WO2016150678A1 - Abbildungseinheit für ein endoskop und verfahren zum herstellen einer abbildungseinheit - Google Patents

Abbildungseinheit für ein endoskop und verfahren zum herstellen einer abbildungseinheit Download PDF

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WO2016150678A1
WO2016150678A1 PCT/EP2016/054626 EP2016054626W WO2016150678A1 WO 2016150678 A1 WO2016150678 A1 WO 2016150678A1 EP 2016054626 W EP2016054626 W EP 2016054626W WO 2016150678 A1 WO2016150678 A1 WO 2016150678A1
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tube
groove
imaging unit
objective
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PCT/EP2016/054626
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Martin Wieters
Uwe SCHÖLER
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Olympus Winter & Ibe Gmbh
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    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Definitions

  • Imaging unit for an endoscope and method of making an imaging unit
  • the invention relates to an imaging unit, comprising at least one optical element, which is accommodated in a lens barrel. Furthermore, the invention relates to an endoscope and to a method for producing an imaging unit.
  • the objective is focused by transversal displacement, that is to say by a displacement along its optical axis, relative to a plane in which a sharp image is desired and in which, for example, an image sensor is located.
  • the lens such as the endoscope objective, permanently fixed by this z. B. is glued.
  • cylindrical fits are used to align the optical components. Despite small tolerances in the fit, it is possible for the optical element or optical unit to tilt slightly.
  • an imaging unit in particular for an endoscope, comprising at least one optical element, which is accommodated in a lens tube and wherein the imaging unit is formed by the fact that the objective tube is at least partially accommodated or receivable in an interior surrounded by a guide tube, wherein the objective tube on an outer lateral surface comprises a plurality of webs which extend in a longitudinal direction of the objective tube and in each case cooperate with a groove let into an inner circumferential surface of the guide tube.
  • the invention is based on the following considerations. It will leave the concept of a cylindrical fit between the objective tube and the guide tube. The fit is no longer completely rotationally symmetrical. Along the circumference of the objective tube webs are provided on an outer circumferential surface of the objective tube. These webs extend the objective tube parallel to its longitudinal direction at least in sections. The second part of the fit, namely the guide tube, is provided with corresponding grooves for receiving the webs. A groove is wider in the circumferential direction than the webs.
  • the optical element is in particular an imaging optical component of an endoscope objective. It is also possible that an endoscope objective is provided as the optical element.
  • the optical element more precisely the objective tube in which it is received, is displaced in the longitudinal direction until the desired position is reached, in which it images sharply, for example onto the image sensor.
  • the webs and the grooves are complementary in shape in a cross section lying perpendicular to the longitudinal direction. Form complementary to each other formed webs and grooves allow precise self-centering of the objective tube in the guide tube. Further preferably, the webs are arranged distributed uniformly along the circumference of the objective tube. For example, there are three webs at a distance of 1 20 ° along the circumference of the objective tube on the outer lateral surface. The same applies to the associated grooves in the guide tube. According to further embodiments deviating numbers of webs and grooves are provided, of course, their number is always identical. For example, two, four, five or more webs or grooves on the lens pipe or the guide tube present.
  • the imaging unit is developed in that the webs and / or the grooves are trapezoidal in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, wherein at least one side edge of the web and / or at least one side wall of the groove towards a center of the web or the groove is inclined, so that in the cross section of the web tapers in the direction of its end face and / or narrows the groove in the direction of its bottom.
  • the webs and the grooves By rotating the objective tube and the guide tube relative to each other, the webs and the grooves, more precisely the side edges of the webs and the side walls of the grooves, come into contact with each other. Since the side flanks of the webs and the side walls of the grooves are inclined, by applying a predetermined torque, a certain contact pressure between the two surfaces is realized, which slide slightly on each other. So the two parts are centered against each other. As a result, the objective tube is tilt-free and securely aligned in the guide tube. Subsequently, the objective tube is displaced in the guide tube, so that the optical element present in the objective tube images sharply, for example, onto an image sensor.
  • the torque used for centering is preferably selected to be so large that at the same time as the self-centering of the objective tube in the guide tube there is also an at least temporary clamping fit between the two components.
  • the angle at which the side flank of the web and the side wall of the groove are inclined is selected such that in the specific application case there is a sufficiently large contact force between the objective tube and the guide tube, so that the Wanted self-centering occurs.
  • the angles at which the side flank of the web and the side wall of the groove are inclined at least approximately the same size.
  • the torque is selected only so large that the friction between the lens barrel and the guide tube just sufficient to prevent tilting of the optical element relative to the image sensor, the lens tube but against the guide tube still slightly displaced in the longitudinal direction is. So it is possible to make the adjustment of the focus position. Only then is the objective tube fixed on or in the guide tube.
  • the image sensor which may also be comprised by the imaging unit, is aligned in particular perpendicular to a longitudinal direction of the guide tube. Furthermore, the guide tube and the image sensor are preferably arranged in a fixed spatial relationship to one another.
  • the imaging unit is intended for both rigid-stemmed endoscopes and flexible-shafted endoscopes. Furthermore, according to one aspect of the invention, it is provided that the imaging unit is used in an endoscope. However, the use of the imaging unit is not limited to endoscopes. It is also preferred in camera, camera modules, exposure and imaging systems.
  • the objective tube is, in particular, integral with its webs in one piece or in one piece, furthermore, in particular, in the form of a piece of material or in one piece of material.
  • the longitudinal direction of the guide tube, as well as the longitudinal direction of the objective tube corresponds to a respective direction of longitudinal extension of the component.
  • Im optimally centered state of the objective tube coincides, at least approximately, its longitudinal direction with the longitudinal direction of the guide tube.
  • the two longitudinal directions extend at least approximately in a common direction, that is, in other words, they are minimally offset from one another in other words at best.
  • the webs extend at least in sections along the longitudinal direction of the objective tube.
  • the web is executed interrupted along the length of the objective tube.
  • the webs preferably extend along the entire length of the objective tube in its longitudinal direction.
  • the grooves which also preferably extend in sections, but in particular extend along the complete length of the guide tube in its longitudinal direction.
  • the imaging unit is developed in that the at least one side edge of the web and / or the at least one side wall of the groove are inclined by a predetermined angle relative to a radial direction, wherein the radial direction is assumed to be a direction starting from a center of the objective tube or the guide tube extends radially and pierces the end face of the web or the base of the groove in the middle of the cross section.
  • both side walls of the groove and / or both side edges of the web are inclined to the, that is an at least approximately identical, predetermined angle with respect to the radial direction.
  • the web and also the groove are preferably configured symmetrically. It is advantageously possible for a centering of the objective tube in the guide tube optionally by a clockwise or counterclockwise rotation. gersinn make.
  • the predetermined angle between 30 ° and 60 °, in particular between 35 ° and 55 °, moreover in particular between 40 ° and 50 ° and in particular is at least approximately 45 °. If the angles are too small, the self-centering forces are too low, while if the angles are too large, too much static friction can occur between the objective tube and the guide tube.
  • the angle between the inclined side edge of the web or the inclined side wall of the groove and the radial direction is always understood the smaller of the two angles, as viewed at a crossing point between the plane of the side edge and the side wall and the radial direction. It is important in this context that reference is always made to the radial direction or a direction parallel thereto.
  • the radial direction extends from a center of the guide tube or the objective tube and pierces the bottom of the groove or the front side of the web in the center or in the middle. If the guide tube and the objective tube are ideally centered relative to one another, the radial direction of the guide tube and the radial direction of the objective tube coincide. In the case of non-ideal centering, reference is made to the radial direction of the guide tube for determining the inclination of the flank on the radial direction of the objective tube and for determining the inclination of the side wall.
  • the objective tube and the guide tube are preferably made of metal and / or plastic.
  • For the objective tube and the guide tube may be provided the same or different materials.
  • the objective tube and the guide tube are Weil made of steel or other metallic material, it is further preferably provided that these are welded, soldered or glued together after centering and adjustment of the optical element. Welding or soldering takes place, for example, with the aid of a laser.
  • welding or soldering points are provided in a throat between an outer circumferential surface of the objective tube and an end face of the guide tube. These connection points are preferably arranged distributed equally along the circumference. For example, there are three connection points, each spaced at an angle of 120 ° from each other, along the circumference of the objective tube.
  • Gluing the objective tube and the guide tube is performed, for example, by a thin adhesive is introduced into the gap between the objective tube and guide tube.
  • a thin adhesive is introduced into the gap between the objective tube and guide tube.
  • Such an adhesive can be cured, for example under the action of UV radiation.
  • the outer guide tube is preferably designed translucent or made of a translucent material.
  • a material is used which is translucent for UV radiation.
  • the guide tube made of a translucent material and the objective tube are made of a highly light-absorbing material.
  • a translucent for this wavelength material or highly absorbing material is selected.
  • the objective tube and the guide tube are welded together by the laser light penetrating the guide tube and in the material of the objec- strongly absorbed, so that this locally melts.
  • the guide tube comprises an outer groove which extends in the longitudinal direction of the guide tube and is embedded in an outer circumferential surface of the guide tube, wherein it is provided in particular that the outer groove in a region of the guide tube extends so that it at least partially overlaps in the circumferential direction, the recessed into the inner circumferential surface groove, further, in particular, the outer groove in the circumferential direction has at least one width of the recessed into the inner circumferential surface groove.
  • the objective tube and the guide tube are preferably made of thermoplastic materials for this purpose, which also have in particular similar thermal properties.
  • the guide tube is translucent for the laser radiation used, for example UV or IR radiation or else for radiation in the visible range.
  • the objective tube is strongly absorbed for the corresponding wavelength, so for example made of a black-colored material, such as plastic.
  • the outer groove reduces the material thickness of the guide tube in the critical area, so that in this no unnecessarily high absorption of the laser radiation occurs. Thus, an optimal beam injection is given.
  • the laser radiation which penetrates the guide tube in the region of the groove, heats the underlying objective tube, the material of which is melted in regions, so that as a result the two components are welded together in this area.
  • a UV curing crosslinking adhesive in the gap between the lens barrel and the guide tube by means of a through the guide tube into the region of this gap coupled (UV) laser beam.
  • UV gap coupled
  • an endoscope comprising an imaging unit according to one or more of said embodiments.
  • the endoscope has a rigid or a flexible shaft.
  • the object is achieved by a method for producing an imaging unit according to one or more of the aforementioned embodiments, wherein the method is developed by the following steps,
  • the manufacturing method allows a fast and precise adjustment and centering of the optical element.
  • the method is developed in particular in that the webs and / or the grooves are trapezoidal in a cross-section lying perpendicular to the longitudinal direction, wherein at least one lateral flank of the web and / or at least one side wall of the groove is inclined in the direction of a center of the web or the groove, so that in cross-section of the web tapers in the direction of its end face and / or narrows the groove in the direction of its bottom, wherein for adjustment of the optical element accommodated in the objective tube, the method comprises the following further steps: rotating the objective tube about its longitudinal direction relative to the guide tube such that the inclined side edge of the web abuts against the inclined side wall of the groove and the optical element is centered; Displacing the objective tube relative to the guide tube in the longitudinal direction of the guide tube for setting a desired longitudinal position of the objective tube.
  • the method is further developed by the fact that the lens tube and the guide tube are welded, soldered and / or glued together by the action of laser radiation, the guide tube being made of a material translucent for the laser radiation and the objective tube made of a material strongly absorbing the laser radiation, and wherein for welding, soldering and / or bonding of the objective tube and the guide tube, the guide tube is irradiated in the region of the outer groove with the laser radiation.
  • an imaging unit in particular an imaging unit of an endoscope, is provided, which is produced by a method according to one or more of the aforementioned aspects.
  • Embodiments of the invention may be individual features or a Combine several features.
  • Fig. 1 an endoscope in a schematically simplified side view
  • Fig. 2 shows an imaging unit in a schematically simplified longitudinal sectional view
  • FIG. 3 shows a schematically simplified cross-sectional view along the line II-II in FIG. 2,
  • FIG. Figures 4 and 5 are schematically simplified detail views of such a cross-sectional view illustrating further embodiments.
  • Fig. 1 shows a schematic and simplified side view of an endoscope 2, for example a video endoscope.
  • the endoscope 2 comprises a tubular shaft 4, in which an optical element, for example an endoscope objective, is arranged.
  • an operation and examination area which lies distally in front of a free end of the shaft 4, is observed or imaged.
  • the image via relay optics by the shaft 4, which opens into a housing 6, forwarded.
  • a flexible bundle of optical fibers is provided as relay optics.
  • the housing 6 is used to handle the endoscope 2.
  • the side of the housing 6 is a light source 10, for example, an LED light source. This is connected via a connecting cable 12 with a suitable power supply.
  • a camera head 14 is arranged with an eyepiece adapter, not shown.
  • the camera head 14 detects the light emerging from the endoscope 2 with an image sensor.
  • the camera head 14 is supplied with power. Furthermore, it is possible via the connection 16 to transmit image signals from the area sensor of the camera head 14 to an external evaluation unit and to transmit control signals to the camera head 14.
  • the endoscope 2 has an imaging unit that includes an optional image sensor 24 and an optical element 26.
  • Fig. 2 shows the imaging unit 20 in a schematically simplified longitudinal sectional view.
  • the imaging unit 20 comprises a guide tube 22 which is in a fixed spatial relationship to the image sensor 24, in particular a planar image sensor, for example a CCD or CMOS sensor.
  • the image sensor 24 is arranged in the guide tube 22 in the illustrated embodiment.
  • the imaging unit 20 comprises at least one optical element 26, For example, a lens, lens group or an endoscope lens.
  • the optical element 26 is received in a lens tube 28.
  • the objective tube 28 is at least partially accommodated or receivable in an inner space 30 enclosed by the guide tube 22.
  • Fig. 3 shows a schematically simplified cross-sectional view along that in FIG. 2 with I I I I I designated line.
  • the lens tube 28 comprises on its outer circumferential surface 32 a plurality of webs 34.
  • the webs 34 each extend in a longitudinal direction L1 of the objective tube 28 and cooperate with grooves 36 which are embedded in an inner circumferential surface 38 of the guide tube 22.
  • the grooves 36 extend in a longitudinal direction L2 of the guide tube 22. In the illustrated ideally centered state, the longitudinal direction L1 of the objective tube 28 and the longitudinal direction L2 of the guide tube 22 coincide.
  • the webs 34 and the grooves 36 are in the in FIG. 3, which is oriented perpendicular to the longitudinal directions L1, L2, trapezoidal.
  • a side flank 40 of the webs 34 and a side wall 42 of the groove 36 is inclined in the direction of a center of the respective web 34 and the respective groove 36 that tapers in the illustrated cross-section of the web 34 in the direction of its end face and the groove 36 in Direction of their reason 46 narrows.
  • only one side flank 40 and one side wall 42 are provided with reference numerals.
  • the objective tube 28 and the webs 34 present on its outer circumferential surface 32 are preferably in one piece or in one piece, furthermore preferably in one piece of material or material, with the objective tube 28 or with the guide tube 22.
  • a material for the objective tube 28 for example, a plastic or a Metal provided.
  • the groove 36 which are embedded in the guide tube 22 and into which the associated web 34 of the objective tube 28 extends, is also shown in FIG. 2 longitudinal section visible.
  • the groove 36 preferably extends in sections along the longitudinal direction L2 of the guide tube 22. It is also provided that the groove 36 extends along the complete length of the guide tube 22 in its longitudinal direction L2.
  • the web 34 of the objective tube 28 preferably extends along the entire length of the objective tube 28 in its longitudinal direction L1. It is also provided according to a further embodiment, not shown, that the web 34 extends only partially in the longitudinal direction L1 of the objective tube 28.
  • the webs 34 and the grooves 36 along the circumference of the objective tube 28 and the guide tube 22 are arranged evenly distributed. For example, these have a distance of 1 20 ° along the respective circumference of the objective tube 28 and the guide tube 22.
  • other numbers of webs 34 and grooves 36 are provided, for example, two, four, five or more. These are likewise preferably distributed uniformly along the circumference of the objective tube 28 or of the guide tube 22.
  • the webs 34 of the objective tube 28 and the grooves 36 of the guide tube 22 are in the in FIG. 3 cross-sectional shape complementary designed.
  • both the webs 34 and the grooves 36 have the shape of a rectangular trapezium. Consequently, only one side edge 40 of the webs 34 and only a side wall 42 of the grooves 36 inclined.
  • the objective tube 28 is centered in the guide tube 22 by rotating the objective tube 28 clockwise with respect to the guide tube 22. As a result of this rotation, the side flank 40 of a web 34 comes into abutment with the side wall 42 of the groove 36. If a predetermined torque is exerted on the objective tube 28 or the guide tube 22 during this rotation, a centering force directed in the direction of the center of the objective tube 28 arises due to the surfaces sliding towards one another.
  • Fig. 4 shows a schematically simplified detailed view of the guide tube 22 and the objective tube 28 in the region of the web 34 and the groove 36.
  • the web 34 and the groove 36 have two inclined side flanks 40a, 40b and two inclined side walls 42a, 42b, respectively on.
  • a first side wall 42a of the groove 36 and a first side flank 40a of the web 34 are inclined at a first angle ⁇ and a second side wall 42b of the groove 36
  • a second side flank 40b of the web 34 is inclined at a second angle ⁇ , ⁇ from a radial direction R.
  • the first and second angles ⁇ , ⁇ can be the same or different.
  • the radial direction R is a direction which, starting from a center Z of the objective tube 28 or the guide tube 22, extends radially and penetrates the end face 44 of the web 34 or the base 46 of the groove 36 centrally in the illustrated cross section.
  • the respective angles a, ß, by which the side flanks 40a, 40b and the side walls 42a, 42b of the web 34 and the groove 36 are inclined, are determined relative to this direction.
  • dotted line a first parallel direction R1 and a second parallel direction R2 in FIG. 4 drawn.
  • the two parallel directions R1, R2 are parallel to the radial direction R shifted directions. Opposite these parallel directions R1, R2, the inclination of the side flanks 40a, 40b is determined.
  • An inclination of the flanks 40a, 40b of the web 34 is determined in relation to parallel directions R1, R2, which extend from the center Z of the objective tube 28 through a foot of the web 34, at the transition between the outer lateral surface 50 and the respective flank 40a, 40b.
  • An inclination of the side walls 42a, 42b of the groove 36 is determined in relation to parallel directions R1, R2, which extend from the center Z of the objective tube 28 through an upper edge of the groove 36, at the transition between the inner circumferential surface 38 and the respective side wall 42a, 42b.
  • the corresponding points coincide by way of example, so that only two parallel directions R1, R2 are necessary for determining the inclination angles ⁇ , ⁇ .
  • the objective tube 28 is arranged concentrically with the guide tube 22 so that they have a common center Z.
  • the inclination angle ⁇ , ß of the side flanks 40a, 40b and the side walls 42a, 42b is at least approximately identical.
  • the angle of inclination a, ß between 30 ° and 60 °, in particular between 35 ° and 55 °, moreover in particular between 40 ° and 50 °, and in particular is at least approximately 45 °.
  • the mentioned angle ranges have been found to be advantageous, since at too large angles too small centering forces act on the objective tube 28, while these are too small at too small angles.
  • Fig. 5 shows a further schematic and simplified detailed view of the objective tube 28 and of the guide tube 22 in the region of the web 34 or the groove 36 according to a further exemplary embodiment.
  • the web 34 and the groove 36 have in the illustrated cross-section the shape of a rectangular trapezoid, so that the lens tube 28 relative to the guide tube 22 by a clockwise rotation is centered.
  • a first side flank 40a and a first side wall 42a of the web 34 or the groove 36 are inclined by an angle a, which is for example 45 °.
  • the second side wall 40b of the web 34 and the second side wall 42b of the groove 36 are oriented vertically, ie. they extend in the direction of the radial direction R, more precisely along the second parallel direction R2, which is displaced parallel to the radial direction R.
  • the guide tube 22 comprises an outer groove 48, which extends in the longitudinal direction L2 of the guide tube 22 and is embedded in an outer circumferential surface 50 of the guide tube 22.
  • the outer groove 48 is configured such that it extends in such a region of the guide tube 22, so that it overlaps in the circumferential direction at least partially embedded in the inner circumferential surface 38 groove 36.
  • the outer groove 48 completely overlaps the groove 36, that is, it has at least the width of the groove 36 embedded in the inner circumferential surface 38.
  • the width of the outer groove 48 measured in the circumferential direction is greater than the maximum width of the groove 36, which is also measured in the circumferential direction.
  • the guide tube 22 is preferably made of a translucent material and the objective tube 28 made of a highly light-absorbing material.
  • the Guide tube 22 uses a translucent plastic, while the objective tube 28 is made of a blackened plastic.
  • the possibility is created to weld the objective tube 28 and the guide tube 22 together, for example with the aid of laser radiation, after the objective tube 28 has been centered.
  • the strongly absorbing material of the objective tube absorbs the laser radiation and is thus partially melted.
  • the objective tube 28 is fixed to the guide tube 22.
  • the laser radiation in the material of the guide tube 22 is not or only slightly absorbed, since this is made of a translucent material.
  • a material is selected which is largely transparent to the wavelength used, for example UV light.
  • the objective tube 28 and the guide tube 22 can also be soldered together or glued together.
  • the objective tube 28 and the guide tube 22 are made so as to have a gap 52 therebetween.
  • the objective tube 28 can be easily inserted into the guide tube 22.
  • the fit between the two components, especially the width of the gap 52, is chosen so that a trouble-free installation is possible. It is advantageously not necessary to make the fit between the components particularly tight because it has no direct influence on the subsequent centering of the objective tube 28.
  • the objective tube 28 is at least partially inserted into the space 30 surrounded by the guide tube 22, wherein in each case a web 34 of the objective tube 28 in a groove 36 of Guide tube 22 engages. Subsequently, in the objective tube 28, for example an endoscope lens or an optical component thereof, adjusted relative to the image sensor 24.
  • the objective tube 28 is rotated about its longitudinal direction L1 relative to the guide tube 22 in a first step, so that the at least one inclined side edge 40 of the web 34 comes to rest on the at least one inclined side wall 42 of the groove 36.
  • the optical element 26 is centered relative to the image sensor 24.
  • the objective tube 28 including the optical element is displaced in the longitudinal direction L2 of the guide tube 22.
  • the optical element 26 preferably focuses sharply on the image sensor 24. In other words, this is thus at least approximately in the image plane of the optical element 26th
  • the optical element 26 is fixed relative to the image sensor 24 by connecting the objective tube 28 to the guide tube 22.
  • the objective tube 28 is fixed in the guide tube 22 by, for example, the two components are welded or soldered together, as explained above. It is further envisaged that in the gap 52 between the objective tube 28 and guide tube 22, an adhesive is given, which hardens.
  • a UV-crosslinking adhesive can be used so that rapid crosslinking can optionally be achieved using a UV laser when a translucent material for the laser light is used for the guide tube 22.
  • the laser radiation is coupled in the region of the outer groove 48, so that the path to be traveled in the material of the guide tube 22 and the associated absorption of the laser light in the material is as low as possible.
  • welding points are set in a throat between an outer circumferential surface 32 of the objective tube 28 and an end face of the guide tube 22.
  • a welding point 54 is shown by way of example in FIG. 2 shown. If a solder joint is made, it is a solder point.
  • the welding or soldering connection can also be produced by means of a laser.
  • the objective tube 28 and the guide tube 22 are preferably welded, soldered and / or glued together by the action of laser radiation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abbildungseinheit (20) sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben. Die Abbildungseinheit (20) umfasst ein in einem Objektivrohr (28) aufgenommenes optisches Element (26), welches abschnittsweise in einem Führungsrohr (22) aufgenommenist. Das Objektivrohr (28) umfasst eine Mehrzahl von Stegen (34), die sich in seiner Längsrichtung (L1) erstrecken und jeweils mit einer in das Führungsrohr (22) eingelassenen Nut (36) zusammenwirken.

Description

Abbildungseinheit für ein Endoskop und Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Abbildungseinheit, umfassend zumindest ein optisches Element, welches in einem Objektivrohr aufgenommen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Endoskop sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit.
In optischen Abbildungssystemen wie beispielsweise Videoendo- skopen wird das Objektiv durch transversales Verschieben, also durch eine Verschiebung entlang seiner optischen Achse, relativ zu einer Ebene, in der eine scharfe Abbildung erwünscht ist und in der sich beispielsweise ein Bildsensor befindet, fokussiert. Anschließend wird das Objektiv, beispielsweise das Endoskopobjektiv, dauerhaft fixiert, indem dieses z. B. verklebt wird . In der Praxis werden hauptsächlich rotationssymmetrische, zylindrische Passungen zur Ausrichtung der optischen Bauelemente verwendet. Trotz geringer Toleranzen in der Passung ist es möglich, dass das optische Element oder die optische Einheit geringfügig verkippt. An die Koaxial i- tat zwischen einer Normalen des Bildsensors und der optischen Achse des bilderzeugenden optischen Elements, welches beispielsweise Teil eines Endoskopobjektivs ist, werden vor allem bei hochauflösenden optischen Einheiten stetig steigende Anforderungen gestellt, um die erreichbare Bildqual ität voll auszuschöpfen .
Um diese hohen Anforderungen zu erfüllen, wäre es möglich, eine Führungslänge in den Passungen zu vergrößern . Dies führt jedoch gleichzeitig zu Lichtverlusten und ggf. auch zu höherer Dispersion . Eine weitere Verringerung der Passungstoleranzen erlaubt es nur theoretisch, eine mögl iche Verkippung zu verringern, da zum Montieren des optischen Elements stets ein Mindestspiel in der Passung vorhanden sein muss.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abbildungseinheit, ein Endoskop sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit anzugeben, wobei die Abbildungseinheit ein optisches Element um- fasst, und wobei eine genaue Ausrichtung des optischen Elements möglich sein soll .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Abbildungseinheit, insbesondere für ein Endoskop, umfassend zumindest ein optisches Element, welches in einem Objektivrohr aufgenommen ist und wobei die Abbildungseinheit dadurch fortgebildet ist, dass das Objektivrohr in einem von einem Führungsrohr umgebenen Innenraum zumindest abschnittsweise aufgenommen oder aufnehmbar ist, wobei das Objektivrohr an einer äußeren Mantelfläche eine Mehrzahl von Stegen umfasst, die sich in einer Längsrichtung des Objektivrohrs erstrecken und jeweils mit einer in eine innere Mantelfläche des Führungsrohrs eingelassenen Nut zusammenwirken .
Der Erfindung liegen die folgenden Überlegungen zugrunde. Es wird das Konzept einer zylindrischen Passung zwischen Objektivrohr und Führungsrohr verlassen . Die Passung ist nicht mehr vollständig rotationssymmetrisch ausgeführt. Entlang des Umfangs des Objektivrohrs werden Stege an einer äußeren Mantelfläche des Objektivrohrs vorgesehen . Diese Stege erweitern das Objektivrohr parallel zu seiner Längsrichtung zumindest abschnittsweise. Der zweite Teil der Passung, nämlich das Führungsrohr, wird mit entsprechenden Nuten zur Aufnahme der Stege versehen . Eine Nut ist in Umfangs- richtung breiter ausgeführt als die Stege. So ist ein einfaches und klemmfreies Montieren des Objektivrohrs in dem Führungsrohr möglich, nämlich indem dieses entlang der Längsrichtung in das Führungsrohr eingeschoben wird . Das optische Element ist insbesondere ein abbildendes optisches Bauteil eines Endoskopobjektivs. Es ist auch möglich, dass als optisches Element ein Endoskopobjektiv vorgesehen ist. Das optische Element, genauer das Objektivrohr, in dem dieses aufgenommen ist, wird in Längsrichtung so verschoben, bis die gewünschte Position erreicht ist, in der es scharf abbildet, beispielsweise auf den Bildsensor.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stege und die Nuten in einem senkrecht zu der Längsrichtung liegenden Querschnitt formkomplementär sind . Zueinander formkomplementär ausgebildete Stege und Nuten erlauben eine präzise Selbstzentrierung des Objektivrohrs in dem Führungsrohr. Ferner bevorzugt sind die Stege entlang des Umfangs des Objektivrohrs gleich verteilt angeordnet. Beispielsweise befinden sich drei Stege in einem Abstand von 1 20° entlang des Umfangs des Objektivrohrs an dessen äußerer Mantelfläche. Gleiches gilt für die zugehörigen Nuten in dem Führungsrohr. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind abweichende Anzahlen von Stegen und Nuten vorgesehen, wobei selbstredend ihre Anzahl stets identisch ist. Beispielsweise sind zwei, vier, fünf oder mehr Stege bzw. Nuten an dem Objektiv- rohr bzw. dem Führungsrohr vorhanden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abbildungseinheit dadurch fortgebildet, dass die Stege und/oder die Nuten in einem senkrecht zu der Längsrichtung liegenden Querschnitt trapezförmig sind, wobei zumindest eine Seitenflanke des Stegs und/oder zumindest eine Seitenwand der Nut in Richtung eines Zentrums des Stegs bzw. der Nut geneigt ist, so dass sich im Querschnitt der Steg in Richtung seiner Stirnseite verjüngt und/oder die Nut in Richtung ihres Grundes verengt.
Durch Verdrehen des Objektivrohrs und des Führungsrohrs relativ zueinander kommen die Stege und die Nuten, genauer die Seitenflanken der Stege und die Seitenwände der Nuten, gegeneinander zur Anlage. Da die Seitenflanken der Stege und die Seitenwände der Nuten geneigt sind, wird durch Ausüben eines vorbestimmten Drehmoments eine bestimmte Anpresskraft zwischen den beiden Flächen realisiert, wobei diese aufeinander geringfügig abgleiten . So werden die beiden Teile gegeneinander zentriert. Im Ergebnis wird das Objektivrohr verkippungsfrei und sicher im Führungsrohr ausgerichtet. Anschließend wird das Objektivrohr in dem Führungsrohr verschoben, so dass das in dem Objektivrohr vorhandene optische Element scharf beispielsweise auf einen Bildsensor abbildet. Das zur Zentrierung verwendete Drehmoment wird bevorzugt so groß gewählt, dass gleichzeitig zur Selbstzentrierung des Objektivrohrs in dem Führungsrohr auch ein zumindest temporärer Klemmsitz zwischen den beiden Bauteilen vorliegt.
Der Winkel, unter dem die Seitenflanke des Stegs und die Seitenwand der Nut geneigt sind, wird so gewählt, dass im speziellen Anwendungsfall eine ausreichend große Anpresskraft zwischen dem Objektivrohr und dem Führungsrohr vorhanden ist, so dass die ge- wünschte Selbstzentrierung auftritt. Bevorzugt sind die Winkel, unter denen die Seitenflanke des Stegs und die Seitenwand der Nut geneigt sind, zumindest näherungsweise gleich groß.
Es ist ferner vorgesehen, dass das Drehmoment lediglich so groß gewählt wird, dass die Reibung zwischen dem Objektivrohr und dem Führungsrohr gerade ausreicht, um ein Verkippen des optischen Elements relativ zu dem Bildsensor zu vermeiden, das Objektivrohr jedoch gegenüber dem Führungsrohr noch geringfügig in Längsrichtung verschiebbar ist. So ist es möglich, die Justage der Fokusposition vorzunehmen . Erst anschl ießend wird das Objektivrohr am oder im Führungsrohr fixiert.
Der Bildsensor, welcher ferner von der Abbildungseinheit umfasst sein kann, ist insbesondere senkrecht zu einer Längsrichtung des Führungsrohrs ausgerichtet. Ferner sind das Führungsrohr und der Bildsensor bevorzugt in einer festen räumlichen Beziehung zueinander angeordnet.
Die Abbildungseinheit ist sowohl für Endoskope mit einem starren Schaft als auch für Endoskope mit einem flexiblen Schaft vorgesehen . Ferner ist gemäß einem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Abbildungseinheit in einem Endoskop verwendet wird . Die Verwendung der Abbildungseinheit ist jedoch nicht auf Endoskope beschränkt. Sie kommt ebenso bevorzugt in Kamera, Kameramodulen, Belichtungs- und Abbildungssystemen zum Einsatz.
Das Objektivrohr ist insbesondere gemeinsam mit seinen Stegen einteilig bzw. einstückig, ferner insbesondere materialeinteilig bzw. materialeinstückig, ausgeführt. Die Längsrichtung des Führungsrohrs, ebenso die Längsrichtung des Objektivrohrs entspricht einer jeweiligen Längserstreckungsrichtung des Bauteils. Im optimal zentrierten Zustand des Objektivrohrs fällt seine Längsrichtung mit der Längsrichtung des Führungsrohrs, zumindest näherungsweise, zusammen . Zumindest aber erstrecken sich die beiden Längsrichtungen zumindest näherungsweise in eine gemeinsame Richtung, sind also mit anderen Worten bestenfalls minimal gegeneinander parallelversetzt.
Die Stege erstrecken sich zumindest abschnittsweise entlang der Längsrichtung des Objektivrohrs. Beispielsweise ist der Steg entlang der Länge des Objektivrohrs unterbrochen ausgeführt. Bevorzugt erstrecken sich die Stege jedoch entlang der vollständigen Länge des Objektivrohrs in seiner Längsrichtung . Gleiches gilt für die Nuten, welche sich ebenfalls bevorzugt abschnittsweise, insbesondere jedoch entlang der vollständigen Länge des Führungsrohrs in seiner Längsrichtung erstrecken .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Abbildungseinheit dadurch fortgebildet, dass die zumindest eine Seitenflanke des Stegs und/oder die zumindest eine Seitenwand der Nut um einen vorbestimmten Winkel gegenüber einer Radialrichtung geneigt sind, wobei als Radialrichtung eine Richtung angenommen wird, die ausgehend von einem Zentrum des Objektivrohrs bzw. des Führungsrohrs radial verläuft und die Stirnseite des Stegs bzw. den Grund der Nut im Querschnitt mittig durchstößt.
Bevorzugt sind beide Seitenwände der Nut und/oder beide Seitenflanken des Stegs um den, also einen zumindest näherungsweise identischen, vorbestimmten Winkel gegenüber der Radialrichtung geneigt. Mit anderen Worten sind also der Steg und ebenso die Nut bevorzugt symmetrisch ausgestaltet. Vorteilhaft ist es möglich, eine Zentrierung des Objektivrohrs in dem Führungsrohr wahlweise durch eine Rotation im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzei- gersinn vorzunehmen .
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der vorbestimmte Winkel zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 35° und 55°, ferner insbesondere zwischen 40° und 50° liegt und insbesondere zumindest näherungsweise 45° beträgt. Bei zu kleinen Winkeln sind die Selbstzentrierungskräfte zu gering, während bei zu großen Winkeln eine zu große Haftreibung zwischen dem Objektivrohr und dem Führungsrohr auftreten kann . Als Winkel zwischen der geneigten Seitenflanke des Stegs bzw. der geneigten Seitenwand der Nut und der Radialrichtung wird stets der kleinere der beiden Winkel verstanden, betrachtet an einem Kreuzungspunkt zwischen der Ebene der Seitenflanke bzw. der Seitenwand und der Radialrichtung. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass stets auf die Radialrichtung oder eine zu dieser parallele Richtung Bezug genommen wird . Die Radialrichtung erstreckt sich von einem Zentrum des Führungsrohrs bzw. des Objektivrohrs und durchstößt im Zentrum bzw. in der Mitte den Grund der Nut bzw. der Stirnseite des Stegs. Sind das Führungsrohr und das Objektivrohr ideal zueinander zentriert, fallen die Radialrichtung des Führungsrohrs und die Radialrichtung des Objektivrohrs zusammen . Bei nicht idealer Zentrierung wird zur Bestimmung der Neigung der Flanke auf die Radialrichtung des Objektivrohrs und zum Bestimmen der Neigung der Seitenwand auf die Radialrichtung des Führungsrohrs Bezug genommen .
Das Objektivrohr und das Führungsrohr sind bevorzugt aus Metall und/oder aus Kunststoff hergestellt. Für das Objektivrohr und das Führungsrohr können gleiche oder verschiedene Materialien vorgesehen sein .
Werden beispielsweise das Objektivrohr und das Führungsrohr je- weils aus Stahl oder einem anderen metall ischen Werkstoff hergestellt, so ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass diese nach Zentrierung und Justage des optischen Elements miteinander verschweißt, verlötet oder auch verklebt werden . Ein Verschweißen oder Verlöten findet beispielsweise mit Hilfe eines Lasers statt. Hierzu werden beispielsweise Schweiß- oder Lötpunkte in einer Kehle zwischen einer äußeren Mantelfläche des Objektivrohrs und einer Stirnfläche des Führungsrohrs vorgesehen . Auch diese Verbindungspunkte sind bevorzugt entlang des Umfangs gleich verteilt angeordnet. Beispielsweise befinden sich drei Verbindungspunkte, jeweils im Winkel von 120° voneinander beabstandet, entlang des Umfangs des Objektivrohrs.
Ein Verkleben des Objektivrohrs und des Führungsrohrs wird beispielsweise vorgenommen, indem ein dünnflüssiger Klebstoff in den Spalt zwischen Objektivrohr und Führungsrohr eingebracht wird. Ein solcher Klebstoff kann beispielsweise unter Einwirkung von UV- Strahlung ausgehärtet werden . Zu diesem Zweck ist das äußere Führungsrohr bevorzugt transluzent ausgestaltet bzw. aus einem transluzenten Material hergestellt. Bevorzugt wird ein Material verwendet, welches für UV-Strahlung transluzent ist. Durch Bestrahlung des Führungsrohrs von seiner Außenseite her wird die UV- Strahlung in den Klebstoff eingekoppelt, so dass dieser aushärtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass das Führungsrohr aus einem transluzenten Material und das Objektivrohr aus einem stark Licht absorbierenden Material hergestellt sind . Je nach Wellenlänge des verwendeten Lichts, beispielsweise Laserlichts, wird ein für diese Wellenlänge transluzentes Material bzw. stark absorbierendes Material gewählt. Das Objektivrohr und das Führungsrohr werden miteinander verschweißt, indem das Laserlicht das Führungsrohr durchdringt und im Material des Objek- tivrohrs stark absorbiert wird, so dass dieses lokal aufschmilzt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass das Führungsrohr eine äußere Nut umfasst, die sich in der Längsrichtung des Führungsrohrs erstreckt und in eine äußere Mantelfläche des Führungsrohrs eingelassen ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass sich die äußere Nut in einem Bereich des Führungsrohrs erstreckt, so dass sie in Umfangsrichtung die in die innere Mantelfläche eingelassene Nut zumindest teilweise überlappt, ferner insbesondere die äußere Nut in Umfangsrichtung zumindest eine Breite der in die innere Mantelfläche eingelassenen Nut aufweist.
Werden das Objektivrohr und das Führungsrohr miteinander verschweißt, sind zu diesem Zweck das Objektivrohr und das Führungsrohr bevorzugt aus thermoplastischen Werkstoffen hergestellt, welche ferner insbesondere ähnliche thermische Eigenschaften aufweisen. Das Führungsrohr ist für die verwendete Laserstrahlung, beispielsweise UV- oder IR-Strahlung oder auch für Strahlung im sichtbaren Bereich, transluzent. Das Objektivrohr ist für die entsprechende Wellenlänge stark absorbiert, also beispielsweise aus einem schwarz eingefärbten Material , beispielsweise Kunststoff, hergestellt. Die äußere Nut reduziert die Materialstärke des Führungsrohrs im entscheidenden Bereich, so dass in diesem keine unnötig hohe Absorption der Laserstrahlung auftritt. Somit ist eine optimale Strahleinkopplung gegeben . Die Laserstrahlung, die das Führungsrohr im Bereich der Nut durchdringt, erhitzt das darunter liegende Objektivrohr, dessen Material bereichsweise aufgeschmolzen wird, so dass im Ergebnis die beiden Bauteile in diesem Bereich miteinander verschweißt werden .
Ebenso ist es vorteilhaft möglich, einen beispielsweise UV- vernetzenden Klebstoff im Spalt zwischen dem Objektivrohr und dem Führungsrohr mit Hilfe eines durch das Führungsrohr hindurch in den Bereich dieses Spalt eingekoppelten (UV-) Laserstrahls auszuhärten . Gleiches gilt für andere Wellenlängen .
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Endoskop, umfassend eine Abbildungseinheit nach einem oder mehreren der genannten Ausführungsformen . Das Endoskop weist einen starren oder einen flexiblen Schaft auf. Auf das Endoskop treffen gleiche oder ähnliche Vorteile zu, wie sie bereits im Hinblick auf die Abbildungseinheit erwähnt wurden, so dass auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird .
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit nach einer oder mehreren der genannten Ausführungsformen, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte fortgebildet ist,
zumindest abschnittsweises Einführen des Objektivrohrs in den von dem Führungsrohr umgebenen Innenraum, wobei jeweils ein Steg in eine Nut eingreift,
Fixieren des optischen Elements, indem das Objektivrohr mit dem Führungsrohr verbunden wird .
Vorteilhaft erlaubt das Herstellungsverfahren eine schnelle und präzise Justage und Zentrierung des optischen Elements.
Auch auf das Verfahren treffen gleiche oder ähnliche Vorteile und Aspekte zu, wie sie bereits im Hinbl ick auf die Abbildungseinheit erwähnt wurden . Diese sollen nicht wiederholt werden .
Das Verfahren ist insbesondere dadurch fortgebildet, dass die Stege und/oder die Nuten in einem senkrecht zu der Längsrichtung liegenden Querschnitt trapezförmig sind, wobei zumindest eine Seiten- flanke des Stegs und/oder zumindest eine Seitenwand der Nut in Richtung eines Zentrums des Stegs bzw. der Nut geneigt ist, so dass sich im Querschnitt der Steg in Richtung seiner Stirnseite verjüngt und/oder die Nut in Richtung ihres Grundes verengt, wobei zum Justieren des in dem Objektivrohr aufgenommenen optischen Elements das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: Drehen des Objektivrohrs um seine Längsrichtung gegenüber dem Führungsrohr, so dass die geneigte Seitenflanke des Stegs an der geneigten Seitenwand der Nut zur Anlage kommt und das optische Element zentriert wird; Verschieben des Objektivrohrs relativ zum Führungsrohr in Längsrichtung des Führungsrohrs zum Einstellen einer gewünschten Längsposition des Objektivrohrs.
Das Verfahren ist ferner dadurch fortgebildet, dass das Objektivrohr und das Führungsrohr durch Einwirkung von Laserstrahlung miteinander verschweißt, verlötet und/oder verklebt werden, wobei das Führungsrohr aus einem für die Laserstrahlung transluzenten Material und das Objektivrohr aus einem die Laserstrahlung stark absorbierenden Material hergestellt sind, und wobei zum Verschweißen, Verlöten und/oder Verkleben des Objektivrohrs und des Führungsrohrs das Führungsrohr im Bereich der äußeren Nut mit der Laserstrahlung bestrahlt wird .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Abbildungseinheit, insbesondere eine Abbildungseinheit eines Endoskops, bereitgestellt wird, welche durch ein Verfahren nach einem oder mehreren der zuvor genannten Aspekte hergestellt ist.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen .
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird . Es zeigen :
Fig . 1 ein Endoskop in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht,
Fig . 2 eine Abbildungseinheit in einer schematisch vereinfachten Längsschnittansicht,
Fig . 3 eine schematisch vereinfachte Querschnittsansicht entlang der Linie I I I-I I I in Fig . 2,
Fig . 4 und 5 schematisch vereinfachte Detailansichten einer solchen Querschnittsansicht, die weitere Ausführungsbeispiele illustrieren .
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird .
Fig . 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Seitenansicht ein Endoskop 2, beispielsweise ein Videoendoskop. An seinem distalen Ende umfasst das Endoskop 2 einen rohrförmigen Schaft 4, in dem ein optisches Element, beispielsweise ein Endoskopobjektiv, angeordnet ist. Mit Hilfe des Endoskopobjektivs wird ein Operations- und Untersuchungsbereich, der distal vor einem freien Ende des Schafts 4 liegt, beobachtet bzw. abgebildet. Ausgehend von dem Endoskopobjektiv wird das Bild über Relaisoptiken durch den Schaft 4, der in ein Gehäuse 6 mündet, weitergeleitet. Bei Endoskopen 2 mit flexiblem Schaft 4 ist als Relaisoptik beispielsweise ein flexibles Bündel Lichtleitfasern vorgesehen .
Am proximalen Ende des Endoskops 2 befindet sich ein Gehäuse 6 mit einem Okulartrichter 8. Das Gehäuse 6 dient der Handhabung des Endoskops 2. Seitlich an dem Gehäuse 6 befindet sich eine Lichtquelle 10, beispielsweise eine LED-Lichtquelle. Diese ist über ein Anschlusskabel 12 mit einer geeigneten Stromversorgung verbunden .
Am Okulartrichter 8 ist, schematisch dargestellt, ein Kamerakopf 14 mit einem nicht dargestellten Okularadapter angeordnet. Der Kamerakopf 14 erfasst das aus dem Endoskop 2 austretende Licht mit einem Bildsensor. Mittels eines Anschlusses 16 wird der Kamerakopf 14 mit Strom versorgt. Ferner ist es über den Anschluss 16 möglich, Bildsignale von dem Flächensensor des Kamerakopfs 14 an eine externe Auswerteeinheit zu übermitteln und Steuersignale an den Kamerakopf 14 zu übertragen .
Das Endoskop 2 weist eine Abbildungseinheit auf, die einen optionalen Bildsensor 24 und ein optisches Element 26 umfasst. Fig . 2 zeigt die Abbildungseinheit 20 in einer schematisch vereinfachten Längsschnittansicht. Gegebenenfalls vorhandene Relaisoptiken sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Abbildungseinheit 20 umfasst ein Führungsrohr 22, welches in einer festen räumlichen Beziehung zu dem Bildsensor 24, insbesondere einem flächigen Bildsensor, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor, steht. Lediglich beispielhaft ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Bildsensor 24 in dem Führungsrohr 22 angeordnet. Ferner umfasst die Abbildungseinheit 20 zumindest ein optisches Element 26, beispielsweise eine Linse, Linsengruppe oder ein Endoskopobjektiv. Das optische Element 26 ist in einem Objektivrohr 28 aufgenommen . Ferner ist das Objektivrohr 28 in einem von dem Führungsrohr 22 umschlossenen Innenraum 30 zumindest abschnittsweise aufgenommen bzw. aufnehmbar.
Fig . 3 zeigt eine schematisch vereinfachte Querschnittsansicht entlang der in Fig . 2 mit I I I-I I I bezeichneten Linie. Das Objektivrohr 28 umfasst an seiner äußeren Mantelfläche 32 eine Mehrzahl von Stegen 34. Die Stege 34 erstrecken sich jeweils in einer Längsrichtung L1 des Objektivrohrs 28 und wirken mit Nuten 36 zusammen, die in eine innere Mantelfläche 38 des Führungsrohrs 22 eingelassen sind. Die Nuten 36 erstrecken sich in einer Längsrichtung L2 des Führungsrohrs 22. Im dargestellten ideal zentrierten Zustand fallen die Längsrichtung L1 des Objektivrohrs 28 und die Längsrichtung L2 des Führungsrohrs 22 zusammen .
Die Stege 34 und die Nuten 36 sind in dem in Fig . 3 dargestellten Querschnitt, welcher senkrecht zu den Längsrichtungen L1 , L2 orientiert ist, trapezförmig. Eine Seitenflanke 40 der Stege 34 und eine Seitenwand 42 der Nut 36 ist in Richtung eines Zentrums des jeweiligen Stegs 34 bzw. der jeweiligen Nut 36 derart geneigt, dass sich im dargestellten Querschnitt der Steg 34 in Richtung seiner Stirnseite verjüngt und sich die Nut 36 in Richtung ihres Grundes 46 verengt. Aus Gründen der Übersichtl ichkeit sind lediglich eine Seitenflanke 40 und eine Seitenwand 42 mit Bezugszeichen versehen .
Das Objektivrohr 28 und die an seiner äußeren Mantelfläche 32 vorhandenen Stege 34 sind bevorzugt einteilig bzw. einstückig, ferner bevorzugt materialeinteilig bzw. materialeinstückig, mit dem Objektivrohr 28 bzw. mit dem Führungsrohr 22 ausgeführt. Als Material für das Objektivrohr 28 ist beispielsweise ein Kunststoff oder ein Metall vorgesehen . Gleiches gilt für das Führungsrohr 22, welches ebenfalls aus einem Kunststoff oder einem Metall hergestellt ist.
Eine der in das Führungsrohr 22 eingelassenen Nuten 36, in die sich der zugehörige Steg 34 des Objektivrohrs 28 erstreckt, ist auch in dem in Fig . 2 dargestellten Längsschnitt sichtbar. Bevorzugt erstreckt sich die Nut 36 abschnittsweise entlang der Längsrichtung L2 des Führungsrohrs 22. Es ist ebenso vorgesehen, dass sich die Nut 36 entlang der vollständigen Länge des Führungsrohrs 22 in dessen Längsrichtung L2 erstreckt. Auch der Steg 34 des Objektivrohrs 28 erstreckt sich bevorzugt entlang der vollständigen Länge des Objektivrohrs 28 in dessen Längsrichtung L1 . Es ist gemäß einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls vorgesehen, dass sich der Steg 34 lediglich abschnittsweise in Längsrichtung L1 des Objektivrohrs 28 erstreckt.
Bei dem in Fig . 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stege 34 und die Nuten 36 entlang des Umfangs des Objektivrohrs 28 bzw. des Führungsrohrs 22 gleich verteilt angeordnet. Beispielsweise weisen diese einen Abstand von 1 20° entlang des jeweiligen Umfangs des Objektivrohrs 28 bzw. des Führungsrohrs 22 auf. Gemäß weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen sind andere Anzahlen von Stegen 34 bzw. Nuten 36 vorgesehen, beispielsweise zwei, vier, fünf oder mehr. Diese sind ebenfalls bevorzugt entlang des Umfangs des Objektivrohrs 28 bzw. des Führungsrohrs 22 gleich verteilt angeordnet.
Die Stege 34 des Objektivrohrs 28 und die Nuten 36 des Führungsrohrs 22 sind in dem in Fig . 3 gezeigten Querschnitt formkomplementär ausgestaltet. Beispielhaft haben sowohl die Stege 34 als auch die Nuten 36 die Form eines rechtwinkeligen Trapezes. Folglich ist lediglich eine Seitenflanke 40 der Stege 34 sowie lediglich eine Seitenwand 42 der Nuten 36 geneigt. Das Objektivrohr 28 wird in dem Führungsrohr 22 zentriert, indem das Objektivrohr 28 gegenüber dem Führungsrohr 22 im Uhrzeigersinn rotiert wird . Infolge dieser Rotation kommt die Seitenflanke 40 eines Stegs 34 mit der Seitenwand 42 der Nut 36 zur Anlage. Wird ein vorgegebenes Drehmoment bei dieser Rotation auf das Objektivrohr 28 oder das Führungsrohr 22 ausgeübt, so entsteht aufgrund der aufeinander abgleitenden Flächen eine in Richtung des Zentrums des Objektivrohrs 28 gerichtete zentrierende Kraft.
Fig . 4 zeigt eine schematisch vereinfachte Detailansicht des Führungsrohrs 22 und des Objektivrohrs 28 im Bereich des Steges 34 bzw. der Nut 36. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen der Steg 34 und die Nut 36 zwei geneigte Seitenflanken 40a, 40b bzw. zwei geneigte Seitenwände 42a, 42b auf. So ist es möglich, das Objektivrohr 28 gegenüber dem Führungsrohr 22 sowohl durch eine Drehung im Uhrzeigersinn als auch durch eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn zu zentrieren . Beispielhaft ist eine erste Seitenwand 42a der Nut 36 und eine erste Seitenflanke 40a des Stegs 34 um einen ersten Winkel α und eine zweite Seitenwand 42b der Nut 36 und eine zweite Seitenflanke 40b des Stegs 34 um einen zweiten Winkel α, ß gegenüber einer Radialrichtung R geneigt. Der erste und der zweite Winkel α, ß können gleich oder unterschiedl ich groß sein.
Die Radialrichtung R ist eine Richtung, die ausgehend von einem Zentrum Z des Objektivrohrs 28 bzw. des Führungsrohrs 22 radial verläuft und die Stirnseite 44 des Stegs 34 bzw. den Grund 46 der Nut 36 im dargestellten Querschnitt mittig durchstößt. Die jeweiligen Winkel a, ß, um die die Seitenflanken 40a, 40b bzw. die Seitenwände 42a, 42b des Stegs 34 bzw. der Nut 36 geneigt sind, werden gegenüber dieser Richtung bestimmt. Zu diesem Zweck sind in strich- punktierter Linie dargestellt, eine erste Parallelrichtung R1 und eine zweite Parallelrichtung R2 in Fig . 4 eingezeichnet. Die beiden Parallelrichtungen R1 , R2 sind parallel zur Radialrichtung R verschobene Richtungen . Gegenüber diesen Parallelrichtungen R1 , R2 wird die Neigung der Seitenflanken 40a, 40b bestimmt.
Eine Neigung der Flanken 40a, 40b des Stegs 34 wird gegenüber Parallelrichtungen R1 , R2 bestimmt, welche ausgehend vom Zentrum Z des Objektivrohrs 28 durch einen Fuß des Stegs 34 verlaufen, am Übergang zwischen der äußeren Mantelfläche 50 und der jeweiligen Flanke 40a, 40b. Eine Neigung der Seitenwände 42a, 42b der Nut 36 wird gegenüber Parallelrichtungen R1 , R2 bestimmt, welche ausgehend vom Zentrum Z des Objektivrohrs 28 durch eine obere Kante der Nut 36 verlaufen, am Übergang zwischen der inneren Mantelfläche 38 und der jeweiligen Seitenwand 42a, 42b. Im dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem das Objektivrohr 28 und das Führungsrohr 22 ideal zentriert sind, fallen die entsprechenden Punkte beispielhaft zusammen, so dass lediglich zwei Parallelrichtungen R1 , R2 zur Bestimmung der Neigungswinkel α, ß notwendig sind. Beispielhaft ist das Objektivrohr 28 konzentrisch zu dem Führungsrohr 22 angeordnet, so dass diese ein gemeinsames Zentrum Z aufweisen .
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Neigungswinkel α, ß der Seitenflanken 40a, 40b und der Seitenwände 42a, 42b zumindest näherungsweise identisch ist. Bevorzugt liegt der Neigungswinkel a, ß zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 35° und 55°, ferner insbesondere zwischen 40° und 50°, und beträgt insbesondere zumindest näherungsweise 45°. Die genannten Winkelbereiche haben sich als vorteilhaft herausgestellt, da bei zu großen Winkeln zu geringe Zentrierungskräfte auf das Objektivrohr 28 wirken, während diese bei zu kleinen Winkeln zu gering sind . Fig . 5 zeigt eine weitere schematische und vereinfachte Detailansicht des Objektivrohrs 28 und des Führungsrohrs 22 im Bereich des Steges 34 bzw. der Nut 36 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel . Der Steg 34 und die Nut 36 haben im dargestellten Querschnitt die Form eines rechtwinkeligen Trapezes, so dass das Objektivrohr 28 gegenüber dem Führungsrohr 22 durch eine Drehung im Uhrzeigersinn zentrierbar ist. Entsprechend ist eine erste Seitenflanke 40a und eine erste Seitenwand 42a des Stegs 34 bzw. der Nut 36 um einen Winkel a, welcher beispielhaft 45° beträgt, geneigt. Die zweite Seitenwand 40b des Stegs 34 und die zweite Seitenwand 42b der Nut 36 sind hingegen senkrecht orientiert, d .h . sie erstrecken sich in Richtung der Radialrichtung R, genauer gesagt entlang der zweiten Parallelrichtung R2, welche gegenüber der Radialrichtung R parallel verschoben ist.
Das Führungsrohr 22 umfasst eine äußere Nut 48, welche sich in Längsrichtung L2 des Führungsrohrs 22 erstreckt und in eine äußere Mantelfläche 50 des Führungsrohrs 22 eingelassen ist. Bevorzugt ist die äußere Nut 48 so ausgestaltet, dass sie sich in einem solchen Bereich des Führungsrohrs 22 erstreckt, so dass sie in Um- fangsrichtung die in die innere Mantelfläche 38 eingelassene Nut 36 zumindest teilweise überlappt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel überlappt die äußere Nut 48 die Nut 36 vollständig, weist also zumindest die Breite der in die innere Mantelfläche 38 eingelassenen Nut 36 auf. Beispielsweise ist die Breite der äußeren Nut 48 in Um- fangsrichtung gemessen größer als die ebenfalls in Umfangsrich- tung gemessene maximale Breite der Nut 36.
Ferner ist das Führungsrohr 22 bevorzugt aus einem transluzenten Material und das Objektivrohr 28 aus einem stark lichtabsorbierenden Material hergestellt. Beispielsweise wird zur Herstellung des Führungsrohrs 22 ein transluzenter Kunststoff verwendet, während das Objektivrohr 28 aus einem geschwärzten Kunststoff hergestellt ist. So wird die Möglichkeit geschaffen, das Objektivrohr 28 und das Führungsrohr 22 beispielsweise mit Hilfe von Laserstrahlung miteinander zu verschweißen, nachdem das Objektivrohr 28 zentriert wurde. Das stark absorbierende Material des Objektivrohrs absorbiert die Laserstrahlung und wird so bereichsweise aufgeschmolzen . Nach dem anschließenden Erkalten ist das Objektivrohr 28 an dem Führungsrohr 22 fixiert. Vorteilhaft wird die Laserstrahlung in dem Material des Führungsrohrs 22 nicht oder nur geringfügig absorbiert, da dieses aus einem transluzenten Material hergestellt ist. Es wird ein Material gewählt, welches für die verwendete Wellenlänge, beispielsweise UV-Licht, weitgehend transparent ist. Das Objektivrohr 28 und das Führungsrohr 22 können ferner miteinander verlötet o- der verklebt werden bzw. sein .
Das Objektivrohr 28 und das Führungsrohr 22 sind so hergestellt, dass zwischen diesen ein Spalt 52 vorhanden ist. Das Objektivrohr 28 kann problemlos in das Führungsrohr 22 eingeführt werden . Die Passung zwischen den beiden Bauteilen, vor allem die Breite des Spalts 52, ist so gewählt, dass eine problemlose Montage möglich ist. Es ist vorteilhaft nicht erforderlich, die Passung zwischen den Bauteilen besonders eng auszuführen, da sie auf die anschließende Zentrierung des Objektivrohrs 28 keinen direkten Einfluss hat.
Gemäß einem Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit 20, wie sie in den zuvor genannten Ausführungsbeispielen beschrieben ist, wird zunächst das Objektivrohr 28 zumindest abschnittsweise in den von dem Führungsrohr 22 umgebenen Innenraum 30 eingeführt, wobei jeweils ein Steg 34 des Objektivrohrs 28 in eine Nut 36 des Führungsrohrs 22 eingreift. Anschl ießend wird das in dem Objektiv- rohr 28 aufgenommene optische Element 26, beispielsweise ein En- doskopobjektiv oder ein optisches Bauteil davon, relativ zu dem Bildsensor 24 justiert.
Dies geschieht, indem in einem ersten Schritt das Objektivrohr 28 um seine Längsrichtung L1 gegenüber dem Führungsrohr 22 gedreht wird, so dass die zumindest eine geneigte Seitenflanke 40 des Stegs 34 an der zumindest einen geneigten Seitenwand 42 der Nut 36 zur Anlage kommt. Durch Aufbringen eines vorbestimmten Drehmoments wird das optische Element 26 relativ zu dem Bildsensor 24 zentriert. In diesem Zusammenhang ist es auch vorgesehen, dass zwischen der geneigten Seitenflanke 40 des Stegs 34 und der geneigten Seitenwand 42 der Nut 36 eine so große Haftreibung vorliegt, dass zumindest temporär das Objektivrohr 28 in dem Führungsrohr 22 gehalten ist. Diese Maßnahme ist jedoch optional .
In einem sich anschließenden zweiten Schritt wird nämlich das Objektivrohr 28 einschließlich des optischen Elements in Längsrichtung L2 des Führungsrohrs 22 verschoben . In der gewünschten und eingestellten Endpositionen bildet das optische Element 26 bevorzugt scharf auf den Bildsensor 24 ab. Mit anderen Worten befindet sich dieser also zumindest näherungsweise in der Bildebene des optischen Elements 26.
Anschließend wird das optische Element 26 relativ zu dem Bildsensor 24 fixiert, indem das Objektivrohr 28 mit dem Führungsrohr 22 verbunden wird .
Das Objektivrohr 28 wird in dem Führungsrohr 22 fixiert, indem beispielsweise die beiden Bauteile miteinander verschweißt oder verlötet werden, so wie oben erläutert. Es ist ferner vorgesehen, dass in dem Spalt 52 zwischen Objektivrohr 28 und Führungsrohr 22 ein Klebstoff gegeben wird, welcher aushärtet. Hierbei kann beispielsweise ein UV-vernetzender Klebstoff verwendet werden, so dass gegebenenfalls unter Verwendung eines UV-Lasers eine schnelle Vernetzung erreicht werden kann, wenn für das Führungsrohr 22 ein für das Laserlicht transluzentes Material verwendet wird . Bevorzugt wird die Laserstrahlung im Bereich der äußeren Nut 48 eingekoppelt, so dass der im Material des Führungsrohrs 22 zurückzulegende Weg und die damit einhergehende Absorption des Laserl ichts im Material möglichst gering ist. Ferner ist eine Verbindung des Objektivrohrs 28 mit dem Führungsrohr 22, sofern die beiden Bauteile aus einem Metall hergestellt sind, durch Schweißen möglich . Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass Schweißpunkte in einer Kehle zwischen einer äußeren Mantelfläche 32 des Objektivrohrs 28 und einer Stirnfläche des Führungsrohrs 22 gesetzt werden . Ein Schweißpunkt 54 ist beispielhaft in Fig . 2 gezeigt. Wird eine Lötverbindung hergestellt, handelt es sich um einen Lötpunkt. Auch die Schweiß- oder Lötverbindung ist mit Hilfe eines Lasers herstellbar. Im Ergebnis werden das Objektivrohr 28 und das Führungsrohr 22 bevorzugt durch Einwirkung von Laserstrahlung miteinander verschweißt, verlötet und/oder verklebt.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere" oder „vorzugsweise" gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen . Bezugszeichenliste
2 Endoskop
4 Schaft
6 Gehäuse
8 Okulartrichter
1 0 Lichtquelle
1 2 Anschlusskabel
14 Kamerakopf
1 6 Anschluss
20 Abbildungseinheit
22 Führungsrohr
24 Bildsensor
26 optisches Element
28 Objektivrohr
30 Innenraum
32 äußere Mantelfläche
34 Steg
36 Nut
38 innere Mantelfläche
40 Seitenflanke
40a erste Seitenflanke
40b zweite Seitenflanke
42 Seitenwand
42a erste Seitenwand
42b zweite Seitenwand
44 Stirnseite
46 Grund
48 äußere Nut
50 äußere Mantelfläche
52 Spalt
54 Schweißpunkt Längsrichtung des Objektivrohrs
Längsrichtung des Führungsrohrs
Radialrichtung
erste Parallelrichtung
zweite Parallelrichtung
Zentrum
erster Winkel
zweiter Winkel

Claims

Abbildungseinheit für ein Endoskop und Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit Patentansprüche
1 . Abbildungseinheit (20) insbesondere für ein Endoskop (2), umfassend zumindest ein optisches Element (26), welches in einem Objektivrohr (28) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivrohr (28) in einem von einem Führungsrohr (22) umgebenen Innenraum (30) zumindest abschnittsweise aufgenommen oder aufnehmbar ist, wobei das Objektivrohr (28) an einer äußeren Mantelfläche (32) eine Mehrzahl von Stegen (34) umfasst, die sich in einer Längsrichtung (L1 ) des Objektivrohrs (28) erstrecken und jeweils mit einer in eine innere Mantelfläche (38) des Führungsrohrs (22) eingelassenen Nut (36) zusammenwirken, die sich in einer Längsrichtung (L2) des Führungsrohrs (22) erstreckt.
2. Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (34) und die Nuten (36) in einem senkrecht zu der Längsrichtung (L1 , L2) liegenden Querschnitt formkomplennentär sind .
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (34) und/oder die Nuten (36) in einem senkrecht zu der Längsrichtung (L1 , L2) liegenden Querschnitt trapezförmig sind, wobei zumindest eine Seitenflanke (40) des Stegs (34) und/oder zumindest eine Seitenwand (42) der Nut (36) in Richtung eines Zentrums des Stegs (34) bzw. der Nut (36) geneigt ist, so dass sich im Querschnitt der Steg (34) in Richtung seiner Stirnseite (44) verjüngt und/oder die Nut (36) in Richtung ihres Grundes (46) verengt.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Seitenflanke (40) des Stegs (34) und/oder die zumindest eine Seitenwand (42) der Nut (36) um einen vorbestimmten Winkel (a, ß) gegenüber einer Radialrichtung (R) geneigt sind, wobei als Radialrichtung (R) eine Richtung angenommen wird, die ausgehend von einem Zentrum (Z) des Objektivrohrs (28) bzw. des Führungsrohrs (22) radial verläuft und die Stirnseite (44) des Stegs (34) bzw. den Grund (46) der Nut (36) im Querschnitt mittig durchstößt.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel (a, ß) zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 35° und 55°, ferner insbesondere zwischen 40° und 50° liegt und insbesondere zumindest näherungsweise 45° beträgt.
Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (22) eine äußere Nut (48) umfasst, die sich in der Längsrichtung (L2) des Führungsrohrs (22) erstreckt und in eine äußere Mantelfläche (50) des Führungsrohrs (22) eingelassen ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass sich die äußere Nut (48) in einem Bereich des Führungsrohrs (22) erstreckt, so dass sie in Umfangsrichtung die in die innere Mantelfläche (38) eingelassene Nut (36) zumindest teilweise überlappt, ferner insbesondere die äußere Nut (48) in Umfangsrichtung zumindest eine Breite der in die innere Mantelfläche (38) eingelassenen Nut (36) aufweist.
Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (22) aus einem transluzenten Material und das Objektivrohr (28) aus einem stark Licht absorbierenden Material hergestellt sind .
Endoskop (2) umfassend eine Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zum Herstellen einer Abbildungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte,
zumindest abschnittsweises Einführen des Objektivrohrs (28) in den von dem Führungsrohr (22) umgebenen Innenraum (30), wobei jeweils ein Steg (34) in eine Nut (36) eingreift,
Fixieren des optischen Elements (26), indem das Objektivrohr (28) mit dem Führungsrohr (22) verbunden wird .
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (34) und/oder die Nuten (36) in einem senkrecht zu der Längsrichtung (L1 , L2) liegenden Querschnitt trapezförmig sind, wobei zumindest eine Seitenflanke (40) des Stegs (34) und/oder zumindest eine Seitenwand (42) der Nut (36) in Rieh- tung eines Zentrums des Stegs (34) bzw. der Nut (36) geneigt ist, so dass sich im Querschnitt der Steg (34) in Richtung seiner Stirnseite (44) verjüngt und/oder die Nut (36) in Richtung ihres Grundes (46) verengt, wobei zum Justieren des in dem Objektivrohr (28) aufgenommenen optischen Elements (26) das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst:
Drehen des Objektivrohrs (28) um seine Längsrichtung (L1 , L2) gegenüber dem Führungsrohr (22), so dass die geneigte Seitenflanke (40) des Stegs (34) an der geneigten Seitenwand (42) der Nut (36) zur Anlage kommt und das optische Element (26) zentriert wird,
Verschieben des Objektivrohrs (28) relativ zum Führungsrohr (22) in Längsrichtung (L2) des Führungsrohrs (22) zum Einstellen einer gewünschten Längsposition des Objektivrohrs (28).
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivrohr (28) und das Führungsrohr (22) durch Einwirkung von Laserstrahlung miteinander verschweißt, verlötet und/oder verklebt werden, wobei das Führungsrohr (22) aus einem für die Laserstrahlung transluzenten Material und das Objektivrohr (28) aus einem die Laserstrahlung stark absorbierenden Material hergestellt sind, und wobei zum Verschweißen, Verlöten und/oder Verkleben des Objektivrohrs (28) und des Führungsrohrs (22) das Führungsrohr (22) im Bereich der äußeren Nut (48) mit der Laserstrahlung bestrahlt wird .
Abbildungseinheit (20), insbesondere Abbildungseinheit eines Endoskops (2), hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 .
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