DE2458306C3

DE2458306C3 - Optisches System mit schräg nach vorn gerichtetem Sichtfeld

Info

Publication number: DE2458306C3
Application number: DE19742458306
Authority: DE
Inventors: Nobuo Tama Tokyo Yamasita
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE2458306A1; JPS5091333A; JPS5856848B2; DE2458306B2

Description

haben, der die Qualität des durch die Hinterlinse übertragenen Bildes ungünstig beeinflußt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches System für Endoskope mit schrägem Einfall anzugebea das auch bei unter einem relaiv kleinen Winkel, z. B. 30°, gegenüber der optischen Achse geneigten Einfall mit extrem kleinen Außendurchmessern hergestellt werden kann und eine ausgezeichnete BiIdqualität ermöglicht

Ausgehend von einem optischen System der eingangs angegebenen Art, bei dem ein Prisma in Art eines Bauernfeindprismas mit schrägem Einfall verwendet wird, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst Der sich an der Eintrittsfläche des Sichtrichtungsänderungsprismas ergebende Astigmatismusfehler wird durch die Austrittsfläche des Korrekturprismas korrigiert Es entsteht daher eine Hintereinanderanordnung von Prismen, die einen vergleichsweise geringen Hüllrohrdurchmesser am distalen Ende des Endoskops bei ausgezeichneter Bildqualität ermöglicht

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1A und 1B Schnittansichten bekannter optischer Systeme mit schräg nach vorn gerichtetem Sichtfeld zum Einbau in distale Enden von Endoskopen und

F i g. 2 und 3 Schnittansichten auf zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen optischen Systems mit schräg nach vorn gerichtetem Sichtfeld.

Das distale Ende eines Endoskops od. dgl. ist in F i g."? mit 1 bezeichnet. Ein Objektiv 2 fokussiert das Bild eines zu beobachtenden Objekts auf eine Endfläche eines Bildübertragungselements, z. B. einer bekannten Faseroptik. Vor dem Objektiv 2 sind ein Korrekturprisma 3 und ein Sicht- bzw. Beobachtungsrichtungsänderungsprisma 4 angeordnet. Das Korrekturprisma 3 und das Sichtrichtungsänderungsprisma 4 haben die in F i g. 2 dargestellte Form und sind so angeordnet, daß sie die weiter unten angegebene Gleichung erfüllen, wobei die Ausdrücke m und /72 jeweils Brechungsindices der entsprechenden Prismen, das Zeichen λ den Neigungswinkel einer Eintrittsfläche 3a des Korrekturprismas 3 in bezug auf die Vorwärts-Blickrichtung, die Ausdrücke β und γ die Neigungswinkel der Oberflächen 4a und Ab des Sichtrichtungsänderungsprismas 4 in bezug auf die Vorwärtsrichtung und der Ausdruck Δβ einen Winkel zwischen der Oberfläche 3b des K.orrekturprismas 3 und der Oberfläche 4a des Sichtrichlungsänderungsprismas 4 darstellen:

'an Aß =

i - /I₂) sin θ

"ι

-Vl-rg sin²©

wobei 0 = 9O°-3jS+2y.

Die Oberfläche 4a des Sichirichtungsänderungsprismas 4 ist angenähert unter einem Winkel von β + Δβ in bezug auf die optische Achse der die Oberfläche 4cdes Prismas 4 durchdringenden Strahlen angeordnet

Das beschriebene optische System ist in der zuvor angegebenen Weise derart angeordnet, daß die Beobachtungs- bzw. Sichtrichtung von dem Prisma 4 geändert und die in das Prisma 4 einfallenden Strahlen gebrochen werden, damit der Außendurchmesser klein gemacht werden kann. Wenn die Strahlen jedoch in der beschriebenen Weise gebrochen werden, wird Astigmatismus hervorgerufen, und die Bildqualität nimmt beträchtlich ab. Insbesondere dann, wenn das optische System als Ultraweitwinkelobjektiv des Retrofokustyps verwendet wird, wobei entsprechend dem später beschriebenen Ausführungsbeispiel eine konvexe Linse frontseitig angeordnet wird, wird ein besonders starker Astigmatismus hervorgerufen, der die Bildqualität außerordentlich stark beeinflußt. Infolgedessen wird es praktisch unmöglich, das optische System zu benutzen. Das Korrekturprisma 3 wird in erster Linie zum Zwecke der Korrektur dieses Astigmatismus verwendet. Insbesondere die Oberfläche 3bdes Korrekturprismas 3 dient der Korrektur des von der brechenden Oberfläche 4a des Sichtrichtungsänderungsprismas 4 hervorgerufenen Astigmatismus. Die Anordnung ist daher so getroffen, daß die Brechungsvermögen der beiden brechenden Oberflächen, d. h. der Oberfläche 3b des Korrekturprismas 3 und der Oberfläche 4a des Sichtrichtungsänderungsprismas 4 einander gleich oder angenähert gleich sind.

Vorzugsweise liegt der Schnittpunkt der optischen Strahleintrittsachse mit der Eintrittsfläche 3a des Korrekturprismas 3 etwa auf der über das Sichtrichtungsänderungsprisma 4 hinaus verlängerten optischen Achse des Objektivs 2. Dies beeinflußt die Randschärfenkorrektur günstig und macht darüber hinaus das optische System als Ganzes kompakt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches System für Endoskope mit schräg nach vorn gerichtetem Sichtfeld, bei dem ein die Richtung der von einem zu beobachtenden Objekt einfallenden Strahlen in die Längsachse des Endoskops veränderndes Prisma mit einer Eintrittsfläche, einer Reflexionsfläche und einer Austrittsfläche so ausgebildet ist, daß die durch die Eintrittsfläche in das Prisma einfallenden und von der Reflexionsfläche zurückgeworfenen Strahlen an der Eintrittsfläche reflektiert und durch die Austrittsfläche ge worfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sichtrichtungsänderungsprisma (4) ein Korrekturprisma (3) angeordnet ist, dessen Eintrittsfläche (3a) so gelegt ist, daß Strahlen vom Objekt in des Korrekturprisma rechtwinklig zu dessen Eintrittstläche eindringen und dessen Austrittsfläche (3b) so angeordnet ist, daß es die durch die Eintrittsfläche (3a^einfallenden Strahlen bricht, daß der Winkel Aß zwischen der Austrittsfläche (3b) des Korrekturprismas (3) und der Eintrittsfläche (4a) des Sichtrichtungsänderungsprismas(4) entsprechend der folgenden Gleichung ausgelegt ist:

tan Aß

₁ - H₂) sin θ

η, cos θ - Vl - η] sin² θ

θ = 90°-3β+2γ

wobei / den Neigungswinkel der Reflexionsfläche (4b) des Sichtrichtungsändemngsprismas (4) gegenüber der optischen Achse des Objektivs (2), β den Neigungswinkel der Eintrittsfläche (4a) des Sichtrichtungsänderungsprismas (4) gegenüber der optischen Achse des Objektivs und n\ und n₂ die Brechungsindices des Korrekturprismas und des Sichtrichtungsänderungsprismas darstellen, und daß in an sich bekannter Weise ein die aus dem Sichtrichtungsänderungsprisma (4) austretenden Objektstrahlen fokussierendes Objektiv (2) und ein optisches Übertragungselement (IG) mit einer in der vom Objektiv abgebildeten Fokuslage des Objekts angeordneten Endfläche hintereinander angeordnet sind.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt der Achse der in das Korrekturprisma (3) einfallenden Strahlen mit der Eintrittsfläche (3a) des Korrekturprismas etwa auf der optischen Achse des Objektivs (2) liegt.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der aus dem Sichtrichtungsänderungsprisma (4) austretenden Strahlen normal auf der Austrittsfläche (4c) des Sichtrichtungsänderungsprismas steht.

4. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine dem zu beobachtenden Objekt am nächsten liegende konkave Linse (5) und ein Korrekturprisma (3) aufweist, dessen Eintrittsfläche (3a) so angeordnet ist, daß aus der konkaven Linse austretende Objektstrahlen durch die Eintrittsfläche in das Korrekturprisma (3) eintreten, und daß die Austrittsfläche (3b) des Korrekturprismas eine zum Brechen der durch die Eintrittsfläche eingetretenen Strahlen geeignete Anordnung hat.

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System für Endoskope mit schräg nach vorn gerichtetem Sichtfeld, bei dem ein die Richtung der von einem zu beobachtenden Objekt einfallenden Strahlen in die Längsachse des Endoskops veränderndes Prisma mit einer Eintrittsfläche, einer Reflexionsfläche und einer Austrittsfläche so ausgebildet ist, daß die durch die Eintrittsfläche in das Prisma einfallenden und von der Reflexionsfläche zurückgeworfenen Strahlen an der Eintrittsfläche reflektiert und durch die Austrittsfläche geworfen werden.

Ein am distalen Ende einer langen und dünnen optischen Bildübertragungsvorrichtung angeordnetes optisches System muß insbesondere in bezug auf seinen Außendurchmesser generell klein sein. Dies hat folgende Gründe: Wenn ein Endoskop einen größeren Außendurchmesser hat, ist das Einsetzen des Endoskops für den Patienten sehr schmerzhaft Darüber hinaus ist der Außendurchmesser durch den zu beobachtenden Bereich physikalisch beschränkt, und es ist unter Umständen unmöglich, das distale Ende bei relativ großem Außendurchmesser einzuführen. Bei einem Cystoskop ist beispielsweise ein sehr dünnes distales Ende mit einem Außendurchmesser von 2 bis 3 mm erforderlich.

Bei im distalen Ende angeordneten optischen Systemen, die für von der Vorwärtsrichtung abweichende Sichtrichtungen verwendet werden, können die zuvor genannten Bedingungen dadurch erfüllt werden, daß bei einer um 90° von der Längsrichtung des Endoskops abweichenden Sicht- bzw. Beobachtungsrichtung oder im Falle einer um 60° gegenüber der Vorwärtsrichtung geneigten Sichtrichtung ein gerades Dreikantprisma von 45° oder 30° verwendet wird. Wenn die Beobachtungsrichtung jedoch um 30° gegenüber der Vorwärtsrichtung schräg nach vorn geneigt ist, ist die Anordnung des optischen Systems in der in den F i g. IA und IB gezeigten Weise unvermeidlich. Wie in den Fig. IA oder IB gezeigt ist, muß ein Prisma P] oder P₂ geeigneter Form vor dem Objektiv O des Endoskops angeordnet werden, um die Richtung der gegenüber der optischen Achse des Objektivs O üchräg von dem zu beobachtenden Objekt einfallenden Strahlen in die Richtung der optischen Achse des Objektivs O zu bringen. Das Bezugszeichen IG bezeichnet in den Figuren ein optisches Bildübertragungselement, z. B. eine Faseroptik, das in bekannter Weise derart angeordnet ist, daß das vom Objektiv entworfene Bild des Objekts auf seiner Endfläche fokussiert wird. Bei Verwendung eines Prismas der zuvor erwähnten bekannten Ausführung ist den die in den Fig. IA und IB mit h bezeichnete Abmessung groß, so daß das zuvor aufgezeigte Erfordernis des kleinen Außendurchmessers des distalen Endes nicht erfüllt werden kann. Würde der Außendurchmesser bei dem in den Fig. IA und IB dargestellten optischen System ausreichend klein gemacht, um das entsprechende Anwendungserfordernis zu erfüllen, ist es unmöglich, genügend große wirksame Durchmesser der Eintritts- und Austrittsflächen zu gewährleisten.

Aus der DE-PS 9 37 193 ist ein optisches System für ein Endoskop mit einem Bauernfeindprisma bekannt, bei dem vor der Eintrittsfläche des Prismas eine plankonvexe Objektivlinse und eine deren innerer Konvexfläche zugekehrte Kugellinse als Hinterlinse angeordnet sind. Der Mittelstrahl des optischen Systems verläuft durch den Mittelpunkt der Kugellinse. Um einen für Endoskope annehmbaren Hüllrohrdurchmesser am distalen Ende des Endoskops zu erreichen, muß die sphärische Hinterlinse einen relativ geringen Durchmesser