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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
optisches System zur Umlenkung der Blickrichtung, das insbesondere
geeignet ist für
ein optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
für ein hartes
Endoskop vom seitlichblickenden, vorwärtsblickenden oder rückwärtsblickenden
Typ etc.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen muß die Spitze eines Endoskopes
mit einem Abdeckglas abgedichtet sein, damit das in dessen Inneren
angeordnete Linsensystem nicht direkt mit der äußeren Luft in Berührung kommt.
Es wird deshalb eine kompakte Konstruktion benötigt, damit das optische System
für den
Fall eines beliebigen Aufbaus ,wie etwa eine direkte, eine perspektivische
und eine seitliche Betrachtung, in einem Rohr untergebracht werden
kann. Um diese Anforderungen zu erfüllen werden verschiedene herkömmliche
Vorschläge
ausgeführt.
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Aufgabe
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7 zeigt
als Beispiel eines herkömmlichen
perspektivischen optischen Systems ein optisches System zur Umlenkung
der Blickrichtung mit einer 70°– Perspektive,
die in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung
59-87403 offenbart
ist. Dieses Prismensystem kann keine Seitenbetrachtung (eine Richtung
von 90°)
leisten. Um es in Seitenblickrichtung zu verwenden, muß der Winkel
der ersten reflektierenden Oberfläche R verändert und die optische Achse
in eine Richtung von 90° abgelenkt
werden. Der Winkel muß so
eingestellt sein, daß die
obere Oberfläche
des oberen Teils der planparallelen Platte P1 parallel zur optischen
Achse O (optische Achse der Injektion) entlang der Längsrichtung
wird. Es wird nach einer optimalen Position gesucht, bei der sich
der äußere Durchmesser
der auf der oberen Oberfläche
angeordneten konkaven Linse L nicht mit der ersten reflektierenden
Oberfläche
R stört.
Demzufolge positioniert die um 90° gegenüber der
optischen Achse O abgelenkte optische Achse eine obere Lage. Entsprechend
kann bei aufgesetzter konkaver Linse L kein Abdeckglas in das Rohr
eingebaut werden.
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8 zeigt
ein Beispiel (ungeprüfte
japanische Patentanmeldung
9-294709 )
für ein
herkömmliches
optisches System mit einer Seitenbetrachtungsrichtung von 90°. In diesem
Beispiel erstreckt sich die konkave Linse L auf dem Seitblickprisma
LP weit nach oben. Demzufolge kann dieses System nicht in ein Rohr
eingebaut werden. Ferner kann bei dieser Prismenform die parallel
zu der Längsrichtung
verlaufende Austrittsoberfläche
des Prismas verkleinert werden. Es kann nicht ausreichend in eine
tiefere Position gebracht werden, so daß die Interferenz mit dem äußeren Durchmesser
der konkaven Linse L, die ebenfalls auf der optischen Achse angeordnet
ist, vermieden werden kann. Die Verbindung der beiden Prismen ist
in diesem Beispiel mit einem Klebemittel ausgeführt. Die Totalreflexion oder
die Transmission wird geeignet genutzt abhängend von dem Projektionswinkel
an dieser klebenden Oberfläche.
Wenn allerdings die Dicke des Klebemittels dünn ist, wird das Licht verlorengehen,
ohne daß es
zu einer Totalreflexion kommt. Aus diesem Grund ist die Verbindung von
Komponenten schwierig und die Funktionsfähigkeit ist schlecht.
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9 zeigt
als ein herkömmliches
perspektivisches optisches System ein optisches System zur Umlenkung
der Blickrichtung von 110°,
das in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung
60-64320 offenbart
ist. Da allerdings die planparallele Platte P1 in diesem System
mit einem vorbestimmten optischen Charakter nicht parallel mit der
optischen Achse O angeordnet werden kann, ist eine Seitenbetrachtung
(90°) nicht
zu realisieren.
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Demzufolge ist ein optisches System
zur Umlenkung der Blickrichtung noch nicht vorgeschlagen, bei dem
das vollständige
optische System unter Verwendung eines Seitblickprismas in ein Rohr
einzubauen ist. Auf der einen Seite wird in der Hirnchirurgie niedrig
belastende Chirurgie gewünscht
und benötigt.
Die Technik (Pinhole-Chirurgie genannt), bei der ein kleines und
tiefes Loch in das Gehirn eröffnet
und ein Endoskop zusammen mit einem Operationsmikroskop verwendet
wird, hat sich verbreitet. Das Ziel bei der Verwendung eines Endoskopes
ist die Beobachtung der Seitenwände,
die einen toten Bereich bei der Beobachtung mittels eines Mikroskopes
in dem feinen Loch darstellen. Bei den gegenwärtigen Bedingungen wird eine
Perspektive von 70° verwendet.
Allerdings wird zur Vereinfachung der Orientierung eine Seitenblickrichtung
von 90° gewünscht.
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Diese Erfindung wurde unter Berücksichtigung
der oben genannten Gegebenheiten gemacht. Es wird ein kompaktes
optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges mit
einer Seitenblickrichtung von im wesentlichen 90° geschaffen, das in ein Rohr
eingebaut werden kann.
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Lösung
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Um die oben angegebene Aufgabe zu
lösen, ist
ein optisches System zur Umlenkung eines optischen Strahlenganges
in einem langen und schlanken Gehäuse aufgenommen, mit einem
ersten optischen Element mit einer ersten reflektierenden Oberfläche, die
eine entlang der Längsrichtung
des Gehäuses
verlaufende optische Achse nach unten ablenkt, wenn man dem optischen
Weg in umgekehrter Richtung von einer Injektionsseite zu einer Eintrittsseite
hin folgt, und mit einer zweiten reflektierenden Oberfläche, die
die von der ersten reflektierenden Oberfläche abgelenkte optische Achse
zu einer vorderen oberen Seite ablenkt, und mit einem zweiten optischen
Element, das in dem Gehäuse
aufgenommen ist und das angrenzend vorne auf dem ersten optischen
Element angeordnet ist, und das eine dritte reflektierende Oberfläche aufweist,
die die von der zweiten reflektierenden Oberfläche abgelenkte optische Achse
nach unten ablenkt, und das eine vierte reflektierende Oberfläche aufweist,
die die von der dritten reflektierenden Oberfläche abgelenkte optische Achse
zu einem vorbestimmten oberen Teil ablenkt.
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Gemäß dieser Erfindung kann das
optische System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges weiterhin
ein drittes optisches Element aufweisen, das in dem Gehäuse aufgenommen
und auf der oberen Seite des zweiten optischen Elements angeordnet
ist.
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Weiterhin kann gemäß dieser
Erfindung das zweite optische Element und das dritte optische Element
unter Ausbildung eines schmalen Luftspaltes angeordnet sein.
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Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend sollen Ausführungen
der Erfindung beispielhaft erläutert
werden.
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1 zeigt
eine Längsschnittansicht
der Spitze eines harten Endoskopes mit einem ersten erfindungsgemäßen Beispiel
eines optischen Systems zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
in Form eines optischen Systems zur Umlenkung der Blickrichtung,
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2 zeigt
eine Bodenansicht einer Blende. In der Figur bezeichnet T ein Rohr
aus rostfreiem Stahl, das als langes und schlankes Gehäuse ausgebildet
ist. GP ist in das Rohr T aus rostfreiem Stahl eingeführt und
in diesem Führungsrohr
fixiert. P bezeichnet eine in das Führungsrohr GP eingepreßte Rohr.
O ist die optische Achse (optische Achse der Injektion) entlang
der Längsrichtung
des Rohres T aus rostfreiem Stahl.
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1 ist ein erstes optisches
Element, das in dem Rohr P fixiert ist, mit 1 einer ersten
reflektierenden Oberfläche 1a,
die die optische Achse O nach unten ablenkt, und mit einer zweiten
reflektierenden Oberfläche 1b aufweist,
die die von der ersten reflektierenden Oberfläche 1a abgelenkte
optische Achse weg von dem Rohr T aus rostfreiem Stahl ablenkt, und
mit einer sphärischen
Oberfläche 1c,
die dieselbe Achse aufweist, wie die optische Achse O.
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Mit 2 ist ein zweites optisches
Element bezeichnet, das auf der vorderen Seite des ersten optischen
Elementes 1 angeordnet ist, und das eine erste optische
Eintrittsfläche 2a aufweist,
die mit der Verbindungsfläche 1d des
ersten optischen Elementes 1 verbunden ist, und das eine
dritte reflektierende Oberfläche 2b,
die die optische Achse des von der zweiten Oberfläche 1b reflektierten
Lichtes nach unten ablenkt, das durch die optische Eintrittsfläche 2a eintritt,
und das eine vierte reflektierende Oberfläche 2c, die die von
der dritten reflektierenden Oberfläche 2b abgelenkte
optische Achse in Seitblickrichtung ablenkt, z.B. in einer zur optischen
Achse O orthogonalen Richtung.
SH ist eine Blende, die auf
der dritten reflektierenden Oberfläche 2b angeordnet
ist und die eine Öffnung SH1
aufweist, durch die von der vierten reflektierenden Oberfläche 2c reflektiertes
Licht hindurchtreten kann.
L bezeichnet eine konkave Linse,
die so installiert ist, das sie auf die Öffnung SH1 in der Blende SH
abgestimmt ist.
CG ist ein Abdeckglas, das auf die konkave
Linse L abgestimmt ist, und das in dem Rohr T aus rostfreiem Stahl
flüssigkeitsdicht
eingebaut ist.
LG bezeichnet einen Lichtleiter zur Führung von
Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) zum Beleuchten
des Sichtfeldes eines Untersuchungsobjektes.
L1 ist eine in
Rohr P eingepaßte
Objektivlinse.
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Die Objektivlinse L1 und das optische
System zur Umlenkung der Blickrichtung sind voneinander getrennt.
Allerdings können
auch beide zusammen als Objektivlinse vom Seitblicktyp betrachtet werden.
Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
wurde das Konzept von der Seite des ersten optischen Elementes 1 erklärt. Bei
der Verwendung wird sich das Licht vom zweiten optischen Element 2 zu
dem ersten optischen Element 1 im Endoskop ausbreiten. Der
richtige optische Weg ist also entgegengesetzt zur hier gegebenen
Erklärung,
wie später
beschrieben.
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Im oben angegebenen Fall sind das
erste und das zweite optische Element 1 und 2 ein
Prisma aus einem optischen Glas. Der Spitzwinkel (Winkel zwischen
der ersten reflektierenden Oberfläche 1a und zwischen
der zweiten reflektierenden Oberfläche 1b) des ersten
optischen Elementes 1 beträgt 20°. Die zweite reflektierende
Oberfläche 1b weist
eine parallel zur optischen Achse O verlaufende Basis auf: Die von
der ersten reflektierenden Oberfläche 1a abgelenkte
optische Achse ist gegenüber
der optischen Achse O um einen Winkel von 40° geneigt. Der Brechungsindex
des ersten optischen Elementes 1 ist mit 1,88 gewählt. Die
Totalreflexion an der ersten reflektierenden Oberfläche 1a findet
statt zwischen einem Luftspalt (Brechungsindex 1,0) und einem Klebematerial
(Brechungsindex 1,52). Bei der reflektierenden Oberfläche 1a beträgt der kritische
Winkel mit Luft 32°.
Der kritische Winkel mit dem Klebematerial beträgt 53°. Der Projektionswinkel des
Lichtstrahles beträgt
60° oder
80°. Er
hat also einen größeren Winkel,
als alle kritischen Winkel. Aus diesem Grunde findet Totalreflexion
statt an dem Luftabschnitt und an dem Klebeabschnitt. Weiterhin
können
die Positionen des effektiven Durchmessers für die Reflexion und des effektiven
Durchmessers für
die Transmission getrennt werden an der Grenzfläche mit dem zweiten optischen
Element 2. Nach Aufbringen eines Metallfilms auf der ersten
reflektierenden Oberfläche 1a nur
auf dem reflektierenden Teil der Grenzfläche mit dem zweiten optischen
Element 2 kann dieser zur Erzielung einer Verbindung ausgebildet
werden.
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Bei der zweiten reflektierenden Oberfläche 1b beträgt der kritische
Winkel mit Luft 32°.
Da der Projektionswinkel des Lichtstrahles einen Winkel von 40° oder 60° aufweist,
findet Totalreflexion des Lichtes statt. Demzufolge kann Totalreflexion
erreicht werden oder es kann zur Erzielung der Reflexion ein Metallfilm
aufgebracht werden. Es empfiehlt sich ein Metallfilm mit einem effektiven
Durchmesser, um in diesem Beispiel Störlicht oder Störbilder
zu beseitigen, die von Lichtstrahlen herrühren, die außerhalb des
normalen optischen Strahlengan ges transmittiert werden. Ein schwarzes
Beschichtungsmaterial wird aufgebracht und blendet einen effektiven
Durchmesser aus.
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Der Projektionswinkel des von der
zweiten reflektierenden Oberfläche 1b reflektierten
Lichtes zur Grenzfläche
zwischen der Bindungsfläche 1d des ersten
optischen Elements 1 und der Lichteintrittsfläche 2a des
zweiten optischen Elementes 2 beträgt 20° oder 40°. Da der kritische Winkel des
Klebematerials und des Glases 52° beträgt, kann
das reflektierte Licht durch die Grenzfläche hindurchtreten.
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Das zweite optische Element 2 ist
ein Prisma mit Spitzwinkeln von 20° und 25°. Da die Oberfläche mit
dem Spitzwinkel von 20° als
optische Eintrittsoberfläche 2a mit
dem ersten optischen Element 1 verbunden ist, ist die dritte
reflektierende Oberfläche 2b eine
parallel zur optischen Achse O verlaufende Oberfläche. Der
Winkel zwischen der optischen Achse, die von der zweiten reflektierenden
Oberfläche 1b abgelenkt
worden ist, und der dritten reflektierenden Oberfläche 2b beträgt 40°. Der Brechungsindex
des zweiten optischen Elementes 2 ist so gewählt, daß eine Totalrefexion
an der dritten reflektierenden Oberfläche 2b erfolgen kann.
Das heißt,
daß der Winkel
des von der zweiten reflektierenden Oberfläche 1b reflektierten
Lichtes zu einer Achse senkrecht zur dritten reflektierenden Oberfläche 2b 40° oder 60° beträgt. An der
dritten reflektierenden Oberfläche 2b findet
Totalreflexion des Lichtes statt, weil der kritische Winkel mit
Luft 32° beträgt. Die
an der dritten reflektierenden Oberfläche 2b abgelenkte
optische Achse wird an der Oberfläche abgelenkt, die einen Spitzwinkel
von 25° aufweist
(vierte reflektierende Oberfläche 2c).
Es wird eine Ablenkung in Richtung einer Seitensicht von 90° zur optischen
Achse O erreicht. Weil die vierte reflektierende Oberfläche 2c mit
einem metallischen Film belegt ist, transmittiert die abgelenkte
optische Achse senkrecht durch die dritte reflektierende Oberfläche 2b.
Auf diese Weise vollzieht die transmittierte optische Achse eine
Transmission in dem Abdeckglas CG, das in dem Rohr T aus rostfreiem
Stahl fxiert ist, durch die Öffnung
SH1 und die konkave Linse L der Blende SH.
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Dieses Beispiel baut auf dem oben
erwähnten
auf. Die Lichtstrahlen a, b und c (a bezeichnet einen Lichtstrahl
auf der optischen Achse, b einen seitlichen und c den anderen seitlichen
Lichtstrahl), die ausgehend von dem zu betrachtenden Objekt durch das
Abdeckglas CG, die konkave Linse L und die Öffnung SH1 in das zweite optische
Element 2 eingetreten sind, werden jeweils von der vierten
reflektierenden Oberfläche 2c und
von der dritten reflektierenden Oberfläche 2b reflektiert,
wie dargestellt. Das Licht wird in das erste optische Element 1 über die
Verbindungsfläche 1d geführt. Weiterhin
wird das Licht reflektiert von der zweiten reflektierenden Oberfläche 1b und
der ersten reflektierenden Oberfläche 1a und in die
Linse L1 geleitet. Auf diese Weise erhält man ein hartes Endoskop,
in dem ein Seitenblick von 90° möglich ist.
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Wie aus der obigen Erläuterung
ersichtlich kann das optische System zur Umlenkung der Blickrichtung,
bestehend aus einem ersten optischen Element 1, einem zweiten
optischen Element 2, einer Blende SH und einer konkaven
Linse L in kompakter Weise innerhalb des Rohres P aufgenommen sein, so
daß es
sich der Außenform
einer nadelförmigen Spitze
eines harten Endoskopes anpassen läßt. Man kann diese optischen
Bauteile vorab innerhalb des Rohres P fixieren und den Zusammenbau
durch Einpressen des Rohres P in das Führungsrohr GP vollenden. Es
ist also sehr vorteilhaft für
die Herstellung.
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sIn dem ersten oben genannten Beispiel
ermöglicht
die Aufnahmeposition (Position der dritten reflektierenden Oberfläche 2b)
des Lichtes von dem ersten optischen Element 1 eine niedrigere
Position relativ zur Verlängerung
der optischen Achse O. Weiterhin wird zunächst ein Metallfilm nur auf
den effektiven Durchmesser des reflektierten Lichtes auf die klebende
Oberfläche
der ersten reflektierenden Oberfläche 1a und des zweiten
optischen Elementes 2 aufgebracht. Auf diese Weise ist
die Herstellung stabil möglich,
weil der durch das Klebematerial reflektierende Teil vollständig eliminiert
werden kann. Sogar wenn bedingt durch Prozeßfehler eines optischen Elementes
etc. Variationen in der Größe einer Komponente
auftreten, wandert die Position der konkaven Linse L lediglich vor
oder zurück.
Es entstehen deshalb keine Probleme, das optische Element in Rohr
P einzubauen. Sogar wenn die konkave Linse sich vor- und zurück bewegt,
befindet sich die geneigte Fläche
(erste reflektierende Oberfläche 1a) des
optischen Elementes in einer von einer störenden Position abgetrennten
Position. Eine Montage ist deshalb nicht unmöglich. Um zu erreichen, daß die Kreuzungsposition
der an der ersten reflektierenden Oberfläche 1a und an der
zweiten reflektierenden Oberfläche 1b abgelenkten
optischen Achse an einer Position erreicht wird, die in gewissem
Maße niedriger
als die Verlängerungslinie
der optischen Achse O ist, beträgt
der Spitzwinkel des ersten optischen Elementes 1 vorzugsweise
15° oder
30°. Bevorzugter sind
etwa 20° oder
etwa 25°,
wenn man die Brauchbarkeit und die ausreichende Absenkung der Position
der konkaven Linse L berücksichtigt.
Zusätzlich bildet
die Blende SH den Distanzhalter zur Ausbildung eines Luftspaltes
auf der dritten reflektierenden Oberfläche 2b mit der Differenz
im Niveau in der Richtung der Dicke. Der Zusammenbau des optischen
Systems ist also einfach.
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3 zeigt
eine Längsschnittansicht
der Spitze eines harten Endoskopes mit einem eingebauten optischen
System zur Umlenkung des optischen Strahlengan ges als optisches
Umlenkungssystem der Blickrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Beispiel liegt ein drittes optisches Element 3 zwischen
dem zweiten optischen Element 2 und der konkaven Linse L,
und die zweite reflektierende Oberfläche 1b weist keinen
Metallfilm auf. Es ist also von dem ersten Beispiel unterschiedlich
in dem Punkt, in dem diese Komponenten total reflektierende Oberfläche ausbilden.
Das dritte optische Element 3, das als eine planparallele
Platte ausgebildet ist, ist über
Abstandshalter SP, der einen effektiven Durchmesser vermeidet, auf
der dritten reflektierenden Oberfläche 2b des zweiten
optischen Elementes 2 angeordnet. Die konkave Linse L und
die Blende SH sind auf diesem dritten optischen Element 3 angeordnet.
Eine Luftschicht ist zwischen dem zweiten optischen Element 2 und
dem dritten optischen Element 3 durch die Verwendung des
Abstandshalters SP ausgebildet. Der Grund ist wie folgt. Wenn das
Klebematerial zur Fixierung der konkaven Linse L auf dem dritten
optischen Element 3 direkt auf die dritte reflektierende Oberfläche 2b aufgebracht
wird, kommt es zu einem Lichtverlust ohne Vorliegen von Totalreflexion.
Auf der zweiten reflektierenden Oberfläche 1b befindet sich
wie oben erwähnt
kein Metallfilm, und das schwarze Beschichtungsmaterial wird nicht
aufgebracht. Das nicht benötigte
Licht, das Störlicht
und Störbilder
hervorruft, kann also einfach eintreten. Störlicht und Störbilder
können
aber gering gehalten werden durch eine wie oben besprochene Anordnung
des dritten optischen Elementes 3 und der Blende SH.
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Da die anderen Komponenten und Wirkungen
des zweiten Beispieles die gleichen sind, wie beim ersten Beispiel,
erübrigt
sich eine weitere Erklärung.
Da die zweite reflektierende Oberfläche 1b im zweiten
Beispiel eine totalreflektierende Oberfläche ist, wird die Reflexionsrate
verbessert und eine helle Beobachtung ist möglich. Weiterhin kann die Aufnahmeposition
des Prismas, sprich die Position der dritten reflektierenden Oberfläche 2b des
zweiten optischen Elementes 2, et wa an die gleiche Position
wie die Verlängerungslinie
der optischen Achse O gebracht werden. Sogar wenn herrührend aus
Prozeßfehlern
etc. Schwankungen in der Größe der Prismen auftauchen,
die das erste und das zweite optische Element bilden, wandert die
Position der konkaven Linse L lediglich vor und zurück. Es ergeben
sich also keine Probleme beim Einbau in das Rohr P. Sogar wenn die
konkave Linse sich nach vorne oder hinten bewegt, ist die geneigte
Fläche
(erste reflektierende Oberfläche 1a),
mit der sie sich stören
kann, separiert. Aus diesem Grunde bereitet der Zusammenbau keine
Probleme.
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sIm ersten und zweiten Beispiel wurde
mit den Komponenten eine seitliche Sicht erreicht, wobei die Eintrittsrichtung
senkrecht auf der Blickrichtung stand. Die Erfindung ist allerdings
nicht darauf beschränkt
und kann ein optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
mit Umlenkung des Sichtfeldes in verschiedene Richtungen ermöglichen.
Dieses Beispiel wird unten dargestellt.
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4 ist
eine Schnittansicht, die den wesentlichen Teil eines dritten Beispieles
eines optischen Systems zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
gemäß dieser
Erfindung zeigt. Das erste optische Element in diesem Beispiel besteht
aus dem gleichen Element wie in den vorhergehend beschriebenen Beispielen.
In diesem Beispiel stehen die dritte reflektierende Oberfläche 2b und
die vierte reflektierende Oberfläche 2c des
zweiten optischen Elementes 2 parallel und die Injektionsoberfläche des
Prismas, das das zweite optische Element bildet, ist eine andere
als die dritte reflektierende Oberfläche. Bei dieser Komponente
ist die Einfallsrichtung im wesentlichen parallel zum optischen
Strahlengang, der erreicht wird zwischen der dritten reflektierenden Oberfläche 2b und
der zweiten reflektierenden Oberfläche 1b. Ein sogenanntes
perspektivisches optisches System ist daher realisierbar. Wenn zwischen der
dritten reflektierenden Oberfläche 2b und der vierten
reflektierenden Oberfläche 2c ein
Winkel eingestellt wird, kann in Abhängigkeit von dem Winkel eine
Variation der Richtung der Perspektive, sprich der Richtung des
einfallenden Lichtweges, erreicht werden. Wie bereits vorher festgestellt
war nicht nur der seitlichblickende Typ herkömmlich schwer dünn herzustellen,
sondern die seitlichblickende und die perspektivische Optik hatten
keine gemeinsamen Eigenschaften in der Form der optischen Komponenten,
wie klar aus den 7 oder 9 ersichtlich ist, und sie
mußten
jeweils komplett voneinander getrennt hergestellt werden. Separate
Komponenten wurden benötigt,
wenn die Richtung des Sichtfeldes zwischen Perspektiven verschieden
war. Gemäß dieser Erfindung
kann wie oben gesagt das erste optische Element gemeinsam hergestellt
werden. Und das optische Umlenkungssystem der verschiedenen Richtungen
kann zusammengesetzt werden aus einem vom seitlichblickenden Typ
des Sichtfeldes. Die Erfindung ist deswegen sehr nützlich in
Bezug auf gemeinsame Komponenten oder auf einen gemeinsamen Herstellungsprozeß.
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5(a) ist
eine Schnittansicht, die den wesentlichen Teil eines optischen Systems
zur Umlenkung des optischen Strahlenganges gemäß einem vierten Beispiel der
Erfindung zeigt. Im Unterschied zum dritten Beispiel ist die Zahl
der Reflexionen in dem zweiten optischen Element 2 erhöht. Im gegebenen
Fall ist das zweite optische Element ein Prisma. Verglichen mit
dem dritten Beispiel sind die reflektierenden Oberflächen R1
und R2 größer geworden. Dies
ist nützlich
zur Überwindung
einer längeren
Distanz von einem einfallenden Lichtweg zu einem optischen Injektionsweg.
In diesem Beispiel ist die reflektierende Oberfläche R1 identisch mit der dritten
reflektierenden Oberfläche 2b.
Diese Oberfläche
und die reflektierende Oberfläche
R2 sind parallel. Die reflektierende Oberfläche R2 kann aber geneigt werden
zu der vorhandenen Oberfläche
der dritten reflektierenden Oberfläche 2b und der reflektierenden Oberfläche R1,
wie in der Modi fikation in 5(b) gezeigt.
In dieser Modifikation verringert sich bei Annäherung der Einfallsseite der
Abstand zwischen der existierenden Oberfläche der reflektierenden Oberfläche R1 und
der dritten reflektierenden Oberfläche 2b sowie der existierenden
Oberfläche
der reflektierenden Oberfläche R2 und
der vierten reflektierenden Oberfläche 2c. In dieser
Komponente wird der Reflexionswinkel in jeder Reflexionsoberfläche graduell
kleiner. Unter Ausnutzung dieses Effektes kann der Winkel zwischen
der Einfallsrichtung und der Richtung der Betrachtung variabel eingestellt
werden. In diesem Beispiel und dieser Modifikation kann die reflektierende
Oberfläche
R1 und die dritte reflektierende Oberfläche 2b, die reflektierende
Oberfläche
R2 und die vierte reflektierende Oberfläche 2c jeweils aus
einer identischen Oberfläche
bestehen. Wenn allerdings in dem optischen Element viele Reflexionen
in einem Prisma stattfinden sollen, ist die Herstellung schwierig
und die Form kompliziert. In diesem Fall kann es abhängig von
der Notwendigkeit aus mehreren Prismen hergestellt werden.
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Aus der oben gegebenen Erklärung folgt, daß das optische
System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges gemäß dieser
Erfindung als extrem dünnes
optisches System ausgebildet sein kann, da es nicht dicker als das
erste optische Element 1 ist. Aus diesem Grunde kann die
Erfindung nicht nur als optisches System zur Umlenkung des optischen
Strahlenganges eines in Form eines optischen Umlenkungssystems eines
Endoskopes eingesetzt werden, wie z.B. bei einem harten Endoskop, sondern
auch bei verschiedenen optischen Instrumenten. 6 ist eine schematische Schnittansicht, die
ein Beispiel zeigt, das das optische System zur Umlenkung des optischen
Strahlenganges, wie im ersten Beispiel erklärt, für eine elektronische Kamera verwendet.
In der Figur bezeichnet F ein optisches Suchersystem. OP bezeichnet
ein optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
basierend auf dieser Erfindung. L1 bezeichnet die Objektivlinse,
die aus einer positiv gekrümmten
Linse besteht. IS ist ein Bildsensor.
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Das optische System zur Umlenkung
des optischen Strahlenganges OP ist in ein Gestell eingebaut. Der
Bildsensor IS ist angeordnet auf einem optischen Injektionsstrahlengang.
Wenn diese und das optische Suchersystem F in einem Gehäuse eingebaut
sind, erhält
man eine elektronische Kamera vom ultra-dünnen Typ.
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Wie oben erklärt hat das erfindungsgemäße optische
System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges die folgenden
Charakteristika, wie auch die in den Ansprüchen beschriebenen Charakteristika.
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- (1) Ein optisches System zur Umlenkung des
optischen Strahlenganges, bei dem die Einfallsrichtung und die Injektionsrichtung
voneinander abweichen und das ein erstes optisches Element mit einer
ersten reflektierenden Oberfläche
aufweist, die einen optischen Injektionsweg gegen einen Einfallslichtweg
reflektiert, in einer umgekehrten und diagonalen Richtung, und mit
einer zweiten reflektierenden Oberfläche, welche den an der ersten
reflektierenden Oberfläche
reflektierten optischen Weg diagonal in Richtung des einfallenden
Lichtweges reflektiert, einem optischen Weg entgegengesetzt folgend
in Richtung der Einfallsseite von einer Injektionsseite, und mit
einem zweiten optischen Element, das eine dritte reflektierende
Oberfläche
aufweist, an der der an der zweiten reflektierenden Oberfläche reflektierte optische
Weg diagonal reflektiert wird in umgekehrter Richtung gegen einen
einfallenden Lichtweg direkt oder indirekt über eine reflektierende Oberfläche, wobei
die vierte reflektierende Oberfläche
den an der dritten reflektierenden Oberfläche reflektierten optischen
Strahlengang gegen die Richtung des Einfalls lenkt.
- (2) Ein optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
wie oben unter (1) beschrieben, wobei die zweite reflektierende
Oberfläche
und die dritte reflektierende Oberfläche im wesentlichen parallel
zu einem optischen Injektionsweg angeordnet sind, und sich die Einfallsrichtung
und die Injektionsrichtung im wesentlichen orthogonal schneiden.
- (3) Ein optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges,
wie in (1) oder (2) oben erwähnt,
wobei das erste und zweite optische Element beliebige Prismen sind.
- (4) Ein optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
wie in (3) oben beschrieben, in dem die Einfallsebene des zweiten
optischen Elementes und die dritte reflektierende Oberfläche eine
identische Oberfläche
ist.
- (5) Ein optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
wie in (3) oben beschrieben, bei dem die Einfallsebene des zweiten
optischen Elementes und die dritte reflektierende Oberfläche zur
Ausbildung eines vorbestimmten Winkels geneigt sind.
- (6) Eine Zusammensetzungsmethode einer Vielzahl von optischen
Systemen zur Umlenkung des optischen Strahlenganges, deren Winkel
zwischen der Einfallsrichtung und der Injektionsrichtung voneinander
abweichen, und die ein erstes Prisma aufweisen, mit einer ersten
reflektierenden Oberfläche,
die den optischen Injektionsstrahlengang gegen den einfallenden
Lichtweg in umgekehrte Richtung und diagonal reflektiert, und mit
einer zweiten reflektierenden Oberfläche, die den an der ersten
reflektierenden Oberfläche
reflektierten optischen Strahlengang diagonal reflektiert in Richtung
des einfallenden Lichtweges, wenn man dem optischen Strahlengang
entgegengesetzt folgt in Richtung auf die Einfallsseite von der
Injektionsseite, und mit einem zweiten Prisma mit einer dritten
reflektierenden Oberfläche,
an der der an der zweiten reflektierenden Oberfläche reflektierte optische Strahlengang
diagonal reflektiert wird in umgekehrter Richtung gegen den einfallenden
Lichtweg über
eine reflektierende Fläche
direkt oder indirekt, und mit einer vierten reflektierenden Oberfläche, die
den von der dritten reflektierenden Oberfläche reflektierten optischen
Strahlengang in Richtung auf die Einfallsrichtung reflektiert, wobei
bei dem zweiten Prisma der Winkel zwischen der dritten reflektierenden
Oberfläche
und der vierten reflektierenden Oberfläche verschieden ist und selektiv
kombiniert wird mit dem ersten Prisma, dessen Winkel zwischen der
ersten reflektierenden Oberfläche und
der zweiten reflektierenden Oberfläche konstant ist.
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Wirkung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein kompaktes und ultra-dünnes
optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges zur
Verfügung
gestellt werden. Bei Anwendung auf ein hartes Endoskop vom seitlichblickenden
Typ (90°)
oder eines perspektivischen Typs (70° oder 110°) etc., kann ein einstellbares
optisches System zur Umlenkung der Richtung des Sichtfeldes zur
Verfügung
gestellt werden, das auch in einem extra dünnen Rohr Platz findet.
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Figurenkurzbeschreibung
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1 zeigt
eine Längsschnittansicht
der Spitze eines harten Endoskopes, mit einem eingebauten ersten
Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen
Systems zur Umlenkung des optischen Strahlenganges in Form eines
optischen Systems zur Umlenkung der Sichtfeldrichtung.
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2 zeigt
eine Bodenansicht der Blende, die für das erste Beispiel verwendet
wird.
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3 zeigt
eine Längsschnittansicht
der Spitze eines harten Endoskopes mit einem eingebauten zweiten
Beispiel des erfindungsgemäßen optischen
Systems zur Umlenkung des optischen Strahlenganges in Form eines
optischen Systems zur Umlenkung der Sichtfeldrichtung.
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4 zeigt
eine prinzipienhafte Schnitteinsicht eines dritten Beispiels des
erfindungsgemäßen optischen
Systems. zur Umlenkung des optischen Strahlenganges.
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5(a) zeigt
eine prinzipienhafte Schnittansicht eines vierten Beispieles des
erfindungsgemäßen optischen
Systems zur Umlenkung des optischen Strahlenganges. (b) zeigt eine Schnittansicht einer Modifikation
davon.
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6 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Beispieles, welches das erste
Beispiel dieser Erfindung für
eine elektronische Kamera verwendet.
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7 zeigt
eine prinzipienhafte Schnittansicht eines Darstellungsbeispieles
eines konventionellen optischen Systems zur Umlenkung des Sichtfeldes
mit einer Perspektive von 70°.
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8 zeigt
prinzipienhaft eine Schnittansicht eines Darstellungsbeispieles
eines konventionellen optischen Systems zur Umlenkung des Beobachtungsfeldes
eines seitlichblickenden 90° Typs.
-
9 zeigt
in einer prinzipienhaften Schnittansicht ein herkömmliches
Beispiel eines optischen rückwärtsblickenden
110° Systems
zur Umlenkung des Blickfeldes.
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- 1
- erstes
optisches Element
- 1a
- erste
reflektierende Oberfläche
- 1b
- zweite
reflektierende Oberfläche
- 1c
- sphärische Oberfläche
- 1d
- Verbindungsfläche
- 2
- zweites
optisches Element
- 2a
- Lichteintrittsfläche
- 2b
- dritte
reflektierende Oberfläche
- 2c
- vierte
reflektierende Oberfläche
- 2d
- Strahlungsoberfläche
- 3
- drittes
optisches Element
- SH
- Blende
- SH1
- Öffnung
- L
- konkave
Linse
- L1
- Objektivlinse
- CG
- Abdeckglas
- P
- Rohr
- T
- Rohr
aus rostfreieim Stahl
- LG
- Lichtleiter
- O
- optische
Injektionsachse
- SP
- Abstandhalter
- R,
R1, R2
- reflektierende
Oberflächen
- F
- Sucher
- OP
- optisches
System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges
- IS
- Bildsensor