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Die Erfindung betrifft ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, mit einstellbarer Blickrichtung unter einem Blickwinkel mit einem Endoskopschaft, wobei im Inneren des Endoskopschafts eine Lichtwellenleiteinrichtung mit mehreren Lichtleitfaserbündeln vorgesehen ist, um Licht einer Lichtquelle zum distalen Ende des Endoskopschafts zu leiten, wobei die Lichtleitfaserbündel jeweils mehrere Lichtleitfasern, insbesondere Glasfasern, aufweisen.
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Endoskope, 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 andere Blickwinkel, 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 vor dem Geradeausblick, einstellbar ist.
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Bei einer Einstellung des Blickwinkels wird somit die Abweichung vom Geradeausblick, insbesondere bezogen auf die Längsachse des Endoskopschafts, geändert.
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Derartige Endoskope werden vor allem in der endoskopischen Chirurgie, Therapie oder Diagnostik verwendet. Die Endoskope weisen hierbei einen Endoskopschaft mit einem in eine Öffnung einführbaren distalen Bereich und einem proximalen Bereich auf. Weiterhin weisen sie eine Bildübertragungseinrichtung zur Beobachtung des Betrachtungsfeldes und ein Lichtleitfaserbündel zur Beleuchtung des Betrachtungsfeldes auf. Das Lichtleitfaserbündel im Endoskopschaft dient dabei der Beleuchtung des betrachteten Objekts, wobei das Lichtleitfaserbündel an eine externe Lichtquelle koppelbar oder an eine in dem Endoskop eingebaute Lichtquelle angeschlossen ist.
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Das von einer Lichtquelle erzeugte Licht wird dabei mittels eines Lichtleitfaserbündels vom proximalen Ende zum distalen Ende des Endoskopschafts zur Beleuchtung des distalen Betrachtungsfeldes übertragen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei Endoskopen mit einstellbarer Blickrichtung die Beleuchtung von zu untersuchenden Objekten am distalen Ende des Endoskops zu verbessern.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, mit einstellbarer Blickrichtung unter einem Blickwinkel mit einem Endoskopschaft, wobei im Inneren des Endoskopschafts eine Lichtwellenleiteinrichtung mit mehreren Lichtleitfaserbündeln vorgesehen ist, um Licht einer Lichtquelle zum distalen Ende des Endoskopschafts zu leiten, wobei die Lichtleitfaserbündel jeweils mehrere Lichtleitfasern, insbesondere Glasfasern, aufweisen, das dadurch weitergebildet wird, dass a) am distalen Ende des Endoskopschafts die Lichtleitfaserbündel in verschiedenen Beleuchtungswinkeln, vorzugsweise in Bezug auf die Längsachse des Endoskopschafts, angeordnet sind, und wobei ein erstes Lichtleitfaserbündel mit einem ersten Beleuchtungswinkel angeordnet ist und eine erste numerische Apertur für die Lichtleitfasern des ersten Lichtleitfaserbündels aufweist und wobei ein zweites Lichtleitfaserbündel mit einem zweiten Beleuchtungswinkel, der sich von dem ersten Beleuchtungswinkel für das erste Lichtleitfaserbündel unterscheidet, angeordnet ist und eine zweite numerische Apertur für die Lichtleitfasern des zweiten Lichtleitfaserbündels aufweist, die sich von der numerischen Apertur der Lichtleitfasern des ersten Lichtleitfaserbündels unterscheidet und/oder dass b) am distalen Ende des Endoskopschafts eine Lichtumlenkeinrichtung zum Umlenken von Licht einer Lichtquelle um mehr als 60°, insbesondere vorzugsweise um 90°, vorgesehen ist, wobei ein Lichtleitfaserbündel mit mehreren Lichtleitfasern derart an der Lichtumlenkeinrichtung mit seiner Lichtaustrittsseite im Innern des Endoskopschafts angeordnet ist, dass Licht aus den Lichtleitfasern des Lichtleitfaserbündels für die Lichtumlenkeinrichtung in die Lichtumlenkeinrichtung einkoppelbar oder eingekoppelt ist, und wobei die numerische Apertur der Lichtleitfasern des Lichtleitfaserbündels für die Lichtumlenkeinrichtung im Wesentlichen, vorzugsweise zwischen –20 % bis +20 %, weiter vorzugsweise zwischen –15 % und +15 % oder zwischen –10 % und +10 %, der numerischen Apertur der Lichtumlenkeinrichtung entspricht.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass unter Verwendung einer aus mehreren Lichtleitfaserbündeln bestehenden Lichtwellenleiteinrichtung im Inneren des Endoskopschafts Licht zum distalen Ende des Endoskops geleitet wird, wobei mittels der Lichtleitfaserbündel mehrere Blickrichtungen des Endoskops, vorzugweise gleichzeitig, ausgeleuchtet werden, so dass die distalen Enden der Lichtleitfaserbündel in verschiedene Richtungen unter Ausbildung verschiedener Beleuchtungswinkel bezogen auf die Längsachse des Endoskopschafts angeordnet sind, wodurch bei Austritt von Licht aus den Lichtleitfasern der Lichtleitfaserbündel die Blickfelder des optischen Systems des Endoskops am distalen Ende ausgeleuchtet werden.
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Hierbei sind die Lichtleitfaserbündel entsprechend den bevorzugten Blickrichtungen des optischen Systems angeordnet, so dass es möglich ist, bei einem Endoskop mit einstellbarer Blickrichtung die Lichtleitfasern in verschiedenen Richtungen bzw. unter verschiedenen Beleuchtungswinkeln anzuordnen, so dass das Licht durch die Lichtleitfasern in den verschiedenen Lichtleitfaserbündeln geführt wird.
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Hierbei sind am distalen Ende insbesondere die Lichtleitfaserbündel bzw. die Lichtleitfasern der Lichtleitfaserbündel am distalen Ende gekrümmt, um in verschiedene Blickrichtungen bzw. Beleuchtungsrichtungen (ungleich 0°) das Licht zu leiten. Dadurch, dass die Lichtleitfaserbündel bei unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln sich auch in der numerischen Apertur unterscheiden, wird erreicht, dass die am distalen Ende beleuchtete Umgebung des Objekts gut ausgeleuchtet wird.
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Auf Grund der verschiedenen numerischen Aperturen der Lichtleitfasern der jeweiligen Lichtleitfaserbündel bei unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen werden zudem Kopplungsverluste verringert. Hierbei sind unterschiedliche Fasertypen der Lichtleitfasern für verschiedene Beleuchtungsrichtungen gemäß der Erfindung vorgesehen, wobei am distalen Ende die Lichtwellenleiteinrichtung in verschiedene Blickrichtungen bzw. Beleuchtungsrichtungen aufgeteilt wird. Dadurch wird erreicht, dass die das Licht einer Lichtquelle leitenden Lichtleitfasern aufgeteilt sind, wobei die Lichtleitfasern eines Lichtleitfaserbündels einen vorbestimmten Bereich bei einem vorbestimmten Beleuchtungswinkel ausleuchten, so dass die Lichtleitfaserbündel unterschiedliche Segmente in verschiedene Richtungen am distalen Ende ausleuchten und damit zur Beleuchtung der Blickfelder des optischen Systems des Endoskops bei verschiedenen Blickrichtungen beitragen.
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Darüber hinaus ist in einer Ausgestaltung des Endoskops vorgesehen, dass bei einer seitlichen Blickrichtung um mehr als 60° bzw. bei einer 90°-Blickrichtung am distalen Ende des Endoskopschafts die Fasern eines Lichtleitfaserbündels Licht in eine Lichtumlenkeinrichtung einkoppeln, so dass das in die Lichtumlenkeinrichtung eingekoppelte Licht um mehr als 60°, insbesondere um 90°, umgelenkt wird, wodurch das eingekoppelte Licht z.B. bei einer Blickrichtung von 90° ebenfalls diesen seitlichen Bereich gut ausleuchtet. Hierdurch wird eine Beleuchtung des Bereichs von 90° erreicht, wobei unter Verwendung beispielsweise eines „Fused Fiber Element“ (FFE) als Lichtumlenkeinrichtung eine kleinbauende Anordnung am distalen Ende ermöglicht wird. Insbesondere ist dabei die numerische Apertur des Lichtleitfaserbündels für die Lichtumlenkeinrichtung bzw. für das als geschmolzenes Faserelement ausgebildetes FFE angepasst an die numerische Apertur der Lichtleitfasern des entsprechenden Lichtleitfaserbündels.
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Dazu ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass für verschiedene distale Beleuchtungswinkel der Lichtleitfaserbündel die jeweilige numerische Apertur der Lichtleitfasern der Lichtleitfaserbündel verschieden ist. Außerdem ist es bevorzugt, dass am proximalen Ende ein Faserkegel für die Lichtleitfaserbündel vorgesehen ist, derart um Licht von einem, vorzugsweise proximalseitigen, Lichtleitkabel in die Lichtleitfaserbündel, vorzugsweise in die Lichtleitfasern der Lichtleitfaserbündel, einzukoppeln.
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Dabei ist es in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Lichtleitfasern der Lichtumlenkeinrichtung bzw. des FFE, vom selben Typ sind, wie die Fasern in dem Lichtleitkabel, mittels denen Licht in die Lichtleitfasern des Lichtleitfaserbündels eingekoppelt wird.
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Außerdem ist es bei dem Endoskop in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass für das Lichtleitfaserbündel für die distale Lichtumlenkeinrichtung am proximalen Ende des Endoskopschafts das Licht einer Lichtquelle von einem Lichtleitkabel direkt, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Faserkegels oder eines anderen optischen Elements, einkoppelbar ist oder eingekoppelt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass unter Verwendung eines Faserkegels in das Lichtleitfaserbündel für die distale Lichtumlenkeinrichtung einkoppelbar ist oder eingekoppelt wird.
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Dazu ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Faserkegel für die Lichtleitfaserbündel verschmolzene Glasfasern aufweist oder aus verschmolzenen Glasfasern hergestellt ist und/oder dass der Faserkegel für das Lichtleitfaserbündel für die distale Lichtumlenkeinrichtung verschmolzene Glasfasern aufweist oder aus verschmolzenen Glasfasern hergestellt ist.
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Vorzugsweise ist die distale Lichtumlenkeinrichtung eingerichtet, um Licht um 90° in Bezug auf die Längsachse des Endoskopschafts seitlich umzulenken. Bevorzugterweise ist die Lichtumlenkeinrichtung als geschmolzenes Faserelement („Fused Fiber Element“ (FFE)) ausgebildet.
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Bei den Lichtleitfasern der Lichtleitfaserbündel bzw. bei den Fasern des Lichtleitkabels für die Lichtleitfaserbündel handelt es sich um Glasfasern oder Kunststofffasern, die Licht von einer Lichtquelle übertragen, wobei das Licht in Folge von Totalreflektion an den Faserwandungen der Fasern verlustfrei oder nahezu verlustfrei geführt wird. Unter numerischer Apertur wird insbesondere ein Maß für die Öffnung eines optischen Systems, wie z.B. von Lichtleitfasern, verstanden. Je größer die numerische Apertur ist, desto heller wird ein Objekt beleuchtet. Der Typ der Lichtleitfasern bzw. Glasfasern ist hierbei insbesondere durch den Transmissionsgrad in Abhängigkeit der Wellenlänge des Lichts und durch die numerische Apertur bestimmt, die sich aus der Wahl des Materials für die Kerngläser und Mantelgläser ergibt. Bei der Kopplung von zwei Beleuchtungselementen wird die Effizienz für die Kopplung des zu übertragenden Lichts größer, wenn sich die numerischen Aperturen der beiden Beleuchtungselemente nicht oder nur geringfügig unterscheiden.
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Die numerische Apertur ist insbesondere definiert als der Sinus des halben Öffnungswinkels oder Akzeptanzwinkels von Fasern, wobei die numerische Apertur NA sich ergibt durch die Gleichung NA = n × sin(α), wobei n die Brechzahl des Mediums ist, in dem das Objekt eingebettet ist (in der Regel Luft mit n = 1) und α der Öffnungswinkel bzw. der maximale Öffnungswinkel des objektseitigen Lichtstrahls bzw. Strahlenbündels ist.
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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 der 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 Darstellung eines Endoskops;
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2 eine schematische Darstellung eines weiteren Endoskops und
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3 eine schematische Darstellung eines Endoskops gemäß einer dritten Ausführungsform.
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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 schematisch eine Darstellung eines Endoskops 1, das insbesondere als Endoskop mit einer variablen einstellbaren Blickrichtung ausgebildet ist. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit wurde von der Darstellung von optischen Systemen zur Erfassung von Objekten am distalen Ende des Endoskops aus Gründen der Übersichtlichkeit und weiterer Einrichtungen abgesehen.
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Das schematisch dargestellte Endoskop 1 weist einen langgestreckten Endoskopschaft 2 auf, in dem die optischen Einrichtungen zum Erfassen von Objekten und zum Leiten von Signalen angeordnet sind. Das Endoskop 1 ist mit einer proximalen Lichtquelle 3 verbunden, die zum Erzeugen von Licht außerhalb des Endoskopschafts 2 vorgesehen ist. In einer Ausgestaltung kann auch die Lichtquelle 3 im Inneren des Endoskopschafts 2 angeordnet sein.
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Die Lichtquelle 3 ist zum Erzeugen von Licht proximalseitig angeordnet, wobei das erzeugte Licht über ein Lichtleitkabel 4 zu einem proximalen Faserkegel 5 geführt wird. Das Lichtleitkabel 4 besteht dabei aus Glasfasern, wobei die Glasfasern des Lichtleitkabels 4 sich durch eine vorbestimmte numerische Apertur auszeichnen.
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Der Faserkegel 5 („fibre cone“) besteht aus verschmolzenen Glasfasern, wobei der Faserkegel 5 vom proximalen Ende zum distalen Ende konisch verjüngt ist. Durch den Faserkegel 5 wird die numerische Apertur von einer kleinen numerischen Apertur auf der der Lichtquelle 3 zugewandten Seite zu einer großen numerischen Apertur auf der kleinen Seite des Kegels, die dem distalen Ende zugewandt ist, geändert.
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Durch den Faserkegel 5 wird das Licht der Lichtquelle 3 in die Glasfasern von im Innern des Endoskopschafts 2 angeordneten Lichtleitfaserbündeln 6.1, 6.2, 6.3 eingekoppelt. Mittels des Lichtleitfaserbündels 6.3 wird das Licht im Endoskopschaft 2 in 0°-Blickrichtung der optischen Einrichtung des Endoskops geführt. Mittels der Lichtleitfaserbündel 6.1, 6.2 werden die Lichtstrahlen in andere Raumwinkel (ungleich 0°) distalseitig geführt. Beispielsweise wird mittels des Lichtleitfaserbündels 6.2 das Licht unter einem Beleuchtungswinkel von 30°, bezogen auf die Längsachse des Endoskopschafts 2, geführt. Mittels des Lichtleitfaserbündels 6.1 wird das Licht beispielsweise unter einem Beleuchtungswinkel von 45° distalseitig zur Beleuchtung des Objekts geführt. Somit leuchten die Fasern der Lichtleitfaserbündel 6.1, 6.2 in unterschiedliche Richtungen und Blickwinkel, wodurch die Blickumgebung des zu untersuchenden Objekts unter diesen (Blick-)Winkeln gut ausgeleuchtet wird und bei einer Änderung der Blickrichtung des optischen Systems des Endoskops 1 auch diese Bereiche leicht erfasst werden.
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Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die numerische Apertur der Glasfasern des Lichtleitfaserbündels 6.1 mit einem größeren Blickwinkel (z.B. 45°) größer ist als die numerische Apertur der Glasfasern des Lichtleitfaserbündels 6.2 mit einem geringeren Blickwinkel (z.B. 45°) bzw. Beleuchtungswinkel. Die numerische Apertur der Glasfasern des Lichtleitfaserbündels 6.3 mit einer Beleuchtungsrichtung von 0° für die 0°-Blickrichtung ist dabei kleiner als die numerische Apertur der Glasfasern der Lichtleitfaserbündel 6.1 bzw. 6.2.
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Dadurch, dass die Fasern der Lichtleitfaserbündel 6.1, 6.2, 6.3 sich in der numerischen Apertur in Abhängigkeit der Beleuchtungsrichtung bzw. des Beleuchtungswinkels (bezogen auf die Längsachse des Endoskopschafts 2) ändern, wird eine gute und gleichmäßige Ausleuchtung der Umgebung des zu untersuchenden Objekts erreicht.
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Darüber hinaus wird in einer Ausgestaltung das Licht der Lichtquelle 3 über das Lichtleitkabel 4 und den Faserkegel 5 in ein weiteres Lichtleitfaserbündel 7 angekoppelt, wobei das Lichtleitfaserbündel 7 ebenfalls im Inneren des Endoskopschafts 2 angeordnet ist. Am distalseitigen Ende des Endoskopschafts 2 ist ein geschmolzenes Faserelement (Fused Fibre Element (FFE)) 8 angeordnet, mittels dessen Licht um 90° umgelenkt wird, so dass auch bei einer seitlichen Blickrichtung des optischen Systems von 90° die Umgebung unter diesem Blickwinkel bzw. Beleuchtungswinkel ausgeleuchtet wird.
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Dadurch, dass das geschmolzene Faserelement 8 hakenförmig oder mit einem rechten Winkel am distalseitigen Ende ausgebildet ist, wird auch das eingekoppelte Licht um 90° zur Seite abgelenkt. Das in das Lichtleitfaserbündel 7 eingekoppelte Licht wird dabei anschließend in das geschmolzene Faserelement 8 eingekoppelt, wobei die numerische Apertur der Glasfasern des Lichtleitfaserbündels 7 der numerischen Apertur des geschmolzenen Faserelements 8 entspricht. Im Rahmen der Erfindung ist es hierbei möglich, dass die numerische Apertur des geschmolzenen Faserelements 8 in einem Bereich von ±20 %, weiter vorzugsweise weniger als ±15 %, insbesondere weiter vorzugsweise um weniger als ±10 %, von der numerischen Apertur der Glasfasern des Lichtleitfaserbündels 7 abweicht.
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In den 2 und 3 sind weitere Ausführungsformen des Endoskops 1 schematisch dargestellt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird das Licht der Lichtquelle 3 über ein Lichtleitkabel 4.1 geführt, wobei das Lichtleitkabel 4.1 in zwei Äste aufgeteilt wird, wodurch das Licht zum einen zu einem Faserkegel 5.1 für die Lichtleitfaserbündel 6.1 bis 6.3 geführt wird und über den anderen Ast des Lichtleitkabels 4.1 ein Faserkegel 5.2 für das Lichtleitfaserbündel 7 mit Licht beaufschlagt wird. Hierdurch wird eine separate Trennung des Lichts für die 90°-Umlenkung des Lichts mittels des geschmolzenen Faserelements 8 von den anderen Lichtleitfaserbündeln 6.1 bis 6.3 erreicht, mittels denen in die Blickrichtungen zwischen 0° bis in den Bereich von 90°, vorzugsweise weniger als 90°, Licht geführt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird das Licht der Lichtquelle 3 über das Lichtleitkabel 4.1 über einen Ast des Lichtkabels 4.1 zu einem Faserkegel 5.1 für die Lichtleitfaserbündel 6.1 bis 6.3 geführt. Mittels des anderen Astes des Lichtleitkabels 4.1 wird das Licht direkt in das Lichtleitfaserbündel 7, d.h. ohne Zwischenschaltung eines weiteren optischen Elements, eingekoppelt.
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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
- Endoskop
- 2
- Endoskopschaft
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Lichtleitkabel
- 4.1
- Lichtleitkabel
- 5, 5.1, 5.2
- Faserkegel
- 6.1, 6.2, 6.3
- Lichtleitfaserbündel
- 7
- Lichtleitfaserbündel
- 8
- geschmolzenes Faserelement (FFE)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028147 A1 [0004]