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Dokumentenidentifikation DE4138626C1 24.12.1992
Titel Objektiv für Endoskope
Anmelder ETB, Endoskopische Technik GmbH Berlin, O-1170 Berlin, DE
Vertreter Pfeiffer, R., Dipl.-Phys.; Bock, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, O-6900 Jena
DE-Anmeldedatum 25.11.1991
DE-Aktenzeichen 4138626
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.12.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.12.1992
IPC-Hauptklasse G02B 13/24
IPC-Nebenklasse G02B 23/24   A61B 1/00   
Zusammenfassung Ein Objektiv für Endoskope weist in Lichtrichtung nacheinander eine Plankonkavlinse, eine vorzugsweise mit einem Prismenglasweg vereinigte Plankonvexlinse, eine eine zerstreuende Kittfläche enthaltende Linsengruppe und eine sammelnde Feldlinse auf. Die Linsengruppe besteht aus einer schwachen Sammellinse und einem sammelnden Linsenglied mit einer Kittfläche zwischen einer Zerstreuungs- und einer Sammellinse. Die zerstreuende Kittfläche des sammelnden Linsengliedes ist zum Bild hohl.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Objektiv, das vorzugsweise für medizinische Endoskope bestimmt ist, gemäß der Gattung der Patentansprüche.

Moderne Endoskopobjektive, insbesondere für medizinische Zwecke, weisen im allgemeinen den Aufbau eines umgekehrten Teleobjektivs auf, d. h. objektseitig befindet sich eine Zerstreuungslinse und bildseitig sind die die Endoskopobjektive verlassenden Lichtstrahlenbündel (Hauptstrahlengänge) telezentrisch oder nahezu telezentrisch. Derartige Endoskopobjektive sind in der US-PS 40 25 155 oder DE-PS 29 19 205 u. a. beschrieben. Der Nachteil der bekannten Endoskopobjektive besteht darin, daß durch die negative Brechkraft der Frontlinse und durch die starke Abknickung der Strahlen an der ersten Fläche eine auffällige und störende tonnenförmige Verzeichnung entsteht. Diese beträgt gemäß der US-PS 46 21 910 deutlich über 20% bei Endoskopen mit 70-80° Bildwinkel. Dieser Verzeichnung kann optisch nur schwer entgegengewirkt werden, wenn eine gewisse Grundkorrektion der Endoskope erhalten bleiben soll.

Außerdem besitzen bekannte Endoskopobjektive keine geeigneten Korrekturelemente für die Verzeichnung. Diese können aus Baugründen nur bildseitig angebracht werden. Die bekannten Endoskopobjektive weisen vor einer Feldlinse ein Kittglied auf, wobei eine zerstreuende Kittfläche gegenüber dem Hauptstrahlenzentrum hohl bzw. zum Bild erhaben ist. Die Kittfläche erzielt nur eine geringe Korrektur der Verzeichnung bei einer vergleichsweise hohen astigmatischen Überkorrektion.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Endoskopobjektiv mit einem Bildwinkel von 70-80°C zu schaffen, welches in Verbindung mit einem angepaßten Okular eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich geringere Verzeichnung aufweist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des ersten Anspruchs genannten Merkmale gelöst. Durch diese Anordnung sind die Einfallswinkel der Hauptstrahlen an der Kittfläche und die dadurch entstehende überkorrigierende Wirkung hinsichtlich der Verzeichnung vergrößert. Die gesamte positive Brechkraft der Linsengruppe am Ende des Objektivs und vor der Feldlinse wird durch zwei sammelnde Linsenglieder realisiert, wodurch sich die positive Brechkraft gegenüber dem Stand der Technik gleichmäßiger verteilt und der unterkorrigierende Einfluß auf die Verzeichnung verringert wird, und von denen das eine schwache Sammellinse und das andere ein sammelndes Kittglied ist, das die zum Bild hohle zerstreuende Kittfläche aufweist. Diese Kittfläche hat auch eine astigmatisch überkorrigierende Wirkung. Durch die Erfindung wird die auftretende astigmatische Überkorrektion, die bei der meridionalen Bildschale bis zu 30% der Brennweite des Objektivs betragen kann, belassen und diese Überkorrektion durch eine astigmatisch Unterkorrektion des nachfolgenden Okulars beseitigt. Die bei Endoskopen eingesetzten Okulare sind meist einfache Achromate oder Einzellinsen, die von sich aus zur Unterkorrektion neigen, so daß sich besondere Korrektionsmaßnahmen erübrigen. Von Vorteil ist dabei, daß bei derartig astigmatisch unterkorrigierten Okularen die Verzeichnung anwächst, so daß der durch das Objektiv gegebene tonnenförmige Verzeichnungseffekt zum Teil kompensiert wird.

Zwischen einem Endoskopobjektiv gemäß der Erfindung und dem zugehörigen Okular können in bekannter Weise Relaissysteme mit telezentrischem Strahlengang eingefügt werden, die den astigmatischen und verzeichnenden Effekt nicht beeinflussen. Ein solches System ist z. B. in DD-PS 2 84 142 beschrieben. Für die grundsätzliche Wirkungsweise ist es dabei unerheblich, ob die Zwischenbilder in Glas oder in Luft entstehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung und zweier Tabellen näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Dabei dient die Zeichnung zur Erläuterung beider Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Objektiv und

Fig. 2 ein zugehöriges Okular.

In Fig. 1 besitzt ein Objektiv gemäß der Erfindung eine Plankonkavlinse 1 mit den Radien r&sub1;, r&sub2; und der Dicke d&sub1;, der in einem Luftabstand l&sub1; ein prismatischer Glaskörper 2 mit den Radien r&sub3; und r&sub4; und der Dicke d&sub2; sowie mit einer aufgekitteten Plankonvexlinse 3 mit den Radien r&sub4; und r&sub5; und der Dicke d&sub3; nachgeordnet ist. Durch Luftraum l&sub2; ist von dieser Plankonvexlinse 3 eine weitere Plankonvexlinse 4 (schwache Sammellinse) mit den Radien r&sub6; und r&sub7; und der Dicke d&sub4; getrennt. Im Luftabstand l&sub3; folgt der Plankonvexlinse 4 ein mit einer Kittfläche 5 versehenes aus einer Zerstreuungslinse 6 und einer Sammellinse 7 bestehendes Linsenglied im Strahlengang. Die optischen Daten der Zerstreuungslinse 6 sind r&sub8;, r&sub9; und d&sub5; und die der Sammellinse 7 r&sub9;, r&sub1;&sub0; und d&sub6;. Die Kittfläche 5 ist zerstreuend und zum Bildraum hin hohl, wodurch große Einfallswinkel entstehen, die den gewünschten Effekt auf die Verzeichnung bewirken. Hinter dem Linsenglied folgt in einem Luftabstand l&sub4; eine Feldlinse 8 mit den Radien r&sub1;&sub1;, r&sub1;&sub2; und der Dicke d&sub7; die den telezentrischen Hauptstrahlengang herstellt. Das Objektiv bildet einen Gegenstand in eine gekrümmte Bildebene 9 überkorrigiert ab. Dieses Bild wird mit einem unterkorrigierten Okular 10 betrachtet, das wie ein bekannter Achromat aufgebaut ist und aus einer konvex-konkaven Negativlinse 11 mit den Radien r&sub1;&sub3;, r&sub1;&sub4; und der Dicke d&sub8; und einer mit dieser Negativlinse 11 verkitteten Bikonvexlinse 12 mit den Radien r&sub1;&sub4;, r&sub1;&sub5; und der Dicke d&sub9; besteht. Die "Gegenstandsschale" des Okulars 10 fällt also mit der Bildschale 9 des Objektivs zusammen. Die optischen Daten des Okulars 10 sind der unten stehenden Tabelle 3 entnehmbar.

Die folgenden Erläuterungen werden anhand der nachstehenden Tabelle 1 vorgenommen, in der die Brennweite f = 1, die bildseitige Schnittweite s&min; = 1,30 und der Bildwinkel 2w = 80°.

Tabelle 1


Das Endoskopobjektiv gemäß der Erfindung weist einen Bildwinkel von 80° auf. Bei diesem Objektiv beträgt für den Bildrand die Wölbung der meridionalen Bildschale bm&min; = +0,26f und die Wölbung der sagittalen Bildschale bm&min; = +0,08f, wobei f die Brennweite des Endoskopobjektivs ist. Die Verzeichnung ergibt sich zu -18,7%. Das dazugehörige Okular 10 (Fig. 2) ist ein Achromat mit einer Brennweite von F ≈ 5,28f. Damit wird eine Winkelvergrößerung des Endoskops (nach Art eines umgekehrten Fernrohrs) von 0,19 erreicht. Die entsprechenden astigmatischen Werte am Bildrand sind bm&min; = -0,036F = -0,19f und bm&min; = -0,016F = -0,08f. Die Verzeichnung ergibt sich zu +3%. Die Gesamtverzeichnung des Objektivs beträgt somit 15,7% gegenüber fast 25% bei den bekannten Lösungen mit 80° Bildwinkel. Ferner kompensiert sich die Wölbung der Sagittalschale auf Null und die der Meridionalschale auf einen Rest von 0,07f, was bei einem üblichen Laporoskopobjektiv mit f ≈ 3,5 mm zu einem kaum merklichen Restastigmatismus von 0,7 Dioptrien führt. Ein solches optisches System ist daher auch für Aufzeichnungen mit einer Videokamera hinter dem Endoskop geeignet.

Ähnliche Korrektionen zeigt das in Tabelle 2 angegebene Endoskopobjektiv, in der die Brennweite f = 1, die bildseitige Schnittweite s&min; = 1,39 und der Bildwinkel 2w = 80° ist.

Tabelle 2


Bemerkenswert ist, daß die hohe Korrektur mit einem Objektiv aus fünf Linsengliedern erreicht wird. Für geringere Bildwinkel als 80° und geringe Verzeichnungsanforderungen ist es auch möglich, unter Weglassung der schwachen Sammellinse 4 eine ähnliche optische Korrektur des Endoskops zu erreichen.

Tabelle 3 Brennweite f = 1; objektseitige Schnittweite s = -0,884; bildseitige (augenseitige) Schnittweite s&min; = ∞


Die Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. Vielmehr kann das Prisma 2 durch eine dickere Plankonvexlinse oder auch durch einen Luftweg ersetzt werden; zwischen dem Objektiv und dem Okular können sich ein oder mehrere Relaissysteme befinden.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Objektiv für Endoskope, bestehend aus den folgenden, in Lichtrichtung nacheinander angeordneten Komponenten: Einer Plankonkavlinse, einer vorzugsweise mit einem Prismenglasweg vereinigten Plankonvexlinse, einer eine zerstreuend wirkende Kittfläche enthaltenden sammelnden Linsengruppe und einer sammelnden Feldlinse, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsengruppe aus einer schwachen Sammellinse und einem sammelnden Linsenglied besteht, dessen zerstreuend wirkende Kittfläche zum Bild hohl ist.
  2. 2. Objektiv gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwache Sammellinse plankonvex ausgebildet ist.
  3. 3. Objektiv gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sammelnde Linsenglied plankonvex ausgebildet ist.
  4. 4. Objektiv gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden optischen Konstruktionsdaten aufweist:



  5. 5. Objektiv gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden optischen Konstruktionsdaten aufweist:







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