DE102014208754A1

DE102014208754A1 - Endoskopkopf mit zumindest zwei lichtquellen und endoskop mit diesem

Info

Publication number: DE102014208754A1
Application number: DE102014208754.6A
Authority: DE
Inventors: c/o Digital Endoscopy GmbH Mayer Wolfgang; c/o Digital Endoscopy GmbH Viebach Thomas; c/o Digital Endoscopy GmbH Henzler Marc
Original assignee: Digital Endoscopy GmbH
Current assignee: Digital Endoscopy GmbH
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Endoskopkopf (1) mit zumindest zwei Einheiten aus einer Lichtquelle (21, 22) und einem dazugehörigen Optikelement, wobei von den zumindest zwei Einheiten zumindest eine erste Einheit eine erste vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist und eine zweite Einheit eine zweite vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist, wobei sich die erste vorbestimmte optische Eigenschaft von der zweiten vorbestimmten optischen Eigenschaft unterscheidet. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Endoskop mit einem solchen Endoskopkopf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Endoskopkopf mit zumindest zwei Lichtquellen und auf ein Endoskop mit einem solchen Endoskopkopf.
Es ist ein Endoskopkopf als ein Instrument bekannt, das in einen zu untersuchenden mitunter schwer zugänglichen und üblicherweise nicht beleuchteten Bereich, z.B. ein tunnelförmiges Lumen (Darm, Speiseröhre oder auch ein Kanalschacht etc.), eingeführt wird, um sich einen Überblick über diesen zu untersuchenden Bereich zu verschaffen. Zu diesem Zweck wird der zu untersuchende Bereich mittels am Endoskopkopf eingebauten Lichtquellen, wie z.B. LED’s, ausgeleuchtet und die ausgeleuchtete Szene mittels einer am Endoskopkopf eingebauten Kamera aufgenommen. Dadurch können nach Auswertungen der durch die Kamera aufgenommenen Bilder jeweilige den zu untersuchenden Bereich betreffende Maßnahmen (z.B. ein operativer Eingriff am Darm, Speiseröhre oder Reparatur am Kanalschacht etc.) getroffen werden.
Normalerweise sind die Lichtquellen so angeordnet, dass sie den geforderten Bildwinkel möglichst gut ausleuchten. Dies kann aber immer nur ein Kompromiss sein. Wenn z.B. die Lichtquellen auf eine helle Fläche im Nahfeld (glänzendes Instrument vor der Kamera) gerichtet sind, so erscheint der Hintergrund als zu dunkel. Wird hingegen in ein tunnelförmiges Lumen hinein geleuchtet, so ist das Licht gerade ausreichend, um den Hintergrund zu beleuchten, naheliegende Objekte erscheinen dann meist überstrahlt.
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
Die vorliegende Erfindung soll bei diesem Problem Abhilfe schaffen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen verbesserten Endoskopkopf für ein vorteilhaftes Ausleuchten des zu betrachtenden Bereiches zu schaffen. Außerdem soll ein verbessertes Endoskop geschaffen werden.
LÖSUNG DER AUFGABE
In Hinblick auf den Endoskopkopf ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Endoskopkopf mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Endoskop ist in Anspruch 13 aufgezeigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft somit einen Endoskopkopf mit zumindest zwei Einheiten aus einer Lichtquelle und einem dazugehörigen Optikelement, wobei von den zumindest zwei Einheiten zumindest eine erste Einheit eine erste vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist und eine zweite Einheit eine zweite vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist, wobei sich die erste vorbestimmte optische Eigenschaft von der zweiten vorbestimmten optischen Eigenschaft unterscheidet.
Die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle arbeiten dabei unabhängig voneinander. D.h. die erste Lichtquelle der ersten Einheit kann eingeschaltet sein, während die zweite Lichtquelle der zweiten Einheit ausgeschaltet ist, so dass lediglich die optische Eigenschaft der ersten Einheit bei der Beleuchtung wirksam ist. Anders herum kann die erste Lichtquelle der ersten Einheit ausgeschaltet sein, während die zweite Lichtquelle der zweiten Einheit eingeschaltet ist, so dass lediglich die optische Eigenschaft der zweiten Einheit bei der Beleuchtung wirksam ist.
Der Endoskopkopf kann mit zumindest zwei Lichtquellen ausgerüstet sein, von denen zumindest eine erste Lichtquelle der ersten Einheit einen ersten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich aufweist und eine zweite Lichtquelle der zweiten Einheit einen zweiten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich aufweist, wobei sich der erste vorbestimmte Abstrahlungswinkelbereich vom zweiten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich unterscheidet.
Wenn nun die erste Lichtquelle einen kleinen Abstrahlungswinkelbereich hat und die zweite Lichtquelle einen großen Abstrahlungswinkelbereich – der größer als der Abstrahlungswinkelbereich der ersten Lichtquelle ist – hat, kann die erste Lichtquelle ähnlich wie ein Abblendlicht und kann die zweite Lichtquelle ähnlich wie ein Fernlicht eines Kraftfahrzeuges angewendet werden. Mit der ersten Lichtquelle kann bei ausgeschalteter zweiter Lichtquelle das Nahfeld gut betrachtet werden. Mit der zweiten Lichtquelle kann bei ausgeschalteter erster Lichtquelle ein weiter entfernter Bereich gut betrachtet werden.
Der Endoskopkopf kann mit zumindest zwei Lichtquellen ausgerüstet sein, von denen zumindest eine erste Lichtquelle der ersten Einheit Licht mit einer ersten vorbestimmten Helligkeit abgibt und eine zweite Lichtquelle der zweiten Einheit Licht mit einer zweiten vorbestimmten Helligkeit abgibt, wobei sich die erste vorbestimmte Helligkeit von der zweiten vorbestimmten Helligkeit unterscheidet.
Die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle arbeiten auch hierbei unabhängig voneinander. D.h. die erste Lichtquelle kann eingeschaltet sein, während die zweite Lichtquelle ausgeschaltet ist, und anders herum kann die erste Lichtquelle ausgeschaltet sein, während die zweite Lichtquelle eingeschaltet ist. Wenn nun die erste Lichtquelle Licht mit einer geringen Helligkeit abgibt und die zweite Lichtquelle Licht mit einer starken Helligkeit, die die Helligkeit der ersten Lichtquelle übertrifft, abgibt, kann die erste Lichtquelle ähnlich wie ein Abblendlicht und kann die zweite Lichtquelle ähnlich wie ein Fernlicht eines Kraftfahrzeuges angewendet werden. Mit der ersten Lichtquelle kann bei ausgeschalteter zweiter Lichtquelle das Nahfeld gut betrachtet werden. Mit der zweiten Lichtquelle kann bei ausgeschalteter erster Lichtquelle ein weiter entfernter Bereich gut betrachtet werden.
Der Endoskopkopf kann mit zumindest zwei Lichtquellen ausgerüstet sein, von denen zumindest eine erste Lichtquelle der ersten Einheit Licht mit einer ersten vorbestimmten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel abgibt und eine zweite Lichtquelle der zweiten Einheit Licht mit einer zweiten vorbestimmten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel abgibt, wobei sich die erste vorbestimmte räumliche Intensitätsverteilung im Lichtbündel von der zweiten vorbestimmten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel unterscheidet. Die räumliche Intensitätsverteilung im Lichtbündel wird durch eine spezifische Gestaltung des zu der jeweiligen Lichtquelle dazugehörigen Optikelementes bestimmt. Die erste Einheit kann z.B. Licht mit einer randverdunkelten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel abgeben und die zweite Einheit kann Licht mit einer mittenverdunkelten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel abgeben. Somit kann, wenn die erste Lichtquelle ausgeschaltet ist und die zweite Lichtquelle eingeschaltet ist, ein randbetonter Lichtstrahl abgegeben werden. Andererseits kann, wenn die erste Lichtquelle eingeschaltet ist und die zweite Lichtquelle ausgeschaltet ist, ein mittenbetonter Lichtstrahl abgegeben werden, der eine Vignettierung also eine Abschattung am Rand aufweist.
Der Endoskopkopf kann mit zumindest zwei Lichtquellen ausgerüstet sein, von denen zumindest eine erste Lichtquelle der ersten Einheit Licht unter einem ersten vorbestimmten Winkel abgibt und eine zweite Lichtquelle der zweiten Einheit Licht unter einem zweiten vorbestimmten Winkel abgibt, wobei sich der erste vorbestimmte Winkel von dem zweiten vorbestimmten Winkel unterscheidet. Somit kann, wenn die erste Lichtquelle eingeschaltet ist und die zweite Lichtquelle ausgeschaltet ist, ein Lichtstrahl unter einem ersten vorbestimmten Winkel abgegeben werden. Andererseits kann, wenn die erste Lichtquelle ausgeschaltet ist und die zweite Lichtquelle eingeschaltet ist, ein Lichtstrahl unter einem zweiten vorbestimmten Winkel abgegeben werden. Ein vorbestimmter Winkel ist dabei ein spezifischer Winkel eines Lichtstrahls relativ zur Mittelachse des Endoskopkopfes.
Der Endoskopkopf kann mit zumindest zwei Lichtquellen ausgerüstet sein, von denen zumindest eine erste Lichtquelle der ersten Einheit Licht mit einem ersten vorbestimmten Spektralbereich abgibt und eine zweite Lichtquelle der zweiten Einheit Licht mit einem zweiten vorbestimmten Spektralbereich abgibt, wobei sich der erste vorbestimmte Spektralbereich von dem zweiten vorbestimmten Spektralbereich unterscheidet. Somit kann, wenn die erste Lichtquelle eingeschaltet ist und die zweite Lichtquelle ausgeschaltet ist, ein Lichtstrahl mit einem ersten vorbestimmten Spektralbereich z.B. in einer ersten Farbe abgegeben werden. Andererseits kann, wenn die erste Lichtquelle ausgeschaltet ist und die zweite Lichtquelle eingeschaltet ist, ein Lichtstrahl mit einem zweiten vorbestimmten Spektralbereich z.B. in einer zweiten Farbe abgegeben werden. Alternativ kann die erste Lichtquelle Licht mit einem ersten vorbestimmten Wellenlänge abgeben und die zweite Lichtquelle kann Licht mit einer zweiten vorbestimmten Wellenlänge abgeben, wobei sich die erste vorbestimmte Wellenlänge von der zweiten vorbestimmten Wellenlänge unterscheidet.
Der Abstrahlungswinkel des Lichtstrahls der Lichtquellen kann innerhalb der jeweiligen Abstrahlungswinkelbereiche änderbar sein.
Je nach Erfordernis, können dann die jeweiligen Abstrahlungswinkelbereiche für das Fernfeld oder das Nahfeld so geändert oder an die vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden, dass immer eine homogene Ausleuchtung der Szene gegeben ist. Beispielsweise können die Lichtquellen verfahrbar sein und zu einer zugehörigen Öffnung hin und von dieser weg verfahren werden. Wenn die Lichtquelle zur zugehörigen Öffnung hin bewegt wird, wird der Abstrahlungswinkelbereich größer. Wenn die Lichtquelle von ihrer zugehörigen Öffnung weg bewegt wird, wird ihr Abstrahlungswinkelbereich kleiner, da die Ränder der Öffnung mit zunehmendem Abstand der Lichtquelle den Abstrahlungswinkelbereich zunehmend begrenzen.
Die Lichtquellen können dimmbar sein. Je nach Erfordernis können dann die Lichtquellen für das Fernfeld oder das Nahfeld jeweils so gedimmt werden, dass immer eine homogene Ausleuchtung der Szene gegeben ist.
Die Lichtquellen können LED’s sein. Alternativ können als Lichtquellen auch Lichtleitfasern angewendet werden, die Licht von einer entfernteren Quelle ausgeben. Spezifische Abstrahlcharakteristika des gewünschten Lichtes können durch bauliche Eigenschaften der LED’s oder der Lichtleitfaser vorgegeben sein oder durch eine vor den LED’s oder den Lichtleitfasern angeordnete Vorsatzoptik erzeugt werden.
Die Lichtquellen können schwenkbar am Endoskopkopf angebracht sein. Dadurch kann zusätzlich zum Verändern der optischen Eigenschaften des von den Lichtquellen abgestrahlten Lichtes oder stattdessen auch dessen Richtung geändert werden.
Der Endoskopkopf kann einen Lichtaufnahmesensor zum Empfangen von reflektiertem Licht der zumindest zwei Lichtquellen aufweisen. Somit können Bilder des reflektiertes Lichtes erzeugt oder weitergeleitet werden.
Der Lichtaufnahmesensor kann eine Kamera sein. Alternativ können auch andere Lichtaufnahmetechniken zum Empfangen von reflektiertem Licht der zumindest zwei Lichtquellen angewendet werden. Z.B. kann eine Lichtleitfaser angewendet werden, das das empfangene reflektierte Licht distal weiterleitet und verarbeitet.
Mit dem Lichtaufnahmesensor kann eine Bildverarbeitungseinrichtung verbunden sein, die im Endoskop oder außerhalb von diesem sein kann. Die Bildverarbeitungseinrichtung kann zur Regelung des Abstrahlungswinkels des Lichtstrahls der Lichtquellen und/oder der Helligkeit des Lichtstrahls der Lichtquellen eingesetzt werden.
Über die Bildverarbeitung kann die Beleuchtung durch die einzelnen Lichtquellen nachgeregelt werden.
Die Merkmale der Erfindung können geeignet kombiniert werden.
Nachstehend ist die Erfindung detailliert anhand von Beispielen erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Endoskopkopfes.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite des Endoskopkopfes von 1.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C in 2.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Zunächst ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Endoskopkopfes 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite des Endoskopkopfes von 1. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in 2.
Der in den 1–3 gezeigte Endoskopkopf 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sitzt z.B. an einem distalen Ende eines (nicht gezeigten) Deflectingabschnittes eines (nicht gezeigten) Endoskops. Der Endoskopkopf 1 kann aber auch am distalen Ende eines starren Endoskops angeordnet sein.
Wie dies in den 1–3 gezeigt ist, weist der Endoskopkopf 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 10 auf, das als Endoskopkappe ausgebildet ist.
Das Gehäuse 10 kann aus einem Thermoplast oder einem Duroplast durch Spritzgießen hergestellt sein. Insbesondere kann das Gehäuse 10 aus Polypropylen (PP), Acrylnitryl-Butadienstyrol (ABS), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephtalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), etc hergestellt werden. Diese Angaben sind lediglich Beispiele und weitere Materialen können für das Gehäuse 10 verwendet werden.
Das Gehäuse 10 ist ein zylinderartiges Element, dessen Mittelachse sich von einer proximalen Seite zu einer distalen Seite erstreckt. An der proximalen Seite ist das Gehäuse 10 an den Deflectingabschnitt verbindbar. Die distale Seite des Gehäuses 10 bildet die distale Seite des Endoskopkopfes 1.
Genauer gesagt bildet das Gehäuse 10 eine Endoskopkappe, die das Innenleben des Endoskopkopfes 1 an der distalen Seite und an der zylindrischen Seitenfläche umgibt. Der Übergang zwischen der distalen Seite und der Seitenfläche des Gehäuses 10 ist abgerundet. Somit bildet das Gehäuse 10 einen mit einem Boden versehenen Hohlzylinder, wobei der Boden des Gehäuses 10 die distale Seite des Endoskopkopfes 1 bildet.
Wie dies in 1 gezeigt ist, besitzt das Gehäuse 10 an der distalen Stirnfläche distale kreisartige Flächenabschnitte und Öffnungen wie folgt: eine Lichtaustrittsfläche 11a für eine erste LED mit schmalem Lichtkegel, eine Lichtaustrittsfläche 11b für eine zweite LED mit schmalem Lichtkegel, eine Lichtaustrittsfläche 12a für eine erste LED mit breitem Lichtkegel, eine Lichtaustrittsfläche 12b für eine zweite LED mit breitem Lichtkegel, eine Lichteintrittsfläche 13 für ein Objektiv und eine Öffnung 14 für einen Arbeitskanal.
Die Lichtaustrittsflächen 11a, 11b, 12a und 12b dienen für eine Lichtsignalausgabe einer jeweiligen nachstehend beschriebenen LED 21, 22. Die Lichteintrittsfläche 13 für das Objektiv ist ein Kamerafenster für eine Lichtsignaleingabe zu einer nachstehend beschriebenen Kamera 30. Die Öffnung 14 bildet eine distale Arbeitskanalöffnung eines nicht gezeigten Arbeitskanals für z.B. Mikrowerkzeuge. An der distalen Stirnfläche kann das Gehäuse 10 darüber hinaus auch eine oder mehrere Spülkanalöffnungen haben.
Im Gehäuse 10 sind nicht gezeigte Leiterbahnen für eine Leiterplatte 50 der nachstehend beschriebenen LED 21, 22 und nicht gezeigte Leiterbahnen bzw. eine Stromversorgung und Signalleitungen für die nachstehend beschriebene Kamera 30 vorgesehen.
Darüber hinaus können an der proximalen Seite des Endoskopkopfes 1 Zugseilverankerungen für Zugseilverankerungskörper zur Steuerung einer Schwenkbewegung des Endoskopkopfes 1 ausgebildet sein. Dadurch kann der Endoskopkopf 1 anhand einer Zugbewegung an Zugseilen durch ein Steuerelement in eine beliebige Richtung in bekannter Weise geschwenkt werden.
Im Inneren des Gehäuses 10 ist ein zylindrischer scheibenartiger Kühlkörper 40 angeordnet, auf dessen distaler Fläche eine Leiterplatte 50 sitzt. An der distaler Fläche der Leiterplatte 50 sind LED’s 21 und 22 angeordnet, die durch die Leiterplatte 50 mit elektrischem Strom versorgt werden. Genauer gesagt sitzen auf der Leiterplatte 50 zwei LED’s 21 mit schmalem Lichtkegel und zwei LED’s 22 mit breitem Lichtkegel, von denen in 3 nur jeweils eine gezeigt ist.
Oberhalb jeder LED 21, 22 ist ein der LED zugeordnetes Optikelement angeordnet. Das jeweilige Optikelement dient dazu, von der LED ausgegebenes Licht zur Außenseite des Gehäuses 10 zu leiten. Das jeweilige Optikelement ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als transparente Linse aufgebaut, die aus Glas, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material herstellbar ist. Das jeweilige Optikelement kann alternativ als Glasfaser oder anderweitiger Lichtleitfaser gebildet sein, dessen Brechungsindex den Austrittswinkel des Lichts aus dem Lichtleitfaser bestimmt.
Für die LED’s 21 mit schmalem Lichtkegel ist daher jeweils ein Optikelement mit kleinem Durchmesser vorgesehen. Für die LED’s 22 mit breitem Lichtkegel ist jeweils ein Optikelement mit größerem Durchmesser vorgesehen, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Optikelements für die LED’s 21 ist. Das Optikelement für die LED’s 21 kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Glaszylinderelement oder Kunststoffzylinderelement aufgebaut sein. Das Optikelement für die LED’s 22 kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Glaszylinderelement oder Kunststoffzylinderelement mit sich distal erweiterndem Durchmesser aufgebaut sein.
Wie dies in 3 gezeigt ist, kann jedes Optikelement an seiner proximalen Endseite eine Ausbauchung oder Vertiefung aufweisen, die der zugehörigen LED zugewandt ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel sind somit auf der Leiterplatte 50 eine erste LED 21 mit schmalem Lichtkegel, eine zweite LED 21 mit schmalem Lichtkegel, eine erste LED 22 mit breitem Lichtkegel und eine zweite LED 22 mit breitem Lichtkegel angeordnet. Oberhalb d.h. distal der ersten LED 21 mit schmalem Lichtkegel ist ein erstes Optikelement mit kleinem Durchmesser vorgesehen, das an der distalen Endfläche die Lichtaustrittsfläche 11a hat. Oberhalb der zweiten LED 21 mit schmalem Lichtkegel ist ein zweites Optikelement 21b mit kleinem Durchmesser vorgesehen, das an der distalen Endfläche die Lichtaustrittsfläche 11b hat. Oberhalb der ersten LED 22 mit breitem Lichtkegel ist ein erstes Optikelement 22a mit großem Durchmesser vorgesehen, das an der distalen Endfläche die Lichtaustrittsfläche 12a hat. Oberhalb der zweiten LED 22 mit breitem Lichtkegel ist ein zweites Optikelement mit großem Durchmesser vorgesehen, das an der distalen Endfläche die Lichtaustrittsfläche 12b hat. Die Lichtaustrittsfläche 12b ist größer als die Lichtaustrittsfläche 11a. Die Optikelemente haben somit verschieden große Lichtaustrittsflächen.
Das Optikelement mit großem Durchmesser erzeugt einen ersten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich und das Optikelement mit kleinem Durchmesser erzeugt einen zweiten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich. Der erste vorbestimmte Abstrahlungswinkelbereich ist im vorliegenden Beispiel größer als der zweite vorbestimmte Abstrahlungswinkelbereich. Anders ausgedrückt erzeugt das Optikelement mit großem Durchmesser einen größeren Abstrahlungswinkelbereich als das Optikelement mit kleinem Durchmesser.
Daher können die LED’s 21 und 22 an sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine gleiche oder ähnliche Leistungsstärke haben.
Der Kühlkörper 40 und die Leiterplatte 50 sind mit jeweils einer Durchgangsöffnung für den Lichtpfad des reflektierten Lichtes, das von der Kamera 30 aufgenommen werden soll, versehen.
An der proximalen Seite des Kühlkörpers 40 befindet sich am proximalen Ende der Durchgangsöffnung des Kühlkörpers 40 ein Kameraunterbringungsraum für die Kamera 30 zum Aufnehmen des von den LED 21 und/oder 22 emittierten und danach reflektierten Lichtsignals. Die Kamera 30 ist ein Beispiel eines Bildsensors und kann auch anderweitig ausgestaltet sein. Z.B. kann eine optische Einrichtung aus Linsen oder ein Lichtleitkabel anstelle der Kamera 30 eingebaut sein, durch die das reflektierte Lichtsignal in proximaler Richtung weitergeleitet wird.
Oberhalb d.h. distal von der Kamera 30 ist ein sich von der Kamera 30 in distaler Richtung senkrecht erstreckendes Optikrohr 32 angeordnet, in welchem ein Objektiv 33 angeordnet ist. Das Optikrohr 32 ist ein zylindrischer Körper, der an der distalen Fläche des Gehäuses 1 endet. Alternativ kann das Optikrohr 32 in distaler Richtung geringfügig von der distalen Fläche des Gehäuses 1 vorragen. Das distale Ende des Optikrohrs 32 dient als optische Abschirmung, um zu vermeiden das von den LED 21, 22 emittiertes Licht direkt, d.h. ohne an den zu betrachtenden Flächen reflektiert zu werden, zur Kamera 30 eintritt.
An der distalen Seite des Optikrohrs 32 ist eine Lichteintrittslinse 31 angeordnet, deren distale Fläche die Lichteintrittsfläche 13 ist.
Im Kameraunterbringungsraum ist die Kamera 30 so angeordnet, dass Anschlüsse der Kamera 30 mit Signalleitungen und einer Stromversorgung in Kontakt stehen.
Eine nicht gezeigte Bildverarbeitungseinrichtung dient zur Regelung der LED’s 21, 22 und gegebenenfalls deren Helligkeit. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist Endoskop oder außerhalb von diesem angeordnet.
Sollte ein Objekt oder eine Fläche in der näheren Umgebung vor dem Endoskopkopf 1 betrachtet werden, können die LED’s 21 mit den dazugehörigen Optikelementen mit den Austrittsflächen 11a und 11b eingeschaltet werden und die LED’s 22 ausgeschaltet werden.
Sollte ein Objekt oder eine Fläche in der weiter entfernten Umgebung vor dem Endoskopkopf 1 betrachtet werden, können die LED’s 22 mit den dazugehörigen Optikelementen mit den Austrittsflächen 12a und 12b eingeschaltet werden und die LED’s 21 ausgeschaltet werden.
Sollte sowohl ein Objekt oder eine Fläche in der näheren Umgebung als auch ein Objekt oder eine Fläche in der weiter entfernten Umgebung vor dem Endoskopkopf 1 betrachtet werden, können die LED’s 21 mit den dazugehörigen Optikelementen mit den Austrittsflächen 11a und 11b werden und die LED’s 22 mit den dazugehörigen Optikelementen mit den Austrittsflächen 12a und 12b eingeschaltet werden. Dadurch werden sowohl nahegelegene Objekte und Flächen als auch weiter entfernte Objekte und Flächen vorteilhaft beleuchtet und können durch die Kamera 30 photographiert werden bzw. deren Bildinformationen weitergeleitet werden.
Dadurch können nach Auswertungen der durch die Kamera 30 aufgenommenen Bilder jeweilige den zu untersuchenden Bereich betreffende Maßnahmen noch besser als bisher getroffen werden, da einerseits der Hintergrund durch die stärker leuchtenden LED’s 22 ausreichend hell beleuchtbar ist und andererseits naheliegende Objekte durch die schwächer leuchtenden LED’s 21 nicht überstrahlt erscheinen.
Die Bildverarbeitungseinrichtung kann die Helligkeit des Lichtstrahls der LED’s 21, 22 verändern und somit je nach Bedarf erhöhen oder verringern. Über die Bildverarbeitung kann somit die Beleuchtung durch die einzelnen LED’s 21, 22 nachgeregelt werden.
Die Helligkeit der einzelnen LED’s 21, 22 kann dabei gruppenweise geregelt werden. Genauer gesagt kann die Lichtstärke der beiden zweiten LED’s 21 mit schmalem Lichtkegel so verändert werden, das beide zweite LED’s 21 stets Licht in gleicher Helligkeit abgeben. Die Lichtstärke der beiden ersten LED’s 22 mit breitem Lichtkegel kann dann in ähnlicher Weise so verändert werden, das beide zweite LED’s 22 stets Licht in gleicher Helligkeit abgeben.
Die Helligkeit der einzelnen LED’s 21, 22 kann aber auch gänzlich individuell geregelt werden, so dass die beiden zweiten LED’s 21 Licht in zueinander unterschiedlicher Helligkeit abgeben können und die beiden ersten LED’s 22 Licht in zueinander unterschiedlicher Helligkeit abgeben können.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes zweites Ausführungsbeispiel erläutert.
Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Optikelemente der jeweiligen LED’s verschieden und somit können die LED’s 21 und 22 im ersten Ausführungsbeispiel eine gleiche oder ähnliche Leistungsstärke haben.
Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Optikelemente gleich gestaltet aber die beiden zweiten LED’s 21 haben eine andere Leistungsstärke als die beiden ersten LED’s 22. Die beiden LED 21 geben ein schwächeres Licht als die beiden LED 22 ab. Anders ausgedrückt gibt die erste LED 21 Licht mit einer ersten vorbestimmten Helligkeit ab und die zweite LED 22 gibt Licht mit einer zweiten vorbestimmten Helligkeit ab. Die erste vorbestimmte Helligkeit ist geringer als zweite vorbestimmte Helligkeit.
Die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie beim ersten Ausführungsbeispiel stellen sich dadurch ein.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes drittes Ausführungsbeispiel erläutert.
Im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist der Abstand der LED’s 21 und 22 zu ihren zugeordneten Optikelementen unveränderlich.
Im dritten Ausführungsbeispiel kann der Abstand der LED’s 21 und 22 zu ihren zugeordneten Optikelementen verändert werden.
Die LED’s 21 und/oder 22 sind in axialer Richtung, d.h. koaxial zur Achse ihrer jeweiligen Optikelemente zu ihren jeweiligen Optikelementen hin und von ihnen weg verschiebbar. Indem die LED’s 21 und/oder 22 zu ihren jeweiligen Optikelementen hin verschoben werden, wird der Abstrahlungswinkel, der die jeweilige Lichtaustrittsfläche an der distalen Seite des Endoskopkopfes verlässt, größer. Indem die LED’s 21 und/oder 22 von ihren jeweiligen Optikelementen weg verschoben werden, wird der Abstrahlungswinkel, der die jeweilige Lichtaustrittsfläche an der distalen Seite des Endoskopkopfes verlässt, kleiner.
Im dritten Ausführungsbeispiel wird eine vorteilhafte Ausleuchtung der Szene verwirklicht, indem LED’s mit unterschiedlichem Abstrahlungswinkel oder Abstrahlungswinkelbereich genutzt werden.
Die Ausführungsbeispiele lassen sich kombinieren. Auch im dritten Ausführungsbeispiel können LED’s mit unterschiedlicher Helligkeit und/oder deren zugehörige Optikelemente mit verschieden großen Lichtaustrittsflächen genutzt werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes viertes Ausführungsbeispiel erläutert.
Eine erste Baugruppe aus einer ersten Leiterplatte, einer ersten LED und einem der ersten LED zugeordneten und distal von diesem angeordneten Optikelement ist so gebildet, dass die Elemente der ersten Baugruppe einstückig als eine Einheit schwenkbar im Endoskopkopf gelagert sind.
Eine zweite Baugruppe aus einer zweiten Leiterplatte, einer zweiten LED und einem der zweiten LED zugeordneten und distal von diesem angeordneten Optikelement ist so gebildet, dass die Elemente der zweiten Baugruppe einstückig als eine Einheit schwenkbar im Endoskopkopf gelagert sind.
Die Optikelemente der beiden Baugruppen sind ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel zueinander verschieden und die LED’s leistungsgleich oder leistungsähnlich, oder es sind die Optikelemente der beiden Baugruppen sind ähnlich wie im zweiten Ausführungsbeispiel zueinander gleich und die LED’s unterschiedlich leistungsstark. Darüber hinaus können sowohl die Optikelemente der beiden Baugruppen verschieden zueinander sein als auch die LED’s unterschiedlich leistungsstark sein.
Indem die beiden Baugruppen schwenkbar gestaltet sind, ergeben sich weitere vorteilhafte Möglichkeiten der günstigen Ausleuchtung der Szene.
Alternativ kann eine Baugruppe schwenkbar gestaltet sein und die andere Baugruppe kann unbeweglich gestaltet sein.
In einer weiteren Alternative können die LED’s schwenkbar auf der Leiterplatte im Endoskopkopf angebracht sein, so dass die schwenkbare Baugruppe lediglich die LED’s und deren Optikelemente umfasst.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes fünftes Ausführungsbeispiel erläutert.
Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Optikelemente der jeweiligen LED’s verschieden und die LED’s 21 und 22 haben eine gleiche oder ähnliche Leistungsstärke. Insbesondere sind die Durchmesser der Optikelemente der LED’s 21 und der Optikelemente der LED’s 22 zueinander unterschiedlich. Genauer gesagt sind die Durchmesser der Optikelemente der LED’s 21 kleiner als die Durchmesser der Optikelemente der LED’s 22, wie dies z.B. in 3 gezeigt ist.
Im fünften Ausführungsbeispiel können die die Durchmesser der Optikelemente der LED’s 21 genauso groß sein wie die Durchmesser der Optikelemente der LED’s 22.
Die Optikelemente der LED’s 21 weisen eine Abschattung zum axialen Rand hin auf. Anders ausgedrückt sind die Optikelemente der LED’s 21 so ausgebildet, dass die Mitte der Optikelemente, d.h. der Bereich entlang der optischen Achse der Optikelemente keine oder eine nur schwache Abdunklung oder Einfärbung besitzt. Die Optikelemente der LED’s 21 geben somit Licht aus, dessen räumliche Intensitätsverteilung im Lichtbündel zum Rand hin abnimmt.
Dagegen weisen die Optikelemente der LED’s 22 eine Abschattung zur axialen Mitte hin auf. Anders ausgedrückt sind die Optikelemente der LED’s 22 so ausgebildet, dass der Rand der Optikelemente, d.h. der Bereich entfernt der optischen Achse der Optikelemente keine oder eine nur schwache Abdunklung oder Einfärbung besitzt. Die Optikelemente der LED’s 22 geben somit Licht aus, dessen räumliche Intensitätsverteilung im Lichtbündel zum Rand hin zunimmt.
Die Optikelemente der LED’s 21 besitzen somit eine mittenbetonte oder mittenverstärkte Abstrahlcharakteristik. Die Optikelemente der LED’s 22 besitzen dagegen eine randbetonte oder randverstärkte Abstrahlcharakteristik.
Im übrigen können auch in einer Abwandlung des fünften Ausführungsbeispiels die Optikelemente der LED’s 21 außer dem vorstehend erläuterten Unterschied in der Abdunkelung auch einen anderen Durchmesser als die Durchmesser der Optikelemente der LED’s 22 haben.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes sechstes Ausführungsbeispiel erläutert.
Im sechsten Ausführungsbeispiel ist eine große Vielzahl an LED’s ringförmig um das Objektiv des Bildsensors herum angeordnet. Diese LED’s können jeweils völlig individuell über einzelne Prismen als Optikelemente in unterschiedlichen Winkeln andere Bildpartien ausleuchten. Somit sind eine Vielzahl an Lichtquellen (z.B. LED’s) vorgesehen, die jeweils Licht unter einem anderen Winkel abstrahlen können.
In einem Anwendungsfall können damit im Bild gezielt einzelne Sektoren individuell beleuchtet werden, indem eine gewünschte Anzahl der LED’s eingeschaltet wird und die anderen LED’s ausgeschaltet bleiben.
Siebentes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes siebentes Ausführungsbeispiel erläutert.
Im siebenten Ausführungsbeispiel ist anstelle der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten vier Einheiten aus jeweils einer LED und einem dazugehörigen Optikelement ein ganzes LED-Array (Display) an der distalen Endfläche des Endoskopkopfes angeordnet, die über eine entsprechende Optikelementgestaltung auf die zu betrachtende Szene projizieren. Das LED-Array ist durch einzelne LED-Pixel gebildet.
Die Optikelementgestaltung kann hierbei so ausgeführt sein, dass eine Gesamtoptikelementgestaltung an der gesamten distalen Endfläche des Endoskopkopfes vorgenommen wird, durch die sämtliche LED’s des LED-Array ihr Licht senden, wodurch der Endoskopkopf ein distales Gesamtoptikelement besitzt. Die Optikelementgestaltung kann aber auch so ausgeführt sein, dass eine Einzeloptikelementgestaltung an der gesamten distalen Endfläche des Endoskopkopfes vorgenommen wird, bei der sämtliche LED’s des LED-Array ihr Licht durch ihr eigenes Optikelement senden.
Für das LED-Array ist somit jedem LED-Pixel sein eigenes Optikelement zuweisbar. Alternativ kann ein Optikelement von einer vorbestimmten Anzahl an LED-Pixeln gemeinsam genutzt werden.
Je nach Ansteuerung der einzelnen LED-Pixel kann in diesem Ausführungsbeispiel die Szene punktgenau individuell beleuchtet werden.
Ausdrücklich wird daraufhingewiesen, dass sich alle vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele kombinieren lassen.
Weitere Alternativen
In der Erfindung hat der Endoskopkopf 1 zumindest zwei Einheiten aus einer Lichtquelle 21, 22 und einem dazugehörigen Optikelement. Von den zumindest zwei Einheiten weist zumindest eine erste Einheit eine erste vorbestimmte optische Eigenschaft auf und eine zweite Einheit weist eine zweite vorbestimmte optische Eigenschaft auf, wobei sich die erste vorbestimmte optische Eigenschaft von der zweiten vorbestimmten optischen Eigenschaft unterscheidet. Die optische Eigenschaft kann der Abstrahlungswinkelbereich, die Helligkeit, die räumliche Intensitätsverteilung im Lichtbündel, der Lichtstrahlwinkel, der Spektralbereich, die Wellenlänge oder eine andere optische Eigenschaft des von der jeweiligen Lichtquelle abgegebenen Lichtes sein.
Im ersten Ausführungsbeispiel hat der Endoskopkopf 1 zwei LED’s mit schmalem Lichtkegel, d.h. eine erste LED mit schmalem Lichtkegel und eine zweite LED mit schmalem Lichtkegel, mit den entsprechenden Öffnungen 11a und 11b an der distalen Endfläche des Gehäuses 1. Außerdem hat der Endoskopkopf 1 zwei LED’s mit breitem Lichtkegel, d.h. eine erste LED mit breitem Lichtkegel und eine zweite LED mit breitem Lichtkegel, mit den entsprechenden Öffnungen 12a und 12b an der distalen Endfläche des Gehäuses 1. Die in den Ausführungsbeispielen beispielartig erläuterte Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Endoskopkopf kann lediglich eine LED mit schmalem Lichtkegel und eine LED mit breitem Lichtkegel haben. In einer weiteren Alternative kann der Endoskopkopf mehr als zwei LED’s mit schmalem Lichtkegel und mehr als zwei LED’s mit breitem Lichtkegel haben. Die Anzahl an LED’s mit schmalem Lichtkegel und die Anzahl an LED’s mit breitem Lichtkegel in einem Endoskopkopf kann auch zueinander ungleich sein. In keinem der Ausführungsbeispiele ist die Anzahl an Lichtquellen beschränkt.
Der Innenraum 12 des Endoskopkopfes 1 kann (aber muss nicht) mit einer Vergussmasse ausgefüllt sein, die die Leiterplatte 50, den Kühlkörper 40, die Kamera 30 und LED 21, 22 einbettet. Die Vergussmasse kann transparent und aushärtbar sein und kann ein ausreichendes Haftungsvermögen besitzen, damit sie an den eingebetteten Elementen gut anhaftet.
Die LED’s 21 und/oder 22 können in allen Ausführungsbeispielen dimmbar sein, so dass die von ihnen abgegebene Lichtstärke einstellbar ist.
Über die Bildverarbeitungseinrichtung oder eine separate Einrichtung kann der Abstrahlungswinkel des Lichtstrahls der LED’s 21, 22 und/oder die Helligkeit des Lichtstrahls der LED’s 21, 22 geregelt werden.
In den Ausführungsbeispielen bilden die erste LED 22 und ihr Optikelement eine erste Einheit, und die zweite LED 21 und ihr Optikelement bilden eine zweite Einheit. Anstatt zwei verschiedene Einheiten aus Lichtquelle und Optikelement am Endoskopkopf vorzusehen, können auch drei verschiedene Einheiten aus Lichtquelle und Optikelement vorgesehen sein. Bei der Ausgestaltung mit drei verschiedenen Einheiten aus Lichtquelle und Optikelement kann die dritte Einheit aus Lichtquelle und ihrem Optikelement optische Eigenschaften (wie z.B. Abstrahlungswinkelbereich, Helligkeit, räumliche Intensitätsverteilung im Lichtbündel, Lichtstrahlwinkel, Spektralbereich, Wellenlänge) liefern, die zwischen den optischen Eigenschaften der ersten Einheit aus der ersten LED 22 und deren Optikelement und den optischen Eigenschaften der zweiten Einheit aus der zweiten LED 21 und deren Optikelement liegen. Es können sogar vier oder mehr qualitativ unterschiedliche Einheiten aus Lichtquelle und Optikelement am Endoskopkopf vorgesehen sein.
Die Lichtquelle und das dazugehörige Optikelement können am distalen Ende eines Endoskopkopfs angeordnet sein. Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und umfasst auch Ausgestaltungen, bei denen an einem anderen Ort am Endoskopkopf oder Endoskop eine oder mehrere Lichtquelle(n) und das dazugehörige Optikelement angeordnet ist/sind. Z.B. kann die Erfindung bei einem Endoskop angewendet werden, bei dem alternativ oder zusätzlich zu einer Lichtquelle und dazugehörigem Optikelement am distalen Ende des Endoskopkopfs eine Lichtquelle und ein dazugehöriges Optikelement proximal vom Endoskopkopf angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Endoskopkopf
10: Gehäuse
11a: Lichtaustrittsfläche für die erste LED mit schmalem Lichtkegel
11b: Lichtaustrittsfläche für die zweite LED mit schmalem Lichtkegel
12a: Lichtaustrittsfläche für die erste LED mit breitem Lichtkegel
12b: Lichtaustrittsfläche für die zweite LED mit breitem Lichtkegel
13: Lichteintrittsfläche für das Objektiv
14: Öffnung des Arbeitskanals
21: zweite LED mit schmalem Lichtkegel
21b: Optikelement der zweiten LED mit schmalem Lichtkegel
22: erste LED mit breitem Lichtkegel
22a: Optikelement der ersten LED mit breitem Lichtkegel
30: Bildsensor
31: Eintrittslinse
32: Optikrohr
33: Objektiv
40: Kühlkörper
50: Leiterplatte

Claims

Endoskopkopf (1) mit zumindest zwei Einheiten aus einer Lichtquelle (21, 22) und einem dazugehörigen Optikelement, wobei von den zumindest zwei Einheiten zumindest eine erste Einheit eine erste vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist und eine zweite Einheit eine zweite vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist, wobei sich die erste vorbestimmte optische Eigenschaft von der zweiten vorbestimmten optischen Eigenschaft unterscheidet.
Endoskopkopf (1) gemäß Anspruch 1, mit zumindest zwei Lichtquellen (21, 22), von denen zumindest eine erste Lichtquelle (21) der ersten Einheit einen ersten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich aufweist und eine zweite Lichtquelle (22) der zweiten Einheit einen zweiten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich aufweist, wobei sich der erste vorbestimmte Abstrahlungswinkelbereich vom zweiten vorbestimmten Abstrahlungswinkelbereich unterscheidet.
Endoskopkopf (1) gemäß Anspruch 1, mit zumindest zwei Lichtquellen (21, 22), von denen zumindest eine erste Lichtquelle (21) der ersten Einheit Licht mit einer ersten vorbestimmten Helligkeit abgibt und eine zweite Lichtquelle (22) der zweiten Einheit Licht mit einer zweiten vorbestimmten Helligkeit abgibt, wobei sich die erste vorbestimmte Helligkeit von der zweiten vorbestimmten Helligkeit unterscheidet.
Endoskopkopf (1) gemäß Anspruch 1, mit zumindest zwei Lichtquellen (21, 22), von denen zumindest eine erste Lichtquelle (21) der ersten Einheit Licht mit einer ersten vorbestimmten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel abgibt und eine zweite Lichtquelle (22) der zweiten Einheit Licht mit einer zweiten vorbestimmten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel abgibt, wobei sich die erste vorbestimmte räumliche Intensitätsverteilung im Lichtbündel von der zweiten vorbestimmten räumlichen Intensitätsverteilung im Lichtbündel unterscheidet.
Endoskopkopf (1) gemäß Anspruch 1, mit zumindest zwei Lichtquellen (21, 22), von denen zumindest eine erste Lichtquelle (21) der ersten Einheit Licht unter einem ersten vorbestimmten Winkel abgibt und eine zweite Lichtquelle (22) der zweiten Einheit Licht unter einem zweiten vorbestimmten Winkel abgibt, wobei sich der erste vorbestimmte Winkel von dem zweiten vorbestimmten Winkel unterscheidet.
Endoskopkopf (1) gemäß Anspruch 1, mit zumindest zwei Lichtquellen (21, 22), von denen zumindest eine erste Lichtquelle (21) der ersten Einheit Licht mit einem ersten vorbestimmten Spektralbereich abgibt und eine zweite Lichtquelle (22) der zweiten Einheit Licht mit einem zweiten vorbestimmten Spektralbereich abgibt, wobei sich der erste vorbestimmte Spektralbereich von dem zweiten vorbestimmten Spektralbereich unterscheidet.
Endoskopkopf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abstrahlungswinkel des Lichtstrahls der Lichtquellen (21, 22) innerhalb der jeweiligen Abstrahlungswinkelbereiche änderbar sind.
Endoskopkopf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtquellen (21, 22) dimmbar sind.
Endoskopkopf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lichtquellen (21, 22) LED’s sind.
Endoskopkopf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lichtquellen (21, 22) schwenkbar am Endoskopkopf (1) angebracht sind.
Endoskopkopf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Lichtaufnahmesensor (30) zum Empfangen von reflektiertem Licht der zumindest zwei Lichtquellen (21, 22).
Endoskopkopf (1) gemäß Anspruch 11, wobei der Lichtaufnahmesensor (30) eine Kamera ist.
Endoskop mit einem Endoskopkopf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
Endoskop gemäß Anspruch 13, wobei das Endoskop eine Bildverarbeitungseinrichtung aufweist zur Regelung des Abstrahlungswinkels des Lichtstrahls der Lichtquellen (21, 22) und/oder der Helligkeit des Lichtstrahls der Lichtquellen (21, 22).