DE20120668U1 - Adaptereinrichtung für eine Endoskopkamera

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DE20120668U1

Publication number: DE20120668U1
Application number: DE20120668U
Authority: DE
Original assignee: Karl Kaps GmbH and Co KG
Current assignee: Karl Kaps GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: DE20212456U1

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Adaptereinrichtung für eine Endoskopkamera

Die Erfindung betrifft eine Adaptereinrichtung mit einem Gehäuse und einem daran angebrachten Adapter für eine Edoskopkamera.
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Zum Anschluss einer Endoskopkamera an ein binokulares Diagnose- bzw. ein Operations-Stereomikroskop ist es bekannt, zwischen einem Mikroskopwechsler oder einem ZOOM System und einem Einblick Binokulartubus einen Strahlenteiler einzusetzen. Der Strahlenteiler teilt einen bestimmten Prozentsatz des Lichtes aus dem direkt zum Beobachter gehenden Lichtes ab. Dieser herausgeteilte Teil des Lichtes wird mittels eines mehrteiligen Objektivsystems, wie beispielsweise einem TV-Tubus (f=54, 80, 145) mit C-Mount Gewinde, das an das Gehäuse des Strahlenteilers angeflanscht ist, zu einem Okular geleitet. Das Okular ist zur Einstellung eines scharfen Bildes in Strahllängsrichtung beweglich zum Objektiv gelagert, wobei deren Brennweiten so aufeinander abgestimmt werden können, dass das zu beobachtende Bild in einer Bildebene abgebildet ist, die mit der Bildebene einer Endoskopkamera zusammenfällt. Dabei ist die Endoskopkamera an einen Adapter angeflanscht, der mit dem Okular fest verbunden ist. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist jedoch, dass sowohl das Objektiv als auch das daran anschließende Okular mit dem Adapter ein weit über das Gehäuse heraus stehendes Teil bildet, was zum Einen enorm Platz beansprucht und zum Anderen zu einem langen Hebelarm führt, an dem die Endoskopkamera am beobachterseitigen Ende des Adapters angebracht werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Adaptereinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der der Adapter kürzer ausgebildet ist.

Die Aufgabe wird durch eine Adaptereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass das Objektiv innerhalb des Gehäuses zwischen der Strahlenteilervorrichtung und der Umlenkvorrichtung angebracht ist, wird eine Verkürzung des Bauteiles erreicht, das über das Gehäuse hinaussteht. Die betrachterseitige Brennebene des Objektivs liegt dadurch noch innerhalb des Gehäuses im Gegensatz zu der bekannten Anordnung, wo selbst schon das Objektiv außerhalb des Gehäuses an dieses angeflanscht war. Durch die Verwendung eines Objektivs mit festdefinierter Brennweite kann das Okular fest mit dem Adapter für die Endoskopkamera verbunden werden und schon während der Produktion von den damit befassten Spezialisten in einen solchen Abstand gebracht und dort festgelegt werden, in dem eine Scharfstellung des vom Objektiv

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abgebildeten Bildes in der Austrittspupille des Okulars erfolgt. In dieser Austrittspupille befindet sich bei einer angeschlossenen Endoskopkamera deren Bildebene.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Objektiv unmittelbar an die Strahlenteilervorrichtung anschließt. Dadurch wird eine möglichst kurze Bauweise des Adapters ermöglicht, da auch bei längerbrennweitigen Objektiven dessen Brennpunkt noch innerhalb des Gehäuses liegt und mit dem Okular deswegen sehr nahe an das Gehäuse herangegangen werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Objektiv eine Brennweite zwischen 30 und 60 mm, insbesondere 40 mm, aufweist. Dadurch kann das Gehäuse sehr klein und kompakt ausgeführt werden, ohne dass das Okular weiter vom Gehäuse weg angeordnet sein muss. Außerdem ist es dadurch möglich, ein Objektiv zu verwenden, dass eine sehr geringe Bauhöhe der Adaptereinrichtung ermöglicht. Es kann eine Bauhöhe in der Größenordnung von 35 mm erreicht werden, was nur zu einer minimalen Verlängerung des Mikroskopkopfes führt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Objektiv ein Objektivachromat ist. Durch eine solche optisch gekittete Linse ist es möglich, dass sowohl der Färb- als auch der Abbildungsfehler im Gegensatz zu einer Einzellinse eliminiert werden. Dies führt dazu, dass in der Bildebene der Endoskopkamera für alle Farben ein möglichst scharfes Bild entsteht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlenteilervorrichtung als gekittetes Prisma ausgeführt ist, insbesondere als ein Prisma, welches zwei 90° Einzelprismen enthält. Dies stellt ein bewährtes und preiswertes Mittel zur Strahlenteilung dar. Außerdem kann es auf sehr kleinem Raum ausgebildet sein, wodurch die Bauhöhe des Gehäuses gering gehalten werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Umlenkvorrichtung unter 45° zum Strahlengang des herausgeteilten Strahles angeordnet ist. Dadurch wird eine sehr einfache Geometrie für die Anordnung von Objektiv und Okular erreicht, die darüber hinaus auch platzsparend ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Umlenkvorrichtung ein ortsfest zum Gehäuse angeordneter Spiegel ist. Dies stellt eine besonders einfach auszuführende Art einer Umlenkvorrichtung dar.

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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Okularoptik eine Austrittspupille aufweist, die einen Wert hat, der zwischen 19 und 25 mm, insbesondere bei 22 mm, liegt. Somit wird das vom Objektiv kommende Bild in der Ebene der Austrittspupille auf eine Größe abgebildet, die dem fotosensiblen Bereich des Chips einer gängigen CCD-Kamera entspricht. Dadurch wird eine optimale Auflösung des von der CCD-Kamera aufgefangenen Bildes und der zur Verfügung stehenden Lichtintensität erreicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird weiter anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Adaptereinrichtung in der Draufsicht als Teilschnitt

und
Fig. 2 einen Teilschnitt der Adaptereinrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1.

In den beiden Figuren 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Adaptereinrichtung 1 anhand zweier senkrecht aufeinander stehender Schnitte gezeigt. Die Adaptereinrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem eine Strahlenteilung eines einfallenden Strahls E in einen durchtretenden Strahl D und einen herausgeteilten Strahl H erfolgt. Die Adaptereinrichtung 1 kann problemlos zwischen einen Vergrößerungs- bzw. Mikroskopwechsler und einen Einblick Binokulartubus (beides nicht gezeigt) eines binokularen Diagnose- bzw. Operations-Stereomikroskops eingesetzt werden.

Die Adaptereinrichtung 1 weist einen am Gehäuse 2 angebrachten Adapter 3 für eine Endoskopkamera (nicht gezeigt) auf. Der herausgeteilte Strahl H wird aus einem der beiden Strahlenbündel 11 mittels einer Strahlenteilervorrichtung 4 herausgeteilt. Die Strahlenteilervorrichtung 4 ist in Form eines gekitteten Primas ausgeführt, wobei im vorliegenden Fall zwei 90° Einzelprismen 8,9 verwendet werden. Durch die zwei 90° Einzelprismen 8,9 wird der heraus geteilte Strahl H um 90° zum durchgehenden Strahl umgelenkt. Bevorzugt werden 20% oder 50% der Lichtintensität des einfallenden Strahls E herausgeteilt. Andere Werte sind ebenso möglich. Statt der Verwendung eines gekitteten Prismas ist es auch möglich, dieses durch einen teildurchlässigen Spiegel zu ersetzen.

Der einfallende Strahl E, und somit auch der herausgeteilte Strahl H, enthält ein ins unendliche gerichtetes Bild des zu betrachtenden Objekts, so dass auch jeder Teilstrahl die volle Information des betrachteten Objekts enthält. Der herausgeteilte Strahl H wird durch

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ein Objektiv 7, das im vorliegenden Fall als Objektivachromat ausgebildet ist, in die Brennebene des Objektivs 7 abgebildet. Bei dem vorliegenden Objektivachromat handelt es sich um zwei gekittete Einzellinsen 12, 13. Darüberhinaus kann aber auch ein beliebiger anderer Achromat oder auch eine Einzellinse bzw. ein System aus mehreren Linsen verwendet werden. Das Objektiv 7 weist eine Brennweite von 40 mm und einen Durchmesser von ca. 10 mm auf. Dadurch kann die Bauhöhe B der Adaptereinrichtung 1 sehr klein gehalten werden. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Objektive 7, mit anderen Brennweiten und/oder anderen Durchmessern verwendet werden können.

Der herausgeteilte Strahl H wird durch eine Umlenkvorrichtung 5 um 90° umgelenkt. Er steht dann weiterhin senkrecht auf den durchtretenden Strahl D. Der herausgeteilte Strahl H tritt danach in einen Adapter 3 ein, an dem eine Endoskopkamera an einem dafür ausgebildeten Kameraflansch 14 angeschlossen werden kann. Im Inneren des Gehäuses 2 ist an den Adapter 3 objektivseitig ein Rohr 21 angebracht, welches um die Achse des herausgeteilten Stahls H angeordnet ist. Dadurch werden Streulichteffekte innerhalb der Adaptereinrichtung 1 unterdrückt, so dass nur der herausgeteilte Strahl H von der Okularoptik 6 in deren Austrittspupille 10 abgebildet werden kann. Innerhalb des Adapters 3 befindet sich eine Okularoptik 6, die im Strahlengang des herausgeteilten Strahls H angeordnet ist. Die Okularoptik 6 besteht im vorliegenden Fall aus einem Linsensystem mit drei Linsen 15, 16, 17, wobei die mittlere Linse 16 ein gekitteter Achromat ist. Es ist auch möglich, ein Okular zu verwenden, bei dem der Achromat als erste Linse im Strahlengang angeordnet ist. Darüberhinaus ist es auch möglich, ein Linsensystem zu verwenden, das nur zwei Linsen aufweist. Neben dem gezeigten Okular mit 10-facher Vergrößerung können auch Okulare mit anderen Vergrößerungen verwendet werden, wie beispielsweise Okulare mit 6,3-, 12,5-, 16- oder 20-facher Vergrößerung.

Der optische Weg zwischen dem Objektiv 7 und der Okularoptik 6 sowie die Form und Brechungskraft der einzelnen Linsen 15, 16, 17 der Okularoptik 6 sind so aufeinander abgestimmt, dass das Bild des herausgeteilten Stahls H in der Ebene fokussiert wird, in der auch die Austrittspupille 10 der Okularoptik 6 liegt. Die Austrittspupille 10 beträgt ca. 22 mm und ist in einem Abstand von ebenfalls ca. 22 mm hinter der letzten Linse 17 der Okularoptik 6 angeordnet. Die Ebene, in der die Austrittspupille 10 liegt, entspricht dabei der Bildebene einer CCD-Kamera (nicht gezeigt), die in den Kameraflansch 14 des Adapters 3 einsetzbar ist. Dadurch wird gewährleistet, dass in der Bildebene der CCD-Kamera immer ein scharfes Bild des abzubildenden Gegenstands des herausgeteilten Strahls H vorliegt.

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Prinzipiell ist es nicht nötig, dass die Okularoptik 6 und somit der Adapter 3 in Strahllängsrichtung des herausgeteilten Strahls H verschoben werden muss, um eine Scharfstellung des in der CCD-Kamera aufzunehmenden Bildes zu gewährleisten. Um trotzdem eine gewisse Feineinstellung der Schärfe zu ermöglichen, kann der Adapter 3 mittels eines Festlegemittels 18, hier in Form eines Innensechskant-Gewindestifts, vom Gehäuse 2 gelöst, entlang der Achse des herausgeteilten Strahls H geringfügig verschoben und an einem anderen Ort wieder festgelegt werden. Dies ist insbesondere auf Grund des achromatischen Fehlers des Objektivs 7 und der Okularoptik 6, der zwar jeweils minimiert ist, jedoch nicht gänzlich ausgeschaltet werden kann, vorteilhaft. Durch mechanische Fertigungstoleranzen des Objektivs kann es zu einem, dem achromatischen Fehler ähnlichen Fehler kommen, der sich in der Änderung der Brennweite niederschlägt und der durch die geringfügige Verschiebung des Adapters 3 mit der integrierten Okularoptik 6 eliminiert werden kann.

Um eine möglichst platzsparende Adaptereinrichtung 1 zu erhalten, wobei insbesondere die Länge des Adapters 3 so gering wie möglich gehalten werden soll, ist das Objektiv 7 möglichst nah an das gekittete Prisma der Strahlenteilervorrichtung 4 herangerückt. Dadurch liegt die Brennebene des Objektivs 7 noch innerhalb des Gehäuses 1 und der Abstand der Okularoptik 6 von dieser Brennebene kann möglichst nahe an das Gehäuse herangeführt werden. Der Abstand ist dabei fest vorgegeben, um eine Abbildung in der Ebene der Austrittspupille 10 zu erhalten. Dadurch erhält man eine Adaptereinrichtung 1 mit einem sehr kurzen Adapter 3, wodurch bei einer an den Adapter 3 angeflanschten CCD-Kamera ein sehr geringer Hebelarm gegeben ist und somit nur geringe bzw. gar keine Stützmechanismen für die CCD-Kamera vorhanden sein müssen.

Das gekittete Prisma 4 der Strahlteilervorrichtung 4 wird mittels eines bekannten Prismenstuhls 19, der über drei Zylinderschrauben 20 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist, in seiner Position im einfallenden Strahl E festgelegt. Der Umlenkspiegel 5 wird mittels eines Gewindestiftes 22 in seiner Position bezüglich des Gehäuses 2 und des Objektivs 7 unter dem oben genannten 45° Winkel festgelegt. Auf der Oberseite der Adaptereinrichtung 1, das heißt in Richtung des durchgehenden Strahls D, ist ein mittels vier Senkschrauben 24 mit dem Gehäuse 2 verschraubt. Der Flansch 23 dient dazu, in Sekundenschnelle einen Binokulartubus (nicht gezeigt) auf ihn anzubringen oder gegen einen Anderen auszutauschen. An der Unterseite der Adaptereinrichtung 1, das heißt in Richtung des einfallenden Strahls E, weist das Gehäuse 2 eine Ausnehmung auf, in die ein Flansch, wie der an der Oberseite der Adaptereinrichtung 1 ausgebildete Flansch 23, eingreifen kann. Damit kann die Adaptereinrichtung 1 in Sekundenschnelle auf einen Mikroskopwechsler

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(nicht dargestellt) aufgesetzt werden. Die Festlegung der Adaptereinrichtung 1 auf dem Mikroskopwechsler, der mit einem sochen Flansch ausgestattet ist, erfolgt durch zwei Zapfenschrauben 25 (von denen aufgrund des Teilschnitts der Figur 2 nur eine dargestellt ist) im Zusammenspiel mit einer Rändelschraube 26 in an sich bekannter Weise.
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Zur einfachen Montage der Okularoptik 6 und der Einhaltung der vorberechneten konstanten Abstände zwischen den einzelnen Linsen 15, 16, 17 befindet sich zwischen benachbarten Linsen jeweils ein Zwischenring 27, 28. Die Linsen 15, 16, 17 sowie die Zwischenringe 27, 28 haben alle den gleichen Außendurchmesser, weshalb die Ausnehmung im Adapter 3 zylinderförmig ausgebildet werden kann, ohne dass die Linsen 15, 16, 17 gegeneinander verschoben werden können. Die im Strahlengang erste Linse 15 wird durch einen Vorschraubring 29 gegen den ersten Zwischenring 27 gepresst, so dass die Okularoptik 6 unverrückbar im Adapter 3 festgelegt ist.

Anstatt eines Objektivs 7 mit 40 mm Brennweite können auch andere Objektive mit anderen Brennweiten verwandt werden. Bei der Änderung der Brennweite des Objektivs 7 und darauf abgestimmter Änderung der Vergrößerung des Okulars ändert sich auch der Bildausschnitt in der Weise, dass man bei höherer Vergrößerung einen kleineren Bildausschnitt erhält und umgekehrt. Darüberhinaus ändert sich je nach verwendeter Brennweite der Abstand, den die Okularoptik 6 vom Objektiv 7 haben muss, damit in der Austrittspupille 10 der Okularoptik 6 immer ein scharfes Bild des herausgeteilten Strahls H erhalten wird. Dies kann jedoch im Voraus dadurch eingestellt werden, dass die Okularoptik 6 optimal auf das Objektiv 7 abgestimmt wird, wobei sich unterschiedliche Abstände zwischen den beiden Elementen ergeben können. Allerdings ist auch bei längeren Brennweiten das Objektiv 7 immer ein kompakter Aufbau der gesamten Adaptereinrichtung 1 gewährleistet, so dass die Länge des über das Gehäuse 2 hinausstehenden Adapters 3 äußerst gering gehalten wird. Dadurch wird zum Einen der Hebelarm für die daran angreifende CCD-Kamera so gering wie möglich gehalten und zum Anderen durch das im Gehäuse 2 integrierte Objektiv 7 eine sehr kompakte Bauweise der Adaptereinrichtung 1 erhalten. Neben der geringen Bauhöhe von 34,5 mm wiegt eine solche Adaptereinrichtung 1 auch nur 300 g. Dadurch entsteht keinerlei Beeinträchtigung beim Mikroskophandling.

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Bezugszeichenliste

Adaptereinrichtung Gehäuse

3	Adapter
4	Strahlenteilervorrici
5	Umlenkvorrichtung
6	Okularoptik
7	Objektiv
8	Einzelprisma
9	Einzelprisma
10	Austrittspupille
11	Strahlenbündel

12 Linse

13 Linse

14 Kameraflansch

15 Okularlinse

16 Gekittete Okularlinse

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17	Okularlinse
18	Gewindestift
19	Prismenstuhl
20	Zylinderschraube
21	Rohr
22	Gewindestift
23	Flansch
24	Senkschraube
25	Zapfenschraube
26	Rändelschraube
27	Zwischenring
28	Zwischenring
29	Vorschraubring
B	Bauhöhe
D	Durchgehender Strahl
E	Einfallender Strahl
H	Herausgeteilter Strahl

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1. Adaptereinrichtung (1) mit einem Gehäuse (2) und einem daran angebrachten Adapter (3) für eine Endoskopkamera,
wobei im Gehäuse (2) eine Strahlenteilervorrichtung (4) und eine im herausgeteilten Strahl (H) angeordnete Umlenkvorrichtung (5) angebracht sind und darüberhinaus im Adapter (3) eine Okularoptik (6) angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Strahlenteilervorrichtung (4) und der Umlenkvorrichtung (5) im Gehäuse (2) ein Objektiv (7) mit fest definierter Brennweite im Strahlengang des herausgeteilten Strahls (H) angeordnet ist.

2. Adaptereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (7) unmittelbar an die Strahlenteilervorrichtung (4) anschließt.

3. Adaptereinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (7) eine Brennweite zwischen 30 und 60 mm, insbesondere 40 mm, aufweist.

4. Adaptereinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (7) ein Objektivachromat ist.

5. Adaptereinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenteilervorrichtung (4) als gekittetes Prisma ausgeführt ist, insbesondere als ein Prisma, welches zwei 90° Einzelprismen (8, 9) enthält.

6. Adaptereinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (5) unter 45° zum Strahlengang des herausgeteilten Strahls (H) angeordnet ist.

7. Adaptereinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (5) ein ortsfest zum Gehäuse (2) angeordneter Spiegel ist.

8. Adaptereinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Okularoptik (6) eine Austrittspupille (10) aufweist, die einen Wert hat, der zwischen 19 und 25 mm, insbesondere bei 22 mm, liegt.