DE102021106839A1

DE102021106839A1 - Optisches System für ein Video-Endoskop und Video-Endoskop

Info

Publication number: DE102021106839A1
Application number: DE102021106839.8A
Authority: DE
Inventors: Marcel Hofstetter; Harald Baumann; Benjamin Häsler
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein Video-Endoskop aufweisend zumindest einen miniaturisierten elektronischen Bildsensor, wobei der Bildsensor ein aktiver Pixelsensor mit progressiver Verschiebung eines Mikro-Linsenfeldes, and einem Linsensystem mit einer ersten Linse, einer zweiten Linse, einer dritten linse und/oder weiteren Linsen in einer Reihenfolge von einer Objektseite zum Aufnehmen vom Bildlicht aus einem Objektbereich und zum Leiten des Bildlichts auf den zumindest einen, in einer Bildebene des optischen Systems angeordneten, Bildsensor. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Video-Endoskop.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein Video-Endoskop aufweisend zumindest einen miniaturisierten elektronischen Bildsensor, wobei der Bildsensor ein aktiver Pixelsensor mit progressiver Verschiebung eines Mikro-Linsenfeldes, and einem Linsensystem mit einer ersten Linse, einer zweiten Linse, einer dritten linse und/oder weiteren Linsen in einer Reihenfolge von einer Objektseite zum Aufnehmen vom Bildlicht aus einem Objektbereich und zum Leiten des Bildlichts auf den zumindest einen, in einer Bildebene des optischen Systems angeordneten, Bildsensor ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Video-Endoskop.
Für medizinische oder nicht-medizinische Anwendungen weisen Endoskope einen langgestreckten Schaft auf, welcher eingerichtet ist, in einen inneren Hohlraum eines menschlichen oder tierischen Körpers oder in ein anderes zu untersuchendes Objekt wie eine Rohrleitung, eingeführt zu werden. Um ein Bild eines Objektbereiches zu erzeugen, ist eine Bildoptik in einem distalen (also entfernt von einem Benutzer) Endbereich des Schaftes angeordnet. Anstelle von CCD-Sensoren (Charge Coupled Device) werden seit kurzem immer mehr hochauflösende, miniaturisierte elektronische Bildsensoren wie beispielsweise CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) als Bildsensoren direkt im distalen Endbereich des Schaftes angewendet. Neben einer verbesserten Qualität des erzeugten Bildes mittels des hochauflösenden CMOS-Sensors ist ein solcher Sensor besser an den für das optische System begrenzten Bauraum im distalen Endbereich angepasst, wodurch üblicherweise der Gebrauch eines einzelnen Chips als Bildsensor im distalen Spitzenbereich eines Endoskops begünstigt ist. Des Weiteren sind leicht zu beschaffende elektronische Bildsensoren solche als Massenprodukt hergestellte CMOS-Sensoren für Anwendungen wie Smartphones oder Digitalkameras. Jedoch weisen die Mirko-Linsenfelder diese CMOS-Sensoren aus Massenproduktion eine steile Hauptstrahlenwinkel(CRA)-Funktion auf, welche ein Aufweiten der Strahlen des aufgenommenen Bildlichts aus dem Objektbereich auf die Sensorebene des Bildsensors durch das optische System eines Endoskops erfordert, um dessen steilen Hauptstrahlenwinkel zu entsprechen. Jedoch verursacht die Kombination eines kurzen optischen Systems und eines üblicherweise als Massenprodukt hergestellten CMOS-Sensors in Endoskopen spezifische Probleme bezüglich der Fortpflanzung von Strahlen im optischen System und einer verlässlichen Fluoreszenzbildgebung.
Bei der Fluoreszenzbildgebung ist es notwendig, Anregungsstrahlung herauszufiltern, sodass nur die durch den Fluoreszenzstoff ausgesandte Strahlung durch den Bildsensor aufgenommen wird. Dies ist besonders wichtig da üblicherweise die Intensität des Anregungslichts höher ist als das Fluoreszenzlicht und daher auch als das Fluoreszenz-Signal. Um die Anregungsstrahlung herauszufiltern ist es möglich, ein Interferenzfilter in einem länglichen und vorzugsweise telezentrischen optischen System an einer Stelle, an der alle Hauptstrahlen auf das Interferenzfilter in nahezu dem gleichen Winkeln eintreffen, sodass eine flexible Anordnung eines Interferenzfilters in diesem Fall möglich ist. Üblicherweise wird in langen und telezentrischen oder nahezu telezentrischen optischen Systemen, beispielsweise umfassend einen CCD-Sensor, ein Interferenzfilter zum Ermöglichen einer Fluoreszenzbildgebung zwischen dem optischen Objektivsystem und dem CCD-Sensor nahe des Abdeckglases des Sensors oder nahe der am weitesten distalen Linse des optischen Objektivsystems, wo alle Hauptstrahlen einen niedrigen Einfallswinkel (AOI) und nahezu den gleichen Winkel über die gesamte Filteroberfläche des Interferenzfilters aufweisen, angeordnet.
Dennoch ist eine solche Anordnung eines Interferenzfilters in Endoskopen mit einem kurzen optischen System, das die Anforderung an einen steilen Hauptstrahlenwinkel eines Mikro-Linsenfeldes eines CMOS-Sensors erfüllt, nicht möglich und erzeugt ein Problem, da Interferenzfilter üblicherweise ihr Transmissionsband verändern, wenn der Einfallswinkeln von einer Senkrechten zur Oberfläche des Interferenzfilters abweicht. Dadurch wird die Wellenlänge der maximalen Durchlässigkeit, wodurch die Filterkante in Richtung kürzerer Wellenlängen verschoben wird, insbesondere in peripheren Bereichen des Bildes. Durch diese Verschiebung in Richtung kürzerer Wellenlängen kann die üblicherweise kürzere Anregungswellenlänge in der Fluoreszenzbildgebung durch das Interferenzfilter hindurchtreten und damit mit der Fluoreszenzwellenlänge des Fluoreszenzstoffes überlagern und interferieren, wodurch unzuverlässige Fluoreszenzbetrachtungen und -bildgebung ebenso wie eine falsche Auswertung des Fluoreszenzsignals entstehen. Damit können deutliche Folgen, beispielsweise für die Erkennung eines Tumors in der medizinischen Anwendung oder in der Erkennung von Bakterien in der industriellen Anwendung, entstehen.
In kurzen optischen Systemen können bekannte Interferenzfilter auf Grund der Anpassung des Objektives an den hohen Hauptstrahlwinkel-Anstieg des miniaturisierten elektronischen Bildsensors und des daraus bedingten hohen Einfallswinkels im optischen System für einen Großteil des Sichtfeldes nicht verwendet werden.
Üblicherweise können bekannte Interferenzfilter nur für einen spezifischen Einfallswinkel und eine spezifische Wellenlänge optimiert werden.
Das Überwinden der wellenlängenabhängigen Übertragung eines Interferenzfilters ist in der US 2014/0211073 A1 beschrieben, in der eine optische Vorrichtung mit einem Bildsensor und einer optischen Anordnung zum Bündeln optischer Strahlung auf den Bildsensor mittels eines Blendenrings vorgeschlagen ist, in dem die optische Anordnung eine Mehrzahl von optischen Oberflächen, einschließlich einer gekrümmten Oberfläche mit einem Krümmungsmittelpunkt in der Nähe des Blendenrings, und ein Interferenzfilter aufweisend eine Beschichtung auf dieser gekrümmten Oberfläche gebildet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt in der Nähe des Blendenrings angeordnet ist, aufweist. Jedoch werden in dieser optischen Vorrichtung Linsen mit hoher zahlenmäßiger Blende und damit kleinen F-Zahlen, beispielsweise 2, verwendet, wobei die Winkelaufweitung der Strahlen mit der zahlenmäßigen Blende ansteigt. Jedoch betrachtet die optische Vorrichtung der US 2014/0211073 A1 elektronische Bildgebungssysteme im Allgemeinen und beschreibt oder betrachtet keine Endoskope. Dementsprechend muss die optische Vorrichtung mit großem AOI der Filteroberflächen als Ergebnis der kleinen F-Zahl umgehen und damit einen CRA von null voraussetzen.
Im Gegensatz dazu haben die meisten Endoskope vorzugsweise eine höhere F-Zahl und damit ein größeres Verhältnis zwischen der Fokallänge des Systems zum Durchmesser der Eingangspupille um eine vorteilhaftere Schärfentiefe (DOF, depth-of-field) bereitzustellen. Kleinere F-Zahlen werden nur verwendet, wenn die Schärfentiefe weniger wichtig ist und stattdessen ein helles Bild und eine hohe Auflösung in Endoskopen notwendig ist. Folglich müssen in Endoskopen, die übliche CMOS-Sensoren mit Mikro-Linsenfeldern verwenden, nicht nur die Winkelaufweitung der Strahlen, sondern die für das Mikro-Linsenfeld des CMOS-Sensors notwendigen Hauptstrahlwinkel, berücksichtigt werden. Diese Anforderung an den CRA kann als „sichtfeldabhängiger Offset“ des AOI interpretiert werden, wodurch die Probleme mit einem großen AOI wesentlich herausfordernder werden. Da die optische Vorrichtung der US 2014/0211073 A1 Linsen in einer telezentrischen Anordnung verwendet, ist eine Anpassung der Strahlausbreitung innerhalb der optischen Anordnung an steile Hauptstrahlwinkel eines CMOS-Sensors nicht möglich.
In der US 2019/0187454 A1 wird ein optisches Objektivsystem für ein Endoskop beschrieben, welches eine vordere Gruppe mit einer negativen Brechkraft und nur drei Linsen, einen Blendenring und eine hintere Gruppe mit positiver Brechkraft und ebenfalls drei Linsen, aufweist. In der vorderen Gruppe kann ein optisches Bauteil mit einer Filterfunktion zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse angeordnet sein, wobei das optische Bauteil parallele Einfalls- und Ausfallsflächen aufweist. Dieses optischen Objektivsystem dient dazu, chromatische Aberrationen in einem Weitwinkel-Linsensystem, welches dazu eingerichtet ist, einen breiteren Bereich zu beobachten und eine Beobachtung mit einer Laserlichtquelle von 400nm Wellenlänge zusätzlich zu einer Weißlichtquelle zu ermöglichten, zu korrigieren.
Ebenso zeigt die US 2019/0142249 A1 ein spezielles optisches Objektivsystem für ein Endoskop, aufweisend, in einer Reihenfolge von einer Objektseite her, eine vordere Gruppe mit einer negativen Brechkraft, einen Blendenring und eine hintere Gruppe mit einer positiven Brechkraft, wobei eine mehrschichtige optischer Interferenzfolie einbegriffen ist um fast 100% einer Wellenlänge eines Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat Lasers, welcher zum Behandeln eines Tumors während der Verwendung des Endoskops benutzt wird. Auf Grund der Abhängigkeit dieses mehrschichtigen optischen Interferenzfolie vom Einfallswinkel ist es notwendig, diese Folie an einer Stelle zu positionieren, an der ein Einfallswinkel eines Hauptlichtstrahls nicht übermäßig groß wird wozu die Folie auf einer Bildseite der ein positive Brechkraft aufweisenden dritten Linse der hinteren Gruppe angeordnet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, es, den bekannten Stand der Technik zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System für ein Video-Endoskop aufweisend zumindest einen miniaturisierten elektronischen Bildsensor, wobei der Bildsensor ein aktiver Pixelsensor mit progressiver Verschiebung eines Mikro-Linsenfeldes, and einem Linsensystem mit einer ersten Linse, einer zweiten Linse, einer dritten linse und/oder weiteren Linsen in einer Reihenfolge von einer Objektseite zum Aufnehmen vom Bildlicht aus einem Objektbereich und zum Leiten des Bildlichts auf den zumindest einen, in einer Bildebene des optischen Systems angeordneten, Bildsensor, wobei zumindest eine Filterbeschichtung an und/oder auf einem Stützelement zum Ausbilden eines Interferenzfilters an einer Position im optischen System derart angeordnet ist, dass ein Einfallswinkel des Bildlichts auf die Filterbeschichtung minimiert und eine Fluoreszenzbildgebung ermöglicht ist.
Durch das Anordnen der Filterbeschichtung im optischen System derart, dass die Einfallswinkel des Bildlichts auf die Oberfläche der Filterbeschichtung minimiert werden wird in einem „distal tip end“ Endoskop mit einem kurzen optischen System, in dem im Wesentlichen die Hauptstrahlen nicht senkrecht auf die Oberfläche einer Komponente des optischen Systems einfallen, dennoch eine unterscheidbare Beobachtung und Anzeigen von aufgenommenem Licht durch einen miniaturisierten elektronischen Bildsensor erreicht und zudem Fluoreszenzbildgebung ermöglicht.
Aus diesem Grund kann Fluoreszenzbildgebung, wobei durch das effiziente Absorbieren und/oder Blockieren durch die Filterbeschichtung keine Verunreinigung der Fluoreszenzwellenlängen durch die Anregungswellenlänge auftritt, auch in Endoskopen mit einem kurzen optischen System unter Verwendung eines miniaturisierten elektronischen Bildsensors wie einem CMOS-Sensor mit einem Mirko-Linsen Verschiebungsfeld und damit einem hohen Hauptstrahlwinkel, insbesondere an den peripheren Kanten der Bildsensorebene, realisiert werden. Folglich kann das optische System beispielsweise in einem Kolonoskop unter Einhaltung der Anforderungen für einen hohen Hauptstrahlwinkel eines CMOS-Sensors und gleichzeitiger Bereitstellung der Leistungsfähigkeit der Fluoreszenzbildgebung verwendet werden.
Damit wird ein neues Kamerasystem für ein Endoskop bereitgestellt, in dem weitestgehend obsolete CCD-Sensoren durch hochauflösende CMOS-Sensoren ersetzt werden. Dies ist besonders wichtig, da als Massenprodukt hergestellte CMOS-Sensoren kosteneffizienter und am Markt leichter verfügbar sind und zudem zumeist eine höhere Auflösung aufweisen und damit eine höhere Bildgebungsqualität ermöglichen.
Durch die optimale Position der Filterbeschichtung innerhalb des optischen Systems mit einer Minimierung des Einfallswinkels des Bildlichtes auf die Filterbeschichtung wird ein Verschieben der jeweiligen Spitzen-Durchlässigkeit und damit ein Verschieben der Filterkante in Richtung einer kürzeren Wellenlänge verringert, in der Folge ist eine Fluoreszenzstrahlung eines Fluoreszenzstoffes wie durch eine größere Fläche des Bildsensors als zuvor möglich aufgenommen frei von einer Verunreinigung durch die Anregungsstrahlung. In idealen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wäre das gesamte Bild frei von solchen Verunreinigungen, wobei hingegen in anderen Ausführungsformen manche Bereiche des Bildes noch verunreinigt sein könnten, welche für einen Benutzer als unzuverlässig gekennzeichnet werden können.
Folglich sind in einem 2D-Video-Endoskop mit einer Fluoreszenz-Optik 2D-Weißlichtbildgebung und 2D-Fluoreszenzbildgebung, 2D Überlagerungsanzeige von Fluoreszenz und sichtbarem Licht (Weißlicht) ebenso wie 2D-Bildgebung für alternative Fluoreszenzstoffe in einem Überlagerungsmodus oder einem reinen Fluoreszenzmodus möglich. Ebenso kann für ein 3D-Vidoe-Endoskop mit zwei separaten Fluoreszenzoptiken 3D-Bildgebung sichtbaren Lichts, 3D-Bildgebung eines alternativen Fluoreszenzstoffes und 3D-Überlagerungsanzeige eines Fluoreszenzstoffes und sichtbaren Lichts realisiert werden.
Somit wird der Funktionsumfang der Fluoreszenzbildgebung eines Endoskops durch die innerhalb des optischen Systems angeordnete Filterbeschichtung erweitert und optimiert. Damit ist es besonders vorteilhaft, dass nur ein einzelner elektronischer Bildsensor für sichtbares Licht und die Fluoreszenzbildgebung notwendig ist, oder eben zwei Bildsensoren im Falle einer 3D-Bildgebung.
Des Weiteren wird ein Endoskop mit einem kurzen optischen System in seiner distalen Spitze bereitgestellt, das ohne jedwede weitere Sensoren oder Filterwechsler für sichtbares Licht und Fluoreszenzbildgebung auskommt.
Durch ein Anordnen der Filterbeschichtung an einer Position innerhalb des optischen Systems, an der die Einfallswinkel des Bildlichts auf die Filterbeschichtung minimiert ist wird die Abhängigkeit vom Einfallswinkels auf das Interferenzfilter und die damit verbundene Verschiebung der Filterkante hin zu kürzeren Wellenlängen verkleinert und damit eine verbesserte Zuverlässigkeit der Fluoreszenzbildgebung erlaubt.
Weiterhin werden, unabhängig vom Interferenzfilter innerhalb des optischen Systems, der Anstieg der Hauptstrahlwinkel des optischen Systems an den Anstieg der Hauptstrahlwinkel des miniaturisierten elektronischen Bildsensors angepasst. Dies ist besonders wichtig, da dieser aktive Pixelsensor mit einer anteigenden Verschiebung des Mikro-Linsenfeldes kleinere Pixel zulässt, in die das Licht durch die Mikro-Linsen gebündelt werden kann und damit der lichtempfindliche Bereich und die Empfindlichkeit des Bildsensors deutlich vergrößert werden kann.
Eine der Kernideen der Erfindung ist die besondere Anordnung einer Filterbeschichtung innerhalb eines optischen Systems, wobei die Einfallswinkel auf die Filterbeschichtung an und/oder auf einem Stützelement zum Bilden eines Interferenzfilters zum Ermöglichen einer Fluoreszenzbildgebung deutlich geringer ist als der jeweilige hohe Anstieg des Hauptstrahlwinkels des miniaturisierten elektronischen Bildsensors mit ansteigender Verschiebung eines Mikro-Linsenfeldes. Durch die spezielle Anordnung dieses optischen Systems werden simultane Fluoreszenzbildgebung und hochauflösende CMOS-Sensortechnologie kombiniert. Des Weiteren ist, auf Grund der Ausgestaltung des Interferenzfilters als eine Beschichtung dessen Integration raumsparend innerhalb des kurzen optischen Systems des Endoskops möglich.
Wie in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung verwendet sollen die folgenden Begriffe, sofern nicht anderweitig angezeigt, gemäß der folgenden Bedeutung verstanden werden:
Ein „optisches System“ ist insbesondere ein System, welches eine Filterbeschichtung und ein Objektivlinsensystem zum Aufnehmen, Weiterleiten und Verändern des Bildlichtes aus einem Objektbereich hin zu einem Bildsensor aufweist. Das optische System ist insbesondere eingerichtet, um mit einer kurzen Länge in einem distalen Endbereich eines Schaftes eines Video-Endoskops angeordnet zu werden. Das optische System ist, insbesondere, auch ein Kameraobjektiv.
Das „Linsensystem“ weist in einer Reihenfolge von einer Objektseite ein Abdeckglas und/oder eine erste Linse, eine zweite Linse und/oder weitere Linsen auf, welche entlang einer optischen Achse des Linsensystems angeordnet sind. Beispielsweise kann die Filterbeschichtung zwischen der ersten und der zweiten Linse des Objektivlinsensystems angeordnet sein. Eine „Linse“ ist insbesondere ein durchlässiger optischer Körper, welcher einen Lichtstrahl (Lichtstrahlen) durch eine Brechung zusammenführt oder aufweitet. Die erste Linse, die zweite Linse, die dritte Linse und weitere Linsen können einzelne Linsen, welche durch einen Luftspalt getrennt oder maximal punktweise mit angrenzenden Linsen in Kontakt sind, sein. Ebenso kann eine Linse eine Kombinationslinse, eine Stablinse oder eine Verbundlinse sein. Beispielsweise weist eine Verbundlinse einzelne optische Elemente auf, welche miteinander verklebt sind. Unterschiedliche Verbundlinsen sind insbesondere durch Luftspalte getrennt oder an deren Scheitelpunkt miteinander in Kontakt. In einer Ausgestaltung mit Einzellinsen können diese Einzellinsen mit einem funktionalen Ring um die jeweiligen Linsen herum verbunden sein. Zumindest eine Linse des Linsensystems weist eine positive Brechkraft auf, insbesondere weist das Linsensystem maximal drei Linsen auf. Für viele endoskopische Anwendungen sind F-Zahlen zwischen 2 und 14 zu bevorzugen, wobei diese üblicherweise von den Anforderungen an die Helligkeit des Bildes, der erforderlichen Auflösung und der Schärfentiefe abhängen. Vorzugsweise sind die Linsen aus Glas und/oder einem kristallinen Material hergestellt. Ebenso kann oder können diese aus optischer Keramik hergestellt sein. Zumindest eine Linse weist vorzugsweise einen Brechungsindex n näherungsweise gleich oder über 1,6, vorzugsweise über 1,7 oder sogar 1,8 auf. Zumindest eine Linse weist vorzugsweise eine Abbe-Zahl v oberhalb 70, vorzugsweise oberhalb 80, auf. In einigen Ausführungsformen können eine oder alle Linsen des Objektivlinsensystems asphärisch und/oder einige oder alle optischen Oberflächen der Linsen asphärisch sein. Die asphärische Oberfläche kann konvex, konkav sein und/oder konvexe, konkave und/oder ebene Bereiche aufweisen, wobei die asphärischen Oberflächen Vorteile bei der Einhaltung der Sensor-CRA und Filter-AOI bieten. Vorzugsweise sind die asphärischen Oberflächen rotationssymmetrisch und die Symmetrieachsen der Linsen aneinander und/oder mit der optischen Achse des Objektivlinsensystems ausgerichtet. In anderen Ausgestaltungen sind alle Oberflächen zum Vereinfachen der Herstellung und der Herstellungsaufwendungen für das optische System sphärisch. Vorzugsweise weist das Linsensystem einen Blendenring auf. Der Blendenring kann durch eine schwarze Beschichtung ausgebildet sein, welche auf einer Oberfläche einer planparallelen Glasscheibe angeordnet ist. Damit kann die den Blendenring ausbildende schwarze Beschichtung weißes Licht, die Anregungsquelle und/oder das Fluoreszenzsignal zurückhalten. Alternativ kann der Blendenring auch mittels einer mechanischen Struktur realisiert sein.
Die erste Linse ist vorzugsweise eine Eingangslinse mit einer hohen Brechkraft für die steilen Strahlen, welche aus dem Objektbereich kommen. Durch eine Brechung reduziert die Eingangslinse vorzugsweise den Einfallswinkel für die nachfolgenden optischen Elemente. Die erste Linse des optischen Systems kann beispielsweise eine plano-konkave Linse oder ein Abdeckglas mit einer konkaven Einprägung sein, deren konkave Seite zum Bildsensor weist.
Ein „Video-Endoskop“ (auch einfach als „Endoskop“ bezeichnet) ist ein Endoskop mit einer digitalen Bildaufnahme und Bildübertragung in das proximale Ende des Video-Endoskops. Das Video-Endoskop weist einen langgestreckten Schaft und einen Griff auf, welche miteinander verbindbar sind. Zumindest ein digitaler Bildsensor ist an einem distalen Ende (und damit an der von einem Benutzer des Video-Endoskops beabstandeten Seite) des langgestreckten Schaftes zur Bildaufnahme angeordnet. Insbesondere umfasst das Video-Endoskop jede Art von digitalem Endoskop, beispielsweise ein 2D-Kolonoskop oder Gastroenteroskop oder ein 3D-Video Endoskop mit, beispielsweise, zwei separaten Fluoreszenzobjektiven. Das Video-Endoskop ist insbesondere in „chip-on-the-tip“ (COTT)-Endoskop, wobei der Bildsensor als ein Chip in einem distalen Endabschnitt des Schaftes des Video-Endoskops angeordnet ist und die vom Bildsensor aufgenommenen Bilddaten elektronisch durch den Schaft in Richtung der proximalen Seite und weiter an ein Anzeigesystem und/oder reine Bildverarbeitungseinheit zur Anzeige des endoskopischen Bildes für den Benutzer werden. Insbesondere ist das Objektivlinsensystem in solchen COTT-Endoskopen mit einer langen Ausdehnung entlang einer axialen Richtung umgesetzt, um einen nahezu telezentrischen Verlauf zu erzielen. Jedoch ist der verfügbare Bauraum im distalen Endabschnitt des Schaftes begrenzt und ein kurzes optisches System und/oder ein kurzes Objektivlinsensystem daher einem konventionellen System mit einer langen Ausdehnung vorzuziehen und vor dem Bildsensor angeordnet. Das Video-Endoskop kann wiederverwendbar und autoklavierbar, insbesondere als medizinisches Video-Endoskop, sein.
Der „langgestreckte Schaft“ ist insbesondere eine steife, teilflexible oder flexible Röhre. Insbesondere ist der Schaft dazu eingerichtet in einen endoskopisch zu betrachtenden Hohlraum eingeführt zu werden, beispielsweise eine Körperhöhle eines menschlichen oder tierischen Körpers oder eine andere Öffnung in industriellen Anwendungen, beispielweise eine Rohrleitung. Üblicherweise kann der Schaft einen Außendurchmesser in der Größenordnung von 4mm bis zu 10mm aufweisen. Neben dem optischen System und einem oder zwei Bildsensoren kann der Schaft einen oder mehrere Kanäle zum Einführen oder Hindurchführen von Arbeitsinstrumenten (üblicherweise als „Arbeitskanal“ bezeichnet) aufweisen, um den angestrebten Effekt im Hohlraum oder in der Öffnung zu erzielen. Dazu sind die Raumanforderungen im distalen Endabschnitt des Schaftes durch weitere Komponenten wie Beleuchtungslichtleiter, Optiken und Instrumentenkanäle zusätzlich zum optischen System begrenzt. Der Schaft kann an seinem proximalen Ende mit einem Griff eines Video-Endoskops verbunden werden oder permanent mit einem Griff verbunden sein. Dazu kann der Schaft, einbegriffen das optische System, das Objektivlinsensystem und/oder der Bildsensor, separat entsorgbar sein.
Ein „miniaturisierter elektronischer Bildsensor“ weist insbesondere seine Sensorebene in einer Bildebene des optischen Systems und/oder des Linsensystems auf. Der elektronische Bildsensor ist insbesondere ein „complementary metal-oxide-semiconductor“ (CMOS). Vorzugsweise ist der elektronische Bildsensor ein hochauflösender (HD) Bildsensor, welcher beispielsweise full-HD-Auflösung aufweist. Noch bevorzugter kann der elektronische Bildsensor eine höhere Auflösung als full-HD aufweisen, beispielsweise eine Auflösung von 5 mega-pixel (5MP). Zusätzlich können 4K- oder höher auflösende Sensoren in einigen Ausführungsformen eingesetzt werden. Im Allgemeinen ist der elektronische Bildsensor eingerichtet, ein aufgenommenes Bild in ein digitales und damit elektronisches Bildsignal umzuwandeln. Insbesondere ist der elektronische Bildsensor vorzugsweise als Chip direkt im distalen Endabschnitt und/oder der Spitze des Schaftes des Video-Endoskops angeordnet und überträgt die digitalen Bildsignale von einem distalen Ende des Schaftes hin zu seinem proximalen Ende mittels elektrischer Übertragungswege wie Drähten, Kabeln und/oder flexiblen gedruckten Schaltkreisen. Vorzugsweise werden die vom elektronischen Bildsensor erzeugten elektrischen Bilddaten vom Schaft an den Griff des Video-Endoskops und/oder eine Anzeigesystem und/oder eine Verarbeitungseinheit zum Anzeigen des aufgenommenen Bildes weitergeleitet. Der elektronische Bildsensor kann ein als Massenprodukt hergestellter hochauflösender Bildsensor, beispielsweise wie in Smartphones verwendet, sein, welcher ein Mikro-Linsenfeld mit einem relativ steilen Hauptstrahlwinkel (CRA) sein, wobei der Hauptstrahlwinkel sich insbesondere mit ansteigendem Abstand von einer optischen Achse des optischen Systems und/oder Objektives des Video-Endoskops verändert. Insbesondere weist das an einer distalen Seite des elektronischen Bildsensors angeordnete Mikro-Linsenfeld eine nicht-lineare CRA-Funktion auf und das optische System und/oder das Linsensystem ist oder sind an die jeweilige CRA-Funktion des elektronischen Bildsensors angepasst. Deshalb ist ein Aufweiten und Verteilen der Lichtstrahlen im optischen System auf Grund der steilen Hauptstrahlwinkelfläche des elektronischen Bildsensors, insbesondere eines CMOS-Sensors, erforderlich.
Eine „ansteigende Verschiebung eines Mikro-Linsenfeldes“ bezeichnet insbesondere, dass die Mikro-Linsen ansteigend, häufig nicht-linear, in Richtung eines optischen Mittelpunktes eines Sensorfeldes aktiver Bereiche (Pixel) verschoben sind, wenn ein Abstand von dem jeweiligen aktiven Bereich hin zum optischen Mittelpunkt ansteigt, wobei sich insbesondere die ansteigende Verschiebung mit dem Abstand verändert. Oft sind die CRA-Funktionen von CMOS-Sensoren nicht-linear und erreichen einen Maximalwert bei einer relativ großen Bild-Höhe, wobei zwischen dem Maximalwert und der maximalen Bild-Höhe (zum Beispiel der Bild-Ecke) die CRA-Funktion leicht abfällt.
Ein „Interferenzfilter“ ist insbesondere eine Anordnung welche einfallende Strahlung und/oder Strahlen auf Grundlage von spezifischen Kriterien wie Wellenlänge, Polarisationsstatus und/oder dem Einfallswinkel oder der Einfallsrichtung auswählt. Das Interferenzfilter ist insbesondere als Beobachtungs- und/oder Detektionsfilter im optischen System verwendet. Das Interferenzfilter kann, beispielsweise, ein Gradientenfilter mit kontinuierlich oder diskontinuierlich veränderlichem Filtereffekt über die Filteroberfläche von einem Zentrum hin zu einem peripheren Bereich oder auch ein Kantenfilter mit zwei oder mehreren Spektralbereichen sein, die unterscheidbar scharf voneinander abgegrenzt sind in denen das Kantenfilter hindurchlässt (und demnach transparent ist) oder absorbiert (und daher nicht transparent ist). Ein Kantenfilter ist auch ein Langpass-Filter (cut-off-Filter). Das Interferenzfilter kann auch ein Interferenzfilter oder dichroisches Filter sein, welches ein Interferenzfilter ist, das eine oder mehrere Spektralstrahlen oder Spektrallinien reflektiert und andere durchlässt und dabei einen Absorptionskoeffizienten von nahezu null für alle relevanten Wellenlängen aufweist. Ein Interferenzfilter weist insbesondere eine Filterbeschichtung und/oder mehrere dünne Lagen eines dielektrischen Materials mit unterschiedlichen Brechungsindizes auf. Das Interferenzfilter ist insbesondere auf Grund eines Interferenzeffektes, der zwischen den einfallenden und den reflektierten Wellen an den dünnen Grenzschichten der Lagen auftritt, wellenlängenselektiv. Das Interferenzfilter weist insbesondere eine Beschichtung auf, welche ein Blockieren und/oder ein Durchlassen des jeweiligen Lichtes verursacht. Vorzugsweise blockiert das Interferenzfilter das Anregungslicht vollständig während es das Fluoreszenzlicht mit üblicherweise längerer Wellenlänge hindurchlässt. Üblicherweise selektiert das Interferenzfilter ein schmales Band von Einfallswinkeln und dazu korrespondierenden spezifischen Wellenlängen. Interferenzfilter sind üblicherweise für einen kleinen Bereich von AOIs optimiert, wodurch eine Veränderung des Filterspektrums bei stärkeren AOI-Abweichungen entsteht. Das Interferenzfilter weist Glas und/oder ein kristallines Material auf.
Eine „Filterbeschichtung“ ist insbesondere eine Interferenz-Filterbeschichtung. Die Filterbeschichtung kann eine dünne Lage am und/oder auf einem Stützelement zum Ausbilden des Interferenzfilters sein. Insbesondere ist die Filterbeschichtung eine dauerhafte optische dünnlagige Beschichtung. Beispielsweise kann das Filter an und/oder auf dem Stützelement mittels eines speziellen Beschichtungsverfahrens wie reaktivem Sputtern, chemischer Niederdruck-Nebelabscheidung, Verdampfung und anderen zweckdienlichen Verfahren angeordnet und/oder aufgebracht sein. Des Weiteren kann die Filterbeschichtung als dünne Lage hergestellt und an oder auf dem Stützelement angeordnet werden. Die Filterbeschichtung besteht insbesondere aus einer dünnen Lage oder mehreren dünnen Lagen mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Insbesondere weist die Filterbeschichtung ein dielektrisches Material, Metalle, Metalloxide, Nitride, Halbleitermaterial und/oder andere zweckdienliche Materialien auf.
Ein „Stützelement“ ist insbesondere ein im optischen System vorhandenes Element wie eine Linse oder ein anderes optisches Bauteil oder spezifisch in das optische System eingebracht, um die Filterbeschichtung aufzunehmen. Vorzugsweise ist die Filterbeschichtung direkt auf die Oberfläche eines Stützelementes aufgebracht und angeordnet. Ebenso muss die Filterbeschichtung das Stützelement nicht vollständig überdecken, beispielsweise kann die Filterbeschichtung auch nur einen Umfangsring einer Linse berühren. Ebenso kann das Stützelement ein Rahmen sein, in welchem die Filterbeschichtung als Film aufgenommen ist. Vorzugsweise ist das Stützelement ein ohnehin notwendiges Bauteil des optischen Systems, um ein platzsparendes kurzes optisches System zu erreichen. Vorzugsweise ist die Filterbeschichtung auf einer Oberfläche des Stützelementes, beispielsweise einer Glasscheibe angeordnet, um die Anregungsquelle zu blockieren und an der gegenüberliegenden Oberfläche ist eine Anti-Reflexionsbeschichtung aufgebracht.
Der „Einfallswinkel“ (AOI) ist insbesondere der Winkel zwischen einem auf eine Oberfläche einfallenden Strahl und einer Linie, welche senkrecht zu der Oberfläche im Einfallspunkt angeordnet ist, wobei diese Linie die „Normale“ genannt wird. Der Einfallswinkel ist insbesondere der Winkel zwischen dem auf die Oberfläche der Filterbeschichtung einfallenden Strahl und der Normalen. Diese Normale kann auch die optische Achse oder parallel zur optischen Achse sein.
Die „optische Achse“ ist insbesondere eine Linie entlang derer ein Grad von Rotationssymmetrie in einem optischen System vorhanden ist. Die optische Achse ist insbesondere eine imaginäre Linie, welche den Weg, entlang dessen sich Licht durch das optische Filtersystem und das Objektivlinsensystem in Richtung des elektronischen Bildsensors ausbreitet. Vorzugsweise verläuft die optische Achse durch das Wölbungszentrum jeder Linse, des optischen Filters und/oder der weiteren Linsen. Jedenfalls kann die optische Achse auch gebogen und/oder durch Linsen und/oder das optische Filter abgelenkt sein
„Fluoreszenz“ ist insbesondere eine Lichtaussendung durch eine Substanz (Fluoreszenzstoff), welche Licht oder andere elektromagnetische Strahlung aufgenommen hat. Insbesondere ist der Fluoreszenzstoff mit einer speziellen Anregungswellenlänge oder einem Anregungswellenlängenband angestrahlt, um daraufhin Licht mit einer spezifischen Fluoreszenzwellenlänge oder einem spezifischen Fluoreszenzwellenlängenband auszusenden. Üblicherweise ist die Fluoreszenzwellenlänge länger als die Anregungswellenlänge oder das Anregungslicht. So wird beispielsweise zum Anregen Licht im UV-Bereich des Spektrums verwendet während die Fluoreszenzstrahlung im längeren Wellenlängenband und damit im sichtbaren Bereich mit weniger Energie angesiedelt ist. Abhängig vom Fluoreszenzstoff kann dabei die Fluoreszenzstrahlung in einer charakteristischen Farbe erkannt werden. Für eine Fluoreszenzbildgebung wird biologisches Material wie eine Gewebeprobe zum Finden eines Tumors in einer Körperhöhle oder ein Bakterium in der Umwelt direkt mit einem Fluoreszenzstoff oder durch Eingabe einer Substanz, welche durch den Körper oder den Mikroorganismus vor der Anwendung des Video-Endoskops in den Fluoreszenzstoff umgewandelt wird, eingefärbt. Mittels einer Beleuchtungsquelle und/oder eines Filters wird, beispielsweise mittels einer optischen Faser, ein Anregungswellenlängenbereich an der distalen Spitze des Schaftes auf den Fluoreszenzstoff eingestrahlt und der Fluoreszenzwellenlängenbereich, der durch das Gewebe mit dem Tumor ausgestrahlt wird mittels des optischen Filtersystems einschließlich des Objektivlinsensystems und des optischen Filters aufgefangen und an den Bildsensor weitergeleitet. Ein „Fluoreszenzstoff“ kann beispielsweise Indozyan-Grün sein, welches Licht aufnimmt und Fluoreszenz in einem Nah-Infrarot-Spektrum aussendet. Die Anregungswellenlänge von Indozyan-Grün liegt zwischen 600nm und 900nm, die Fluoreszenzwellenlänge liegt zwischen 750nm und 950nm. Andere mögliche Fluoreszenzstoffe sind beispielsweise Protoporphyrin IX (PPIX) mit einer Anregungswellenlänge von etwa 405nm und einer Fluoreszenzwellenlänge von etwa 620nm bis 700nm und Fluoreszein mit einer maximalen Anregungswellenlänge von 488nm und einer Fluoreszenzwellenlänge im grünen Lichtspektrum zwischen 500nm und 600nm. Zusätzlich können zwei Fluoreszenzstoffe gemeinsam genutzt werden und damit ein duales Fluoreszenzbildgebungsverfahren ermöglicht werden. Dazu weist ein 3D-Vidoe-Endoskop zwei separate fluoreszenzbildgebende Objektive und damit zwei optische Filtersysteme wie oben beschrieben auf, wodurch fotodynamische Diagnoseverfahren und fotodynamische Bildgebung ermöglicht sind. Generell können mit einer Fluoreszenzstrahlung außerhalb des sichtbaren Bereiches mit etwa 450nm bis 650nm Fluoreszenzstoffe genutzt und Fluoreszenzbildgebung verwendet werden. Sicherlich kann auch selbständige Fluoreszenz eines Gewebes oder eine Umgebung ohne Einfärbung mit einem Fluoreszenzstoff oder einem Färbemittel gemessen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das optische System eine zweite Filterbeschichtung, eine dritte Filterbeschichtung, eine vierte Filterbeschichtung und/oder weitere Filterbeschichtungen auf.
Damit wird ein mehrschichtiges optisches Interferenzfilter gebildet ebenso wie unterschiedliche Durchlass- und Blockier-Eigenschaften ermöglicht werden, beispielsweise für eine Fluoreszenzbildgebung unter Verwendung zweier oder mehrerer Fluoreszenzstoffe und/oder auch zum Erkennen von Auto-Fluoreszenz eines Gewebes oder von Bakterien.
Die zweite, dritte, vierte und/oder weitere Filterbeschichtung entsprechen dabei in ihrer Funktion und Ausgestaltung der oben definierten Filterbeschichtung.
Um die Filterbeschichtung optimal in Bezug zur spezifischen Brechkraft der jeweiligen Linse oder Linsen und zum Einfallswinkel anzuordnen, ist oder sind die Filterbeschichtung oder Filterbeschichtungen jeweils angrenzend an eine Linse und/oder zwischen zwei Linsen des Linsensystems angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist oder sind die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen auf einer optischen Oberfläche als Stützelement des optischen Systems angeordnet.
Durch ein Anordnen der Filterbeschichtung direkt auf einer optischen Oberfläche des optischen Systems kann ein raumsparendes Interferenzfilter zum Erreichen eines kurzen optischen Systems erreicht werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass kein Interferenzfilter als zusätzliches Bauteil in das optische System eingefügt werden muss, welches die Länge des optischen Systems verlängern würde. Da die Filterbeschichtung sehr dünn ist, weist diese keinen Platzbedarf auf. Beispielsweise kann die Dicke einer Filterbeschichtung in der Größenordnung von 0,05pm bis 50 µm liegen.
Daher kann oder können die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen auf einer optischen Oberfläche abgelagert werden, welche speziell derart ausgewählt sind, dass der Einfallswinkel auf die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen minimiert ist. Des Weiteren sind, auf Grund der direkten Anordnung der Filterbeschichtung oder der Filterbeschichtungen auf der optischen Oberfläche, auch die entsprechenden Einfallswinkel klar definiert.
Eine „optische Oberfläche“ ist insbesondere eine Oberfläche innerhalb des optischen Systems, welche Licht hindurchlässt und/oder reflektiert. Insbesondere ist die optische Oberfläche eine ebene, sphärische und/oder asphärische Oberfläche. Im Falle von kombinierten Linsen, Verbundlinsen und/oder Stablinsen kann die optische Oberfläche auch die der Objektseite oder der dem Bildsensor entgegengewandten Seite zugewandten Außenseite der Kombinationslinse, Verbundlinse oder Stablinse sein.
Abhängig von den Bestandteilen und der Anordnung der Bestandteile innerhalb des optischen Systems ist oder sind die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen auf einer ebenen, sphärischen oder asphärischen optischen Oberfläche angeordnet.
Damit kann der Einfallswinkel auf die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen so klein wie möglich gehalten werden, vorzugsweise 0° oder zumindest kleiner als der CRA-Anstieg des Bildsensors, um eine Verfälschung des Durchlassspektrums zu vermeiden und ein effizientes Blockieren des Anregungslichts in der Fluoreszenzbildgebung zu ermöglichen.
In bestimmten vorzugsweisen Ausgestaltungen sind die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen auf einer gewölbten Oberfläche des optischen Systems angeordnet, weil, auf Grund der gewölbten Oberfläche, die Normale auf der Oberfläche variiert und daher die Einfallswinkel von peripheren Strahlen wesentlich näher an 0 als auf einer ebenen Oberfläche ist. Folglich verbleibt der Einfallswinkel näher an einem senkrechten Einfall mit steigendem Sichtfeld, vorzugsweise nahe 0° über das gesamte Sichtfeld.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das optische System eine optische Scheibe als Stützelement aufweisen, wobei die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen zumindest auf einer Seite der optischen Scheibe angeordnet ist oder sind.
Damit kann ein ebenes Interferenzfilter gebildet werden. Da die Eingangslinse üblicherweise eine hohe, die steilen Strahlen aus dem Sichtfeld in Richtung und entlang der optischen Achse bündelnde, Brechkraft aufweist, kann die optische Scheibe als Stützelement direkt auf der Bildseite der Eingangslinse als erste Linse und/oder zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse des optischen Systems angeordnet werden.
Eine „optische Scheibe“ ist insbesondere ein flaches und/oder ebenes Bauteil welches Glas und/oder kristallines Material aufweist, wobei zusätzlich optische Keramiken als optische Scheibe genutzt werden können. In der Richtung entlang der optischen Achse weist die optische Scheibe vorzugsweise eine geringe Ausdehnung um die Länge des optischen Systems und insbesondere eines kurzen optischen Systems auf ein Minimum zu beschränken.
Um den Einfluss des sich aufweitenden Einfallswinkels auf die Bandbreite des Durchlasses durch das Interferenzfilter zu minimieren, ist der Einfallswinkel des Bildlichts auf die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen <30°, vorzugsweise <20°, besonders bevorzugt <10° oder 0°.
Damit kann ein spezifischer Einfallswinkel auf die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen abhängig von einer möglichen Anordnung der Filterbeschichtung oder der Filterbeschichtungen im optischen System, der notwendigen Eigenschaften der Fluoreszenzwellenlänge und der Anpassung des Anstiegs der Strahlen im optischen System zum Erfüllen der Anforderungen der steilen CRA-Funktion des Bildsensors gewählt werden.
Beispielsweise kann, für den Fall einer ebenen Oberfläche als Stützelement für die Filterbeschichtung, ein Einfallswinkel von <5° realisiert werden. Sicher kann die Funktion des Interferenzfilters, welche durch die Filterbeschichtung und das Stützelement bestimmt wird auch mit einem Einfallswinkel von 10° oder 12.5° oder noch höher erfüllt sein. Die ertragbare Winkelabweichung des AOI hängt stark vom Spektrum der Lichtquelle, dem genutzten Fluoreszenzstoff und den jeweiligen Filtercharakteristiken ab. In bestimmten Ausführungsformen für ICG-Bildgebung und bestimmte Lichtquellen sind AOIs auf der Filteroberfläche von weniger als 10° vorzuziehen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des optischen Systems ist die Filterbeschichtung oder sind die Filterbeschichtungen so ausgebildet, dass für den Fall einer Fluoreszenzbildgebung eine Fluoreszenzstrahlung durch den Bildsensor frei von Anregungsstrahlung aufgenommen werden kann.
Damit ist oder sind die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen an einer optimalen Position angeordnet und weisen angepasste Durchlasseigenschaften und/oder Filterkanten zur Auswahl zwischen Anregungs- und Fluoreszenz-Wellenlängen auf, sodass eine Verlagerung der jeweiligen Spitzendurchlässigkeit und einer Filterkante hin zu einer kürzeren Wellenlänge verhindert wird. Folglich wird eine Fluoreszenzstrahlung eines Fluoreszenzstoffes mittels des Bildsensors frei von Interferenz mit der Anregungsstrahlung aufgenommen, wobei die letztgenannte durch die Filterbeschichtung blockiert wird. Damit ist eine Fluoreszenzbildgebung mit einem Fluoreszenzmarker oder mehreren Fluoreszenzmarkern wie Indocyan-Grün mit einer höheren Auflösung ermöglicht ebenso wie auch die Erkennung von Autofluoreszenz eines Gewebes ermöglicht ist. Damit kann ein Tumor in einem Gewebe mittels einer Gastroskopie und Kolonoskopie mit dem Video-Endoskop erkannt werden.
Um einen radialen und/oder auswärts abweichenden Einfallswinkel abzudecken, ist oder sind die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen an den Einfallswinkel des Bildlichts auf die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen angepasst, insbesondere an eine Abweichung des Einfallswinkels von einem Zentrum in einen peripheren Bereich jeder Filterbeschichtung oder der jeweiligen Filterbeschichtungen.
Damit kann durch ein Anpassen der Filterbeschichtung an den Einfallswinkel, sogar wenn die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen auf dem Stützelement nicht an einer optimierten Position, an der die Einfallswinkel aller Strahlen gleichsam eng über der Oberfläche der Filterbeschichtung liegen, im optischen System angeordnet werden kann oder können, ebenso eine verlässliche Fluoreszenzbildgebung erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Mikro-Linsenfeld eine hohe Hauptstrahlwinkelfunktion mit einem hohen maximalen Einfallswinkel von >10°, vorzugsweise >20°, besonders bevorzugt >30° auf.
Dadurch wird eine zuverlässige Fluoreszenzbildgebung auch mit einem weithin verfügbaren, üblichen CMOS-Sensor mit einem integrierten verschiebenden Mikro-Linsenfeld und einem steilen CRA ermöglicht.
Der „Hauptstrahlwinkel (CRA)“ des Mikro-Linsenfeldes und damit des Bildsensors ist insbesondere der Winkel zwischen dem Hauptstrahl eines gegebenen Objektbereiches und der optischen Achse im Bildraum. Der CRA-Anstieg liefert insbesondere die Abhängigkeit des Hauptstrahlwinkels auf der Bild-Höhe am Sensorfeld. Der CRA-Anstieg eines in Massenfertigung hergestellten CMOS-Sensors, beispielsweise ein Smartphone-Objektiv, ist normalerweise nicht linear und steigt bis zu hohen Werten an der Bildkante an. Insbesondere ist das optische System daraus ausgelegt, an den steilen CRA und den ansteigenden CRA vom Mittenbereich des Sensors hin zu einer äußeren Bildkante angepasst zu werden.
Um den Anforderungen eines steilen CRA des Bildsensors zu entsprechen, ist oder sind die Filterbeschichtung, die Filterbeschichtungen, die Linsen und/oder das Stützelement derart angeordnet, dass der Strahlenverlauf des optischen Systems an den Hauptstrahlwinkel des Mikro-Linsenfeldes des Bildsensors angepasst ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems weist oder weisen die Filterbeschichtung oder die Filterbeschichtungen eine variable Durchlasscharakteristik von einem Zentrum zu einem peripheren Bereich jeder Filterbeschichtung oder jeder der Filterbeschichtungen auf.
Zusätzlich kann die Filterbeschichtung unterschiedliche aufeinander folgende Bereiche von einem Zentrum hin zur peripheren Grenze aufweisen, welche jeweils an spezifische Einfallswinkel angepasst sind. Beispielsweise können drei unterscheidbare Zonen von einem Zentrum zu einem peripheren Bereich der Filterbeschichtung angeordnet sein, welche jeweils an ansteigende Einfallswinkel angepasst sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Video-Endoskop, insbesondere ein medizinisches oder industrielles Video-Endoskop, mit einem Griff, einem langgestreckten Schaft, einer Lichtquelle, einem elektronischen Bildsensor und/oder einem Anzeigesystem, wobei das Video-Endoskop in einem distalen Endbereich seines optischen Schaftes ein optisches System wie oben beschrieben aufweist.
In der Folge wird ein Video-Endoskop, wie beispielsweise ein Kolonoskop oder Gastroskop, mit einer zuverlässigen Fluoreszenzbildgebung und gleichzeitig hoher Bildauflösung durch die Verwendung eines als aktiver Pixelsensor mit ansteigender Verschiebung seines Mikro-Linsenfeldes ausgeführten elektronischen Bildsensors bereitgestellt. Somit ist eine fotodynamische Diagnostik für medizinische Anwendungen des Video-Endoskops ebenso wie die Erkennung, beispielsweise von unterschiedlichen Bakterien in industriellen Anwendungen des Video-Endoskops, ermöglicht.
Die Erfindung wird weiter erläutert anhand der folgenden beispielhaften Beschreibung von ausgewählten Ausführungsformen. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische, teilweise dreidimensionale Ansicht eines Endoskops und eines Anzeigesystems,
2 eine schematische Schnittansicht eines optischen Systems mit einer ein Interferenzfilter bildenden Beschichtung auf einer Glasscheibe,
3 eine schematische Schnittansicht eines alternativen optischen Systems mit einer ein Interferenzfilter bildenden Beschichtung auf einer ebenen Seite einer Kombinationslinse,
4 eine schematische Schnittansicht eines weiteren alternativen optischen Systems mit einer Beschichtung auf einer in Richtung eines Bildsensors weisenden ebenen Seite einer Kombinationslinse,
5 eine schematische Schnittansicht eines weiteren alternativen optischen Systems mit einer Beschichtung auf einer in Richtung zu einer Objektseite gewandten konvexen Seite einer Kombinationslinse, und
6 eine schematische Schnittansicht eines Interferenzfilters mit unterschiedlichen, für unterschiedliche Einfallswinkel optimierten Beschichtungszonen.

Ein Video-Endoskop 101 weist einen Griff 103 und einen langgestreckten Schaft 105 auf, welche an einem proximalen Ende 107 des Schaftes 105 miteinander verbindbar sind. Der Griff 103 weist Bedienelementen 115 auf und ist mit einem Kabel 113 an seinem proximalen Ende an eine externe, nicht dargestellte Steuerungs- und Verarbeitungseinheit und an ein in 1 gezeigtes Anzeigesystem 201 angeschlossen. Das Anzeigesystem 201 umfasst einen Bildschirm 203 zum Anzeigen von endoskopischen Bildern und Bedienelementen 215.
Das Video-Endoskop 101 ist zum Bereitstellen von Bilddaten aus einem Betrachtungsbereich in einem Hohlraum eines nicht dargestellten Körpers eingerichtet. Dazu weist der langgestreckte Schaft 105 an seinem distalen Ende 109 einen distalen Endbereich 111 auf.
Der distale Endbereich 111 des langgestreckten Schaftes 105 weist ein optisches System 301 und einen Bildsensor 353 mit einer Glasscheibe 351 auf. Das optische System 301 weist ein Objektivlinsensystem 303 mit einer ersten linse 305, einer zweiten Kombinationslinse 311 und einer dritten Kombinationslinse 323 in Richtung von einer Objektseite 355 zum Bildsensor 353 auf. Die erste Linse 305 ist als Eingangslinse mit einer ebenen Seite in Richtung der Objektseite 355 ausgebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Eingangslinse 305 ist eine konkave Seite 309 angeordnet. Auf einem Ring, der diese konkave Seite 309 umgibt, ist ein Interferenzfilter 331 angebracht, welcher durch eine Beschichtung 345 auf der ersten ebenen Seite 335 der Glasscheibe 333 angeordnet ist. Die Glasscheibe 333 ist mit ihrer zweiten ebenen Seite 337 in einem Abstand zu einer konvexen Seite 313 der zweiten Kombinationslinse 311 angeordnet. Die zweite Kombinationslinse 311 umfasst vier miteinander verklebte Linsen, wobei eine konvexe Oberfläche 315 ihrer ersten Linse mit einer korrespondierenden konkaven Oberfläche ihrer zweiten Linse verklebt ist, wobei eine ebene Oberfläche 317, eine weitere ebene Oberfläche 319 und eine konvexe Seite 321 in Richtung des Bildsensors 353 zeigen. Auf der ebenen Oberfläche 317 ist eine schwarze Beschichtung 343 aufgebracht, die einen Blendenring ausbildet und in ihrem Zentrum eine Blende 341 bereitstellt. Die konvexe Seite 321 der zweiten Kombinationslinse 311 ist direkt anliegend an eine gegenteilig ausgerichtete konvexe Seite 325 der dritten Kombinationslinse 323 angeordnet. Die dritte Kombinationslinse 323 weist zwei miteinander verklebte Linsen auf, wobei eine konvexe Oberfläche 327 ihrer ersten Linse mit einer konkaven Oberfläche ihrer zweiten Linse verklebt ist. Eine konkave Seite 329 der dritten Kombinationslinse 323 ist in Richtung des Bildsensors 353 ausgerichtet. Auf der konkaven Seite 329 ist die dritte Kombinationslinse 323 durch einen Luftspalt von der Glasscheibe 351 des Bildsensors 353 beabstandet.
Das optische System 301 mit dem Linsensystem 303, das Interferenzfilter 331 und der Bildsensor 353 sind als kurzes optisches System für das Video-Endoskop 101 ausgelegt. Der Bildsensor 353 ist ein CMOS-Sensor mit einem steilen Hauptstrahlwinkel.
Durch eine nicht dargestellte Lichtquelle und ein nicht dargestelltes Lichtleiterkabel des Video-Endoskops 101 werden Beleuchtungslicht und Anregungslicht in einen Betrachtungsbereich in der Körperhöhe eingestrahlt. Ein Gewebe in der Körperhöhle wurde zuvor mit einem Indocyan-Grün (ICG) eingefärbt, weshalb in der der Folge eine maximale Spitze bei 795nm zum Anregen genutzt wird. Das Indocyan-Grün strahlt Fluoreszenzlicht mit einer maximalen Spitze bei 810nm aus, sodass die stärkste Anregungswellenlänge von 795nm und die stärkste Fluoreszenzwellenlänge von 820nm sehr dicht beieinander liegen.
Auf Grund der positiven Brechkraft der ersten Eingangslinse 305 werden die aus einem Objektbereich kommenden und mit einem Strahlenbündel zusammenhängenden steileren Lichtstrahlen 363 und 365 durch die konkave Seite 309 der ersten Eingangslinse 305 gebündelt und fallen auf die Beschichtung 345 auf der ersten ebenen Seite 335 des Interferenzfilters 331 ein, wobei der maximale Einfallswinkel 367 der Lichtstrahlen mit einem hohen AOI 365 (dargestellt in 2) ungefähr 22° auf der Oberfläche der Filterbeschichtung 345 (entsprechend zum Winkel, der in der Luft zwischen der konkaven Seite 309 der Eingangslinse 305 und der Filterbeschichtung 345 gemessen wird) beträgt. Deshalb fallen Lichtstrahlen mit einem niedrigen Einfallswinkel (AOI) 361, Lichtstrahlen mit einem mittleren Einfallswinkel 363 und Lichtstrahlen mit einem hohen AOI 365 insgesamt mit einem eher niedrigen Einfallswinkel auf die Beschichtung 345 der ersten ebenen Site 335 des Interferenzfilters 331. Danach verlaufen die Lichtstrahlen 361, 363 und 365 auf Grund der Brechung durch die konvexe Seite 313 und die konvexe Oberfläche 315 näher an und entlang der optischen Achse 330 auf die ebene Oberfläche 317 der zweiten Kombinationslinse 311. Die schwarze, den Blendenring bildende Beschichtung 343 unterdrückt weißes Licht, die Anregungslichtquelle sowie das Fluoreszenzsignal während die Lichtstrahlen 361, 363, 365 durch die Blende 341 hindurchtreten. In der Folge werden die Lichtstrahlen 361, 363 und 365 durch die konvexe Seite 321 der zweiten Kombinationslinse 311 und die konvexe Seite 325, die konvexe Oberfläche 327 und die konkave Seite 329 der dritten Kombinationslinse auf die Glasplatte 351 hinzu aufgeweitet, um die Anforderungen der steilen Hauptstrahlwinkel (CRA) der nicht dargestellten Mikro-Linsen des CMOS-Bildsensors 353 mit einer Auflösung ähnlich zu der einer üblichen HD-Auflösung oder besser, beispielsweise 2592x1944 Pixel zu erfüllen, obwohl die Auflösung in einigen Ausführungsformen auch noch größer sein kann (vgl. 2).
Dadurch, dass durch die Glasscheibe 333 mit der Beschichtung 345 auf der ersten ebenen Seite 335 das Interferenzfilter 331 gebildet ist, wird das Anregungslicht mittels des Interferenzfilters 331 blockiert und nur das Fluoreszenzlicht des Fluoreszenzstoffes (beispielsweise ICG mit einer Fluoreszenzwellenlänge von 820nm) wird zusätzlich zum weißen Licht einer angemessen beleuchteten Bildszene im Weißlichtmodus durch das Linsensystem 303 an den CMOS-Bildsensor 353 übertragen. Folglich wird mit dem optischen System 301 im distalen Endbereich 111 des Video-Endoskops 101 eine verlässliche Fluoreszenzbildgebung durchgeführt.
Gemäß einer Alternativen zu vorzugsweisen Ausführungsformen weist ein optisches System 301 eine erste Eingangslinse 305 mit einer der Objektseite 355 zugewandten ebenen Seite 307 und einer dem Bildsensor 353 zugewandten konkaven Seite 309 (vgl. 3) auf. In diesem Fall ist die Eingangslinse 305 mittels eines Luftspalts in einem Abstand zur zweiten Kombinationslinse 311, welche eine in Richtung der Objektseite 355 ausgerichtete konvexe Seite 313, eine konvexe Oberfläche 315, eine ebene Oberfläche 317 mit einer schwarzen Beschichtung 343 und eine Blende 341 und eine ebene Seite 339 aufweist. Die ebene Seite 339 ist in Richtung der optischen Achse der zweiten Kombinationslinse 323 zugewandt. Auf der Außenseite der ebenen Seite 330 wurde die ein alternatives Interferenzfilter 331 bildende Beschichtung 345 angeordnet. Die zweite Kombinationslinse 323 ist ausgebildet wie oben für 2 beschrieben, mit der Ausnahme, dass die Länge der zweiten Kombinationslinse 323 entlang der optischen Achse 330 kürzer und eine Krümmung der konvexen Oberfläche 327 kleiner als in 2 dargestellt ist. Ebenso ist der CMOS-Sensor 353 ausgebildet und funktioniert wie oben beschrieben.
In einer weiteren Alternativen des optischen Systems 301 (vgl. 4) ist eine Eingangslinse 305 wie zu 3 beschrieben ausgebildet, wobei deren der zweiten Kombinationslinse 311 zugewandte konkave Seite 309 ebenso von der konvexen Seite 313 der zweiten Kombinationslinse 311 beabstandet ist. Des Weiteren weist die zweite Kombinationslinse 311 eine konvexe Oberfläche 315, eine ebene Oberfläche 317 mit einer Blende 341 und eine umgebende schwarze Beschichtung 343 auf, wobei eine ebene Seite 319 und eine konvexe Seite 321 der dritten Kombinationslinse 323 zugewandt sind. Damit sind die konvexe Seite 321 der zweiten Kombinationslinse 311 und die konvexe Seite 325 der dritten Kombinationslinse 323 direkt aneinander angrenzend. Die dritte Kombinationslinse 323 weist weiterhin eine konvexe Oberfläche 327 und eine dem CMOS-Bildsensor zugewandte ebene Seite 339 auf. Auf dieser ebenen Seite 339 ist eine Beschichtung 345 zum Bilden eines Interferenzfilters 331 aufgebracht. Obwohl in dieser alternativen Ausführungsform das Interferenzfilter 331 nah am CMOS-Bildsensor 353 angeordnet ist und trotzdem die Lichtstrahlen mit unterschiedlichen AOI 361, 363 und 365 schon durch die zweite Kombinationslinse 311 aufgeweitet sind, um die Anforderungen an einen hohen Hauptstrahlwinkel des Mikro-Linsenfeldes des CMO-Bildsensors zu erfüllen, liegen die Lichtstrahlen mit einem niedrigen AOI 361, die Lichtstrahlen mit einem mittleren AOI 363 und die Lichtstrahlen mit einem hohen AOI 365 dicht beieinander, sodass durch dieses optische System 301 eine zuverlässige Fluoreszenzbildgebung ebenso wie eine hohe Bildauflösung durch den CMOS-Bildsensor 353 in der Bildmitte erreicht ist. Trotz der Position des Interferenzfilters 331 direkt vor dem CMO-Bildsensor 353 entsprechen die relevanten Winkel für die Filterleistung den Winkeln in der Luft womit die ausfallenden Oberflächenwinkel der Lichtstrahlen 361, 363 und 365, welche von der Beschichtung 345 ausgehen, gebündelt werden und die Einfallswinkel durch den hohen CRA-Anstieg innerhalb des CMOS-Bildsensors 353 treffen.
Gemäß einer weiteren Alternative des optischen Systems 301, dargestellt in 5, ist wiederum eine erste Eingangslinse 305 an ihrer konkaven Seite 309 gegenüber einer konvexen Seite 313 der zweiten Kombinationslinse 311 beabstandet. Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Filterbeschichtung 345 direkt auf der konvexen Seite 313 der zweiten Kombinationslinse 311 angeordnet und bildet ein Interferenzfilter 331 aus. Die zweite Kombinationslinse 311 und die dritte Kombinationslinse 325 sind wie oben zu 2 beschrieben ausgestaltet. Auf Grund des Bündelns der Lichtstrahlen mit unterschiedlichen AOI 361, 363 und 365 durch die positive Brechkraft der ersten Eingangslinse 305 in Richtung der zweiten Kombinationslinse 311 und entlang der optischen Achse 330, fallen die Strahlen auf der Filterbeschichtung 345 auf der konvexen Seite 313 der zweiten Kombinationslinse 311 mit einem relativ kleinen Einfallswinkel ein. Damit wird mit diesem optischen System 301 ein Objektiv für ein Kolonoskop mit einem Blickfeld von 160° bereitgestellt, welches eine Fluoreszenzbildgebung erlaubt und gleichzeitig an den hohen CRA-Anstieg des CMOS-Bildsensors 353 angepasst ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Interferenzfilters 331 (vgl. 6) weist das Interferenzfilter 331 eine flaches optisches Substrat 357 auf und ist vor einem CMOS-Bildsensor 353 derart angeordnet, dass die Lichtstrahlen mit niedrigem AOI 361, die Lichtstrahlen mit einem mittleren AOI 363 und die Lichtstrahlen mit einem hohen AOI 365 deutlich voneinander unterschiedliche Einfallswinkel aufweisen. Um die Durchlasseigenschaften des Interferenzfilters 331 für diese unterschiedlichen Einfallswinkel jeder Lichtstrahlen mit unterschiedlichen AOI 361, 363 und 365 anzupassen, weist die auf die Seite des flachen optischen Substrates 357, die der Objektseite zugewandte und damit entgegen dem CMOS-Bildsensor aufgebrachte Filterbeschichtung 345, von der optischen Achse 330, zunächst eine für niedrige AOI angepasst an die Lichtstrahlen mit geringem AOI 361 optimierte Beschichtungszone 371, gefolgt von einer für mittlere AOI angepasst an die Lichtstrahlen mit mittlerem AOI 363 optimierte Beschichtungszone 373 und außen eine für hohe AOI angepasst an die Lichtstrahlen mit hohem AOI 365 optimierte Beschichtungszone 375 bis an einen oberen Ring 377 des Interferenzfilters 331. In 6 sind diese drei unterschiedlichen Zonen 371, 373 und 375 nur für einen oberen Teil bis an den oberen Ring 377 des Interferenzfilters 331 ausgehend von der optischen Achse dargestellt. Die gleiche Anordnung von Zonen ist in umgekehrter Reihenfolge für einen nicht dargestellten unteren Teil unterhalb der optischen Achse 330 (dargestellt in 6) mit zuerst der für niedrige AOI optimierten Beschichtungszone 371, dann der für mittlere AOI optimierten Beschichtungszone 373 und der für hohe AOI optimierten Beschichtungszone 375, abgeschlossen durch einen unteren Ring 379. Damit wird durch das Interferenzfilter 331 mit einer Zonen-Beschichtung 345 gemäß dieser Ausgestaltung ein multi-Zonen-Interferenzfilter 331 bereitgestellt, das an Lichtstrahlen unterschiedlicher Einfallswinkel angepasst ist. Damit wird eine Anpassung der Durchlasseigenschaften des Interferenzfilters 331 an den winkelabhängig, radial veränderlichen Einfallswinkel erreicht.
Bezugszeichenliste

101: Video-Endoskop
103: Griff
105: langgestreckter Schaft
107: proximales Ende des Schaftes
109: distales Ende des Schaftes
111: distaler Endbereich
113: Kabel
115: Bedienelemente
201: Anzeigesystem
203: Bildschirm
215: Bedienelemente
301: optisches System
303: Linsensystem
305: Eingangslinse
307: ebene Seite
309: konkave Seite
311: Kombinationslinse
313: konvexe Seite
315: konvexe Seite (mit konkaver Seite verklebt)
317: ebene Oberfläche
319: ebene Oberfläche
321: konvexe Seite
323: Kombinationslinse
325: konvexe Seite
327: Konvexe Oberfläche (mit konkaver Oberfläche verklebt)
329: konkave Seite
330: optische Achse
331: Interferenzfilter
333: Glasscheibe
335: erste ebene Seite
337: zweite ebene Seite
339: ebene Seite
341: Blende
343: schwarze Beschichtung (Blendenring)
345: Beschichtung
351: Glasscheibe
353: CMOS Bildsensor
355: Objektseite
357: flaches optisches Substrat
361: Lichtstrahlen mit geringen AOI
363: Lichtstrahlen mit mittlerem AOI
365: Lichtstrahlen mit hohem AOI
367: Einfallswinkel (AOI)
371: Beschichtungszone, optimiert für niedrigen AOI
373: Beschichtungszone, optimiert für mittleren AOI
375: Beschichtungszone, optimiert für honen AOI
377: oberer Ring
379: unterer Ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0211073 A1 [0007, 0008]
US 2019/0187454 A1 [0009]
US 2019/0142249 A1 [0010]

Claims

Optisches System (301) für ein Video-Endoskop (101) aufweisend zumindest einen miniaturisierte elektronischen Bildsensor (353), wobei der Bildsensor ein aktiver Pixelsensor mit progressiver Verschiebung eines Mikro-Linsenfeldes ist, und ein Linsensystem (303) mit einer ersten Linse (305), einer zweiten Linse (311), einer dritten Linse (323) und/oder weiteren Linsen in einer Reihenfolge von einer Objektseite zum Aufnehmen vom Bildlicht aus einem Objektbereich und zum Leiten des Bildlichts auf den zumindest einen, in einer Bildebene des optischen Systems (301) angeordneten, Bildsensor (353), dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden eines Interferenzfilters (331) zumindest eine Filterbeschichtung (345) an und/oder auf einem Stützelement an einer Position innerhalb des optischen Systems (301) derart angeordnet ist, dass ein Einfallswinkel (367) des Bildlichts auf die Filterbeschichtung (345) minimiert und eine Fluoreszenzbildgebung ermöglicht ist.
Optisches System (391) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine zweiten Filterbeschichtung (345), eine dritte Filterbeschichtung, eine vierte Filterbeschichtung und/oder weitere Filterbeschichtungen aufweist.
Optisches System (301) gemäß eines der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen jeweils angrenzend an eine Linse (305, 311, 323) und/oder zwischen zwei Linsen des Linsensystems (303) angeordnet ist oder sind.
Optisches System (301) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen als optisches Stützelement des optischen Systems (301) auf einer optischen Oberfläche (313, 339) angeordnet ist oder sind.
Optisches System (301) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen auf einer ebenen, sphärischen oder asphärischen optischen Oberfläche angeordnet ist oder sind.
Optisches System (301) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine optische Scheibe (333, 357) als Stützelement aufweist, wobei die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen zumindest auf einer Seite (335, 337) der optischen Scheibe (333, 357) angeordnet sind.
Optisches System (301) gemä0ß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (367) des Bildlichts auf die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen <30°, vorzugsweise <20°, besonders vorzugsweise <10° oder nahe 0° beträgt.
Optisches System (301) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen derart ausgebildet ist oder sind, dass im Falle einer Fluoreszenzbildgebung eine Fluoreszenzstrahlung mittels des Bildsensors (353) frei von Anregungsstrahlung aufnehmbar ist.
Optisches System (301) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen an den Einfallswinkel (367) des Bildlichts auf die Filterbeschichtung (345) oder die Filterbeschichtungen angepasst ist, insbesondere an eine Veränderung des Einfallswinkels von einem Zentrum zu einem peripheren Bereich jeder Filterbeschichtung oder Filterbeschichtungen.
Optisches System (301) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikro-Linsenfeld eine Hauptstrahlenwinkelfunktion mit einem hohen maximalen Einfallswinkel von >10°, vorzugsweise >20°, noch bevorzugter >30° aufweist.
Optisches System (301) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbeschichtung (§45), die Filterbeschichtungen, die Linsen (305, 311, 323) und/oder das Stützelement (313, 339, 333, 357) derart angeordnet sind, dass der Strahlenweg des optischen Systems (301) an den Hauptstrahlwinkel des Mikro-Linsenfeldes des Bildsensors (353) angepasst ist.
Video-Endoskop (101), insbesondere medizinisches oder industrielles Video-Endoskop, mit einem Griff (103), einem langgestreckten Schaft (105), einer Lichtquelle, einem elektronischen Bildsensor (353) und/oder einem Anzeigesystem (201), dadurch gekennzeichnet, dass das Video-Endoskop (101) in einem distalen Endbereich (111) seines langgestreckten Schaftes (105) ein optisches System (301) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.