DE3111368A1

DE3111368A1 - Endoscope

Info

Publication number: DE3111368A1
Application number: DE19813111368
Authority: DE
Inventors: Jan Portola Valley Calif. Hoogland; John K. Sunnyvale Calif. Landre
Original assignee: TELE SYN OPTICS Inc
Current assignee: TELE SYN OPTICS Inc
Priority date: 1980-03-25
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1982-04-01

Abstract

In an endoscope having variable magnification, which can be set between a wide-angle position of low magnification and a telescope position of high magnification, an objective is provided with a diverging front lens and a converging rear lens. A diaphragm is provided between the two near the focal plane of the converging lens. In order to set a high magnification, the distance between the objective and a transmitting optical system including an eyepiece is increased and the diverging lens of the objective is brought into contact with the object to be viewed. The diverging front lens makes a relatively small contribution to the aberrations in the position with high magnification. In the case of low magnification, the diverging front lens cooperates with the converging lens and forms a wide-angle objective. Stabilisation of the pupil is achieved by selecting the position of the diaphragm in such a way that the diaphragm is virtually ineffective in the position of high magnification. The maximum numerical aperture is thereby determined by the diameter of the converging lens. However, the diaphragm becomes effective in the position of low magnification. A field lens situated in the vicinity of the image plane in this case receives the edge beams of the light bundle at an angle which is virtually constant over the entire range of magnification. As a result, it is possible to accomplish transmission of images by conventional means, for example using alternating field lenses and intermediate lenses.

Description

Endoskop endoscope

Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einstellbarer Vergrößerung, mit einem Objektiv zum Abbilden eines Gegenstandes in eine Bildebene und mit einem Okular.The invention relates to an endoscope with adjustable magnification, with an objective for imaging an object in an image plane and with a Eyepiece.

Endoskope werden verwendet zum Betrachten und Untersuchen von Hohlräumen verschiedenster Art, etwa der Lunge, der Blase, des Magens usw. Dabei kann das Endoskop durch eine natürliche Körperöffnung eingeführt werden oder durch einen schmalen Einschnitt.Endoscopes are used to view and examine cavities of various types, such as the lungs, bladder, stomach, etc. The endoscope can can be inserted through a natural opening in the body or through a narrow one Incision.

Endoskope umfassen im allgemeinen ein langes dünnes Rohr, dessen distales, vorderes Ende in einen Patienten eingeführt wird. Am anderen Ende des Endoskops sitzt eine Augenmuschel mit dem Okular und einer Zwischenoptik zur Bildübertragung. Ferner ist eine Faseroptik vorgesehen zum Beleuchten des mit dem Endoskop betrachteten Bereichs. Diese Faseroptik umgibt das Objektiv und die Zwischenoptik im allgemeinen ringförmig. Bei einer aus diskreten Elementen zusammengesetzten Zwischenoptik ist im allgemeinen eine vordere Feldlinse vorgesehen, welche auch die Bildebene bei sämtlichen einstellbaren Vergrößerungen definiert, und abwechselnde Zwischenlinsen und Feldlinsen. Das Endoskop kann fest oder flexibel sein, je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck.Endoscopes generally comprise a long, thin tube, the distal, front end is inserted into a patient. At the other end of the endoscope there is an eyecup with the eyepiece and an intermediate lens for image transmission. Furthermore, fiber optics are provided for illuminating the area viewed with the endoscope Area. These fiber optics generally surround the objective and the intermediate optics ring-shaped. In the case of intermediate optics composed of discrete elements generally a front field lens is provided, which also forms the image plane all adjustable magnifications defined, and alternating intermediate lenses and field lenses. The endoscope can be rigid or flexible, depending on the intended use Purpose of use.

Endoskope werden nicht nur zur Untersuchung, sondern auch zum Herausschneiden und Entnehmen von Gewebe verwendet. Zum Beispiel ist es allgemein üblich, Polypen und Tumore durch derartige Techniken zu entfernen, so daß nicht offen operiert werden muß. Zu dem Zweck sind am vorderen Ende des Endoskops heizbare Drähte oder Klingen vorgesehen und entsprechende Röhrchen zum Entfernen des herausgeschnittenen Gewebes.Endoscopes are not only used for examination, but also for cutting out and removing tissue. For example, it is common to have polyps and remove tumors by such techniques so that surgery is not carried out openly got to. For this purpose, there are heated wires or blades at the front end of the endoscope provided and appropriate tubes for removing the excised tissue.

Es kommt häufig vor, daß die endoskopische Untersuchung in Verbindung mit einer Probeexzision verwendet wird. Dabei wird die betreffende Körperstelle im Innern eines Hohlraumes untersucht und bei Verdacht auf einen Tumor ein kleines Gewebestück herausgeschnitten und untersucht. Falls nach dem Untersuchungsergebnis ein bösartiger Tumor indiziert ist, kann der Patient operativ oder anderweitig behandelt werden.It often happens that the endoscopic examination is in conjunction used with a trial excision. The relevant Body part examined inside a cavity and if a tumor is suspected a small one Cut out a piece of tissue and examine it. If according to the examination result a malignant tumor is indicated, the patient can be treated surgically or otherwise will.

Es ist offensichtlich, daß durch die Verwendung eines Endoskops ein offener chirurgischer Eingriff vermieden werden kann, um eine Probeexzision vorzunehmen, und daß selbst zum Entfernen eines Tumors ein offener Eingriff vermieden werden kann. Dabei muß jedoch der Patient zweimal behandelt werden, wobei jedesmal eine Anästhese erforderlich sein kann. Außerdem kann eine Probeexzision möglicherweise nicht ausreichen für einen sicheren diagnostischen Befund.It is obvious that through the use of an endoscope one open surgery can be avoided to make a trial excision, and that open surgery is avoided even to remove a tumor can. However, the patient must be treated twice, one each time Anesthesia may be required. A trial excision may also be possible not sufficient for a reliable diagnostic finding.

Diese Schwierigkeiten lassen sich vermeiden, falls ein Endoskop zur Verfügung steht, mit dem sowohl mikroskopisch als auch teleskopisch betrachtet werden kann. Mit einem derartigen Instrument kann der untersuchende Arzt einen Körperbereich zuerst überblicken und bei auffallendem Befund mit größerer Vergrößerung untersuchen.These difficulties can be avoided if an endoscope is used Is available that can be viewed both microscopically and telescopically can. With such an instrument, the examining doctor can identify a part of the body first look over and examine with greater magnification if the findings are noticeable.

Endoskope mit einstellbarer Vergrößerung sind bekannt (US-PS 3 608 998 und 4 076 018). Sie umfassen optische Elemente mit einstellbarer Vergrößerung im Bereich des Okulars. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß das Auflösungsvermögen feststeht, wenn das Objektiv festliegt. Bei mikroskopischer Betriebsweise führt die erhöhte Vergrößerung daher nicht auch zu einer erhöhten Auflösung. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß bei einem derartig aufgebauten Endoskop eine Korrektur für alle Vergrößerungen schwer erreichbar ist, wenn nicht eine Zoomlinse verwendet wird, die mehrere gegeneinander bewegbare Elemente aufweist. Zoomlinsen am distalen Ende des Endoskops sind zwar denkbar, jedoch höchst unpraktisch aufgrund des komplizierten mechanischen Aufbaus und der vielen Linsenelemente. Da die Linsen in Endoskopen gewöhnlich einen Durchmesser von etwa 2 - 3 mm haben, eignen sich daher Zoomobjektive für Endoskope recht wenig.Endoscopes with adjustable magnification are known (US Pat. No. 3,608 998 and 4 076 018). They include optical elements with adjustable magnification in the area of the eyepiece. Such an arrangement has the disadvantage that the resolution fixed when the lens is fixed. In microscopic operation leads the increased magnification therefore does not also result in increased resolution. Another The difficulty is that in an endoscope constructed in this way, a correction difficult to reach for all magnifications unless a zoom lens is used which has several mutually movable elements. Zoom lenses on the distal End of the endoscope are conceivable, but highly impractical because of the complexity mechanical structure and the many lens elements. As the lenses in endoscopes usually about 2-3 mm in diameter, zoom lenses are therefore suitable very little for endoscopes.

Es ist ferner bereits ein Endoskop bekannt (US-PS 3 941 121) mit einem Objektiv, dessen Elemente relativ zueinander feststehen und das in Bezug auf eine als Faseroptik ausgebildete Zwischenoptik relativ bewegbar ist. Bei der hohen Vergrößerung für eine mikroskopische Betrachtung hat das darin verwendete Objektiv jedoch eine zu geringe Auflösung. Außerdem läßt sich keine genügend große numerische Apertur bei hohem Korrektionsstand, wie sie für die pathologische Mikroskopie erforderlich ist, erreichen.Furthermore, an endoscope is already known (US Pat. No. 3,941,121) with a Lens whose elements are fixed relative to one another and that in relation to a designed as fiber optics intermediate optics is relatively movable. At high magnification however, for microscopic observation, the objective used therein has one too low resolution. In addition, the numerical aperture cannot be large enough with a high level of correction, as required for pathological microscopy is to achieve.

Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich aus der gegenseitigen Beeinflussung des Objektivs und des Zwischenlinsensystems. Bei Verwendung einer Faseroptik als Zwischenoptik ergibt sich leicht ein Verlust an Auflösungsvermögen. Obwohl sich dies etwas verbessern läßt durch ausgefallene Techniken, etwa durch eine Vibrationsbewegung des Einlaßendes der Faseroptik oder durch Einführung von Aberrationen, die nachher wieder korrigiert werden, läßt sich eine maximale Auflösung immer noch am besten durch Verwendung diskreter Linsen erzielen (abwechselnd Feldlinsen und Zwischenlinsen). Bei Verwendung einer derartigen Zwischenontik ergeben sich jedoch Probleme bei der Pupillenanpassung, insbesondere das Problem einer gleichmäßigen Ausleuchtung des Bildfeldes. Wenn das Objektiv relativ zu der Zwischenoptik bewegt wird, ändert sich die Lage der Austrittspupille so sehr mit der Vergrößerung, daß sich eine nicht tolerierbare Vignettierung ergibt.Another difficulty arises from the mutual influence of the objective and the intermediate lens system. When using a fiber optic as Intermediate optics can easily result in a loss of resolution. Though this can be improved a bit by using unusual techniques, such as a vibration movement the inlet end of the fiber optic or by introducing aberrations that appear after are corrected again, a maximum resolution is still best by using discrete lenses (alternating field lenses and intermediate lenses). However, when using such intermediate gates, problems arise in the Pupillary adjustment, especially the problem of even illumination of the Field of view. When the objective is moved relative to the intermediate optics, it changes the position of the exit pupil so much with the magnification that one does not tolerable vignetting results.

Es ist zwar bereits ein Endoskop bekannt (US.PS 4 111 529), dessen Objektiv zur Weitwinkelbetrachtung geeignet ist, jedoch hat dieses Objektiv kein genügendes Auflösungsvermögen für mikroskopische Betrachtung. Außerdem ist die numerische Apertur zu klein wegen der Lage der Blende.Although an endoscope is already known (US.PS 4 111 529), its Lens is suitable for wide-angle viewing, but this lens does not have one sufficient resolution for microscopic observation. Also, the numeric Aperture too small due to the position of the diaphragm.

Insgesamt gesehen läßt sich sagen, daß Endoskope mit einstellbarer Vergrößerung zwar bekannt sind, ebenfalls Mikroskop-Endoskope, daß jedoch über einen weiten Bereich von Vergrößerungen Schwächen bezüglich der Korrektur und der Wirkung der Eintritts- und Austrittspupillen vorhanden sind.Overall, it can be said that endoscopes with adjustable Magnification are known, also microscope endoscopes, but that about one wide range of magnifications weaknesses in terms of correction and effect the entrance and exit pupils are present.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop mit einstellbarer Vergrößerung zu schaffen, welches über den gesamten Einstellbereich für Aberrationen korrigiert ist.The invention is based on the object of an endoscope with adjustable To create magnification, which over the entire adjustment range for aberrations is corrected.

Das Endoskop nach der Erfindung zeichnet sich aus durch eine Zerstreuungslinse als Frontlinse und durch eine Sammellinse als Hinterlinse des Objektivs, wobei Frontlinse und Hinterlinse miteinander verbunden sind und die Hinterlinse zwischen der Frontlinse und der Bildebene liegt, durch ein axial bewegbares Teil zum Bewegen des Objektivs längs der optischen Achse in Bezug auf die Bildebene zwischen einer Stellung maximaler Vergrößerung zur Abbildung eines nahe der Vorderfläche der Frontlinse liegenden Gegenstandes und einer Stellung niedriger Vergrößerung zur Abbildung eines von der Vorderfläche der Frontlinse entfernt liegenden Gegenstand!s in die Bildebene, durch Wahl der Parameter der Sammellinse derart, daß diese in Bezug auf Aberrationen in der Stellung maximaler Vergrößerung optimal korrigiert ist, und durch Wahl der Parameter der Zerstreuungslinse derart, daß diese in Bezug auf Aberrationen in der Stellung niedrigster Vergrößerung optimal korrigiert ist.The endoscope according to the invention is characterized by a diverging lens as a front lens and through a converging lens as the rear lens of the objective, with a front lens and rear lens are connected to each other and the rear lens between the front lens and the image plane lies by an axially movable part for moving the objective along the optical axis with respect to the image plane between a position of maximum Enlargement for the image of a lying close to the front surface of the front lens Object and a position of low magnification to image one of the The object lying at a distance from the front surface of the front lens into the image plane, through Choice of the parameters of the converging lens in such a way that these in relation to aberrations in the position of maximum magnification is optimally corrected, and by choosing the parameters the diverging lens in such a way that this in relation to aberrations in the position the lowest magnification is optimally corrected.

Durch Verändern des Abstandes zwischen dem Objektiv und der Zwischenoptik, die in Bezug auf das Okular ortsfest ist, wird eine Änderung des Vergrößerungsfaktors erreicht, ohne daß ein merklicher Abfall der Korrektur auftritt oder eine Vignettierung. Ausserdem ergibt sich über den gesamten Einstellbereich eine gute Ausleuchtung des Bildfeldes.By changing the distance between the objective and the intermediate optics, which is stationary with respect to the eyepiece, a change in the magnification factor becomes achieved without a noticeable drop in correction or vignetting. In addition, there is good illumination of the over the entire setting range Field of view.

Vorzugsweise ist eine Blende vorgesehen an einer Stelle zwischen der Zerstreuungslinse und der Sammellinse in der Nähe der Brennebene der Sammellinse in der Stellung niedriger Vergrößerung des Objektivs, so daß die Randstrahlen die Bildebene in einer annähernd parallel zur optischen Achse verlaufenden Richtung schneiden.Preferably, a diaphragm is provided at a point between the Diverging lens and the converging lens in the vicinity of the focal plane of the converging lens in the position of low magnification of the lens, so that the marginal rays the Image plane in a direction approximately parallel to the optical axis cut.

Vorzugsweise sind die Parameter so gewählt, daß die Gegenstandsebene in der Stellung maximaler Vergrößerung mit der Vorderfläche der Frontlinse zusammenfällt.The parameters are preferably chosen so that the object plane coincides with the front surface of the front lens in the position of maximum magnification.

Gemäß einer Weiterbildung weist die Vorderlinse eine Randfläche auf, die mit der optischen Achse einen Winkel bildet, und die Randfläche ist beleuchtet. Sie kann beispielsweise kegelstumpfförmig gestaltet sein.According to a further development, the front lens has an edge surface, which forms an angle with the optical axis, and the edge surface is illuminated. It can be designed, for example, in the shape of a truncated cone.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Sammellinse als Triplett ausgebildet.According to a particular embodiment, the converging lens is a triplet educated.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.The invention is described below with reference to schematic drawings an exemplary embodiment described in more detail.

Fig. 1A ist ein Längsschnitt durch ein Endoskop in der Weitwinkelstellung; Fig. IB ist ein Längsschnitt des Endoskops in einer Stellung für starke Vergrößerung; Fig. 2A zeigt den Linsenaufbau des Endoskop-Objektivs; Fig 2B zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Frontlinse; Fig. 3A und 3B zeigen den Strahlenverlauf in der eine starke Vergrößerung aufweisenden Mikroskopstellung, Fig. 4A und 4B zeigen den Strahlenverlauf in der Weitwinkelsteliung; Fig. 5 zeigt Einzelheiten des Strahlenverlaufs in der Weitwinkelstellung, und Fig. 6 zeigt den Strahlenverlauf und die Eintrittspupille in einer Stellung mittlerer Vergrößerung. Fig. 1A is a longitudinal section through an endoscope in the wide angle position; Fig. 1B is a longitudinal section of the endoscope in a high magnification position; 2A shows the lens structure of the endoscope objective; Fig. 2B shows a modified one Embodiment of the front lens; 3A and 3B show the beam path in FIG a high magnification microscope position, FIGS. 4A and 4B show the Ray path in the wide angle position; Fig. 5 shows details of the beam path in the wide-angle position, and FIG. 6 shows the beam path and the entrance pupil in a position of medium magnification.

Fig. 1A ist eine Schrägansicht eines Endoskops 10 im Längsschnitt gesehen. Das Endoskop ist länglich gestaltet und hat ein distales Ende 12, das in eine Körperhöhle eines Patienten eingeführt werden kann, sowie ein Beobachtungsende 15, das außerhalb der Körperhöhle bleibt. Die Dicke des Endoskops ist zur deutlicheren Darstellung der Einzelteile wesentlich übertrieben. Gebräuchliche Abmessungen für die Dicke sind 5 mm, während die Länge etwa 250 mm beträgt.1A is an oblique view of an endoscope 10 in longitudinal section seen. The endoscope is elongated and has a distal end 12 that extends into a body cavity of a patient can be inserted, as well as an observation end 15, which remains outside the body cavity. The thickness of the endoscope is more clear depiction the individual parts are much exaggerated. Common Dimensions for the thickness are 5mm while the length is about 250mm.

Das Endoskop umfaßt ein äußeres Rohr 17, ein mittleres Rohr 20 und ein inneres Rohr 22 mit jeweils kleinerem Durchmesser. Das äußere Rohr 17 und das mittlere Rohr 20 sind miteinander verbunden und lassen einen rohrförmigen Ringraum zwischen sich frei, in dem ein Lichtleitfaserbündel 25 untergebracht ist, das am Beobachtungsende 15 rechtwinklig umgebogen ist und dort einen Lichteinlaß 27 bildet. Das Lichtaustrittsende 30 des Lichtleitfaserbündels 25 befindet sich am distalen Ende 12 des Endoskops. Ein radial innenliegender Teil der Lichtleitfasern ist im Bereich des Lichtaustrittsendes radial nach innen zur Achse hin gekrümmt und mündet an der Frontlinse des Endoskop-Objektivs 35.The endoscope includes an outer tube 17, a central tube 20 and an inner tube 22 each having a smaller diameter. The outer tube 17 and the middle tube 20 are interconnected and leave a tubular annulus free between them, in which an optical fiber bundle 25 is housed, which is on Observation end 15 is bent at right angles and forms a light inlet 27 there. The light exit end 30 of the optical fiber bundle 25 is located at the distal end End 12 of the endoscope. A radially inner part of the optical fibers is in Area of the light exit end curved radially inward towards the axis and opens on the front lens of the endoscope objective 35.

Das innere Rohr 22 ist in Bezug auf das mittlere Rohr 17 und das damit verbundene äußere Rohr 20 axial beweglich und hat zu dem Zweck einen Durchmesser, daß es in dem mittleren Rohr 20 leicht gleitet. Durch Verstellen des inneren Rohres 22 läßt sich die Vergrößerung des Endoskops einstellen, wie weiter unten noch beschrieben ist. Zwecks Abdichtung des Innenraumes des mittleren Rohres 20 gegenüber der äußeren Atmosphäre ist ein O-Ring 32 vorgesehen, der in ein das äußere Rohr 17 und das mittlere Rohr 20 verbindendes Kopfstück eingesetzt ist.The inner tube 22 is with respect to the middle tube 17 and that with it connected outer tube 20 axially movable and has a diameter for the purpose that it slides easily in the central tube 20. By adjusting the inner tube 22 the magnification of the endoscope can be adjusted, as will be described below is. For the purpose of sealing the interior of the central tube 20 from the outer one Atmosphere, an O-ring 32 is provided, which in a the outer tube 17 and the middle Pipe 20 connecting head piece is used.

Das innere Rohr 22 ist mit einer Nut 33 versehen, in die eine unter Federspannung stehende Kugel 34 einfallen kann, die als Raste dient.The inner tube 22 is provided with a groove 33 into which one below Spring-loaded ball 34 can occur, which serves as a detent.

Am distalen Ende des mittleren Rohres 20 befindet sich das Objektiv 35. Die übrigen Linsen des Linsensystems sind in dem inneren Rohr 22 befestigt, so daß sie bei Bewegen desselben in einen mehr oder weniger großen Abstand zu dem Objektiv 35 gebracht werden können. Die in dem inneren Rohr 22 untergebrachten Linsen sind Feld- und Zwischenlinsen 40 sowie ein Okular 45 am Beobachtungsende des inneren Rohres 22. Die Feld- und Zwischenlinsen 40 sind an sich bekannte dickwandige Linsen. Alternativ kann innerhalb des inneren Rohres 22 auch eine Faseroptik zur Bildübertragung vorgesehen sein. Das Okular 45 ist von einer Augenmuschel 50 umgeben, die an dem inneren Rohr 22 befestigt ist.The objective is located at the distal end of the central tube 20 35. The remaining lenses of the lens system are fastened in the inner tube 22, so that when it is moved they are at a greater or lesser distance from the Lens 35 can be brought. The lenses housed in the inner tube 22 are field and intermediate lenses 40 and an eyepiece 45 at the observation end of the inner Rohres 22. The field and relay lenses 40 are known per se thick-walled lenses. Alternatively, fiber optics can also be used within the inner tube 22 be provided for image transmission. The eyepiece 45 is an eyecup 50 which is attached to the inner tube 22.

Das von dem Objektiv 35 entworfene Bild muß in eine Ebene 52 abgebildet werden, welches relativ zu dem Bildübertragungssystem in dem inneren Rohr 22 in einer feststehenden Ebene liegt, um das Bild im Auge des Beobachters richtig abzubilden. Je nach Abstand des Objektivs 35 von dem zu beobachtenden Gegenstand muß also das innere Rohr 22 verschoben werden, da die Lage der Bildebene 52 von diesem Abstand abhängt.The image designed by the lens 35 must be mapped into a plane 52 relative to the image transmission system in the inner tube 22 in FIG a fixed plane in order to reproduce the image correctly in the eye of the observer. Depending on the distance between the lens 35 and the object to be observed, it must inner tube 22 can be moved because the position of the image plane 52 from this distance depends.

In Fig. 1A ist das innere Rohr 22 ganz in das Endoskop 10 eingeschoben und befindet sich daher nahe dem Objektiv 35. In Fig. 1B ist das innere Rohr 22 herausgezogen, so daß es weitestmöglich von dem Objektiv 35 entfernt ist. Dadurch ergibt sich die größtmögliche Vergrößerung..In FIG. 1A, the inner tube 22 is completely pushed into the endoscope 10 and is therefore close to lens 35. In FIG. 1B, inner tube 22 is pulled out so that it is as far away from the lens 35 as possible. Through this results in the greatest possible magnification ..

In der Praxis wird das Endoskop 10 in der in Fig. 1A dargestellten Weitwinkelstellung in den Körper eines Patienten eingeführt, so daß der Arzt einen Überblick über den zu untersuchenden Körperbereich hat. Zur näheren Untersuchung einzelner Bereiche wird dann das Endoskop ein gewisses Stück - je nach der gewünschten Vergrösserung - ausgezogen. Falls eine mikroskopische Untersuchung nötig ist, wird das innere Rohr 22 in die in Fig. 1B dargestellte Lage ausgezogen, in der dann die Frontlinse des Objektivs 35 in Kontakt mit der zu untersuchenden Stelle gebracht wird.In practice, the endoscope 10 is shown in FIG. 1A Wide angle position introduced into the body of a patient so that the doctor can see one Has an overview of the area of the body to be examined. For further investigation The endoscope is then a certain piece - depending on the desired area Enlargement - pulled out. If microscopic examination is necessary, will the inner tube 22 is pulled out into the position shown in FIG. 1B, in which the The front lens of the objective 35 is brought into contact with the point to be examined will.

Fig. 2A zeigt den Linsenaufbau des Objektivs 35. Dieses umfaßt eine vordere Linsengruppe 58, die in dem Ausführungsbeispiel durch eine Zerstreuungslinse 60 gebildet ist, sowie eine sammelnde Linsengruppe 62. Zwischen beiden befindet sich eine Blende 65.2A shows the lens structure of the objective 35. This includes one front lens group 58, which in the embodiment by a diverging lens 60 is formed, as well as a collecting lens group 62. Located between the two an aperture 65.

Die Zerstreuungslinse 60 hat eine konvexe oder eine ebene Vorderfläche 60a, die mit dem zu untersuchenden Körperteil in Berührung gebracht werden kann. Die Linsengruppe 62 ist als Triplett ausgebildet mit den Elementen 70, 72 und 74, wobei die letzteren verkittet sind. Sämtliche Linsen sind zur gemeinsamen optischen Achse 76 zentriert.The diverging lens 60 has a convex or a flat front surface 60a, which are in contact with the body part to be examined brought can be. The lens group 62 is designed as a triplet with the elements 70, 72 and 74, the latter being cemented. All lenses are common optical axis 76 centered.

Fig. 2B zeigt eine abgeänderte Ausführungsform 60' der vorderen Zerstreuungslinse, deren Vorderfläche 60a' plan ausgebildet ist, deren Randbereich 60b' jedoch kegelstumpfförmig gestaltet ist.Fig. 2B shows a modified embodiment 60 'of the front diverging lens, whose front surface 60a 'is flat, but whose edge region 60b' is frustoconical is designed.

Die Enden der nach innen gekrümmten Glasfasern 31 des Lichtleitfaserbündels 25 liegen auf dem Randbereich 60b' auf, so daß das aus den Glasfasern 31 austretende Licht auf den zentralen Bereich der Vorderfläche 60a' gerichtet wird.The ends of the inwardly curved glass fibers 31 of the optical fiber bundle 25 lie on the edge area 60b 'so that the emerging from the glass fibers 31 Light is directed to the central area of the front surface 60a '.

Wie bereits oben beschrieben, wird bei ausgezogenem Endoskop die Vorderfläche 60a bzw. 60a' der vorderen Zerstreuungslinse 60 bzw.As already described above, when the endoscope is pulled out, the front surface becomes 60a or 60a 'of the front diverging lens 60 or

60' in Berührung mit dem zu untersuchenden Gegenstand gebracht, so daß die Gegenstandsebene genau festgelegt ist. Der Beitrag der Zerstreuungslinse 60 zur Aberration ist klein, so daß die sammelnde Linsengruppe 62 so bemessen sein kann, daß sich ein vollständig korrigiertes Mikroskopobjektiv ergibt. Sobald die Vorderfläche 60a der vorderen Zerstreuungslinse 60 einen Abstand von dem zu beobachtenden Gegenstand hat, wirkt diese Linse als Feldexpander, so daß die dann hervorgerufenen Aberrationen nicht mehr vernachlässigbar sind. Die Dimensionierungsgrößen der Zerstreuungslinse 60 und der Blende 65 können jedoch so gewählt werden, daß die Feldaberrationen des Gesamtobjektivs in der Stellung mit niedriger Vergrößerung korrigiert werden.60 'brought into contact with the object to be examined, see above that the object level is precisely defined. The contribution of the diverging lens 60 for aberration is small, so that the positive lens group 62 should be sized can result in a fully corrected microscope objective. As soon as the Front surface 60a of the front diverging lens 60 a distance from that to be observed Object, this lens acts as a field expander, so that the then evoked Aberrations are no longer negligible. The dimensions of the diverging lens 60 and the diaphragm 65 can be chosen so that the field aberrations of the Lens can be corrected in the low magnification position.

Der obige Zusammenhang für die Dimensionierung der optischen Parameter ist natürlich stark vereinfacht, da die Parameter der sammelnden Linsengruppe 62 durch die Zerstreuungslinse 60 und die Blende 65 beeinflußt werden. Insbesondere die Hinzunahme der Blende 65 verringert die Leistung der sammelnden Linsengruppe 62 als Mikroskop. Eine gewisse Optimierung läßt sich jedoch zum Beispiel durch Wahl der Dicken eines oder mehrerer der Elemente des Tripletts erreichen, um den Einfluß der Blende 65 in der Betriebsart als Mikroskop auszuschalten. Danach läßt sich die vordere Linsengruppe 58 wieder anpassen, um optimale Eigenschaften in der Weitwinkelstellung zu erhalten. Durch wiederholte Anwendung dieses Verfahrens lassen sich die Aberrationen auf einen gewünschten Korrektionsstand verringern. Da der Einfluß der vorderen Linsengruppe in der Mikroskop- Betriebsart klein ist (falls der Einfluß der Blende minimiert oder ausgeschaltet ist), können die Parameter der vorderen Linsengruppe und der sammelnden Linsengruppe im allgemeinen unabhängig voneinander berechnet werden, wobei das iterative Verfahren konvergiert. Wenn das Objektiv 35 auf diese Weise für die beiden Extremstellungen des inneren Rohres 22 korrigiert ist, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß auch die Aberrationen in Zwischenstellungen der Vergrößerung klein sind.The above relationship for the dimensioning of the optical parameters is of course greatly simplified because the parameters of the positive lens group 62 can be influenced by the diverging lens 60 and the diaphragm 65. In particular the addition of the diaphragm 65 reduces the performance of the positive lens group 62 as a microscope. However, some optimization can be achieved, for example, by choice the thickness of one or more of the elements of the Reach triplets, in order to eliminate the influence of the diaphragm 65 in the operating mode as a microscope. Thereafter the front lens group 58 can be adjusted again to achieve optimal properties to get in the wide angle position. By repeatedly using this procedure the aberrations can be reduced to a desired level of correction. Since the influence of the front lens group is small in the microscope mode (if the influence of the diaphragm is minimized or switched off), the parameters the front lens group and the positive lens group are generally independent are calculated from each other, the iterative method converging. If that Objective 35 in this way for the two extreme positions of the inner tube 22 is corrected, it has surprisingly been found that the aberrations are small in intermediate positions of magnification.

Eine weitere Beschränkung in der Lage und Größe der Blende 65 ergibt sich durch weiter unten stehende Betrachtungen über die Pupille.Another restriction in the position and size of the diaphragm 65 results through the considerations below about the pupil.

Die Fig. 3A und 3B zeigen den Strahlenverlauf bei der Abbildung eines Bildes 77 in der Bildebene 52 für einen Gegenstand 78, der sich in der Ebene der Vorderfläche 60a der Zerstreuungslinse 60 befindet. Fig. 3B ist eine vergrößerte Darstellung der Fig. 3A mit unterbrochen gezeichnetem Strahlenverlauf. In der in den Fig.FIGS. 3A and 3B show the beam path when imaging a Image 77 in the image plane 52 for an object 78 which is in the plane of the Front surface 60a of the diverging lens 60 is located. Fig. 3B is an enlarged Representation of FIG. 3A with an interrupted beam path. In the in the fig.

3 dargestellten Linsenstellung, die der Fig. 1B entspricht, bestimmt die Fassung der sammelnden Linsengruppe 62 die Lage der Blende in der Stellung 79. Nimmt man einen großen Abstand zwischen der Bildebene 52 und dem Objektiv 35 in Relation zu dem Durchmesser des inneren Rohres 22 an, so bilden die Randstrahlen 80 einen kleinen Winkel (etwa 1 Grad) mit der optischen Achse. In dieser Stellung hat die Blende 65 keine Wirkung, so daß ein Bild von maximaler Helligkeit entsteht.3, which corresponds to FIG. 1B, is determined the frame of the converging lens group 62 the position of the diaphragm in position 79. If one takes a large distance between the image plane 52 and the objective 35 in FIG Relation to the diameter of the inner tube 22, so form the marginal rays 80 makes a small angle (about 1 degree) with the optical axis. In this position the diaphragm 65 has no effect, so that an image of maximum brightness is produced.

Die Fig. 4A und 4B zeigen den Strahlenverlauf für den Fall, daß der Gegenstand 85 in einer Gegenstandsebene 87 liegt, die einen merklichen Abstand von der Vorderfläche 60a der Zerstreuungslinse aufweist. Dabei wird ein Bild 82 in einer Bildebene 52 gebildet entsprechend der Weitwinkelbetriebsstellung, wie sie in Fig. 1A dargestellt ist. Das achsenfernste Strahlenbündel ist durch den Hauptstrahl 90 gekennzeichnet, der denselben Einfallswinkel auf die Übertragungsoptik hat wie in den Fig. 3A und 3B. Diese Anpassung des Hauptstrahlenwinkels ergibt sich aus der Lage der Blende 65 nahe der Fokalebene der sammelnden Linsengruppe 62. Um die Bedeutung der Blende 65 besser zu verstehen, sei auf die Fig. 5 und 6 hingewiesen. Fig. 5 zeigt die Bildbildung entsprechend Fig. 4B, mit Ausnahme daß die Blende 65 fehlt. Unter diesen Umständen wird die Eintrittspupille durch die sammelnde Linsengruppe bestimmt, und der Hauptstrahl 91 fällt in einem verhältnismäßig großen Winkel (etwa 14 Grad) auf die Übertragungsoptik.4A and 4B show the beam path for the case that the Object 85 lies in an object plane 87 which is a noticeable distance from the front surface 60a of the diverging lens having. It will an image 82 formed in an image plane 52 corresponding to the wide-angle operating position, as shown in Fig. 1A. The most off-axis bundle of rays is through the Main ray 90 marked, the same angle of incidence on the transmission optics has as in Figs. 3A and 3B. This adaptation of the main ray angle results from the position of the diaphragm 65 near the focal plane of the converging lens group 62. Um To better understand the meaning of the diaphragm 65, reference is made to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows the image formation corresponding to FIG. 4B, with the exception that the diaphragm 65 is missing. Under these circumstances, the entrance pupil becomes through the positive lens group determined, and the main ray 91 falls at a relatively large angle (approx 14 degrees) on the transfer optics.

Dies ergibt eine nicht annehmbare Ungleichförmigkeit der Beleuchtung über das gesamte Bildfeld, falls diskrete optische Elemente in der Übertragungsoptik verwendet werden.This results in unacceptable non-uniformity in the lighting Over the entire image field, if discrete optical elements in the transmission optics be used.

Fig. 6 zeigt den Strahlenverlauf für die Abbildung des Gegenstandes 95 als Bild 92 in der Bildebene 52, wenn die Gegenstandsebene 97 sich in einer mittleren Entfernung von der Vorderfläche 60a der Zerstreuungslinse befindet. Für diese Stellung ergibt sich etwa die Vergrößerung 1, und die Blende 65 bleibt wirksam als Eintrittspupille, so daß der randnahe Hauptstrahl in einem kleinen Winkel auf die Übertragungsoptik fällt. Bei zunehmender Vergrößerung nimmt der Einfluß der Blende ab und ist in der Mikroskop-Betriebsstellung ganz oder fast ganz aufgehoben.Fig. 6 shows the beam path for the imaging of the object 95 as image 92 in the image plane 52 if the object plane 97 is in a middle Distance from the front surface 60a of the diverging lens. For this position the result is approximately the magnification 1, and the diaphragm 65 remains effective as the entrance pupil, so that the main beam near the edge hits the transmission optics at a small angle falls. With increasing magnification, the influence of the diaphragm decreases and is in the Microscope operating position completely or almost completely canceled.

Im folgenden sind die optischen Daten des Endoskops angegeben, und zwar unter anderem die geometrischen Parameter einschließlich der Radien und des Abstandes der Oberflächen der Linsen.The optical data of the endoscope are given below, and including the geometric parameters including the radii and the Distance between the surfaces of the lenses.

Zur Vereinheitlichung und besseren Überschaubarkeit der Nomenklatur sind die Oberflächen mit Bezug auf Fig. 2A von der Vorderfläche 60a der Zerstreuungslinse 60 ausgehend fortlaufend numeriert, beginnend mit der Bezugsziffer 101 für die Vorderfläche 60a. Die Zerstreuungslinse 60 hat also die Vorderfläche 101 und die Hinterfläche 102, die Blende 65 liegt in einer Ebene 103, die Sammellinse 70 hat die Vorderfläche 104 und die Hinterfläche 105, die Vorderlinse 72 des Dubletts hat die Vorderfläche 106 und die Hinterfläche 107, und die Hinterlinse 74 hat die Vorderfläche 107 und die Hinterfläche 108. Die Radien der betreffenden Flächen werden mit dem Index der Einerziffern der betreffenden Flächen gekennzeichnet, so daß die Vorderfläche 101 also den Radius r1 hat, während die Hinterfläche 108 den Radius r8 hat.For the standardization and better clarity of the nomenclature are the surfaces with reference to Figure 2A of the front surface 60a of the diverging lens 60 numbered consecutively starting with the reference number 101 for the front surface 60a. The diverging lens 60 thus has the front surface 101 and the rear surface 102, the diaphragm 65 lies in a plane 103, the converging lens 70 has the front surface 104 and the rear surface 105, the front lens 72 of the doublet has the front surface 106 and the rear surface 107, and the rear lens 74 has the Front surface 107 and rear surface 108. The radii of the respective surfaces become marked with the index of the unit digits of the areas concerned, so that the The front surface 101 thus has the radius r1, while the rear surface 108 has the radius r8 has.

Die axialen Abstände zwischen zwei gegebenen Oberflächen sind durch einen Index aus der Kombination der Einerziffern der betreffenden Flächen gebildet, z.B. der Abstand zwischen den Flächen 10j und 10k ist mit tjk bezeichnet. Der Brechungsindex und der Dispersionsfaktor des Materials zwischen den Oberflächen 10j und 10k ist mit njk und dfjk bezeichnet. Die Längenangaben sind in mm. Das optische System hat mit dieser Nomenklatur folgende Daten r1 t12 = 0.250000 n12 = 1.792266 df12 = D.064 r2 = 1.798864 t23 = 0.300000 Luft d3 = 0.600000 t34 = 0.759514 Luft r4 = 13.198478 t45 X 1.000000 n45 = 1.885793 df45 = 0.156 r5 = 1.798864 t56 = 0.100000 air r6 = 8.851848 t67 = 0.600000 n67 = 1.855035 df67 = 1.033 r7 = 1.798864 t78 = 1.000000 n78 = 1.554398 df78 = 0.069 r8 = 3.077912 Das Objektiv ist für die Farben blau (4800Å), grün (5461Å) und rot (6438Å) mit gleicher spektraler Wichtung korrigiert. Die effektive Brennweite des gesamten Objektivs beträgt 2,0665 mm bei einer hinteren Brennweite von 85,5176 mm, einer Vergrößerung von -39,969367 und einer numerischen Apertur von 0,5 in der Betriebsweise als Mikroskop.The axial distances between two given surfaces are through an index is formed from the combination of the units' digits of the respective areas, e.g. the distance between surfaces 10j and 10k is denoted by tjk. The index of refraction and the dispersion factor of the material between surfaces is 10j and 10k denoted by njk and dfjk. The length specifications are in mm. The optical system has with this nomenclature the following data r1 t12 = 0.250000 n12 = 1.792266 df12 = D.064 r2 = 1.798864 t23 = 0.300000 air d3 = 0.600000 t34 = 0.759514 air r4 = 13.198478 t45 X 1.000000 n45 = 1.885793 df45 = 0.156 r5 = 1.798864 t56 = 0.100000 air r6 = 8.851848 t67 = 0.600000 n67 = 1.855035 df67 = 1.033 r7 = 1.798864 t78 = 1.000000 n78 = 1.554398 df78 = 0.069 r8 = 3.077912 The lens is for the colors blue (4800Å), green (5461Å) and red (6438Å) with the same spectral weighting corrected. The effective focal length of the entire lens is 2.0665 mm at a rear focal length of 85.5176 mm, a magnification of -39.969367 and a numerical aperture of 0.5 when operated as a microscope.

Das Endoskop nach der Erfindung ist praktisch vollständig für Feldaberrationen über einen äußerst großen Bereich von Vergrösserungen korrigiert. Außerdem ergibt sich eine stabilisierte Lage der Pupille, wo es erforderlich ist, etwa wie bei Verwendung von diskreten optischen Elementen in der Zwischenoptik.The endoscope according to the invention is practically complete for field aberrations Corrected over an extremely wide range of magnifications. Also results a stabilized position of the pupil where it is necessary, such as when using of discrete optical elements in the intermediate optics.

Die Stabilisierung der Lage der Pupille kann auch weniger weit getrieben sein, um andere Vorteile zu erreichen, etwa eine leichtere Herstellung.The stabilization of the position of the pupil can also be taken less far to achieve other advantages, such as easier manufacture.

Die Zerstreuungslinse 60 kann auch so ausgebildet sein, daß ihre beiden äußeren Oberflächen plan sind, um das Objektiv als Weitwinkelobjektiv zu optimieren. In einem derartigen Fall könnte die Blende 65 als Beschichtung auf der hinteren Oberfläche der Zerstreuungslinse 60 aufgebracht sein. Die Blende kann natürlich auch an anderen Stellen liegen.The diverging lens 60 can also be designed so that both of them outer surfaces are flat in order to optimize the lens as a wide-angle lens. In such a case, the panel 65 could be used as a coating on the rear Surface of the diverging lens 60 be applied. The aperture can of course also lie in other places.

Eine bestmögliche Korrektion des Objektivs läßt sich erreichen, wenn zuerst die Parameter der Sammellinse für die Betriebsstellung maximaler Vergrößerung berechnet wird, sodann unter Zugrundelegung dieser Parameter die Zerstreuungslinse berechnet wird, und zwar für die Betriebsstellung niedrigster Vergrößerung, sodann mit den derart errechneten Parametern der Zerstreuungslinse die Sammellinse reoptimiert wird, usw. Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle der Zerstreuungslinse und der Sammellinse entsprechend wirkende Linsengruppen zu verwenden.The best possible correction of the lens can be achieved if first the parameters of the converging lens for the operating position of maximum magnification is calculated, then the diverging lens on the basis of these parameters is calculated, specifically for the operating position of the lowest magnification, then the converging lens is re-optimized with the parameters of the diverging lens calculated in this way is, etc. It is within the scope of the invention, instead of the diverging lens and to use lens groups that act accordingly to the converging lens.

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Claims

Claims: (1 endoscope with a lens for imaging a Object in an image plane and with an eyepiece, g e k e n n z e i c h -n e t by a diverging lens as a front lens and a converging lens as a rear lens of the lens, with the front lens and rear lens connected to one another and the Rear lens is located between the front lens and the image plane, through an axially movable Part (22) for moving the objective (35) along the optical axis with respect to FIG the image plane between a position of maximum magnification for the image of a object lying near the front surface of the front lens and a position lower Enlargement for the image of a remote from the front surface of the front lens Object in the image plane, by choosing the parameters of the converging lens in such a way that this is optimal with respect to aberrations in the position of maximum magnification is corrected, and by choosing the parameters of the diverging lens such that this optimally corrected for aberrations in the lowest magnification position is.

2. Endoscope according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t by a Diaphragm (65) at a point between the diverging lens (60) and the converging lens (62) near the focal plane of the converging lens in the low magnification position of the lens (35), so that the edge rays the image plane (52) in an approximately cut in the direction parallel to the optical axis.

3. Endoscope according to claim 1 or 2, characterized g e k e n n z e i c h -n e t that the parameters are chosen so that the object plane in the position maximum magnification coincides with the front surface (60a) of the diverging lens (60).

4. Endoscope according to claim 1 to 3, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the diverging lens (60 ') has an edge surface (60b') which with the optical axis forms an angle, and that the edge surface is illuminated.

5. Endoscope according to claim 4, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t the edge surface (60b ') is frustoconical.

6. Endoscope according to claim 1 to 5, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the converging lens is designed as a triplet.