DE102017117374A1

DE102017117374A1 - Prismenanordnung für ein Stereo-Videoendoskop

Info

Publication number: DE102017117374A1
Application number: DE102017117374.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Wieters
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2019-02-07
Also published as: WO2019025166A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prismenanordnung (3) für ein Stereo-Videoendoskop mit zwei parallel zueinander geführten Lichtbündeln (6, 7) für eine stereoskopische Darstellung eines außerhalb des Stereo-Videoendoskops liegenden Bereichs, wobei die Prismenanordnung (3) ein erstes Prisma (4) zur Parallelverschiebung eines ersten Lichtbündels (6) und ein zweites Prisma (5) zur Parallelverschiebung eines zweiten Lichtbündels (7) umfasst, wobei das erste und zweite Prisma (4, 5) jeweils eine Eintrittsfläche (51) und eine Austrittsfläche (52) für ein Lichtbündel (6, 7) aufweisen.Durch die erfindungsgemäße Prismenanordnung (3) weist eine Verbindungslinie (11) der Zentren (8, 9) des ersten Lichtbündels (6) und des zweiten Lichtbündels (7) nach der Parallelverschiebung einen Winkel θ ≠ 0° zur Verbindungslinie (10) zwischen den Zentren (8, 9) der Lichtbündel (6, 7) vor der Parallelverschiebung auf, wobei insbesondere θ = 90° ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prismenanordnung für ein Stereo-Videoendoskop mit zwei parallel zueinander geführten Lichtbündeln für eine stereoskopische Darstellung eines außerhalb des Stereo-Videoendoskops liegenden Bereichs, wobei die Prismenanordnung ein erstes Prisma zur Parallelverschiebung eines ersten Lichtbündels und ein zweites Prisma zur Parallelverschiebung eines zweiten Lichtbündels umfasst, wobei das erste und zweite Prisma jeweils eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche für ein Lichtbündel aufweisen.
Die Erfindung betrifft zudem ein optisches System und ein Stereo-Videoendoskop.
Bei Untersuchungen und Operationen werden Endoskope eingesetzt, um dem operierenden Arzt eine Betrachtung des Körperinneren des Patienten zu ermöglichen. Für eine minimalinvasive Betrachtung sollte der Endoskopdurchmesser, also der maximale Durchmesser des Teils des Endoskops, das in das Körperinnere eingeschoben wird, möglichst klein sein.
Gleichzeitig ist es für den Arzt aber hilfreich, wenn die durch das Endoskop erzeugten Bilder einen Tiefeneindruck des Körperinneren vermitteln. Zu diesem Zweck werden Stereo-Videoendoskope eingesetzt, bei denen zwei Lichtbündel, die das Operationsfeld aus unterschiedlichen Blickwinkeln wiedergeben, mittels einer Optik auf Bildsensoren abgebildet werden. Die von den Bildsensoren aufgenommenen Bilder werden anschließend zu einem stereoskopischen Bild zusammengesetzt, das einem das Bild betrachtenden Anwender unter Verwendung geeigneter Wiedergabegeräte einen Tiefeneindruck vermittelt.
Der Tiefeneindruck eines Stereoskopbilds ist abhängig vom sogenannten Augenabstand. Durch einen größeren Augenabstand wird ein stärkerer Tiefeneindruck erzielt. Bei Stereo-Videoendoskopen entspricht der Augenabstand dem Abstand der Zentren der zwei Lichtbündel beim Eintritt in das optische System des Endoskops. Dieser Abstand wird begrenzt durch die sogenannte distale optische Baugruppe, die wiederum durch den Endoskopdurchmesser begrenzt wird.
Eine starke Begrenzung des Augenabstands tritt insbesondere bei Stereo-Videoendoskopen mit seitlicher Blickrichtung auf, wie sie beispielsweise in DE 10 2013 215 422 A1 offenbart ist. Das in DE 10 2013 215 422 A1 gezeigte Endoskop weist zur Umlenkung der Lichtbündel auf die optische Achse des Endoskops eine Umlenkprismengruppe auf. Um den Abstand der Zentren der Lichtbündel zu erhöhen, müsste die Umlenkprismengruppe und damit der Endoskopdurchmesser überproportional vergrößert werden, was für den Patienten unerwünscht ist.
Ist der Abstand der Zentren der einfallenden Lichtbündel jedoch zu klein, führt dies nicht nur zu einer Verringerung des Tiefeneindrucks. Das optische System eines Stereo-Videoendoskops umfasst eine sogenannte proximale optische Baugruppe mit ein oder zwei Linsensystemkanälen, die die Lichtbündel auf die Bildsensoren abbilden. Dazu wird in den Linsensystemkanälen der Durchmesser der Lichtbündel vergrößert. Liegen die Zentren der einfallenden Lichtbündel zu nahe beieinander, müssen Teile der Lichtbündel, beispielsweise mittels Blenden, abgeschnitten werden, damit die Lichtbündel nicht überlappen. Der abgeschnittene Teil der Lichtbündel kann somit nicht auf die Bildsensoren abgebildet werden, was einen Verlust an Bildinformationen zur Folge hat.
Ein zu kleiner Abstand der Zentren der Lichtbündel kann auch dazu führen, dass die Bildsensoren nicht nahe genug aneinander angeordnet werden können, um die Lichtbündel vollständig zu empfangen, was wiederum einen Verlust von Bildinformationen zur Folge hat.
In anderen Fällen ist der Abstand der Zentren der Lichtbündel hingegen so groß, dass durch die Anordnung der proximalen optischen Baugruppe und/oder der Bildsensoren entlang des Strahlengangs der Lichtbündel ein großer Platzbedarf im Endoskopschaft entsteht und somit ein größerer Endoskopdurchmesser gewählt werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Strahlengang der einfallenden Lichtbündel bei einem Stereo-Videoendoskop derart zu verändern, dass die proximale optische Baugruppe und/oder die Bildsensoren im Endoskopschaft platzsparend anordbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Prismenanordnung für ein Stereo-Videoendoskop mit zwei parallel zueinander geführten Lichtbündeln für eine stereoskopische Darstellung eines außerhalb des Stereo-Videoendoskops liegenden Bereichs, wobei die Prismenanordnung ein erstes Prisma zur Parallelverschiebung eines ersten Lichtbündels und ein zweites Prisma zur Parallelverschiebung eines zweiten Lichtbündels umfasst, wobei das erste und zweite Prisma jeweils eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche für ein Lichtbündel aufweisen, die dadurch weitergebildet ist, dass nach der Parallelverschiebung eine Verbindungslinie der Zentren des ersten Lichtbündels und des zweiten Lichtbündels einen Winkel θ ≠ 0° zur Verbindungslinie zwischen den Zentren der Lichtbündel vor der Parallelverschiebung aufweist, wobei insbesondere θ = 90° ist.
Durch die erfindungsgemäße Prismenanordnung werden also die Zentren der Lichtbündel so verschoben, dass die Verbindungslinie nach der Parallelverschiebung einen Winkel θ zur Verbindungslinie vor der Parallelverschiebung aufweist.
Dadurch ist es insbesondere möglich, ein Stereo-Videoendoskop zu konstruieren, das eine platzsparende Anordnung der Bildsensoren aufweist. Für einen Winkel von θ = 90° werden beispielsweise die Bildsensoren so angeordnet, dass die Verbindungslinie der Zentren der Bildsensoren senkrecht auf den langen Seitenkanten der Sensorflächen der Bildsensoren steht. Im Vergleich zu θ = 0°, also wenn die Verbindungslinie der Zentren der Bildsensoren senkrecht auf den kurzen Seitenkanten der Sensorflächen der Bildsensoren steht, kann die Einhüllende um die Bildsensoren bei θ = 90° kleiner sein. Bei einem gleichen Abstand der Mittelpunkte der Sensorflächen kann somit der Platzbedarf im Endoskopschaft geringer sein.
Vorzugsweise wird der Abstand des Zentrums des ersten Lichtbündels von dem Zentrum des zweiten Lichtbündels durch die Parallelverschiebung vergrößert oder verkleinert.
Durch eine Verkleinerung des Abstands der Zentren der Lichtbündel bei gleichzeitiger Parallelverschiebung mit θ ≠ 0° kann der Platzbedarf der Bildsensoren in einem Stereo-Videoendoskop noch stärker reduziert werden. Durch eine Vergrößerung des Abstands der Zentren der Lichtbündel bei gleichzeitiger Parallelverschiebung mit θ ≠ 0° ist hingegen eine Anordnung der Bildsensoren möglich, bei denen ein möglicher Verlust von Bildinformationen vermieden wird.
Insbesondere wird durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstands der Zentren der Lichtbündel auch der Abstand der Linsensystemkanäle der proximalen optischen Baugruppe vergrößert oder verkleinert. Dadurch sind die Linsensystemkanäle nebeneinander im Endoskopschaft anordbar, ohne dass es zu einem Verlust der Bildinformationen kommt oder der Endoskopdurchmesser vergrößert werden muss.
Vorzugsweise sind die Zentren des ersten und zweiten Lichtbündels nach der Parallelverschiebung symmetrisch zum Mittelpunkt der Zentren des ersten und zweiten Lichtbündels vor der Parallelverschiebung.
Vorzugsweise sind die Prismen Parallelepipede mit Seitenkanten a, b und c, wobei jeweils eine der durch die Seitenkanten b und c aufgespannten Flächen als Eintrittsfläche, die andere Fläche als Austrittsfläche und die durch die Seitenkanten a und b aufgespannten Flächen als Reflektionsflächen ausgebildet sind, wobei α ein Winkel zwischen den Seitenkanten b und c, β ein Winkel zwischen den Seitenkanten a und c und γ ein Winkel zwischen den Seitenkanten a und b ist, wobei α = γ = 90° und β ≠ 90° gilt. Ferner schließen vorzugsweise die Seitenkanten c der Prismen einen Winkel δ ≠ 0° mit der Verbindungslinie der Lichtbündel vor der Parallelverschiebung ein.
Vorzugsweise sind die durch die Seitenkanten a und b aufgespannten Reflektionsflächen der Prismen verspiegelt.
Vorzugsweise liegen die Prismen an jeweils einer der durch die Seitenkanten a und c aufgespannten Flächen aneinander an, insbesondere sind die Prismen an jeweils einer der durch die Seitenkanten a und c aufgespannten Flächen aneinander fixiert oder miteinander verbunden.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein optisches System für ein Stereo-Videoendoskop umfassend eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Prismenanordnung, eine distale optische Baugruppe, eine proximale optische Baugruppe und ein oder zwei Bildsensoren, wobei die Prismen der Prismenanordnung so in dem optischen System angeordnet sind, dass eine Normale auf die Eintrittsflächen parallel zu einer Längsachse des optischen Systems ausgerichtet ist.
Vorzugsweise umfasst das optische System einen ersten Bildsensor zum Empfang des ersten Lichtbündels und einen zweiten Bildsensor zum Empfang des zweiten Lichtbündels, wobei die Bildsensoren eine rechteckige Sensorfläche aufweisen, insbesondere die Seitenkanten der Sensorflächen ein Längenverhältnis von 16 zu 9 haben, und wobei die langen Seitenkanten der Sensorflächen parallel zu der Verbindungslinie der Lichtbündel vor der Parallelverschiebung angeordnet sind.
Alternativ umfasst das optische System einen einzelnen Bildsensor, wobei der Bildsensor eine erste Teilsensorfläche zum Empfang des ersten Lichtbündels und eine zweite Teilsensorfläche zum Empfang des zweiten Lichtbündels aufweist, wobei die Teilsensorflächen jeweils eine rechteckige Fläche aufweisen, insbesondere die Seitenkanten der Teilsensorflächen ein Verhältnis von 16 zu 9 haben, wobei die langen Seitenkanten der Teilsensorflächen parallel zu der Verbindungslinie der Lichtbündel vor der Parallelverschiebung angeordnet sind.
Vorzugsweise sind im optischen System in Eintrittsrichtung des Lichts hintereinander die distale optische Baugruppe, die Prismenanordnung, die proximale optische Baugruppe und zwei Bildsensoren angeordnet, wobei die proximale optische Baugruppe zwei Linsensystemkanäle zur Abbildung des ersten und zweiten Lichtbündels nach den Parallelverschiebungen auf jeweils eine Sensorfläche eines Bildsensors umfasst.
In einem solchen optischen System wird durch die erfindungsgemäße Prismenanordnung insbesondere eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstands der Linsensystemkanäle ermöglicht.
Alternativ sind vorzugsweise im optischen System in Eintrittsrichtung des Lichts hintereinander die distale optische Baugruppe, die proximale optische Baugruppe, die Prismenanordnung und die Bildsensoren angeordnet, wobei die proximale optische Baugruppe wenigstens einen Linsensystemkanal umfasst, wobei die Prismenanordnung zur Abbildung des ersten und zweiten Lichtbündels nach den Parallelverschiebungen auf jeweils eine Sensorfläche der Bildsensoren oder auf jeweils eine Teilsensorfläche des Bildsensors eingerichtet ist.
In diesem optischen System bildet die Prismenanordnung die Lichtbündel direkt auf die Bildsensoren ab. Insbesondere wird durch ein solches optisches System eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstands der Mittelpunkte der Sensorflächen der Bildsensoren ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Prismenanordnung synchron mit der proximalen optischen Baugruppe und den Bildsensoren um eine Längsachse des optischen Systems rotierbar.
Insbesondere ist eine solche Rotierbarkeit sinnvoll, wenn das erfindungsgemäße optische System Teil eines Stereo-Videoendoskops mit veränderbarer seitlicher Blickrichtung ist. Dabei wird insbesondre die distale optische Baugruppe gegenüber der proximalen optischen Baugruppe, der Prismenanordnung und der Bildsensoren gedreht, um die Blickrichtung zu verändern aber gleichzeitig den Horizont der Stereoskopbilder beizubehalten.
Die Aufgabe wird auch durch ein Stereo-Videoendoskop mit einem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen optischen System gelöst.
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.
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:

1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung in einer Schnittansicht,
2 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Prismas,
3 eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prismenanordnung,
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prismenanordnung in Blickrichtung einer Normale auf die Eintrittsflächen,
5 eine schematische Darstellung eines Bildsensors,
6 eine schematische Darstellung eines Bildsensors mit zwei Teilsensorflächen,
7 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Bildsensoren nach einer Parallelverschiebung durch eine erfindungsgemäße Prismenanordnung und
8 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Bildsensoren mit Randbereichen nach einer Parallelverschiebung durch eine erfindungsgemäße Prismenanordnung.

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.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Systems 2 eines Stereo-Videoendoskops mit seitlicher Blickrichtung in einer Schnittansicht. In Einfallsrichtung des Lichts umfasst das optische System 2 eine distale optische Baugruppe 13, eine erfindungsgemäße Prismenanordnung 3, eine proximale Baugruppe 14 und Bildsensoren 15, 16.
Im Folgenden werden die Strahlengänge der Lichtbündel 6, 7 durch das optische System beschrieben. In 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Strahlengänge der Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 dargestellt (als gestrichelte Pfeile). Die Schnittebene, also die Papierebene, von 1 ist so gewählt, dass die Verbindungslinie 10 der Zentren 8, 9 der in das optische System einfallenden Lichtbündel 6, 7 in der distalen optischen Baugruppe 13 parallel zu einer Normalen auf der Schnittebene liegt. In der distalen optischen Baugruppe 13 fallen die Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 in der Schnittzeichnung der 1 also aufeinander.
Die distale optische Baugruppe 13 lenkt die einfallenden Lichtbündel 6, 7 in eine Richtung parallel zu einer Längsachse 12 des optischen Systems 2 um. Durch die Prismenanordnung 3 werden die Lichtbündel 6, 7 in die Linsensystemkanäle 26, 27 der proximalen optischen Baugruppe 14 eingekoppelt. Die Linsensystemkanäle 26, 27 bilden die Lichtbündel 6, 7 schließlich auf die Sensorflächen 17 der Bildsensoren 15, 16 ab.
Die Prismenanordnung 3 besteht aus einem ersten Prisma 4 und einem zweiten Prisma 5, wobei jedes Prisma 4, 5 jeweils ein Lichtbündel 6, 7 in einen Linsensystemkanal 26, 27 einkoppelt. Die Linsensystemkanäle 26, 27 sind in dem in 1 gezeigten optischen System 2 übereinander angeordnet.
Es ist ferner eine Anordnung vorgesehen, bei der die Prismenanordnung 3 hinter der proximalen optischen Baugruppe 14 und vor den Bildsensoren 15, 16 angeordnet ist. Die Parallelverschiebung der Lichtbündel 6, 7 findet also erst nach der proximalen optischen Baugruppe 14 statt, wobei die Lichtbündel 6, 7 durch die Parallelverschiebung auf die bevorzugt übereinander angeordneten Bildsensoren 15, 16 abgebildet werden. In diesem Fall werden die Lichtbündel 6, 7 in der proximalen optischen Baugruppe 14 so geführt, dass die Ausrichtung der Verbindungslinie 10 der Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 in der proximalen optischen Baugruppe 14 parallel zur Ausrichtung in der distalen optischen Baugruppe 13 ist. In einem optischen System 2 mit dieser Anordnung würden die Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 also nicht nur in der distalen optischen Baugruppe 13, sondern auch in der proximalen optischen Baugruppe 14 aufeinander fallen, wenn das optische System 2 wie in 1 dargestellt würde. Die proximale Baugruppe 14 umfasst in diesem Fall entweder einen einzelnen Linsensystemkanal 26, 27 oder zwei Linsensystemkanäle 26, 27.
Unabhängig von der Position der Prismenanordnung 3 im optischen System 2 muss die Prismenanordnung 3 die Lichtbündel 6, 7 so parallelverschieben, dass die Verbindungslinie 11 der Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 nach der Parallelverschiebung einen Winkel θ ≠ 0° mit der Verbindungslinie 10 der Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 vor der Parallelverschiebung einschließt.
In 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Prismas 4, 5 gezeigt, mittels dessen eine solche Parallelverschiebung durchzuführbar ist.
Das Prisma 4, 5 hat die Form eines Parallelepipeds mit den Seitenkanten a, b und c, wobei α ein Winkel zwischen den Seitenkanten b und c, β ein Winkel zwischen den Seitenkanten a und c und γ ein Winkel zwischen den Seitenkanten a und b ist.
Für die Winkel gilt dabei α = γ = 90° und β ≠ 90°. Die durch die Seitenflächen a und b sowie b und c aufgespannten Flächen 51, 52, 53 haben also eine rechteckige Form, während die durch die Seitenkanten a und c aufgespannten Flächen 54 die Form eines Parallelogramms haben.
Der Strahlengang des Zentrums 8, 9 eines Lichtbündels 6, 7 durch das Prisma 4, 5 ist als gestrichelter Pfeil dargestellt. Das Lichtbündel 6, 7 tritt senkrecht durch eine Eintrittsfläche 51, die durch die Seitenkanten b und c aufgespannt wird, in das Prisma 4, 5 ein, wird an einer durch die Seitenkanten a und b aufgespannten Reflexionsfläche 53 reflektiert, wird anschließend an der anderen Reflexionsfläche 53 reflektiert und tritt schließlich senkrecht durch die durch die Seitenkanten b und c aufgespannte Austrittsfläche 52 aus dem Prisma 4, 5 aus.
Der Strahlengang des Lichtbündels 6, 7 vor dem Eintritt ist parallel zu dem Strahlengang des Lichtbündels 6, 7 nach dem Austritt. Durch das Prisma 4, 5 wird das Lichtbündel 6, 7 also parallelverschoben.
Die Längen der Seitenkanten a, b und c sowie die Größe des Winkels β in 2 und 3 sind zur besseren Darstellbarkeit gewählt und entsprechen nicht notwendigerweise den Längen a, b und c und der Größe des Winkels β bei den Prismen 4, 5 einer erfindungsgemäßen Prismenanordnung 3.
Die Anordnung der Prismen 4, 5 zueinander ist in 3 dargestellt. Die Eintrittsflächen 51 liegen in derselben Ebene und liegen insbesondere teilweise mit der Seitenkante c aneinander an. Die Austrittsflächen 52 liegen in einer Ebene, die zur Ebene der Eintrittsflächen 51 parallel ist.
Das zweite Prisma 5 ist so ausgerichtet, dass es einem ersten Prisma 4 entspricht, das um eine Spiegelachse gespiegelt wurde. Diese Spiegelachse ist senkrecht zur Eintrittsfläche 51 des ersten Prismas 4 und verläuft durch eine der Kanten c, an denen die Prismen aneinander anliegen.
In 4 ist eine schematische Darstellung der Prismenanordnung 3 gezeigt, bei der die Längsrichtung 12 des optischen Systems 2 senkrecht zur Papierebene ist. Die Eintrittsflächen 51 der Prismen 4, 5 liegen also in der Papierebene. Dabei sind die Eintrittsflächen 51 als Rechtecke mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die Austrittsflächen 52, die in einer Ebene hinter der Papierebene liegen, sind als gestrichelte Rechtecke dargestellt. Das Verhältnis der Längen der Seitenkanten b und c entspricht dabei nicht dem Verhältnis der Längen der Seitenkanten b und c in 2 und 3.
Die Lichtbündel 6, 7, die in die Prismen 4, 5 einfallen, sind in der Ebene der Eintrittsflächen 51 als durchgezogene Kreise und in der Ebene der Austrittsflächen 52 als gestrichelte Kreise dargestellt.
Die Seitenkanten c schließen mit der Verbindungslinie 10 den Winkel δ ein, welche die Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 in der Ebene der Eintrittsflächen 51 vor der Parallelverschiebung verbindet. In der Ebene der Austrittsflächen 52, also nach der Parallelverschiebung, sind die Zentren der 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 mit der Verbindungslinie 11 verbunden. Die Verbindungslinie 10 schließt mit der Verbindungslinie 11 den Winkel θ ein.
Die Richtungen der Parallelverschiebungen durch das erste Prisma 4 und das zweite Prisma 5 werden durch die Vektoren 62 und 63 angezeigt.
In 5 ist schematisch ein Bildsensor 15, 16 gezeigt, wobei die Längsachse 12 des optischen Systems 2 senkrecht zu der Papierebene ist. Der Bildsensor 15, 16 weist eine Sensorfläche 17 auf, die zur Umwandlung der empfangenden Lichtbündel 6, 7 in Bildinformationen ausgebildet ist. Bei der Sensorfläche 17 handelt es sich beispielsweise um einen CCD-Chip.
Die Sensorfläche weist eine lange Seitenkante 18 und eine kurze Seitenkante 19 auf, wobei die Seitenkanten 18, 19 insbesondere ein Verhältnis der Seitenlängen von 16 zu 9 haben. Dadurch können die von der Sensorfläche 17 erzeugten Bildinformationen ohne Verzerrung oder Bildabschnitt auf einem Ausgabegerät mit einem 16 zu 9 Seitenlängenverhältnis angezeigt werden.
Um die Sensorfläche 17 herum weist der Bildsensor 15, 16 bauartbedingt einen Randbereich 25 auf. Dieser Randbereich 25 ist nicht zum Empfang von Lichtbündeln 6, 7 ausgelegt.
Derartige Bildsensoren 15, 16 werden zumeist paarweise verwendet, um jeweils ein Lichtbündel 6, 7 zu empfangen, wie beispielsweise in 1 dargestellt.
In einer alternativen Ausführungsform kann aber auch nur ein Bildsensor 20 vorgesehen sein, der in 6 schematisch dargestellt ist. Der Bildsensor 20 umfasst eine Sensorfläche 17, die von einem Randbereich 25 umgeben ist. Die Sensorfläche 17 ist in zwei Teilsensorflächen 21, 22 unterteilt, die jeweils eine lange Seitenkante 18 und eine kurze Seitenkante 19 aufweisen und wobei die Teilsensorflächen 21, 22 entlang einer langen Seitenkante 18 aneinander anliegen. Jede der Teilsensorflächen 21, 22 ist zum Empfang jeweils eines Lichtbündels 6, 7 ausgelegt. Es kann auch ein nicht bildlich dargestellter Abstand zwischen den Teilsensorflächen 21, 22 vorgesehen sein, der nicht ausgelesen wird oder dessen Sensorsignale nicht dargestellt werden.
Beim Bildsensor 20 können die Lichtbündel 5, 6 somit dichter aneinander anliegen als bei zwei separaten Bildsensoren 15, 16, da kein oder nur ein geringer Randbereich 25 zwischen den Teilsensorflächen 21, 22 vorgesehen ist.
In 7 und 8 ist beispielhaft gezeigt, wie durch die erfindungsgemäße Prismenanordnung 3 eine platzsparende Anordnung der Bildsensoren 15, 16, 20 realisiert werden kann.
7 zeigt schematisch zwei mögliche Anordnungen der Bildsensoren 15, 16 in einem optischen System 2 eines Stereo-Videoendoskops. Die Anordnung der Bildsensoren 15, 16, die mit gestrichelten Linien dargestellt sind, entspricht der Anordnung nach dem Stand der Technik. Die Verbindungslinie 10 ist senkrecht zu den kurzen Seitenkanten 19.
Durch die Prismenanordnung 3 finden hingegen bei einem erfindungsgemäßen Stereo-Videoendoskop Parallelverschiebungen um die Vektoren 62, 63 statt, bevor die Lichtbündel 6, 7 auf die Bildsensoren 15, 16 treffen.
In dem Beispiel in 7 sind die Vektoren 62, 63 so gewählt, dass θ = 90° ist und die Länge der Verbindungslinie 10, 11 durch die Parallelverschiebung nicht verändert wird (angedeutet durch den gepunkteten Kreis). In diesem Fall sind die Bildsensoren 15, 16 (dargestellt durch Rechtecke mit durchgezogenen Linien) so angeordnet, dass die Verbindungslinie 11 senkrecht zu den langen Seitenkanten 18 ist.
Durch die rechteckige Form der Bildsensoren 15, 16 ist die Einhüllende 24 (durchgezogener Kreis) bei θ = 90° kleiner als die Einhüllende 23 (gestrichelter Kreis) bei θ = 0°. Durch die erfindungsgemäße Prismenanordnung 3 kann also eine platzsparendere Anordnung der Bildsensoren 15, 16 realisiert werden, auch wenn die Länge der Verbindungslinien 10, 11 der Zentren 8, 9 der Lichtbündel 6, 7 unverändert bleibt.
Der Länge der Verbindungslinie 11 kann auch durch die Parallelverschiebung zusätzlich verkleinert werden, um eine noch platzsparendere Anordnung der Bildsensoren 15, 16 zu realisieren.
Auch eine Vergrößerung der Länge der Verbindungslinie 11 ist möglich, beispielsweise um eine Überschneidung der Lichtbündel 6, 7 zu vermeiden oder genug Platz für die Anordnung der proximalen optischen Baugruppe 14 oder der Bildsensoren 15, 16 zu schaffen.
In 8 ist eine Anordnung der Bildsensoren 15, 16 gezeigt, bei denen die Randbereiche 25 der Bildsensoren 15, 16 aneinander anliegen. In der Anordnung nach dem Stand der Technik (gestrichelte Linien) liegen die Bildsensoren 15, 16 entlang der kurzen Seitenkanten 19 aneinander an. Eine Verkleinerung des Abstands der Mittelpunkte der Sensorflächen 17 ist mit einer Parallelverschiebung der Lichtbündel 6, 7 mit θ = 0° nicht möglich.
Durch eine Parallelverschiebung der Lichtbündel 6, 7 mit θ = 90° und gleichzeitiger Verkleinerung der Länge der Verbindungslinie 11 ist es jedoch möglich, eine Anordnung der Bildsensoren 15, 16 zu wählen, bei denen die Bildsensoren 15, 16 entlang der langen Seitenkanten 18 aneinander anliegen. Auf diese Weise wird eine Verkleinerung der Einhüllenden 24 im Vergleich zur Einhüllenden 23 ohne erfindungsgemäße Prismenanordnung 3 erreicht. Gleichzeitig wird der Abstand der Mittelpunkte der Sensorflächen 17 verkleinert.
Um eine weitere Verkleinerung der Einhüllenden 24 und des Abstands der Mittelpunkte der Sensorflächen 17 zu erreichen, können die Bildsensoren 16, 17 durch einen einzelnen Bildsensor 20 mit zwei Teilsensorflächen 21, 22 ersetzt werden. Auf diese Weise wird zusätzlich der Randbereich 25 zwischen den Sensorflächen eingespart.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
Bezugszeichenliste

2: Optisches System
3: Prismenanordnung
4: erstes Prisma
5: zweites Prisma
6: erstes Lichtbündel
7: zweites Lichtbündel
8: Zentrum
9: Zentrum
10: Verbindungslinie
11: Verbindungslinie
12: Längsachse
13: distale optische Baugruppe
14: proximale optische Baugruppe
15: erster Bildsensor
16: zweiter Bildsensor
17: Sensorfläche
18: lange Seitenkante
19: kurze Seitenkante
20: Bildsensor
21: erste Teilsensorfläche
22: zweite Teilsensorfläche
23: Einhüllende
24: Einhüllende
25: Randbereich
26: Linsensystemkanal
27: Linsensystemkanal
51: Eintrittsfläche
52: Austrittsfläche
53: Reflexionsfläche
54: Fläche
62: Vektor
63: Vektor
a: Seitenkante
b: Seitenkante
c: Seitenkante
θ: Winkel
α: Winkel
β: Winkel
γ: Winkel
δ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013215422 A1 [0006]

Claims

Prismenanordnung (3) für ein Stereo-Videoendoskop mit zwei parallel zueinander geführten Lichtbündeln (6, 7) für eine stereoskopische Darstellung eines außerhalb des Stereo-Videoendoskops liegenden Bereichs, wobei die Prismenanordnung (3) ein erstes Prisma (4) zur Parallelverschiebung eines ersten Lichtbündels (6) und ein zweites Prisma (5) zur Parallelverschiebung eines zweiten Lichtbündels (7) umfasst, wobei das erste und zweite Prisma (4, 5) jeweils eine Eintrittsfläche (51) und eine Austrittsfläche (52) für ein Lichtbündel (6, 7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Parallelverschiebung eine Verbindungslinie (11) der Zentren (8, 9) des ersten Lichtbündels (6) und des zweiten Lichtbündels (7) einen Winkel θ ≠ 0° zur Verbindungslinie (10) zwischen den Zentren (8, 9) der Lichtbündel (6, 7) vor der Parallelverschiebung aufweist, wobei insbesondere θ = 90° ist.
Prismenanordnung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Zentrums (8) des ersten Lichtbündels (6) von dem Zentrum (9) des zweiten Lichtbündels (7) durch die Parallelverschiebung vergrößert oder verkleinert wird.
Prismenanordnung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentren (8, 9) des ersten und zweiten Lichtbündels (6, 7) nach der Parallelverschiebung symmetrisch zum Mittelpunkt der Zentren (8, 9) des ersten und zweiten Lichtbündels (6, 7) vor der Parallelverschiebung sind.
Prismenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen (4, 5) Parallelepipede mit Seitenkanten a, b und c sind, wobei jeweils eine der durch die Seitenkanten b und c aufgespannten Flächen als Eintrittsfläche (51), die andere Fläche als Austrittsfläche (52) und die durch die Seitenkanten a und b aufgespannten Flächen als Reflektionsflächen (53) ausgebildet sind, wobei α ein Winkel zwischen den Seitenkanten b und c, β ein Winkel zwischen den Seitenkanten a und c und γ ein Winkel zwischen den Seitenkanten a und b ist, wobei α = γ = 90° und β ≠ 90° gilt.
Prismenanordnung (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten c der Prismen (4, 5) einen Winkel δ ≠ 0° mit der Verbindungslinie (10) der Lichtbündel (6, 7) vor der Parallelverschiebung einschließen.
Prismenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Seitenkanten a und b aufgespannten Reflektionsflächen (53) der Prismen verspiegelt sind.
Prismenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen (4, 5) an jeweils einer der durch die Seitenkanten a und c aufgespannten Flächen (54) aneinander anliegen, insbesondere aneinander fixiert oder miteinander verbunden sind.
Optisches System (2) für ein Stereo-Videoendoskop umfassend eine Prismenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, eine distale optische Baugruppe (13), eine proximale optische Baugruppe (14) und ein oder zwei Bildsensoren (15, 16, 20), wobei die Prismen (4, 5) der Prismenanordnung (3) so in dem optischen System (2) angeordnet sind, dass eine Normale auf die Eintrittsflächen (51) parallel zu einer Längsachse (12) des optischen Systems (2) ausgerichtet ist.
Optisches System (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (2) einen ersten Bildsensor (15) zum Empfang des ersten Lichtbündels (6) und einen zweiten Bildsensor (16) zum Empfang des zweiten Lichtbündels (7) umfasst, wobei die Bildsensoren (15, 16) eine rechteckige Sensorfläche (17) aufweisen, insbesondere die Seitenkanten (18, 19) der Sensorflächen (17) ein Längenverhältnis von 16 zu 9 haben, und wobei die langen Seitenkanten (18) der Sensorflächen (17) parallel zu der Verbindungslinie (10) der Lichtbündel (6, 7) vor der Parallelverschiebung angeordnet sind.
Optisches System (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (2) einen einzelnen Bildsensor (20) umfasst, wobei der Bildsensor (20) eine erste Teilsensorfläche (21) zum Empfang des ersten Lichtbündels (6) und eine zweite Teilsensorfläche (22) zum Empfang des zweiten Lichtbündels (7) aufweist, wobei die Teilsensorflächen (21, 22) jeweils eine rechteckige Fläche aufweisen, insbesondere die Seitenkanten (18, 19) der Teilsensorflächen ein Verhältnis von 16 zu 9 haben, wobei die langen Seitenkanten (18) der Teilsensorflächen (21, 22) parallel zu der Verbindungslinie (10) der Lichtbündel (6, 7) vor der Parallelverschiebung angeordnet sind.
Optisches System (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Eintrittsrichtung des Lichts hintereinander die distale optische Baugruppe (13), die Prismenanordnung (3), die proximale optische Baugruppe (14) und zwei Bildsensoren (15, 16) angeordnet sind, wobei die proximale optische Baugruppe (14) zwei Linsensystemkanäle (26, 27) zur Abbildung des ersten und zweiten Lichtbündels (6, 7) nach den Parallelverschiebungen auf jeweils eine Sensorfläche (17) eines Bildsensors (15, 16) umfasst.
Optisches System (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Eintrittsrichtung des Lichts hintereinander die distale optische Baugruppe (13), die proximale optische Baugruppe (14), die Prismenanordnung (3) und die Bildsensoren (15, 16, 20) angeordnet sind, wobei die proximale optische Baugruppe (14) wenigstens einen Linsensystemkanal (26, 27) umfasst, wobei die Prismenanordnung (3) zur Abbildung des ersten und zweiten Lichtbündels (6, 7) nach den Parallelverschiebungen auf jeweils eine Sensorfläche (17) der Bildsensoren (15, 16) oder auf jeweils eine Teilsensorfläche (21, 22) des Bildsensors (20) eingerichtet ist.
Optisches System (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismenanordnung (3) synchron mit der proximalen optischen Baugruppe (14) und den Bildsensoren (15, 16, 20) um eine Längsachse (12) des optischen Systems (2) rotierbar ist.
Stereo-Videoendoskop mit einem optischen System (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.