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Die
Erfindung betrifft einen Umkehrsatz der im Oberbegriff des Anspruches
1 genannten Art.
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Starre
Endoskope weisen üblicherweise
ein optisches System auf, das aus einem Objektiv, einem Okular und
einem dazwischen angeordneten Relay-Linsen-System besteht, welches
mehrere Umkehrsätze
aufweist. Da das Objektiv und jeder Umkehrsatz ein umgekehrtes Bild
erzeugt und da übliche
Endoskope ein aufrechtes Bild erzeugen sollen, wird üblicherweise
eine ungerade Anzahl von Umkehrsätzen
verwendet, so dass das von dem optischen System erzeugte Bild aufrecht
steht.
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Bekannte
Umkehrsätze
haben den Nachteil, dass sie sehr komplizierte Berechnungen erfordern, um
einen Umkehrsatz mit den gewünschten
optischen Eigenschaften zu konstruieren, d. h. mit korrigierten
Abbildungsfehlern. Wenn ein Umkehrsatz korrekt konstruiert ist,
besitzt er eine feste Konfiguration und kann in dieser Konfiguration
in Serie hergestellt werden, um mehrfach in optischen Systemen benutzt
zu werden.
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Der
Nachteil des Umkehrsatzes nach dem Stand der Technik besteht darin,
dass aufgrund seiner festen Konfiguration er auch eine feste Gesamtlänge aufweist.
Das bedeutet, dass ein optisches System zu vernünftigen Kosten nur mit einer
Länge hergestellt
werden kann, die ein Vielfaches (normalerweise ein ungerades Vielfaches)
der Länge
des Umkehrsatzes beträgt.
Wenn ein Standardendoskop drei Umkehrsätze aufweist und ein längeres Resektoskop
benötigt
wird, so muss man fünf
Umkehrsätze verwenden,
so dass sich die Gesamtlänge
fast verdoppelt. Wenn ein nur wenig verlängertes Endoskop benötigt wird,
so braucht man einen Umkehrsatz mit einer Länge, die von der Standardlänge abweicht, und
der muss komplett neu konstruiert werden. Eine solche komplette
Neukonstruktion eines Umkehrsatzes ist extrem kompliziert und teuer.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Konstruktion
eines Endoskopes abweichender Länge
einfacher und kostengünstiger
zu machen.
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Dies
wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.
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Erfindungsgemäß besitzen
die Linseneinheiten in jedem Halbsatz des Umkehrsatzes, von der Mitte
aus gesehen die folgende Brechkraft (Positiv und Negativ werden
im Folgenden P und N genannt): P, N, P, P. Für den kompletten Umkehrsatz
ergibt sich P, P, N, P, (Mitte), P, N, P, P. Um nach dem Stand der Technik
einen Umkehrsatz mit neuer Länge
auszubilden, müssen
alle Abstände
der Linsenein heiten, wobei zwischen benachbarten Linseneinheiten
stets ein Abstand besteht, und die Linseneinheiten selbst neu berechnet
werden. Dagegen benötigt
erfindungsgemäß die Neuberechnung
der Gesamtlänge
eines Umkehrsatzes nur das Auffinden neuer Abstände zwischen den Linseneinheiten. Änderungen
an den Linseneinheiten selbst sind nicht notwendig. Die Korrektur
der Abbildungsfehler bleibt von der Änderung der Gesamtlänge unbeeinflußt. Mit
demselben Satz von Linseneinheiten, nur unter Verwendung unterschiedlicher
Abstände,
kann somit eine neue Gesamtlänge
des Umkehrsatzes erhalten werden. Das Auffinden der korrekten Orte
der Linseneinheiten für eine
neue Gesamtlänge
des Umkehrsatzes ist sehr einfach. Für einen gegebenen Satz von
Linseneinheiten lassen sich einfache Formeln oder Kurven angeben,
mit denen alle Plätze
der Linseneinheiten für eine
gewünschte
Gesamtlänge
leicht auffindbar sind. Mit dem erfindungsgemäßen Umkehrsatz ergibt sich somit
ein einfacher Konstruktionsschritt zur Änderung der Gesamtlänge des
Satzes. Wenn ein Endoskop einer bestimmten Gesamtlänge benötigt wird,
erlaubt die Erfindung, einen Umkehrsatz entsprechender Länge einfach
zu konstruieren. Der erfindungsgemäße Umkehrsatz kann in einem
optischen System mit konventionellen Umkehrsätzen gemischt verwendet werden.
Wenn ein vorgegebenes Endoskop mit drei konventionellen Umkehrsätzen von
je 60 mm Länge
um 10 cm verlängert
werden soll, so können ein
konventioneller Umkehrsatz und ein erfindungsgemäßer Umkehrsatz einer Länge von
40 mm hinzugefügt
werden.
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Gemäß Anspruch
2 ist es vorteilhaft, dass die korrespondierenden Linseneinheiten
der beiden Halbsätze
symmetrische Abstände
zur Mitte aufweisen. Mit dieser Anordnung ergibt sich die Vergrößerung des
Umkehrsatzes zu 1, was üblicherweise
erwünscht
ist.
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Für besondere
Anwendungen ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 3 zu
verwenden. Wenn die äußeren Linsen
in asymmetrischer Position stehen, weicht die Vergrößerung von
1 ab. Die Vorteile des Anspruches 1 in Bezug auf die leichte Berechenbarkeit
der Gesamtlänge
bleiben bei dieser Konstruktion erhalten.
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Es
ist vorteilhaft, einen Glasstab in die Mitte des Umkehrsatzes anzuordnen.
Diese bekannte Maßnahme
reduziert die Luftlänge.
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In
den Zeichnungen ist die Erfindung schematisch dargestellt.
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1a–d zeigen
die Anordnung der Linseneinheiten eines Umkehrsatzes in vier unterschiedlichen
Gesamtlängen.
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2a–c zeigen
die Linseneinheiten eines Umkehrsatzes derselben Länge, jedoch
mit unterschiedlichen Vergrößerungen.
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3 zeigt
ein konventionelles optisches System mit 3 konventionellen Umkehrsätzen.
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4a–c zeigen
ein optisches System mit vier konventionellen Umkehrsätzen und
einem erfindungsgemäßen Umkehrsatz
in drei unterschiedlichen Längen.
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In 1a ist
ein erfindungsgemäßer Umkehrsatz 1a dargestellt,
der zwei Halbsätze 2a und 2b aufweist,
die symmetrisch in Bezug auf die Mitte des Umkehrsatzes 1 angeordnet
sind, welche in der Zeichnung mit der Mittellinie 5 dargestellt
ist. Von der Mittellinie 5 nach außen weist der Halbsatz 2a Linseneinheiten 3a1, 3a2, 3a3 und 3a4 auf.
Der Halbsatz 2b weist Linseneinheiten 3b1, 3b2, 3b3 und 3b4 auf.
Die Linsen der Paare 3a1-3b1, 3a2-3b2, 3a3-3b3 und 3a4-3b4 sind
identisch und symmetrisch im Bezug auf die Mittellinie 5 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die
Brechkraft der Linseneinheiten: 3a1 und 3b1 positiv, 3a2 und 3b2 negativ, 3a3 und 3b3 positiv
und 3a4 und 3b4 positiv. Dies ist mit den Buchstaben
P und N unter der 1a bezeichnet.
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Links
und rechts von dem Umkehrsatz 1a sind Bildebenen 6a und 6b dargestellt.
Wegen der symmetrischen Anordnung des Umkehrsatzes 1 wird ein
Bild von 6a nach 6b oder umgekehrt mit der Vergrößerung 1 übertragen.
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In 1a ist
der Umkehrsatz 1a mit einer bestimmten Gesamtlänge dargestellt.
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In
den 1b und 1c sind
Umkehrsätze 1b und 1c mit
unterschiedlichen Gesamtlängen
dargestellt. Wie 1 zeigt, werden für die Umkehrsätze 1a, 1b und 1c exakt
dieselben Linseneinheiten verwendet. Nur die relativen Abstände von
der Mittellinie 5 sind unterschiedlich. In allen drei Konfigurationen
beträgt
die Vergrößerung 1.
Nur die Gesamtlänge
ist unterschiedlich. Auch die Korrektur der Abbildungsfehler bleibt
dieselbe. Alle wesentlichen Abbildungsfehler sind ausreichend korrigiert.
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Wenn
der Umkehrsatz 1a mit der in 1a dargestellten
Gesamtlänge
korrekt konstruiert ist, ist die Änderung der Gesamtlänge leicht
möglich.
Wie die 1a–1c zeigen,
folgen die Änderungen der
Linsenposition einfachen Beziehungen. Die Linseneinheiten 3a1-3b4 benötigen keine
neue Berechnung. Erfindungsgemäß ist es
lediglich erforderlich, Linseneinheiten mit geeigneter Brechkraft
auszuwählen,
nämlich 3a1 und 3b1 mit
positiver Brechkraft, 3a2 und 3b2 mit negativer
Brechkraft, 3a3 und 3b3 mit positiver Brechkraft
und 3a4 und 3b4 mit positiver Brechkraft.
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Bei
Beachtung der vorgenannten Regeln, können die Linseneinheiten in
ihrer Form von dem in den 1a–1c dargestellten
Ausführungsbeispiel
abweichen. Anstelle einfacher Linsen, wie in der Zeichnung dargestellt,
können
auch verkit tete Linseneinheiten verwendet werden, die aus mehreren unterschiedlichen
Gläsern
bestehen.
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1d zeigt
einen alternativen Umkehrsatz 1d. Die Linsen 3a1-3a4 und 3b1-3b4 sind
dieselben, wie gemäß 1a.
Im mittleren Spalt zwischen den Linsen 3a1 und 3b1 ist
ein Glasstab 7 mit parallelen Endflächen angeordnet, um in dem
großen
mittleren Spalt zwischen den Halbsätzen 2a und 2b die
Distanz zu verringern, durch welche das Licht in Luft verläuft.
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Gemäß den 1a–1d ist
die Anordnung in den beiden Halbsätzen 2a und 2b symmetrisch
zur Mittellinie 5. Aufgrund dieser symmetrischen Anordnung
der Linseneinheiten beträgt
die Vergrößerung der
Umkehrsätze 1a–1c1.
Eine alternative Möglichkeit
ist in 2 gezeigt.
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2a zeigt
einen Umkehrsatz 11a ähnlicher
Konstruktion wie der Umkehrsatz 1a in 1a. Erfindungsgemäß liegt
wiederum eine symmetrische Anordnung der Linseneinheiten vor mit
der Abfolge der Brechkraft P, N, P, P in jedem Halbsatz.
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2b zeigt
einen Umkehrsatz 11b, der exakt dieselben Linseneinheiten
verwendet, wie der Umkehrsatz 11a. Wie 2 zeigt,
sind die Gesamtlängen
der Umkehrsätze 11a und 11b gleich.
Bei dem Umkehrsatz 11b sind jedoch die äußersten Linsen 14a und 14b asymmetrisch
verschoben. Aufgrund dieser asymmetrischen Anordnung der Linsen
ergibt sich eine andere Vergrößerung,
die in diesem Falle 0,75 beträgt.
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2c zeigt
einen Umkehrsatz 11c mit wiederum denselben Linsen wie
der Umkehrsatz 11a. Die äußersten Linsen 14a und 14b sind,
wie 2c zeigt, noch weiter asymmetrisch verschoben,
als im Umkehrsatz 11b. Die Gesamtlänge ist wiederum dieselbe wie
bei den Umkehrsätzen 11a und 11b.
Die Vergrößerung des
Umkehrsatzes 11c beträgt
0,5. Es muss angemerkt werden, dass die bei den Beispielen der 2a bis 2c angegebenen
Vergrößerungen
mit 1 für 2a,
0,75 für 2b und
0,5 für 2c für Strahlen
gelten, die die Linseneinheiten von links nach rechts durchlaufen.
Wenn Licht von rechts nach links verläuft, betragen die Vergrößerungen 1 in 2a,
1,33 in 2b und 2 in 2c.
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Die
Umkehrsätze 11a, 1lb und 11c aus 2 weisen dieselben Vorteile auf, wie der
Umkehrsatz 1 in 1 bezüglich der
leichten Veränderbarkeit
der Gesamtlänge.
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Die
in den
1 und
2 dargestellten
Umkehrsätze
werden in starren Endoskopen verwendet, wie sie z. B. in
13 der
US 4,693,568 A gezeigt sind. Entsprechend
der üblichen
Konstruktion starrer Endoskope umschließt ein nicht dargestelltes
starres Metallrohr ein optisches System, wie es in
3 dargestellt
ist.
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Das
optische System der 3 ist von konventioneller Konstruktion
mit einem Objektiv 20, drei Umkehrsätzen 21 und einem
Okular 22. Die Umkehrsätze 21 sind
identisch. Sie können
von jeder bekannten Konstruktion sein, wie in der Beschreibungseinleitung
erwähnt.
Um das Bild aufrecht zu halten, ist die Anzahl der Umkehrsätze 21 ungerade.
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Wenn
ein längeres
Endoskop benötigt
wird, können
zusätzliche
Umkehrsätze
hinzugefügt
werden. Das ist in 4a dargestellt. Zur rechten
Seite des optischen Systems sind zwei zusätzliche Umkehrsätze hinzugefügt. Einer
von diesen ist ein weiterer konventioneller Umkehrsatz 21.
Der andere ist ein Umkehrsatz 23a, der entsprechend der
vorliegenden Erfindung konstruiert ist, z. B. ein Umkehrsatz wie
in 1 oder 2 gezeigt. 4a zeigt,
dass der Umkehrsatz 23a kürzer ist, als der Umkehrsatz 21,
so dass sich eine gewünschte
spezielle Gesamt länge des
Endoskopes ergibt. Wie in den 4b und 4c gezeigt
ist, können
Umkehrsätze 23b oder 23c anderer
Länge anstelle
des Umkehrsatzes 23a verwendet werden, so dass jede gewünschte Gesamtlänge des
Endoskopes möglich
ist.
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Außerdem ist
es möglich,
jeden der konventionellen Umkehrsätze 21 durch einen
erfindungsgemäßen Umkehrsatz 23a zu
ersetzen, so dass die Gesamtlänge
des Endoskopes auf jede beliebige Länge eingestellt werden kann.
Für spezielle
Anwendungen kann ein Umkehrsatz gemäß 2 mit
Vergrößerungen
größer oder
kleiner 1 verwendet werden.