DE102019003378A1 - Beobachtungsinstrument und Videobildgeberanordnung für ein Beobachtungsinstrument - Google Patents

Abstract

Ein Beobachtungsinstrument weist einen Schaft (2) und eine Bildgebungseinheit (12) auf, wobei die Bildgebungseinheit (12) ein Objektivlinsensystem (13) und einen elektronischen Bildsensor (14) aufweist, der zur Aufnahme eines von dem Objektivlinsensystem (13) erzeugten Bildes angeordnet ist, wobei die Bildgebungseinheit (12) schwenkbar in einem distalen Endabschnitt (4) des Schaftes (2) angeordnet ist, wobei eine Schwenkachse (A) der Bildgebungseinheit (12) quer zu einer Längsachse (27) des distalen Endabschnitts (4) des Schafts (2) verläuft, wobei der Bildsensor (14) im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse (22) des Objektivlinsensystems (13) angeordnet ist und die Bildgebungseinheit (12) ein Ablenkelement zum Ablenken von Licht, das aus einem Bildende des Objektivlinsensystems (13) austritt, zu einer Bildaufnahmefläche (26) des Bildsensors (14) umfasst. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Video-Bildgebungsanordnung für ein Beobachtungsinstrument.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beobachtungsinstrument gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Videobildgeberanordnung für ein solches Beobachtungsinstrument.
• Endoskopische Untersuchungstechniken haben sich in einer Vielzahl von medizinischen und veterinärmedizinischen Anwendungsbereichen sowie in vielen nicht-medizinischen Bereichen durchgesetzt. Bei solchen Untersuchungstechniken wird ein Endoskop, das einen länglichen Schaft mit einem bildgebenden optischen System besitzt, in einen inneren Hohlraum eines menschlichen oder tierischen Körpers oder eines anderen zu untersuchenden Objekts eingeführt. Der längliche Schaft, der zum Einführen in die Körperhöhle oder ein anderes Objekt konfiguriert ist, kann starr, halbstarr oder flexibel sein. In einem distalen (d.h. von einem Beobachter entfernten) Endabschnitt des länglichen Schafts ist ein Endoskopobjektiv angeordnet, um in einer Bildebene ein Bild eines Objektfeldes in der Körper- oder Objekthöhle zu erzeugen. Bei vielen Endoskopen wird das erzeugte Bild von einem elektronischen Bildsensor, der im distalen Endabschnitt des Schafts angeordnet ist, aufgenommen und elektronisch in Richtung eines proximalen (d.h. in der Nähe eines Beobachters befindlichen) Endabschnitts des Endoskops übertragen, um es dem Beobachter anzuzeigen.
• Je nach Anwendungszweck sind Endoskope mit unterschiedlichen Blickwinkeln bekannt. Insbesondere sind Schrägblick-Endoskope bekannt, deren Blickrichtung von einer Schaftlängsachse abweicht. Darüber hinaus sind optische Beobachtungsinstrumente zur Beobachtung eines Operationsfeldes an einem menschlichen oder tierischen Körper von einer Position außerhalb des Körpers bekannt, die mit einem Schaft ausgebildet sind, der typischerweise ein Objektiv und einen elektronischen Bildsensor in einem distalen Endabschnitt des Schaftes aufweist, wobei sie in der Regel für die Schräg- oder Seitenansicht ausgelegt sind. Solche Beobachtungsinstrumente sind im Allgemeinen als „Exoskope“ bekannt. Eine andere Art von Beobachtungsinstrumenten ist die endoskopische Kapsel, die dazu ausgebildet ist, in einen menschlichen oder tierischen Körper eingeführt und innerhalb des Körpers entlang eines natürlichen Weges, wie dem Darmtrakt oder einem Blutgefäß, transportiert zu werden, und die ein Objektiv und einen elektronischen Bildsensor zur Aufnahme eines Bildes aus dem Körperinneren und Mittel zur Übertragung des aufgenommenen Bildes nach außen umfassen kann.
• Häufig ist es wünschenswert, dass ein Beobachter eine vom Beobachtungsinstrument vorgegebene Blickrichtung einstellen kann, um z.B. verschiedene Objektfelder innerhalb einer Körperhöhle zu beobachten. Zu diesem Zweck wurden Endoskope mit variabler Blickrichtung entwickelt, die es erlauben, eine Blickrichtung zu ändern, die durch eine am distalen Ende eines Endoskopschaftes angeordnete optische Anordnung definiert ist. Nach einem gebräuchlichen Konstruktionsprinzip sind neben einem Objektivlinsensystem des Endoskops ein oder mehrere optische Ablenkelemente vorgesehen, die schwenkbar montiert sind, um das aus verschiedenen Blickrichtungen in das System einfallende Licht in eine optische Achse des Endoskops zu lenken.
• In der WO 2015/121145 A1 wird ein Endoskop mit variabler Blickrichtung offenbart, das einen Satz von Prismen aufweist, wobei ein erstes Prisma gegenüber einem zweiten Prisma um eine Drehachse schwenkbar ist. Aufgrund des Konstruktionsprinzips ist bei solchen Schwenkprisma-Endoskopen nur ein begrenzter Öffnungswinkel des Blickfeldes erreichbar und außerdem ist die optische Bildgebung nicht über den gesamten Schwenkbereich gleichmäßig, so dass sich Abbildungsfehler wie Astigmatismus oder Verzerrung bei einer Variation der Blickrichtung variieren.
• Nach US 2015/0359420 A1 weist ein Endoskop einen Griffteil und einen Einführungsabschnitt auf, der in eine zu beobachtende Stelle eingeführt wird. Der Einführungsabschnitt weist einen geraden und einen gebogenen Teil auf, wobei der gebogene Teil einen starren Abschnitt an einem Spitzenendteil aufweist, in dem eine Bildgebungseinheit untergebracht ist. Die Bildgebungseinheit weist eine Bildaufnahmevorrichtung und eine optische Linse auf, die ein Bild des Objektlichts auf der Bildaufnahmevorrichtung erzeugt. Die Bildgebungseinheit ist schwenkbar von einem Tragarm getragen, so dass sie in Rechts-Links-Richtung drehbar ist.
• Wie in US 2014/0350338 A1 offenbart, umfasst ein Endoskop einen Einführungsabschnitt, der in ein zu beobachtendes Objekt eingeführt wird, eine erste Bildgebungseinheit und eine zweite Bildgebungseinheit, die nebeneinander in einem distalen Endabschnitt des Einführungsabschnitts angeordnet sind. Eine optische Achse der ersten Bildgebungseinheit kann geändert werden, um einen Bildaufnahmebereich der ersten Bildgebungseinheit entlang einer Richtung bewegen zu können, in der die erste Bildgebungseinheit und die zweite Bildgebungseinheit angeordnet sind. Das optische System der ersten Bildgebungseinheit ist so konfiguriert, dass es einen weiten Blickwinkel hat. Die Bildmitte der ersten Bildgebungseinheit hat eine Auflösung von 1920 x 1080 Pixel (Full HD).
• Bei den Videoendoskopen mit variabler Blickrichtung und schwenkbarer Bildgebungseinheit des Standes der Technik, ist die Größe des elektronischen Bildsensors der Bildgebungseinheit durch den verfügbaren Platz im distalen Endabschnitt des Endoskopschafts streng begrenzt. Insbesondere muss eine Diagonale des Bildsensors kleiner als ein Innendurchmesser des distalen Endabschnitts des Schafts sein, damit er in einer Ausrichtung in den Schaft passt, die eine Blickrichtung nach vorn ermöglicht. Die maximal erreichbare Auflösung hängt jedoch von den Abmessungen des Bildsensors ab, wobei ein größerer Bildsensor im Prinzip eine höhere Auflösung ermöglicht. Andererseits ist der Schaftdurchmesser durch die Anwendung, für die das Endoskop eingesetzt werden soll, begrenzt, z.B. durch den Durchmesser eines natürlichen Zugangs zu einer inneren Körperhöhle.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Beobachtungsinstrument, z.B. ein Endoskop, Exoskop oder eine endoskopische Kapsel, mit variabler Blickrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es Gegenstand der Erfindung, ein Beobachtungsinstrument mit einem elektronischen Bildsensor mit erhöhter mechanischer Dimension bereitzustellen, das eine erhöhte Auflösung ermöglicht. Ferner ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Videobildgeberanordnung für ein Beobachtungsinstrument bereitzustellen, bei der ein elektronischer Bildsensor mit einer vergrößerten Größe verwendet werden kann.
• Dieser Gegenstand wird durch ein Beobachtungsinstrument nach Anspruch 1 und durch eine Videobildgeberanordnung für ein Beobachtungsinstrument nach Anspruch 13 erfüllt. Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 2-12 angegeben.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Beobachtungsgerät nach der vorliegenden Erfindung einen Schaft und eine Bildgebungseinheit auf. Das Beobachtungsinstrument kann ein Endoskop, insbesondere ein medizinisches Endoskop, das für medizinische Anwendungen bestimmt ist, oder ein Endoskop, das für industrielle oder andere nichtmedizinische Anwendungen bestimmt ist, sein. Im Folgenden wird das Beobachtungsinstrument in Form eines Endoskops beschrieben, wobei jedoch davon auszugehen ist, dass das Beobachtungsinstrument auch als eine andere Art von Beobachtungsinstrument, z.B. als Exoskop oder als endoskopische Kapsel, ausgeführt werden kann, wie nachstehend erläutert wird. Das Beobachtungsinstrument kann weitere Elemente umfassen, wie z.B. einen Griff mit Bedienelementen und Verbindungen zu externen Systemen sowie ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines zu beobachtenden Hohlraums.
• Der Schaft des Beobachtungsinstruments, insbesondere im Falle eines Endoskops, kann länglich sein und kann so konfiguriert werden, dass er in einen inneren Hohlraum eines menschlichen oder tierischen Körpers oder in einen anderen Hohlraum in einem Objekt eingeführt werden kann. Der Schaft kann aus einem im Wesentlichen zylindrischen Rohr bestehen, das starr sein kann. Insbesondere kann ein distaler Endabschnitt des Schafts einen annähernd zylindrischen Innenraum aufweisen.
• Die Bildgebungseinheit besteht aus einem Objektivlinsensystem und einem elektronischen Bildsensor, der so angeordnet ist, dass er ein vom Objektivlinsensystem erzeugtes Bild aufnimmt. Das Objektivlinsensystem kann eine oder mehrere Linsen und andere optische Elemente, wie z.B. eine Blende, oder ein Plattenelement, wie z.B. einen Filter, Polarisator, eine Verzögerungsplatte oder eine Wellenplatte, aufweisen. Das Objektivlinsensystem ist so konfiguriert, dass es einfallendes Licht von einem Objektfeld sammelt und ein Bild des Objektfeldes in einer Bildebene erzeugt. Der elektronische Bildsensor kann z.B. ein ladungsgekoppeltes Bauteil (CCD) oder ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS) sein. Der Bildsensor umfasst eine lichtempfindliche Fläche, die als Bildaufnahmefläche dient, um das vom Objektivlinsensystem erzeugte Bild zu empfangen. Der Bildsensor ist so konfiguriert, dass er das aufgenommene Bild in ein elektrisches Bildsignal umwandelt. Das elektrische Bildsignal wird an eine Speicher- und/oder Anzeigeeinheit übertragen, um es zu speichern und/oder für einen Beobachter anzuzeigen. Es können elektrische Leitungen, wie z.B. ein Kabel oder eine flexible Leiterplatte, vorgesehen werden, die sich entlang des Schafts bis zu einem proximalen Ende des Beobachtungsinstruments erstrecken, um den elektronischen Bildsensor mit elektrischer Energie zu versorgen und das Bildsignal an die Speicher- und/oder Anzeigeeinheit zu übertragen. Das Beobachtungsinstrument kann optische, infrarote und/oder ultraviolette Strahlung verwenden, die alle unter dem Begriff „Licht“ zusammengefasst sind, um das Bild zu erzeugen, das elektronisch aufgenommen und zur Anzeige und/oder Speicherung übertragen wird.
• Die Bildgebungseinheit ist schwenkbar in einem Endabschnitt des Schafts angeordnet. Im Falle eines Endoskops wird die Bildgebungseinheit schwenkbar in einem distalen Endabschnitt des Schafts gehalten. So können das Objektivlinsensystem und der elektronische Bildsensor in Bezug auf den Schaft geschwenkt werden, während die Beziehung zwischen dem Objektivlinsensystem und dem elektronischen Bildsensor während der Schwenkbewegung unverändert bleibt. Insbesondere können das Objektivlinsensystem und der Bildsensor innerhalb eines Rahmens oder eines Gehäuses der Bildgebungseinheit relativ zueinander fixiert werden. Das Beobachtungsinstrument kann einen Betätigungsmechanismus umfassen, z.B. einen Steuerdraht, der vom proximalen Ende des Instruments aus bedient wird, oder einen motorisierten Mechanismus zur Steuerung der Schwenkbewegung der Bildgebungseinheit.
• Eine Schwenkachse der schwenkbar angeordneten Bildgebungseinheit, d.h. eine Achse, um die die Bildgebungseinheit geschwenkt werden kann, liegt im Wesentlichen quer zu einer Längsachse des distalen Endabschnitts des Schafts. Vorzugsweise bildet die Schwenkachse einen Winkel von etwa 90° zur Längsachse. Dadurch kann die Bildgebungseinheit in Bezug auf den distalen Endabschnitt des Schafts gekippt werden, wobei das Objektivlinsensystem variable Winkel zur Längsachse bildet und somit eine variable Blickrichtung ermöglicht. Bei Betätigung des Betätigungsmechanismus kann somit eine Blickrichtung innerhalb eines bestimmten Bereichs frei gewählt werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Bildsensor im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse oder Zentralachse des Objektivlinsensystems angeordnet. Insbesondere weist der Bildsensor eine Sensorebene auf, die die lichtempfindliche Fläche oder die Bildaufnahmefläche einschließt, wobei eine Senkrechte zur Sensorebene im Wesentlichen im rechten Winkel zur optischen Achse des Objektivlinsensystems steht. Beispielsweise kann eine Senkrechte zur Sensorebene in einem zentralen Bereich der lichtempfindlichen Fläche die optische Achse in einem Winkel von etwa 90° schneiden.
• Ferner umfasst die Bildgebungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ablenkelement zur Ablenkung von Licht, das von einem Bildende des Objektivlinsensystems austritt, auf die Bildaufnahmefläche des Bildsensors. Das von einem zu beobachtenden Objektfeld kommende Licht, das das Objektivlinsensystem durchquert hat und aus dessen Bildende austritt, wird somit durch das Ablenkelement auf die Bildaufnahmefläche des Bildsensors gelenkt. Das Ablenkelement ist daher so konfiguriert und angeordnet, dass das vom Objektivlinsensystem erzeugte Bild auf der Bildaufnahmefläche des elektronischen Bildsensors gebildet wird, wo es empfangen und in das elektrische Bildsignal umgewandelt werden kann. Insbesondere kann ein axialer Lichtstrahl, d.h. ein Strahl, der durch das Objektivlinsensystem entlang oder koaxial zur optischen Achse des Objektivlinsensystems hindurchgeführt wird, durch das Ablenkelement in Richtung der Bildaufnahmefläche abgelenkt werden. Das Bildende des Objektivlinsensystems wird auch als „proximales Ende“ bezeichnet, während ein entgegengesetztes Ende, an dem das vom Objektfeld kommende Licht in das Objektivlinsensystem eintritt, als „Objektende“ oder „distales Ende“ bezeichnet wird. Das Ablenkelement ist auf der Bildseite des Objektivlinsensystems in einem Strahlengang der Bildgebungseinheit zwischen dem Objektivlinsensystem und dem elektronischen Bildsensor angeordnet. Das Ablenkelement ist Teil der schwenkbaren Bildgebungseinheit und ist in Verbindung mit dem Objektivlinsensystem und dem Bildsensor gegenüber dem Schaft schwenkbar, wobei seine Beziehung zum Objektivlinsensystem und zum elektronischen Bildsensor durch die Schwenkbewegung im Wesentlichen unverändert bleibt. Das Ablenkelement kann insbesondere einen Ablenkwinkel von etwa 90° aufweisen. Vorzugsweise sind das Objektivlinsensystem, das Ablenkelement und der Bildsensor so angeordnet, dass die Bildebene des Objektivlinsensystems zumindest annähernd mit der Sensorebene des Bildsensors übereinstimmt und der axiale Strahl so abgelenkt werden kann, dass er die Sensorebene an oder nahe einem zentralen Abschnitt des lichtempfindlichen Bereichs des Bildsensors trifft.
• Das erfindungsgemäße Beobachtungsgerät bietet eine variable Blickrichtung, wobei die Blickrichtung durch Schwenken der Bildgebungseinheit variiert werden kann, wobei das Objektivlinsensystem, das Ablenkelement und der Bildsensor die schwenkbare Bildgebungseinheit bilden. Aufgrund der festen relativen Anordnung des Objektivlinsensystems, des Ablenkelements und des Bildsensors ist die Bildqualität unabhängig vom gewählten Blickwinkel, und es können z.B. Verzerrungen für alle Blickwinkel korrigiert werden.
• In einer Schwenkposition der Bildgebungseinheit, in der die optische Achse des Objektivlinsensystems im Wesentlichen parallel zur Längsachse des distalen Endabschnittes des Schaftes liegt, also in einer direkten Blickposition, ist der Bildsensor im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnet; eine solche Anordnung kann daher als „liegender“ Bildsensor bezeichnet werden. Durch die „liegende“ Anordnung des Bildsensors sind die Abmessungen des Bildsensors nicht wie bei einer „stehenden“ Anordnung des Bildsensors durch einen Querschnitt des Schafts streng begrenzt. So kann ein hochauflösender Bildsensor in rechteckiger Form mit einer längeren und einer kürzeren Seite in den Schaft des Beobachtungsinstruments integriert werden, selbst wenn eine Diagonale des Bildsensors länger als die innere Breite des Schafts ist und der Bildsensor daher zu groß wäre, um in einer herkömmlichen Anordnung in den Schaft zu passen. Außerdem erzeugt ein Objektivlinsensystem mit einer größeren Länge im Allgemeinen ein Bild mit höherer Bildqualität als ein Bild, das von einem kürzeren Objektivlinsensystem erzeugt wird. Da das Objektivlinsensystem parallel zur Längsachse des distalen Endabschnitts des Schafts in der direkten Blickposition angeordnet ist, ist die Länge des Objektivlinsensystems nicht streng durch die innere Breite des Schafts begrenzt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann somit eine hochwertige Optik und ein hochauflösender Bildsensor in einem Beobachtungsinstrument mit variabler Blickrichtung eingesetzt werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das optische Ablenkelement ein Ablenkprisma, das auf der Bildaufnahmefläche des Bildsensors angeordnet und am Bildsensor befestigt, vorzugsweise starr am Bildsensor befestigt ist. Das Ablenkprisma hat insbesondere eine Eintrittsfläche, eine Ablenkfläche und eine Austrittsfläche, wobei die Ablenkfläche jeweils in einem Winkel von 45° zur Eintritts- und Austrittsfläche steht und somit ein Ablenkwinkel von 90° erreicht wird. Das Ablenkprisma ist vorzugsweise so angeordnet, dass seine Austrittsfläche an die Bildaufnahmefläche des Bildsensors angrenzt. Die Austrittsfläche hat insbesondere eine Größe, die nicht geringer ist als die Größe des auf die Bildaufnahmefläche des Bildsensors zu übertragenden Bildes, und vorzugsweise eine Länge der Austrittsfläche, die, parallel zur optischen Achse gemessen, den Durchmesser eines Bildkreises um nicht mehr als etwa 50% übersteigt. Das Ablenkprisma kann mit seiner Austrittsfläche auf die lichtempfindliche Fläche oder auf ein Deckglas der lichtempfindlichen Fläche des Bildsensors geklebt werden. Ferner kann ein Filter zwischen der Bildaufnahmefläche und der Austrittsfläche des Ablenkprismas angebracht werden. Auf diese Weise kann eine kompakte und robuste optische Anordnung realisiert werden.
• Vorzugsweise umfasst die Bildgebungseinheit eine Hülse, die das Objektivlinsensystem hält, und das Ablenkelement ist ein Ablenkprisma, das an einem Bildende der Hülse befestigt ist. Insbesondere kann die Hülse eine rohrförmige Form haben, wobei Linsen und andere optische Elemente des Objektivlinsensystems im Inneren der rohrförmigen Hülse montiert sind. Das Ablenkprisma kann starr an der Hülse befestigt werden, z.B. durch Montage der Hülse an einer Eintrittsfläche des Ablenkprismas oder durch Montage des Ablenkprismas und der Hülse an einem gemeinsamen Rahmen oder Gehäuse. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Eintrittsfläche des Ablenkprismas fest an ein Bild oder an das proximale Ende der Hülse angrenzend gehalten, und die Austrittsfläche wird an der Bildaufnahmefläche des Bildsensors fixiert. Eine solche optische Anordnung ist besonders kompakt und robust und liefert unabhängig vom Kippwinkel eine unveränderte Bildqualität.
• Am besten ist die optische Achse des Objektivlinsensystems zu einer Sensorebene des elektronischen Bildsensors versetzt. Der Versatz kann von den Abmessungen des Objektivlinsensystems und des Ablenkprismas abhängen, die wiederum mit den Abmessungen des auf der Bildaufnahmefläche erzeugten Bildes zusammenhängen können. So kann der Versatz beispielsweise um einen Durchmesser des Objektivlinsensystems, eventuell einschließlich der Hülse, betragen. Auf diese Weise kann eine besonders einfache optische Ausgestaltung erreicht werden, was die Produktionskosten und die optischen Verluste reduziert.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schwenkachse an einer distalen Kante oder in einem distalen Endabschnitt des elektronischen Bildsensors angeordnet. Im Allgemeinen haben elektronische Bildsensoren eine annähernd rechteckige Form mit einer kürzeren und einer längeren Seite. Aufgrund der Verpackung und der mechanischen und elektrischen Verbindungen ist der Bildsensor grösser als die lichtempfindliche Fläche. Im vorliegenden Fall kann der Bildsensor so angeordnet werden, dass seine kürzeren Seiten ungefähr quer zur Längsachse des distalen Endabschnitts des Schafts liegen. In einer Schwenkposition, in der die Sensorebene parallel zur Längsachse des distalen Endabschnitts des Schaftes liegt, wird diejenige der beiden die kürzeren Seiten des Bildsensors bildenden Kanten, die näher am distalen Ende des Schaftes liegt, als distale Kante des Bildsensors bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die Achse, um die die Bildgebungseinheit geschwenkt werden kann, entlang oder nahe der distalen Kante des Bildsensors. Die Schwenkachse kann mechanisch durch Schwenkpunkte auf gegenüberliegenden Seiten eines Rahmens oder Gehäuses der Bildgebungseinheit definiert werden, die mit entsprechenden Lagern auf einer Innenseite des Schafts oder in einer inneren Struktur des Schafts zusammenwirken. Abhängig von den Abmessungen des Bildsensors und des Objektivlinsensystems sowie abhängig vom verfügbaren Platz im distalen Endabschnitt des Schaftes kann auf diese Weise ein vorteilhafter Bereich von Blickrichtungen erreicht werden.
• Alternativ kann die Schwenkachse in einem proximalen Endabschnitt des Objektivlinsensystems angeordnet sein, d.h. am oder nahe dem Bildende des Objektivlinsensystems oder an oder nahe der Eintrittsfläche des Ablenkprismas. Beispielsweise kann die Schwenkachse die optische Achse des Objektivlinsensystems am oder nahe dem Bildende des Objektivlinsensystems schneiden. Solche Ausführungsformen können vorteilhaft sein, abhängig von den Abmessungen des Bildsensors und des Objektivlinsensystems und abhängig vom verfügbaren Platz im distalen Endabschnitt des Schafts.
• Aufgrund der Schwenkanordnung ist die Bildgebungseinheit in einem Bereich von Winkelstellungen schwenkbar, die durch einen Winkel definiert sind, den die optische Achse der Objektivlinse mit der Längsachse des distalen Endabschnitts des Schafts bildet, und der einen Blickwinkel des Beobachtungsinstruments bildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bildgebungseinheit zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung schwenkbar, wobei die Endstellungen die Extremwinkelpositionen sind, die die Schwenkbewegung der Bildgebungseinheit begrenzen, insbesondere die Winkelpositionen, die einen maximalen oder minimalen Blickwinkel definieren. Vorzugsweise ist in der ersten Endposition die optische Achse des Objektivlinsensystems im Wesentlichen parallel zur Längsachse des distalen Endabschnitts des Schafts, und somit ist die Blickrichtung der Bildgebungseinheit im Wesentlichen parallel zur Längsachse des distalen Endabschnitts des Schafts. In der zweiten Endposition bildet die optische Achse einen maximalen Winkel zur Längsachse, wodurch ein maximaler Blickwinkel definiert wird. Mindestens die zweite Endposition, die einem maximalen Kippwinkel der Bildgebungseinheit entspricht, kann durch einen mechanischen Anschlag definiert werden. Die Blickrichtung des Beobachtungsinstruments kann daher durch die Schwenkbewegung zu einer Seite der Schaftachse in einem Bereich von 0° bis zum maximalen Blickwinkel von einer Vorwärts- in eine Seitenblickrichtung variiert werden. Damit kann ein maximaler Bereich frei wählbarer Blickrichtungen bereitgestellt werden, wobei ein weiterer Freiheitsgrad in einer Drehung des Schafts um ihre Längsachse bestehen kann.
• Der maximale Betrachtungswinkel liegt vorzugsweise zwischen 25° und 75°, d.h. der Bereich der Blickrichtungen des Beobachtungsinstruments reicht von 0° bis zu dem genannten maximalen Winkel. Ein solcher Blickwinkel entspricht einem solchen maximalen Kippwinkel der Bildgebungseinheit, der es erlaubt, eine vorteilhafte Bildgebungsanordnung innerhalb eines Schafts mit kleinem Durchmesser zu verwenden, wobei die Anordnung einen Bildsensor mit wesentlich erhöhter Auflösung und ein Objektivlinsensystem mit hoher Bildqualität umfasst. Ein maximaler Blickwinkel zwischen 25° und 75°, kombiniert mit einem typischen Blickfeld, ist für die meisten endoskopischen Anwendungen ausreichend.
• Vorzugsweise weist der distale Endabschnitt des Schaftes einen annähernd zylindrischen Innenraum auf, in dem die Bildgebungseinheit angeordnet ist. Vorzugsweise erfüllt eine Länge L des Objektivlinsensystems, definiert durch einen Abstand zwischen dem Objektende und dem Bildende des Objektivlinsensystems, die Beziehung $$L\le h\text{/sin }\alpha -d\text{/tan }\alpha$$

  

  wobei h ein Innendurchmesser des distalen Endabschnittes des Schaftes, d ein Durchmesser des Objektivlinsensystems und α der maximale Blickwinkel ist. Die Länge L des Objektivlinsensystems ist aufgrund der Krümmung des zylindrischen Rohrs, das den distalen Endabschnitt des Schaftes bildet, typischerweise kleiner als der angegebene obere Grenzwert. Auf diese Weise kann ein verfügbarer Innenraum im distalen Endabschnitt des Schaftes optimal genutzt werden, um ein Objektivlinsensystem einzusetzen, das eine ausreichende Länge hat, um eine hohe Bildqualität zu liefern und gleichzeitig einen für viele Anwendungen ausreichenden Blickwinkel zu ermöglichen.
• Wie bereits erwähnt, kann der Bildsensor eine rechteckige Form mit kürzeren und längeren Seiten haben, wobei aufgrund der Verpackung und der mechanischen und elektrischen Verbindungen die Abmessungen des Bildsensors in der Regel größer sind als seine Bildaufnahmefläche. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Länge einer Diagonale des Bildsensors grösser als der Innendurchmesser h des zylindrischen Innenraums des distalen Endabschnitts des Schafts. Insbesondere kann der Bildsensor so angeordnet werden, dass seine kürzeren Seiten annähernd quer zur Längsachse des distalen Endabschnitts des Schaftes liegen, wobei eine Länge einer längeren Seite den Innendurchmesser h des zylindrischen Innenraumes überschreiten kann. Dies erlaubt den Einsatz eines hochauflösenden Sensors in einem schmalen Schaft, wobei eine gewisse Schwenkbewegung noch möglich ist. Insbesondere kann ein hochauflösender Sensor verwendet werden, der zu groß ist, um in einer „stehenden“ Anordnung in den Schaft zu passen. Dadurch kann ein Beobachtungsinstrument mit variabler Blickrichtung mit einer erhöhten Auflösung bereitgestellt werden.
• Vorzugsweise wird das distale Ende des Schaftes auf der distalen Seite durch ein gekrümmtes Deckglas abgedichtet. Das gekrümmte Deckglas kann nur in einer Dimension gekrümmt sein, z.B. als zylindrischer Abschnitt oder Kreisbogen um die Schwenkachse der Bildgebungseinheit, oder in zwei Dimensionen, z.B. als Kugelabschnitt um einen Mittelpunkt auf der Schwenkachse. Auf diese Weise kann eine kompakte und robuste Ausgestaltung mit einer vom Schwenkwinkel unabhängigen Bildqualität bereitgestellt werden.
• Das Beobachtungsinstrument kann in Form eines Endoskops ausgeführt werden, was oben beschrieben wurde. Vorzugsweise kann das Endoskop ein starres Endoskop mit einem starren Schaft sein. Alternativ kann das Beobachtungsinstrument z.B. als Exoskop oder als endoskopische Kapsel ausgeführt sein. Im Falle der endoskopischen Kapsel ist unter dem Begriff „Schaft“ ein annähernd zylindrischer Abschnitt der endoskopischen Kapsel zu verstehen, der eine Längsachse definiert, während der Begriff „distal“ eine Seite der Kapsel bezeichnet, der eine endoskopische Sicht bereitgestellt wird.
• Die vorliegende Erfindung betrifft auch auf eine Videobildgeberanordnung für ein Beobachtungsinstrument mit einem Schaft, zum Beispiel für ein Endoskop, ein Exoskop oder eine endoskopische Kapsel, wie bereits erwähnt. Die Videobildgeberanordnung umfasst eine Bildgebungseinheit, wobei die Bildgebungseinheit ein Objektivlinsensystem und einen elektronischen Bildsensor umfasst, der zur Aufnahme eines durch das Objektivlinsensystem erzeugten Bildes angeordnet ist, wobei die Bildgebungseinheit schwenkbar in einem distalen Endabschnitt des Schafts montierbar ist, wobei eine Schwenkachse der Bildgebungseinheit ungefähr quer zu einer Längsachse des distalen Endabschnitts des Schafts verläuft. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Bildsensor im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse des Objektivlinsensystems angeordnet, und die Bildgebungseinheit umfasst ein Ablenkelement, das zum Ablenken von Objektlicht, das aus dem Objektivlinsensystem an einem Bildende austritt, zu einer Bildaufnahmefläche des Bildsensors angeordnet ist. Die Videobildgebungsanordnung ist also so konfiguriert, dass das Bild eines Objektfeldes durch das Objektivlinsensystem auf der Bildaufnahmefläche des Bildsensors erzeugt wird, wobei die Bildaufnahmefläche im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Objektivlinsensystems liegt. Die Bildgebungseinheit kann einen Rahmen oder ein Gehäuse umfassen, an dem das Objektivlinsensystem, der Bildsensor und das Ablenkelement befestigt sind, wobei der Rahmen oder das Gehäuse eine Schwenkachse oder Schwenkpunkte zur schwenkbaren Befestigung im Schaft des Beobachtungsinstruments aufweist. Insbesondere können das Beobachtungsinstrument und die Bildgebungseinheit wie oben beschrieben konfiguriert werden.
• Die oben genannten und in der Folge beschriebenen Merkmale der Erfindung gelten nicht nur in den genannten Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder allein, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Figuren und aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen.
• 1 zeigt ein Beobachtungsinstrument in schematischer Darstellung;
• 2a-2c zeigen einen distalen Endabschnitt des Beobachtungsinstruments aus 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung jeweils in perspektivischer Ansicht, in Frontalansicht und in Schnittansicht;
• 3 zeigt die Bildgebungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung;
• 4a und 4b zeigen die Bildgebungsanordnung aus 3 in seinen Endpositionen;
• 5a und 5b zeigen eine Bildgebungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in ihren Endpositionen;
• 6a und 6b zeigen eine Bildgebungsanordnung entsprechend gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in ihren Endpositionen;
• 7a und 7b zeigen eine Variation der dritten Ausführungsform der Erfindung.
• Wie in 1 dargestellt, kann ein erfindungsgemäßes Beobachtungsinstrument als Videoendoskop 1 ausgeführt sein. Das Videoendoskop 1 besteht aus einem länglichen Schaft 2, der im gezeigten Beispiel ein starres Rohr 3 aufweist; alternativ kann der Schaft halbflexibel oder flexibel sein. Der distale Endabschnitt des Schaftes 2 ist in 1 mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Das Endoskop 1 besteht ferner aus einem Handgriff 5, der am proximalen Ende des Schaftes 2 angeordnet ist. Der Handgriff 5 kann Steuerelemente 6 zur Steuerung verschiedener Funktionen des Endoskops 1, z.B. zur Steuerung des Blickwinkels, und Anschlüsse zur elektrischen Versorgung, Bildverarbeitung, Anzeige und/oder Speicherung sowie zu einer externen Lichtquelle (nicht abgebildet) umfassen.
• Der distale Endabschnitt 4 des Schaftes 2 ist in 2a in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht, in 2b in einer axialen Ansicht von der distalen Seite aus gesehen und in 2c in einem Längsschnitt dargestellt. Der Schaft 2 hat ein schräges distales Ende 8. Der distale Endabschnitt 4 des Schaftes 2 weist drei innere Kammern 9, 9', 9" auf, die durch Längswände 10, 10' im Inneren des Rohres 3 getrennt sind. In den seitlichen Kammern 9, 9' sind Lichtleiter 11, 11' angeordnet, um das Beleuchtungslicht zum distalen Ende 8 des Endoskops 1 zu übertragen und ein zu beobachtendes Objektfeld zu beleuchten. Die Lichtleiter 11, 11' können aus einer Vielzahl von optischen Fasern bestehen, die am distalen Ende 8 in ein geeignetes Harz eingebettet sind, um eine hermetische Abdichtung zu bilden.
• Die mittlere Kammer 9" besteht aus einer Bildgebungseinheit 12, die ein Objektivlinsensystem 13 und einen elektronischen Bildsensor 14 umfasst (sieh 2c). Die in 2c gezeigte Schnittansicht ist ein Schnitt entlang der Linie B-B in 2b in einer Längsebene 15 des distalen Endabschnittes 4 des Schaftes 2. Wie unten beschrieben, wird die Bildgebungseinheit 12 im distalen Endabschnitt 4 schwenkbar gehalten. Die mittlere Kammer 9" ist hermetisch durch ein Deckglas 16 abgedichtet, das durchsichtig ist oder zumindest in solchen Abschnitten durchsichtig ist, die von Lichtstrahlen durchquert werden können, die auf dem Bildsensor 14 abgebildet werden.
• Im gezeigten Beispiel besteht das Objektivlinsensystem 13 an seinem distalen Ende aus einer negativen Frontlinse 17 und zwei weiteren optischen Elementen 18, 19, bei denen es sich um Abbildungslinsen handeln kann. Typischerweise besteht das Objektivlinsensystem 13 aus einer oder mehreren Blendenstufen (nicht abgebildet). Die Linse 17 kann eine Einzellinse oder eine Linsengruppe sein, z.B. ein verkittetes Doublet oder Triplet. Die weiteren optischen Elemente 18, 19 können Linsen und/oder Glasblöcke sein, die wiederum einzelne optische Elemente oder z.B. verkittete Doublets oder Triplets sein können. In proximaler Richtung nach dem Objektivlinsensystem 13 umfasst die Bildgebungseinheit 12 ein Ablenkprisma 20, das auf dem Bildsensor 14 montiert ist. Das Ablenkprisma dient dazu, Lichtstrahlen, die aus dem Objektivlinsensystem 13 an dessen Bildende austreten, in Richtung der Bildaufnahmefläche des Bildsensors 14 abzulenken. Die Linse 17 des Objektivlinsensystems ist auch in 2a und 2b symbolisch dargestellt.
• Die Bildgebungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Die Bildgebungseinheit 12 ist wie in 2c dargestellt und oben beschrieben konfiguriert, während 3 weitere Details zeigt. Wie durch gestrichelte Linien angedeutet, werden die Linse 17 und die weiteren optischen Elemente 18, 19 des Objektivlinsensystems durch eine Hülse 21, die fest mit dem Ablenkprisma 20 und dem Bildsensor 14 verbunden ist, in ihrer jeweiligen Position gehalten. Die Linse 17, die optischen Elemente 18, 19 und das Ablenkprisma 20 sind so konfiguriert, dass Strahlen, die von einem Objektfeld entlang oder nahe einer optischen Achse 22 in die Bildgebungseinheit 12 eintreten, durch die Linse 17 und die optischen Elemente 18, 19 hindurchgehen, im rechten Winkel zu einer Eintrittsfläche 23 in das Ablenkprisma 20 eintreten, an der Ablenkfläche 24 um 90° abgelenkt werden und im rechten Winkel zu einer Austrittsfläche 25 aus dem Ablenkprisma 20 austreten. Das Ablenkprisma 20 wird auf dem Bildsensor 14 so gehalten, dass die Austrittsfläche 25 an eine Bildaufnahmefläche 26 des Bildsensors 14 angrenzt. Das Ablenkprisma 20 kann z.B. mit seiner Austrittsfläche 25 an einem Deckglas des Bildsensors 14 (nicht abgebildet) befestigt oder geklebt werden. Das Objektivlinsensystem 13 ist so konfiguriert, dass es ein Bild eines Objektfeldes auf die Bildaufnahmefläche 26, d.h. auf den lichtempfindlichen Bereich des Bildsensors 14, oder zumindest auf einen Teil des lichtempfindlichen Bereichs fokussiert. Aufgrund der Ablenkung an der Ablenkfläche 24, die einen Winkel von 45° zur Bildaufnahmefläche 26 des Bildsensors 14 bildet, ist die optische Achse 22 des Objektivlinsensystems 13 im Wesentlichen parallel zu einer Sensorebene des Bildsensors 14. Die Austrittsfläche 26 weist eine Seitenlänge auf, die mindestens dem Durchmesser eines kreisförmigen Bildes entspricht, das durch das Objektivlinsensystem 13 auf der Bildaufnahmefläche 26 erzeugt wird, und vorzugsweise weniger als etwa 150% des Bilddurchmessers beträgt.
• Weiterhin ist in 3 eine Schwenkachse A der Bildgebungseinheit 12 dargestellt, die z.B. als Bolzen ausgebildet sein kann, der drehbar in entsprechenden Lagern in den Wänden 10, 10' gehalten wird (siehe 2b). Die Schwenkachse A steht im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse 27 des distalen Endabschnittes 4. Somit wird die Bildgebungseinheit 12, bestehend aus dem Objektivlinsensystem 13, dem Ablenkprisma 20 und dem Bildsensor 14, im distalen Endabschnitt 4 des Schaftes 2 schwenkbar gehalten und bildet eine im Wesentlichen starre, um die Schwenkachse A schwenkbare Einheit. Das Deckglas 16 ist in 3 nur symbolisch dargestellt. Die Bildgebungseinheit 12 kann weitere Elemente wie eine oder mehrere Blenden und/oder Abstandshalter enthalten (nicht dargestellt). Darüber hinaus können ein oder mehrere Betätigungselemente zur Auslösung der Schwenkbewegung vorgesehen sein, wie z.B. ein Steuerdraht, der mit den Steuerelementen 6 des Handgriffs 5 verbunden ist (siehe 1), welche Betätigungselemente in 3 nicht dargestellt sind.
• In dem in 3 dargestellten Beispiel befindet sich die Schwenkachse A an einer distalen Kante des annähernd rechteckigen Bildsensors 14. Wie in 3 angegeben, hat die Hülse 21, die das Objektivlinsensystem 13 hält, eine Länge L und eine Breite d. Das bedeutet, dass die Bildgebungseinheit 12 bis zu einem Kippwinkel α geschwenkt werden kann, in welcher Position das Verhältnis $$L\text{ sin }\alpha +d\text{ cos }\alpha \le h$$

  

  erfüllt ist, wobei h die innere Breite des Rohres 3 im distalen Endabschnitt 4 des Schaftes 2 ist (siehe 1). Wie in 3 angedeutet, kann die Gesamthöhe h aufgrund der Krümmung eines Querschnitts des Rohres 3 in der mittleren Kammer 9" nicht vollständig ausgenutzt werden (siehe 2b).
• Allgemein gilt also $$L\text{ sin }\alpha +d\text{ cos }\alpha <h$$

  
• Wenn andererseits der maximale Kippwinkel α vordefiniert ist, beträgt die maximal zulässige Länge L des Objektivlinsensystems 13 $$L\le h\text{/sin }\alpha -d\text{/tan }\alpha$$

  
• Der maximale Kippwinkel α ist die maximale Winkelabweichung der optischen Achse 22 des Objektivlinsensystems 13 von der Längsachse 27 des distalen Endabschnittes 4 des Schaftes 2 und damit der maximale Blickwinkel des Endoskops 1. Das Deckglas 16 ist in Bezug auf eine Richtung senkrecht zur Längsachse 27 entsprechend um einen Winkel α geneigt. Das Deckglas 16 kann im Wesentlichen flach sein, wie in 2a, 2c und 3 gezeigt, oder das Deckglas kann gebogen sein (siehe unten).
• Weiterhin kann, wie in 3 zu sehen ist, die Länge der längeren Seite oder zumindest eine Länge einer Diagonale des Bildsensors 14 größer als h, d.h. größer als die innere Breite des Rohres 3, sein und kann größer als in 3 dargestellt sein. Bei Standard-Bildsensoren übersteigen die Abmessungen des Bildsensors 14 die jeweiligen Abmessungen der lichtempfindlichen Fläche und damit der Bildaufnahmefläche 26, wobei der Bildsensor 14 Ränder für elektrische Anschlüsse und/oder aufgrund der Verpackung aufweist. In 3 sind solche Ränder 28, 29 diejenigen Teile der Oberfläche des Bildsensors, die über die Bildaufnahmefläche 26 hinausgehen. Die Austrittsfläche 25 des Ablenkprismas 20 bedeckt im Wesentlichen die Bildaufnahmefläche 26 und erstreckt sich nur über einen kleinen Teil der Ränder 28, 29. Eine Breite des Bildsensors 14 sowie der Durchmesser der Hülse 21 und die Breite des Ablenkprismas 20 sind etwas kleiner als eine Breite der mittleren Kammer 9" (siehe 2a-2c).
• Wie auch in 3 zu sehen ist, kann in einem Schaft 2 mit gegebener Innenhöhe h der maximal erreichbare Kippwinkel α größer sein, wenn L und/oder die Länge des Bildsensors 14 kleiner ist. Je kleiner die Bildaufnahmefläche 26 ist, desto kleiner kann auch die Größe des Ablenkprismas 20 gewählt werden, was wiederum die Wahl eines kleineren Durchmessers d des Objektivs 13 und damit einen größeren maximalen Betrachtungswinkel α erlaubt. Wenn also h vordefiniert ist, kann es zu einem Kompromiss zwischen L und/oder d einerseits und α andererseits kommen.
• Die Bildgebungsanordnung aus 3 ist in den Endpositionen in 4a und 4b dargestellt. Die Endposition, die dem maximalen Blickwinkel bzw. Kippwinkel α entspricht, ist in 4a dargestellt, die eine vereinfachte Darstellung der Situation von 3 ist. 4b zeigt den minimalen Blickwinkel, der etwa 0° beträgt, d.h. eine Blickrichtung parallel zur Längsachse 27 des distalen Endabschnittes 4.
• Die 5a und 5b sowie die 6a und 6b zeigen zwei alternative Ausführungsformen, die sich von der Anordnung der 3 und 4a und 4b an unterschiedlichen Stellen der Schwenkachse A unterscheiden. Gemäß der Ausführungsform der 5a und 5b befindet sich die Schwenkachse A an der distalen Kante der Bildaufnahmefläche 26, die etwa mit der Schnittlinie der Eintrittsfläche 23 und der Austrittsfläche 25 des Ablenkprismas 20 zusammenfällt. In der Ausführungsform der 6a und 6b befindet sich die Schwenkachse A an einer Stelle, die durch den Schnittpunkt der optischen Achse 22 des Objektivlinsensystems 13 mit der Eintrittsfläche 23 des Ablenkprismas 20 definiert ist, wobei die Schwenkachse A parallel zur Bildaufnahmefläche 26 liegt.
• In einer Variante der Ausführungsform der 6a und 6b und wie in den 7a und 7b dargestellt, kann das Rohr 3 oder zumindest die mittlere Kammer 9" durch ein gewölbtes Deckglas 30 verschlossen werden. Das Deckglas 30 kann in einem Kreisbogen um die Schwenkachse A so gekrümmt sein, dass es an den Endpositionen der Bildgebungseinheit 12, wie in 7a und 7b dargestellt, von der optischen Achse 22 des Objektivlinsensystems senkrecht geschnitten wird, und zwar vorzugsweise in allen möglichen Betrachtungswinkeln. Das gekrümmte Deckglas 30 kann dagegen als Ausschnitt einer Kugel ausgeführt sein, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Schwenkachse A liegt, oder es kann in einer Form gekrümmt sein, die nicht symmetrisch zur Schwenkachse A ist. Obwohl ein gekrümmtes Deckglas 30 nur in einer Variation der dritten Ausführungsform gezeigt wird, kann ein gekrümmtes Deckglas in entsprechenden Variationen der anderen Ausführungsformen vorgesehen werden.
• Die drei beschriebenen Ausführungsformen unterscheiden sich in der maximal zulässigen Länge des Bildsensors 14, die die in den Figuren gezeigte Länge auf einer distalen und/oder proximalen Seite überschreiten kann. In den 4a-6b sind die Komponenten der Bildgebungseinheit 12 und des distalen Endabschnittes 4 des Schaftes 2 nur symbolisch dargestellt.
• Gemäß den beschriebenen Ausführungsformen können beispielsweise ein Full-HD-Sensor mit 1,4 µm Pixelgröße und ein Objektivlinsensystem 13 mit einem entsprechenden Durchmesser d von etwa 3 mm in einem Endoskop mit variabler Blickrichtung und einer Schaftinnenhöhe h von etwa 5 mm eingesetzt werden, wobei die Blickrichtung in einem gesamten Blickwinkelbereich bis zu einem maximalen Blickwinkel α von mindestens 25° frei wählbar ist.
• Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren angezeigt. Wenn ein Bezugszeichen in der Beschreibung einer Figur nicht ausdrücklich erwähnt wird, hat dieses dieselbe Bedeutung wie in den anderen Figuren.
• Bezugszeichenliste

1

Endoskop

2

Schaft

3

Rohr

4

distaler Endabschnitt

5

Handgriff

6

Steuerelement

8

distales Ende

9, 9', 9”

Kammer

10, 10'

Wand

11, 11'

Lichtleiter

12

Bildgebungseinheit

13

Objektivlinsensystem

14

Bildsensor

15

Ebene

16

Deckglas

17

Linse

18

optisches Element

19

optisches Element

20

Ablenkprisma

21

Hülse

22

optische Achse

23

Eintrittsfläche

24

Ablenkfläche

25

Austrittsfläche

26

Bildaufnahmefläche

27

Längsachse

28

Rand

29

Rand

30

Deckglas

A

Schwenkachse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2015/121145 A1 [0005]
• US 2015/0359420 A1 [0006]
• US 2014/0350338 A1 [0007]

Claims (13)

1. Beobachtungsinstrument mit einem Schaft (2) und einer Bildgebungseinheit (12), wobei die Bildgebungseinheit (12) ein Objektivlinsensystem (13) und einen elektronischen Bildsensor (14) umfasst, der zur Aufnahme eines von dem Objektivlinsensystem (13) erzeugten Bildes angeordnet ist, wobei die Bildgebungseinheit (12) schwenkbar in einem distalen Endabschnitt (4) des Schafts (2) angeordnet ist, wobei eine Schwenkachse (A) der Bildgebungseinheit (12) quer zu einer Längsachse (27) des distalen Endabschnitts (4) des Schafts (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (14) im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse (22) des Objektivlinsensystems (13) angeordnet ist und dass die Bildgebungseinheit (12) ein Ablenkelement zum Ablenken von Licht, das von einem Bildende des Objektivlinsensystems (13) austritt, zu einer Bildaufnahmefläche (26) des Bildsensors (14) umfasst.
2. Beobachtungsinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkelement ein Ablenkprisma (20) ist, das an der Bildaufnahmefläche (26) des Bildsensors (14) befestigt ist.
3. Beobachtungsinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebungseinheit (12) eine Hülse (21) umfasst, die das Objektivlinsensystem (13) hält, und dass das Ablenkelement ein Ablenkprisma (20) ist, das an einem Bildende der Hülse befestigt ist.
4. Beobachtungsinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (22) des Objektivlinsensystems (13) gegenüber der Bildaufnahmefläche (26) des Bildsensors (14) versetzt ist.
5. Beobachtungsinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (A) an einer distalen Kante des Bildsensors (14) angeordnet ist.
6. Beobachtungsinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (A) am Bildende des Objektivlinsensystems (13) angeordnet ist.
7. Beobachtungsinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebungseinheit (12) zwischen einer ersten Endstellung, in der die optische Achse (22) des Objektivlinsensystems (13) annähernd parallel zu einer Längsachse (27) des distalen Endabschnittes (4) des Schaftes (2) ist, und einer zweiten Endstellung, in der die optische Achse (22) des Objektivlinsensystems (13) einen maximalen Winkel (α) mit der Längsachse (27) des distalen Endabschnittes (4) des Schaftes (2) bildet, verschwenkbar ist.
8. Beobachtungsinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Winkel (α) zwischen etwa 25° und etwa 75° liegt.
9. Beobachtungsinstrument nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (L) des Objektivlinsensystems (13) L ≤ h / sin α - d/ tan α ist, wobei h ein Innendurchmesser des distalen Endabschnittes (4) des Schaftes (2) und d ein Durchmesser des Objektivlinsensystems (13) ist.
10. Beobachtungsinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (14) eine Diagonale mit einer Länge aufweist, die einen Innendurchmesser (h) des distalen Endabschnitts (4) des Schafts (2) überschreitet.
11. Beobachtungsinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) distal durch ein gebogenes Deckglas (30) verschlossen ist.
12. Beobachtungsinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beobachtungsinstrument ein Endoskop (1), ein Exoskop oder eine endoskopische Kapsel ist.
13. Video-Bildgebungsanordnung für ein Beobachtungsinstrument mit einem Schaft (2), wobei die Video-Bildgebungsanordnung eine Bildgebungseinheit (12) umfasst, wobei die Bildgebungseinheit (12) ein Objektivlinsensystem (13) und einen elektronischen Bildsensor (14) umfasst, der so angeordnet ist, dass er ein von dem Objektivlinsensystem (13) erzeugtes Bild aufnimmt, wobei die Bildgebungseinheit (12) schwenkbar in einem distalen Endabschnitt (4) des Schafts (2) angeordnet werden kann, wobei eine Schwenkachse (A) der Bildgebungseinheit (12) quer zu einer Längsachse (27) des distalen Endabschnitts (4) des Schafts (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (14) im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse (22) des Objektivlinsensystems (13) angeordnet ist und dass die Bildgebungseinheit (12) ein Ablenkelement zum Ablenken von Licht, das aus einem Bildende des Objektivlinsensystems (13) austritt, zu einer Bildaufnahmefläche (26) des Bildsensors (14) umfasst.

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