DD222428A1 - Endoskopobjektiv - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aus einem zerstreuenden Frontglied, einem sammelnden Mittelglied und einem sammelnden Hinterglied bestehendes Endoskopobjektiv. Ziel der Erfindung ist, eine Anlage des Linsensystems zu realisieren, die es ermoeglicht, die einzelnen Bauelemente rationell zu fertigen und in Form eines Baukastensystems mehrere Ablenkungswinkel der Sehrichtung zu erzielen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass das Endoskopobjektiv eine Plankonkavlinse als Frontglied und plankonvexe Kittglieder als Mittel- und Hinterglied enthaelt. In Verbindung mit Relfexionsprismen unterschiedlicher Ablenkungswinkel, welche zwischen dem Frontglied und dem Mittelglied angeordnet sind, wird eine Gruppe von Endoskopobjektiven vorgeschlagen, fuer die stets die gleichen Linsen fuer das Frontglied und das Hinterglied angewendet werden. Fig. 1 b

Description

Titel der Erfindung Endoskopobjektiv Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Objektiv für Endoskope, (insbesondere für starre Endoskope), deren BiIdleitsystem eine Polge von:Umkehrsystemen ist. Das Objektiv besteht aus einer zerstreuenden !Prontlinse, einem sammelnden Mittelglied und einem sammelnden Hinterglied.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Endoskopobjektive bestehend aus einem zerstreuenden Frontglied, einem sammelnden Mittelglied und einem sammelnden Hinterglied sind in zahlreichen Ausführungen, auch unter den Bezeichnungen umgekehrtes Teleobjektiv oder Hetrofocus-

. .. objektiv bekannt. Solche bekannten technischen Lösungen finden sich u. a. in den Srfindungsbeschreibungen DE-OS 25 53 395, DE-OS 27 15 279, DE-OS 32.41 167, US-PS 40 37 938, SU-UHS'51 33 36 und DD-WP 204 032. Das in DE-OS 25 53 395 beschriebene Endoskopobjektiv kann als Prototyp, solcher dreigliedriger Endoskopobjektive angesehen werden. Dort werden auch die zur Bestimmung der geometrisch-optischen Kardinalgrößen.notwendigen Bedingungen angegeben, die aber nicht hinreichend sind, um ein angestrebtes Korrektionsziel zu erreichen, denn die sich aus dem Grund-

2äFEt1S8l*i53ä5i

r » * *

aufbau des Endoskopobjektivs ergebenden Korrektionsprobleme sind.von.weiteren variablen Parametern der einzelnen Objektivglieder abhängig. Die Erfindungsbeschreibungen Dir-OS 25 .53 395, DS-OS 27 15 279 und DD-W? 20 40 32 betreffen solche technische Lösungen, die eine Kompensationswirkung

auf die Abbildungsfehler einer konkreten Folge nachge-. ' schalteter Umkehrsysteme herbeiführen. Diese technischen Lösungen sind daher nur für bestimmte Endoskop© geeignet. Allen.technischen Lösungen der genannten Srfindungsbe-Schreibungen gemeinsam ist der Nachteil, daß die dem Bildraum zugewandte letzte Linsenfläche eine gekrümmte Fläche ist, und die Abbildung stets in Luft erfolgen muß. Weitere Uachteile der genannten technischen Lösungen liegen zum Teil in der Wahl der optischen Glastypen, da insbesondere die hochbrechenden Lanthangläser mit η ) 1,7 bei der Fertigung von Mikrolinsen mitunter erhebliche Schwierigkeiten bereiten und die Anwendung spezieller technologischer Verfahren erforderlich.machen. Desweiteren ist ungünstig, wenn stark .gekrümmte Flächen insbesondere Kittflächen an den Mikrolinsen .zu bearbeiten sind, wie z. B. in den Br- · ·> findungsbeschreibungen· DD-WP 204 032 und DE-OS 32 41 167 ersichtlich ist· In solchen Endoskopobjektiven werden einzelne Linsen teuer durch zeitaufwendige Fertigungsverfahren oder hohe Ausschußquoten.

· . '

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Endoskopobjektiv vorzuschlagen, dessen Linsen aus solchen Glastypen bestehen, die. in der Fertigung der bekanntlich sehr kleinen Linsen· keine aus der Glaszusammensetzung entstehenden Fertigungs-

.30 Probleme hervorrufen. Ein weiteres Ziel ist, den Linsen des Endoskopobjektives eine solche Form zu geben, die es gestattet, möglichst viele Linsenflächen mit rationellen Fertigungsverfahren zu:bearbeiten. Desweiteren wird angestrebt, ..ein Endoskopobjektiv vorzuschlagen, das als Baukastensystem gestaltet ist, in dem die einzelnen Linsen

und/oder Objektivglieder in möglichst vielen Objektivvarianten verschiedener Sehrichtung verwendet werden, so daß ein Hationalisierungseffekt insbesondere bei . solchen Sndoskopen entsteht, die nur in geringen Stückzahlen verlangt werden. Dabei wird angestrebt, alle Abbildungsfehler weitgehend zu minimieren, um ein universell anwendbares Baukastensystem zu realisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Bei der Dimensionierung eines dreigliedrigen Endoskopobjektives sind bekanntlich mehrere Restriktionen zu erfüllen, die wes ent lieh st en sind:

T. Der Abstand e.. (Pig. 1a) zwischen dem zerstreuenden Prontglied und dem sammelnden Mittelglied wird wesentlich durch die distalen Konstruktionsmaße des Endoskops bestimmt, und ist deshalb nur geringfügig variierbar· Dabei ist der in diesem Zv/ischenraum befindliche Glasv/eg des jeweils für eine gewünschte Ablenkung angeordneten Heflexionsprismas mit zu berücksichtigen.

2. Der vordere Brennpunkt P₀ , der aus den beiden sammeln-.. den Gliedern gebildeten sammelnden Hintergruppe muß bekanntlich an günstiger Stelle innerhalb des Eeflezionsprismas liegen, weil durch die an diesem Brennpunkt entstehende Einschnürung des gesamten. Strahlenbündels die erforderliche Minimierung der Abmessungen des Reflexionsprismas ermöglicht wird. Die Lage des Brennpunktes P₂ ist hauptsächlich mit der Brechkraft <f , des Hintergliedes und dem Abstand e₂ zwischen den sammelnden Gliedern beeinflußbar.

3. Die Bildschnittweite a£_t ist von den vier Zardinalgrößen If₁JIp₂, e^ und e₂ abhängig.

Mit Hilfe der Maßstabsgleichung und derPetzvalbedingung

ergeben sich günstige Kardinalgroßen in den Bereichen:

- 0,6 >Ϋ_Ί> - 0,8 1,5 < e₁ < L. 9

0,48<4^? ₂< 0,58 0,7 < e₂ < 1,0- ,

0,24<<f₃< 0,36 1,6 < aj,,< 2,2

bezogen auf eine Gesamtbrechkraft f ~ 1 und dünne Linsen in luft (Pig. 1a). ,

Der Erfindung liegt die^:Aufgabe zugrunde, ,ein dreigliedriges Endoskopobjektiv vorzuschlagen, wobei die zum Erreichen des Erfindungsziels¹ notwendigen technischen Mittel in der Bestimmung der geeigneten optischen Glastypen für die einzelnen Sauelemente und in der geometrisch-optischen Dimensionierung der Konstruktionsmaße der einzelnen Ob-'jektivglieder für sich und zueinander liegen.

.Die erfindungsgemäßen Konstruktionsmerkmale des dreigliedrigen Endoskopobj ektivs sind folgende: Das zerstreuende Frontglied ist eine Plankonkavlinse aus einem Kronglastyp mit' einem Brechwert n_Q <. 1,56, einer Abbe-Zahl "ü _e > 60 und hoher chemischer Beständigkeit, die mit der Planfläche in bekannter Weise dem Objektraum zugewandt ist und somit gleichzeitig als Eintrittsfenster des Endoskops dient, und deren Brennweite f₁< - 1,2 f_Q ist. Darin bedeutet f_Q die Gesamtbrennweite des Objektivs. Mit dieser Bedingung wird • erreicht, daß die Hohlfläche der Front1inse in einem bekannten Mehrfachtragkörper rationell gefertigt werden . kann, -

Das sammelnde ülittelglied besteht aus einer Plankonkaylinse aus Schwerflintglas und einer mit dieser verkitteten Bikonvexlinse aus Schwerkron- bzw. lantfaankronglas dessen Brechwert η 4, 1,7 ist und .dessen Abbe-Zahl O_e > 53 ist. Der Krümmungsradius der Kittfläche ist¹ größer als das 1,75fache der Brennweite des Objektivs und der dem Hinterglied zugewandte, hintere Krümmungsradius der Bi-

konvexlinse ist betragsmäßig größer als die Brennweite des Objektivs. Die Planfläche des Mittelgliedes ist dem zerstreuenden Front glied· zugewandt und an diese wird zweckmäßigerweise das zur Ablenkung der Sehrichtung bestimmte 5 Reflexionsprisma angekittet.

. Das sammelnde Hinterglied besteht aus einer Bikonvexlinse aus Schwerkron- bzw.Lanthankronglas, dessen Brechwert η C 1,7 und dessen Abbe-Zahltf _e> 53 ist, und einer Plankonkavlinse aus Schwerflintglas dessen Brechwert .1,75 < η < 1,8 ist und dessen Abbe-Zahl 25<"tf _Ω < 28 ist. Das Hinterglied ist mit der Planflache der Plankonkavlinse dem Bildraum zugewandt, so daß der Bildraum ein beliebiges . Medium sein kann und sowohl solche Umkehrsysteme dem Endoskopobjektiv nachgeschaltet werden können, deren Objektraum in Luft liegt, als auch solche, deren Objektraum in einem optischen Medium liegt. Die Krümmungsradien der Lins en des Hintergliedes sind größer als das 1,75fache der Brennweite bzw. größer als der Durchmesser der Linsen, so daß eine rationelle Fertigung der Linsen des Hintergliedes in bekannten Mehrfachtragkörpern möglich ist.

Ausführungsbeispiele

erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die numerischen Werte der einzelnen Elemente der Lösungsvariant en sind auf eine reale Bildgröße 'y' = 1 normiert, dabei ist die Healisierung des Baukastensystems besonders deutlich erkennbar.

Das erfindungsgemäße Endoskopobjektiv zeichnet sich dadurch aus, daß in den für verschiedene Sehrichtungen des Endoskops bestimmten Ausführungsvarianten stets die gleiche negative Frontlinse und das gleiche sammelnde Hinterglied angewendet werden kannj für vier von den fünf dargestellten Ausführungsvarianten ist jeweils die gleiche Bikonvexlinse in dem s ammelin en Mittelglied anwendbar und davon

ist für drei Ausführungsvarianten die Plankonkavlinse des

'.. ' ' · Mittelgliedes gleich. In vier Ausführungsvariant en ist die Bildschnitt weitegleich.^ ·.

Der Glasweg des als dicke Planparallelplatte wirkenden Reflexionsprismas übt einen großen Einfluß auf die Korrektion der einzelnen Abbildungsfehler aus, um das Baukastenprinzip durchgehend zu realisieren, wird für die Sehrich-,tung geradeaus - ohne Reflezionsprisma - der Glasweg durch , eine dicke Plankonkavlinse im sammelnden Mittelglied ersetzt.

ir·. ' ' ' ' · ^: · .

/ · "

In den Pig. 1b bis 3b sind fünf Ausführungsvarianten mit den Korrektionskurven und in den !Tabellen 1 bis 3 die numerischen Vierte wie folgt aufgestellt:

1. Endoskopobjektiv für die Sehrichtung geradeaus:

Pig. 1a Grundaufbau y

Pig. 1b optisches Schema

Pig. Tc Korrektionskurven

Tabelle 1 numerische Werte

2. Endoskopobjektiv mit einem Reflesionsprisma dessen -

Glasweg 1,364 . f_Q beträgt für die Sehrichtungsablenkung . von 30°, 60° und 120°:

Pig. 2a optisches Schema für Sehrichtung 30°

Pig. 2b » "' »' » 60°

Pig. 2C ..»' » « w 120° '

Pig. 2d Korrektionskurven ^ '

Tabelle 2 numerische Werte

3. Endoskopobjektiv mit einem Reflexionsprisma dessen Glasweg 1,125. f_Q beträgt für die Sehrichtungsablenkung von 80° bis 90°:

Fig. 3a optisches Schema

Fig. 3b Korrektionskurven

Tabelle 3 numerische Werte

In den Fig. 1c; 2d; 3b sind die Korrektionskurven mit fol gender Bedeutung dargestellt:

1* Für Dingwinkel Og =0° die Qoierab errat ionen Δy' der Farbe e als Vollinie, der Farbe C als gestrichelte Linie der Farbe F^f als Strieh-Punkt-Linie

.2. Für Dingwinkel größer als 0° die Queraberrationen der Sagittalstrahlen als Vollinie

der Meriodionalstrahlen als gestrichelte Linie, dabei bedeutet B die Blendenzahl

3. In dem rechts stehenden Kurvenbild die astigmatischen Bildschalen

der Sagittalschale als punktierte Yollinie ^ der Meridionalschale als Strieh-Kreuz-Linie, die Verzeichnung Y als Strich-Punkt-Linie, und der Färbquerfehler Aß^ als Strich-Eoppelpunkt-Linie

In den Tabellen 1 bis 3 sind die numerischen Werte auf eine Bildgröße von y' = 1 normiert zusammengestellt, darin bedeut en:

R die Flächenkrümmung

d' die Scheitelabstände

η die Brechzahl

T?_e die Abbe-Zahl

f₀ die auf Luft bezogene Brennweite des Objektivs

a-p, die Bildschnittweite des Brennpunktes

Tabelle 1

3Tr.

	ft 0	". °	0,2308	e	e
1	Tabelle	0,75145	1,2	1,54979 :	62,61
2		.'· °	1,9385	Luft
3 ..' ';.;	0,30718	1,0	1,67764	32,0
4 .	-0,41963	1,6	1,68101	' 54,74
5 ,	0,30718	1,3077	Luft
6	-0,30718	.0,6154	1,68101	54,74
7.	0	-	1,79192	25,52
8	=1,771	.«$. = 3,	1,57486	57,19
2		322

Hr.

1 23 4 5 6

8 9

O	0,2308	1,54979 ,	62,61
0,75145	0,5385	Luft
0	2,4154	1,6241	36,09
0	0,5538	1,67764	32,0
0,30718	1,0	1,68201 '	54,74
-0,41963	1,6	Luft
0,30718	1,3077	1,68101	54,74
-0,30718	0,6154	1,79192	25,52
	—	1,57486	57,19
1,771 '.'·	a*. =3,	322

Tabelle 3

Hr.

1	O	0,2308	1,54979	62,61
2	O,75i45	0,5385	' Luft
VjJ	Ό	1,7538	1,6241	36,09
4	"'0	0,5385	1,79192	25,52
VJl	0,33661	1,1538	1,68101	54,74
6	-0,55794	1,3077	Luft
7	0,30718	1,3077	1,68101	54,74
8	-0,30718	0,6154	1,79192	25,52
9	0	-	1,57486	57,19
	f0 = 1,56	a|,, = 2	,322

Claims (4)

1. Brfindungsanspruch.

   . 1. Endoskopobjektiv bestehend aus einem zerstreuenden Frontglied, einem sammelnden Mittelglied und einem : sammelnden Hinterglied gekennzeichnet dadurch, daß das zerstreuende !Pro nt glied eine Plankonkavlinse aus Kronglas ist, deren Planfläche dem Objekt zugewandt ist, ,das sammelnde Mittelglied und das sammelnde Hinterglied aus je einer Plankonkavlinse aus Schwerflintglas und je einer Bikonvexlinse aus Lanthankronglas bestehen, das sammelnde Mittelglied mit der Planfläche dem zer- : streuenden Irc-ntglied zugewandt ist und das sammelnde Hinterglied mit der Planfläche dem Bildraum zugekehrt • ist. -. . . . · . . - . .'.-.
2. 2. Endoskopobjektiv nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es die numerischen Werte gemäß Tabelle 1 aufweist.
3. 3. Endoskopobjektiv nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Planfläche des sammelnden Mittelgliedes mit Reflexionsprisma für eine Sehrichtungsablenkung von 30⁰^ 60° oder 120° verbunden ist und es die numerischen

   20" Werte gemäß Tabelle 2 aufweist.
4. 4. Endoskopobjektiv nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Planfläche des sammelnden Mittelgliedes mit einem Reflexionsprisma für eine Sehrichtungsablenkung

   von 80° bis 90° verbunden ist und es die numerischen Werte gemäß Tabelle 3 aufweist.

   Endoskopobjektiv nach den Punkten 1 bis 4 gekennzeichnet dadurch, daß in Endoskopen gleichen Durchmessers für Objektive verschiedener Sehrichtung sowohl für das zerstreuende Frontglied als auch für das sammelnde Hinterglied jeweils die gleichen Linsen eingesetzt werden.

   SFZüJGLSsi fen Zelcnnonaen

   eten Tabellen