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Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung für eine schwenkbare Optik eines Endoskops umfassend einen Lagerbock und einen schwenkbar am Lagerbock gelagerten Komponentenhalter für eine optische Komponente der Optik. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Endoskop umfassend eine schwenkbare Optik mit wenigstens einer optischen Komponente sowie eine Gelenkanordnung mit einem Lagerbock und einem schwenkbar am Lagerbock gelagerten Komponentenhalter für die optische Komponente.
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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 sogenannten 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 Grad-Zahlen der Winkel zwischen der zentralen Blickachse und der Längsachse des Endoskopschafts gemeint.
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Des Weiteren gibt es Endoskope bzw. Videoendoskope mit verstellbarer seitlicher Blickrichtung, bei denen der Blickwinkel, also die Abweichung von dem Geradeausblick, einstellbar ist. In einigen Endoskopen kommen hierbei Prismen zum Einsatz, die hinter einem gekrümmten Abdeckglas angeordnet sind und auf einem um eine Drehachse drehbaren Prismenhalter angeordnet sind. Diese sogenannten Schwenkprismen oder Schwenkprismenanordnungen leiten das Licht aus einstellbaren variablen Blickrichtungen weiter zu einem optischen System in dem Endoskop. Die Lagerung des beweglichen Prismenhalters erfolgt in der Regel mittels eines Lagerbocks, wobei der Prismenhalter mittels einer Welle oder mittels Achszapfen drehbar in Bohrungen des Lagerbocks geführt ist oder wird.
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Über den Lebenszyklus eines Endoskops, der üblicherweise auf mehrere 10.000 Drehungen oder Bewegungen des Prismenhalters angelegt ist, tritt regelmäßig Abrieb im Bereich der Welle bzw. der Achszapfen am Prismenhalter und im Bereich der Bohrungen am Lagerbock auf. Dadurch verliert die Mechanik und somit die Ausrichtung des Prismas zu dem optischen System des Endoskops an Stabilität und Genauigkeit, was die Qualität der visuellen Darstellung des Operationsbereichs beeinträchtigen kann. Des Weiteren kann Abrieb zu einer Verschmutzung der Optik führen und somit ebenfalls die Beobachtungsqualität und Bildqualität reduzieren.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Endoskop mit schwenkbarer Optik die Lagerung eines Prismenhalters oder Objekthalters zu verbessern, wobei die zuvor genannten Probleme beseitigt werden sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gelenkanordnung für eine schwenkbare Optik eines Endoskops umfassend einen Lagerbock und einen schwenkbar am Lagerbock gelagerten Komponentenhalter für eine optische Komponente der Optik gelöst, wobei die erfindungsgemäße Gelenkanordnung dadurch weitergebildet ist, dass der Komponentenhalter mittels wenigstens eines Wälzlagers schwenkbar an dem Lagerbock gelagert ist, wobei das Wälzlager axial vorgespannt oder vorspannbar ausgebildet ist, wobei die Gelenkanordnung einen Magneten umfasst, wobei das Wälzlager mittels des Magneten vorgespannt oder vorspannbar ist.
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Eine derartige Lagerung mittels eines oder mehrerer Wälzlager vermeidet Verschleiß und reduziert somit erheblich verschleißbedingtes mechanisches Spiel in der Lagerung. Dadurch bleibt auch nach zahlreichen Drehungen oder Verschwenkungen des Komponentenhalters eine präzise und stabile Anordnung der entsprechenden optischen Komponenten gewährleistet.
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Ein Wälzlager im Sinne der Erfindung weist insbesondere zwei konzentrische, einander zugewandte Laufflächen auf, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Die Wälzkörper sind beispielsweise kugel-, kegel-, zylinder-, nadel- oder tonnenförmig und rollen bei Drehung der Laufflächen gegeneinander auf den Laufflächen ab.
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Ein Wälzlager umfasst des Weiteren beispielsweise einen Innenring, an dessen äußerem Umfang die innere der beiden Laufflächen ausgebildet ist, und einen Außenring, an dessen innerem Umfang die äußere der beiden Laufflächen ausgebildet ist. Dabei sind der Innenring und der Außenring vorzugsweise jeweils konzentrisch zueinander angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist das Wälzlager axial vorgespannt oder vorspannbar ausgebildet. Hierdurch wird insbesondere ein intrinsisches axiales Spiel der Lageranordnung vermieden, wodurch die mechanische Stabilität und Präzision von mittels der erfindungsgemäßen Lageranordnung gehaltenen optischen Komponenten weiter verbessert wird.
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Im Rahmen der Erfindung beziehen sich die Angaben axial und radial jeweils auf eine Schwenkachse oder Drehachse des am Lagerbock gelagerten Komponentenhalters, wobei eine Richtung entlang der Schwenkachse als axial und eine Richtung quer zur Schwenkachse als radial bezeichnet wird.
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Weiter erfindungsgemäß umfasst die Gelenkanordnung einen Magneten, wobei das Wälzlager mittels des Magneten vorgespannt oder vorspannbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass eine Vorspannung des Wälzlagers langfristig stabil ist und ein unbeabsichtigtes Lösen der Vorspannung verhindert wird. Zudem bleibt die Vorspannung selbst dann nahezu konstant erhalten, wenn es zu Verschleiß oder Abrieb am Wälzlager oder im Bereich des Wälzlagers kommen sollte.
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Ein Magnet bietet des Weiteren den Vorteil, dass gegebenenfalls auftretender Abrieb magnetisch angezogen und so von den optischen Komponenten ferngehalten wird, wenn für verschleißanfällige Komponenten magnetische, insbesondere ferromagnetische, Materialen verwendet werden.
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Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Gelenkanordnung ferner ein magnetisches Joch für den Magneten. Hierdurch wird eine gezielte Führung oder Leitung des magnetischen Flusses ermöglicht, wodurch die magnetische Anziehung verstärkt wird und/oder bei vergleichbarer Stärke der Anziehung und somit der Vorspannung des Wälzlagers ein kleinerer bzw. schwächerer Magnet verwendbar ist.
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Vorzugsweise weist die Gelenkanordnung wenigstens ein weiteres Wälzlager auf. Dadurch wird eine stabile Lagerung oder Abstützung des Komponentenhalters gewährleistet, beispielsweise indem das erste Wälzlager und das weitere Wälzlager an unterschiedlichen Seiten des Komponentenhalters angeordnet sind.
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Wenn das weitere Wälzlager vorteilhafterweise ein axiales Spiel aufweist, wird zudem wirkungsvoll verhindert, dass sich die Lageranordnung bzw. der Komponentenhalter, beispielsweise beim Vorspannen des ersten Wälzlagers, innerhalb des Lagerbocks verspannt oder verkantet.
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Der Komponentenhalter ist vorteilhafterweise als Prismenhalter für ein optisches Prisma ausgebildet.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Endoskop umfassend eine schwenkbare Optik mit wenigstens einer beweglichen optischen Komponente sowie eine Gelenkanordnung mit einem Lagerbock und einem schwenkbar am Lagerbock gelagerten Komponentenhalter für die optische Komponente, wobei das erfindungsgemäße Endoskop dadurch weitergebildet ist, dass die Gelenkanordnung als erfindungsgemäße zuvor beschriebene Gelenkanordnung ausgebildet ist.
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Das Endoskop umfasst vorteilhafterweise einen Schaft mit einem proximalen Bereich und einem distalen Bereich, wobei die Gelenkanordnung vorzugsweise im distalen Bereich des Schaftes angeordnet ist.
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Im Rahmen der Erfindung bezeichnet „proximal“ die einer Bedienperson des Endoskops zugewandte Richtung und „distal“ die einem Beobachtungs- oder Operationsbereich oder einem Patienten zugewandte Richtung. Die Endoskopspitze ist somit distal, der Handgriff proximal.
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Bevorzugt ist eine Schwenkachse der Gelenkanordnung im Wesentlichen quer zu einer Längserstreckung des Schaftes angeordnet. Dabei entspricht die Längserstreckung des Schaftes üblicherweise einer optischen Achse des optischen Systems des Endoskops. So ergibt sich eine Blickrichtung, die unter einem mittels des schwenkbaren Komponentenhalters veränderlichen Winkel zu dem Schaft bzw. der optischen Achse ausgerichtet oder ausrichtbar ist. Dadurch ergibt sich insbesondere ein beobachtbarer Bereich oder ein Gesichtsfeld, der bzw. das durch den Bereich möglicher Schwenkwinkel des Komponententrägers bestimmt wird.
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Wenn des Weiteren der Lagerbock um eine Drehachse relativ zum Schaft des Endoskops drehbar angeordnet ist, wobei die Drehachse insbesondere quer zu einer Schwenkachse der Lageranordnung angeordnet ist, so lässt sich der beobachtbare Bereich weiter vergrößern.
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Vorzugsweise ist die bewegliche optische Komponente ein erstes Prisma, wobei die Optik des Endoskops insbesondere wenigstens ein zweites Prisma umfasst, wobei das zweite Prisma ortsfest zum Lagerbock angeordnet ist.
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In diesem Zusammenhang sind „erstes Prisma“ und „zweites Prisma“ beispielsweise so zu verstehen, dass ein erstes Prisma beweglich zum Lagerbock und ein zweites Prisma unbeweglich zum Lagerbock angeordnet sind. Erfindungsgemäße Endoskope können auch mehrere erste Prismen und/oder mehrere zweite Prismen umfassen. Beispielsweise haben sich Prismenanordnungen mit einem ersten Prisma und mit zwei weiteren zweiten Prismen als vorteilhaft erwiesen. Eine solche Prismenanordnung ist beispielsweise aus dem
deutschen Patent Nr. 10 2012 202 552 der Anmelderin bekannt.
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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 schematisch eine erfindungsgemäße Gelenkanordnung in perspektivischer Ansicht;
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2 schematisch einen Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Gelenkanordnung in längsaxialer Schnittdarstellung;
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3 schematisch einen Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Gelenkanordnung in längsaxialer Schnittdarstellung;
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4 schematisch einen Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Gelenkanordnung in längsaxialer Schnittdarstellung und
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5 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Gelenkanordnung in längsaxialer Schnittdarstellung.
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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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In 1 ist schematisch eine beispielhafte Gelenkanordnung 1 gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung gezeigt.
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Die erfindungsgemäße Gelenkanordnung 1 an einer Endoskopspitze umfasst einen Prismenhalter 10, der als Träger oder Halter für ein Prisma und/oder andere optische Komponenten, beispielsweise Linsen, Spiegel, oder photosensitive Elektronikkomponenten, ausgebildet ist. Hierfür weist der Prismenhalter 10 eine entsprechende Aufnahme 14 auf, die beispielsweise als Bohrung mit abgeflachten Seitenbereichen ausgebildet ist.
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Der Prismenhalter 10 ist um eine Schwenkachse 2 schwenkbar an einem Lagerbock 20 gelagert. Hierfür umfasst der Prismenhalter 10 beispielsweise einen Achszapfen 12, der mittels eines Kugellagers 30 als Beispiel eines Wälzlagers in einer Bohrung oder Aussparung in dem Lagerbock 20 angeordnet ist.
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Das Kugellager 30 wird mittels eines Magneten 40 in längsaxialer Richtung bezogen auf die Schwenkachse 2 vorgespannt. Der Magnet 40 ist in 1 entlang der Schwenkachse 2 versetzt dargestellt, so dass das Kugellager 30 sichtbar wird. Bestimmungsgemäß ist der Magnet 40 bei dem Kugellager 30 an oder in der Bohrung des Lagerbocks 20 angeordnet und geeignet abgestützt oder befestigt.
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Zum Schwenken des Prismenhalters 10 um die Schwenkachse 2 ist des Weiteren ein Stellelement 5 vorgesehen, wobei beispielsweise eine translatorische Bewegung des Stellelements 5 entlang der Bewegungsrichtung 6 eine Schwenkbewegung des Prismenhalters 10 entlang der Bewegungsrichtung 7 bewirkt. Hierfür sind das Stellelement 5 und der Prismenhalter 10 geeignet miteinander verbunden oder gekoppelt, beispielsweise mittels einer, insbesondere schlupffreien, Verzahnung. Eine entsprechende Mechanik ist beispielsweise aus dem Patent Nr. 10 2012 202 552 der Anmelderin bekannt.
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Weitere Aspekte der Erfindung werden anhand der 2 bis 4 deutlich, die jeweils schematisch Beispiele erfindungsgemäßer Gelenkanordnungen 1 in längsaxialer Schnittdarstellung zeigen. Die Schwenkachse 2 ist dabei jeweils in der Schnittebene oder Darstellungsebene angeordnet und strichpunktiert gezeichnet.
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Bei dieser Darstellung werden einige Komponenten der Gelenkanordnung 1, unter anderem der Lagerbock 20 und das Kugellager 30, jeweils zweifach von der Darstellungsebene geschnitten, wobei sich jeweils zwei symmetrisch zu der Schwenkachse 2 angeordnete Schnittflächen ergeben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist jeweils nur eine dieser doppelten Schnittflächen mit Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Gezeigt ist jeweils der Prismenhalter 10 mit dem Achszapfen 12, wobei der Achszapfen 12 mittels des Kugellagers 30 in radialer Richtung, d.h. quer zur Schwenkachse 2, am Lagerbock 20 abgestützt ist. Das Kugellager 30 verfügt über einen am Prismenhalter 10 bzw. am Achszapfen 12 angeordneten Innenring 32 sowie einen am Lagerbock 20 angeordneten Außenring 34.
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Der Innenring 32 und der Außenring 34 verfügen jeweils über Laufflächen für Kugeln oder andere Wälzkörper (ohne Bezugszeichen), die zwischen Innenring 32 und Außenring 34 angeordnet sind und auf den jeweiligen Laufflächen abrollen. Der Innenring 32 ist fest mit dem Prismenhalter 10 bzw. dem Achszapfen 12 verbunden, beispielsweise verpresst oder verklebt. Entsprechend ist der Außenring 34 mit dem Lagerbock 20 verbunden oder in, bezogen auf die Schwenkachse 2, längsaxialer Richtung gegen Verrutschen gesichert.
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Bei dem Kugellager 30 ist ein Magnet 40 angeordnet, der beispielsweise am Lagerbock 20 oder am Außenring 34 geeignet abgestützt ist. Mittels des Magneten 40 wird das Kugellager 30 in längsaxialer Richtung vorgespannt. Hierfür weist beispielsweise der Innenring 32 und/oder der Prismenhalter 10 und/oder der Achszapfen 12 ferromagnetische Eigenschaften auf oder umfasst ein ferromagnetisches Material. Der Innenring 32 bzw. der Prismenhalter 10 bzw. der Achszapfen 12, die fest miteinander verbunden sein können, werden dadurch von dem Magneten 40 angezogen und bewirken eine längsaxiale Vorspannung des Kugellagers 30.
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Die magnetische Achse des Magneten 40, dargestellt durch magnetischen Nordpol N und magnetischen Südpol S, kann dabei unterschiedlich zur Schwenkachse 2 ausgerichtet sein. Beispielhaft zeigen 2 eine Anordnung der magnetischen Achse quer zur Schwenkachse 2 und 3 eine Anordnung der magnetischen Achse längs der Schwenkachse 2.
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Vorzugsweise ist ferner ein magnetisches Joch für den Magneten 40 vorgesehen, um den magnetischen Fluss zwischen dem Magneten 40 und dem ferromagnetischen Partner bzw. den ferromagnetischen Partnern, insbesondere Innenring 32, Prismenhalter 10 und/oder Achszapfen 12, zu führen und entsprechend die beschriebene magnetische Anziehung zu verstärken.
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Beispielsweise ist der Lagerbock 20 als magnetisches Joch oder als Bestandteil eines magnetischen Jochs ausgebildet. Hierfür umfasst der Lagerbock 20 insbesondere im Bereich des Magneten 40 und des Kugellagers 30 ein ferromagnetisches Material.
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Vergleichbar kann der Außenring 34 ein ferromagnetisches Material umfassen und somit als magnetisches Joch oder Bestandteil eines magnetischen Jochs ausgebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich ist, wie in 4 dargestellt, eine ferromagnetische Hülse 42 als magnetisches Joch vorgesehen, die zwischen dem Gelenkbock 20 einerseits und dem Magneten 40 und/oder dem Kugellager 30 bzw. dem Außenring 34 des Kugellagers 30 andererseits angeordnet ist oder wird. Dies hat den Vorteil, dass das Material des Lagerbocks ohne Einschränkungen aufgrund der gewünschten magnetischen Eigenschaften des Jochs frei gewählt werden kann. Die magnetische Orientierung des Magneten 40 kann wie in 2 oder wie in 3 dargestellt sein.
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In 5 ist schematisch eine Lageranordnung 1 gemäß der Erfindung mit zwei Kugellagern 30, 30' gezeigt. Dabei ist das in der Zeichnung links dargestellte Kugellager 30 beispielsweise als magnetisch vorgespanntes Kugellager 30 gemäß obiger Ausführungen ausgebildet.
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Das auf der rechten Seite der Zeichnung dargestellte Kugellager 30' ist ebenfalls als reibungs- und verschleißarmes Lager ausgebildet, das insbesondere die Aufgabe hat, den Prismenhalter 10 radial, d.h. quer zur Schwenkachse 2, an dem Lagerbock 20 abzustützen. Hierfür ist das Kugellager 30' vorzugsweise radial vorgespannt, beispielsweise indem die Laufflächen am Außenring 34 und Innenring 32' einen Abstand zueinander aufweisen, der geringfügig kleiner als die dazwischen befindlichen Kugeln oder Wälzkörper ist. Das Kugellager 30' weist somit ein radiales Untermaß auf.
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Im Gegensatz zu dem axial vorgespannten Kugellager 30 verfügt das Kugellager 30' jedoch über ein axiales Spiel, so dass beim Vorspannen des Kugellagers 30 und damit verbundenen geringfügigen Verschiebungen des Prismenhalters in längsaxialer Richtung, d.h. entlang der Schwenkachse 2, ein Verkanten oder Verspannen der Lageranordnung 1 verhindert wird. Auch im Bereich des Kugellagers 30‘ wird ein axiales Spiel des Prismenhalters 10 durch einen Anschlag begrenzt.
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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 gekennzeichnet sind, vorzugsweise fakultative Merkmale.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkanordnung
- 2
- Schwenkachse
- 5
- Stellelement
- 6
- Bewegungsrichtung (Translation)
- 7
- Bewegungsrichtung (Rotation)
- 10
- Prismenhalter
- 12
- Achszapfen
- 14
- Aufnahme
- 20
- Lagerbock
- 30, 30'
- Kugellager
- 32, 32'
- Innenring
- 34
- Außenring
- 40
- Magnet
- 42
- ferromagnetische Hülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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