WO2015132126A1 - Endoskop mit tiefenbestimmung - Google Patents

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WO2015132126A1
WO2015132126A1 PCT/EP2015/054036 EP2015054036W WO2015132126A1 WO 2015132126 A1 WO2015132126 A1 WO 2015132126A1 EP 2015054036 W EP2015054036 W EP 2015054036W WO 2015132126 A1 WO2015132126 A1 WO 2015132126A1
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channel
optical
optical axis
imaging
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Peter Rentschler
Anton Schick
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Endoscope with depth determination The invention relates to an endoscope for depth determination of a partial region of a cavity.
  • optical Comp ⁇ components are provided for the depth determination of the cavity by means of a 3D endoscope that allow active or passive triangulation of the cavity and thus a depth determination.
  • Decisive for the resolution of the depth determination in active or passive triangulation is the size of a Triangulationsbasis.
  • the triangulation in this case denotes the distance of a projector and an optical imaging ⁇ system in the endoscope. The larger the triangulation base, the better the resolution of the depth determination.
  • the present invention is therefore based on the object to improve the optical depth determination of an endoscope.
  • an endoscope for depth determination of a partial region of a cavity which comprises at least one first imaging channel, which first imaging channel has a first optical axis, wherein at least one first optical deflection device, which is relative to the first optical axis, is arranged within the first imaging channel transverse parallel offset of the first optical axis is formed.
  • the endoscope includes a first optical To ⁇ steering apparatus that enables a first optical axis of the first Ab formation ⁇ channel transversely parallel.
  • the first optical axis of the imaging channel can be a Sym ⁇ metrieachse a reflective or refractive optical element. If the imaging channel comprises a lens and / or imaging system, the first optical axis is the optical axis which is formed by the optical axis of the optical individual elements.
  • the transversal parallel offset of the first optical axis is expediently to be provided in such a way that an enlargement of the triangulation base takes place.
  • the transverse parallelism of the offset of the first optical axis ⁇ rule is approximately understand. It is crucial that the triangulation is enlarges comparable by means of the displacement, which takes place by means of the first optical deflecting device ⁇ rule.
  • the first optical Um ⁇ steering device is designed to increase the Triangulationsbasis.
  • the first optical deflection device is arranged at a distal end of the endoscope.
  • the first imaging channel to a lens, wherein the objek ⁇ tively comprises the first optical deflection device.
  • the first optical Umlenkvor ⁇ direction with respect to an incoming channel in the first image light beam is arranged behind a first lens of the objective.
  • an objek- tive which is designed as a wide-angle lens.
  • a light bundle entering the first imaging channel is bundled in a pupil.
  • the first op ⁇ diagram deflecting device is arranged in an area of the pupil, so that this can be made small, the first deflection with regard to their geometric extensions, as the pupil of the incident image on the first channel the light beam is also small.
  • the first imaging channel comprises further lenses.
  • the first imaging channel comprises a lens system, which lens system comprises a plurality of lenses.
  • an optical imaging system is consequently arranged in the first imaging channel.
  • the image of the Operabe ⁇ realm of the cavity via the first channel by means of illustration of the lens respectively by the optical imaging system ⁇ takes place.
  • the lens can be designed as a collimator, a scattering lens or as a focusing lens.
  • Further optical components for example mirrors, glasses, crystals, beam splitters, Faraday isolators and / or prisms can be provided.
  • an additional angle change of the first optical axis can be provided by means of said optical components.
  • the angle change is preferably in the range of 1 ° to 5 °, more preferably a Winkelän ⁇ tion is less than or equal to 3 °.
  • the first imaging channel of the endoscope comprises a further lens, which is designed as a relay lens.
  • relay lenses are used in a transfer of the image from the distal end of the endoscope to an opposite end of the dista ⁇ len other end of the endoscope.
  • the first optical deflection device is formed as a parallelepiped from ⁇ .
  • the parallelepiped or the first op ⁇ tables deflection device is arranged such that by reflections within the parallelepiped, one in the
  • the transverse parallel displacement of the light beam results.
  • the first optical deflecting device is designed as a kind of Pris ⁇ menblock wherein nen lake by a double reflection, in particular by a two-time total reflection of a ⁇ impinging light beam, the incident in the first image channel at the distal end of the endoscope light beam at home the first optical deflection device is offset transversely parallel. Due to the transverse displacement of the parallel light beam advantageously Triangu ⁇ lationsbasis of the endoscope is increased, whereby the resolution of the depth determination is improved.
  • the transverse parallel offset of the light beam corresponds to the transverse parallel offset of the first optical axis.
  • a first optical deflection device insbeson ⁇ particular a parallelepiped having at least two mirrored nen inhabit home.
  • the first optical deflecting device By means of the mirrored inner surfaces of the first optical deflection device, the light beams entering the first imaging channel are reflected at least twice within the first optical deflection device, in particular totally reflected. This enables the transverse parallel displacement of the first optical axis by means of the first optical deflection device.
  • the first optical deflecting device comprises two individual mirrors, which form two sides of a ge ⁇ thought parallelepiped.
  • the endoscope comprising a projection channel
  • the Pro ⁇ jedgingskanal comprises a projection apparatus which is designed for projecting a pattern on a surface of the portion of the cavity.
  • the arrangement of at least one projection channel in the endoscope enables active triangulation of the partial region of the cavity.
  • structured light in other words, a pattern sheet to a surface of the portion of the cavity proji ⁇ by means of the projection device, which is arranged in the projection channel.
  • the projected pattern in particular by means of a coded pattern is advantageously weakened in the active triangulation a Korres ⁇ pondenzproblem or even completely dissolved.
  • a projection device that summarizes a diffractive optical element for generating the pattern ⁇ .
  • a DOE projector is formed by a projection device comprising the diffractive optical element.
  • a DOE projector is hereby regarded as a projection device comprising a diffractive optical element (abbreviated to DOE). Since DOE proj ectors, in contrast to projectors, which typically have a slide for the production of the pattern, have a smaller space requirement, the projection channel with a relatively small diameter or a comparatively small Cross-sectional area are formed. In particular, the cross-sectional area of the projection device or the projection channel is less than or equal to 2 mm 2 . Overall, a space-saving active triangulation of the partial area of the cavity is made possible by the projection channel, the first imaging channel and the projection device arranged in the projection channel, which comprises a diffractive element.
  • an active triangulation which takes place by means of a color-coded pattern.
  • the endoscope allows active color-coded triangulation of the portion of the cavity.
  • the projection channel is optically coupled to a light source.
  • a laser or a light emitting diode (LED) as the light source.
  • a single-mode fiber can be provided for the optical coupling of the projection channel with the light source, in particular with the laser.
  • the monomode laser exactly one light mode, the fundamental mode, is advantageously guided, so that interference between a plurality of light modes, which could lead to a disturbance of the projected pattern, is avoided.
  • the single-mode fiber is thus the light of the Lichtquel ⁇ le, in particular of the laser, incorporated ⁇ passes in the projection channel.
  • the wavelength of the laser for optimum dot contrast generation for example in the blue spectral range, can be adapted to the application in minimally invasive surgery. It is particularly preferred that, for example with an interference filter, a disturbing influence of daylight and / or artificial light is reduced by the use of a laser as the light source.
  • the endoscope comprises an instrumentation channel.
  • surgical tools which are required for minimally invasive surgery, can be introduced into the cavity by means of the instrumentation channel.
  • the arrangement of a diffractive optical element in the projection channel saves installation space, which in turn can be used for the instrumentation channel.
  • a plurality of instrumentation channels may be provided.
  • the endoscope comprises a second imaging channel extending parallel to the first imaging channel , which second imaging channel has a second optical axis, wherein within the second imaging channel a second optical deflection device is arranged, which is relative to the second optical Axis transverse parallel offset of the second optical axis is formed.
  • the second imaging channel which has a second optical deflection device, a
  • Be ⁇ is particularly advantageous that is increased by the first and the second optical deflection the Triangulationsbasis against a known in the prior art endoscope for stereoscopy.
  • the resolution of the depth determination of the partial region of the cavity is advantageously improved by the endoscope proposed here.
  • a second imaging channel designed in accordance with the first imaging channel is provided.
  • a second imaging channel whose second optical deflection device has a direction of transverse parallel displacement which is opposite to the direction of the transverse parallel displacement of the first optical axis.
  • the second imaging channel is also manufactured ⁇ det as a projection channel .
  • each imaging channel can be used as a projection channel.
  • an active triangulation of the portion of the hollow ⁇ space is made possible by the Projection ⁇ channel. If the endoscope has two imaging channels and one projection channel, an active stereoscopy of the partial region of the cavity can take place with the endoscope.
  • the endoscope has an observation angle of 30 °.
  • an arrangement of the first optical deflection device within the endoscope, which has an observation angle of 30 ° (30 ° -Endoscopes), is provided.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a first
  • An imaging channel comprising a first optical deflection ⁇ device
  • a first image channel 21 of an endoscope 1 does not represent ⁇ provided is schematically illustrated.
  • an objective 2 is arranged in the first imaging channel 21, which objective 2 has a first optical axis 101.
  • a first optical Um ⁇ steering device 31 is provided according to the invention.
  • the first optical deflection device 31 is arranged with respect to light rays 10 arriving in the first imaging channel 21 after a first lens 14 of the objective 2.
  • the first optical deflection device 31 is integrated into the Whether ⁇ objectively second When integrating the first optical deflecting device 31 into the objective 2, therefore, changed characteristics of incoming light beams 10 are to be taken into account.
  • the objective 2 and consequently also the first optical deflection device 31 are arranged at a distal end 4 of the endoscope 1, not shown.
  • the deflection device 31 By means of the deflection device 31, the light beams 10 (light beam) arriving in the first imaging channel 21 are deflected or displaced such that preferably a transverse parallel offset 42 of the light beams 10 results.
  • the first optical deflection device 31 is designed as a parallelepiped and has at least two inner surfaces 12 for deflecting the incident light beams 10.
  • ⁇ which the incoming light beams 10 on the inner surfaces 12 the first optical deflection device 31 is reflected, in particular totally reflected.
  • An essential advantage of the first optical deflection device 31 is that these, for example, in comparison to
  • Relay lenses 8 only has a small space requirement.
  • the geometric dimensions of the first optical deflection device 31 are smaller than the geometric dimensions of typical imaging channels.
  • the first optical deflecting device 31 advantageously be ⁇ known per in existing endoscopes imaging channels can be arranged without the geometrical dimensions of the imaging channels of the endoscopes or less favorable ⁇ tig enlarge.
  • an arrangement of the first optical deflection device 31 within an endoscope having a Be ⁇ obachtungswinkel of 30 ° (30 ° endoscopes) is thinking ⁇ bar.
  • the first optical deflection device 31 is arranged with respect to the incident light beams 10 after the first lens 14 of the objective 2.
  • a first opti ⁇ cal deflection 31 may be provided, which is not part of the lens 2 and is therefore arranged before or after the Objective 2.
  • an arrangement according to the objective 2 is advantageous if an exit pupil of the objective 2 lies in the distal direction in front of the objective 2.
  • a camera in particular a three-chip camera, may be provided in the first imaging channel 21. In this case, it is possible to integrate the camera, objective 2 and the first optical deflection device 31 in a chip, so that an arrangement which saves as much space as possible is created.
  • FIG. 2 shows a further schematic sectional illustration of a first imaging channel 21 along an axis of symmetry (Endoscope axis) of a cylindrical endoscope 1, not shown.
  • a first optical deflection ⁇ device 31 is disposed within a lens 2, wherein the first optical deflection device 31 with respect to entering into the first imaging channel 21 light beams 10 of according to a first lens 14 Objective 2 is arranged.
  • the first optical axis 101 relates to the optical axis of further lenses of the objective 2, which are arranged downstream of the first optical deflection device 31 with respect to the incoming light beams 10 and / or on the optical axis of the imaging channel 21 arranged Relaylinsen 8.
  • the arranged in the first imaging channel 21 relay lenses 8 form a so-called first
  • Relay stage 6 of the first imaging channel 21 from.
  • the relay lenses 8 and consequently the first relay stage 6 have a greater geometric extent than the first optical deflection element 31.
  • the geometric extension, in particular a diameter of the imaging channel 21 is not limited by the first optical deflection ⁇ device 31, but by the arranged in the first imaging channel 21 relay lenses 8. Consequently, a smallest geometric extension of the first imaging channel 21 is arranged through the first imaging channel 21
  • FIG. 3 illustrates a schematic sectional illustration of an endoscope 1, wherein the endoscope 1 comprises a first imaging channel 21 and a second imaging channel 22.
  • a lens 2 is arranged.
  • a camera for recording the images of the first and second imaging channels 21, 22 is arranged within said imaging channels 21, 22 and / or is integrated directly into the lenses 2 mentioned.
  • the first and second imaging channels 21, 22 form an image of a partial area 50 of a cavity from different viewing directions.

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Abstract

Es wird ein Endoskop (1) zur Tiefenbestimmung eines Teilbe- reiches (50) eines Hohlraumes vorgeschlagen, das wenigstens einen ersten Abbildungskanal (21), welcher eine erste opti- sche Achse (101) aufweist, umfasst, wobei im ersten Abbil- dungskanal (21) wenigstens eine erste optische Umlenkvorrichtung (31) angeordnet ist, die zu einem bezüglich der ersten optischen Achse (101) transversalen parallelen Versatz (42) der ersten optischen Achse (101) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Endoskop mit Tiefenbestimmung Die Erfindung betrifft ein Endoskop zur Tiefenbestimmung eines Teilbereiches eines Hohlraumes.
Die Anzahl minimalinvasiver Operationen hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. In der minimalinvasiven Chirurgie werden Endoskope (3D-Endoskope) , die eine Tiefenbestimmung eines in einem Patienten zu untersuchenden Hohlraums und gleichzeitig ein bildgebendes Verfahren ermöglichen, einge¬ setzt. Nach dem Stand der Technik werden für die Tiefenbestimmung des Hohlraumes, beispielsweise eines Bauchraums des Patienten, eine Mehrzahl von Zugängen (Ports) gelegt.
Die Zugänge zum Hohlraum (Beobachtungsraum) , die als Zugangskanäle ausgebildet sind, sind typischerweise sehr eng ausge¬ legt. Das ist deshalb der Fall, da der Patient in der mini- malinvasiven Chirurgie möglichst schonend operiert werden soll. Durch die engen Kanäle ist die Ausgestaltung von 3D- Endoskopen stark eingeschränkt. Nach dem Stand der Technik bekannte 3D-Endoskope sind hierbei als zylindrisches, läng¬ liches Rohr ausgeführt.
Nach dem Stand der Technik sind für die Tiefenbestimmung des Hohlraums mittels eines 3D-Endoskops weitere optische Kompo¬ nenten vorgesehen, die eine aktive oder passive Triangulation des Hohlraums und somit eine Tiefenbestimmung ermöglichen. Entscheidend für die Auflösung der Tiefenbestimmung bei der aktiven oder passiven Triangulation ist die Größe einer Triangulationsbasis. Die Triangulationsbasis bezeichnet hierbei den Abstand eines Projektors und eines optischen Abbildungs¬ system im Endoskop. Je größer die Triangulationsbasis, desto besser die Auflösung der Tiefenbestimmung.
Um eine für die minimalinvasive Chirurgie ausreichende Abbil¬ dungsleistung zu erreichen, werden nach dem Stand der Technik meist optische Abbildungssysteme verwendet, die einen relativ großen Querschnitt aufweisen. Da in der minimalinvasiven Chirurgie auf eine genügend große Abbildungsleistung nicht ver¬ zichtet werden kann, muss folglich die Triangulationsbasis entsprechend verkleinert werden, was folglich die Auflösung der Tiefenbestimmung verringert.
Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die optische Tiefenbestimmung eines Endoskops zu verbes- sern.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Endoskop zur Tiefenbestimmung eines Teilbereichs eines Hohlraums vorgeschlagen, das wenigstens einen ersten Abbildungskanal, welcher erste Abbildungskanal eine erste optische Achse aufweist, umfasst, wobei innerhalb des ersten Abbildungskanals wenigstens eine erste optische Umlenkvorrichtung angeordnet ist, die zu einem bezüglich der ersten optischen Achse transversalen parallelen Versatz der ersten optischen Achse ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß umfasst das Endoskop eine erste optische Um¬ lenkvorrichtung, die eine erste optische Achse des ersten Ab¬ bildungskanals transversal parallel versetzt. Die erste optische Achse des Abbildungskanals kann eine Sym¬ metrieachse eines reflektierenden oder brechenden optischen Elements sein. Umfasst der Abbildungskanal ein Linsen- und/oder Abbildungssystem, so ist die erste optische Achse die optische Achse, die durch die optische Achse der opti- sehen Einzelelemente gebildet wird.
Vorteilhafterweise wird mittels des erfindungsgemäßen trans¬ versalen parallelen Versatzes der ersten optischen Achse mit- tels der ersten optischen Umlenkvorrichtung eine Vergrößerung einer Triangulationsbasis des erfindungsgemäßen Endoskops er¬ möglicht. Hierbei ist der transversale parallele Versatz der ersten optischen Achse zweckmäßigerweise so vorzusehen, dass eine Vergrößerung der Triangulationsbasis erfolgt. Durch die Vergrößerung der Triangulationsbasis des Endoskops, wird vor¬ teilhafterweise die Auflösung der Tiefenbestimmung (Tiefenauflösungsvermögen) verbessert. Insbesondere muss für die Verbesserung der Tiefenauflösung das Endoskop und/oder der erste Abbildungskanal gegenüber nach dem Stand der Technik bekannten Endoskopen nicht verkleinert werden, obwohl die Triangulationsbasis vergrößert wird. Dadurch wird vorteil¬ hafterweise die Abbildungsleistung bekannter Endoskope nicht beeinträchtigt .
Die transversale Parallelität des Versatzes der ersten opti¬ schen Achse ist näherungsweise zu verstehen. Entscheidend ist, dass mittels des Versatzes, der mittels der ersten opti¬ schen Umlenkvorrichtung erfolgt, die Triangulationsbasis ver- größert wird. Mit anderen Worten ist die erste optische Um¬ lenkvorrichtung zu einer Vergrößerung der Triangulationsbasis ausgebildet .
Bevorzugt ist die erste optische Umlenkvorrichtung an einem distalen Ende des Endoskops angeordnet.
Typischerweise ist ein Strahlenbündeldurchmesser eines in den Abbildungskanal eintretenden Lichtbündels am distalen Ende des Endoskops klein, da eine starke Bündelung von Lichtstrah- len, die das Lichtbündel ausbilden, beim Eintritt in den ers¬ ten Abbildungskanal des Endoskops erfolgt. Dadurch wird vor¬ teilhafterweise der Bauraumbedarf für die erste optische Um¬ lenkvorrichtung verkleinert. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Abbildungskanal ein Objektiv auf, wobei das Objek¬ tiv die erste optische Umlenkvorrichtung umfasst. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die erste optische Umlenkvor¬ richtung, bezogen auf einen in den ersten Abbildungskanal eintreffenden Lichtstrahl, hinter einer ersten Linse des Objektives angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist ein Objek- tiv, das als Weitwinkelobjektiv ausgebildet ist. Hierbei wird ein in den ersten Abbildungskanal eintretendes Lichtbündel in einer Pupille gebündelt. Vorteilhafterweise ist die erste op¬ tische Umlenkvorrichtung in einem Bereich der Pupille angeordnet, so dass dadurch die erste Umlenkvorrichtung bezüglich ihrer geometrischen Ausdehnungen klein gestaltet werden kann, da die Pupille des im ersten Abbildungskanal eintreffenden Lichtbündels ebenso klein ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste Abbildungskanal weitere Linsen.
Bevorzugt umfasst der erste Abbildungskanal ein Linsensystem, welches Linsensystem eine Mehrzahl von Linsen umfasst. Durch die Anordnung wenigstens einer Linse im Abbildungskanal wird folglich ein optisches Abbildungssystem im ersten Abbildungs- kanal angeordnet. Hierbei erfolgt die Abbildung des Teilbe¬ reichs des Hohlraums über den ersten Abbildungskanal mittels der Linse beziehungsweise mittels des optischen Abbildungs¬ systems. Beispielsweise kann die Linse als Kollimator, Zer- streuungslinse oder als Fokussierlinse ausgebildet sein. Wei¬ ter optische Komponenten, beispielsweise Spiegel, Gläser, Kristalle, Strahlteiler, Faraday-Isolatoren und/oder Prismen können vorgesehen sein. Beispielsweise kann mittels der genannten optischen Komponenten eine zusätzlich Winkeländerung der ersten optischen Achse vorgesehen sein. Die Winkeländerung liegt bevorzugt im Bereich von 1° bis 5°, wobei besonders bevorzugt eine Winkelän¬ derung kleiner gleich 3° ist.
Bevorzugt umfasst der erste Abbildungskanal des Endoskops eine weitere Linse, die als Relaylinse ausgebildet ist. Typischerweise werden Relaylinsen zu einer Übertragung des Abbildes vom distalen Ende des Endoskops zu einem dem dista¬ len Ende gegenüberliegenden weiteren Ende des Endoskops verwendet .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste optische Umlenkvorrichtung als ein Parallelepiped aus¬ gebildet . Hierbei ist das Parallelepiped beziehungsweise die erste op¬ tische Umlenkvorrichtung derart angeordnet, dass sich durch Reflexionen innerhalb des Parallelepipeds , eines in das
Parallelepiped eintreffenden Lichtbündels, der transversale parallele Versatz des Lichtbündels ergibt. Mit anderen Worten ist die erste optische Umlenkvorrichtung als eine Art Pris¬ menblock ausgebildet, wobei durch eine zweimalige Reflexion, insbesondere durch eine zweimalige Totalreflexion des ein¬ treffenden Lichtbündels, das am distalen Ende des Endoskops in den ersten Abbildungskanal eintreffende Lichtbündel an In- nenflächen der ersten optischen Umlenkvorrichtung transversal parallel versetzt wird. Durch den transversalen parallelen Versatz des Lichtbündels wird vorteilhafterweise die Triangu¬ lationsbasis des Endoskops vergrößert, wodurch die Auflösung der Tiefenbestimmung verbessert wird. Hierbei korrespondiert der transversale parallele Versatz des Lichtbündels zum transversalen parallelen Versatz der ersten optischen Achse.
Bevorzug ist eine erste optische Umlenkvorrichtung, insbeson¬ dere ein Parallelepiped, das wenigstens zwei verspiegelte In- nenflächen aufweist.
Mittels der verspiegelten Innenflächen der ersten optischen Umlenkvorrichtung werden die in den ersten Abbildungskanal eintretenden Lichtstrahlen wenigstens zweimal innerhalb der ersten optischen Umlenkvorrichtung reflektiert, insbesondere totalreflektiert. Dadurch wird der transversale parallele Versatz der ersten optischen Achse mittels der ersten optischen Umlenkvorrichtung ermöglicht. Hierbei ist es vorgese- hen, dass, bezogen auf die in den ersten Abbildungskanal ein¬ tretenden Lichtstrahlen, vor dem ersten optischen Umlenkelement weitere optische Komponenten, beispielsweise Linsen und/oder Objektive, angeordnet sind. In einer besonders effi- zienten Ausgestaltung umfasst die erste optische Umlenkvorrichtung nur zwei einzelne Spiegel, die zwei Seiten eines ge¬ dachten Parallelepipeds ausbilden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Endoskop einen Projektionskanal, wobei der Pro¬ jektionskanal eine Projektionsvorrichtung umfasst, die zur Projektion eines Musters auf eine Oberfläche des Teilbereichs des Hohlraums ausgebildet ist. Vorteilhafterweise wird durch die Anordnung wenigstens eines Projektionskanals im Endoskop eine aktive Triangulation des Teilbereichs des Hohlraums ermöglicht. Hierbei wird mittels der Projektionsvorrichtung, die im Projektionskanal angeordnet ist, strukturiertes Licht, mit anderen Worten ein Muster, auf eine Oberfläche des Teilbereichs des Hohlraums proji¬ ziert. Mittels des projizierten Musters, insbesondere mittels eines codierten Musters, wird vorteilhafterweise ein Korres¬ pondenzproblem bei der aktiven Triangulation abgeschwächt oder sogar vollständig gelöst.
Besonders bevorzugt ist eine Projektionsvorrichtung, die ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung des Musters um¬ fasst . Vorteilhafterweise wird durch eine Projektionsvorrichtung, die das diffraktive optische Element umfasst, ein DOE-Pro- jektor ausgebildet. Ein DOE-Proj ektor wird hierbei als eine Projektionsvorrichtung angesehen, die ein diffraktives optisches Element (abgekürzt DOE) umfasst. Da DOE-Proj ektoren im Gegensatz zu Projektoren, die typischerweise ein Dia zur Erzeugung des Musters aufweisen, einen geringeren Bauraumbedarf besitzen, kann der Projektionskanal mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser oder mit einer vergleichsweise kleinen Querschnittsfläche ausgebildet werden. Insbesondere ist die Querschnittsfläche der Projektionsvorrichtung oder des Projektionskanals kleiner gleich 2 mm2. Insgesamt wird durch den Projektionskanal, den ersten Abbildungskanal und die im Pro- j ektionskanal angeordnete Projektionsvorrichtung, die ein diffraktives Element umfasst, eine bauraumsparende aktive Triangulation des Teilbereichs des Hohlraums ermöglicht.
Besonders bevorzugt ist eine aktive Triangulation, die mit- tels eines farbcodierten Musters erfolgt.
Mit anderen Worten ermöglicht das Endoskop eine aktive farb- codierte Triangulation des Teilbereichs des Hohlraumes. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Projektionskanal mit einer Lichtquelle optisch gekoppelt.
Besonders bevorzugt sind ein Laser oder eine Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle. Hierbei kann zur optischen Kopplung des Projektionskanals mit der Lichtquelle, insbesondere mit dem Laser, eine Monomodefaser vorgesehen sein. In der Monomo- defaser wird vorteilhafterweise genau eine Lichtmode, die Grundmode, geführt, so dass Interferenzen zwischen einer Mehrzahl von Lichtmoden, die zu einer Störung des projizier- ten Musters führen könnten, vermieden werden.
Mittels der Monomodefaser wird somit das Licht der Lichtquel¬ le, insbesondere des Lasers, in den Projektionskanal einge¬ leitet. Hierbei kann die Wellenlänge des Lasers zur optimalen Punktkontrasterzeugung, beispielsweise im blauen Spektralbereich, an die Anwendung in der minimalinvasiven Chirurgie an- gepasst sein. Besonders bevorzugt ist, dass beispielsweise mit einem Interferenzfilter ein störender Einfluss von Tagesund/oder Kunstlicht durch die Verwendung eines Lasers als Lichtquelle verringert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Endoskop einen Instrumentierkanal. Vorteilhafterweise können mittels des Instrumentierkanals chirurgische Werkzeuge, die für die minimalinvasive Chirurgie benötigt werden, in den Hohlraum eingeführt werden. Durch die Anordnung eines diffraktiven optischen Elements im Projektionskanal wird Bauraum eingespart, der wiederum für den Instrumentierkanal verwendet werden kann. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Instrumentierkanälen vorgesehen sein. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Endoskop einen parallel zum ersten Abbildungska¬ nal sich erstreckenden zweiten Abbildungskanal, welcher zweite Abbildungskanal eine zweite optische Achse aufweist, wobei innerhalb des zweiten Abbildungskanals eine zweite optische Umlenkvorrichtung angeordnet ist, die zu einem bezüglich der zweiten optischen Achse transversalen parallelen Versatz der zweiten optischen Achse ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise wird durch den zweiten Abbildungskanal, der eine zweite optische Umlenkvorrichtung aufweist, eine
Stereoskopie des Teilbereichs des Hohlraums ermöglicht. Be¬ sonders vorteilhaft ist, dass durch die erste und die zweite optische Umlenkvorrichtung die Triangulationsbasis gegenüber einem nach dem Stand der Technik bekannten Endoskop zur Ste- reoskopie vergrößert wird. Dadurch wird vorteilhafterweise die Auflösung der Tiefenbestimmung des Teilbereichs des Hohlraumes durch das hier vorgeschlagene Endoskop verbessert. Hierbei ist ein dem ersten Abbildungskanal entsprechend aus¬ gestalteter zweiter Abbildungskanal vorgesehen.
Besonders bevorzugt ist ein zweiter Abbildungskanal, dessen zweite optische Umlenkvorrichtung eine Richtung des transversalen parallelen Versatzes aufweist, die gegensätzlich zur Richtung des transversalen parallelen Versatzes der ersten optischen Achse ist. Dadurch wird vorteilhafterweise die Triangulationsbasis wei¬ ter vergrößert, so dass die Auflösung der Tiefenbestimmung weiter verbessert wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Abbildungskanal als Projektionskanal ausgebil¬ det .
Generell kann jeder Abbildungskanal als Projektionskanal ver- wendet werden. Vorteilhafterweise wird durch den Projektions¬ kanal eine aktive Triangulation des Teilbereichs des Hohl¬ raums ermöglicht. Weist das Endoskop zwei Abbildungskanäle und einen Projektionskanal auf, so kann mit dem Endoskop eine aktive Stereoskopie des Teilbereiches des Hohlraumes erfol- gen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Endoskop einen Beobachtungswinkel von 30° auf. Hierbei ist eine Anordnung der ersten optischen Umlenkvorrichtung innerhalb des Endoskops, das einen Beobachtungswinkel von 30° aufweist ( 30 ° -Endoskope) , vorgesehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Figur 1 einen schematische Schnittdarstellung eines ersten
Abbildungskanals, der eine erste optische Umlenk¬ vorrichtung umfasst;
Figur 2 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines ersten Abbildungskanals, der Relaylinsen umfasst;
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Endo¬ skops, das einen ersten und einen zweiten Abbildungskanal aufweist; Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des in Figur 3 gezeig ten Endoskops; und
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Endo¬ skops, das einen ersten Abbildungskanal und einen Projektionskanal umfasst.
Gleichartige Elemente können in den Figuren mit denselben Be zugszeichen versehen sein.
In Figur 1 ist ein erster Abbildungskanal 21 eines nicht dar¬ gestellten Endoskops 1 schematisch illustriert. Hierbei ist im ersten Abbildungskanal 21 ein Objektiv 2 angeordnet, wel- ches Objektiv 2 eine erste optische Achse 101 aufweist. Zu einem transversallen parallelen Versatz 42 der ersten optischen Achse 101 des Objektivs 2 ist eine erste optische Um¬ lenkvorrichtung 31 erfindungsgemäß vorgesehen. Hierbei ist die erste optische Umlenkvorrichtung 31 bezüglich in den ers- ten Abbildungskanal 21 eintreffender Lichtstrahlen 10 nach einer ersten Linse 14 des Objektivs 2 angeordnet. Mit anderen Worten ist die erste optische Umlenkvorrichtung 31 in das Ob¬ jektiv 2 integriert. Bei der Integration der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 in das Objektiv 2 sind folglich dadurch geänderten Verläufe von eintretenden Lichtstrahlen 10 mit zu berücksichtigen. Das Objektiv 2 und folglich auch die erste optische Umlenkvorrichtung 31 sind an einem distalen Ende 4 des nicht dargestellten Endoskops 1 angeordnet. Mittels der Umlenkvorrichtung 31 werden die in den ersten Abbildungskanal 21 eintreffenden Lichtstrahlen 10 (Lichtbündel) derart umgelenkt oder versetzt, dass sich bevorzugt ein transversaler paralleler Versatz 42 der Lichtstrahlen 10 ergibt. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste optische Umlenkvorrichtung 31 als Parallelepiped ausgebildet und weist zur Umlenkung der eintreffenden Lichtstrahlen 10 wenigstens zwei Innenflächen 12 auf. Hierbei wer¬ den die eintreffenden Lichtstrahlen 10 an den Innenflächen 12 der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 reflektiert, insbesondere totalreflektiert.
Ein wesentlicher Vorteil der ersten optischen Umlenkvorrich- tung 31 ist, dass diese, beispielsweise im Vergleich zu
Relaylinsen 8 (in Figur 2 zwei gezeigt) , nur einen geringen Bauraumbedarf besitzt. Insbesondere sind die geometrischen Ausdehnungen der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 kleiner als die geometrischen Ausdehnungen von typischen Abbil- dungskanälen . Dadurch kann die erste optische Umlenkvorrichtung 31 vorteilhafterweise in bestehende Abbildungskanäle be¬ kannter Endoskope angeordnet werden, ohne die geometrischen Ausdehnungen der Abbildungskanäle oder der Endoskope ungüns¬ tig zu vergrößern. Auch eine Anordnung der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 innerhalb eines Endoskops, das einen Be¬ obachtungswinkel von 30° aufweist ( 30 ° -Endoskope) , ist denk¬ bar .
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Endo- skops 1 ist die erste optische Umlenkvorrichtung 31 bezogen auf die eintreffenden Lichtstrahlen 10 nach der ersten Linse 14 des Objektives 2 angeordnet. Jedoch kann eine erste opti¬ sche Umlenkvorrichtung 31 vorgesehen sein, die nicht Bestandteil des Objektives 2 ist und folglich vor oder nach dem Ob- jektiv 2 angeordnet ist. Beispielsweise ist eine Anordnung nach dem Objektiv 2 von Vorteil, wenn eine Austrittspupille des Objektivs 2 in distaler Richtung vor dem Objektiv 2 liegt . Weiter kann eine Kamera, insbesondere eine Drei-Chip-Kamera, im ersten Abbildungskanal 21 vorgesehen sein. Hierbei ist es möglich, Kamera, Objektiv 2 und die erste optische Umlenkvorrichtung 31 in einem Chip zu integrieren, so dass eine möglichst bauraumsparende Anordnung geschaffen wird.
In Figur 2 ist eine weitere schematische Schnittdarstellung eines ersten Abbildungskanals 21 entlang einer Symmetrieachse (Endoskopachse) eines nicht dargestellten zylinderförmigen Endoskops 1 gezeigt.
An einem distalen Ende 4 des ersten Abbildungskanals 21 be- ziehungsweise des Endoskops 1 ist eine erste optische Umlenk¬ vorrichtung 31 innerhalb eines Objektives 2 angeordnet, wobei die erste optische Umlenkvorrichtung 31 bezüglich in den ersten Abbildungskanal 21 eintretender Lichtstrahlen 10 nach einer ersten Linse 14 des Objektives 2 angeordnet ist.
Wie bereits in Figur 1 dargestellt, wird durch die erste op¬ tische Umlenkvorrichtung 31, die als Parallelepiped ausgebil¬ det ist, ein transversaler paralleler Versatz 42 einer optischen Achse 101 ermöglicht. In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bezieht sich die erste optische Achse 101 auf die optische Achse von weiteren Linsen des Objektivs 2, die bezüglich der eintretenden Lichtstrahlen 10 nach der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 angeordnet sind und/oder auf die optische Achse von im Abbildungskanal 21 angeordneten Relaylinsen 8. Hierbei bilden die im ersten Abbildungskanal 21 angeordneten Relaylinsen 8 eine sogenannte erste
Relaystufe 6 des ersten Abbildungskanals 21 aus.
Typischerweise weisen die Relaylinsen 8 und folglich die ers- te Relaystufe 6 eine größere geometrische Ausdehnung als das erste optische Umlenkelement 31 auf. Mit anderen Worten wird die geometrische Ausdehnung, insbesondere ein Durchmesser des Abbildungskanals 21, nicht durch die erste optische Umlenk¬ vorrichtung 31, sondern durch die im ersten Abbildungskanal 21 angeordneten Relaylinsen 8 begrenzt. Folglich ist eine kleinste geometrische Ausdehnung des ersten Abbildungskanals 21 durch die im ersten Abbildungskanal 21 angeordneten
Relaylinsen 8 vorgegeben. Vorteilhafterweise ist für die Anordnung der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 im ersten Abbildungskanal 21 dadurch keine Vergrößerung des ersten Ab¬ bildungskanals 21 nötig. In Figur 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Endoskops 1 illustriert, wobei das Endoskop 1 einen ersten Ab¬ bildungskanal 21 und einen zweiten Abbildungskanal 22 um- fasst .
Sowohl im ersten als auch im zweiten Abbildungskanal 21, 22 ist ein Objektiv 2 angeordnet. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Kamera zur Aufnahme der Abbilder des ersten und des zweiten Abbildungskanals 21, 22 innerhalb der genannten Ab- bildungskanäle 21, 22 angeordnet ist und/oder direkt in die genannten Objektive 2 integriert ist. Weiter umfasst der ers¬ te und zweite Abbildungskanal 21, 22 bzw. die Objektive 2 ei¬ ne erste und zweite optische Umlenkvorrichtung 31, 32. Bezogen auf in den Abbildungskanälen 21, 22 an einem distalen Ende 4 des Endoskops 1 eintretende Lichtstrahlen 10, ist vor der ersten und der zweiten optischen Umlenkvorrichtung 31, 32 jeweils eine erste Linse 14 des jeweiligen Objektives 2 vor¬ gesehen. Hierbei bildet der erste und zweite Abbildungskanal 21, 22 ein Abbild eines Teilbereichs 50 eines Hohlraumes aus unterschiedlichen Blickrichtungen ab. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Stereoskopie des Teilbereiches 50 ermög¬ licht. Die erste und zweite Umlenkvorrichtung 31, 32 im ers¬ ten und zweiten Abbildungskanal 21, 22 sind derart angeord- net, dass sich jeweils ein gegengerichteter transversaler paralleler Versatz der Lichtstrahlen 10 ergibt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine nicht gezeigte Triangulationsbasis des Endoskops 1 vergrößert, wodurch die Auflösung der Tiefen¬ bestimmung des Teilbereichs 50 des Hohlraumes verbessert wird.
In Figur 4 ist eine vergrößerte Darstellung des in Figur 3 dargestellten Endoskops 1 gezeigt. Wiederum ist an einem distalen Ende 4 des Endoskops 1 im ersten und im zweiten Abbil- dungskanal 21, 22 jeweils ein Objektiv 2, eine optische Um¬ lenkvorrichtung 31, 32 und eine erste Linse 14 der Objektive 2 angeordnet. Der erste Abbildungskanal 21 weist eine erste optische Achse 101 und der zweite Abbildungskanal 22 eine zweite optische Achse 102 auf.
Die am distalen Ende 4 angeordneten Umlenkvorrichtungen 31, 32 ermöglichen eine Vergrößerung einer ursprünglichen Triangulationsbasis 44 bekannter Endoskope, wobei die ursprüngli¬ che Triangulationsbasis 44 durch den Abstand der ersten und zweiten optischen Achse 101, 102 festgelegt ist. Die erste optische Umlenkvorrichtung 31 weist einen transversalen pa- rallelen Versatz 42 der ersten optischen Achse 101 auf, der entgegengesetzt einem transversalen parallelen Versatz 43 der zweiten optischen Achse 102 ist, wobei der transversale pa¬ rallele Versatz 43 der zweiten optischen Achse 102 mittels der zweiten optischen Umlenkvorrichtung 32 ermöglich wird. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Triangulationsbasis 46, die gegenüber der ursprünglichen Triangulationsbasis 44 vergrößert ist. Dadurch wird vorteilhafterweise die Auflösung der Tiefenbestimmung des Endoskops 1 weiter verbessert. Weisen die Abbildungskanäle 21, 22 eine zusätzliche Winkelän¬ derung ihrer optischen Achsen 101, 102 auf, so kann mittels der Winkeländerung eines in den genannten Kanälen 21, 22 eintretenden Lichtbündels eine Lenkung des Lichtbündels derart erfolgen, dass Hauptstrahlen der Lichtbündel sich auf einer Endoskopachse in einem Zentrum der Objektive 2 (Pupille) schneiden. Dadurch wird ein Versatz der Abbilder zwischen dem ersten und zweiten Abbildungskanal 21, 22 verringert.
In Figur 5 ist eine schematische Schnittdarstellung eines En- doskops 1 illustriert, das einen ersten Abbildungskanal 21 und einen Projektionskanal 16 umfasst. Hierbei ist innerhalb des Projektionskanals 16 ein Projektor 18 angeordnet, der ein diffraktives optisches Element (DOE) umfasst. Ein solcher Projektor 18 wird als DOE-Proj ektor bezeichnet. Dadurch wird eine aktive Triangulation mittels eines farbcodierten
und/oder punktcodierten Musters ermöglicht. An einem distalen Ende 4 des Endoskops 1 ist eine erste Um¬ lenkvorrichtung 31 angeordnet, die eine vergrößerte Triangu¬ lationsbasis 46 ermöglicht. Hierzu wird eine erste optische Achse 101 transversal versetzt 42. Eine ursprüngliche Trian- gulationsbasis 44 wird dadurch vorteilhaferweise vergrößert. Bezogen auf Lichtstrahlen 10, die am distalen Ende 4 in den ersten Abbildungskanal 21 eintreten, ist vor der ersten optischen Umlenkvorrichtung 31 eine erste Linse 14 des Objektives 2 angeordnet, so dass die erste optische Umlenkvorrichtung 31 zwischen der ersten Linse 14 und weitern Linsen des Objektiv 2 angeordnet ist. Hierbei ist die erste optische Achse 101 durch die genannten weiteren Linsen des Objektives 2 bestimmt . Der Projektionskanal 16, der erste und/oder zweite Abbil¬ dungskanal 21, 22 können weitere optische Komponenten, bei¬ spielsweise Linsen, Spiegel, Gitter, Strahlteiler und/oder Prismen und/oder gesamte optische Vorrichtungen, beispielsweise weitere Objektive, umfassen. Insbesondere kann der ers- te und/oder zweite Abbildungskanal 21, 22 mittels eines Ob¬ jektivs gebildet sein. Hierbei kann eine Kamera, beispiels¬ weise eine Drei-Chip-Kamera am Objektiv 2 angeordnet und/oder im Objektiv 2 integriert sein. Eine Leitung der Abbilder erfolgt hierbei bevorzugt über optische Fasern, insbesondere mittels einer Monomodefaser .
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Endoskop (1) zur Tiefenbestimmung eines Teilbereiches (50) eines Hohlraumes, das wenigstens einen ersten Abbildungskanal (21), welcher eine erste optische Achse (101) aufweist, um- fasst, wobei innerhalb des ersten Abbildungskanals (21) we¬ nigstens eine erste optische Umlenkvorrichtung (31) angeord¬ net ist, die zu einem bezüglich der ersten optischen Achse (101) transversalen parallelen Versatz (42) der ersten opti- sehen Achse (101) ausgebildet ist.
2. Endoskop (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Umlenkvorrichtung (31) an einem dis¬ talen Ende (4) des Endoskops (1) angeordnet ist.
3. Endoskop (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abbildungskanal (21) ein Objektiv (2) aufweist, wobei das Objektiv (2) die erste optische Umlenk¬ vorrichtung (31) umfasst.
4. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abbildungskanal (21) wenigstens eine Linse (8) umfasst.
5. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit wenigstens einer Relaylinse (8) .
6. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Umlenkvor- richtung (21) als ein Parallelepiped ausgebildet ist.
7. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Umlenkvor¬ richtung (21) wenigstens zwei verspiegelte Innenflächen (12) aufweist.
8. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Projektionskanal (16), wobei der Projektionskanal (16) eine Projektionsvorrichtung (18) umfasst, die zur Pro¬ jektion eines Musters auf eine Oberfläche des Teilbereiches des Hohlraums ausgebildet ist.
9. Endoskop (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung (18) ein diffraktives opti¬ sches Element zur Erzeugung des Musters umfasst.
10. Endoskop (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein farbkodiertes Farbmuster ist.
11. Endoskop (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionskanal (16) mit einer Lichtquelle optisch gekoppelt ist.
12. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Instrumentierkanal.
13. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem zweiten Abbildungskanal (22), der eine zweite opti¬ sche Achse (102) aufweist, wobei innerhalb des zweiten Abbil¬ dungskanals eine zweite optische Umlenkvorrichtung (32) ange¬ ordnet ist, die zu einem bezüglich der zweiten optischen Achse (102) transversalen parallelen Versatz (43) der zweiten optischen Achse (102) ausgebildet ist.
14. Endoskop (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des transversalen parallelen Versatzes (43) der zweiten optischen Achse (102) gegensätzlich zur Richtung des transversalen parallelen Versatzes (42) der ersten optischen Achse (101) ist.
15. Endoskop (1) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, da¬ durch gekennzeichnet, dass der zweite Abbildungskanal (22) als Projektionskanal (16) ausgebildet ist.
16. Endoskop (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop (1) einen Beobach¬ tungswinkel von 30° aufweist.
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