DE2823458A1

DE2823458A1 - Optische vorrichtung zur richtungsveraenderung eines lichtstrahlenbuendels

Info

Publication number: DE2823458A1
Application number: DE19782823458
Authority: DE
Inventors: Andre Emile Masson
Original assignee: Clin Midy
Current assignee: Clin Midy
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-30
Publication date: 1978-12-14
Also published as: FR2393330B1; JPS542146A; FR2393330A1; GB1599614A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Richtungsveränderung eines Lichtstrahlenbündels.

Vorrichtungen, die üblicherweise zu diesem Zweck benutzt werden, sehen im Strahlengang einen Spiegel oder ein Prisma vor. Dies ist insbesondere bei Fotoapparaten mit Reflexsucher der Fall. Diese Apparate weisen einen schräggestellten Spiegel auf, welcher in das auf die lichtempfindliche Fläche fallende Lichtstrahlenbündel eingebracht und drehbar aufgehängt ist, so daß er bei der Aufnahme versenkt werden kann. Ähnlich ist es bei bestimmten Filmkameras mit Reflexsucher, welche im Strahlengang einen rotierenden Spiegel aufweisen, der auf seinem Umfang mit einem Ausschnitt versehen ist, so daß in Abständen Licht auf den Film fällt. Vorrichtungen dieser Art weisen jedoch zahlreiche Nachteile auf.

Einer der schwerwiegendsten Nachteile besteht darin, daß diese mit derartigen Vorrichtungen ausgerüsteten Apparate ein unverhältnismäßig großes Gehäuse erfordern. Dies macht insbesondere der bewegliche Spiegel erforderlich, der ein Traggestell benötigt, welches außerhalb des Strahlenganges liegen muß, so daß es diesen nicht beeinflußt. Außerdem sind besondere Vorrichtungen für die Führung und Steuerung des Spiegels erforderlich. Alle diese Hilfsvorrichtungen erfordern ein verhältnismäßig großes Bauvolumen, was einen erheblichen Nachteil bei gewissen Anwendungsfällen darstellt, insbesondere bei optischen Apparaten, welche im Innern sehr geringe Abmessungen aufweisen.

Ein weiterer Nachteil bei Vorrichtungen mit Schwenkspiegel besteht in der Masse, die dabei in Bewegung gesetzt werden muß. Der Spiegel muß infolge seiner optischen Qualitäten

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eine gute Festigkeit aufweisen und gleichzeitig genügend dick sein. Infolge der großen, in Bewegung zu setzenden Masse des Spiegels sind erhebliche Beschleunigungskräfte erforderlich, welche zu Erschütterungen und Schwingungen führen.

Bei Filmkameras mit rotierendem Spiegel ist außerdem eine Hilfsvorrichtung erforderlich, zur Erzielung einer großen Synchronisationsgenauigkeit.

Um die Nachteile einer Vorrichtung mit beweglichem Spiegel oder Prisma zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, einen halbdurchlässigen Spiegel geneigt in den Strahlengang einzubringen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Lichtdurchlässigkeit des Spiegels gering ist, da ein Teil des auffallenden Lichtes reflektiert wird.

Bei beiden Vorrichtungen läßt sich der Lichtstrahl im übrigen nur in zwei verschiedene Richtungen ablenken. Dies bewirkt eine Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine optische Vorrichtung zur Ablenkung von Lichtstrahlen zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet. Darüber hinaus soll es ermöglicht werden, den Lichtstrahl in eine oder mehrere Richtungen abzulenken, und zwar sowohl in der einen als auch in der entgegengesetzten Richtung.

Die Vorrichtung ist dabei so ausgelegt, daß ein aus einer festen Richtung kommendes Lichtstrahlenbündel in ein oder mehrere Richtungen abgelenkt werden kann oder umgekehrt,

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wobei ein aus verschiedenen Richtungen kommendes Lichtstrahlenbündel in eine bestimmte festgelegte Richtung gelenkt wird.

Dies wird erfindüngsgemäß erreicht durch mehrere nebeneinander angeordnete Prismen, von denen jedes mit mindestens einer Begrenzungsfläche in einer dem einfallenden oder austretenden Lichtstrahl zugekehrten Ebene liegt und mit einer weiteren Begrenzungsfläche parallel zur gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Prismas angeordnet ist, wobei zwischen ihnen ein Spalt zur Aufnahme eines in seinen optischen Eigenschaften veränderbaren Fluidums belassen ist, um wahlweise entweder den Lichtdurchgang von einem Prisma zum anderen zu ermöglichen oder an dem genannten Spalt eine Reflektion zu bewirken und der Spalt in seiner Richtung vom gewünschten Ablenkungswinkel abhängig ist. Demgemäß bildet der oder bilden die zwischen den Prismen vorgesehenen Spalte geschlossene Kammern, die jeweils mit zwei Vorratsbehältern verbunden sind, welche mit gleicher oder verschiedenartiger, die optischen Eigenschaften des Spaltes verändernden Flüssigkeit gefüllt sind, wobei Mittel vorgesehen sind, um wahlweise diese Flüssigkeit in die Spaltkammern einzubringen oder durch Luft zu ersetzen.

Vorzugsweise besitzt die in die Spaltkammern einzubringende Flüssigkeit reflektierende Eigenschaften und ist beispielsweise Quecksilber. Andererseits sind die Spalte so gerichtet, daß sie bei einer Füllung mit Quecksilber od. dgl. die Lichtstrahlen in die gewünschte Richtung reflektieren.

Mit besonderem Vorteil hat die einzubringende Flüssigkeit den gleichen Brechungsindex, wie das für die Prismen verwendete Glas, beispielsweise Monobromnaphtalen.

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Bei der vorliegenden Vorrichtung wird also die Ablenkung des Lxchtstrahlenbündels erreicht, indem die optischen Eigenschaften des Zwischenraumes zwischen zwei Prismen verändert werden, indem entweder eine Flüssigkeit durch eine andere ersetzt wird oder indem die Eigenschaften einer Flüssigkeit verändert werden.

Im ersten Fall benutzt man zwei Flüssigkeiten, deren Brechnungsindizes oder deren Reflektionsvermögen unterschiedlich sind, so daß in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der jeweils angewendeten Flüssigkeit die optischen Eigenschaften des Spaltes verändert werden können. Um die Richtung der Lichtstrahlen zu verändern, genügt es daher, die eine Flüssigkeit gegen die andere aus zutauschen.

Im zweiten Fall benutzt man eine einzige Flüssigkeit, deren optische Eigenschaften veränderbar sind. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise aus flüssigen Kristallen bestehen, die ihre Reflektionseigenschaft in Abhängigkeit von einer angelegten elektrischen Spannung verändern.

Die so ausgestattete Vorrichtung besitzt zahlreiche Vorteile, insbesondere benötigt sie nur einen geringen Raum, und sie weist eine sehr geringe Trägheit auf. Diese Eigenschaften erleichtern die Anwendung auf den verschiedensten Gebieten.

Weitere Vorteile und Besonderheiten der Vorrichtung werden im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei zeigt:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der wesentlichen optischen Einzelteile eines Kopfteiles für ein medizinisches Endoskop;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei

der mehrere Bildquellen auf eine einzige Fernsehkamera einwirken;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Kamera mit Reflexsucher und der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 8 eine Seitenansicht dieser Vorrichtung und

Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Bei dieser Vorrichtung kann ein aus einer von drei Richtungen einfallendes Lichtstrahlenbündel in eine Richtung abgelenkt werden, die vorher festgelegt ist.

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Die Vorrichtung weist drei Prismen 1,2 und 3 auf, welche einen Brechungsindex von 1,52 haben. Diese Prismen sind nebeneinander angeordnet, wobei jedes Prisma eine Fläche aufweist, die einer Einstrahlrichtung entspricht. Eine weitere Fläche eines jeden Prismas ist parallel zu einer Nachbarfläche des benachbarten Prismas angeordnet, wobei jedoch ein Abstand 4 oder 5 zwischen den Prismen vorgesehen ist, deren optische Eigenschaften verändert werden können.

Das erste Prisma 1 weist drei polierte Flächen 1a,1b und 1c auf. Die Fläche 1c weist in die Richtung F, in welche das Lichtstrahlenbündel aus der Vorrichtung herausgelenkt wird. Die erste Fläche 1a weist ebenfalls nach außen, wobei sie jedoch der Einfallsrichtung F1 des Lichtstrahlenbündels entspricht. Die dritte Fläche 1b des Prismas 1 liegt schließlich parallel in einem geringfügigen Abstand zur polierten Nachbarfläche des benachbarten Prismas 2.

In der dargestellten Ausführungsform bilden die Flächen 1c und 1b einen Winkel ot.1 = 25,5°. Die Fläche 1c bildet dagegen mit der Fläche 1a einen Winkel von a.2 = 51 .

Das Prisma 2 weist ebenfalls drei polierte Flächen 2a,2b und 2c auf. Hier weist jedoch nur eine einzige Fläche nach außen, nämlich die Fläche 2a, welche der Einfallsrichtung F2 des Lichtbündels entspricht.

Die Fläche 2b dieses Prismas liegt in geringfügigem Abstand parallel zur benachbarten Fläche des Prismas 3, wobei der Zwischenraum mit 5 bezeichnet ist. Die Fläche 2c des Prismas 2 liegt im geringfügigen Abstand parallel zur Fläche 1b des Prismas 1, wobei hier der Abstand mit 4

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bt:i.3i>-liriut ist. In der dargestellten Äusführungsform bilden die Flächen 2a und 2c einen Winkel cx3 = 51,5° und die Flächen 2a und 2b einen Winkel α 4 = 90°.

Das dritte Prisma 3 weist schließlich zwei polierte Flächen 3a nrd 3b auf. Die Fläche 3a weist nach außen, da sie der Einfallsrichtung F3 zugeordnet ist. Die Fläche 3b ist in einem geringfügigen Abstand parallel zur Fläche 2b des in der Mitte angeordneten Prismas 2 angeordnet, wobei der Zwiooliciiiaui.! zwischen beiden Prismen, wie bereits gesagt, mit 5 bezeichnet ist. In der dargestellten Ausführungsform bilden die Flächen 3a und 3b einen Winkel cx5 = 13°. :
Fläche 1c.

cx5 = 13 . Im übrigen liegt hier die Fläche 3a parallel zur

Die drei Prismen 1,2 und 3 sind durch Kleben zwischen den Seitenplatten 6 und 7 zusammengefügt, wobei zwischen ihnen, wie bereits gesagt, die Abstände 4 und 5 und Abstandshalter 8 vorgesehen sind.

Die durch die Abstände 4 und 5 gebildeten Hohlräume sind mit den beiden Behältern 9a und 9b in der Seitenplatte 7 verbunden, welche aus einem für die verwendete Flüssigkeit undurchlässigem Material besteht. Die Seitenplatte 6 hingegen ist aus einem luftdurchlässigen Material gefertigt. Die beiden Behälter 9a und 9b sind mit Quecksilber gefüllt und über Leitungen 10a und 10b mit einem Steuerungssystem verbunden, wobei vorzugsweise mit Über- und Unterdruck gearbeitet wird und die Seitenplatte 6 mit dem zur Anwendung gelangenden Gas umspült ist.

Wenn die Leitung 10a einem Überdruck ausgesetzt wird, tritt das im Behälter 9a befindliche Quecksilber in den ersten Zwischenraum 4 ein. Das Gas bzw. die Luft, die sich

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dort befindet, wird durch die luftdurchlässige Seitenplatte 6 abgeführt. Der Zwischenraum 4 füllt sich mit Quecksilber und wirkt daher wie ein Spiegel.

In diesem Fall wird ein aus Richtung des Pfeiles F1 durch die Fläche 1a senkrecht in das Prisma 1 einfallendes Lichtbündel mit dem Winkel ß1 auf der Fläche 1c reflektiert. Dieser Winkel ist sehr viel kleiner als der Grenzwinkel von 49°. Es findet hier also für das Lxchtstrahlenbündel eine Totalreflektion statt, so daß der Lichtstrahl schließlich auf die Fläche 1b fällt. Hier findet nun eine Spiegelung statt, da sich in dem Zwischenraum 4 Quecksilber befindet. Das Lxchtstrahlenbündel läuft demzufolge in die gwünschte Richtung F und verläßt das Prisma 1 im rechten Winkel zur Fläche 1c.

Wird die Leitung 10a einem Unterdruck ausgesetzt, so dringt durch die poröse Seitenwand 6 Luft in die Kammer ein, so daß das Quecksilber die Kammer 4 verläßt. Gleiches gilt für die Kammer 5, wenn die Leitung 10b einem Unterdruck ausgesetzt ist.

Wenn die Kammer 4 mit Luft gefüllt ist und die Kammer 5 mit Quecksilber, wird ein aus Richtung F2 senkrecht durch die Fläche 2a in das Prisma 2 einfallendes Lxchtstrahlenbündel mit einem Winkel ß3 auf die Fläche 2c auffallen, welcher ebenfalls kleiner ist als der Grenzwinkel von 59°, so daß hier ebenfalls eine Totalreflektion stattfindet. Das Lichtstrahlenbündel wird von hier in Richtung auf die zweite Kammer 5 reflektiert, wobei es an dieser Kammer durch den Quecksilberspiegel reflektiert wird. Der Lichtstrahl wird im Winkel ß4 in Richtung des Pfeiles F reflektiert. Er durchdringt dabei die erste Kammer 4, welche mit Luft gefüllt ist, und verläßt schließlich im rechten Winkel, bezogen zur Fläche 1c, die Vorrichtung.

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Falls nun beide Kammern 4 und 5 mit Luft gefüllt sind, kann ein aus Richtung F3 eintreffender Lichtstrahl senkrecht in das Prisma 3 eintreten, woraufhin beide Kammern durchquert werden. Der Lichtstrahl läuft dabei durch das mittlere Prisma 2 und schließlich durch das Prisma 1, wobei er dieses im rechten Winkel bezüglich der Fläche 1c in Richtung des Pfeiles F verläßt.

Zusammengefaßt ergeben sich also folgende Fälle:

a) Die erste Kammer 4 ist mit Quecksilber gefüllt und die zweite Kammer 5 entweder mit Luft oder mit Quecksilber. Ein aus der Richtung F1 in die Vorrichtung einfallender Lichtstrahl wird in die Richtung F abgelenkt.

b) Die erste Kammer 4 ist luftgefüllt und die zweite Kammer 5 mit Quecksilber. Ein aus Richtung des Pfeiles F2 einfallender Lichtstrahl wird in die Richtung F abgelenkt.

c) Die Kammern 4 und 5 sind beide mit Luft gefüllt. Ein aus Richtung des Pfeiles F3 einfallender Lichtstrahl wird in die Richtung F abgelenkt.

Mit dieser Vorrichtung läßt sich also wahlweise ein aus drei möglichen Richtungen einfallender Lichtstrahl in eine Projektionsrichtung F ablenken.

In einer Abwandlung der Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 sind die Kammern 4 und 5 ständig mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren optische Eigenschaften verändert werden können, so daß sie einmal transparent und ein anderes Mal reflektierend wirkt, jenachdem, ob man eine elektrische Spannung anlegt. Die Flüssigkeit kann aus einem bekannten Flüssigkristall bestehen, beispielsweise Methoxybenziliden.

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In diesem Fall kann auf die Behälter 9a und 9b sowie auf die Leitungen 1Oa und 10b verzichtet werden. Die Abstandshalter 8 werden in diesem Fall durch leitfähige Elemente ersetzt, so daß an das Flüssigkristall eine elektrische Spannung angelegt werden kann, um seine optischen Eigenschaften zu verändern. Die mit dieser Vorrichtung erzielbaren Ergebnisse entsprechen denen der oben beschriebenen Ausführungsform.

In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Auch hier wird ein aus drei verschiedenen möglichen Richtungen einfallendes Lichtstrahlenbündel in eine einzige festgelegte Richtung F abgelenkt, wobei hier die drei Einfallsrichtungen mit F1,F2 und F3 bezeichnet sind. Bei dieser Vorrichtung werden zwei Flüssigkeiten verwendet, die sich einzig und allein durch ihren Brechungsindex in Bezug auf das Glas unterscheiden. Es wird hier einmal die Luft und andererseits Monobroitinaphtalen verwendet, wobei die Luft einen unterschiedlichen Brechungsindex in Bezug auf das Glas hat und die zweite Flüssigkeit einen Brechungsindex aufweist, der denjenigem des Glases entspricht.

Bei dieser Vorrichtung werden drei Prismen 11,12 und 13 aus einem Glas mit einem Brechungsindex von 1,52 verwendet. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform sind die drei Prismen nebeneinander zwischen zwei Seitenplatten 16 und 17 angeordnet, wobei zwischen ihnen schmale Kammern 14 und 15 verbleiben.

Das erste Prisma 11 ist mit drei polierten Flächen 11a,11b und 11c versehen. Die erste äußere Fläche 11a weist in die erste Einfallsrichtung F1. Die zweite Fläche, die mit 11c bezeichnet ist, weist ebenfalls nach außen in

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die Ausfallsrichtung P. Die Fläche 11b schließlich ist parallel und im geringfügigen Abstand zur benachbarten Fläche des zwischenliegenden Prismas 12 angeordnet, so daß zwischen beiden Prismen die Kammer 14 gebildet ist.

Die Flächen 11b und 11c bilden einen Winkel al = 45° und die Fläche 11a und 11b einen zweiten Winkel a2 = 45 .

Das mittlere Prisma 12 ist ebenfalls mit drei polierten Flächen 12a,12b und 12c versehen. Die erste Fläche 12a ist nach außen in Richtung der zweiten Einfallsrichtung F2 gerichtet. Die beiden übrigen Flächen 12b und 12c sind parallel im geringfügigen Abstand zu den benachbarten Prismen angeordnet, so daß sich zwischen ihnen die Kammern 14 und 15 bilden. Die Fläche 12a bildet mit den angrenzenden Flächen jeweils einen Winkel a.3 und α 4 = 45 .

Das dritte Prisma 13 schließlich ist mit zwei polierten Flächen 13a und 13b versehen. Die erste Fläche 13a weist nach außen in Richtung der dritten Einfallsrichtung F3. Die Fläche 13b ist parallel zur Fläche 12b des mittleren Prismas angeordnet, wobei zwischen ihnen die Kammer 15 gebildet wird.

Die Fläche 13b bildet mit den beiden angrenzenden Flächen des Prismas 13 die Winkel <x5 und a.6 = 45 .

Wie in der ersten Ausführungsform der Vorrichtung sind hier die Kammern 14 und 15 durch Zwischenlagen 18 gebildet, wobei hier zwei Kammern 19a und 19b in der Seitenwand 17 angeordnet sind, welche für Gase und Flüssigkeiten undurchlässig ist. Die Platte 16 ist demgegenüber jedoch luftdurchlässig. Die beiden Behälter 19a und 19b sind mit Monobromnaphtalen gefüllt und sind

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gleichzeitig über die Leitungen 20a und 20b mit einem Steuersystem verbunden, so daß die Kammern einem tiber- oder einem Unterdruck ausgesetzt werden können.

Falls nun die erste Kammer 14 mit Luft gefüllt ist, befindet sich zwischen den beiden Prismen 11 und 12 ein Medium, welches nicht den gleichen Brechungsindex wie das Glas hat. Unter diesen Bedingungen wird das Lichtstrahlenbündel, welches aus der Richtung F1 kommt, an der Fläche 11b total reflektiert, so daß es schließlich in die Richtung F weiterläuft. Die Totalreflektion wird durch den Winkel ß1 hervorgerufen, welcher 45° beträgt und damit kleiner ist als der Grenzwinkel von 49 . Aus diesem Grund wird nur das Strahlenbündel F1 in Richtung F reflektiert und umgelenkt.

Wenn die Leitung 20a einem Überdruck ausgesetzt wird, dringt das Monobromnaphtalen aus dem Behälter 19a in die Kammer 14 ein und verdrängt die Luft durch die poröse Wand 16. Die Kammer 14 ist dann völlig mit Monobroinnaphtalen gefüllt, welches den gleichen Brechnungsindex aufweist, wie die Prismen 11 und 12, so daß hier keine Totalreflektion mehr stattfinden kann.

Wenn gleichzeitig die zweite Kammer 15 mit Luft gefüllt ist, befindet sich zwischen den Prismen 12 und 13 ein Spalt. Unter diesen Bedingungen wird ein Lichtstrahl aus der Richtung F2, welcher senkrecht zur Fläche 12a in das mittlere Prisma 12 eintritt, einer Totalreflektion an der Fläche 12b unterworfen. Wie im ersten Fall erfolgt dies deshalb, weil der Winkel ß2 kleiner als der Grenzwinkel von 49° ist. Der Lichtstrahl wird hier ebenfalls in die Richtung F gelenkt und durchläuft dabei die Kammer 14, welche mit Monobromnaphtalen gefüllt ist.

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Falls beide Kammern 14 und 15 mit Monobromnaphtalen gefüllt sind, hat die gesamte Vorrichtung überall den gleichen Brechnungsindex. Ein aus der dritten Richtung F3 auftretender Lichtstrahl kann daher durch die rückwärtige Fläche 13a eintreten und die gesamte Vorrichtung durchlaufen, wobei die Kammern 14 und 15 passiert werden. Der Lichtstrahl verläßt dann die Vorrichtung in der Richtung F.

Um das Monobromnaphtalen aus den Kammern 14 und 15 zu entfernen, genügt es, die entsprechenden Zuführungsleitungen 20a oder 20b einem Unterdruck auszusetzen. Durch die poröse Seitenwand 16 dringt dann Luft in die Kammern, so daß sich die Flüssigkeit in die zugehörigen Behälter 19a und 19b zurückziehen kann.

Zusammengefaßt ergibt sich folgendes:

a) Wenn die erste Kammer 14 mit Luft gefüllt ist und die zweite Kammer 15 entweder mit Luft oder mit Monobromnaphtalen, wird ein aus Richtung F1 einfallender Lichtstrahl an der Kammer 14 in die Richtung F abgelenkt.

b) Wenn die erste Kammer 14 mit Monobromnaphtalen und die zweite Kammer 15 mit Luft gefüllt ist, wird ein aus Richtung F2 einfallender Lichtstrahl in die Richtung F abgelenkt.

c) Wenn die Kammern 14 und 15 beide mit Monobromnaphtalen gefüllt sind, wird ein aus der dritten Richtung F3 einfallender Lichtstrahl in die Richtung F abgelenkt.

Aufgrund der Vorteile kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in den verschiedensten Anwendungsfällen eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist dabei

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der Einsatz in einem Beobachtungskopf eines Endoskopes, wie es in der Medizin oder Industrie benötigt wird. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hier ein Einblick in drei verschiedene Richtungen ermöglicht, wobei jedesmal gleichsinnige Bilder entstehen. Dies ist ein wichtiger Vorteil, denn da sich der Kopf des Endoskopes in tiefen und engen Höhlen oder Kammern befindet, ist eine Orientierung nur anhand der Eindringachse möglich. Bei gründlichen endoskopischen Untersuchungen, insbesondere in menschlichen oder tierischen hohlen Organen, ist es daher bislang erforderlich gewesen, mehrere Instrumente der folgenden Typen zu verwenden:

Ein Endoskop mit Einblick in Richtung der Eindringachse; ein Endoskop mit seitlichem Blick und ein Endoskop mit schrägem Blick.

Mit keinem dieser Instrumente war bislang eine vollständige Untersuchung möglich. Es mußten vielmehr zumindest zwei verschiedene Typen in einer aufeinanderfolgenden Untersuchung verwendet werden. Dies ist ein schwerwiegender Nachteil, insbesondere weil hierbei die Notwendigkeit bestand, mehrere Untersuchungsköpfe einzuführen, was insbesondere bei Operationen am Menschen

.·
unerwünscht ist. Außerdem verlängert sich dadurch die

Untersuchungsdauer wesentlich.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Untersuchungskopfes für ein Endoskop dargestellt, welches die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung enthält. Diese ist hier mit optischen Elementen gekoppelt, die einmal eine divergierende und ein anderes Mal eine konvergierende Wirkung auf die Lichtstrahlenbündel haben. Bei dieser Vorrichtung ist es möglich, in drei verschiedene Blickrichtungen zu sehen, wobei ein Gesichtsfeld von insgesamt 210° entsteht.

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Der Beobachtungskopf besteht zunächst aus den drei Prismen 1,2 und 3 der Vorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde und in den Zeichnungen, Fig. 1 und 2, dargestellt wurde. Die Kammern 4 und 5 zwischen den Prismen sind mit Kammern 9a und 9b verbunden, welche mit Quecksilber gefüllt sind. Die Behälter sind über Leitungen 10a und 10b mit jeweils einem Hahn 21a oder 21b verbunden, so daß sie mit einer Druckmittelquelle 22a oder 22b oder aber mit einer Entleerungspumpe 23a oder 23b verbunden werden können. Mit diesem Steuerungssystem ist es möglich, Quecksilber in die Kammern 4 und 5 einzubringen, um die optischen Eigenschaften der Kammern, wie bereits oben beschrieben, zu verändern.

Vor den drei Eintrittstlachen 1a,2a und 3a der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind divergierende optische Elemente, z.B. eine Zerstreuungslinse , 24 vorgesehen. Diese drei Elemente stimmen überein und sind jeweils so eingerichtet, daß sie mit einem konvergierenden Element 25, z.B. einer Sammellinse, an der Austrittsfläche 1c der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammenarbeiten können, so daß ein Bild 11 auf der Eintrittsfläche 26 eines Bildleiters 27, z.B. eines Glasfaserbündels, erzeugt wird, welcher das Bild aus der Körperhöhlung hinausleitet, wo es schließlich beobachtet und betrachtet werden kann. Das Bild wird dabei zur Austrittsfläche 27 des Bildleiters geführt, wo es mit 12 bezeichnet ist und wo es mittels eines Okulars 28 betrachtet werden kann.

Die gesamte Vorrichtung aus den Prismen 1,2 und 3 und den zugeordneten optischen Elementen findet in einem Zylinder mit zwölf Millimeter Durchmesser Platz, was für einen Beobachtungskopf für medizinische Endoskope der maximal zulässige Durchmesser ist.

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Mit dem so ausgestatteten Endoskop kann daher in aufeinanderfolgender Weise in drei verschiedene Richtungen, die jeweils durch die Pfeile F1,F2 und F3 gekennzeichnet sind, in eine Körperhöhle gesehen werden.

Um nun die verschiedenen Blickrichtungen auszuwählen, reicht es aus, wenn so vorgegangen wird, wie es bereits oben anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, wobei hier die Lichtbündel aus den Richtungen F1,F2 und F3 in eine einzige Richtung F abgelenkt werden.

In Fig. 6 ist eine andere Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Diese Anwendung betrifft ein Filmbildwandlersystem für eine Fernsehkamera und mehrere Bildquellen, wie beispielsweise einen Sechzehnmillimeter- oder Fünfunddreißigmillimeterfilmprojektor und einen Diapositivprojektor, wobei auf jede Bildquelle, unabhängig von der anderen, zugegriffen werden kann. In diesem Fall muß sehr schnell von einer Bildquelle auf eine andere umgeschaltet werden können. Bisher benutzte man dazu bewegliche Spiegelsysteme. Das Inbewegungsetzen und schlagartige Anhalten des Spiegels führt jedoch zu Vibrationen, welche den Nachteil aufweisen, daß die Bildqualität während einer gewissen Beruhigungszeit gemindert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt nun ein System für eine Fernsehkamera zu schaffen, welche diese Nachteile nicht aufweist. Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform kommt die zuvor beschriebene und in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung. Es sind in diesem Fall drei Prismen 11,12 und 13 erforderlich, die zwischen sich die Spaltkammern 14 und 15 bilden.

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In dieser Ausführungsform kommt eine einzelne Fernsehkamera 29, ein erster Filmprojektor 30a, beispielsweise für Sechzehnmillimeterfilme, ein weiterer Filmprojektor 30c, beispielsweise für Fünfunddreißigmillimeterfilme, und ein Diapositivprojektor 30b zu Anwendung. Die Austrittsfläche 11a der Vorrichtung ist der Fernsehkamera 29 zugeordnet, welche die Aufnahmevorrichtung darstellt. Die drei Projektoren 30a, 30b,30c sind den Eintrittsflächen 11a,12a und 13a der Vorrichtung zugeordnet.

Wird die Vorrichtung nun so benutzt, wie es oben bereits anhand der Fig. 3 und 4 erläutert wurde, kann die Fernsehkamera 29 mit einem Bild, welches von einem der drei Projektoren 30a,30b oder 30c stammt, versorgt werden. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Vorrichtung kann die Fernsehkamera mit drei verschiedenen Bildern versorgt werden, wobei zur Umschaltung lediglich eine Zeit von fünf Millisekunden nötig ist und keinerlei Vibrationen entstehen.

In allen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird die Vorrichtung als eine Art Multiplexer benutzt, der es erlaubt, aus verschiedenen Richtungen kommende Bilder in eine einzige Richtung abzulenken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch auch in entgegengesetzter Richtung benutzt werden, d.h. es kann ein Bild in verschiedene unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden. Dadurch ist es möglich, die Vorrichtung auch in Fotoapparaten oder Filmapparaten einzusetzen, um Reflexsucher zu bilden, die die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen. Wie bereits aus der Beschreibungseinleitung hervorgeht, werden bislang in den Strahlengang schräggestellte, halbdurchlässige Spiegel oder Schwenkspiegel eingesetzt, welche während der Aufnahme selbst verdreht

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und versenkt werden oder die im Falle ihres Einsatzes in einer Filmkamera mit einer Aussparung versehen sind. Diese Lösungen haben jedoch alle die bereits erwähnten Nachteile.

In den Fig. 7 bis 9 ist daher die Vorrichtung eingesetzt, um einen Reflexsucher für Foto- und Filmkameras zu bilden. Die Vorrichtung wird dabei zwischen das Objektiv 41 der Kamera und die lichtempfindliche Schicht 42 eingesetzt. Im dargestellten Fall ist die Vorrichtung nur mit zwei Prismen 31 und 32 versehen, die zwischen sich einen schmalen Spalt 34 bilden. Die beiden Prismen 31 und 32 sind gleichschenkelige Prismen, wobei die beiden Schenkel einen Winkel von 90° bilden und mit ihren Hypotenusen aufeinandergesetzt sind.

Der Spalt 34 zwischen den beiden Prismen verläuft in einem Winkel von 45° zur Achse XY, welche der Lichteinfallsrichtung entspricht, die mit F bezeichnet ist.

Die Eintrittsfläche 130c der Vorrichtung weist auf das Objektiv 41 der Kamera, wohingegen die Austrittsflächen 31a und 32a in zwei verschiedene Richtungen weisen. Die Austrittsfläche 32a weist dabei auf das Aufnahmefenster und die Austrittsfläche 31a auf den festen Spiegel 43, welcher die Lichtstrahlen in Richtung auf das Okular 44 lenkt.

Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen 1, die in den Fig. 1 bis 4 dargestellt sind, sind die beiden Prismen 31 und 32 zwischen zwei Seitenplatten 36 und 37 angeordnet, von denen eine porös ist und die andere einen Behälter 39 enthält, welcher mit dem Spalt 34 verbunden ist. Dieser Behälter ist über eine Leitung 40 mit einem

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Zylinder 45 verbunden, in welchem sich ein Kolben 46 verschiebbar führt, der durch den Elektromotor 47 für den Filmaufzug der Kamera betätigt wird. Der Kolben 46 ist so eingerichtet, daß er abwechselnd einen Druck oder einen Unterdruck auf den Behälter 39 ausüben kann, welcher mit Monobromnaphtalen gefüllt ist.

Wenn der Spalt 34 der Vorrichtung mit Luft gefüllt ist, wird das durch das Objektiv 41 einfallende Lichtstrahlenbündel total reflektiert, wie es bereits bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4 erläutert wurde.

Ist der Spalt jedoch mit Monobromnaphtalen gefüllt, trifft das Lichtstrahlenbündel vollständig auf den zu belichtenden Film 42.

Bei dieser Vorrichtung wird die gesamte Lichtenergie entweder auf den Betrachter 44 oder aber auf den zu belichtenden Film gelenkt. Da hier die Reflektionsflache fest ist, werden die Nachteile bewegter Spiegelsysteme vermieden.

Das beschriebene System kann nicht nur, wie im obigen Fall, in Filmapparaten, sondern auch in Fotoapparaten zum Einsatz kommen. Es genügt dann im Augenblick der Aufnahme, den Spalt 34 mit Monobromnaphtalen zu füllen.

Die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Erfindung sind nur als Beispiel für eine Vielzahl, nicht im einzelnen genannter Anwendungsmöglichkeiten gegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dort geeignet, wo ein aus einer Richtung kommender Lichtstrahl in mehrere verschiedene Richtungen abgelenkt werden muß oder aber wo ein aus verschiedenen Richtungen kommender Lichtstrahl in eine einzige Richtung umgelenkt wird.

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Wie bereits aus den oben beschriebenen Ausführungsformen hervorgeht, ist die Anzahl der Prismen von Fall zu Fall verschieden. Wenn ein Lichtstrahl in nur zwei Richtungen abgelenkt werden muß, genügen zwei Prismen, wie es der Fall ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 bis 9. Wenn jedoch drei Richtungen vorgesehen sind, wie es bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 6 der Fall ist, müssen drei Prismen benutzt werden. Es ist jedoch in gleicher Weise möglich, eine größere Zahl von Prismen zu verwenden, falls mehr als drei Richtungen erforderlich sind.

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I. ο e r s e i I

Claims

9959/br3 29. Mai 1978 Etablissements Pierre Angenieux,Saint-Heand, Loire,France CM Industries, 20, rue des Fosses Saint-Jacques, Paris 5eme, Frankreich Optische Vorrichtung zur Richtungsveränderung eines Lichtstrahlenbündels P a t e η t a η s ρ r ü c h e:

1. Optische Vorrichtung zur Richtungsveränderung eines Lichtstrahlenbündels, um sowohl aus verschiedenen Richtungen einfallende Lichtstrahlen in eine vorherbestimmte Richtung als auch einen aus einer Richtung kommenden Lichtstrahl in verschiedene Richtungen umzulenken, gekennzeichnet durch mehrere nebeneinander angeordnete Prismen, von denen jedes mit mindestens einer Begrenzungsfläche in einer dem einfallenden oder austretenden Lichtstrahl zugekehrten Ebene liegt und mit einer weiteren Begrenzungsfläche parallel zur gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Prismas angeordnet ist, wobei zwischen ihnen ein Spalt zur Aufnahme eines in seinen optischen Eigenschaften veränderbaren Fluidums belassen ist, um wahlweise entweder den Lichtdurchgang von einem Prisma zum anderen zu ermöglichen oder an dem genannten Spalt eine Reflektion zu bewirken und der Spalt in seiner Richtung vom gewünschten Ablenkungswinkel abhängig ist.

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2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die zwischen den Prismen vorgesehenen Spalte geschlossene Kammern bilden, die jeweils mit zwei Vorratsbehältern verbunden sind, welche mit gleicher oder verschiedenartiger, die optischen Eigenschaften des Spaltes verändernden Flüssigkeit gefüllt sind und daß Mittel vorgesehen sind, um wahlweise diese Flüssigkeit in die Spaltkammern einzubringen oder durch Luft zu ersetzen.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Spaltkammern einzubringende Flüssigkeit reflektierende Eigenschaften besitzt und beispielsweise Quecksilber ist und die Spalte so gerichtet sind, daß sie bei einer Füllung mit Quecksilber od. dgl. die Lichtstrahlen in die gewünschte Richtung reflektieren.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Spaltkammern einzubringende Flüssigkeit den gleichen Brechungsindex aufweist wie das für die Prismen verwendete Glas, beispielsweise aus Monobromonaphtalen, gebildet ist und die Spalte so gerichtet sind, daß sie bei einer Füllung mit Luft die Lichtstrahlen in die gewünschte Richtung reflektieren.

5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die zwischen den Prismen vorgesehenen Spalte geschlossene Kammern bilden und diese mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, deren optische Eigenschaften infolge bestimmter physikalischer Effekte veränderbar sind, wie z.B. Flüssigkristalle, deren Reflektionsvermogen in Abhängigkeit von einer angelegten elektrischen Spannung veränderbar ist.

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6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung in einem Beobachtungskopf eines Endoskopes vor jeder Strahleneintrittsfläche eines Prismas ein divergierendes optisches Element, z.B. eine Zerstreuungslinse, angeordnet und diese mit einem vor der Austrittsfläche vorgesehenen konvergierenden optischen Element, z.B. einer Sammellinse, zusammenarbeitet, um auf der Eintrittsfläche eines Bildleiterelementes, wie z.B. eines Glasfaserbündels, ein Bild zu erzeugen.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Verwendung in einem Filmbildwandlersystem mit einer Fernsehkamera, wobei mehrere Bildquellen, wie z.B. Film- und/oder Dia-Projektoren, vorgesehen sind und diese unabhängig voneinander ausgewertet werden, und daß drei Prismen gemäß Anspruch 1 bis 5 vorgesehen sind, die zwischen sich Spaltkammern zur Aufnahme einer Flüssigkeit bilden.

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