EP3658001A1 - Abbildungseinheit für ein chirurgisches instrument und verfahren zum herstellen einer abbildungseinheit - Google Patents

Abbildungseinheit für ein chirurgisches instrument und verfahren zum herstellen einer abbildungseinheit

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Publication number
EP3658001A1
EP3658001A1 EP18743427.9A EP18743427A EP3658001A1 EP 3658001 A1 EP3658001 A1 EP 3658001A1 EP 18743427 A EP18743427 A EP 18743427A EP 3658001 A1 EP3658001 A1 EP 3658001A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
optical element
imaging unit
objective
socket
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18743427.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe SCHÖLER
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Winter and Ibe GmbH filed Critical Olympus Winter and Ibe GmbH
Publication of EP3658001A1 publication Critical patent/EP3658001A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • 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
    • A61B1/00096—Optical elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/0011—Manufacturing of endoscope parts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00112—Connection or coupling means
    • A61B1/00121—Connectors, fasteners and adapters, e.g. on the endoscope handle
    • A61B1/00128—Connectors, fasteners and adapters, e.g. on the endoscope handle mechanical, e.g. for tubes or pipes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2423—Optical details of the distal end
    • G02B23/243—Objectives for endoscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens

Definitions

  • Imaging unit for a surgical instrument and method for making an imaging unit
  • the invention relates to an imaging unit for a surgical instrument, in particular endoscope. Moreover, the invention relates to a surgical instrument, in particular endoscope. Furthermore, the invention also relates to a method for producing an imaging unit for a surgical instrument, in particular an endoscope.
  • optical components used in surgical instruments, for example in endoscopes, are constantly increasing. So far, it is sufficient to polish the optical components and adjust their outer diameter with a relatively large tolerance.
  • the optical components are arranged in a system tube, for example in a lens tube. There is a clearance fit between the optical elements and the system tube. Towards an optical Axis of the system are located between the optical elements so-called. Blend tubes, which fix the optical components spaced apart in the system tube.
  • the provided clearance allows a certain play of the individual optical components in the radial direction of the system pipe.
  • the optical components may shift slightly axially or tilt with respect to the optical axis of the system. Such deviations from the ideal jus- tage can have a negative effect on the image quality of the optical system.
  • the objective is focused by transversal displacement, that is to say by a displacement along its optical axis, relative to a plane in which a sharp image is desired and in which, for example, an image sensor is located.
  • the lens such as the endoscope objective, permanently fixed by this z. B. is glued.
  • cylindrical fits are used to align the optical components. Despite small tolerances in the fit, it is possible for the optical element or optical unit to tilt slightly.
  • DE 1 0 201 5 205 457 A1 discloses an imaging unit for an endoscope.
  • an imaging unit for a surgical instrument in particular an endoscope
  • an optical element in particular an optical lens
  • the optical element is accommodated in a lens tube
  • the optical element in the objective tube is further developed by a) the optical element in the objective tube b) the optical element is received in a socket and the socket of the optical element in the objective tube is clamped gap-free and / or that the optical element is received in a centered socket.
  • the invention is based on the idea that after insertion of the socket with the optical element, in particular optical lens, the socket is held in the objective tube by a tension between the socket and the lens barrel and is aligned, wherein due to the tension of the socket in the objective tube the socket is arranged without gaps in the objective tube, whereby the optical lens is or is aligned as an optical element without tilting to the optical axis in the objective tube.
  • the optical element is in one centered socket, so that the socket for the lens as an optical element has an exact outside diameter and the optical axis of the lens is collinearly aligned with the mechanical axis of the socket, i. e. lying one above the other.
  • the socket is replaced with a e.g. Glued lens is clamped in a Justierfutter so that then the position of the optical axis of the lens to the spindle axis is detected and measured.
  • the adjustment lens then aligns the lens with the holder so that its two centers of curvature lie as precisely as possible on the axis of rotation of the spindle.
  • the alignment spindle is rotated and the outer surface of the e.g. made of stainless steel, e.g. worked with a turning tool. This results in a precisely machined surface of the socket, which is aligned parallel to the spindle axis.
  • a centered socket with a lens is formed or provided.
  • the lens is processed in the socket prior to machining. fixed by means of low-stress adhesives.
  • the arranged in the version lenses are crimped or held by screw rings.
  • the, preferably centered, socket has an exact diameter which is smaller than the diameter of the objective tube during insertion or insertion of the socket.
  • the inner diameter of the objective tube is narrowed, so that the socket is clamped or becomes free of gaps due to the (inner) diameter constriction of the objective tube.
  • the objective tube is made of stainless steel and formed prior to insertion of the centered socket with a running in the longitudinal direction of the lens barrel gap, wherein the inner diameter of the objective tube is greater than the outer diameter of the socket.
  • the gap is at least partially, for example by welding or a weld, closed, whereby the inner diameter of the objective tube is reduced and thus the socket is clamped in the objective tube.
  • the optical element is held and aligned without a holder after introduction of the optical element, in particular optical lens, by a direct tension between the optical element and the objective tube, wherein due to the distortion of the optical element in the objective tube without interposition of a socket for the optical element, the optical element, in particular lens, is arranged gap-free in the objective tube, whereby the optical lens is aligned as an optical element without tilting to the optical axis in the objective tube or is.
  • the objective tube in the region of the optical element has an opening, wherein in particular in the arrangement of the optical element in the objective tube in the region of the aperture, the optical element with an inner circumferential surface of the objective tube facing the optical element is, is not brought into contact or can be brought, or that the objective tube in the region of the optical element and / or in the region of the socket has an opening, wherein in particular when the socket is arranged with the optical element in the objective tube in the rich of the aperture the socket of the optical element with an inner circumferential surface of the objective tube, which faces the socket with the optical element, is not brought into contact or can be brought.
  • the inner diameter of the objective tube is preferably at least equal to or smaller than the outer diameter of the centered socket, so that the socket is clamped gap-free.
  • the opening in the objective tube is formed as a gap or slit, wherein in particular the gap or the slit extends in the longitudinal direction of the objective tube relative to the longitudinal extent of the objective tube.
  • the gap or slot is in one embodiment using a laser, e.g. Nd-YAG laser, cut into the lens tube made of stainless steel.
  • the gap or slit may be formed by an erosion process or the like in the objective tube.
  • the width of the gap or slot is between 30 to 100 ⁇ .
  • the imaging unit is further distinguished by the fact that the opening in the objective tube for the optical element is formed with respect to the longitudinal extent of the objective tube between two slit connection areas of the objective tube.
  • At least one of the two sliding connection areas is in each case designed as a welded seam.
  • the gap in the objective tube by a, preferably pulsed laser, eg Nd-YAG laser, up to the aperture after insertion of the centered version welded into the objective tube and thereby partially closed, wherein the inner diameter of the objective tube is narrowed or reduced during welding of the gap.
  • the weld is interrupted by the opening in the region of the socket, it is possible to introduce or give in the opening adhesives, thereby in the arrangement of the objective tube in a sleeve tube for the lens tube, arranged in the sleeve tube lens tube with the sleeve tube to stick together.
  • the sleeve tube is connected to an image sensor, e.g. CMOS chip, formed on a head side and as a guide tube for the objective tube.
  • the sleeve tube is arranged in an endoscope shaft of an endoscope so that images are captured by the image sensor and displayed on a monitor or the like.
  • the weld or the welds are formed by laser welding.
  • an imaging unit for a surgical instrument in particular endoscope, with a two-head end sleeve tube for receiving a at least one optical element, in particular optical lens, receiving objective tube, which is further developed in that the head ends of the sleeve tube are formed tubular and the two head ends of the sleeve tube are interconnected by means of at least one, in particular bendable, connecting web.
  • the sleeve tube is preferably at a head end or in the area with an image sensor, such as CMOS-Ch ip, CCD chip or the like, provided to the transferred images of an optics capture .
  • an image sensor such as CMOS-Ch ip, CCD chip or the like
  • the sleeve tube is formed with one or more connecting webs between the two rohrformigen head ends, it is possible Igl, with the arrangement of a lens tube, which may be formed as described above, in the sleeve tube by bending the connecting bars or the lens tube to adjust and / / or to fix.
  • the or the connecting webs are brought into contact with the peripheral surface of the objective tube.
  • the sleeve tube is designed as a guide tube for the objective tube.
  • the head ends of the sleeve tube are connected to each other by means of several, in particular bendable, connecting webs, wherein in particular the connecting webs are arranged uniformly and / or symmetrically in the circumferential direction of the sleeve tube.
  • the connecting webs surrounds the objective tube inserted into the sleeve tube.
  • a free space or a recess is formed in the circumferential direction of the sleeve tube between two adjacent connecting webs. It is possible that between the two end pipe sections or the rohrformigen head ends of the sleeve tube, the connecting webs are formed or arranged and connect the end-side pipe sections or rohrformigen head ends together.
  • An image sensor is arranged on or in a head end of the sleeve tube, while the other tubular head end is open, so that the objective tube can be introduced into the sleeve tube via this second head end.
  • the imaging unit is characterized in that in the circumferential direction of the sleeve tube, the width of one or the connecting webs is greater than the width of the free space or the width of the recess between two adjacent connecting webs.
  • the one or more connecting webs in the radial direction with respect to the longitudinal axis of the sleeve tube, preferably to the longitudinal axis, are bendable or bent.
  • a lens barrel with an optical element, in particular optical lens is accommodated, in particular the optical element in a, preferably centered, socket is arranged and in particular the socket in the objective tube gap-free is tense.
  • the object is achieved by a surgical instrument, in particular endoscope, which is formed with a preceding imaging unit.
  • the imaging unit is provided with an objective tube according to the invention with a socket accommodated therein for an optical element, in particular an optical lens, and / or with a sleeve tube according to the invention for a lens tube arranged or to be arranged therein.
  • an optical element in particular an optical lens
  • a sleeve tube according to the invention for a lens tube arranged or to be arranged therein.
  • the object is further achieved by a method for producing an imaging unit for a surgical instrument, in particular dere endoscope, wherein the imaging unit comprises a sleeve tube, a lens tube arranged in the objective tube, wherein in the objective tube an optical element, in particular optical lens, is received, characterized by the following steps:
  • the optical element is inserted into the objective tube provided with a longitudinal slit or the optical element is accommodated in a socket and is inserted with the socket into the objective tube provided with a longitudinal slit,
  • the diameter, in particular the inner diameter, of the objective tube is reduced and / or the optical element or the holder of the optical element, preferably gap-free, in clamped the objective tube and
  • the objective tube is inserted into the sleeve tube, in particular inserted.
  • the imaging unit produced is preferably provided with the above-described objective tube and possibly sleeve tube, which are described above in detail. After the imaging unit has been produced, it is arranged, for example, in an endoscope shaft of an endoscope.
  • an optical measuring device By means of an optical measuring device, the optical axis of the optical element is detected, so that bending of the or the connecting webs depending on the measurement results, the tilting of the optical axis of the optical element to the optical axis of the image sensor or with respect to the longitudinal axis of the sleeve tube is eliminated.
  • the longitudinal slot of the objective tube is partially closed by welding in the longitudinal direction, in particular welded, so that in particular the diameter, in particular the inner diameter, of the objective tube is reduced, and / or the optical element or the socket of the optical element is braced.
  • the method is characterized in that the L Lucassschl itz of the objective tube in the region of the optical element is not welded or is welded or outside the region of the optical element or is or that the longitudinal slot of the objective tube in the region of the socket of the optical element not welded is or will be and will be welded outside the scope of the socket.
  • the objective tube is introduced into the sleeve tube, wherein the sleeve tube for the objective tube has two tubular head ends and the two head ends of the sleeve tube are interconnected by means of at least one, in particular bendable, connecting web or by means of several, in particular bendable, connecting webs.
  • the imaging unit is formed with a lens tube and sleeve tube described above.
  • a lens tube and sleeve tube described above.
  • Fig. 1 an endoscope in a schematically simplified side view
  • Fig. 2a schematically shows a simplified longitudinal section through a lens tube for an imaging unit of an endoscope
  • Fig. 2b shows schematically an imaging unit of an endoscope with the imaging device shown in FIG. 2a lens tube shown in a longitudinal section;
  • FIG. 2 c schematically shows a simplified longitudinal section through a lens tube for an imaging unit of an endoscope according to a further embodiment
  • Fig. 3a schematically shows a simplified longitudinal section through a guide tube of an imaging unit of an endoscope for a lens tube
  • Fig. 3b schematically shows a simplified cross-sectional view along the section line BB in FIG. 3a.
  • the same or similar elements and / or parts are provided with the same reference numerals, so that apart from a new idea each.
  • Fig. 1 shows, in a schematic and simplified side view, a preferably rigid endoscope 2, for example a video endoscope.
  • the endoscope 2 comprises a tubular shaft 4, in which an optical element, for example an endoscope objective, is arranged.
  • an operation and examination area which lies distally in front of a free end of the shaft 4, is observed or imaged.
  • the image is relayed optically or electronically by the shaft 4, which opens into a housing 6.
  • a housing 6 with an ocular funnel 8 is used to handle the endoscope 2.
  • the side of the housing 6 is a light source 1 0, for example, an LED light source. This is connected via a connecting cable 1 2 with a suitable power supply.
  • a handle and a video unit are preferably provided.
  • a camera head 14 is arranged with an eyepiece adapter, not shown.
  • the camera head 14 detects the light emerging from the endoscope 2 with an image sensor.
  • the camera head 14 is supplied with power.
  • a video endoscope corresponding optics and, for example, a CCD sensor as an image sensor.
  • Fig. 2b shows an imaging unit 20 in a schematically simplified longitudinal sectional view with a lens tube 28 which is accommodated in a guide tube 22.
  • the object tube 28 is shown in a schematic longitudinal section.
  • the in Fig. 1 shown endoscope 2, the imaging unit 20.
  • the imaging unit 20 comprises an optional image sensor 24 and at least one or more optical elements, in particular lenses.
  • a plurality of optical lenses 38 are arranged one behind the other in the longitudinal direction (see Fig. 2a).
  • Each of the lenses 38 is received in a centered socket 36 so that the lenses 38 are circumferentially surrounded by the respective socket 36.
  • the centered socket 36 ensures that when the lenses 38 are arranged in the objective tube 28, the optical axis of the respective lens 38 is aligned collinear with the longitudinal axis 34 or center longitudinal axis of the objective tube 28.
  • the centered sockets 36 are produced, for example, by an ultra-precision centering turning method and have an exact outside diameter.
  • the objective tube 28 has an inner circumferential surface 32, so that when the sockets 36 with the centered lenses 38 are introduced into the objective tube 28, the sockets 36 are brought into contact with the inner lateral surface 32.
  • the objective tube 28 also has a longitudinal slot 30, which extends in the longitudinal direction of the objective tube 28.
  • the longitudinal slot 30 is welded in the objective tube 28 at different locations, for example using a high-energy laser, eg Nd-YAG laser.
  • the longitudinal slot 30 welded in the areas between the contact surfaces of the sockets 38 with the inner circumferential surface 32, so that the longitudinal slot 30 has a plurality of spaced welds 40 in the longitudinal direction, wherein the welds in the sockets 36 are interrupted.
  • the inner diameter of the objective tube 28 is reduced so that the lenses 38 and their respective socket 36 are braced without gaps in the objective tube 28.
  • the welds 40 are interrupted in the region of the sockets 36 and lenses 38, so that the longitudinal slot 30 has slot-like openings 42.
  • an adhesive e.g. a gap-passing screw locking lacquer are introduced to connect the socket 36 with the object ear 28.
  • the imaging unit 20 has a sleeve tube guide tube 22 which is in a fixed spatial relationship to the image sensor 24, in particular a flat image sensor, for example a CCD or CMOS sensor.
  • the image sensor 24 is arranged in the guide tube 22 in the illustrated embodiment.
  • the objective tube 28 is at least partially accommodated or receivable in an interior space enclosed by the guide tube 22.
  • the guide tube 22 and the lens tube 28 made of metal, in particular stainless steel.
  • an adhesive gap is formed between the objective tube 28 and guide tube 22, so that the guide tube 22 and the objective tube 28 are connected to one another by introducing adhesive into the adhesive gap after an adjustment of the objective tube 28.
  • the optical axes of the lenses 38 are aligned and aligned collinear to the longitudinal axis 34 and optionally preferably to the optical axis of the image sensor.
  • the object tube 28 according to a further exemplary embodiment is shown in a schematic longitudinal section.
  • a plurality of optical lenses 38 are arranged one behind the other in the objective tube 28 in the longitudinal direction, each lens 38 being or being brought into direct contact with the inner circumferential surface 32 of the objective tube 28 in the circumferential direction.
  • the lenses 38 without socket 36 see FIG. 2c embodiment used in the objective tube 28.
  • the objective tube 28 also has a longitudinal slot 30, which extends in the longitudinal direction of the objective tube 28.
  • the longitudinal slot 30 in the objective tube 28 at various locations, for example using a laser, e.g. Nd-YAG laser, welded.
  • the longitudinal slot 30 is welded in the areas between the lenses 38, so that the longitudinal slot 30 has a plurality of spaced-apart welds 40 in the longitudinal direction, wherein the welds 40 in the region of the lenses 38 are interrupted.
  • the inner diameter of the objective tube 28 is reduced, so that the lenses 38 are clamped gap-free and without interposition of a socket or the like in the objective tube 28, whereby the lenses 38 in the circumferential direction in direct contact with the inner circumferential surface 32 are.
  • the weld seams 40 are interrupted in the area of the lenses 38, so that the longitudinal slot 30 has slot-like apertures 42 and the lenses 38 are not in contact with the inner circumferential surface 32 in this region of the apertures 42.
  • Fig. 3a is a longitudinal section through a guide tube 22 for receiving an object tube shown schematically.
  • the guide tube 22 has two tubular head ends 52.1, 52.2. At the head end 52.2 of the image sensor 24 is received.
  • the head end 52.1 is formed on the front side with an opening 54, so that via the opening 54 a lens tube is inserted or inserted into the guide tube 22.
  • the guide tube 22 has between the head ends 52.1, 52.2 an undercut 56, so that the inner diameter of the opening 54 of the head end 52.1 is smaller than the inner diameter of the undercut 56th
  • Fig. 3b is a schematic cross section through the guide tube 22 according to the embodiment shown in FIG. 3a drawn section line B-B shown.
  • the bendable connection webs 60 by means of which the tubular head ends 52.1, 52.2 of the guide tube 22 are or are connected to one another, are arranged uniformly in the circumferential direction of the guide tube 22.
  • the connecting webs 60 are in particular formed in this case as bending webs.
  • the connecting webs 60 In order to bend or bend the connecting webs 60 radially inwards, as shown in FIG. 3a is indicated for the lower connecting web 60, during the adjustment of a (not shown here) objective tube, which is received in the interior of the guide tube 2 men, the connecting webs 60, for example, with a high-energy beam of a laser, such as Nd-YAG laser, acted upon, so that the connecting webs 60 are bent due to the heating by the radiation energy of the laser. As a result, the connecting webs are brought into contact with the outer peripheral surface of the objective tube disposed inside the guide tube 22.
  • a laser such as Nd-YAG laser
  • a tilting of the optical axis of the optics is eliminated using a corresponding measuring device in the adjustment of the objective tube and preferably the optical axis of the lenses inoll aligned to the optical axis 62 of the image sensor 24.

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Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. eine Abbildungseinheit für ein chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop. Die Abbildungseinheit (20) umfasst ein optisches Element (38), insbesondere Linse, wobei das optische Element (38) in einem Objektivrohr (28) aufgenommen ist, wobei a.) das optische Element (38) im Objektivrohr (28) spaltfrei verspannt ist oder dass b.) das optische Element (38) in einer Fassung (36) aufgenommen ist und die Fassung (36) des optischen Elements (38) im Objektivrohr (28) spaltfrei verspannt ist und/oder dass das optische Element (38) in einer zentrierten Fassung (36) aufgenommen ist.

Description

Abbildungseinheit für ein chirurgisches Instrument und Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Abbildungseinheit für ein chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop. Außerdem betrifft die Erfindung ein chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit für ein chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop.
An die Bildqual ität optischer Systeme, wie sie in chirurgischen Instrumenten, beispielsweise in Endoskopen, zum Einsatz kommen, werden stetig steigende Anforderungen gestellt. Bisher ist es ausreichend, die optischen Komponenten zu polieren und ihren Außendurchmesser mit relativ großer Toleranz einzustellen . Zum Montieren des optischen Systems werden die optischen Komponenten in einem Systemrohr, beispielsweise in einem Objektivrohr, angeordnet. Dabei ist zwischen den optischen Elementen und dem Systemrohr eine Spielpassung vorhanden . In Richtung einer optischen Achse des Systems befinden sich zwischen den optischen Elementen sog . Blendrohre, die die optischen Komponenten voneinander beabstandet in dem Systemrohr fixieren .
Die vorgesehene Spielpassung lässt jedoch ein gewisses Spiel der einzelnen optischen Komponenten in radialer Richtung des Systemrohrs zu . Ferner können sich die optischen Komponenten geringfügig axial verschieben oder gegenüber der optischen Achse des Systems verkippen . Solche Abweichungen von der idealen Jus- tage können sich negativ auf die Bildqualität des optischen Systems auswirken .
In optischen Abbildungssystemen wie beispielsweise Videoendo- skopen wird das Objektiv durch transversales Verschieben, also durch eine Verschiebung entlang seiner optischen Achse, relativ zu einer Ebene, in der eine scharfe Abbildung erwünscht ist und in der sich beispielsweise ein Bildsensor befindet, fokussiert. Anschließend wird das Objektiv, beispielsweise das Endoskopobjektiv, dauerhaft fixiert, indem dieses z. B. verklebt wird . In der Praxis werden hauptsächlich rotationssymmetrische, zyl indrische Passungen zur Ausrichtung der optischen Bauelemente verwendet. Trotz geringer Toleranzen in der Passung ist es möglich, dass das optische Element oder die optische Einheit geringfügig verkippt. An die Koaxiali- tät zwischen einer Normalen des Bildsensors und der optischen Achse des bilderzeugenden optischen Elements, welches beispielsweise Teil eines Endoskopobjektivs ist, werden vor allem bei hochauflösenden optischen Einheiten stetig steigende Anforderungen gestellt, um die erreichbare Bildqual ität voll auszuschöpfen .
Um diese hohen Anforderungen zu erfüllen, wäre es möglich, eine Führungslänge in den Passungen zu vergrößern . Dies führt jedoch gleichzeitig zu Lichtverlusten und ggf. auch zu höherer Dispersion . Eine weitere Verringerung der Passungstoleranzen erlaubt es nur theoretisch, eine mögliche Verkippung zu verringern, da zum Montieren des optischen Elements stets ein Mindestspiel in der Passung vorhanden sein muss.
Beispielsweise ist aus DE 1 0 201 5 205 457 A1 eine Abbildungseinheit für ein Endoskop bekannt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abbildungseinheit, ein Endoskop sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit anzugeben, wobei die Abbildungseinheit eine genaue Ausrichtung des optischen Elements ermögl icht.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Abbildungseinheit für ein chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop, mit einem optischen Element, insbesondere optische Linse, wobei das optische Element in einem Objektivrohr aufgenommen ist, die dadurch weitergebildet ist, dass a.) das optische Element im Objektivrohr spaltfrei verspannt ist oder dass b.) das optische Element in einer Fassung aufgenommen ist und die Fassung des optischen Elements im Objektivrohr spaltfrei verspannt ist und/oder dass das optische Element in einer zentrierten Fassung aufgenommen ist.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass nach Einbringen der Fassung mit dem optischen Element, insbesondere optische Linse, die Fassung in dem Objektivrohr durch eine Verspannung zwischen der Fassung und dem Objektivrohr gehalten wird und ausgerichtet ist, wobei auf Grund der Verspannung der Fassung im Objektivrohr die Fassung spaltfrei im Objektivrohr angeordnet ist, wodurch die optische Linse als optisches Element ohne Verkippung zur optischen Achse im Objektivrohr ausgerichtet wird oder ist. Dabei ist gemäß einem Aspekt der Erfindung das optische Element in einer zentrierten Fassung aufgenonnnnen, so dass die Fassung für die Linse als optisches Element einen exakten Außendurchmesser aufweist und die optische Achse der Linse mit der mechanischen Achse der Fassung kollinear ausgerichtet ist, d .h . übereinander liegend .
Um eine zentrierte Fassung mit einer Linse für ein Objektivrohr bereitzustellen, wird die Fassung mit einer z.B. eingeklebten Linse in ein Justierfutter eingespannt, so dass danach die Lage der optischen Achse der Linse zur Spindelachse erfasst und gemessen wird . Durch das Justierfutter wird anschließend die Linse mit der Fassung ausgerichtet, dass ihre beiden Krümmungsmittelpunkte möglichst genau auf der Drehachse der Spindel liegen . Danach wird die Justierspindel gedreht und die Außenfläche der z.B. aus Edelstahl hergestellten Fassung z.B. mit einem Drehmeißel bearbeitet. Hierdurch entsteht eine präzise bearbeitete Oberfläche der Fassung, die parallel zur Spindelachse ausgerichtet ist. Dadurch ist eine zentrierte Fassung mit Linse ausgebildet bzw. bereitgestellt.
Die Linse wird vor Bearbeitung in der Fassung z.B. mittels spannungsarmer Klebstoffe fixiert. Außerdem ist es denkbar, dass die in der Fassung angeordneten Linsen gebördelt oder durch Schraubringe gehalten werden .
Für die spaltfreie Anordnung der Fassung mit dem optischen Element im Objektivrohr der Abbildungseinheit weist die, vorzugsweise zentrierte, Fassung einen exakten Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des Objektivrohrs beim Einsetzen oder Einführen der Fassung . Nach Anordnung der Fassung im Objektivrohr wird der Innendurchmesser des Objektivrohrs verengt, so dass die Fassung infolge der (Innen-)Durchmesserverengung des Objektivrohrs spaltfrei verspannt ist oder wird . Beispielsweise wird das Objektivrohr aus Edelstahl hergestellt und vor Einführen der zentrierten Fassung mit einem in Längsrichtung des Objektivrohrs verlaufenden Spalt ausgebildet, wobei der Innendurchmesser des Objektivrohrs größer als der Außendurchmesser der Fassung ist. Nach Anordnung der mit der im Inneren aufgenommenen Linse ausgebildeten Fassung im Objektivrohr wird der Spalt wenigstens teilweise, z.B. durch Schweißen bzw. eine Schweißnaht, geschlossen, wodurch auch der Innendurchmesser des Objektivrohrs verringert wird und somit die Fassung im Objektivrohr verspannt wird .
In einer erfindungsgemäßen Alternative ist vorgesehen, dass das optische Element ohne Fassung nach Einbringen des optischen Elements, insbesondere optischen Linse, durch eine direkte Ver- spannung zwischen dem optischen Element und dem Objektivrohr gehalten wird und ausgerichtet ist, wobei auf Grund der Verspan- nung des optischen Elements im Objektivrohr ohne Zwischenschaltung einer Fassung für das optische Element das optische Element, insbesondere Linse, spaltfrei im Objektivrohr angeordnet ist, wodurch die optische Linse als optisches Element ohne Verkippung zur optischen Achse im Objektivrohr ausgerichtet wird oder ist.
Dazu ist in einer Weiterbildung der Abbildungseinheit vorgesehen, dass das Objektivrohr im Bereich des optischen Elements eine Durchbrechung aufweist, wobei insbesondere bei Anordnung des optischen Elements in dem Objektivrohr im Bereich der Durchbrechung das optische Element mit einer inneren Mantelfläche des Objektivrohrs, die dem optischen Element zugewandt ist, nicht in Kontakt gebracht ist oder bringbar ist, oder dass das Objektivrohr im Bereich des optischen Elements und/oder im Bereich der Fassung eine Durchbrechung aufweist, wobei insbesondere bei Anordnung der Fassung mit dem optischen Element in dem Objektivrohr im Be- reich der Durchbrechung die Fassung des optischen Elements mit einer inneren Mantelfläche des Objektivrohrs, die der Fassung mit dem optischen Element zugewandt ist, nicht in Kontakt gebracht ist oder bringbar ist. Außerhalb der Durchbrechung im Objektivrohr sowie außerhalb des Bereichs der Fassung, d .h . im angrenzenden Bereich an die Fassung im Objektivrohr und/oder im angrenzenden Bereich an die Durchbrechung ist der Innendurchmesser des Objektivrohrs vorzugsweise wenigstens gleich dem oder kleiner als der Außendurchmesser der zentrierten Fassung, so dass die Fassung spaltfrei verspannt ist.
Vorzugsweise ist die Durchbrechung im Objektivrohr als ein Spalt oder Schl itz ausgebildet, wobei insbesondere der Spalt oder der Schlitz bezogen auf die Längserstreckung des Objektivrohrs sich in Längsrichtung des Objektivrohrs erstreckt. Der Spalt oder der Schlitz werden in einer Ausgestaltung unter Verwendung eines Lasers, z.B. Nd-YAG-Laser, in das Objektivrohr aus Edelstahl geschnitten . In einer Alternative kann der Spalt oder Schl itz durch ein Erosionsverfahren oder dergleichen im Objektivrohr ausgebildet werden . Typischerweise ist die Breite des Spaltes oder des Schlitzes zwischen 30 bis 1 00 μιτι.
Außerdem zeichnet sich die Abbildungseinheit weiter dadurch aus, dass die Durchbrechung im Objektivrohr für das optische Element bezogen auf die Längserstreckung des Objektivrohrs zwischen zwei Schl itzverbindungsbereichen des Objektivrohrs ausgebildet ist.
Hierzu ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass wenigstens einer der zwei Schl itzverbindungsbereiche jeweils als Schweißnaht ausgebildet ist. Beispielsweise wird der Spalt im Objektivrohr durch einen, vorzugsweise gepulsten Laser, z.B. Nd-YAG-Laser, bis auf die Durchbrechung nach Einbringen der zentrierten Fassung in das Objektivrohr verschweißt und dadurch teilweise geschlossen, wobei sich beim Verschweißen des Spalts der Innendurchmesser des Objektivrohrs verengt bzw. verkleinert wird .
Dadurch, dass die Schweißnaht durch die Durchbrechung im Bereich der Fassung unterbrochen ist, ist es möglich, in die Durchbrechung Klebstoffe einzubringen oder zu geben, um dadurch bei Anordnung des Objektivrohrs in einem Hülsenrohr für das Objektivrohr, das im Hülsenrohr angeordnete Objektivrohr mit dem Hülsenrohr zu verkleben. Beispielsweise ist das Hülsenrohr mit einem Bildsensor, z.B. CMOS-Chip, an einer Kopfseite sowie als Führungsrohr für das Objektivrohr ausgebildet. Das Hülsenrohr ist in einem Endoskopschaft eines Endoskops angeordnet, so dass mittels des Bildsensors Bilder erfasst werden und auf einem Monitor oder dergleichen dargestellt werden .
Insbesondere sind die Schweißnaht oder die Schweißnähte durch Laserschweißen ausgebildet.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Abbildungseinheit für ein chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop, mit einem zwei Kopfenden aufweisenden Hülsenrohr zur Aufnahme eines wenigstens ein optisches Element, insbesondere optische Linse, aufnehmenden Objektivrohrs, die dadurch weitergebildet ist, dass die Kopfenden des Hülsenrohrs rohrförmig ausbildet sind und die beiden Kopfenden des Hülsenrohrs mittels wenigstens einem, insbesondere biegbaren, Verbindungssteg miteinander verbunden sind .
Das Hülsenrohr ist vorzugweise an einem Kopfende oder in dessen Bereich mit einem Bildsensor, z.B. CMOS-Ch ip, CCD-Chip oder dergleichen, versehen, um die von einer Optik übertragenen Bilder zu erfassen . Dadurch, dass das Hülsenrohr mit einem oder mehreren Verbindungstegen zwischen den beiden rohrformigen Kopfenden ausgebildet ist, ist es mögl ich, bei Anordnung eines Objektivrohrs, das wie voranstehend beschrieben ausgebildet sein kann, im Hülsenrohr durch Verbiegen des oder der Verbindungstege das Objektivrohr zu justieren und/oder zu fixieren . Hierbei werden der oder die Verbindungsstege in Kontakt mit der Umfangsfläche des Objektivrohrs gebracht. Durch die Justierung des Objektivrohrs im Hülsenrohr wird eine Verkippung der optischen Achse zur optischen Achse eines Bildsensors eliminiert oder nahezu beseitigt. Vorzugsweise ist das Hülsenrohr als Führungsrohr für das Objektivrohr ausgebildet.
Hierzu ist in einer Ausführungsform der Abbildungseinheit vorgesehen, dass die Kopfenden des Hülsenrohrs mittels mehrerer, insbesondere biegbarer, Verbindungsstege miteinander verbunden sind, wobei insbesondere die Verbindungsstege in Umfangsrichtung des Hülsenrohrs gleichmäßig und/oder symmetrisch angeordnet sind . Hierdurch umgibt die Verbindungsstege das in das Hülsenrohr eingesetzte Objektivrohr.
Vorzugweise ist in Umfangsrichtung des Hülsenrohrs zwischen zwei benachbarten Verbindungsstegen ein Freiraum oder eine Aussparung ausgebildet. Dabei ist es möglich, dass zwischen den beiden endseitigen Rohrabschnitten bzw. den rohrformigen Kopfenden des Hülsenrohrs die Verbindungsstege ausgebildet oder angeordnet sind und die endseitigen Rohrabschnitte bzw. die rohrformigen Kopfenden miteinander verbinden . An oder in einem Kopfende des Hülsenrohrs ist ein Bildsensor angeordnet, während das andere rohrförmige Kopfende offen ist, so dass über dieses zweite Kopfende das Objektivrohr in das Hülsenrohr einbringbar ist. Des Weiteren zeichnet sich die Abbildungseinheit dadurch aus, dass in Umfangsrichtung des Hülsenrohrs die Breite eines oder der Verbindungsstege größer ist als die Breite des Freiraums oder die Breite der Aussparung zwischen zwei benachbarten Verbindungsstegen .
Außerdem ist es bei der Weiterbildung der Abbildungseinheit zweckmäßig, dass der oder die Verbindungsstege in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse des Hülsenrohrs, vorzugsweise zur Längsachse, biegbar oder gebogen sind .
Darüber hinaus ist es in einer Ausgestaltung der Abbildungseinheit vorgesehen, dass in dem Hülsenrohr ein Objektivrohr mit einem optischen Element, insbesondere optische Linse, aufgenommen ist, wobei insbesondere das optische Element in einer, vorzugsweise zentrierten, Fassung angeordnet ist und insbesondere die Fassung im Objektivrohr spaltfrei verspannt ist. Ein derartiges Objektivrohr ist voranstehend beschrieben, wobei auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen wird .
Überdies wird die Aufgabe gelöst durch ein chirurgisches Instrument, insbesondere Endoskop, das mit einer voranstehenden Abbildungseinheit ausgebildet ist. Die Abbildungseinheit ist dabei mit einem erfindungsgemäßen Objektivrohr mit darin aufgenommener Fassung für ein optisches Element, insbesondere optische Linse, und/oder mit einem erfindungsgemäßen Hülsenrohr für ein darin angeordnetes oder anzuordnendes Objektivrohr versehen . Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen .
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit für ein chirurgisches Instrument, insbeson- dere Endoskop, wobei die Abbildungseinheit ein Hülsenrohr, ein im Hülsenrohr angeordnetes Objektivrohr aufweist, wobei im Objektivrohr ein optisches Element, insbesondere optische Linse, aufgenommen ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- a.) das optische Element wird in das mit einem Längsschl itz versehene Objektivrohr eingesetzt oder das optische Element ist in einer Fassung aufgenommen und wird mit der Fassung in das mit einem Längsschl itz versehene Objektivrohr eingesetzt,
- b.) nach Einsetzen des optischen Elements oder nach Einsetzen des in der Fassung aufgenommenen optischen Elements in das Objektivrohr wird der Durchmesser, insbesondere der Innendurchmesser, des Objektivrohrs verringert und/oder das optische Element oder die Fassung des optischen Elements, vorzugsweise spaltfrei, in dem Objektivrohr verspannt und
- c.) anschl ießend wird das Objektivrohr in das Hülsenrohr eingebracht, insbesondere eingeschoben .
Die hergestellte Abbildungseinheit wird vorzugweise mit dem vorstehend beschriebenen Objektivrohr und gegebenenfalls Hülsenrohr versehen, die voranstehend im Detail beschrieben sind . Nach der Herstellung der Abbildungseinheit wird diese z.B. in einem Endoskopschaft eines Endoskops angeordnet. Mittels einer optischen Messeinrichtung wird die optische Achse des optischen Elements erfasst, so dass durch Verbiegen des oder der Verbindungsstege in Abhängigkeit der Messergebnisse die Verkippung der optischen Achse des optischen Elements zur optischen Achse des Bildsensors bzw. in Bezug auf die Längsachse des Hülsenrohrs eliminiert wird . Vorteilhafterweise ist bei dem Verfahren in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass nach Einsetzen des optischen Elements in das Objektivrohr der Längsschlitz des Objektivrohrs durch Verschweißen teilweise in Längsrichtung geschlossen, insbesondere verschweißt, wird, so dass insbesondere der Durchmesser, insbesondere der Innendurchmesser, des Objektivrohrs verringert wird und/oder das optische Element oder die Fassung des optischen Elements verspannt wird .
Überdies zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass der Längsschl itz des Objektivrohrs im Bereich des optischen Elements nicht verschweißt ist oder wird und außerhalb des Bereichs des optischen Elements verschweißt ist oder wird oder dass der Längsschlitz des Objektivrohrs im Bereich der Fassung des optischen Elements nicht verschweißt ist oder wird und außerhalb des Bereichs der Fassung verschweißt ist oder wird .
Vorzugsweise wird das Objektivrohr in das Hülsenrohr eingebracht, wobei das Hülsenrohr für das Objektivrohr zwei rohrförmige Kopfenden aufweist und die beiden Kopfenden des Hülsenrohrs mittels wenigstens einem, insbesondere biegbaren, Verbindungssteg oder mittels mehrerer, insbesondere biegbarer, Verbindungsstege miteinander verbunden sind .
Vorteilhafterweise ist die Abbildungseinheit mit einem oben beschriebenen Objektivrohr und Hülsenrohr ausgebildet. Hierzu wird ergänzend auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen .
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtl ich . Erfindungsge- mäße 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 Endoskop in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht;
Fig . 2a schematisch einen vereinfachten Längsschnitt durch ein Objektivrohr für eine Abbildungseinheit eines Endoskops;
Fig . 2b schematisch eine Abbildungseinheit eines Endoskops mit dem in Fig . 2a dargestellten Objektivrohr in einem Längsschnitt;
Fig . 2c schematisch einen vereinfachten Längsschnitt durch ein Objektivrohr für eine Abbildungseinheit eines Endoskops gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig . 3a schematisch einen vereinfachten Längsschnitt durch ein Führungsrohr einer Abbildungseinheit eines Endoskops für ein Objektivrohr und
Fig . 3b schematisch eine vereinfachte Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 3a. 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 schematischer und vereinfachter Seitenansicht ein, vorzugsweise starres, Endoskop 2, beispielsweise ein Videoendo- skop. An seinem distalen Ende umfasst das Endoskop 2 einen rohr- förmigen Schaft 4, in dem ein optisches Element, beispielsweise ein Endoskopobjektiv, angeordnet ist. Mit Hilfe des Endoskopobjektivs wird ein Operations- und Untersuchungsbereich, der distal vor einem freien Ende des Schafts 4 liegt, beobachtet bzw. abgebildet. Ausgehend von dem Endoskopobjektiv wird das Bild optisch oder elektronisch durch den Schaft 4, der in ein Gehäuse 6 mündet, weitergeleitet.
Am proximalen Ende des Endoskops 2 befindet sich ein Gehäuse 6 mit einem Okulartrichter 8. Das Gehäuse 6 dient der Handhabung des Endoskops 2. Seitlich an dem Gehäuse 6 befindet sich eine Lichtquelle 1 0, beispielsweise eine LED-Lichtquelle. Diese ist über ein Anschlusskabel 1 2 mit einer geeigneten Stromversorgung verbunden . Bei der Ausbildung eines Videoendoskops ist vorzugsweise ein Handgriff sowie eine Videoeinheit vorgesehen .
Am Okulartrichter 8 ist, schematisch dargestellt, ein Kamerakopf 14 mit einem nicht dargestellten Okularadapter angeordnet. Der Kamerakopf 14 erfasst das aus dem Endoskop 2 austretende Licht mit einem Bildsensor. Mittels eines Anschlusses 1 6 wird der Kamerakopf 14 mit Strom versorgt. Ferner ist es über den Anschluss 1 6 möglich, Bildsignale von dem Flächensensor des Kamerakopfs 14 an eine externe Auswerteeinheit zu übermitteln und Steuersignale an den Kamerakopf 14 zu übertragen . Während bei der Ausbildung eines chirurgischen Instruments mit einer Relaisoptik kein CCD- Sensor vorgesehen ist, weist ein Videoendoskop entsprechende Optiken und beispielsweise einen CCD-Sensor als Bildsensor auf.
Fig . 2b zeigt eine Abbildungseinheit 20 in einer schematisch vereinfachten Längsschnittansicht mit einem Objektivrohr 28, das in einem Führungsrohr 22 aufgenommen ist. In Fig . 2a ist das Objektrohr 28 in einem schematischen Längsschnitt gezeigt. Das in Fig . 1 gezeigte Endoskop 2 weist die Abbildungseinheit 20 auf. Die Abbildungseinheit 20 umfasst einen optionalen Bildsensor 24 und wenigstens ein oder mehrere optische Elemente, insbesondere Linsen .
Im Objektivrohr 28 sind in Längsrichtung mehrere optische Linsen 38 hintereinander angeordnet (vgl . Fig . 2a). Jede der Linsen 38 ist in einer zentrierten Fassung 36 aufgenommen, so dass die Linsen 38 von der jeweiligen Fassung 36 in Umfangrichtung umgeben sind . Durch die zentrierte Fassung 36 wird erreicht, dass bei Anordnung der Linsen 38 im Objektivrohr 28 die optische Achse der jeweil igen Linse 38 kollinear mit der Längsachse 34 bzw. Mittenlängsachse des Objektivrohrs 28 ausgerichtet ist. Die zentrierten Fassungen 36 werden beispielsweise durch ein Ultrapräzisions-Zentrierdreh- verfahren hergestellt und weisen einen exakten Außendurchmesser auf. Das Objektivrohr 28 weist eine innere Mantelfläche 32 auf, so dass bei Einbringen der Fassungen 36 mit den zentrierten Linsen 38 in das Objektivrohr 28, die Fassungen 36 in Kontakt mit der inneren Mantelfläche 32 gebracht werden .
Das Objektivrohr 28 weist ferner einen Längsschl itz 30 auf, der sich in Längsrichtung des Objektivrohrs 28 erstreckt. Nach Anordnung der Fassungen 36 mit ihren Linsen 38 als optische Elemente wird der Längsschlitz 30 im Objektivrohr 28 an verschiedenen Stellen beispielsweise unter Verwendung eines energiereichen Lasers, z.B. Nd-YAG-Laser, verschweißt. Insbesondere wird der Längsschlitz 30 in den Bereichen zwischen den Kontaktflächen der Fassungen 38 mit der inneren Mantelfläche 32 verschweißt, so dass der Längsschlitz 30 mehrere beabstandete Schweißnähte 40 in Längsrichtung aufweist, wobei die Schweißnähte im Bereich der Fassungen 36 unterbrochen sind .
Durch das teilweise Verschweißen des Längsschlitzes 30 wird der Innendurchmesser des Objektivrohrs 28 verringert, so dass die Linsen 38 und ihre jeweil ige Fassung 36 spaltfrei im Objektivrohr 28 verspannt sind . Die Schweißnähte 40 sind im Bereich der Fassungen 36 sowie Linsen 38 unterbrochen, so dass der Längsschlitz 30 schlitzartige Durchbrechungen 42 aufweist. In die Durchbrechungen 42 kann ein Klebstoff, z.B. ein spaltgängiger Schraubensicherungslack eingebracht werden, um die Fassung 36 mit dem Objektohr 28 zu verbinden .
Wie aus Fig . 2b ersichtl ich, weist die Abbildungseinheit 20 ein hülsen f ö rm i g e s Führungsrohr 22 auf, das in einer festen räumlichen Beziehung zu dem Bildsensor 24, insbesondere einem flächigen Bildsensor, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor, steht. Lediglich beispielhaft ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Bildsensor 24 in dem Führungsrohr 22 angeordnet. Ferner ist das Objektivrohr 28 in einem von dem Führungsrohr 22 umschlossenen Innenraum zumindest abschnittsweise aufgenommen bzw. aufnehmbar. Vorzugsweise sind das Führungsrohr 22 und das Objektivrohr 28 aus Metall, insbesondere Edelstahl, hergestellt.
An der vom Bildsensor 24 abgewandten Stirnseite ist zwischen dem Objektivrohr 28 und Führungsrohr 22 ein Klebespalt ausgebildet, so dass durch Einbringen von Klebstoff in den Klebespalt nach einer Justierung des Objektivrohrs 28 das Führungsrohr 22 und das Objektivrohr 28 miteinander verbunden sind . Nach der Justierung des Objektivrohrs 22 sind die optischen Achsen der Linsen 38 kollinear zur Längsachse 34 und gegebenenfalls vorzugsweise zur optischen Achse des Bildsensors ausgerichtet und justiert.
In Fig . 2c ist das Objektrohr 28 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem schematischen Längsschnitt gezeigt. Hierbei sind im Objektivrohr 28 in Längsrichtung mehrere optische Linsen 38 hintereinander angeordnet, wobei jede Linse 38 in Umfangsrich- tung direkt in Kontakt mit der inneren Mantelfläche 32 des Objektivrohrs 28 ist oder gebracht wird . Im Vergleich zu dem in Fig . 2a gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Linsen 38 ohne Fassung 36 (vgl . Fig . 2a) bei dem in Fig . 2c dargestellten Ausführungsbeispiel im Objektivrohr 28 eingesetzt.
Das Objektivrohr 28 weist ferner einen Längsschl itz 30 auf, der sich in Längsrichtung des Objektivrohrs 28 erstreckt. Nach Anordnung der Linsen 38 als optische Elemente wird der Längsschlitz 30 im Objektivrohr 28 an verschiedenen Stellen beispielsweise unter Verwendung eines Lasers, z.B. Nd-YAG-Laser, verschweißt. Insbesondere wird der Längsschlitz 30 in den Bereichen zwischen den Linsen 38 verschweißt, so dass der Längsschlitz 30 mehrere beab- standete Schweißnähte 40 in Längsrichtung aufweist, wobei die Schweißnähte 40 im Bereich der Linsen 38 unterbrochen sind .
Durch das (teilweise) Verschweißen des Längsschl itzes 30 wird der Innendurchmesser des Objektivrohrs 28 verringert, so dass die Linsen 38 spaltfrei und ohne Zwischenschaltung einer Fassung oder dergleichen im Objektivrohr 28 verspannt sind, wodurch die Linsen 38 in Umfangsrichtung in unmittelbarem Kontakt mit der inneren Mantelfläche 32 sind .
Die Schweißnähte 40 sind im Bereich der Linsen 38 unterbrochen, so dass der Längsschlitz 30 schlitzartige Durchbrechungen 42 aufweist und d ie Linsen 38 in diesem Bereich der Durchbrechungen 42 nicht mit der inneren Mantelfläche 32 in Kontakt stehen .
In Fig . 3a ist ein Längsschnitt durch ein Führungsrohr 22 zur Aufnahme eines Objektrohrs schematisch dargestellt. Das Führungsrohr 22 weist zwei rohrförmige Kopfenden 52.1 , 52.2 auf. An dem Kopfende 52.2 ist der Bildsensor 24 aufgenommen . Das Kopfende 52.1 ist an der Stirnseite mit einer Öffnung 54 ausgebildet, so dass über die Öffnung 54 ein Objektivrohr in das Führungsrohr 22 eingebracht oder eingeschoben wird . Das Führungsrohr 22 weist zwischen den Kopfenden 52.1 , 52.2 eine Hinterschneidung 56 auf, so dass der Innendurchmesser der Öffnung 54 des Kopfendes 52.1 kleiner ist als der Innendurchmesser der Hinterschneidung 56.
Ferner sind im Bereich der Hinterschneidung 56 zwischen den beiden Kopfenden 52.1 , 52.2 Aussparungen 58 vorgesehen, wobei in Umfangsrichtung zwischen zwei Aussparungen 58 jeweils ein Verbindungssteg 60 ausgebildet ist.
In Fig . 3b ist schematisch ein Querschnitt durch das Führungsrohr 22 gemäß der in Fig . 3a eingezeichneten Schnittlinie B-B gezeigt. Die biegbaren Verbindungsstege 60, mittels denen die rohrförmigen Kopfenden 52.1 , 52.2 des Führungsrohrs 22 miteinander verbunden werden oder sind, sind gleichmäßig in Umfangsrichtung des Führungsrohrs 22 angeordnet. Die Verbindungstege 60 sind insbesondere hierbei als Biegestege ausgebildet.
Um die Verbindungsstege 60 radial nach innen zu verbiegen oder zu biegen, wie dies in Fig . 3a für den unteren Verbindungssteg 60 angedeutet ist, werden bei der Justage eines (hier nicht dargestellten) Objektivrohrs, das im Inneren des Führungsrohrs 2 aufgenom- men ist, die Verbindungstege 60 z.B. mit einem energiereichen Strahl eines Lasers, z.B. Nd-YAG-Laser, beaufschlagt, so dass die Verbindungsstege 60 auf Grund der Erwärmung durch die Strahlungsenergie des Lasers verbogen werden . Dadurch werden die Verbindungsstege in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des im Inneren des Führungsrohres 22 angeordneten Objektivrohrs gebracht. Dabei wird unter Verwendung einer entsprechenden Messeinrichtung bei der Justage des Objektivrohrs eine Verkippung der optischen Achse der Optik eliminiert und vorzugsweise die optische Achse der Linsen koll inear zur optischen Achse 62 des Bildsensors 24 justiert.
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 .
Bezuqszeichenliste
2 Endoskop
4 Schaft
6 Gehäuse
8 Okulartrichter
1 0 Lichtquelle
1 2 Anschlusskabel
14 Kamerakopf
1 6 Anschluss
20 Abbildungseinheit
22 Führungsrohr
28 Objektivrohr
30 Längsschl itz
32 innere Mantelfläche
34 Längsachse
36 Fassung
38 Linse
40 Schweißnaht
42 Durchbrechung
52.1 , 52.2 Kopfende
54 Öffnung
56 Hinterschneidung
58 Aussparung
60 Verbindungssteg
62 optische Achse

Claims

Patentansprüche
1 . Abbildungseinheit (20) für ein chirurgisches Instrument (2), mit einem optischen Element (38), wobei das optische Element (38) in einem Objektivrohr (28) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass a.) das optische Element (38) im Objektivrohr (28) spaltfrei verspannt ist oder dass b.) das optische Element (38) in einer Fassung (36) aufgenommen ist und die Fassung (36) des optischen Elements (38) im Objektivrohr (28) spaltfrei verspannt ist und/oder dass das optische Element (38) in einer zentrierten Fassung (36) aufgenommen ist.
2. Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivrohr (28) im Bereich des optischen Elements (38) eine Durchbrechung (42) aufweist, wobei insbesondere bei Anordnung des optischen Elements (38) in dem Objektivrohr (28) im Bereich der Durchbrechung (42) das optische Element (38) mit einer inneren Mantelfläche (32) des Ob- jektivrohrs (28) nicht in Kontakt gebracht ist oder bringbar ist, oder dass das Objektivrohr (28) im Bereich des optischen Elements (38) und/oder im Bereich der Fassung (36) eine Durchbrechung (42) aufweist, wobei insbesondere bei Anordnung der Fassung (36) mit dem optischen Elements (38) in dem Objektivrohr (28) im Bereich der Durchbrechung (42) die Fassung (36) des optischen Elements (38) mit einer inneren Mantelfläche (32) des Objektivrohrs (28) nicht in Kontakt gebracht ist oder bringbar ist.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechung (42) im Objektivrohr (28) als ein Spalt oder Schlitz (40) ausgebildet ist.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechung (42) im Objektivrohr (28) für das optische Element (38) bezogen auf die Längserstreckung des Objektivrohrs (28) zwischen zwei Schl itzverbindungsbereichen des Objektivrohrs (28) ausgebildet ist.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der zwei Schl itzverbindungsbereiche jeweils als Schweißnaht (40) ausgebildet ist.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (40) oder die Schweißnähte (40) durch Laserschweißen ausgebildet sind .
Abbildungseinheit (20) für ein chirurgisches Instrument (2) mit einem zwei Kopfenden aufweisenden Hülsenrohr (22) zur Aufnahme eines wenigstens ein optisches Element (38) aufnehmenden Objektivrohrs (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfenden (52.1 , 52.2) des Hülsenrohrs (22) rohrförmig ausbildet sind und die beiden Kopfenden (52.1 , 52.2) des Hülsenrohrs (22) mittels wenigstens einem Verbindungssteg (60) miteinander verbunden sind .
8. Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfenden (52.1 , 52.2) des Hülsenrohrs (22) mittels mehrerer Verbindungsstege (60) miteinander verbunden sind .
9. Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Hülsenrohrs (22) zwischen zwei benachbarten Verbindungsstegen (60) ein Freiraum oder eine Aussparung ausgebildet ist.
1 0. Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Hülsenrohrs (22) die Breite eines oder der Verbindungsstege (60) größer ist als die Breite des Freiraums oder die Breite der Aussparung zwischen zwei benachbarten Verbindungsstegen (60).
Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Verbindungsstege (60) in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse des Hülsenrohrs (22) biegbar oder gebogen sind .
Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hülsenrohr (22) ein Objektivrohr (28) mit einem optischen Element (38) aufgenommen ist.
1 3. Chirurgisches Instrument (2) mit einer Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 2.
14. Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit (20) für ein chirurgisches Instrument (2), wobei die Abbildungseinheit (20) ein Hülsenrohr (22), ein im Hülsenrohr (22) angeordnetes Objektivrohr (28) aufweist, wobei im Objektivrohr (28) ein optisches Element (38) aufgenommen ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- a.) das optische Element (38) wird in das mit einem Längsschl itz versehene Objektivrohr (28) eingesetzt oder das optische Element (38) ist in einer Fassung (36) aufgenommen und wird mit der Fassung (36) in das mit ei- nem Längsschlitz versehene Objektivrohr (28) eingesetzt,
- b.) nach Einsetzen des optischen Elements (38) oder nach Einsetzen des in der Fassung (36) aufgenommenen optischen Elements (38) in das Objektivrohr (28) wird der Durchmesser des Objektivrohrs (28) verringert und/oder das optische Element (38) oder die Fassung (36) des optischen Elements (38) in dem Objektivrohr (28) verspannt und - c.) anschließend wird das Objektivrohr (28) in das Hülsenrohr (22) eingebracht.
1 5. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einsetzen des optischen Elements (38) in das Objektiv- rohr (28) der Längsschlitz des Objektivrohrs (28) durch Verschweißen teilweise in Längsrichtung geschlossen wird .
6. Verfahren nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsschlitz des Objektivrohrs (28) im Bereich des optischen Elements (38) nicht verschweißt ist oder wird und außerhalb des Bereichs des optischen Elements (38) verschweißt ist oder wird oder dass der Längsschlitz des Objektivrohrs (28) im Bereich der Fassung (36) des optischen Elements (38) nicht verschweißt ist oder wird und außerhalb des Bereichs der Fassung (36) verschweißt ist oder wird . 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivrohr (28) in das Hülsenrohr (22) eingebracht wird, wobei das Hülsenrohr (22) für das Objektivrohr (28) zwei rohrförmige Kopfenden (52.1 , 52.2) aufweist und die beiden Kopfenden (52.1 , 52.2) des Hülsenrohrs (22) mittels wenigstens einem Verbindungssteg (60) oder mittels mehrerer Verbindungsstege (60) miteinander verbunden sind . 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
EP18743427.9A 2017-07-24 2018-07-10 Abbildungseinheit für ein chirurgisches instrument und verfahren zum herstellen einer abbildungseinheit Withdrawn EP3658001A1 (de)

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