DE19521654C2 - Optische Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Optische Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise im medizinischen Bereich als Objektiv zwischen dem proximalen Ende eines Endoskopes und einer Videokamera eingesetzt. Aus Gründen der Hygiene ist die Vorrichtung daher so auszubilden, daß sie einer keimabtötenden Behandlung zugeführt werden kann. Das Gehäuse der Vorrichtung ist daher hermetisch abgeschlossen, um insbesondere die optischen Bauteile mit Ausnahme der endseitigen Abschlußfenster zuverlässig zu schützen. Zur Einstellung der Schärfe ist es jedoch erforderlich, innerhalb des Gehäuses eine Opjektivgruppe in Richtung der optischen Achse verschieben zu können. Die Kraftkopplung zwischen diesem innerhalb des Gehäuses liegenden optischen Bauteil mit einem von außen zugänglichen äußeren Bauteil erfolgt durch die Gehäusewand hindurch magnetisch. Hierzu ist das innere Bauteil mit einem Magneten und das äußere Bauteil mit einem entsprechenden, damit zusammenwirkenden Magneten versehen.

Derartige Vorrichtungen sind beispielhaft in DE 88 10 044 U1 oder US-PS 5,359,992 beschrieben. Um eine feinfühlige axiale Verstellung des inneren optischen Bauteils zu erreichen, ist das äußere Bauteil dort in einer schraubenlinienförmigen Bahn, in Form eines Gewindes bzw. in Form einer entsprechenden Ausnehmung geführt.

Nachteilig ist jedoch bei diesen bekannten Ausführungen, daß bei plötzlichen Erschütterungen oder Stößen der Kraftschluß zwischen den beiden miteinander in Wirkverbindung stehenden Magneten abreißen kann und sich dann das innerhalb des Gehäuses verstellbar angeordnete, optische Bauteil frei bewegen kann. Insbesondere kann es sich durch Gewichtskraft verschieben, wonach zunächst einmal der Kraftschluß zwischen den Magneten wiederhergestellt werden und die Scharfeinstellung aufs Neue erfolgen muß. Ein weiteres Problem ist die Haltekraft zwischen den Magneten, die durch das Gehäuse hindurchgehen muß. Bei einer Polarisierung der Magnete in Richtung der optischen Achse, wie dies beispielsweise auch in EP 0 454 325 A2 beschrieben ist, sind diese Haltekräfte besonders gering.

Ausgehend von dem Stand der Technik nach US-PS 5,359,992 liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so weiterzubilden, daß auch im Falle von Stoßbelastungen ein Abriß des zwischen den Magneten gebildeten Magnetfeldes zuverlässig verhindert wird, insbesondere ein selbstätiges Verstellen des optischen Bauteils verhindert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Demgemäß sieht die Erfindung vor, den ersten Magneten so auszubilden, daß er sich mit seiner Länge mindestens über den gesamten Verstellbereich entland der optischen Achse des optischen Bauteils erstreckt und den zweiten Magneten in einer schraubenlinienförmigen Bahn in einem Innenwandabschnitt des Gehäuses zu führen. Diese schraubenlinienförmige Bahn ist in der Steigung so aus­ gebildet, daß für eine Verschiebung des optischen Bauteiles in Richtung der optischen Achse praktisch Selbsthemmung vorliegt, so daß eine solche Verschiebung nur durch gezielten Eingriff von außen, d. h. durch entsprechende Bewegung des ersten äußeren Magneten möglich ist. Die Ausbildung dieser Bahn kann in einfachster Form als Nut erfolgen, in der der zweite innere Magnet zwangsgeführt ist.

Voteilhaft ist es, wenn der erste, äußere Magnet radial zur optischen Achse gesehen eine rechteckige Form aufweist, also quaderförmig ausgebildet ist und der zweite, innere Magnet eine radial zu optischen Achse gesehen runde Form aufweist, also zylindrisch ausgebildet ist. Die Polarisierung der Magnete ist stets so, daß sich diese anziehen, bevorzugt radial zur optischen Achse der Vorrichtung. Hierdurch kann einerseits ein vergleichsweise starkes magnetisches Feld und damit eine hohe Haltekraft zwischen den Magneten sichergestellt werden, andererseits ermöglicht diese Ausbildung in Verbindung mit einer drehbaren Anordnung des äußeren Magneten, daß der magnetische Fluß zwischen den beiden Magneten praktisch nicht abreißen kann. Der äußere rechteckige Magnet erstreckt sich dann über eine Länge in Achsrichtung der Vorrichtung, die mindestens den Verschiebeweg des Rundmagneten in dieser Richtung entspricht.

Zwar ist das innere Bauteil drehbar und axial verschiebbar innerhalb des Gehäuses gelagert, doch können diese Bewegungen nicht gesondert, sondern aufgrund der schraubenlinienförmigen Bahnführung nur gleichzeitig erfolgen, was nur durch gezielte Krafteinwirkung am äußeren Bauteil vollzogen werden kann, nicht jedoch durch Stoß oder andere mechanische Einflüsse von außen. Selbst wenn man das Magnetfeld zwischen den beiden Magneten aufheben würde, so würde das innere optische Bauteil aufgrund seiner Zwangsführung in der momentanen Stellung verbleiben. Der rechteckige äußere Magnet mit Polarisierung in radialer Richtung ermöglicht nicht nur einen zuverlässigen Magnetschluß über den gesamten Stellweg des inneren optischen Bauteils, sondern ermöglicht darüber hinaus aufgrund seiner Größe auch eine Erhöhung der Flußdichte im magnetischen Feld und damit eine Erhöhung der Haltekraft.

Bei der gemäß der Erfindung vorgesehenen radialen Polarisierung von innerem und äußerem Magneten wird das Flächenverhältnis der zueinander weisenden wirksamen Stirnflächen zweckmäßig zwischen 2 und 3, vorzugsweise etwa bei 2,5 gewählt, d. h., daß der äußere Magnet eine etwa 2,5 mal so große Stirnfläche zum inneren Magneten hin aufweist, wie der innere Magnet zum äußeren hin.

Fertigungstechnisch besonders günstig ist es, die schraubenlinienförmige Bahn durch eine innerhalb des Gehäuses festgelegte Hülse zu bilden, die eine entsprechende schaubenlinienförmige Ausnehmung in der Wand aufweist. Bei dieser Bauausführung sollte der Umfangswinkel der schraubenlinienförmigen Bahn vorzugsweise etwa 270° oder weniger betragen, um die Eigenstabilität des Bauteiles nicht zu gefährden.

Da das innere, als Stellglied ausgebildete optische Bauteil mit gewissem Spiel innerhalb des Gehäuses bzw. innerhalb der Hülse geführt sein muß, besteht insbesondere in Endlagen stets die Gefahr, daß dieses Bauteil eine - wenn auch nur geringe Kippbewegung vollzieht -, welche die optischen Eigenschaften der Vorrichtung negativ beeinflussen könnte. Zwar ist es denkbar, einen umlaufenden Anschlag innerhalb der Hülse vorzusehen, doch ist dies fertigungstechnisch vergleichsweise aufwendig und könnte dazu führen, daß das äußere Bauteil noch gedreht wird, wenn das innere optische Bauteil bereits den Anschlag erreicht hat. In diesem Falle bestünde die Gefahr, daß das Magnetfeld abreißt oder geschwächt wird. Die Erfindung sieht daher vorteilhaft einen gehäusefesten Anschlag vor, welcher die Drehbewegung des äußeren Bauteils in beiden Richtungen begrenzt. Dieser Anschlag wird zweckmäßigerweise so angeordnet, daß die Endstellungen des äußeren Bauteils erreicht sind, bevor das innere Bauteil, also das Stellglied in seine natürli­ cherweise gegebenen Endstellungen, sei es am Ende der Hülse oder am Ende der Führungsbahn, erreicht. Auf diese Weise kön­ nen die oben erwähnten, sich möglicherweise ergebenden opti­ schen Einbußen, durch Erreichen der Endstellungen des inneren Bauteils zuverlässig vermieden werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Objektiv im Längs­ schnitt, Fig. 2 eine Hülse des Objektivs im Längsschnitt und Figur eine Stirnansicht auf die Hülse nach Fig. 2.

Das dargestellte Objektiv dient zum Verbinden des proximalen Endes eines Endoskopes mit einer Videokamera. Es weist ein im wesentlichen rotationssymetrisch zur optischen Achse 2 angeord­ netes Gehäuse 1 auf, das als Hohlkörper ausgebildet und endseitig durch leicht schräggestellte Abschlußfenster 3 und 4 abgeschlossen wird. Die Abschlußfenster 3 und 4 sind über Gewinderinge 5 und 6 unter Eingliederung von O-Ringen 7, 8 druckdicht mit dem Gehäuse 1 verbunden. Der Gewindering 5 legt nicht nur das Abschlußfenster 3, sondern auch eine in das Gehäuse 1 eingeglie­ derte, im wesentlichen zylindrische Hülse 9 fest. Diese Hülse 9 ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, aufgrund der schrägen Anordnung des Abschlußfensters 3 und des entsprechend ausgebildeten Flan­ sches 10 der Hülse 9 nicht nur in Richtung der Achse 2 festge­ legt, sondern auch verdrehgesichert.

Innerhalb der zylindrischen Innenwand der Hülse 9 ist mit gerin­ gem Spiel eine Fassung 11 axial verschiebbar und drehbar geführt, welche Linsen 12 einer Objektivgruppe des Objektives aufnimmt. Dieses aus Fassung 11 und Linsen 12 gebildete optische Bauteil ist weiter ober auch als inneres Bauteil bezeichnet und mit der Bezugsziffer 13 gekennzeichnet.

Die Fassung 11 weist am Außenumfang eine radiale Sacklochboh­ rung auf, in der ein Rundmagnet 14 eingegliedert ist, der die Außenkontur der Fassung 11 überragt und in eine schraubenli­ nienförmig um die Achse 2 angeordnete bahnförmige Ausnehmung 15 der Hülse 9 ragt, in der er zwangsgeführt ist. Die schraubenli­ nienförmig angeordnete Ausnehmung 15 weist eine Breite auf, die etwa dem Durchmesser des Rundmagneten 14 entspricht, ihre Steigung ergibt sich aus der Darstellung nach Fig. 2. Sie erstreckt sich über einen Umfang von etwa 270°, wie anhand von Fig. 3 ersichtlich ist, in der die Bahnenden 16 angedeutet sind.

Das Gehäuse 1 ist in dem Abschnitt, über den sich die Ausneh­ mung 15 erstreckt, dünnwandig ausgebildet. In diesem Bereich ist ein Rechteckmagnet um die Achse drehbar angeordnet. Der Rechteckmagnet 17 erstreckt sich in Richtung der optischen Achse 2 über eine Länge, die etwa dem Verschiebeweg des inneren Bauteils 13 entspricht und über eine Breite, die etwa dem Durchmesser des inneren Rundmagneten 14 entspricht. Der Rechteckmagnet 17 ist Teil eines äußeren Bauteiles 18, das aus einem innenliegenden Tragring 19 und einen diesen nach außen übergreifenden Stellring 20 besteht. Der Tragring 19 ist hälftig geteilt und mittels zweier Lagerringe 21 auf Absätzen des Gehäuses 1 derart gelagert, daß der Rechteckmagnet 17 mit geringem Abstand zu der in diesem Bereich dünn ausgebildeten Wand des Gehäuses 1 und dem da­ hinterliegenden Rundmagneten 14 liegt. Der Tragring 19 ist mit­ tels des diesen übergreifenden einstückig ausgebildeten Stellrings 20 auf dem Gehäuse 1 gehalten. Der Stellring 20 ist nahe seinen Stirnseiten über 2 Nut- und Federringe 22 gegenüber dem Gehäu­ se 1 gehalten. Diese Ringe 22 dienen auch zum Schutz gegen Eindringen vol Schmutz und Desinfektionsmittel.

Das äußere Bauteil 18 ist um die Achse 2 drehbar auf dem Ge­ häuse 1, jedoch axial fest gelagert. Die Drehbewegung zu beiden Richtungen wird durch einen im Gehäuse parallel zur Achse 2 angeordneten Zapfen 23 begrenzt, der einen Anschlag bildet und mit einer entsprechenden Ausnehmung 24 an der Innenkante des Tragrings 19 zusammenwirkt. Diese Ausnehmung 24 erstreckt sich über etwa 265° des Umfanges, so daß die mögliche Drehbewegung des äußeren Bauteils 18 kleiner ist, als die Erstreckung der bahn­ förmigen Ausnehmung 15 in dieser Richtung.

Das zum Zwecke der Scharfeinstellung erforderliche Verschieben der durch die Linsen 12 gebildeten Linsengruppe innerhalb des Gehäuses 1 erfolgt durch Drehen am Stellring 20. Hierdurch wird das äußere Bauteil 18 mit dem an seiner Innenseite angeordneten Rechteckmagneten 17 um den Außenumfang des Gehäuses 1 gedreht. Der Rechteckmagnet 17 steht in Wirkverbindung mit dem Rundmagneten 14, die entsprechenden Polaritäten ergeben sich aus Fig. 1. Das Magnetfeld sorgt durch die Gehäusewand für einen Kraftschluß zwischen den Magneten 14 und 17. Wenn nun durch Drehung des äußeren Bauteils 18 der Rechteckmagnet 17 über den Umfang des Gehäuses 1 bewegt wird, folgt dieser Bewe­ gung der Rundmagnet 14 aufgrund des Kraftschlusses. Der Rund­ magnet 14 ist jedoch in der sich schraubenlinienförmig um die optische Achse 2 erstreckenden Ausnehmung 15 in der Hülse 9 zwangsgeführt und vollzieht bei einer Drehbewegung um die optische Achse 2, wie sie vom Rechteckmagnet 17 ausgeführt wurde, zwangsläufig auch eine Bewegung in Richtung der optischen Achse 2. Hier­ durch erfolgt die gewünschte Axialverstellung der Linsengruppe. Da sich der Rechteckmagnet 17 über die gesamte axiale Länge der Bahnführung erstreckt, bleibt das Magnetfeld zwischen den beiden Magneten 14 und 17 unabhängig von der jeweiligen Stel­ lung stets geschlossen.

Claims (9)

1. Optische Vorrichtung mit einem Gehäuse (1) und einem drehbar und verschiebbar angeordneten optischen Bauteil (13) und einem auf dem Gehäuse (1) angeordneten, verstellbaren Stellring (20), wobei an einer Seite des Stellringes (20) ein erster äußerer Magnet (17) und an einer Seite des optischen Bauteils (13) ein zweiter innerer Magnet (14) befestigt ist, die sich gegenseitig anziehen und zu beiden Seiten der Gehäusewand gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß der erste äußere Magnet (17) sich mit seiner Länge mindestens über den gesamten Verstellbereich entlang der optischen Achse (2) des optischen Bauteils (13) erstreckt und der zweite innere Magnet (14) in einer schraubenlinienförmigen Bahn (15) in einem Innenwandabschnitt des Gehäuses (1) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, äußere Magnet (17) radial zur optischen Achse (17) gesehen eine rechteckige Form aufweist und daß der zweite, innere Magnet (14) eine radial zur optischen Achse (17) gesehen runde Form aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der zueinander weisenden wirksamen Stirnflächen des ersten zum zweiten Magneten (17 und 14) zwischen zwei und drei beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnich der zueinander weisenden wirksamen Stirnflächen des ersten zum zweiten Magneten (17 und 14) etwa 2, 5 beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmige Bahn (15) durch eine Ausnehmung (15) in der Wand einer Hülse (9) gebildet ist, die innerhalb des Gehäuses (1) festgelegt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die schraubenlinienförmige Bahn (15) über einen Umfangswinkel von etwa 270° erstreckt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Stellrings (20) in beiden Richtungen durch einen gehäusefesten Anschlag (23) begrenzt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (13, 17) in radialer Richtung zur optischen Achse (17) polarisiert sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, äußere Magnet (17) in einem drehbar am Gehäuse gelagerten Tragring (19) aufgenommen ist, der parallel der zur optischen Achse (17) in zwei Halbschalen geteilt ausgebildet ist, die von dem diese übergreifenden einstückigen Stellring (20) gehalten sind.