DE3430013A1

DE3430013A1 - Abbildendes optisches system

Info

Publication number: DE3430013A1
Application number: DE19843430013
Authority: DE
Inventors: Hirojuki Suita Osaka Kimura; Kimihiko Hachiouji Tokio/Tokyo Nishioka
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1985-03-07
Also published as: JPS6042728A

Description

Die Erfindung betrifft ein abbildendes optisches System
und insbesondere ein abbildendes optisches System zur Anwendung bei einem Endoskop zur Beobachtung der inneren Wandflächen von Rohren, Hohlraumwandflächen u.dgl.
Wie z.B. in Fig. 1 gezeigt, wird bei einem bekannten abbildenden optischen System im Grunde von einer ein Bild erzeugenden Linse 3 ausgegangen, die so angeordnet ist, daß das Bild der Innenwandfläche S eines Rohres auf der Eintrittsendfläche 2a eines Bildleiters 2 im Innenraum eines Rohres 1 abgebildet wird, das ein Lichteingangsfenster la und einen vor (auf der Objekseite) der bilderzeugenden Linse 3 angeordneten konischen Spiegel 4 aufweist, dessen Mittelachse mit der optischen Achse der Linse 3 zusammenfällt (DE-Gbm 78 34 180). Da nun die abbildende Linse 3 eine besonders starke negative Verzerrung bei einem Endoskop-Objektiv aufweist, ist die Vergrößerung in Richtung parallel zur optischen Achse der Innenwand S des Rohres im peripherischen Teil des Sehfeldes so klein, daß es, als ein Ergebnis, schwierig war, die genaue Beschaffenheit der Innenwand S des Rohres wahrzunehmen. Das heißt, falls derartige Quadratabschnitte, wie in Fig. 2 dargestellt, auf die Innenwand S des Rohres gezeichnet würden, wäre das wahrgenommene Bild dieser Quadratabschnitte ein Bild, in welchem der Abstand in radialer Richtung im peripherischen Teil des Sehfeldes relativ enger ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Andererseits ist im peripherischen Teil des Sehfeldes die Vergrößerung in peripherischer Richtung der Innenwand S des Rohres im Sehfeld maximal. Daher wird die Vergrößerung in Richtung parallel zur Mittelachse der Innenwand S des Rohres im peripherischen Teil des Sehfeldes erhöht, die maximale Flächenvergrößerung wird im peripherischen Teil des Sehfeldes erreicht und als ein Ergebnis ist es möglich, die genaue Beschaffenheit der Innenwand S des Rohres wahrzunehmen, und daher war es erwünscht, dies in dieser Weise zu tun.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein abbildendes optisches System so auszubilden, daß die Vergrößerung in Richtung parallel zur Mittelachse der Innenwand eines Rohres im peripherischen Teil des Sehfeldes verbessert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch Schaffung eines konischen Spiegels erzielt, der vor einer abbildenden Linse angeordnet und so ausgebildet ist, daß seine Mantel- bzw. Reflexionsfläche eine konkave Krümmung aufweist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mantel- bzw. Reflexionsfläche des konischen Spiegels ein Teil einer Parabel, deren Brennpunkt in der Position der Eingangspupille der abbildenden Linse liegt und ein Teil einer Ellipse ist, deren Brennpunkte auf einer Seite außerhalb der optischen Achse liegen. Bei einem abbildenden optischen System mit einem derart speziell ausgebildeten Spiegel wird im peripherischen Teil des Sehfeldes eine hohe Flächenvergrößerung erreicht, so daß das optische System auch bei einem Endoskop eingesetzt werden kann, mit dem z.B. die genaue Beschaffenheit der Innenwand eines Rohres im einzelnen beobachtbar ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Scheitel (Apex) des konischen Spiegels geformt, um Teil einer sphärischen Oberfläche zu sein.
Nach einer anderen, weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der konische Spiegel als ein photographisches optisches System für Kameras benutzt, wobei der konische Spiegel mit der Kamera so kombiniert ist, daß ein Sehfeld von 3600 photographiert werden kann.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 ein bekanntes abbildendes optisches System zur Beobachtung der Innenwand von Rohren, teils in Ansicht, teils in einem senkrechten Schnitt, F i g. 2 eine Ansicht, die Quadratabschnitte zeigt, die auf die Innenwand eines Rohres gezeichnet sind, F i g. 3 eine Ansicht, die ein mit dem oben erwähnten Beispiel beobachtetes Sehfeld zeigt, F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel des abbildenden optischen Systems gemäß der Erfindung, F i g. 5 ein Sehfeld, das mit dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel beobachtet wurde, F i g. 6 und 7 Ansichten, die ein zweites bzw. drittes Ausführungsbeispiel des abbildenden optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, F i g. 8 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des konischen Spiegels, F i g. 9 ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der in Fig. 8 gezeigte konische Spiegel mit einer Kamera kombiniert ist, F i g. 10 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Bildleitung durch ein Übertragungslinsensystem ersetzt ist und F i g. 11 ein Beispiel, bei dem der in Fig. 8 gezeigte konische Spiegel ein Bestandteil des optischen Beleuchtungssystems für Endoskope ist.
Die vorliegende Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf das in Fig. 4 und 5 gezeigte Ausführungsbeispiel erklärt werden, wobei die gleichen Bezugsziffern für gleiche entsprechende Teile wie im voranstehend erläuterten bekannten Beispiel verwendet werden. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen konischen Spiegel, der konisch verlaufende Mantelflächen als Reflexionsfläche aufweist oder pyramidenförmig ausgebildet sein kann und der vor (auf der Objektseite) einer abbildenden, d.h. bilderzeugenden, Linse angeordnet ist, so daß die Mittelachse mit der optischen Achse der Linse 3 zusammenfällt, und der eine Mantel- bzw. Oberfläche aufweist, die einer konkaven Linse entspricht. Daher, was die Hauptstrahlen A und B anbelangt, die in zwei unterschiedliche Positionen auf der Eintrittsfläche 2a einer Bildleitung 2 Abbildungen erzeugen, wenn dabei der Unterschied zwischen den beiden Strahlen A und B berücksichtigt wird, wie verglichen mit dem bekannten, in Fig. 1 gezeigten Beispiel (die Scheitelwinkel e der konischen Spiegel 4 und 14 sind zueinander gleich), werden die beiden Hauptstrahlen durch den koni- schen Spiegel 4 im Fall des bekannten Beispiels (Fig. 1) zerstreut, jedoch werden sie durch den konischen Spiegel 14 im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels (Fig.4) gesammelt. Als ein Resultat, falls die Entfernung in Richtung parallel zur Mittelachse des Rohres zwischen den Schnittpunkten der Haupt strahlen A und B mit der Innenwand S des Rohres 1 im Fall des bekannten Beispiels ist, und l2 im Fall der vorlie-2 genden Ausführungsform ist; ist Q 2 4 ßl. Daher wird ein so kurzer Teil wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Bild in demselben Teil schaffen, wie beim bekannten Beispiel auf der Eintrittsendfläche 2a, so daß das vorliegende Ausführungsbeispiel höher als das bekannte Beispiel in der Vergrößerung in Richtung parallel zur Mittelachse der Innenwand S des Rohres sein wird und, wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein Bild, in dem die Entfernung in radialer Richtung größer im peripherischen Teil des Sehfeldes ist, erhalten.
Somit wird nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine höhere Flächenvergrößerung im peripherischen Teil des Sehfeldes erreicht und als Ergebnis ist es möglich, die genaue Beschaffenheit der Innenwand S des Rohres zu beobachten.
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der die Mantelfläche des konischen Spiegels 14 so ausgebildet ist, daß sie mit einem Teil einer Parabel zusammenfällt, die ihren Brennpunkt O in der Position der Eintrittspupille 15 der Linse 3 hat. Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform, nach der die Mantelfläche bzw. die Reflexionsfläche des konischen Spiegels 14 so ausgebildet ist, daß sie mit einem Abschnitt des Umfanges einer Ellipse zusammenfällt, deren beiden Brennpunkte 1 und 2 auf einer Seite außerhalb der optischen Achse liegen. In diesem Fall gilt, daß, je weiter die Brennpunkte der Ellipse von der optischen Achse liegen, je größer die Krümmung der Reflexionsfläche des konischen Spiegels 14 ist und je näher die Ellipsenbrennpunkte an der Peripherie des Sehfeldes liegen, desto höher dann die Vergrößerung in Richtung parallel zur Mittelachse der Innenwand S des Rohres ist.
Nebenbei kann in jedem der beiden vorgenannten Fälle, da die Strahlen, rückwärts verfolgt, in der Nähe der Mitte des Sehfeldes zerstreut werden, die Reflexionsfläche in demjenigen Abschnitt, der nicht der Scheitelteil ist, eine konkave Linie sein, wobei der Scheitelteil dann teilkreisförmig ausgebildet sein kann (Fig. 8).
Fig. 9 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei der der in Fig. 8 gezeigte konische Spiegel 14 mit einer Kamera C kombiniert ist. In diesem Fall wird das abbildende optische System aus dem konischen Spiegel 14 sowie der photographischen Linse 16 der Kamera C gebildet und das Sehfeld, welches 3600 abdeckt, kann photographiert werden. In diesem Fall ist der konische Spiegel 14 von der Kamera C durch eine Haltervorrichtung 17 fixiert, um nicht das Licht von einem zu photographierenden Objekt auszusperren.
Fig. 10 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dahingehend, als eine Übertragungslinse (Relaislinse) 18 als optisches Übertragungssystem zur Weiterleitung des durch die Linse 3 gebildeten Bildes an die Einblickseite benutzt wird.
Fig. 11 zeigt ein Anwendungsbeispiel, bei dem der konische Spiegel 14 in der in Fig. 8 gezeigten Form benutzt wird, und zwar als ein Bestandteil zum Reflektieren eines von einem optischen Beleuchtungssystem 19 ausgesandten Strahls für ein Endoskop, das mit einem optischen Beleuchtungssystem 19 versehen ist. In diesem Fall ist der konische Spiegel 14 vermittels Haltevorrichtungen 20 - ähnlich der Haltevorrichtungen 17 - durch den Endoskopkörper 1 gehalten, so daß die Mittelachse im wesentlichen mit der Mittelachse des Endoskops zusammenfällt.
Das abbildende optische System gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur für die Beobachtung von Hohlraumwänden von Rohren oder rohrartigen Körpern angewandt werden, sondern bei allen Arten von Endoskopen, wie flexible und starre Endoskope und auch bei Endoskopen mit großer Bandbreite, wie größere Sehrohre u.a. auch Periskope, Kameras, Fernsehkameras und elektronische Kameras. Es ist kostengünstig, den konischen Spiegel 14 durch Formung aus synthetischem Harz oder Glas herzustellen.
- Leerseite -

Claims

T i t e 1: "Abbildendes optisches System" Patentansprüche 1.Ein mit einer bilderzeugenden Linse versehenes abbildendes optisches System, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen vor der bilderzeugenden Linse (3) angeordneten konischen Spiegel (14) mit konkav gekrümmter Mantel-bzw. Reflexionsfläche aufweist, so daß die Spiegelflächen-Mittelachse konisch zu der optischen Achse der Linse (3) verlaufend ist, wobei der von einem von dem konischen Spiegel (14) reflektierte Strahl eines Objektes auf die Linse (3) gerichtet ist.
2. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantel- bzw. Reflexionsfläche des konischen Spiegels (14) ein Teil einer Parabel ist, deren Brennpunkt (0) im Bereich der Eingangspupille (15) der Linse (3) liegend ist.
3. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantel- bzw. Reflexionsfläche des konischen Spiegels (14) einem Teil einer Ellipse entspricht, deren beide Brennpunkte (01,02) auf einer Seite der optischen Achse der Linse (3) liegend sind.
4. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel des konischen Spiegels (14) so geformt ist, daß er einem Teil einer sphärischen Oberfläche entspricht.
5. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende optische System eine Bildleitung (2) umfaßt, deren Eintrittsendfläche (2a) hinter der Linse (3) angeordnet ist.
6. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (3) eine photographische Linse (16) für Kameras ist.
7. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Spiegel (14) im Innenraum eines äußeren Rohres (1) angeordnet ist, das ein Lichteingangsfenster (la) in der Seitenwand seines vorderen Endabschnittes aufweist, so daß der durch das Lichteingangsfenster (la) von einem Objekt hindurchtretende Strahl in Längsrichtung von dem Rohr (1) reflektiert wird, die Linse (3) im Innenraum des äußeren Rohres (1) untergebracht ist und ein optisches Übertragungssystem (2,18) ebenfalls im Innenraum des äußeren Rohres angeordnet ist, um ein von der Linse (3) gebildetes Bild zur Einblickseite zu übermitteln.
8. Abbildendes optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Übertragungssystem eine Bildleitung (2) umfaßt.
9. Abbildendes optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Übertragungssystem eine Übertragungslinse (18) aufweist.
10. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenraum des vorderen Endabschnittes eines Endos- kopes die Linse (3) angeordnet ist, das mit einem optischen Beleuchtungssystem versehen ist, und daß vor dem Vorderteil des Endoskopes der Spiegel (14) mittels einer Haltevorrichtung (20) gehalten ist, die zwischen dem konischen Spiegel (14) und dem vorderen Endabschnitt des Endoskopes gehalten ist, so daß die Mittelachse des Spiegels im wesentlichen mit der Mittelachse des Endoskopes zusammenfällt.