DE3441029C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Endoskop der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 umrissenen Art. Aus US-PS-40 75 306 ist ein Endoskop der eingangs genannten Art bekannt. Dieses Endoskop hat einen flächenhaften, plattenförmigen Bildsensor am vorderen Ende eines Einführungsteils des Endoskops. Der Bildsensor ist hierbei derart angeordnet, daß er sich senkrecht zur Längsachse des Endoskops erstreckt und diese schneidet. Durch diese Anordnung des Bildsensors nimmt dieser den Großteil der Querschnittsfläche des Endoskops ein, so daß es Schwierig­ keiten bereitet, außer diesem Bildsensor noch weitere Elemente, wie Lichtleitkanäle, einen Pinzetten-Kanal und einen Luftzu­ fuhr- und Wasserzufuhr-Kanal vorzusehen. Diese Elemente sollten im wesentlichen parallel zur Längsachse des Endoskops verlau­ fen. Die Abmessungen der Fläche des Bildsensors sind durch die Abmessungen der Querschnittsfläche des Endoskops begrenzt, und wenn die weiteren Elemente noch vorgesehen sind, so wird seine Fläche noch weiter verkleinert, worunter das Auflösungsvermögen und hierdurch die Bildwiedergabequalität leiden.

In den meisten Fällen sind übliche Endoskope jeweils der­ art ausgelegt, daß eine Objektivlinse und ein Okular an gegenüberliegenden Endabschnitten von optischen Fasern zur Übertragung eines Bildes angeordnet sind. Ein Bild eines zu beobachtenden Gegenstandes wird an einer End­ fläche der optischen Fasern fokussiert und ein durch die optischen Fasern übertragenes und an der anderen End­ fläche erhaltenes Bild wird durch das Okular betrachtet.

Erst kürzlich ist ein Fernseh-Endoskop vorgeschlagen worden, das einen flächenhaften, plattenähnlichen Sensor ver­ wendet, bei dem eine Ladungsübertragungseinrichtung in Form einer ladungsgekoppelten Speichereinrichtung mit dünnen Lichtempfangselementen kombiniert ist, die in Ma­ trixanordnung vorgesehen sind. Das Fernseh-Endoskop der beschriebenen Bauform ist in vielerlei Hinsicht vorteil­ haft, da es eine lange Beständigkeit hat, die elektri­ schen Signale als Bildausgänge in verschiedener Weise ver­ arbeitet werden können und die Anwendung des Endoskop die­ ser Bauform zu einer Kostensenkung im Vergleich zum üb­ lichen Endoskop führt, das Bildübertragungsfasern verwen­ det. Daher hat man versucht, das Endoskop dieser Bauart der praktischen Verwendung zuzuführen.

Der flächenhafte, plattenförmige Bildsensor, der als ladungsgekoppelte Speichereinrichtung verwendet wird, die am vorderen Ende des Fernseh-Endoskops angeordnet ist, kann nunmehr hinsichtlich seinen Abmessungen infolge von Verbesserungen der Herstellungstechnik und des Integra­ tionsgrades in den letzten Jahren kompakt ausgelegt wer­ den. Jedoch kann man nicht sagen, daß der Bildsensor hin­ sichtlich der Anwendung beim Endoskop ausreichend kom­ pakte Abmessungen hat. Der Grund hierfür ist darin zu se­ hen, daß, wie an sich bekannt, der Außendurchmesser des Endoskops so klein sein sollte, daß es in einen Körper­ hohlraum einführbar ist. So ist es beispielsweise er­ wünscht, daß der Außendurchmesser eines Magen-Endoskops etwa 10 mm oder weniger beträgt. Selbst wenn darüberhinaus der Bildsensor hinsichtlich seinen Abmessungen ausreichend kompakt ausgelegt ist, so besteht doch nach wie vor noch das Bedürfnis nach Verbesserungen des Auflösungsvermögens, d. h., nach einer Vergrößerung der Anzahl von Bildelementen. Dieses Bedürfnis kann dazu führen, daß der Bildsensor mehr oder weniger vergrößerte Abmessungen er­ hält.

Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Umstände als Hintergrund gewinnt bei der Auslegung eines Fernseh-Endoskops der Gesichtspunkt der Auslegung des vorderen Endteils des Endoskops an Bedeutung, d. h. wie zweckmäßig der Bildsensor und das optische Objektivsystem angeordnet sind, um zu erreichen, daß ein optisches Bild am Bild­ sensor unter gedrängten Platzverhältnissen fokussiert wird. Bei einer typischen Auslegung des vorderen Endteils eines Geradsicht-Endoskops, das wissenschaftlichen Untersuchun­ gen unterzogen worden ist, ist diese derart getroffen, daß ein flächenhafter, plattenförmiger Bildsensor auf einer Ebene angeordnet ist, die senkrecht die Längsrich­ tung des Endoskops schneidet und ein optisches Bild von einem optischen Geradsicht-Objektivsystem wird, wie es ist, auf dem Bildsensor fokussiert. Bei einer typischen Auslegung des vorderen Endteils eines Seitensicht-Endoskops, das wissenschaftlichen Untersuchungen unterzogen worden ist, ist die Auslegung derart getroffen, daß der Bild­ sensor längs der Längsrichtung und nahe einer Seitenwand­ fläche des Endoskops angeordnet ist und ein optisches Bild von dem optischen Seitensicht-Objektivsystem am Bildsen­ sor fokussiert wird. Wenn jedoch die Bildsensoren in der Praxis in den vorderen Endabschnitten der beiden vorste­ hend beschriebenen Bauformen angeordnet werden, so kön­ nen Probleme auftreten. Wenn man insbesondere bei der erstgenannten Bauform den Querschnitt des vorderen End­ teils betrachtet, so wird der Großteil der Querschnitts­ fläche durch die flächenhafte Platte des Bildsensors ein­ genommen, so daß es sehr schwierig wird, außer der flächen­ haften Platte noch weitere Elemente, wie Lichtleitkanäle, einen Pinzetten-Kanal und einen Luftzufuhr- und Wasserzu­ fuhr-Kanal vorzusehen. Bei der letztgenannten Bauform hin­ gegen ist die flächenhafte Platte des Bildsensors nahe einer Seite des Endoskops angeordnet und das optische Bild von dem optischen Seitensicht-Objektivsystem, das an der anderen Seite vorgesehen ist, wird auf der flächenhaften Platte des Bildsensors zur Fokussierung gebracht, wobei bei der Betrachtung des Querschnitts des vorderen Endteils der Großteil der Querschnittsfläche durch das optische Seitensicht-Objektivsystem eingenommen wird. Darüberhinaus ist die flächenhafte Platte des Bildsensors nahe einer Seitenwandung des Endoskops angeordnet, dessen Querschnitt vorzugsweise nahezu kreisförmig ist, so daß zu erwarten ist, daß der Querschnitt des Endoskops in beträchtlichem Maße verändert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, bei dem sich ein Bildsen­ sor mit möglichst großer Fläche unter effektiver Nutzung des Außendurchmessers des Endoskops derart einsetzen läßt, daß sich auch bei einer gedrängten Bauform des Endoskops noch weitere Teile, wie Kanäle usw., ungestört vorsehen lassen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit dem Endoskop gelöst, welches die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Endoskop ist der Bildsensor derart angeordnet, daß seine Hauptflächenerstreckung parallel zur Längsachse des Endoskops ist. Zur Bildlichtübertragung ist dem Bildsensor ein Strahlengang-Ablenkelement zugeordnet, welches den Strahlengang vom optischen Objektivsystem etwa senkrecht zur Längsachse des Endoskops ablenkt und auf die Fläche des Bildsensors fokussiert. Hierdurch lassen sich die Abmessungen des Bildsensors weitgehend vollständig zur Bildübertragung nutzen, aber zugleich wird durch die Anordnung entlang der Längsachse des Einführungsteils des Endoskops erreicht, daß ohne eine Vergrößerung des Durchmessers des Endoskops auch noch weitere Einrichtungen, wie Lichtleitkanäle, Pinzetten-Kanal und ein Luftzufuhr- und Wasserzufuhr-Kanal untergebracht werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 wiedergegeben.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung als Beispiele näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht des vorderen Endteils eines Endoskops,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht des vorderen Endteils eines Endoskops gemäß einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 3.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 und 2 sind eine Vorder­ ansicht und eine Längsschnittansicht und zeigen jeweils die vorderen Endteile einer Ausführungsform eines Endoskops der Geradsicht-Bauform. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind durch den vorderen Endteil 1 des Endoskops in axialer Längsrichtung (von rechts nach links in Fig. 2) des Endoskops Licht­ leitkanäle 4 und 5, ein Pinzetten-Kanal 6 und ein Luft­ zufuhr- und Wasserzufuhr-Kanal 7 zusätzlich zu einem op­ tischen Objektivsystem 3 eingesetzt. Nach Fig. 2, die eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1 zeigt, besteht das optische Objektivsystem 3 aus einer Mehrzahl Linsen. Ein recht­ eckiges Prisma 9 ist hinter dem optischen Objektivsystem 3 vorgesehen, durch das der Strahlengang der X-Achse des optischen Objektivsystems 3 um 90° geändert wird. Ein rechteckiger, flächenhafter, plattenförmiger Bildsensor 10 ist mit einer lichterregenden Oberfläche des optischen Objektivsystems 3 gekoppelt.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist der Bildsensor 10 nahe und längs einer Ebene angeordnet, die die Mittellinie (die Linie A₁-A₁in Fig. 1 und die Linie A₂-A₂ in Fig. 2) des Endoskops enthält, so daß der Außen­ durchmesser des Endoskops äußerst effektiv genutzt werden kann. Zusätzlich ermöglicht die Verbindung des Bildsen­ sors 10 mit dem Prisma 9, daß man einen Staubabschluß­ effekt erhält. Die Verbindung braucht jedoch nicht notwen­ digerweise vorgesehen zu sein und eine Linse oder eine Maske kann zwischen dem Bildsensor 10 und dem Prisma 9 beispielsweise angeordnet sein. Ferner kann anstelle des Prismas 9 ein Spiegel verwendet werden und die Änderung des Strahlengangs braucht nicht genau auf 90° begrenzt zu sein. Selbstverständlich sind kleine Toleranzen möglich.

Die zugeordneten optischen Teile, die das optische Ob­ jektivsystem 3 bilden, können direkt an einer Metallfas­ sung 12 am vorderen Ende oder an dieser über einen Spie­ gelrahmen 13 befestigt sein. Öffnungen für weitere Kanäle sind in der Fassung 12 ausgebildet. Beispielsweise ist mit dem Pinzettenkanal 6, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Pinzettenrohr 14 verbunden, durch das eine Pinzette im Gebrauchszustand durchführbar ist. Ferner beziehen sich gebrochen dargestellte Linien 17 auf kreisförmige Ring­ elemente, die in vertikaler Richtung und Querrichtungen durch einen üblichen, nicht gezeigten Steuerzug ge­ krümmt werden können. Mit 18 ist eine Schaltungseinheit bezeichnet, die eine Abtasttreiberschaltung zum Betreiben des Bildsensors 10 oder eine Schaltung zum Verstärken und A/D (analog/digital)-Wandeln der Signale von dem Bild­ sensor 10 enthält, die elektrisch mit dem Bildsensor 10 über eine stegförmige flexible Leiterplatte 19 verbunden sind. Selbstverständlich kann die Schaltungseinheit auf der Basisplatte des Bildsensors 10 als eine Hybridschal­ tung vorgesehen sein. Wenn jedoch der kreisförmig gebo­ gene Abschnitt des Endoskops räumlich gesehen ausgenutzt werden muß, so ist es erwünscht, daß die Schaltungsein­ heit durch ein kreisförmiges Ringelement unterteilt ist, um den Krümmungsvorgang des kreisförmigen Ringelements 17 nicht zu behindern oder es wird bevorzugt, daß die Leiter­ platte 19 in einer solchen Weise angeschlossen ist, daß sie um 90° verdrehbar ist, um zu ermöglichen, daß sie dem Krümmungsvorgang der kreisförmigen Ringelemente in verti­ kaler Richtung und Querrichtungen folgen kann.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung kann der Bildsensor 10 mit einer Seitenabmessung in der Größe des Außendurchmessers des vorderen Endteils des Endoskops durchaus aufgenommen werden. Ferner kann die andere Seite, die der Seite gegenüberliegt, an der das optische Objek­ tivsystem vorgesehen ist, im Hinblick auf den Bildsensor 10 als ein Raum genutzt werden, der nicht dem Bildabtast­ system zugeordnet ist. In diesem Raum können der Pinzetten­ kanal 6, der Luftzufuhr- und Wasserzufuhr-Kanal 7 und der­ gleichen, die vergleichsweise große Einbauräume benötigen, frei angeordnet werden.

Die Fig. 3 und 4 sind eine Längsschnittansicht und eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 3) jeweils einer weiteren Ausführungsform eines Endoskops der Seiten­ sicht-Bauform. Bei dieser Ausführungsform werden gleiche oder ähnliche Teile wie bei den Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Bildsensor 10 längs der Ebene angeordnet, die die Mittellinie (die Linie A₂-A₂ in Fig. 3 und die Linie A₁-A₁in Fig. 4) des Endoskops enthält. Bei dem dort gezeigten optischen Objektivsystem 3 ist ein Seitensicht-Prisma 22 zusätzlich zu dem Prisma 9 vorgesehen, das die lichtemittierende Fläche dem Bild­ sensor 10 gegenüberliegend hat. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Änderung bzw. Ablenkung des Strahlengangs durch das Prisma 22 längs der Zeichenebene, während die Änderung bzw. Ablenkung des Strahlengangs durch das Prisma 10 senkrecht zur Zeichenebene erfolgt. Diese Auslegung ist insbesondere hinsichtlich des Vor­ sehens des Pinzetten-Kanals 6 von Vorteil. Im allgemei­ nen wird bei einem Endoskop der Seitensicht-Bauform ge­ fordert, daß ein starrer vorderer Endteil durch das Vor­ sehen eines Abschnitts, aus dem die Pinzette herausge­ führt wird, an einer Seite eines Beobachtungsfensters des optischen Objektivsystems 3 verkürzt wird und ferner wird gefordert, daß eine Pinzetten-Steuereinrichtung beim En­ doskop der Seitensicht-Bauform vorgesehen ist, die einen relativ großen Einbauraum an diesem Abschnitt benötigt, aus dem die Pinzette hinausgeführt wird. Wie insbesondere aus Fig. 4 zu ersehen ist, ermöglicht die Anordnung des Bildsensors 10 längs der Montagerichtung der Pinzette 16, daß der Raum an der linken Seite desselben als Raum für die Pinzetten-Steuereinrichtung 24 mit ausreichend Platz genutzt werden kann. Wenn jedoch der Bildsensor 10 seit­ wärts von der linken Seite der Mittellinie A₁-A₁ in Fi­ gur 4 angeordnet wird, so können sich Beschränkungen er­ geben, wenn die Pinzetten-Steuereinrichtung 24 vorgesehen wird. Wenn die Pinzetten-Steuereinrichtung 24 nach vorne oder nach hinten zum Beobachtungsfenster verschoben wird, braucht folglich die Pinzetten-Steuereinrichtung nicht notwendigerweise in der Richtung der Strahlengang-Ablen­ kung des Prismas 9 bei der dargestellten Ausführungsform angeordnet zu sein.

Wie die vorstehenden Ausführungen gezeigt haben, wird eine solche Auslegungsform eines Endoskops angegeben, daß der flächenhafte, plattenförmige Bildsensor zusammen mit dem Prisma zur Änderung des Strahlengangs verwendet wird, um den Bildsensor in Längsrichtung des Endoskops an­ zuordnen. Insbesondere befindet sich der Bildsensor nahe der Ebene, die die Mittelachse in Längsrichtung des Endoskops enthält, so daß der Bildsensor, der Abmessungen so groß wie der Außendurchmesser des Endoskops hat, ohne Schwierigkeiten aufgenom­ men werden kann und ausreichend Platz zur Nutzung für weitere Teile vorhanden ist.

Claims (6)

1. Endoskop, welches ein durch ein optisches Objektivsystem (3) erhaltenes optisches Bild als elektrische Bildsignale mit Hilfe eines flächenhaften, plattenförmigen Bildsensors (10) ausgibt, der am vorderen Ende eines Einführungsteils (1) vorgesehen ist, wobei das optische Objektivsystem (3) am vorderen Ende des Einführungsteils (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenhafte, plattenför­ mige Bildsensor (10) längs der Längsachse des Einführungs­ teils (1) in etwa einer Ebene angeordnet ist, welche die Längsmittelachse (A₂-A₂; A₁-A₁) des Einführungsteils enthält, und daß ein Strahlengang-Ablenkelement (9) das Bildabtastlicht vom optischen Objektivsystem (3) in eine Richtung senkrecht zur Längsachse des Einführungsteils (1) auf den Bildsensor (10) fokussiert.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strahlengang-Ablenkelement ein Prisma (9) oder einen Spiegel aufweist.

3. Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Pinzettenkanal (6) an der an­ deren Seite des Prismas (9) von dem flächenhaften, plat­ tenförmigen Bildsensor (10) angeordnet ist, der der licht­ emittierenden Fläche des Prismas (9) gegenüberliegt.

4. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Beobachtungsfenster dem Einfüh­ rungsteil gegenüberliegend unter Bildung eines Endoskops der Geradsicht-Bauform ausgebildet ist (Fig. 1 und 2).

5. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Beobachtungsfenster an einer Seite des Einführungsabschnitts ausgebildet ist und daß ein Prisma (22) zur Seitensicht unter Bildung eines En­ doskops der Seitensicht-Bauform vorgesehen ist (Fig. 3 und 4).

6. Endoskop nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Pinzetten-Kanal (6) und eine Pinzetten-Steuereinrichtung (24) in einem Raum an einer Seite angeordnet ist, die bezüglich des flächenhaften, plattenförmigen Bildsensors (10) der Seite gegenüberliegt, an der das optische Objektivsystem (3) angeordnet ist.