EP4346543A1 - Endoskop mit düsenelement zur reinigung eines linsenelementes - Google Patents

Endoskop mit düsenelement zur reinigung eines linsenelementes

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Publication number
EP4346543A1
EP4346543A1 EP22733370.5A EP22733370A EP4346543A1 EP 4346543 A1 EP4346543 A1 EP 4346543A1 EP 22733370 A EP22733370 A EP 22733370A EP 4346543 A1 EP4346543 A1 EP 4346543A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens element
distal
nozzle
curved lens
nozzle opening
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.)
Pending
Application number
EP22733370.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tilman Schroeter
Stefan Kolberg
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.)
Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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 Hoya Corp filed Critical Hoya Corp
Publication of EP4346543A1 publication Critical patent/EP4346543A1/de
Pending 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
    • A61B1/00091—Nozzles
    • 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
    • A61B1/12—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 with cooling or rinsing arrangements
    • A61B1/126—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 with cooling or rinsing arrangements provided with means for cleaning in-use
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0006—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means to keep optical surfaces clean, e.g. by preventing or removing dirt, stains, contamination, condensation

Definitions

  • the invention relates to an endoscope with a nozzle element for cleaning a Linsesele Mentes. More specifically, the invention relates to an endoscope with a distal housing element having a lens element and a nozzle element for cleaning the surface of the lens element.
  • An endoscope is inserted into a patient for examination or surgery.
  • the area around the endoscope can be illuminated by a light emission from the endoscope.
  • the illuminated environment can be viewed using a camera.
  • the light recorded by the camera is incident via a lens element which is arranged on a housing element of the endoscope. So that the lens element remains free from contamination, it is also cleaned during use, in that a nozzle element emits a cleaning medium to clean the surface of the lens element.
  • the invention relates to an endoscope with a distal housing element, which has a lens element, and a nozzle element for cleaning the surface of the lens element, the lens element being a curved lens element whose curvature protrudes from the housing element in the distal direction, the nozzle element on the distal side of the distal housing element is disposed adjacent the domed lens element, and the nozzle member has a distal nozzle orifice in the form of an elongate medium dispensing slot directed towards the domed lens element.
  • a curved lens element can be advantageously cleaned in that the nozzle element emits a cleaning medium through the elongated medium discharge slot.
  • the Discharge jet of the cleaning medium is already flat at the nozzle outlet.
  • a laterally widened flow of the cleaning medium is created, which is directed towards the curved lens element.
  • a cleaning jet can thus be directed towards the curved lens element, which is already widened laterally when it hits the curved lens element. The lens element can thus be optimally cleaned.
  • the elongate media output slot can extend transversely to the direction of extension of the endoscope.
  • a medium output slit supplies a cleaning jet which is widened laterally and which has a large extent transversely to the endoscope's direction of extent. If such a laterally widened cleaning jet impinges on a side of the curved lens element which faces the nozzle element, a wide area of the curved lens element and the lateral vicinity of the curved lens element can be swamped by the cleaning jet. The lens element can be cleaned even better as a result.
  • the curved lens element can have an area Fü to be overflown, which is formed at least by the entire free lens surface, the distal nozzle opening having a nozzle opening area Fd, and where the following applies: 30 ⁇ Fu/Fd ⁇ 40 meant, which protrudes from the housing element in which the curved lens element is embedded.
  • the inventors of the present invention found that the ratio of 30 ⁇ Fu/Fd ⁇ 40 of the surface area Fü of the lens element to be overflowed to the nozzle opening area Fd of the nozzle element results in a fluid flow that particularly advantageously floods at least the entire free lens surface.
  • the distal nozzle opening may have a width that is less than a width bü of the curved lens element at the proximal edge of the curved lens element.
  • the flow of the fluid discharged from the nozzle member widens toward the lens member, thus the width of the fluid flow becomes wider and can cover at least the entire exposed lens surface. Since the distal nozzle opening can have a width which is smaller than the width bü of the curved lens element at the proximal edge of the curved lens element, a narrower nozzle element can be used which does not have to occupy the entire corresponding width bü of the curved lens element at the proximal edge.
  • the distal nozzle opening can be aligned with the curved lens element in such a way that the flow emerging from the distal nozzle opening is directed approximately tangentially to the proximal edge of the curved lens element. This results in an advantageous overflow men of the free lens surface achieved.
  • the most distal point on the free lens surface (highest of the free lens surface) of the curved lens element is exceeded, the fluid flow does not break off and continues to move on the free lens surface in the direction away from the distal nozzle opening.
  • the section of the free lens surface located on the other side of the nozzle element can also be cleaned well.
  • the flow emerging from the distal nozzle opening can be directed towards the proximal edge of the curved lens element at an angle of -10° ⁇ Ltgü ⁇ +20°, where Ltgü is the tangent of the lens surface of the curved lens element applied to the proximal edge of the curved lens element, a positive angle extending away from the curve lens element at the proximal edge of the curve lens element, and a negative angle extending into the curve lens element at the proximal edge of the curve lens element.
  • the inventors of the present invention found that at -10° ⁇ Ltgü ⁇ +20°, at least the entire free lens surface is particularly advantageously flooded.
  • the distal nozzle opening may be located proximally from the proximal edge of the curved lens element.
  • the nozzle element does not protrude beyond the curved lens element in the distal direction. The introduction of the endoscope is thus not impaired by the nozzle element.
  • the distal nozzle opening can be spaced from the proximal edge of the curved lens element by a distance L, the distance L being less than or equal to half the width bü of the curved lens element at the proximal edge of the curved lens element.
  • This distance L results in an advantageous widening of the discharged fluid jet, which has reached a width (lateral extent) when it hits the proximal edge of the curved lens element, which corresponds to the width of the proximal edge of the curved lens element. After the fluid flow has passed the proximal edge of the curved lens element, it widens to flood at least the entire free lens surface.
  • the lens element can be a curved lens element whose curvature is spherical or aspherical. Irrespective of the shape of the free lens surface, the lens element can advantageously be flooded.
  • the distal nozzle opening can form a single distal opening of the nozzle element. Multiple openings are not required on a nozzle element. Furthermore, several nozzle elements are not required. Only the single distal opening of the nozzle element accomplishes the advantageous cleaning of the curved lens element.
  • the curved lens element can have the overflowable area Fü, which is formed by the entire free lens surface, and the overflowable area Fü can be larger than a quarter of the endoscope cross-sectional area Fe on the distal housing element. Even with this size, at least the entire free lens surface of the curved lens element can be overflowed.
  • the fluid flow can also be wider and cover edge areas of the distal side of the distal housing element adjacent to the curved lens element which border on the curved lens element. Thus, even the edge areas of the free lens surface adjoining the distal side of the distal housing element are cleaned well.
  • the distal nozzle orifice in the form of an elongated medium dispensing slot, may have a width bd and a height hd, where hd ⁇ bd.
  • the distal nozzle opening is thus wider than it is high and has a very small height. This requires only a small nozzle member protruding slightly from the distal side of the distal housing member to advantageously clean the domed lens member.
  • the distal nozzle opening in the form of an elongate medium discharge slot can have a width bd and a height hd, where the following applies: hd ⁇ 1 mm ⁇ bd.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a distal housing element according to the invention with a lens element and a nozzle element in a first exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the distal housing member of the first embodiment example.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of the housing element of the first exemplary embodiment from the distal side.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a distal housing element according to the invention with a lens element and a nozzle element in a second exemplary embodiment.
  • FIG. 5 shows a schematic top view of the housing element of the second exemplary embodiment from the distal side.
  • Fig. 6 shows a schematic side view of the distal housing element of the second exemplary embodiment.
  • Fig. 7 shows a further schematic top view of the distal side of the Gepuruseele element of the second embodiment.
  • FIG. 8 shows a schematic plan view from the distal side of a distal housing element with a lens element and a nozzle element in a third exemplary embodiment.
  • Fig. 9 shows a further schematic plan view from the distal side of the Gepuruseele element of the third embodiment.
  • Fig. io shows a schematic side view of the distal housing element with the lens element and the nozzle element in the third embodiment.
  • Fig. li shows a further schematic side view of the distal housing element of the third embodiment.
  • FIG. 12 shows a further schematic perspective view of the distal housing element of the third exemplary embodiment.
  • Fig. 13 shows a schematic side view of a distal housing element in a fourth embodiment.
  • the present invention is described in detail below with reference to the drawings using exemplary embodiments. The representations in the drawings are not necessarily shown to scale, but are sometimes exaggerated for better clarity.
  • An endoscope has a proximal handle body (not shown) on which an insertion tube or introducer body (not shown) extending distally from the handle body extends.
  • a distal housing element 10 is formed at the distal end of the insertion tube or insertion body.
  • the distal Ge housing element 10 is, for example, formed like a cylinder.
  • the distal housing element 10 can be designed as a cylinder with a circular cross section or as an oval cylinder, see FIG.
  • the distal housing element 10 has a distal side 12 which faces in the distal direction--ie away from the proximal handle body.
  • the distal side 12 of the distal housing element 10 rises from the edge of the distal housing element 10 towards the inside towards the distal direction, see Figures 1 and 2.
  • the optical system can be accommodated in the distal housing element 10 .
  • the optical system may consist of an image pickup device (a camera lens) and an illumination device.
  • the lighting device illuminates the scene surrounding the distal housing element 10 .
  • An image of this environment can then be recorded by the image recording device.
  • the image pickup device has a wide-angle lens or fish-eye lens to enable a particularly wide field of view.
  • a lens element 20 is therefore arranged on the distal side 12 on the distal housing element 10 .
  • the lens element 20 is arranged at a distal-most portion of the distal side 12 Be.
  • the lens element 20 is a curved lens element whose curvature protrudes from the housing element 10 in the distal direction.
  • the lens element 20 is a curved lens element with spherical curvature. The lens element 20 is thus such a wide-angle lens or fish-eye lens.
  • the lens element 20 is arranged at a distance from the peripheral edge of the distal housing element 10 .
  • the lens element 20 is arranged on the distal side 12 such that the body of the lens element 20 protruding in the distal direction from the distal side 12 is always spaced from the peripheral edge of the distal housing element 10 extended in the distal direction.
  • the lens surface of the lens element 20 can become dirty during use of the endoscope, for example by organic material.
  • a cleaning nozzle is arranged on the distal housing element 10 for cleaning the lens surface of the lens element 20 .
  • the cleaning nozzle is supplied with a cleaning medium, which is discharged from the cleaning nozzle, from the proximal side via a medium channel (not shown). Water, air or another suitable compatible cleaning medium can be used as the cleaning medium. The release of the cleaning medium can be controlled as required.
  • the cleaning nozzle has a nozzle element 30 which is arranged on the distal side of the distal housing element 10 Ge.
  • the nozzle element 30 is arranged adjacent to and spaced from the lens element 20 .
  • the nozzle element 30 is arranged on the distal side 12 .
  • the nozzle element 30 has a nozzle opening 31 which is directed towards the lens element 20 .
  • the nozzle opening 31 is formed as an elongated medium dispensing slot, see FIG. 1.
  • the elongated medium dispensing slot extends transversely to the direction of extension of the distal housing element 10 and transversely to the direction of extension of the endoscope.
  • the elongated medium discharge slot extends transversely to the central axis of the distal housing element 10.
  • the medium channel extends through the endoscope and opens out on the distal side 12 in the nozzle element 30.
  • the nozzle element 30 has a side wall 32 which is open on the side facing the lens element 20 .
  • the side of the side wall 32 open to the lens element 20 forms the nozzle opening 31.
  • the side wall 32 protrudes from the distal side 12 in the distal direction. In other words, the side wall 32 stands on the distal side 12 of the distal housing element 10.
  • the side wall 32 is covered by a nozzle roof 33 on the distal side.
  • the edge of the nozzle roof 33 pointing towards the lens element 20 forms the upper (distal) delimitation of the nozzle opening 31.
  • the lateral sides of the nozzle opening 31 are each delimited by a section of the side wall 32.
  • the lower (proximal) boundary of the nozzle opening 31 is formed by the distal side 12 of the distal housing element 10 .
  • the upper (distal) Be boundary of the nozzle opening 31 is straight.
  • the lower (proximal) boundary of the nozzle opening 31 is curved towards the distal side, ie inwards - towards the nozzle roof 33 - curved. So the lower (proximal) boundary of the nozzle opening 31 is concave.
  • the concavity of the lower limit of the nozzle opening 31 results from the shape of the distal side 12, which rises from the edge of the distal housing element 10 toward the center in the distal direction.
  • the nozzle opening 31 thus forms a single distal opening of the nozzle element 30 in the form of a slit.
  • the slit is elongated and extends transversely to the axis of the distal housing element 10.
  • the nozzle opening surface normal of the nozzle opening 31 is directed towards the lens element 20, see the arrow in Figure 3. If the center of the slit of the nozzle opening 31 and the center of the curved lens element 20 is connected by a straight line, this straight line is perpendicular to the extension surface of the slot of the nozzle opening 31. At the outlet of the nozzle element 30, the nozzle opening 31 is narrow.
  • the distal nozzle opening 31 is arranged proximally from the proximal edge of the curved lens element 20, see Figure 2.
  • the proximal edge of the curved lens element 20 means the proximal part of the lens element 20, which in the distal direction extends from the distal side 12 protrudes.
  • the nozzle roof 33 and in particular the edge of the nozzle roof 33 delimiting the nozzle opening 31, is arranged proximally from the proximal edge of the curved lens element 20.
  • the nozzle element 30 is spaced from the lens element 20 .
  • the nozzle opening 31 is at a distance L from the proximal edge of the curved lens element 20.
  • the distance L is measured in the outflow direction Lü of the fluid discharged from the nozzle element 30, i.e. perpendicular to the cross-sectional area of the nozzle opening 31.
  • the lens element 20 has an area Fü over which the flow is to flow, with a width bü, the width bü being measured at the proximal edge of the curved lens element 20 .
  • the inventors of the present invention have made considerations and performed simulations to find an optimized structure with the nozzle element 30 and the lens element 20 .
  • housing element 10, lens element 20 and nozzle element 30 designed according to the invention showed advantageous results for the delivery of water even with the usual pressures, speeds and volume flows.
  • the almost hemispherical free lens surface of the lens element 20 projects in the distal direction from the proximal edge of the lens element 20 Rich.
  • the slit of the nozzle opening 31 has a width bd and a height hd, see FIG.
  • the open area of the nozzle opening 31 is Fd.
  • the width bd has a larger dimension than the height hd. Good results when the nozzle element 30 washes over the lens surface of the lens element 20 are shown when the direction and angle of the flow exiting the nozzle opening 31 are taken into account.
  • FIG. 2 shows, in a side view, the direction and angle of a flow discharged from the cleaning nozzle.
  • the tangent of the lens surface of the curved lens element 20 applied to the proximal edge of the curved lens element 20 is denoted by Ltgü.
  • the outflow direction of the fluid discharged from the nozzle element 30 perpendicular to the cross-sectional area of the nozzle opening 31 and running through the geometric center of the cross-sectional area of the nozzle opening 31 is assumed to be the direction of the exiting flow Lü, see Figure 2.
  • the flow emerging from the distal nozzle opening 31 is directed to the proximal edge of the curved lens element 20 .
  • the direction of the exiting flow to a tangent Ltgü on the proximal edge of the curved lens element 20 assumes an angle of -10° ⁇ Ltgü ⁇ +20°, with a positive angle at the proximal edge of the curved lens element 20 from the curved lens element 20 away, and a negative angle extends into the curved lens element 20 at the proximal edge of the curved lens element 20 TES.
  • the angle of the emerging from the distal nozzle opening flow relative to the tangent at the edge of the curved Linseele Mentes to the lens surface of the curved lens element 20 is determined by the inclination of the nozzle roof 33 relative to the axis of the distal housing element 10, among other things. In other words, this is the inclination of the nozzle roof 33 relative to the distal side 12 of the distal housing element 10.
  • the nozzle roof 33 is inclined by 5 ° relative to the distal side 12 of the distal housing element 10.
  • the nozzle roof 33 is particularly advantageously inclined by 10° relative to the distal side 12 of the distal housing element 10 .
  • the cleaning nozzle with the nozzle element 30 is supplied with a cleaning medium from the proximal side.
  • the pressurized cleaning medium reaches the interior of the nozzle element 30.
  • the interior of the nozzle element 30 is delimited laterally by the side wall 32 and delimited on the distal side by the nozzle roof 33. Only the elongated, i.e. slit-like nozzle opening 31 allows the cleaning medium to escape. In this way, the cleaning medium in the interior of the nozzle element 30 undergoes a change in direction towards the lens element 20 .
  • nozzle opening 31 is designed as a slit, a flow that is adapted to the shape of the nozzle opening 31, i.e., a flow that is wide and limited in height by the dimension hd, is discharged from the nozzle opening 31.
  • the distal nozzle orifice 31 is spaced a distance L from the proximal edge of the curved lens element 20 .
  • the flow of cleaning medium discharged from the nozzle opening 31 increases in width in a region after it emerges from the nozzle opening 31 as the distance from the nozzle opening 31 increases.
  • the flow of the cleaning medium discharged from the nozzle opening 31 reaches the proximal edge of the lens element 20 pointing to the nozzle element 30, the flow of the cleaning medium has assumed a width which encompasses at least the entire proximal edge of the lens element 20, bül in Figure 3 As the flow further advances, the width of the flow widens to reach a wider area at a first third of the lens element 20, covering the first third of the lens element 20 with a width bÜ2 starting from the proximal edge of the lens element 20.
  • the width of the flow widens even further, so that when it reaches the center of the lens element 20 it covers at least the maximum width of the surface bü to be flown over.
  • the lens element 20 could be flowed over with the usual pressures and speeds for the cleaning medium (such as water) for endoscopes at locations (e.g. hospital, doctor's office, etc.) by using the surface tension of the liquid. Effective cleaning even of the portion of the lens surface of the lens element 20 facing away from the nozzle element 30 was made possible.
  • the cleaning medium such as water
  • Air is now blown to the lens element 20 from the same nozzle element 30 in order to dry the lens surface of the lens element 20 .
  • the cleaning nozzle with the nozzle element 30 is supplied with air from the proximal side.
  • the pressurized air enters the interior of the nozzle element 30.
  • the interior of the nozzle element 30 has the elongated, i.e. slit-like nozzle opening 31 as the narrowest point (constriction) and allows the air to escape. Due to the construction of the nozzle opening 31 as a slit, an air flow adapted to the shape of the nozzle opening 31, i.e. a wide air flow limited in height by the dimension hd, is discharged from the nozzle opening 31.
  • the air flow discharged from the nozzle opening 31 broadens in a region after exiting from the nozzle opening 31 as the distance from the nozzle opening 31 increases.
  • the airflow has assumed a width that encompasses at least the entire proximal edge of the lens element 20, bul in Figure 3 Air flow, the width of the air flow further widens to reach a wider area at a first third of the lens element 20, covering the first third of the lens element 20 with a width bÜ2 from the proximal edge of the lens element 20.
  • the width of the air flow widens even further, so that when it reaches the center of the lens element 20 it covers at least the maximum width of the surface bü to be flown over.
  • the lens element 20 can be flown with air both uniformly and over its entire lens surface and can therefore be dried.
  • Figures 4 to 7 show an advantageous flow behavior in a structure according to the invention.
  • the present exemplary embodiment examines the effect of a specific construction example in a concrete construction which led to the flow behavior of FIGS. 4 to 7.
  • the present exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that a working channel 40 is provided in the distal housing element 10 .
  • a hose or channel-like working channel member 41 is provided in the endoscope so that it extends from the proximal side to the distal housing member 10 and is open at the distal side of the distal housing member 10 .
  • the interior of the Häkanalele element 41 forms the working channel 40 through which instruments can be guided.
  • the opening of the working channel element 41 on the distal side of the distal housing element 10 forms a distal working channel opening.
  • the working channel element 41 can end proximally from the distal working channel opening and open into a working channel section which is formed in the distal housing element 10 .
  • the distal working channel opening of the working channel 40 opens out on the distal side of the distal housing element 10 at a location which is adjacent to the curved lens element 20 of the first exemplary embodiment.
  • the nozzle element 30 of the first exemplary embodiment is arranged proximally from the curved lens element 20 .
  • the nozzle member 30 is arranged on the distal side of the distal housing member 10 such that the distal nozzle opening 31 is directed toward the center of the lens surface of the curved lens member 20 projecting toward the distal side.
  • the distal nozzle opening 31 is spaced from the pro xmal edge of the curved lens element 20 by the distance L.
  • FIGS. 4 to 7 The fluid flow is shown in FIGS. 4 to 7 by means of fluid flow lines.
  • the fluid flow lines indicate the path of fluid flow from the interior of nozzle member 30 to overflow the free lens surface of the lens element 20.
  • the direction of the fluid flow lines shows the direction of fluid flow.
  • the flow rate in the emitted beam was distributed relatively evenly in the area of the free lens surface of the lens element 20 over which the flow was flowing, as can be seen from a few wide gradient lines along the beam.
  • the fluid was conveyed to the nozzle member 30 by a pump, not shown.
  • the fluid hit the nozzle roof 33 in the interior of the nozzle element 30.
  • the direction of the fluid was changed to the outlet, ie to the distal nozzle opening 31.
  • the fluid left the nozzle element 30 through the distal nozzle opening 31 and moved along the sloping distal surface on the distal side 12 of the housing element 10 towards the lens element 20.
  • the fluid flow expanded slightly laterally, as is shown in FIGS. 4, 5 and 7.
  • the fluid flow Upon arrival at the proximal edge of the lens element 20 pointing to the nozzle element 30, the fluid flow had assumed a lateral spread which occupied the entire proximal edge of the lens element 20 pointing to the nozzle element 30.
  • the fluid flow now rose on the curved free lens surface of the lens element 20 and widened laterally and flowed over the entire half of the lens element 20 pointing towards the nozzle element 30.
  • the fluid After flowing over the center point of the free lens surface of the lens element, which protruded furthest in the distal direction 20, the fluid continued to flow adhering to the free lens surface of the lens element 20 due to the laminar flow, see Figure 6.
  • the fluid reliably flowed over at least the free lens surface of the lens element 20 and partly also the edge sections of the distal edge bordering on the free lens surface of the lens element 20 Side 12 of housing element 10.
  • the fluid flow lines are shown crossing lines of equal velocity of fluid flow. It can thus be seen that the fluid on arrival at the proximal edge of the lens element 20 pointing towards the nozzle element 30 had a higher velocity at the edge areas of the fluid flow than in the center of the fluid flow directed towards the center of the free lens surface of the lens element 20 .
  • connection pressure of the supplied air was used for the connection pressure of the supplied air.
  • the endoscope was connected to a compressed air connection that corresponded to a normal compressed air connection in hospitals/doctors' surgeries etc.
  • the endoscope used had a medium channel of the usual size with a flow cross section.
  • Lens elements 20 of different widths bü (and corresponding areas Fü) were combined with nozzle elements 30 of different nozzle opening areas Fd (width bD and height hD) and investigated in simulations in order to find out which combinations deliver advantageous overflow results.
  • overflow of lens element 20 was incomplete in the following configurations.
  • the overflowed area must be at least 30X and at most 40X larger than the opening area of the nozzle.
  • the nozzle width must be smaller than the overflow width, see (1).
  • the nozzle cross-section can be almost square if the nozzle opening height h D is slightly smaller than the nozzle opening width bD, see (4)
  • lens elements with 5.0 mm > bü resulted in a less suitable field of view, and lens elements with bü > 9.0 mm led to an unfavorable lens diameter in relation to the endoscope diameter.
  • the third embodiment uses a different nozzle member 130 instead of the nozzle member 30 of the first and second embodiments.
  • the other structure is the same as in the second embodiment.
  • the nozzle element 130 is net angeord on the distal side 12 of the distal housing element 10 .
  • the nozzle element 130 is adjacent and spaced apart from the lens element 20 net angeord.
  • the nozzle element 130 has a cylindrical cross section and extends like a tube from the distal side 12 of the distal housing element 10.
  • the nozzle element 130 has a nozzle opening 133 directed toward the lens element 20 .
  • the nozzle orifice 133 is formed as an elongated media dispensing slot, see Figure 11.
  • the elongated medium output slot extends transversely to the direction of extension of the distal Ge housing element 10 and transverse to the direction of endoscope extension. In other words, the elongated medium dispensing slot extends transversely to the central axis of the distal housing element io.
  • the tubular nozzle element 130 has a nozzle roof 132 closing the distal side of the tubular nozzle element 130.
  • the nozzle roof 132 is curved toward the distal side in order to facilitate insertion of the endoscope in the distal direction.
  • the nozzle opening 133 is formed on the outer circumference of the nozzle element 130 proximal to the nozzle roof 132 .
  • the lateral sides of the nozzle opening 133 are each formed by a section of the tubular nozzle element 130 .
  • the lower (proximal) boundary of the nozzle opening 133 is formed by the distal side of the tubular nozzle element 130 .
  • the upper (distal) limit of the nozzle opening 133 is formed by a proximal side of the nozzle roof 132 . At the outlet of the nozzle element 30, the nozzle opening 133 is thus flat.
  • the nozzle opening 133 thus forms a single distal opening of the nozzle member 130 in the form of a slit.
  • the slit is elongated and extends transversely to the axis of the distal housing member 10.
  • the slit of the nozzle orifice 133 is directed toward the center of the lens member 20. If the center of the slit of the nozzle opening 133 and the center of the curved lens element 20 are connected by a straight line, this straight line is perpendicular to the extension surface of the slit of the nozzle opening 133.
  • the distal nozzle opening 133 is arranged opposite the proximal edge of the curved lens element 20, see Figure 11.
  • the flow velocity in the jet emitted was distributed more unevenly in the area of the free lens surface of the lens element 20 over which the flow occurred than in the previous exemplary embodiment, as can be seen from the many narrow gradient lines along the jet.
  • a structure of the third embodiment can be applied to an endoscope, but the structure of the first and second embodiments is preferable.
  • Fig. 13 shows a schematic side view of a distal housing element in a fourth embodiment.
  • the lens element 20 is a curved lens element whose curvature is spherical.
  • the lens element 20 is a curved lens element whose curvature is aspherical.
  • the lens element 20 has a radius r at the center point of the free lens surface pointing to the distal side, see FIG.
  • the radius of the lens element 20 decreases so that a concavity is formed.
  • the concavity of the lens element 20 lies between the distal center point of the free lens surface and the proximal edge of the free lens surface.
  • This aspheric lens element 20 can also be advantageously combined with the nozzle according to the invention from the first to third exemplary embodiments.
  • the almost hemispherical free lens surface of the lens element 20 can have a height of approximately 2 mm in the distal direction from the proximal edge of the lens element 20 in the administrat th embodiments.
  • the lens element 20 can have a surface area of the free lens surface of more than 40 mm 2 .
  • the lens element 20 is arranged at a distance from the peripheral edge of the distal housing element 10 .
  • the invention is not limited to this.
  • the lens element 20 can also be arranged on the peripheral edge of the distal housing element 10 be.
  • the lens element 20 can thus be arranged eccentrically on the distal side 12 when viewed from the distal side.
  • the distal housing element 10 can also be designed in other shapes than a circular cylinder or an oval cylinder in cross section. When inserting the endoscope, it should only be taken into account that the distal housing element 10 does not form an obstacle or prove to be a nuisance.
  • the side walls of the nozzle element 30 can be designed in such a way that they approach towards the distal nozzle opening 31 .
  • a structure in which the cross-sectional area at the distal nozzle opening 31 forms the smallest cross-sectional area in the nozzle member 30 can be provided.
  • the cross-sectional area at the distal nozzle opening 31 is the smallest cross-sectional area in the entire fluid supply system consisting of the nozzle element 30 and the medium channel leading to the nozzle element 30 .
  • the flow rate of the medium at the distal nozzle opening 31, which forms the outlet opening of the nozzle element 30, is maximum.
  • the side walls of the nozzle element 30 can be designed in such a way that they approach the distal nozzle opening 31 evenly.
  • the endoscope can be a rigid or a flexible endoscope.
  • the invention is advantageously applicable to any endoscope that uses illumination and captures images.
  • the invention can be used to clean any nozzle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einem distalen Gehäuseelement (10), das ein Linsenelement (20) aufweist, und einem Düsenelement (30) zur Reinigung der Oberfläche des Linsenelementes. Das Linsenelement (20) ist ein gewölbtes Linsenelement, dessen Wölbung vom Gehäuseelement (10) in distale Richtung vorragt. Das Düsenelement (30) ist an der distalen Seite des distalen Gehäuseelementes benachbart zum gewölbten Linsenelement (20) angeordnet. Das Düsenelement (30) weist eine distale Düsenöffnung (31) in der Form eines länglichen Medi- umausgabeschlitzes auf, der zum gewölbten Linsenelement (20) gerichtet ist.

Description

Beschreibung
Endoskop mit Düsenelement zur Reinigung eines Linsenelementes
Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einem Düsenelement zur Reinigung eines Linsenele mentes. Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Endoskop mit einem distalen Gehäuseele ment, das ein Linsenelement aufweist, und einem Düsenelement zur Reinigung der Oberflä che des Linsenelementes.
Ein Endoskop wird zum Zwecke einer Untersuchung oder eines operativen Eingriffs in einen Patienten eingeführt. Am Zielort der Untersuchung oder auch beim Vorschieben des Endo skops zum Zielort kann die Umgebung des Endoskops durch eine Lichtabgabe vom Endoskop ausgeleuchtet werden. Die beleuchtete Umgebung kann mittels einer Kamera betrachtet wer den. Das durch die Kamera aufgenommene Licht fällt dabei über ein Linsenelement ein, das an einem Gehäuseelement des Endoskops angeordnet ist. Damit das Linsenelement frei von Verschmutzungen bleibt, wird es auch während des Einsatzes gereinigt, indem ein Düsenele ment ein Reinigungsmedium zur Reinigung der Oberfläche des Linsenelementes abgibt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Endoskop mit einem Düsenelement zur Reinigung eines Linsenelementes zu schaffen, das hohen Ansprüchen genügt und bei dem das Linsenelement optimal gereinigt werden kann.
Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Endoskop mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einem distalen Gehäuseelement, das ein Linsenele ment aufweist, und einem Düsenelement zur Reinigung der Oberfläche des Linsenelementes, wobei das Linsenelement ein gewölbtes Linsenelement ist, dessen Wölbung vom Gehäuseele ment in distale Richtung vorragt, das Düsenelement an der distalen Seite des distalen Gehäu seelementes benachbart zum gewölbten Linsenelement angeordnet ist, und das Düsenelement eine distale Düsenöffnung in der Form eines länglichen Mediumausgabeschlitzes aufweist, der zum gewölbten Linsenelement gerichtet ist.
In diesem Endoskop kann sogar ein gewölbtes Linsenelement vorteilhaft gereinigt werden, in dem das Düsenelement durch den länglichen Mediumausgabeschlitz ein Reinigungsmedium abgibt. Indem ein länglicher Mediumausgabeschlitz am Düsenelement genutzt wird, ist der Abgabestrahl des Reinigungsmediums bereits am Düsenausgang flächig. Eine seitlich aufge weitete Strömung des Reinigungsmediums wird kreiert, die zum gewölbten Linsenelement ge richtet wird. Somit kann zum gewölbten Linsenelement ein Reinigungsstrahl gerichtet werden, der bereits beim Auftreffen am gewölbten Linsenelement seitlich geweitet ist. Das Linsenele ment kann dadurch optimal gereinigt werden.
Der längliche Mediumausgabeschlitz kann sich quer zur Endoskoperstreckungsrichtung er strecken. Ein solcher Mediumausgabeschlitz liefert einen seitlich geweiteten Reinigungsstrahl, der quer zur Endoskoperstreckungsrichtung eine große Erstreckung besitzt. Wenn ein solcher seitlich geweiteter Reinigungsstrahl an einer zum Düsenelement weisenden Seite des gewölb ten Linsenelements auftrifft, kann ein breiter Bereich des gewölbten Linsenelements und der seitlichen Umgebung des gewölbten Linsenelements vom Reinigungsstrahl überschwemmt werden. Das Linsenelement kann dadurch noch besser gereinigt werden.
Das gewölbte Linsenelement kann eine zu überströmende Fläche Fü aufweisen, die mindes tens von der gesamten freien Linsenoberfläche gebildet ist, wobei die distale Düsenöffnung eine Düsenöffnungsfläche Fd aufweist, und wobei gilt: 30 < Fü/Fd < 40. Mit freier Linsenober fläche ist die Linsenoberfläche gemeint, die vom Gehäuseelement vorragt, in dem das gewölbte Linsenelement eingebettet ist. Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde heraus gefunden, dass das Verhältnis von 30 < Fü/Fd < 40 der zu überströmende Fläche Fü des Lin senelements zur Düsenöffnungsfläche Fd des Düsenelements eine Fluidströmung ergibt, die besonders vorteilhaft mindestens die gesamte freie Linsenoberfläche überschwemmt.
Die distale Düsenöffnung kann eine Breite haben, die kleiner als eine Breite bü des gewölbten Linsenelementes am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes ist. Die Strömung des vom Düsenelement abgegebenen Fluides weitet sich zum Linsenelement hin aus, somit wird die Breite des Fluidstroms weiter und kann mindestens die gesamte freie Linsenoberfläche bedecken. Da die distale Düsenöffnung eine Breite haben kann, die kleiner als die Breite bü des gewölbten Linsenelementes am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes ist, kann ein schmaleres Düsenelement eingesetzt werden, das nicht die gesamte entsprechende Breite bü des gewölbten Linsenelementes am proximalen Rand einnehmen muss.
Die distale Düsenöffnung kann so zum gewölbten Linsenelement ausgerichtet sein, dass die aus der distalen Düsenöffnung austretende Strömung annähernd tangential zum proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes gerichtet ist. Dadurch wird ein vorteilhaftes Überströ- men der freien Linsenoberfläche erzielt. Beim Überschreiten des am weitesten distal befindli chen Punktes der freien Linsenoberfläche (höchster der freien Linsenoberfläche) des gewölb ten Linsenelementes reißt die Fluidströmung nicht ab und bewegt sich weiter auf der freien Linsenoberfläche in Richtung weg von der distalen Düsenöffnung. Somit kann auch der jen seits des Düsenelementes befindliche Abschnitt der freien Linsenoberfläche gut gereinigt wer den.
Die aus der distalen Düsenöffnung austretende Strömung kann zum proximalen Rand des ge wölbten Linsenelementes unter einem Winkel von -io° < Ltgü < +20° gerichtet sein, wobei Ltgü die am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes angelegte Tangente der Linsen fläche des gewölbten Linsenelementes ist, ein positiver Winkel sich am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes vom gewölbten Linsenelement entfernt, und ein negativer Winkel sich am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes in das gewölbte Linsenelement hin ein erstreckt. Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass bei -io° < Ltgü < +20° besonders vorteilhaft mindestens die gesamte freie Linsenoberfläche über schwemmt wird.
Die distale Düsenöffnung kann proximal vom proximalen Rand des gewölbten Linsenelemen tes angeordnet sein. Somit wird die Fluidströmung zur distalen Seite hin abgegeben. Das Dü senelement ragt nicht in distaler Richtung bis über das gewölbte Linsenelement hinaus. Das Einführen des Endoskops wird somit durch das Düsenelement nicht beeinträchtigt.
Die distale Düsenöffnung kann vom proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes mit ei nem Abstand L beabstandet angeordnet sein, wobei der Abstand L kleiner oder gleich der Hälfte der Breite bü des gewölbten Linsenelementes am proximalen Rand des gewölbten Lin senelementes ist. Bei diesem Abstand L ergibt sich eine vorteilhafte Aufweitung des abgegebe nen Fluidstrahls, der bei Auftreffen am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes eine Breite (laterale Erstreckung) erreicht hat, die der Breite des proximalen Randes des gewölbten Linsenelementes entspricht. Nachdem die Fluidströmung am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes vorbeigetreten ist, weitet sie sich weiter, so dass mindestens die gesamte freie Linsenoberfläche überschwemmt wird.
Das Linsenelement kann ein gewölbtes Linsenelement sein, dessen Wölbung sphärisch oder asphärisch ist. Unabhängig von der Form der freien Linsenoberfläche kann das Linsenelement vorteilhaft überspült werden. Die distale Düsenöffnung kann eine einzige distale Öffnung des Düsenelementes bilden. Es werden nicht mehrere Öffnungen an einem Düsenelement benötigt. Es werden ferner nicht mehrere Düsenelemente benötigt. Lediglich die eine einzige distale Öffnung des Düsenelemen tes bewerkstelligt das vorteilhafte Reinigen des gewölbten Linsenelementes.
Das gewölbte Linsenelement kann die überströmbare Fläche Fü aufweisen, die von der gesam ten freien Linsenoberfläche gebildet ist, und die überströmbare Fläche Fü kann größer als ein Viertel der Endoskopquerschnittsfläche Fe am distalen Gehäuseelement sein. Sogar in dieser Größe kann mindestens die gesamte freie Linsenoberfläche des gewölbten Linsenelementes überströmt werden. Unter mindestens die gesamte freie Linsenoberfläche ist zu verstehen, dass die Fluidströmung auch breiter sein kann und Randbereiche der distalen Seite des dista len Gehäuseelementes benachbart zum gewölbten Linsenelement bedeckt, die an das gewölbte Linsenelement angrenzen. Somit werden sogar die an der distalen Seite des distalen Gehäu seelementes angrenzenden Randbereiche der freien Linsenoberfläche gut gereinigt.
Die distale Düsenöffnung in der Form eines länglichen Mediumausgabeschlitzes kann eine Breite bd und eine Höhe hd haben, wobei gilt: hd < bd. Die distale Düsenöffnung ist somit breiter als hoch und hat eine sehr kleine Höhe. Dadurch wird lediglich ein kleines Düsenele ment benötigt, das geringfügig von der distalen Seite des distalen Gehäuseelementes vorragt, um vorteilhaft das gewölbte Linsenelement zu reinigen.
In einer Weiterentwicklung kann die distale Düsenöffnung in der Form eines länglichen Me- diumausgabeschlitzes kann eine Breite bd und eine Höhe hd haben, wobei gilt: hd < 1 mm < bd.
Die vorstehend erläuterten Aspekte der vorliegenden Erfindung können geeignet kombiniert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Fig. l zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines eründungsgemäßen distalen Ge häuseelementes mit einem Linsenelement und einem Düsenelement in einem ersten Ausfüh rungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht des distalen Gehäuseelementes des ersten Ausfüh rungsbeispiels. Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht von der distalen Seite auf das Gehäuseelement des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen distalen Ge häuseelementes mit einem Linsenelement und einem Düsenelement in einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel.
Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht von der distalen Seite auf das Gehäuseelement des zweiten Ausführungsbeispiels.
Fig. 6 zeigt eine schematische Seitenansicht des distalen Gehäuseelementes des zweiten Aus führungsbeispiels.
Fig. 7 zeigt eine weitere schematische Draufsicht von der distalen Seite auf das Gehäuseele ment des zweiten Ausführungsbeispiels.
Fig. 8 zeigt eine schematische Draufsicht von der distalen Seite auf ein distales Gehäuseele ment mit einem Linsenelement und einem Düsenelement in einem dritten Ausführungsbei spiel.
Fig. 9 zeigt eine weitere schematische Draufsicht von der distalen Seite auf das Gehäuseele ment des dritten Ausführungsbeispiels.
Fig. io zeigt eine schematische Seitenansicht des distalen Gehäuseelementes mit dem Linsen element und dem Düsenelement im dritten Ausführungsbeispiel.
Fig. li zeigt eine weitere schematische Seitenansicht des distalen Gehäuseelementes des drit ten Ausführungsbeispiels.
Fig. 12 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des distalen Gehäuseelementes des dritten Ausführungsbeispiels.
Fig. 13 zeigt eine schematische Seitenansicht eines distalen Gehäuseelementes in einem vier ten Ausführungsbeispiel. Nachstehend ist die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Darstellungen in den Zeichnungen sind dabei nicht unbedingt maßstabgerecht dargestellt, sondern der besseren Übersichtlichkeit mitunter übertrieben gezeigt.
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung beschrieben.
Ein Endoskop weist einen (nicht gezeigten) proximalen Griffkörper auf, an dem ein sich distal vom Griffkörper erstreckender (nicht gezeigter) Einführschlauch oder Einführkörper er streckt. Am distalen Ende des Einführschlauches oder Einführkörpers ist ein distales Gehäu seelement 10 ausgebildet.
Beim Einführen des Einführschlauches oder Einführkörpers in einen zu untersuchenden Kör per wird das Endoskop mit dem distalen Gehäuseelement 10 voran eingeführt. Das distale Ge häuseelement 10 ist beispielsweise zylinderartig ausgebildet. Das distale Gehäuseelement 10 kann als im Querschnitt kreisartiger Zylinder oder ovaler Zylinder, siehe Figur 3, ausgebildet sein.
Das distale Gehäuseelement 10 hat eine distale Seite 12, die in die distale Richtung - also weg vom proximalen Griffkörper - gewandt ist. Vorzugsweise steigt die distale Seite 12 des distalen Gehäuseelements 10 vom Rand des distalen Gehäuseelements 10 zur Innenseite hin zur dista len Richtung an, siehe die Figuren 1 und 2.
Im distalen Gehäuseelement 10 kann ein optisches System untergebracht sein. Das optische System kann aus einer Bildaufnahmeeinrichtung (einem Kameraobjektiv) und einer Beleuch tungseinrichtung bestehen. Die Beleuchtungseinrichtung beleuchtet die das distale Gehäusee lement 10 umgebende Szene. Ein Bild dieser Umgebung kann dann durch die Bildaufnahme einrichtung aufgenommen werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Bildaufnahmeeinrichtung eine Weitwinkel linse oder Fisch-Augen-Linse, um ein besonders weites Sichtfeld zu ermöglichen. An der distalen Seite 12 ist am distalen Gehäuseelement 10 daher ein Linsenelement 20 ange ordnet. Vorzugsweise ist das Linsenelement 20 an einem am weitesten distal gelegenen Be reich der distalen Seite 12 angeordnet. Das Linsenelement 20 ist ein gewölbtes Linsenelement ist, dessen Wölbung vom Gehäuseelement 10 in distaler Richtung vorragt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das das Linsenelement 20 ein gewölbtes Linsenelement mit sphäri scher Wölbung. Das Linsenelement 20 ist somit eine solche Weitwinkellinse oder Fisch-Au- gen-Linse.
Das Linsenelement 20 ist im Ausführungsbeispiel vom Umfangsrand des distalen Gehäusee lements 10 beabstandet angeordnet. Anders ausgedrückt, ist das Linsenelement 20 so an der distalen Seite 12 angeordnet, dass der von der distalen Seite 12 in distale Richtung vorragende Körper des Linsenelements 20 stets zum in distale Richtung verlängerten Umfangsrand des distalen Gehäuseelements 10 beabstandet ist.
Die Linsenoberfläche des Linsenelements 20 kann während des Einsatzes des Endoskops bei spielsweise durch organisches Material verschmutzen. Zur Reinigung der Linsenoberfläche des Linsenelements 20 ist am distalen Gehäuseelement 10 eine Reinigungsdüse angeordnet. Die Reinigungsdüse wird von der proximalen Seite über einen nicht gezeigten Mediumkanal mit einem Reinigungsmedium versorgt, das von der Reinigungsdüse abgegeben wird. Als Rei nigungsmedium kann Wasser, Luft oder ein anderes geeignetes verträgliches Reinigungsme dium angewendet werden. Die Abgabe des Reinigungsmediums ist nach Bedarf steuerbar.
Die Reinigungsdüse weist ein Düsenelement 30 auf, das an der distalen Seite des distalen Ge häuseelementes 10 angeordnet ist. Das Düsenelement 30 ist benachbart und beabstandet zum Linsenelement 20 angeordnet. Das Düsenelement 30 ist an der distalen Seite 12 angeordnet.
Das Düsenelement 30 weist eine Düsenöffnung 31 auf, die zum Linsenelement 20 gerichtet ist. Die Düsenöffnung 31 ist als länglicher Mediumausgabeschlitz gebildet, siehe Figur 1. Der läng liche Mediumausgabeschlitz erstreckt sich quer zur Erstreckungsrichtung des distalen Gehäu seelementes 10 und quer zur Endoskoperstreckungsrichtung. Anders ausgedrückt erstreckt sich der längliche Mediumausgabeschlitz quer zur Mittelachse des distalen Gehäuseelementes 10. Der Mediumkanal erstreckt sich durch das Endoskop und mündet an der distalen Seite 12 im Düsenelement 30. Das Düsenelement 30 weist eine Seitenwand 32 auf, die an der zum Linsenelement 20 weisen den Seite offen ist. Die zum Linsenelement 20 offene Seite der Seitenwand 32 bildet die Dü senöffnung 31. Die Seitenwand 32 ragt von der distalen Seite 12 in die distale Richtung vor. Anders ausgedrückt steht die Seitenwand 32 auf der distalen Seite 12 des distalen Gehäuseele mentes 10.
An der distalen Seite ist die Seitenwand 32 von einem Düsendach 33 bedeckt. Die zum Linse nelement 20 weisende Kante des Düsendaches 33 bildet die obere (distale) Begrenzung der Düsenöffnung 31. Die lateralen Seiten der Düsenöffnung 31 sind jeweils durch einen Abschnitt der Seitenwand 32 begrenzt. Die untere (proximale) Begrenzung der Düsenöffnung 31 ist durch die distale Seite 12 des distalen Gehäuseelementes 10 gebildet. Die obere (distale) Be grenzung der Düsenöffnung 31 ist gerade. Die untere (proximale) Begrenzung der Düsenöff nung 31 ist zur distalen Seite gewölbt, also nach innen - zum Düsendach 33 hin - gewölbt. Also ist die untere (proximale) Begrenzung der Düsenöffnung 31 konkav gewölbt. Die konkave Wölbung der unteren Begrenzung der Düsenöffnung 31 ergibt sich aus der Form der distalen Seite 12, die vom Rand des distalen Gehäuseelements 10 zum Zentrum in die distale Richtung ansteigt.
Die Düsenöffnung 31 bildet somit eine einzige distale Öffnung des Düsenelementes 30 in der Form eines Schlitzes. Der Schlitz ist länglich und erstreckt sich quer zur Achse des distalen Gehäuseelementes 10. Das Düsenöffnungsflächennormal der Düsenöffnung 31 ist zum Linse nelement 20 gerichtet, siehe den Pfeil in Figur 3. Wenn die Mitte des Schlitzes der Düsenöff nung 31 und die Mitte des gewölbten Linsenelementes 20 durch eine Gerade verbunden wird, steht diese Gerade senkrecht zur Erstreckungsfläche des Schlitzes der Düsenöffnung 31. Am Austritt des Düsenelementes 30 ist die Düsenöffnung 31 schmal.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die distale Düsenöffnung 31 proximal vom proxima len Rand des gewölbten Linsenelementes 20 angeordnet, siehe Figur 2. Mit dem proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 ist der proximale Teil des Linsenelementes 20 ge meint, der in distaler Richtung von der distalen Seite 12 vorragt. Somit ist unter von der Seite erfolgender Betrachtung des distalen Gehäuseelements 10 das Düsendach 33, und insbeson dere die die Düsenöffnung 31 begrenzende Kante des Düsendaches 33, proximal vom proxi malen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 angeordnet.
Größenbeziehungen im ersten Ausführungsbeispiel Zum besseren Verständnis der Erfindung sind nachstehend detaillierte Beziehungen zwischen dem Düsenelement 30 und dem Linsenelement 20 erläutert.
Das Düsenelement 30 ist vom Linsenelement 20 beabstandet. Insbesondere hat die Düsenöff nung 31 einen Abstand L zum proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20. Der Ab stand L wird dabei in der Ausströmrichtung Lü des aus dem Düsenelement 30 abgegebenen Fluides gemessen, d.h. senkrecht zur Querschnittsfläche der Düsenöffnung 31.
Das Linsenelement 20 hat eine zu überströmende Fläche Fü in einer Breite bü, wobei die Breite bü am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 gemessen wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Überlegungen vorgenommen und Simulatio nen durchgeführt, um einen optimierten Aufbau mit dem Düsenelement 30 und dem Linsen element 20 aufzufinden.
Die Ergebnisse dieser Überlegungen und Simulationen spiegeln sich in den nachstehend dar gelegten spezifischen Größenangaben und Größenbeziehungen wieder. Detailliertere Ergeb nisse sind im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt.
In den Simulationen wurde die Wirkung beim Abgeben eines Reinigungsmediums (hier wurde Wasser angewendet) zum Waschen des gewölbten Linsenelementes 20 und die Wirkung beim Abgeben von Luft zum Trocknen des gewölbten Linsenelementes 20 angenommen.
Die erfindungsgemäß gestaltete Kombination aus Gehäuseelement 10, Linsenelement 20 und Düsenelement 30 zeigte für die Abgabe von Wasser bereits mit den üblichen Drücken, Ge schwindigkeiten und Volumenströmen vorteilhafte Ergebnisse.
Die nahezu halbkugelige freie Linsenoberfläche des Linsenelements 20 ragt in distaler Rich tung vom proximalen Rand des Linsenelements 20 vor.
Der Schlitz der Düsenöffnung 31 hat eine Breite bd und eine Höhe hd, siehe Figur 1. Die Höhe hd wird an der von der Seitenwand 32 begrenzten Kante der Düsenöffnung 31 gemessen. Die offene Fläche der Düsenöffnung 31 ist Fd. Am Schlitz der Düsenöffnung 31 hat die Breite bd ein größeres Maß als die Höhe hd. Gute Ergebnisse beim Überspülen der Linsenoberfläche des Linsenelements 20 durch das Dü senelement 30 zeigen sich, wenn die Richtung und der Winkel der aus der Düsenöffnung 31 austretenden Strömung berücksichtigt werden.
Figur 2 zeigt in einer Seitenansicht die Richtung und den Winkel einer von der Reinigungsdüse abgegebenen Strömung. Mit Ltgü ist die am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 angelegte Tangente der Linsenfläche des gewölbten Linsenelementes 20 bezeichnet.
Besonders vorteilhafte Überspülergebnisse sind erzielbar, wenn die Richtung der austretenden Strömung Lü zu der am Rand der zu überströmenden Fläche anzulegenden Tangente Ltgü fol genden Winkelbereich einnimmt: -io° < Aü < +200.
Als die Richtung der austretenden Strömung Lü wird die Ausströmrichtung des aus dem Dü senelement 30 abgegebenen Fluides senkrecht zur Querschnittsfläche der Düsenöffnung 31 und verlaufend durch den geometrischen Mittelpunkt der Querschnittsfläche der Düsenöff nung 31 angenommen, siehe Figur 2.
Anders ausgedrückt ist die aus der distalen Düsenöffnung 31 austretende Strömung zum pro ximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 gerichtet. Dabei nimmt die Richtung der austretenden Strömung zu einer am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 an gelegten Tangente Ltgü einen Winkel von -io° < Ltgü < +200 ein, wobei ein positiver Winkel sich am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 vom gewölbten Linsenelement 20 entfernt, und ein negativer Winkel sich am proximalen Rand des gewölbten Linsenelemen tes 20 in das gewölbte Linsenelement 20 hinein erstreckt. Der Winkel der aus der distalen Düsenöffnung austretende Strömung relativ zur Tangente am Rand des gewölbten Linsenele mentes zur Linsenfläche des gewölbten Linsenelementes 20 wird u.a. durch die Neigung des Düsendaches 33 relativ zur Achse des distalen Gehäuseelementes 10 bestimmt. Anders ausge drückt ist dies die Neigung des Düsendaches 33 relativ zur distalen Seite 12 des distalen Ge häuseelementes 10. Vorteilhafterweise ist das Düsendach 33 relativ zur distalen Seite 12 des distalen Gehäuseelementes 10 um 50 geneigt. Besonders vorteilhaft ist das Düsendach 33 rela tiv zur distalen Seite 12 des distalen Gehäuseelementes 10 um io° geneigt.
Funktionsweise Wenn der Anwender beim Einsatz des Endoskops erkennt, dass die Bildqualität des über das Linsenelement 20 aufgenommenen Bildes abnimmt, weil eine Verschmutzung an der Linsen fläche des gewölbten Linsenelementes 20 aufgetreten ist, startet er einen Reinigungsvorgang.
Die Reinigungsdüse mit dem Düsenelement 30 wird von der proximalen Seite mit einem Rei nigungsmedium beliefert. Das mit Druck beaufschlagte Reinigungsmedium gelangt in den In nenraum des Düsenelements 30. Der Innenraum des Düsenelements 30 ist seitlich durch die Seitenwand 32 begrenzt, und an der distalen Seite durch das Düsendach 33 begrenzt. Lediglich die längliche, d.h. schlitzartige Düsenöffnung 31 lässt das Reinigungsmedium entweichen. So mit erfährt das Reinigungsmedium im Innenraum des Düsenelements 30 eine Richtungsum kehr zum Linsenelement 20 hin. Durch den als Schlitz gebildeten Aufbau der Düsenöffnung 31 wird eine an die Form der Düsenöffnung 31 angepasste, d.h. eine breite und in der Höhe durch das Maß hd begrenzte Strömung aus der Düsenöffnung 31 ausgegeben.
Die distale Düsenöffnung 31 ist vom proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 mit einem Abstand L beabstandet angeordnet. Die aus der Düsenöffnung 31 ausgegebene Strö mung des Reinigungsmediums vergrößert in einem Bereich nach dem Austreten aus der Dü senöffnung 31 ihre Breite mit zunehmendem Abstand von der Düsenöffnung 31.
Wenn die aus der Düsenöffnung 31 ausgegebene Strömung des Reinigungsmediums den zum Düsenelement 30 weisenden proximalen Rand des Linsenelements 20 erreicht, hat die Strö mung des Reinigungsmediums eine Breite eingenommen, die mindestens den gesamten pro ximalen Rand des Linsenelements 20 umfasst, bül in Figur 3. Mit weiterem Voranschreiten der Strömung weitet sich die Breite der Strömung, dass sie einen breiteren Bereich an einem ersten Drittel des Linsenelements 20 erreicht, der das erste Drittel des Linsenelements 20 mit einer Breite bÜ2 ausgehend vom proximalen Rand des Linsenelements 20 abdeckt.
Mit weiterem Voranschreiten der Strömung weitet sich die Breite der Strömung noch weiter, so dass sie beim Erreichen des Zentrums des Linsenelements 20 mindestens die maximale Breite der zu überströmenden Fläche bü bedeckt.
Hierbei zeigt sich, dass die Überströmungsgeschwindigkeit AVo gemäß Figur 3 sich so verhält, dass die Differenz der Überströmungsgeschwindigkeit AVÜ= Vümax - Vümin gemessen entlang jeder Breite nlinie bm, bü2, bü3 ... büi höchstens 20% von der mittleren Überströmungsgeschwin digkeit beträgt. Somit gilt für die Überströmungsgeschwindigkeit AVo: -20 % < ÄVÜ > + 20%. Somit kann das Linsenelement 20 trotz seiner gewölbten Form sowohl gleichmäßig als auch an seiner gesamten Linsenoberfläche beströmt und daher gereinigt werden.
Es konnte das Linsenelement 20 mit der für Endoskope an Einsatzorten (z.B. Krankenhaus, Arztpraxis etc.) üblichen Drücken und Geschwindigkeiten für das Reinigungsmedium (wie z.B. Wasser) überströmt werden, indem die Oberflächenspannung der Flüssigkeit genutzt wurde. Ein effektives Reinigen sogar auch des zum Düsenelement 30 abgewandten Abschnittes der Linsenoberfläche des Linsenelements 20 wurde ermöglicht.
Nachdem beim Überströmen der Linsenoberfläche des Linsenelements 20 die Verunreinigung entfernt worden ist, wird das Ausgeben des Reinigungsmediums angehalten.
Aus dem gleichen Düsenelement 30 wird nun Luft zum Linsenelement 20 geblasen, um die Linsenoberfläche des Linsenelements 20 zu trocknen.
Die Reinigungsdüse mit dem Düsenelement 30 wird von der proximalen Seite mit Luft belie fert. Die mit Druck beaufschlagte Luft gelangt in den Innenraum des Düsenelements 30. Der Innenraum des Düsenelements 30 hat die längliche, d.h. schlitzartige Düsenöffnung 31 als schmälste Stelle (Einschnürung) und lässt die Luft entweichen. Durch den als Schlitz gebilde ten Aufbau der Düsenöffnung 31 wird eine an die Form der Düsenöffnung 31 angepasste, d.h. eine breite und in der Höhe durch das Maß hd begrenzte Luftströmung aus der Düsenöffnung 31 ausgegeben.
Die aus der Düsenöffnung 31 ausgegebene Luftströmung verbreitert in einem Bereich nach dem Austreten aus der Düsenöffnung 31 mit zunehmendem Abstand von der Düsenöffnung 31·
Wenn die Spitze der aus der Düsenöffnung 31 ausgegebenen Luftströmung den zum Düsenele ment 30 weisenden proximalen Rand des Linsenelements 20 erreicht, hat die Luftströmung eine Breite eingenommen, die mindestens den gesamten proximalen Rand des Linsenelements 20 umfasst, bül in Figur 3. Mit weiterem Voranschreiten der Luftströmung weitet sich die Breite der Luftströmung weiter so, dass sie einen breiteren Bereich an einem ersten Drittel des Linsenelements 20 erreicht, der das erste Drittel des Linsenelements 20 mit einer Breite bÜ2 ausgehend vom proximalen Rand des Linsenelements 20 abdeckt. Mit weiterem Voranschreiten der Luftströmung weitet sich die Breite der Luftströmung noch weiter, so dass sie beim Erreichen des Zentrums des Linsenelements 20 mindestens die maxi male Breite der zu überströmenden Fläche bü bedeckt.
Hierbei zeigt sich, dass die Überströmungsgeschwindigkeit AVo gemäß Figur 3 sich so verhält, dass die Differenz der Überströmungsgeschwindigkeit AVÜ= Vümax - Vümin gemessen entlang jeder Breitenlinie bm, bü2, bü3 ... büi höchstens 20% von der mittleren Überströmungsgeschwin digkeit beträgt. Somit gilt für die Überströmungsgeschwindigkeit AVo: -20 % < AVÜ > + 20%.
Somit kann das Linsenelement 20 trotz seiner gewölbten Form sowohl gleichmäßig als auch an seiner gesamten Linsenoberfläche mit Luft beströmt und daher getrocknet werden.
Es konnte das Linsenelement 20 mit hoher Geschwindigkeit überströmt werden, ohne dass die Luftströmung an der Linsenoberfläche abhob.
Ein effektives Trocknen sogar auch des zum Düsenelement 30 abgewandten Abschnittes der Linsenoberfläche des Linsenelements 20 wurde ermöglicht.
Im nachstehenden zweiten Ausführungsbeispiel ist dieser vorteilhafte Überströmungseffekt noch ausführlicher dargelegt.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Figuren 4 bis 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen ein vorteilhaftes Strömungsverhalten bei einem erfindungsgemäßen Aufbau.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel untersucht die Wirkung eines spezifischen Aufbaubei spiels bei einem konkreten Aufbau, der zum Strömungsverhalten der Figuren 4 bis 7 führte.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel da rin, dass im distalen Gehäuseelement 10 ein Arbeitskanal 40 vorgesehen ist. Ein schlauch- oder kanalartiges Arbeitskanalelement 41 ist im Endoskop so vorgesehen, dass es sich von der proximalen Seite bis zum distalen Gehäuseelement 10 erstreckt und an der distalen Seite des distalen Gehäuseelements 10 offen ist. Der Innenraum des Arbeitskanalele ments 41 bildet den Arbeitskanal 40, durch den Instrumente geführt werden können. Die Öff nung des Arbeitskanal elements 41 an der distalen Seite des distalen Gehäuseelements 10 bildet eine distale Arbeitskanalöffnung.
Alternativ kann das Arbeitskanalelement 41 proximal von der distalen Arbeitskanalöffnung enden und in einen Arbeitskanalabschnitt münden, der im distalen Gehäuseelement 10 ge formt ist.
Die distale Arbeitskanal Öffnung des Arbeitskanals 40 mündet an der distalen Seite des distalen Gehäuseelements 10 an einem Ort, der benachbart zum gewölbten Linsenelement 20 des ers ten Ausführungsbeispiels ist.
Proximal vom gewölbten Linsenelement 20 ist das Düsenelement 30 des ersten Ausführungs beispiels angeordnet.
Das Düsenelement 30 ist an der distalen Seite des distalen Gehäuseelements 10 so angeordnet, dass die distale Düsenöffnung 31 zum Mittelpunkt der zur distalen Seite vorragenden Linsen fläche des gewölbten Linsenelements 20 gerichtet ist. Die distale Düsenöffnung 31 ist zum pro ximalen Rand des gewölbten Linsenelements 20 mit dem Abstand L beabstandet.
Konkreter Aufbau, der zum Strömungsverhalten der Figuren 4 bis 7 führte
Geometrische Angaben
L = 3 mm bü = 6,4 mm hD = 0,46 mm bD = 2,7 mm
Bei diesem Endoskop mit dem vorstehend erläuterten Aufbau ergab sich eine vorteilhafte Flu idabgabe aus dem Düsenelement 30 zum Trocknen des Linsenelements 20. Die Fluidströmung ist in den Figuren 4 bis 7 anhand von Fluidströmungslinien gezeigt. Die Fluidströmungslinien geben den Verlauf der Fluidströmung vom Inneren des Düsenelements 30 zum Überströmen der freien Linsenfläche des Linsenelements 20 an. Die Richtung der Fluidströmungslinien zeigt die Richtung der Fluidströmung. Wie in den Figuren 4 bis 7 erkennbar, war die Strö mungsgeschwindigkeit im ausgegebenen Strahl im Bereich der überströmten freien Linsenflä che des Linsenelementes 20 relativ gleichmäßig verteilt, wie an wenigen weiten Gradientenli nien entlang des Strahls zu erkennen ist.
Insbesondere wurde das Fluid zum Düsenelement 30 durch eine nicht gezeigte Pumpe geför dert. Das Fluid traf im Inneren des Düsenelements 30 auf das Düsendach 33. Am Düsendach 33 wurde die Richtung des Fluides zum Ausgang also zur distale Düsenöffnung 31 geändert. Eingegrenzt von den Seitenwänden 32, dem Düsendach 33 und der schrägen distalen Fläche an der distalen Seite 12 des Gehäuseelementes 10 verließ das Fluid das Düsenelement 30 durch die distale Düsenöffnung 31 und bewegte sich entlang der schrägen distalen Fläche an der dis tale Seite 12 des Gehäuseelementes 10 zum Linsenelement 20 hin. Dabei weitete sich die Flu idströmung leicht seitlich aus, wie dies in den Figuren 4, 5 und 7 gezeigt ist. Beim Eintreffen am proximalen zum Düsenelement 30 weisenden Rand des Linsenelementes 20 hatte die Flu idströmung eine seitliche Ausbreitung angenommen, die den gesamten proximalen zum Dü senelement 30 weisenden Rand des Linsenelementes 20 einnahm. Die Fluidströmung stieg nun an der gewölbten freien Linsenfläche des Linsenelementes 20 auf und weitete sich seitlich weiter aus und überströmte die gesamte zum Düsenelement 30 weisende Hälfte des Linsen elementes 20. Nach dem Überströmen des am weitesten in die distale Richtung vorragenden Mittelpunkts der freien Linsenfläche des Linsenelementes 20 strömte das Fluid an der freien Linsenfläche des Linsenelementes 20 aufgrund der laminaren Strömung anhaftend weiter, siehe Figur 6. Das Fluid überströmte zuverlässig mindestens die freie Linsenfläche des Linse nelementes 20 und teilweise auch die an die freie Linsenfläche des Linsenelementes 20 an grenzenden Randabschnitte der distalen Seite 12 des Gehäuseelementes 10.
In den Figuren 4 bis 7 sind zusätzlich zu den Fluidströmungslinien die Fluidströmungslinien kreuzend Linien gleicher Geschwindigkeit der Fluidströmung gezeigt. Somit ist erkennbar, dass das Fluid bei Ankunft am proximalen zum Düsenelement 30 weisenden Rand des Linse nelementes 20 an den Randbereichen der Fluidströmung eine höhere Geschwindigkeit als im zum Mittelpunkt der freien Linsenfläche des Linsenelementes 20 gerichteten Zentrum der Flu idströmung hatte.
Bei der Simulation der Figuren 4 bis 7 wurde das Endoskop so gehalten, dass das distale Ge häuseelement 10 aufrecht stand und das Linsenelement 20 nach oben zeigte. Weitergehende Untersuchungen zeigten, dass auch bei allen anderen Stellungen des distalen Gehäuseele ments 10 im Raum sich ähnliche Ergebnisse zeigten. Selbst bei nach unten weisendem Linse nelement 20 konnten die vorteilhaften Effekte beim Reinigen des Linsenelements 20 mit dem Reinigungsmedium und beim Trocknen mit Luft erreicht werden.
Simulationen eines allgemeinen Aufbaus aus Gehäuseelement 10, Linsenelement 20 und Dü senelement 30, und Schlussfolgerung aus den Simulationen
In den folgenden Simulationen wurde herausgefunden, unter welchen Bedingungen die opti malen Überströmungsergebnisse im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel auftreten.
In den folgenden Simulationen wurden für den Anschlussdruck der zugeführten Luft die glei chen Bedingungen wie im vorherigen Beispiel angewendet. D.h. das Endoskop wurde an einen Druckluftanschluss angeschlossen, der einem in Krankenhäusern/Arztpraxen etc. vorhande nen üblichen Druckluftanschluss entsprach. Das angewendete Endoskop verfügte über einen Mediumkanal in üblicher Größenordnung mit einem Strömungsquerschnitt.
Es wurden Linsenelemente 20 in verschiedenen Breiten bü (und entsprechenden Flächen Fü) mit Düsenelementen 30 verschiedener Düsenöffnungsflächen Fd (Breite bD und Höhe hD) kombiniert und in Simulationen untersucht, um herauszufinden, welche Kombinationen vor teilhafte Überströmungsergebnisse liefern.
In folgenden simulierten Konstellationen ergaben sich besonders vorteilhafte Überströmungs ergebnisse eines vollständigen Überströmens/Trocknens des Linsenelementes 20 ohne Abrei ßen der Strömung an der distalen Seite 12 des Gehäuseelementes 10.
In der folgenden Tabelle bedeuten: bü = Überströmbreite des Linsenelementes 20 in mm Fü = überströmte Fläche des Linsenelementes 20 in mm2 bD = Düsenbreite in mm hD = Düsenhöhe in mm
L = Abstand der Austrittsfläche des Düsenelementes 30 zum proximalen Rand des Linsenele mentes 20 in mm ,0 94 2,34 5,00,0 94 1.5 1,56 3.33,0 94 2,0 1,17 2.50,0 94 2.5 o,94 2,00,0 94 3,0 0,78 1,67,0 94 3.5 0,67 1,43,0 94 4,0 0,59 1,25,0 94 4.5 0,52 1,11,0 94 5,0 0,47 1,00,0 94 5.5 0,43 0,91,0 94 6,0 o,39 0,83,0 94 6.5 0,36 0,77,0 94 7,0 o,33 0,71,0 94 7.5 0,31 0,67,0 94 8,0 0,29 0,62,0 94 8.5 0,28 0,59,0 94 9,0 0,26 0,56,0 94 9.5 0,25 0,53,0 130 3,24 6,00,0 130 1.5 2,16 4,oo,0 130 2,0 1,62 3,oo,0 130 2.5 1,30 2,40,0 130 3,0 1,08 2,00,0 130 3.5 o,93 1,71,0 130 4,0 0,81 1.50,0 130 4.5 0,72 1.33,0 130 5,0 0,65 1,20,0 130 5.5 0,59 1,09,0 130 6,0 0,54 1,00,0 130 6.5 0,50 0,92,0 130 7,0 0,46 0,86,0 130 7.5 0,43 0,80 14,0 175 13,0 0,34 0,54
14,0 175 13,5 0,32 0,52
Für die jeweiligen Linsenelemente 20 ergaben sich schlechtere Ergebnisse mit nicht vollstän digem Überströmen bei Kombination mit Düsenelementen 30, die jeweils eine Breite bD und Höhe hD jenseits der oben aufgelisteten Breite bD und Höhe hD hatten.
Beispielsweise war das Überströmen des Linsenelementes 20 bei folgenden Konfigurationen unvollständig.
5,0 22 1,00 0,5 4,40
14,0 180 1,00 0,38 4,75
Auswertung der Simulationen
Optimale Ergebnisse für ein vollständiges Überströmen/Trocknen des Linsenelementes 20 ohne Abreißen der Strömung an der distalen Seite 12 des distalen Gehäuseelementes 10 konn ten bei einer Gestaltung erreicht werden, die einen geometrischen Aufbau verwendeten, der folgende Bedingungen einhielt: bD/hD > 1 (4)
Wobei für den Austrittsflächenquerschnitt Fd des Düsenelements 30 ungefähr bD * hD ange nommen wurde.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass die genannten erfindungsgemäß gestalteten Kombinati onen aus Gehäuseelement 10, Linsenelement 20 und Düsenelement 30 für die Abgabe von Wasser und Luft mit den üblichen Drücken, Geschwindigkeiten und Volumenströmen vorteil hafte Ergebnisse zeigten. Zusammenfassend konnte geschlussfolgert werden, dass für das Erzielen des gewünschten Er gebnisses eines ausreichenden Überströmens von mindestens von der gesamten freien Linsen oberfläche des Linsenelementes 20 mit dem Reinigungsmedium und zum Trocknen mit Luft folgende Bedingungen den Ausschlag gaben: bü / bD > 1 ^ bü > bD (1)
Bei bü < bD und bü = bD war das Überströmen der freien Linsenoberfläche des Linsenelemen tes 20 mit laminarer Strömung erschwert. Die Ergebnisse verschlechterten sich.
30 < Fü/FD < 40 (2) d.h. die überströmte Fläche muss minimal 30X und maximal 40X grösser sein als die Öffnungs fläche der Düse.
Außerhalb dieses Bereiches verschlechterte sich das Überströmens von mindestens von der freien Linsenoberfläche des Linsenelementes 20.
L < 0,5 * bü (3)
L der Abstand der Düse vom Linsenrand ist maximal V2 mal so gross wie der Durchmesser der Linse bü
Bei größerem Abstand L verschlechterte sich das Überströmen der freien Linsenoberfläche des Linsenelementes 20.
Möglicher Bereich der Dimensionierung für beim Endoskop angewandte Linsen: 1,5 ... 7 mm bD / hD > 1 (4) d.h.: bD (Düsenöffnungsbreite) ist in jedem Fall größer als hD (Düsenöffnungshöhe)
UND
Die Düsenbreite muss kleiner sein als die überströmte Breite, siehe (1).
Der Düsenquerschnitt kann fast quadratisch sein, wenn die Düsenöffnungshöhe hD geringfügig kleiner als die Düsenöffnungsbreite bD ist, siehe (4)
Ein verschlechtertes aber noch hinnehmbares Überströmergebnis zeigte sich bei bD = hD. Bei hD größer als bD verschlechterte sich das Überströmen der freien Linsenoberfläche des Linsenelementes 20.
Abweichungen von 10% der obigen Werte konnten toleriert werden, ohne dass sich das Ergeb nis grundsätzlich verschlechterte.
Ferner wurde in den Simulationen erkannt, dass angewendete Linsenelemente mit einer Über- strömbreite von 5,0 mm < bü < 9,0 mm besonders gute Ergebnisse zeigten.
Die Beispiele mit 5,0 mm > bü führten zu einer zu geringen Lichtstärke undbü > 9,0 mm führte zu einem zu großen Aufbau am distalen Gehäuseelement 10.
Somit ergaben Linsenelemente mit 5,0 mm > bü ein schlechter geeignetes Bildfeld, und Lin senelemente mit bü > 9,0 mm führten zu einem ungünstigen Linsendurchmesser in bezug auf den Endoskopdurchmesser.
Ferner wurde erkannt, dass bei 1,0 mm > L keine vollständige Überströmung sichergestellt werden konnte und bei L > 3,0 mm ein zu großer Aufbau sich ergab.
Nachstehend ist zum besseren Verständnis des Aufbaus, der Wirkung und der Vorteile der Er findung ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben.
Drittes Ausführungsbeispiel
Das dritte Ausführungsbeispiel nutzt anstelle des Düsenelementes 30 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels ein anderes Düsenelement 130. Der restliche Aufbau ist der gleiche wie im zweiten Ausführungsbeispiel.
Das Düsenelement 130 ist an der distalen Seite 12 des distalen Gehäuseelementes 10 angeord net. Das Düsenelement 130 ist benachbart und beabstandet zum Linsenelement 20 angeord net. Das Düsenelement 130 hat einen zylinderartigen Querschnitt und erstreckt sich rohrartig von der distalen Seite 12 des distalen Gehäuseelementes 10.
Das Düsenelement 130 weist eine Düsenöffnung 133 auf, die zum Linsenelement 20 gerichtet ist. Die Düsenöffnung 133 ist als länglicher Mediumausgabeschlitz gebildet, siehe Figur 11. Der längliche Mediumausgabeschlitz erstreckt sich quer zur Erstreckungsrichtung des distalen Ge häuseelementes 10 und quer zur Endoskoperstreckungsrichtung. Anders ausgedrückt er streckt sich der längliche Mediumausgabeschlitz quer zur Mittelachse des distalen Gehäusee lementes io.
An der distalen Seite besitzt das rohrartige Düsenelement 130 ein die distale Seite des rohrar tigen Düsenelements 130 schließendes Düsendach 132. An der distalen Seite ist das Düsendach 132 zur distalen Seite hin gewölbt, um das Einführen des Endoskops in die distale Richtung zu erleichtern. Proximal vom Düsendach 132 ist die Düsenöffnung 133 am Außenumfang des Dü senelements 130 ausgebildet.
Die lateralen Seiten der Düsenöffnung 133 sind jeweils durch einen Abschnitt des rohrartigen Düsenelements 130 gebildet. Die untere (proximale) Begrenzung der Düsenöffnung 133 ist durch die distale Seite des rohrartigen Düsenelements 130 gebildet. Die obere (distale) Begren zung der Düsenöffnung 133 ist durch eine proximale Seite des Düsendachs 132 gebildet. Am Austritt des Düsenelementes 30 ist die Düsenöffnung 133 somit flach.
Die Düsenöffnung 133 bildet somit eine einzige distale Öffnung des Düsenelementes 130 in der Form eines Schlitzes. Der Schlitz ist länglich und erstreckt sich quer zur Achse des distalen Gehäuseelementes 10. Der Schlitz der Düsenöffnung 133 ist zur Mitte des Linsenelements 20 gerichtet. Wenn die Mitte des Schlitzes der Düsenöffnung 133 und die Mitte des gewölbten Linsenelementes 20 durch eine Gerade verbunden wird, steht dieses Gerade senkrecht zur Er streckungsfläche des Schlitzes der Düsenöffnung 133.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die distale Düsenöffnung 133 gegenüberstehend zum proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes 20 angeordnet, siehe Figur 11.
Das Strömungsverhalten des aus dem Düsenelement 130 abgegebenen Fluides war lediglich geringfügig schlechter als im vorherigen Ausführungsbeispiel.
Die Strömungsgeschwindigkeit im ausgegebenen Strahl war im Bereich der überströmten freien Linsenfläche des Linsenelementes 20 im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel ungleichmäßiger verteilt, wie an den vielen engen Gradientenlinien entlang des Strahls zu er kennen ist. Somit kann in einem Endoskop ein Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels angewendet wer den, wobei aber der Aufbau des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels zu bevorzugen ist.
Viertes Ausführungsbeispiel
Fig. 13 zeigt eine schematische Seitenansicht eines distalen Gehäuseelementes in einem vier ten Ausführungsbeispiel.
Im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel ist das Linsenelement 20 ein gewölbtes Linsenele ment, dessen Wölbung sphärisch ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Linsenelement 20 ein gewölbtes Linsenelement ist, dessen Wölbung asphärisch ist. Das Linsenelement 20 besitzt am zur distalen Seite wei senden Mittelpunkt der freien Linsenfläche einen Radius r, siehe Figur 13. Der zur distalen Seite weisende Mittelpunkt der freien Linsenfläche ragt vom proximalen Rand der freien Lin senfläche um die Höhe h in distaler Richtung vor.
Proximal vom Mittelpunkt der freien Linsenfläche nimmt der Radius des Linsenelements 20 so ab, dass eine Konkavität gebildet ist. Die Konkavität des Linsenelements 20 liegt zwischen dem distalen Mittelpunkt der freien Linsenfläche und dem proximalen Rand der freien Lin senfläche.
Auch dieses asphärische Linsenelement 20 kann vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen Düse aus dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel kombiniert werden.
Alternativen
Die nahezu halbkugelige freie Linsenoberfläche des Linsenelements 20 kann bei den erläuter ten Ausführungsbeispielen eine Höhe von annähernd 2 mm in distaler Richtung vom proxi malen Rand des Linsenelements 20 haben. Das Linsenelement 20 kann bei den erläuterten Ausführungsbeispielen einen Flächeninhalt der freien Linsenoberfläche von mehr als 40 mm2 haben.
In den Ausführungsbeispielen ist das Linsenelement 20 vom Umfangsrand des distalen Ge häuseelements 10 beabstandet angeordnet. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Das Linsenelement 20 kann auch am Umfangsrand des distalen Gehäuseelements 10 angeordnet sein. Unter Betrachtung von der distalen Seite kann das Linsenelement 20 somit exzentrisch an der distale Seite 12 angeordnet sein.
Das distale Gehäuseelement 10 kann außer als im Querschnitt kreisartiger Zylinder oder ovaler Zylinder auch in anderen Formen ausgebildet sein. Beim Einführen des Endoskops soll ledig lich berücksichtigt werden, dass das distale Gehäuseelement 10 kein Hindernis bildet oder sich als störend erweist.
In den Ausführungsbeispielen können die Seitenwände des Düsenelementes 30 so gestaltet sein, dass sie sich zur distale Düsenöffnung 31 hin annähern. Dadurch kann ein Aufbau ge schaffen werden, bei dem die Querschnittsfläche an der distalen Düsenöffnung 31 die kleinste Querschnittsfläche im Düsenelement 30 bildet.
In einer noch vorteilhafteren Alternative ist die Querschnittsfläche an der distalen Düsenöff nung 31 die kleinste Querschnittsfläche im gesamten Fluidversorgungssystem aus dem Düsen element 30 und dem zum Düsenelement 30 führenden Mediumkanal. Dadurch wird die Strö mungsgeschwindigkeit des Mediums an der distalen Düsenöffnung 31, die die Austrittsöffnung des Düsenelementes 30 bildet, maximal.
Die Seitenwände des Düsenelementes 30 können so gestaltet sein, dass sie sich zur distalen Düsenöffnung 31 hin gleichmäßig annähern.
Das Endoskop kann ein starres oder ein flexibles Endoskop sein.
Weitere Kombinationen der Ausführungsbeispiele sind möglich.
Die Erfindung ist bei jedem Endoskop vorteilhaft anwendbar, das eine Beleuchtung nutzt und Bilder aufnimmt. Die Erfindung kann zur Reinigung einer beliebigen Düse genutzt werden.
Bezugszeichenliste
10 distales Gehäuseelement
12 distale Seite des Gehäuseelementes
20 Linsenelement
30 Düsenelement
31 distale Düsenöffnung
32 Seitenwand
33 Düsendach
40 Arbeitskanal
41 Arbeitskanalelement bd Breite der distalen Düsenöffnung bü Breite des gewölbten Linsenelementes hd Höhe der distalen Düsenöffnung
Fd Düsenöffnungsfläche
Fe Endoskopquerschnittsfläche am distalen Gehäuseelement
Fü zu überströmende Fläche des Linsenelements
L Abstand der distalen Düsenöffnung vom proximalen Rand des gewölbten Linsenele mentes
Lü Richtung der austretenden Strömung
Ltgü Tangente am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes

Claims

Patentansprüche
1. Endoskop mit einem distalen Gehäuseelement (io), das ein Linsenelement (20) aufweist, und einem Düsenelement (30) zur Reinigung der Oberfläche des Linsenelementes; dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenelement (20) ein gewölbtes Linsenelement ist, dessen Wölbung vom Gehäu seelement (10) in distale Richtung vorragt, das Düsenelement (30) an der distalen Seite des distalen Gehäuseelementes benach bart zum gewölbten Linsenelement (20) angeordnet ist, und das Düsenelement (30) eine distale Düsenöffnung (31) in der Form eines länglichen Mediumausgabeschlitzes aufweist, der zum gewölbten Linsenelement (20) gerichtet ist.
2. Endoskop gemäß Anspruch 1, wobei der längliche Mediumausgabeschlitz sich quer zur Endoskoperstreckungsrichtung er streckt.
3. Endoskop gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das gewölbte Linsenelement (20) eine zu überströmende Fläche (Fü) aufweist, die min destens von der gesamten freien Linsenoberfläche gebildet ist, die distale Düsenöffnung (31) eine Düsenöffnungsfläche (Fd) aufweist, wobei gilt: 30 < Fü/Fd < 40.
4. Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die distale Düsenöffnung (31) eine Breite (bd) hat, die kleiner als eine Breite (bü) des gewölbten Linsenelementes (20) am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) ist.
5. Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die distale Düsenöffnung (31) so zum gewölbten Linsenelement (20) ausgerichtet ist, dass die aus der distalen Düsenöffnung (31) austretende Strömung annähernd tangen tial zum proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) gerichtet ist.
6. Endoskop gemäß Anspruch 5, wobei die aus der distalen Düsenöffnung (31) austretende Strömung zum proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) unter einem Winkel von -io° < Ltgü < +20° ge richtet ist, wobei
Ltgü die am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) angelegte Tangente der Linsenfläche des gewölbten Linsenelementes (20) ist, ein positiver Winkel sich am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) vom gewölbten Linsenelement (20) entfernt, und ein negativer Winkel sich am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) in das gewölbte Linsenelement (20) hinein erstreckt.
7. Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die distale Düsenöffnung (31) proximal vom proximalen Rand des gewölbten Linsen elementes (20) angeordnet ist.
8. Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die distale Düsenöffnung (31) vom proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) mit einem Abstand (L) beabstandet angeordnet ist, wobei der Abstand (L) kleiner oder gleich der Hälfte der Breite (bü) des gewölbten Lin senelementes (20) am proximalen Rand des gewölbten Linsenelementes (20) ist.
9. Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Linsenelement (20) ein gewölbtes Linsenelement ist, dessen Wölbung sphärisch oder asphärisch ist.
10. Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die distale Düsenöffnung (31) eine einzige distale Öffnung des Düsenelementes (30) bildet.
11. Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das gewölbte Linsenelement (20) die überströmbare Fläche (Fü) aufweist, die von der gesamten freien Linsenoberfläche gebildet ist, und die überströmbare Fläche (Fü) größer als ein Viertel der Endoskopquerschnittsfläche (Fe) am distalen Gehäuseelement (10) ist.
12. Endoskop gemäß einem der Ansprüche l bis n, wobei die distale Düsenöffnung (31) in der Form eines länglichen Mediumausgabeschlitzes eine Breite (bd) und eine Höhe (hd) hat, wobei gilt: hd < bd. · Endoskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die distale Düsenöffnung (31) in der Form eines länglichen Mediumausgabeschlitzes eine Breite (bd) und eine Höhe (hd) hat, wobei gilt: hd < 1 mm < bd.
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