DE102022116292A1

DE102022116292A1 - Strahlteilungsvorrichtung für einen distalen Endabschnitt eines Endoskops, Objektivsystem und Endoskop

Info

Publication number: DE102022116292A1
Application number: DE102022116292.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Bauer
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2024-01-04
Also published as: CN117331210A; US20240004182A1; EP4298983A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahlteilungsvorrichtung für einen distalen Endabschnitt eines Endoskops, wobei die Strahlteilungsvorrichtung ein erstes Prisma mit einer ersten Eintrittsfläche, einer ersten internen Auftrefffläche und einer ersten Austrittsfläche und ein zweites Prisma mit einer zweiten Eintrittsfläche und einer zweiten Austrittsfläche und eine dichroitische Strahlteilungsschicht umfasst, wobei die erste Austrittsfläche des ersten Prismas und die zweite Eintrittsfläche des zweiten Prismas benachbart sind und die dichroitische Strahlteilungsschicht zwischen den benachbarten Flächen derart angeordnet ist, dass eintreffende Strahlen, die einen ersten und einen zweiten Spektralbereich umfassen, durch die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas reflektiert werden, auf die erste Austrittsfläche des ersten Prismas auftreffen und durch die dichroitische Strahlteilungsschicht in erste Strahlen des ersten Spektralbereichs und zweite Strahlen des zweiten Spektralbereichs geteilt werden, um getrennte Bilder des ersten Spektralbereichs durch einen ersten Bildsensor und des zweiten Spektralbereichs durch einen zweiten Bildsensor parallel aufzunehmen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Objektivsystem und ein Endoskop.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahlteilungsvorrichtung für einen distalen Endabschnitt eines Endoskops, wobei die Strahlteilungsvorrichtung ein erstes Prisma mit einer ersten Eintrittsfläche, einer ersten internen Auftrefffläche und einer ersten Austrittsfläche, ein zweites Prisma mit einer zweiten Eintrittsfläche und einer zweiten Austrittsfläche und eine dichroitische Strahlteilungsschicht umfasst und mindestens ein erster Bildsensor zum Aufnehmen von Licht eines ersten Spektralbereichs und ein zweiter Bildsensor zum Aufnehmen von Licht eines zweiten Spektralbereichs der Strahlteilungsvorrichtung zuweisbar sind, wobei der erste Spektralbereich und der zweite Spektralbereich sich mindestens teilweise voneinander unterscheiden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Objektivsystem und ein Endoskop.
Endoskope zur Verwendung in medizinischen und nichtmedizinischen Anwendungen können sowohl Weißlicht- als auch Fluoreszenzbildgebung verwenden. Endoskopische Instrumente, die zur Industrieverwendung statt zur medizinischen Verwendung vorgesehen sind, werden häufig als Boroskope bezeichnet. Da diese Erfindung sich sowohl auf medizinische Endoskope als auch auf Boroskope bezieht, wird der Begriff „Endoskop“ derart verwendet, dass er im Allgemeinen beide Instrumente umfasst. Herkömmliche Endoskope, die sowohl Weißlicht- als auch Fluoreszenzbilder mit einem einzelnen optischen Pfad und lediglich einem einzelnen Bildsensor aufnehmen können, erledigen dies durch Erfassen abwechselnder Rahmen mit gestaffelter Weißlicht- und Erregungsbeleuchtung. Eine derartige Systemanordnung resultiert in einer Bildrate, die wesentlich niedriger ist als eine Bildrate eines Systems lediglich unter Verwendung von sichtbarem weißen Licht, und erreicht typischerweise höchstens die halbe Bildrate eines alleinigen Weißlichtsystems. Neben dem nötigen Verschließen zwischen Weißlicht- und Fluoreszenzrahmen ist zusätzlich die Empfindlichkeit der Fluoreszenzrahmen durch die mehrere optischen Elemente auf dem einzelnen gemeinsam verwendeten optischen Pfad beschränkt, was typischerweise in der Unfähigkeit resultiert, ein Signal in Bezug auf das weitere Signal zu dämpfen. Eine Bildverarbeitung analysiert und kombiniert anschließend die Bilder von abwechselnden Rahmen in eine Fluoreszenz/Weißlicht-Überlagerung mit einer niedrigen Gesamtbildrate. Diese Technik resultiert in einer niedrigeren Empfindlichkeit im Fluoreszenzbereich sowie einer verringerten Helligkeit und Auflösung des überlagerten Bilds im Vergleich zu einem einzelnen Weißlichtbild.
Statt lediglich einen Bildsensor zu verwenden, die Rahmen zu verschließen und die Weißlicht- und Fluoreszenzbilder zu überlagern, würde eine Alternativlösung sein, zwei vollständige Objektivsysteme zum Aufnehmen von Weißlicht- und Fluoreszenzbildern in einem Endoskop getrennt anzuordnen. Allerdings ist dies aufgrund der Raumanforderungen von zwei parallelen Objektivsystemen, ganz zu schweigen von der zusätzlichen Komplexität der Orientierung, keine mögliche Lösung für Chip-in-der-Spitze-Endoskope (COTT-Endoskope), wobei der eine oder die mehreren jeweiligen elektronischen Bildsensoren im distalen Endabschnitt, z. B. der Spitze der schmalen Welle des Endoskops, angeordnet sind.
US 2012/0248333 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Fluoreszenzdiagnose, die gleichzeitig in einem Fluoreszenzmodus und einem Weißlichtmodus betrieben werden kann und eine Kamera mit einem ersten Bildsensor zum Aufnehmen eines Weißlichtbilds und einen zweiten Bildsensor zum Aufnehmen eines Fluoreszenzbilds enthält, wobei die Kamera mit einem proximalen Ende eines Endoskops verbunden oder im distalen Endabschnitt der Welle des Endoskops angeordnet sein kann. Die Kamera enthält einen Strahlteiler, der den Beobachtungspfad direkt an der Schnittstelle zwischen einem ersten Prisma und einem zweiten Prisma des Strahlteilers in einen ersten Unterpfad und einen zweiten Unterpfad unterteilt. Ein Beobachtungsspektralfilter zum Blockieren von Licht in den Spektralbereichen außerhalb der Fluoreszenz, die dem zweiten Bildsensor zugeordnet ist, zum Aufnehmen von Fluoreszenzlicht kann an der Schnittstelle zwischen beiden Prismen angeordnet sein, wobei das zweite Prisma als Fluoreszenzpfad zum Leiten des Fluoreszenzlichts zum zweiten Bildsensor wirkt. Dagegen wird das weiße Licht an der Schnittstelle zum ersten Unterpfad reflektiert und zum ersten Bildsensor geleitet. Aufgrund der unmittelbaren und direkten Teilung an der Schnittstelle zwischen den zwei Prismen weisen beide Prismen dieselben physischen Abmessungen in ihrer Länge und Höhe auf und weist der Strahlteiler einen quadratischen Entwurf auf, wobei der zweite Bildsensor senkrecht zum optischen Pfad und zum ersten Bildsensor angeordnet ist.
EP 3 346 897 B1 beschreibt eine medizinische Bildgebungsvorrichtung, die mit einem mikroskopischen System oder als ein Kamerakopf mit einem endoskopischen System, das ein Farbtrennungsprisma mit einer dichroitischen dünnen Schicht umfasst, das konfiguriert ist, auftreffendes Licht in erstes Licht mit einem sichtbaren Lichtwellenlängenband und zweites Licht mit einem Fluoreszenzwellenlängenband zu teilen, verbunden werden kann. Das Farbtrennungsprisma umfasst ein erstes Prisma und ein zweites Prisma, wobei auftreffendes Licht, das in das erste Prisma eintritt, durch die dichroitische dünne Schicht an der Schnittstelle zwischen dem ersten Prisma und dem zweiten Prisma unmittelbar und direkt geteilt wird. Das sichtbare Licht, das durch die dichroitische dünne Schicht geteilt wurde, wird im ersten Prisma reflektiert und an einer reflektierenden Fläche des ersten Prismas erneut reflektiert und dadurch zu dem ersten Bildsensor geleitet, der außerhalb des ersten Prismas zum Aufnehmen von sichtbarem Licht angeordnet ist. Das zweite Prisma arbeitet als ein optischer Fluoreszenzpfad, der das Fluoreszenzlicht, das die dichroitische dünne Schicht durchlaufen hat, zu einem zweiten Fluoreszenzbildsensor weiterleitet. Die Position des zweiten Fluoreszenzbildsensors kann entlang des optischen Pfads in Bezug auf das zweite Prisma verschoben sein, um die relativen optischen Pfadlängen des optischen Pfads für sichtbares Licht und des optischen Fluoreszenzpfads einzustellen. In diesem Farbtrennungsprisma sind die Austrittsseite des zweiten Prismas und der Fluoreszenzbildsensor senkrecht zur optischen Achse angeordnet und sind aufgrund der Totalreflexionsbedingung des sichtbaren Lichts an der reflektierenden Fläche, die zum auftreffenden Licht gerichtet ist, die längsten Seiten jeweils des ersten Prismas und des zweiten Prismas senkrecht zueinander angeordnet. Deshalb ist das Farbtrennungsprisma sowohl in der Längsrichtung entlang des optischen Pfads als auch in seiner Höhe raumgreifend und ist folglich nicht geeignet, in einer schmalen Welle eines Endoskops angeordnet zu werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, den bekannten Stand der Technik zu verbessern.
Das Problem wird durch eine Strahlteilungsvorrichtung für einen distalen Endabschnitt eines Endoskops gelöst, wobei die Strahlteilungsvorrichtung ein erstes Prisma mit einer ersten Eintrittsfläche, einer ersten internen Auftrefffläche und einer ersten Austrittsfläche, ein zweites Prisma mit einer zweiten Eintrittsfläche und einer zweiten Austrittsfläche und eine dichroitische Strahlteilungsschicht umfasst und mindestens ein erster Bildsensor zum Aufnehmen von Licht eines ersten Spektralbereichs und ein zweiter Bildsensor zum Aufnehmen von Licht eines zweiten Spektralbereichs der Strahlteilungsvorrichtung zuweisbar sind, wobei der erste Spektralbereich und der zweite Spektralbereich sich mindestens teilweise voneinander unterscheiden und die erste Austrittsfläche des ersten Prismas und die zweite Eintrittsfläche des zweiten Prismas benachbart sind und die dichroitische Strahlteilungsschicht zwischen den benachbarten Flächen angeordnet ist, derart, dass eintreffende Strahlen, die den ersten und den zweiten Spektralbereich umfassen, durch die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas reflektiert werden, auf die erste Austrittsfläche des ersten Prismas auftreffen und durch die dichroitische Strahlteilungsschicht in erste Strahlen des ersten Spektralbereichs und zweite Strahlen des zweiten Spektralbereichs geteilt werden, um getrennte Bilder des ersten Spektralbereichs durch den ersten Bildsensor und des zweiten Spektralbereichs durch den zweiten Bildsensor parallel aufzunehmen.
Damit wird ein dichroitischer Strahlteiler für ein Chip-in-der-Spitze-Endoskop geschaffen, der das gleichzeitige Aufnehmen von Bildern von zwei verschiedenen Spektralbereichen durch zwei getrennte Bildsensoren ermöglicht. Folglich kann eine Zunahme der Gesamtbildrate, der jeweiligen Empfindlichkeit und der Helligkeit aufgenommener Bilder des jeweiligen Spektralbereichs über diejenigen von Endoskopen des Stands der Technik, die einen einzelnen optischen Pfad einsetzen, erreicht werden. Aufgrund des spezifischen Entwurfs der Strahlteilungsvorrichtung mit der Anordnung der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas, der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas und der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas benachbart zur ersten Austrittsfläche des ersten Prismas, wobei eine dichroitische Strahlteilungsschicht zwischen diesen benachbarten Flächen angeordnet ist, wird eine platzsparende Strahlteilungsvorrichtung geschaffen, die klein genug ist, in einem distalen Endabschnitt und/oder der distalen Spitze eines Endoskops angeordnet zu sein.
Darüber hinaus wird aufgrund des geometrischen und platzsparenden Entwurfs der Strahlteilungsvorrichtung eine Optimierung des relativen Strahlpfads durch Einbringen weiterer optischer Elemente und/oder Beschichtungen, die lediglich in jedem jeweiligem Pfad vorhanden sind, ermöglicht. Damit können die Empfindlichkeit und die Bildhelligkeit eines definierten Spektralbereichs optimiert werden, ohne notwendigerweise die optischen Parameter des weiteren Spektralbereichs zu beeinflussen.
Eine der Hauptideen der Erfindung ist der spezielle Entwurf der Strahlteilungsvorrichtung mit der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas und der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas als benachbarte Flächen und der dichroitischen Strahlteilungsschicht, die zwischen diesen benachbarten Flächen und/oder an einer Fläche der benachbarten Flächen angeordnet ist. Im Gegensatz zu bekannten Strahlteilungsprismen, wobei das auftreffende Licht nach dem Eintreten in das erste Prisma durch eine dichroitische Beschichtung, die an der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas angeordnet ist, eben stromaufwärts der Schnittstelle zwischen beiden Prismen unmittelbar und direkt geteilt wird, werden in der vorliegenden erfindungsgemäßen Strahlteilungsvorrichtung die Einfallsstrahlen, die den ersten und den zweiten Spektralbereich umfassen, zunächst durch die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas reflektiert, laufen weiter und treffen auf die erste Austrittsfläche des ersten Prismas auf, bevor diese reflektierten Einfallsstrahlen durch die dichroitische Strahlteilungsschicht in erste Strahlen des ersten Spektralbereichs und zweite Strahlen des zweiten Spektralbereichs geteilt werden. Damit wird eine platzsparende Geometrie des ersten und des zweiten Prismas und der gesamten Strahlteilungsvorrichtung realisiert, was ein einfaches Einpassen der Strahlteilungsvorrichtung und/oder der zuweisbaren Bildsensoren in die Welle eines Endoskops in der Längs- und Radialrichtung ermöglicht und ein gleichzeitiges Aufnehmen von getrennten Bildern in dem ersten Spektralbereich und dem zweiten Spektralbereich jeweils durch einen getrennten fest zugeordneten Bildsensor ermöglicht, was in einer verbesserten Bildqualität resultiert.
Die Geometrie jedes ersten und zweiten Prismas und damit der Strahlteilungsvorrichtung kann flexibler ausgelegt werden, weil die Einfallsstrahlen in der Ausbreitungsrichtung der Einfallsstrahlen nach dem Durchlaufen der ersten Eintrittsfläche nicht durch eine Schnittstelle zwischen dem ersten Prisma und dem zweiten Prisma in derselben Ausbreitungsrichtung direkt geteilt werden, sondern stattdessen erst durch die erste interne Auftrefffläche reflektiert und zur ersten Austrittsfläche des ersten Prismas weitergeleitet werden und lediglich dann durch die dichroitische Strahlteilungsschicht, die zwischen der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas und der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet ist, in zwei Strahlen mit verschiedenen Spektralbereichen geteilt werden.
Folglich können die physischen Abmessungen des ersten Prismas und des zweiten Prismas sowie die lokale Anordnung des ersten Bildsensors und des zweiten Bildsensors flexibler gewählt werden und können damit an die Begrenzungen jedes bestimmten Wellendurchmessers und den verfügbaren Raum in der Welle einfacher angepasst werden.
Wie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet, sollen die folgenden Ausdrücke, sofern es nicht anders angegeben ist, derart verstanden werden, dass sie die folgenden Bedeutungen aufweisen.
Eine „Strahlteilungsvorrichtung“ ist insbesondere eine optische Vorrichtung, die einen Lichtstrahl in zwei Strahlen teilt. Die Strahlteilungsvorrichtung wird insbesondere verwendet, um die Einfallsstrahlen in zwei getrennte Strahlen in einem spezifischen Verhältnis und damit in erste Strahlen des ersten Spektralbereichs und zweite Strahlen des zweiten Spektralbereichs zu teilen. Bevorzugt teilt die Strahlteilungsvorrichtung das auftreffende Licht effizient derart, dass soweit praktikabel 100 % des reflektierten Lichts aus dem ersten Spektralbereich stammt und 100 % des durchgeleiteten Lichts aus dem zweiten Spektralbereich stammt. In dieser Hinsicht wird betont, dass die Begriffe „erster“ und „zweiter“ lediglich zur Differenzierung und nicht für eine bestimmte Abfolge verwendet werden, derart, dass umgekehrt auch die ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs durch die benachbarten Flächen weitergeleitet werden können und das zweite Prisma durchlaufen können und die zweiten Strahlen des zweiten Spektralbereichs durch die dichroitische Strahlteilungsschicht reflektiert werden können und das erste Prisma durchlaufen und es über die erste interne Auftrefffläche verlassen. Die Strahlteilungsvorrichtung ist insbesondere ein dichroitischer Strahlteiler mit zwei Prismen, der Licht in zwei Strahlen verschiedener Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche und deshalb in verschiedene Spektralbereiche teilt. Deshalb umfasst die Strahlteilungsvorrichtung die dichroitische Strahlteilungsschicht, die zwischen den benachbarten Flächen von beiden Prismen und/oder der Austrittsfläche des ersten Prismas und/oder der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet ist. Im Gegensatz zu Strahlteilern, die im Stand der Technik bekannt sind, umfasst die Strahlteilungsvorrichtung nicht zwei Dreiecksprismen, die an ihrer Basis und deshalb an der längsten Seite jedes Dreiecks kombiniert sind. Stattdessen ist in der erfindungsgemäßen Strahlteilungsvorrichtung die erste Austrittsfläche des ersten Prismas als insbesondere die zweitlängste Seite des ersten Prismas benachbart zu der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas und deshalb der Basis des zweiten Prismas angeordnet. Folglich besitzt die erfindungsgemäße Strahlteilungsvorrichtung keine Kubusform. Damit können die ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs, die an der benachbarten Fläche mittels der dichroitischen Strahlteilungsschicht reflektiert werden, und die zweiten Strahlen des zweiten Spektralbereichs, die durch die dichroitische Strahlteilungsschicht und ferner durch das zweite Prisma weitergeleitet werden, in den jeweiligen Prismen verschiedene optische Pfade aufweisen. Das erste Prisma der Strahlteilungsvorrichtung arbeitet zunächst durch Reflexion der Einfallsstrahlen an seiner ersten internen Auftrefffläche als ein gemeinsamer optischer Pfad für die Einfallsstrahlen und damit die enthaltenen Strahlen des ersten Spektralbereichs und des zweiten Spektralbereichs und das erste Prisma arbeitet lediglich nach dem Aufteilen durch die dichroitische Strahlteilungsschicht zusätzlich als der optische Pfad für die reflektierten ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs, die auf die erste interne Auftrefffläche auftreffen sollen und das erste Prisma durch die erste interne Auftrefffläche verlassen, um durch einen zuweisbaren ersten Bildsensor aufgenommen zu werden. Damit arbeitet das zweite Prisma lediglich als der optische Pfad für die weitergeleiteten zweiten Strahlen des zweiten Spektralbereichs.
„Ein Prisma" wird insbesondere als eine Komponente in Form eines geometrischen Körpers Prisma verstanden. Das Prisma kann für verschiedene optische Wirkungen verwendet werden. Die optischen Eigenschaften des Prismas hängen insbesondere von den Dreieckswinkeln und/oder der Position der optisch wirksamen Prismenflächen in Bezug zueinander und dem Brechungsindex des Materials ab. Insbesondere umfassen das erste Prisma und das zweite Prisma Glas und das Glas des ersten und des zweiten Prismas werden derart gewählt, dass sie denselben oder nahezu denselben Brechungsindex aufweisen. In einer Schnittansicht parallel zur Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichts und damit in einem Längsschnitt weisen das erste Prisma und das zweite Prisma jeweils im Wesentlichen eine dreieckige Form auf. „Im Wesentlichen dreieckig“ bedeutet insbesondere, dass nicht alle drei Winkel der Dreiecksform des Prismas ein spitzer Winkel sein müssen. Ein oder mehrere Winkel der Dreiecksform können auch stumpf oder beschnitten gebildet und deshalb unvollständige Winkel sein. Damit können statt eines Winkels zwei Ecken mit einer Seite zwischen einander in einem Schnitt und/oder Längsschnitt vorhanden sein. Bevorzugt umfasst das erste Prisma keinen rechten Winkel, während das zweite Prisma im Längsschnitt einen rechten Winkel umfassen kann. Selbstverständlich können statt Winkeln in den Ecken des Prismas oder einer stumpfen Seite die Ecken gekrümmt oder verschieden geformt sein.
Die „erste Eintrittsfläche“ des ersten Prismas ist insbesondere die Fläche des ersten Prismas, durch die die eintreffenden Strahlen (Einfallsstrahlen), die den ersten und den zweiten Spektralbereich umfassen, in das erste Prisma eintreten. Ein Bereich der ersten Eintrittsfläche des ersten Prismas kann als eine Eintrittsblende wirken und Bereiche außerhalb eines wirksamen Durchmessers des eintreffenden Strahls können lichtundurchlässig für eintreffendes Licht hergestellt sein. Bevorzugt treten eintreffende Strahlen lediglich über die erste Eintrittsfläche des ersten Prismas in die Strahlteilungsvorrichtung ein. Eine jeweilige Fläche des zweiten Prismas, die zu den eintreffenden Strahlen gerichtet ist, ist insbesondere nicht durchlässig für die eintreffenden Strahlen. Deshalb können Bereiche der ersten Eintrittsfläche des ersten Prismas und die Strahlnichtdurchlassflächen des zweiten Prismas mit einer lichtundurchlässigen Substanz wie z. B. schwarzer Farbe beschichtet sein, um zu vermeiden, dass jegliches gestreutes oder unerwünschtes Licht in sie weitergeleitet wird.
Die „erste interne Auftrefffläche“ des ersten Prismas ist insbesondere die Basis und damit die längste Seite des ersten Prismas. Insbesondere ist die erste interne Auftrefffläche in der Ausbreitungsrichtung der eintreffenden Strahlen angeordnet, derart, dass nach dem Eintreten in das erste Prisma durch die erste Eintrittsfläche die eintreffenden Strahlen, die auf die erste interne Auftrefffläche auftreffen, durch die erste interne Auftrefffläche zu den benachbarten Flächen der zwei Prismen und damit die dichroitische Strahlteilungsschicht dazwischen reflektiert werden. Bei dem ersten Einfall auf die erste interne Einfallsoberfläche dient insbesondere diese Fläche als eine erste reflektierende Fläche für alle Spektralbereiche und lediglich nach dieser Reflexion folgt das Aufteilen durch die dichroitische Strahlteilungsschicht. Nach der Strahlteilung können die ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs, die durch die dichroitische Strahlteilungsschicht reflektiert werden, auf die erste interne Auftrefffläche auftreffen und sie durchlaufen. Somit ist die erste interne Auftrefffläche insbesondere im Falle des ersten gemeinsamen Einfalls von beiden Spektralbereichen eine interne Totalreflexionsfläche (TIR-Fläche) und im Falle des zweiten Einfalls lediglich durch die reflektierten Strahlen des ersten Spektralbereichs eine durchlässige Fläche.
Die „erste Austrittsfläche“ des ersten Prismas ist insbesondere die Fläche des ersten Prismas, die zur zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas benachbart ist. Im Längsschnitt ist die erste Austrittsfläche insbesondere die Bodenseite des ersten Prismas, wobei das erste Prisma über dem zweiten Prisma angeordnet ist.
Das zweite Prisma ist im Längsschnitt bevorzugt ein rechtwinkliges Dreieck, wobei der rechte Winkel auf der Unterseite des zweiten Prismas angeordnet ist, die der zweiten Eintrittsseite gegenüberliegt. Die „zweite Eintrittsseite“ des zweiten Prismas ist insbesondere die längste Seite des zweiten Prismas und damit die Hypotenuse. Die „zweite Austrittsfläche“ ist insbesondere die Fläche des zweiten Prismas, die im Wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung der eintreffenden Strahlen und/oder der optischen Achse angeordnet ist.
Hinsichtlich des Ausdrucks „benachbart zu“ ist nachzuvollziehen, dass die erste Austrittsfläche des ersten Prismas und die zweite Eintrittsfläche des zweiten Prismas nebeneinander und/oder benachbart angeordnet sind. Allerdings müssen die erste Austrittsfläche des ersten Prismas und die zweite Eintrittsfläche des zweiten Prismas nicht in direktem Kontakt zueinander sein. Deshalb ist durch „benachbart zu“ auch gemeint, dass diese Lichtstrahlen zunächst durch die erste Austrittsfläche des ersten Prismas und danach durch die zweite Eintrittsfläche des zweiten Prismas weitergeleitet werden. Somit können beide benachbarten Flächen mit der dazwischen angeordneten dichroitischen Strahlteilungsschicht direkt oder indirekt nebeneinander angeordnet sein. In Letzterem Fall können die benachbarten Flächen durch ein weiteres Material, einen Luftspalt und/oder ein weiteres Element getrennt sein.
Im Allgemeinen kann die Geometrie des ersten und des zweiten Prismas sowie der Strahlteilungsvorrichtung in den Längen der jeweiligen Seiten in den Längs- und/oder Querschnitten, in der Fläche der einzelnen Flächen des ersten und des zweiten Prismas sowie den Innenwinkeln zwischen den Seiten der jeweiligen Flächen in den Längs- und/oder Querschnitten verschieden sein, solange die beschriebenen und die erforderlichen Funktionen des ersten Prismas und des zweiten Prismas und damit die Gesamtleistungsfähigkeit der Strahlteilungsvorrichtung erreicht werden. Es ist wichtig, dass die Strahlwinkel für jedes der Prismen der Strahlteilungsvorrichtung derart angeordnet sind, dass Licht, das von der ersten Austrittsfläche zurück in das erste Prisma reflektiert wird, auf die erste interne Auftrefffläche etwa bei 90° auftrifft. Mit diesem Hintergedanken können die verbleibenden Winkel gewählt werden. In einem derartigen Beispiel kann im Längsschnitt der Innenwinkel zwischen der ersten Eintrittsfläche und der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas 45° sein. Der Innenwinkel zwischen der ersten Eintrittsfläche und der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas kann 112,5° sein. Der Innenwinkel der Fläche des zweiten Prismas senkrecht zum eintreffenden Strahl, der sich damit von der ersten Eintrittsfläche des ersten Prismas nach unten erstreckt, kann 90° sein und der Innenwinkel zwischen der zweiten Eintrittsfläche und der zweiten Austrittsfläche kann 23° im Längsschnitt sein. Als Ergebnis dieser Prismengeometrie, werden Lichtstrahlen, die durch die erste Austrittsfläche des ersten Prismas nicht weitergeleitet werden, bei etwa 45° reflektiert und treffen somit wie gewünscht auf die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas bei etwa 90° auf, was in ihrer Weiterleitung durch sie resultiert. Somit sind viele Prismenentwürfe möglich, wobei Licht, das im ersten Prisma eintrifft, zunächst von der ersten internen Auftrefffläche reflektiert wird und anschließend durch sie nach einer Reflexion an der ersten Austrittsfläche weitergeleitet wird.
Der „Innenwinkel“ ist der Winkel, der durch zwei benachbarte Seiten, die im jeweiligen Prisma liegen, eingeschlossen ist. Die Ecken der Prismen bilden den Scheitelpunkt des Innenwinkels.
Eine „dichroitische Strahlteilungsschicht“ ist insbesondere eine dünne Schicht, die Licht abhängig von der Wellenlänge des Lichts wahlweise widerspiegelt oder weiterleitet. Die dichroitische Strahlteilungsschicht wird derart gewählt, dass eintreffendes Licht in die ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs und die zweiten Strahlen des zweiten Spektralbereichs geteilt wird. Die dichroitische Strahlteilungsschicht kann eine Beschichtung sein, die auf die erste Austrittsfläche des ersten Prismas aufgebracht wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Strahlteilungsschicht sowohl eine Beschichtung sein, die auf die erste Austrittsfläche des ersten Prismas aufgebracht wird, als auch eine Beschichtung, die auf die zweite Eintrittsfläche des zweiten Prismas aufgebracht wird. Die benachbarten Flächen der Prismen mit der einen oder den mehreren zugeordneten Beschichtungen können durch Optikkitt verklebt werden. Die Kombination dieser beschichtete Flächen mit Optikkitt kann dadurch als ein dichroitisches Filter wirken. Mit dem Ausdruck „die dichroitische Strahlteilungsschicht ist zwischen den benachbarten Flächen angeordnet“ ist insbesondere gemeint, dass die dichroitische Strahlteilungsschicht und/oder -beschichtung auf mindestens eine Fläche von beiden benachbarten Flächen aufgebracht ist. Damit kann eine dichroitische Strahlteilungsschicht an der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas oder an der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet sein oder können zwei dichroitische Strahlteilungsschichten an der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas und an der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet sein. Allerdings hängt der genaue Bandpass der dichroitischen Strahlteilungsschicht auch vom Einfallswinkel des eintreffenden Lichts ab, das zuvor durch die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas reflektiert worden ist. Zum Beispiel wird die dichroitische Strahlteilungsschicht für einen Einfallswinkel (AOI) von 22,5° gewählt, damit die zuvor reflektierten eintreffenden Strahlen zur ersten internen Auftrefffläche als die ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs zurück reflektiert werden. Hiermit ist der gewählte AOI von 22,5° keine scharfe Abtrennung für die Reflexion der ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs. Eine dichroitische Strahlteilungsschicht kann auch eine dielektrische Beschichtung oder ein dichroitischer Spiegel sein. Die dichroitische Strahlteilungsschicht kann zwischen oder bei einer der benachbarten Flächen angeordnet sein oder ein Luftspalt kann zusätzlich zwischen den benachbarten Flächen angeordnet sein. Bevorzugt werden an der dichroitischen Strahlteilungsschicht die ersten Strahlen 45°-reflektiert und werden die zweiten Strahlen durchgeleitet und zum zweiten Prisma weitergeleitet.
Der „Einfallswinkel“ (AOI) ist insbesondere der Winkel zwischen einem Strahl, der auf eine Fläche auftrifft, und der Linie senkrecht zu dieser Fläche im Einfallspunkt (die als die „Normale“ bezeichnet wird).
Die „optische Achse“ ist insbesondere eine Linie, entlang der ein gewisser Grad einer Rotationssymmetrie vorhanden ist, in einem optischen System. Die optische Achse ist insbesondere eine imaginäre Linie, die den Pfad definiert, entlang dessen die eintreffenden Strahlen sich durch ein Objektivsystem vor der Strahlteilungsvorrichtung ausbreiten oder in die Strahlteilungsvorrichtung eintreten. Bevorzugt durchläuft die optische Achse das Zentrum einer Krümmung jedes optischen Elements in einem Linsensystem und/oder einem Objektivsystem und/oder der ersten Eintrittsfläche des ersten Prismas der Strahlteilungsvorrichtung. Allerdings kann die optische Achse auch gebogen sein und/oder durch eine Linse, ein optisches Element und/oder die Strahlteilungsvorrichtung, die beide Prismen enthält, gerichtet sein.
Ein „Endoskop“, insbesondere ein Videoendoskop, ist ein Endoskop mit Mitteln für die digitale Bilderfassung bei dem distalen Ende der langgestreckten Welle und die Übertragung von Daten davon z. B. zum proximalen Ende des Endoskops. Das Endoskop umfasst eine langgestreckte Welle und einen Griff, die miteinander verbindbar sind. In der vorliegenden Erfindung sind mindestens zwei digitale Bildsensoren bei dem distalen Ende der langgestreckten Welle zur Bilderfassung angeordnet. Insbesondere ist das Videoendoskop eine beliebige Art eines digitalen Endoskops, z. B. ein 2D-Koloskop oder ein Gastroenteroskop oder ein 3D-Videoendoskop. Insbesondere ist das Endoskop ein Chip-in-der-Spitze-Endoskop (COTT).
Die „langgestreckte Welle“ ist insbesondere ein starres, halbflexibles oder flexibles Rohr. Insbesondere ist die Welle konfiguriert, in einen Hohlraum, der endoskopisch betrachtet werden soll, eingesetzt zu werden, z. B. einen Hohlraum eines menschlichen oder eines Tierkörpers. In Industrieanwendungen wird die Welle des Endoskops oder des Boroskops in einem Element wie z. B. einem Rohr oder einem weiteren Bereich, auf den schwer direkt zugegriffen werden kann, wie z. B. hinter einer Wand, angeordnet. Im Allgemeinen kann die Welle einen Außendurchmesser im Bereich von 4 mm bis 10 mm aufweisen. Neben dem Objektivsystem und zwei oder mehr Bildsensoren kann die Welle einen oder mehrere Kanäle zur Bewässerung oder zum Durchführen von Arbeitsinstrumenten (die im Allgemeinen als „Arbeitskanäle“ bezeichnet werden) umfassen, um die gewünschte Wirkung im Hohlraum oder in der Öffnung zu erreichen. Die Welle kann bei ihrem proximalen Ende mit einem Griff lösbar verbunden sein oder mit ihm dauerhaft verbunden sein. Der distale Endabschnitt der langgestreckten Welle ist der Abschnitt, der vom Anwender entfernt ist, während der proximale Endabschnitt der Welle näher beim Anwender ist.
Ein „Bildsensor“ weist insbesondere seine Sensorebene in einer Bildebene der Strahlteilungsvorrichtung auf. Die Sensorebene des ersten Bildsensors kann im Wesentlichen in einer Entfernung von und parallel zu der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas angeordnet sein und die Sensorebene des zweiten Bildsensors kann in einer Entfernung von und im Wesentlichen parallel zu der zweiten Austrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet sein. Der Bildsensor kann insbesondere ein elektronischer Bildsensor, z. B. eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder ein komplementärer Metalloxidhalbleiter (CMOS), sein. Bevorzugt ist der elektronischer Bildsensor ein hochauflösender (HD) Bildsensor, der z. B. die volle HD-Auflösung besitzt. Im Allgemeinen ist der elektronische Bildsensor konfiguriert, das aufgenommene Bild in elektrische Bildsignale und damit Bilddaten umzuwandeln. Insbesondere ist der elektronischer Bildsensor im distalen Endabschnitt, z. B. der Spitze der Welle, angeordnet und überträgt die elektrischen Bildsignale vom distalen Ende der Welle zu ihren proximalem Ende durch elektrische Übertragungsleitungen wie z. B. Drähte, Kabel und/oder eine flexible gedruckte Leiterplatte. Bevorzugt werden die elektrischen Bildsignale, die durch den elektronischer Bildsensor erzeugt werden, von der Welle zum Griff des Endoskops und/oder einem Anzeigesystem und/oder einer Verarbeitungseinheit zum Anzeigen der aufgenommenen Bilder übertragen. Alternativ können die elektrischen Bildsignale drahtlos übertragen werden, entweder direkt vom distalen Endabschnitt oder nachdem sie zu einem Sender weitergeleitet worden sind, der im Griff enthalten ist. Der erste Bildsensor und der zweite Bildsensor, die der Strahlteilungsvorrichtung zugewiesen und/oder außerhalb davon angeordnet sind, sind insbesondere in der distalen Spitze oder dem distalen Endabschnitt eines Endoskops angeordnet. In Fall eines 3D-Videoendoskops sind jeweils vier Bildsensoren parallel angeordnet, wobei jeder Satz von zwei Bildsensoren sichtbare und Fluoreszenzbilder aus einer gegebenen verschiedenen Perspektive liefert.
In Bezug darauf, dass „der erste Spektralbereich und der zweite Spektralbereich sich mindestens teilweise voneinander unterscheiden“, ist nachzuvollziehen, dass der erste Spektralbereich und damit ein erstes Band von Wellenlängen und der zweite Spektralbereich und damit ein zweites Band von Wellenlängen nicht genau dieselben Wellenlängen enthalten. Allerdings kann der erste Spektralbereich den zweiten Spektralbereich vollständig enthalten oder umgekehrt. Zum Beispiel kann der erste Spektralbereich den Bereich von Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 900 nm umfassen und kann der zweite Spektralbereich den Bereich von Wellenlängen im Bereich von 700 nm bis 800 nm umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Strahlteilungsvorrichtung den ersten Bildsensor und/oder den zweiten Bildsensor.
Deshalb können unter Beibehaltung des kompakten Entwurfs der Strahlteilungsvorrichtung der erste Bildsensor außerhalb der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas und/oder der zweiten Bildsensor außerhalb bei der zweiten Austrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet sein. Folglich können der erste Bildsensor und/oder der zweite Bildsensor gleichermaßen im distalen Endabschnitt der Welle eines Endoskops angeordnet werden. In der Anordnung des ersten Sensors und des zweiten Bildsensors sind bevorzugt beide Bildsensoren mechanisch und/oder digital aufeinander ausgerichtet. Bevorzugt sind Bildsensoren sowohl zum Aufnehmen der ersten Strahlen mit dem ersten Spektralbereich als auch der zweiten Strahlen mit dem zweiten Spektralbereich bei einer jeweiligen Entfernung zur Strahlteilungsvorrichtung derart angeordnet, dass die optischen Pfadlängen von beiden Pfaden denselben Wert aufweisen, derart, dass sowohl für den ersten als auch den zweiten Strahl ein fokussiertes Bild erfasst wird. Der erste Bildsensor und der zweite Bildsensor können jeweils ein Deckglas umfassen, das zur jeweiligen Fläche des ersten Prismas und des zweiten Prismas gerichtet ist.
Für eine optimale Teilung der eintreffenden Strahlen, die unmittelbar durch die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas reflektiert werden, ist die dichroitische Strahlteilungsschicht an der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas oder an der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Lichtquelle der Strahlteilungsvorrichtung mit einem ersten Beleuchtungsspektralbereich, der weißes Licht umfasst, und einem zweiten Erregungsspektralbereich, der Erregungslicht umfasst, zuweisbar, derart, dass verursacht wird, dass ein Luminophor in einer beleuchteten Szene fluoreszierendes Licht abstrahlt.
Damit können trotz der Verwendung nur eines optischen Pfads für die eintreffenden Strahlen mittels der Strahlteilungsvorrichtung durch den ersten Sensor, der einer Weißlichtbildgebung im Bereich sichtbaren Lichts fest zugeordnet ist, und den zweiten Bildsensor, der einer Fluoreszenzbildgebung fest zugeordnet ist, weißes Licht und Fluoreszenzbilder gleichzeitig und getrennt erfasst werden. Folglich kann eine hohe Gesamtbildrate im Überlagerungsmodus und eine erhöhte Empfindlichkeit für eine Fluoreszenzbildgebung, während die Weißlichthelligkeit beibehalten wird, für ein Chip-in-der-Spitze-Endoskop im Vergleich zu herkömmlichen Mitteln eines Endoskopverschließens zwischen Weißlicht- und Fluoreszenzrahmen erhalten werden.
In einigen Ausführungsformen enthält ein einzelner Beleuchtungsspektralbereich sowohl den Beleuchtungsspektralbereich als auch den Erregungsspektralbereich.
„Weißes Licht" (das auch als „sichtbares Licht“ bezeichnet wird) wird normalerweise derart verstanden, dass es sich auf eine Kombination von Lichtwellenlängen im Bereich von 380 nm bis 750 nm, der zwischen dem Ultraviolettbereich und dem Infrarotbereich liegt, d. h. elektromagnetische Strahlung in dem Abschnitt des Spektrums, der durch das menschliche Auge wahrgenommen wird, bezieht.
„Fluoreszierendes Licht" ist insbesondere eine Emission von Licht durch eine Substanz, die als ein Luminophor bezeichnet wird, der Licht oder eine weitere Magnetstrahlung absorbiert hat. Der Luminophor wird normalerweise mit einer spezifischen Erregungswellenlänge oder einem Band von Wellenlängen bestrahlt, was in der Emission von Licht mit einer spezifischen Emissionswellenlänge oder einem Band von Wellenlängen resultiert. Normalerweise ist die Emissionswellenlänge größer als die Erregungswellenlänge. Zum Beispiel liegt im Falle des üblicherweise verwendeten Luminophors Indocyaningrün (ICG) das Erregungswellenlängenumfang im Bereich von 600 nm bis 900 nm und liegt der Emissionswellenlängenumfang im Bereich von 750 nm bis 950 nm im IR-Spektrum. In Fluoreszenzbildgebung, die häufig verwendet wird, um einen Tumorbereich während einer Operation optisch zu definieren, wird ein biologisches Material wie z. B. Gewebe in einem Körperhohlraum mit einem Luminophor direkt gefärbt oder wird eine verabreichte Substanz durch den Körper oder einen Mikroorganismus vor der Bildgebung mit einem Endoskop in einen Luminophor umgewandelt. Zusätzlich kann Autofluoreszenz auch ohne vorhergehende Färbung durch einen Luminophor oder einen Farbstoff beobachtet werden.
Folglich kann sich „Fluoreszenzlicht“ auf die Erregungs- und/oder Emissionswellenlängen oder -wellenlängenbänder eines Luminophors beziehen. Strahlung, die verursacht, dass ein Luminophor fluoreszierendes Licht abstrahlt, wird im Allgemeinen als „Erregungslicht“ bezeichnet und das resultierende Licht, das vom Luminophor abgestrahlt wird, wird als „Emissionslicht“ oder „fluoreszierendes Licht“ bezeichnet. Bei Fluoreszenzbildgebung kann ein optionales Fluoreszenzfilter blockieren, dass die Erregungswellenlänge den detektierenden Bildsensor erreicht, und umfasst deshalb das Fluoreszenzlicht lediglich das Licht, das durch den Luminophor abgestrahlt wird.
Zum Erreichen einer dichroitischen Hochleistungsteilung durch die dichroitische Strahlteilungsschicht kann ein Luftspalt zwischen einer Austrittsseite der dichroitischen Strahlteilungsschicht und der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet sein.
Deshalb können die Eigenschaften der dichroitischen Strahlteilungsschicht gewählt werden, um die erforderliche Reflexion der ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs zu maximieren. Eine derartige Auswahl wird durch Bestimmen der ordnungsgemäßen Eigenschaften der dichroitischen Strahlteilungsschicht in Bezug auf den Luftspalt erreicht. Dafür kann der Luftspalt eine Abmessung im Bereich von 2 µm bis 30 um, insbesondere im Bereich von 5 um bis 20 µm und bevorzugt im Bereich von 7,5 µm bis 15 µm aufweisen. Dadurch wird der Kontrast zwischen den Bildern der ersten Strahlen und/oder weißen Lichts und der zweiten Strahlen und/oder fluoreszierenden Lichts erhöht und es ist sichergestellt, dass keine Weißlichtstrahlen den zweiten Bildsensor treffen, der zur Fluoreszenzlichtaufnahme fest zugeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Abstandselement oder sind zwei oder mehr Abstandselemente im Luftspalt außerhalb des Bereichs der benachbarten Flächen, durch die die zweiten Strahlen des zweiten Spektralbereichs laufen, angeordnet.
Durch Anordnen eines Abstandselements oder mehrerer Abstandselemente im Luftspalt kann die Abmessung des Luftspalts genau eingestellt werden. Da das Abstandselement oder die Abstandselemente bei den Kanten der benachbarten Flächen und/oder der dichroitischen Strahlteilungsschicht angeordnet sein können, können die zweiten Strahlen des zweiten Spektralbereichs den Luftspalt durchlaufen, ohne auf die jeweiligen Abstandselemente zu treffen und folglich ohne irgendeine negative optische Störung.
Ein „Abstandselement“ ist insbesondere ein beliebiges Element, das im Luftspalt angeordnet werden kann und eine genaue Tiefe des Luftspalts bereitstellt. Ein Abstandselement kann ein beliebiger dreidimensionaler Körper sein, z. B. eine dünne Platte auf gegenüberliegenden Außenseiten des Luftspalts sein, wobei die zweiten Strahlen den zentralen Bereich des Luftspalts durchlaufen. Gleichermaßen können drei oder mehr Kügelchen als Abstandselement verwendet werden oder können galvanogeformte Folien mit einer geeigneten Dicke eingesetzt werden.
Zum räumlichen Befestigen des Abstandselements oder der Abstandselemente können das Abstandselement oder die Abstandselemente durch einen Klebstoff im Luftspalt unbeweglich gemacht sein.
Durch Befestigen des Abstandselements oder der Abstandselemente mittels des Klebstoffs werden eine genaue Entfernung zwischen der ersten Austrittsseite des ersten Prismas mit der dichroitischen Strahlteilungsschicht und der ersten Eintrittsfläche des zweiten Prismas sowie eine hohe Reproduzierbarkeit der Leistungsfähigkeit der dichroitischen Strahlteilungsschicht zum Reflektieren des Weißlichtstrahlpfads und eine lange Lebensdauer der dichroitischen Strahlteilungsschicht bereitgestellt. Deshalb wird eine hochpräzise Dosierung des Klebstoffs bevorzugt mit Abstandselementen wie z. B. mehreren Keramikkügelchen eines sehr genauen Radius, die relativ gleichförmig im Klebstoff selbst imprägniert sind, angewendet, um die Größe der Klebepunkte zwischen der ersten Austrittsfläche mit der dichroitischen Strahlteilungsschicht des ersten Prismas und der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas zu steuern. Bevorzugt umfasst ein Klebepunkt mindestens drei Kügelchen, die über den Punktbereich verteilt sind, um eine stabile zuverlässige Entfernung zwischen den benachbarten Flächen vorzusehen.
Insgesamt wird eine dichroitische Hochleistungsstrahlteilungsschicht für eine zuverlässige Reflexion der ersten Strahlen und/oder des Weißlichtstrahlpfads gegen einen genau definierten Luftspalt vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die dichroitische Strahlteilungsschicht mittels eines Optikkitts mit der zweiten Eintrittsfläche des zweiten Prismas verbunden.
In einigen Ausführungsformen sind die Eigenschaften der dichroitischen Strahlteilungsschicht speziell für ihre Leistungsfähigkeit in Bezug auf einen gegebenen Optikkitt gewählt. Die speziell gewählte dichroitische Strahlteilungsschicht ist mit dem Optikkitt, der die erste Austrittsfläche des ersten Prismas und die zweite Eintrittsfläche des zweiten Prismas verbindet, direkt in Kontakt. In diesem Fall wirkt eine dielektrische Beschichtung, die entweder mit der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas oder der zweiten Eintragsfläche des zweiten Prismas, die den Optikkitt direkt berührt, verklebt ist, als die dichroitische Strahlteilungsschicht. Damit wird eine sehr zuverlässige Reflexion der ersten Strahlen und/oder weißen Lichts durch die dichroitische Strahlteilungsschicht mit einer direkten Verbindung von beiden Prismen ohne einen zugeordneten Luftspalt dazwischen vorgesehen.
Um die Reflexion der eingetretenen eintreffenden Strahlen an der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas weiter zu erhöhen, kann das erste Prisma ein Glas mit einem Brechungsindex über 1,60, am stärksten bevorzugt über 1,61 und möglicherweise über 1,70 umfassen, wobei eine interne Totalreflexion der Strahlen des ersten und des zweiten Spektralbereichs an der ersten internen Auftrefffläche optimiert wird.
Im Allgemeinen ist die erste interne Auftrefffläche abhängig vom Einfallswinkel der Strahlen sowohl durchlässig als auch reflektierend. Als Ergebnis der gewünschten internen Totalreflexion werden die eintreffenden Strahlen, die an der Schnittstelle der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas zur Außenluft eintreffen, nicht in der Luft gebrochen, sondern vollständig zurück in das erste Prisma reflektiert. Hiermit ist der kritische Winkel der kleinste Einfallswinkel, der Totalreflektion ergibt, wobei der kritische Winkel zwischen dem jeweiligen kritischen Strahl zu der Normale bei dem Punkt eines Einfalls an der ersten internen Auftrefffläche gemessen wird. Deshalb ist, wenn der Einfallswinkel in der Nähe der Normale und unter dem kritischen Winkel ist, die erste interne Auftrefffläche durchlässig. Umgekehrt tritt dann, wenn der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel ist, interne Totalreflexion auf und werden die eintreffenden Strahlen, die beide Spektralbereiche enthalten, zur ersten Austrittsfläche und damit zur dichroitischen Strahlteilungsschicht reflektiert. Somit werden z. B. die eintreffenden Strahlen, die mit einem Einfallswinkel von etwa 45° auf die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas zur Normale und über einem kritischen Winkel auftreffen, mit einem Winkel einer Reflexion von 45° von der Normale totalreflektiert, derart, dass die eintreffenden reflektierten Strahlen um einen Gesamtwinkel von 90° umgeleitet werden. Damit kann die erste interne Auftrefffläche derart ausgelegt sein, dass sie zuverlässig für AOI-Strahlen > 36° stark reflektierend und für AOI-Strahlen < 7° sehr durchlässig ist.
Deshalb wird der Brechungsindex des Glases des ersten Prismas derart gewählt, dass die eintreffenden Strahlen, die sowohl den ersten als auch den zweiten Spektralbereich enthalten, durch interne Totalreflexion zuverlässig auf die erste interne Auftrefffläche reflektiert werden. Deshalb besitzt bevorzugt das Glas des ersten Prismas verglichen mit der gegenüberliegenden Schnittstelle der ersten internen Auftrefffläche, die zu Luft freigelegt ist, einen jeweiligen höheren Brechungsindex. Allerdings ist dies ein Kompromiss, da mit dem höheren Brechungsindex des Glases des ersten Prismas die interne Totalreflexion an der ersten internen Auftrefffläche optimiert wird, während bei der ersten Austrittsfläche des ersten Prismas die dichroitische Strahlteilungsschicht optimiert wird, wenn das erste Prisma einen unteren Brechungsindex besitzt, der auch einen kompakteren Entwurf der Strahlteilungsvorrichtung ermöglicht. Durch Wählen eines spezifischen Brechungsindex des Glases, der für beide Prismen gleich ist, können die erforderlichen oder die bevorzugten Winkel beider Prismen entsprechend variiert werden.
Der „Brechungsindex“ eines optischen Mediums ist eine dimensionslose Zahl, die eine Angabe der Lichtbiegefähigkeit des Mediums gibt. Der Brechungsindex bestimmt insbesondere, um wie viel der Lichtpfad beim Eintreten in das optische Medium gebogen oder gebrochen wird. Zum Erreichen ist ein Brechungsindex von über 1,61 bevorzugt.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die erste Eintrittsfläche und/oder die erste interne Auftrefffläche des ersten Prismas eine Breitband-Antireflexbeschichtung.
Die Breitband-Antireflexbeschichtung erhöht die Übertragung durch die jeweilige Schnittstelle bei der ersten Eintrittsfläche und/oder der ersten internen Auftrefffläche. Darüber hinaus wird durch die Breitband-Antireflexbeschichtung gehemmt, dass Geisterbilder, die z. B. aus Wassertröpfchen oder Kratzern, die auf der Fläche der ersten internen Auftrefffläche des Prismas vorhanden sind, resultieren können, durch den ersten Bildsensor aufgenommen werden. Ferner kann im Allgemeinen eine Antireflexbeschichtung auf eine beliebige Fläche wie z. B. die erste Eintrittsfläche des ersten Prismas aufgebracht werden, um eine Übertragung von Licht durch sie zu verbessern.
Eine „Antireflexbeschichtung“ ist insbesondere ein Typ einer optischen Beschichtung, die auf eine Fläche einer Strahlteilungsvorrichtung, insbesondere auf das erste Prisma, aufgebracht wird, um Reflexionen zu verringern. Zusätzlich kann die Antireflexbeschichtung durch Eliminieren von Streulicht und weiteren Quellen einer optischen Störung auch den Kontrast des Bilds verbessern.
Um die Aufnahme von Bildern, die den ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs entsprechen, durch den ersten Bildsensor zu optimieren, ist das erste Prisma derart ausgelegt, dass die ersten Strahlen des ersten Spektralbereichs, der durch die dichroitische Strahlteilungsschicht reflektiert wird, auf die erste interne Auftrefffläche mit einem Einfallswinkel von etwa 90° auftreffen und sie durchlaufen.
In allen Fällen treffen die reflektierten ersten Strahlen auf die erste interne Auftrefffläche mit einem Einfallswinkel auf, der kleiner als der kritische Winkel ist, der oben diskutiert wurde.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Lücke zwischen einer Austrittsseite der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas und dem ersten Bildsensor und/oder zwischen einer Austrittsseite der zweiten Austrittsfläche des zweiten Prismas und dem zweiten Bildsensors angeordnet.
Damit verbessert eine Lücke, bevorzugt ein Luftspalt, die zwischen der Austrittsseite der ersten internen Auftrefffläche des ersten Prismas angeordnet ist, ferner die interne Totalreflexion an der ersten internen Auftrefffläche, die oben diskutiert wird. Darüber hinaus kann ein Luftspalt, der zwischen der Austrittsseite der jeweiligen Fläche des ersten und/oder zweiten Prismas und dem jeweiligen Bildsensor angeordnet ist, verwendet werden, um die optischen Pfadlängen der ersten Strahlen und der zweiten Strahlen einzustellen. In einigen Fälle können die optischen Pfadlängen denselben Wert besitzen. Allerdings können in weiteren Fälle, um die Brennweiten, die jedem einzelnen Wellenlängenband zugeordnet sind, zu korrigieren, die optischen Pfadlängen für jeden Strahl verschieden sein, derart, dass ein Fluoreszenzbild (das aus Wellenlängen im Allgemeinen im NIR-Bereich besteht) auf seinen jeweiligen zweiten Bildsensor fokussiert ist, während weißes Licht, das eine etwas verschiedene Brennebene besitzt, eine verschiedene zugeordnete Pfadlänge aufweist und sein Bildsensor geeignet angeordnet ist, derart, dass das Weißlichtbild (das im Allgemeinen aus Licht im sichtbaren Spektrum besteht) auf seinen jeweiligen ersten Bildsensor fokussiert ist. Hiermit kann entweder die Abmessung der jeweiligen Lücke eingestellt werden, um die erforderliche Länge des jeweiligen optischen Pfads zu erreichen, oder der jeweilige Bildsensor ist mittels eines Aktors, z. B. eines Linearmotors oder eines Piezoaktors lokal verschiebbar. Deshalb kann durch Einstellen der Länge des jeweiligen Luftspalts, das durch Verschieben der Position des jeweiligen Bildsensors erreicht wird, der Fokus optimiert werden und kann sowohl das Weißlichtbild als auch das Fluoreszenzbild in ordnungsgemäßem Fokus erfasst werden. Somit kann der Luftspalt zur Ausrichtung des Fokus und der Position des zweiten Bildsensors in Bezug auf den ersten Bildsensor verwendet werden.
Um den Kontrast zwischen beiden Spektralbereichen zu erhöhen, ist eine optische Filterbeschichtung auf der Austrittsseite der zweiten Austrittsfläche und/oder zwischen der Austrittsseite der zweiten Austrittsfläche und dem zweiten Bildsensor zum Erhöhen einer optischen Dichte der Strahlen des zweiten Spektralbereichs positioniert.
Die optionale optische Filterbeschichtung ermöglicht die Fähigkeit, dass die optische Dichte bevorzugt zu OD6 für Strahlung im Bereich von 400 nm bis 800 nm erhöht wird. Dies ermöglicht die weitere Entfernung von unerwünschten Wellenlängen außerhalb des zweiten Spektralbereichs und/oder des Fluoreszenzspektrums. Folglich kann wegen dieser optischen Filterbeschichtung eine hohe Blockierung nicht fluoreszenter Strahlung erreicht werden. Abhängig von der Qualität der dichroitischen Strahlteilungsschicht kann alternativ eine normale Antireflexbeschichtung als die optische Filterbeschichtung verwendet werden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Problem durch ein Objektivsystem für ein Endoskop gelöst, wobei das Objektivsystem in einem distalen Endabschnitt einer langgestreckten Welle des Endoskops angeordnet werden kann und mindestens ein erster Bildsensor zum Aufnehmen von Bildern eines ersten Spektralbereichs und ein zweiter Bildsensors zum Aufnehmen von Bildern eines zweiten Spektralbereichs im distalen Endabschnitt angeordnet werden können, das Objektivsystem ein Objektivlinsensystem mit einer ersten Linse, einer zweiten Linse und optional weiteren Linsen der Reihe nach von einer Objektivseite umfasst, um Bildlicht zu empfangen und das Bildlicht zu dem ersten Bildsensor und dem zweiten Bildsensor weiterzuleiten, und das Objektivsystem eine zuvor beschriebene Strahlteilungsvorrichtung, wobei die Strahlteilungsvorrichtung zwischen einer maximal proximalen Linse des Objektivlinsensystems und dem ersten und dem zweiten Bildsensor angeordnet ist, und wahlweise ein Filter zum Blockieren einer Erregungswellenlänge oder zum Unterscheiden zwischen dem ersten und dem zweiten Spektralbereich umfasst.
Somit ist ein Objektivsystem für ein Endoskop mit lediglich einem optischen Pfad für zwei Spektralbereiche, bevorzugt für Weißlicht- und Fluoreszenzlichtbildgebung, versehen, wobei nach dem Linsensystem der eine optische Pfad durch die Strahlteilungsvorrichtung in einen getrennten ersten optischen Pfad für die ersten Strahlen im ersten Spektralbereich und einen getrennten zweiten optischen Pfad für die zweiten Strahlen im zweiten Spektralbereich geteilt wird, was die gleichzeitige Aufnahme von Bildern, die jedem des ersten und des zweiten Spektralbereichs zugeordnet sind, durch getrennte fest zugeordnete Bildsensoren ermöglicht. Damit wird ein Objektivsystem mit einer dichroitischen Strahlteilungsvorrichtung derart vorgesehen, dass es im distalen Endabschnitt einer schmalen Welle eines Endoskops angeordnet ist.
Ein „Objektivsystem“ ist ein optisches System, das ein Objektivlinsensystem enthält, um das Bildlicht aus einem Objektraum aufzunehmen, weiterzuleiten und zu modifizieren, und mindestens zwei Bildsensoren zum Aufnehmen des Bilds sind zuweisbar oder sind enthalten.
Ein „Objektivlinsensystem“ umfasst in einer Reihenfolge von einer Objektseite insbesondere ein Deckglas und/oder eine erste Linse, eine zweite Linse und optional weitere Linsen, die entlang einer optischen Achse des Linsensystems angeordnet sind. Wahlweise können ein oder mehrere optische Filter zwischen beliebigen zwei Linsen des Linsensystems angeordnet sein.
Eine „Linse“ ist insbesondere ein durchlässiger optischer Körper, der einen Lichtstrahl (Lichtstrahlen) mittels Brechung fokussiert oder dispergiert. Die erste Linse, die zweite Linse und optional weitere Linsen können einzelne Linsen sein, die durch einen Luftspalt getrennt sind, oder sind höchstens punktweise in Kontakt zu benachbarten Linsen. Außerdem kann eine Linse eine kombinierte oder eine verbundene Linse und/oder eine Stablinse sein. Bevorzugt sind die Linsen aus Glas und/oder einem Kristallmaterial hergestellt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Problem durch ein Endoskop, insbesondere ein medizinisches oder industrielles Videoendoskop mit einem Griff, einer langgestreckten Welle, einer Lichtquelle und einem Objektivsystem und/oder einer Bildverarbeitungseinheit und/oder einem Anzeigesystem gelöst, wobei das Endoskop eine zuvor beschriebene Strahlteilungsvorrichtung umfasst oder das Objektivsystem ein zuvor beschriebenes Objektivsystem ist, derart, dass Bilder des ersten Spektralbereichs durch den ersten Bildsensor aufgenommen werden und Bilder des zweiten Spektralbereichs durch den zweiten Bildsensor getrennt parallel aufgenommen werden und/oder als überlagerte Bilder durch das Anzeigesystem angezeigt werden können.
Die Erfindung wird ferner durch die folgenden beispielhaften Beschreibungen von bestimmten Ausführungsformen erläutert; es zeigen:

1 eine schematische teilweise dreidimensionale Ansicht eines Endoskops und eines Anzeigesystems,
2 eine schematische Querschnittansicht eines Objektivsystems mit einer Strahlteilungsvorrichtung und zwei Bildsensoren,
3 eine schematische Längsschnittansicht der Strahlteilungsvorrichtung mit zwei Prismen und den zwei Bildsensoren und
4 eine schematische Querschnittansicht an benachbarten Flächen zwischen einem ersten Prisma und einem zweiten Prisma der Strahlteilungsvorrichtung.

Ein Videoendoskop 101 umfasst einen Griff 103 und eine langgestreckte Welle 105, die bei einem proximalen Ende 107 der Welle 105 miteinander verbunden werden können. Der Griff 103 umfasst Bedienersteuerelemente 115 und ist mittels eines Kabels 113 bei seinem proximalen Ende mit einer externen Steuer- und Verarbeitungseinheit (die nicht gezeigt ist), die häufig als eine Kamerasteuereinheit (CCU) bezeichnet wird, und/oder einem Anzeigesystem 201, das in 1 gezeigt ist, verbunden. Das Anzeigesystem 201 enthält eine Überwachungsvorrichtung 203 zum Anzeigen von endoskopischen Bildern und Bedienersteuerelemente 215.
Das Videoendoskop 101 ist ausgelegt, Video- und Bilddaten aus einem Objektraum in einem Hohlraum eines Körpers (der nicht gezeigt ist) zu liefern. Dafür umfasst die langgestreckte Welle 105 bei ihrem distalen Ende 109 einen distalen Endabschnitt 111. Der distale Endabschnitt 111 der langgestreckten Welle 105 umfasst ein Objektivsystem 301 mit einem Objektivlinsensystem 303, dem eine Strahlteilungsvorrichtung 401 auf einer proximalen Seite 329 folgt (siehe 2).
Das Linsensystem 303 umfasst entlang der optischen Achse 373 von der distalen Seite 327 zur proximalen Seite 329 ein Deckglas 339, dem eine erste, meist distale Objektivlinse 340 folgt, der dämpfende und/oder weiterleitende optische Elemente 341, eine zweite Linse 343, die als eine kombinierte Linse gebildet ist, eine dritte Linse 345, eine vierte Linse 347 und ein herkömmliches Fluoreszenzfilter 349, das zwischen der vierten Linse 347 und einer folgenden fünften Linse 353, die als eine kombinierte Linse gebildet ist, angeordnet ist, folgen. In der Nähe der fünften und letzten Linse 353 des Linsensystems 303 ist die Strahlteilungsvorrichtung 401 angeordnet, die einen ersten Bildsensor 423 für weißes Licht und einen zweiten Bildsensor 425 für Fluoreszenzlicht enthält. Im Linsensystem 303 dient das Fluoreszenzfilter 349 dazu, die Erregungswellenlänge des Fluoreszenzlichts absorbieren, und leitet lediglich das Emissionswellenlängenband eines Luminophors, der im Objektraum verwendet wird, weiter.
Die Strahlteilungsvorrichtung 401 umfasst das erste Prisma 403 und das zweite Prisma 405, wobei das erste Prisma 403 über dem zweiten Prisma 405 angeordnet ist, wie in 3 gezeigt ist. Das erste Prisma 403 umfasst eine erste Eintrittsfläche 407, die senkrecht zur optischen Achse 373 des Objektivsystems 301 orientiert ist. Ein Bereich der ersten Eintrittsfläche 407 wirkt als eine Eintrittsblende und Bereiche außerhalb eines wirksamen Durchmessers des eintreffenden Strahls 311 sind für eintreffendes Licht lichtundurchlässig gestaltet. Deshalb sind Bereiche der ersten Eintrittsfläche 407 des ersten Prismas 403 und die Strahlnichtdurchlassflächen des zweiten Prismas 405 mit schwarzer Farbe als eine lichtundurchlässige Substanz beschichtet, um zu vermeiden, dass jegliches gestreutes oder unerwünschtes Licht in sie weitergeleitet wird. Die erste Eintrittsfläche 407 umfasst eine Breitband-Antireflexbeschichtung 431. Darüber hinaus umfasst das erste Prisma eine erste interne Auftrefffläche 409, die gleichermaßen eine Breitband-Antireflexbeschichtung 433 umfasst. Auf einer Austrittsseite der ersten internen Auftrefffläche 409 ist ein erster Luftspalt 419 gefolgt durch ein erstes Sensorabdeckglas 427 und den ersten Bildsensor 423 zum Aufnehmen von weißem Licht angeordnet. Darüber hinaus umfasst das erste Prisma 403 eine erste Austrittsfläche 411. Die erste Austrittsfläche 411 umfasst eine dichroitische Beschichtung 417, die als ein Spiegel für weißes Licht und als eine antireflektierende Beschichtung für Fluoreszenzemissionslicht wirkt und zu einer zweiten Eintrittsfläche 413 des zweiten Prismas 405 benachbart angeordnet ist. Das zweite Prisma 405 umfasst eine zweite Austrittsfläche 415, die parallel zur optischen Achse 373 des Objektivsystems 301 angeordnet ist. Zwischen einer Austrittsseite der zweiten Austrittsfläche 415 ist ein zweiter Luftspalt 421 gefolgt durch das zweite Sensorabdeckglas 429 und den zweiten Bildsensor 425 zum Aufnehmen von Fluoreszenzlicht angeordnet (siehe 3).
Zwischen der ersten Austrittsfläche 411 mit der dichroitischen Beschichtung 417 des ersten Prismas 403 und der zweiten Eintrittsfläche 413 des zweiten Prismas 405 kann ein Luftspalt 439 angeordnet sein (siehe 4). Der Luftspalt 439 besitzt eine Dicke von 10 µm, die durch Kügelchen 445 mit einem jeweiligen Durchmesser, die durch einen Klebstoff 447 unbeweglich gemacht werden, sichergestellt wird. Die unbeweglich gemachten Kügelchen 445, die im entsprechenden Klebstoff 447 enthalten sind, sind an Außenkanten zwischen der ersten Austrittsfläche 411 mit der dichroitischen Beschichtung 417 und der zweiten Eintrittsfläche 413 angeordnet (4 zeigt lediglich den Ort auf der linken Seite der benachbarten Flächen 411, 413).
Unter Verwendung des Videoendoskops 101 werden Objektstrahlen 309, die vom Objektraum auf der distalen Seite 327 stammen, durch das Objektivsystem 301 erfasst und durch das Objektivlinsensystem 303 in einen einzelnen optischen Pfad konditioniert. Nach der letzten fünften Linse 353 des Linsensystems 303 treten Einfallsstrahlen 311 durch die erste Eintrittsfläche 407 des ersten Prismas 403 in die Strahlteilungsvorrichtung 401 ein und treffen auf die erste interne Auftrefffläche 409. Da das erste Prisma 403 Glas mit einem Brechungsindex von 1,65 umfasst und aufgrund der Anordnung des Luftspalts 419 auf der Austrittsseite der ersten internen Auftrefffläche 409 werden die eintreffenden Strahlen 311, die weißes Licht und Fluoreszenzlicht umfassen, an der ersten internen Auftrefffläche 409 totalreflektiert und werden dadurch als erste reflektierte Einfallsstrahlen 315 90°-umgeleitet. Folglich treffen die ersten reflektierten Einfallsstrahlen 315 auf die erste Austrittsfläche 411 und die dichroitische Beschichtung 417. Die ersten reflektierten Einfallsstrahlen 315 werden durch die dichroitische Beschichtung 417 in die Weißlichtstrahlen 323 und die Fluoreszenzstrahlen 325 geteilt. Die Weißlichtstrahlen 323 werden um 45° zurück zur ersten internen Auftrefffläche 409 reflektiert und durchlaufen dadurch eine erste interne Auftrefffläche 409 und anschließend den Luftspalt 419 und das erste Sensorabdeckglas 427, um durch den ersten Bildsensor 423 aufgenommen zu werden. Die Fluoreszenzstrahlen 325 werden durch die dichroitische Beschichtung 417 und den Luftspalt 439 im Bereich zwischen den Orten mit den Kügelchen 445, die im Klebstoff 447 unbeweglich gemacht wurden, weitergeleitet. Die Fluoreszenzstrahlen 325 durchlaufen das zweite Prisma 405, verlassen es im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Austrittsfläche 415, durchlaufen den Luftspalt 421 und das zweite Sensorabdeckglas 429, um durch den zweiten Bildsensor 425 aufgenommen zu werden. Wahlweise kann eine Beschichtung zur zweiten Austrittsfläche 415 des zweiten Prismas 405 hinzugefügt werden, um die Übertragung der fluoreszierenden Strahlen (325), die sie durchlaufen, zu erhöhen (wie z. B. eine Antireflexbeschichtung), oder um den Kontrast zwischen den zwei Spektralbereichen weiter zu erhöhen (wie z. B. ein Wellenlängenbandpassfilter, das lediglich erwartete Emissionsstrahlung weiterleitet).
Damit wird ein Videoendoskop 101 mit einem kompakten Objektivsystem 301 und einer Strahlteilungsvorrichtung 401, die in seinem distalen Endabschnitt angeordnet ist, geschaffen, das einen einzelnen optischen Pfad im Objektivlinsensystem 303 besitzt, der danach durch die Strahlteilungsvorrichtung 401 mit der dichroitischen Beschichtung 417 in getrennte Weißlichtstrahlen 323 und Fluoreszenzstrahlen 325 geteilt wird, die jeweils durch getrennte erste und zweite Bildsensoren 423, 425 aufgenommen werden, die gleichzeitig hochqualitative Bildern liefern.
Bezugszeichen

101: Videoendoskop
103: Griff
105: Langgestreckte Welle
107: Proximales Ende der Welle
109: Distales Ende der Welle
111: Distaler Endabschnitt
113: Kabel
115: Bedienersteuerelemente
201: Anzeigesystem
203: Überwachungsvorrichtung
215: Bedienersteuerelemente
301: Objektivsystem
303: Linsensystem
309: Objektstrahlen
311: Einfallsstrahlen
315: Erste reflektierte Einfallsstrahlen
323: Weißlichtstrahlen
325: Fluoreszierende Strahlen
327: Distale Seite
329: Proximale Seite
339: Deckglas
340: Erste maximal distale Objektivlinse
341: Dämpfende und/oder weiterleitende optische Elemente
343: Zweite Linse (kombiniert)
345: Dritte Linse
347: Vierte Linse
349: Fluoreszenzfilter
353: Fünfte Linse (kombiniert)
373: Optische Achse
401: Strahlteilungsvorrichtung
403: Erstes Prisma
405: Zweites Prisma
407: Erste Eintrittsfläche
409: Erste interne Auftrefffläche
411: Erste Austrittsfläche
413: Zweite Eintrittsfläche
415: Zweite Austrittsfläche
417: Dichroitische Beschichtung
419: Luftspalt
421: Luftspalt
423: Erster Bildsensor (weißes Licht)
425: Zweiter Bildsensor (fluoreszierendes Licht)
427: Erstes Sensorabdeckglas
429: Zweites Sensorabdeckglas
431: Breitband-Antireflexbeschichtung
433: Breitband-Antireflexbeschichtung
439: Luftspalt
445: Kügelchen
447: Klebstoff

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

US 2012/0248333 A1 [0004]
EP 3346897 B1 [0005]

Claims

Strahlteilungsvorrichtung (401) für einen distalen Endabschnitt (111) eines Endoskops (101), wobei die Strahlteilungsvorrichtung (401) ein erstes Prisma (403) mit einer ersten Eintrittsfläche (407), einer ersten internen Auftrefffläche (409) und einer ersten Austrittsfläche (411), ein zweites Prisma (405) mit einer zweiten Eintrittsfläche (413) und einer zweiten Austrittsfläche (415) und eine dichroitische Strahlteilungsschicht (417) umfasst und mindestens ein erster Bildsensor (423) zum Aufnehmen von Licht eines ersten Spektralbereichs und ein zweiter Bildsensor (425) zum Aufnehmen von Licht eines zweiten Spektralbereichs der Strahlteilungsvorrichtung (401) zuweisbar sind, wobei der erste Spektralbereich und der zweite Spektralbereich sich mindestens teilweise voneinander unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Austrittsfläche (411) des ersten Prismas (403) und die zweite Eintrittsfläche (413) des zweiten Prismas (405) benachbart sind und die dichroitische Strahlteilungsschicht (417) zwischen den benachbarten Flächen (411, 413) angeordnet ist, derart, dass eintreffende Strahlen (311), die den ersten und den zweiten Spektralbereich umfassen, durch die erste interne Auftrefffläche (409) des ersten Prismas (403) reflektiert werden, auf die erste Austrittsfläche (411) des ersten Prismas (403) auftreffen und durch die dichroitische Strahlteilungsschicht (417) in erste Strahlen (323) des ersten Spektralbereichs und zweite Strahlen (325) des zweiten Spektralbereichs geteilt werden, um getrennte Bilder des ersten Spektralbereichs durch den ersten Bildsensor (423) und des zweiten Spektralbereichs durch den zweiten Bildsensor (425) parallel aufzunehmen.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungsvorrichtung (401) den ersten Bildsensor (423) und/oder den zweiten Bildsensor (425) umfasst.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dichroitische Strahlteilungsschicht (417) an der ersten Austrittsfläche (411) des ersten Prismas (403) oder an der zweiten Eintrittsfläche (413) des zweiten Prismas (405) angeordnet ist.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Lichtquelle zur Strahlteilungsvorrichtung (401) zuweisbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen ersten Beleuchtungsspektralbereich, der weißes Licht umfasst, und einen zweiten Erregungsspektralbereich, der ein Erregungslicht umfasst, umfasst, derart, dass verursacht wird, dass ein Luminophor in einer beleuchteten Szene fluoreszierendes Licht abstrahlt.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftspalt (439) zwischen einer Austrittsseite der dichroitischen Strahlteilungsschicht (417) und der zweiten Eintrittsfläche (413) des zweiten Prismas (405) angeordnet ist.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftspalt (439) außerhalb eines Bereichs der benachbarten Flächen (411, 413), durch den die zweiten Strahlen (325) des zweiten Spektralbereichs verlaufen, ein Abstandselement oder zwei oder mehr Abstandselemente (445) angeordnet ist/sind.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement oder die Abstandselemente (445) durch einen Klebstoff (447) im Luftspalt (439) unbeweglich gemacht ist/sind.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dichroitische Strahlteilungsschicht (417) mittels eines Optikkitts mit der zweiten Eintrittsfläche (413) des zweiten Prismas (405) verbunden ist.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Prisma (403) zum Optimieren einer internen Totalreflexion der Strahlen des ersten und des zweiten Spektralbereichs an der ersten internen Auftrefffläche (409) ein Glas mit einem Brechungsindex über 1,60, am stärksten bevorzugt über 1,61 und möglicherweise über 1,70 umfasst.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eintrittsfläche (407) und/oder die erste interne Auftrefffläche (409) des ersten Prismas (403) eine Breitband-Antireflexbeschichtung (431, 433) umfassen.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Prisma (403) derart ausgelegt ist, dass die ersten Strahlen (323) des ersten Spektralbereichs, die durch die dichroitische Strahlteilungsschicht (417) reflektiert werden, mit einem Einfallswinkel von etwa 90° auf die erste interne Auftrefffläche (409) treffen und sie durchlaufen.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lücke (419, 412) zwischen einer Austrittsseite der ersten internen Auftrefffläche (409) des ersten Prismas (403) und dem ersten Bildsensor (423) und/oder zwischen einer Austrittsseite der zweiten Austrittsfläche (415) des zweiten Prismas (405) und dem zweiten Bildsensor (425) angeordnet ist.
Strahlteilungsvorrichtung (401) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Filterbeschichtung (435) auf der Austrittsseite der zweiten Austrittsfläche (415) und/oder zwischen der Austrittsseite der zweiten Austrittsfläche (415) und dem zweiten Bildsensor (425) positioniert ist, um eine optische Dichte der Strahlen (325) des zweiten Spektralbereichs zu erhöhen.
Objektivsystem (301) für ein Endoskop (101), wobei das Objektivsystem (301) in einem distalen Endabschnitt (111) einer langgestreckten Welle (105) des Endoskops (101) angeordnet werden kann und mindestens ein erster Bildsensor (423) zum Aufnehmen von Bildern eines ersten Spektralbereichs und ein zweiter Bildsensor (425) zum Aufnehmen von Bildern eines zweiten Spektralbereichs im distalen Endabschnitt (111) angeordnet werden können, wobei das Objektivsystem (301) ein Objektivlinsensystem (303) mit einer ersten Linse (341), einer zweiten Linse (343) und optional weiteren Linsen (345, 347, 353) der Reihe nach von einer Objektivseite umfasst, um Bildlicht aufzunehmen und das Bildlicht zu dem ersten Bildsensor (423) und dem zweiten Bildsensor (425) weiterzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem (301) eine Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Strahlteilungsvorrichtung (401) zwischen einer maximal proximalen Linse (453) des Objektivlinsensystems (301) und dem ersten und dem zweiten Bildsensor (423, 425) angeordnet ist, und wahlweise ein Filter (349) zum Blockieren einer Erregungswellenlänge oder zum Unterscheiden zwischen dem ersten und dem zweiten Spektralbereich umfasst.
Endoskop (101), insbesondere ein medizinisches oder ein industrielles Videoendoskop, mit einem Griff (103), einer langgestreckten Welle (105), einer Lichtquelle, einem Objektivsystem und/oder einer Bildverarbeitungseinheit und/oder einem Anzeigesystem (201), dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop (101) eine Strahlteilungsvorrichtung (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst oder das Objektivsystem ein Objektivsystem (301) nach Anspruch 14 ist, derart, dass Bilder des ersten Spektralbereichs durch den ersten Bildsensor (423) aufgenommen werden und des zweiten Spektralbereichs durch den zweiten Bildsensor (425) getrennt parallel aufgenommen werden und/oder durch das Anzeigesystem (201) als überlagerte Bilder angezeigt werden können.