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Die Erfindung betrifft ein Endoskop zur Tiefenbestimmung eines Teilbereiches eines Hohlraumes.
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Die Anzahl minimal invasiver Operationen nimmt in den letzten Jahren stetig zu. In der minimal invasiven Chirurgie werden Endoskope (3D-Endoskope), die eine Tiefenbestimmung eines in einem Patienten zu untersuchenden Hohlraumes und gleichzeitig ein bildgebendes Verfahren ermöglichen, eingesetzt. Nach dem Stand der Technik wird für die Tiefenbestimmung des Hohlraumes, beispielsweise eines Bauchraumes des Patienten, eine Mehrzahl von Zugängen (eng. Ports) gelegt. Häufig werden die genannten Zugänge derart gesetzt, dass sich eine Blickrichtung von 30° relativ zu einer Endoskopachse ergibt.
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Die Zugänge zum Hohlraum (Beobachtungsraum), die als Zugangskanäle ausgebildet sind, sind typischerweise sehr eng ausgelegt. Das ist deshalb der Fall, da der zu untersuchende Patient in der minimal invasiven Chirurgie möglichst schonend operiert werden soll. Durch die genannten engen Zugangskanäle ist die Ausgestaltung von Endoskopen, insbesondere von 3D-Endoskopen, stark eingeschränkt. Nach dem Stand der Technik bekannte 3D-Endoskope sind meist als zylindrisches, längliches und schmales Rohr ausgeführt.
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Weiterhin sind nach dem Stand der Technik für die Tiefenbestimmung des Hohlraumes weitere optische Komponenten innerhalb der Endoskope vorgesehen, die insbesondere eine aktive oder passive Triangulation des Hohlraumes und folglich die Tiefenbestimmung ermöglichen. Entscheidend für die Auflösung der Tiefenbestimmung bei der aktiven oder passiven Triangulation ist die Größe einer der Triangulation zugrundeliegenden Triangulationsbasis. Je größer die Triangulationsbasis desto besser die Auflösung der Tiefenbestimmung.
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Um eine für die minimal invasive Chirurgie genügende Abbildungsleistung zu erreichen, werden nach dem Stand der Technik typischerweise optische Abbildungssysteme verwendet, die einen relativ großen Querschnitt senkrecht zur Endoskopachse aufweisen. Da in der minimal invasiven Chirurgie auf eine genügend große Abbildungsleistung nicht verzichtet werden kann, muss aus Platzgründen folglich die Triangulationsbasis entsprechend verkleinert werden, was die Auflösung der Tiefenbestimmung verringert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die optische Tiefenbestimmung eines Endoskops zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch ein Endoskop mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Es wird ein Endoskop zur Tiefenbestimmung eines Teilbereiches eines Hohlraumes vorgeschlagen, das wenigstens einen ersten Abbildungskanal, welcher eine erste optische Achse aufweist, umfasst. Erfindungsgemäß ist innerhalb des ersten Abbildungskanals wenigstens eine erste optische Umlenkvorrichtung angeordnet, die zu einem bezüglich der ersten optischen Achse transversalen parallelen Versatz der ersten optischen Achse und einer Winkeländerung der ersten optischen Achse ausgebildet ist, wobei die Winkeländerung im Bereich von 25° bis 35° liegt.
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Die erste optische Achse des ersten Abbildungskanals kann eine Symmetrieachse eines reflektierenden oder brechenden optischen Elementes des ersten Abbildungskanals sein. Umfasst der erste Abbildungskanal ein Linsen- und/oder Abbildungssystem, beispielsweise ein Objektiv, so ist die erste optische Achse die optische Achse, die durch die optische Achse der optischen Einzelelemente gebildet wird.
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Das erfindungsgemäße Endoskop umfasst eine erste optische Umlenkvorrichtung, die die erste optische Achse des ersten Abbildungskanals transversal parallel versetzt, wobei zusätzlich eine Winkeländerung im Bereich von 25° bis 35° mittels der ersten optischen Umlenkvorrichtung erfolgt. Vorteilhafterweise wird durch die Winkeländerung der ersten optischen Achse eine Blickrichtung des Endoskops im Winkelbereich von 25° bis 35° ermöglicht. Folglich wird mittels des erfindungsgemäßen Endoskops eine für einen Chirurgen vorteilhafte Blickrichtung bereitgestellt.
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Der transversale parallele Versatz, sowie die Winkeländerung der ersten optischen Achse erfolgen mittels derselben ersten optischen Umlenkvorrichtung. Dadurch muss von der bekannten starren länglichen Bauweise bekannter Endoskope nicht abgewichen werden. Mit anderen Worten kann die erste optische Umlenkvorrichtung in bekannte Endoskope zur erfindungsgemäßen Verbesserung der Tiefenbestimmung eingebaut werden.
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Vorteilhafterweise wird durch den transversalen parallelen Versatz der ersten optischen Achse eine Vergrößerung einer Triangulationsbasis des Endoskops bewirkt. Erfindungsgemäß wird sowohl die Triangulationsbasis als auch die Blickrichtung vorteilhaft angepasst und verbessert. Hierbei ist der transversale parallele Versatz der ersten optischen Achse zweckmäßigerweise so vorzusehen, dass eine Vergrößerung der Triangulationsbasis erfolgt. Durch die Vergrößerung der Triangulationsbasis des Endoskops wird vorteilhafterweise die Auflösung der Tiefenbestimmung verbessert. Insbesondere muss für die Verbesserung der Auflösung der Tiefenbestimmung das erfindungsgemäße Endoskop und/oder der erste Abbildungskanal gegenüber nach dem Stand der Technik bekannten Endoskopen nicht verkleinert werden, obwohl die Triangulationsbasis vergrößert wird. Dadurch wird vorteilhafterweise die Abbildungsleistung bekannter Endoskope nicht beeinträchtigt.
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Die transversale Parallelität des Versatzes der ersten optischen Achse ist näherungsweise zu verstehen. Entscheidend ist, dass mittels des Versatzes, der mittels der ersten optischen Umlenkvorrichtung erfolgt, die Triangulationsbasis vergrößert wird. Mit anderen Worten ist die erste optische Umlenkvorrichtung zu einer Vergrößerung der Triangulationsbasis ausgebildet. Ferner ist die erste optische Umlenkvorrichtung zusätzlich zu einer Winkeländerung der ersten optischen Achse im Bereich von 25° bis 35° ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste optische Umlenkvorrichtung derart angeordnet und ausgestaltet, dass die Winkeländerung der ersten optischen Achse in einer ersten Schnittebene und der transversale parallele Versatz in einer zur ersten Schnittebene senkrechten zweiten Schnittebene des ersten Abbildungskanals erfolgt.
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Mit anderen Worten ist der transversale parallele Versatz der optischen Achse senkrecht zu der Ebene (erste Schnittebene), in der die Winkeländerung der ersten optischen Achse erfolgt. Dadurch wird vorteilhafterweise die Vergrößerung der Triangulationsbasis von der Winkeländerung der ersten optischen Achse entkoppelt. Weist das Endoskop einen zweiten Abbildungskanal auf, so wird die zweite Schnittebene, in welcher der transversale parallele Versatz erfolgt, gedanklich mittels einer durch den ersten und zweiten Abbildungskanal verlaufenden Ebene (Schnittebene) gebildet.
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Besonders bevorzugt ist eine Winkeländerung der ersten optischen Achse von 30°.
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Vorteilhafterweise bildet das Endoskop dadurch ein 30°-Endoskop aus, wobei die Triangulationsbasis des 30°-Endoskops zusätzlich durch die erste optische Umlenkvorrichtung vorteilhaft vergrößert wird, so dass die Auflösung der Tiefenbestimmung des 30°-Endoskops verbessert wird. Hierdurch ergibt sich ein Endoskop für eine dreidimensional messende Endoskopie mit einer vorteilhaften 30°-Blickrichtung des Endoskops und einer gleichzeitig verbesserten Auflösung.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste optische Umlenkvorrichtung wenigstens zwei Prismen, wobei die Grundflächen der Prismen um einen der Winkeländerung entsprechenden Winkel gegeneinander verdreht sind.
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Mit anderen Worten ist die Grundfläche eines Prismas um einen Winkel im Bereich von 25° bis 35° gegenüber der Grundfläche des anderen Prismas gedreht. Vorteilhafterweise wird durch die gegeneinander verdrehten Prismen die Winkeländerung der ersten optischen Achse im Bereich von 25° bis 35° ermöglicht. Weiterhin stehen die zwei Prismen über eine ihrer Seitenflächen in Kontakt. Mit anderen Worten bilden die zwei Prismen eine Art tordiertes Parallelepiped aus, wobei der Winkel der Torsion der Winkeländerung der ersten optischen Achse entspricht. Das tordierte Parallelepiped ermöglicht einen transversalen Versatz der ersten optischen Achse, sowie eine Winkeländerung der ersten optischen Achse im Bereich von 25° bis 35°.
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Die überstehenden Ecken und/oder Kanten der verbundenen Prismen, welche für die optische Funktion der ersten Umlenkvorrichtung nicht benötigt werden, können abgeschliffen werden. Dadurch wird vorteilhafterweise der Bauraumbedarf der ersten optischen Umlenkvorrichtung innerhalb des Endoskops verringert. Die geometrische Form der ersten optischen Umlenkvorrichtung kann daher von der Form zweier zusammengesetzter und gegeneinander verdrehter Prismen abweichen. Entscheidend ist, dass mittels der ersten optischen Umlenkvorrichtung der transversale parallele Versatz, sowie die Winkeländerung der ersten optischen Achse bewirkt werden.
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Als Ausführungsform der ersten optischen Umlenkvorrichtung ist auch eine Anordnung mit entsprechenden zueinander geneigten und gedrehten Vorderflächenspiegeln denkbar. Hierbei werden der transversale parallele Versatz, sowie die Winkeländerung der ersten optischen Achse durch die Spiegelungen, welche den Totalreflexionen innerhalb der Prismen entsprechen, an den gedrehten Vorderflächenspiegeln bewirkt.
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Weiterhin können die Prismen zur Verbesserung der Totalreflexionen, sowie die erste optische Umlenkvorrichtung wenigstens zwei verspiegelte Innenflächen aufweisen.
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Mittels der verspiegelten Innenflächen der ersten optischen Umlenkvorrichtung werden die in den ersten Abbildungskanal eintretenden Lichtstrahlen wenigstens zweimal innerhalb der ersten optischen Umlenkvorrichtung reflektiert, insbesondere totalreflektiert. Vorteilhafterweise wird die Totalreflexion der eintretenden Lichtstrahlen durch die wenigstens zwei verspiegelten Innenflächen der ersten optischen Umlenkvorrichtung verbessert, unterstützt oder bewirkt. Dadurch wird der transversale parallele Versatz der ersten optischen Achse, sowie die Winkeländerung der ersten optischen Achse ermöglicht. Hierbei ist es vorgesehen, dass, bezogen auf die Richtung der in den ersten Abbildungskanal eintretenden Lichtstrahlen, vor und/oder nach der ersten optischen Umlenkvorrichtung weitere optische Komponenten, beispielsweise Linsen, angeordnet sind.
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In einer besonders effizienten Ausgestaltung umfasst die erste optische Umlenkvorrichtung nur zwei einzelne Spiegel, die zwei Seiten eines gedachten und tordierten Parallelepipeds ausbilden. Mit anderen Worten ist die erste optische Umlenkvorrichtung als eine Art tordierter Prismenblock ausgebildet, wobei durch eine zweimalige Reflexion, insbesondere durch eine zweimalige Totalreflexion die am distalen Ende des Endoskops eintretenden Lichtstrahlen transversal parallel versetzt werden und eine zusätzliche Winkeländerung im Bereich von 25° bis 35° erfahren. Hierbei korrespondiert der transversale parallele Versatz der Lichtstrahlen zum transversallen parallelen Versatz der ersten optischen Achse und die Winkeländerung der Lichtstrahlen zur Winkeländerung der ersten optischen Achse. Entsprechend wird ein Lichtbündel, welches aus einer Mehrzahl von Lichtstrahlen gebildet ist, transversal parallel versetzt und erfährt eine entsprechende Winkeländerung im Bereich von 25° bis 35°.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kamera zur Aufnahme eines Abbildes des Teilbereiches des Hohlraumes mit dem ersten Abbildungskanal optisch gekoppelt, wobei die Kamera derart angeordnet ist, dass eine durch die erste Umlenkvorrichtung bewirkte optische Verdrehung des Abbildes kompensiert wird.
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Mit anderen Worten wird durch die Winkeländerung der ersten optischen Achse das Abbild des Hohlraumes um einen der Winkeländerung entsprechenden Winkel verdreht. Vorteilhafterweise wird durch eine dieser Winkeländerung entsprechende Verdrehung der Kamera die Verdrehung des Abbildes kompensiert. Dies ist insbesondere bei einer Tiefenbestimmung mittels aktiver Stereoskopie von Vorteil. Weiterhin ist es denkbar, dass die genannte Kompensation der Verdrehung des Abbildes mittels weiterer optischer Komponenten, die innerhalb des ersten Abbildungskanals oder des Endoskops angeordnet sind, teilweise oder annähernd vollständig kompensiert wird.
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Bevorzugt umfasst der Abbildungskanal für die genannte Kompensation und/oder für weitere optische Funktionen ein Linsensystem, welches Linsensystem eine Mehrzahl von Linsen und/oder optischen Komponenten umfasst. Hierbei kann die Abbildung des Teilbereiches des Hohlraumes über den ersten Abbildungskanal mittels des Linsensystems, insbesondere mittels eines optischen Abbildungssystems, verbessert werden. Beispielsweise kann das Linsensystem einen Kollimator, eine Zerstreuungslinse oder eine Fokussierlinse umfassen. Weitere optische Komponenten, beispielsweise Spiegel, Gläser, Kristalle, Strahlteiler, Faraday-Isolatoren und/oder Prismen können vorgesehen sein.
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Beispielsweise kann mittels der genannten optischen Komponente eine weitere kleinere Winkeländerung der ersten optischen Achse vorgesehen sein, wobei die weitere Winkeländerung bevorzugt im Bereich von 1° bis 5° liegt. Besonders bevorzugt ist eine weitere Winkeländerung kleiner gleich 3°.
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Bevorzugt ist die erste optische Umlenkvorrichtung an einem distalen Ende des Endoskops angeordnet.
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Typischerweise ist ein Durchmesser eines in den ersten Abbildungskanal eintretenden Lichtbündels am distalen Ende des Endoskops klein, da eine starke Bündelung von Lichtstrahlen, die das Lichtbündel ausbilden, beim Eintritt in den ersten Abbildungskanal des Endoskops erfolgt. Dadurch wird vorteilhafterweise der Bauraumbedarf für die erste optische Umlenkvorrichtung verkleinert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Abbildungskanal ein Objektiv auf, wobei das Objektiv die erste optische Umlenkvorrichtung umfasst.
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Hierbei ist es bevorzugt, wenn die erste optische Umlenkvorrichtung, bezogen auf die Richtung eines in den ersten Abbildungskanal eintreffenden Lichtbündels, hinter einer ersten Linse des Objektives angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist ein Objektiv, welches als Weitwinkelobjektiv ausgebildet ist. Bei einem Weitwinkelobjektiv wird das in den ersten Abbildungskanal eintretende Lichtbündel in einer Pupille gebündelt. Vorteilhafterweise ist die erste optische Umlenkvorrichtung im Bereich der genannten Pupille angeordnet, so dass dadurch die erste optische Umlenkvorrichtung bezüglich ihrer geometrischen Ausdehnungen klein gestaltet werden kann, da die Pupille des im ersten Abbildungskanal eintreffenden Lichtbündels ebenso klein ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Endoskop einen Projektionskanal, wobei der Projektionskanal eine Projektionsvorrichtung umfasst, die zur Projektion eines Musters auf eine Oberfläche des Teilbereiches des Hohlraumes ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise wird durch die Anordnung wenigstens eines Projektionskanals im Endoskop eine aktive Triangulation des Teilbereiches des Hohlraumes ermöglicht. Mittels der Projektionsvorrichtung, die im Projektionskanal angeordnet ist, wird strukturiertes Licht, mit anderen Worten ein Muster, auf die Oberfläche des Teilbereiches des Hohlraumes projiziert. Mittels des projizierten Musters, insbesondere mittels eines codierten Musters, wird vorteilhafter Weise ein Korrespondenzproblem bei der aktiven Triangulation abgeschwächt oder sogar vollständig gelöst. Weiterhin kann die Projektionsvorrichtung die erste optische Umlenkvorrichtung umfassen.
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Bevorzugt ist eine Projektionsvorrichtung, die ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung des Musters umfasst. Vorteilhafterweise wird durch eine Projektionsvorrichtung, die das diffraktive optische Element umfasst, ein DOE-Projektor ausgebildet. Ein DOE-Projektor wird hier als eine Projektionsvorrichtung angesehen, die ein diffraktives optisches Element, abgekürzt DOE, umfasst. Da DOE-Projektoren im Gegensatz zu Projektoren, die typischerweise ein Dia zur Erzeugung des Musters aufweisen, einen geringeren Bauraumbedarf besitzen, kann der Projektionskanal mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser oder mit einer vergleichsweise kleinen Querschnittsfläche senkrecht zur ersten optischen Achse ausgebildet werden. Insbesondere ist die Querschnittsfläche der Projektionsvorrichtung oder des Projektionskanals kleiner gleich 2 mm2. Insgesamt wird durch den Projektionskanal, den ersten optischen Abbildungskanal und die im Projektionskanal angeordnete Projektionsvorrichtung, die ein diffraktives Element umfasst, eine bauraumsparende aktive Triangulation des Teilbereiches des Hohlraumes ermöglicht.
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Besonders bevorzugt ist eine aktive Triangulation, die mittels eines farbcodierten Musters erfolgt.
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Mit anderen Worten ermöglicht das Endoskop eine vorteilhafte aktive farbcodierte Triangulation des Teilbereiches des Hohlraumes.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Endoskop einen Instrumentierkanal.
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Vorteilhafterweise können mittels des Instrumentierkanals chirurgische Werkzeuge, die für die minimal invasive Chirurgie benötigt werden, in den Hohlraum eines Patienten eingeführt werden. Durch die Anordnung eines diffraktiven optischen Elementes im Projektionskanal wird zusätzlich Bauraum eingespart, der wiederum für den Instrumentierkanal und dessen Ausgestaltung verwendet werden kann. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Instrumentierkanälen vorgesehen sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Endoskop einen zweiten Abbildungskanal, der eine zweite optische Achse aufweist, wobei innerhalb des zweiten Abbildungskanals wenigstens eine zweite optische Umlenkvorrichtung angeordnet ist, die zu einem bezüglich der zweiten optischen Achse transversalen parallelen Versatz der zweiten optischen Achse und einer Winkeländerung der zweiten optischen Achse ausgebildet ist, wobei die Winkeländerung im Bereich von 25° bis 35° liegt.
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Hierbei ist bevorzugt der zweite Abbildungskanal im Wesentlichen parallel zum ersten Abbildungskanal. Der erste und zweite Abbildungskanal erstrecken sich größtenteils entlang einer Endoskopachse des Endoskops. Weiterhin sind der erste und der zweite Abbildungskanal bevorzugt nebeneinander innerhalb eines Gehäuses des Endoskops angeordnet. Ferner kann der zweite Abbildungskanal gemäß den genannten Ausgestaltungen und Weiterbildungen des ersten Abbildungskanal ausgeführt sein.
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Vorteilhafterweise wird durch den zweiten Abbildungskanal, der eine zweite optische Umlenkvorrichtung aufweist, eine Stereoskopie des Teilbereiches des Hohlraumes ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die erste und zweite optische Umlenkvorrichtung die Triangulationsbasis gegenüber bekannten Endoskopen, insbesondere gegenüber bekannten 30°-Endoskopen, vergrößert wird. Weiterhin ermöglicht die durch die erste und zweite optische Umlenkvorrichtung bewirkte Winkeländerung der ersten und zweiten optischen Achse eine vorteilhafte Blickrichtung (relativ zur Endoskopachse), insbesondere eine vorteilhafte 30°-Blickrichtung. Ferner wird vorteilhafterweise die Auflösung der Tiefenbestimmung des Teilbereiches des Hohlraumes durch das hier vorgeschlagene Endoskop, insbesondere durch das hier vorgeschlagene 30°-Endoskop, verbessert.
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Besonders bevorzugt ist ein zweiter Abbildungskanal, dessen zweite optische Umlenkvorrichtung eine Richtung des transversalen parallelen Versatzes aufweist, die gegensätzlich zur Richtung des transversalen parallelen Versatzes der ersten optischen Achse ist.
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Dadurch wird vorteilhafterweise die Triangulationsbasis weiter vergrößert, so dass die Auflösung der Tiefenbestimmung, beispielsweise mittels Stereoskopie, weiter verbessert wird. Insbesondere erfolgt hierbei die Winkeländerung der ersten und zweiten optischen Achse in dieselbe Richtung. Mit anderen Worten sind die Winkeländerungen der ersten und zweiten optischen Achse gleichgerichtet und weisen insbesondere denselben Winkel auf.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Abbildungskanal als Projektionskanal ausgebildet.
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Generell kann jeder Abbildungskanal als Projektionskanal vorgesehen sein. Vorteilhafterweise wird durch den Projektionskanal eine aktive Triangulation des Teilbereiches des Hohlraumes ermöglicht. Weist das Endoskop zwei Abbildungskanäle und einen Projektionskanal auf, so kann eine aktive Stereoskopie des Teilbereiches des Hohlraumes mittels des Endoskops erfolgen. Folglich lassen sich mit dem Endoskop eine Vielzahl von Verfahren zur Triangulation eines Teilbereiches eines Hohlraumes, das heißt eine Vielzahl von Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung einer Oberfläche realisieren. Die Verfahren zur Tiefenbestimmung können gemäß des Standes der Technik ausgestaltet oder ergänzt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:
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1 eine Seitenansicht (erste Schnittebene) eines Endoskops, das einen parallelen transversalen Versatz, sowie eine Winkeländerung einer ersten und zweiten optischen Achse aufweist;
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2 eine Draufsicht (zweite Schnittebene) des Endoskops gemäß 1;
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3 eine dreidimensionale Ansicht einer ersten optischen Umlenkvorrichtung, die einen parallelen transversalen Versatz, sowie eine Winkeländerung einer ersten optischen Achse ermöglicht;
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4 eine Draufsicht (zweite Schnittebene) der Umlenkvorrichtung gemäß 3; und
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5 eine Seitenansicht (erste Schnittebene) der Umlenkvorrichtung gemäß 3.
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Gleichartige oder äquivalente Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Endoskops 1, welches Endoskop 1 wenigstens eine erste optische Umlenkvorrichtung 31 umfasst. Weiterhin umfasst das Endoskop 1 einen ersten Abbildungskanal 21, der innerhalb eines Gehäuses 7 des Endoskops 1 angeordnet ist. Der Abbildungskanals 21 weist ein Objektiv 5 auf, welches Objektiv 5 die erste Umlenkvorrichtung 31, sowie eine erste Linse 14 umfasst. Hierbei ist die erste optische Umlenkvorrichtung 31 zwischen der ersten Linse 14 des Objektivs 5 und einem weiteren Teil des Objektivs 5 angeordnet.
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Der erste Abbildungskanal 21 weist eine erste optische Achse 101 auf. Die an einem distalen Ende 6 des Endoskops 1 angeordnete erste Linse 14 ist gegenüber der ersten optischen Achse 101 des ersten Abbildungskanals 21 um einen Winkel 42 gedreht, wobei der Winkel 42 im Bereich von 25° bis 30° liegt. Insbesondere ist ein Winkel 42 von 30° vorgesehen. Der Winkel 42 entspricht der Winkeländerung 42 der ersten optischen Achse 101, die mittels der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 bewirkt wird.
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Die erste optische Umlenkvorrichtung 31 ist innerhalb des Endoskops 1 oder des Objektives 5 derart angeordnet und ausgestaltet, dass die Winkeländerung 42 der ersten optischen Achse 101 bewirkt wird. Mit anderen Worten werden am distalen Ende 6 des Endoskops 1 eintretende Lichtbündel 10 oder Lichtstrahlen 10 mittels der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 derart umgelenkt, dass ein transversaler paralleler Versatz 24 (siehe 2) der ersten optischen Achse 101 senkrecht zur in 1 vorliegenden Blattebene erfolgt, und die zusätzliche Winkeländerung 42 der ersten optischen Achse 101 bewirkt wird. Dadurch ergibt sich eine für einen Chirurgen vorteilhafte Blickrichtung. Zudem wird eine ursprüngliche Triangulationsbasis 44 (siehe 2), welche der Tiefenbestimmung mittels aktiver oder passiver Triangulation oder Stereoskopie zugrundeliegt, durch den transversalen parallelen Versatz 24 der ersten optischen Achse 101 vergrößert.
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Exemplarisch für den optischen Durchlauf von Lichtbündeln oder Lichtstrahlen, welche Lichtbündel oder Lichtstrahlen von einem Teilbereich 50 eines Hohlraumes ausgehen und über das distale Ende 6 des Endoskops 1 in den Abbildungskanal 21 des Endoskops 1 eintreten, sind in 1 drei Lichtbündel 10 oder Lichtstrahlen 10 und deren Verlauf durch das Objektiv 5 des Endoskops 1 dargestellt. Die erste optische Achse 101 des ersten Abbildungskanals 21 verläuft hierbei parallel zu einer in 1 nicht dargestellten Endoskopachse 100 (siehe 2) des Endoskops 1. Weiterhin verläuft ein mittig durch die Linse 14 eintretendes Lichtbündel 10 oder ein mittig durch die Linse 14 eintretender Lichtstrahl 10 nach der Winkeländerung 42 und nach dem transversalen Versatz 24 entlang der ersten optischen Achse 101.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Endoskops 1 ist die erste optische Umlenkvorrichtung 31 bezogen auf eine Richtung der eintreffenden Lichtbündel 10 oder Lichtstrahlen 10 nach der ersten Linse 14 des Objektives 5 angeordnet. Jedoch kann eine erste optische Umlenkvorrichtung 31 vorgesehen sein, die nicht Bestandteil des Objektives 5 und folglich vor oder nach dem Objektiv 5 angeordnet ist. Beispielsweise ist eine Anordnung nach dem Objektiv 5 von Vorteil, wenn eine Austrittspupille des Objektivs 5 in distaler Richtung vor dem Objektiv 5 liegt.
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Weiterhin kann eine Kamera, insbesondere eine Drei-Chip-Kamera, im ersten Abbildungskanal 21 vorgesehen sein. Hierbei ist es möglich, Kamera, Objektiv 5 und die erste optische Umlenkvorrichtung 31 in einen Chip zu integrieren, so dass eine möglichst bauraumsparende Anordnung geschaffen wird. Hierbei ist zu beachten, dass entsprechend der Winkeländerung 42 eine Korrektur des Abbildes des Teilbereiches 50 des Hohlraumes mittels einer Verdrehung der Kamera und/oder mittels weiterer optischer Komponenten zweckmäßigerweise vorzunehmen ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 ist, dass diese, beispielsweise im Vergleich zu weiteren optischen Komponenten, insbesondere Relaylinsen, nur einen geringen Bauraumbedarf besitzt. Insbesondere sind die geometrischen Ausdehnungen der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 kleiner als die geometrischen Ausdehnungen von typischen Abbildungskanälen bekannter Endoskope. Dadurch kann die erste optische Umlenkvorrichtung 31 vorteilhafterweise in bestehende Abbildungskanäle bekannter Endoskope angeordnet oder integriert werden, ohne die geometrischen Ausdehnungen der Abbildungskanäle oder der Endoskope ungünstig zu vergrößern.
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In 2 ist eine schematische Draufsicht eines Endoskops 1, insbesondere des Endoskops aus 1, illustriert. Das Endoskop 1 weist einen ersten Abbildungskanal 21, sowie einen zweiten Abbildungskanal 22 auf.
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Sowohl im ersten als auch im zweiten Abbildungskanal 21, 22 ist ein Objektiv 5 angeordnet. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Kamera innerhalb der genannten Abbildungskanäle 21, 22 angeordnet ist. Weiterhin umfasst der erste Abbildungskanal 21 eine erste optische Umlenkvorrichtung 31 und der zweite Abbildungskanal 22 eine zweite optische Umlenkvorrichtung 32. Die optischen Umlenkvorrichtungen 31, 32 sind innerhalb der Objektive 5 der jeweiligen Abbildungskanäle 21, 22 angeordnet.
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Das Endoskop 1 weist ein Gehäuse 7 sowie eine Endoskopachse 100 auf. Der erste und zweite Abbildungskanal 21, 22 erstrecken sich annähernd parallel entlang der Endoskopachse 100. Weiterhin weist der erste Abbildungskanal 21 eine erste optische Achse 101 und der zweite Abbildungskanal 22 eine zweite optische Achse 102 auf. Die erste und zweite optische Achse 101, 102 verlaufen hierbei annähernd parallel zur Endoskopachse 100.
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Die an einem distalen Ende 6 des Endoskops 1 angeordneten optischen Umlenkvorrichtungen 31, 32 ermöglichen eine Vergrößerung einer ursprünglichen Triangulationsbasis 44 bekannter Endoskope. Hierbei wird die ursprüngliche Triangulationsbasis 44 durch den Abstand der ersten und zweiten optischen Achse 101, 102 festgelegt.
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Durch die erste und zweite optische Umlenkvorrichtung 31, 32 wird eine Winkeländerung 42 der ersten und zweiten optischen Achse 101, 102 bewirkt, welche Winkeländerung 42 im Bereich von 25° bis 35° liegt, wobei die Winkeländerung 42 senkrecht zur dargestellten Blattebene erfolgt (siehe 1). Die Darstellung in 2 entspricht der zweiten Schnittebene, während die Darstellung in 1 der zur zweiten Schnittebene senkrechten ersten Schnittebene entspricht.
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Die erste optische Umlenkvorrichtung 31 weist einen transversalen parallelen Versatz 24 der ersten optischen Achse 101 auf, der entgegengesetzt einem transversalen parallelen Versatz 25 der zweiten optischen Achse 102 ist, wobei der transversale parallele Versatz 25 der zweiten optischen Achse 102 mittels der zweiten optischen Umlenkvorrichtung 32 ermöglicht wird. Insgesamt ergibt sich dadurch eine gegenüber der ursprünglichen Triangulationsbasis 44 bekannter Endoskope vergrößerte Triangulationsbasis 46. Dadurch wird vorteilhafterweise die Auflösung der Tiefenbestimmung des Endoskops 1 verbessert.
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Exemplarisch für den Verlauf von eintretenden Lichtbündeln oder Lichtstrahlen sind in 2 drei Lichtbündel 10 und deren räumlicher Verlauf dargestellt. Hierbei treten die Lichtbündel 10 am distalen Ende 6 in das Endoskop 1 ein. Die Lichtbündel 10 durchlaufen zunächst jeweils die erste Linse 14 oder eine Mehrzahl von Linsen des jeweiligen Objektivs 5. Anschließend durchlaufen die Lichtbündel 10 die erste und zweite Umlenkvorrichtung 31, 32, wodurch der jeweilige transversale Versatz 24, 25 und die Winkeländerung 42 der Lichtbündel 10 bewirkt wird.
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Weisen die Abbildungskanäle 21, 22 eine weitere Winkeländerung im Bereich von 1° bis 3° außerhalb der ersten und zweiten optischen Umlenkvorrichtung 31, 32 auf, so kann mittels der weiteren Winkeländerung eine Lenkung der Lichtbündel 10 in einer Weise erfolgen, dass Hauptstrahlen der Lichtbündel 10 sich auf der Endoskopachse 100 in einem Zentrum eines gemeinsamen Objektbereiches der jeweiligen Objektive 5 schneiden. Dadurch wird ein Versatz der Abbilder zwischen dem ersten und zweiten Abbildungskanal 21, 22 verringert.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 dargestellt. Exemplarisch wird hier nur die erste optische Umlenkvorrichtung 31 betrachtet. Für die zweite optische Umlenkvorrichtung 32 gilt entsprechendes.
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Die erste optische Umlenkvorrichtung 31 ist mittels zweier Prismen 81, 82 gebildet, wobei die Grundflächen 91, 92 der Prismen 81, 82 gegeneinander verdreht sind. Hierbei entspricht die Verdrehung der Grundflächen 91, 92 beziehungsweise die Verdrehung der Prismen 81, 82 der Winkeländerung 42 der ersten optischen Achse 101.
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Ein in die erste optische Umlenkvorrichtung über das Prisma 91 eintretender Lichtstrahl 10 weist gegenüber einem über das Prisma 92 austretenden Lichtstrahl 10 einen transversalen Versatz 24 und eine Winkeländerung 42 im Bereich von 25° bis 35° auf. Mit anderen Worten ist der austretende Lichtstrahl 10 gegenüber dem eintretenden Lichtstrahl 10 transversal parallel versetzt und um einen Winkel 42 im Bereich von 25° bis 35°, insbesondere 30°, gedreht. Hierfür erfährt der Lichtstrahl 10 innerhalb des Prismas 81 eine erste Totalreflexion 51 und innerhalb des Prismas 82 eine zweite Totalreflexion 52.
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Die erste optische Umlenkvorrichtung 31 ist als eine Art tordiertes Parallelepiped ausgebildet. Die überstehenden Kanten und/oder Ecken, die nicht für die optische Funktion der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 benötigt werden können abgeschliffen werden, so dass die letztendliche Form oder geometrische Gestaltung der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 deutlich vom dargestellten Beispiel abweichen kann.
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In 4 ist eine Draufsicht der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 aus 3 dargestellt. Hierbei tritt wiederum ein Lichtstrahl 10 in das erste Prisma 81 ein. Durch die erste und zweite Totalreflexion 51, 52 erfolgt ein transversaler paralleler Versatz 24, sowie eine Winkeländerung 42 des Lichtstrahls 10. In der dargestellten Draufsicht – entspricht der zweiten Schnittebene – ist nur der transversale parallele Versatz 24 des Lichtstrahls 10 beziehungsweise der ersten oder zweiten optischen Achse 101, 102 dargestellt. Die erste Totalreflexion 51 erfolgt mittels des Prismas 81 und die zweite Totalreflexion 52 mittels des Prismas 82.
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5 zeigt eine Seitenansicht – entspricht der ersten Schnittebene – der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 aus 3 und/oder 4. Hieraus ist zu erkennen, dass die Grundflächen 91, 92 der Prismen 81, 82 um einen Winkel 42 gegeneinander verdreht sind. Der Winkel 42 entspricht der Winkeländerung 42 der ersten optischen Achse 101. Insbesondere ist eine Winkeländerung 42 von 30° vorgesehen.
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Insgesamt ermöglicht die erste und/oder zweite optische Umlenkvorrichtung 101, 102 einen transversalen parallelen Versatz 24, 25, sowie eine Winkeländerung 42 der ersten und/oder zweiten optischen Achse 101, 102. Durch den jeweiligen transversalen parallelen Versatz 24, 25 wird vorteilhafterweise die Triangulationsbasis 44 vergrößert und folglich die Auflösung der Tiefenbestimmung verbessert. Weiterhin wird durch die Winkeländerung 42 der ersten und/oder zweiten optischen Achse 101, 102, welche auch mittels der ersten beziehungsweise zweiten optischen Umlenkvorrichtung 31, 32 bewirkt wird, eine für den Chirurgen vorteilhafte Blickrichtung, insbesondere eine vorteilhafte 30°-Blickrichtung relativ zur Endoskopachse 100 des Endoskops 1 ermöglicht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
