DE102020129529B3 - Umkehrsystem aus Stablinsen, Endoskop und Verwendung eines Endoskops - Google Patents

Umkehrsystem aus Stablinsen, Endoskop und Verwendung eines Endoskops Download PDF

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Abstract

Zur Verbesserung der Bildgebung bei gleichzeitiger Vereinfachung der Fertigung eines starren Endoskops (2) wird vorgeschlagen, zur Bildübertragung von einem Objektiv (3) zu einer proximal angeordneten Kameraeinheit (4) des Endoskops (2) ein Umkehrsystem (1) als Relais-Optik zu verwenden, welches eine ungerade Anzahl eines ersten Typs A von Stablinsen (7) und eine gerade Anzahl eines zweiten Typs B von Stablinsen (7) aufweist, die jeweils auf einer Hälfte des Umkehrsystems (1) in Bezug auf eine Mittelebene (9) des Umkehrsystems (1) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Umkehrsystem zur Verwendung in einem Endoskop, welches ein Objektiv und eine Kameraeinheit aufweist, wobei das Umkehrsystem zur Weiterleitung von Licht von dem Objektiv zur Kameraeinheit ausgelegt ist und wobei das Umkehrsystem mehrere Umkehrsätze aus je zwei Stablinsen aufweist. Diese Umkehrsätze realisieren dabei jeweils eine näherungsweise 1:1-Abbildung.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Endoskop, welches auf einem solchen Umkehrsystem basiert und zudem über ein Objektiv und eine Kameraeinheit verfügt. In diesem Endoskop ist das Umkehrsystem gerade zwischen dem Objektiv und der Kameraeinheit angeordnet.
  • Schließlich betrifft die Erfindung eine bestimmte Verwendung eines Umkehrsystems in einem Endoskop.
  • Umkehrsysteme wie eingangs beschrieben sind insbesondere bei starren Endoskopen bekannt, wo sie als Relais-Optiken typischerweise in Form eines Stablinsensystems, verwendet werden, um ein mit einem Objektiv distal aufgenommenes Bild entlang eines Endoskopschafts bis zu einem proximal angeordneten Bildsensor weiterzuleiten. Im Stand der Technik, werden die Umkehrsätze solcher Umkehrsysteme zudem typischerweise aus Stablinsen mit rein sphärischen Flächen gebildet. Dabei sind häufig zwei gleichartige oder zwei verschiedenartige Stablinsen zu einem Umkehrsatz gruppiert, während die Stablinsen zwei, drei oder mehr Komponenten aufweisen können. Die Herstellung und Assemblierung, insbesondere die optische Justage, solcher Umkehrsysteme kann sehr aufwändig sein.
  • Als Relaisoptiken verwendete Umkehrsysteme können somit die optische Länge des Bildverarbeitungssystems vergrößern, gerade in Endoskopen oder Anwendungen, wo das betreffende Objekt nicht aus der Nähe betrachtet werden kann. Relaisoptiken können auch verwendet werden, um das Bild hinter dem Okular eines Bildverarbeitungssystems zu invertieren, damit dieses korrekt angezeigt wird.
  • Bei bekannten Umkehrsystemen ist es ferner üblich, unterschiedliche Abbildungsfehler so weit als möglich zu korrigieren. Insbesondere ist es bekannt, Farblängsfehler (longitudinal chromatic aberration = LCA) und Farbquerfehler (transversal chromatic aberration = TCA) zu korrigieren, also die Abweichung eines Bildpunktes in longitudinaler oder transversaler Richtung in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts.
  • Aus DE 10 2016 118 746 A1 ist ein erstes Endoskop bekannt mit einem Umkehrsystem, das insgesamt fünf Linsen eines ersten Typs A umfasst, wobei die Linsen als Stablinsen, genauer als achromatische Doublets ausgebildet sind. Hierbei bilden je zwei Linsen des Typs A einen ersten gleichartigen Umkehrsatz aus. Zudem weist das Umkehrsystem einen gemischten Umkehrsatz auf, bei welchem eine Stablinse vom Typ A mit einer zweiten Linse von einem Typ B zu einem Umkehrsatz zusammengefasst sind, der am proximalen Ende des Umkehrsystems angeordnet ist. Hierbei fungiert die Linse vom Typ B als eine Korrekturoptik.
  • Aus DE 10 2016 115 738 A1 ist ebenfalls ein Endoskop bekannt mit einem komplexen Umkehrsystem, das mehrere Stablinsen umfasst. Hierbei ist das Umkehrsystem streng spiegelsymmetrisch aufgebaut und verwendet eine zentral angeordnete optische Korrektureinrichtung, um Aberrationen der Stablinsen zu kompensieren.
  • DE 10 2014 107 456 A1 offenbart schließlich ein weiteres Endoskop mit einer als Umkehrsystem ausgebildeten Lichtübertragungseinrichtung, die ein oder mehrere Umkehrsätze umfassen kann, die proximal zu einem Objektiv angeordnet sind. Auch hier ist eine Korrektureinrichtung vorgesehen, die ein reelles Bild erzeugt, wobei diese proximal zu dem einen oder mehreren Umkehrsatz angeordnet ist.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig herstellbares Umkehrsystem bereitzustellen, dass sich in einem Endoskop verwenden lässt, um eine Abbildung von hoher Qualität über einen weiten Wellenlängenbereich, beispielsweise vom sichtbaren Bereich bis in den Infrarotbereich, zu erzielen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einem Umkehrsystem die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Umkehrsystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Umkehrsystem lediglich einen ersten Typ A und einen zweiten Typ B von Stablinsen aufweist und dass ein jeweiliger Umkehrsatz A-A oder B-B des Umkehrsystems, der aus zwei Stablinsen desselben Typs gebildet ist, einen ersten Farblängsfehler (LCA1) und einen ersten Farbquerfehler (TCA1) einprägt, wobei ein Umkehrsatz A-B des Umkehrsystems, der aus zwei Stablinsen unterschiedlichen Typs gebildet ist, einen zweiten Farblängsfehler (LCA2) und einen zweiten Farbquerfehler (TCA2) einprägt. Hierbei haben der erste Farblängsfehler (LCA1) und der zweite Farblängsfehler (LCA2) dasselbe Vorzeichen und der erste Farbquerfehler (TCA1) und der zweite Farbquerfehler (TCA2) unterschiedliche Vorzeichen.
  • Durch diesen Ansatz lässt sich erreichen, dass sich die Farbquerfehler der einzelnen Umkehrsätze teilweise kompensieren, während sich ihre Farblängsfehler aufaddieren. Der Gesamt-Farblängsfehler (total LCA = TLCA) des Umkehrsystems lässt sich dann aber vergleichsweise einfach durch das optische Design des Objektivs und der optischen Komponenten der Kameraeinheit kompensieren.
  • Gemäß der Erfindung werden die Farbquerfehler somit kontinuierlich entlang der Kette der Umkehrstufen des Umkehrsystems kompensiert, damit der Gesamtfarbquerfehler entlang des Umkehrsystems nicht übermäßig zunimmt. Denn andernfalls könnte er nur mit großer Mühe, das heißt unter Verwendung sehr vieler optischer Elemente, kompensiert werden. Anders als Farblängsfehler können Farbquerfehler über das Verhältnis von Krümmungsradien beeinflusst werden und zwar unabhängig von der chromatischen Längsaberration (LCA). Während also die LCA als ein Fehler Nullter-Ordnung aufgefasst werden kann, kann der Farbquerfehler TCA als Fehler höherer Ordnung verstanden werden. Vereinfacht gesprochen entsteht der Farbquerfehler nämlich dadurch, dass unterschiedliche Wellenlängen unterschiedlich stark vergrößert werden, was jeweils abhängig ist von der Position des jeweiligen Hauptstrahls. Daher ist es auch möglich, dass die unterschiedlichen Typen A und B von Stablinsen Querfehler von unterschiedlichen Vorzeichen erzeugen.
  • Mit anderen Worten sieht die Erfindung somit vor, dass - insbesondere bei Einschränkung auf eine Verwendung einfacher Doublets für die Stablinsen des Umkehrsystems - ein kontinuierliches Anwachsen der chromatischen Längsaberration hingenommen wird. Die TLCA kann dann weitestgehend kompensiert werden einmal durch das Objektiv und einmal durch die optischen Komponenten der Kameraeinheit. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet kann das erfindungsgemäße Umkehrsystem somit dazu benutzt werden, chromatische Aberrationen, insbesondere Farblängsfehler, des Objektivs und der Kameraoptik der Kameraeinheit des Endoskops zu kompensieren.
  • Von Vorteil ist dabei, dass ein Endoskop, welches mit dem erfindungsgemäßen Umkehrsystem ausgerüstet wird, über einen großen Wellenlängenbereich, der beispielsweise einen Teil des sichtbaren Bereichs und des Infrarotbereichs umfassen kann, farbkorrigiert sein kann.
  • Erfindungsgemäß kann die Aufgabe auch durch weitere vorteilhafte Ausführungen gemäß den Unteransprüchen gelöst werden.
  • Beispielsweise können die jeweiligen Farblängsfehler (LCA1) und die jeweiligen Farbquerfehler (TCA1) von Umkehrsätzen A-A oder B-B des Umkehrsystems, die jeweils aus zwei Stablinsen desselben Typs (A oder B) gebildet sind, das gleiche Vorzeichen aufweisen.
  • Ferner kann ein Umkehrsatz B-B des Umkehrsystems, der aus zwei Stablinsen des zweiten Typs B gebildet ist, einen dritten Farblängsfehler (LCA3) einprägen, der betragsmäßig kleiner ist als der zweite Farblängsfehler (LCA2) und/oder kleiner als der erste Farblängsfehler (LCA1). Ein Umkehrsatz B-B des Umkehrsystems, der aus zwei Stablinsen des zweiten Typs B gebildet ist, kann ferner einen dritten Farbquerfehler (TCA3) einprägen, der betragsmäßig kleiner ist als der zweite Farbquerfehler (TCA2) und/oder kleiner als der erste Farbquerfehler (TCA1).
  • Auf den Farbquerfehler (TCA) bezogen bedeutet dies, dass beispielsweise eine Umkehrstufe A-A eine positive TCA erzeugen kann, während eine gemischte Umkehrstufe A-B eine negative TCA. Das Umkehrsystem kann jedoch zwei gleichartige Umkehrstufen A-A aufweisen und nur eine gemischte Umkehrstufe A-B. In diesem Fall kann auch die Umkehrstufe B-B so ausgelegt sein, dass sie eine negative TCA erzeugt. Dadurch kann erreicht werden, dass die TCA, die von zwei gleichartigen Umkehrstufen A-A erzeugt wird, zumindest teilweise durch nachfolgende Umkehrstufen A-B und B-B kompensiert wird, die den zweiten Typ B an Stablinse verwenden. Es kann somit vorgesehen sein, dass die Farbquerfehler (TCA) von einer gemischten Umkehrstufen A-B und von einer weiteren Umkehrstufe B-B, die aus zwei Stablinsen des Typs B gebildet ist, das gleiche Vorzeichen aufweisen. Hierbei kann insbesondere die TCA der Umkehrstufe A-B kleiner sein als diejenige der Umkehrstufe A-A.
  • Derartige Ausgestaltungen erhöhen somit wesentlich die Möglichkeiten der Kompensation von Aberrationen, behalten aber den sehr einfachen Aufbau des Umkehrsystems bei. Denn insbesondere kann das Umkehrsystem so ausgestaltet sein, dass alle Stablinsen des Umkehrsystems jeweils als Doublets auf Basis von nur zwei unterschiedlichen Komponenten ausgebildet sind, was für eine sehr kostengünstige Fertigung des Umkehrsystems sorgt. Hierbei ist es vorzuziehen, wenn die Stablinsen des Umkehrsystems allesamt eine positive chromatische Längsaberration (LCA1, LCA2, LCA3) einprägen. Denn dann kann insbesondere die totale chromatische Längsaberration (TLCA) des Umkehrsystems positiv sein.
  • Das Umkehrsystem kann ferner eine ungerade Anzahl von Stablinsen des ersten Typs A aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann das Umkehrsystem ferner eine gerade Anzahl von Stablinsen des zweiten Typs B aufweisen. Solche Ausgestaltungen können also insbesondere dazu führen, dass das Umkehrsystem eine ungerade Anzahl an Stablinsen umfasst, beispielsweise neuen Stablinsen. Hierbei kann ein Endoskop, in welchem das Umkehrsystem verwendet wird, selbstverständlich noch weitere Stablinsen, etwa im Objektiv oder in der Kameraeinheit aufweisen.
  • Eine sehr bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Umkehrsystem insgesamt zwei gleichartige Umkehrsätze A-A aus Stablinsen des Typs A, einen gleichartigen Umkehrsatz B-B aus zwei Stablinsen des Typs B, einen gemischten Umkehrsatz A-B aus je einer Stablinse des Typs A und des Typs B, sowie eine weitere Stablinse vom Typ B aufweist. In diesem Fall hat das Umkehrsystem somit insgesamt neun Stablinsen und vier Umkehrstufen. Ein solches Umkehrsystem kann entsprechend insgesamt fünf Zwischenbildebenen und/oder fünf konjugierte Ebenen bieten, mit welchen sich die gewünschte Relais-Optik realisieren lässt.
  • Ein solches Umkehrsystem kann also insbesondere eine einzelne Stablinse am proximalen Ende aufweisen, die dazu vorgesehen ist, mit Abbildungslinsen einer Kameraeinheit eines Endoskops einen weiteren Umkehrsatz zu bilden. Bei einem solchen optischen Design lässt sich eine Spiegelsymmetrie um eine Mittelebene des Umkehrsystems erzielen und zwar in Bezug auf die Anzahl an Umkehrsätzen und gegebenenfalls auch in Bezug auf ihre optischen Eigenschaften wie LCA und TCA.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner vorgeschlagen, das Umkehrsystem in einem Endoskop zu verwenden, welches ein Objektiv und eine Kameraeinheit aufweist, wie eingangs beschrieben. Ein solches Endoskop, welches vorzugsweise mit einem starren Schaft ausgestaltet werden kann, der das Umkehrsystem aufnimmt, kann insbesondere als ein Schrägsichtendoskop designt werden. Das Objektiv dieses Endoskops kann dabei beispielsweise eine Stablinse von einem dritten Typ C aufweisen, der von den Typen A und B der im Umkehrsystem verwendeten Stablinsen abweicht. Dadurch lässt sich eine noch bessere Kompensation von optischen Aberrationen erzielen.
  • Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Kamera der Kameraeinheit des Endoskops, also die Gesamtheit aus Bildsensor und zugehörigen Abbildungslinsen, mit der letzten Stablinse des Umkehrsystems vom zuvor erläuterten zweiten Typ B gepaart ist. In diesem Fall ist diese letzte Stablinse also gerade proximal angeordnet und gehört gerade keinem Umkehrsatz des Umkehrsystems an. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die Stelle der Pupille hinter dieser letzten Stablinse B des Umkehrsystems genügend axiale Länge des Strahlengangs bereitstellt, um eine seitliche Auslenkung des Strahlengangs, etwa für ein 3D-Endoskop, zu ermöglichen.
  • Ein derartiges Endoskop kann über einen weiten Wellenlängenbereich chromatisch korrigiert werden. Daher bietet sich auch die Verwendung eines solchen Endoskops für die Fluoreszenz-Endoskopie an. Mit dem Endoskop kann somit Fluoreszenzlicht, insbesondere zwischen 815 bis 860 Nanometern und/oder unter Verwendung von Anregungslicht bei 808 Nanometer, beobachtet werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausbildungen der Erfindung können aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der allgemeinen Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen gewonnen werden.
  • Es zeigt:
    • 1 eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen starren Endoskops,
    • 2 eine schematische Detailansicht der optischen Komponenten des Objektivs des Endoskops aus 1,
    • 3 eine schematische Detailansicht der optischen Komponenten der Kameraeinheit des Endoskops aus 1, und
    • 4 die Abfolge von Umkehrsätzen, die das in 1 gezeigte Umkehrsystem des Endoskops aus 1 bilden.
  • Die 1 zeigt ein im Ganzen mit 2 bezeichnetes starres Endoskop 2, welches ein erfindungsgemäßes Umkehrsystem 1 als Relais-Optik nutzt. Das Umkehrsystem 1 leitet hierbei Licht, welches von einem Objektiv 3 des Endoskops 2 am distalen Ende 12 eingesammelt wird, an die als Kamerakopf ausgestaltete und einen Bildsensor 8 sowie Abbildungslinsen 16 (Vgl. 3) aufweisende Kameraeinheit 4 am proximalen Ende 13 des Endoskops 2 weiter. Genauer realisiert das Umkehrsystem 1 zusammen mit den Abbildungslinsen 16 der Kameraeinheit 4 eine Abbildung von der in 1 am distalen Ende 12 gezeigten ersten Zwischenbildebene 10a auf die Bildebene des Bildsensors 8 am proximalen Ende 13. Mittels des Umkehrsystems 1 wird somit ein Bild, welches in einer ersten Zwischenbildebene 10a von dem Objektiv 3 produziert wird (Vgl. 2), bis zum Bildsensor 8 am proximalen Ende 13 transportiert. Bei dieser Weiterleitung findet eine mehrmalige Bildinversion statt.
  • Das Umkehrsystem 1 ist als Stablinsensystem ausgebildet und weist mehrere hintereinander angeordnete Umkehrsätze 6 auf, die manchmal auch als Umkehrstufen bezeichnet werden, da jeder Umkehrsatz 6 eine näherungsweise 1:1 Abbildung von einer jeweiligen distalen Zwischenbildebene 10 zu einer proximalen Zwischenbildebene 10 realisiert, wobei bei dieser Abbildung eine jeweilige Bildinversion/-umkehr auftritt. Wie in 4 illustriert, werden die Bilder somit von der Zwischenbildebene 10a zur nächsten Ebene 10b, von dort zur Bildebenen 10c und schließlich zur letzten Zwischenbildebene 10e des Umkehrsystems 1 transportiert. Die letzte Stablinse 7 vom Typ B (ganz unten in 4) transportiert dann, gemeinsam mit den in 3 gezeigten optischen Komponenten P02, P03, L05, L06, und L07 der Kameraeinheit 4 das Bild von der Ebene 10e zur Bildebene des Bildsensors 8.
  • Die einzelnen Komponenten des Objektivs 3 sind schematisch in 2 illustriert. Eine erste Linsengruppe 17 L01 realisiert zusammen mit dem Umlenkprisma 5 P01 eine schräge Sicht des Endoskops 2. Die zweite Linsengruppe 17 L02 produziert dann zusammen mit der aus den beiden Linsen L03 und L04 gebildeten Stablinse 7 vom Typ C ein erstes Bild in der ersten Zwischenbildebene 10a, auf die zuvor Bezug genommen wurde. Am rechten Rand von 2 ist zudem die erste Stablinse 7 vom Typ A des Umkehrsystems 1 zu erkennen. Das Bild in der ersten Zwischenbildebene 10a zeigt zwar noch massive Farbfehler; erst durch das Zusammenspiel mit dem Umkehrsystem 1 und der Kameraoptik am proximalen Ende 13 entsteht dann jedoch in der Bildebene des Bildsensors 8 ein Bild hoher Farbqualität.
  • Während die erste asphärische Linse 15 des Objektivs 3 (ganz links) eine typischerweise sehr große negative LCA erzeugt (aufgrund der konkaven Form der Linse) wird mit der zweiten asphärischen Linse 15 L02 hauptsächlich die sphärische Aberration (SA) kontrolliert. Anschließend sorgt das Linsenpaar L03/L04 der Stablinse 7 vom Typ C für eine Bildaufweitung sowie die Erzeugung einer annähernd telezentrischen Abbildung.
  • Mit den Linsen L01 und L03 verfügt das Objektiv 3 dabei über zwei Konkavlinsen, mit denen eine negative chromatische Längsaberration (LCA) erzeugbar ist. Diese kann gerade ausgenutzt werden, um eine positive LCA des Umkehrsystems 1 zumindest teilweise zu kompensieren.
  • Am proximalen Ende 13 des Endoskops 2 verfügt die Kameraeinheit 4 mit den beiden Konkavlinsen L05 und L06 ebenfalls über eine Möglichkeit, den positiven LCA des Umkehrsystems 1 teilweise zu kompensieren (Vgl. 3). Zudem wird der Strahlengang mittels zwei Spiegelprismen 5 gefaltet. Die Linsen L05, L06, L07, L08 und L09 sind hingegen mit der letzten Stablinse 7 vom Typ B des Umkehrsystems 1, die in 3 am linken Rand zu erkennen ist, zu einer Umkehrstufe 6e gepaart (Vgl. die 1).
  • Die einzelnen Umkehrstufen 6a, 6b, 6c, und 6d sind in 4 in der korrekten Reihenfolge (von oben nach unten) wie in 1 zu sehen, im Detail abgebildet. Jeder der vier Umkehrsätze 6a, 6b, 6c, 6d (von links nach rechts in 1) des Umkehrsystems 1 ist dabei durch genau zwei Stablinsen 7 gebildet und zwar in den Kombinationen A-A, A-A, A-B und B-B. Somit weist das Umkehrsystem 1 zwei gleichartige Umkehrsätze 6 A-A aus Stablinsen 7 des Typs A, einen gleichartigen Umkehrsatz 6 B-B aus zwei Stablinsen 7 des Typs B, einen gemischten Umkehrsatz 6 A-B aus je einer Stablinse 7 des Typs A und des Typs B.
  • Darüber hinaus weist das Umkehrsystem 1 aber noch eine weitere einzelne Stablinse 7 vom Typ B am proximalen Ende 13 auf. Diese letzte Stablinse 7 vom Typ B bildet, wie bereits erläutert wurde, mit den Abbildungslinsen 16 der Kameraeinheit 4 einen weiteren Umkehrsatz 6e aus. Dadurch entsteht eine Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Anzahl an Umkehrsätzen 6 um die in 1 illustrierte Mittelebene 9, die gerade der konjugierten Ebene 11c entspricht.
  • Wie in 1 und 4 zu erkennen ist, werden in dem Umkehrsystem 1 lediglich zwei unterschiedliche Typen A und B von Stablinsen 7 verwendet. Diese Typen A und B unterscheiden sich dabei von dem Typ C der Stablinse 7, die im Objektiv 3 verwendet wird. Insgesamt verfügt das Umkehrsystem 1 somit über neun Stablinsen 7 und vier Umkehrstufen 6.
  • Sowohl die Stablinsen 7 vom Typ A als auch die Stablinsen 7 vom Typ B sind jeweils als ein Doublet ausgebildet (Vgl. 4) und produzieren dadurch eine jeweilige positive longitudinale chromatische Aberration (LCA). Genauer bestehen die Stablinsen 7 jeweils aus zwei komplementären Glaskomponenten 14a, 14b mit sphärischen optischen Flächen.
  • Wie in 4 illustriert, besteht jede Stablinse 7 aus einer (langen) bikonvexen Linse 14b, auf die eine (kürzere) Meniskuslinse 14a aufgesetzt beziehungsweise aufgekittet ist. Dies gilt sowohl für Stablinsen des Typs A, als auch für Stablinsen 7 des Typs B (Vgl. 4), wobei die Meniskuslinse 14a des Typs B etwas länger als diejenige des Typs A ist. Entsprechend ist die bikonvexe Linse 14b der Stablinse 7 vom Typ B etwas kürzer ausgestaltet als diejenige der Stablinse 7 vom Typ A. Dieser Ansatz führt zu einer stark vereinfachten Fertigung des Umkehrsystems 1 und damit zu Kosteneinsparungen.
  • Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Konzepts ist dabei die Überlegung, die Stablinsen 7 des Umkehrsystems 1 als kostengünstige Doublets auszubilden, die typischerweise eine positive chromatische Längsaberration erzeugen. Da sowohl die Stablinsen 7 vom Typ A als auch die Stablinsen 7 vom Typ B Konvexlinsen verwenden, erzeugen beide Typen A und B grundsätzlich positive Farblängsfehler (LCA), die sich entlang des Umkehrsystems 1 aufaddieren. Das optische Design und die Materialwahl für die einzelnen Glaskomponenten der Stablinsen 7 ist nun gerade so gewählt, dass die gleichartigen Umkehrsätze 6 A-A und B-B des Umkehrsystems 1 einen ersten Farblängsfehler (LCA1) und einen ersten Farbquerfehler (TCA1) einprägen und der gemischte Umkehrsatz 6 A-B einen zweiten Farblängsfehler (LCA2) und einen zweiten Farbquerfehler (TCA2) einprägt. Hierbei haben der erste Farblängsfehler (LCA1) und der zweite Farblängsfehler (LCA2) dasselbe Vorzeichen und der erste Farbquerfehler (TCA1) und der zweite Farbquerfehler (TCA2) unterschiedliche Vorzeichen. Im Ergebnis kompensieren sich dadurch die Farbquerfehler der einzelnen Umkehrsätze 6 zumindest teilweise, während sich ihre Farblängsfehler aufaddieren.
  • Zusammenfassend wird zur Verbesserung der Bildgebung bei gleichzeitiger Vereinfachung der Fertigung eines starren Endoskops 2 vorgeschlagen, zur Bildübertragung von einem Objektiv 3 zu einer proximal angeordneten Kameraeinheit 4 des Endoskops 2 ein Umkehrsystem 1 als Relais-Optik zu verwenden, welches eine ungerade Anzahl eines ersten Typs A von Stablinsen 7 und eine gerade Anzahl eines zweiten Typs B von Stablinsen 7 aufweist, die jeweils auf einer Hälfte des Umkehrsystems 1 in Bezug auf eine Mittelebene 9 des Umkehrsystems 1 angeordnet sind (Vgl. 1).
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Umkehrsystem
    2
    Endoskop
    3
    Objektiv
    4
    Kameraeinheit
    5
    Umlenkprisma
    6
    Umkehrsatz/Umkehrstufe
    7
    Stablinse
    8
    Bildsensor
    9
    Mittelebene (Symmetrieebene)
    10
    Zwischenbildebene
    11
    konjugierte Ebene
    12
    distales Ende (von 2 beziehungsweise 1)
    13
    proximales Ende (von 2 beziehungsweise 1)
    14
    Komponente (von 7)
    15
    asphärische Linse
    16
    Abbildungslinsen
    17
    Linsengruppe

Claims (12)

  1. Umkehrsystem (1) zur Verwendung in einem Endoskop (2), welches ein Objektiv (3) und eine Kameraeinheit (4) aufweist, - wobei das Umkehrsystem (1) zur Weiterleitung von Licht von dem Objektiv (3) zur Kameraeinheit (4) ausgelegt ist und - wobei das Umkehrsystem (1) mehrere Umkehrsätze (6) aus je zwei Stablinsen (7) aufweist, die jeweils eine näherungsweise 1:1-Abbildung realisieren, dadurch gekennzeichnet, - dass das Umkehrsystem (1) lediglich einen ersten Typ A und einen zweiten Typ B von Stablinsen (7) aufweist, - wobei das Umkehrsystem (1) sowohl einen gleichartigen Umkehrsatz (6) A-A als auch einen zweiten gleichartigen Umkehrsatz (6) B-B, die jeweils aus zwei Stablinsen (7) desselben Typs gebildet sind, umfasst, - wobei ein jeweiliger Umkehrsatz (6) A-A oder B-B des Umkehrsystems (1), der aus zwei Stablinsen (7) desselben Typs gebildet ist, einen ersten Farblängsfehler (LCA1) und einen ersten Farbquerfehler (TCA1) einprägt und - wobei ein Umkehrsatz (6) A-B des Umkehrsystems (1), der aus zwei Stablinsen (7) unterschiedlichen Typs gebildet ist, einen zweiten Farblängsfehler (LCA2) und einen zweiten Farbquerfehler (TCA2) einprägt, und - wobei der erste Farblängsfehler (LCA1) und der zweite Farblängsfehler (LCA2) dasselbe Vorzeichen und - der erste Farbquerfehler (TCA1) und der zweite Farbquerfehler (TCA2) unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, - insbesondere sodass sich die Farbquerfehler der einzelnen Umkehrsätze (6) teilweise kompensieren, während sich ihre Farblängsfehler aufaddieren.
  2. Umkehrsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Farblängsfehler (LCA1) und die jeweiligen Farbquerfehler (TCAl) von Umkehrsätzen (6) A-A oder B-B des Umkehrsystems (1), die jeweils aus zwei Stablinsen (7) desselben Typs gebildet sind, das gleiche Vorzeichen aufweisen.
  3. Umkehrsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Umkehrsatz (6) B-B des Umkehrsystems (1), der aus zwei Stablinsen (7) des zweiten Typs B gebildet ist, einen dritten Farblängsfehler (LCA3) einprägt, der betragsmäßig kleiner ist als der zweite Farblängsfehler (LCA2) und/oder als der erste Farblängsfehler (LCA1).
  4. Umkehrsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Umkehrsatz (6) B-B des Umkehrsystems (1), der aus zwei Stablinsen (7) des zweiten Typs B gebildet ist, einen dritten Farbquerfehler (TCA3) einprägt, der betragsmäßig kleiner ist als der zweite Farbquerfehler (TCA2) und/oder kleiner als der erste Farbquerfehler (TCA1) .
  5. Umkehrsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Farbquerfehler (TCA) eines gemischten Umkehrsatzes (6) A-B und eines weiteren Umkehrsatzes (6) B-B, der aus zwei Stablinsen des Typs B gebildet ist, das gleiche Vorzeichen aufweisen, - insbesondere wobei der Farbquerfehler (TCA) des Umkehrsatzes (6) A-B kleiner ist als derjenige eines Umkehrsatzes (6) A-A.
  6. Umkehrsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle Stablinsen (7) des Umkehrsystems (1) jeweils als Doublets auf Basis von nur zwei unterschiedlichen Komponenten (14a, 14b) ausgebildet sind, - vorzugsweise sodass die Stablinsen (7) des Umkehrsystems (1) allesamt eine positive chromatische Längsaberration (LCA1, LCA2, LCA3) einprägen, insbesondere sodass die totale chromatische Längsaberration des Umkehrsystems (1) positiv ist.
  7. Umkehrsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Umkehrsystem (1) eine ungerade Anzahl von Stablinsen (7) des ersten Typs A aufweist.
  8. Umkehrsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Umkehrsystem (1) eine gerade Anzahl von Stablinsen (7) des zweiten Typs B aufweist.
  9. Umkehrsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Umkehrsystem (1) insgesamt - zwei gleichartige Umkehrsätze (6) A-A aus Stablinsen (7) des Typs A, - einen gleichartigen Umkehrsatz (6) B-B aus zwei Stablinsen (7) des Typs B, - einen gemischten Umkehrsatz (6) A-B aus je einer Stablinse (7) des Typs A und des Typs B, sowie - eine weitere Stablinse (7) vom Typ B aufweist, - vorzugsweise sodass das Umkehrsystem (1) insgesamt fünf Zwischenbildebenen (10a, 10b, 10c, 10d, 10e) und/oder fünf konjugierte Ebenen (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) bietet.
  10. Umkehrsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, - wobei das Umkehrsystem (1) eine einzelne Stablinse (7) am proximalen Ende (13) aufweist, die dazu vorgesehen ist, mit Abbildungslinsen (16) der Kameraeinheit (4) einen weiteren Umkehrsatz (6e) zu bilden, - insbesondere sodass sich insgesamt um eine Mittelebene (9) des Umkehrsystems (1) eine Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Anzahl an Umkehrsätzen (6) ergibt.
  11. Endoskop (2), insbesondere Schrägsichtendoskop (2), mit einem Objektiv (3), einer Kameraeinheit (4) und einem dazwischen angeordneten Umkehrsystem (1), dadurch gekennzeichnet, - dass das Umkehrsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist, - insbesondere wobei das Objektiv (3) des Endoskops (2) eine Stablinse (7) von einem Typ C aufweist, der von den Typen A und B der im Umkehrsystem (1) verwendeten Stablinsen (7) abweicht.
  12. Verwendung eines Endoskops (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mit dem Endoskop (2) Fluoreszenzlicht, - insbesondere zwischen 815 bis 860 Nanometern und/oder - unter Verwendung von Anregungslicht bei 808 Nanometer, beobachtet wird.
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