DE2430148B2 - Endoskop mit zwischen geradsicht und seitensicht veraenderlicher blickrichtung, bei welchem ein faserbuendel zur uebertragung des mittels eines objektivs auf sein ende fokussierten bildes dient - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop mit zwischen Geradsicht und Seitensicht veränderlicher Blickrichtung, bei welchem ein Faserbündel zur Übertragung des mittels eines Objektivs auf sein Ende fokussierten Bildes dient.

Zur Betrachtung von unzugänglichen Hohlräumen werden in der Medizin und Technik vielfach Endoskope verwendet. Wenn beispielsweise die Speiseröhre untersucht werden soll, wird hierfür ein Endoskop mit Geradsicht verwendet, da für eine Betrachtung mit seitlicher Blickrichtung der Abstand zwischen Linse und Objekt außerordentlich klein wäre. Andererseits werden in beuteiförmigen Hohlräumen, wie es beispielsweise der Magen ist, im allgemeinen Endoskope mit seitlicher Betrachtungsrichtung bcnutzt, da es hierbei möglich ist, die gesamten Scitenwände zu betrachten.

Um nun bei Untersuchung der Speiseröhre und des

Magens zu vermeiden, nacheinander zwei verschiedene Endoskop·; einzuführen, sind schon Endoskope vorgeschlagen worden, die sowohl eine seitliche Betrachtung wie eine Betrachtung in Vorwärtsnchtung ermöglichen. Diese vorgeschlagenen Endoskope haben jedoch den Nachteil, daß, wenn von der geraden Blickrichtung auf eine Seitenbetrachtung übergegangen wird, sich das Bild dreht, d. h. die Oberseite des Bildes nach unten kommt. Bei einer anderen bereits vorgeschlagenen Variante mit einem drehbaren Spiegel ist das distale Ende des Endoskops sehr groß und eine exakte Beobachtung in Vorwärtsrichtung ist nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop mit zwischen Geradsicht und Seitensicht veränderlicher Blickrichtung anzugeben, bei welchem ein Faserbündel zur Übertragung des mitteis eines Objektivs auf sein Ende fokussierten Bildes dient, das es ermöglicht, von der geraden Blickrichtung stetig auf eine Seitenbetrachtung überzugehen, ohne daß sich dabei das Bild dreht oder eine sogenannte Seitenvertauschung auftritt, die es bei den bereits früher vorgeschlagenen Endoskopen mit veränderlicher Blickrichtung außerordentlich erschwert sich vorzustellen, welcher Teil einer Körperhöhle oder eines technischen Gegenstandes gerade betrachtet wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Drehprisma vorgesehen ist, in das durch eine etwa senkrecht durchlaufene Abdeckhülle die vom Objekt kommenden Strahlen einfallen und an der Fläche, die die zur Prismakante parallele Drehachse etwa mittig enthält, reflektiert werden, und daß ein ortsfestes Richtungsänderungsprisma vorgesehen ist, in das die vom Drehprisma kommenden Strahlen an einer ortsfesten Stelle einfallen, um an der nächsten Fläche des Prismas reflektiert zu werden.

Bei Periskopen für Unterseeboote ist es aus der US-PS 15 30081 bekannt, um nicht nur Schiffe entlang der Meeresoberfläche, sondern auch den Luftraum darüber betrachten zu können, das am vorstehenden Periskopenede vorgesehene Umlenkprisma schwenkbar anzuordnen.

Okkular-Umkehrsysteme für geradsichtige Fernrohre mit Prismen, wie sie beispielsweise in der OE-PS 50 974 beschrieben sind, sind in der Technik seit langem bekannt.

Vor der Verwendung von Faserbündeln zur Bildübertragung bei Endoskopen, wie sie bei der erfindungsgemäßen Gattung von Endoskopen vorgesehen ist war es beispielsweise aus der US-PS 32 56 875 bekannt, mittels Prismen im Strahlengang diesem eine gewisse Flexibilität dadurch zu verleihen, daß eine Drehung der Prismen in der Weise ermöglicht wird, daß einander gegenüberliegenden Flächen planparallel bleiben, was es gestattet, den Strahlengang im Bildleiter etwas abzuwinkein.

Bei den modernen Endoskopen mit Faserbündeln zur Bildübertragung, wie sie bei der vorliegenden Erfindung als bekannt vorausgesetzt werden, ist eine hohe Flexibilität durch das Faserbündel gegeben.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbcispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig.l und 2 bereits vorgeschlagene Endoskope mit veränderbarer Blickrichtung.

Fig. 3 ein Ausfübrungsbeispiel eines Endoskops gemäß der Erfindung.

Fig.4A die Stellung der Prismen bei seitlicher Betrachtungsrichtung,

Fig. 4B die Stellung der Prismen bei Geradsicht, F ί g. 5 und 6 abgewandelte Prismenanordnungen,

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der Änderung der Richtung des Hauptstrahls in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Drehprismas und

F i g. 8 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Drehwinkel und der Versetzung des Hauptstrahls.

In F i g. 1 ist ein bereits vorgeschlagenes Endoskop veranschaulicht, bei dem ein Spiegel 1 am Ende des Endoskops derart angeordnet ist, daß eine Betrachtung in seitlicher Richtung möglich ist, wie dies durch die voll ausgezeichnete Linie angedeutet wird; ferner wird eine Betrachtung in Vorwärtsrichtung ermöglicht, wie dies durch die gestrichelte Linie veranschaulicht ist, wobei diese beiden Betrachtungsrichtungen durch Einsetzen bzw. Entfernen des Spiegels 1 ermöglicht werden.

In F i g. 2 wird ein weiteres Endoskop gezeigt, bei dem der Spiegel 1 kontinuierlich drehbar ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Endoskop hat den Nachteil, daß die Oberseite des Bildes nach unten kommt, d. h. daß das Bild sich dreht. Bei dem in F i g. 2 dargestellten Endoskop kommt zwar die Oberseite des Bildes nicht nach unten, d. h., das Bild dreht sich nicht und die Beobachtungsrichtung kain kontinuierlich verändert werden; jedoch ist bei dem zweitgenannten Beispiel eine exakte Beobachtung in Vorwärtsrichtung nicht möglich. Außerdem ist das Endoskop selbst sehr groß.

In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Endoskops dargestellt. Das distale Ende 10 des Endoskops ist mittels einer Abdeckhülle 11 abgeschlossen. Die durch die Abdeckhülle geschützte Optik enthält ein Drehprisma 12, ein ortsfestes Rieht ungsänderungsprisma 13 mit Blende 16 und ein Objektiv 14, das die Strahlung auf einen Bildleiter in Form eines Faserbündels 15 richtet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ist das Drehprisma 12 ein Prisma mit einem Winkel von 45°, welches ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck bildet. Das Drehprisma 12 ist um eine Mittellage bzw. Achse 12 drehbar, .vobei diese Achse in der Fläche 12a liegt; die Drehrichtung wird in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeutet. Bei diesem Endoskop gelangt der Strahl des zu betrachtenden Objekts durch die Abdeckhülle 11, wird an der Fläche 12a des Drehprismas 12 total reflektiert und wird an der Fläche 13 a des ortsfesten Richtungsänderungsprismas 13 nochmals total reflektiert. Der Strahl vom Objekt wird dann an der Endfläche 15 a des Faserbündels 15 mittels des Objektivs 14 abgebildet.

Die in F i g. 3 dargestellte Anordnung entspricht der Beobachtung in! einer Querrichtung von 45° gegenüber der Vorwärtsrichtung. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Beobachtungsrichtung kontinuierlich verändert werden kann, wenn das Drehprisma um seine Drehachse 12 b verdreht wird.

Die Fig. 4 A und 4B zeigen jeweils den Fall, daß das Drehprisma 12 sich in der Stellung für eine Seitensicht bzw. Geradsicht befindet, indem das Drehprisma 12 entsprechend gedreht worden ist. Wenn das Drehprisma 12 derart gedreht worden ist, daß dessen Fläche 12a in Uhrzeigerrichtung um 22,5° gegenüber der Horizontalrichtung geneigt ist, wie dies in Fi R. 4 A veranschaulicht wird, fällt der Strahl vom Objekt in die Fläche 12 c aus einer Horizontalrichtung ein, wodurch eine Betrachtung in Vorwärtsrichtung durchführbar ist. Das ortsfeste Richtungsänderungsprisma 13 ist derart angeordnet, daß der Hauptstrah! jeweils vertikal zur Eintritts- und Austrittsfläche 136 bzw. 13 c des Prismas steht.

Das Drehprisma 12 and das ortsfeste Richtungsänderungsprisma 13 sind ferner derart angeordnet, daß die Verlängerungslinie des in das ortsfeste Richtungsänderungsprisma eintretenden Hauptstrahls jeweils die Drehachse des Drehprismas 12 schneidet. Die Verlängerung des Hauptstrahls ist hierbei in entgegengesetzter Richtung zur Einfallrichtung ausgeführt.

In F i g. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, bei der das Objektiv 14 derart angeordnet ist, daß die Linsenteile 14 a und 14 b dieses Objektivs 14 an beiden Seiten des ortsfesten Richtungsänderungsprismas 13 liegen. Die beiden

ao Linsenteile 14 α und 146 können in engem Kontakt zum ortsfesten Richtungsänderungsprisma 13 angeordnet sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt. Die Form des ortsfesten Richtungsänderungsprismas 13 ist derart geändert, daß der Strah! von der Austrittsfläche 13 c' des ortsfesten Richtungsänderungsprismas 13 gebrochen wird. Die Austrittsfläche 13 c' ist somit nicht vertikal zum Hauptstrahl, sondern gegenüber dem Hauptstrahl geneigt angeordnet. Aus den F i g. 3 und 5 ergibt sich, daß bei den beiden ersten Ausführungsbeispielen das Ende des Bildleiters bzw. Faserbündels 15 objektivseitig leicht nach oben geneigt werden muß. Bei der letzten, d. h. in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform ist es dagegen nicht erforderlich, daß das Ende des Bildleiters geneigt werden muß.

Im folgenden wird die Änderung der Einfallrichtung des Hauptstrahls gegenüber der Eintrittsfläche 12c des Drehprismas 12 erläutert, wenn die Beobachtungsrichtung durch Drehung des Drehprismas 12 verändert wird. Wenn die Länge einer Seite der Fläche 12 c des Drehprismas 12 gemäß Fi g. 7 mit /, die Einfallsrichtung bzw. Lage des einfallenden Hauptstrahls bei einer Drehung des Drehprismas 12 um den Winkel 0 mit χ und der Betrag der Versetzung bzw. Änderung des Hauptstrahls gegenüber der Mittellage mit Ax bezeichnet werden, lassen sich χ und Ax durch folgende Gleichungen darstellen:

so * = ^ / (1 - tan 0 + 2 sin Θ/η)

- tan Θ

Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung der Werte der Änderung. Ix der Einfallslage gegenüber dem Winkel Θ unter Bezugnahme auf vorstehende Gleichungen. Fig. 8 veranschaulicht den Fall, daß der Brechungsindex des Drehprismas 13 1,84776 beträgt. In dieser Darstellung gibt die Abszisse den Wert 45° +20 und die Ordinate den Wert Aχ an. Wie sich aus Fig. 8 ergibt, ist der Betrag der Änderung der Einfallposition über den Bereich zwischen einer Position »Seitensicht«, d.h. 90" (8 — 22,5°) bis zu einer Position »Geradsicht«, d.h. 0° (0 = -22,5°), nur sehr klein.

Aus vorstehender Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Endoskop mit veränderlicher Blickrichtung bei sehr einfachem Aufbau eine sehr

günstige Betrachtung über einen weiten Bereich zwischen einer Richtung für Seitensicht und einer Richtung für Geradsicht ermöglicht, ohne daß Probleme auftreten, wie beispielsweise die Drehung des Bildes. Da ferner Prismaflächen mit totaler Reflexion als Reflexionsflächen benutzt werden können, sind keine großen Reflexionsflächen infolge Brechung der Strahlen durch die Prismen erforderlich. Wie es sich weiter aus F i g. 8 ergibt, ist die Änderung der Lage des Hauptstrahls an den Eintritts- und Reflexionsflächen des Drehprismas bei Änderung der Beobachtungsrichtung äußerst klein. Aus diesem Grund kann jedes Teil des Endoskops sehr klein gestaltet werden. Das ortsfeste Richtungsänderungsprisma ist ferner derart angeordnet, daß die Verlängerungslinie des Hauptstrahls, welcher in das Prisma eintritt, ständig die Drehachse des Drehprismas schneidet. Infolgedessen läßt sich eine äußerst günstige Beobachtung bzw. Betrachtung mit dem erfindungsgemäßen Endoskop ausführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: 24

1. Endoskop mit zwischen Geradsicht und Seitensicht veränderlicher Blickrichtung, bei welehern ein Faserbündel zur Übertragung des mittels eines Objektivs auf sein Ende fokussierten Bildes dient, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehprisma (12) vorgesehen ist, in das durch eine etwa senkrecht durchlaufene Abdeckhülle (11) die vom Objekt kommenden Strahlen einfallen (12c) und an der Fläche (12a), die die zur Prismenkante parallele Drehachse (126) etwa mittig enthält, reflektiert werden, und daß ein ortsfestes Richtuagsänderungsprisma (13) vorgesehen ist, in das die vom Drehprisma kommenden Strahlen an einer ortsfesten Stelle (16) einfallen, um an der nächsten Fläche (13 a) des Prismas (13) reflektiert zu werden.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch ge- a° kennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsflächen (136, 13 c) des ortsfesten Richtungsänderungsprismas (13) senkrecht zur Hauptstrahlrichtung angeordnet sind.

3. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch ge- »5 kennzeichnet, daß die Eintrittsfläche (13 b) des ortsfesten Richtungsänderungsprismas (13) senkrecht zur Hauptstrahlrichtung und die Austrittsfläche (13c) des ortsfesten Richtungsänderungsprismas (13) derart angeordnet ist. daß der aus dem ortsfesten Richtungsänderungsprisma (13) austretende Strahl gebrochen wird.

4. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsfeste Richtungsänderungsprisma (13) und das Drehprisma (12) derart angeordnet sind, daß die Verlängerungslinie des in das ortsfeste Richtungsänderungsprisma (13) einfallenden Hauptstrahls die Drehachse des Drehprismas (12) schneidet.

5. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Linsenteile (14 a, 146) des Objektivs (14) jeweils in engem Kontakt mit der Eintritts- bzw. Austrittsfläche (136 bzw. 13c) des ortsfesten Richlungsänderungsprismas (13) angeordnet sind.