DE102017122556A1

DE102017122556A1 - Bildübertragungssystem für ein Endoskop, Endoskop sowie Relaislinsensystem

Info

Publication number: DE102017122556A1
Application number: DE102017122556.0A
Authority: DE
Inventors: Udo Nagele; Frank Doll; Rainer Hermle; Oliver Löffler; Stefan Rehbein; Walter Vogel; Uwe Wittke
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Bildübertragungssystem (5) für ein Endoskop umfasst ein oder mehrere Relaislinsensysteme (6, 7, 8), wobei das Bildübertragungssystem (5) einen abgeflachten Querschnitt aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Endoskop mit einem derartigen Bildübertragungssystem (5) sowie ein Relaislinsensystem (6, 7, 8) mit einem abgeflachten Querschnitt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildübertragungssystem für ein Endoskop, ein Endoskop mit einem derartigen Bildübertragungssystem sowie ein Relaislinsensystem für ein Endoskop.
Endoskope dienen zur Betrachtung von Hohlräumen im menschlichen oder tierischen Körper oder in technischen Gegenständen. Ein Endoskop umfasst typischerweise einen lang erstreckten Endoskopschaft, der zur Einführung in den zu betrachtenden Hohlraum geeignet ist, sowie einen Kopf, der Anschlüsse und Bedienelemente sowie einen Okulareinblick aufweisen kann. Innerhalb des Endoskopschafts und des Kopfs ist ein optisches System zur Aufnahme und Weiterleitung eines endoskopischen Bildes vom distalen, d.h. beobachterfernen, Ende des Endoskops zum proximalen, d.h. beobachternahen, Ende angeordnet. Das optische System umfasst hierfür insbesondere ein distalseitig angeordnetes Objektiv zur Aufnahme des endoskopischen Bilds und ein Bildübertragungssystem zur Übertragung des aufgenommenen Bilds zum proximalen Endbereich des Endoskops. Weiter kann das optische System eine proximalseitig angeordnete Okularoptik umfassen, die den Okulareinblick zur visuellen Betrachtung des weitergeleiteten endoskopischen Bildes aufweisen kann. Anstelle oder zusätzlich zur visuellen Betrachtung kann es vorgesehen sein, dass das weitergeleitete endoskopische Bild von einem elektronischen Bildsensor aufgenommen wird, der in oder anstelle der Okularoptik angeordnet ist oder in einer endoskopischen Kamera aufgenommen ist, die am Endoskopkopf angeschlossen werden kann. Das Endoskop kann insbesondere als starres Endoskop mit einem starren Endoskopschaft ausgebildet sein und als Bildübertragungssystem eine Stablinsenanordnung aufweisen, die etwa in einem innerhalb des Endoskopschafts angeordneten Optikrohr aufgenommen sein kann. Ferner können innerhalb des Endoskopschafts Beleuchtungslichtleiter verlaufen, um Beleuchtungslicht an das distale Ende des Endoskops zu transportieren, sowie ggf. weitere Vorrichtungen, wie etwa Kanäle für endoskopische Arbeitsinstrumente.
Endoskope der genannten Art, die auch als Endoskopoptik bezeichnet werden, sind beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 10 050 A1 bekannt. Die Stablinsen des Bildübertragungssystems haben dabei einen kreisförmigen Querschnitt, wie üblicherweise auch das Optikrohr und der Endoskopschaft. Derartige Endoskope sind in der Regel zur Beobachtung eines näherungsweise kreisförmigen Objektfelds in dem zu betrachtenden Hohlraum ausgelegt sowie zur Einführung in ein näherungsweise zylindrisches Lumen eines Schafts eines endoskopischen Instrumentensystems, beispielsweise in einen Resektoskopschaft.
Gemäß DE 10 2014 107 572 A1 umfasst ein Endoskopobjektiv mindestens eine Linse zur Erzeugung eines endoskopischen Bilds in einer Bildebene des Endoskopobjektivs, wobei die mindestens eine Linse in einer Linsenebene eine Kreisfläche einnimmt, bei der mindestens ein Kreissegment ausgespart ist. Ein Innenschaft umfasst einen distalen Endabschnitt, in dem optische Bauelemente des Endoskopobjektivs aufgenommen sind, und einen proximalen Abschnitt, der eine Mehrzahl von Relaislinsensystemen aufnimmt, wobei der proximale Abschnitt eine zylindrische Form hat, während der distale Endabschnitt zwei einander gegenüberliegende seitliche Abflachungen aufweist.
Bei Resektoskopen ist es erforderlich, eine Vielzahl von Kanälen innerhalb des Resektoskopschafts unterzubringen, wobei der Querschnitt des Resektoskopschafts aufgrund der Anwendung eng begrenzt ist und zugleich eine besonders große Schnittbreite der Schneidschlinge zur Gewebeabtragung unter endoskopischer Sicht ermöglicht werden soll. Hierfür ist eine abgeflachte Ausgestaltung eines Resektoskopschafts bekannt, beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 115 377.2 . Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bekannte Endoskopoptiken insbesondere für den Einsatz in einem derartigen Resektoskopschaft nicht optimal sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Bildübertragungssystem für ein Endoskop sowie ein entsprechendes Endoskop und ein Relaislinsensystem für ein Endoskop anzugeben, wobei das Endoskop insbesondere in verbesserter Weise für den Einsatz in einem Resektoskopschaft geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bildübertragungssystem gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Endoskop gemäß Anspruch 5 und ein Relaislinsensystem gemäß Anspruch 12 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Bildübertragungssystem ist als Bildübertragungssystem für ein Endoskop ausgebildet, das einen lang erstreckten, zur Einführung in einen Hohlraum im Inneren eines menschlichen oder tierischen Körpers oder auch eines technischen Gegenstands bemessenen Schaft aufweist. Im oder am distalen Ende des Schafts des Endoskops ist ein Objektiv angeordnet zur Erzeugung eines Bilds eines in dem Hohlraum befindlichen Objektfelds. Das Bildübertragungssystem ist zur Aufnahme im Schaft des Endoskops und zur Weiterleitung des vom Objektiv erzeugten Bilds in proximaler Richtung, insbesondere zu einem proximalen Endbereich des Endoskops, ausgebildet. Das Bildübertragungssystem, das auch als Bildweiterleiter bezeichnet wird, umfasst ein oder mehrere Relaislinsensysteme, die vorzugsweise jeweils eine oder mehrere Stablinsen aufweisen können. Das Endoskop kann weiterhin eine Okularoptik aufweisen, die ein Okular umfasst, durch welches ein Benutzer das vom Bildübertragungssystem weitergeleitete Bild betrachten kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das weitergeleitete Bild von einem elektronischen Bildsensor aufgenommen wird. Das Objektiv und das Bildübertragungssystem sowie ggf. die Okularoptik bilden zusammen das abbildende optische System des Endoskops, das auch kurz als „optisches System“ des Endoskops bezeichnet wird.
Erfindungsgemäß weist das Bildübertragungssystem einen abgeflachten Querschnitt auf. Dies bedeutet, dass in einer Ebene, die näherungsweise senkrecht zur optischen Achse des Bildübertragungssystems bzw. des optischen Systems steht, das Bildübertragungssystem eine abgeflachte Querschnittsfläche hat und entsprechend eine abgeflachte Außenkontur. Die Querschnittsfläche des Bildübertragungssystems kann eine kurze und eine lange Querachse aufweisen, die senkrecht aufeinander stehen können und wobei die lange Querachse länger als die kurze Querachse ist. Insbesondere ist das Bildübertragungssystem insgesamt im Wesentlichen in Form einer Säule ausgebildet, die eine nicht-kreisförmige, abgeflachte Grundfläche hat. Insbesondere ist die Umfangsfläche des Bildübertragungssystems nicht zylindrisch, sondern im Querschnitt abgeflacht. Das Bildübertragungssystem kann in einem langerstreckten Optikrohr aufgenommen sein, das ebenfalls einen abgeflachten Querschnitt haben kann.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass bei vielen endoskopischen Anwendungen, bei denen kein kreisförmiges Sichtfeld benötigt wird, eine nicht-kreisförmige, insbesondere abgeflachte Querschnittsform des Bildübertragungssystems eine bessere Ausnutzung des begrenzten Bauraums im Schaft des Endoskops und/oder ein der Anwendung besser angepasstes Bildfeld ermöglicht als ein Bildübertragungssystem mit kreisförmigem Querschnitt bzw. zylindrischer Form. Insbesondere kann hierdurch im Vergleich mit einem Bildübertragungssystem mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche, deren Durchmesser der langen Querachse des abgeflachten Bildübertragungssystems entspricht, zusätzlicher Bauraum gewonnen werden und somit insbesondere der begrenzte Raum innerhalb des Schafts besser ausgenutzt werden. Ein etwaiger Helligkeitsverlust kann dabei durch entsprechende Anpassung der Relaislinsensysteme, beispielsweise durch Verwendung kürzerer Stablinsen mit kleineren Krümmungsradien sowie ggf. den Einsatz eines oder mehrerer zusätzlicher Relaislinsensysteme, ausgeglichen werden. Weiterhin kann im Vergleich zu einem Bildübertragungssystem mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Durchmesser der kurzen Querachse des abgeflachten Bildübertragungssystem entspricht, ein größeres Bildfeld erzielbar sein, das dadurch der jeweiligen Anwendung, die kein kreisförmiges Sichtfeld erfordert, besser angepasst sein kann. Insbesondere kann durch die Beschränkung auf ein der jeweiligen Anwendung angepasstes abgeflachtes Bildfeld eine Beeinträchtigung der Beobachtung durch außerhalb des relevanten Sichtfelds entstehende Reflexe oder Streulicht vermieden werden.
Vorzugsweise hat das Bildübertragungssystem einen ovalen bzw. flach-ovalen, einen zumindest näherungsweise elliptischen oder einen zumindest näherungsweise rechteckigen Querschnitt. Die Querschnittsfläche des Bildübertragungssystems kann beispielsweise auch eine Kreisfläche sein, bei der mindestens ein Kreissegment ausgespart ist. Das Bildübertragungssystem kann somit die Form einer Säule mit ovaler, näherungsweise elliptischer oder näherungsweise rechteckiger Grundfläche haben bzw. als Zylinder, bei dessen Grundfläche mindestens ein Kreissegment ausgespart ist, geformt sein. Vorzugsweise sind die Querschnittsform und -größe über die gesamte Länge des Bildübertragungssystem gleich, und eine kurze und eine lange Achse der Querschnittsfläche haben über die gesamte Länge des Bildübertragungssystems dieselbe Richtung. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden insbesondere die genannten Querschnittsformen als „abgeflacht“ bezeichnet. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Bildübertragungssystems kann eine besonders günstige Ausnutzung des verfügbaren Bauraums innerhalb des Schafts des Endoskops bzw. des Resektoskops und/oder eine in vielen Anwendungen besonders günstige Wahl des Sichtfelds erreicht werden.
Vorzugsweise weist das Bildübertragungssystem mindestens eine Aperturblende mit einer kreisförmigen Öffnung auf. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung kann dabei im Wesentlichen einer kurzen Achse der Querschnittsfläche des Bildübertragungssystems entsprechen. Hierdurch kann eine kreisförmige Pupille definiert werden, wodurch beispielsweise eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bilds erreichbar ist. Die Aperturblende kann in vorteilhafter Weise beispielsweise in der Mitte des Bildübertragungssystems angeordnet sein. In besonders vorteilhafter Weise kann das Bildübertragungssystem zu einer Mittelebene, die senkrecht auf der optischen Achse steht, symmetrisch aufgebaut sein, und die Aperturblende in der Mittelebene angeordnet sein. Hierdurch kann zudem eine Verringerung der Abbildungsfehler erreichbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Aperturblende in einer anderen Querebene, die etwa mittig zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zwischenbildebenen liegt, angeordnet sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bildübertragungssystem mindestens eine Bildfeldblende mit einer abgeflachten Öffnung auf. Die Bildfeldblende ist zumindest näherungsweise in einer Zwischenbildebene angeordnet. Die Öffnung der Bildfeldblende kann insbesondere oval bzw. flach-oval, zumindest näherungsweise elliptisch oder zumindest näherungsweise rechteckig geformt sein. In besonders bevorzugter Weise entspricht die abgeflachte Öffnung der mindestens einen Bildfeldblende der Querschnittsfläche des Bildübertragungssystems im Wesentlichen in ihrer Größe, wobei eine kurze Querachse der Öffnung parallel zur kurzen Querachse der Querschnittsfläche des Bildübertragungssystems und die lange Querschnittsachse der Öffnung parallel zur langen Querschnittsachse des Bildübertragungssystems gerichtet ist, und kann zudem näherungsweise die gleiche Form haben. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Anpassung des Bildfelds an die jeweilige Anwendung sowie eine Verringerung von Reflexen oder Streulicht erreicht werden.
In vorteilhafter Weise kann die Aperturblende und/oder die Bildfeldblende zugleich als Abstandshalter zwischen zwei im Strahlengang aufeinander folgenden Linsen des Bildübertragungssystems, beispielsweise zwischen aufeinander folgenden Stablinsen, ausgebildet sein und die für die mechanische Stabilität notwendige Wandstärke aufweisen.
Ein erfindungsgemäßes Endoskop umfasst einen lang erstreckten Schaft, der zur Einführung in einen körperinneren Hohlraum eines menschlichen oder tierischen Körpers oder auch in einen Hohlraum eines technischen Gegenstands ausgebildet ist. Insbesondere kann der Schaft des Endoskops ausgebildet sein, um in einen Resektoskopschaft eingeführt zu werden. Das erfindungsgemäße Endoskop weist ein optisches System mit einem Objektiv und einem Bildübertragungssystem auf. Dabei ist im Schaft des Endoskops ist in einem distalen Endbereich das Objektiv aufgenommen, das ein Bild eines Objektfelds erzeugt, und das Bildübertragungssystem ist im Schaft zur Übertragung des vom Objektiv erzeugten Bilds zum proximalen Endbereich des Endoskops angeordnet. Das Bildübertragungssystem kann ein oder mehrere Relaislinsensysteme umfassen. Das Endoskop kann weiterhin einen Endoskopkopf aufweisen, der mit dem proximalen Ende des Schafts verbunden ist und in den das proximale Ende des Bildübertragungssystems hineinreichen kann. Im Endoskopkopf kann auch eine Okularoptik aufgenommen sein.
Erfindungsgemäß weist das Bildübertragungssystem einen abgeflachten Querschnitt auf. Insbesondere ist das Bildübertragungssystem wie oben beschrieben ausgebildet. Das Bildübertragungssystem kann in einem langerstreckten Optikrohr aufgenommen sein, das ebenfalls einen abgeflachten Querschnitt haben kann und das sich in dem Schaft des Endoskops erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich das Objektiv innerhalb einer geraden Fortsetzung der Umfangsfläche des Bildübertragungssystems in distaler axialer Richtung. Besonders bevorzugt weist auch das Objektiv einen abgeflachten Querschnitt auf, der dem des Bildübertragungssystems entsprechen kann.
Ein erfindungsgemäßes Endoskop kann durch die bessere Ausnutzung des Bauraums, die durch das Bildübertragungssystem mit abgeflachtem Querschnitt erreichbar ist, beispielsweise mit einem besonders kleinen Außendurchmesser ausgebildet sein und/oder ein besonders großes, der jeweiligen Anwendung angepasstes, nicht-kreisförmiges Sichtfeld ermöglichen. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung des Endoskops in einem Resektoskop vorteilhaft, insbesondere wenn dieses einen abgeflachten Schaft aufweist, in den das Endoskop eingesetzt werden kann. Ein entsprechendes Resektoskop mit einem abgeflachten Schaft ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 115 377.2 beschrieben, welche diesbezüglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
In vorteilhafter Weise kann der Schaft des Endoskops einen abgeflachten Querschnitt aufweisen, der an den abgeflachten Querschnitt des Bildübertragungssystems angepasst ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn auch das Objektiv sich innerhalb einer geraden Fortsetzung der Umfangsfläche des Bildübertragungssystems erstreckt oder den gleichen abgeflachten Querschnitt wie das Bildübertragungssystem hat. Dadurch, dass der Endoskopschaft einen abgeflachten Querschnitt hat, kann beispielsweise eine besonders günstige Raumausnutzung in einem Resektoskopschaft, in den der Schaft des Endoskops eingeschoben werden kann, erreicht werden, wobei etwa der Spülkanal ein größeres Lumen haben kann.
Vorzugsweise ist eine kurze Achse des Querschnitts des Schafts des Endoskops parallel zu einer kurzen Achse des Querschnitts des Bildübertragungssystems gerichtet; entsprechendes gilt für die jeweiligen langen Querachsen. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass eine Querschnittskontur des Endoskopschafts näherungsweise die gleiche Form hat wie die des Bildübertragungssystems, und Form und Größe der Querschnittsfläche des Schafts näherungsweise über die Länge des Schafts gleichbleibend sind. Hierdurch kann eine besonders günstige Raumausnutzung innerhalb des Endoskopschafts und ein für die Anwendung des Endoskops günstiger abgeflachter Querschnitt des Schafts ermöglicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Objektiv als Schrägblickobjektiv mit einem abgeflachten, insbesondere ovalen oder elliptischen Sichtfeld ausgebildet, wobei weiter vorzugsweise die Blickrichtung, eine kurze Achse des Bildfelds, die kurze Querachse des Bildübertragungssystems und die optische Achse des Bildübertragungssystems in einer gemeinsamen Ebene liegen. Ein derartiges Sichtfeld kann insbesondere für die Verwendung des Endoskops in einem Resektoskop angepasst sein, wobei die Beobachtung der Resektoskopschlinge über den gesamten Verstellweg der Schlinge ermöglicht wird. Ein entsprechendes Resektoskop, bei dem ein abgeflachtes Sichtfeld vorteilhaft ist, ist beispielsweise in der oben genannten Anmeldung DE 10 2017 115 377.2 beschrieben. Insbesondere kann durch die Beschränkung auf ein derartiges, der Anwendung angepasstes nicht-kreisförmiges Bildfeld eine Beeinträchtigung der Beobachtung durch außerhalb des relevanten Sichtfelds entstehende Reflexe oder Streulicht vermieden werden. Eine Blickrichtung eines geeigneten Schrägblickobjektivs kann beispielsweise um etwa 25° schräg zur optischen Achse stehen und ein Öffnungswinkel kann beispielsweise etwa 60° betragen.
Wie oben erwähnt, kann das Bildübertragungssystem eine oder mehrere Aperturblenden mit einer kreisförmigen Öffnung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Objektiv eine Aperturblende umfasst, wobei die Aperturblende vorzugsweise eine kreisrunde Öffnung hat. Sofern das Objektiv einen abgeflachten Querschnitt hat, kann der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung im Wesentlichen einer kurzen Achse der Querschnittsfläche des Objektivs entsprechen, die gleich der des Bildübertragungssystems sein kann. Auch hierdurch kann eine kreisförmige Pupille definiert werden, wodurch beispielsweise eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bilds erreichbar ist.
Wie oben beschrieben, kann das Bildübertragungssystem eine oder mehrere Bildfeldblenden mit jeweils einer abgeflachten Öffnung haben. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Objektiv und/oder eine Okularoptik des Endoskops mindestens eine Bildfeldblende aufweist. Die Bildfeldblende ist vorzugsweise in oder nahe einer Bildebene des Objektivs bzw. der letzten Zwischenbildebene, in welche das vom Objektiv erzeugte Bild durch das Bildübertragungssystem weitergeleitet wird, angeordnet. Die Öffnung der Bildfeldblende kann insbesondere oval bzw. flach-oval, zumindest näherungsweise elliptisch oder zumindest näherungsweise rechteckig geformt sein. In besonders bevorzugter Weise ist eine kurze Querachse der Öffnung der mindestens einen Bildfeldblende des Objektivs bzw. der Okularoptik parallel zur kurzen Querachse der Querschnittsfläche des Bildübertragungssystems gerichtet, und zudem kann die abgeflachte Öffnung der Bildfeldblende näherungsweise wie die Querschnittsfläche des Bildübertragungssystems geformt sein. Auch hierdurch kann auf einfache Weise eine Anpassung des Bildfelds an die jeweilige Anwendung sowie eine Verringerung von Reflexen oder Streulicht erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Endoskop ein elektronischer Bildsensor mit einer rechteckigen lichtempfindlichen Fläche drehfest zugeordnet, insbesondere ist der elektronische Bildsensor bezüglich einer Rotation um die optische Achse des Bildübertragungssystems drehfest im Endoskopkopf angeordnet oder in einer endoskopischen Kamera aufgenommen, die drehfest an das Endoskop, beispielsweise an den Okulareinblick, angeschlossen werden kann. Dabei ist die Drehposition des Bildsensors derart bestimmt, dass eine kurze Kante der lichtempfindlichen Fläche des Bildsensors parallel zu einer kurzen Querachse des Bildübertragungssystems und eine lange Kante parallel zu einer langen Querachse des Bildübertragungssystems gerichtet ist. In weiter bevorzugter Weise kann es vorgesehen sein, dass das in der Bildebene des Endoskopobjektivs erzeugte und vom Bildübertragungssystem übertragene Bild im Wesentlichen dem Format des Bildsensors entspricht. Hierdurch kann eine besonders günstige Ausnutzung der lichtempfindlichen Fläche des Bildsensors, die beispielsweise ein Kantenverhältnis von 16:9 haben kann, zur Aufnahme des vom Bildübertragungssystem übertragenen Bilds, das ein abgeflachtes Sichtfeld abbildet, erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßes Relaislinsensystem umfasst eine oder mehrere Stablinsen und kann weitere Bauelemente umfassen, etwa Abstandshalter und/oder Blenden. Das Relaislinsensystem ist zur Aufnahme in einem Schaft bzw. einem Optikrohr eines Endoskops ausgebildet und dient zur Übertragung eines Bilds von einer Zwischenbildebene in die nächste Zwischenbildebene, wobei das Bild umgekehrt abgebildet wird; Relaislinsensysteme werden daher auch als „Umkehrsysteme“ bezeichnet. Die Stablinsen können Einzellinsen sein oder aus mehreren miteinander verkitteten Linsenelementen bestehen.
Erfindungsgemäß weist das Relaislinsensystem einen abgeflachten Querschnitt auf, d.h. die eine oder mehreren Stablinsen haben einen abgeflachten Querschnitt und das Relaislinsensystem, das die Stablinse oder die Stablinsen sowie ggf. weitere Bauelemente umfasst, hat insgesamt den abgeflachten Querschnitt. Insbesondere umfasst das oben beschriebene Bildübertragungssystem ein oder mehrere derartige Relaislinsensysteme mit abgeflachtem Querschnitt bzw. ist aus diesen aufgebaut, und der abgeflachte Querschnitt des Relaislinsensystems bzw. der Relaislinsensysteme ist der gleiche wie der des oben beschriebenen Bildübertragungssystems.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Relaislinsensystem mindestens eine Blende mit kreisförmiger Öffnung auf, wobei das Relaislinsensystem weiter vorzugsweise symmetrisch zur Blende aufgebaut ist. Ein derartiges Relaislinsensystem kann beispielsweise in der Mitte eines insgesamt symmetrisch aufgebauten Bildübertragungssystems angeordnet sein, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bilds erreicht werden kann und Abbildungsfehler verringert werden können.
In bevorzugter Weise weist das Relaislinsensystem mindestens einen Abstandshalter mit einer abgeflachten Öffnung auf, wobei die Form und Größe der Öffnung weiter vorzugsweise an die abgeflachte Querschnittsform des Relaislinsensystems angepasst sind. Ein derartiger Abstandshalter kann innerhalb des Relaislinsensystems angeordnet sein oder in einem Bildübertragungssystem, das eine Mehrzahl an Relaislinsensystemen umfasst, den Abstand zu einem im Strahlengang vorangehenden oder nachfolgenden Relaislinsensystem definieren und nahe oder in einer Zwischenbildebene angeordnet sein; der Abstandshalter kann dabei zugleich als Bildfeldblende mit abgeflachter Öffnung dienen, die ein abgeflachtes Bildfeld definiert. Hierdurch können außerhalb des Bildfelds entstehende Reflexe oder Streulicht vermieden werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnung. Es zeigen:

1 das optische System eines Endoskops gemäß dem Stand der Technik;
2a bis 2d ein Bildübertragungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Gesamt- und mehreren Teilansichten;
3a bis 3c das Bildübertragungssystem des Ausführungsbeispiels gemäß 2a bis 2d in drei unterschiedlichen Schnittansichten;
4a und 4b, 5a und 5b sowie 6a und 6b das Bildübertragungssystem des Ausführungsbeispiels gemäß 2a bis 2d jeweils in einem Teil-Längsschnitt und einem entsprechenden Querschnitt;
7 exemplarisch vier unterschiedliche Querschnittsformen erfindungsgemäßer Bildübertragungssysteme;
8 und 9 jeweils eines Querschnitt durch einen Schaft eines Endoskops gemäß zwei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung.

In 1 ist schematisch das optische System 1 eines Endoskops gemäß dem Stand der Technik gezeigt, das drei Teilsysteme umfasst, nämlich das Objektiv 2, das Bildübertragungssystem 3 und die Okularoptik 4. Das Objektiv 2 ist im distalen Endbereich des Schafts eines nicht dargestellten Endoskops angeordnet und dient zur Erzeugung eines ersten Zwischenbilds eines körperinneren Objektfelds. Der Bildübertragungssystem 3 überträgt das erste Zwischenbild über eine Mehrzahl von Zwischenabbildungen in proximaler Richtung bis zur Okularoptik 4. In 1 sind die Stablinsen, aus denen die Relaislinsensysteme des Bildübertragungssystems 3 aufgebaut sind, die die Zwischenabbildungen bewirken, angedeutet. Die Okularoptik 4 ermöglicht eine visuelle Betrachtung des vom Bildübertragungssystem 3 weitergeleiteten Bilds des Objektfelds. Wie in 1 angedeutet ist, hat das Bildübertragungssystem 3 gemäß dem Stand der Technik einen kreisförmigen Querschnitt und ist im Wesentlichen zylindrisch geformt, ebenso wie das Objektiv 2.
In den 2a bis 6b ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bildübertragungssystems in unterschiedlichen Ansichten und Schnitten gezeigt.
Wie in 2a in einer Schrägansicht dargestellt ist, umfasst das Bildübertragungssystem 5 eine Mehrzahl von im Strahlengang hintereinander angeordneten Relaislinsensystemen 6, 7, 8, die jeweils ein Zwischenbild in ein nachfolgendes, umgekehrtes Zwischenbild abbilden. Jedes Relaislinsensystem 6, 7, 8 umfasst zwei Stablinsen 9, 9', 10, 10' und 11, 11', die in jedem Relaislinsensystem 6, 7, 8 symmetrisch zueinander ausgebildet und angeordnet sind. Die Stablinsen 9, 9', 10, 10', 11, 11' bestehen jeweils aus mehreren miteinander verkitteten Linsenelementen. Zwischen den Relaislinsensystemen 6, 7, 8 sind zwei Abstandshalter 12, 13 angeordnet. Ferner umfasst das mittlere Relaislinsensystem 7 eine Blende 14, und die beiden weiteren Relaislinsensysteme 6, 8 weisen jeweils eine Blende 15 auf. Insgesamt ist das Bildübertragungssystem 5 symmetrisch zu dem mittleren Relaislinsensystem 7 bzw. zur Blende 14 ausgebildet, wobei die Stablinsen 9, 11, bzw. 9', 11' der beiden anderen Relaislinsensysteme 6, 8 jeweils in gespiegelter Form einander entsprechen. Wie in 2a gezeigt ist, ist das Bildübertragungssystem 5 insgesamt in Form einer Säule mit abgeflachter Grundfläche und entsprechend abgeflachten Querschnitten ausgebildet, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die abgeflachte Form der Säule aus einer zylindrischen Form durch Abtragung bzw. Aussparung zweier gegenüberliegender Segmente entstanden ist.
In 2b bis 2d sind unterschiedliche Teilabschnitte des Bildübertragungssystems 5 in vergrößerten Ansichten gezeigt, wobei die entsprechenden Teilabschnitte in 2a mit X, Y, Z bezeichnet sind. Innerhalb des Abstandshalters 12 liegt eine Zwischenbildebene; dieser wirkt daher zugleich als Bildfeldblende, wobei die Öffnung des Abstandshalters 12, die das Bildfeld definiert, näherungsweise der abgeflachten Außenkontur des Bildübertragungssystems 5 angepasst ist (s. 2c). In entsprechender Weise ist der weitere Abstandshalter 13 ausgebildet, innerhalb dessen eine weitere Zwischenbildebene liegt. Die Blende 14 weist eine kreisförmige Öffnung auf, deren Durchmesser annähernd der kurzen Querachse des Bildübertragungssystems 5 entspricht (2d). Die Blende 14 ist in der Symmetrieebene des Bildübertragungssystems 5 angeordnet und wirkt als Aperturblende. Bei dem Querschnitt X ist eine weitere Blende 15 angeordnet, die ebenfalls eine abgeflachte Öffnung hat (2b).
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Bildübertragungssystem 5 drei Relaislinsensysteme, es können aber auch beispielsweise nur eines oder auch mehr als drei Relaislinsensysteme vorhanden sein. Wenn das Bildübertragungssystem 5 in einem Endoskop eingesetzt ist, ist im Strahlengang vorangehend ein Objektiv angeordnet, und nachfolgend kann eine Okularoptik vorgesehen sein, wobei das Objektiv wie das in 1 gezeigte Objektiv 2 oder ebenfalls abgeflacht ausgebildet sein kann, und die Okularoptik beispielsweise wie die in 1 gezeigte Okularoptik 4 ausgestaltet sein kann. Das Relaislinsensystem 6 vermittelt eine Abbildung aus der Bildebene des Objektivs in die Zwischenbildebene bei Y, das Relaislinsensystem 7 die Abbildung in die Zwischenbildebene in dem Abstandshalter 13 und das Relaislinsensystem 8 die Abbildung in die letzte Zwischenbildebene, auf die die Okularoptik 4 folgt. Im Vergleich zu dem Bildübertragungssystem 3 gemäß dem Stand der Technik, das in 1 gezeigt ist, sind die Relaislinsensysteme 6, 7, 8 des Bildübertragungssystems 5 zur Erhaltung der gleichen Helligkeit des übertragenen Bilds angepasst worden, wobei mehr Relaislinsensysteme als die dargestellten drei vorgesehen sein können, insbesondere auch mehr als in 1 angedeutet. Die optisch wirksamen Linsenflächen können sphärische Flächen sein.
In 3a bis 3c ist das Bildübertragungssystem 5 in einem Querschnitt (3a) und in zwei senkrecht zueinander stehenden Längsschnitten (3b, 3c) dargestellt. Wie in 3a zu erkennen ist, hat das Bildübertragungssystem 5 einen abgeflachten Querschnitt, der aus einem kreisförmigen Querschnitt durch Abtragung von zwei gegenüberliegenden Segmenten entsteht, wobei die kurze Querachse in einer senkrechten Längsmittelebene und die lange Querachse in einer waagrechten Längsmittelebene liegt. 3b zeigt den Längsschnitt in der senkrechten Längsmittelebene (A-A in 3a), während 3c den Längsschnitt in der waagrechten Längsmittelebene zeigt (B-B in 3b).
In den 4a bis 6b sind jeweils ein vergrößerter Längsschnitt und ein vergrößerter Querschnitt bei X, Y, Z (siehe 2a) dargestellt. Wie in 4a und in dem Querschnitt C-C (4b) gezeigt, ist bei X die Blende 15 angeordnet, die eine der Außenkontur des Bildübertragungssystems 5 angepasste Öffnung 16 hat. Die äußere Kontur der Blende 15 entspricht der Querschnittskontur des Bildübertragungssystems 5, die oben und unten Abflachungen aufweist. Die Blende 15 wirkt auch als Abstandshalter zwischen den Stablinsen 9, 9'. Die Blende 15 dient zur Reduzierung von Reflexionen und Streulicht und kann ggf. entfallen.
Wie in 5a und in 5b im Querschnitt D-D (s. 5a) gezeigt, definiert der Abstandshalter 12, dessen Öffnung 17 der abgeflachten Außenkontur des Bildübertragungssystems 5 angepasst ist, einen Luftabstand zwischen den Stablinsen 9', 10. Da die Ebene D-D eine Zwischenbildebene ist, wirkt der Abstandshalter 12 zugleich als Bildfeldblende, wobei die abgeflachte Öffnung 17 ein abgeflachtes Bildfeld definiert. Der weitere Abstandshalter 13 ist in gleicher Weise ausgebildet.
In 6a und 6b ist der Bereich um die Mittelebene vergrößert dargestellt. In der Mittelebene (E-E in 6a) ist die Blende 14 angeordnet, deren Außenkontur der Außenkontur des Bildübertragungssystems 5 entspricht und die eine kreisförmige Blendenöffnung 18 hat. Die Blende 14 wirkt als Aperturblende, die eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bilds bewirkt. Die Blende 14 dient auch selbst als Abstandshalter zwischen den Stablinsen 10, 10', die jeweils aus mehreren Linsenelementen bestehen.
Die in den 2a bis 6b beispielhaft gezeigte Querschnittsform des Bildübertragungssystems geht aus einem kreisförmigen Querschnitt durch ober- und unterseitige Abflachungen hervor. Einige alternative Querschnittsformen sind in 7 dargestellt. Solche Querschnittsformen des Bildübertragungssystems sind insbesondere näherungsweise rechteckige oder ovale Formen. In entsprechender Weise kann beispielsweise die Öffnung 17 des als Bildfeldblende wirkenden Abstandshalters 12 ausgestaltet sein.
In 8 ist beispielhaft ein Querschnitt durch einen Schaft 20 eines Endoskops mit einem Bildübertragungssystem 5, das wie in den 2a bis 6b gezeigt ausgebildet ist, dargestellt. Das Außenrohr 19 des Schafts 20 weist einen an die Querschnittskontur des Bildübertragungssystems 5 angepassten, ebenfalls abgeflachten Querschnitt auf. Das Bildübertragungssystem 5 ist in dem Außenrohr 19 aufgenommen, wobei in einem Zwischenraum 21 zwischen dem Bildübertragungssystem 5 und dem Außenrohr 19 die Lichtleiter des Beleuchtungssystems geführt sind.
Eine Ausgestaltung eines Endoskops mit einem Schaft 22, der einen runden Querschnitt hat, ist beispielhaft in 9 gezeigt. Auch dort ist, wie zu 8 beschrieben, das Bildübertragungssystem 5, das einen abgeflachten Querschnitt hat, im Innenraum des Außenschafts 23 aufgenommen, wobei der Innenraum ebenfalls abgeflacht ist. Im Zwischenraum 21 zwischen dem Bildübertragungssystem 5 und dem Außenrohr 23 sind die Lichtleiter des Beleuchtungssystems aufgenommen.
Der Übersichtlichkeit halber sind nicht in allen Figuren alle Bezugszeichen dargestellt. Zu einer Figur nicht erläuterte Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in den übrigen Figuren.
Bezugszeichenliste

1: Optisches System
2: Objektiv
3: Bildübertragungssystem
4: Okularoptik
5: Bildübertragungssystem
6: Relaislinsensystem
7: Relaislinsensystem
8: Relaislinsensystem
9, 9': Stablinse
10, 10': Stablinse
11, 11': Stablinse
12: Abstandshalter
13: Abstandshalter
14: Blende
15: Blende
16: Öffnung
17: Öffnung
18: Öffnung
19: Außenrohr
20: Schaft
21: Lichtleiter
22: Schaft
23: Außenschaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19910050 A1 [0003]
DE 102014107572 A1 [0004]
DE 102017115377 [0005, 0018, 0021]

Claims

Bildübertragungssystem für ein Endoskop, umfassend ein oder mehrere Relaislinsensysteme (6, 7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass das Bildübertragungssystem (5) einen abgeflachten Querschnitt aufweist.
Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeflachte Querschnitt oval, zumindest näherungsweise elliptisch oder zumindest näherungsweise rechteckig ist.
Bildübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildübertragungssystem mindestens eine Aperturblende (14) mit kreisförmiger Öffnung (18) aufweist.
Bildübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildübertragungssystem (5) mindestens eine Bildfeldblende mit abgeflachter Öffnung (17) aufweist.
Endoskop mit einem lang erstreckten Schaft (20, 22), in dem ein Objektiv (2) zur Erzeugung eines Bilds eines Objektfelds und ein Bildübertragungssystem (5) zur Übertragung des Bilds des Objektfelds zu einem proximalen Endbereich des Endoskops angeordnet sind, wobei das Bildübertragungssystem (5) ein oder mehrere Relaislinsensysteme (6, 7, 8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildübertragungssystem (5) einen abgeflachten Querschnitt aufweist.
Endoskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20) des Endoskops einen abgeflachten Querschnitt aufweist, der an den abgeflachten Querschnitt des Bildübertragungssystems (5) angepasst ist.
Endoskop nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine kurze Querachse des Querschnitts des Bildübertragungssystems (5) parallel zu einer kurzen Querachse des Schafts (20) ist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (2) als Schrägblickobjektiv mit einem abgeflachten Sichtfeld ausgebildet ist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (2) und/oder das Bildübertragungssystem (5) mindestens eine Aperturblende (14) mit kreisförmiger Öffnung (18) aufweist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (2) und/oder das Bildübertragungssystem (5) und/oder eine Okularoptik (4) mindestens eine Bildfeldblende mit abgeflachter Öffnung (17) aufweist.
Endoskop nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Endoskop ein elektronischer Bildsensor mit einer rechteckigen lichtempfindlichen Fläche drehfest zugeordnet ist, wobei eine kurze Kante des Bildsensors parallel zu einer kurzen Querachse des Bildübertragungssystems (5) gerichtet ist.
Relaislinsensystem für ein Endoskop, umfassend eine oder mehrere Stablinsen (9, 9', 10, 10', 11, 11'), dadurch gekennzeichnet, dass das Relaislinsensystem (6, 7, 8) einen abgeflachten Querschnitt aufweist.
Relaislinsensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Relaislinsensystem (6, 7, 8) mindestens eine Blende (14) mit kreisförmiger Öffnung (18) aufweist.
Relaislinsensystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Relaislinsensystem (6, 7, 8) mindestens einen Abstandshalter (12, 13) mit abgeflachter Öffnung (17) aufweist.