DE102018106469A1 - Verfahren zum Zentrieren von optischen Elementen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zentrieren von wenigstens einem optischen Element (20, 20', 20") in einem optischen System (10) für ein Endoskop sowie ein optisches Element (20, 20', 20") und ein optisches System (10). Gemäß der Erfindung weist das optische Element (20) eine optische Achse (22) auf und wird im optischen System (10) so ausgerichtet, dass die optische Achse (22) des optischen Elements (20) mit einer optischen Achse (12) des optischen Systems (10) übereinstimmt.Die Erfindung ist dadurch weitergebildet, dass wenigstens zwei Ausnehmungen (24, 24', 24"), insbesondere Nuten, in einen Umfang (26) des optischen Elements (20) eingebracht werden, wobei in einer Querschnittsebene (27) des optischen Elements (20) jede Ausnehmung (24, 24', 24") einen tiefsten Punkt (25, 25', 25") umfasst, der einen kleinsten Abstand zur optischen Achse (22) des optischen Elements (20) aufweist. Die tiefsten Punkte (25, 25', 25")

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zentrieren von wenigstens einem optischen Element, insbesondere einer Linse, in einem optischen System für ein Endoskop, wobei das optische Element eine optische Achse aufweist und im optischen System so ausgerichtet wird, dass die optische Achse des optischen Elements mit einer optischen Achse des optischen Systems übereinstimmt. Die Erfindung betrifft außerdem ein optisches Element für ein Endoskop sowie ein optisches System für ein Endoskop.
  • Beim Einsatz von Endoskopen ist eine gute Bildqualität notwendig, um beispielsweise operierenden Ärzten eine gute Sicht auf das Operationsfeld zu ermöglichen. Bei Videoendoskopen erfordert dies den Einsatz von Bildsensoren mit immer höherer Auflösung. Um diese höhere Auflösung zu nutzen, müssen auch die optischen Elemente, beispielsweise die Linsen, sowie ihre Ausrichtung zueinander im Endoskop hohen Anforderungen genügen. So ist es erforderlich, dass die optischen Achsen aller optischen Elemente im optischen System des Endoskops möglichst exakt mit der optischen Achse des optischen Systems übereinstimmen. Ist hingegen die Abweichung der optischen Achse eines optischen Elements von der optischen Achse des optischen Systems zu groß, sinkt die Bildqualität des Endoskops.
  • Um die optischen Achsen der optischen Elemente auf der optischen Achse des optischen Systems anzuordnen, werden die optischen Elemente üblicherweise mittels eines Schleifverfahrens bearbeitet. Dadurch können optische Elemente mit einer Toleranz des Durchmessers von etwa 20 µm bereitgestellt werden. Durch Einsetzen dieser optischen Elemente in eine ebenfalls mit hoher Präzision hergestellte Optikfassung des optischen Systems werden die optischen Elemente entlang der gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet.
  • Mittels eines solchen Schleifverfahrens können jedoch nicht die Toleranzen erreicht werden, die beim Einsatz von hochauflösenden Bildsensoren erforderlich sind. Stattdessen werden in diesem Fall nach dem Stand der Technik die optischen Elemente in einer Messinghülse eingefasst, die anschließend mit einer speziellen Zentrierdrehmaschine abgedreht wird. Auf diese Weise werden deutlich kleinere Toleranzen des Durchmessers erreicht.
  • Das Zentrierdrehen ist ein zeitintensiver Prozess. Zudem wird der Durchmesser des optischen Elements durch das Einfassen in die Messinghülse um etwa 200 µm bis 300 µm erhöht, was ggf. eine Vergrößerung des Endoskopdurchmessers oder eine Verringerung des Durchmessers des optischen Elements erforderlich macht.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Zentrieren von wenigstens einem optischen Element in einem optischen System für ein Endoskop, ein optisches Element und ein optisches System bereitzustellen, die eine exakte und raumsparende Zentrierung des optischen Elements in dem optischen System mit geringem Zeitaufwand ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Zentrieren von wenigstens einem optischen Element, insbesondere einer Linse, in einem optischen System für ein Endoskop, wobei das optische Element eine optischen Achse aufweist und im optischen System so ausgerichtet wird, dass die optische Achse des optischen Elements mit einer optischen Achse des optischen Systems übereinstimmt, wobei das Verfahren dadurch weitergebildet ist, dass wenigstens zwei Ausnehmungen, insbesondere Nuten, in einen Umfang des optischen Elements eingebracht werden, wobei in einer Querschnittsebene des optischen Elements jede Ausnehmung einen tiefsten Punkt umfasst, der einen kleinsten Abstand zur optischen Achse des optischen Elements aufweist, und die tiefsten Punkte in der Querschnittsebene des optischen Elements auf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der optischen Achse des optischen Elements liegt, wobei Zentrierelemente in die Ausnehmungen eingelegt werden und mittels der Zentrierelemente das optische Element im optischen System ausgerichtet wird.
  • Bei den optischen Elementen kann es sich beispielsweise um konkave oder konvexe Linsen handeln. Bei dem Verfahren werden die Ausnehmungen so in das optische Element eingebracht, dass die Form jeder Ausnehmung in der Richtung parallel zur optischen Achse des optischen Elementes konstant bleibt. Dabei verlaufen die Ausnehmungen jeweils exakt parallel zur optischen Achse des optischen Elements. Hierdurch kann die Verwendung von Zentrierhülsen ebenso entfallen wie alternativ ein aufwändiges Schleifen der optischen Elemente zu einer Kreisform, die konzentrisch mit der optischen Achse des optischen Elements ist.
  • Bevorzugt werden die Ausnehmungen mittels eines Ultrakurzpulslasers in das optische Element eingebracht.
  • Durch das Einlegen von Zentrierelementen in die Ausnehmungen kann das optische Element so im optischen System zentriert werden, dass die optische Achse des optischen Elements mit der optischen Achse des optischen Systems übereinstimmt. Dazu sind beispielsweise die Zentrierelemente zwischen den Ausnehmungen und einer Optikfassung des optischen Systems verspannbar. Dies ermöglicht ein selbstzentrierendes Ausrichten des optischen Elements im optischen System.
  • Bevorzugt weisen die Ausnehmungen einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt in der Querschnittsebene des optischen Elements auf. Unter einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt wird in diesem Kontext verstanden, dass nicht nur eine U-Form mit zwei Schenkeln und einer Rundung umfasst ist, sondern auch Formen, bei denen die Schenkel und insbesondere auch Teile der Rundung fehlen. Damit sind auch Ausnehmungen mit einem Querschnitt in Form eines Kreissegments umfasst. Bei einem solchen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ist vorteilhaft der tiefste Punkt der Ausnehmung exakt bestimmt.
  • Weiterhin bevorzugt wird das optische Element aus einem optisch durchlässigen Material gefertigt und die Ausnehmungen direkt in das optisch durchlässige Material eingebracht. Bei dem optisch durchlässigen Material handelt es sich beispielsweise um optisches Glas.
  • Vorteilhaft wird durch das Einbringen der Ausnehmungen direkt in das optisch durchlässige Material des optischen Elements die Verwendung einer Hülse überflüssig, so dass eine Vergrößerung des Durchmessers des Endoskops oder eine Reduktion des Durchmessers des optischen Elements vermieden wird. Bevorzugt weisen die Ausnehmungen eine Tiefe von 100 bis 300 µm auf, gemessen vom Umfang in Richtung der optischen Achse des optischen Elements. Die Ausnehmungen sind damit so klein im Vergleich zur Querschnittsfläche des optischen Elements, dass ihr Einfluss auf die optischen Eigenschaften des optischen Elements vernachlässigbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden drei Ausnehmungen in das optische Element eingebracht, wobei insbesondere der Winkelabstand der Ausnehmung zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises, 120 Grad beträgt. Gemäß dieser Ausführungsform wird je ein Zentrierelement in die Ausnehmungen eingelegt, welche sich mit der Optikfassung des optischen Systems verspannen, um das optische Element zu zentrieren. Durch die Verwendung von drei Ausnehmungen und drei Zentrierelementen sind ebenfalls drei Kontaktpunkte mit der Optikfassung vorhanden, so dass ein Verrutschen des optischen Elements verhindert wird. Wenn der Winkelabstand, bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises, zwischen den Ausnehmungen jeweils etwa 120 Grad beträgt, werden die Ausnehmungen gleichmäßig auf den Umfang des optischen Elements verteilt, wodurch eine gleichmäßige Aufteilung der auftretenden Kräfte auf die Zentrierelemente erreicht wird.
  • Vorzugsweise werden Zentrierdrähte als Zentrierelemente in die Ausnehmungen eingelegt, wobei sich die Zentrierdrähte parallel zur optischen Achse des optischen Elements erstecken. Vorteilhaft wird durch die Erstreckung bzw. Ausrichtung der Zentrierdrähte parallel zur optischen Achse des optischen Elements das Ausrichten des optischen Elements im optischen System erleichtert. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Zentrierdrähte so gewählt, dass nur die Zentrierdrähte und nicht das optische Element in Kontakt mit einer Optikfassung des optischen Systems kommen. Da alle Zentrierdrähte exakt parallel zur optischen Achse des optischen Elements verlaufen, wird bei der Wahl eines optischen Systems mit entsprechendem Durchmesser das optische Element im optischen System automatisch zentriert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zentrierdrähte aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt und weisen in einer Ursprungsform einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Durchmesser der Zentrierdrähte in einer ersten Richtung vor dem Einlegen in die Ausnehmungen durch Walzen reduziert wird, wobei die erste Richtung im eingelegten Zustand der Zentrierdrähte einer radialen Richtung des Kreises entspricht, wobei die Zentrierdrähte im eingelegten Zustand, insbesondere durch Leitung eines elektrischen Stroms durch die Zentrierdrähte, so erhitzt werden, dass sie wieder ihre Ursprungsform annehmen und dadurch zu einer Verspannung führen, durch die das optische Element in dem optischen System zentriert wird. Durch die Verwendung einer Formgedächtnislegierung können die Zentrierdrähte vor dem Einlegen zunächst in eine Form gebracht werden, in der das optische Element mit den eingelegten Zentrierdrähten leicht in die Optikfassung des optischen Systems eingeführt werden kann. Durch anschließende Erwärmung der Zentrierdrähte nehmen diese wieder ihren kreisförmigen Ursprungsquerschnitt an und verspannen sich dadurch zwischen den Ausnehmungen des optischen Elements und der Optikfassung des optischen Systems. Auf diese Weise wird das optische Element selbständig so im optischen System zentriert, dass die optischen Achsen des optischen Elements und des optischen Systems übereinstimmen.
  • Vorzugsweise werden wenigstens zwei optische Elemente in dem optischen System zentriert, wobei die Ausnehmungen in allen optischen Elementen die gleichen Winkelabstände zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises, aufweisen, wobei die optischen Elemente hintereinander angeordnet und anschließend die Zentrierdrähte in die Ausnehmungen eingelegt werden, wobei mittels der Zentrierdrähte die optischen Elemente im optischen System so ausgerichtet werden, dass die optischen Achsen der optischen Elemente mit der optischen Achse des optischen Systems übereinstimmen.
  • Durch die Ausbildung der Zentrierelemente als Zentrierdrähte ist es möglich, eine Reihe optischer Elemente mittels derselben Zentrierdrähte in dem optischen System zu zentrieren, so dass die optischen Achsen aller optischen Elemente mit der optischen Achse des optischen Systems übereinstimmen. Dies erfordert, dass die Ausnehmungen in allen optischen Elementen die gleichen Winkelabstände, bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises, aufweisen, damit die Drähte gleichmäßig in die Ausnehmungen aller optischen Elemente eingelegt werden können. Vorteilhaft werden durch das Erhitzen der eingelegten Zentrierdrähte gleichzeitig alle optischen Elemente im optischen System zentriert.
  • Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein optisches Element für ein Endoskop, umfassend eine optische Achse, wobei das optische Element dadurch weitergebildet ist, dass wenigstens zwei Ausnehmungen in einem Umfang des optischen Elements vorhanden sind, wobei in einer Querschnittsebene des optischen Elements jede Ausnehmung einen tiefsten Punkt umfasst, der einen kleinsten Abstand zur optischen Achse des optischen Elements aufweist, und die tiefsten Punkte in der Querschnittsebene des optischen Elements auf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der optischen Achse des optischen Elements liegt.
  • Vorzugsweise weisen die Ausnehmungen einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt in der Querschnittsebene des optischen Elements auf.
  • Weiterhin bevorzugt ist das optische Element aus einem optisch durchlässigen Material gefertigt und die Ausnehmungen sind direkt in das optisch durchlässige Material eingebracht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Ausnehmungen in das optische Element eingebracht, wobei insbesondere der Winkelabstand der Ausnehmungen zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises, 120 Grad beträgt.
  • Schließlich wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System für ein Endoskop, umfassend wenigstens ein optisches Element einer der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wobei das optische Element mittels in die Ausnehmungen eingelegten Zentrierelementen so in dem optischen System zentriert ist, dass die optische Achse des optischen Elements mit einer optischen Achse des optischen Systems übereinstimmt.
  • Bevorzugt sind die Zentrierelemente Zentrierdrähte, die sich parallel zur optischen Achse des optischen Elements erstrecken.
  • Weiterhin bevorzugt weisen die Zentrierdrähte einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf und sind aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt, so dass sie durch Erhitzen in die Ursprungsform rückführbar sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei optische Elemente in dem optischen System zentriert, wobei die Ausnehmungen in allen optischen Elementen die gleichen Winkelabstände zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises, aufweisen, wobei die optischen Elemente in Richtung der optischen Achsen der optischen Elemente hintereinander angeordnet und die Zentrierdrähte in die Ausnehmungen eingelegt sind, wobei mittels der Zentrierdrähte die optischen Elemente im optischen System so ausgerichtet sind, dass die optischen Achsen der optischen Elemente mit der optischen Achse des optischen Systems übereinstimmen.
  • Das optische Element und das optische System verkörpern ebenfalls die gleichen Vorteile, Merkmale und Eigenschaften wie das zuvor beschriebene Verfahren.
  • Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines optischen Elements in einem optischen System gemäß dem Stand der Technik,
    • 2 eine schematische Darstellung eines optischen Elements vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 3 eine schematische Darstellung eines optisches Elements mit Ausnehmungen,
    • 4a bis 4c eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zentrierdrahts in der Ursprungsform, nach dem Walzen des Zentrierdrahts und nach dem Erhitzen des Zentrierdrahts,
    • 5 eine schematische Darstellung eines optischen Elements mit in die Ausnehmungen eingelegten Zentrierdrähten,
    • 6 eine schematische Darstellung eines optischen Elements mit in die Ausnehmungen eingelegten Zentrierdrähten in einer Optikfassung eines optischen Systems,
    • 7 eine schematische Darstellung eines mittels Zentrierdrähten in einer Optikfassung eines optischen Systems zentriertes optisches Element und
    • 8 eine schematische Seitenansicht eines optischen Systems mit drei mittels Zentrierdrähten zentrierten optischen Elementen.
  • In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
  • 1 zeigt schematisch ein optisches System 10 nach dem Stand der Technik im Querschnitt. In einer Optikfassung 14 des optischen Systems 10 ist ein optisches Element 20 eingesetzt. Das optische Element 20 ist in eine Hülse 16, beispielsweise eine Messinghülse, eingebettet. Da die mechanische Achse der Messinghülse 16 und die optische Achse 22 des optischen Elements 20 jedoch nicht übereinstimmen, stimmen auch die optische Achse 12 des optischen Systems 10 und die optische Achse 22 des optischen Elements 20 nicht überein. Um dieses Problem zu lösen, wird gemäß dem Stand der Technik für gewöhnlich die Messinghülse 16 durch Zentrierdrehen so bearbeitet, dass die optischen Achsen 12 und 22 übereinstimmen. Jedoch ist das Zentrierdrehverfahren sehr arbeitsaufwendig und setzt die Verwendung einer Hülse 16 voraus, wodurch der maximale Durchmesser des optischen Elements 20 begrenzt wird.
  • 2 zeigt schematisch ein optisches Element 20 in einer Querschnittsdarstellung. Die Form des optischen Elements 20, die durch den Umfang 26 (durchgezogene Linie) beschrieben wird, ist aufgrund des Herstellungsprozesses nicht exakt kreisförmig. Die gezeigte Abweichung von einer Kreisform ist jedoch zur Veranschaulichung stark übertrieben dargestellt. Die optische Achse 22 des optischen Elements 20 als Zentrum der Krümmungen der optischen Fläche des Elements 20 wird durch den Herstellungsprozess vorgegeben. Dadurch ergibt sich ein Außenkreis 21 (Punkt-Strich Linie), welcher den größtmöglichen in der Querschnittsebene 27 des optischen Elements 20 einschreibbaren Kreis beschreibt, dessen Mittelpunkt die optische Achse 22 ist. Um beispielsweise mittels eines Schleifverfahrens ein optisches Element 20 mit exakt kreisförmigem Umfang zu erhalten, dessen Mittelpunkt die optische Achse 22 ist, müsste die Differenz der vom Umfang 26 und vom Außenkreis 21 eingeschlossenen Flächen abgeschliffen werden. Dies ist sehr aufwendig und mit der Gefahr der Zerstörung des optischen Elements 20 durch Absprengungen verbunden.
  • 3 zeigt das optische Element 20, nachdem Ausnehmungen 24, 24', 24" in Form von im Wesentlichen U-förmigen Nuten mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in das optische Element 20 eingebracht wurden. Gemäß der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform werden drei Nuten 24, 24', 24" in das optische Element 20 eingebracht, die gleichmäßig entlang des Umfangs 26 verteilt sind, also Winkelabstände von 120 Grad aufweisen. Die Ausnehmungen 24, 24', 24" sind etwa 100 µm bis 300 µm tief, gemessen vom Umfang 26 in Richtung der optischen Achse 22. Die tiefsten Punkte 25, 25', 25" der Ausnehmungen 24, 24', 24" liegen auf einem Kreis 28 (gestrichelte Linie), dessen Mittelpunkt 29 auf der optischen Achse 22 liegt. Der Kreis 28 ist etwas kleiner als der Außenkreis 21, damit die Ausnehmungen 24, 24', 24" die benötigte Tiefe aufweisen.
  • Die Form der Ausnehmungen 24, 24', 24" ist in allen Querschnittsebenen 27 des optischen Elements 20 entlang der optischen Achse 22 gleich. Dies ist erforderlich, damit durch das Einlegen von Zentrierelementen bzw. Zentrierdrähten das optische Element parallel zur optischen Achse 22 ausgerichtet wird.
  • 4a bis 4c zeigen schematisch eine Querschnittsdarstellung eines Zentrierelements 32, in diesem Fall ein Zentrierdraht 30. 4a zeigt den Querschnitt 31 des Zentrierdrahts 30 in seiner Ursprungsform, die einen kreisförmigen Querschnitt 31 aufweist. Vor dem Einlegen in die Ausnehmungen 24, 24', 24" werden die Zentrierdrähte 30 gewalzt, so dass sie eine Form mit in einer Richtung um etwa 15 % reduziertem Durchmesser aufweisen, wie in 4b gezeigt. Da die Zentrierdrähte 30 aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt sind, nehmen sie nach einer Erhitzung wieder ihre Ursprungsform an, wie in 4c gezeigt.
  • 5 zeigt schematisch das optische Element 20 aus 3, wobei jedoch die Zentrierdrähte 30, 30', 30" in die Ausnehmungen 24, 24', 24" eingelegt wurden. Vor dem Einlegen wurden die Zentrierdrähte 30, 30', 30" mittels eines Walzprozesses bearbeitet, so dass sie in einer ersten Richtung, der radialen Richtung des optischen Elements 20, einen reduzierten Durchmesser aufweisen.
  • In 6 ist das optische Element 20 aus 5 gezeigt, wobei das optische Element 20 mit den Zentrierdrähten 30, 30', 30" gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Optikfassung 14 des optischen Systems 10 eingeführt wurde. Da der Durchmesser der Zentrierdrähte 30, 30', 30" durch das Walzen reduziert wurde, weisen die Zentrierdrähte 30, 30', 30" in den Ausnehmungen 24, 24', 24" ein gewisses Spiel auf. Dadurch wird das Einführen des optischen Elements 20 mit den Zentrierdrähten 30, 30', 30" in die Optikfassung 14 erleichtert.
  • In 7 ist das optische Element 20 in dem optischen System aus 6 gezeigt, nachdem die Zentrierdrähte 30, 30', 30" erhitzt wurden. Dies geschieht beispielsweise durch Leitung eines elektrischen Stroms durch die Zentrierdrähte 30, 30', 30". Wie im Zusammenhang mit 4a bis 4c beschrieben, nehmen die Zentrierdrähte 30, 30', 30" wieder ihre kreisförmige Ursprungsform an. Dies führt zu einer Verspannung der Zentrierdrähte 30, 30', 30" zwischen den Ausnehmungen 24, 24', 24" und der Optikfassung 14. Da die Zentrierdrähte 30, 30', 30" direkt am Kreis 28 anliegen, dessen Mittelpunkt 29 auf der optischen Achse 22 des optischen Elements 20 liegt, wird durch diese Verspannung das optische Element 20 im optischen System 10 zentriert, so dass die optische Achse 22 des optischen Elements 20 exakt mit der optischen Achse 12 des optischen Systems 10 übereinstimmt.
  • 8 zeigt schematisch eine Seitendarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems 10. In der Optikfassung 14 des optischen Systems 10 werden zwei konkave Linsen 20, 20" und eine konvexe Linse 20' zentriert. Es können natürlich eine beliebige Anzahl von optischen Elementen, die eine optische Achse aufweisen, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem optischen System 10 zentriert werden. Die Darstellung in 8 ist nur beispielhaft.
  • Die in 8 gezeigte Darstellung verläuft direkt durch die Ebene aus 7, durch die die optische Achse 22 verläuft. In dieser Darstellung ist ersichtlich, dass der in dieser Darstellung oben gelegene Zentrierdraht 30 direkt an der Optikfassung 14 anliegt. In 8 ist zudem der Zentrierdraht 30' gezeigt, obwohl dieser nicht in der dargestellten Ebene liegt. Der Bereich der Optikfassung 14, in dem der Zentrierdraht 30' anliegt, ist nicht gezeigt.
  • Durch die Verspannung der Zentrierdrähte 30, 30', 30" in der Optikfassung 14 des optischen Systems 10 wird erreicht, dass sich alle optischen Elemente 20, 20', 20" so in dem optischen System zentrieren, dass ihre optischen Achsen 22 exakt mit der optischen Achse 12 des optischen Systems übereinstimmen.
  • Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    optisches System
    12
    optische Achse
    14
    Optikfassung
    16
    Hülse
    20, 20', 20"
    optisches Element
    21
    Außenkreis
    22
    optische Achse
    24, 24', 24"
    Ausnehmungen
    25, 25', 25"
    tiefster Punkt
    26
    Umfang
    27
    Querschnittsebene
    28
    Kreis
    29
    Mittelpunkt
    30, 30', 30"
    Zentrierdrähte
    31
    Querschnitt
    32
    Zentrierelemente

Claims (15)

  1. Verfahren zum Zentrieren von wenigstens einem optischen Element (20, 20', 20"), insbesondere einer Linse, in einem optischen System (10) für ein Endoskop, wobei das optische Element (20, 20', 20") eine optischen Achse (22) aufweist und im optischen System (10) so ausgerichtet wird, dass die optische Achse (22) des optischen Elements (20, 20', 20") mit einer optischen Achse (12) des optischen Systems (10) übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Ausnehmungen (24, 24', 24"), insbesondere Nuten, in einen Umfang (26) des optischen Elements (20, 20', 20") eingebracht werden, wobei in einer Querschnittsebene (27) des optischen Elements (20, 20', 20") jede Ausnehmung (24, 24', 24") einen tiefsten Punkt (25, 25', 25") umfasst, der einen kleinsten Abstand zur optischen Achse (22) des optischen Elements (20, 20', 20") aufweist, und die tiefsten Punkte (25, 25', 25") in der Querschnittsebene (27) des optischen Elements (20, 20', 20") auf einem Kreis (28) liegen, dessen Mittelpunkt (29) auf der optischen Achse (22) des optischen Elements (20, 20', 20") liegt, wobei Zentrierelemente (32) in die Ausnehmungen (24, 24', 24") eingelegt werden und mittels der Zentrierelemente (32) das optische Element (20, 20', 20") im optischen System (10) ausgerichtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (24, 24', 24") einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt in der Querschnittsebene (27) des optischen Elements (20, 20', 20") aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20, 20', 20") aus einem optisch durchlässigen Material gefertigt wird und die Ausnehmungen (24, 24', 24") direkt in das optisch durchlässige Material eingebracht werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei Ausnehmungen (24, 24', 24") in das optische Element (20, 20', 20") eingebracht werden, wobei insbesondere der Winkelabstand der Ausnehmungen (24, 24', 24") zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt (29) des Kreises (28), 120 Grad beträgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zentrierdrähte (30, 30', 30") als Zentrierelemente (32) in die Ausnehmungen (24, 24', 24") eingelegt werden, wobei sich die Zentrierdrähte (30, 30', 30") parallel zur optischen Achse (22) des optischen Elements (20, 20', 20") erstrecken.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierdrähte (30, 30', 30") aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt werden und in einer Ursprungsform einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt (31) aufweisen, wobei der Durchmesser der Zentrierdrähte (30, 30', 30") in einer ersten Richtung vor dem Einlegen in die Ausnehmungen (24, 24', 24") durch Walzen reduziert wird, wobei die erste Richtung im eingelegten Zustand der Zentrierdrähte (30, 30', 30") einer radialen Richtung des Kreises (28) entspricht, wobei die Zentrierdrähte (30, 30', 30") im eingelegten Zustand, insbesondere durch Leitung eines elektrischen Stroms durch die Zentrierdrähte (30, 30', 30"), so erhitzt werden, dass sie wieder ihre Ursprungsform annehmen und dadurch zu einer Verspannung führen, durch die das optische Element (20, 20', 20") in dem optischen System (10) zentriert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei optische Elemente (20, 20', 20") in dem optischen System (10) zentriert werden, wobei die Ausnehmungen (24, 24', 24") in allen optischen Elementen (20, 20', 20") die gleichen Winkelabstände zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt (29) des Kreises (28), aufweisen, wobei die optischen Elemente (20, 20', 20") hintereinander angeordnet und anschließend die Zentrierdrähte (30, 30', 30") in die Ausnehmungen (24, 24', 24") eingelegt werden, wobei mittels der Zentrierdrähte (30, 30', 30") die optischen Elemente (20, 20', 20") im optischen System (10) so ausgerichtet werden, dass die optischen Achsen (22) der optischen Elemente (20, 20', 20") mit der optischen Achse (12) des optischen Systems (10) übereinstimmen.
  8. Optisches Element (20, 20', 20") für ein Endoskop, umfassend eine optische Achse (22), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Ausnehmungen (24, 24', 24") in einem Umfang (26) des optischen Elements (20, 20', 20") vorhanden sind, wobei in einer Querschnittsebene (27) des optischen Elements (20, 20', 20") jede Ausnehmung (24, 24', 24") einen tiefsten Punkt (25, 25', 25") umfasst, der einen kleinsten Abstand zur optischen Achse (22) des optischen Elements (20, 20', 20") aufweist, und die tiefsten Punkte (25, 25', 25") in der Querschnittsebene (27) des optischen Elements (20, 20', 20") auf einem Kreis (28) liegen, dessen Mittelpunkt (29) auf der optischen Achse (12) des optischen Elements (10) liegt.
  9. Optisches Element (20, 20', 20") nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (24, 24', 24") einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt in der Querschnittsebene (27) des optischen Elements (20, 20', 20") aufweisen.
  10. Optisches Element (20, 20', 20") nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20, 20', 20") aus einem optisch durchlässigen Material gefertigt ist und die Ausnehmungen (24, 24', 24") direkt in das optisch durchlässige Material eingebracht sind.
  11. Optisches Element (20, 20', 20") nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass drei Ausnehmungen (24, 24', 24") in das optische Element (20, 20', 20") eingebracht sind, wobei insbesondere der Winkelabstand der Ausnehmungen (24, 24', 24") zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises (28), 120 Grad beträgt.
  12. Optisches System (10) für ein Endoskop, umfassend wenigstens ein optisches Element (20, 20', 20") nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das optische Element (20, 20', 20") mittels in die Ausnehmungen (24, 24', 24") eingelegten Zentrierelementen (32) so in dem optischen System (10) zentriert ist, dass die optische Achse (22) des optischen Elements (20, 20', 20") mit einer optischen Achse (12) des optischen Systems (10) übereinstimmt.
  13. Optisches System (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (32) Zentrierdrähte (30, 30', 30") sind, die sich parallel zur optischen Achse (22) des optischen Elements (20, 20', 20") erstecken.
  14. Optisches System (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierdrähte (30, 30', 30") einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt (31) aufweisen und aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt sind, so dass sie durch Erhitzen in die Ursprungsform rückführbar sind.
  15. Optisches System (10) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei optische Elemente (20, 20', 20") in dem optischen System (10) zentriert sind, wobei die Ausnehmungen (24, 24', 24") in allen optischen Elementen (20, 20', 20") die gleichen Winkelabstände zueinander, bezogen auf den Mittelpunkt (29) des Kreises (28), aufweisen, wobei die optischen Elemente (20, 20', 20") in Richtung der optischen Achsen (22) der optischen Elemente (20, 20', 20") hintereinander angeordnet und die Zentrierdrähte (30, 30', 30") in die Ausnehmungen (24, 24', 24") eingelegt sind, wobei mittels der Zentrierdrähte (30, 30', 30") die optischen Elemente (20, 20', 20") im optischen System (10) so ausgerichtet sind, dass die optischen Achsen (22) der optischen Elemente (20, 20', 20") mit der optischen Achse (12) des optischen Systems (10) übereinstimmen.
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