L und 34 R dargestellt.
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Bei der Prismeneinheit 30 hat eine Anpassung an die Erfordernisse einer Stereo-Endoskopie stattgefunden. Die Prismeneinheit 30 ver fügt über linke und rechte Eintrittslinsen 11 L, 11 R und linke und rechte erste Prismen 12 L, 12 R. Die ersten Prismen 12 L und 12 R sind jeweils um eine eigene vertikale Drehachse AL, AR drehbar, um die Blickrichtung zu ändern. An die ersten Prismen 12 L, 12 R schließt sich ein gemeinsames zweites Prisma 14‘ an sowie ein gemeinsames drittes Prisma 18‘, an das sich eine linke und eine rechte Austrittslinse 12 L, 12 R anschließen. Für jeden einzelnen optischen Strahlengang beziehungsweise optischen Kanal ist die Konfiguration damit wie bei der Prismeneinheit 10 gemäß 2 und 3 gegeben. Die zweiten und dritten Prismen 14‘ und 18‘ sind gegenüber den Prismen 14 und 18 aus den 2 und 3 jedoch verbreitert, um zwei optische Kanäle aufzunehmen. An die beiden Austrittslinsen 12 L, 12 R schließen sich die Linsengruppen 32 L, 32 R sowie Bildsensoren 34 L, 34 R der beiden optischen Kanäle für das linke und das rechte Bild an. Anstelle verbreiterter Prismen 14‘, 18‘ könnte auch die Konfiguration aus den 2, 3 verdoppelt werden.
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Die in 4 dargestellte Prismeneinheit 30 erlaubt eine Verstellung der Blickrichtung in einer horizontalen Ebene, indem die ersten Prismen 12 L, 12 R mit den darauf aufgeklebten Eintrittslinsen 11 L, 11 R um die jeweiligen, zueinander parallelen, vertikalen Drehachsen AL und AR gedreht werden. Durch eine Drehung des gesamten Endoskops um seine Längsachse lassen sich somit auch Blickrichtungen außerhalb der Ebene realisieren, in der die ersten Prismen 12 L, 12 R verschwenkbar beziehungsweise verstellbar sind.
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Bei einem Gradeausblick, wie er in den 4a) und 4b) dargestellt ist, das heißt einem Blick in einer 0°-Richtung, sind beide Eintritts linsen 11 L, 11 R gleich weit vom betrachteten Objekt entfernt, so dass das betrachtete Objekt in einer gemeinsamen Schärfenebene liegt und somit mit der gleichen Schärfe im linken und im rechten Kanal dargestellt wird. Dies ist für einen dreidimensionalen visuellen Eindruck ideal. Für geringe Abweichungen von der 0°-Blickrichtung ist dies näherungsweise ebenfalls der Fall. Hinzu kommt, dass der menschliche Wahrnehmungsapparat gewisse Unterschiede zwischen dem linken und dem rechten visuellen Bild bezüglich der Schärfe ausgleichen kann, ohne dass sich der dreidimensionale Eindruck verflüchtigt. Bei starken seitlichen Blickrichtungen wird je doch der Abstand der Eintrittslinsen 11 L, 11 R zum betrachteten Objekt oder Operationsbereich stark unterschiedlich, so dass einerseits die stark unterschiedliche Schärfe und andererseits unterschiedliche Bildverzerrungen dazu führen, dass sich ein dreidimensionaler visueller Eindruck beim Betrachter nicht mehr einstellt.
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5 zeigt eine erfindungsgemäße Prismeneinheit 40, wobei 5a) eine perspektivische Schrägansicht darstellt, 5b) eine Projektion von der Seite und 5c) eine Projektion von oben. Den Teil5a), 5b) und 5c) sind jeweils symbolisch Koordinatensysteme zur Verdeutlichung der Lage der gezeigten Ansichten im Raum beigefügt. Dabei entsprechen die X-Achse der horizontalen Achse, die Y-Achse der vertikalen Achse und die Z-Achse der Längsachse des Endoskops. Die Begriffe „horizontal“ und „vertikal“ sind im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht einschränkend, sondern werden in Analogie zum menschlichen visuellen Wahrnehmungsapparat verwendet, in dem die Augen in einer horizontalen Ebene nebeneinander liegen. Diese Begriffsbestimmung wird vorliegend auf den Fall der Stereo-Videoendoskopie übertragen. Ein Stereo-Videoendoskop kann natürlich um seine Längsachse gedreht werden, so dass die Eintrittslinsen in Bezug auf die Schwerkraftrichtung „vertikal“ übereinander liegen. Dennoch hat das Stereo-Videoendoskop auch in diesem Fall noch einen „rechten“ und „linken“ optischen Kanal für das rechte und linke Auge des Betrachters. Auf diesen bezieht sich somit die hier gewählte Wortwahl.
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Wie in 5a) gezeigt ist, treten Lichtstrahlen, die in 5a) ange deutet sind, zunächst durch linke und rechte Eintrittslinsen 11 L, 11 R ein, die auf ersten Prismen 41 L und 41 R aufgeklebt sind. Bei den Eintrittslinsen 11 L, 11 R handelt es sich bevorzugt um asphärische Meniskus-Linsen, um dreidimensional wirksame Verzerrungen möglichst effektiv gering zu halten.
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Anders als bei der Prismeneinheit 30 gemäß 4 sind bei der Prismeneinheit 40 gemäß 5 die ersten Prismen 41 L, 41 R bezüglich ihrer um 45° geneigten verspiegelten Flächen nicht parallel ausgerichtet, sondern einander zugewandt. Das eintretende Licht wird in den ersten Prismen 41 L und 41 R somit zu einer zentralen Umlenkeinheit 42 reflektiert, die beispielsweise aus zwei aneinander liegenden Prismen bestehen kann, deren gemeinsame Grenzfläche beidseitig verspiegelt ist. Diese um 45° geneigte gemeinsame Grenzfläche beziehungsweise Spiegelfläche, die in 5 nicht Lselbst dargestellt ist, lenkt die aus dem linken ersten Prisma 41 kommenden Strahlen nach oben, also in positive Y-Richtung, und Rdie aus dem rechten ersten Prisma 41 kommenden Lichtstrahlen nach unten, also in negative Y-Richtung. Nach oben und unten treten die Lichtstrahlen aus dem linken bzw. rechten Strahlengang in zweite Prismen 43 L, 43 R ein, die wiederum das eintretende Licht in positive Z-Richtung, also in Richtung der Längsachse des Endoskopschafts, lenken, wo die Lichtstrahlen durch linke und rechte Austrittslinsen 20 L, 20 R in linke und rechte Linsengruppen 32 L, 32 R und schließlich zu linken und rechten Bildsensoren 34 L, 34 R gelangen.
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Die linken und rechten optischen Kanäle sind somit nach der zentralen Umlenkeinheit 42 nicht mehr nebeneinander, sondern übereinander angeordnet.
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Die Maßnahme, dass das Licht nunmehr über eine zentrale Umlenkeinheit 42 umgelenkt wird, die in vertikaler Richtung von den zweiten Prismen 43 L, 43 R und in horizontaler Richtung von den ersten Prismen 41 L, 41 R eingerahmt wird, ermöglicht es, die Prismeneinheit 40 in zwei Richtungen verschwenkbar zu machen, nämlich durch Drehung um eine vertikale Drehachse A1 und eine horizontale Drehachse A2, und gleichzeitig in jedem Fall mit beiden Eintrittslin sen 11 L, 11 R den gleichen Abstand zum betrachteten Objekt zu behalten. Damit ist in jeder Blickrichtung eine ideale dreidimensionale Wahrnehmung gewährleistet.
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Um eine Verdrehung um die beiden Drehachsen A1, A2 zu ermöglichen, verläuft die vertikale Drehachse A1 durch die Zentren der zweiten Prismen 43 L, 43 R und die zentrale Umlenkeinheit 42 und die horizontale Drehachse A2 durch die Zentren der ersten Prismen 41 L, 41 R und die zentrale Umlenkeinheit 42. Die beiden Drehachsen A1, A2 kreuzen beziehungsweise schneiden sich in der zentralen Umlenkeinheit 42.
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Eine Besonderheit hierbei ist, dass bei einem Schwenk um die vertikale Achse A1 das gesamte horizontale Ensemble aus ersten Prismen 41 L, 41 R und zentraler Umlenkeinheit 42 gemeinsam verschwenkt wird, während die oberen und unteren Bestandteile, das heißt die zweiten Prismen 43 L, 43 R, die Linsengruppen 32 L, 32 R und Bildsensoren 34 L, 34 R ortsfest bleiben. Bei der Verschwenkung der horizontalen Gruppe aus ersten Linsen 41 L, 41 R und zentraler Umlenkeinheit 42 wird somit auch die horizontale Drehachse A2 mitverschwenkt. Bei einer Blickrichtungsänderung um die horizontale Drehachse A1 werden nur die ersten Prismen 41 L, 41 R mit den aufgeklebten Eintrittslinsen 11 L, 11 R um die horizontale Drehachse A2 verschwenkt, während die zentrale Umlenkeinheit 42 nicht um die horizontale Drehachse A2 mit verschwenkt wird.
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Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, die Bildsensoren 34 L, 34 R zwangsgeführt oder entsprechend gesteuert um die zentralen Längsachsen des linken beziehungsweise rechten optischen Kanals mit rotieren zu lassen, um Horizontlagenänderungen auszugleichen, die durch die Verschwenkung der entsprechenden Komponenten der Prismeneinheit 40 um die Drehachsen A1, A2 entstehen.
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In den 5b) und 5c) sind eine seitliche Projektion beziehungsweise eine Projektion von oben der in 5a) dargestellten Anordnung dargestellt. Bezüglich der Anordnungen der Drehachsen A1, A2 und der Eintrittsflächen und der spiegelnden Flächen der Prismen 41 L, 41 R, 43 L, 43 R sowie der zentralen Umlenkeinheit 42 ist darauf zu achten, dass durch eine Verstellung der Blickrichtung sich die optische Weglänge in der Prismeneinheit nicht wesentlich oder nicht ändert und nicht Teile des zu den Bildsensoren 34 L, 34 R gelangenden Blickfelds abgeschnitten werden. Dies wird bevorzugt mit einer zentrierten Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander erreicht sowie durch eine Auswahl von Drehachsen A1, A2, die sich im Zentrum der zentralen Umlenkeinheit schneiden, kann jedoch innerhalb der Grenzen der Aperturen des Systems leicht davon abweichen, so dass sich die Drehachsen A1 und A2 in gewissen Grenzen auch lediglich kreuzen können, das heißt einander annähern, ohne sich zu berühren.
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In 5 sind lediglich die optischen Komponenten der Prismeneinheit 40 gemäß der Erfindung und der darauf folgenden optischen Kanäle dargestellt, um das Prinzip zu verdeutlichen, jedoch keine Halter und Gehäuse. Die erfindungsgemäße Artikulation beziehungsweise Beweglichkeit der einzelnen Komponenten der Prismeneinheit 40 lässt sich durch eine Halterung beziehungsweise ein Gehäuse realisieren, das mehrere Halterungen aufweist, die ineinander geschachtelt sind. Eine äußere Halterung oder mehrere Teile einer äußeren Halterung, die mit dem Endoskopschaft drehfest und ortsfest verbunden sind, halten die unbeweglichen Teile, also die zweiten Prismen 43 L, 43 R, die Austrittslinsen 20 L, 20 R, gegebe nenfalls noch die Linsengruppen 32 L und 32 R sowie die Bildsenso ren 34 L, 34 R. In dieser äußeren Halterung ist eine zweite Halterung angeordnet, die gegenüber der äußeren Halterung um die vertikale Achse A1 drehbar ist und einerseits die zentrale Umlenkeinheit 42 und andererseits eine dritte Halterung für die ersten Prismen 41 L, 41 R mit den aufgeklebten Eintrittslinsen 11 L, 11 R haltert. Die dritte Halterung ist gegenüber der zweiten Halterung um die mit der zweiten Halterung mitschwenkende horizontale Drehachse A2 schwenkbar. Es sind außerdem Aktuatoren oder mechanische Mittel vorhanden, mit denen die zweite Halterung innerhalb der ersten Halterung um die vertikale Drehachse A1 schwenkbar ist und die dritte Halterung gegenüber der zweiten Halterung um die horizontale Drehachse A2 in der zweiten Halterung. Gegebenenfalls können noch Mittel zur Drehung der Bildsensoren 34 L, 34 R zum Horizontlagenausgleich vorhanden sein.
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In 6 ist schließlich ein Beispiel eines Prismas, in diesem Fall Ldes linken zweiten Prismas 43 gemäß 5, dargestellt, das zwei Reflexionsflächen 45, 46 aufweist, um einen Lichtstrahl entsprechend dem Strahlengang 44 zweifach zu reflektieren und um 90° abzulenken. Das rechte zweite Prisma 43 R gemäß 5 ist ent sprechend auszugestalten. Wenn die zweiten Prismen 43 L und 43 R gemäß 6 zwei Reflexionsflächen aufweisen, ist insgesamt eine geradzahlige Anzahl von Reflexionsflächen in der Prismeneinheit gemäß 5 vorhanden, so dass das Bild, das die Bildsensoren 34 L, 34 R erreicht, spiegelrichtig, das heißt nicht spiegelverkehrt, ist. Dabei weisen die ersten Prismen 41 L, 41 R und die zentrale Umlenkeinheit 42 für jeden Strahlengang jeweils eine Reflexionsfläche auf und die zweiten Prismen 43 L, 43 R zwei Reflexionsflächen.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Videoendoskop
- 2
- Handgriff
- 3
- Endoskopschaft
- 4
- distale Spitze
- 5
- Sichtfenster
- 6
- distaler Abschnitt
- 7
- Drehrad
- 8
- Schiebeschalter
- 10
- Prismeneinheit
- 11
- Eintrittslinse
- 11L, 11R
- Eintrittslinse
- 12
- erstes Prisma
- 13
- verspiegelte Fläche
- 14, 14‘
- zweites Prisma
- 15, 16
- verspiegelte Fläche
- 17
- Unterseite
- 18, 18‘
- drittes Prisma
- 19
- verspiegelte Fläche
- 20
- Austrittslinse
- 20L, 20R
- Austrittslinse
- 21
- zentraler Strahlengang
- 25
- Lichtleitfaserbündel
- 30
- Prismeneinheit
- 32L, 32R
- Linsengruppe
- 34L, 34R
- Bildsensor
- 40
- Prismeneinheit
- 41L, 41R
- erstes Prisma
- 42
- zentrale Umlenkeinheit
- 43L, 43R
- zweites Prisma
- 44
- Strahlengang
- 45, 46
- Reflexionsfläche
- A, AL, AR
- Drehachse
- A1
- vertikale Drehachse
- A2
- horizontale Drehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2369395 A1 [0006, 0006, 0008]
- DE 102012202552 B3 [0007, 0008, 0019]
