DE2430148A1

DE2430148A1 - Optik fuer endoskope

Info

Publication number: DE2430148A1
Application number: DE2430148A
Authority: DE
Inventors: Kanehira Katsuyuki; Yamashita Nobuo
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1973-06-23
Filing date: 1974-06-24
Publication date: 1975-01-09
Also published as: JPS5022038U; DE2430148B2; US4140364A; JPS584481Y2

Description

00t 7413

Olympus Optical Co. Ltd. ' 24. Juni 1974

Tokyo-To/JAPAN Sk/

Optik fUr Endoskope

Die Erfindung betrifft eine Optik mit veränderbarem Bildfeld für Endoskope, mit einem Bildleiter zur Übertragung des Bildes eines Objektes und reit einem Objektiv zur Fokussierung des Bildes auf eine Endfläche des Bildleiters.

Die bisher verfügbaren Endoskope für medizinische Zwecke zum Beobachten der Innenseite eines Magens, der Speiseröhre usw. können in zwei typische Klassen unterteilt werden. Zur einen Klasse gehören diejenigen Endoskope, bei denen zur Beobachtung entlang einer Achse des distalen Endes des Endoskops die Beobachtung in Vorwärtsrichtung erfolgt, während zur anderen Klasse Endoskope zählen, bei welchen die

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Beobachtung in einem rechten Winkel zur Achse des distalen Endes erfolgt. Diese beiden Arten haben jedoch Vor- und Nachteile. Beispielsweise ist es bei der Beobachtung eines engen Röhrenabsch*nittes, beispielsweise der Speiseröhre, sehr schwierig, ein Endoskop mit seitlich gerichteter Betrachtungsrichtung zu verwenden, da die Sicht oder Sichtweite zur Beobachtung klein wird; darüber hinaus ist es schwierig, eine ausreichende optische Länge zu schaffen, da der Abstand zvischen der Linse und dem Objekt klein ist. Bei Endoskopen mit Betrachtung in Vorwärtsrichtung ist es möglich, den Gegenstand von vergleichsweise entfernten Positionen bis zu nahen Positionen zu beobachten. Aus diesem Grund werden in solchen engen Röhrenabschnitten im allgemeinen Endoskope mit Betrachtung in orwärtsrichtung benutzt. Andererseits werden in beuteiförmigen Hohlräumen, wie es beispieJsweise der Magen ist, allgemein Endoskope mit seitlicher Betrachtungsrichtung benützt, da es hierbei möglich ist, die gesamten Seitenwände zu betrachten. Aus diesen Gründen werden Endoskope mit seitlich ausgerichteter Betrachtungsrichtung sowie Endoskope mit in Vorwärtsrichtung liegender Betrachtungsrichtung sowie Endoskope mit in Vorwärtsrichtung liegender Betrachtungsrichtung für verschiedene Anwendungen entsprechend den Eigenschaften des zu betrachtenden Absch-»nitts benützt, so

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daß ihre Vorteile voll ausgeschöpft werden können. Wenn es jedoch erforderlich ist, die Speiseröhre und den Magen eines Patienten gleichzeitig optisch zu untersuchen, ist es notwendig, nacheinander zwei verschiedene Endoskope aus den oben genannten GrUnden zu verwenden. Dies ist jedoch sehr unbequem und ruft eine starke Belastung bzw. starke Schmerzen beim Patienten hervor. Zur Beseitigung vorstehender Schwierigkeiten gibt es Endoskope, die sowohl eine seitliche Betrachtung wie auch eine Betrachtung in Vorwärtsrichtung ermöglichen. Derartige vorgeschlagene Endoskope werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert. Diese vorgeschlagenen Endoskope haben den Nachteil, daß beispielsweise die Oberseite des Bildes nach unten kommt. Dies bedeutet, daß sich das Bild dreht. Das andere vorgescKb-gene Endoskop hat den Na drteil, daß eine exakte Beobachtung in Vorwärtsrichtung unmöglich ist und ferner das Endoskop selbst sehr groß ist.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Optik mit veränderbarem Bildfeld für Endoskope zu schaffen, bei dem das Bildfeld durch Drehung eines Prismas ver-

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ändert werden kann.

Diese Aufgabe vird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein festes Prisma zum Reflektieren des Strahls vom Objekt und zur Ausrichtung des Strahls auf das Objekt vorgesehen und ein drehfähiges Prisma zum Reflektieren des Strahls vom Gegenstand und zur Ablenkung des Strahls in Richtung auf das feste Prisma angeordnet ist und daß das drehfähige Prisma um eine Achse drehbar ist, welche in der Fläche der Totalreflektion des drehfähigen Prismas liegt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Optik ermögli-cht es, daß ihre Länge verkürzt werden kann, indem die Linsenteile des Objektivs dicht an der Eintritts- und Austritts-Fläche des feststehenden Prismas angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß die Austritts-Fläche des festen Prismas den austretenden Strahl bricht.

Die Erfindung gi bfc vorteilhafterweise eine Optik fUr Endoskope an, welche einen flexiblen Lichtleiter aufweist und zur Betrachtung der Innenseite von Körperhöhlen wie auch der Innenseite von Röhren in industrieller Anwendung benützt werden kann.

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Im folgenden werden bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung anhand von Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 bereits vorgeschlagene Optiken mit veränderbarem Feld für Endoskope,

Fig. 3 eine AuiUhrungsform einer Optik gemäß der

Erfindung,

Fig. 4A eine Optik bei seitlicher Betrachtungsrichtung, Fig. 4B eine Optik im Falle einer nach vorne gerichteten Betrachtungsrichtung,

Fig. 5 und 6 abgewandelte AusfUhrungsformen der Optik, Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung des Änderungsbetrags des Hauptstrahls.gegenüber dem Drehwinkel des drehbaren Prismas, und

Fig. 8 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Drehwinkel und dem Versetzungsbetrag des Hauptstrahls.

In Fig. 1 ist ein bereits vorgeschlagenes Endoskop veranschaulicht, bei dem ein Spiegel 1 am Ende des Endoskops derart angeordnet ist, daß eine Betrachtung in seitlicher Richtung möglich ist, wie dies durch die voll ausgezeidinete Linie an-

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gedeutet wird; ferner wird eine Betrachtung in Vorwärtsrichtung ermöglicht, wie dies durch die gestrichelte Linie veranschaulicht wird, wobei diese beiden Betrachtungsrichtungen durch Einsetzen bzw. Entfernen des Spiegels 1 ermöglicht werden.

In Fig. 2 wird ein weiteres Endoskop gezeigt, bei dem der Spiegel 1 kontinuierlich drehbar ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Optik hat den Nachteil, daß die Oberseite des Bildes nach unten kommt, d.h. dass das Bild sich dreht. Bei der in Fig. 2 dargestellten Optik kommt zar die Oberseite des Bildes nicht nach unten, d.h. das Bild dreht sich nicht und die Beobachtungsrichtung kann kontinuierlich verändert werden; jedoch ist bei dem zweitgenannten Beispiel eine exakte Beobachtung in Vorwärtsrichtung nicht möglich. Ausserdera ist das Endoskop selbst sehr groß.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Optik dargestellt. Mit 10 ist das distale Ende des Endoskops und mit 11 ein Abdeck- oder Schutzglas bezeichnet. Mit 12 ist ferner ein drehbares Prisma, mit 13 ein festes bzw. feststehendes Prisma, mit 14 ein Objektiv, mit 15

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ein Bildleiter bzw. Lichtleiter und mit 16 eine Öffnungsblende bezeichnet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung wird das drehbare Prisma 12 durch ein Prisma mit einem Winkel von 45 dargestellt,welches ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck bildet. Das Prisma 12 ist um eine Mittellage bzw. Ac hse 12 drehbar, wobei diese Achse in der Fläche 12a liegt; die Drehrichtung wird in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeutet. In der vorstehenden Optik gelangt der Strahl des zu betrachtenden Objekts durch das Deckglas 11, wird durch die Fläche 12a des drehbaren Prismas 12 total reflektiert und wird an der Fläche 13a des feststehenden Prismas 13 nochmals total reflektiert. Der Strahl vom Objekt wird dann an der Endlfäche 15a des Bildleiters bzw. der Bildfaser 15 mittels des Objektivs 14 abgebildet.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung dient zur Beobachtung in einer Querrichtung von 45 gegenüber der Vorwärtsrichtung. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Beobachtungsrichtung kontinuierlich verändert wellen kann,wenn das drehbare Prisma um seine Drehachse 12b verdreht wird.

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Die Figuren 4A und 4B zeigen jeweils den Fall, daß das drehbare Prisma 12 sich in der zugeordneten Stellung für eine seitliche Betrachtung bzw. eine Vorwärtsbetrachtung befindet, wobei das Prisma 12 entsprechend gedreht wird. Wenn das Prisma 12 derart gedreht wird, daß dessen Fläche 12a in Uhrzeigerrichtung um 22,5 gegenüber der Horizontalrichtung geneigt ist, wie dies in Fig. 4A veranschaulicht wird, fällt der Strahl vom Objekt in die Fläche 12c von oben ein, wodurch eine Betrachtung in seitlicher Richtung möglich wird. Wird das Prisma 12 derart gedreht, daß seine Fläche 12a entgegen der Uhrzeigerrichtung um 22,5 gegenüber der Horizontalen geneigt ist, wie dies in Fig. 4B veranschaulicht wird, fällt der Strahl vom Objekt auf die Fläche 12c aus einer Horizontalrichtung ein, wodurch die Betrachtung inVorwärtsrichtung durchführbar ist. Das feste Prisma 13 ist derart angeordnet, daß der Hauptstrahl jeweils vertikal zur Eintritts- und Austrittsfläche 13b bzw. 13c des Prismas steht.

Das drehbare Prisma 12 und das feste Prisma 13 sind ferner der-art angeordnet, daß die Verlängerungslinie des in das feste Prisma eintretenden Hauptstrahls jeweils die Drehachse des drehbaren Prismas 12 schneidet. Die Verlängerung des Haupt-

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Strahls ist hierbei in entgegengesetzter Richtung zur Einfallrichtung ausgeführt.

In Fig. 5 ist eine weitere AusfUhrungsform einer Optik dargestellt, bei der das Objektiv 14 derart angeordnet ist, daß die Linsenteile 14a und 14b dieses Objektivs 14 an beiden Seiten des festen Prismas 13 liegen. Die beiden Linsenteile 14a und 14b können in engem Kontakt zum Prisma 13 angeordnet sein.

Eine weitere AusfUhrungsform der Optik ist in Fig. 6 dargestellt. Die Form des festen Prismas 13 ist derart geändert, daß der Strahl von der Austrittsfläche 13c¹ des Prismas 13 gebrochen wird. Die Austrittsfläche 13c¹ ist somit nicht vertikal zum Hauptstrahl, sondern gegenüber dem Hauptstrahl geneigt angeordnet. Aus den Figuren 3 und 5 ergibt sich, daß bei den beiden ersten Aus-fUhrungsformen das Ende des Bildleiters bzw. der Bild-Faser objektivseitig leicht nach oben geneigt werden muß. Bei der letzten, d.h. in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist es dagegen nicht erforderlich, daß das Ende des Bildleiters geneigt werden muß.

Im folgenden wird eine Änderung der Einfallrichtung des Hauptstrahls gegenüber der Eintritts-Fläche 12c des drehbaren Prismas

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erläutert, wenn die Beobachtungsrichtung durch Drehung des Prismas 12 verändert wird. Wenn die Länge einer Seite der Fläche 12c des Prismas 12 gemäß Fig. 7 mit <t, die Einfallrichtung bzw. Lage des einfallenden Hauptstrahls bei einer Drehung des Prismas 12 um den Winkel 0 mit χ und der Betrag der Versetzung bzw. Änderung des Hauptstrahls gegenüber der Mittellage mit Ax bezeichnet werden, lassen sich χ und durch folgende Gleichungen darstellen:

χ = \l{X - tan θ + 2sin£/n)

1 ΰ 1 Dt 2sin C; . r - 5--c = £t( —- »*- - tan &

Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung der Werte der Änderung 4x der Einfallslage gegenüber dem Winkel Q unter Bezugnahme auf vorstehende Gleichungen. Fig. 8 veranschaulicht den Fall, daß der Brechungsindex des Prismas 1,84776 beträgt. In dieser Darstellung gibt die Abszisse den Wert 45 + IQ und die Ordinate den WertΛx an. Wie sich aus Fig. 8 ergibt, ist der Betrag der Änderung der Einfallposition über den Bereich zwischen einer Position zur seitlichen Betrachtung, d.h. 90 (£= 22,5 ) bis zu einer Position für eine Betrachtung in Vorwärtsrichtung, d.b. 0° (5-= - 22,5°), nur sehr klein.

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Aus vorstehender Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Optik mit variablem Bildfeld sehr einfachen Aufbau aufweist und ein drehfähiges und festes Prisma umfaßt. Diese Optik ermöglicht eine sehr g-ünstige Betrachtung Über einen weiten Bereich zwischen einer Richtung für eine seitliche Betrachtung und eine Richtung für eine Betrachtung in Vorwärtsrichtung, ohne daß Probleme auftreten, wie beispieJaw-eise die Drehung des Bildes. Da ferner die Prisma-Flächen mit totaler Reflexion als RefleidLonsflächen benützt werden, sind keine großen Reflektonsflächen wegen der Brechung des Prismas erforderlich. Wie es sich weiter aus Fig. 8 ergibt, ist die Änderung der Lage des Hauptstrahls an den Eintritts- und Reflektions-Flächen des drehbaren Prismas bei Änderung der Beobachtungsrichtung äusserst klein. Aus diesem Grund kann jedes Teil der Optik sehr klein gestaltet werden. Das feste Prisma 13 ist ferner derart angeordnet, daß die Verlängerungslinie des Hauptstrahls, welcher in das Prisma eintritt, ständig die Drehachse des drehbaren Prismas schneidet. Infolgedessen läßt sich eine äusserst günstige Beobachtung bzw. Betrachtung bei Verwendung der erfincjungsgemäßen Optik ausführen .

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Claims

Al

Patentansprüche

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24. Juni 1974

Bisons

K, Optik mit veränderbarem Bildfeld für Endoskope, mit einem Bildleiter zur Übertragung des Bildes eines Objektes und mit einem Objektiv zur Fokussierung des Bildes auf eine Endfläche des Bildleiters, dadurch gekennzei c hn e t, daß ein festes Prisna Q3) zum Reflektieren des Strahls vom Objekt und zur Ausrichtung des Strahls auf das Objekt vorgesehen und ein drehfähiges Prisma (12) zum Reflektieren des Strahls vom Gegenstand und zur Ablenkung des Strahls in Richtung auf das feste Prisma (13) angeordnet ist und daß das drehfähige Prisaa (12) ura eine Achse (12b) drehbar ist, welche in der Fläche (12a) der Totalreflektion des drehfähigen Prismas (12) liegt.
2. Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittt-Flächen (13b, 13c) des feststehenden Prismas (13) senkrecht zum Hauptstrahl der Optik angeordnet sind.
3. Optik nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Prisma (13) und das drehbare Prisna (12) derart angeordnet sind, daß die

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ORIGINAL INSPECTED

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Verlängerungslinie des in das feststehende Prisma (13) einfallenden Hauptstrahls die Drehachse des drehbaren Prismas (12) schneidet.
4. Optik nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen-Teile (14a, 14b) des Objektivs (14) jeweils in engem Kontakt mit der Einfallsund Austrittsfläche (13b bzw. 13c) des feststehenden Prismas (13) angeordnet sind.
5. Optik nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritts-Fläche (13c*) des feststehenden Prismas (13) derart angeordnet ist, daß der aus dem Prisma (13) austretende Strahl gebrochen wird.

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