DE10221401A1

DE10221401A1 - Endoskop-Objektivoptik

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Publication number: DE10221401A1
Application number: DE10221401A
Authority: DE
Inventors: Minoru Murayama
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: US20030030918A1; US6618205B2; DE10221401B4

Abstract

Eine Endoskop-Objektivoptik enthält eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine Bilderzeugungsvorrichtung, die in dieser Reihenfolge, vom Objekt her gesehen, angeordnet sind. Die Brennweitenänderung erfolgt durch Bewegen der positiven zweiten Linsengruppe längs der optischen Achse. Die Endoskop-Objektivoptik erfüllt folgende Bedingung (1): DOLLAR A m¶2T¶ < m¶2W¶ < -1, DOLLAR A worin DOLLAR A m¶2T¶ den Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung längster Brennweite und DOLLAR A m¶2W¶ den Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Objektivoptik eines elektronischen Endoskops.

In herkömmlichen Objektivoptiken von Endoskopen, in denen (i) eine Retrofokus- Optik mit einer ersten Linsengruppe mit negativer Brechkraft, im Folgenden als negative erste Linsengruppe bezeichnet, und einer zweiten Linsengruppe mit positiver Brechkraft, im Folgenden als positive zweite Linsengruppe bezeichnet, eingesetzt werden und (ii) die positive zweite Linsengruppe zum Durchführen der Brennweitenänderung längs der optischen Achse bewegbar ist, sind beispielswei se in der geprüften Japanischen Patentveröffentlichung Sho-55-15004 (unge prüfte Japanische Patentveröffentlichung Sho-51-44937) und in dem Japanischen Patent 2804267 (ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (JUPP) Hei-1-279219) beschrieben. Die in der Sho-55-15004 beschriebene Objektivoptik hat jedoch ein kleines Zoom- oder Brennweitenverhältnis und bei der Einstellung kürzester Brennweite einen engen Feldwinkel von etwa 90°. Auch die in dem Japanischen Patent 2804267 beschriebene Objektivoptik hat bei der Einstellung kürzester Brennweite einen engen Feldwinkel von etwa 100°.

Beispiele für Objektivoptiken von Endoskopen, die bei der Einstellung kürzester Brennweite einen Superweitwinkel haben, sind die in der JUPP Hei-8-54561 und JUPP Hei-11-316339 beschriebenen Objektivoptiken, die bei der Einstellung kürzester Brennweite einen Feldwinkel von etwa 130° bis 140° haben.

In der in der JUPP Hei-8-54561 beschriebenen Objektivoptik eines Endoskops wird in der Optik an einer Zwischenposition ein reelles Bild erzeugt und die Brennweitenänderung, d. h. der Zoomvorgang, von einer Umkehroptik vorgenom men. Infolgedessen hat die Objektivoptik eine große Zahl an Linsenelementen und eine große Gesamtlänge.

Die in der JUPP Hei-11-316399 beschriebene Objektivoptik eines Endoskops hat eine Anordnung aus drei Linsengruppen, nämlich eine positive Linsengruppe, eine negative Linsengruppe und eine positive Linsengruppe. Zur Brennweitenänderung wird die zweite Linsengruppe bewegt. Die Anordnung der positiven ersten Linsen gruppe ist jedoch gleichbedeutend mit einer Retrofokus-Optik, in der das am weitesten objektseitig angeordnete Linsenelement negative Brechkraft hat, um einen weiten Feldwinkel zu erreichen. Deshalb hat die Objektivoptik eine große Zahl an Linsenelementen und eine große Gesamtlänge. Ferner wird die Brenn weitenänderung von der negativen zweiten Linsengruppe vorgenommen, so dass der Durchmesser der dritten Linsengruppe groß wird, wenn die Brennweite bei der Einstellung kürzester Brennweite verkürzt werden soll.

Die Erfindung wird auf eine Objektivoptik eines Endoskops angewendet, in der eine negative erste Linsengruppe und eine positive zweite Linsengruppe vorgese hen sind und die Brennweitenänderung durch Bewegen der positiven zweiten Linsengruppe längs der optischen Achse erfolgt. Indem durch die Erfindung insbesondere der Abbildungsmaßstab, d. h. die laterale Vergrößerung, in einem vorbestimmten Bereich eingestellt wird, ermöglicht die Endoskop-Objektivoptik sowohl das Betrachten in einem weiteren Feldwinkel als auch das vergrößerte Betrachten mit einem höheren Brennweiten- oder Zoomverhältnis, während zu gleich die Gesamtlänge der Objektivoptik kurz und der Durchmesser klein gehal ten werden.

Die Erfindung erreicht dies durch die Objektivoptik eines Endoskops, im Folgen den als Endoskop-Objektivoptik bezeichnet, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 6, 7 und 8 sind besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Korrektion von Aberrationen.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläu tert. Darin zeigen:

Fig. 1 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik bei der Einstel lung kürzester Brennweite als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2A, 2B, 2C, 2D und 2E in der Linsenanordnung nach Fig. 1 auftretende Aberrationen,

Fig. 3 die Linsenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 4A, 4B, 4C, 4D und 4E in der Linsenanordnung nach Fig. 3 auftretende Aberrationen,

Fig. 5 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als zweites Ausführungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 6A, 6B, 6C, 6D und 6E in der Linsenanordnung nach Fig. 5 auftretende Aberrationen,

Fig. 7 die Linsenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E in der Linsenanordnung nach Fig. 7 auftretende Aberrationen,

Fig. 9 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als drittes Aus führungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 10A, 10B, 10C, 10D und 10E in der Linsenanordnung nach Fig. 9 auftretende Aberrationen,

Fig. 11 die Linsenanordnung des dritten Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 12A, 12B, 12C, 12D und 12E in der Linsenanordnung nach Fig. 11 auftretende Aberrationen,

Fig. 13 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als viertes Aus führungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 14A, 14B, 14C, 14D und 14E in der Linsenanordnung nach Fig. 13 auftretende Aberrationen,

Fig. 15 die Linsenanordnung des vierten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 16A, 16B, 16C, 16D und 16E in der Linsenanordnung nach Fig. 15 auftretende Aberrationen,

Fig. 17 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als fünftes Aus führungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 18A, 18B, 18C, 18D und 18E in der Linsenanordnung nach Fig. 17 auftretende Aberrationen,

Fig. 19 die Linsenanordnung des fünften Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 20A, 20B, 20C, 20D und 20E in der Linsenanordnung nach Fig. 19 auftretende Aberrationen,

Fig. 21 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als sechstes Ausführungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 22A, 22B, 22C, 22D und 22E in der Linsenanordnung nach Fig. 21 auftretende Aberrationen,

Fig. 23 die Linsenanordnung des sechsten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 24A, 24B, 24C, 24D und 24E in der Linsenanordnung nach Fig. 23 auftretende Aberrationen,

Fig. 25 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als siebentes Ausführungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 26A, 26B, 26C, 26D und 26E in der Linsenanordnung nach Fig. 25 auftretende Aberrationen,

Fig. 27 die Linsenanordnung des siebenten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 28A, 28B, 28C, 28D und 28E in der Linsenanordnung nach Fig. 27 auftretende Aberrationen,

Fig. 29 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als achtes Aus führungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 30A, 30B, 30C, 30D und 30E in der Linsenanordnung nach Fig. 29 auftretende Aberrationen,

Fig. 31 die Linsenanordnung des achten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 32A, 32B, 32C, 32D und 32E in der Linsenanordnung nach Fig. 31 auftretende Aberrationen,

Fig. 33 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als neuntes Ausführungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 34A, 34B, 34C, 34D und 34E in der Linsenanordnung nach Fig. 33 auftretende Aberrationen,

Fig. 35 die Linsenanordnung des neunten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 36A, 36B, 36C, 36D und 36E in der Linsenanordnung nach Fig. 35 auftretende Aberrationen,

Fig. 37 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik als zehntes Ausführungsbeispiel bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 38A, 38B, 38C, 38D und 38E in der Linsenanordnung nach Fig. 37 auftretende Aberrationen,

Fig. 39 die Linsenanordnung des zehnten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 40A, 40B, 40C, 40D und 40E in der Linsenanordnung nach Fig. 39 auftretende Aberrationen,

Fig. 41 die Linsenanordnung einer Endoskop-Objektivoptik bei der Einstel lung kürzester Brennweite als elftes Ausführungsbeispiel,

Fig. 42A, 42B, 42C, 42D und 42E in der Linsenanordnung nach Fig. 41 auftretende Aberrationen,

Fig. 43 die Linsenanordnung des elften Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 44A, 44B, 44C, 44D und 44E in der Linsenanordnung nach Fig. 43 auftretende Aberrationen, und

Fig. 45 die an dem vorderen Ende des Einführteils des Endoskops befe stigte Objektivoptik sowie deren Verstellweg in schematischer Dar stellung.

Fig. 45 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Endoskop-Objektivoptik. Die negative erste Linsengruppe 11 ist an dem vorderen Ende eines Endoskopkörper- Einführteils 10 befestigt. Der Einführteil 10, eine Blende S, eine positive zweite Linsengruppe 12, ein Abdeckglas (Filter) 13 und eine hinter dem Abdeckglas 13 befestigte Bilderzeugungsvorrichtung 14 sind in dieser Reihenfolge von der ersten Linsengruppe 11 her gesehen angeordnet. Die Blende S ist an der positiven zweiten Linsengruppe 12 montiert. Die zweite Linsengruppe 12 (Blende S) und ein das Abdeckglas 13 und die Bilderzeugungsvorrichtung 14 umfassender kombi nierter Körper sind jeweils längs der optischen Achse bewegbar.

Um die Endoskop-Objektivoptik auf eine Objektentfernung OL einzustellen, wird wie folgt vorgegangen:

a) eine Objektentfernung OS bei der Einstellung kürzester Brennweite S wird als Referenzentfernung gesetzt;
b) die zweite Linsengruppe 12 wird zum Objekt hin bewegt, um die Brennweite zu längeren Brennweiten hin zu verändern; und
c) die Bilderzeugungsvorrichtung 14 (Abdeckglas 13) wird vom Objekt weg bewegt, um die Objektentfernung OL zu verringern.

In der oben beschriebenen Endoskop-Objektivoptik vom Retrofokustyp, welche die negative erste Linsengruppe 11 und die positive zweite Linsengruppe 12 enthält, wird der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe 11 und der positiven zweiten Linsengruppe 12 größer, wenn die positive zweite Linsengruppe 12 in Richtung der optischen Achse bewegt wird, um die Brennweite der gesam ten Endoskop-Objektivoptik zu ändern. Infolgedessen wird der Durchmesser der negativen ersten Linsengruppe 11 größer als der einer Endoskop-Objektivoptik mit fester Brennweite, d. h. einer Objektivoptik ohne bewegbare Linsengruppen.

Will man die kürzestmögliche Brennweite verringern und dabei den Durchmesser der negativen ersten Linsengruppe 11 verkleinern, so muss die Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 11 erhöht werden. Versucht man nun die Brech kraft der negativen ersten Linsengruppe 11 zu vergrößern und zugleich den Abbil dungsmaßstab (Vergrößerung) der gesamten Endoskop-Objektivoptik konstant halten, so muss die Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 12 erhöht werden.

Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 spezifiziert den Abbildungsmaßstab der positiven zweiten Linsengruppe 12 derart, dass ein weiter Feldwinkel und eine weitere Miniaturisierung in der negativen ersten Linsengruppe 11 erreicht werden.

Übersteigt m_2T < m_2W die obere Grenze der Bedingung (1), so wird die Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 11 schwächer, wodurch deren Durchmesser größer wird, wenn man einen weiteren Feldwinkel erhalten will.

Die Bedingung (2) des Anspruchs 2 spezifiziert die Brennweite der negativen ersten Linsengruppe derart, dass unter der Voraussetzung, dass die Bedingung (1) erfüllt ist, ein weiterer Feldwinkel erhalten wird.

Wird der Feldwinkel dermaßen vergrößert, dass f₁/f_W die untere Grenze der Be dingung (2) unterschreitet, so wird der Durchmesser der negativen ersten Linsen gruppe 11 groß.

Überschreitet dagegen f₁/f_W die obere Grenze der Bedingung (2), so treten be trächtliche Aberrationen in der negativen ersten Linsengruppe 11 auf, so dass die Aberrationen nicht in jedem Brennweitenbereich korrigiert werden können. Dies liegt daran, dass in der negativen ersten Linsengruppe 11 der Randlichtstrahl bei der Einstellung kürzester Brennweite und der bei der Einstellung längster Brenn weite einen großen Höhenunterschied aufweisen.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, nehmen die in der negativen ersten Linsengruppe 11 auftretenden Aberrationen zu, da diese eine starke negative Brechkraft hat.

Das negative erste Linsenelement 11 kann aus einem Linsenelement bestehen. Vorzugsweise besteht jedoch die negative erste Linsengruppe 11 aus einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenelement, um sicherzustellen, dass die Aberrationen in gut ausgeglichener Art und Weise korrigiert werden und so die optische Leistung über den gesamten Brennweitenbereich ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite aufrecht erhalten wird.

Durch die Ausbildung der negativen ersten Linsengruppe 11 als Anordnung aus zwei Linsenelementen, nämlich einem negativen und einem positiven Element, können die Aberrationen verringert werden, wie z. B. die chromatische Queraber ration und die Bildfeldwölbung, die in der negativen ersten Linsengruppe 11 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftreten. So erhält man über den gesamten Brennweitenbereich ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite eine gute optische Leistung.

Die Bedingung (3) des Anspruchs 5 spezifiziert den Brechungsindex eines in der negativen ersten Linsengruppe 11 vorgesehenen negativen Linsenelementes derart, dass der Durchmesser der negativen ersten Linsengruppe 11 klein bleibt.

Die Bedingung (4) des Anspruchs 5 spezifiziert die Brechkraft eines in der negati ven ersten Linsengruppe 11 vorgesehenen positiven Linsenelementes.

Unterschreitet f₁₊/f_W die untere Grenze der Bedingung (4), so wird die negative Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 11 kleiner, wodurch der Durchmes ser der negativen ersten Linsengruppe 11 zunimmt.

Übersteigt dagegen f₁₊/f_W die obere Grenze der Bedingung (4), so nehmen die von dem positiven Linsenelement verursachten Wirkungen der Aberrationskorrek tion ab.

Ferner ist es besonders effektiv, eine asphärische Fläche zum Korrigieren der Aberration einzusetzen, die in der negativen Linsengruppe 11 mit ihrer starken negativen Brechkraft auftreten.

Wie oben erläutert, unterscheiden sich in der negativen ersten Linsengruppe 11 die Höhen der Randstrahlen bei der Einstellung kürzester Brennweite und bei der Einstellung längster Brennweite stark voneinander. Folglich kann die asphärische Fläche mit den folgenden Merkmalen Koma und Bildfeldwölbung bei der Einstel lung kürzester Brennweite und der Einstellung längster Brennweite angemessen korrigieren:

a) Für den Fall, dass die negative erste Linsengruppe 11 ein negatives Lin senelement mit einer asphärischen Fläche enthält, ist letztere so geformt, dass die Linsendicke des mit der asphärischen Fläche versehenen negativen Linsenele mentes kleiner als die eines negativen Linsenelementes mit einer sphärischen Fläche, die in derselben Höhe über der optischen Achse denselben paraxialen Krümmungsradius wie die asphärische Fläche hat, und dass die Differenz zwi schen der Dicke des mit der asphärischen Fläche versehenen negativen Lin senelementes und der Dicke des mit der sphärischen Fläche versehenen negati ven Linsenelementes mit zunehmender Höhe über der optischen Achse größer wird.
b) Für den Fall, dass die negative erste Linsengruppe 11 ein positives Lin senelement mit einer asphärischen Fläche enthält, ist letztere so geformt, dass die Linsendicke des mit der asphärischen Fläche versehenen positiven Linsenele mentes kleiner ist als die eines positiven Linsenelementes mit einer sphärischen Fläche, die in derselben Höhe über der optischen Achse denselben paraxialen Krümmungsradius wie die asphärische Fläche hat, und dass die Differenz zwi schen der Dicke des mit der asphärischen Fläche versehenen positiven Lin senelementes und der Dicke des mit der sphärischen Fläche versehenen positi ven Linsenelementes mit zunehmender Höhe über der optischen Achse größer wird.

In der positiven zweiten Linsengruppe 12 ist an deren am weitesten bildseitig angeordneten Fläche, wo die Höhe eines Randstrahls groß ist, vorzugsweise eine asphärische Fläche vorgesehen. Durch Vorsehen einer solchen asphärischen Fläche in der positiven zweiten Linsengruppe 12 können Koma und Bildfeldwöl bung geeignet korrigiert werden. Vorzugsweise enthält die positive zweite Linsen gruppe ein positives Linsenelement mit mindestens einer asphärischen Fläche, die so geformt ist, dass die Linsendicke des mit der asphärischen Fläche verse henen positiven Linsenelementes größer ist als die des positiven Linsenelementes mit einer sphärischen Fläche, die in derselben Höhe über der optischen Achse denselben paraxialen Krümmungsradius wie die asphärische Fläche hat, und dass die Differenz zwischen der Dicke des mit der asphärischen Fläche versehe nen positiven Linsenelementes und der Dicke des mit der sphärischen Fläche versehenen positiven Linsenelementes mit zunehmender Höhe über der opti schen Achse größer wird.

Die Bedingung (5) des Anspruchs 9 gibt das Verhältnis der Objektentfernung zur Brennweite der gesamten Endoskop-Objektivoptik an, wobei die beiden vorste hend genannten Größen jeweils auf die Einstellung kürzester Brennweite bezogen sind.

Unterschreitet ODIS_w/fw die untere Grenze der Bedingung (5), so nimmt die Objektentfernung bei der Einstellung kürzester Brennweite zu, so dass es schwie rig wird, einen zu vergrößernden und zu betrachtenden Objektteil festzulegen. Dies liegt daran, dass bei Unterschreiten der unteren Grenze der Bedingung (5) der Nahpunkt ((H×D)/(H+D); H: Nah-Fernpunkt, Naheinstellung auf Unendlich; D: Objektposition im fokussierten Zustand) der Schärfentiefe fern ist, wenn die Be trachtung bei einem weiten Feldwinkel vorgenommen wird.

Übersteigt ODIS_w/fw die obere Grenze der Bedingung (5), so verkürzt sich die Objektentfernung bei der Einstellung kürzester Brennweite, wodurch es schwierig wird, ein Objekt in größerer Entfernung zu betrachten.

Die Bedingung (6) des Anspruchs 9 gibt das Verhältnis der Objektentfernung bei der Einstellung längster Brennweite zur Brennweite der gesamten Endoskop- Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite an.

Unterschreitet ODIS_t/fw die untere Grenze der Bedingung (6), so kann ein aus reichend vergrößerter Abbildungsmaßstab (Vergrößerung) nicht erzielt werden.

Übersteigt dagegen ODIS_t/fw die obere Grenze der Bedingung (6), so ist das vordere Ende des Endoskops zu nahe an dem zu betrachtenden Objektteil ange ordnet. Die Beleuchtung dieses Objektteils ist deshalb möglicherweise nicht ausreichend, und/oder das vordere Ende des Endoskops kommt in Kontakt mit dem zu betrachtenden Objektteil, was die Betrachtung selbst bei einer geringen Bewegung des Endoskops unmöglich macht.

Im Folgenden werden spezielle numerische Daten der Ausführungsbeispiele angegeben. In den Diagrammen der chromatischen Aberration (chromatische Längsaberration), dargestellt durch die sphärische Aberration, bezeichnen die durchgezogene Linie und die beiden Arten von gestrichelten Linien die sphäri schen Aberrationen bei der d-, der g- bzw. der C-Linie. Entsprechend bezeichnen in den Diagrammen der chromatischen Queraberration die beiden Arten von gestrichelten Linien den Abbildungsmaßstab (Vergrößerung) bei der g- bzw. der C-Linie. Die d-Linie fällt als Basislinie mit der Ordinate zusammen. S bezeichnet das Sagittalbild und M das Meridionalbild. In den Tabellen bezeichnet FE die effektive F-Zahl, f die Brennweite der gesamten Endoskop-Objektivoptik, ODIS die Objektentfernung, die den Abstand zwischen der am weitesten objektseitigen Fläche der ersten Linsengruppe und dem Objekt angibt, f_B die hintere Schnittweite (Luftabstand zwischen der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche des Abdeckglases 13 und der Bildebene der Bilderzeugungsvorrichtung 14), m die laterale Vergrößerung, d. h. den Abbildungsmaßstab der gesamten Endoskop- Objektivoptik, m2T die laterale Vergrößerung, d. h. den Abbildungsmaßstab der positiven zweiten Linsengruppe 12 bei der Einstellung längster Brennweite, be rechnet bei einer Objektentfernung von -2,5, m2W die laterale Vergrößerung, d. h. den Abbildungsmaßstab der positiven zweiten Linsengruppe 12 bei der Einstel lung kürzester Brennweite, berechnet bei einer Objektentfernung von -10, r den Krümmungsradius, d die Linsenelementdicke oder den Abstand zwischen den Linsenelementen, Nd den Brechungsindex bei der d-Linie und v die Abbe-Zahl.

Ferner ist eine asphärische, zur optischen Achse symmetrische Fläche wie folgt definiert:

x = cy²/(1+[1-{1+K}c²y²]^½)+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸+A10y¹⁰ . . .

worin
c die Krümmung (1/r) der asphärischen Fläche im Scheitel,
y den Abstand von der optischen Achse,
K den Kegelschnittkoeffizienten sowie
A4 einen Asphärenkoeffizienten vierter Ordnung,
A6 einen Asphärenkoeffizienten sechster Ordnung,
A8 einen Asphärenkoeffizienten achter Ordnung, und
A10 einen Asphärenkoeffizienten zehnter Ordnung bezeichnet.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1 bis 4E zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 2A bis 2E zeigen in der Linsenan ordnung nach Fig. 1 auftretende Aberrationen. Fig. 3 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 4A bis 4E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 3 auftretende Aberrationen. In Tabelle 1 sind die numerischen Werte des ersten Ausführungsbeispiels angege ben. Die negative erste Linsengruppe 11 enthält ein negatives Linsenelement. Die positive zweite Linsengruppe 12 enthält, vom Objekt her gesehen, ein positives Linsenelement und Kittglied mit einem positiven Linsenelement und einem negati ven Linsenelement.

Tabelle 1

Ausführungsbeispiel 2

Die Fig. 5 bis 8E zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 5 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 6A bis 6E zeigen in der Linsenan ordnung nach Fig. 5 auftretende Aberrationen. Fig. 7 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 8A bis 8E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 7 auftretende Aberrationen. In Tabelle 2 sind die numerischen Werte des zweiten Ausführungsbeispiels angege ben. Die dem zweiten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanordnung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Die Fig. 9 bis 12E zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 9 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 10A bis 10E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 9 auftretende Aberrationen. Fig. 11 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 12A bis 12E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 11 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 3 sind die numerischen Werte des dritten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem dritten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanord nung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, abgesehen davon, dass die negative erste Linsengruppe 11, vom Objekt her gesehen, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement enthält.

Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 4

Die Fig. 13 bis 16E zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 13 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 14A bis 14E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 13 auftretende Aberrationen. Fig. 15 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 16A bis 16E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 15 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 4 sind die numerischen Werte des vierten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem vierten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanord nung ist die gleiche wie in dem dritten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 4

Ausführungsbeispiel 5

Die Fig. 17 bis 20E zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 17 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 18A bis 18E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 17 auftretende Aberrationen. Fig. 19 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 20A bis 20E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 19 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 5 sind die numerischen Werte des fünften Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem fünften Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenan ordnung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 5

Ausführungsbeispiel 6

Die Fig. 21 bis 24E zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 21 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 22A bis 22E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 21 auftretende Aberrationen. Fig. 23 zeigt die Endoskop- Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 24A bis 24E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 23 auftretende Aberrationen. In Tabelle 6 sind die numerischen Werte des sechsten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem sechsten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanordnung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 6

Ausführungsbeispiel 7

Die Fig. 25 bis 28E zeigen ein siebentes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 25 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 26A bis 26E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 25 auftretende Aberrationen. Fig. 27 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 28A bis 28E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 27 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 7 sind die numerischen Werte des siebenten Ausführungsbei spiels angegeben. Die dem siebenten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanordnung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 7

Daten der asphärischen Fläche (nicht angegebene Asphärenkoeffizienten sind Null (0,00)):

Ausführungsbeispiel 8

Die Fig. 29 bis 32E zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 29 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 30A bis 30E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 29 auftretende Aberrationen. Fig. 31 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 32A bis 32E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 31 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 8 sind die numerischen Werte des achten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem achten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanord nung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 8

Ausführungsbeispiel 9

Die Fig. 33 bis 36E zeigen ein neuntes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 33 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 34A bis 34E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 33 auftretende Aberrationen. Fig. 35 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 36A bis 36E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 35 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 9 sind die numerischen Werte des neunten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem neunten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenan ordnung ist die gleiche wie in dem dritten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 9

Ausführungsbeispiel 10

Die Fig. 37 bis 40E zeigen ein zehntes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 37 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 38A bis 38E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 37 auftretende Aberrationen. Fig. 39 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 40A bis 40E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 39 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 10 sind die numerischen Werte des zehnten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem zehnten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenan ordnung ist die gleiche wie in dem dritten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 10

Ausführungsbeispiel 11

Die Fig. 41 bis 44E zeigen ein elftes Ausführungsbeispiel der Endoskop- Objektivoptik. Fig. 41 zeigt die Linsenanordnung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Fig. 42A bis 42E zeigen in der Linsen anordnung nach Fig. 41 auftretende Aberrationen. Fig. 43 zeigt die Linsenanord nung der Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 44A bis 44E zeigen in der Linsenanordnung nach Fig. 43 auftretende Aberratio nen. In Tabelle 11 sind die numerischen Werte des elften Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem elften Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanord nung ist die gleiche wie in dem dritten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 11

Die numerischen Werte der einzelnen Bedingungen sind in Tabelle 12 für jedes Ausführungsbeispiel angegeben.

Tabelle 12

Aus Tabelle 12 geht hervor, wie die Ausführungsbeispiele (1) bis (11) die Bedin gungen (1) bis (6) erfüllen. Wie den Aberrationsdiagrammen zu entnehmen ist, sind die verschiedenen Aberrationen angemessen korrigiert.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung eine Endoskop- Objektivoptik bereit, die (i) sowohl das Betrachten mit einem weiteren Feldwinkel (ii) als auch ein vergrößertes Betrachten mit einem höheren Brennweitenverhältnis ermöglicht sowie (iii) ihre Gesamtlänge kurz und (iv) ihren Durchmesser klein halten kann.

Claims

1. Endoskop-Objektivoptik mit einer negativen ersten Linsengruppe, einer positiven zweiten Linsengruppe und einer Bilderzeugungsvorrichtung, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her gesehen angeordnet sind,
wobei die Brennweitenänderung durch Bewegen der positiven zweiten Linsengruppe längs der optischen Achse erfolgt und folgende Bedingung (1) erfüllt ist:
m_2T < m_2W < -1 (1)
worin
m_2T den Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung längster Brennweite und
m_2W den Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

2. Endoskop-Objektivoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung (2) erfüllt ist:
-1,15 < f₁/f_W < -0,5 (2)
worin
f₁ die Brennweite der ersten Linsengruppe und
f_W die Brennweite der gesamten Endoskop-Objektivoptik bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

3. Endoskop-Objektivoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die negative erste Linsengruppe an dem vorderen Ende eines Endo skopkörper-Einführteils befestigt ist,
die positive zweite Linsengruppe und die Bilderzeugungsvorrichtung in dem Endoskopkörper-Einführteil längs der optischen Achse bewegbar gehalten sind und
die Bilderzeugungsvorrichtung längs der optischen Achse bewegbar ist, um den Abbildungsmaßstab der Endoskop-Objektivoptik und die Objektentfer nung im fokussierten Zustand zu ändern.

4. Endoskop-Objektivoptik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die negative erste Linsengruppe aus einem negativen Linsenelement besteht.

5. Endoskop-Objektivoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die negative erste Linsengruppe ein negatives Lin senelement und ein positives Linsenelement enthält, die in dieser Reihenfol ge vom Objekt her gesehen angeordnet sind,
und dass die negative erste Linsengruppe die folgenden Bedingungen (3) und (4) erfüllt:
n < 1,7 (3)
3,5 < f₁₊/f_W < 25 (4)
worin n den Brechungsindex des in der negativen ersten Linsengruppe vorgesehe nen negativen Linsenelementes und
f₁₊ die Brennweite des in der negativen ersten Linsengruppe vorgesehenen positiven Linsenelementes bezeichnet.

6. Endoskop-Objektivoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die negative erste Linsengruppe ein negatives Lin senelement mit mindestens einer asphärischen Fläche enthält, die derart geformt ist, dass die Linsendicke des mit der asphärischen Fläche versehe nen negativen Linsenelementes größer ist als die eines negativen Lin senelementes mit einer sphärischen Fläche, die in derselben Höhe über der optischen Achse denselben paraxialen Krümmungsradius wie die asphäri sche Fläche hat, und dass die Differenz zwischen dem mit der asphärischen Fläche versehenen negativen Linsenelement und dem mit der sphärischen Fläche versehenen negativen Linsenelement mit zunehmender Höhe über der optischen Achse größer wird.

7. Endoskop-Objektivoptik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass das positive Linsenelement mindestens eine asphärische Fläche hat, die derart geformt ist, dass die Linsendicke des mit der asphärischen Fläche versehenen positiven Linsenelementes kleiner ist als die eines positi ven Linsenelementes mit einer sphärischen Fläche, die in derselben Höhe über der optischen Achse denselben paraxialen Krümmungsradius wie die asphärische Fläche hat, und dass die Differenz zwischen der Dicke des mit der asphärischen Fläche versehenen positiven Linsenelementes und der Dicke des mit der sphärischen Fläche versehenen positiven Linsenelemen tes mit zunehmender Höhe über der optischen Achse größer wird.

8. Endoskop-Objektivoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die positive zweite Linsengruppe ein positives Lin senelement mit mindestens einer asphärischen Fläche hat, die derart ge formt ist, dass die Linsendicke des mit der asphärischen Fläche versehenen positiven Linsenelementes größer ist als die eines positiven Linsenelemen tes mit einer sphärischen Fläche, die in derselben Höhe über der optischen Achse denselben paraxialen Krümmungsradius wie die asphärische Fläche hat, und dass die Differenz zwischen der Dicke des mit der asphärischen Fläche versehenen positiven Linsenelementes und der Dicke des mit der sphärischen Fläche versehenen positiven Linsenelementes mit zunehmen der Höhe über der optischen Achse größer wird.

9. Endoskop-Objektivoptik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass folgende Bedingungen (5) und (6) erfüllt sind:
-9,2 < ODIS_w/fw < -4,7 (5)
-2,2 < ODIS_t/fw < -0,8 (6)
worin
ODIS_w die Objektentfernung bei der Einstellung kürzester Brennweite,
ODIS_t die Objektentfernung bei der Einstellung längster Brennweite, und
fw die Brennweite der gesamten Endoskop-Objektivoptik bezeichnet.