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Die Erfindung betrifft ein Stereoendoskop mit seitlicher Blickrichtung, mit einem langgestreckten Schaft sowie einem am distalen Ende des Schafts angeordneten Objektiv, wobei das Objektiv folgendes aufweist: einen distalen Objektivabschnitt, in welchem Strahlengänge eines rechten Teilbildes und eines linken Teilbildes durch gemeinsame optische Bauelemente verlaufen; einen proximalen Objektivabschnitt, in welchem die Strahlengänge des rechten Teilbildes und des linken Teilbildes durch separate optische Bauelemente verlaufen; und einen Übergangsabschnitt, in welchem die unter einem Winkel zueinander aus dem distalen Objektivabschnitt austretenden Strahlengänge des rechten und des linken Teilbildes parallel zueinander ausgerichtet werden; wobei der distale Objektivabschnitt eine, vorzugsweise meniskusförmige, erste Linse und eine proximal zu der ersten Linse angeordnete Prismenbaugruppe umfasst; der Übergangsabschnitt eine zweite Linse und eine Blende umfasst; und wobei der proximale Objektivabschnitt gegenüber dem distalen Objektivabschnitt verdrehbar ist.
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Endoskope werden eingesetzt, um schwer zugängliche Bereiche einzusehen, beispielsweise Körperhöhlen eines menschlichen oder tierischen Patienten oder das Innere technischer Anlagen. Sie weisen dazu einen langgestreckten Schaft auf, welcher durch eine vorhandene oder für die Untersuchung erzeugte Öffnung in den interessierten Hohlraum eingeführt wird. Am distalen Ende des Schafts befindet sich ein Objektiv zur Aufnahme eines Bilds von in dem Hohlraum befindlichen Objekten
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Um einen größeren Bereich beobachten zu können, weisen Endoskope oft eine seitliche, also von der Längsachse des Schafts abweichende, Blickrichtung auf. Diese Blickrichtung kann durch Drehen des Endoskops um die Längsachse des Schafts rotiert werden.
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Seit einiger Zeit werden vermehrt Stereoendoskope eingesetzt, also Endoskope, welche zwei Teilbilder unter leicht abweichenden Blickwinkeln aufnehmen. Diese Teilbilder werden dann unter Einsatz geeigneter technischer Mittel so dargestellt, dass ein Benutzer ein dreidimensionales Bild eines beobachteten Objekts wahrnimmt.
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Das Objektiv von Stereoendoskopen weist zumeist einen distalen Objektivabschnitt auf, in welchem Strahlenbündel eines rechten Teilbildes und eines linken Teilbildes durch gemeinsame optische Bauelemente verlaufen. Diese Bauweise ermöglicht es, die optischen Bauelemente des distalen Objektivabschnitts mit großem Durchmesser zu fertigen, was für eine hohe Bildauflösung insbesondere bei großem Öffnungswinkel erforderlich ist. Der distale Objektivabschnitt weist dabei in der Regel eine vorzugsweise meniskusförmige erste Linse sowie eine Prismenbaugruppe auf, durch welche die seitliche Blickrichtung realisiert ist.
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Aus dem distalen Objektivabschnitt treten die Strahlenbündel des rechten Teilbildes und des linken Teilbildes unter einem Winkel zueinander aus. Da für die Weiterleitung der Strahlenbündel ein paralleler Verlauf technisch einfacher zu realisieren ist, schließt sich an den distalen Objektivabschnitt ein Übergangsabschnitt an, in welchem die Strahlenbündel parallel zueinander ausgerichtet werden. Der Übergangsabschnitt umfasst dazu zumeist eine zweite Linse sowie eine zwischen der zweiten Linse und der Prismenbaugruppe angeordnete Blende.
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Die nun parallel verlaufenden Strahlenbündel des rechten Teilbildes und des linken Teilbildes werden nun in einem proximalen Objektivabschnitt zu den jeweiligen Teilbildern abgebildet. In dem proximalen Objektivabschnitt verlaufen die Strahlenbündel des rechten Teilbildes und des linken Teilbildes durch separate optische Bauelemente. Ein entsprechendes Objektiv ist in der
DE 10 2013 215 422 A1 beschrieben. Stereoendoskope mit entsprechenden Objektiven sind weiterhin aus der
US 5 689 365 A und der
DE 10 2016 214 272 A1 bekannt.
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Bei einer Drehung des Endoskops um die Längsachse des Schafts ist es wichtig, sowohl die Horizontlage der Teilbilder als auch die durch die optischen Achsen des proximalen Objektivabschnitts aufgespannte Parallaxenebene konstant zu halten. Andernfalls kann die dreidimensionale Wiedergabe der Bilder und/oder die Orientierung eines Benutzers in diesen Bildern erschwert werden. Daher sind entsprechende Endoskope so ausgeführt, dass sich nur der distale Objektivabschnitt dreht, während der proximale Objektivabschnitt seine Lage beibehält. Hierbei muss die Ausrichtung der Blende, welche für die Strahlenbündel der Teilbilder separate Blendenöffnungen aufweist, zu dem proximalen Objektivabschnitt konstant bleiben.
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Da sich die zweite Linse zwischen dem proximalen Objektivabschnitt und der Blende befindet, dreht sich diese bei einer Drehung der Blickrichtung des Endoskops ebenfalls nicht mit.
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Dies ist jedoch hinsichtlich der Abbildungsqualität des Objektivs nachteilig.
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Die genaue Ausrichtung der ersten und der zweiten Linse zueinander hat einen großen Einfluss auf die Abbildungsqualität und wird daher oft bei der Montage eines Endoskops individuell abgepasst. Eine relative Drehbarkeit zwischen der ersten und der zweiten Linse bedingt jedoch stets eine durch das Spiel der Drehlagerung verursachte Lagetoleranz, welche nicht durch einmalige Justierung ausgeglichen werden kann.
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Zwar lässt sich das Spiel der Lagerung durch entsprechend enge Tolerierung reduzieren, hierdurch werden jedoch die Fertigungskosten für das Objektiv signifikant erhöht.
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Eine alternative Lösung besteht darin, die Blende zwischen der zweiten Linse und dem proximalen Objektivabschnitt anzuordnen, so dass die zweite Linse zusammen mit dem distalen Objektivabschnitt gedreht werden kann, während die Blende und der proximale Objektivabschnitt ihre Lage beibehalten. Durch die entsprechende Verlagerung der Blende muss der Strahlengang des Objektivs allerdings anders ausgelegt werden, wobei die Strahldurchmesser im distalen Objektivabschnitt erhöht werden. Dadurch muss der freie Querschnitt der optischen Bauteile des distalen Objektivabschnitts erhöht werden, was zu einem erhöhten Platzbedarf und ebenfalls zu erhöhten Herstellkosten führt.
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Es besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, ein Stereoendoskop mit seitlicher Blickrichtung bereitzustellen, welches hinsichtlich der beschriebenen Problematik verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Stereoendoskop mit seitlicher Blickrichtung, mit einem langgestreckten Schaft sowie einem am distalen Ende des Schafts angeordneten Objektiv, wobei das Objektiv folgendes aufweist: einen distalen Objektivabschnitt, in welchem Strahlengänge eines rechten Teilbildes und eines linken Teilbildes durch gemeinsame optische Bauelemente verlaufen; einen proximalen Objektivabschnitt, in welchem die Strahlengänge des rechten Teilbildes und des linken Teilbildes durch separate optische Bauelemente verlaufen; und einen Übergangsabschnitt, in welchem die unter einem Winkel zueinander aus dem distalen Objektivabschnitt austretenden Strahlengänge des rechten und des linken Teilbildes parallel zueinander ausgerichtet werden; wobei der distale Objektivabschnitt eine, vorzugsweise meniskusförmige, erste Linse und eine proximal zu der ersten Linse angeordnete Prismenbaugruppe umfasst; der Übergangsabschnitt eine zweite Linse und eine Blende umfasst; und wobei der proximale Objektivabschnitt gegenüber dem distalen Objektivabschnitt verdrehbar ist, welches dadurch weitergebildet ist, dass die zweite Linse drehfest zum distalen Objektivabschnitt angeordnet ist, und dass die Blende zwischen der Prismenbaugruppe und der zweiten Linse drehfest zum proximalen Objektivabschnitt angeordnet ist.
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Durch diese Lösung kann auf eine die Abbildungsqualität beeinträchtigende Drehung der zweiten Linse gegenüber der ersten Linse verzichtet werden, während gleichzeitig der kompakte Aufbau des Objektivs mit der Blende zwischen der zweiten Linse und der Prismenbaugruppe beibehalten werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann eine Verbindung zwischen der zweiten Linse und dem distalen Objektivabschnitt oder eine Verbindung zwischen der Blende und dem proximalen Objektivabschnitt im Bereich der optischen Achse der zweiten Linse angeordnet sein.
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Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zu Nutze, dass die Strahlenbündel der Teilbilder die zweite Linse lediglich in deren Randbereich passieren, während ein Bereich um die optische Achse der zweiten Linse für die Abbildung nicht verwendet wird. Dieser zentrale Bereich der zweiten Linse kann daher für eine der genannten Verbindungen verwendet werden.
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In einer möglichen Umsetzung der Erfindung kann die Blende ringförmig mit einer zentralen Bohrung ausgeführt sein, und die zweite Linse und der distale Objektivabschnitt können über ein Halteelement verbunden sein, welches sich durch die zentrale Bohrung der Blende erstreckt.
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Durch das Halteelement ist somit eine lagesichere Verbindung zwischen der zweiten Linse und dem distalen Objektivabschnitt gewährleistet, während die Blende sich frei um das Halteelement drehen kann. Eine drehfeste Verbindung der Blende mit dem proximalen Objektivabschnitt kann außerhalb der zweiten Linse, also diese umgreifend, vorgesehen sein.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann das Halteelement einerseits mit der Prismenbaugruppe und andererseits mit der zweiten Linse verbunden sein. Dabei kann das Halteelement mit der Prismenbaugruppe und/oder der zweiten Linse verklebt sein. Ebenso kann das Halteelement einstückig mit der Prismenbaugruppe oder der zweiten Linse ausgeführt sein.
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In einer alternativen Umsetzung der Erfindung kann die zweite Linse eine zentrale Bohrung aufweisen, und der proximale Objektivabschnitt und die Blende können über ein Halteelement verbunden sein, welches sich durch die zentrale Bohrung der zweiten Linse erstreckt.
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In diesem Fall kann eine lagesichere Verbindung der zweiten Linse mit dem distalen Objektivabschnitt im Außenbereich der zweiten Linse hergestellt werden, während die drehfeste Verbindung der Blende mit dem proximalen Objektivabschnitt durch das die zweite Linse durchdringende Halteelement hergestellt ist. Dabei kann das Halteelement mit der Blende und/oder dem proximalen Objektivabschnitt verklebt, verschraubt, verschweißt oder verlötet sein. Ebenso kann das Halteelement einstückig mit der Blende oder dem proximalen Objektivabschnitt ausgeführt sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger exemplarischer Darstellungen näher erläutert. Dabei dient diese Darstellung lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung, ohne den Erfindungsgedanken einzuschränken.
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Es zeigen:
- 1: ein Stereoendoskop,
- 2: ein Objektiv eines Stereoendoskops in einer ersten Ausführung,
- 3: ein Objektiv eines Stereoendoskops in einer weiteren Ausführung.
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1 zeigt ein Stereoendoskop 1 mit einem Hauptkörper 2 und einem langgestreckten Schaft 3. Im distalen Abschnitt des Schafts 3 ist ein Objektiv 4 angeordnet. Der Schaft 3 wird am distalen Ende von einem Fenster 5 abgeschlossen.
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Ein Versorgungs- und Signalkabel 6 dient dazu, das Stereoendoskop 1 mit einer nicht dargestellten Lichtquelle und einem ebenfalls nicht dargestellten Bildverarbeitungsgerät zu verbinden.
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Am Hauptkörper 2 des Stereoendoskops 1 sind Fingerschalter 7,8 vorgesehen, über welche das Stereoendoskop 1 sowie ggf. die Lichtquelle und/oder das Bildverarbeitungsgerät gesteuert werden können.
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Das Stereoendoskop 1 weist eine seitliche Blickrichtung auf, d.h. die Blickrichtung des Stereoendoskops 1, dargestellt durch den Pfeil 9, weicht von einer Längsachse 10 des Stereoendoskops 1 ab.
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In 2 ist ein möglicher Aufbau des Objektivs 4 des Stereoendoskops 1 dargestellt. Hinter einem sphärisch gekrümmten Fenster 101 sind eine meniskusförmige erste Linse 102 sowie eine Prismenbaugruppe 103 angeordnet. Die erste linse 102 und die Prismenbaugruppe 103 bilden einen distalen Objektivabschnitt.
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Die Prismenbaugruppe 103 dient dazu, die Blickrichtung des Stereoendoskops 1 seitlich abzulenken. Sie besteht im dargestellten Beispiel aus 3 einzelnen Prismen 104, 105, 106, an deren Grenzflächen der Strahlengang durch Totalreflexion mehrfach umgelenkt wird. Anstelle der 3 Prismen 104, 105, 106 können auch mehr oder weniger Prismen und/oder Spiegel eingesetzt werden, um den Strahlengang abzulenken.
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An den distalen Objektivabschnitt schließt sich ein Übergangsabschnitt an, welcher eine Blende 110 und eine zweite Linse 111 umfasst.
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Die Blende 110 weist zwei Blendenöffnungen 112, 113 für die Strahlenbündel des linken und des rechten Teilbildes auf, welche durch ihre Mittelpunktstrahlen 115, 116 angedeutet sind.
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Durch die zweite Linse 111 werden die Strahlenbündel des linken und des rechten Teilbildes parallel ausgerichtet.
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An den Übergangsabschnitt des Objektivs schließt sich ein proximaler Objektivabschnitt an, in welchem die Strahlenbündel des linken und des rechten Teilbildes durch separate optische Elemente geleitet werden. Das Strahlenbündel des linken Teilbildes verläuft im dargestellten Beispiel durch drei Linsen 120,121,122, von denen die Linsen 121 und 122 als verkittetes Duplett ausgeführt sind. Das Strahlenbündel des rechten Teilbildes verläuft entsprechend durch Linsen 120', 121', 122'. Die Linsen 120, 121, 122 bzw. 120', 121', 122' bilden die jeweiligen Teilbilder auf elektronischen Bildwandlern 125, 125'ab, welche die jeweiligen Teilbilder in elektronische Signale umwandeln und über elektrische Kontakte 126, 126' ausgeben.
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Anstelle der Bildwandler 125, 12' können bekannte optische Bildleiter eingesetzt werden, um die Teilbilder an ein Okular zu übertragen.
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Um die Blickrichtung de Stereoendoskops 1 um seine Längsachse 10 zu rotieren kann der distale Objektivabschnitt um die Längsachse 10 gedreht werden. Um dabei die Horizontlage und die Parallaxenebene des Bildes beizubehalten dürfen sich der proximale Objektivabschnitt und die Blende 110 dabei nicht mitdrehen. Gleichzeitig soll die genaue Ausrichtung der zweiten Linse 111 zum distalen Objektivabschnitt, insbesondere zur ersten Linse 102, erhalten werden, weswegen sich die zweite Linse 111 mit dem distalen Objektivabschnitt mitdrehen soll.
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Dazu ist im zentralen Bereich der zweiten Linse, also im Bereich der optischen Achse der zweiten Linse, ein Halteelement 130 vorgesehen, welches die zweite Linse fest mit dem distalen Objektivabschnitt, hier mit dem Prisma 106, verbindet. Das Halteelement 130 kann ein kurzes stabförmiges Element sein, welches einerseits mit dem Prisma 106 und andererseits mit der zweiten Linse 111 verbunden, bspw. verklebt ist. Das Halteelement 130 kann auch entweder mit dem Prisma 106 oder mit der zweiten Linse 111 einstückig ausgeführt sein.
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Das Halteelement 130 greift dabei durch eine zentrale Bohrung der Blende 110, so dass sich die Blende frei zwischen dem Prisma 106 und der zweiten Linse 111 drehen kann.
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Der proximale Objektivabschnitt wird nun mit bekannten Mitteln in seiner Lage gehalten. Diese Mittel können z.B. einen am Hauptkörper angeordneten Drehring umfassen, dessen Ausrichtung über eine magnetische Kupplung auf den proximalen Objektivabschnitt übertragen wird.
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Außerhalb der zweiten Linse 111 ist der proximale Objektivabschnitt über einen Drehmitnehmer 131 mit der Blende 110 verbunden, so dass auch die Blende 110 lagerichtig zum proximalen Objektivabschnitt ausgerichtet bleibt, wenn der distale Objektivabschnitt und die zweite Linse 111 gedreht werden.
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In 3 ist ein weiterer möglicher Aufbau des Objektivs 4 dargestellt, wobei sich entsprechende Bauteile mit einem um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind und nicht erneut im Detail erläutert werden.
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In dem hier dargestellten Objektiv weist die zweite Linse 211 eine zentrale Bohrung 240 auf. Ein Halteelement 241 erstreckt sich zwischen der Blende 210 und dem proximalen Objektivabschnitt durch die Bohrung 240 und legt die rotatorische Ausrichtung der Blende 210 zum proximalen Objektivabschnitt fest. Das Halteelement 241 ist fest mit der Blende 210 und dem proximalen Objektivabschnitt verbunden, bspw. durch Verschrauben, Löten, Schweißen oder Kleben. Auch hier kann das Halteelement 241 entweder mit der Blende 210 oder mit dem proximalen Objektivabschnitt einteilig ausgeführt sein.
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Die zweite Linse 211 ist über ein vereinfacht dargestelltes Befestigungselement 242 mit dem distalen Objektivabschnitt fest verbunden. Das Befestigungselement 242 kann bspw. eine zylindrische oder teilzylindrische Fassung sein.
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Bei den in den 2 und 3 dargestellten Objektiven befinden sich die Halteelemente 130, 241 jeweils im Bereich der optischen Achse der zweiten Linse 111, 211. Dies ist möglich, da die Strahlengänge des linken und des rechten Teilbildes jeweils nur durch den Außenbereich der zweiten Linse 111, 211 verlaufen, während der zentrale Bereich optisch nicht verwendet wird.
