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Die Erfindung betrifft ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe, wobei die distale optische Baugruppe in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse, eine als Prismeneinheit ausgebildete Ablenkeinheit und eine Austrittslinse auf einer gemeinsamen optischen Achse umfasst, und wobei die proximale optische Baugruppe einen linken und einen rechten Linsensystemkanal umfasst, wobei die Linsensystemkanäle gleichartig aufgebaut und parallel zueinander angeordnet sind und jeweils eine eigene optische Achse aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen optischen Systems sowie ein Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung.
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Endoskope, bei denen das an einer distalen Spitze eines Endoskopschafts eintretende Licht durch ein optisches System auf einen oder mehrere Bildsensoren gelenkt wird, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. So gibt es Endoskope mit Geradeausblick, einer sog. 0°-Blickrichtung, oder Endoskope mit seitlicher Blickrichtung, die beispielsweise eine Abweichung von 30°, 45° oder 70° von der 0°-Blickrichtung aufweisen. Die genannten Gradzahlen geben den Winkel zwischen einer zentralen Blickachse und der Längsachse des Endoskopschafts an. Außerdem sind Endoskope mit verstellbarer seitlicher Blickrichtung bekannt. Bei diesen ist der Blickwinkel, also die Abweichung vom Geradeausblick, einstellbar. Solche Endoskope werden vielfach als V-DOV-Endoskope (variable direction of view) bezeichnet.
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Stereo-Videoendoskope sind dazu eingerichtet, ein stereoskopisches Bildpaar bzw. zwei stereoskopische Videokanäle aufzunehmen, um eine 3D-Abbildung des distal vor dem Ende des Endoskopschafts liegenden Untersuchungs- oder Operationsraums zu liefern. Bei Stereo-Videoendoskopen werden die beiden optischen Kanäle aus leicht unterschiedlicher Blickrichtung ausgenommen. Dabei sind die beiden Blickrichtungen durch die Stereobasis, also den Abstand der beiden Blickrichtungen, gegeneinander versetzt bzw. verschoben. Es werden ein rechter und ein linker Bildkanal gleichzeitig aufgenommen und über speziell geeignete Wiedergabegeräte, beispielsweise mit einem 3D-Bildschirm oder über eine 3D-Videobrille, einem Benutzer zur Verfügung gestellt. Dieser wird so in die Lage versetzt, ein 3D-Abbild eines Untersuchungs- oder Operationsfeldes zu betrachten.
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Aus
DE 10 2014 107 586 A1 und aus
WO 2014/130 547 A1 geht jeweils ein Gradsicht-Stereo-Videoendoskop hervor, bei dem die Strahlengänge zweier einzelner um eine Stereobasis beabstandeter Objektive mithilfe einer Prismeneinheit zusammengefasst werden. Der so erzeugte Strahlengang beansprucht abweichend von den beiden für die stereoskopische Abbildung notwendigen separaten und beabstandeten Strahlengängen des linken und rechten Kanals weniger Raum im Endoskopschaft. Ferner ist es möglich, einen einzigen Bildsensor zur Abbildung einzusetzen.
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Aus
DE 10 2013 215 422 A1 ist ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung bekannt. Das System umfasst eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe, welche hinter einem Eintrittsfenster angeordnet ist. Dieses schließt den Endoskopschaft gegenüber einem Außenraum ab. Die distale optische Baugruppe umfasst – betrachtet in Lichteinfallsrichtung – aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse, eine optische Ablenkeinheit, welche aus mehreren Prismen aufgebaut ist, und eine Austrittslinse. Auf die Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe folgen weiter in Lichteinfallsrichtung betrachtet ein rechter und ein linker Linsensystemkanal einer proximalen optischen Baugruppe. Die beiden Linsensystemkanäle weisen jeweils eine eigene optische Achse auf und sind dazu eingerichtet, den linken und rechten Kanal auf jeweils einen Bildsensor abzubilden.
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Aus
DE 10 2013 217 449 A1 ist eine Prismeneinheit für ein Stereo-Videoendoskop bekannt. Mit dieser Prismeneinheit ist eine Veränderung der Blickrichtung des Stereo-Videoendoskops sowohl um eine vertikale als auch um eine horizontale Drehachse möglich. Beide Drehachsen stehen senkrecht auf einer Längsachse des Endoskopschafts. Die Prismeneinheit umfasst eine zentrale Umlenkeinheit und zwei Paare von Umlenkprismen, die jeweils an einander gegenüberliegenden Seiten der zentralen Umlenkeinheit angeordnet sind.
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US 5 689 365 A zeigt ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung, welches eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe umfasst. Die distale optische Baugruppe weist in Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse, eine als Prismeneinheit ausgebildete Ablenkeinheit und eine Austrittslinse auf, die auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind. Die proximale optische Baugruppe umfasst einen linken und rechten Linsensystemkanal, wobei die beiden Linsensystemkanäle gleichartig aufgebaut und parallel zueinander angeordnet sind und jeweils eine eigene optische Achse aufweisen.
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Aus der
JP H08-056 891 A ist ist ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung bekannt, welches eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe umfasst. Die distale optische Baugruppe weist eine gemeinsame optische Achse auf, die proximale optische Baugruppe umfasst einen linken und einen rechten Linsensystemkanal. Die Linsensystemkanäle sind gleichartig aufgebaut und parallel zueinander angeordnet. Jeder der Linsensystemkanäle weist eine eigene optische Achse auf. Es ist ferner eine Prismeneinheit offenbart, die zwischen der distalen optischen Baugruppe und der proximalen optischen Baugruppe angeordnet ist und mittels der ein in einer Richtung senkrecht zu den optischen Achsen der Linsensystemkanäle bestimmter zweiter Abstand einstellbar ist. Der Abstand der optischen Achsen kann bei der Herstellung des Endoskops angepasst, vergrößert bzw. verändert werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung, ein Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems für ein Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung anzugeben, dessen Aufbau flexibler ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe, wobei die distale optische Baugruppe in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse, eine als Prismeneinheit ausgebildete Ablenkeinheit und eine Austrittslinse auf einer gemeinsamen optischen Achse umfasst, und wobei die proximale optische Baugruppe einen linken und einen rechten Linsensystemkanal umfasst, wobei die Linsensystemkanäle gleichartig aufgebaut und parallel zueinander angeordnet sind und jeweils eine eigene optische Achse aufweisen, wobei das optische System dadurch fortgebildet ist, dass ferner eine Prismeneinheit umfasst ist, die zwischen der distalen optischen Baugruppe und der proximalen optischen Baugruppe angeordnet ist, wobei die Prismeneinheit einen aus der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe austretenden linken Strahlengang dem linken Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe zuführt und einen aus der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe austretenden rechten Strahlengang dem rechten Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe zuführt, und wobei ein in einer Richtung senkrecht zu den optischen Achsen der Linsensystemkanäle bestimmter zweiter Abstand zwischen dem linken und dem rechten Linsensystemkanal einstellbar ist.
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Das optische System des Stereo-Videoendoskops ist vorteilhaft hochgradig flexibel. Diese Flexibilität wird durch die zwischen der distalen und der proximalen optischen Baugruppe angeordnete Prismeneinheit ermöglicht. Moderne Stereo-Videoendoskope haben immer größere Auflösung, d. h. ihre Sensoren weisen immer größere Pixelzahlen auf. Zwar nimmt auch die Größe der einzelnen Pixel, die sog. Pixelgröße, ab, diese Verringerung vermag jedoch den Zuwachs der Pixelzahl nicht zu kompensieren. Im Ergebnis nimmt also mit steigender Pixelzahl auch die Fläche des Bildsensors zu. Diese technische Entwicklung stellt immer neue und andere Anforderungen an das optische Design von Stereo-Videoendoskopen. Gleichzeitig ist der Bauraum im Inneren des Endoskopschafts begrenzt. Die in das optische System integrierte Prismeneinheit erlaubt eine flexible Anpassung des optischen Abbildungssystems an verschieden große Sensoren.
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Somit kann ein und dasselbe optische Design sowohl für kleinere Bildsensoren, wie sie für eine geringe Bildauflösung ausreichend sind, als auch für große Bildsensoren, wie sie für hochauflösende Bildsysteme erforderlich sind, verwendet werden. Dieses schafft die Möglichkeit, eine große Anzahl von Gleichteilen, beispielsweise in verschiedenen Endoskop-Baureihen, einzusetzen. Dies führt zu deutlich reduzierten Kosten für Produktion und Wartung der Endoskope.
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Im Kontext der vorliegenden Beschreibung ist der zweite Abstand zwischen dem linken und dem rechten Linsensystemkanal insbesondere der Abstand zwischen der optischen Achse des linken Linsensystemkanals und der optischen Achse des rechten Linsensystemkanals einstellbar.
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In einer Ausführungsform des optischen Systems ist ferner vorgesehen, dass die Prismeneinheit ein erstes linkes Prisma und ein erstes rechtes Prisma, ein zentrales Umlenkprisma sowie ein zweites linkes Prisma und ein zweites rechtes Prisma umfasst, wobei ein linker Strahlengang in Lichteinfallsrichtung ausgehend von der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe das erste linke Prisma, das zentrale Umlenkprisma und das zweite linke Prisma durchläuft und ein rechter Strahlengang in Lichteinfallsrichtung ausgehend von der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe das erste rechte Prisma, das zentrale Umlenkprisma und das zweite rechte Prisma durchläuft, und wobei der linke Strahlengang ausgehend von dem zweiten linken Prisma in den linken Linsensystemkanal eintritt und der rechte Strahlengang ausgehend von dem zweiten rechten Prisma in den rechten Linsensystemkanal eintritt.
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Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass der zweite Abstand zwischen dem linken und dem rechten Linsensystemkanal einstellbar ist, indem jeweils ein dritter Abstand zwischen dem zweiten linken Prisma und dem zentralen Umlenkprisma und zwischen dem zweiten rechten Prisma und dem zentralen Umlenkprisma einstellbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist ferner vorgesehen, dass jeweils ein vierter Abstand zwischen dem zweiten linken Prisma und einer linken Austrittslinse oder dem zweiten rechten Prisma und einer rechten Austrittslinse der Prismeneinheit veränderbar ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass sich die jeweiligen Veränderungen des dritten und des vierten Abstands kompensieren. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass eine Vergrößerung des dritten Abstands mit einer Verringerung des vierten Abstands um die gleiche Wegstrecke einhergeht. Das Gleiche gilt selbstverständlich bei einer umgekehrten Verschiebung, bei der der dritte Abstand verkürzt und der vierte Abstand entsprechend um die gleiche Wegstrecke verlängert wird. Mit anderen Worten kompensiert die Veränderung beispielsweise der des vierten Abstands gerade die Veränderung des dritten Abstandes. Der optische Weg von der Eintrittslinse des optischen Systems bis zum Bildsensor bleibt bei dieser Art von Verschiebung bzw. Veränderung konstant. Auch verändert das optische System somit seine optischen Abbildungseigenschaften nicht. Eine Veränderung des Abstands zwischen den beiden Linsensystemkanälen hat also keinen Einfluss auf die optische Abbildung. So ist es möglich, das optische System auf verschieden große Bildsensoren anzupassen, ohne seine Abbildungseigenschaften zu verändern. Eine aufwendige Anpassung oder gar Neuberechnung des optischen Systems muss vorteilhaft nicht vorgenommen werden.
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Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform ein erster Abstand zwischen der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe und der Prismeneinheit einstellbar ist. Durch eine Veränderung des ersten Abstands ist es ebenso möglich, eine Veränderung des zweiten Abstands zu kompensieren. Damit auch in diesem Fall wieder die gesamte optische Wegstrecke von der Eintrittslinse des optischen Systems bis zum Bildsensor konstant bleibt, ist die Veränderung des ersten Abstands halb so groß wie diejenige des zweiten Abstands.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass ein erster Abstand zwischen der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe und einem ersten linken und einem ersten rechten Prisma einstellbar ist. In diesem Zusammenhang ist die Prismeneinheit wie später ausgeführt aufgebaut; sie weist nämlich ein erstes linkes Prisma und ein erstes rechtes Prisma, ein zentrales Umlenkprisma sowie ein zweites linkes Prisma und ein zweites rechtes Prisma auf.
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Indem der erste Abstand verändert wird, wird außerdem die Möglichkeit geschaffen, ohne Bildbeschnitt die Bildinformation durch die Prismen der distalen optischen Baugruppe zu transportieren. Hierzu wird der erste Abstand verringert bzw. sehr gering gewählt. Wird der Abstand größer gewählt bzw. vergrößert, so erlaubt diese Maßnahme den Stereowinkel zu vergrößern und dadurch den Stereoeffekt zu verstärken.
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Im Kontext der vorliegenden Beschreibung wird unter dem „ersten Abstand” insbesondere der Abstand zwischen der Oberfläche der Austrittslinse (oder einer Mittenebene der Austrittslinse) und einer Ebene verstanden, in der sich die Eintrittsflächen der beiden Prismen, nämlich des ersten linken und des ersten rechten Prismas, oder eine linke bzw. rechte Eintrittslinse der Prismeneinheit erstrecken.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das optische System dadurch fortgebildet, dass der linke Linsensystemkanal einen linken Bildsensor und der rechte Linsensystemkanal einen rechten Bildsensor umfassen, wobei der linke und der rechte Bildsensor drehbar montiert sind.
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Die Bildsensoren sind bevorzugt um die jeweilige optische Achse des linken bzw. rechten Linsensystemkanals drehbar bzw. rotierbar. Alternativ sind die Sensoren um eine Achse drehbar, die parallel zu der jeweiligen optischen Achse verläuft. Drehbar montierte Bildsensoren erlauben es, stets ein aufrechtes Bild bereitzustellen, ohne dass nummerisch eine Bildkorrektur vorgenommen werden muss. Dies gilt insbesondere, wenn sich die Blickrichtung des Endoskops ändert, beispielsweise indem die distale optische Baugruppe gegenüber der proximalen optischen Baugruppe bzw. gegenüber dem Prismensystem gedreht wird.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Prismen der Prismeneinheit miteinander verkittet sind. Werden die Prismen direkt miteinander verkittet, so erübrigt sich eine Aufnahme der Prismen in entsprechenden Halterungen. Der Aufbau der Prismeneinheit ist stabil und vereinfacht.
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Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die distale optische Baugruppe gegenüber der Prismeneinheit drehbar ist. Diese Maßnahme erlaubt es, die seitliche Blickrichtung im Hinblick auf einen sog. Polarwinkel zu ändern. Die Blickrichtung des Endoskops kann verändert werden, ohne dass der Schaft des Endoskops selbst rotiert werden muss.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung, welches dadurch fortgebildet ist, dass es ein optisches System nach einem oder mehreren der zuvor genannten Aspekte umfasst.
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Auf das Stereo-Videoendoskop treffen gleiche oder ähnliche Vorteile zu, wie sie bereits im Hinblick auf das optische System erwähnt wurden. Ebenso ist das Stereo-Videoendoskop vorteilhaft gemäß der zuvor im Hinblick auf das optische System genannten Aspekte fortgebildet.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems für ein Stereo-Videoendoskop mit seitlicher Blickrichtung, wobei das optische System eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe umfasst, und wobei die distale optische Baugruppe in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse, eine als Prismeneinheit ausgebildete Ablenkeinheit und eine Austrittslinse auf einer gemeinsamen optischen Achse umfasst, und wobei die proximale optische Baugruppe einen linken und einen rechten Linsensystemkanal umfasst, wobei die Linsensystemkanäle gleichartig aufgebaut und parallel zueinander angeordnet sind und jeweils eine eigene optische Achse aufweisen, wobei das Verfahren dadurch fortgebildet ist, dass das optische System ferner eine Prismeneinheit umfasst, die zwischen der distalen optischen Baugruppe und der proximalen optischen Baugruppe angeordnet wird, wobei die Prismeneinheit einen aus der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe austretenden linken Strahlengang dem linken Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe zuführt und einen aus der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe austretenden rechten Strahlengang dem rechten Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe zuführt, und wobei ein in einer Richtung senkrecht zu den optischen Achsen der Linsensystemkanäle bestimmter zweiter Abstand zwischen dem linken und dem rechten Linsensystemkanal eingestellt wird.
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Vorteilhaft ist eine Änderung oder gar eine Neuberechnung der Abbildungseigenschaften mit einer solchen Anpassung nicht verbunden. Die Anpassung dieses Abstands erlaubt eine Anpassung des herzustellenden Stereo-Videoendoskops auf verschieden große Bildsensoren.
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Auf das Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems treffen gleiche oder ähnliche Vorteile zu, wie sie bereits im Hinblick auf das optische System eines Stereo-Videoendoskops erwähnt wurden. Auch die diesbezüglich erwähnten Aspekte und Möglichkeiten zur Fortbildung treffen in gleicher oder ähnlicher Weise zu.
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Das Verfahren ist ferner bevorzugt dadurch fortgebildet, dass die Prismeneinheit ein linkes erstes Prisma und ein rechtes erstes Prisma, ein zentrales Umlenkprisma sowie ein linkes zweites Prisma und ein rechtes zweites Prisma umfasst, wobei ein linker Strahlengang in Lichteinfallsrichtung ausgehend von der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe das erste linke Prisma, das zentrale Umlenkprisma und das zweite linke Prisma durchläuft und ein rechter Strahlengang in Lichteinfallsrichtung ausgehend von der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe das erste rechte Prisma, das zentrale Umlenkprisma und das zweite rechte Prisma durchläuft, und wobei der linke Strahlengang ausgehend von dem zweiten linken Prisma in den linken Linsensystemkanal eintritt und der rechte Strahlengang ausgehend von dem zweiten rechten Prisma in den rechten Linsensystemkanal eintritt.
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Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Abstand zwischen dem linken und dem rechten Linsensystemkanal eingestellt wird, indem jeweils ein dritter Abstand zwischen dem zweiten linken Prisma und dem zentralen Umlenkprisma und zwischen dem zweiten rechten Prisma und dem zentralen Umlenkprisma eingestellt wird.
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Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass ein erster Abstand zwischen der Austrittslinse der distalen optischen Baugruppe und der Prismeneinheit verändert wird, um eine durch die Einstellung des zweiten Abstands bedingte Veränderung an der Länge des Strahlengangs zu kompensieren, wobei insbesondere der erste Abstand um den gleichen Betrag verändert wird wie der dritte Abstand.
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Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass jeweils ein vierter Abstand verändert wird, der zwischen dem zweiten linken Prisma und einer linken Austrittslinse oder zwischen dem zweiten rechten Prisma und einer rechten Austrittslinse der Prismeneinheit gemessen wird, wobei der vierte Abstand jeweils um den gleichen Betrag verändert wird wie der dritte Abstand.
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Mit anderen Worten wird die Änderung des dritten Abstands durch eine entsprechende Änderung in entgegengesetzter Richtung des vierten Abstands kompensiert. Wächst also der dritte Abstand um einen bestimmten Betrag, so wird entsprechend der vierte Abstand um diesen Betrag verringert. Gleiches gilt selbstverständlich auch für den umgekehrten Fall, in dem sich der dritte Abstand um einen bestimmten Betrag verringert und der vierte Abstand vergrößert. Selbstredend wird der entsprechende Betrag dem vierten Abstand hinzugeschlagen.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
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1 ein Stereo-Videoendoskop in vereinfachter perspektivischer Darstellung,
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2 ein optisches System gemäß dem Stand der Technik in einer vereinfachten schematischen Schnittansicht,
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3a–3c ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops mit verstellbarer Blickrichtung gemäß dem Stand der Technik, in schematisch perspektivischer Ansicht (3a), in vereinfachter Seitenansicht (3b) und in vereinfachter Draufsicht (3c),
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4 ein optisches System eines Stereo-Videoendoskops gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer vereinfachten schematischen Schnittansicht,
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5a–5c verschiedene Varianten a) bis c) dieses Systems jeweils in einer schematisch vereinfachten Detailansicht
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6 eine schematisch vereinfachte skizzierte Anordnung zweier Bildsensoren in einem Endoskopschaft.
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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 in vereinfachter perspektivischer Darstellung ein bekanntes Endoskop 2 mit einem proximalen Handgriff 4 und einem starren Endoskopschaft 6. An einer distalen Spitze 8 des Endoskopschafts 6 befindet sich ein Sichtfenster 10. Daran schließt sich ein distaler Abschnitt 12 des Endoskopschafts 6 an. Im distalen Abschnitt 12 ist ein in 1 nicht sichtbares optisches System angeordnet, mit dem ein vor der distalen Spitze 8 des Endoskops 2 liegender Untersuchungs- oder Operationsbereich auf ebenfalls nicht dargestellte Bildsensoren abgebildet wird. An den Handgriff 4 schließt sich in distaler Richtung ein Drehrad 14 an, mit dem das im Inneren des Endoskopschafts 6 liegende optischen System azimutal verdreht werden kann.
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2 zeigt in einer vereinfachten schematischen Schnittansicht ein optisches System, wie es beispielsweise aus
DE 10 2013 215 422 A1 des Anmelders Olympus Winter & Ibe GmbH, Hamburg, bekannt ist. Das optische System umfasst eine seitwärtsblickende distale optische Baugruppe
16, welche hinter dem Eintrittsfenster
10 angeordnet ist. Beispielsweise befindet sich das dargestellte optische System im distalen Abschnitt
12 des in
1 gezeigten Stereo-Videoendoskops
2. Neben der distalen optischen Baugruppe
16 umfasst das optische System eine proximale optische Baugruppe
18. Diese ist beispielsweise durch Drehung des Drehrads
14 im Endoskopschaft
6 drehbar.
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Die distale optische Baugruppe 16 umfasst eine Eintrittslinse 20, die beispielsweise als erhabener negativer Meniskus ausgebildet ist. Sie umfasst eine konvexe äußere Oberfläche 22 und eine konkave innere Oberfläche 24. Das von der linken Seite her durch das Sichtfenster 10 eintretende Licht durchquert die Eintrittslinse 20 und fällt in eine als Prismeneinheit ausgebildete Ablenkeinheit 26. Diese umfasst zwei Prismen mit einer teilverspiegelten bzw. verspiegelten Grenzfläche. Das schräg von der Seite her einfallende Licht wird durch die Ablenkeinheit 26 in Richtung einer Längsachse des Endoskopschafts 6 umgelenkt. Die Ablenkeinheit 26 umfasst ein erstes teilverspiegeltes Prisma 28, welches die teilverspiegelte Grenzfläche 26b umfasst. Ferner umfasst die Ablenkeinheit 26 ein weiteres teilverspiegeltes Prisma 30, welches nicht näher dargestellt ist und die verspiegelte Grenzfläche 26a umfasst.
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Ferner umfasst die distale optische Baugruppe 16 eine Austrittslinse 32, die in Lichteinfallsrichtung hinter einer Blende 34 angeordnet ist, und in die das Licht ausgehend von der Ablenkeinheit 26 eintritt. Die Austrittslinse 32 ist beispielhaft als hohle positive Meniskuslinse ausgebildet. Sie weist eine konkave Eintrittsfläche 36a und eine konvexe Austrittsfläche 36b auf. Dabei ist der Krümmungsradius der konkaven Eintrittsfläche 36a größer als der Krümmungsradius der konvexen Austrittsfläche 36b.
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Nach einer kurzen Strecke erreicht das aus der Austrittslinse 32 austretende Licht die proximale optische Baugruppe 18. Diese umfasst einen linken Linsensystemkanal 38L und einen rechten Linsensystemkanal 38R. Die beiden Linsensystemkanäle 38L, 38R sind gleichartig aufgebaut und zueinander parallel angeordnet. Der linke optische Kanal weist eine linke optische Achse LoA und der rechte optische Kanal weist eine rechte optische Achse RoA auf. Die optischen Achsen LoA, RoA sind zumindest näherungsweise parallel zueinander orientiert. Die beiden Linsensystemkanäle 38L, 38R umfassen jeweils eine Stablinse 40L, 40R, in die das Licht ausgehend von der Austrittslinse 32 der distalen optischen Baugruppe 16 zuerst eintritt. An die linke und rechte Stablinse 40L, 40R schließt sich in Lichteinfallsrichtung jeweils eine Achromaten-Linsengruppe 42L, 42R an. Die Achromaten-Linsengruppen 42L, 42R sind jeweils als Tripletts ausgebildet. Von diesen wird das Licht auf den linken bzw. rechten Bildsensor 44L, 44R gelenkt, so dass der vor der distalen Spitze 8 des Endoskopschafts 6 liegende Untersuchungs- oder Operationsraum stereoskopisch abgebildet wird.
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Weitere Einzelheiten zum Aufbau des in
2 gezeigten optischen Systems sind der genannten
DE 10 2013 215 422 A1 zu entnehmen.
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3 zeigt ein weiteres optisches System eines Stereo-Videoendoskops
2, wie es beispielsweise der
DE 10 2013 217 449 A1 des Anmelders, Olympus Winter & Ibe GmbH, Hamburg, zu entnehmen ist. Das optische System erlaubt es, die Blickrichtung des Endoskops
2 um zwei Schwenkachsen zu verändern.
3a) zeigt eine schematisch vereinfachte perspektivische Ansicht,
3b) zeigt eine schematisch vereinfachte Seitenansicht und
3c) zeigt eine schematisch vereinfachte Draufsicht. Den
3a) bis
3c) ist jeweils ein identisches Koordinatenkreuz hinzugefügt, um die Orientierung der gezeigten Ansichten relativ zueinander zu verdeutlichen. Das gezeigte Koordinatensystem ist also für alle Ansichten einheitlich. Seine X-Achse soll beispielhaft einer horizontalen Achse und seine Y-Achse soll beispielhaft einer vertikalen Achse entsprechen. Die Z-Achse erstreckt sich dann in Richtung einer Längsachse des Endoskopschafts
6.
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Das gezeigte optische System umfasst eine Prismeneinheit 46 und eine proximale optische Baugruppe 18. Letztere ist analog zu der im Zusammenhang mit 2 beschriebenen proximalen optischen Baugruppe 18 aufgebaut. In 3 ist abweichend von 2 lediglich allgemein eine linke Linsengruppe 48L und eine rechte Linsengruppe 48R gezeigt, die eine Abbildung auf einen linken und einen rechten Bildsensor 44L, 44R liefern.
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Die Prismeneinheit 46 umfasst eine linke und eine rechte Eintrittslinse 50L, 50R, in die Lichtstrahlen eines linken bzw. eines rechten Strahlengangs eintreten. Ausgehend von den Eintrittslinsen 50L, 50R gelangen die Lichtstrahlen in erste Prismen 52L, 52R. Die linke Eintrittslinse 50L ist beispielsweise auf das erste linke Prisma 52L aufgeklebt. Ebenso ist die rechte Eintrittslinse 50R beispielsweise auf das erste rechte Prisma 52R aufgeklebt. So tritt der linke Strahlengang ausgehend von der linken Eintrittslinse 50L in das erste linke Prisma 52L ein und gelangt von dort in ein zentrales Umlenkprisma 54. Von dem zentralen Umlenkprisma 54 gelangt der linke Strahlengang weiter in das zweite linke Prisma 56L und über die linke Austrittslinse 58L in den linken Linsensystemkanal 38L der proximalen optischen Baugruppe 18. Der rechte Strahlengang gelangt ausgehend von dem ersten rechten Prisma 52R über das zentrale Umlenkprisma 54 in ein zweites rechtes Prisma 56R. Ausgehend von diesem, gelangt der rechte Strahlengang anschließend über die rechte Austrittslinse 58R in den rechten Linsensystemkanal 38R der proximalen optischen Baugruppe 18. Das zentrale Umlenkprisma 54 ist beispielsweise aus zwei aufeinanderliegenden Prismen aufgebaut, deren gemeinsame Grenzfläche beidseitig verspiegelt ist.
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Die Prismeneinheit
46 ist um eine vertikale Schwenkachse A1 und um eine horizontale Schwenkachse A2 verschwenkbar. Dies dient der Veränderung der Blickrichtung in horizontaler bzw. vertikaler Richtung. Weitere Einzelheiten zum Aufbau der Prismeneinheit
46, wie sie
3a) bis
3c) zeigt, sind der erwähnten
DE 10 2013 217 449 A1 zu entnehmen.
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4 zeigt ein optisches System 60 eines Stereo-Videoendoskops 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer vereinfachten und schematischen Schnittansicht. Das dargestellte optische System 60 wird beispielsweise in den distalen Abschnitt 12 des in 1 gezeigten Stereo-Videoendoskops 2 integriert, um ein Stereo-Videoendoskop 2 mit seitlicher Blickrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zu realisieren.
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Das optische System 60 umfasst eine seitwärtsblickende distale optische Baugruppe 16, die bereits im Zusammenhang mit 2 beschrieben ist. Diese ist hinter dem Eintrittsfenster 10 des Stereo-Videoendoskops 2 angeordnet. Ferner umfasst das optische System 60 eine proximale optische Baugruppe 18, wie sie ebenfalls bereits im Zusammenhang mit 2, aber auch im Zusammenhang mit 3, beschrieben ist. Die entsprechenden Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen versehen. 4 zeigt beispielhaft den linken Linsensystemkanal 38L der optischen Baugruppe 18. Dieser ist insbesondere so aufgebaut, wie es die 2 und 3 zeigen.
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Das optische System 60 umfasst ferner eine Prismeneinheit 46, die zwischen der distalen optischen Baugruppe 16 und der proximalen optischen Baugruppe 18 angeordnet ist. Die Prismeneinheit 46 ist insbesondere so ausgestaltet, wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben. Auf die Schwenkbarkeit um die Achsen A1 und A2 wird jedoch insbesondere verzichtet. Die Prismeneinheit 46 ist dazu eingerichtet, das aus der Austrittslinse 32 der distalen optischen Baugruppe 16 austretende linke Strahlenbündel dem linken Linsensystemkanal 38L der proximalen optischen Baugruppe 18 zuzuführen und außerdem das aus der Austrittslinse 32 der distalen optischen Baugruppe 16 austretende rechte Strahlenbündel dem rechten Linsensystemkanal 38R der proximalen optischen Baugruppe 18 zuzuführen. Die Darstellung der Prismeneinheit 46 in 4 entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 3c), wobei jedoch aufgrund der Schnittdarstellung das zentrale Umlenkprisma 54 und nicht das in der Seitenansicht von 3c) sichtbare zweite linke Prisma 56L dargestellt ist.
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Das optische System 60 ist so eingerichtet, dass in einer Richtung senkrecht zu den beiden optischen Achsen LoA, RoA der Linsensystemkanäle 38L, 38R ein zweiter Abstand D2 zwischen dem linken und rechten Linsensystemkanal 38L, 38R ein- und verstellbar ist. Der zweite Abstand D2 ist zur Verdeutlichung auch in 3b dargestellt. Diese zweite Einstellbarkeit erlaubt es vorteilhaft, das optische System 60 an verschieden große Bildsensoren 44L, 44R anzupassen. Es ist mit anderen Worten möglich, ein und dasselbe optische Design sowohl für kleinere Bildsensoren 44L, 44R (beispielsweise mit kleiner Diagonale) mit einer geringen Bildauflösung und ebenso für große Bildsensoren (mit einer größeren Diagonale) einzusetzen. Bei den Bildsensoren handelt es sich beispielsweise um CDD- oder CMOS-Sensoren. Während kleinere Sensoren mit einer geringeren Auflösung bzw. Pixelzahl kostengünstig sind, bieten größere Sensoren mit wesentlich mehr Pixeln die bessere Auflösung. Aufgrund ihrer wesentlich größeren lichtempfindlichen Fläche sind sie für hochauflösende Bildsysteme geeignet.
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Eine Veränderung des zweiten Abstands D2 führt zu einer Veränderung der Gesamtlänge des Strahlengangs. Um diese zu kompensieren, ist das optische System 60 insbesondere dazu eingerichtet, dass ein erster Abstand D1 zwischen der Austrittslinse 32 der distalen optischen Baugruppe 16 und der Prismeneinheit 46 einstellbar ist.
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Der erste Abstand D1 wird beispielsweise zwischen einer Ebene, in der sich die Eintrittslinsen 50L, 50R der Prismeneinheit 46 erstrecken, und einer Ebene, in der sich die Austrittslinse 32 der distalen optischen Baugruppe 16 erstrecken, gemessen. Diese Einstellbarkeit erlaubt es, ohne Bildbeschnitt die Bildinformation durch die Prismen 28, 30 der distalen optischen Baugruppe 16 zu transportieren. Hierzu wird der erste Abstand D1 eher klein oder gering gewählt. Wird der erste Abstand D1 hingegen groß gewählt, so vergrößert dies den Stereowinkel und somit auch den Stereoeffekt.
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Dabei ist die Veränderung des ersten Abstands D1 bevorzugt doppelt so groß gewählt wie die Veränderung des zweiten Abstands D2.
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Die Anpassung des zweiten Abstands D2 erfolgt, ohne dass sich die optischen Abbildungseigenschaften des optischen Systems 60 verändern. Die soll anhand von 5a) bis c), welche jeweils eine schematisch vereinfachte Detailansicht des optischen Systems 60 zeigen, erläutert werden.
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Der zweite Abstand D2 zwischen dem linken und rechten Linsensystemkanal 38L, 38R wird insbesondere zwischen der linken optischen Achse LoA des linken Linsensystemkanals 38L und der rechten optischen Achse RoA des rechten Linsensystemkanals 38R gemessen. Der zweite Abstand D2 wird verändert, indem ein dritter Abstand D3 zwischen dem zweiten linken Prisma 56L und dem zentralen Umlenkprisma 54 und zwischen dem zweiten rechten Prisma 56R und dem zentralen Umlenkprisma 54 verändert wird. Gleichzeitig ist ein vierter Abstand D4 zwischen dem zweiten linken Prisma 56L und der linken Austrittslinse 58L und zwischen dem zweiten rechten Prisma 56R und der rechten Austrittslinse 58R der Prismeneinheit 46 veränderbar.
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5a) zeigt eine angenommene Ausgangssituation. In 5b) ist der dritte Abstand um den Betrag ΔD vergrößert. Dementsprechend ist der vierte Abstand D4 um den Betrag ΔD verringert. Im Ergebnis vergrößert sich der zweite Abstand D2 zwischen den Linsensystemkanälen 38L, 38R um den Betrag 2*ΔD. 5c) zeigt den umgekehrten Fall, in welchem der dritte Abstand D3 um den Betrag ΔD verringert ist. Entsprechend ist der vierte Abstand D4 um den Betrag ΔD vergrößert. Im Ergebnis wird so der zweite Abstand D2 zwischen den beiden Linsensystemkanälen 38L, 38R um den Betrag 2ΔD verringert.
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Durch die Variation des dritten und vierten Abstands D3, D4 ist es möglich, den zweiten Abstand D2 zwischen den beiden Linsensystemkanälen 38L, 38R flexibel auf die Größe der Bildsensoren 44L, 44R einzustellen.
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6 zeigt eine schematisch vereinfachte Ansicht der Anordnung des linken und rechten Bildsensors 44L, 44R im Endoskopschaft 6. Während 6a die Anordnung der beiden Bildsensoren 44L, 44R beispielhaft für ein Querformat zeigt, zeigt 6b) die Anordnung der beiden Bildsensoren 44L, 44R für ein Hochformat.
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Gemäß einem Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems 60, wie es beispielsweise 4 zeigt, und welches für ein Stereo-Videoendoskop 2 mit seitlicher Blickrichtung, wie es beispielhaft 1 zeigt, geeignet sein soll, wird zwischen einer distalen optischen Baugruppe 16 und einer proximalen optischen Baugruppe 18, wie sie beispielhaft aus den 2 und 3 bekannt ist, eine Prismeneinheit 46 angeordnet. In Abhängigkeit von der Größe der verwendeten Bildsensoren 44L, 44R wird der zweite Abstand D2 zwischen dem linken und den rechten Linsensystemkanal 38L, 38R durch Veränderung des dritten und vierten Abstands D3, D4, wie in 5a) bis 5c) erläutert, angepasst. Vorteilhaft wird diese Anpassung vorgenommen, ohne dass sich die optischen Eigenschaften des optischen Systems 60 verändern.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Stereo-Videoendoskop
- 4
- Handgriff
- 6
- Endoskopschaft
- 8
- distale Spitze
- 10
- Sichtfenster
- 12
- distaler Abschnitt
- 14
- Drehrad
- 16
- distale optische Baugruppe
- 18
- proximale optische Baugruppe
- 20
- Eintrittslinse
- 22
- äußere Oberfläche
- 24
- innere Oberfläche
- 26
- Ablenkeinheit
- 26a, 26b
- Grenzfläche
- 28
- teilverspiegeltes Prisma
- 30
- weiteres teilverspiegeltes Prisma
- 32
- Austrittslinse
- 34
- Blende
- 36a
- konkave Eintrittsfläche
- 36b
- konvexe Austrittsfläche
- 38L
- linker Linsensystemkanal
- 38R
- rechter Linsensystemkanal
- 40L, 40R
- Stablinse
- 42L, 42R
- Achromaten-Linsengruppe
- 44L, 44R
- Bildsensor
- 46
- Prismeneinheit
- 48L
- linke Linsengruppe
- 48R
- rechte Linsengruppe
- 50L
- linke Eintrittslinse
- 50R
- rechte Eintrittslinse
- 52L
- erstes linkes Prisma
- 52R
- erstes rechtes Prisma
- 54
- zentrales Umlenkprisma
- 56L
- zweites linkes Prisma
- 56R
- zweites rechtes Prisma
- 58L
- linke Austrittslinse
- 58R
- rechte Austrittslinse
- 60
- optisches System
- LoA
- linke optische Achse
- RoA
- rechte optische Achse
- A1
- vertikale Schwenkachse
- A2
- horizontale Schwenkachse
- D1
- erster Abstand
- D2
- zweiter Abstand der Linsensystemkanäle
- D3
- dritter Abstand
- D4
- vierter Abstand
