DE2900282C2

DE2900282C2 - Vorrichtung zum Fokussieren einer Endoskop-Objektivlinsenanordnung

Info

Publication number: DE2900282C2
Application number: DE2900282A
Authority: DE
Inventors: Miwako Hino Tokyo Maeda; Nobuo Tama Tokyo Yamashita
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1979-01-05
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE2900282A1; JPS5494352A; US4269485A; JPS6155086B2

Description

/ < /, < VTf

wobei /die Gesamtbrennweite der Objektivlinsenanordnung ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine ObjektivUnsenanordnung mit folgenden Daten:

r\	= 1,0630	rf, = 0,426	n, = 1,6968	ν, = 55,5

	= -0,6834	d₂ = 0,128	«:= 1,78472	V₃ = 25,7

	= 2,2051	rf₃ = 0,085

Γι	= 1,9243	rfs = 0,128	n₃ = 1,78472	v₃ = 25,7

r_s	= 0,4255	d₅ = 0,426	/I₄ = 1,6968	V₄ = 55,5

	= -0,8834	rf₆ = 0,340	~ 1,888

r-,	= OO	rf₇ = 0,213	/J₅ = 1,51633	v_ä = 64,2

's	- -2,1277	d_% = 0,043

*r<i*	= 2,1277	rf, = 0,213	B₆= 1,51633	v₆ = 64,2
	= OO	<y = 61°25'
	/= 1 /v3,0 2	-10° 47'
	/, = 1,085 TfV =

wobei /ϊ bis no die Krümmungsradien der Flächen der entsprechenden Linsenelemente, d\ bis ds die Dicken-Abmessungen der zugehörigen Linsenelemente und die zwischen diesen vorhandenen Luftspalte, v\ bis v* die Brechungsindizes der entsprechenden Linsenelemente, n_t bis /fe die Abbe-Zahlen der Linsenelemente und TW den Winkel zwischen dem Hauptstrahl und der optischen Achse an der Stirnfläche des optischen Faserbündels darstellen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fokussieren einer Endoskop-Objektivlinsenanordnung aus einer mit dem Endoskopkopf lagefest verbundenen Frontlinsengruppe und einer hinteren Linsengruppe, wobei ein optisches Faserbündel mit einer auf der Rückseite der hinteren Linsengruppe angeordneten Stirnfläche vorgesehen ist.

Bei der Konstruktion von Endoskopen ist es wichtig, bei der Beobachtung eines entfernt gelegenen Objekts einen möglichst großen Sichtbereich zu schaffen und bei der Beobachtung einer kleinen Zone durch dasselbe Endoskop den Endoskopkopf so dicht als möglich an die Beobachtungszone heranzuführen, um einen anomalen Teil genau und fehlerlos erkennen zu können. Zum Beobachten eines dicht benachbarten Objekts sollte die Endoskop-Objektivanordnung vor allem eine starke Vergrößerung haben und eine geeignete Scharfeinstellung bzw. Fokussierung unter der starken Vergrößerung ermöglichen. Vor der Objektivlinsenanordnung, ist regelmäßig ein Deckglas angeordnet, das den gleichen Durchmesser wie die Objektivünsenanordnung hat und

v) mit dem Endoskopkopf fest verbunden ist. Eine Fokussierung der Objektivlinsenanordnung durch Verschiebung der Frontlinsengruppe, wie sie beispielsweise bei Varioobjektiven aus Journal of the SMPTE, Vol. 69, August 1960, Seite 534 bekannt ist, würde bei

y> Endoskopen wegen des Deckglases zu einer erheblichen Abschattung des Lichtfeldes führen, wenn die Frontlinsengruppe zurückgezogen wird. Daher ist es bei Endoskopen notwendig, die Objektivlinsenanordnung so vorzusehen, daß die Frontlinsengruppe beim

mi Fokussieren eine feste Lage zum Endoskopkopf beibehält,

Zum Fokussieren einer Endoskop-Objektivlinsenan-Ordnung ist aus der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 99 087/74 eine Vorrichtung bekannt, bei

hi der entsprechend der Darstellung in Fig. IA und IB das optische Faser-Bündel 1 axial verschiebbar ist. Das optische Faserbündel 1 wird um eine Strecke An^fnßa zurückgezogen (fn = Brennweite der Objektivlinse 2 und

00=Vergrößerungsfaktor der Objektivlinse 2), um das Endoskop aus der Einstellung zur Beobachtung eines entfernt angeordneten Objekts (F i g. 1 A) in die Stellung zur Beobachtung eines nahe benachbarten Objekts (Fig, IB) zu verstellen. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Hauptstrahlen unter einem großen Einfallwinkel auf das optische Faserbündel fallen und die übertragene Lichtstärke im Randbereich des optischen Faserbündels geringer ist, wodurch die Randzonen c-hies von dem optischen Faserbündel übertragenen Bildes dunkler werden.

Aus der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 2194/75 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Objektivlinsenanordnung 2' in zwei Gruppen 2'a und 2'b gemäß F i g. 2A und Fig.2B unterteilt ist und zur Fokussierung der Abstand zwischen der vorderen Linsengruppe und der hinteren Linsengruppe veränderlich ist Dabei wird die hintere Linsengruppe 2'b axial verschoben, um die Objektivlinsenanordnung beispielsweise aus der in Fig.2A dargestellten Stellung zur Beobachtung eines entfernt angeordneten Objekts in die in Fig.2B dargestellte Lage zu überführen, bei der die Objektivlinsenanordnung auf ein nahe benachbartes Objekt O fokussiert ist Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß bei Betrachtung eines relativ nahfiligenden Objekts O die Objektivlinsenanordnung eine kurze Brennweite hat und daher keine ausreichend starken Vergrößerungen erzielbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei allen möglichen Einstellungen der Objektivlinsenanordnung im wesentlichen gleiche Bildhelligkeiten und eine relativ starke Vergrößerung auch bei der Nahbeobachtung eines Objekts erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die hintere Linsengruppe als Feldlinse unmittelbar vor und in fester axialer Lagezuordnung zum stirnseitigen Ende des optischen Faserbündels angeordnet ist und daß der Abstand zwischen der vorderen Stirnfläche des optischen Faserbündels und der hinteren Linsengruppe bei der Änderung des Abstandes zwischen letzterer und de^r mit dem Endoskopkopf lagefest verbundenen Frontlinsengruppe stets konstant ist

Durch diese Ausbildung der Vorrichtung werden beim Fokussieren der Objektivlinstnanordnung sowohl das Sichtfeld als auch die Bildhelligkeit im wesentlichen konstant gehalten und eine relativ starke Vergrößerung bei der Nahbeobachtung eines Objekts erzielt. Auch größere Lichtstärkeumerschiede vom achsnahen Bereich zum Randbereich des optischen Faserbündels werden vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. IA, IB, 2A und 2B schematische Schnittansichten, die herkömmliche Vorrichtungen zum Fokussieren von Endoskop-Objektivlinsenanordnungen veranschaulichen,

Fig.3A und 3B schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung der neuen Vorrichtung zum Fokussieren der Endoskop-Objektivlinsenanordnung,

F i g. 4A und 4B Schnittansichten durch ein Ausführungsbeispiel der Endoskop-Objektivlinsenanordnung, die entsprechend der Prinzipdarstellung gemäß den F i g. 3A und 3B fokussiert werden kann,

F i g. 5 grafische Darstellungen der Aberrationseigenschaften der Objektiviii isenanordnung bei deren Fokus-

sierung auf ein in unendlicher Entfernung angeordnetes Objekt und

F i g, 6 grafische Darstellungen der Aberrationseigenschaften der Objektivlinsenanordnung bei deren Fokussierung auf ein im Abstand von 3 mm angeordnetes Objekt

Bei der Erfindung ist die Endoskop-Objektivlinsienanordnung in einer Frontlinsengruppe L\ und einer hinteren Linsengruppe Li in der in Fig.3A und 3B dargestellten Weise unterteilt Die hintere Linsengruppe L₂ wird zusammen mit einem optischen Faserbündel 1 verschoben, um den Abstand zwischen den Frontlinsengruppe L\ und der hinteren Linsengruppe Li zu verändern, wodurch die Objektivlinsenanordnung fokussiert werden kann. Die Objektivlinsenanordnung ist so ausgebildet, daß sie der folgenden Bedingung genügt:

/ < /, < VTf

F i g. 3A zeigt die Objektivlinsenanordnung in einer Lage, bei der sie auf ein weit ?ntferntes Objekt fokussiert ist, während Fig. 3B denjenigen Fall veranschaulicht bei dem die Objektivlinsenanordnung auf ein in kurzer Distanz angeordnetes Objekt fokussiert ist Mit anderen Worten, die Objektiv iinsenanordnung wird dadurch auf ein nahe benachbartes Objekt O scharf eingestellt, daß die hintere Linsengruppe Li der Objektivlinsenanordnung zusammen mit dem optischen Faserbündel 1 aus der in F i g. 3A dargestellten Stellung in die in Fig.3B dargestellte Lage überführt wird, wobei der Abstand do zwischen der hinteren Linsengruppe Li und dem optischen Faserbündel 1 stets konstant bleibt. Dadurch gelingt es, den Hauptstrahlkegel unter einem kleinen Winkel auf das optische Faserbündel zu werfen. Darüber hinaus; kann eine starke Vergrößerung eines nahe gelegenen Objekts erreicht werden.

Wenn die Objektivlinsenanordnung auf ein mit unendlichem Abstand angeordnetes Objekt fokussiert wird, kann ihre Gesamtbrennweite / durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückt werden:

(D

wobei /| die Brennweite der Frontlinsengruppe Z., und ß₂ den Vergrößerungsfaktor der hinteren Linsengruppe L₂ darstellen.

Der VergrößerungsfaktorjS der Objektivlinsenanordnung kann bei deren Fokussierung auf ein im Unendlichen liegendes Objekt durch die nachfolgende Formel (2) ausgedrückt werden:

ß = ßi ■ ßi

vvobei ß) den Vergrößerungsfaktor der Frontlinsengruppe darstellt.

Eine Verschiebung A_] kann durch die nachfolgende Formel (3) ausgedrückt werden:

Aus dieser Formel laßt sich die Verschiebung/i, wie folgt ausdrücken:

Λ, = f-ß-(J](fV

Da der Abstand A₀ vom hinteren Brennpunkt der Objektivlinsenanordnung zur Stirnfläche des optischen

29 OO 282

Faserbündels gleich / Ii ist. laßt sich Δ- wie folgt ausdrucken:

(4)

Eine zu große Verschiebung des optischen Faserbündels ist wegen der Bruchgefahr der Fasern und der sich ergebenden Verlängerung des distalen Endes des Endoskops unerwünscht. Es ist daher erforderlich, den Wert Δ\ innerhalb eines Bereichs von J, < 2 J₁, ;u begrenzen. Daher gilt für (f,/f)· in der Formel (4):

( / IfY < 2 (5)

Der hintere Brennpunkt der Objektivlinsenanordnunu (Abbildungslage bei Fokussierung der Objektivlinsenanordnung auf ein im Unendlichen gelegenes

/■ 1.0630

/ 0.6834

r 2.2051

r.. 1.9243

r (1.4255

r. -0.8834

r -"

r. 2.1277

r, 2.1277

ti, 0.426

r/. - 0.128

ti, ■ 0.085

r/, - 0.128

(/- - 0.426

(/,. - 0.340

(/ - 0.213

./. - 0.043

(L - 0.213

Objekt) muß auf der Rückseite der Endfläche der Objektivlinsenanordnung gelegen sein, und daher muß ß₂ kleiner als I sein. Da β = (///".) < 1 gemäß Formel (1), muß die Objektivlinsenanoidnung der folgenden Bedingung genügen:

(6)

Aus den Ungleichungen (5) und (6) folgt, daß die Brennweite /, der Frontlinsengruppe der folgenden Bedingung genügen muß:

Im folgenden werden die numerischen Daten für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Endoskop-Objektivlinsenanordnung angegeben:

v, = 55.5

v, - 25.7

v₄ = 55,5

v_: = 64.2

v„ = 64.2

" ι ~^:	1.6968
Ils -	1.78472
II: '-■	1,78472
"l "	1,6968
	1.888
Ils ~	1.51633
lh. =	1.51633

f'-■ 1 l· 3.0 2 μ = 61° 25' /, - 1.085 7"»"- -10° 47'

wobei η bis Γιο die Krümmungsradien der Fläche der entsprechenden Linsenelemente, d\ bis d> die Dicken-Abmessungen der zugehörigen Linsenelemente und die zwischen diesen vorhandenen Luftspalte, Vi bis v* die Brechungsindizes der entsprechenden Linsenelemente, πι bis rk, die Abbe-Zahlen der Linsenelemente und TW den Winkel zwischen dem Hauptstrahl und der optischen Achse an der Stirnfläche des optischen Faserbündels darstellen.

Diese Endoskop-Objektivlinsenanordnung hat den in den Fig.4A und 4B dargestellten Aufbau, wobei F i g. 4A die Objektivlinsenanordnung bei deren Einstellung auf <4 = 0340, fokussiert auf ein im Unendlichen gelegenes Objekt, und F i g. 4B die Objektivlinsenanordnung bei deren Einstellung auf cfe = 1,888, fokussiert auf ein in einem Abstand von 3 mm gelegenes Objekt zeigen. Bei diesem Beispiel sind die Werte von f, F, 2ω und 7TVfür cfc = 0340 angegeben. Wenn die Objektivlinsenanordnung für (4=1,888 vorgesehen ist, so ergeben sich die folgenden Werte: /=3,215; F/3,0; 2ω = 28°12'; 7TV=3°43';und0=1315X.

Hierzu 4 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1, Vorrichtung zum Fokussieren einer Endoskop-Objektivlinsenanordnung aus einer mit dem Endoskopkopf lagefest verbundenen Frontlinsengruppe und einer hinteren Linsengruppe, wobei ein optisches Faserbündel mit einer auf der Rückseite der hinteren Linsengruppe angeordneten Stirnfläche vergesehen ist, dadurch gekennzeichne.t, daß die hintere Linsengruppe (L^ als Feldlinse unmittelbar vor und in fester axialer Lagezuordnung zum stirnseitigen Ende des optischen Faserbündels (1) angeordnet ist, und daß der Abstand zwischen der vorderen Stirnfläche des optischen Faserbündels (1) und der hinteren Linsengruppe {La) bei der Änderung des Abstandes zwischen letzterer (Li) und der mit dem Endoskopkopf lagefest verbundenen Frontlinsengruppe (L\) stets konstant ist.

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite f\ der Frontlinsengruppe (L\) der folgenden Bedingung genügt: