DE19521654C2 - Optische Vorrichtung - Google Patents
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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.
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