DD216621A1

DD216621A1 - Symmetrisches umkehrsystem fuer endoskope

Info

Publication number: DD216621A1
Application number: DD24829283A
Authority: DD
Inventors: Peter Hein
Original assignee: Berlin Med Geraete
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-12-19
Also published as: DD216621B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein symmetrisches Umkehrsystem zur Anwendung in periskopischen Systemen, insbesondere zum Aufbau von Abbildungsketten als Bildleitsysteme in starren Endoskopen. Das Umkehrsystem besteht aus drei Stablinsen, welche als Kittgruppen aus maximal drei Bauelementen zusammengesetzt sind. Zwei gleiche abbildende Stablinsen 1 bestehend aus je einer zerstreuenden Meniskuslinse, einer Plankonvexlinse und einem planparallelen Stabelement stehen mit den Meniskuslinsen einander zugekehrt, durch einen Luftraum kleiner als 1/9 der Laenge des Umkehrsystems voneinander getrennt und sind kuerzer als 1/3 der Laenge des Umkehrsystems. Die dritte, jeweils zwei benachbarten Umkehrsystemen zugeordnete Stablinse besteht aus einem planparallelen Stabelement, in dessen Mitte sich die Zwischenabbildung befindet und zwei Kollektivlinsen, die beidseitig mit dem Stabelement verkittet sind. Die Brennweite des halben Umkehrsystems betraegt etwa 1/4 der Laenge des Umkehrsystems und die Vignettierung am Bildrand ist geringer als 25 %.

Description

Symmetrisches Umkehrsystem

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung "betrifft ein symmetrisches Umkehrsystem zur Anwendung in periskopischen Systemen, insbesondere zum Aufbau von Abbildungsketten als Bildleitsystem in starren Endoskopen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Optische Bildleitsysteme in der Form von Abbildungsketten aus einer Folge von gleichartigen symmetrischen Umkehrsystemen sind in verschiedenen Bauformen bekannt. Je- / des dieser bekannten Umkehrsysteme weist spezifische Eigenschaften auf, die sich in gezielt herbeigeführten Vorteilen niederschlagen, wobei zum Vorteil eines Parameters aber einzelne oder mehrere andere Parameter nachteilig beeinflußt werden,

Endoskopoptische Umkehrsysteme müssen bekanntlich die Weiterleitung der Abbildung in eng begrenzten Rohren bewerkstelligen, woraus Einschränkungen der Apertur. und/oder Vignettierungen. der abbildenden Strahlenbündel am Bildrand resultieren. Wichtige Parameter zur vergleichenden Bewertung von Umkehrsystemen sind bekanntlich die Brennweite des halben Umkehrsystems bezogen auf die geometrische Länge des symmetrischen Umketirsystems, die Vignettierung am Bildrand, die Krümmung der Bildschale sowie weitere entscheidende Abbildungsfehler wie Koma und Astigmatismus.

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in den bekannten Umkehrsystemen werden lange Glaswege in Verbindung mit den abbildenden Lisengruppen und/oder in Verbindung mit den Feldlinsen vorteilhaft zur Erzielung einer relativ zur geometrischen Länge des Umkehrsystems kurzen Brennweite in Form von Stablinsen verwendet. Entscheidenden Einfluß auf die wichtigen Parameter hat nun die jeweilige Einordnung der Glaswege in die Zwischenräume zwischen den Linsen bzw. Linsengruppen, denn dadurch werden das Vorzeichen und der Betrag der Durchbiegung jeder Linsenfläche und abhängig davon die einzelnen Abbildungsfehleranteile beeinflußt.

Als weiterer Nachteil kommt mitunter hinzu, daß einzelne Linsen oder Baugruppen zu aufwendigen Herstellungsverfahren führen, wodurch solche Umkehrsysteme die Endoskope verteuern können.

In der DD-SB 136660 ist beispielsweise ein Umkehrsystem vorgeschlagen worden, bei dem die Glaswege zwischen die abbildenden Kittgruppen und zwischen die Feldlinsen an den Ort des Zwischenbildes zwischen zwei aneinandergereihten Umkehrsystemen gebracht werden. Dabei sind die Abbildungsfehler günstig korrigiert, das System ist frei von Meridionalkoma, die Brennweite ist relativ kurz, aber dieses Umkehrsystem besitzt starke Vignettierung. Sin weiterer Nachteil ist, daß mit dem Glasweg zwischen den abbildenden Kittgruppen eine Kittgruppe entsteht, die aus fünf Bauteilen besteht, dies führt zu stärkeren Zentrierfehlern beim Kittvorgang. Sin Umkehrsystem, bei dem die Glaswege jeweils zwischen eine abbildende Kittgruppe und eine Feldlinse angeordnet sind, ist in der GB-EB 954 629 vorgeschlagen worden. Dieses Umkehrsystem hat eine kurze relative Brennweite und geringe Vignettierung, also hervorragende Apertur und eine randhelle Abbildung. Ungünstig ist aber hierbei die Durchbiegung der Feldlinse, wodurch die Koma und die Bildkrümmung nicht korrigierbar sind, es wird ein Kompensationsobjektiv bei langen Abbildungsketten im Endoskop erforderlich.

Ein Umkehrsystem, welches im Aufbau günstige Voraussetzungen zur Korrektion der Abbildungsfehler des außeraxialen Bildfeldes bietet, wurde in der Firmenschrift "urological instruments" New lork 1973 der American Cystoscope makers INC bekanntgemacht. Dieses Umkehr-System ist im Aufbau dadurch gekennzeichnet, daß die abbildende Kittgruppe als Stablinse ausgebildet ist und , diese Stablinse an dem der Feldlinse zugewandten Ende eine zerstreuende Fläche trägt (Fig. 1). Dadurch entsteht zwischen dieser Stablinse und der Feldlinse.eine meniskusförmige Luftlinse mit der offensichtlich gute Abbildungseigenschaften erzielt werden. Die zerstreuende Fläche bewirkt aber eine Verlängerung der Brennweite ' des halben Umkehrsystems, obwohl die Zwischenräume zwischen den Feldlinsen ebenfalls durch Glaswege ausgefüllt sind. · '

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein symmetrisches Umkehrsystem vorzuschlagen, welches möglichst viele vorteilhafte Eigenschaften der bekannten technischen Lösungen in sich vereinigt. Dabei wird besonders Wert auf eine günstige Fertigungsmöglichkeit gelegt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein symmetrisches Umkehrsystem vorzuschlagen, welches aus bekannten JStablirisenelementen besteht, auf die dargelegten vorteilhaften Eigenschaften der bekannten technischen Lösungen aufbaut und solche Stablinsen verwendet, deren Bauelemente mittels bekannter herkömmlicher Fertigungsverfahren hergestellt werden können, ' '' >

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das symmetrische Umkehrsystem aus drei Stablinsen besteht und jede Stablinse als Kittgruppe aus zwei Linsen und

' . . ' · ' · .

einem Stabelement zusammengesetzt wird (Fig· 2)· Zwei Stablinsen 1 sind in bekannter Weise mit den Achromatgliedern einander zugekehrt und bestehen aus einer zerstreuenden Meniskuslinse 1.1, einer Plankonvexlinse 1.2 und einem planparallelen Stabelement 1·3· Die Stablinse 2 wird aus den plankonvexen Kollektivlinsen 2.1 zweier benachbarter Umkehrsysteme und dem diese verbindenden planparallelen Stabelement 2.2. gebildet« Die Zwischenabbildung zwischen zwei benachbarten Umkehrsystemen befindet sich in der Mitte des Stabelementes 2.2*

Bekanntlich verringert sich die Brennweite des halben Umkehrsystems, wenn die beiden sammelnden Glieder (Achromat und !Feldlinse·) einander genähert werden, dies wirkt aber einer Minderung der Vignettierung entgegen. In der vorliegenden Erfindung wird die optische Weglänge zwischen Achromat und Pel dl ins e dadurch verringert, daß der Achromat (1.1 und 1·2) mit einem Stabelement 1.3 verbunden wird, dessen Brechwert größer als 1,55 ist. Dieses Stabelement trägt an dem der Zwischenabbildung zugewandten Ende keine optisch wirksame Kugelfläche bzw. keine sammelnde oder zerstreuende Feldlinse, so daß die Brennweite des Achromaten nicht nachteilig verändert wird und die Abbildungsfehleranteile des Achromaten ebenfalls nicht beeinflußt werden. Die Gesamtlänge der Stablinse 1 soll dabei vorteilhafterweise kleiner als 1/3 der geometrischen Länge des Umkehrsystems bzw. kleiner als das Achtfache des Stabdurchmessers sein, um die Bruchgefahr bei elastischen Verbiegungen des Endoskops gering zu halten. Der zwischen der Feldlinse 2.1 und der Zwischenabbildung eingefügte Glasweg des Stabelementes 2.2 bewirkt eine weitere Verringerung der optischen Weglänge relativ zur geometrischen Länge des Umkehrsystems. Die Stablinse 2 ist nicht bruchgefährdet, denn wegen der Vignettierung am Band der Feldlinse 2.1 soll der auf Luft bezogene Abstand der Zwischenabbildung von der Konvexfläche der Feldlinse möglichst nicht größer als 1/5 der Brennweite

einer Hälfte des Umkehrsystems sein. Der Luftraum zwischen den Meniskuslinsen 1.1 wird erfindungsgemäß kleiner als 1/9 der Länge des Umkehrsystems gewählt. "

Mit dieser Anlage der vorliegenden Erfindung kann die Brennweite des halben Umkehrsystems bis auf 1/4 der Länge 1 herabgesetzt und die Vignettierung am Bildrand auf weniger als 25 % begrenzt werden.

' ·.·' ·

Die Stabelemente und die Feldlinsen sind aus gleichen oder verschiedenen optischen Glastypen darstellbar. Für die Achromatlinsen 1.1 und 1.2 sind bekannte Kombinationen von Glastypen in der Art der Altachromate wählbar. Das in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Umkehr-' system weist im Gegensatz zu den nach GB-BB 954 629 und DD-EB 136 660 bekannten Umkehrsystemen sechs Glas-Luft-Flächen auf, dies wird aber nicht als nachteilig !angesehen, da mit den bekannten Mehr schicht -Ent spiegelungsverfahren diese optischen Flächen hinreichend entspiegelt werden können.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Umkehrsystem bekannter Bauform Fig. 2 das erfindungsgemäße Umkehrsystem Fig. 3 die Korrektionsdarstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels 1

Die numerischen Werte bezogen auf eine Länge von 1»100 des symmetrischen Umkehrsystems sind für Ausführungsbeispiel 1 in Tabelle.1 und für Ausführungsbeispiel 2 in Tabelle 2 zusammengestellt, darin bedeuten: R die Flächenkrümmungen, s die Scheitelabstände, η .

die Hauptbrechzahlen, ν die Abbe'schen Zahlen, I₁ die Länge der Stablinse 1, d der freie Durchmesser der Stablinsen, 2y_max der Zwischenbilddurchmesser, f die

Brennweite des halben Umkehrsystems, 1 der gesamte Glas weg innerhalb des Unikehrsystems und V die Vignettierung des Strahlenbündelquerschnittes bei der Bildhöhe y'

In Pig. 3 ist der Korrektionszustand des Ausführungsbeispiels 1 dargestellt, darin zeigen Pig. 3a die Querabweichungen dy¹ bei y* = O für die Fraunhofer'sehen Linie e, C¹ und P¹, Pig. 3b die Querabweichungen δ Χ¹ (Vollinie) und die Querabweichungen Ay¹ (Gestrichelt) bei y¹ * ?Γ\Γ ^¹ · ^'max'

wie Pig· 3b bei y'^_e_.i Pig. 3d den Verlauf der astigma-

max

tischen Bildschalen mit b' für die sagittale Bildschale in Vollinie und b'_m für die meridionale Bildschale gestrichelt.

Tabelle 1

Kr.

ο	ο	-7.31	1.57486	57.19
, 1	-0.063816	. 2.296	1.51859	63.86
2 ;	⁰ ·. ,"' · -'	3.896	1
3	0	27.516	1.57486	57.19
4	-0.123153	2.522	1,61022	49.01
5. .'	-0*059848	1.336	1.69416	30.92
6	, 0.059848.	10.242	1
7	0.123153	1.336	1.69416	30.92
8	' ° , . .'	2.522	1.61022	49.01
9	0	27.516	1.57486	57.19
10	0.063816	3.896	1
11	0	2.296	1.51859	63.86
12	7.31	1.57486	57.19

η _	100
I₁ =	31.37
d =	4*71
f	3.76
f' =	25.24
1 =	8Ί.96
V =	0.21

Tabelle .2

O	100	0	057690	-7.599	1	j	.57486	57	.19
1	30	-0.		2.2	1		.57486	57	.19
2	3	0		3.896	1
3	3	0	123671	27.694	1		.57486	57	.19
4	24	-0.	060354	2.199	1		„61022	49	.01
5	81	.-0.	060354	1,021	1		.69416^:	30	.92
6	.0	0.	123671	10.766	1
7		O₈		1.021	1	.69416	30	• .92
8	0		2.199	1	.61022	49	.01
9	π	057690	27»694	1	.57486	57	.19
10	0.		3.896	1
11 '	ο		2.2	1	«57486	57	.19
12			7.599	1	.57486	57	.19
1 =	.91
¹I =	.93
a. =	.14
2y =	.99
f f =	.4
¹S ⁼	.23
O y _

. ~ r-rn inn n, . t\ η it ft i\ fV

Claims

Erfindungsanspruch

1. Symmetrisches Umkehrsystem zum Aufbau von Abbildungsketten als Bildleitsysteme in starren Endoskopen bestehend aus Stablinsen gekennzeichnet dadurch, daß zwei abbildende Stablinsen bestehend aus je einer zerstreuenden Meniskuslinse, je einem planparallelen Stabeleraent und je einer zwischen diesen eingeschlossenen Plankonvexlinse mit den Meniskuslinsen einander zugekehrt sind und eine dritte Stablinse bestehend aus einem Stabelement und zwei plankonvexen Kollektivlinsen, welche beidseitig an die Planflächen des Stabelements gekittet sind und in der, Mitte des Stabelements die Zwischenabbildung liegt und besagte dritte Stablinse zwei benachbarten Umkehrsystemen zugeordnet ist.
2. Symmetrisches Umkehrsystem nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß am Anfang und/oder Ende einer Abbildungskette das zur Kollektivlinse gehörige Stabelement durch einen Luftraum ersetzt wird.
3. Symmetrisches Umkehrsystem nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß der Luftraum zwischen den abbildenden Stablinsen kleiner als 1/9, die Länge der abbildenden Stablinsen kleiner als 1/3 und der gesamte Glasweg größer als 4/5 der Länge des Umkehrsystems sind«
4. Symmetrisches Umkehrsystem nach den Punkten 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, daß es die numerischen Werte gemäß Tabelle 1 aufweist.
5. Symmetrisches Umkehrsystem nach den Punkten 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, daß es die numerischen Werte¹ gemäß Tabelle 2 aufweist.

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Hierzu I Seiten Fohellen.