DE112004002220B4 - Umkehrsatz für optisches System mit Linseneinheiten positiver Brechkraft - Google Patents
Umkehrsatz für optisches System mit Linseneinheiten positiver Brechkraft Download PDFInfo
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Abstract
Umkehrsatz
(4, 4') für
das optische System eines starren Endoskopes, welches optische System
ein Objektiv (1) am distalen Ende, ein Okular (5) am proximalen
Ende und dazwischen ein Relay-Linsen-System aufweist, das aus mehreren
Umkehrsätzen
(2, 3, 4) besteht, wobei der Umkehrsatz (4, 4') aus zwei Halbsätzen (4.1,
4.2) besteht, die dieselben Linseneinheiten (11.1, 12.1, 13.1; 11.2,
12.2, 13.2) aufweisen, welche symmetrisch zur Mitte (10) des Umkehrsatzes
(4, 4') angeordnet sind, wobei jeder Halbsatz (4.1, 4.2) an den
Enden zwei Linseneinheiten positiver Brechkraft (11.1, 13.1; 11.2,
13.2) und eine Linseneinheit negativer Brechkraft (12.1; 12.2) in der
Mitte aufweist, wobei jeder Halbsatz als Triplet ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Linseneinheit (11.1, 11.2)
plankonvex geformt ist und die mittlere Linseneinheit (12.1, 12.2)
plankonkav geformt ist, wobei die Linseneinheiten (11.1, 12.1, 11.2,
12.2) an den Planflächen
miteinander verkittet sind.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Umkehrsatz der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
- Starre Endoskope weisen üblicherweise ein optisches System auf, das aus einem Objektiv, einem Okular und aus einem zwischen diesen angeordneten Relay-Linsen-System besteht, welches aus mehreren Umkehrsätzen besteht. Da das Objektiv und jeder Umkehrsatz ein umgekehrtes Bild erzeugt und da ein normales Endoskop ein aufrechtes Bild erzeugen soll, ist üblicherweise eine ungerade Anzahl von Umkehrsätzen vorgesehen, so dass das erzeugte Bild des optischen Systems aufrecht steht.
- Für eine gute optische Qualität soll das optische System eines Endoskops für die wesentlichen Abbildungsfehler korrigiert sein. Die meisten Abbildungsfehler werden durch den symmetrischen Aufbau der Umkehrsätze korrigiert. Es ist jedoch insbesondere schwierig, den Abbildungsfehler der Bildfeldwölbung zu korrigieren.
- Die
US 4,693,568 zeigt einen kostengünstigen Umkehrsatz einfacher Konstruktion, bei dem jeder Halbsatz zwei Linsen positiver Brechkraft aufweist. Der Nachteil dieser Konstruktion ist, dass sie die Bildfeldwölbung nicht korrigieren kann. - Aus der
US 4,676,606 ist ein gattungsgemäßer Umkehrsatz bekannt. In jedem Halbsatz weist er eine Linseneinheit negativer Brechkraft auf. Dieses Element negativer Brechkraft ist verantwortlich für die Korrektur der Bildfeldwölbung. Der Abbildungsfehler, der durch das positive Element erzeugt wird, wird durch das negative Element korrigiert. Der Vorteil dieser Konstruktion ist der, dass die Korrektur der Bildfeldwölbung, die von diesem Umkehrsatz bewirkt wird, genutzt werden kann, um die Relay-Anordnung hinsichtlich der Bildfeldwölbung gut zu korrigieren. Die Korrektur kann auch stärker gemacht werden, so dass dieser Umkehrsatz nicht nur seine eigene Bildfeldwölbung korrigiert, sondern auch den Abbildungsfehler anderer optischer Elemente des optischen Systems. Er kann mit Umkehrsätzen anderer Art verwendet werden, wie z.B. solchen gemäßUS 4,693,568 und kann für eine Gesamtkorrektion des optischen Systems sorgen. - Der Nachteil des Systems der
US 4,676,606 besteht darin, dass das Element negativer Brechkraft vom bekannten Gauss-Typ ist. Diese optische Konstruktion ist sehr komplex und extrem teuer und daher nicht für die Massenproduktion von Endoskopen geeignet. - Gattungsgemäß ist auch die
US 4,693,568 . Ähnliche Anordnungen zeigen dieUS 5,743,846 A ,US 5,142,410 A ,EP 0 628 843 A1 undUS 5,097,359 A . - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Umkehrsatz mit Korrektur der Bildfeldwölbung kostengünstig vorzusehen.
- Dies wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.
- Erfindungsgemäß ist jeder Halbsatz des Umkehrsatzes in Form eines Triplets ausgebildet. Das Triplet ist eine bei Kameraoptiken bekannte Linsenkonstruktion. Sehr zur Überraschung der Experten stellt sich heraus, dass die Triplet-Konstruktion für Umkehrsätze von Endoskopoptiken verwendbar ist. Der größte Vorteil der Trielet-Konstruktion ist der, dass sie sehr einfache Linsen verwendet, die in jedem Halbsatz je eine Linseneinheit positiver, negativer und positiver Brechkraft aufweist. Die bekannte Trielet-Konstruktion ist leicht berechenbar und leicht herstellbar, so dass sich eine sehr kostengünstige Konstruktion ergibt. Dabei sind die äußeren und mittleren Linseneinheiten miteinander verkittet. Dies ergibt eine stabile Konstruktion, die die Möglichkeit der wechselseitigen Verkippung dieser beiden Linsen bei Stoßbelastungen eliminiert.
- Gemäß Anspruch 2 ist der Umkehrsatz vorteilhaft hinsichtlich des Abbildungsfehlers der Bildfeldwölbung überkorrigiert, so dass er nicht nur den eigenen Abbildungsfehler, sondern auch die Abbildungsfehler einer oder mehrerer weiterer Umkehrsätze einfacher Konstruktion korrigiert, die keine Korrektion der Bildfeldwölbung aufweisen. Dies gibt bspw. den Vorteil, dass ein existierendes optisches System, das hinsichtlich der Bildfeldwölbung korrigiert ist, verlängert werden kann durch Hinzufügung zweier Umkehrsätze, von denen einer ein konventioneller Umkehrsatz ohne Korrektur der Bildfeldwölbung ist und der andere ein erfindungsgemäßer Umkehrsatz, der die Korrektur der Bildfeldwölbung für die beiden hinzugefügten Umkehrsätze ergibt.
- Vorteilhaft ist gemäß Anspruch 3 die innere Linse jedes Halbsatzes als verkittetes Duplet ausgebildet. Dies ergibt eine zusätzliche gewölbte Fläche und die Möglichkeit, beide Teile des Duplets aus unterschiedlichem Glas auszubilden.
- Als Resultat ergeben sich daraus zusätzliche Parameter zur Korrektur von Abbildungsfehlern.
- In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
-
1 die übliche Konstruktion des optischen Systems eines starren Endoskopes, -
2 einen Umkehrsatz und -
3 einen erfindungsgemäßen Umkehrsatz -
1 zeigt die typische Konstruktion des optischen Systems eines starren Endoskopes. In einem starren Rohr (nicht dargestellt) ist das optische System angeordnet, welches am distalen Ende (links in1 ) mit einem Objektiv1 beginnt. In der sehr schematischen Darstellung der1 sind alle Linseneinheiten als Einzellinsen dargestellt. In proximaler Richtung vom Objektiv1 folgen ein erster Umkehrsatz2 , ein zweiter Umkehrsatz3 und ein dritter Umkehrsatz4 . Am proximalen Ende ist ein Okular5 angeordnet. - Das Objektiv
1 erzeugt ein Bild an der Bildebene6 , das vom Umkehrsatz2 auf eine Bildebene7 und in derselben Weise von dort zu einer Bildebene8 und schließlich zu einer Bildebene9 übertragen wird, auf der das Bild von dem Okular5 betrachtet wird, an dessen Stelle auch eine Kamera angeordnet sein kann. Das Objektiv1 und auch die Umkehrsätze2 ,3 und4 drehen das Bild um, so dass eine ungerade Anzahl von Umkehrsätzen, im dargestellten Ausführungsfall drei Umkehrsätze, verwendet wird, um ein aufrechtes Bild in der letzten Bildebene9 zu erzeugen. - Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite Umkehrsatz
2 und3 von konventioneller Konstruktion und bestehen z.B. jeweils aus zwei plankonvexen Stablinsen mit einer bikonvexen kürzeren Linse in der Mitte. Bei der Standardkonstruktion des optischen Systems eines Endoskopes beträgt die Vergrößerung aller Umkehrsätze1 . -
2 zeigt den dritten Umkehrsatz4 . Man sieht, dass der Umkehrsatz aus zwei Halbsätzen4.1 und4.2 besteht. Jeder der Halbsätze4.1 ,4.2 besteht aus drei Linseneinheiten, welche identisch und symmetrisch in Bezug auf die Mitte10 des Umkehrsatzes angeordnet sind. Im Halbsatz4.1 befindet sich am äußeren Ende (links) eine Linseneinheit11.1 positiver Brechkraft. Es folgt eine mittlere Linseneinheit12.1 negativer Brechkraft und am inneren Ende eine Linseneinheit13.1 positiver Brechkraft. Im Halbsatz4.2 sind dieselben Linsen symmetrisch angeordnet und tragen die Bezugszeichen11.2 ,12.2 und13.2 . - Jeder der Halbsätze
4.1 und4.2 ist daher als Triplet ausgebildet, da er eine Linseneinheit positiver Brechkraft an beiden Enden und eine mittlere Linseneinheit negativer Brechkraft aufweist. - Die Linseneinheiten
12.1 und12.2 negativer Brechkraft in den Halbsätzen4.1 und4.2 ergeben die Korrektur des Abbildungsfehlers der Bildfeldwölbung, welcher von den Linseneinheiten positiver Brechkraft erzeugt wird. Durch geeignete Auswahl der negativen Brechkraft der mittleren Linseneinheiten12.1 und21.2 kann die Korrektur der Bildfeldwölbung gerade so gewählt werden, dass der Umkehrsatz4 für den Abbildungsfehler der Bildfeldwölbung korrigiert wird. In diesem Fall, wenn der dritte Umkehrsatz4 hinsichtlich der Bildfeldwölbung in sich selbst korrigiert ist, besteht der übrige Teil des optischen Systems aus Elementen1 ,2 und3 , die ebenfalls in sich selbst für Bildfeldwölbung korrigiert sind. Die in üblicher Weise konstruierten Umkehrsätze2 und3 erzeugen Abbildungsfehler, die durch das Objektiv1 korrigiert werden können, das in komplizierterer Bauweise eine Linseneinheit negativer Brechkraft zu diesem Zwecke enthält. - Der dritte Umkehrsatz
4 kann, wie in2 dargestellt, durch geeignete Wahl der negativen Brechkraft der Linseneinheiten12.1 und12.2 bezüglich der Bildfeldwölbung überkorrigiert werden, so dass er zur Korrektur einer oder mehrerer der Umkehrsätze2 und3 verwendet werden kann. In diesem Falle ist eine Korrektur mit Hilfe des Objektivs1 nicht notwendig. - Wenn das in
1 dargestellte optische System für Bildfeldwölbung korrigiert ist und eine längere Version erforderlich ist, können zwei zusätzliche Umkehrsätze hinzugefügt werden. Einer von diesen kann von üblicher Ausbildung sein, während der andere gemäß2 konstruiert ist und die Korrektur der Bildfeldwölbung für die beiden zusätzlichen Umkehrsätze ergibt. -
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Umkehrsatz. Der in3 dargestellte Umkehrsatz4' entspricht in seiner Konstruktion grundsätzlich dem der2 . Um den Vergleich zu erleichtern sind dieselben Bezugszeichen für die Linseneinheiten verwendet. - Man sieht, dass die mittleren Linseneinheiten
13.1 und13.2 unverändert sind. Auch die Linseneinheiten11.1 und12.1 sind von derselben Konstruktion wie in2 . Nur die äußere Linseneinheit11.1 ist umgedreht, so dass die Linseneinheiten11.1 und12.1 mit ihren flachen Oberflächen gegeneinander gelegt werden können. Sie sind miteinander verkittet, wie in3 dargestellt. Dadurch bleiben die optischen Eigenschaften mehr oder weniger unverändert. Es ergibt sich je doch eine bessere Stabilität insbesondere gegen Verkippung dieser beiden Linseneinheiten gegeneinander. - Die Linseneinheiten
13.1 und13.2 können einfache Linsen positiver Brechkraft sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der2 und3 sind sie jedoch als verkittete Duplets ausgebildet, um mehr Möglichkeiten zur Korrektur von Abbildungsfehlern zu ergeben.
Claims (3)
- Umkehrsatz (
4 ,4' ) für das optische System eines starren Endoskopes, welches optische System ein Objektiv (1 ) am distalen Ende, ein Okular (5 ) am proximalen Ende und dazwischen ein Relay-Linsen-System aufweist, das aus mehreren Umkehrsätzen (2 ,3 ,4 ) besteht, wobei der Umkehrsatz (4 ,4' ) aus zwei Halbsätzen (4.1 ,4.2 ) besteht, die dieselben Linseneinheiten (11.1 ,12.1 ,13.1 ;11.2 ,12.2 ,13.2 ) aufweisen, welche symmetrisch zur Mitte (10 ) des Umkehrsatzes (4 ,4' ) angeordnet sind, wobei jeder Halbsatz (4.1 ,4.2 ) an den Enden zwei Linseneinheiten positiver Brechkraft (11.1 ,13.1 ;11.2 ,13.2 ) und eine Linseneinheit negativer Brechkraft (12.1 ;12.2 ) in der Mitte aufweist, wobei jeder Halbsatz als Triplet ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Linseneinheit (11.1 ,11.2 ) plankonvex geformt ist und die mittlere Linseneinheit (12.1 ,12.2 ) plankonkav geformt ist, wobei die Linseneinheiten (11.1 ,12.1 ,11.2 ,12.2 ) an den Planflächen miteinander verkittet sind. - Umkehrsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Brechkraft der mittleren Linseneinheit (
12.1 ,12.2 ) von derartiger Stärke ist, dass der Abbildungsfehler der Bildfeldwölbung auch für wenigstens einen anderen Umkehrsatz (2 ,3 ) korrigiert wird. - Umkehrsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Linseneinheiten (
13.1 ,13.2 ) als verkittete Duplets ausgebildet sind.
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