DE3005479C2

DE3005479C2 -

Info

Publication number: DE3005479C2
Application number: DE19803005479
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Math. 7518 Bretten De Zobel
Original assignee: Richard Wolf GmbH
Current assignee: Richard Wolf GmbH
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1987-12-03
Also published as: DE3005479A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop nach dem Oberbe griff des Anspruches 1.The invention relates to an endoscope according to the Oberbe handle of claim 1.

Die Optiken von Endoskopen weden vor allem zur Betrachtung größerer Objektfelder eingesetzt. Wenn nun kleinste Teile bzw. Mikrobereiche zu untersuchen sind, so verwendet man zwei Endoskope für den Makrobereich und für den Mikrobereich oder es wird nach dem Stand der Technik (DE-GM 74 40 701) beim Übergang von einem zum anderen Bereich in die Optik eines einzelnen Endoskopes eine zwischen zwei Endstellungen ein stellbare Lupenlinse integriert.The optics of endoscopes are mainly for viewing larger object fields used. If only the smallest parts or micro-areas are to be examined, so one uses two endoscopes for the macro range and for the micro range or according to the state of the art (DE-GM 74 40 701) in the transition from one area to another into the look of a single endoscope one between two end positions adjustable magnifying lens integrated.

Man ist auch schon so vorgegangen, daß für die beiden Ver größerungsbereiche (DE-GM 79 28 066) zwei unterschiedliche Okulare in den Strahlengang der Optik einschaltbar sind.One has already proceeded in such a way that for the two ver larger areas (DE-GM 79 28 066) two different Eyepieces can be switched into the optical path of the optics.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einziges Endos kop sowohl für die Untersuchung von Objekten im Makrobereich als auch solche im Mikrobereich, besondere kleinster Bereiche des Makrobereiches verwendbar zu machen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennweiten und Positionen von Objektivlinsensystem und Bildübertragungs linsen derart aufeinander abgestimmt sind, daß bei Lage des Objektes in der Brennebene des Objektives dieses Objektiv durch die erste nachfolgende Sammellinse als Objektiv er gänzt ist, so daß dann die Bildübertragungen jeweils durch je des Linsenpaar erfolgt, wodurch dann das Zwischenbild hinter der letzten Linse jedes Linsenpaares und die letzte Bildumkeh rung proximalseits des Okulars liegt, wobei dann das letzte Zwischenbild durch eine einschiebbare, als Lupenokular die nende Sammellinse zu beobachten ist.The object of the invention is a single endos Kop both for the examination of objects in the macro area as well as those in the micro range, especially the smallest areas to make the macro area usable. This task will solved according to the invention in that the focal lengths and Positions of objective lens system and image transmission lenses are matched to each other so that when the Object in the focal plane of the lens this lens through the first subsequent converging lens as a lens is complete, so that then the image transfers each by of the lens pair, which then leaves the intermediate image behind the last lens of each pair of lenses and the last image reversal the proximal side of the eyepiece, with the last one Intermediate image through an insertable, as the magnifying glass eyepiece collecting lens can be observed.

Gegenüber allen bekannten Endoskopen mit Übersichtsbetrachtung und Detailbetrachtung tritt nach der Erfindung beim Wechsel von der Übersichts- zur Detailbetrachtung eine Funktionsände rung ein. Es wird also durch das Einschwenken der als Lupen okular dienenden Sammellinse bei gleichzeitigem Verschieben des Endoskopes in die Brennebene des Endoskop-Objektivs eine Steigerung der Vergrößerung möglich. Nach der Erfindung ist es möglich, die Linsenumkehrpaare durch ein Umkehrprisma im Strahlengang des Endoskopes zu ergänzen, falls dies z. B. nach der Zahl der Umkehrungen durch die Linsenpaare erforder lich ist, um Höhen- und Seitenvertauschungen zu korrigieren.Compared to all known endoscopes with an overview and detailed consideration occurs after the invention when changing a functional change from an overview to a detailed view tion. So it is by swinging in the magnifying glass eyepiece-serving collective lens with simultaneous shifting of the endoscope into the focal plane of the endoscope lens Enlargement possible. According to the invention it is possible to reverse the lens pairs through a reversing prism in the To complete the beam path of the endoscope, if this is the case. B. according to the number of reversals required by the lens pairs is necessary to correct swapping of heights and sides.

Vor allen Dingen sind nach der Erfindung die Sammellinsen der Linsenpaare und der Okulare Achromatlinsen, und die Flintglas teile der beiden Linsen jedes Paares sind einander zugekehrt und deren Kronglasteile einander abgekehrt, während das Oku lar mit dem Flintglasteil dem Auge des Beobachters zugekehrt ist.Above all, according to the invention, the converging lenses are the Pairs of lenses and the eyepieces achromatic lenses, and the flint glass parts of the two lenses of each pair face each other and their crown glass parts turned away from each other while the Oku lar with the flint glass part facing the eye of the observer is.

Durch diese Achromaten und deren Zusammensetzung aus Flint- und Kronglasteilen als Sammellinsen ist es möglich, Fehler der Optik, insbesondere solche, die beim Übergang von der Makro- zur Mikrountersuchung auftreten, in günstiger Weise nach der einen oder anderen Richtung auf übliche Art zu korrigieren, damit in beiden Fällen des bestmögliche bzw. klarste Bild für den Beobachter erreicht wird.Through these achromats and their composition from flint and crown glass parts as converging lenses, it is possible to mistake the Optics, especially those that transition from macro for micro-examination occur in a favorable manner after the to correct one or the other direction in the usual way, in both cases the best possible or clearest picture for the observer is reached.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläu tert, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigt The invention is explained below with reference to the drawings tert, in which an embodiment is shown. It shows

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Endoskops, Fig. 1 is a side view of an endoscope,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Optiklinsen im Endoskop schaft nach Fig. 1 und den schematischen Verlauf des Strahlenganges für die Makrountersuchung, Fig. 2 is a schematic representation of the optical lens in the endoscope shaft according to Fig. 1 and the schematic course of the beam path for macro examination,

Fig. 3 das zu Fig. 2 gleiche optische System, jedoch mit einge schaltetem Zusatzokular und den angedeuteten Strahlengang für die Mikrountersuchung, Fig. 3 is the same to Fig. 2, optical system, however, having been switched off and the indicated Zusatzokular beam path for the micro-analysis

Fig. 4 einen stark vergrößerten Teilschnitt durch den Kupplungs anschluß eines Fiberlichtleitkabels an den Stutzen des durch den Endoskopschaft laufenden Fiberlichtleiters, Fig. 4 is a greatly enlarged partial section through the coupling connection of a Fiberlichtleitkabels to the nozzle of the current through the endoscope shaft fiber light guide,

Fig. 5 einen stark vergrößerten teilweisen Achsschnitt durch das distale Ende eines Endoskops mit proximalwärts im Schaft versetzten Objektiv. Fig. 5 is a greatly enlarged partial axial section through the distal end of an endoscope with proximally displaced in the shaft lens.

Nach der Erfindung und dem Ausführungsbeispiel besteht das Endoskop aus einem Schaft 1 mit Okulartrichter 2 und einem Anschlußstutzen 3 für einen durch den Schaft verlaufenden Fiber lichtleiter.According to the invention and the embodiment, the endoscope consists of a shaft 1 with an eyepiece funnel 2 and a connecting piece 3 for a fiber light guide running through the shaft.

Die durch den Schaft 1 verlaufende Optik besteht aus einem Objek tiv 4, an das sich eine gerade oder ungerade Zahl von Sammellinsen paaren, insbesondere in Form von Achromaten a-b, c-d und e-f anschließt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. An diese Linsenpaare schließt sich ein Okular 5 an. In den Strahlengang der Optik ist wie noch im einzelnen erörtert wird, ein zusätzliches Okular 6 schaltbar, wobei dieses Okular 6 z. B. in einen Schlitten 7 (Fig. 1) gelagert und quer zur Achse des Endoskopschaftes verschiebbar ist.The optics running through the shaft 1 consists of an objective 4 , to which an even or odd number of converging lenses pair, in particular in the form of achromatic lenses from, cd and ef , as can be seen from FIG. 2. An eyepiece 5 connects to these pairs of lenses. In the beam path of the optical system an additional eyepiece 6 as will be discussed in greater detail, switched, said eyepiece 6 z. B. stored in a carriage 7 ( Fig. 1) and displaceable transversely to the axis of the endoscope shaft.

Die Linsen der Paare und die Okulare 5, 6 sind vorteilhaft Achromat sammellinsen, die aus Flint- und Kronglasteilen zusammengesetzt sind, wobei die Flintglasteile a 1 und b 1, c 1 und d 1 sowie e 1 und f 1 in den Paaren einander zugekehrt und die Kronglasteile voneinander abgekehrt sind, während der Flintglasteil der Okulare 5 und 6 dem Beobachter zugekehrt ist.The lenses of the pairs and the eyepieces 5, 6 are advantageously achromatic converging lenses which are composed of flint and crown glass parts, the flint glass parts a 1 and b 1 , c 1 and d 1 and e 1 and f 1 facing each other in the pairs and the crown glass parts are turned away from each other, while the flint glass part of the eyepieces 5 and 6 faces the observer.

Für den Fall, daß mit dem Endoskop im Makrobereich beobachtet werden soll, wird das Okular 6 entsprechend Fig. 1 und 2 aus dem Strahlengang der Optik herausgenommen, wie in Fig. 2 schematisch angedeutet ist, und das Endoskop wird mit dem Objektiv 4 auf das Objekt 7 gerichtet, wobei der Objektabstand vom Objektiv größer als die doppelte Brennweite des Objektivs 4 sein muß.In the event that the endoscope is to be used to observe in the macro range, the eyepiece 6 according to FIGS. 1 and 2 is removed from the beam path of the optics, as indicated schematically in FIG. 2, and the endoscope is attached to the lens 4 Object 7 directed, the object distance from the lens must be greater than twice the focal length of the lens 4 .

Dann wird das durch das Objektiv 4 umgekehrte Bild 8 des Objekts A durch das Linsenpaar a-b wieder umgekehrt, was sich durch die Linsenpaare c-d und e-f wiederholt, bis das letzte Bild 9 des letzten Paares e-f durch das Okular 5 als Lupe dem Auge des Betrachters zugeführt wird. Die Bildumkehrungen liegen also für die Beobachtung im Makrobereich jeweils hinter jedem Linsenpaar.Then the image 8 of the object A reversed by the lens 4 is reversed by the lens pair ab , which is repeated by the lens pairs cd and ef until the last image 9 of the last pair ef is fed through the eyepiece 5 as a magnifying glass to the eye of the beholder becomes. For the observation in the macro range, the image reversals are therefore behind each pair of lenses.

Soll nun im Mikrobereich, z. B. mit 20- bis 200facher Vergrößerung beobachtet werden, so muß das Objekt B (Fig. 3) in der Brennebene des Objektivs 4 liegen, aber dann werden die Bildstrahlen durch das Objektiv 4 auf unendlich ausgerichtet, so daß das ursprüngliche Objektiv 4 durch den ersten Achromaten a des ursprünglich ersten Linsenpaares a-b ergänzt wird, womit nunmehr das erste Zwischenbild 8 a zwischen den beiden Linsen a und b des ersten Paares a-b liegt. Die weiteren Bild umkehrungen erfolgen sodann durch die Linsen b + c, d + e und f + 5, so daß die Kronglasteile nunmehr in den parallelen Strahlengängen einander zugekehrt sind und das letzte Zwischenbild 9 a proximalseits des ursprünglichen Okulars 5, jetzt Bestandteil der Umkehr f-5, entsteht, welches sodann durch das in den Strahlengang gebrachte Okular 6 als Lupe dem Auge des Beobachters zugeführt wird.Should now in the micro range, for. B. with 20 to 200 times magnification, the object B ( Fig. 3) must lie in the focal plane of the lens 4 , but then the image beams are aligned by the lens 4 to infinity, so that the original lens 4 by the first achromatic lens is completed a pair of the original first lens from, so that now the first intermediate image is a 8 between the two lenses a and b of the first pair from. The further image reversals then take place through the lenses b + c , d + e and f + 5 , so that the crown glass parts are now facing each other in the parallel beam paths and the last intermediate image 9 a proximal to the original eyepiece 5 , now part of the reversal f - 5 , arises, which is then fed through the eyepiece 6 brought into the beam path as a magnifying glass to the eye of the observer.

Beim Übergang der Beobachtung vom Makrobereich zum Mikrobereich entsteht also ein neues Objektiv 4 + a und das bisherige Okular 5 wird Teil einer Bildumkehr, so daß für die Beobachtung das zu sätzliche Okular 6 erforderlich ist.When the observation changes from the macro range to the micro range, a new objective 4 + a is created and the previous eyepiece 5 becomes part of an image reversal, so that the additional eyepiece 6 is required for the observation.

Es ist verständlich, daß für die Beobachtung im Mikrobereich ein klares und scharfes vergrößertes Bild nur dann erreichbar ist, wenn das Objekt B exakt in der Brennebene des Objektivs 4 liegt, was naturgemäß für den Benutzer des Endoskops sehr schwierig zu erreichen ist. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, geht man vorteilhaft so vor, daß das Objektiv 4 gegenüber dem Ende 1 a des Endoskopschaftes 1 proximalwärts um den Betrag der Brennweite des Objektivs 4 + a im Schaft 1 versetzt wird, so daß dann das Schaft ende am Objekt zur Anlage gebracht werden kann, womit der erforder liche exakte Abstand des Objekts erreicht wird. Die Ausleuchtung des Objekts b erfolgt dann mittels des durch das Endoskop ver laufenden Fiberlichtleiters über die am Objekt haftende Flüssig keit, die in gegebenen Fällen auch durch einen Kanal des Endoskops zugeführt werden kann. Treten hier Schwierigkeiten auf, so kann eine Dunkelfeldbeleuchtung zur Anwendung kommen, wie in Fig. 5 darge stellt ist, wobei so vorgegangen wird, daß der durch den Schaft 1 verlaufende Fiberlichtleiter 10 der bei 3 (Fig. 1 und 4) über ein Lichtleitkabel 12, 13 an einen Projektor anschließbar ist, das Licht distal über eine ringförmige Reflexionsfläche 11 dem Objekt B in der Brennebene zuführt. Das Versetzen des Objektivs 4 proximalwärts beeinflußt die Betrachtung im Makrobereich nicht, da der Bildwinkel nicht durch das distal verlängerte Schaftrohr ungünstig beeinflußt wird.It is understandable that a clear and sharp enlarged image can only be obtained for observation in the micro range if the object B lies exactly in the focal plane of the objective 4 , which is of course very difficult for the user of the endoscope to achieve. To avoid these difficulties, is advantageously carried out so that the lens 4 relative to the end 1 a of the endoscope shaft 1 is proximally offset by the amount of the focal length of the objective 4 + a in the shaft 1, so that then the shaft end on the object to System can be brought, with which the required exact distance of the object is achieved. The illumination of the object b is then carried out by means of the fiber light guide running through the endoscope via the liquid adhering to the object, which in certain cases can also be supplied through a channel of the endoscope. If difficulties arise here, dark field lighting can be used, as shown in FIG. 5, whereby the procedure is such that the fiber optic fiber 10 running through the shaft 1 is at 3 (FIGS . 1 and 4) via an optical fiber cable 12 , 13 can be connected to a projector which supplies light distally to the object B in the focal plane via an annular reflection surface 11 . Moving the objective 4 proximally does not affect the observation in the macro area, since the angle of view is not adversely affected by the distally elongated shaft tube.

Bei der Ausführung der Dunkelfeldbeleuchtung nach Fig. 5 und Beobachtung im Mikrobereich befindet sich das Objekt b sehr nahe am Objektiv 4. Es können dann Überstrahlungen der Objektkonturen auftreten, die z. B. durch Einschaltung einer Blende in den Strahlengang vermieden werden können. Regelbar kann man auch entsprechend Fig. 4 z. B. so vorgehen, daß das an den Lichtleiter stutzen 3 und an den Lichtleiter 10 anschließbare Kabel 12 mit dem Fiberlichtleiter 13 mittels eines Kupplungsexzenters 14 an den Stutzen 3 angeschlossen wird, so daß die zugekehrten Stirnflächen der beiden Fiberlichtleiter 10 und 13 durch Verdrehung des Exzenters 14 teilweise bis vollständig in Überdeckung gebracht werden können, womit die distal austretende Lichtmenge stufenlos einregelbar ist, um Überstrahlungen der Objektkonturen zu verhindern.In the practice of dark field illumination according to FIG. 5 and observation in the micro area the object is located b very close to the objective 4. It can then overexposure of the object contours occur. B. can be avoided by switching on an aperture in the beam path. You can also adjust according to Fig. 4 z. B. proceed so that the connector to the light guide 3 and to the light guide 10 connectable cable 12 to the fiber optic cable 13 is connected by means of a coupling eccentric 14 to the connector 3 , so that the facing end faces of the two fiber optic cables 10 and 13 by rotating the eccentric 14 can be partially or completely covered, with which the amount of light emerging from the distal can be infinitely adjusted in order to prevent overexposure of the object contours.

Claims

1. Endoscope with a shaft that contains an objective lens system, an adjoining image transmission system, an ocular and a fiber optic cable that can be connected to an illuminating light projector via an optical fiber cable, in which by changing the distance between the object and the lens and changing the position of optical elements in the eyepiece area different magnification areas are adjustable and in the case of observation in the area of lower magnification the image transmission system consists of a series of pairs of inverting objective lens pairs, characterized in that the focal lengths and positions of the lens system and image transmission lenses are coordinated with one another in this way are that when the object (B) is in the focal plane of the objective ( 4 ), this objective is supplemented by the first subsequent converging lens (a) as an objective ( 4 + a) , so that the image transmissions are then each carried out by the pair of lenses ( bc, de , etc.) erf olgt, whereby then the intermediate image behind the last lens of each pair of lenses (bc, de , etc.) and the last image reversal proximally on the side of the eyepiece ( 5 ), the last intermediate image ( 9 a) then being inserted by a telescope serving as a magnifying eyepiece Converging lens ( 6 ) can be observed.

2. Endoscope according to claim 1, characterized in that depending on the number of the image reversals be effective converging lens pairs (from, cd , etc.) in addition a reversing prism in the beam path of the optics is switched.

3. Endoscope according to claim 1 or 2, characterized in that the converging lenses (a, b, c, d, e, f) of the pair of lenses (from, cd , etc.) and the eyepieces ( 5, 6 ) are achromatic lenses and the flint glass parts of the two lenses of each pair face each other and the crown glass parts face each other, while the eyepiece ( 5, 6 ) with the flint glass part faces the eye of the observer.

4. Endoscope according to one of claims 1 to 3, characterized in that the endoscope shaft ( 1 ) distally over the lens ( 4 + a) is extended by the amount of its focal length.

5. Endoscope according to one of claims 1 to 4, characterized in that the facing proximal Stirnflä chen of the fiber optic conductor ( 10 ) and the subsequent fiber optic conductor ( 13 ) extending through the endoscope are eccentrically adjustable to one another, that the two end faces of the light transition are centric can be removed from each other in the axial direction by a certain amount, or that the two end faces of the light transition can be bent away from each other by a certain angle to the common central axis.

6. Endoscope according to one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that a Aperture is switchable.