EP3523691A1 - Winkelselektives optisches system, stereo-videoendoskop mit einem solchen system sowie verfahren zum herstellen desselben - Google Patents

Winkelselektives optisches system, stereo-videoendoskop mit einem solchen system sowie verfahren zum herstellen desselben

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Publication number
EP3523691A1
EP3523691A1 EP17776990.8A EP17776990A EP3523691A1 EP 3523691 A1 EP3523691 A1 EP 3523691A1 EP 17776990 A EP17776990 A EP 17776990A EP 3523691 A1 EP3523691 A1 EP 3523691A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
optical system
prism
angle
optical assembly
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17776990.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Schouwink
Jianxin Zhao
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Winter and Ibe GmbH
Original Assignee
Olympus Winter and Ibe GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Winter and Ibe GmbH filed Critical Olympus Winter and Ibe GmbH
Publication of EP3523691A1 publication Critical patent/EP3523691A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B1/00163—Optical arrangements
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    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
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    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
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    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
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    • G02B23/2423—Optical details of the distal end
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    • G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images

Definitions

  • the invention relates to an optical system of a stereo video endoscope with fixed lateral direction of view, comprising a sideways-looking distal optical assembly and a proximal optical assembly, which together define a beam path, wherein the proximal optical assembly a left Lensensystem- temkanal and a right A lens system channel comprises, which are of similar construction, and wherein the distal optical assembly defines an optical axis and is adapted to couple from an object space incident light along the beam path in the left lens system channel and in the right lens system channel of the proximal optical assembly.
  • the invention relates to a stereoscopic video endoscope with a fixed lateral direction of illumination and to a method for producing an optical system of a stereo video endoscope with a fixed lateral viewing direction, wherein the optical system has a lateral blending direction.
  • the proximal optical assembly comprises a longitudinal lens system channel and a right lens system channel, which are of similar construction, and wherein the distal optical assembly defines an optical axis and thereto is arranged to couple light incident from an object space along the beam path in the left lens system channel and in the right lens system channel of the proximal optical assembly.
  • Video endoscopes in which the light entering at a distal tip of an endoscope shaft is directed by an optical system to one or more image sensors, are known in various designs. There are endoscopes with straight ahead, a so-called. 0 ° direction of view, endoscopes with (fixed) lateral viewing direction and endoscopes with adjustable viewing direction (also referred to as V-DOV endoscopes).
  • stereo video endoscopes which are adapted to record a stereoscopic image pair and / or two stereoscopic video channels. With such instruments, it is possible to produce a 3D image of an object lying distally in front of the end of the endoscopic shaft in an examination or operating room.
  • Side view stereo video endoscopes are side-viewing endoscopes with a fixed viewing angle that differs from the straight-line perspective.
  • Such endoscopes often comprise a prism arrangement of a plurality of prisms, which reflect the light rays entering the optical system from the object space at an angle to the longitudinal axis of the endoscope shaft twice and deflect them laterally in the direction of the endoscope shaft.
  • One such endoscope is known for example from DE 10 2014 206 513 A1 of the assignee Olympus Winter & Ibe, Hamburg.
  • a deflection prism arrangement of such a stereo video endoscope typically comprises two or three prisms.
  • the prisms are often cemented together at their common interfaces.
  • the reflection of the incident light bundles takes place on two reflecting boundary surfaces of a second prism inclined obliquely both to the optical axis of the entrance aperture and to the longitudinal axis of the endoscope.
  • the second prism of the deflecting prism arrangement is located in the light incident direction behind a first prism, which is arranged directly behind the entrance lens.
  • the oblique reflecting interface of the second prism, where the second reflection takes place, partially forms a common interface with the first prism, which the incident light rays pass through first.
  • the entrance lens of the optical system of such a stereoscopic video endoscope defines the optical axis of the optical system.
  • the optical system includes apertures or menisci that define a field of view of the optics. Light bundles incident in the optical system within the field of view are imaged by the optical system onto one or more image sensors. Light bundles, which are incident on the optical system from outside the field of view, often lead to reflections within the optical system and thus generate so-called "ghost images" or "flares".
  • a known deflection prism group in which such ghost images can form comprises a first prism and a second prism, which are cemented together.
  • the first prism has an inlet side and an outlet side, wherein the inlet side opposite is inclined over the exit side.
  • the exit side of the first prism adjoins directly to a second entrance side of the second prism.
  • the first and second prisms are cemented together at these two sides.
  • the second prism further includes a reflection side and a second output side.
  • Light which is incident from the image field in the Umlenk prism group, passes through the entrance side of the first prism and exits at its exit side again. The light then passes directly through the second entrance side into the second prism, is reflected on the reflection side within the second prism and leaves it on the exit side.
  • An incident at a large angle to the optical axis of the entrance lens into the optic peripheral light beam passes through the entrance lens into the first prism and traverses its entrance side and exit side. Simultaneously with the first exit side, the light beam also passes through the second entrance side of the second prism. As already mentioned, these two prism surfaces can be cemented together.
  • the light beam is now reflected on the reflection side of the second prism and hits at an acute angle to the common interface between the first and second prism, ie from the back to the second entrance side of the second prism. There, the light beam undergoes Fresnel reflection or total reflection and is reflected back to the reflection side of the second prism.
  • an optical system of a stereo video endoscope with fixed lateral lateral direction comprising a sideways-looking distal optical assembly and a proximal optical assembly, which together define a beam path, wherein the proximal optical assembly a left lens system and a channel right lens system channel, which are identically constructed, and wherein the distal optical assembly defines an optical axis and adapted to couple incident light from an object space along the beam path in the left lens system channel and in the right lens system channel of the proximal optical assembly, wherein the optical System is formed by the fact that the optical system comprises an angle-selective optical element with a perpendicular to the optical axis of the distal optical assembly oriented surface, which is located in the beam path surface with an incident angle coated with a selective dielectric coating.
  • the first exit side of the first prism is connected to the second entry side of the second prism. for example, cemented.
  • the light beams pass through this interface to the second entrance side of the second prism. They are deflected at the interface of the prismatic body and reach the rearward reflection side of the second prism. From there, the light beams are reflected back to the second entrance side of the second prism and experience within the prism body of the second prism at this interface total reflection in the prism body.
  • the light bundles are therefore reflected on an inner side of the second entrance side. From there, the light bundles leave the deflecting prism group through the exit side of the second prism.
  • the stereo video endoscope has a shaft.
  • This shaft is rigid or flexible. With a rigid shaft, this has a longitudinal extension direction. With a flexible shaft, the shaft extends in a distal end region in a longitudinal direction.
  • the viewing direction of the endoscope includes an angle that is different from zero with this longitudinal extension direction. This angle is constant. For example, such an angle is 30 °.
  • a quadruple reflection at the interfaces of the deflecting prism group is advantageously excluded.
  • the reflection surface of the second prism must be larger than for prisms of endoscopes that do not provide stereoscopic imaging. This is necessary because the stereo stereo should be as large as possible for the right and left stereo channels. A large stereo base allows you to create a big 3D effect. This constructive However, requirement leads to the mentioned risk of multiple reflections, in particular the quadruple reflection described. These reflections produce unwanted ghost images.
  • the incident-angle-selective dielectric coating ensures that an angle-selective optical system is provided.
  • Light beams incident from outside the field of view into the optical system are at least predominantly reflected by the incident-angle-selective dielectric coating.
  • light bundles incident at a large angle to the optical axis do not enter the optical system. Accordingly, they are not able to generate image disturbances such as ghosting there.
  • the incident-angle-selective dielectric coating is advantageously set up in such a way that its angle-selective functionality which restricts the light beams transmitted by the coating to those light bundles which impinge on the optical system at a predetermined angle to the optical axis.
  • This predetermined angle corresponds in particular to the opening angle which is defined by the field of view of the optics. Only beams incident to the optical system at an angle of incidence less than or equal to this critical angle (measured at the angle to the optical axis) traverse the incident angle selective dielectric coating.
  • the optical system is formed by the fact that the distal optical subassembly successively comprises an entrance lens, a deflecting prism group and an exit lens in a light incidence direction, wherein the deflecting prism group successively comprises a first prism and a second prism in the direction of light incidence, the first Prisma comprises a first entrance side and a first exit side inclined relative thereto, and wherein the second prism comprises a second entrance side, a reflection side and a second exit side, wherein the surface located in the beam path is the first entrance side of the first prism and this first entrance side with the angle of incidence selective dielectric coating is coated.
  • the system is further developed in that the optical system comprises an entrance window and the light incident from the object space incident through this entrance window into the distal optical assembly, wherein the surface located in the beam path is one side of the entrance window and this page the incident angle selective dielectric coating is coated.
  • the coating of the first entrance side of the first prism and / or the inside of the entrance window is particularly advantageous.
  • the angle-dependent selection of the incident light bundles takes place directly at the entrance of the optical system. In other words, therefore, light bundles incident from an outside space into the optical system arrive only up to one of these boundary surfaces very far in the direction of incidence, so that the interferences occurring within the optical system are minimized.
  • the incident-angle-selective dielectric coating tion is a layer package, which is composed of at least one double layer of two thin layers with different refractive indices.
  • the layer package prefferably comprises a plurality of periodically successive double layers in the manner of a Bragg mirror.
  • the optical system is adapted to receive monochromatic light, for example for generating black / white or gray scale images.
  • a corresponding filter is provided in front of the optical system.
  • the left and / or the right lens system channel to comprise image sensors which convert the received light signals into a gray scale image signal.
  • narrow-band filters or filters that are only transparent for approximately one wavelength can be provided in front of the image sensors.
  • Dielectric coatings can cause well-defined optical interference between the reflected and transmitted partial beams of an incident light beam. Taking advantage of this effect, it is possible to divide the incident light beam almost arbitrarily into transmission and reflection, ie a transmitted and a reflected light beam.
  • the incident light beam takes place both at the top of the dielectric layer and at the interface between the dielectric layer and the substrate (which is, for example, the material of the coated optical element). In each case, a reflected partial beam is created. These two reflected partial beams show a phase shift. the on. It corresponds to the product of refractive index and geometric thickness of the layer. In this case, the phase jump on rejection on optically denser medium must not be disregarded.
  • the geometric thickness of the layer is dependent on the angle of incidence of the incident light beam. If the light bundle falls at a high angle to the optical axis, the geometric thickness is greater than when it is incident almost parallel to the optical axis.
  • This geometrically caused path length difference leads to the fact that the phase difference between the first partial beam reflected at the upper side of the dielectric coating and the second partial beam reflected at the interface with the substrate depends on the angle of incidence of the radiation beam. There is an angle-dependent change in the phase difference. This angular length dependence leads to angle-dependent interference phenomena between the two partial beams, in other words an angle-dependent reflectivity of the dielectric layer.
  • the incident-angle-selective dielectric coating thus provided, for example, with correct selection of the geometric layer thickness and selection of the suitable material, ensures that light bundles incident from outside the field of view are reflected at the dielectric coating and thus do not enter the optical system.
  • the combination of layer thickness and refractive index of the dielectric material used must always be taken into account.
  • the angle-dependent reflectivity becomes sharper if, instead of a dielectric layer, a double layer of two thin layers with different refractive indices is used. This effect is further reinforced when a plurality of double layers is used in a layer package instead of a double layer. The more layers such a layer package or the more double layers such a layer package comprises, the sharper is its selectivity with regard to the angle of incidence.
  • the incident-angle-selective dielectric coating comprises a multiplicity of microprisms.
  • a coating of microprisms is available, for example, by photolithographic methods. For this purpose, an applied dielectric layer is subsequently structured. It is also possible to use for producing the microprisms printing or stamping processes, with which a corresponding structuring of the surface of the dielectric coating can be made.
  • the object is further achieved by a stereo video endoscope with fixed lateral viewing direction, which is developed by an optical system according to one or more of the aforementioned embodiments.
  • the stereo video endoscope has the same or similar advantages as already mentioned with regard to the optical system itself, so that it is not necessary to repeat.
  • the object is further achieved by a method for producing an optical system of a stereo video endoscope with fixed lateral viewing direction, wherein the optical system comprises a side-facing distal optical assembly and a proximal optical assembly, together define a beam path, wherein the proximal optical Assembly a left lens system and a right lens system channel, which are of a similar construction, and wherein the distal optical assembly defines an optical axis and is adapted to incident light from an object space along the beam path in the left lens system channel and in the right lens system channel of the proximal optical assembly the method is further developed in that the optical system is provided with an angle-selective optical element which comprises a surface oriented perpendicular to the optical axis of the distal optical subassembly, this surface located in the beam path being coated with an incident-angle-selective dielectric coating.
  • the method of manufacturing an optical system of a fixed side-viewing stereo video endoscope has the same or similar advantages as already mentioned with respect to the optical system itself.
  • the method is advantageously developed in that a layer package comprising at least one double layer of two thin layers having different refractive indices is applied as an angle-selective dielectric coating.
  • An angle-selective dielectric coating can furthermore be provided, in particular, by producing a multiplicity of microprisms on the surface as angle-selective dielectric coating.
  • Fig. 1 a stereo video endoscope in a simplified schematic
  • Fig. 2 shows a schematically simplified illustration of an optical system of such a stereo video endoscope
  • Fig. 3 is a schematic and simplified illustration of a
  • Fig. 1 shows a schematically simplified perspective view of a stereo video endoscope 2, comprising a proximal handle 4, to which a, for example, rigid endoscope shaft 6 is connected.
  • the endoscope shaft 6 can also be flexible or semi-flexible.
  • the optical system of the stereo video endoscope 2 is arranged, for example, in a distal section 1 2 of the endoscope shaft 6.
  • the optical system images objects located in the object space 11 onto image sensors. These image sensors are, for example, those with high resolution, eg HD, 4K or the following technologies.
  • the stereo video endoscope 2 shown is a surgical instrument. It is also an endoscope with a fixed lateral viewing direction.
  • the entrance window 1 0 is mounted inclined in the endoscope shaft 6, so that an optical axis of the entrance lens of the optical system, not shown with a Leksserstre- ckungscardi L of the endoscope 6 of the stereo video endoscope 2 includes a fixed angle Win.
  • This Win angle is, for example, between 1 0 ° and 30 °.
  • a change in the viewing direction about a longitudinal axis of the endoscope shaft 6 is effected by a rotation of the handle 4.
  • the existing in the distal portion 1 2 optical system rotates with this rotation of the handle 4 with.
  • a rotary wheel 14 is held on a rotation of the handle 4. This causes the image sensors in the interior of the endoscope shaft 6 do not follow the rotation.
  • FIG. 2 shows, in a schematically simplified representation, an optical system 20, as shown in FIG. 1 exemplified stereo video endoscope 2 is used.
  • the optical system 20 defines the fixed lateral viewing direction of the stereo video endoscope 2.
  • the optical axis 22 includes the longitudinal extension direction L of the endoscope shaft 6 a fixed angle of, for example, 30 °.
  • the optical system 20 comprises a sideways-looking distal optical assembly 24 and a proximal optical assembly 26.
  • Light incident from the object space 11 through the entrance window 10 first strikes the entrance lens 28 and then enters a deflecting prism group 30 of the distal optical assembly 24.
  • the deflecting prism group 30 comprises, in the light incident direction, successively a first prism 32 and a second prism 34.
  • the light bundles leaving the entrance lumen 28 first pass through a first entrance side 36 of the first prism 32.
  • the light bundles pass through the body of the first prism 32 and reach its first exit side 38.
  • the first exit side 38 faces the first entrance side 36 inclined.
  • the first prism 32 and the second prism 34 are cemented together, for example.
  • the second prism 34 includes a second entrance side 40 through which the light emerging from the first prism 32 through its first exit side 38 enters the second prism 34.
  • the first exit side 38 of the first prism 32 and the second entry side 40 of the second prism 34 are cemented together in the example shown.
  • the second prism 34 further includes a reflection side 42 which is inclined with respect to the second entrance side 40.
  • the light beams entering the second prism 34 via the second entrance side 40 are reflected at the reflection side 42 of the second prism 34. From there they meet from the back to the second inlet side 40 of the second prism 34. The light beams are reflected there at such Win angle that they then leave the second prism 34 at its second outlet side 44. From there, the light bundles continue in the light incident direction to an exit lens 46 of the distal optical assembly 24.
  • the proximal optical assembly 26 includes a left lens system channel 48L and a right lens system channel 48R.
  • the left and right lens system channels 48L, 48R are similar or even identical. They are further arranged so that a in Fig.
  • the left lens system channel 48L includes an imaging left lens group 50L which images the incident light onto a left image sensor 52L.
  • the right lens system channel 48R includes an imaging right lens group 50R which images the incident light onto a right image sensor 52R.
  • the distal optical assembly 24 is set up to couple the light bundles incident from the object space 11 into both the left lens system channel 48L and the right lens system channel 48R.
  • the reflection side 42 of the second prism 34 is, for example, provided over its entire surface with a reflective coating.
  • the outside of the second prism 34 is vapor-deposited on the reflection side 42 with aluminum (Al) or silver (Ag).
  • the area of the reflection side 42 of the second prism 34 is substantially larger in stereo video endoscopes than in endoscopes which do not provide stereoscopic images. This is necessary in order to allow the largest possible distance between the left and right stereo channels. Such a large stereo base allows for a strong 3D effect.
  • Such a prismatic design goes with the techni cal Disadvantage associated with this is that it comes quickly to multiple reflections that produce a so-called. ghost image.
  • Such ghost images are generated by peripheral light beams which are incident at a large angle to the optical axis 22 from the object space 11 into the optical system 20.
  • Such a peripheral light beam passes through the entrance lens 28 in the first prism 32 and from there into the second prism 34. He meets the reflection side 42 of the second prism 34, is reflected there and hits at an acute angle to the interface between the first and From there, it is reflected back to the reflection side 42 of the second prism 34 and again reaches the second entrance side 38 of the second prism 34. At this interface again total reflection takes place, so that the light beam then via the exit side 44 of the second prism Deflection prism group 30 leaves and generates a ghost image in the left or right lens system channel 48L, 48R.
  • the optical system 20 comprises an angle-selective optical element, which comprises a surface located in the beam path, which is oriented perpendicular to the optical axis 22 of the distal optical assembly 24. This surface is coated with an incident angle selective dielectric coating.
  • such an incident-angle-selective dielectric coating 60 is provided on an inner side of the entry window 10 facing the distal optical assembly 24.
  • a dielectric coating 60 ' is provided on the first entrance side 36 of the first prism 32.
  • the incident-angle-selective dielectric coating 60, 60 ' ensures that peripheral light rays, which are incident from outside the field of view into the optical system 20, are reflected back into the object space 11 at the latter. Thus, such peripheral light rays do not enter further into the optical system 20 and accordingly are not able to cause image aberrations there.
  • the incident-angle-selective dielectric coating 60, 60 ' is, for example, a layer package, as illustrated schematically and simplified in FIG. 3 is shown in a cross section.
  • the incident-angle-selective dielectric coating 60 is in the illustrated embodiment, a layer package 62, which is composed of a plurality of double layers 64.
  • Each double layer 64 consists of a first layer 66 having a first refractive index n 1 and a second layer 68 having a second refractive index n 2.
  • the layer package 62 is applied, for example, on the material of the entrance window 1 0 or the first prism 32, which in Fig. 3 are shown schematically as a substrate 70.
  • the individual layers 66, 68 are distinguished not only by their refractive index n 1, n 2 but also by their layer thickness d 1, d 2, which is measured in the direction of the surface normal N of the substrate 70 and, for example, between a few tens of nanometers (nm) and a few micrometers ( ⁇ ) l iedgt.
  • the surface normal N at least approximately corresponds to the direction of the optical axis 22.
  • This path is dependent on the layer thickness d 1, d 2 of the individual layers and also on the angle of incidence, ie an angle to the surface normal N. This results in an angular dependence of the reflectivity (and thus also the transmission) of the layer package 62.
  • the phase shift for an example under large Win kel cd incident to the surface normal N first light beam 72 is greater than for a second light beam 74, the a2 at low incident angle to the top normal N meets the stack 62.
  • the reflection or transmission properties of the layer package 62 can be adjusted so that I ledigl beams of light within the viewing angle of the optical system 20, the incident angle selective dielectric coating 60, 60 'pass.
  • the number of double layers 64 in the layer package 62 determines the sharpness of the angle dependence, similar to the case of a Bragg mirror.
  • an angle-selective optical element is added to the optical system 20, for example the entrance window 10 or the first prism 32.
  • This angle-selective optical element comprises a surface which is in the beam path of the optical system 20 and with the optical axis 22 of the optical system 20 an at least approximately perpendicular angle includes.
  • This surface is now provided with an incident angle selective dielectric coating 60, 60 '.
  • layer package 60 also act to an arrangement with a plurality of microprisms.
  • a method for repairing a stereo video endoscope 2 with a fixed lateral viewing direction is used in a similar manner.
  • the deflecting prism group 30 of a conventional optical system 20 is replaced by a deflecting prism group 30, which comprises an angle-dependent dielectric coating 60 '.
  • the entrance window 10 by an entrance window 10, which comprises an angle-selective dielectric coating 60, in particular on its inside. It is also possible to exchange the complete distal optical assembly 24 or even the complete optical system 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System (20) eines Stereo- Videoendoskops (2) mit fester seitlicher Blickrichtung, ein Stereo- Videoendoskop (2) sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems (20). Das optische System (20) des Stereo- Videoendoskops (2) mit fester seitlicher Blickrichtung umfasst eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe (24) und eine proximale optische Baugruppe (26), die gemeinsam einen Strahlengang festlegen. Ferner umfasst das optische System (20) ein winkelselektives optisches Element mit einer senkrecht zu der optischen Achse (22) der distalen optischen Baugruppe (24) orientierten Oberfläche, wobei diese im Strahlengang befindliche Oberfläche mit einer einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung (60, 60') beschichtet ist.

Description

Winkelselektives optisches System, Stereo-Videoendoskop mit einem solchen System sowie Verfahren zum Herstellen desselben
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein optisches System eines Stereo-Video- endoskops mit fester seitlicher Bl ickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe, die gemeinsam einen Strahlengang festlegen, wobei die proximale optische Baugruppe einen linken Linsensys- temkanal und einen rechten Linsensystemkanal umfasst, die gleichartig aufgebaut sind, und wobei die distale optische Baugruppe eine optische Achse festlegt und dazu eingerichtet ist, aus einem Objektraum einfallendes Licht entlang des Strahlengangs in den linken Linsensystemkanal und in den rechten Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe einzukoppeln .
Ferner betrifft die Erfindung ein Stereo-Videoendoskop mit fester seitl icher Bl ickrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems eines Stereo-Videoendoskops mit fester seitlicher Bl ickrichtung, wobei das optische System eine seitwärts bl i- ckende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe umfasst, gemeinsam einen Strahlengang festlegen, wobei die proximale optische Baugruppe einen l inken Linsensystemka- nal und einen rechten Linsensystemkanal umfasst, die gleichartig aufgebaut sind, und wobei die distale optische Baugruppe eine optische Achse festlegt und dazu eingerichtet ist, aus einem Objektraum einfallendes Licht entlang des Strahlengangs in den linken Linsensystemkanal und in den rechten Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe einzukoppeln .
Videoendoskope, bei denen das an einer distalen Spitze eines En- doskopschafts eintretende Licht durch ein optisches System auf einen oder mehrere Bildsensoren gelenkt wird, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Es gibt Endoskope mit Geradeausblick, einer sog . 0°-Bl ickrichtung, Endoskope mit (fester) seitlicher Blickrichtung sowie Endoskope mit verstellbarer Bl ickrichtung (auch als V-DOV-Endoskope bezeichnet).
Außerdem sind Stereo-Videoendoskope bekannt, die dazu eingerichtet sind, ein stereoskopisches Bildpaar und/oder zwei stereoskopische Videokanäle aufzunehmen . Mit solchen Instrumenten ist es möglich, ein 3D-Abbild eines distal vor dem Ende des Endo- skopschafts liegenden Objekts in einem Untersuchungs- oder Operationsraum zu erzeugen .
Stereo-Videoendoskope mit seitl icher Bl ickrichtung sind seitwärts blickende Endoskope mit einem festen vom Geradeausblick abweichenden Bl ickwinkel . Solche Endoskope umfassen vielfach eine Prismenanordnung aus mehreren Prismen, die die aus dem Objektraum unter einem Winkel zur Längsachse des Endoskopschafts in das optische System eintretenden Lichtstrahlen zweimal reflektieren und seitenrichtig in Richtung des Endoskopschafts umlenken . Ein solches Endoskop ist beispielsweise aus der DE 10 2014 206 513 A1 des Anmelders Olympus Winter & Ibe, Hamburg, bekannt.
Eine Umlenkprismenanordnung eines solchen Stereo-Video- endoskops umfasst typischerweise zwei oder drei Prismen. Die Prismen sind an ihren gemeinsamen Grenzflächen vielfach miteinander verkittet. Bei einer solchen Umlenkprismenanordnung findet die Reflektion der einfallenden Lichtbündel an zwei sowohl zur optischen Achse der Eintrittsl inse als auch zur Längsachse des Endo- skopschafts schrägstehenden reflektierenden Grenzflächen eines zweiten Prismas statt. Das zweite Prisma der Umlenkprismenanordnung befindet sich in Lichteinfallsrichtung hinter einem ersten Prisma, welches unmittelbar hinter der Eintrittslinse angeordnet ist. Die schrägstehende reflektierende Grenzfläche des zweiten Prismas, an der die zweite Reflexion stattfindet, bildet teilweise eine gemeinsame Grenzfläche mit dem ersten Prisma, welches die einfallenden Lichtstrahlen zuerst durchlaufen .
Die Eintrittslinse des optischen Systems eines solchen Stereo- Videoendoskops definiert die optische Achse des optischen Systems. Das optische System umfasst Blenden oder Menisken, die ein Blickfeld der Optik festlegen . Von innerhalb des Bl ickfeldes in das optische System einfallende Lichtbündel werden von dem optischen System auf einen oder mehrere Bildsensoren abgebildet. Lichtbündel , die von außerhalb des Bl ickfeldes in das optische System einfallen, führen vielfach zu Reflexionen innerhalb des optischen Systems und erzeugen so sog .„Geisterbilder" oder„Flares".
Eine bekannte Umlenkprismengruppe, in der solche Geisterbilder entstehen können, umfasst ein erstes Prisma und ein zweites Prisma, die miteinander verkittet sind. Das erste Prisma weist eine Eintrittsseite und eine Austrittsseite auf, wobei die Eintrittsseite gegen- über der Austrittsseite geneigt ist. Die Austrittsseite des ersten Prismas grenzt unmittelbar an eine zweite Eintrittsseite des zweiten Prismas an . Beispielsweise sind das erste und das zweite Prisma an diesen beiden Seiten miteinander verkittet. Das zweite Prisma umfasst ferner eine Reflexionsseite und eine zweite Austrittsseite. Licht, welches aus dem Bildfeld in die Umlenkprismengruppe einfällt, durchquert die Eintrittsseite des ersten Prismas und tritt an dessen Austrittsseite wieder aus. Das Licht gelangt anschließend unmittelbar durch die zweite Eintrittsseite in das zweite Prisma, wird an der Reflexionsseite innerhalb des zweiten Prismas reflektiert und verlässt dieses an der Austrittsseite.
Ein unter einem großen Winkel zur optischen Achse der Eintrittslinse in die Optik einfallender peripherer Lichtstrahl gelangt durch die Eintrittslinse in das erste Prisma und durchquert dessen Eintrittsseite und Austrittsseite. Gleichzeitig mit der ersten Austrittsseite durchquert der Lichtstrahl auch die zweite Eintrittsseite des zweiten Prismas. Wie bereits erwähnt, können diese beiden Prismenflächen miteinander verkittet sein . Der Lichtstrahl wird nun an der Reflexionsseite des zweiten Prismas reflektiert und trifft im spitzen Winkel auf die gemeinsame Grenzfläche zwischen dem ersten und zweiten Prisma, also von der Rückseite her auf die zweite Eintrittsseite des zweiten Prismas. Dort erfährt der Lichtstrahl Fresnelreflexion oder Totalreflexion und wird zurück zur Reflexionsseite des zweiten Prismas reflektiert. Von dort aus gelangt er erneut zu der zweiten Eintrittsseite des zweiten Prismas und wird erneut beispielsweise unter Totalreflexion von der Innenseite her an dieser Grenzfläche reflektiert. Anschließend gelangt der Lichtstrahl in einen linken oder einen rechten Linsensystemkanal und erzeugt dort ein Geisterbild . Diese an sich bekannte Vierfachreflexion in der Umlenkprismengruppe ist unerwünscht. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches System eines Ste- reo-Videoendoskops mit fester seitlicher Blickrichtung, ein Stereo- Videoendoskop mit fester seitlicher Bl ickrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems eines Stereo- Videoendoskops mit fester seitl icher Blickrichtung anzugeben, welches unempfindlicher gegenüber von außerhalb des Blickfeldes einfallenden Lichtbündeln ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System eines Stereo- Videoendoskops mit fester seitl icher Bl ickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe, die gemeinsam einen Strahlengang festlegen, wobei die proximale optische Baugruppe einen linken Linsensys- temkanal und einen rechten Linsensystemkanal umfasst, die gleichartig aufgebaut sind, und wobei die distale optische Baugruppe eine optische Achse festlegt und dazu eingerichtet ist, aus einem Objektraum einfallendes Licht entlang des Strahlengangs in den linken Linsensystemkanal und in den rechten Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe einzukoppeln, wobei das optische System dadurch fortgebildet ist, dass das optische System ein winkelselektives optisches Element mit einer senkrecht zu der optischen Achse der distalen optischen Baugruppe orientierten Oberfläche umfasst, wobei diese im Strahlengang befindliche Oberfläche mit einer einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung beschichtet ist.
In das optische System einfallende Lichtbündel , welche aus einem Bildfeld im Objektraum in das optische System einfallen, durchqueren die erste Eintrittsseite des ersten Prismas, werden an der Grenzfläche des Prismenkörpers abgelenkt und gelangen zur ersten Austrittsseite des ersten Prismas. Die erste Austrittsseite des ersten Prismas ist mit der zweiten Eintrittsseite des zweiten Prismas bei- spielsweise verkittet. Die Lichtbündel gelangen über diese Grenzfläche zur zweiten Eintrittsseite des zweiten Prismas. Sie werden an der Grenzfläche des Prismenkörpers abgelenkt und gelangen zur rückwärtigen Reflexionsseite des zweiten Prismas. Von dort aus werden die Lichtbündel zur zweiten Eintrittsseite des zweiten Prismas zurückreflektiert und erfahren innerhalb des Prismenkörpers des zweiten Prismas an dieser Grenzfläche Totalreflexion im Prismenkörper. Die Lichtbündel werden also an einer Innenseite der zweiten Eintrittsseite reflektiert. Von dort aus verlassen die Lichtbündel die Umlenkprismengruppe durch die Austrittsseite des zweiten Prismas.
Unter einer„seitl ichen Blickrichtung" oder dem Begriff „seitwärts bl ickend" wird im Kontext der vorliegenden Beschreibung das Folgende verstanden . Das Stereo-Videoendoskop weist einen Schaft auf. Dieser Schaft ist starr oder flexibel . Bei starrem Schaft weist dieser eine Längserstreckungsrichtung auf. Bei flexiblem Schaft erstreckt sich der Schaft in einem distalen Endbereich in einer Längserstreckungsrichtung. Die Blickrichtung des Endoskops schließt mit dieser Längserstreckungsrichtung einen Winkel ein, der von Null verschieden ist. Dieser Win kel ist konstant. Beispielsweise beträgt ein solcher Winkel 30°.
In dem optischen System gemäß Aspekten der Erfindung ist eine Vierfachreflexion an den Grenzflächen der Umlenkprismengruppe, wie sie aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist, vorteilhaft ausgeschlossen . Bei Stereo-Videoendoskopen muss die Reflexionsfläche des zweiten Prismas größer als bei Prismen von Endoskopen sein, welche keine stereoskopische Abbildung liefern . Dies ist erforderlich, da für den rechten und linken Stereokanal eine möglichst große Stereobasis realisiert werden soll . Eine große Stereo-Basis erlaubt es, einen großen 3D-Effekt zu erzeugen . Diese konstruktive Anforderung führt jedoch zu der erwähnten Gefahr von mehrfachen Reflexionen, insbesondere der beschriebenen Vierfachreflexion . Diese Reflexionen erzeugen unerwünschte Geisterbilder.
Vorteilhaft sorgt die einfallswinkelselektive dielektrische Beschich- tung dafür, dass ein winkelselektives optisches System bereitgestellt wird . Von außerhalb des Bl ickfeldes in das optische System einfallende Lichtbündel werden von der einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung zumindest zu einem weit überwiegenden Teil reflektiert. Mit anderen Worten gelangen also unter großem Winkel zur optischen Achse einfallende Lichtbündel n icht in das optische System. Sie sind entsprechend auch nicht in der Lage, dort Bildstörungen wie beispielsweise Geisterbilder zu erzeugen.
Die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung ist vorteilhaft derart eingerichtet, dass ihre winkelselektive Funktionalität, die die von der Beschichtung transmittierten Lichtbündel auf solche Lichtbündel einschränkt, die unter einem vorgegebenen Winkel zur optischen Achse in das optische System einfallen . Dieser vorgegebene Winkel entspricht insbesondere demjenigen Öffnungswinkel, der durch das Bl ickfeld der Optik festgelegt ist. Nur Lichtbündel , die unter einem Einfallswinkel kleiner oder gleich diesem Grenzwinkel (gemessen wird der Winkel zur optischen Achse) in das optische System einfallen, durchqueren die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung .
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das optische System dadurch fortgebildet, dass die distale optische Baugruppe in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittsl inse, eine Umlenkprismengruppe und eine Austrittslinse umfasst, wobei die Umlenkprismengruppe in Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend ein erstes Prisma und ein zweites Prisma umfasst, wobei das erste Prisma eine erste Eintrittsseite und eine gegenüber dieser geneigte erste Austrittsseite umfasst, und wobei das zweite Prisma eine zweite Eintrittsseite, eine Reflexionsseite und eine zweite Austrittsseite umfasst, wobei die im Strahlengang befindliche Oberfläche die erste Eintrittsseite des ersten Prismas ist und diese erste Eintrittsseite mit der einfallswinkelselektiven dielektrischen Be- schichtung beschichtet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das System dadurch fortgebildet, dass das optische System ein Eintrittsfenster umfasst und das aus dem Objektraum einfallende Licht durch dieses Eintrittsfenster in die distale optische Baugruppe einfällt, wobei die im Strahlengang befindliche Oberfläche eine Seite des Eintrittsfensters ist und diese Seite mit der einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung beschichtet ist.
In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass eine der distalen optischen Baugruppe zugewandte Innenseite des Eintrittsfensters mit der einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung beschichtet ist.
Die Beschichtung der ersten Eintrittsseite des ersten Prismas und/oder der Innenseite des Eintrittsfensters ist besonders vorteilhaft. Die winkelabhängige Selektion der einfallenden Lichtbündel erfolgt direkt am Eingang des optischen Systems. Mit anderen Worten gelangen also aus einem Außenraum in das optische System einfallende Lichtbündel nur bis zu einer dieser in Einfallsrichtung sehr weit vorn liegenden Grenzflächen, so dass innerhalb des optischen Systems die auftretenden Störungen minimiert sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist außerdem vorgesehen, dass die einfallswinkelselektive dielektrische Beschich- tung ein Schichtpaket ist, welches aus zumindest einer Doppellage zweier dünner Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaut ist.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Schichtpaket nach der Art eines Bragg-Spiegels eine Mehrzahl von periodisch aufeinanderfolgenden Doppellagen umfasst.
Es ist gemäß weiterer Ausführungsformen vorgesehen, dass das optische System dazu eingerichtet ist, monochromatisches Licht, beispielsweise zur Erzeugung von Schwarz/Weiß- oder Graustufenbildern, zu empfangen . Hierzu ist beispielsweise ein entsprechender Filter vor dem optischen Systems vorgesehen . Ebenso ist es möglich, dass der linke und/oder der rechte Linsensystemkanal Bildsensoren umfasst, die eine Umwandlung der empfangenen Lichtsignale in ein Graustufen-Bildsignal vornehmen . Ebenso können schmalbandige oder nur für annähernd eine Wellenlänge transparente Filter vor den Bildsensoren vorgesehen sein .
Dielektrische Beschichtungen können genau definierte optische Interferenzen zwischen den reflektierten bzw. transmittierten Teilstrahlen eines einfallenden Lichtbündels hervorrufen . Unter Ausnutzung dieses Effekts ist es möglich, das einfallende Lichtbündel nahezu beliebig in Transmission und Reflektion, also ein transmittier- tes und ein reflektiertes Lichtbündel, aufzuteilen .
Das einfallende Lichtbündel wird sowohl an der Oberseite der dielektrischen Schicht als auch an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht und dem Substrat (bei dem es sich beispielsweise um das Material des beschichteten optischen Elements handelt) statt. Es entsteht jeweils ein reflektierter Teilstrahl . Diese beiden reflektierten Teilstrahlen weisen eine Phasenverschiebung zueinan- der auf. Sie entspricht dem Produkt aus Brechungsindex und geometrischer Dicke der Schicht. Dabei darf der Phasensprung bei Rejektion am optisch dichteren Medium nicht außer Acht gelassen werden . Die geometrische Dicke der Schicht ist abhängig vom Einfallswinkel des einfallenden Lichtbündels. Fällt das Lichtbündel unter großem Win kel zur optischen Achse ein, ist die geometrische Dicke größer, als wenn es nahezu parallel zur optischen Achse einfällt.
Dieser geometrisch bedingte Weglängenunterschied führt dazu, dass die Phasendifferenz zwischen dem an der Oberseite der dielektrischen Beschichtung reflektierten ersten Teilstrahl und dem an der Grenzfläche zum Substrat reflektierten zweiten Teilstrahl vom Einfallswinkel des Strahlenbündels abhängt. Es kommt zu einer winkelabhängigen Veränderung der Phasendifferenz. Diese Winkellängenabhängigkeit führt zu winkelabhängigen Interferenzphänomenen zwischen den beiden Teilstrahlen, mit anderen Worten also einer winkelabhängigen Reflektivität der dielektrischen Schicht.
Die beispielsweise derart bereitgestellte einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung sorgt also bei richtiger Wahl der geometrischen Schichtdicke und Auswahl des passenden Materials dafür, dass von außerhalb des Blickfeldes einfallende Lichtbündel an der dielektrischen Beschichtung reflektiert werden und somit nicht ins optische System gelangen . Hierzu ist stets die Kombination aus Schichtdicke und Brechungsindex des verwendeten dielektrischen Materials zu berücksichtigen .
Die win kelabhängige Reflektivität wird ähnl ich wie bei einem Bragg- Spiegel schärfer, wenn anstatt einer dielektrischen Schicht eine Doppellage zweier dünner Schichten mit unterschiedl ichen Brechungsindizes eingesetzt wird . Dieser Effekt wird weiter verstärkt, wenn anstatt einer Doppellage eine Vielzahl von Doppellagen in einem Schichtpaket eingesetzt wird . Je mehr Schichten ein solches Schichtpaket bzw. je mehr Doppellagen ein solches Schichtpaket umfasst, desto schärfer ist dessen Selektivität im Hinbl ick auf den Einfallswinkel .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung eine Vielzahl von Mikroprismen umfasst.
Eine Beschichtung aus Mikroprismen ist beispielsweise durch photolithographische Verfahren erhältlich . Hierzu wird eine aufgebrachte dielektrische Schicht nachträglich strukturiert. Es ist ebenso möglich, zur Herstellung der Mikroprismen Druck- oder Stanzverfahren einzusetzen, mit denen eine entsprechende Strukturierung der Oberfläche der dielektrischen Beschichtung vorgenommen werden kann .
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Stereo-Videoendoskop mit fester seitlicher Bl ickrichtung, welches durch ein optisches System nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ausführungsformen fortgebildet ist. Auf das Stereo-Videoendoskop treffen gleiche oder ähnliche Vorteile zu, wie sie bereits im Hinblick auf das optische System selbst erwähnt wurden, so dass auf Wiederholungen verzichtet werden soll .
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems eines Stereo-Videoendoskops mit fester seitl icher Bl ickrichtung, wobei das optische System eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe und eine proximale optische Baugruppe umfasst, gemeinsam einen Strahlengang festlegen, wobei die proximale optische Baugruppe einen linken Linsen- systemkanal und einen rechten Linsensystemkanal umfasst, d ie gleichartig aufgebaut sind, und wobei die distale optische Baugruppe eine optische Achse festlegt und dazu eingerichtet ist, aus einem Objektraum einfallendes Licht entlang des Strahlengangs in den l inken Linsensystemkanal und in den rechten Linsensystemkanal der proximalen optischen Baugruppe einzukoppeln, wobei das Verfahren dadurch fortgebildet ist, dass das optische System mit einem winkelselektiven optischen Element versehen wird, welches eine senkrecht zu der optischen Achse der distalen optischen Baugruppe orientierte Oberfläche umfasst, wobei diese im Strahlengang befindliche Oberfläche mit einer einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung beschichtet wird .
Auch auf das Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems eines Stereo-Videoendoskops mit fester seitlicher Blickrichtung treffen gleiche oder ähnl iche Vorteile zu, wie sie bereits im Hinblick auf das optische System selbst erwähnt wurden .
Das Verfahren ist vorteilhaft dadurch fortgebildet, dass als einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung ein Schichtpaket aus zumindest einer Doppellage zweier dünner Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebracht wird .
Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass eine Mehrzahl von periodisch aufeinander folgenden Doppellagen als Schichtpaket nach der Art eines Bragg-Spiegels aufgebracht wird .
Eine winkelselektive dielektrische Beschichtung kann ferner insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass als einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung eine Vielzahl von Mikroprismen auf der Oberfläche hergestellt wird . Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtl ich . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen .
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird . Es zeigen:
Fig . 1 ein Stereo-Videoendoskop in schematisch vereinfachter
Darstellung,
Fig . 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines optischen Systems eines solchen Stereo-Videoendoskops und
Fig . 3 eine schematische und vereinfachte Darstellung eines
Schichtpakets im Querschnitt.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird .
Fig . 1 zeigt in schematisch vereinfachter perspektivischer Darstellung ein Stereo-Videoendoskop 2, umfassend einen proximalen Handgriff 4, an den sich ein beispielsweise starrer Endoskopschaft 6 anschließt. Der Endoskopschaft 6 kann ebenso flexibel oder halbflexibel sein . An einer distalen Spitze 8 des Endoskop- schafts 6 befindet sich ein Eintrittsfenster 1 0, durch welches Licht aus einem Objektraum 1 1 , beispielsweise aus einem Operations- und/oder Beobachtungsfeld, in ein in Fig . 1 nicht sichtbares optisches System des Stereo-Videoendoskops 2 eintritt. Das optische System des Stereo-Videoendoskops 2 ist beispielsweise in einem distalen Abschnitt 1 2 des Endoskopschafts 6 angeordnet. Das optische System bildet Objekte, die sich im Objektraum 1 1 befinden, auf Bildsensoren ab. Diese Bildsensoren sind beispielsweise solche mit hoher Auflösung, z.B. HD, 4K oder folgende Technologien .
Das gezeigte Stereo-Videoendoskop 2 ist ein chirurgisches Instrument. Außerdem handelt es sich um ein Endoskop mit fester seitlicher Bl ickrichtung . Das Eintrittsfenster 1 0 ist geneigt im Endoskopschaft 6 montiert, so dass eine optische Achse der Eintrittslinse des nicht dargestellten optischen Systems mit einer Längserstre- ckungsrichtung L des Endoskopschafts 6 des Stereo-Videoendoskops 2 einen festen Win kel einschließt. Dieser Win kel beträgt beispielsweise zwischen 1 0° und 30°.
Eine Änderung der Bl ickrichtung um eine Längsachse des Endoskopschafts 6 wird durch eine Drehung des Handgriffs 4 bewirkt. Das im distalen Abschnitt 1 2 vorhandene optische System rotiert bei dieser Drehung des Handgriffs 4 mit. Zur Beibehaltung der Horizontallage des angezeigten Bildes wird bei einer Drehung des Handgriffs 4 ein Drehrad 14 festgehalten . Dies bewirkt, dass die Bildsensoren im Inneren des Endoskopschafts 6 die Drehbewegung nicht mitvollziehen .
Fig . 2 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung ein optisches System 20, wie es in dem in Fig . 1 beispielhaft gezeigten Stereo- Videoendoskop 2 zum Einsatz kommt.
Das optische System 20 definiert die feste seitliche Bl ickrichtung des Stereo-Videoendoskops 2. Die optische Achse 22 schließt mit der Längserstreckungsrichtung L des Endoskopschafts 6 einen festen Winkel von beispielsweise 30° ein . Das optische System 20 um- fasst eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe 24 und eine proximale optische Baugruppe 26. Aus dem Objektraum 1 1 durch das Eintrittsfenster 1 0 einfallendes Licht trifft zunächst auf die Eintrittslinse 28 und gelangt anschließend in eine Umlenkprismengruppe 30 der distalen optischen Baugruppe 24. Die Umlenkprismengruppe 30 umfasst in Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend ein erstes Prisma 32 und ein zweites Prisma 34.
In Lichteinfallsrichtung durchqueren die Lichtbündel , welche die Eintrittsl inse 28 verlassen, zunächst eine erste Eintrittsseite 36 des ersten Prismas 32. Die Lichtbündel durchqueren den Körper des ersten Prismas 32 und gelangen zu dessen erster Austrittsseite 38. Die erste Austrittsseite 38 ist gegenüber der ersten Eintrittsseite 36 geneigt. Das erste Prisma 32 und das zweite Prisma 34 sind beispielsweise miteinander verkittet. Das zweite Prisma 34 umfasst eine zweite Eintrittsseite 40, durch welche das aus dem ersten Prisma 32 durch dessen erste Austrittsseite 38 austretende Licht in das zweite Prisma 34 eintritt. Die erste Austrittsseite 38 des ersten Prismas 32 und die zweite Eintrittsseite 40 des zweiten Prismas 34 sind im dargestellten Beispiel miteinander verkittet. Das zweite Prisma 34 umfasst ferner eine Reflexionsseite 42, welche gegenüber der zweiten Eintrittsseite 40 geneigt ist. Die über die zweite Eintrittsseite 40 in das zweite Prisma 34 eintretenden Lichtbündel werden an der Reflexionsseite 42 des zweiten Prismas 34 reflektiert. Von dort aus treffen sie von der Rückseite her auf die zweite Eintrittsseite 40 des zweiten Prismas 34. Die Lichtbündel werden dort unter einem solchen Win kel reflektiert, dass sie anschließend das zweite Prisma 34 an seiner zweiten Austrittsseite 44 verlassen . Von dort aus gelangen die Lichtbündel weiter in Lichteinfallsrichtung zu einer Austrittslinse 46 der distalen optischen Baugruppe 24. Die proximale optische Baugruppe 26 umfasst einen linken Linsen- systemkanal 48L und einen rechten Linsensystemkanal 48R. Der linke und der rechte Linsensystemkanal 48L, 48R sind gleichartig oder gar identisch aufgebaut. Sie sind ferner so angeordnet, dass eine in Fig . 2 nicht dargestellte linke optische Achse und eine ebenfalls nicht dargestellte rechte optische Achse des linken bzw. rechten Linsensystemkanals 48L, 48R parallel zueinander ausgerichtet sind . Der linke Linsensystemkanal 48L umfasst eine abbildende l inke Linsengruppe 50L, die das einfallende Licht auf einen linken Bildsensor 52L abbildet. Entsprechend umfasst der rechte Linsensystemkanal 48R eine abbildende rechte Linsengruppe 50R, die das einfallende Licht auf einen rechten Bildsensor 52R abbildet.
Die distale optische Baugruppe 24 ist dazu eingerichtet, die aus dem Objektraum 1 1 einfallenden Lichtbündel sowohl in den linken Linsensystemkanal 48L als auch in den rechten Linsensystemkanal 48R einzukoppeln .
Die Reflexionsseite 42 des zweiten Prismas 34 ist beispielsweise vollflächig mit einer reflektierenden Beschichtung versehen . Beispielsweise ist die Außenseite des zweiten Prismas 34 an der Reflexionsseite 42 mit Aluminium (AI) oder Silber (Ag) bedampft.
Die Fläche der Reflexionsseite 42 des zweiten Prismas 34 ist bei Stereo-Videoendoskopen wesentl ich größer als bei Endoskopen, welche keine stereoskopischen Abbildungen liefern . Dies ist erforderlich, um einen möglichst großen Abstand des l inken und rechten Stereokanals zu ermöglichen . Eine solche große Stereobasis ermöglicht einen starken 3D-Effekt.
Eine solche Prismenkonstruktion geht jedoch mit dem techn ischen Nachteil einher, dass es schnell zu Mehrfachreflexionen kommt, die ein sog. Geisterbild erzeugen . Solche Geisterbilder werden von peripheren Lichtstrahlen erzeugt, die unter großem Winkel zur optischen Achse 22 aus dem Objektraum 1 1 in das optische System 20 einfallen .
Ein solcher peripherer Lichtstrahl gelangt durch die Eintrittslinse 28 in das erste Prisma 32 und von dort aus in das zweite Prisma 34. Er trifft auf die Reflexionsseite 42 des zweiten Prismas 34, wird dort reflektiert und trifft im spitzen Winkel auf die Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma 32, 34. Von dort aus wird er zurück zur Reflexionsseite 42 des zweiten Prismas 34 reflektiert und gelangt erneut zur zweiten Eintrittsseite 38 des zweiten Prismas 34. An dieser Grenzfläche erfolgt erneut Totalreflexion, so dass der Lichtstrahl anschließend über die Austrittsseite 44 die Umlenkprismengruppe 30 verlässt und in dem linken oder rechten Linsensys- temkanal 48L, 48R ein Geisterbild erzeugt.
Um derartige periphere Lichtstrahlen zu unterdrücken, umfasst das optische System 20 ein winkelselektives optisches Element, welches eine im Strahlengang befindliche Oberfläche umfasst, die senkrecht zur optischen Achse 22 der distalen optischen Baugruppe 24 orientiert ist. Diese Oberfläche ist mit einer einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung beschichtet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine solche einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung 60 auf einer der distalen optischen Baugruppe 24 zugewandten Innenseite des Eintrittsfensters 1 0 vorgesehen . Alternativ oder zusätzlich ist eine solche dielektrische Beschichtung 60' auf der ersten Eintrittsseite 36 des ersten Prismas 32 vorgesehen . Die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung 60, 60' sorgt dafür, dass periphere Lichtstrahlen, welche von außerhalb des Blickfeldes in das optische System 20 einfallen, an dieser zurück in den Objektraum 1 1 reflektiert werden . Derartige periphere Lichtstrahlen treten also nicht weiter in das optische System 20 ein und sind entsprechend auch nicht in der Lage, dort Bildfehler hervorzurufen .
Die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung 60, 60' ist beispielsweise ein Schichtpaket, wie es schematisch und vereinfacht in Fig . 3 in einem Querschnitt dargestellt ist.
Die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung 60 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schichtpaket 62, welches aus einer Vielzahl von Doppellagen 64 aufgebaut ist. Jede Doppellage 64 besteht aus einer ersten Schicht 66 mit einem ersten Brechungsindex n 1 und aus einer zweiten Schicht 68 mit einem zweiten Brechungsindex n2. Das Schichtpaket 62 ist beispielsweise auf dem Material des Eintrittsfensters 1 0 oder des ersten Prismas 32 aufgebracht, welche in Fig . 3 schematisch als Substrat 70 dargestellt sind . Die einzelnen Schichten 66, 68 zeichnen sich neben ihrem Brechungsindex n 1 , n2 auch durch ihre Schichtdicke d 1 , d2 aus, welche in Richtung der Oberflächennormalen N des Substrats 70 gemessen wird und beispielsweise zwischen wenigen zehn Nano- metern (nm) und wenigen Mikrometern (μιτι) l iegt. Die Oberflächennormale N entspricht zumindest näherungsweise der Richtung der optischen Achse 22.
An jeder der Grenzflächen zwischen der ersten und der zweiten Sch icht 66, 68 und ebenso an der Oberfläche des Schichtpakets 62 sowie der Grenzfläche zum Substrat 70 wird ein Teil eines einfallenden Lichtbündels reflektiert. Die so entstehenden reflektierten Teilstrahlen weisen eine einfallswinkelabhängige Phasenverschiebung zueinander auf, welche durch den Brechungsindex n 1 , n2 und den im jeweiligen Material zurückgelegten Weg bestimmt ist.
Dieser Weg ist abhängig von der Schichtdicke d 1 , d2 der einzelnen Schichten und ebenso vom Einfallswinkel, also einem Winkel zur Oberflächennormalen N . Hieraus ergibt sich eine Winkelabhängigkeit der Reflektivität (und somit auch der Transmission) des Schichtpakets 62. So ist die Phasenverschiebung für einen beispielhaft unter großem Win kel cd zur Obenflächennormalen N einfallenden ersten Lichtstrahl 72 größer als für einen zweiten Lichtstrahl 74, der unter kleinem Einfallswinkel a2 zur Obenflächennormalen N auf das Schichtpaket 62 trifft.
Durch entsprechende Wahl des Materials für die erste und zweite Schicht 66, 68 im Hinblick auf deren Brechungsindex n 1 , n2 sowie deren Schichtdicke d 1 , d2, lassen sich die Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften des Schichtpakets 62 so einstellen, dass ledigl ich Lichtstrahlen von innerhalb des Blickwinkels des optischen Systems 20 die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung 60, 60' passieren . Die Anzahl der Doppellagen 64 im Schichtpaket 62 bestimmt dabei die Schärfe der Winkelabhängigkeit, ähnlich wie dies bei einem Bragg-Spiegel der Fall ist.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems 20 eines Stereo-Videoendoskops 2 mit fester seitlicher Bl ickrichtung wird dem optischen System 20 ein winkelselektives optisches Element hinzugefügt, beispielsweise das Eintrittsfenster 1 0 oder das erste Prisma 32. Dieses winkelselektive optische Element umfasst eine Oberfläche, welche sich im Strahlengang des optischen Systems 20 befindet und mit der optischen Achse 22 des optischen Systems 20 einen zumindest näherungsweise senkrechten Winkel einschließt. Diese Oberfläche wird nun mit einer einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung 60, 60' versehen . Bei dieser kann es sich neben einem beispielhaft in Fig . 3 dargestellten Schichtpaket 60 auch um eine Anordnung mit einer Vielzahl von Mikroprismen handeln .
Ferner ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zum Reparieren eines Stereo-Videoendoskops 2 mit fester seitl icher Blickrichtung in ähnl icher Weise verfahren wird . Es wird beispielsweise die Umlenkprismengruppe 30 eines herkömmlichen optischen Systems 20 durch eine Umlenkprismengruppe 30 ersetzt, welche eine winkelabhängige dielektrische Beschichtung 60' umfasst. Ebenso ist vorgesehen, beispielsweise das Eintrittsfenster 1 0 zu ersetzen durch ein Eintrittsfenster 1 0, welches eine winkelselektive dielektrische Beschichtung 60 insbesondere auf seiner Innenseite umfasst. Ebenso ist es möglich, die vollständige distale optische Baugruppe 24 oder gar das komplette optische System 20 auszutauschen .
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentl ich angesehen . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein . Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere" oder „vorzugsweise" gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen . Bezugszeichenliste
2 Stereo-Videoendoskop
4 Handgriff
6 Endoskopschaft
8 distale Spitze
1 0 Eintrittsfenster
1 1 Objektraum
1 2 distaler Abschnitt
14 Drehrad
20 optisches System
22 optische Achse
24 distale optische Baugruppe
26 proximale optische Baugruppe
28 Eintrittslinse
30 Umlenkprismengruppe
32 erstes Prisma
34 zweites Prisma
36 erste Eintrittsseite
38 erste Austrittsseite
40 zweite Eintrittsseite
42 Reflexionsseite
44 zweite Austrittsseite
46 Austrittslinse
48L linker Linsensystemkanal
48R rechter Linsensystemkanal
50L linke Linsengruppe
50R rechte Linsengruppe
52L linker Bildsensor
52R rechter Bildsensor
60, 60' dielektrische Beschichtung 62 Schichtpaket
64 Doppellage
66 erste Schicht
68 zweite Schicht
70 Substrat
72 erster Lichtstrahl
74 zweiter Lichtstrahl
Längserstreckungsrichtung Oberflächennormale

Claims

Patentansprüche
1 . Optisches System (20) eines Stereo-Videoendoskops (2) mit fester seitlicher Bl ickrichtung, umfassend eine seitwärts blickende distale optische Baugruppe (24) und eine proximale optische Baugruppe (26), die gemeinsam einen Strahlengang festlegen, wobei die proximale optische Baugruppe (26) einen linken Linsensystemkanal (48L) und einen rechten Linsensys- temkanal (48R) umfasst, die gleichartig aufgebaut sind, und wobei die distale optische Baugruppe (24) eine optische Achse (22) festlegt und dazu eingerichtet ist, aus einem Objektrau m (1 1 ) einfallendes Licht entlang des Strahlengangs in den l inken Linsensystemkanal (48L) und in den rechten Linsensystemkanal (48R) der proximalen optischen Baugruppe (26) einzukop- peln, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (20) ein winkelselektives optisches Element mit einer senkrecht zu der optischen Achse (22) der distalen optischen Baugruppe (24) orientierten Oberfläche umfasst, wobei diese im Strahlen- gang befindliche Oberfläche mit einer einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung (60, 60') beschichtet ist.
Optisches System (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die distale optische Baugruppe (24) in einer Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend eine Eintrittslinse (28), eine Umlenkprismengruppe (30) und eine Austrittslinse (46) umfasst, wobei die Umlenkprismengruppe (30) in Lichteinfallsrichtung aufeinanderfolgend ein erstes Prisma (32) und ein zweites Prisma (34) umfasst, wobei das erste Prisma (32) eine erste Eintrittsseite (36) und eine gegenüber dieser geneigte erste Austrittsseite (38) umfasst, und wobei das zweite Prisma (34) eine zweite Eintrittsseite (40), eine Reflexionsseite (42) und eine zweite Austrittsseite (44) umfasst, wobei die im Strahlengang befindliche Oberfläche die erste Eintrittsseite (36) des ersten Prismas (32) ist und diese erste Eintrittsseite (36) mit der einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung (60') beschichtet ist.
Optisches System (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (20) ein Eintrittsfenster (1 0) umfasst und das aus dem Objektraum (1 1 ) einfallende Licht durch dieses Eintrittsfenster (1 0) in die distale optische Baugruppe (24) einfällt, wobei die im Strahlengang befindliche Oberfläche eine Seite des Eintrittsfensters (1 0) ist und diese Seite mit der einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung (60) beschichtet ist.
Optisches System (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der distalen optischen Baugruppe (24) zugewandte Innenseite des Eintrittsfensters (10) mit der einfallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung (60) beschichtet ist.
5. Optisches System (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einfallswinkelselektive die- lektrische Beschichtung (60) ein Schichtpaket (62) ist, welches aus zumindest einer Doppellage (64) zweier dünner Schichten (66, 68) mit unterschiedlichem Brechungsindex (n 1 , n2) aufgebaut ist.
Optisches System (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtpaket (62) nach der Art eines Bragg- Spiegels eine Mehrzahl von periodisch aufeinanderfolgenden Doppellagen (64) umfasst.
Optisches System (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung (60, 60') eine Vielzahl von Mikropris- men umfasst. 8. Stereo-Videoendoskop (2) mit fester seitlicher Bl ickrichtung, gekennzeichnet durch ein optisches System (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems (20) eines Stereo-Videoendoskops (2) mit fester seitl icher Bl ickrichtung, wobei das optische System (20) eine seitwärts bl ickende distale optische Baugruppe (24) und eine proximale optische Baugruppe (26) umfasst, gemeinsam einen Strahlengang festlegen, wobei d ie proximale optische Baugruppe (26) einen linken Linsensystemkanal (48L) und einen rechten Linsensystemkanal (48R) umfasst, die gleichartig aufgebaut sind, und wobei die distale optische Baugruppe (24) eine optische Achse (22) fest- legt und dazu eingerichtet ist, aus einem Objektraum (1 1 ) einfallendes Licht entlang des Strahlengangs in den linken Linsensystem kanal (48L) und in den rechten Linsensystemkanal (48R) der proximalen optischen Baugruppe (26) einzukoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (20) mit einem winkelselektiven optischen Element versehen wird, welches eine senkrecht zu der optischen Achse (22) der distalen optischen Baugruppe (24) orientierte Oberfläche umfasst, wobei d iese im Strahlengang befindl iche Oberfläche mit einer ein- fallswinkelselektiven dielektrischen Beschichtung (60, 60') beschichtet wird . 0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung (60, 60') ein Schichtpaket (62) aus zumindest einer Doppellage (64) zweier dünner Schichten (66, 68) mit unterschiedlichem Brechungsindex (n 1 , n2) aufgebracht wird . 1 . Verfahren nach Anspruch 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von periodisch aufeinander folgenden Doppellagen (64) als Schichtpaket (62) nach der Art eines Bragg- Spiegels aufgebracht wird . 2. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als einfallswinkelselektive dielektrische Beschichtung (60, 60') eine Vielzahl von Mikroprismen auf der Oberfläche hergestellt wird .
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