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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
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.
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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.
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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.
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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 gemäß
US 4,693,568 und kann für eine Gesamtkorrektion
des optischen Systems sorgen.
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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 dahr nicht für
die Massenproduktion von Endoskopen geeignet.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Umkehrsatz
mit Korrektur der Bildfeldwölbung
kostengünstig
vorzusehen.
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Dies
wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.
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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 Triplet-Konstruktion
ist der, dass sie sehr einfache Linsen verwendet, die in jedem Halbsatz
je eine Linseneinheit positiver, negativer und positiver Brechkraft
aufweist. Die bekannte Triplet-Konstruktion ist leicht berechenbar
und leicht herstellbar, so dass sich eine sehr kostengünstige Konstruktion
ergibt.
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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 mehrere weiterer Umkehrsätze einfacher
Konstruktion korrigiert, die keine Korrektion der Bildfeldwölbung aufweisen.
Dies gibt bspw. den Vorteil, dass ein existierendes optisches System, dass
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 erfindungsgemäße Umkehrsatz, der die Korrektur
der Bildfeldwölbung
für die
beiden hinzugefügten
Umkehrsätze
ergibt.
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Gemäß Anspruch
3 sind vorteilhaft die äußeren und
mittleren Linseneinheiten miteinander verkittet. Dies ergibt eine
stabile Konstruktion, die die Möglichkeit
der wechselseitigen Verkippung dieser beiden Linsen bei Stoßbelastungen
eliminiert.
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Vorteilhaft
ist gemäß Anspruch
4 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.
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Als
Resultat ergeben sich daraus zusätzliche Parameter
zur Korrektur von Abbildungsfehlern.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 die übliche Konstruktion
des optischen Systems eines starren Endoskopes,
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2 einen
erfindungsgemäßen Umkehrsatz
und
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3 eine
alternative Ausführung
des Umkehrsatzes.
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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 in 1)
mit einem Objektiv 1 beginnt. In der sehr schematischen
Darstellung der 1 sind alle Linseneinheiten
als Einzellinsen dargestellt. In proximaler Richtung vom Objektiv 1 folgen
ein erster Umkehrsatz 2, ein zweiter Umkehrsatz 3 und
ein dritter Umkehrsatz 4. Am proximalen Ende ist ein Okular 5 angeordnet.
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Das
Objektiv 1 erzeugt ein Bild an der Bildebene 6,
das vom Umkehrsatz 2 auf eine Bildebene 7 und
in derselben Weise von dort zu einer Bildebene 8 und schließlich zu
einer Bildebene 9 übertragen wird,
auf der das Bild von dem Okular 5 betrachtet wird, an dessen
Stelle auch eine Kamera angeordnet sein kann. Das Objektiv 1 und
auch die Umkehrsätze 2, 3 und 4 drehen
das Bild um, so dass eine ungerade Anzahl von Umkehrsätzen, im
dargestellten Ausführungsfall
drei Umkehrsätze,
verwendet werden, um ein aufrechtes Bild in der letzten Bildebene 9 zu
erzeugen.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
sind der erste und zweite Umkehrsatz 2 und 3 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
Umkehrsätze 1.
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Der
dritte Umkehrsatz 4 ist erfindungsgemäß ausgebildet, wie in einer
ersten Ausführungsform
in 2 dargestellt.
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2 zeigt
den dritten Umkehrsatz 4. Man sieht, dass der Umkehrsatz
aus zwei Halbsätzen 4.1 und 4.2 besteht.
Jeder der Halbsätze 4.1, 4.2 besteht aus
drei Linseneinheiten, welche identisch und symmetrisch in Bezug
auf die Mitte 10 des Umkehrsatzes angeordnet sind. Im Halbsatz 4.1 befindet
sich am äußeren Ende
(links) eine Linseneinheit 11.1 positiver Brechkraft. Es
folgt eine mittlere Linseneinheit 12.1 negativer Brechkraft
und am inneren Ende eine Linseneinheit 13.1 positiver Brechkraft.
Im Halbsatz 4.2 sind dieselben Linsen symmetrisch angeordnet und
tragen die Bezugszeichen 11.2, 12.2 und 13.2.
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Jeder
der Halbsätze 4.1 und 4.2 ist
daher als Triplet ausgebildet, da er eine Linseneinheit positiver Brechkraft
an beiden Enden und eine mittlere Linseneinheit negativer Brechkraft
aufweist.
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Die
Linseneinheiten 12.1 und 12.2 negativer Brechkraft
in den Halbsätzen 4.1 und 4.2 ergeben
die Korrektur des Abbildungsfehlers der Bildfeldwölbung, welcher
von den Linseneinheiten positiver Brechkraft erzeugt wird. Durch
geeignete Auswahl der negativen Brechkraft der mittleren Linseneinheiten 12.1 und 21.2 kann
die Korrektur der Bildfelwölbung
gerade so gewählt
werden, dass der Umkehrsatz 4 für den Abbildungsfehler der
Bildfeldwölbung
korrigiert wird. In diesem Fall, wenn der dritte Umkehrsatz 4 hinsichtlich
der Bildfeldwölbung
in sich selbst korrigiert ist, besteht der übrige Teil des optischen Systems
aus Elementen 1, 2 und 3, die ebenfalls
in sich selbst für
Bildfeldwölbung
korrigiert sind. Die in üblicherweise
konstruierten Umkehrsätze 2 und 3 erzeugen
Abbildungsfehler, die durch das Objektiv 1 korrigiert werden
können,
dass in komplizierterer Bauweise eine Linseneinheit negativer Brechkraft
zu diesem Zwecke enthält.
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Der
dritte Umkehrsatz 4 kann, wie in 2 dargestellt,
durch geeignete Wahl der negativen Brechkraft der Linseneinheiten 12.1 und 12.2 bezüglich der
Bildfeldwölbung überkorrigiert
werden, so dass er zur Korrektur einer oder mehrerer der Umkehrsätze 2 und 3 verwendet
werden kann. In diesem Falle ist eine Korrektur mit Hilfe des Objektivs 1 nicht notwendig.
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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 gemäß 2 konstruiert
ist und die Korrektur der Bildfeldwölbung für die beiden zusätzlichen
Umkehrsätze
ergibt.
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3 zeigt
eine alternative Konstruktion des erfindungsgemäßen Umkehrsatzes. Der in 3 dargestellte
Umkehrsatz 4' entspricht
in seiner Konstruktion grundsätzlich
dem der 2. Um den Vergleich zu erleichtern
sind dieselben Bezugszeichen für
die Linseneinheiten verwendet.
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Man
sieht, dass die mittleren Linseneinheiten 13.1 und 13.2 unverändert sind.
Auch die Linseneinheiten 11.1 und 12.1 sind von
derselben Konstruktion wie in 2. Nur die äußere Linseneinheit 11.1 ist
umgedreht, so dass die Linseneinheiten 11.1 und 12.1 mit
ihren flachen Oberflächen
gegeneinander gelegt werden können.
Sie sind miteinander verkittet, wie in 3 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.
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Die
Linseneinheiten 13.1 und 13.2 können einfache
Linsen positiver Brechkraft sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
der 2 und 3 sind sie jedoch als verkittete
Duplets ausgebildet, um mehr Möglichkeiten
zur Korrektur von Abbildungsfehlern zu ergeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
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 symmetrische 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) aufweist
und eine Linseneinheit negativer Brechkraft (12.1; 12.2)
in der Mitte, ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Halbsatz als
Triplet ausgebildet ist.