DE20023373U1 - Optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlengangs - Google Patents

Optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlengangs Download PDF

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Abstract

Optisches System zur Umlenkung eines optischen Strahlenganges, das in einem langen und schlanken Gehäuse aufgenommen ist, mit einem ersten optisches Element, das eine erste reflektierende Oberfläche besitzt, 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 und 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.

Description

  • Technisches Gebiet
  • 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.
  • Stand der Technik
  • 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.
  • Aufgabe
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Lösung
  • 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.
  • 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.
  • Weiterhin kann gemäß dieser Erfindung das zweite optische Element und das dritte optische Element unter Ausbildung eines schmalen Luftspaltes angeordnet sein.
  • Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend sollen Ausführungen der Erfindung beispielhaft erläutert werden.
  • 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,
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wie oben erklärt hat das erfindungsgemäße optische System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges die folgenden Charakteristika, wie auch die in den Ansprüchen beschriebenen Charakteristika.
    • (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.
  • Wirkung der Erfindung
  • 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.
  • Figurenkurzbeschreibung
  • 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.
  • 2 zeigt eine Bodenansicht der Blende, die für das erste Beispiel verwendet wird.
  • 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.
  • 4 zeigt eine prinzipienhafte Schnitteinsicht eines dritten Beispiels des erfindungsgemäßen optischen Systems. zur Umlenkung des optischen Strahlenganges.
  • 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.
  • 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Beispieles, welches das erste Beispiel dieser Erfindung für eine elektronische Kamera verwendet.
  • 7 zeigt eine prinzipienhafte Schnittansicht eines Darstellungsbeispieles eines konventionellen optischen Systems zur Umlenkung des Sichtfeldes mit einer Perspektive von 70°.
  • 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.
  • 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

Claims (3)

  1. Optisches System zur Umlenkung eines optischen Strahlenganges, das in einem langen und schlanken Gehäuse aufgenommen ist, mit einem ersten optisches Element, das eine erste reflektierende Oberfläche besitzt, 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 und 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.
  2. Optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges nach Anspruch 1, bei dem weiterhin ein drittes, in dem Gehäuse aufgenommenes optisches Element vorgesehen ist, das auf der oberen Seite des zweiten optischen Elementes angeordnet ist.
  3. Optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlenganges nach Anspruch 1, bei dem das zweite optische Element und das dritte optische Element unter Ausbildung eines kleinen Luftspaltes angeordnet sind.
DE20023373U 1999-02-03 2000-02-01 Optisches System zur Umlenkung des optischen Strahlengangs Expired - Lifetime DE20023373U1 (de)

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JP11026448A JP2000221416A (ja) 1999-02-03 1999-02-03 光路変換光学系
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