DE68904991T2

DE68904991T2 - Endoskop mit zwei sehrichtungen.

Info

Publication number: DE68904991T2
Application number: DE8989305899T
Authority: DE
Inventors: Charles David Cawood; Richard B Macanally
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-13
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2009-06-13
Also published as: EP0347140A1; US4846154A; DE68904991D1; EP0347140B1; CA1304640C; JPH0232313A; JP2802098B2

Description

Es sind vor allem solche endoskopischen Instrumente weit verbreitet, bei denen die Gesichtsfeldbeleuchtung durch ein faseroptisches Kabel oder ein Faserbündel vorgesehen ist, welches Licht durch den Lauf des Endoskops zu seinem distalen Ende hin leitet, und bei denen Bilder durch eine Abfolge von Linsen hindurch zurück zum Arzt geleitet werden, die sich durch den Lauf des Endoskops von einer Vorderlinse am distalen Ende zu einer Okulareinheit am proximalen Ende des Endoskops erstrecken. Die Vorderlinse zeigt üblicherweise in eine nach vorne gerichtete longitudinale Richtung, obwohl häufig eine schräg nach vorne gerichtete Ausrichtung bevorzugt wird. Wo eine laterale Sicht gewünscht ist, muß der untersuchende Arzt üblicherweise das Endoskop aus dem Patienten zurückziehen und es mit einem anderen Endoskop ersetzen, welches eine Seitensicht gestattet Es erscheint klar, daß endoskopische Verfahren effektiver durchgeführt werden könnten, wenn ein einzelnes Endoskop so angeordnet werden könnte, daß der Benutzer zwischen zwei (vorwärts und seitwärts gerichteten) Sichten des Untersuchungsfeldes umschalten kann, ohne das Endoskop aus dem Patienten herauszuziehen.
Ein Endoskop mit einem veränderbaren Gesichtsfeld ist aus der US-A- 4,140,364 bekannt, bei der ein mechanisch drehbares Prisma am distalen Ende vorgesehen ist, welches eine Betrachtung in einen großen Raumwinkelbereich durch eine Gesichtsfelddrehung über eine Rotation des besagten Prismas gestattet. Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, zu erkennen, daß mechanische Einrichtungen zur Erreichung solch eines Ziels in der Praxis nicht durchführbar sind, weil diese Mechanismen zu kompliziert sind, zu viel Platz erforden würden und fast nicht wirtschaftlich herzustellen wären.
Kurz gesagt liegt die Erfindung in der Entdeckung, daß ein relativ unkompliziertes und sehr effektives Endoskop mit zwei Sehrichtungen ohne irgendeine mechanische Schalteinrichtung oder getrennte bewegliche Teile am distalen Ende des Endoskops geschaffen werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß das Endoskop mit zwei festen Vorderlinseneinheiten am distalen Ende des Endoskops versehen wird, wobei eine Einheit im wesentlichen nach vorne und eine andere im wesentlichen seitlich ausgerichtet ist. Durch die Vorderlinsen einfallendes Licht wird durch ein strahlzusammenführendes Prisma aufgenommen und dann durch eine Objektivlinse und eine Abfolge von Übertragungslinsen zurück zur Okularlinsenanordnung am proximalen Ende des Endoskops geleitet. Ein Kontrollsystem ist vorgesehen, um selektiv die Transmission des Lichts zu blockieren, das durch eine der Vorderlinsenanordnungen aufgenommen wird, währenddessen die Transmission des von der anderen dieser Anordnungen stammenden Lichts gestattet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel nimmt das einstellbare Lichttransmissions-Steuermittel die Gestalt von polarisierenden Filtern zur Polarisierung des von den Vorderlinsen ausgehenden Lichts an, so daß die orthologische lineare Polarisation des Lichts aus einem der Vorderlinsenanordnungen im rechten Winkel zu der Polarisation des Lichts aus der anderen Anordnung steht Weiterhin ist das Endoskop mit einem einstellbaren polarisations-empfindlichen Transmissionsfilter versehen, der zwischen den Vorderlinsen und dem Okular vorgesehen ist, um selektiv die Transmission des polarisierten Lichts von einer der Vorderlinsen abzublocken, währenddessen das polarisierte Licht von der anderen dieser Vorderlinsen weitergeleitet wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Lichttransmissions-Steuermittel die Gestalt eines Paars von Flüssigkristallfiltern annehmen, die zwischen den jeweiligen Vorderlinsen und dem strahlzusammenführenden Prisma angeordnet sind, wobei jedes der Flüssigkristallfilter fähig ist, elektrisch aktiviert zu werden, um es zu jedem gegebenen Zeitpunkt jeweils nur dem Licht zu gestatten, das strahlzusammenführende Prisma zu beaufschlagen, welches aus einer vorgewählten der beiden Vorderlinsen stammt.
Wo die Polarisation benutzt wird, um selektiv die Transmission eines Bildes von der einen oder der anderen Vorderlinse auszuwählen, können die das Licht polarisierenden Mittel einen dichroitischen Polarisator oder andere geeignete Polarisatoren an den Ausgangsseiten der Vorderlinsen aufweisen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die vorbestimmte Polarisation durch einen dielektrischen Vielschichtreflektor in dem strahlzusammenführenden Prisma erzeugt Das polarisationsempfindliche Transmissionsfilter kann auch die Gestalt eines dichroitischen Polarisationsfilters oder eines Dünnfilm-Vielschicht-Polarisationsfilters oder die Gestalt eines MacNeille Prismas aufweisen. Eine 90 Grad Drehung des Filters oder des Prismas innerhalb des proximalen Endabschnittes des Endoskops kann durch eine manuelle Rotation eines äußeren Kragens erreicht werden, der mechanisch oder magnetisch an dem polarisationsempfindlichen Transmissionsfilter angekoppelt ist Alternativ dazu kann das Filter innerhalb des Endoskops befestigt sein und eine verkippte nematische Flüssigkristallzelle mit Glasplattenelektroden benutzt werden, um die Transmission eines Bildes von einer Vorderlinsenanordnung zu der anderen zu steuern.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perpektivische Ansicht eines Endoskops mit zwei Sehrichtungen gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Längsquerschnitt des Instruments,
Fig. 3 eine vergrößerte Ausschnittsansicht im Querschnitt des distalen Endes des Instruments,
Fig. 4 ein vergrößerte Ausschnittsansicht einer zu der Fig. 3 ähnlichen Anordnung, die eine modifizierte Anordnung zur Polarisation des aus der Vorderlinse austretenden Lichts zeigt,
Fig. 5 eine stark vergrößerte schematische Ansicht der Schnittstelle zwischen den Elementen des strahlzusammenführenden Prismas, welches in der Weiterbildung nach Fig. 4 benutzt wird,
Fig. 6 eine vergrößerte Ausschnittsansicht im Längsschnitt des proximalen Endes des Instruments,
Fig. 7 eine Querschnittsansicht enflang der Linie 7-7 der Fig. 6,
Fig. 8 ein dichroitisches Polarisationsfilter in Verbindung mit einer verkippten nematischen Flüssigkristallzelle zur Benutzung als Schaltmittel gemäß der Effindung,
Fig. 9 eine Weiterbildung des Schaltmittels in der Gestalt eines MacNeille-Prismas in Verbindung mit einer verkippten nematischen Flüssigkristallzelle, und
Fig. 10 eine Ausschnittsansicht im Querschnitt eines vereinfachten aber in der Funktion gleichen Endoskops mit zwei Sehrichtungen gemäß der Erfindung
Bei den Zeichnungen ist jeweils das Bezugszeichen 10 verwendet worden, um ein Endoskop zu bezeichnen, welches über eine längliche äußere Röhre oder Lauf 11 mit jeweils einem distalen und einem proximalen Ende 11a bzw. 11b verfügt. Während dieser Lauf üblicherweise aus einem steifen Material hergestellt wird, kann auch eine biegsame Konstruktion Verwendung finden, wie sie z.B. in den US-4,148,530 und US-4,148,551 beschrieben ist. Das proximale Ende des äußeren Laufes ist innerhalb eines röhrenförmigen Gehäuses 12 befestigt, an dem eine übliche bildvergrößernde Okularlinsenanordnung 13 angebracht ist Die Gesichtsfeldbeleuchtung ist mit einem Licht übertragenden Glasfaserbündel 14 realisiert, welches sich im wesentlichen über die volle Länge des Außenlaufs erstreckt, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Das Bündel ist mit einer konventionellen Lichtquelle 15 verbunden und das distale Ende 14a des Bündels steht über, um das Gesichtsfeld an dem distalen Ende 11a des Laufs zu beleuchten.
In dem distalen Ende des röhrenförmigen Laufs sind Öffnungen 16 und 17 vorgesehen. Innerhalb dieser Öffnungen sind Vorderlinsen 18 und 19 befestigt, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist Die Orientierung dieser beiden Vorderlinsen kann in beträchtlichem Rahmen so verändert werden, wie es den Betriebserfordernissen des Instruments und den Einstellungswünschen der Benutzer entspricht. So kann die seitlich ausgerichtete Vorderlinse in einem Winkel zwischen 70 und 90º in Bezug auf die longitudinale Achse des Laufs angeordnet sein, wobei hier ein Winkel von ungefähr 78º dargestellt ist. Die nach vorne oder distal ausgerichtete Vorderlinse 19 kann in einem Winkel im Bereich zwischen 0º und 35º in Bezug auf dieselbe Achse eingestellt sein, wobei in den Zeichnungen ein Winkel von 26º gezeichnet ist. Bei urologischen Anwendungen sollten die beiden Orte der beiden Eintrittsöffnungen 16, 17, die Winkel der Hauptstrahlen der Vorderlinsen und die eingeschlossenen Raumwinkel der Strahlenbündel mit den Geometrien bereits vorhandener Resektoskope und Zystoskope kompatibel sein, so daß das Endoskop in bereits vorhandenen Ausrüstungen eingesetzt werden kann, ohne daß das Material verändert oder durch speziell ausgebildete und an das Endoskop mit zwei Sehrichtungen angepaßte Elemente ersetzt werden muß.
Zur klärenden Vereinfachung der Darstellung sind in der Fig. 3 lediglich die durch die Vorderlinsen 18 und 19 hindurch tretenden Hauptstrahlen 20 und 21 abgebildet. Unmittelbar benachbart zu den Vorderlinsen innerhalb des distalen Endes des röhrenförmigen äußeren Laufs ist ein strahlzusammenführendes Prisma 22 angeordnet, um die durch die Vorderlinsen einfallenden Strahlen umzulenken, so daß beide Strahlenkegel entlang desselben Weges durch die Objektivlinse und das Übertragungslinsensystem geführt sind. Das strahlzusammenführende Prisma 22 umfaßt zwei Prismenelemente 22a und 22b mit koplanaren Seiten, die mit einer geeigneten reflektiven/transmissiven Beschichtung 23 zwischen diesen zusammen verkittet oder verklebt sind. Bei der Ausgestaltung von strahlzusammenführenden Prismen 22 ist es wohlbekannt, daß solch eine Beschichtung die Gestalt einer dünnen (üblicherweise monomolekularen) Schicht Aluminium oder eines anderen geeigneten Metalls hat. Die Dicke der Aluminiumschicht wird so ausgewählt, daß es ungefähr die Hälfte des einfallenden Lichts reflektiert und die andere Hälfte hindurchtreten läß. Demgemäß wird in der in der Fig. 3 dargestellten Ausgestaltung das durch die Vorderlinse hindurchtretende Licht 19 dem Pfad des Hauptstrahls 21 folgen, wo es zu einer ersten inneren Reflektion in 24 kommt und er dann durch die Beschichtung 23 entlang des Lichtweges 25 ausgerichtet wird. Ungefähr 50 Prozent dieses Lichtes wird durch die Beschichtung hindurchtreten und anschließend erneut im Innern in 26 reflektiert, wobei es in diesem Punkte proximal entlang der optischen Achse oder des axialen Lichtweges 27 des Systems ausgerichtet wird. In ähnlicher Weise wird das Licht, welches durch die andere Vorderlinse 18 hindurchtritt, durch die Beschichtung 23 teilweise reflektiert und teilweise transmittiert, wobei die reflektierte Lichtmenge ebenfalls dem Lichtweg 25 folgt und im Innern in 26 in Richtung der longitudinalen Achse des Linsensystems reflektiert wird. Es ist noch festzuhalten, daß in jeder Lage eine doppelte Reflektion der aus den Vorderlinsen stammenden Strahlen auftritt, wenn sie durch das strahlzusammenführende Prisma hindurchtreten. Die Oberfläche 28 des Prismenelementes 22a dient gleichzeitig als Eintrittsfläche für die seitlichen Strahlen aus der Vorderlinse 18 und die zweite reflektierende Oberfläche für die vorderen und seitlichen Strahlen. Der effektivste Weg, um diese doppelte Funktion zu gewährleisten, liegt darin, die Oberfläche 28 unbeschichtet zu lassen, wobei die zweite Reflektion in 26 eine innere Totalreflektion ist Die innere Totalreflektion wird in leichter Weise erreicht, weil der Einfallswinkel auf diese Fläche für alle Strahlen groß genug ist, um die Bedingungen für die innere Totalreflektion für jede Art aus einer großen Vielzahl von optischen Gläsern zu erfüllen. Um die innere Totalreflektion nicht zu verschlechtern, darf die Oberfläche 28 nicht anti-reflexbeschichtet sein. So wird lediglich ungefähr eine Fresnel-Reflektion von 5 Prozent bei den seitlichen Strahlen 20 auftreten, die in das System durch die Oberfläche 28 eintreten.
Das strahlzusammenführende Prisma richtet das Licht entlang der Geraden 27 durch eine Objektivlinse 30 und eine Abfolge von Übertragungslinsen 31 auf das Okular 13 aus. Wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, sind die Objektiv- und Übertragungslinsen innerhalb des inneren röhrenförmigen Laufs 32 angeordnet, welcher in dem äußeren Lauf 11 durch Befestigungselemente 33 befestigt is. Röhrenförmige Abstandshalter 34 innerhalb des Innenlaufs trennen die Linsen zur richtigen Übertragung eines Bildes zur Okulareinheit 13. Die Okularlinseneinheit kann vollständig in üblicher Weise aufgebaut sein und umfaßt eine Linsengruppe zur Erreichung eines gewünschten Grades der Bildvergrößerung.
Obwohl die Bilder von sowohl dem seitlichen Sichtfeld, als auch von dem vorderen Sichtfeld denselben Weg durch das Linsensystem zum Okular folgen, sind Mittel vorgesehen, um zu verhindern, daß gleichzeitig mehr als ein Bild zum Betrachter übermittelt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind solche selektiv einstellbare Lichttransmissions- Kontrollmittel in Gestalt von Licht polarisierenden Elementen 40, 41 zwischen den jeweiligen Vorderlinsen 18, 19 und dem strahlzusammenführenden Prismas 22 vorgesehen, darüberhinaus besteht ein einstellbares polarisationsempfindliches Transmissionsfilter 42 innerhalb des Gehäuses 12 nahe des Okulars 13. Die polarisierenden Elemente oder Schichten 40 und 41 können als eines der üblichen dichroitischen Licht-polarisierenden Mittel ausgestaltet sein, so daß das Licht aus dem seitlichen Gesichtsfeld, welches in das strahlzusammenführende Prisma 22 eintritt, in der Pfadrichtung im Winkel von 90º in Bezug auf die Pfadrichtung des Lichts polarisiert ist, welches aus dem vorderen Gesichtsfeld in das strahlzusammenführende Prisma 22 einfällt Licht aus beiden Gesichtsfeldern wird gleichzeitig entlang der Achse 27 zum Okular geleitet, aber das Licht von den jeweiligen Gesichtsfeldern ist anhand der Polarisation kodiert, so daß durch jeweilige Einstellung der polarisations-empfindlichen Transmissionsfilter 42 nur ein Bild zum Okular 13 übertragen wird.
Obwohl dieses System beim Kodieren der Bilder hoch effektiv ist, so daß ein Benutzer durch Einstellen des Filters 42 das gewünschte Bild auswählen und das andere Bild verwerfen kann, kann der Verlust an transmittierter Intensität des Lichts, der sich aus der Kombination der Polarisatoren und des strahlzusammenführenden Prismas ergibt, in manchen Fällen störend wirken. Wie schon ausgeführt, transmittiert das strahlzusammenführende Prisma nur 50 Prozent des einfallenden Lichts und reflektiert die verbleibenden 50 Prozent dieses Lichts Bei einem idealen Polarisator kann die Transmission für einen gegebenen Polarisationszustand die 50 Prozent nicht übersteigen, und 30 bis 35 Prozent sind übliche Werte bei kommerziell erhältlichen dichroitischen Polarisatoren. Daraus ergibt sich, daß bei dem oben beschriebenen System die Transmission für jede Linse 18, 19 über das strahlzusammenführende Prisma zur Objektivlinse 30 hin 25 Prozent nicht übersteigen kann.
Solch ein Transmissionsverlust kann durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel verringert werden, welches in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist Die Konstruktion ist identisch zu der in der Fig. 3 gezeigten, außer daß die getrennten Elemente oder Kodiermittel 40, 41 entfernt sind und ein dielektrischer Vielschichtreflektor 123 für die oben beschriebenen reflektiven/transmissiven metallischen Monoschichten 23 vorgesehen ist. Die Vielfachschicht 123 beinhaltet gleichzeitig die Funktionen der Elemente 40 und 41 und die strahlzusammenführenden Funktionen der Beschichtung 23, allerdings mit einem stark verringerten Verlust in der Lichttransmission. Insbesondere kann die Bildhelligkeit bei jeder Beleuchtungshöhe gegenüber dem mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 erzeugten Bild ungefähr verdreifacht werden.
Die Vielfachschicht 123 ist dergestalt aufgebaut, daß sie Licht reflektiert, welches senkrecht zur Einfallsebene (s-Polarisation) polarisiert ist, und daß sie Licht transmittiert, welches in der Einfallsebene (p-Polarisation) polarisiert is. Das Mittel zum Erhalt der polarisationsempfindlichen Reflektion ist ähnlich zu dem in der US-2,403,731 beschriebenen, deren Inhalt unter Bezugnahme auf diesen in diese Beschreibung eingeschlossen wird.
Wie die Fig. 3 zeigt die Fig. 4 ein doppelt reflektierendes strahlzusammenführendes Prisma, bei dem der zwischen den Hauptstrahlen 20 und 21 der beiden Bündel der Vorderlinsen eingeschlossene Winkel kleiner als 90º ist. Der Anteil des seitlichen Strahls 20, der p-polarisiert ist, wird durch den dielektrischen Vielschichtreflektor 123 hindurchtreten und vollständig aus dem System austreten. Der Anteil des selben seitlichen Strahls 20, der s- polarisiert ist, wird durch die Vielfachschicht 123 reflektiert und wird durch das Endoskop hindurch zum Okular gelangen, wo er als Bild des lateralen Gesichtsfeldes betrachtet werden kann.
In analoger Weise wird die p-polarisierte Komponente des vorwärts gerichteten Strahls 21 durch die Vielfachschicht 123 hindurchgehen und weiter durch das Endoskop zum Okular gelangen, wo es als Bild des nach vorne gerichteten Gesichtsfeldes betrachtet werden kann. Die s-polarisierte Komponente des nach vorne gerichteten Strahls wird von der Vielfachschicht reflektiert und aus dem System (oder in eine geeignete nicht dargestellte absorbierende Schicht entlang der äußeren oder oberen Oberfläche des Prismenelementes 22b heraustreten. Daher wird nur p- polarisiertes Licht des seitlichen Bildes und s-polarisiertes Licht des vorderen Bildes durch das Objektiv und die Übertragungslinsen zu dem Okular gelangen. An dem Okularende des Endoskops wird das seitliche Gesichtsfeld in einer horizontalen Richtung polarisiert werden, wohingegen das vordere Bildfeld in einer vertikalen Richtung in Bezug auf den Betrachter polarisiert sein wird.
Die Fig. 5 zeigt in schematisch er Weise den dielektrischen Vielschichtreflektor, der als ein polarisierendes strahlzusammenführendes Element arbeitet. Wie dargestellt sind die strahlzusammenführenden Schichten auf dem Prismenelement 22b aufgetragen und dann, nach der Beschichtung, wird dieses Prismenelement durch eine Kittschicht 124 mit dem Prismenelement 22a verbunden. Zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels kann angeführt werden, daß die Vielfachschicht vom Typ (HL)mH ist, wobei m=2 ist, H ein optisch transparentes Material mit hohem Brechungsindex, wie z.B. Zinksulfid, mit einem Brechungsindex von nH, und L ein Material wie Kryolith mit einem Brechungsindex von nH, bezeichnet.
Die Brechungsindices des Prismenglases und der H- und L-Schichten, d.h. nG, nH und nL, sind so ausgewählt, daß die Brewster-Bedingung an jeder der dielektrischen Zwischenflächen für den geeigneten Einfallswinkel erfüllt ist. Diese Winkel betragen θGH für die Glas-Hochbrechungsindex-Flächen, θH für die Hochbrechungsindex-Niederbrechungsindex-Fläche und die Hochbrechungsindex-Glas-Flächen und θL für die Niederbrechungsindex- Hochbrechungsindex-Flächen P-polarisiertes Licht, welches auf eine Brechungsfläche im Brewster-Winkel einfällt, wird durch die reflektive Fläche hindurchtreten. Daher wird eine wie oben beschriebene Vielfachschicht p-polarisiertes Licht mit sehr wenig Verlusten und fast ohne Reflektion hindurchlassen
Eine hohe Reflektivität für s-polarisiertes Licht wird gleichzeitig mit einer hohen Transmission für p-polarisiertes Licht erreicht, in dem die Dicke von jeder dünnen Schicht auf Lambda/4 für den Winkel der Ausbreitungsrichtung durch die Schicht gesetzt wird, wobei Lambda die Wellenlänge des Lichts in der dünnen Schicht ist Eine Breitbandfunktion wird dadurch erhalten, indem eine Hälfte des Vielfachschichtstapels für eine s-polarisierte Reflektivität bei einer Wellenlänge und die andere Hälfte für eine s- polarisierte Reflektivität bei einer anderen Wellenlänge ausgelegt ist
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann durch Benutzung eines dielektrischen Vielschichtreflektors 123 als Licht polarisierendes Mittel und als Beschichtung für das strahlzusammenführende Element die Reflektivität für s-polarisiertes Licht und die Transmissivität für p-polarisiertes Licht auf über 90 Prozent gesteigert werden. Daher kann die Gesamttransmissivität von der Vorderlinse zur Objektivlinse über das strahlzusammenführende Mittel 45 Prozent oder größer sein, was einen um einen Faktor 2 oder 3 größeren Wert über dem ergibt, der mit getrennten polarisierenden Elementen 40, 41 und einer teilweise reflektierenden metallischen Monoschicht 23 erreichbar ist Die Gesamtzahl der dielektrischen Schichten kann zwischen 5 und 15 liegen und hängt von Faktoren ab wie von dem vorgewählten Prismenmaterial (Brechungsindex nG), dem Einfallswinkel (θGH), dem zwischen dem durch die Vorderlinsen hindurchgelassenen Lichtkegel eingeschlossenen Winkel, der benötigten Polarisationsreinheit, der Art der benutzten optischen Dünnfilmbeschichtungsmaterialien und der spektralen Bandbreite. Bei einem Endoskop wird die spektrale Bandbreite üblicherweise das sichtbare Lichtspektrum von 0,5 Mikrometer im Ultravioletten bis hin zu 0,76 Miktometer im nahen Infraroten überdecken.
Wie oben erwähnt umfassen die einstellbaren Lichttransmissions-Steuermittel innerhalb des Endoskopgehäuses 12 in unmittelbarer Nähe zur Okularlinseneinheit 13 ein einstellbares polarisationsempfindliches Filter 42. Das polarisationsempfindliche Transmissionsfilter 42 kann ein qualitativ hochstehender dichroitischer Polarisator, ein Vielschichtfilter (wie bereits beschrieben) oder ein MacNeille-Prismen-Polarisator (wie in dem bereits erwähnten Patent US-2,403,731 beschrieben) sein. Es müssen Mittel vorgesehen sein, um das Filter 42 zu stützen, so daß es um mindestens 90º um seine optische Achse rotiert werden kann, so daß in einer Extremalstellung der Rotation das zum Okular durchgelassene Licht s-polarisiert ist und in der anderen Extremalstellung der Rotation nur p-polarisiertes Licht zum Okular durchgelassen wird. Je nach der gewählten Lage, in der sich das drehbare Filter befindet, kann der das Instrument benutzende Betrachter entweder das seitliche Gesichtsfeld oder das vordere Gesichtsfeld durch das Okular betrachten können.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine mechanisch-magnetische Kupplung zum manuellen Drehen des Filters 42 in die vorbestimmten Einstellungslagen. Das Filter wird innerhalb des röhrenförmigen Halters 50 getragen, der mit dem Lauf 11 und dem Okular 13 koaxial ist und der mit ringförmigen reibungsarmen Lagerelementen 51 und 52 aus Teflon oder einem anderen geeigneten Material getragen wird. Der Magnet 53 wird auf dem röhrenförmigen Halter befestigt und ein zweiter Magnet 54 wird von einem Steuerring oder -hülse 55 getragen, welche auf dem Gehäuse 12 drehbar angeordnet ist. Durch die Rotation der gerändelten äußeren Einstellungshülse um 90º in die eine oder die andere Richtung wird der Filterhalter 50 ebenso ebenfalls um den gleichen Winkel rotieren, wobei die Durchgangsrichtung des Filters 42 von der p-Polarisation auf die s-Polarisation wechselt. Eine Rückhalteschraube 56 verhindert nicht nur die axiale Verschiebung der Hülse auf dem Gehäuse 12, sondern begrenzt ebenfalls das Ausmaß der Drehung der Hülse aufgrund eines umkreisförmigen Schlitzes 57, in den sie hineinragt
Andere Mittel können vorgesehen sein, um die gewünschte Drehung der Filterdurchlaßrichtung zu erreichen, die Komplizierungen in der Mechanik beim körperlichen Drehen des polarisationsempfindlichen Transmissionsfilters vermeiden. Die Fig. 8 zeigt eine Filtereinheit 142 in der Gestalt eines dichroitischen Polarisators 143, der mit einer verkippten nematischen Flüssigkristallzelle 144 kombiniert ist. Die Fig. 9 zeigt eine ähnliche verkippte nematische Flüssigkristallzelle 144 in Verbindung mit einem MacNeille Prisma 145, um eine Filtereinheit 142, zu schaffen. In beiden Fällen würden die Filtereinheiten 142 und 142' in der Lage angeordnet sein, die im Zusammenhang mit dem Filter 42 beschrieben worden war. Sie wären dann aber eher fixiert als drehbar angeordnet (Der drehbare Kragen 55 kann als ein Schaltelement beibehalten werden oder andere geeignete Schaltmittel können, wie im folgenden beschrieben, vorgesehen sein). In jedem Fall kann die in fester Lage befindliche Filtereinheit 142, 142' so ausgerichtet werden, daß p-polarisiertes Licht transmittiert wird, welches bei dem Endoskop dem von vorne aufgenommenen Bild entspricht. Die verkippte nematische Flüssigkristallzelle 144 besteht aus einer dünnen Schicht 146 (ungefähr 10 Mikrometer) von geeignetem nematischen Flüssigkristallmaterial zwischen zwei Glasplatten 147 und 148, die auf ihren nach innen zeigenden Oberflächen mit einer transparenten leitenden Schicht beschichtet und an ihren Kanten verkittet ist. Die inneren Zellen-Oberflächen sind behandelt, um zu bewirken, daß die einachsige optische Achse der Flüssigkristallmoleküle benachbart nahe parallel zu diesen Oberflächen liegt Durch Rotation (während der Herstellung) der zwei Glasplatten um ihre übliche normale Achse ist es möglich, zu bewirken, daß die nematische optische Achse eine weiche und kontinuierliche Verkippung um 90º in der Ebene der Glasplatten von einer Grenzfläche zu der anderen vollführt
Es sind (hier nicht dargestellte) elektrische Anschlüsse vorgesehen, um ein alternierendes elektrisches Potential zwischen den beiden zwei transparenten leitfähigen Elektroden (typischerweise 5 bis 6 Volt, 60 Hertz, 10 Mikroampere) anzulegen. Dies führt zu einem elektrischen Feld, welches senkrecht zu den Glasplatten verläuft und die Reorientierung der nematischen Moleküle aus einer parallel zu den Platten verlaufenden Ausrichtung zu einer Ausrichtung hin bewirkt, die parallel zu dem elektrischen Feld ist (der "Ein"-Zustand).
Ohne das alternierende elektrische Potential zwischen den transparenten leitfähigen Elektroden (der "Aus"-Zustand) bewirkt die verkippte einachsige molekulare Orientierung des nematischen Materials, daß die Polarisationsebene eines einfallenden optischen Strahls beim Durchgang durch die Flüssigkristallschicht um 90º rotiert. Im "Ein"-Zustand wechselt die Polarisation eines einfallenden optischen Feldes bei dem Durchtritt durch die Flüssigkristallschicht nicht, weil die nematischen Moleküle durch das angelegte elektrische Feld neu orientiert werden, um die verkippte molekulare Struktur aufzulösen. Daher kann die Flüssigkristallzelle elektrisch zwischen den beiden polarisierten Bildern eingestellt werden. in dem "Ein"-Zustand verändert die Zelle nicht den Polarisationszustand des durch den Polarisator 143, 145 hindurchtretenden Lichtes. Daher ist, wenn die Zelle auf "Ein" eingestellt ist, das p-polarisierte (d.h. von vorne empfangene) Bild für den Benutzer sichtbar. Demgegenüber, wenn die Zelle sich in ihrem "Aus"-Zustand befindet, ist die Polarisation des durch die Zelle zum Polarisator 143, 145 transmittierten Lichts um 90º gedreht, d.h. aus s- polarisiertem Licht wird p-polarisiertes Licht und umgekehrt, und das seifliche Gesichtsfeld wird für den Benutzer sichtbar.
In den Fig. 8 und 9 sind die Flüssigkristallzellen 147 nicht normal zum einfallenden Licht angeordnet. Der Grund liegt darin, daß das scheinbare "Entkippen" des nematischen Materials vom Einfallswinkel abhängt Durch ein Orientieren der Zelle in einem kleinen Winkel im Bereich zwischen 10º und 20º aus der optischen Achse der Zelle wird die Antwort des Systems über den eingeschlossenen Winkel der in die Okularlinse eintretenden Strahlenkegel gleichförmig sein.
Jedes geeignete Schaltmittel kann zum Steuern des elektrischen Feldes vorgesehen sein, welches auf die Filtereinheiten 142, 142' einwirkt. Die drehbare Steuerhülse 55 und das Gehäuse 12 können mit geeigneten (nicht dargestellten) Kontakten versehen sein, dabei ist die Hülse mit einer geeigneten Quelle alternierender elektrischer Energie 150 verbunden, die diagrammartig in der Fig. 1 dargestellt ist, aber es ist wohlverstanden, daß auch jedes andere konventionelle Schaltmittel vorgesehen sein kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht in der Konstruktion identisch dem in der Fig. 3 gezeigten Instrument, außer daß Elemente 40 und 41 die Gestalt von Flüssigkristallfilters oder -verschlüssen aufweisen. Solche Flüssigkristallfilter sind im Stand der Technik wohlbekannt und können polarisierend und nicht-polarisierend ausgestaltet sein. Die elektrische Aktivierung von jedem Filter oder Verschluß blockiert das Licht beim Durchgang von der jeweiligen Vorderlinse in das strahlzusammenführende Prisma. Durch die selektive Aktivierung der Flüssigkristallfilter wird es dem Licht aus der einen Vorderlinse oder der anderen Vorderlinse (die Linse, die dem nicht aktivierten Filter zugehörig ist) ermöglicht, zum Okular zu gelangen, während das dem aktivierten Filter zugehörigen Licht abgeblockt wird. Da solche Flüssigkristallfilter das Licht steuern, das aus den Vorderlinsen in das strahlzusammenführende Prisma eintritt, arbeiten diese ebenfalls als einstellbares Lichttransmissions-Steuermittel und vermeiden die Notwendigkeit für ein getrenntes Filter (wie 42) im Gehäuse 12 des Endoskops.
Als weiteres erläuterndes Beispiel zeigt die Fig. 10 den distalen Endabschnitt eines vereinfachten Endoskop mit zwei Sehrichtungen, welches gemäß der Erfindung ausgestaltet ist Die in der Zeichnung angegebenen Maßangaben a bis i entsprechen den folgenden Werten in Millimetern (Zoll): a = 9,5 (0,375), b = 3 (0,118), c = 12,7 (0,5), d = 15,6 (0,615), e = 2 (0,079), f = 5,3 (0,21), g = 3,4 (0,134), h = 1(0,038), i = 4 (0,158).
Das Prisma mit rechtem Winkel ist aus Schott SS-5 Glas hergestellt worden, wobei die koplanaren Oberflächen mit einer breitbandigen (450 nm bis 700 nm) polarisierenden Vielfachschicht beschichtet worden sind, wobei: Tp> 0,99, Rp< 0,01, Ts< 0,01 und Rs> 0,99. Ein Übertragungslinsensystem bestehend aus 3 Übertragungslinsenzellen, bei denen jede eine Länge von 56,4 mm (2,22 Zoll) aufweist und durch Abstandsstücke einer Länge von 48,5 mm (1,91 Zoll) getrennt sind, überträgt das Bild durch den Lauf zu dem drehbaren polarisierenden Element und Okular. Bei dem Okular kann es sich um ein 10x Ramsden Okular handeln, was im Handel erhältlich ist
Während obenstehend die Erfindung zur Erläuterung in großem Detail beschrieben worden ist, ist es natürlich klar, daß viele dieser Merkmale abgewandelt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Endoskop mit zwei Sehrichtungen mit einem länglichen rohrförmigen äußeren Lauf (11) mit einem proximalen (11b) und einem distalen (11a) Ende und mit optischen Eintrittsöffnungen (16, 17) an seinem distalen Ende, mit einer ersten Vorderlinse (18), die innerhalb des distalen Endes des besagten Laufs angeordnet ist und die über eine optische Achse verfügt, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, um Licht durch eine der besagten Öffnungen aufzunehmen, mit einer zweiten Vorderlinse (19), die innerhalb des distalen Endes angeordnet ist und die über eine optische Achse verfügt, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt, um Licht durch die andere der besagten Öffnungen aufzunehmen, mit einem strahlzusammenführenden Prismenmittel (22), welches benachbart zu den besagten Vorderlinsen angeordnet ist, um Licht entlang eines einzigen Weges in einer proximalen Richtung auszurichten, mit einer Okularlinseneinheit (13) an dem proximalen Ende des Laufs zum Betrachten von hierdurch transmittierten Bildern, mit Objektiv- und Übertragungslinsen (30, 31) entlang des Laufs zum Erzeugen von Bildern und zum Übertragen derselben zu der Okularlinseneinheit, und mit einstellbaren Lichttransmissions-Steuermitteln (40, 41, 42, 142, 142'), um selektiv die Transmission von Licht zu dieser Okularlinseneinheit abzublocken, welches von einem der beiden ersten und zweiten Vorderlinsen aufgenommen wird, während die Transmission von Licht zur Okularlinseneinheit gestattet wird, welches von der anderen der Vorderlinsen aufgenommen wird.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Lichttransmissions-Steuermittel (42, 142, 142') einen ersten Flüssigkristallfilter, der zwischen der ersten Vorderlinse (18) und dem strahlzusammenführenden Prismenmittel (22) zwischengeschaltet ist, und einen zweiten Flüssigkristallfilter umfaßt, der zwischen der zweiten Vorderlinse (19) und dem strahlzusammenführenden Prismenmittel zwischengeschaltet ist, wobei jeder der Flüssigkristallfilter dazu vorgesehen ist, elektrisch aktiviert zu werden, um es Licht von nur einem ausgewählten der besagten ersten und zweiten Vorderlinsen zu gestatten, zu jeweils einem Zeitpunkt in das strahlzusammenführende Prismenmittel einzutreten.

3. Endoskop nach Anspruch 1, bei dem die einstellbaren Lichttransmissions-Steuermittel (42, 142, 142') Licht polarisierende Mittel (40, 41) umfassen, um das Licht von der Vorderlinse zu polarisieren, so daß die orthologische lineare Polarisation von der ersten Vorderlinse (18) in rechten Winkeln zu der orthologischen linearen Polarisation von der zweiten Vorderlinse (19) steht, und bei dem ein einstellbares polarisationsempfindliches Transmissionsfilter (42) zwischen dem strahlzusammenführenden Prismenmittel (22) und der Okularlinseneinheit (13) angeordnet ist, um selektiv die Transmission von polarisiertem Licht von der einen oder von der anderen der Vorderlinsen abzublocken, während polarisiertes Licht von der anderen der Vorderlinsen transmittiert wird.

4. Endoskop nach Anspruch 3, bei dem das Licht polarisierende Mittel (40, 41) einen dielektrischen Vielfachschichtreflektor innerhalb des strahlzusammenführenden Prismenmittel (22) umfaßt, um simultan die Strahlen von der ersten (18) und von der zweiten (19) Vorderlinse zu polarisieren und zusammenzuführen.

5. Endoskop nach Anspruch 3, bei dem das Licht polarisierende Mittel (40, 41) ein Paar von Licht polarisierenden Filtern zwischen den ersten (18) und zweiten (19) Vorderlinsen und dem strahlzusammenführenden Prisma (22) umfaßt.

6. Endoskop nach Anspruch 3, bei dem das polarisations-empfindliche Transmissionsfilter (42) drehbar in dem Lauf (11) angeordnet ist, um zwischen einer ersten Position, in der es polarisiertes Licht von der ersten Vorderlinse (18) transmittiert, während das polarisierte Licht von der zweiten Vorderlinse (19) abgeblockt wird, und einer zweiten Position zu rotieren, in der es polarisiertes Licht von der zweiten Vorderlinse transmittiert, während das polarisierte Licht von der ersten Vorderlinse abgeblockt wird.

7. Endoskop nach Anspruch 6, bei dem das polarisations-empfindliche Transmissionsfilter (42) ein dichroitisches Polarisationsfilter ist.

8. Endoskop nach Anspruch 6, bei dem das polarisations-empfindliche Transmissionsfilter (42) ein Vielschichtpolarisationsfilter ist.

9. Endoskop nach Anspruch 6, bei dem das polarisations-empfindliche Transmissionsfilter (42) ein MacNeille-Prisma ist

10. Endoskop nach Anspruch 3, bei dem das polarisations-empfindliche Transmissionsfilter (42) innerhalb des Laufs (11) befestigt ist und es ein dichroitisches Polarisationsfilter und eine verkippte nematische Flüssigkristallzelle (144) umfaßt, die Glasscheibenelektroden aufweist, und bei dem Mittel vorgesehen sind, um ein alternierendes elektrisches Potential an die Elektroden anzulegen.

11. Endoskop nach Anspruch 10, bei dem das polarisations-empfindliche Transmissionsfilter (42) innerhalb des Laufs (11) befestigt ist und es ein MacNeille Prisma (145) und eine verkippte nematische Flüssigkristallzelle (144) umfaßt, die Glasscheibenelektroden aufweist, und bei dem Mittel vorgesehen sind, um ein alternierendes elektrisches Potential an die Elektroden anzulegen.

12. Endoskop nach Anspruch 6, bei dem ein äußerer Steuerring (55) drehbar auf dem Lauf (11) benachbart zu der Okularlinseneinheit (13) befestigt ist und bei dem Mittel vorgesehen sind, um das polarisationsempfindliche Transmissionsfilter (42) und den Steuerring (55) zur gleichzeitigen Drehung in der Ansteuerung zu verbinden.

13. Endoskop nach Anspruch 12, bei dem die Mittel zur ansteuernden Verbindung des polarisations-empfindlichen Transmissionsfilters (42) mit dem Steuerring (55) magnetische Mittel umfassen.

14. Endoskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Vorderlinse (18) distal und die zweite Vorderlinse (19) lateral ausgerichtet ist.

15. Endoskop nach Anspruch 14, bei dem die erste Vorderlinse (18) distal in einem schiefen Winkel von nicht mehr als 35 in Bezug auf die longitudinale Achse des Laufs (11) ausgerichtet ist.

16. Endoskop nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei dem die zweite Vorderlinse (19) lateral und distal in einem Winkel zwischen 70º und 90º in Bezug auf die longitudinale Achse des Laufs (11) ausgerichtet ist.

17. Endoskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein faseroptisches Licht-übertragendes Bündel sich durch den Lauf (11) erstreckt, um das Licht zum distalen Ende (11a) zu übertragen, um ein äußeres Gesichtsfeld zu beleuchten, welches von den Vorderlinsen betrachtet wird.

18. Endoskop nach Anspruch 1, bei dem das strahlzusammenführende Prismenmittel (22) zwei strahlzusammenführende Doppelreflektions- Prismenelemente umfaßt, die über ein Paar koplanarer Flächen verfügt, die zusammengefügt sind, wobei zwischen diesen ein Licht reflektierendes/transmittierendes Mittel angeordnet ist.

19. Endoskop nach Anspruch 18, bei dem das Licht reflektierende/transmittierende Mittel eine dünne metallische Schicht (23) umfaßt, die geeignet ist, einen Teil des Lichts zu reflektieren und einen anderen Anteil des Lichts zu transmittieren, welches aus jedem der besagten Vorderlinsen stammt

20. Endoskop nach Anspruch 19, bei dem das Licht reflektierende /transmittierende Mittel ein dielektrischer Vielschichtreflektor (123) ist