PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007024933A1 06.12.2007
Titel Einrichtung zum Senden und Empfangen eines optischen Signals
Anmelder PENTAX Corp., Tokyo, JP
Erfinder Kubo, Wataru, Tokyo, JP;
Arai, Shinichi, Tokyo, JP;
Tsutamura, Koichi, Tokyo, JP
Vertreter Schaumburg, Thoenes, Thurn, Landskron, 81679 München
DE-Anmeldedatum 29.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007024933
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse H04B 10/02(2006.01)A, F, I, 20070529, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 1/04(2006.01)A, L, I, 20070529, B, H, DE   G02B 23/26(2006.01)A, L, I, 20070529, B, H, DE   
Zusammenfassung Beschrieben ist eine Einrichtung zum Senden und Empfangen eines optischen Signals, umfassend eine erste Sende-Empfangseinheit mit einer Signalabstrahleinheit, die ein digitalisiertes optisches Signal aussendet, und einem Lichtwellenleiterkabel, das das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal überträgt; und eine zweite Sende-Empfangseinheit mit einer ersten Signalempfangseinheit, die das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal über das Lichtwellenleiterkabel empfängt, und einer Steuersignalabstrahleinheit, die ein in ein optisches Signal gewandeltes Steuersignal aussendet; wobei die erste Sende-Empfangseinheit eine Steuersignal-Empfangseinheit hat, die Licht entsprechend dem von der zweiten Sende-Empfangseinheit ausgesendeten Steuersignal über das Lichtwellenleiterkabel empfängt, und wobei die Signalabstrahleinheit eine Abstrahlfläche hat, die parallel zur Empfangsfläche der Steuersignal-Empfangseinheit angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Senden und Empfangen eines optischen Signals, insbesondere die Anordnung einer Abstrahleinheit und einer Empfangseinheit derart, dass eine Verkleinerung der Einrichtung erzielt wird.

Es wird eine Einrichtung zum Senden und Empfangen eines optischen Signals, im Folgenden auch kurz als Sende-Empfangsgerät bezeichnet, vorgeschlagen, das ein eine Information enthaltendes optisches Signal sendet.

Die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2004-96299 offenbart eine Einrichtung, die ein eine Information enthaltendes optisches Signal sendet, die gesendete Lichtmenge anhand des an einem Lichtleiter reflektierten Lichtes erfasst und dann die gesendete Lichtmenge einstellt.

Jedoch liegt die Abstrahlfläche der Signalabstrahleinheit, die das optische Signal aussendet, senkrecht zur Empfangsfläche der Signalempfangseinheit, die das ausgesendete Licht zur Erfassung der Lichtmenge empfängt. Dieses optische Signalsendegerät ist deshalb vergleichsweise groß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Senden und Empfangen eines optischen Signals anzugeben, die die Übertragung des informationsenthaltenden optischen Signals bei einer vergleichsweise geringen Baugröße ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Einrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Endoskops nach erstem, zweitem und drittem Ausführungsbeispiel;

2 eine Seitenansicht der in dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Abbildungseinheit;

3 eine Seitenansicht einer Vergussbaugruppe und eines Lichtwellenleiterkabels, die in dem ersten Ausführungsbeispiel voneinander getrennt voneinander vorgesehen sind;

4 eine Seitenansicht der in dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Abbildungseinheit;

5 eine Seitenansicht der in dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Abbildungseinheit;

6 eine Konstruktionszeichnung einer in dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Beugungsgitterplatte; und

7 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels, das sich von dem in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, in dem die Vergussbaugruppe und das Lichtwellenleiterkabel voneinander getrennt sind.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein elektronisches Endoskopsystem 1 als Beispiel eines Gerätes beschrieben, an das ein Lichtwellenleiterkabel gekoppelt ist. Wie in 1 gezeigt, hat das elektronische Endoskopsystem 1 nach erstem Ausführungsbeispiel eine elektrische Betrachtungseinheit 10 als Quelle eines Videosignals und einen Prozessor 30 als Quelle eines Steuersignals.

Die elektrische Betrachtungseinheit 10 hat an ihrem distalen Endteil eine Objektivoptik 13 und eine Abbildungseinheit 15. Die Abbildungseinheit 15 bildet durch die Objektivoptik 13 beispielsweise einen Körperteil, wie ein Hohlorgan, ab, der das aufzunehmende Objekt darstellt und von der Beleuchtungseinheit 11 beleuchtet wird.

Die Beleuchtungseinheit 11 hat einen Lichtleiter 11a und eine Beleuchtungslinse 11b.

Die Abbildungseinheit 15 hat einen CMOS-Sensor 15a, eine CDS-Schaltung 15b, wobei "CDS" für "Correlated Double Sampling", also korrelierte Doppelabtastung, steht, einen Analog-Digital-Wandler, kurz ADC, 15c, einen Videosignal-LD-Treiber 15d, wobei "LD" für Laserdiode steht, eine Videosignal-Abstrahleinheit 15e, z.B. in Form eines VCSEL, d.h. eines Halbleiterlasers, bei dem das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird, eine erste Glasplatte 15f1, eine zweite Glasplatte 15f2, eine erste Linse 15h1, eine zweite Linse 15h2, ein erstes Prisma 15i1, ein zweites Prisma 15i2, eine Kondensorlinse 15i3, ein Lichtwellenleiterkabel 15j, eine Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b, z.B. in Form einer Fotodiode, kurz PD, einen Steuersignal-Verstärker 17c, einen Steuersignal-PLL-Decodierer 17d, wobei "PLL" für "Phase-Locked-Loop" steht, einen Zeitgeber (TG) 17e, einen integrierten Logikschaltkreis, kurz IC, 17z, ein Stromversorgungskabel 19a und eine Stromversorgungseinheit 19b.

Der Zeitgeber 17e umfasst einen Hilfszeitgeber 17e1 und einen Hauptzeitgeber 17e2, wie in 2 gezeigt ist.

Der Prozessor 30 versorgt die elektrische Betrachtungseinheit 10 sowohl mit Licht als auch mit elektrischer Energie, nimmt an dem Bildsignal, das auf das von der elektrischen Betrachtungseinheit 10 abgebildete Objekt bezogen ist, eine vorbestimmte Bildverarbeitung vor und wandelt das Bildsignal in ein Videosignal, das auf einem nicht gezeigten Fernsehmonitor dargestellt werden kann.

Der Prozessor 30 hat eine Lichtquelleneinheit 31, eine erste Videosignal-Fotosensoreinheit 35, z.B. in Form einer Fotodiode, kurz PD, einen Videosignal-PLL-Decodierer 35b, eine digitale Signalprozessorschaltung, kurz DSP-Schaltung, 35c, einen D-A-Wandler 35d, einen Codierer 35e, eine CPU 37a, einen Synchronisationssignalgenerator, kurz SSG, 37b, einen Steuersignal-LD-Treiber 37c, eine Steuersignal-Abstrahleinheit 37d, z.B. in Form einer Fabry-Perot-Laserdiode, kurz FP-LD, ein wellenlängenseparierendes Prisma 37e, eine Kondensorlinse 37f und eine CMOS-Stromversorgungseinheit 39.

Die Lichtquelleneinheit 31 ist eine Beleuchtungsschaltung mit einer Xenonlampe oder dergleichen als Lichtquelle, die Licht zur Beleuchtung des aufzunehmenden Objektes abstrahlt. Das von der Lichtquelleneinheit 31 abgegebene Licht erreicht über den distalen Endteil der Betrachtungseinheit 10 das Objekt, nachdem es sich durch den Lichtleiter 11a und die Beleuchtungslinse 11b ausgebreitet hat.

Das aufzunehmende Objekt wird von dem CMOS-Sensor 15a durch die Objektivoptik 13 als optisches Bild abgebildet. Dieses optische Bild wird von der DSP-Schaltung 35c des Prozessors 30 verarbeitet, nachdem der CDS 15b eine korrelierte Doppelabtastung und der ADC 15c eine A/D-Wandlung durchgeführt haben.

In dem ersten Ausführungsbeispiel dient der CMOS-Sensor 15a als Abbildungssensor. Da der Verstärker für den CMOS-Sensor in der Nähe des das Licht empfangenden CMOS-Sensors angeordnet ist, tritt weniger Signalrauschen auf, als wenn ein CCD-Sensor als Abbildungssensor verwendet wird.

Da ferner zur Ansteuerung eine einzige Stromversorgung, die +3,3 Volt liefert, verwendet wird, besteht zudem der Vorteil, dass zwischen dem distalen Endteil der Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30 nur wenig Verdrahtung benötigt wird.

Die Übertragung des Bildsignals von dem ADC 15c der Betrachtungseinheit 10 an die DSP-Schaltung 35c des Prozessors 30 erfolgt über Licht. Dabei wird das Bildsignal von dem ADC 15c in ein digitales Signal gewandelt. Anschließend wandelt der Logik-IC 17z dieses parallele Signal in ein serielles Signal. Dann wandelt der Videosignal-LD-Treiber 15d dieses serielle Signal in ein EIN/AUS-Lichtsignal, wobei letzteres an der impulsgesteuerten Videosignal-Abstrahleinheit 15e auf- und ableuchtet.

Das EIN/AUS-Lichtsignal breitet sich dann durch die erste Glasplatte 15f1, die erste Linse 15h1, das erste Prisma 15i1, das zweite Prisma 15i2, die Kondensorlinse 15i3, das Lichtwellenleiterkabel 15j, die Kondensorlinse 37f und das wellenlängenseparierende Prisma 17e aus, bevor es von der ersten Videosignal-Fotosensoreinheit 35a empfangen und verstärkt wird. Anschließend wird das Signal von dem Videosignal-PLL-Decodierer decodiert. Das decodierte Signal wird dann von der DSP-Schaltung 35c einer Bildsignalverarbeitung unterzogen. In 1 ist der Logik-IC 17z weggelassen.

Die Wellenlänge des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e abgegebenen Lichtes ist etwa auf 850 nm eingestellt. Das Licht stellt demnach Infrarotstrahlung dar.

So kann die Signalverschlechterung (Signalverlust) zwischen der Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30 gegenüber einer Ausführungsform, bei der zwischen der Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30 ein analoges elektrisches Signal übertragen wird, verringert werden.

Da außerdem ein digitales elektrisches Signal in das von der Betrachtungseinheit 10 an den Prozessor 30 gesendete Lichtsignal gewandelt wird, kann gegenüber einer Ausführungsform, bei der ein analoges elektrisches Signal in das gesendete Lichtsignal gewandelt wird, eine zusätzliche Menge an Information übertragen werden.

Hat beispielsweise die elektrische Betrachtungseinheit 10 einen VGA-CMOS-Sensor (640 × 480 entsprechend 30 Megapixel), eine Bildfrequenz von 30 Bildern je Sekunde und eine Farbabstufung von 10 Bits (1024 Stufen), so beträgt die Übertragungsgeschwindigkeit, mit der die Pixelzahl, die Bildfrequenz und die Farbabstufung multipliziert werden, etwa 92 Mbps. Wird ein analoges elektrisches Signal von der elektrischen Betrachtungseinheit 10 über ein dünnes Drahtkabel an den Prozessor 30 gesendet, so ist es schwierig, das Bildsignal mit einer Übertragungsgeschwindigkeit, die über 100 bis 200 Mbps hinausgeht, ohne Phasenverzögerung zu übertragen.

Dagegen wird in dem ersten Ausführungsbeispiel ein digitales Lichtsignal übertragen. Damit kann das Bildsignal ohne Phasenverzögerung mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten, die 1 Gbps übersteigen, entsprechend hohen Pixeldichten, einer hohen Bildfrequenz sowie einer hohen Farbabstufung übertragen werden.

Nachdem die DSP-Schaltung 35c die Bildverarbeitung und der DAC 35d die D-A-Wandlung durchgeführt hat, werden das Videosignal, das von dem Codierer 35e nach Y/C separiert wird, und das analoge RGB-Komponentensignal an den nicht gezeigten Fernsehmonitor gesendet, der diese Signale als Bildsignal darstellt.

Die CPU 37a steuert die einzelnen Teile der Betrachtungseinheit 10 und des Prozessors 30. Insbesondere sendet die CPU 37a unter anderem über den Synchronisationssignalgenerator 37b Triggersignale für eine automatische Verstärkungsregelung, kurz AGC, für eine automatische Belichtung, kurz AE, und zum Einfrieren der Aufnahme als Befehlssteuersignale an die elektrische Betrachtungseinheit 10.

Der Synchronisationssignalgenerator 37b erzeugt unter der Steuerung der CPU 37a ein Synchronisationssignal in Form eines Impulssignals. Das Synchronisationssignal wird in Abhängigkeit der Impulse des Steuersignal-LD-Treibers 37c in das EIN/AUS-Lichtsignal gewandelt. Das EIN/AUS-Lichtsignal leuchtet an der impulsgesteuerten Steuersignal-Abstrahleinheit 37d auf und ab.

Das EIN/AUS-Lichtsignal läuft durch das wellenlängenseparierende Prisma 37e, die Kondensorlinse 37f, das Lichtwellenleiterkabel 15j, die Kondensorlinse 15i3, das zweite Prisma 15i2, die zweite Linse 15h2 und die zweite Glasplatte 15f2, bevor es von der Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b, die eine Fotodiode aufweist, empfangen wird. Das EIN/AUS-Lichtsignal wird dann von dem Steuersignal-Verstärker 17c verstärkt und von dem Steuersignal-PLL-Decodierer 17d decodiert.

Die Wellenlänge des von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendeten Lichtes wird etwa 650 nm eingestellt, so dass dieses Licht rotes Licht darstellt.

Der Zeitgeber 17c gibt auf Grundlage des von dem Steuersignal-PLL-Decodierer 17d decodierten Signals einen Taktimpuls aus. Der Haupt-Zeitgeber 17e2 gibt einen Taktimpuls (Zeitsteuerimpuls) unter anderem für den ADC 15c. Der Hilfszeitgeber 17e1 wandelt den von dem Hauptzeitgeber 17e2 ausgegebenen Taktimpuls in einen Taktimpuls für den CMOS-Sensor 15a sowie die CDS-Schaltung 15b und gibt dann den gewandelten Taktimpuls an den CMOS-Sensor 15a und die CDS-Schaltung 15b aus.

Der CMOS-Sensor 15a, die CDS-Schaltung 15b und der ADC 15c werden in Abhängigkeit der von dem Zeitgeber 17e ausgegebenen Taktimpulse betrieben.

Die CMOS-Stromversorgungseinheit 39 des Prozessors 30 versorgt die Stromversorgungseinheit 19b der Betrachtungseinheit 10 über das Stromversorgungskabel 19a mit elektrischer Energie. Die Stromversorgungseinheit 19b speist die einzelnen Teile der Betrachtungseinheit 10, z.B. die Abbildungseinheit 15, mit elektrischer Energie.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird die elektrische Energie durch das Stromversorgungskabel 19a von dem Prozessor 30 an die Betrachtungseinheit 10 geliefert. Die Versorgung mit elektrischer Energie kann jedoch auch durch den Lichtleiter 11a erfolgen. Dabei ist eine Solarzelle an dem den CMOS-Sensor 15a aufweisenden distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 angeordnet. Ein Teil des durch den Lichtleiter 11a tretenden Lichtes wird von der Solarzelle in elektrische Energie gewandelt, so dass die einzelnen Teile der Betrachtungseinheit 10 auf Grundlage dieser gewandelten elektrischen Energie mit elektrischem Strom versorgt werden.

Bei dieser Konstruktion sind die CMOS-Stromversorgungseinheit 39 und das Stromversorgungskabel 19a nicht erforderlich. Dadurch kann der Durchmesser des Kabelanschlussteils der Betrachtungseinheit 10, der zur Verbindung des Prozessors 30 mit dem distalen Endteil der Betrachtungseinheit 10 benötigt wird, verringert werden. Außerdem können durch externes Rauschen verursachte Störungen reduziert und die Isolierung zwischen dem distalen Endteil der Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30 verbessert werden, wodurch die Gefahr eines elektrischen Schlags, der von der Hochspannungsversorgung der Xenonlampe der Lichtquelle 31 verursacht wird, wirksam herabgesetzt wird.

Das Lichtwellenleiterkabel 15j hat einen Faserkern 15j1 und eine Schutzhülse 15j2. Der Durchmesser des Faserkerns 15j1 beträgt etwa 200 &mgr;m. Der Durchmesser der Schutzhülse 15j2, die den Faserkern 15j1 umgibt, beträgt etwa 1,25 mm.

Ein Ende des Faserkerns 15j1 ist der Videosignal-Abstrahleinheit 50e zugewandt, wobei es gleichsam durch ein Deckglasfenster 51b, die Kondensorlinse 15i3, das zweite Prisma 15i2, das erste Prisma 15i1, die erste Linse 15h1 und die erste Glasplatte 15f1 blickt.

Das andere Ende des Faserkerns 15j1 ist gleichsam durch die Kondensorlinse 37f und das wellenlängenseparierende Prisma 37e blickend der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d zugewandt.

Durch den Faserkern 15j1 wird das Steuersignal von dem Prozessor 30 an die Betrachtungseinheit 10 gesendet, während das Videosignal von der Betrachtungseinheit 10 an den Prozessor 30 gesendet wird.

Ein nicht gezeigtes Verbindungskabel zwischen der Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30 enthält das Lichtwellenleiterkabel 15j und das Stromversorgungskabel 19a.

Im Folgenden wird der Teil, auf dem der CMOS-Sensor 15a etc. montiert ist, für das erste Ausführungsbeispiel erläutert (vergl. 2 und 3). Der die Stromversorgung betreffende Teil ist in 2 weggelassen.

Die Abbildungseinheit 15 hat eine erste Leiterplatte 14a1, eine zweite Leiterplatte 14a2, eine vierte Leiterplatte 14a4, eine fünfte Leiterplatte 14a5, eine sechste Leiterplatte 14a6, eine Vergussbaugruppe 51, ein Positionierelement 53, ein Metallgehäuse 55, eine Wärmestrahlungsplatte 57 und eine zur Montage bestimmte Plattenträgereinheit 59.

Die erste Leiterplatte 14a1, die zweite Leiterplatte 14a2, die vierte Leiterplatte 14a4, die fünfte Leiterplatte 14a5 und die sechste Leiterplatte 14a6 sind parallel zur Linsenfläche der Objektivoptik 13 angeordnet. Die erste und die zweite Leiterplatte 14a1, 14a2 sind in der gleichen Ebene angeordnet.

Die sechste Leiterplatte 14a6, die fünfte Leiterplatte 14a5, die vierte Leiterplatte 14a4 und die erste Leiterplatte 14a1 sind in dieser Reihenfolge von der Seite der Objektivoptik 13 her angeordnet.

Die fünfte und die sechste Leiterplatte 14a5, 14a6 sind an der Trägereinheit 59 angebracht, deren Durchmesser etwa 3,8 mm beträgt.

Die erste, die zweite und die vierte Leiterplatte 14a1, 14a2, 14a4 sind in der Vergussbaugruppe 51 angeordnet.

In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Leiterplatte 14a1, 14a2 voneinander getrennt. Sie können jedoch auch auf einer einzigen Leiterplatte kombiniert sein.

Die Vergussbaugruppe 51 ist ein Behälter (Gehäuse), das ein Element, wie z.B. das erste Prisma 15i1, das zur Übertragung des Videosignals und des Steuersignals verwendet wird, einschließt und dieses beispielsweise mittels eines Harzes vor der Außenluft schützt. Die Vergussbaugruppe 51 hat einen Körper 51a und ein Deckglasfenster 51b.

Durch das Fenster 51b tritt Licht, das für die optische Signalübertragung aus dem Faserkern 50j1 des Lichtwellenleiterkabels 15j und in diesen hinein bestimmt ist. Der Inhalt der Vergussbaugruppe 51 ist von deren Körper 51a und dem Deckglasfenster 51b bedeckt.

Die erste Leiterplatte 14a1, die zweite Leiterplatte 14a2, die vierte Leiterplatte 14a4, der Videosignal-LD-Treiber 15d, die Videosignal-Abstrahleinheit 15e, die erste Glasplatte 15f1, die zweite Glasplatte 15f2, die erste Linse 15h1, die zweite Glaslinse 15h2, das erste Prisma 15i1, das zweite Prisma 15i2, die Kondensorlinse 15i3, die Steuersignal-Lichtsensoreinheit 17b und der Steuersignal-Verstärker 17c sind innerhalb der Vergussbaugruppe 51 angeordnet.

Die erste Leiterplatte 14a1 ist über mehrere nicht dargestellte Kontakthöcker elektrisch mit der vierten Leiterplatte 14a4 verbunden. Die zweite Leiterplatte 14a2 ist über mehrere nicht dargestellte Kontakthöcker mit der vierten Leiterplatte 14a4 elektrisch verbunden. Die vierte Leiterplatte 14a4 ist über eine Zuleitung 74, die durch den Körper 51a der Vergussbaugruppe 51 geht, und eine flexible Leiterplatte 77, die durch die Wärmestrahlungsplatte 57 geht, mit der fünften Leiterplatte 14a5 elektrisch verbunden.

Die Vergussbaugruppe 51 ist an einer Fläche angebracht, die von dem Metallgehäuse 55 und der Wärmestrahlungsplatte 57 umgeben ist. Das Metallgehäuse 55 besteht aus Flächen, die parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 angeordnet sind, und umgibt die Seitenflächen der Vergussbaugruppe 51.

Die Wärmestrahlungsplatte 57 hat eine Abstrahlrippe, die aus der Ebene, in der sich die Wärmestrahlungsplatte 57 befindet und die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 liegt, in Richtung der optischen Achse der Objektivoptik zur Objektivoptik 13 hin überhängt. Die Wärmestrahlungsplatte 57 strahlt Wärme von der Vergussbaugruppe 51 ab.

Der Körper 51a der Vergussbaugruppe 51 ist über einen Klebstoff 75 an der Wärmestrahlungsplatte 57 befestigt.

Die fünfte Leiterplatte 14a5 ist über Kontakthöcker 79 mit der sechsten Leiterplatte 14a6 elektrisch verbunden.

Das Metallgehäuse 55, die Wärmestrahlungsplatte 57, die fünfte Leiterplatte 14a5 und die sechste Leiterplatte 14a6 sind an der Trägereinheit 59 angebracht.

Beiderseits der Objektivoptik 13 der Vergussbaugruppe 51 (auf der Seite, die sich in Kontakt mit dem Lichtwellenleiterkabel 15j befindet) ist das Positionierelement 53 angebracht. Das Positionierelement 53 steht in Richtung der optischen Achse der Objektivoptik 13 von der Vergussbaugruppe 51 zu dem Lichtwellenleiterkabel 15j hin über.

Das Positionierelement 53 ist so geformt, dass es das Lichtwellenleiterkabel 15j greift und aufnimmt.

Das Lichtwellenleiterkabel 15j wird in die Trägereinheit 59 eingesetzt und in Eingriff mit dem Positionierelement 53 gebracht, während letzteres an der Vergussbaugruppe 51 angebracht ist, so dass die Verbindung zwischen dem Lichtwellenleiter 15j und der Vergussbaugruppe 51 und die Positionierung des Strahlengangs leicht vorgenommen werden können (vergl. 3).

Der CMOS-Sensor 15a ist an der sechsten Leiterplatte 14a6 montiert. Der CMOS-Sensor 15a besteht aus einer CMOS-Messspitze aus Silizium und bildet das aufzunehmende Objekt durch die Objektivoptik 13 ab.

Die CDS-Schaltung 15b und der Hilfszeitgeber 17e1 sind auf der sechsten Leiterplatte 14a6 montiert. Der CMOS-Sensor 15a, die CDS-Schaltung 15b und der Hilfszeitgeber 17e1 werden so im gleichen Fertigungsprozess montiert.

Da der CMOS-Sensor 15a eine genaue Auslesesteuerung benötigt, ist der Hilfszeitgeber 17e1, der das Auslesen zeitlich steuert, in der Nähe des CMOS-Sensors 15a angeordnet. Dies erleichtert die zeitliche Einstellung der Start- und Endpunkte des Auslesevorgangs.

Da zudem die Zwischenverbindungs- und Leitungsführungslängen klein gehalten werden können, werden eine Phasenverzögerung sowie eine Vergrößerung der Leiterplatte vermieden.

Für den Fall, dass in Zukunft der eingesetzte CMOS-Sensor 15a eine größere Zahl an Pixeln aufweist, kann die Phasenverzögerung begrenzt und die Lesegeschwindigkeit konstant gehalten werden, selbst wenn die Verarbeitungsgeschwindigkeit zunimmt.

Der ADC 15c, der Steuersignal-PLL-Decodierer 17d, der Hauptzeitgeber 17e2 und der Logik-IC 17z sind auf der fünften Leiterplatte 14a5 montiert.

Der Videosignal-LD-Treiber 15d und der Steuersignal-Verstärker 17c sind auf der vierten Leiterplatte 14a4 montiert.

Die Videosignal-Abstrahleinheit 15e und die erste Glasplatte 15f1 sind auf der ersten Leiterplatte 14a1 angeordnet und befinden sich auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite. Die erste Leiterplatte 14a1 besteht aus einem GaAs-Leiterplattenmaterial (Galliumarsenid).

Die zweite Glasplatte 15f2 und die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b sind auf der zweiten Leiterplatte 14a2 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angeordnet. Die zweite Leiterplatte 14a2 besteht aus einem Silizium-Leiterplattenmaterial.

Im Folgenden wird ein Sendeteil nach erstem Ausführungsbeispiel beschrieben, der der Übertragung des optischen Signals dient.

Die erste Glasplatte 15f1 ist auf der ersten Leiterplatte 14a1 angeordnet und bedeckt die Videosignal-Abstrahleinheit 15e. Die erste Linse 15h1 ist auf der ersten Glasplatte 15f1 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angebracht.

Die zweite Glasplatte 15f2 ist auf der zweiten Leiterplatte 14a2 angeordnet und bedeckt die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b. Die zweite Linse 15h2 ist auf der zweiten Glasplatte 15f2 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angeordnet.

Die erste Linse 15h1 bündelt das Licht des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgegebenen Videosignals, wandelt das abgestrahlte Licht in paralleles Licht und strahlt das bebündelte parallele Licht an das erste Prisma 15i1 ab.

Die zweite Linse 15h2 bündelt das Licht des von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d abgegebenen Steuersignals und strahlt das gebündelte Licht an die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b ab.

Die Dicke der ersten Glasplatte 15f1 und der zweiten Glasplatte 15f2 parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 beträgt etwa 300 &mgr;m.

Die Dicke der ersten Glasplatte 15f1 und der zweiten Glasplatte 15f2 senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 beträgt etwa 500 &mgr;m.

Die erste Glasplatte 15f1 dient für die erste Linse 15h1 als Positionierelement und Fokussierelement.

Die zweite Glasplatte 15f2 dient für die zweite Linse 15h2 als Positionierelement und Fokussierelement.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Wellenlänge des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendeten Lichtes etwa auf 850 nm eingestellt. Wird jedoch diese Wellenlänge auf etwa 990 nm eingestellt, so tritt das abgestrahlte Licht durch die GaAs-Leiterplatte, ohne dass es eine Absorption durch diese erfährt. Das die Glasplatte 15f1 bildende Glaselement kann demnach durch eine GaAs-Leiterplatte ersetzt werden, die gleich der ersten Leiterplatte 14a1 ist.

Das erste Prisma 15i1 und das zweite Prisma 15i2 bilden zusammen ein Mikroprisma. Das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendete Steuersignal wird an den Wänden des zweiten Prismas 15i2 reflektiert und von diesen auf die zweite Linse 15h2 ausgegeben.

Das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendete Videosignal tritt durch die Wände der beiden Prismen 15i1 und 15i2 und wird von dem zweiten Prisma 15i2 an ein Ende der Kernfaser 15j1 ausgegeben.

Die in der Betrachtungseinheit 10 vorgesehene Kondensorlinse 15i3 bündelt das das Videosignal bildende Licht, das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendet und dann von der ersten Linse 15h1 in paralleles Licht umgesetzt wird, und wandelt das das Steuersignal bildende Licht, das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendet und dann von dem Faserkern 15j1 ausgegeben wird, in paralleles Licht.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wandelt die erste Linse 15h1 das das Videosignal bildende Licht, das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15eausgesendet wird, in paralleles Licht, während die Kondensorlinse 15i3 das das Steuersignal bildende Licht, das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendet wird, in paralleles Licht wandelt.

Diese Umwandlung in paralleles Licht kann jedoch auch weggelassen werden (vergl. 7). In diesem Fall wird das das Videosignal bildende Licht, das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendet wird, ohne eine Umsetzung in paralleles Licht von der Kondensorlinse 15i3 gebündelt, während das das Steuersignal bildende Licht, das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendet wird, ohne eine Umsetzung in paralleles Licht von der Kondensorlinse 15i3 gebündelt wird. Die erste Linse 15h1 und die zweite Linse 15h2 sind in diesem Fall nicht erforderlich.

Zwischen der ersten Glasplatte 15f1 und dem ersten Prisma 15i1 ist ein nicht gezeigter Abstandshalter angeordnet, so dass der Abstand zwischen der ersten Glasplatte 15f1 und dem ersten Prisma 15i1 parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 konstant gehalten wird.

Zwischen der zweiten Glasplatte 15f2 und dem zweiten Prisma 15i2 ist ein nicht gezeigter Abstandshalter angeordnet, so dass der Abstand zwischen der zweiten Glasplatte 15f2 und dem zweiten Prisma 15i2 parallel zur optischen Achse der Objektivoptik konstant gehalten wird.

Die Kondensorlinse 15i3 ist an dem zweiten Prisma 15i2 und in dem Strahlengang des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendeten Lichtes angeordnet.

Das erste Prisma 15i1 hat eine erste Fläche S1, die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 liegt, eine zweite Fläche S2, die senkrecht zur ersten Fläche liegt, und eine dritte Fläche S3, die die optische Achse der Objektivoptik 13 in einem Winkel von 45° schneidet.

Die erste Fläche S1 des ersten Prismas 15i1 ist der ersten Linse 15h1 zugewandt.

Von der Seite betrachtet hat das erste Prisma 15i1 die Form eines gleichseitigen, rechtwinkligen Prismas, dessen schräge Seite (Basis des Dreiecks) durch die dritte Fläche S3 gebildet ist.

Das zweite Prisma 15i2 hat zwei Flächen, nämlich eine vierte Fläche S4 und eine fünfte Fläche S5, die die optische Achse der Objektivoptik 13 in einem Winkel von 45° schneiden, sowie zwei Flächen, nämlich eine sechste Fläche S6 und eine siebente Fläche S7, die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 liegen.

Die vierte Fläche S4 des zweiten Prismas 15i2 ist der dritten Fläche S3 des ersten Prismas 15i1 zugewandt und befindet sich in Kontakt mit dieser. Die sechste Fläche S6 des zweiten Prismas 15i2 ist der zweiten Linse 15h2 zugewandt. Die Kondensorlinse 15i3 ist an der siebenten Fläche S7 des zweiten Prismas 15i2 angebracht.

Von der Seite betrachtet, hat das zweite Prisma 15i2 die Form eines Parallelogramms, das aus den vier vorstehend genannten Flächen, nämlich der vierten, der fünften, der sechsten und der siebenten Fläche, S4, S5, S6, S7, besteht.

Auf die dritte Fläche S3 des ersten Prismas 15i1 und/oder die vierte Fläche S4 des zweiten Prismas 15i2 ist eine wellenlängenseparierende Beschichtung aufgebracht.

Das Licht, das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendet wird und dessen Wellenlänge vergleichsweise lang ist (850 nm, vergl. gestrichelte Linie in 2), wird an der dritten Fläche S3 des ersten Prismas 15i1 und an der vierten Fläche S4 des zweiten Prismas 15i2 nicht reflektiert und geht damit durch diese Flächen hindurch.

Das Licht, das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendet wird und dessen Wellenlänge vergleichsweise kurz ist (650 nm, vergl. gepunktete Linie in 2), wird an der vierten Fläche S4 des zweiten Prismas 15i2 reflektiert.

Die Dicke des ersten Prismas 15i1 und des zweiten Prismas 15i2 in Richtung der optischen Achse der Objektivoptik 13 beträgt etwa 500 &mgr;m.

Das wellenlängenseparierende Prisma 37e umfasst ein erstes wellenlängenseparierendes Prisma 37e1 und ein zweites wellenlängenseparierendes Prisma 37e2.

Das erste wellenlängenseparierende Prisma 37e1 hat eine erste Prismenfläche SR1, die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 liegt, und eine zweite Prismenfläche SR2, die die optische Achse der Objektivoptik 13 in einem Winkel von 45° schneidet.

Von der Seite betrachtet hat das erste wellenlängenseparierende Prisma 37e1 die Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks, dessen schräge Seite (Basis des Dreiecks) durch die zweite Prismenflächen SR2 gebildet ist.

Entsprechend hat das zweite wellenlängenseparierende Prisma 37e2 eine dritte Prismenfläche SR3, die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 liegt, und eine vierte Prismenfläche SR4, die die optische Achse der Objektivoptik 13 in einem Winkel von 45° schneidet.

Von der Seite betrachtet hat das zweite wellenlängenseparierende Prisma 37e2 die Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks, dessen schräge Achse (Basis des Dreiecks) durch die vierte Prismenfläche SR4 gebildet ist.

Die zweite Prismenfläche SR2 des ersten Prismas 37e1 ist in Kontakt mit der vierten Prismenfläche SR4 des zweiten Prismas 37e2. Die Kontaktfläche zwischen der zweiten Prismenfläche SR2 des ersten Prismas 37e1 und der vierten Prismenfläche SR4 ist mit einer Beschichtung, z.B. einem Anstrich, versehen, die das Licht des von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendeten Steuersignals, dessen Wellenlänge kurz ist, durchlässt, jedoch das Licht des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15d ausgesendeten Videosignals, dessen Wellenlänge lang ist, reflektiert. Diese Beschichtung bildet also eine ein Wellenlängenband separierende Beschichtung.

Die prozessorseitige Kondensorlinse 37f bündelt das Licht des Steuersignals, das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgegeben wird und durch das wellenlängenseparierende Prisma 37e tritt, auf das prozessorseitige Ende des Lichtwellenleiterkabels 15j. Außerdem bündelt es das Licht des Videosignals, das von dem prozessorseitigen Ende des Lichtwellenleiterkabels 15j ausgesendet wird, durch das Prisma 37e auf die Videosignal-Fotosensoreinheit 35a.

Durch die Verwendung des ersten Prismas 15i1 und des zweiten Prismas 15i2 werden in dem ersten Ausführungsbeispiel die Lichtausbreitungsrichtungen separiert, so dass die Austrittsfläche der Videosignal-Abstrahleinheit 15e und die Empfangsfläche der Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b parallel zueinander angeordnet sein können.

Die Separation des übertragenen Lichtes erfolgt über Brechung (Durchtritt des Videosignals) und Reflexion (Steuersignal). Die Reflexion des Steuersignals erfolgt einmal an dem ersten Prisma 15i1 und dann noch einmal an dem zweiten Prisma 15i2. Die Ausbreitungsrichtung des das Steuersignal bildenden Lichtes, das der Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b zugeführt wird, kann deshalb parallel zur Ausbreitungsrichtung des das Videosignal bildenden und ohne Reflexion durchgehenden Lichtes sein.

Somit können die Videosignal-Abstrahleinheit 15e und die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b auf Leiterplatten (erste und zweite Leiterplatte 14a1, 14a2) montiert sein, die in der gleichen Ebene liegen. Dies bedeutet, dass die Austrittsfläche der Videosignal-Abstrahleinheit 15e und die Empfangsfläche der Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b parallel zueinander liegen können.

Die Einrichtung, die für die elektrische Betrachtungseinheit 10 Licht sendet und Licht empfängt, kann so kleiner gebaut sein als die Einrichtung, die für den Prozessor 30 Licht sendet und Licht empfängt, in dem die Fotosensoreinheit senkrecht zur Abstrahleinheit angeordnet ist. Durch die Verwendung des Prismas und der Kondensorlinse liegen nämlich in dem Prozessor 30 die beiden vorstehend genannten Einheiten in zueinander senkrechten Ebenen.

Insbesondere kann die Abmessung in der zur optischen Achse der Objektivoptik 13 parallelen Tiefenrichtung verkürzt werden.

Wird ein einziges Kabel gemeinsam genutzt, um Licht von dem Prozessor 30 an die Betrachtungseinheit 10 und umgekehrt von der Betrachtungseinheit 10 zu dem Prozessor 30 zu übertragen, so ist eine Einrichtung erforderlich, welches das Lichtsignal, das sich in einer Richtung ausbreitet (Videosignal), von dem Lichtsignal trennt, das sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitet (Steuersignal).

Da in der Betrachtungseinheit 10 nur wenig Raum zur Verfügung steht, wird in dem ersten Ausführungsbeispiel das Mikroprisma eingesetzt, um die Lichtsignale so voneinander zu trennen, dass die Abstrahleinheit und die Fotosensoreinheit in der gleichen Ebene angeordnet werden können. Da demgegenüber in dem Prozessor 30 vergleichsweise viel Raum zur Verfügung steht, wird das Prisma verwendet, um die Lichtsignale so voneinander zu trennen, dass die Abstrahleinheit und die Fotosensoreinheit senkrecht zueinander in zwei zueinander senkrechten Ebenen angeordnet werden können. Die zum Senden des Lichtes bestimmten Komponenten und die zum Empfangen des Lichtes bestimmten Komponenten können somit in Abhängigkeit des verfügbaren Raums geeignet angeordnet werden.

Der distale Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 hat einen Durchmesser von etwa 10 mm. Berücksichtigt man, dass in der Betrachtungseinheit 10 zudem eine Düse, der Lichtleiter 11a und eine Instrumentenöffnung unterzubringen sind, so sollte der Teil, in dem die Abbildungseinheit 15, auf der unter anderem der CMOS-Sensor 15a montiert ist, enthalten ist, geeignet so geformt und bemessen werden, dass dieser Teil nicht über die Objektivoptik 13 herausragt, die etwa einen Durchmesser von 4 mm hat.

Fungiert der CMOS-Sensor als Abbildungssensor, so müssen Peripherieschaltungen, wie z.B. die CDS-Schaltung 15b, in der Nähe des CMOS-Sensors montiert werden. Nun ist in diesem Ausführungsbeispiel die Leiterplatte, die diese Peripherieschaltungen hält, senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik ausgerichtet. Die Peripherieschaltungen müssen demnach so angeordnet sein, dass der die Abbildungseinheit 15 enthaltende Teil nicht über den Linsendurchmesser der Objektivoptik 13 hinausreicht. Der Durchmesser der Leiterträgereinheit 59 beträgt etwa 3,8 mm.

Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel empfängt die Abbildungseinheit 15 in dem zweiten Ausführungsbeispiel Licht, das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendet wird, worauf die Menge an abgestrahltem Licht in Abhängigkeit der Menge an empfangenem Licht eingestellt wird. Die Punkte, in denen sich das zweite Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, werden im Folgenden genauer erläutert.

Die Beleuchtungseinheit 10 hat einen Lichtleiter 11a und eine Beleuchtungslinse 11b.

Die Abbildungseinheit 15 hat einen CMOS-Sensor 15a, eine Schaltung zur korrelierten Doppelabtastung, kurz CDS-Schaltung, 15b, einen Analog-Digital-Wandler, kurz ADC, 15c, einen Videosignal-LD-Treiber 15d, eine Videosignal-Abstrahleinheit 15e, z.B. in Form eines VCSEL-Lasers, d.h. eines Halbleiterlasers, bei dem das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird, eine erste Glasplatte 15f1, eine zweite Glasplatte 15f2, eine dritte Glasplatte 15f3, eine erste Linse 15h1, eine zweite Linse 15h2, eine dritte Linse 15h3, ein erstes Prisma 15i1, ein zweites Prisma 15i2, eine Kondensorlinse 15i3, eine zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k, z.B. in Form einer Fotodiode, kurz PD, einen Videosignal-Verstärker 15m, ein Lichtwellenleiterkabel 15j, eine Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b, z.B. in Form einer Fotodiode, kurz PD, einen Steuersignal-Verstärker 17c, einen Steuersignal-PLL-Decodierer 17d, einen Zeitgeber 17e, einen logischen Schaltkreis, kurz Logik-IC, 17z, ein Stromversorgungskabel 19a sowie eine Stromversorgungseinheit 19b.

Der Zeitgeber 17e hat einen Hilfszeitgeber 17e1 und einen Hauptzeitgeber 17e2 (vergl. 4).

Die Übertragung des Bildsignals von dem ADC 15c der elektrischen Betrachtungseinheit 10 an die DSP-Schaltung 35c des Prozessors 30 erfolgt über Licht. Dabei wird das Bildsignal von dem ADC in ein digitales Signal gewandelt. Dieses parallele digitale Signal wird dann von dem Logik-IC 17z in ein serielles Signal und dann von dem Videosignal-LD-Treiber 15b in ein EIN/AUS-Lichtsignal gewandelt, wobei dieses EIN/AUS-Lichtsignal an der impulsbetriebenen Videosignal-Abstrahleinheit 15e auf- und ableuchtet.

Nahezu der gesamte Teil des EIN/AUS-Lichtsignals (etwa 90%) läuft dann durch die erste Glasplatte 15f1, die erste Linse 15h1, das erste Prisma 15i1, das zweite Prisma 15i2, die Kondensorlinse 15i3, das Lichtwellenleiterkabel 15j, die Kondensorlinse 37f und das wellenlängenseparierende Prisma 37e, bevor er von der Videosignal-Fotosensoreinheit 35a empfangen und verstärkt wird. Das Signal wird dann von dem Videosignal-PLL-Decodierer decodiert, worauf dieses decodierte Signal von der DSP-Schaltung 35c einer Signalverarbeitung unterzogen wird.

Ein Teil des EIN/AUS-Lichtsignals (etwa 10%) läuft dann durch die erste Glasplatte 15f1, die erste Linse 15h1, das erste Prisma 15i1, die dritte Linse 15h3 und die dritte Glasplatte 15f3, bevor er von der zweiten Videosignal-Fotosensoreinheit 15k empfangen und von dem Videosignal-Verstärker 15m verstärkt wird. Anhand dieses verstärkten Signals wird die Lichtmenge berechnet, die von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e abgegeben wird. Auf Grundlage dieser Berechnung wird die Lichtmenge, die von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e abgegeben wird, so eingestellt, dass die Menge an abgestrahltem Licht innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt. Die Berechnung zur Einstellung der Lichtmenge wird von dem Videosignal-LD-Treiber 15d durchgeführt, der das von dem Videosignal-Verstärker 15m ausgegebene Signal empfängt.

Die Abbildungseinheit 15 hat eine erste Leiterplatte 14a1, eine zweite Leiterplatte 14a2, eine dritte Leiterplatte 14a3, eine vierte Leiterplatte 14a4, eine fünfte Leiterplatte 14a5, eine sechste Leiterplatte 14a6, eine Vergussbaugruppe 51, ein Positionierelement 53, ein Metallgehäuse 55, eine Wärmestrahlungsplatte 57 und eine der Montage dienende Plattenträgereinheit 59.

Die erste Leiterplatte 14a1, die zweite Leiterplatte 14a2, die dritte Leiterplatte 14a3, die vierte Leiterplatte 14a4, die fünfte Leiterplatte 14a5 und die sechste Leiterplatte 14a6 sind parallel zur Linsenfläche der Objektivoptik 13 angeordnet. Die erste, die zweite und die dritte Leiterplatte 14a1, 14a2, 14a3 sind in der gleiche Ebene angeordnet.

Die sechste Leiterplatte 14a6, die fünfte Leiterplatte 14a5, die vierte Leiterplatte 14a4 und die erste Leiterplatte 14a1 sind in dieser Reihenfolge von der Seite der Objektivoptik 13 her angeordnet.

Die fünfte und die sechste Leiterplatte 14a5, 14a6 sind an der Trägereinheit 59 angebracht, deren Durchmesser etwa 3,8 mm beträgt.

Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Leiterplatte 14a1, 14a2, 14a3, 14a4 sind an der Vergussbaugruppe 51 angebracht.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die erste, die zweite und die dritte Leiterplatte 14a1, 14a2, 14a3 voneinander getrennt. Sie können jedoch auch auf einer einzigen Leiterplatte kombiniert sein.

Die erste Leiterplatte 14a1, die zweite Leiterplatte 14a2, die dritte Leiterplatte 14a3, die vierte Leiterplatte 14a4, der Videosignal-LD-Treiber 15d, die Videosignal-Abstrahleinheit 15e, die erste Glasplatte 15f1, die zweite Glasplatte 15f2, die dritte Glasplatte 15f3, die erste Linse 15h1, die zweite Glaslinse 15h2, die dritte Linse 15h3, das erste Prisma 15i1, das zweite Prisma 15i2, die Kondensorlinse 15i3, die zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k, der Videosignal-Verstärker 15m, die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b und der Steuersignal-Verstärker 17c sind innerhalb der Vergussbaugruppe 51 angeordnet.

Die erste Leiterplatte 14a1 ist über mehrere nicht gezeigte Kontakthöcker mit der vierten Leiterplatte 14a4 elektrisch verbunden. Die zweite Leiterplatte 14a2 ist über mehrere nicht gezeigte Kontakthöcker mit der vierten Leiterplatte 14a4 elektrisch verbunden. Die dritte Leiterplatte 14a3 ist über mehrere nicht gezeigte Kontakthöcker mit der vierten Leiterplatte 14a4 elektrisch verbunden. Die vierte Leiterplatte 14a4 ist über eine Zuleitung 74, die durch den Körper 51a der Vergussbaugruppe 51 geht, und eine flexible Leiterplatte 77, die durch die Wärmestrahlungsplatte 57 geht, mit der fünften Leiterplatte 14a5 elektrisch verbunden.

Der Videosignal-LD-Treiber 15d, der Videosignal-Verstärker 15m und der Steuersignal-Verstärker 17c sind auf der vierten Leiterplatte 14a4 montiert.

Die Videosignal-Abstrahleinheit 15e und die erste Glasplatte 15f1 sind auf der ersten Leiterplatte 14a1 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angeordnet. Die erste Leiterplatte 14a1 besteht aus einem GaAs-Leiterplattenmaterial (Galliumarsenid).

Die zweite Glasplatte 15f2 und die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b sind auf der zweiten Leiterplatte 14a2 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angeordnet.

Die dritte Glasplatte 15f3 und die zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k sind auf der dritten Leiterplatte 14a3 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angeordnet.

Die erste Glasplatte 15f1 ist auf der ersten Leiterplatte 14a1 angeordnet und bedeckt die Videosignal-Abstrahleinheit 15e. Die erste Linse 15h1 ist an der ersten Glasplatte 15f1 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angebracht.

Die zweite Glasplatte 15f2 ist auf der zweiten Leiterplatte 14a2 angeordnet und bedeckt die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b. Die zweite Linse 15h2 ist an der zweiten Glasplatte 15f2 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angebracht.

Die dritte Glasplatte 15f3 ist auf der dritten Leiterplatte 14a3 angeordnet und bedeckt die zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k. Die dritte Linse 15h3 ist an der dritten Glasplatte 15f3 auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite angeordnet.

Die erste Linse 15h1 bündelt das Licht des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgegebenen Videosignals, wandelt das abgestrahlte Licht in paralleles Licht und strahlt dann das gebündelte, parallele Licht auf das erste Prisma 15i1 ab.

Die zweite Linse 15h2 bündelt das Licht des von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgegebenen Bildsignals und strahlt dann dieses gebündelte Licht auf die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b ab.

Die dritte Linse 15h3 bündelt den Teil des Lichtes, den sie von dem von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgegebenen Videosignal empfängt, und strahlt dann dieses gebündelte Licht auf die zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k ab.

Die erste Glasplatte 15f1, die zweite Glasplatte 15f2 und die dritte Glasplatte 15f3 haben jeweils parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 eine Dicke von etwa 300 &mgr;m.

Die erste Glasplatte 15f1, die zweite Glasplatte 15f2 und die dritte Glasplatte 15f3 haben senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik jeweils eine Dicke von etwa 500 &mgr;m.

Die erste Glasplatte 15f1 dient für die erste Linse 15h1 als Positionierelement und Fokussierelement.

Die zweite Glasplatte 15f2 dient für die zweite Linse 15h2 als Positionierelement und Fokussierelement.

Die dritte Glasplatte 15f3 dient für die dritte Linse 15h3 als Positionierelement und Fokussierelement.

Das erste Prisma 15i1 und das zweite Prisma 15i2 bilden zusammen ein Mikroprisma. Das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendete Steuersignal wird an den Wänden des zweiten Prismas 15i2 reflektiert und von letzterem auf die zweite Linse 15h2 ausgegeben.

Nahezu der gesamte Teil des Videosignals (etwa 90%), das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendet wird, geht durch die Wände des ersten und zweiten Prismas 15i2, 15i2 und wird von dem zweiten Prisma 15i2 an ein Ende des Faserkerns 15j1 ausgegeben.

Ein Teil des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendeten Videosignals (etwa 10%) wird an dem ersten Prisma 15i1 reflektiert und von diesem an die dritte Linse 15h3 ausgegeben.

Zwischen der ersten Glasplatte 15f1 und dem ersten Prisma 15i1 ist ein nicht gezeigter Abstandshalter angeordnet, so dass der Abstand zwischen der ersten Glasplatte 15f1 und dem ersten Prisma 15i1 parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 konstant gehalten wird.

Zwischen der zweiten Glasplatte 15f2 und dem zweiten Prisma 15i2 ist ein nicht gezeigter Abstandshalter angeordnet, so dass der Abstand zwischen der zweiten Glasplatte 15f2 und dem zweiten Prisma 15i2 parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 konstant gehalten wird.

Zwischen der dritten Glasplatte 15f3 und dem ersten Prisma 15i1 ist ein nicht gezeigter Abstandshalter angeordnet, so dass der Abstand zwischen der dritten Glasplatte 15f3 und dem ersten Prisma 15i1 parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 konstant gehalten wird.

Die Kondensorlinse 15i3 ist auf dem zweiten Prisma 15i2 und in dem Strahlengang des von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendeten Lichtes angeordnet.

Das erste Prisma 15i1 hat eine erste Fläche S1, die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 angeordnet ist, eine zweite Fläche S2, die die optische Achse der Objektivoptik 13 in einem Winkel von –45° schneidet, und eine dritte Fläche, die die optische Achse der Objektivoptik 13 in einem Winkel von 45° schneidet und senkrecht zur zweiten Fläche S2 angeordnet ist.

Die erste Fläche S1 des ersten Prismas 15i1 ist der ersten Linse 15h1 und der dritten Linse 15h3 zugeordnet.

Von der Seite betrachtet hat das erste Prisma 15i1 die Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks, dessen schräge Seite (Basis des Dreiecks) durch die erste Fläche S1 gebildet ist.

Das zweite Prisma 15i2 hat zwei Flächen, nämlich eine vierte Fläche S4 und eine fünfte Fläche S5, die die optische Achse der Objektivoptik 13 in einem Winkel von 45° schneiden, sowie zwei Flächen, nämlich eine sechste Fläche S6 und eine siebente Fläche S7, die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 angeordnet sind.

Die vierte Fläche S4 des zweiten Prismas 15i2 ist der dritten Fläche S3 des ersten Prismas 15i1 zugewandt und befindet sich in Kontakt mit dieser. Die sechste Fläche S6 des zweiten Prismas 15i2 ist der zweiten Linse 15h2 zugewandt. Die Kondensorlinse 15i3 ist an der siebenten Fläche S7 des zweiten Prismas 15i2 angebracht.

Von der Seite betrachtet hat das zweite Prisma 15i2 die Form eines Parallelogramms, das aus den vier vorstehend genannten Flächen besteht, nämlich der vierten, der fünften, der sechsten und der siebenten Fläche S4, S5, S6, S7.

Zumindest an einer der Flächen S3 des ersten Prismas 15i1 und der Fläche S4 des zweiten Prismas 15i2 sind eine wellenlängenseparierende Beschichtung sowie eine einen halbdurchlässigen Spiegel bildende Beschichtung aufgebracht.

Nahezu das gesamte Licht, das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendet wird und dessen Wellenlänge vergleichsweise lang ist (850 nm, vergl. die gestrichelte Linie in 2), wird an der dritten Fläche S3 des ersten Prismas 15i1 und der vierten Fläche S4 des zweiten Prismas 15i2 nicht reflektiert und geht damit durch diese Flächen hindurch.

Ein Teil des Lichtes, das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgesendet wird und dessen Wellenlänge vergleichsweise lang ist (850 nm, vergl. gestrichelte Linie in 2), wird an der dritten Fläche S3 des ersten Prismas 15i1 reflektiert.

Das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgesendete Licht, dessen Wellenlänge vergleichsweise kurz ist (650 nm, vergl. die gepunktete Linie in 2), wird an der vierten Seitenfläche S4 des zweiten Prismas 15i2 reflektiert.

Das erste Prisma 15i1 und das zweite Prisma 15i2 haben in Richtung der optischen Achse der Objektivoptik 13 jeweils eine Dicke von etwa 500 &mgr;m.

Der übrige Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ist gleich dem des ersten Ausführungsbeispiels. Da in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Pegel der von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e abgegebenen Lichtmenge auf die zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k zurückgeführt und eingestellt wird, kann die abgegebene Lichtmenge konstant gehalten werden, selbst wenn die Lichtmenge mit der Zeit oder infolge von Temperaturschwankungen variiert, insbesondere abnimmt.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die zusätzliche zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k. Durch eine Änderung der Form des ersten Prismas 15i1 und der Beschichtung der dritten Fläche S3 des ersten Prismas 15i1 können die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b und die zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k auf Leiterplatten, nämlich der ersten und der zweiten Leiterplatte 14a1, 14a2, montiert werden, die in der gleiche Ebene angeordnet sind. Somit können die Austrittsfläche der Videosignal-Abstrahleinheit 15e, die Empfangsfläche der Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b und die Empfangsfläche der zweiten Videosignal-Fotosensoreinheit 15k parallel gehalten werden.

Die Einrichtung, die für den elektrischen Betrachtungsteil 10 Licht sendet und Licht empfängt, kann so kleiner gehalten werden als die Einrichtung, die für den Prozessor 30 Licht sendet und Licht empfängt, in dem die Fotosensoreinheit durch die Verwendung des Prismas und der Kondensorlinse senkrecht zur Abstrahleinheit angeordnet ist und damit die beiden vorstehend genannten Einheiten in zueinander senkrechten Ebenen liegen.

Insbesondere kann die Tiefe parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 verringert werden.

Der distale Endteil der Betrachtungseinheit 10 hat einen Durchmesser von etwa 10 mm. Berücksichtigt man, dass in der Betrachtungseinheit eine Düse, der Lichtleiter 11a und eine Instrumentenöffnung unterzubringen sind, so sollte der Teil, der die Abbildungseinheit 15 enthält, auf der unter anderem der CMOS-Sensor 15a montiert ist, eine geeignete Form und Größe derart aufweisen, dass er nicht über die Objektivoptik 13 hinausragt, die einen Durchmesser von etwa 4 mm hat.

Fungiert der CMOS-Sensor als Abbildungssensor, so müssen die Peripherieschaltungen, z.B. die CDS-Schaltung 15b, in der Nähe des CMOS-Sensors montiert werden. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte, die diese Peripherieschaltungen hält, senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 ausgerichtet. Die Peripherieschaltungen müssen deshalb ungeachtet dessen, dass zusätzlich die zweite Videosignal-Fotosensoreinheit 15k vorgesehen ist, so angeordnet werden, dass der Teil, in dem die Abbildungseinheit 15 untergebracht ist, nicht über den Linsendurchmesser der Objektivoptik 13 hinausreicht. Der Durchmesser der Trägereinheit 59 beträgt etwa 3,8 mm.

Im Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird zur Lichttrennung das Prisma verwendet. Dagegen wird in dem dritten Ausführungsbeispiel zur Lichttrennung eine Beugungsvorrichtung, z.B. ein Beugungsgitter, verwendet. Die Punkte, in denen sich das dritte Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, werden im Folgenden im Einzelnen beschrieben.

Die Beleuchtungseinheit 11 hat einen Lichtleiter 11a und eine Beleuchtungslinse 11b.

Die Abbildungseinheit 15 hat einen CMOS-Sensor 15a, eine Schaltung zur korrelierten Doppelabtastung, kurz CDS-Schaltung, 15b, einen Analog-Digital-Wandler, kurz ADC, 15c, einen Videosignal-LD-Treiber 15d, eine Videosignal-Abstrahleinheit 15e, z.B. in Form eines VCSEL-Lasers, eine Glasplatte 15f, eine Linse 15h, ein Lichtwellenleiterkabel 15j, eine erste und eine zweite Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1, 17b2, z.B. in Form von Fotodioden, einen ersten und einen zweiten Steuersignal-Verstärker 17c1, 17c2, einen Steuersignal-PLL-Decodierer 17d, einen Zeitgeber 17e, einen Logik-IC 17z, ein Stromversorgungskabel 19a und eine Stromversorgungseinheit 19b.

Der Zeitgeber 17e hat einen Hilfszeitgeber 17e1 und einen Hauptzeitgeber 17e2 (vergl. 5).

Die Übertragung des Bildsignals von dem ADC 15c der Betrachtungseinheit 10 an die DSP-Schaltung 35c des Prozessors 30 erfolgt über Licht. Dabei wird das Bildsignal von dem ADC 15c in ein digitales Signal gewandelt. Anschließend wird dieses digitale, parallele Signal von dem Logik-IC 17z in ein serielles Signal und dann von dem Videosignal-LD-Treiber 15d in ein EIN/AUS-Lichtsignal gewandelt, wobei dieses EIN/AUS-Lichtsignal an der impulsbetriebenen Videosignal-Abstrahleinheit 15e auf- und ableuchtet.

Das EIN/AUS-Lichtsignal läuft dann durch die Glasplatte 15f, die Linse 15h, die Beugungsgitterplatte 51c, das Lichtwellenleiterkabel 15j, die prozessorseitige Kondensorlinse 37f und das wellenlängenseparierende Prisma 37e, bevor es von der ersten Videosignal-Fotosensoreinheit 35a empfangen und verstärkt wird.

Dann wird das Signal von dem Videosignal-PLL-Decodierer 35b decodiert, worauf dieses decodierte Signal einer Bildsignalverarbeitung unterzogen wird, die die DSP-Schaltung 35c durchführt.

Der Synchronisationssignalgenerator 37b erzeugt unter der Steuerung der CPU 37a ein Impulssignal als Synchronisationssignal. Das Synchronisationssignal wird in Abhängigkeit der Impulse des Steuersignal-LD-Treibers 37c in das EIN/AUS-Lichtsignal gewandelt. Das EIN/AUS-Lichtsignal leuchtet an der impulsgesteuerten Steuersignal-Abstrahleinheit 37d auf und ab.

Das EIN/AUS-Lichtsignal läuft durch das wellenlängenseparierende Prisma 37e, die prozessorseitige Kondensorlinse 37f, das Lichtwellenleiterkabel 15j, die Beugungsgitterplatte 51c, die Linse 15h und die Glasplatte 15f, bevor es von der ersten und der zweiten Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1, 17b2 mit ihren Fotodioden empfangen wird. Die EIN/AUS-Lichtsignale werden dann von dem ersten und dem zweiten Steuersignal-Verstärker 17c1, 17c2 verstärkt. Diese verstärkten Signale werden addiert, und das so erzeugte Mischsignal wird von dem Steuersignal-PLL-Decodierer 17d decodiert.

Das Lichtwellenleiterkabel 15j hat einen Faserkern 15j1 und eine Schutzhülse 15j2. Der Durchmesser des Faserkerns beträgt etwa 200 &mgr;m. Der Durchmesser der Schutzhülse 15j2, die den Faserkern 15j1 umgibt, beträgt etwa 1,25 mm.

Ein Ende des Faserkerns 15j1 ist der Videosignal-Abstrahleinheit 15e zugewandt und blickt dabei gleichsam durch die Beugungsgitterplatte 51c, die Linse 15h und die Glasplatte 15f.

Wie in 6 gezeigt, schneidet eine erste schräge Linie L1, die zwischen dem Mittelpunkt der Fläche der Beugungsgitterplatte 51c, durch die das Videosignal tritt, und dem Mittelpunkt der Empfangsfläche der das Steuersignal empfangenden Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1 verläuft, unter einem positiven primären (d.h. ersten) Beugungswinkel + &THgr; eine horizontale Linie LH, die zwischen dem Mittelpunkt der Fläche der Beugungsgitterplatte 51c, durch die das Videosignal tritt, und dem Mittelpunkt der Austrittsfläche der Videosignal-Abstrahleinheit 15e verläuft.

Von der Seite betrachtet schneidet eine zweite schräge Linie L2, die zwischen dem Mittelpunkt der Fläche der Beugungsgitterplatte 51c, durch die das Videosignal geht, und dem Mittelpunkt der Empfangsfläche der das Steuersignal empfangenden zweiten Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b2 verläuft, die horizontale Linie LH unter einem negativen primären (d.h. ersten) Beugungswinkel –&THgr;.

Das andere Ende des Faserkerns 15j1 ist der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d zugewandt und blickt dabei gleichsam durch die prozessorseitige Kondensorlinse 37f und das wellenlängenseparierende Prisma 37e.

Durch den Faserkern 15j1 wird das Steuersignal von dem Prozessor 30 an die Betrachtungseinheit 10 und das Videosignal von der Betrachtungseinheit 10 an den Prozessor 30 gesendet.

Für das dritte Ausführungsbeispiel wird im Folgenden der Montageteil für den CMOS-Sensor 15a etc. anhand von 5 beschrieben. Der die Stromversorgung betreffende Teil ist in 5 weggelassen.

Die Abbildungseinheit 15 hat eine erste Leiterplatte 14a1, eine zweite Leiterplatte 14a2, eine dritte Leiterplatte 14a3, eine vierte Leiterplatte 14a4, eine fünfte Leiterplatte 14a5, eine sechste Leiterplatte 14a6, eine Vergussbaugruppe 51, ein Positionierelement 53, eine Wärmestrahlungsplatte 57 und eine Plattenträgereinheit 59, die zur Montage bestimmt ist.

Die erste Leiterplatte 14a1, die zweite Leiterplatte 14a2, die dritte Leiterplatte 14a3, die vierte Leiterplatte 14a4, die fünfte Leiterplatte 14a5 und die sechste Leiterplatte 14a6 sind parallel zur Linsenfläche der Objektivoptik angeordnet. Die erste, die zweite und die dritte Leiterplatte 14a1, 14a2, 14a3 sind in der gleichen Ebene angeordnet.

Die sechste Leiterplatte 14a6, die fünfte Leiterplatte 14a5, die vierte Leiterplatte 14a4 und die erste Leiterplatte 14a1 sind in dieser Reihenfolge von der Seite der Objektivoptik 13 her angeordnet.

Die fünfte und die sechste Leiterplatte 14a5, 14a6 sind an der Trägereinheit 59 angebracht, deren Durchmesser etwa 3,8 mm beträgt.

Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Leiterplatte 14a1, 14a2, 14a3, 14a4 sind an der Vergussbaugruppe 51 angebracht.

In dem dritten Ausführungsbeispiel sind die erste, die zweite und die dritte Leiterplatte 14a1, 14a2, 14a3 getrennt voneinander vorgesehen.

Jedoch können diese Leiterplatten auch auf einer einzigen Leiterplatte kombiniert sein.

Die Vergussbaugruppe 51 ist ein Behälter (Gehäuse), der ein Element, das zur Übertragung des Videosignals und des Steuersignals genutzt wird, z.B. die Glasplatte 15f etc., einschließt und dieses Element mittels eines Harzes vor der Außenluft schützt. Die Vergussbaugruppe 51 hat einen Körper 51a und eine Beugungsgitterplatte 51c.

Die Beugungsgitterplatte 51c hat ein Fenster, das die Beugungsfläche vor Schmutz und Bruch schützt.

Das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgegebene Licht gelangt als Beugungslicht 0-ter Ordnung durch die Beugungsgitterplatte 51c hindurch zu dem Faserkern 15j1.

Das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d tritt durch die Beugungsgitterplatte 51c hindurch und wird als Beugungslicht erster Ordnung unter dem Winkel ±&THgr;, der auf die erste Beugungsordnung bezogen ist, gleichsam zu der ersten und der zweiten Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1, 17b2 hin gebrochen.

Wie in 6 gezeigt, ist der Beugungswinkel erster Ordnung festgelegt durch die Gitterrasterteilung p und die Beugungstiefe, d.h. die Stufenhöhe d der Beugungsgitterplatte 51c sowie der Wellenlänge &lgr; (= 650 nm) des einfallenden Lichtes, welches das Steuersignal darstellt (&THgr; = sin–1(m·&lgr;/p)). Der Parameter m gibt die Beugungsordnung an, die in diesem Fall gleich 1 ist.

Die Positionsbeziehung, insbesondere die Lageabweichung, zwischen der Videosignal-Abstrahleinheit 15e und der ersten und der zweiten Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1, 17b2, kann so über eine Einstellung der Parameter, die den ersten Beugungswinkel &THgr; festlegen, z.B. die Gitterrasterteilung p des Beugungsgitters, eingestellt werden.

Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der ersten Leiterplatte 14a1 und dem Mittelpunkt der zweiten Leiterplatte 14a2 kann so verringert werden. Damit kann die Vergussbaugruppe 51 kleiner als in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet werden.

Ist beispielsweise die Gitterrasterteilung p gleich 2,6 &mgr;m, so beträgt der Beugungswinkel &THgr; erster Ordnung etwa 14,5° und der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der ersten Leiterplatte 14a1 und dem Mittelpunkt der zweiten Leiterplatte 14a2 etwa 130 &mgr;m.

Indem der Durchmesser der Vergussbaugruppe 51 verringert wird, kann er in dem dritten Ausführungsbeispiel dem Durchmesser des Lichtwellenleiterkabels 15j (= 1,25 mm) angepasst werden.

Arbeitet die Beugungsgitterplatte 51c mit einem rechtwinklig strukturierten Beugungsgitter verwendet, so ist die maximale Beugungswirkung des Beugungslichtes erster Ordnung kleiner als die maximale Beugungswirkung des Beugungslichtes 0-ter Ordnung (kleiner als 40% der Beugungswirkung des Beugungslichtes 0-ter Ordnung).

In dem dritten Ausführungsbeispiel stellt die Anordnung von zwei Steuersignal-Fotosensoreinheiten die ideale Konfiguration dar, da sie es ermöglicht, zwei empfangene Steuersignale zu addieren, d.h. zu mischen, wodurch die Empfindlichkeit der Fotosensoreinheit erhöht und nachteilige Effekte, die durch eine verschlechterte Beugung verursacht werden, verringert werden können. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist jedoch nur eine einzige Steuersignal-Fotosensoreinheit vorgesehen, um die Gerätekosten zu senken und die Zeit, die zur Verarbeitung der Lichtsignaldaten erforderlich ist, zu verringern.

Die optische Einrichtung, d.h. die Beugungsvorrichtung, hat vorzugsweise bestimmte Merkmale, die so eingestellt sind, dass die Beugungswirkung 0-ter Ordnung für die Wellenlängen (= 850 nm) des Videosignals und die Beugungswirkung erster Ordnung für die Wellenlänge (= 650 nm) des Steuersignals so groß wie möglich sind. Solche Merkmale sind beispielsweise die Form des Beugungskanals, z.B. der optischen Stufen, die Stufentiefe und die Ablenkrate.

In dem dritten Ausführungsbeispiel hat die Beugungsgitterplatte 51c die Form eines rechtwinkligen Beugungskanals. Sie kann jedoch auch eine andere Form haben, z.B. die eines Blaze-Beugungsgitters oder eines sinusförmigen Beugungsgitters.

Die erste Leiterplatte 14a1, die zweite Leiterplatte 14a2, die dritte Leiterplatte 14a3, die vierte Leiterplatte 14a4, der Videosignal-LD-Treiber 15d, die Videosignal-Abstrahleinheit 15e, die Glasplatte 15f, die Linse 15h, die erste Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1, die zweite Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b2, der erste Steuersignal-Verstärker 17c1 und der zweite Steuersignal-Verstärker 17c2 sind innerhalb der Vergussbaugruppe 51 angeordnet.

Die erste Leiterplatte 14a1 ist über mehrere nicht gezeigte Kontakthöcker mit der vierten Leiterplatte 14a4 elektrisch verbunden. Die zweite Leiterplatte 14a2 ist über mehrere nicht gezeigte Kontakthöcker mit der vierten Leiterplatte 14a4 elektrisch verbunden. Die dritte Leiterplatte 14a3 ist über mehrere Kontakthöcker mit der vierten Leiterplatte 14a4 elektrisch verbunden. Die vierte Leiterplatte 14a4 ist über eine flexible Leiterplatte 76 und eine Zuleitung 74, die durch die Wärmestrahlungsplatte 57 und den Körper 51a der Vergussbaugruppe 51 geht, mit der fünften Leiterplatte 14a5 elektrisch verbunden. Der Körper 51a der Vergussbaugruppe 51 ist über einen Klebstoff mit der Wärmestrahlungsplatte 57 verbunden.

Die Wärmestrahlungsplatte 57 hat eine Abstrahlrippe, die aus der Ebene, in der sich die Wärmestrahlungsplatte 57 befindet und die senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 liegt, in Richtung der optischen Achse der Objektivoptik 13 zu letzterer hin überhängt. Die Wärmestrahlungsplatte 57 strahlt Wärme von der Vergussbaugruppe 51 ab.

Die fünfte Leiterplatte 14a5 ist über Kontakthöcker 79 mit der sechsten Leiterplatte 14a6 elektrisch verbunden.

Die Vergussbaugruppe 51, die fünfte Leiterplatte 14a5 und die sechste Leiterplatte 14a6 sind an der Leiterträgereinheit 59 angebracht.

An der Seite der Vergussbaugruppe 51 ist ein Positionierelement 53 angebracht, das in Richtung der optischen Achse der Objektivoptik 13 zu dem Lichtwellenleiterkabel 15j hin überhängt.

Das Positionierelement 53 ist so geformt, dass es das Lichtwellenleiterkabel 15j greift und an die Vergussbaugruppe 51 koppelt. Das Lichtwellenleiterkabel 15j wird in die Trägereinheit 59 eingesetzt und in Eingriff mit dem Positionierelement 53 gebracht, das an der Vergussbaugruppe 51 angebracht ist, so dass die Verbindung zwischen dem Lichtwellenleiterkabel 15j und der Vergussbaugruppe 51 leicht hergestellt und der Strahlengang leicht ausgerichtet werden kann.

Die Videosignal-Abstrahleinheit 15e und die Glasplatte 15f sind auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite der ersten Leiterplatte 14a1 angeordnet.

Die erste Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1 und die Glasplatte 15f sind auf der von der Objektivoptik 13 abgewandten Seite der zweiten Leiterplatte 14a2 angeordnet.

Die zweite Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b2 und die Glasplatte 15f sind auf der der Objektivoptik 13 abgewandten Seite der dritten Leiterplatte 14a3 angeordnet.

Im Folgenden wird für das dritte Ausführungsbeispiel der Teil beschrieben, der der Übertragung des optischen Signals dient.

Die Glasplatte 15f ist auf der ersten Leiterplatte 14a1 angeordnet und bedeckt die Videosignal-Abstrahleinheit 15e. Die Glasplatte 15f ist auf der zweiten Leiterplatte 14a2 angeordnet und bedeckt die erste Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1. Die Glasplatte 15f ist auf der dritten Leiterplatte 14a3 angeordnet und bedeckt die zweite Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b2.

Die Linse 15h bündelt das von der Videosignal-Abstrahleinheit 15e ausgegebene Videosignal, wandelt dieses abgestrahlte Licht in paralleles Licht und strahlt das gebündelte, parallele Licht auf die Beugungsgitterplatte 51c.

Die Linse 15h bündelt das von der Steuersignal-Abstrahleinheit 37d ausgegebene Licht des Steuersignals, das von der Beugungsgitterplatte 51c in zwei Richtungen separiert wird, und strahlt einen Teil des gebündelten Lichtes auf die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1 und den anderen Teil des gebündelten Lichtes auf die Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b2 ab.

Die Glasplatte 15f hat parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 eine Dicke von etwa 500 &mgr;m.

Die Glasplatte 15f hat senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 eine Dicke von etwa 1000 &mgr;m.

Die Glasplatte 15f dient für die Linse 15h als Positionierelement und Fokussierelement.

Der übrige Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels ist gleich dem des ersten Ausführungsbeispiels. Indem in dem dritten Ausführungsbeispiel die Beugungsgitterplatte 51c zur Separation des übertragenen Lichtes verwendet wird, können die Austrittsfläche der Videosignal-Abstrahleinheit 15e und die Empfangsflächen der ersten und der zweiten Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1, 17b2 parallel angeordnet werden. Die Videosignal-Abstrahleinheit 15e, die erste Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b1 und die zweite Steuersignal-Fotosensoreinheit 17b2 können deshalb auf den Leiterplatten, nämlich der ersten und der zweiten Leiterplatte 14a1, 14a2, die in der gleichen Ebene liegen, in einem schmalen Bereich montiert werden.

Die Einrichtung, die für die elektrische Betrachtungseinheit 10 Licht aussendet und Licht empfängt, kann so kleiner ausgebildet werden als die Einrichtung, die für den Prozessor 30 Licht aussendet und Licht empfängt, in dem unter Verwendung des Prismas und der Kondensorlinse die Fotosensoreinheit senkrecht zur Abstrahleinheit angeordnet ist, so dass die beiden genannten Einheiten in zueinander senkrechten Ebenen liegen.

Insbesondere kann so die parallel zur optischen Achse der Objektivoptik 13 gemessene Tiefe verringert werden.

Wird ein einziges Kabel gemeinsam genutzt, um Licht von dem Prozessor 30 an die Betrachtungseinheit 10 und Licht von der Betrachtungseinheit 10 an den Prozessor 30 zu senden, so wird eine Vorrichtung benötigt, die das Lichtsignal, das in die eine Richtung läuft (Videosignal), von dem Signal trennt, das in die entgegengesetzte Richtung läuft (Steuersignal).

Da in der Betrachtungseinheit 10 vergleichsweise wenig Raum vorhanden ist, wird in dem dritten Ausführungsbeispiel das Beugungsgitter eingesetzt, um die Lichtsignale voneinander zu trennen und es so zu ermöglichen, die Abstrahleinheit und die Fotosensoreinheit in der gleichen Ebene anzuordnen. Da demgegenüber in dem Prozessor 10 mehr Raum vorhanden ist, wird das Prisma dazu eingesetzt, die Lichtsignale so zu trennen, dass die Abstrahleinheit und die Fotosensoreinheit senkrecht zueinander angeordnet sind, so dass sie in zueinander senkrechten Ebenen liegen. Die zum Senden des Lichtes bestimmten Komponenten und die zum Empfang des Lichtes bestimmten Komponenten können so in Abhängigkeit des verfügbaren Raums geeignet angeordnet werden.

Der distale Endteil der Betrachtungseinheit 10 hat einen Durchmesser von etwa 10 mm. Berücksichtigt man, dass in der Betrachtungseinheit 10 zudem eine Düse, der Lichtleiter 11a sowie eine Instrumentenöffnung unterzubringen sind, so sollte der Teil, in dem die Abbildungseinheit 15, auf der unter anderem der CMOS-Sensor 15a montiert ist, untergebracht ist, in seiner Form und Größe so gestaltet sein, dass er nicht über die Objektivoptik 13 hinausreicht, die einen Durchmesser von etwa 4 mm hat.

Fungiert der CMOS-Sensor als Abbildungssensor, so müssen die Peripherieschaltungen, z.B. die CDS-Schaltung 15b, in der Nähe des CMOS-Sensors angeordnet werden. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Leiterplatte, die diese Peripherieschalten hält, senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 13 ausgerichtet. Die Peripherieschaltungen müssen folglich so angeordnet werden, dass der die Abbildungseinheit 15 enthaltende Teil nicht über den Linsendurchmesser der Objektivoptik 13 hinausreicht. Der Durchmesser der Trägereinheit 59 beträgt etwa 3,8 mm.

In dem ersten, dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel wird das Lichtwellenleiterkabel gemeinsam genutzt, um das Videosignal aus der Betrachtungseinheit 10 und das Steuersignal aus dem Prozessor 30 zu senden. Der Durchmesser des Kabels der Betrachtungseinheit 10 kann so minimiert werden. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität in dem Kabel und verringert die Belastung des Patienten.

In dem ersten, dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel umfasst das Endoskopsystem 10 die elektrische Betrachtungseinheit 10 und den Prozessor 30, die das optische Sende-Empfangsgerät bilden. Dabei dient die Betrachtungseinheit 10 als Sendeeinrichtung für das Videosignal (als erstes Sende-Empfangsgerät), während der Prozessor 30 als Sendegerät für das Steuersignal fungiert (zweites Sende-Empfangsgerät).

Die Erfindung kann jedoch auch durch ein anderes optisches Sende-Empfangsgerät realisiert werden. Beispielsweise kann ein Projektorsystem vorgesehen werden, das einen Personalcomputer, kurz PC, als Übertragungsgerät für das Videosignal und einen Projektor als Übertragungsgerät für das Steuersignal (Fernsteuersignal) umfasst.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das von der Betrachtungseinheit 10 gesendete Signal ein Videosignal. Das Signal, das von der Betrachtungseinheit 10 gesendet wird, kann jedoch auch ein anderes digitales Signal sein, z.B. ein Tonsignal.


Anspruch[de]
Einrichtung zum Senden und Empfangen eines optischen Signals, umfassend:

– eine erste Sende-Empfangseinheit mit einer Signalabstrahleinheit, die ein digitalisiertes optisches Signal aussendet, und einem Lichtwellenleiterkabel, das das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal überträgt; und

– eine zweite Sende-Empfangseinheit mit einer ersten Signalempfangseinheit, die das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal über das Lichtwellenleiterkabel empfängt, und einer Steuersignalabstrahleinheit, die ein in ein optisches Signal gewandeltes Steuersignal aussendet;

– wobei die erste Sende-Empfangseinheit eine Steuersignal-Empfangseinheit hat, die Licht entsprechend dem von der zweiten Sende-Empfangseinheit ausgesendeten Steuersignal über das Lichtwellenleiterkabel empfängt, und

– wobei die Signalabstrahleinheit eine Abstrahlfläche hat, die parallel zur Empfangsfläche der Steuersignal-Empfangseinheit angeordnet. ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Sende-Empfangseinheit ein optisches Element hat, das in einer optischen Signalübertragung zwischen der Signalabstrahleinheit und dem Lichtwellenleiterkabel das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitale optische Signal an das Lichtwellenleiterkabel ausgibt und das in einer optisches Signalübertragung zwischen der Steuersignal-Empfangseinheit und dem Lichtwellenleiterkabel das dem Steuersignal entsprechende Licht, welches das Lichtwellenleiterkabel aussendet, an die Steuersignal-Empfangseinheit ausgibt. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der das optische Element ein Prisma ist, das eine Separationsfläche mit einer darauf aufgebrachten wellenlängenseparierenden Beschichtung aufweist und durch diese Separationsfläche das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal und/oder das dem Steuersignal entsprechende Licht, das von der Steuersignal-Abstrahleinheit ausgesendet wird, bricht. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der

– das Prisma eine verspiegelte Fläche aufweist, auf der eine halbdurchlässige Spiegelbeschichtung aufgebracht ist;

– die erste Sende-Empfangseinheit eine zweite Signalempfangseinheit hat, die über die verspiegelte Fläche einen Teil des von der Signalabstrahleinheit ausgesendeten digitalisierten optischen Signals empfängt; und

– die Lichtmenge des das digitalisierte optische Signal bildenden und von der Signalabstrahleinheit ausgesendeten Lichtes in Abhängigkeit der Lichtmenge des von der zweiten Signalempfangseinheit empfangenen Lichtes eingestellt wird.
Einrichtung nach Anspruch 2, bei der das optische Element ein Beugungsgitter umfasst, welches das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal und/oder das dem Steuersignal entsprechende und von der Steuersignal-Abstrahleinheit ausgesendete Licht beugt. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der

– das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal durch das optische Element tritt; und

– das dem Steuersignal entsprechende und von der Steuersignal-Abstrahleinheit ausgesendete Licht von dem optischen Element in einer ersten Beugungsordnung gebeugt wird.
Einrichtung nach Anspruch 6, bei der

– die Steuersignal-Empfangseinheit eine erste Steuersignal-Empfangseinheit, die einen von zwei Lichtanteilen, die in der ersten Beugungsordnung in zwei Richtungen separiert werden, empfängt, und eine zweite Steuersignal-Empfangseinheit hat, die den anderen der beiden Lichtanteile empfängt; und

– Informationen übertragen werden, die eine Information, die dem von der ersten Steuersignal-Empfangseinheit empfangenen Steuersignal entspricht, und eine Information, die dem von der zweiten Steuersignal-Empfangseinheit empfangenen Steuersignal entspricht, beinhalten.
Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Sende-Empfangseinheit eine Vergussbaugruppe umfasst, in der die Signalabstrahleinheit, die Steuersignal-Empfangseinheit und das optische Element angeordnet sind. Einrichtung nach Anspruch 8, bei der die erste Sende-Empfangseinheit ein Positionierelement hat, das an der Vergussbaugruppe angebracht und mit dem Lichtwellenleiterkabel in Eingriff ist. Einrichtung nach Anspruch 9, bei der der Durchmesser der Vergussbaugruppe größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiterkabels ist; und

– das Positionierelement an der Seite der Vergussbaugruppe angebracht ist, die in Kontakt mit dem Lichtwellenleiterkabel steht.
Einrichtung nach Anspruch 9, bei der

– der Durchmesser der Vergussbaugruppe nahezu gleich dem Durchmesser des Lichtwellenleiterkabels ist; und

– das Positionierelement an der Seite der Vergussbaugruppe angebracht ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalabstrahleinheit und die Steuersignal-Empfangseinheit in einer Ebene auf einer Leiterplatte montiert sind. Einrichtung nach Anspruch 12, ferner umfassend ein aus einem Glas bestehendes Abstandselement, das die Signalabstrahleinheit und die Steuersignal-Empfangseinheit bedeckt. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der

– die Leiterplatte, die in einer Ebene angeordnet und auf der die Signalabstrahleinheit montiert ist, eine GaAs-Leiterplatte ist;

– die Abstrahlfläche der Signalabstrahleinheit von der GaAs-Leiterplatte bedeckt ist; und

– das von der Signalabstrahleinheit ausgesendete digitalisierte optische Signal durch die GaAs-Leiterplatte hindurch tritt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der

– die erste Sende-Empfangseinheit eine elektrische Betrachtungseinheit ist;

– die zweite Sende-Empfangseinheit ein Prozessor ist, der das von der Betrachtungseinheit ausgegebene digitalisierte optische Signal einer Bildsignalverarbeitung unterzieht; und

– die Betrachtungseinheit und der Prozessor ein Endoskopsystem bilden.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalabstrahleinheit ein digitales Signal aussendet, aus dem ein Bildsignal in ein optisches Signal als digitalisiertes optisches Signal gewandelt wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com