DE19618355C2 - Endoskop - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop mit einem
distal angeordneten Objektiv, dessen Bild ein Bildwei
terleiter zum proximalen Ende weiterleitet, und das
wenigstens eine Linsengruppe aufweist, die in Richtung
der optischen Achse zur Fokussierung und/oder zur Ver
schiebung der Brennweite durch einen Mikroantrieb ver
schiebbar ist.
Aus der US 5,359,992 ist eine Vorrichtung zum Positionieren von Bauelementen in
nerhalb endoskopischer Systeme bekannt, bei dem im äußeren Ringelement diamet
ral gegenüberliegend zwei schraubenlinienförmige Schlitze ausgebildet sind, in de
nen jeweils diametral gegenüberliegend Rundmagnete eingesetzt sind. Die Rund
magnete greifen in eine axial verlaufende Aussparung an der Außenseite einer in
dem Ring angeordneten Hülse an. Ein Drehen des äußeren Rings verursacht somit
eine Axialverschiebung des äußeren Magneten. Im inneren abgeschlossenen Be
reich sind entsprechend diametral gegenüberliegende Magnete vorhanden, die den
Bewegungen des äußeren Magneten folgen und somit die Kupplung bewirken. Das
innere Stellelement mit dem inneren Magneten ist mechanisch nicht geführt, so daß,
falls das innere Element aufgrund eines Stockes oder eines Stoßes aus dem magne
tischen Feld des äußeren Magneten gelangt, es im Innenraum des Gehäuses hin-
und herbewegbar und verdrehbar ist. Um die Funktionsweise zu erhalten, muß zu
nächst das Endoskop so verschwenkt werden, bis die äußeren und inneren Magnete
wieder in Wirkverbindung stehen.
Eine ähnliche Konstruktion ist aus der DE 88 10 044 U1 bekannt, bei dem ein an der
Innenseite des äußeren Ringes angeordneter Magnet mit einem sehr lang erstreck
ten inneren Magneten in Verbindung steht. Der äußere Magnet wird axial bewegt und
zieht damit den inneren Magnet mit und bewirkt dadurch die Kupplung. Ein Fernrohr
mit diesem Grundprinzip der Objektiverstellung ist auch aus der deutschen Patent
schrift DE 970 298 bekannt. Auch hier ist es möglich, daß bei mechanischen
Schocks der innere Magnet außer magnetischem Eingriff mit dem äußeren Magne
ten kommt.
Ferner ist aus der US 5,056,902 eine Fokussiereinrichtung bekannt, die beispiels
weise in einem Arthroskop verwendet wird, bei der die Linse bzw. Linsenanordnung
zum Fokussieren mittels magnetischer Krafteinwirkung lageverstellt wird. Auch bei
dieser Vorrichtung wird von dem Prinzip Gebrauch gemacht, den inneren Magneten
mit dem äußeren Magneten derart zu koppeln, daß eine Verschiebung des äußeren
Magneten in eine Axialbewegung des inneren Magneten umgesetzt wird.
Die zuvor genannten Lösungen aus der US 5,359,992; DE 88 10 044 U1 und US 5,056,902
besitzen den Nachteil, dass die Linsengruppen und Verstelleinrichtungen
jeweils an der proximalen Seite des Endoskops angeordnet sind. Diese Anordnung
ist insofern einfacher zu gestalten, da dort nicht die Platzprobleme bestehen, wie bei
distalseitiger Anordnung. Demgegenüber bieten distalseitig angeordnete Linsen
gruppen gegenüber proximalseitig angeordneten Linsengruppen erhebliche Vorteile
bei der Benutzung der Endoskope.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungs
gemäßes Endoskop mit einem distal angeordneten Objektiv
derart weiterzubilden, daß der Mikroantrieb zur Ver
schiebung einer Linsengruppe in Richtung der optischen
Achse bei geringem Bauaufwand einen möglichst geringen
Platzbedarf hat, so daß das für die Linsen zur Verfü
gung stehende Lumen des Endoskops möglichst wenig redu
ziert wird.
Darüberhinaus soll der erfindungsgemäße Mikroantrieb so
aufgebaut sein, daß gegebenenfalls mehrere Antriebe in
einem Objektiv angeordnet werden können, so daß mehrere
Linsengruppen unabhängig voneinander verschoben werden
können.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im
Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfin
dung sind Gegenstand der Ansprüche 2 ff.
Erfindungsgemäß weist der Mikroantrieb wenigstens eine
rotationssymmetrische axial bewegliche Hülse auf, die
die Linsen der bewegbaren Linsengruppe umgibt und auf
nimmt. Die Hülse besteht aus einem permanent magneti
schen Material und ist in einem Magnetfeld beweglich,
das von einer Spulenanordnung erzeugt wird, die die
Hülse koaxial umgibt.
Der erfindungsgemäß gewählte "koaxiale" Aufbau des
Mikroantriebs hat den Vorteil, daß er sich leicht in
ein Endoskop integrieren läßt und darüberhinaus es
nicht erforderlich macht, das Objektiv "außeraxial"
anzuordnen. Damit wird auch das Lumen, das für die
Linsen zur Verfügung steht nur wenig beeinträchtigt.
Weiterhin hat die gewählte Ausbildung den Vorteil, daß
keine Zuleitungen etc. zu der aus permanent magnetische
Material bestehenden beweglichen Hülse erforderlich
sind. Wenn man jedoch in Kauf nimmt, Zuleitungen zu der
verschiebbaren Hülse vorzusehen, ist es selbstverständ
lich auch möglich, die Anordnung von Spule von perma
nent magnetischem Material zu vertauschen, also die
Hülse, die die Linsen der bewegbaren Linsengruppe auf
nimmt, mit der Spule zu versehen und eine aus permanent
magnetischem Material bestehende Hülse stationär anzu
ordnen.
Durch die im Anspruch 2 angegebene Weiterbildung gemäß
der die Hülse eine Gleithülse ist, wird der Platzbedarf
für den Mikroantrieb weiter verringert, da anders als
bei einer Kugelführung etc. kein Platz für Lagerelemen
te benötigt wird.
Die in den Ansprüchen 3 und 4 gekennzeichnete Weiter
bildung, gemäß der die Spule ein bifilar gewickeltes
Spulensystem ist, und das permanent magnetische Ma
terial, aus dem die Hülse besteht, in Achsrichtung
magnetisiert ist, führt zu großen Stellkräften in axia
ler Richtung, die sich durch das Gleichrichten der
Lorentzkräfte über die Polschuhe ergeben. Dies wird
insbesondere durch die Änderung des Wicklungssinns der
Spule erreicht.
Damit ist es möglich, mit geringen elektrischen Lei
stungen von nicht mehr als 50 mW (Anspruch 10) auszukom
men.
In den Ansprüchen 6 und 7 sind bevorzugte Materialien
für die aus permanent magnetischem Material bestehende
Hülse angegeben.
In jedem Falle ist es mit dem erfindungsgemäßen Aufbau
des Mikroantriebs möglich, Verfahrwege von wenigstens
±1,5 mm zu erreichen.
In den Ansprüchen 8 und 9 ist eine Weiterbildung der
Erfindung gekennzeichnet, bei der die Hülse in einem
Rohr aus Teflon gleitet. Die Verwendung von Teflon hat
den Vorteil, daß die Haltekräfte sehr gering sind, so
daß ein unerwünschtes "Rucken" bzw. "Springen" vermie
den wird. Durch die im Anspruch 9 angegebene Weiterbil
dung, gemäß dem das Rohr aus Teflon extrudiert ist,
kann man sehr geringe Außendurchmesser des Gleitrohres,
beispielsweise starren oder flexiblen Endoskopen einge
setzt werden. Die Endoskope können dabei Bildweiterlei
ter aus Relaislinsensystemen oder Faserbündeln haben.
Darüberhinaus ist es möglich, daß ein distal angeord
neter Videochip mit geeigneter Signalübertragung zum
proximalen Ende den Bildweiterleiter bildet.
Aufgrund der geringen Stellkräfte und damit der gerin
gen Leistungsaufnahme, die bei dem erfindungsgemäßen
Mikroantrieb erforderlich sind, ist es sogar möglich,
den Mikroantrieb in Endoskopteilen anzuordnen, die in
Art einer Sonde von dem eigentlichen Endoskop getrennt
werden, und bei denen sowohl die Leistungsübertragung
zur Sonde als auch die Signalübertragung über ein Tele
metrie-Verfahren erfolgt.
Die Erfindung wird nachstehend eines Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be
schrieben, deren einzige Figur einen Querschnitt durch
einen Teilbereich des distalen Endes eines Endoskops
zeigt.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Endoskop ohne Beschränkung der allgemeinen
Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Ausbildung ein
starres Endoskop mit einem Außenrohr 1, das insbeson
dere aus einem Edelstahl bestehen kann. In dem Außen
rohr 1 befindet sich eine bifilare Wicklung 2, in der
eine Hülse 3 gleitet, die nicht näher dargestellte
optische Elemente umgibt und hält. Die Hülse 3 weist
einen Permanentmagneten 31 auf, der in Richtung der
Achse 11 des Endoskops magnetisiert ist. Mit 32 sind
aus Stahl bestehende Polschuhe für den Magneten be
zeichnet, die über den Rückschluß zu einer Stellkraft
in axialer Richtung sorgen.
33 bezeichnet einen Gleitring auf Teflon durch den
sowohl die Halte- als auch die Gleitkraft reduziert
wird.
Mit 4 ist der Freiraum bezeichnet, in dem die Hülse 3
mit den darin eingesetzten (nicht dargestellten) opti
schen Elementen, wie Linsen, planparallelen Platten,
Spiegeln, elektronischen Bildaufnehmern etc. gleitet.
Bei der tatsächlichen Realisierung eines erfindungsge
mäßen Endoskops sind selbstverständlich die verschie
densten Abwandlungen möglich. So ist es möglich, zu
sätzlich eine aus Teflon oder einem anderen Material,
wie beispielsweise Messing bestehende Gleithülse vor
zusehen, die insbesondere die Wicklungen des bifilaren
Spulensystems schützt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das Spulen
system 2 anders als in der Zeichnung schematisch darge
stellt auszubilden. Auch ist es möglich, andere Werk
stoffe für die Permanentmagneten als AlNiCo oder
Neodym-Eisen-Bor zu verwenden.
Aufgrund des geringen Raumbedarfs des erfindungsgemäßen
Mikroantriebs sowohl in Radial- als auch Axialrichtung
können auch mehrere Mikroantriebe in Axialrichtung
hintereinander in einem Endoskop vorgesehen werden.
Damit ist es möglich, nicht nur eine Linsengruppe zur
Fokussierung zu verschieben, sondern beispielsweise ein
Zoom- oder Vario-Objektiv zu realisieren, bei dem zwei
Linsengruppen zur Brennweitenverstellung verschoben
werden.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den erfin
dungsgemäß ausgebildeten Mikroantrieb zur Bewegung
anderer Elemente, mit denen beispielsweise die Ver
größerung umgeschaltet wird und/oder zur Bewegung von
Bildaufnehmern wie CCD-Chips einzusetzen.
Claims (11)
1. Endoskop mit einem distal angeordneten Objektiv,
dessen Bild ein Bildweiterleiter zum proximalen Ende
weiterleitet und das wenigstens ein optisches Element,
wie eine Linsengruppe aufweist, das in Richtung der
optischen Achse zur Fokussierung und/oder zur Ver
änderung der Brennweite durch einen Mikroantrieb ver
schiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroantrieb wenigstens
eine rotationssymmetrische axial bewegliche Hülse (3)
aufweist, die die Linsen bzw. das optische Element der
bewegbaren Linsengruppe umgibt und aufnimmt, und
daß die Hülse (3) aus einem permanent magnetischen
Material besteht, und in einem Magnetfeld beweglich ist,
das von einer Spulenanordnung (2) erzeugt wird.
2. Endoskop nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (2) so
ausgeführt ist, daß sie die Hülse (3) koaxial umgibt.
3. Endoskop nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) eine Gleit
hülse ist.
4. Endoskop nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (2) ein
bifilar gewickeltes Spulensystem ist.
5. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das permanent magnetische
Material, aus dem die Hülse (3) besteht, in Richtung
der Achse (11) magnetisiert ist.
6. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrweg jeder beweg
lichen Linsengruppe wenigstens ±1,5 mm beträgt.
7. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) aus AlNiCo be
steht.
8. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) aus Neodym-
Eisen-Bor besteht.
9. Endoskop nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) in einem
Außenrohr (1) aus Teflon gleitet und/oder mit einem
Teflon-Gleitring (33) versehen ist.
10. Endoskop nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Außenohr (1) bzw. der
Teflon-Gleitring (33) extrudiert ist.
11. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem Spulensystem (2) zugeführte
Dauerleistung nicht größer als 50 mW ist.
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