DE29718058U1 - Endoskop - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Gattungsgeniäße Eiidoskope sind in der Regel langgestreckte Scliaftinstmmente, die an ihrem distalen Ende ein Objekliv und im proximalen Endbeieich eine Kamera aufweisen. Zwischen Kamera und Objektiv ist ein Übertragungssystem vorgesehen, das das mit dem Objekliv erfaßte Bild auf z.B. einem CCD-Chip der Kamera abbildet. Das Bildübertragungssystem kann z.B. aus in axialer Richtung im Endoskop hintereinander angeordneten Stablinsen bestehen. Denkbar ist aber auch, zur optischen Übertragung zwischen Objektiv und Kamera sonstige geeignete optische Einrichtungen, z.B. eine Faseroptik vorzusehen.

Der Begriff "Endoskop" ist weit zu fassen. Es fallen darunter alle Geräte, die im weiteren Sinne das oben beschriebene optische System enthalten, also neben den eigentlichen Endoskopen auch Resekloskope oder laparoskopische Instrumente, die eine Beobachtungsoptik enthalten.

T-F-PAm-ISUI-AWFWANMVVI ,1.(1258.IUF

Wie bereits erwähnt, weisen gattungsgeniäße Endoskope am proximalen Ende eine Kamera auf. die zur Wiedergabe des empfangenen Bildes für den Operateur z.B. mit einem Monitor oder dergleichen verbunden sein kann.

Es muß dabei allerdings sichergestellt sein, daß bei Drehung des Endoskopes um seine Längsachse nicht auch das auf dem Monitor wiedergegebene Bild mitgedreht wird. Drehungen des Endoskopes lassen sich während eines Eingriffes nicht vermeiden bzw. treten bei Resektoskopen sogar routinemäßig auf.

Bei gatlungsgeniäßen Endoskopen sind daher drehbare Justiereiiinchtungen vorgesehen, mit denen Drehungen des Endoskops kompensiert werden können. Aus der DE 4105326 ist z.B. bekannt, die Kamera bzw. deren Objektiv mit einem exzentrisch angesetzten Pendel zu versehen und verdrehbar um seine Längsaciise im Endoskop zu lagern. So wird sichergestellt daß die Kamera nicht mitdrehr, wenn das Endoskop verdreht wird, bzw. nach Verdrehung des Endoskopes durch Auspendeln wieder ihre ursprüngliche Winkelausrichtung gegenüber dem beobachteten Operationsfeld einnimmt.

Eine Drehlagerung der Kamera bzw. des Kameraobjektives ist allerdings, z.B. im Hinblick auf eventuelle Anschlußkabel etc., nicht unproblematisch. Hinzu kommt, daß das bei dem beschriebenen Endoskop vorgesehene Pendel das Gewicht des Endoskopes erhöht und gegebenenfalls auch bei der Bedienung störend sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von dem Stand der Technik ein Endoskop zu schaffen, bei dem in konstruktiv einfacher Weise eine Bildjustierung möglich ist.

"&iacgr; 5 5
·

Gelost wird die Aufgabe mit einem Endoskop, das die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Erfindungsgemäß ist danach vorgesehen, daß zwischen dem Objektiv und der Kamera in dem Endoskop ein um dessen Längsachse rotierbares Wendeprisma, insbesondere eine Dove-Prisma, angeordnet ist.

Sogenannte Wendeprismen z.B. nach Dove (im folgenden auch generell Prismen genannt) weisen grundsätzlich den Querschnitt eines gleichschenkligen Dreieckes auf, wobei es sich versteht, daß die für die optische Wirkung nicht benötigten Glasteile ohne weiteres wegfallen können. Werden die Prismen so angeordnet, daß ein zur Basisfläche paralleles Strahlenbündel auf eine ihrer Schenkel flächen fällt, so erfolgt zweimalige Brechung mit der Wirkung einer einzelnen spiegelnden Fläche, wobei das Prisma für die genannte Einfallsrichtung geradsichtig ist. Dreht man das Prisma um eine Achse parallel zu seiner Basisfiäche , so wird ein hindurchtretendes Strahlenbündel um die Achse gedreht, wobei die Drehung des durch das Strahlenbündel erzeugten Bildes doppelt so schnell wie die Drehung des Prismas erfolgt.

Das erfindungsgemäß zwischen Kamera und Objektiv vorgesehene, drehbar gelagerte Prisma kann damit, in einfädler, in den Ausgestaltungen der Erfindung noch genauer bescliriebener Weise, dazu benutzt werden, um eine Drehwinkeljustierung des in der Kamera abgebildeten Bildes vorzunelunen. Es versteht sich, daß die Anordnung des Prismas optisch korrekt vorgenommen werden muß, d.h. die Basislinie des Prismas muß parallel zur Längsachse des Endoskopes bzw. genauer gesagt parallel zur optischen Achse ausgerichtet werden, wobei im Idealfall, aber nicht zwingend, die optische Achse auch die Drehachse des Prismas darstellen kann.

; J ; « '+Ul Oktober l')')7

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Endoskopes besieht darin, daß eine, bezogen auf das Endoskop, ortsfeste Anordnung der Kamera möglich ist. Die bei gattungsgemäßen Instrumenten relativ aufwendige Drelilagerung der Kamera entfallt damit.

Es existieren bereits nicht galtungsgemäße Endoskope, die ebenfalls eine Bildjustierung ermöglichen und bei denen die Kamera ebenfalls drelifest im Endoskop installiert ist. Bei diesen Endoskopen erfolgt eine ggf. erforderliche Wiiikeljustierung des Bildes auf elektronischem Wege in einer mit der Kamera gekoppelten Bildveraibeitungseinrichtung. Nachteilig hieran ist jedoch, daß relativ hohe Rechnerkapazitäteu erfordert werden und daß die Wiedergabe auf dem Monitor mit den üblichen Nachteilen bei elektronischer Bildverarbeitung, z.B. Verzögerung etc., erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet dagegen den Vorteil, daß das Bild als solches bereits mit der gewünschten, mit Hilfe des Prismas vorgenommenen Drehwinkeljustierung die Kamera erreicht und von dort direkt bzw. oluie weitere aufwendige Verarbeitung an den Monitor weitergegeben werden kann.

Wie mehrfach angesprochen, soll das erfindungsgemäß vorgesehene Prisma (wie auch die drehbaren, im Stand der Technik vorgesehenen Justiereinrichtungen, z.B. die drehgelagerte Kamera oder das Objektiv) im wesentlichen dazu eingesetzt weiden, um eventuelle Drehungen des Endoskopes um seine Längsachse dergestalt zu kompensieren, daß das von der Kamera auf den Monitor übertragene Bild nicht mitgedreht wird.

Erfindungsgemäß ist hierzu weiterhin eine Stelleinrichtung vorgesehen, die das Prisma in eine gewünschte Winkelposition einstellt. Bevorzugt wird zur Justierung ein System bestehend aus der Stelleinrichung, einem Lagesensor und einer

*: J &idigr; . *·&udigr;& Gf(ober &Igr;&PSgr;>7

separaten oder in z.B. dem Sensor integrierten Einheit zur Berechnung des erforderlichen Verdrehvvinkels vorgesehen.

Der Lagesensor ist z.B. so beschaffen, daß er die jeweils aktuelle Raumposilion des Endoskopes ermitteln und mit z.B. einer vorherigen Position vergleichen und aus der Veränderung der Position den Winkelwert einer eventuellen axialen Verdrehung des Endoskopes erreclmen kann. Dieser Winkelwert wird in ein Steuersignal für die Stelleinrichtung umgesetzt, die dann das Wendeprisma um einen halben Winkel wert in Gegenrichtung verdreht.

Denkbar wäre z.B. als Stelleinrichtung einen Mikromotor vorzusehen, in dessen Rotor das Prisma angeordnet ist. Insbesondere in diesem Fall, auch bei Verwendung anderer möglicher Stelleinrichtungen, ist das zur Justierung des Prismas einsetzbare System kaum störanfällig und in platzsparender Weise im Gehäuse des Endoskopes, insbesondere dessen Hauptkörper, instaliierbar.

Wie oben angesprochen, erfolgt bei Brechung eines Strahlenbündel durch z.B. ein Dove-Prisma eine Spiegelung des Bildes. Die Spiegelung kann z.B. elektronisch kompensiert werden, was jedoch wiederum mit den oben in Verbindung mit elektronischer Bildverarbeitung erwähnten Nachteilen behaftet wäre.

Denkbar wäre auch, daß zusätzlich zu dem Dove-Prisma in dem Strahlengang ein Spiegel angeordnet wird, der die im Prisma erfolgte Spiegelung wieder kompensiert. Bei Verwendung eines Spiegels würde allerdings der Strahl umgelenkt, d.h. Objektiv, Bildübertragungssystem und Kamera könnten nicht mehr in einer optischen Achse angeordnet werden, was in den meisten Fällen gewünscht ist.

Daher ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, daß zwei hintereinander im Strahlengang angeordnete Dove-Prismen vorgesehen sind. In

\ *l *· · * . *,Ut Ql'tobcr 1997

dieser Ausgestaltung hebt das eine Prisma die Spiegelwirkimg des anderen Prismas auf, ohne daß, wie bei Verwendung eines Spiegels, eine Ablenkung des Strahlenganges erfolgt. Es ist also in dieser Ausgestaltung möglich, alle optischen Komponenten in einer Achse anzuordnen. Das zusätzliche Prisma kann drehfest in dem Endoskop angeordnet werden. Genausogut ist es aber auch möglich, das zusätzliche Prisma z.B. an das andere Prisma gekoppelt drehbar zu lagern. Im letzen Fall müßte man allerdings dann beachten, daß bei Drehung beider Prismen um einen bestimmten Winkelwert eine Drehung des Bildes um den 4-fachen Winkelwert erfolgt.

Wie oben angesprochen, kann die Erfindung insbesondere zur Justierung des Bildes eingesetzt werden, die infolge von Lageänderungen des Endoskopes gegenüber dem Operationsfeld bzw. dem Beobachtungsfeld erforderlich werden.

In einem weiteren Anweudungsfeld können die Prismen z.B. auch zur Justierung der anstelle von Stablinsen in der Übertragungseinrichtung einsetzbaren z.B. als Faserbündel ausgebildeten Bildleitem dienen. Wäluend der Herstellung oder auch des Gebrauchs von Endoskopeii mit derartigen Bildleitem kann es zu Verdrehungen des im Schaft verlegten Faserbündels kommen, die erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise ausgeglichen werden könnten.

Ein weiterer Anwendungsbereich könnte sich bei Endoskopen mit sogenannter Doppelblickoptik ergeben. Solche Endoskope weisen z.B. zwei in unterschiedliche Richtungen schauende Objektive an ihrem distalen Ende auf, die jeweils durch unterschiedlich ausgerichtete Polarisationsfilter abbilden. Am proximaien Ende des Endoskopes ist bei herkömmlichen Geräten ein weiterer, drehbar angeordneter Polarisationsfilter vorgesehen. Durch Drehung dieses Filters kann wahlweise zwischen beiden Objektiven hin und her geschaltet werden. Denkbar wäre in diesem Fall aber auch, z.B. im Strahlengang wiederum das erfindungs-

*! *· . : J ;·'·*£. C*l*iohcr &Igr;&PSgr;&Pgr;

gemäß vorgesehene Prisma drehbar anzuordnen. Es hat sich herausgestellt, daß z.B. Dove-Prismen die Polarisationsebene des Lichtes mitdrehen. Denkbar wäre daher, daß man die beiden distalen und auch das proximale Polarisationsfilter drehfest am Endoskop anordnet und die Umschaltung zwischen den beiden Objektiven durch Drehung des Prismas vornimmt.

Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier Abbildungen, die zwei Ausrührungsbeispiele zeigen, näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein im Längsschnitt dargestelltes Endoskop.

Fig. 2 zeigt - ebenfalls scheniatisch - einen im Querschnitt dargestellten

Hauptkörper eines Endoskopes in einem anderen Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein Endoskop 10, das einen proximalen Hauptkörper 11 aufweist, an den sich distal ein Schaft 12 anschließt, an dessen distalem Ende ein Objektiv 13 vorgesehen ist. Das Objektiv 13 überträgt das von ihm empfangene Bild über ein Bildübertragungssystem, das im vorliegenden Falle durch mehrere Stablinsen 14a und 14b gebildet ist, in proximaler Richtung zu einer im Hauplkörper 11 des Endoskopes angeordneten schematisch dargestellten Kamera 15.

Die Kamera 15 ist drehfest im Gehäuse des Hauptkörpers 11 angeordnet. Bei Drehung des Endoskopes 10 um seine Längsachse wird daher, falls keine Kompeusierung stattfindet, auch das in der Kamera 15 empfangene und von dort an eine nicht dargestellte Wiedergabeeinrichtung weitergeleitete Bild verdreht. Dies ist, wie oben bereits mehrfach erwähnt und auch ohne weiteres ersichtlich, für den Operateur nicht wünschenswert. Zur Kompensierung ist daher erfindungsgemäß im Strahlengang des Endoskopes 10 ein drehbar gelagertes Dove-Prisma 16 vorgesehen.

&zgr; _t ,Qfoobcr IW7

II! ·

Das Prisma 16 weist eine Basisfläche 16a sowie Schenkelllächen 16b und 16c auf und ist in Richtung eines Pfeiles 18 drehbar um eine Achse 17 gelagert. Die Achse 17 verläuft sowohl parallel zur Längsachse des Endoskopes 10 als auch zur Basisfläche 16a des Prismas 16.

Wie oben bei der Beschreibung der Funktion solcher Prismen erläutert, wird ein über das Objektiv und die Stablinsen 14a, b auf der Schenkelfläche 16b abgebildetes Bild nach doppelter Brechung durch das Prisma 16 spiegelverkelut an die Kamera 15 weitergeleitet {was in der oben erwähnten Weise kompensiert werden kann) und bei Drehung des Prismas 16 mit doppelter Geschwindigkeit mitgedreht. Das Prisma 16 ermöglicht damit in einfacher Weise eine Drehwinkeljustierung eines Bildes in der Kamera 15.

Zur Einstellung des Prismas 16 ist eine Stelleinrichtung 19 vorgesehen, die einen Stellmotor 20 aufweist mit einem Zahnrad 21, das in Eingriff mit einem weiteren Zaluuad 22 ist, in dem das Prisma 16 drehfest aufgenommen ist. Der Stellmotor 20 ist seinerseits über eine Steuerleitung 24 mit einem Lagesensor 23 verbunden, der die jeweilige Raumposition des Endoskopes IO ermittelt und in Bezug setzt zu einer zuvor eingenommenen Position bzw. einer definierten Position, die z.B. einem optimalen Blickwinkel etc. entspricht. Aus dem jeweiligen Differenzwert kaiui die zu kompensierende Verdrehung des Endoskopes um seine Längsachse in Bezug auf die Idealposition bzw. die vorherige Position eneclmet werden und als Steuerwert über die Leitung 24 an den Stellmotor weitergeleitet werden, der dann die entsprechende Verdrehung des Prismas 16 um die Achse 17 vornimmt.

Fig. 2 bezieht sich auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist in einer Schnitlansicht der Innenrautn eines Hauptkörpers 31 eines En-

j. Qßlobcr 1997

dokopes, das ansonsten grundsätzlich so aufgebaut ist, wie das in Fig. 1 gezeigte Gerät.

Man erkennt ein Wendeprisma 32, das fest mit einem Zahnrad 33 verbunden ist. Das Zahnrad 33 ist in Eingriff mit einem Zahnrad 34 und dieses in Eingriff mit einem weiteren Zahnrad 35. An bzw. in dem Zahnrad 35 ist ein mit diesem fest verbundenes Gewicht 36 vorgesehen.

Wird das Endoskop mit seinem Hauptkörper 31 z.B. gegen den Uhrzeigersinn, also in Richtung des Pfeiles 37 gedreht, so dreht sich das Zaluuad 35 im Uluzeigersimi, da es sich durch das von seiner Mittelachse beabstandet angebrachte Gewicht 36 wie ein Schwerkraftpendel verhält.

Bei Drehung des Zaluuades 35 wird das Zaluuad 34 gegen den Uluzeigersimi und durch dieses das Zaluuad 33 im Uhrzeigersinn gedreht, in dem das Prisma 32 aufgenommen ist.

Die Zäluiezahl der Zalmräder 34 und 35 ist in dieser Ausfüiuungsfonn (mit einem Prisma) jeweils nur halb so groß wie die Zäluiezahl des Zaluuades 33 gewählt, wodurch sichergestellt ist, daß das Prisma 32 nur entgegen der Hälfte des Wiiikelwertes gedreht wird, um den der Hauplkörper 3 1 verdreht wurde.

Eine selbsttätige Bildjustierung ist so auf mechanischem Wege selu" einfach realisiert; elektronische Bauelemente sind nicht erforderlich. Selbstverständlich läßt sich der beschriebene Aufbau auch durch andere mechanische Bauteile, wie z.B. Reibräder oder Riementriebe, verwirklichen.

Erfmdungsgemäß wird insbesondere in den gezeigten Ausführungsformen ein störiinanfälliges und platzsparend zu installierendes System zur Bildjustierung

·; '! · · 2 . '.W- Qlftobet iw7 * · .!. «· ·· ·

bereitgestellt. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten Ausfülirungsbeispiele beschränkt. Denkbar wäre z.B. auch, das bzw. die Prismen an einer anderen Steile im Strahlengang anzuordnen. Außerdem ist die Erfindung nicht auf Dove-Prismen beschränkt, sondern schließt alle optischen Vorrichtungen ein, die in entsprechender Weise in der Lage sind, ein Bild zu verdrehen.

Claims (1)

1. Endoskop mit einem distal angeordneten Objektiv, einer proximal vorgesehenen Kamera und einer Übertragungseinrichtung, die das vom Objektiv erfaßte Bild zur Kamera überträgt, wobei eine um die Längsachse des Endoskopes rotierbare Justiereinrichtung und eine damit verbundene Stelleinrichtung vorgesehen ist zur Drehwinkeljustierung des Bildes in der Kamera, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiereinrichtung ein im Strahlengang zwischen Objektiv (13) und Kamera (15) angeordnetes Wende-Prisma (16), insbesondere ein Dove-Prisma ist.

   Endoskop nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Endoskopes (10) zwei hintereinander angeordenete Wende-Prismen vorgesehen sind, von denen mindestens eins drehbar gelagert ist.

   '1'-1-'-1'AIIJ-ISUKWKWaNMVVLI .0258. RTI-

   ·; ·; *! J &Idigr; ijfiOjfiobcr IM

   3. Endoskop nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wende-Prisma (16) zwischen Bildübertragungseinrichtung (14a, b) und Kamera (15) angeordnet ist.

   4. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (19) ein Stellmotor (20, 21, 22) ist

   5. Endoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Endoskop (10) ein Lagesensor (23) vorgesehen ist, mit dem die Drehwinkelstellung des Endoskopes (10) deteküerbar ist und der über eine Steuerleitung (24) die Stelleinrichtung (19) zur entsprechenden Verdrehung des Prismas (16) ansteuert.