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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf das optische System eines Objektivs für Endoskope.
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Bisher
wurden optische Weitwinkel-Systeme in endverbraucherorientierten
Anwendungen wie zum Beispiel Digitalkameras (siehe Patentveröffentlichungen
1 bis 4) eingesetzt und ebenso in optischen Systemen von Endoskopen
verwendet (siehe Patentveröffentlichungen
5 und 6).
- Patentveröffentlichung
1: JP 2004109591
A
- Patentveröffentlichung
2: JP 2004062014
A
- Patentveröffentlichung
3: JP 2004045978
A
- Patentveröffentlichung
4: JP 2003195158
A
- Patentveröffentlichung
5: JP 02176612 A
- Patentveröffentlichung
6: JP 02069710 A
- Patentveröffentlichung
7: WO 99/6866 A1
- Patentveröffentlichung
8: US 6,011,660 A
- Patentveröffentlichung
9: US 6,813,101 B2
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Die
in den Patentveröffentlichungen
1 bis 4 beschriebenen optischen Systeme weisen jedoch keinen zur
Verwendung in Endoskopen ausreichenden Blickwinkel auf, auch wenn
sie eine Weitwinkelausbildung haben. Die in den Patentveröffentlichungen
5 oder 7 beschriebenen optischen Systeme sind mit CCDs, die eine größere Anzahl
von Pixeln (Bildpunkten) aufweisen, nicht ausreichend kompatibel,
auch wenn sie eine Weitwinkelausbildung haben, weil bei ihnen eine
Bildfeldwölbung
auftritt. Ferner hat das in der Patentveröffentlichung 6 beschriebene
optische System einen Blickwinkel, der gerade dem von endverbraucherorientierten
Anwendungen entspricht.
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Die
Patentveröffentlichung
8 beschreibt ein optisches System, das entlang einer optischen Achse
in einer Richtung von einem Objekt zu einer Bildebene eine erste
Linse, eine Blende, eine zweite Linse und ein Abdeckglas aufweist.
Die erste Linse ist eine Meniskuslinse und weist auf ihrer Objektseite
eine konvexe Oberfläche
auf. Die zweite Linse ist eine Meniskuslinse und weist auf ihrer
Objektseite eine konvexe Oberfläche
auf. Mindestens eine der Linsenoberflächen der ersten und zweiten
Linse ist eine asphärische
Oberfläche.
Die Linsen erfüllen
die folgenden beiden numerischen Bedingungen: (1) 0,6 ≤ |R1/f| ≤ 1,35 und
(2) 0,5 ≤ |R1/R2| ≤ 1,6, wobei
R1 der Krümmungsradius
der objektseitigen Oberfläche
der ersten Linse, R2 der Krümmungsradius der
bildseitigen Oberfläche
der ersten Linse und f die Brennweite des optischen Systems ist.
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Die
Patentveröffentlichung
9 beschreibt ein optisches System, das entlang einer optischen Achse
in einer Richtung von einem Objekt zu einer Bildebene folgendes
aufweist: eine Blende, eine erste Linse, eine zweite Linse und ein
Abdeckglas. Die erste Linse weist eine positive Brechkraft, mindestens
eine asphärische Oberfläche und
auf ihrer Objektseite eine konkave Oberfläche auf. Die zweite Linse weist
eine positive Brechkraft, mindestens eine asphärische Oberfläche und
auf ihrer Objektseite eine konvexe Oberfläche auf. Die Linsen erfüllen die
folgenden beiden numerischen Bedingungen: (1) f1/f2 < 3,0 und (2) CL2/DL2 > 0,8, wobei f1 die
Brennweite der ersten Linse, f2 die Brennweite der zweiten Linse,
CL2 die Dicke der zweiten Linse gemessen parallel zur optischen
Achse in einem Abstand zur optischen Achse, der durch das kleinere
Maximum des optisch effektiven Durchmessers in der Abbildungslinse
der beiden Linsenoberflächen
der zweiten Linse und DL2 die Dicke der zweiten Linse gemessen entlang
der optischen Achse ist. In einer ersten Ausführungsform ist R1/f = –0,539 und
R2/f = –0,507.
In einer zweiten Ausführungsform
ist R1/f = –2,157
und R2/f = –0,492, wobei
R1 der Krümmungsradius
der objektseitigen Oberfläche
der ersten Linse, R2 der Krümmungsradius
der bildseitigen Oberfläche
der ersten Linse und f die Brennweite des optischen Systems ist.
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Unter
Berücksichtigung
der oben bezüglich
der Patentveröffentlichungen
1 bis 7 genannten Probleme ist es ein Ziel der Erfindung, ein optisches
System eines Weitwinkelobjektives für Endoskope mit kleinem Format
zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung
ist das zuvor genannte Ziel durch die Schaffung eines optischen
System eines Objektivs für
Endoskope gelöst,
das von der Gegenstandsseite her eine Blende, eine erste Linse und
eine zweite Linse aufweist, von denen die erste Linse eine auf der
Gegenstandsseite konkave Meniskussammellinse umfasst und die zweite Linse
eine auf der Gegenstandsseite konvexe Sammellinse umfasst, die die
folgenden Bedingungen (1), (2), (3) and (4) erfüllen: –1,2 < r1/f < –0,8 (1)
–1,0 < r2/f < –0,6 (2)
2,1 < f2/f < 4,2 (3)
ndl > 1,65 (4) worin bezeichnen:
- r1
- den Krümmungsradius
der gegenstandsseitigen Oberfläche
der ersten Linse,
- r2
- den Krümmungsradius
der bildseitigen Oberfläche
der ersten Linse,
- f
- die Brennweite des
ganzen optischen Systems,
- f2
- die Brennweite der
zweiten Linse und
- ndl
- den Brechungsindex
der d-Linie der ersten Linse.
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Die
Bildfeldwölbung
wird durch die Einhaltung der Bedingungen (1) bis (4) recht gut
korrigiert. Es ist dann möglich,
mit CCDs, die sehr viel mehr Pixel haben, kompatibel zu sein.
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Die
Bedingung (1) bezieht sich auf den Krümmungsradius der gegenstandseitigen
Oberfläche
der ersten Linse und die Brennweite des ganzen optischen Systems
(Gesamtbrennweite des optischen Systems). In dem Maße, in dem
die untere Grenze von –1,2
der Bedingung (1) nicht erreicht wird, bewirkt dies eine Unterkorrektur
der Bildfeldwölbung,
was die Bildebene zu nah (under) macht. Wenn die obere Grenze von –0,8 der Bedingung
(1) überschritten
wird, bewirkt dies eine Überkorrektur
der Bildwölbung,
was zu einer zu fernen (over) Bildebene führt.
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Die
Bedingung (2) bezieht sich auf dem Krümmungsradius der bildseitigen
Oberfläche
der ersten Linse und die Brennweite des ganzen optischen Systems.
Wenn der Bereich der Bedingung (2) erfüllt wird, ist dies vorteilhaft,
da es die Erzielung von großen
Bildwinkeln und einer hohen Bildqualität sicherstellt. Wenn die untere
Grenze von –1,0
der Bedingung (2) nicht erreicht wird, verfehlt dies die Erzielung
jedes Weitwinkelerfordernisses. Ein Überschreiten der oberen Grenze
von –0,6
der Bedingung (2) ist nicht von Vorteil, weil die Bildebene mit
zunehmendem Astigmatismus negativ (minus) wird. Dies nimmt auch
an der Korrektur von chromatischen Aberrationen (Farbabweichungen)
teil, was sowohl zu einer Erhöhung
der longitudinalen chromatischen Aberration als auch der chromatischen
Aberration der Vergrößerung führt. Dies
ist ferner auch deshalb nicht zu tolerieren, weil es zu einem Abfall
des Bildkontrastes und verschwommenen Farben führt.
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Die
Bedingung (3) bezieht sich auf die Brennweite der zweiten Linse
und die Brennweite des ganzen optischen Systems. Wird die untere
Grenze von 2,1 der Bedingung (3) verfehlt, führt dies zu einer Unterkorrektur
der Bildfeldkrümmung,
was die Bildebene zu nah (under) macht. Ein Überschreiten der oberen Grenze von
4,2 der Bedingung (3) bewirkt, dass der Astigmatismus sehr stark
anwächst.
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Die
Bedingung (4) betrifft den Brechungsindex der d-Linie der ersten
Linse. Ein Nicht-erreichen der unteren Grenze von 1,65 der Bedingung
(4) führt
zu einer Überkorrektur,
was zu einer zu fernen (over) Bildebene führt.
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Es
ist ferner erstrebenswert, die folgenden Bedingungen (5), (6), (7)
und (8) zu erfüllen: 1,0 < r3/f < 1,8 (5)
3,2 < lt/ih < 5,2 (6)
5 < |v2 – v1| < 35 (7)
2w > 85° (8) worin bedeuten:
- r3
- der Krümmungsradius
der gegenstandsseitigen Oberfläche
der zweiten Linse,
- lt
- eine Gesamtlinsenlänge von
der gegenstandsseitigen Oberfläche
der ersten Linse zu einer Bildebene,
- ich
- die maximale Bildhöhe,
- v1
- die Abbesche Zahl
der ersten Linse,
- v2
- die Abbesche Zahl
der zweiten Linse,
- 2w
- den maximalen Blickwinkel.
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Die
Bedingung (5) bezieht sich auf den Krümmungsradius der gegenstandsseitigen
Oberfläche
der zweiten Linse und die Brennweite des ganzen optischen Systems.
Sich an den Bereich der Bedingung (5) zu halten ist erstrebenswert,
weil es ermöglicht,
den Brennpunktabstand von der Linsenrückseite sicherzustellen. Die
untere Grenze von 1,0 der Bedingung (5) nicht zu erreichen, ist
deswegen nicht wünschenswert,
weil zur Beherrschung des Brennpunktabstands von der Linsenrückseite
die Linsendicke zu stark ansteigt, was zu einem zu geringen Schärfentiefebereich
führt.
Ein Überschreiten
der oberen Grenze von 1,8 der Bedingung (5) führt dazu, dass der Winkel für den schrägen Lichteinfall
auf den CCD zu eng wird, was zu Schwierigkeiten führt, die
Menge an Randlicht sicherzustellen.
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Das
optische System ist nahezu vertikal zur Richtung der Einführung eines
Endes des Endoskops angeordnet. Diese vertikale Anordnung ermöglicht es,
die Gesamtlänge
zu verkürzen
und ist am besten für
ein Objektiv für
schräge
oder seitliche Sicht geeignet, weil es Teile zum Wechsel des Blickfeldes,
wie z. B. ein Prisma, überflüssig macht.
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Die
Bedingung (6) betrifft die maximale Bildhöhe. Überschreitet man die obere
Grenze von 5,2 der Bedingung (6) bewirkt dies, dass die Gesamtlinsenlänge sehr
groß wird,
was die Auslegung schwierig macht. Bleibt man unter der unteren
Grenze von 3,2, verliert man den Platz zur Aufnahme von Filtern
oder dergleichen und erschwert die Herstellung der Linse.
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Die
Bedingung (7) betrifft die Abbe-Zahl der ersten Linse und die Abbe-Zahl
der zweiten Linse. Jede Abweichung vom Bereich der Bedingung (7)
führt zur
beträchtlichen
Trennung an den C- und F-Linien, was zu einem auffälligen Auslaufen
der Farben führt.
Die longitudinale chromatische Aberration und die chromatische Aberration
der Vergrößerung verschlechtern
sich ebenfalls.
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Die
Bedingung (8) betrifft den maximalen Blickwinkel. Diese stellt das
Minimalerfordernis für
den nötigen
Blickwinkel von Endoskopen mit einer Weitwinkelanordnung dar.
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Es
ist ferner wünschenswert,
eine der nachfolgenden Bedingungen (9), (10) und (11) zu erfüllen: 1,3 < f2/f1 < 2,5 (9)
0,37 < d1/f1 < 0,55 (10)
0,12 < d2/f2 < 0,24 (11) worin bedeuten:
- f1
- die Brennweite der
ersten Linse,
- d1
- die Dicke der ersten
Linse,
- d2
- die Dicke der zweiten
Linse und
- f2
- die Brennweite der
zweiten Linse.
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Die
Bedingung (9) betrifft die Brennweite der ersten Linse und die Brennweite
der zweiten Linse, d. h. die Brechkraft zwischen der ersten Linse
und der zweiten Linse. Bleibt man unter der unteren Grenze von 1,3 der
Bedingung (9), so bewirkt dies, dass die Brechkraft der ersten Linse
gering wird und so Lichtstrahlen auf der zweiten Linse breit werden,
was zu einer Zunahme der Größe des ganzen
Linsensystems führt.
Ein Überschreiten
der oberen Grenze von 2,5 der Bedingung (9) ist keinesfalls vorteilhaft,
da die Brechkraft der ersten Linse relativ stark ansteigt. Die Krümmung der
sphärischen
Aberrationen wächst
mit zunehmender Bildfeldwölbung
stark an.
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Die
Bedingung (10) betrifft die Dicke und die Brennweite der ersten
Linse. Bleibt man unter der unteren Grenze von 0,37 der Bedingung
(10) führt
dies dazu, dass die Linse dünn
wird, was zu Schwierigkeiten bei der Sicherstellung einer ausreichenden
Randdicke führt
und folglich bei der Herstellung der Linsen. Oberhalb der oberen
Grenze von 0,55 der Bedingung (10) nimmt die Abmessung der ersten
Linse relativ zur Gesamtlänge zu,
was zu einer Zunahme der Größe des gesamten
optischen Systems führt.
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Die
Bedingung (11) betrifft die Dicke und die Brennweite der zweiten
Linse. Bleibt man unter der unteren Grenze von 0.12 der Bedingung
(11) führt
dies dazu, dass die Linse dünn
wird, was zu Schwierigkeiten bei der Sicherstellung einer ausreichenden
Rankdicke führt
und damit bei der Herstellung der Linse. Ein Hinausgehen über die
obere Grenze 0,24 der Bedingung (11) bewirkt eine Zunahme der Proportion
der zweiten Linse im Verhältnis
zur Gesamtlänge
was zu einer Zunahme der Größe des gesamten
optischen Systems führt.
Dies wird ebenfalls nicht bevorzugt, da dadurch eine große Bildfeldwölbung hervorgerufen
wird.
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Schließlich ist
es erstrebenswert, die nachfolgenden Bedingungen (12) und (13) zu
erfüllen:
(Anspruch 5) 0,34 < d2/r3 < 1,0 (12)
0,2 < d3/f < 0,6 (13) worin bezeichnen:
- d2
- die Dicke der zweiten
Linse,
- r3
- den Krümmungsradius
der objektseitigen Oberfläche
der zweiten Linse,
- d3
- den Abstand der zweiten
Linse zu einem Abdeckglas des CCD, und
- f
- die Brennweite des
ganzen optischen Systems.
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Die
Bedingung (12) bezieht sich auf die Dicke der zweiten Linse und
den Krümmungsradius
der gegenstandsseitigen Oberfläche
der zweiten Linse. Bleibt man unter der unteren Grenze von 0,34
der Bedingung (12) bewirkt dies, dass die Linse dünn wird,
was zu Schwierigkeiten bei der Sicherstellung einer ausreichenden Dicke
am Rand und damit bei der Herstellung der Linse führt. Ein Überschreiten
der oberen Grenze von 1,0 der Bedingung (12) führt zu einer Zunahme der Abmessungen
der zweiten Linse im Vergleich zur Gesamtlänge und zu Schwierigkeiten
bei der Erzeugung eines ausreichenden Brennpunktabstands von der
Linsenrückseite (back
focus).
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Die
Bedingung (13) betrifft den Abstand zwischen der zweiten Linse und
dem Abdeckglas des CCDs mit Bezug auf die Brennweite des gesamten
optischen Systems. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Linsensystems wird das
Fokussieren zwischen der zweiten Linse und dem Abdeckglas des CCD
verwirklicht. Wenn die untere Grenze von 0,2 der Bedingung (13)
nicht erreicht wird, gibt es zu wenig Platz zum Fokussieren, was häufig dazu
führt,
dass sich das Linsensystem beim erwünschten Abstand außerhalb
der Scharfeinstellung befindet. Ein Überschreiten der oberen Grenze
von 0,6 der Bedingung (13) ist nicht vorteilhaft, weil die Gesamtlänge groß wird.
Dies führt
ferner dazu, dass der Einfallswinkel für schrägen Lichteinfall eng wird,
was zu einer Zunahme des Durchmessers der zweiten Linse führt.
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Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
ein Objektiv eines optischen Systems für Endoskope zu schaffen, das
eine schräge
Sicht und eine Seitensicht ohne Verwendung irgendeines Bauteils
zur Änderung
der Blickfeldrichtung in der Lage ist und von kleinem Format bei
doch hoher Leistung ist.
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Weitere
Ziele und Vorteile der Erfindung sind offensichtlich und werden
sich zum Teil aus der Beschreibung ergeben.
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Folglich
umfasst die Erfindung die Merkmale der Konstruktion, Kombinationen
der Elemente und der Anordnung der Teile, von denen in der nachfolgend
beschriebenen Konstruktion ein Beispiel gegeben wird, und der Bereich
der Erfindung wird in den Patentansprüchen angegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Abschnitt der Linsenanordnung des Beispiels 1 des optischen
Aufnahmesystems gemäß der Erfindung.
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2 zeigt,
ebenso wie 1, ein Beispiel 2 des optischen
Aufnahmesystems gemäß der Erfindung.
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3 zeigt,
ebenso wie 1, ein Beispiel 3 des optischen
Aufnahmesystems gemäß der Erfindung.
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4 zeigt,
ebenso wie 1, ein Beispiel 4 des optischen
Aufnahmesystems gemäß der Erfindung.
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5 ist
ein Schaubild der Aberrationen für
Beispiel 1.
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6 ist
ein Schaubild der Aberrationen für
Beispiel 2.
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7 ist
ein Schaubild der Aberrationen für
Beispiel 3.
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8 ist
ein Schaubild der Aberrationen für
Beispiel 4.
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9 zeigt
schematisch das Beobachtungsende eines Endoskops für Schrägsicht,
das das optische System für
das Objektiv eines Endoskops aufweist.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Das
optische System für
das Objektiv eines Endoskops wird nun unter Bezugnahme auf die Beispiele 1,
2, 3 und 4 beschrieben, für
die jeweils der Abschnitt mit der Linsenanordnung in den 1, 2, 3 und 4 dargestellt
ist.
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In
den 1–4 ist
die erste Linsengruppe mit G1, die zweite Linsengruppe mit G2, eine
Blende mit S, ein Prisma mit P, ein Schutzglas mit G, jedes Abdeckglas
des CCD mit C1 bzw. mit C2 und die Bildebene des CCDs mit I bezeichnet.
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Wie
es in 1 dargestellt ist, ist das optische System des
Objektivs des Beispiels 1 ausgebildet, um ein Gegenstandsbild in
der Bildebene I des CCDs durch das Schutzglas G, die Blende S, die
erste Linse L1 mit positiver Brechkraft (Sammellinse), die zweite
Linse L2 mit positiver Brechkraft (Sammellinse) und die Abdeckgläser C1,
C2 des CCD – in
der Reihenfolge von der Gegenstandsseite her – zu erzeugen.
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Die
erste Linse L1 besteht aus einer auf der Objektseite konkaven positiven
Meniskuslinse.
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Die
zweite Linse L2 besteht aus einer auf der Objektseite konvexen plankonvexen
positiven Linse (Positiv- bzw. Sammellinse).
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Man
beachte hier, dass zur Einsparung des Zwischenraums zur Aufnahme
eines Infrarot-Sperrfilters (infra red cut filter) die zweite Linse
als ein IR-Sperr- bzw. Cutfilter ausgebildet ist.
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Wie
es in 2 dargestellt ist, ist das optische System des
Objektivs des Beispiels 2 zur Erzeugung eines Gegenstandsbildes
in der Bildebene I des CCDs durch das Schutzglas G, die Blende S,
die erste Linse L1 mit positiver Brechkraft (Sammellinse), die zweite
Linse L2 mit positiver Brechkraft (Sammellinse) und die Abdeckgläser C1 und
C2 des CCD zur Bildung der Objektseite ausgebildet.
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Die
erste Linse L1 besteht aus einer auf der Objektseite konkaven positiven
(sammelnden) Meniskuslinse.
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Die
zweite Linse L2 besteht aus einer auf der Objektseite konvexen plankonvexen
positiven (sammelnden) Linse (Sammellinse).
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Man
beachte hier, dass zur Einsparung von Platz für die Aufnahme eines Infrarot-Sperrfilters die
zweite Linse als ein Infrarot-Sperrfilter ausgebildet ist.
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Wie
in 3 dargestellt, ist das optische System des Objektivs
des Beispiels 3 zur Bildung eines Gegenstandsbilds in der Bildebene
I durch das Schutzglas G, die Blende S, die erste Linse L1 mit positiver
Brechkraft, die zweite Linse L2 mit positiver Brechkraft und die
Abdeckgläser
C1 und C2 zur Bildung der Objektseite ausgebildet.
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Die
erste Linse L1 ist als eine positive Meniskuslinse ausgebildet,
die auf der Objektseite konkav ist.
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Die
zweite Linse L2 ist als positive Meniskuslinse ausgebildet, die
auf der Objektseite konvex ist.
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Man
beachte hier, dass es schwer ist, einen Zwischenraum für ein Infrarot-Sperrfilter
vorzusehen, und dass die Vorderfläche des zentrierenden Abdeckglases
C1 des CCDs mit einer Beschichtung für ein Infrarot-Sperrfilter
versehen ist. Diese Oberfläche
kann ferner mit Beschichtungen für
einen Laser-Sperrfilter, ein YAG Sperrfilter, ein Farbkorrekturfilter
und dergleichen – je
nach dem vorgesehenen Zweck – versehen
sein.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist das optische System des Objektivs
des Beispiels 4 zur Bildung eines Gegenstandsbildes in der Bildebene
I des CCD durch das Schutzglas G, die Blende S, die erste Linse
L1 mit positiver Brechkraft, die zweite Linse L2 mit positiver Brechkraft
und die Abdeckgläser
C1 und C2 des CCDs – in der
Reihenfolge von der Gegenstandsseite her – ausgebildet.
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Die
erste Linse L1 besteht aus einer positiven Meniskuslinse, die auf
ihrer Gegenstandsseite konkav ist.
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Die
zweite Linse L2 besteht aus einer positiven Meniskuslinse, die auf
ihrer Gegenstandsseite konvex ist.
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Man
beachte hier, dass es schwer ist, einen Zwischenraum für ein Infrarot-Sperrfilter
vorzusehen, und dass die Vorderfläche des Abdeckglases C1 des
zentrierenden CCDs mit einer Beschichtung für einen Infrarot-Sperrfilter
versehen ist. Die Vorderfläche
kann ferner mit Beschichtungen für
ein Laser-Sperrfilter, ein YAG Sperrfilter, ein Farbkorrekturfilter
und dergleichen – je
nach dem vorgesehenen Zweck – versehen
sein.
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Nachfolgend
werden numerische Werte der Linsen in den entsprechenden Beispielen
dargestellt.
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Bezugnehmend
hier auf die numerischen Werte der Linsen der einzelnen Beispiele
ist r der Krümmungsradius
jeder Linsenoberfläche,
d die Dicke oder der Abstand der einzelnen Linsen, ne der Brechungsindex
der e-Linie jeder Linse und vd die Abbe-Zahl der d-Linie der einzelnen Linsen. Nummer
des Beispiels 1
| Einheit | mm | | | |
| Brennweite | 1,181 | | | |
| Werte
der Oberflächen | | | | |
| Nr.
der Oberfläche | r | d | ne | vd |
| Gegenstandspunkt | ∞ | 11,9000 | | |
| 1 | ∞ | 0,4000 | 1,88815 | 40,76 |
| 2 (Blende) | ∞ | 0,0100 | | |
| 3 | ∞ | 0,0500 | | |
| 4 | –1,1000 | 0,9000 | 1,73234 | 54,68 |
| 5 | –0,9000 | 0,0500 | | |
| 6 | 1,6500 | 0,6000 | 1,51965 | 75,00 |
| 7 | ∞ | 0,5000 | | |
| 8 | ∞ | 0,8000 | 1,51825 | 64,14 |
| 9 | ∞ | 0,4000 | 1,61379 | 50,20 |
| Bildebene | | | | |
Nummer
des Beispiels 2
| Einheit | mm | | | |
| Brennweite | 1,182 | | | |
| Werte
der Oberflächen | | | | |
| Nr.
der Oberfläche | r | d | ne | vd |
| Gegenstandspunkt | ∞ | 11,9000 | | |
| 1 | ∞ | 0,4000 | 1,88815 | 40,76 |
| 2 (Blende) | ∞ | 0,0100 | | |
| 3 | ∞ | 0,0500 | | |
| 4 | –1,1500 | 0,9200 | 1,77621 | 49,60 |
| 5 | –0,9500 | 0,0500 | | |
| 6 | 1,6500 | 0,6000 | 1,51965 | 75,00 |
| 7 | ∞ | 0,5000 | | |
| 8 | ∞ | 0,8000 | 1,51825 | 64,14 |
| 9 | ∞ | 0,4000 | 1,61379 | 50,20 |
| Bildebene | | | | |
Nummer
des Beispiels 3
| Einheit | mm | | | |
| Brennweite | 1,206 | | | |
| Werte
der Oberflächen | | | | |
| Nr.
der Oberfläche | r | d | ne | vd |
| Gegenstandspunkt | ∞ | 11,9000 | | |
| 1 | ∞ | 0,4000 | 1,88815 | 40,76 |
| 2 (Blende) | ∞ | 0,0100 | | |
| 3 | ∞ | 0,0500 | | |
| 4 | –1,0500 | 0,0500 | 1,69979 | 55,53 |
| 5 | –0,8500 | 0,0500 | | |
| 6 | 1,6500 | 0,6500 | 1,51825 | 64,14 |
| 7 | ∞ | 0,5000 | | |
| 8 | ∞ | 0,8000 | 1,51825 | 64,14 |
| 9 | ∞ | 0,4000 | 1,61379 | 50,20 |
| Bildebene | | | | |
Nummer
des Beispiels 4
| Einheit | mm | | | |
| Brennweite | 1,261 | | | |
| Werte
der Oberflächen | | | | |
| Nr.
der Oberfläche | r | d | ne | vd |
| Gegenstandspunkt | ∞ | 11,9000 | | |
| 1 | ∞ | 0,4000 | 1,88815 | 40,76 |
| 2 (Blende) | ∞ | 0,0100 | | |
| 3 | ∞ | 0,0500 | | |
| 4 | –1,3000 | 1,0500 | 1,88815 | 40,76 |
| 5 | –1,0800 | 0,0500 | | |
| 6 | 1,5500 | 0,8800 | 1,48915 | 70,23 |
| 7 | 4,7000 | 0,4200 | | |
| 8 | ∞ | 0,8000 | 1,51825 | 64,14 |
| 9 | ∞ | 0,4000 | 1,61379 | 50,20 |
| Bildebene | | | | |
-
In
den 5 bis 8 sind Schaubilder der Aberrationen
für die
Beispiele 1 bis 4 dargestellt. In den Aberrationsschaubildern für sphärische Aberration
und Astigmatismus geben eine Einpunktlinie und eine Zweipunktlinie
jeweils die Beträge
in mm der Aberration bezüglich
der C-Linie, e-Linie, F-Linie und g-Linie an. In den Schaubildern
für den
Astigmatismus bezeichnet eine durchgezogene Linie S und eine gepunktete
Linie M eine sagittale Bildebene in mm und eine meridionale Bildebene
in mm an. In den Schaubildern für
die Abbildverzerrungen gibt eine Zweipunktlinie die Verzerrung in
Prozent bezüglich
der g-Linie an.
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Nachfolgend
werden die Werte der Bedingungen (1) bis (8) in den entsprechenden
Beispielen wiedergegeben.
| Bedingung | Beispiel
1 | Beispiel
2 | Beispiel
3 | Beispiel
4 |
| (1) | –0,93 | –0,97 | –0,87 | –1,03 |
| (2) | –0,76 | –0,80 | –0,70 | –0,86 |
| (3) | 2,69 | 2,69 | 3,69 | 3,43 |
| (4) | 1,729 | 1,772 | 1,697 | 1,883 |
| (5) | 1,40 | 1,40 | 1,37 | 1,23 |
| (6) | 4,07 | 4,12 | 4,34 | 4,45 |
| (7) | 20,32 | 25,40 | 8,61 | 29,47 |
| (8) | 99,1 | 98,9 | 95,0 | 90,3 |
| (9) | 1,36 | 1,36 | 2,21 | 1,96 |
| (10) | 0,39 | 0,39 | 0,52 | 0,47 |
| (11) | 0,19 | 0,19 | 0,15 | 0,2 |
| (12) | 0,36 | 0,36 | 0,39 | 0,57 |
| (13) | 0,42 | 0,42 | 0,46 | 0,33 |
-
Das
zuvor beschriebene erfindungsgemäße optische
System eines Objektivs für
Endoskope kann beispielsweise wie nachfolgend angegeben aufgebaut
werden.
- [1] Ein optisches System eines Objektivs
für Endoskope,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass es von der Gegenstandsseite
her eine Blende, eine erste Linse und eine zweite Linse aufweist,
von denen die erste Linse eine auf der Gegenstandsseite konkave
Meniskussammellinse umfasst und die zweite Linse eine auf der Gegenstandsseite
konvexe Sammellinse umfasst, die die folgenden Bedingungen (1),
(2), (3) und (4) erfüllen: –1,2 < r1/f < –0,8 (1)
–1,0 < r2/f < –0,6 (2)
2,1 < f2/f < 4,2 (3)
ndl > 1,65 (4) worin deuten:
r1
der Krümmungsradius
der gegenstandsseitigen Oberfläche
der ersten Linse,
r2 der Krümmungsradius
der bildseitigen Oberfläche
der ersten Linse,
f die Brennweite des ganzen optischen Systems,
f2
die Brennweite der zweiten Linse und
ndl der Brechungsindex
der d-Linie der ersten Linse.
- [2] Ein optische System eines Objektivs für Endoskope nach dem vorangegangenen
Absatz [1], ist dadurch gekennzeichnet, dass es am einen Ende im
wesentlichen vertikal zur Einführungsrichtung
des Endoskops angeordnet ist.
- [3] Ein optische System eines Objektivs für Endoskope nach dem vorangegangenen
Absätzen
[1] oder [2] ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bedingungen
(5), (6), (7) und (8) erfüllt: 1,0 < r3/f < 1,8 (5)
3,2 <lt/ih < 5,2 (6)
5 < |v2 – v1| < 35 (7)
2w > 85° (8) worin bedeuten:
r3
der Krümmungsradius
der gegenstandsseitigen Oberfläche
der zweiten Linse,
lt eine Gesamtlinsenlänge von der gegenstandsseitigen
Oberfläche
der ersten Linse zu einer Bildebene,
ih die maximale Bildhöhe,
v1
die Abbesche Zahl der ersten Linse,
v2 die Abbesche Zahl der
zweiten Linse,
2w der maximale Blickwinkel.
- [4] Ein optische System eines Objektivs für Endoskope nach dem vorangegangenen
Absätzen
[1] bis [3] ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bedingungen
(9), (10) und (11) erfüllt: 1,3 < f2/f1 < 2,5 (9)
0,37 < d1/f1 < 0,55 (10)
0,12 < d2/f2 < 0,24 (11) worin bedeuten:
f1
die Brennweite der ersten Linse,
d1 die Dicke der ersten Linse,
d2
die Dicke der zweiten Linse und
f2 die Brennweite der zweiten
Linse.
- [5] Ein optische System eines Objektivs für Endoskope nach dem vorangegangenen
Absätzen
[1] bis [4] ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bedingungen
(12) und (13) erfüllt: 0,34 < d2/r3 < 1,0 (12)
0,2 < d3/f < 0,6 (13) worin bedeuten:
d2
die Dicke der zweiten Linse,
r3 der Krümmungsradius der objektseitigen
Oberfläche
der zweiten Linse,
d3 der Abstand der zweiten Linse zu einem
Abdeckglas des CCD, und
f die Brennweite des ganzen optischen
Systems.
-
9 zeigt
schematisch das Beobachtungsende eines Endoskops vom Schrägsichttyp,
das das optische System eines Objektivs für Endoskope gemäß der Erfindung
hat. Ein Endoskop 1 gemäß der Erfindung hat
ein optisches System 2 eines Objektivs für Endoskope,
das auf einer Seite seines Endabschnitts angeordnet ist. Auf der
einen Seite des Endoskops 1 befindet sich nahe dem optischen
System 2 des Objektivs für Endoskope ein optisches System 3 zur
Beleuchtung.
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Bei
einer solchen Anordnung wird der zu prüfende Gegenstand mit dem Licht
aus dem optischen System 3 für die Beleuchtung angestrahlt
und wird das von dem Objekt reflektierte Licht durch das optische
System 2 des Objektivs zur Abbildung auf ein CCD geleitet.
Anschließend
wird das Licht des Abbilds in elektrische Signale oder Bildsignale
umgewandelt und auf einem Monitor zur Prüfung des Objekts dargestellt.
