DE3730012A1 - Bildbildende optische einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bildbildende optische Einrichtung, die für Endoskope oder Fasersichtgeräte oder dergleichen geeignet ist.

Auf dem Gebiet optischer Instrumente, etwa bei Fasersichtgeräten, bei de­ nen Bilder von Objekten an einer Endfläche eines Bildleiters, der aus ei­ nem Bündel einer großen Anzahl von Fasern zusammengesetzt ist, empfangen und zu einer anderen Endfläche des Bildleiters übertragen werden, ist es bekannt, daß die Qualität der an der Austrittsfläche des Bildleiters be­ obachteten Bilder verbessert wird, wenn die Relativposition zwischen der Auftrefffläche des Bildleiters und den Objektbildern mit hoher Frequenz vibriert wird (bis zu einem Grad, der die Ausnutzung des Nachbildeffekts des Auges ermöglicht) und einer sehr geringen Amplitude (in der Größen­ ordnung der Dicke der Faser) (vgl. beispielsweise S. Kapany "Fibers Op­ tics", ACADEMIC PRESS 1967).

Unter Verwendung dieses Phänomens wurden Versuche unternommen, die durch Fasersichtgeräte erhaltenen Bildqualitäten zu verbessern. Beispielsweise beschreibt die japanische Offenlegungsschrift Sho 57-46 211 ein Faser­ sichtgerät, bei dem ein Permanentmagnet am Außenumfang eines Linsenele­ ments eines Objektivlinsensystems befestigt ist, das vor der Auftreffflä­ che eines Bildleiters angeordnet ist, wobei der Magnet über einen Puffer mit einer Wechselstrommagnetspule verbunden ist, die fest an dem Bildlei­ ter befestigt ist. Bei diesem Fasersichtgerät wird die Bildqualität derart verbessert, daß ein Bild eines Objektes auf der Auftrefffläche des Bild­ leiters durch Vibrieren des Linsenelements unter der Wirkung eines magne­ tischen Wechselfeldes erzeugt durch Anlegen eines Wechselstroms an die Wechselstrommagnetspule vibriert wird. Auf der anderen Seite ist dieselbe Anordnung ebenfalls auf der Austrittsseite des Bildleiters installiert, um das von dem Bildleiter austretende Bild in Synchronisation mit der Vibra­ tion auf der Eintrittsseite zu vibrieren, um zu verhindern, daß die beob­ achteten Bilder aufgrund der Vibration des Linsenelements unscharf werden. Nachteilig ist hierbei, daß ein zusätzlicher Raum um das Linsenelement herum in seiner diametralen Richtung vorgesehen werden muß, da die Kan­ tenlinie am Außenumfang des Linsenelements in Richtung des äußeren Durch­ messers hiervon herausragt. Dementsprechend ergibt sich unvermeidlich eine Verdickung des distalen Endes des Fasersichtgeräts.

Weiterhin sind weitverbreitet sogenannte elektronische Fasersichtgeräte, die Festkörperbildsensoren anstelle des Bildleiters verwenden. Für derar­ tige elektronische Fasersichtgeräte, die sehr kleine Bildsensoren erfor­ dern, ist ein sehr wichtiges Problem gesteigerte Auflösung. Die japanische Offenlegungsschrift Sho 56-40 546 beschreibt eine Methode zur Lösung dieses Problems. Hiernach wird die Auflösung durch Anordnung einer Vielzahl von Bildsensoren in Positionen gelöst, die von der optischen Achse um einen Abstand entsprechend 1/2 oder 1/3 des Abstands zwischen zwei benachbarten Bildelementen auf der Ebene senkrecht zur optischen Achse der bildbilden­ den Linse abweichen, so daß die Relativpositionen zwischen einer Reihe von Bildelementen und der anderen Reihe von Bildelementen voneinander ver­ schieden ist, wobei die Information entsprechend den Bereichen zwischen den Bildelementen eines Bildsensors von dem anderen Bildsensor erhalten werden. Vom Raum her ist es hierbei jedoch schwierig, eine Vielzahl von Festkörperbildsensoren, Lichtverteilern zum Zuführen von Licht hierzu usw. in den distalen Enden anzuordnen. Zusätzlich erfordert ein derartiges Ge­ rät das Anordnen einer Vielzahl von Festkörperbildsensoren an Positionen, die voneinander zum Zwecke der Einstellung des Abweichungsabstandes der Bilder um einen vorbestimmten Wert voneinander abweichen, wodurch eine sehr genaue Positionierung für die Sensoren erforderlich ist, wodurch der Zusammenbau zeitraubend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein bildbildendes optisches System zu schaffen, das es ermöglicht, Bilder hoher Qualität ohne Vergrößerung des Aufnahmeraumes zu erhalten. Erfindungsgemäß wird eine Prismenanordnung verwendet, die wenigstens ein erstes Prisma umfaßt, das eine Austritts­ fläche aufweist, die relativ zur optischen Achse geneigt ist, und ein zweites Prisma besitzt, das eine Eintrittsfläche besitzt, die relativ zur optischen Achse geneigt ist, wobei die Prismeneinrichtung in einer Posi­ tion auf der optischen Achse zwischen der Objektivlinse oder bildliefern­ den Linse und einer Bildempfangseinrichtung zum Empfangen eines durch die Objektivlinse oder die bildbildende Linse gebildeten Bildes angeordnet ist, wobei wenigstens eines der beiden Prismen in Richtung der optischen Achse und dementsprechend das Bild auf der Bildempfangsfläche der Bild­ empfangseinrichtung in Richtung senkrecht zur optischen Achse vibriert wird.

Die bildbildende optische Einrichtung ist besonders zur Verwendung in Fa­ sersichtgeräten geeignet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bildempfangseinrichtung die Auftrefffläche eines optischen Faserbündels oder Festkörperbildsen­ sors, wobei die Austrittsfläche des zweiten Prismas derart geneigt ist, daß die Senkrechte hierauf sich in einer Ebene befindet, die gleich oder wechselseitig unterschiedlich von derjenigen der Auftrefffläche der zwei­ ten Ebene ist, während das erste oder zweite Prisma durch einen Betätiger in Form eines piezoelektrischen Elements in Vibration versetzbar ist.

Diese Anordnung erleichtert den Zusammenbau des optischen Systems und die Anordnung des optischen Systems in einem Fasersichtgerät. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine erste Ausführungsform einer bild­ bildenden optischen Einrichtung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Funktionsprin­ zips der Ausführungsform von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch im Schnitt ein Anwendungsbeispiel für die Ausführungsform von Fig. 1.

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D zeigen im Schnitt verschiedene Okular­ typen für das Anwendungsbeispiel von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt im Schnit eine zweite Ausführungsform.

Fig. 6 zeigt im Schnitt das Funktionsprinzip der Ausführungsform von Fig. 5.

Fig. 7A und 7B zeigen im Schnitt und perspektivischer Ansicht die Hauptteile einer dritten Ausführungsform.

Fig. 8 zeigt perspektivisch die Hauptteile einer Variante der dritten Ausführungsform.

Fig. 9 zeigt schematisch im Schnitt eine vierte Ausführungsform.

Fig. 10 zeigt schematisch im Schnitt die Hauptteile einer fünf­ ten Ausführungsform.

Fig. 11 zeigt in Form eines Diagramms ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Fasersichtgeräts gemäß einer sechs­ ten Ausführungsform.

Fig. 12 zeigt ein Zeitablaufdiagramm für das Fasersichtgerät von Fig. 11.

Fig. 13 zeigt eine Frontansicht eines rotierenden Filters zur Verwendung in dem Fasersichtgerät von Fig. 11.

Fig. 14 zeigt vergrößert einen Festkörperbildsensor für das Fa­ sersichtgerät von Fig. 11.

Fig. 15 zeigt im Schnitt eine siebte Ausführungsform.

Fig. 16 zeigt im Schnitt die Hauptteile einer achten Ausfüh­ rungsform.

Fig. 17 zeigt im Schnitt die Hauptteile einer neunten Aus­ führungsform.

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, die für ein Faser­ sichtgerät geeignet ist, sind ein vibrierendes Prisma 3 und ein festste­ hendes Prisma 4 zwischen einer Objektivlinse 1, umfassend ein Konkavlin­ senelement 1 a, das auch als Deckglas dient, und ein Konvexlinsenelement 1 b und einer Einfallfläche 2 a eines Bildleiters 2 angeordnet. Die Einfall­ fläche 3 a des vibrierenden Prismas 3 verläuft senkrecht zur optischen Achse, während die Austrittsfläche 3 b hiervon relativ zur optischen Achse geneigt ist. Die Austrittsfläche 4 b des feststehenden Prismas 4 verläuft senkrecht zur optischen Achse und ist mit der Einfallfläche 2 a des Bild­ leiters 2 über ein zwischengeschaltetes Deckglas 5 verklebt, wobei die Einfallfläche 4 a des feststehenden Prismas 4 relativ zur optischen Achse geneigt ist und parallel zu der Austrittsfläche 3 b des vibrierenden Pris­ mas 3 verläuft. Am Außenumfang des vibrierenden Prismas 3 ist ein Ende eines Betätigers fest befestigt, der aus stabförmigen piezoelektrischen Elementen besteht. Das äußere Ende des Betätigers 6 ist an einer geeigne­ ten Stelle am Hauptkörper eines (nicht dargestellten) Fasersichtgeräts befestigt.

Wenn eine Wechselspannung an den Betätiger 6, der aus piezoelektrischen Elementen besteht, über eine Spannungsquelle E angelegt wird, verlängert sich der Betätiger 6 in Richtung der optischen Achse und zieht sich wieder zusammen, wodurch das vibrierende Prisma 3 längs der optischen Achse vor und zurück in Vibration versetzt wird. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird Licht aufwärts durch die Austrittsfläche des vibrierenden Prismas 3 beim Austritt hiervon gebrochen, dann wieder durch die Auftrefffläche 4 a des feststehenden Prismas beim Auftreffen hierauf gebrochen und tritt aus dem feststehenden Prisma 4 in Richtung parallel zum anfänglichen Licht auf. Wegen dieser Brechungswirkungen wird die Differenz zwischen der Höhe des auftreffenden Lichts und derjenigen des austretenden Lichts des Prismasy­ stems variiert, wenn der Zwischenraum zwischen den beiden Prismen 3 und 4 geändert wird. Wenn man die Vibrationsamplitude des Betätigers 6 mit Δ x, den Brechungsindex beider Prismen mit n, den Neigungswinkel der Aus­ trittsfläche 3 b des vibrierenden Prismas 3 (oder der Neigungswinkel der Auftrefffläche 4 a des feststehenden Prismas 4) durch R und den Austritts­ winkel des vibrierenden Prismas 3 mit R′ bezeichnet, dann ergibt sich für die Amplitude Δ y der optischen Achse des Lichts, das aus der Prismenein­ richtung austritt (oder Amplitude des Bildes auf der Auftrefffläche 2 a des Bildleiters 2):

Daher ist es ausreichend, die Größe des piezoelektrischen Elementtyps des Betätigers 6, die Brechungsindices der Prismen 3 und 4 und den Neigungs­ winkel der Flächen zu bestimmen, um den gewünschten Wert von Δ y zu er­ halten.

Zusätzlich ist es wünschenswert, die Bildvibration auf der Auftrefffläche 2 a des Bildleiters 2 auszugleichen, da eine derartige Vibration eine Vi­ bration des beobachteten Bildes auf der Seite des Okulars bewirkt, wodurch eine genaue Beobachtung behindert wird. Wie bei der bekannten Ausfüh­ rungsform, bei der die Vibration auf der Einfallsseite durch synchrone Vibration des Bildes auf der Austrittsseite mit gleicher Amplitude wie auf der Eintrittsseite durch einen Vibrationsmechanismus ausgeglichen wird, der den gleichen Aufbau wie auf der Eintrittsseite aufweist, ist gemäß Fig. 3 zwischen der Austrittsfläche des Bildleiters 2 und dem Okular 19 die beschriebene Vibriereinrichtung vorgesehen. Da es im allgemeinen un­ nötig ist, die Austrittsseite des Bildleiters 2 so kompakt auszubilden, ist es möglich, die Ausbildung gemäß dem Stand der Technik für diese Seite zu verwenden oder die Austrittsfläche des Bildleiters 2 direkt in der Richtung senkrecht zur optischen Achse zu vibrieren. Dies kann beispiels­ weise gemäß den verschiedenen Konstruktionen der Fig. 4A bis 4C vorge­ nommen werden. Fig. 4A zeigt einen Aufbau, bei dem ein Prisma 7 zwischen einer Okularlinse 19 und dem Bildleiter 2 mit vorbestimmter Geschwindig­ keit durch einen Motor 8, ein Getriebe 9 und ein tragendes Zahnrad 10 ge­ dreht wird, während gemäß Fig. 4B eine Glasplatte 19′ mit parallelen Oberflächen und schräger Anordnung relativ zur optischen Achse zwischen der Okularlinse 19 und dem Bildleiter 2 mit vorbestimmter Geschwindigkeit durch den Motor 8, das Getriebe 9 und ein Trägerzahnrad 10 gedreht wird. Gemäß Fig. 4C wird das Ende des Bildleiters 2 durch den Motor 8, das Ge­ triebe 9 und ein exzentrisches Zahnrad 11 exzentrisch gedreht oder in Vi­ bration versetzt (vgl. auch Fig. 4D).

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der eine Struktur, bestehend aus einem vibrierenden Prisma 3′, das zwischen zwei feststehenden Prismen 4′ und 4 angeordnet ist, in der Objektivlinse 1 angeordnet ist. Die Auf­ trefffläche 4′a des feststehenden Prismas 4′ verläuft senkrecht zur opti­ schen Achse, während seine Austrittsfläche 4′b relativ zur optischen Achse geneigt ist, wohingegen die Auftrefffläche 4 a des feststehenden Prismas 4 relativ zur optischen Achse in Richtung entgegen der Austrittsfläche 4′b geneigt und die Austrittsfläche 4 b hiervon senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist. Die Auftrefffläche 3′a des vibrierenden Prismas 3′ ist in Richtung parallel zur Austrittsfläche 4′b des feststehenden Prismas 4′ geneigt und die Austrittsfläche 3′b hiervon ist in Richtung parallel zur Auftrefffläche 4 a des feststehenden Prismas 4 geneigt.

Gemäß Fig. 6 wird Licht infolge des Austritts aus dem feststehenden Prisma 4′ aufwärts gebrochen, beim Auftreffen auf die Auftrefffläche 3′a des vi­ brierenden Prismas 3′ erneut in Richtung parallel zum ursprünglichen Licht gebrochen, beim Austritt aus dem vibrierenden Prisma abwärts gebrochen und beim Auftreffen auf die Auftrefffläche 4 a des feststehenden Prismas 4 in Richtung parallel zum ursprünglichen Licht gebrochen, wonach es aus dem feststehenden Prisma 4 austritt. In diesem Falle ergibt sich für die Beziehung zwischen der Vibrationsamplitude der Δ x des Betätigers 6 aus piezoelektrischen Elementen und der Amplitude Δ y der optischen Achse beim Austritt aus der Prismenanordnung:

wobei n, R und R′ die gleichen Bedeutungen wie vorstehend aufgeführt ha­ ben.

Bei der zweiten Ausführungsform, bei der die Amplitude Δ y bis zu einem Grad gleich der Vergrößerung β des optischen Systems, das nach dem fest­ stehenden Prisma 4 angeordnet ist, verstärkt wird, wird die Amplitude des Bildes auf der Auftrefffläche 2 a des Bildleiters 2 als Δ y ausgedrückt. Daher liefert diese Ausführungsform eine Bildverschiebung, die 2b-mal so groß wie diejenige ist, die durch die Ausführungsform 1 erhalten wird, wodurch ermöglicht wird, die Amplitude des piezoelektrischen Betätigers 6 auf Δ x/2β bei Annahme gleicher Bildamplitude zu minimalisieren, wodurch es möglich wird, einen Betätiger 6 mit kürzeren piezoelektrischen Elemen­ ten zu verwenden und ein Fasersichtgerät mit kürzerem distalen Ende zu verwirklichen.

Fig. 7A und 7B zeigen den Aufbau und das Funktionsprinzip der dritten Ausführungsform, bei der das vibrierende Prisma 3′ zwischen den beiden feststehenden Prismen 4′ und 4 angeordnet ist, wobei die Austrittsfläche 4′b des ersten feststehenden Prismas 4′, die Auftrefffläche 3′a des vi­ brierenden Prismas 3′, die Austrittsfläche 3′b des vibrierenden Prismas 3′ und die Auftrefffläche 4 a des zweiten feststehenden Prismas 4 parallel zueinander sind, während die Senkrechte auf die Auftrefffläche 3′a des vibrierenden Prismas 3′ auf der Papierebene und die Normale der Aus­ trittsfläche 3′b des vibrierenden Prismas 3′ auf der Ebene senkrecht zum Papier gelegen ist.

In diesem Falle besitzt die Bildvibration eine Amplitude Δ y in der Pa­ pierebene und eine Amplitude Δ z in der Richtung senkrecht zur Papierebe­ ne. Da jedoch Δ y und Δ z die gleiche Phase haben, wird das Bild längs einer Ebene mit einem bestimmten Neigungswinkel in Vibration versetzt.

Fig. 8 zeigt die Hauptteile einer variierten dritten Ausführungsform, bei der das vibrierende Prisma 3′ längs einer Ebene senkrecht zum Licht in zwei vibrierende Prismen 3′A und 3′B geteilt ist. Das Bild wird auf- und abwärts bewegt, wenn das erste vibrierende Prisma 3′A längs der optischen Achse vor und zurück bewegt wird, wohingegen das Bild in der Richtung senkrecht zur Papierebene verschoben wird, wenn das zweite vibrierende Prisma 3′B längs des optischen Weges vor und zurück bewegt wird. Wenn die Winkelfrequenz der Vibration des ersten vibrierenden Prismas 3′A mit ω ₁ und die Winkelfrequenz der Vibration des zweiten vibrierenden Prismas 3′B mit ω ₂ bezeichnet wird, sind die Verschiebungsabstände proportional zu Δ x ₁ sin (ω₁t+Φ₁) und Δ x₂ sin (ω₂t+Φ₂). Daher kann der Verschie­ bungsort des Lichts, das aus der Prismenanordnung austritt, verschiedene Formen aufweisen, etwa eine gerade Linie, einen Kreis oder eine Ellipse durch geeignetes Bestimmen der entsprechenden Winkelfrequenzen der Vibra­ tion Anfangsphase (relatives Positionsverhältnis zwischen den beiden vibrierenden Prismen 3′A und 3′B), Φ ₁ und Φ ₂ sein.

Bei der in Fig. 9 dargestellten vierten Ausführungsform ist die obige Vi­ brationseinrichtung vor und nach dem Bildleiter eines Bildschirmsichtge­ räts angeordnet, der mit dem Okular eines Sichtgeräts verbunden ist, um einer Vielzahl von Personen das Beobachten des Bildes zu gleicher Zeit zu ermöglichen. Das Bildschirmsichtgerät ist mit einem Strahlaufspalter 15, einer abbildenden Linse 16, einem feststehenden Prisma 4, einem vibrie­ renden Prisma 3, einem Bildleiter 14, einem vibrierenden Prisma 3, einem feststehenden Prisma 4 und einer Okularlinse 17 versehen, die aufeinan­ derfolgend längs des optischen Weges angeordnet sind. Da die Austritts­ fläche des Bildleiters 2 in dem Fasersichtgerät 12 auf die Auftrefffläche des Bildleiters 14 durch eine Linse 18 und die Linse 16 fokussiert wird, ist es möglich, die Bildqualität durch Anordnung der Vibrationseinrichtung in dem optischen Weg zwischen dem Bildaufspalter 15 und der Auftrefffläche des Bildleiters 14 und durch Vibrieren des Bildes auf der Auftrefffläche des Bildleiters 14 zu verbessern. Während die Rasterstruktur der Endfläche des Bildleiters durch das Vibrieren des Bildes unsichtbar gemacht wird, dient die Vibration ferner dazu, die durch Interferenz zwischen den Ra­ sterstrukturen an der Austrittsfläche des Bildleiters 2 in dem Faser­ sichtgerät und der Auftrefffläche des Bildleiters 14 in dem Bildschirm­ sichtgerät 13 zu eliminieren.

Fig. 10 zeigt eine sechste Ausführungsform, bei der zwei vibrierende Prismen 3 zwischen drei feststehenden Prismen 4 angeordnet sind, wobei beide vibrierende Prismen 3 in Synchronisation und in gleicher Richtung bewegt werden. Vorteilhaft ist hierbei, daß es ermöglicht wird, die Bilder um eine zweimal so lange Distanz zu verschieben und die Amplitude des piezoelektrischen Betätigers 6 zu minimalisieren.

Fig. 11 zeigt die sechste Ausführungsform unter Verwendung von Festkör­ perbildsensoren anstelle des Bildleiters als Bildempfangseinrichtung. An­ hand der Fig. 11 bis 14 wird diese Ausführungsform im einzelnen unter der Annahme beschrieben, daß sie in einem elektronischen Fasersichtgerät eines Typs angeordnet ist, die mit Strahlen R, G und B aufeinanderfolgend bestrahlt wird, wobei die gleichen Bezugszeichen für gleiche Teile wie in den vorhergehenden Ausführungsformen verwendet werden. In der in Fig. 11 dargestellten Anordnung ist eine Beleuchtungslinse 20 parallel zur Objek­ tivlinse 1 am distalen Ende des Fasersichtgeräts 12 angeordnet, ein Fest­ körperbildsensor 21 mit Zeilenübertragung ist nach der Objektivlinse 1 vorgesehen, ein empfangenes optisches Bild wird in Videosignale V durch einen Treiberkreis 22 für den Festkörperbildsensor umgewandelt, und die Videosignale V werden mittels eines Verstärkers 23 zum Schaltkreis der nächsten Stufe überführt. Ferner ist die vibrierende Prismeneinrichtung, d.h. das vibrierende Prisma 3, das feststehende Prisma 4 und eine Flüs­ sigkristallblende 24, zwischen der Objektivlinse 1 und dem Festkörper­ bildsensor 21 angeordnet, so daß ein Bild des Objekts auf der lichtempf­ angenden Fläche des Festkörperbildsensors 21 in Richtung senkrecht zur optischen Achse vibriert wird. Nach der Linse 20 ist ein Lichtleiter 25 angeordnet, der aus optischen Fasern oder dergleichen besteht und dessen rückwärtiges Ende mit Licht durch ein rotierendes Filter 26 bestrahlt wird. Dieses Licht wird von einer Lampe 27 emittiert und bestrahlt das rotierende Filter 26 durch eine Linse 28. Dieses Licht fällt auf den Lichtleiter 25 zu geeigneten lichtausblendenden Intervallen durch ein ro­ tes Filter 26 a (R), ein grünes Filter 26 b (G) und ein blaues Filter 26 c (B), die abwechselnd angeordnet sind. Eine rotierende Welle des Filters 26 ist mit einem Motor 30 über eine Transmission 29 verbunden, und die Rota­ tionsgeschwindigkeit des Motors 30 wird durch Steuern mit Hilfe eines Mo­ torantriebskreises 32 durch Signale, die von einem Rotationsdetektorele­ ment 31 am Motor 30 geliefert werden, konstant gehalten. Ein Rotationsde­ tektorelement 33 ist weiterhin auf dem Außenumfang des rotierenden Filters 26 vom Signalauslesen aus dem Festkörperbildsensor 21 in Synchronisation mit der Rotation des rotierenden Filters 26 vorgesehen. Die Videosignale V werden durch einen Verstärker 34 verstärkt und dann auf einen Multiplexer 35 gegeben. Der Multiplexer 35 besteht aus drei Schaltern, entsprechend den Eingangssignalen R, G und B. Diese Schalter werden mit einer vorbe­ stimmten Frequenz durch Tastimpulse SG ₁, SG ₂ und SG ₃ für diese drei Schalter, die von einem synchronisierenden Signalgenerator 36 geliefert werden, aufeinanderfolgend umgeschaltet und liefern Videosignale entspre­ chend den Bildspeichern 37, 38 und 39 für R, G bzw. B über einen Analog­ digitalwandler. Die in den Bildspeichern 37, 38 und 39 gespeicherten Farbsignale werden durch den Synchronisierungssignalgenerator 36 ausgele­ sen, über Verzögerungskreise 40, 41 und 42 geführt und durch Mischer 43, 44, 45 und Digitalanalogwandler zur Anzeige auf einem Farbfernsehmonitor 46 zusammengesetzt. In der beschriebenen Ausführungsform funktioniert das Rotationsdetektorelement 33 so, daß Zwischenpositionen und Endpositionen der R-, G- und B-Filter, die in dem rotierenden Filter 26 angeordnet sind, in Drehrichtung hiervon festgestellt und ihre Detektionsimpulse Pr auf den Synchronisiersignalgenerator 36 gegeben werden. Der Synchronisiersignal­ generator 36 steuert den Treiberkreis 47 für den piezoelektrischen Betä­ tiger 6 durch Verwendung der Detektionsimpulse Pr, und der piezoelektri­ sche Betätiger 6 vibriert das Prisma 3 der vibrierenden Prismenanordnung, wodurch das Bild des Objekts auf der empfindlichen Fläche des Festkörper­ bildsensors in Richtung senkrecht zur optischen Achse in Vibration ver­ setzt wird. Ferner erzeugt der Synchronisiersignalgenerator 36 Auslese­ taktimpulse CKr durch Verwendung der Detektionsimpulse Pr (Fig. 12) und konvertiert elektrische Ladungen, die in dem Festkörperbildsensor 21 ge­ speichert sind, in Videosignale V für R, G und B durch Steuern des Trei­ berkreises 22. Da es ausreicht, Videosignale zu erhalten, die das Bild des Objekts nur an der Spitze und am Tal der Vibration darstellt, wird die Funktion des vibrierenden Prismas 3 mit derjenigen des Festkörperbildsen­ sors 21 synchronisiert, so daß der Spitzenbereich und der Talbereich der Vibration in der Speicherzeit des Festkörperbildsensors festgelegt werden und die Zeit für das Signalauslesen aus dem Festkörperbildsensor zwischen diesen Bereichen erfolgt. Das heißt, daß die Steuerung der Drehung des rotierenden Filters 26, der Vibration des Bildes, der Bildabtastung und des Bildauslesens in solcher Weise vorgenommen werden, daß die Speicher­ zeit zweifach gesetzt wird, während ein Farbfilter des rotierenden Filters 26 zwischen dem Lichtleiter 25 und der Linse 28 positioniert wird, die erste Auslesezeit mit der Zwischenposition des Filters und die zweite Auslesezeit mit der Lichtabschirmung zwischen dem Filter und einem weite­ ren Filter synchronisiert wird. Desweiteren treibt der Synchronisiersig­ nalgenerator 36 die Flüssigkristallblende 24 durch Steuerung des Treiber­ kreises 48 hiervon mit den Detektionsimpulsen Pr. Die Flüssigkristall­ blende 24 dient als Hilfsmittel zur Durchführung der nachstehend be­ schriebenen Funktionen. Wenn die Speicherzeit lang ist, wie in Fig. 12 dargestellt, verschiebt sich das Bild auf der sensitiven Fläche des Fest­ speicherbildsensors während der Speicherzeit, und die Videosignale, die von dem Festspeicherbildsensor erhalten werden, umfassen Komponenten, die einem anderen Zustand als dem stationären Zustand des Bildes an der Spitze oder am Tal der Vibration entsprechen, wodurch eine Deformation in einem bestimmten Grad nach Bildreproduktion ohne Korrektur erzeugt wird. Um diesem Phänomen vorzubeugen, ist der Festkörperbildsensor mit Licht nur zu bestrahlen, während das Bild sehr nahe zur Spitze oder zum Tal der Vibra­ tion sich befindet. Der Zweck kann erreicht und die Videosignale können gereinigt werden durch Betreiben der Flüssigkristallblende 24 als trans­ parentes oder Abblendmittel mit der in Fig. 12 dargestellten Zeitsteue­ rung. Weiterhin ist der Synchronisiersignalgenerator 36 so aufgebaut, daß er die R, G und B Videosignale in die Bildspeicher 37, 38 bzw. 39 eingibt, während der Multiplexer 35 durch Erzeugen der Steuersignale SG ₁, SG ₂ und SG ₃ für die obenerwähnten Schalter über die Detektionsimpulse Pr ge­ schaltet wird (Fig. 12). Jeder der Bildspeicher 37, 38 und 39, die R-, G- bzw. B-Signalen entsprechen, bestehen aus zwei Teilen R ₁, R ₂; G ₁, G ₂ bzw. B ₁, B ₂. Mit einem Teil R ₁, G ₁ bzw. B ₁ ist der Verzögerungskreis 40, 41 bzw. 42 verbunden. Die Verzögerungszeit, die durch jeden Verzögerungskreis 40, 41 oder 42 erzeugt wird, entspricht einem halben Abstand des Bildele­ ments. In diesem Falle ist Δ y in der Weise ausgewählt, daß es gleich 1/4 des Abstands zwischen den Bildelementen des Festkörperbildsensors ist.

Da das elektronische Sichtgerät der sechsten Ausführungsform, wie vorste­ hend beschrieben, aufgebaut ist, werden die Signale zweimal aus dem Fest­ körperbildsensor ausgelesen, während ein Objekt mit R, G oder B Licht be­ strahlt wird. Die Videosignale, die während der Speicherzeit A (Fig. 12) erhalten werden, werden beispielsweise in R ₁ des Speichers 37 gespeichert und Videosignale, die während der Speicherzeit B erhalten werden, werden in R ₂ des Speichers 37 gespeichert. Die Videosignale der anderen Farben G und B werden in ähnlicher Weise gespeichert. Da die Amplitude auf 1/4 des Abstands des Bildelements eingestellt ist und die Videosignale in dem Festkörperbildsensor nur gespeichert werden, wenn das Bild sehr nahe zur Spitze oder zum Tal der Vibration ist, sind die in R ₁ und R ₂ des Bild­ speichers 20 gespeicherten Videosignale voneinander abweichend oder die Signale kompensieren gegenseitig die Bereiche zwischen den Bildelementen des anderen Typs von Signalen. Wenn der Festkörperbildsensor 21 vom Zei­ lenübertragungstyp, wie beispielsweise in Fig. 14 dargestellt, ist und Videosignale, die Komponenten umfassen, die einen nach rechts verschobenen Peak darstellen, der während der Horizontalabtastung eines Bildes erhalten wurde, in R ₁ des Bildspeichers 20 gespeichert werden, während Videosigna­ le, die Komponenten umfassen, die einen nach links verschobenen Peak re­ präsentieren, in R ₂ des Bildspeichers 20 gespeichert werden, können die Signale von R ₁ und R ₂ korrekt durch Verzögerung der Signale von R ₁ um 1/2 des Abstands des Bildelements zur Zusammensetzung mit Signalen von R ₂ kompensiert werden. Der Verzögerungskreis 40 und der Mixer 43 sind zu diesem Zweck vorgesehen. Jedoch kann der gleiche Effekt auch einfach er­ halten werden, indem die Steuerung des Signalauslesens aus R ₁ um 1/2 des Abstands der Bildelemente später als diejenige aus R ₂ erfolgt. Dies gilt auch für die Videosignale der anderen Farben G und B. Da die sechste Aus­ führungsform es ermöglicht, zwei Typen von Videosignalen entsprechend den Bereichen zwischen den Bildelementen durch die Vibration des Bildes, wie oben beschrieben, zu erhalten, ist es möglich, Bilder mit hoher Auflösung zu erhalten. Weiter erlaubt es diese Ausführungsform, die Vibrationsam­ plitude nach dem Zusammenbau des optischen Instruments einzustellen, was die Herstellung des optischen Systems erleichtert.

Bei einer siebten Ausführungsform gemäß Fig. 15, bei der ein Festkörper­ bildsensor in Längsrichtung eines Fasersichtgeräts angeordnet ist, ist zwischen der Objektivlinse 1 und dem Festkörperbildsensor eine Prismenan­ ordnung zur Änderung des optischen Weges angeordnet, die aus einem fest­ stehenden Prisma 49 und einem vibrierenden Prisma 50 besteht. Ein Objekt­ bild wird auf der empfindlichen Fläche des Festkörperbildsensors 21 durch Vibrieren des vibrierenden Prismas 50 längs des optischen Weges entspre­ chend dem eingezeichneten Pfeil vibriert (senkrecht zur optischen Achse der Objektivlinse 1).

Obwohl die sechste Ausführungsform so ausgebildet ist, daß ein Bild in Horizontalrichtung vibriert wird, ist es auch möglich, ein Bild in Verti­ kalrichtung vibrieren zu lassen. Im letzteren Falle kann ein vom Feld­ speichertyp mit einer geringen Anzahl von Zeilen beispielsweise verwendet werden, um eine Auflösung zu liefern, die so hoch ist wie diejenige, die mit dem Bildspeichertyp des Festkörperbildsensors erhalten wird, ohne daß die Notwendigkeit spezieller Operationen in den Schaltkreisen besteht. Das Vibrationssystem der sechsten Ausführungsform kann weiter verwendet wer­ den, um die Auflösung bei dem Bildspeichertyp des Festkörperbildsensors zu erhöhen. Außerdem ist es möglich, die Auflösung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung durch Wahl einer schrägen Vibrationsrichtung zu verbessern. Für diesen Zweck ist es ausreichend, das zweite Feld für die Zeit entsprechend der Distanz der horizontalen Komponente der Vibra­ tion umzukehren, bis es sich zwischen den Abtastzeilen des ersten Feldes befindet. Verschiedene Abtastarten sind ebenfalls bei der sechsten Aus­ führungsform möglich.

Die Ausführungsformen, die in den Fig. 11 und 15 dargestellt sind, sind im übrigen allgemein für bildbildende optische Systeme für Instrumente, wie Fernsehkameras, verwendbar, die verwendet werden, um Objektbilder mit Festkörperbildsensoren zu erhalten.

Zusätzlich sind die einander gegenüberliegenden Schrägflächen der Prismen nicht notwendigerweise parallel zueinander. Wenn jedoch beträchtlich von der Parallelität abgewichen wird, wird der Luftspalt Astigmatismus her­ vorrufen. Schrägwinkel der Prismen sollten daher genau bestimmt werden, wobei Astigmatismus in Betracht gezogen wird.

Wie in Fig. 16 dargestellt ist, braucht die Auftrefffläche 3 a des vibrie­ renden Prismas 3 nicht senkrecht zur optischen Achse wie bei der ersten Ausführungsform zu stehen. Der Winkel dieser Fläche kann um mehrere Gra­ de zur geeigneten Anwendung geneigt sein. Außerdem kann das Linsenelement L in einen beweglichen Linsenteil L ₁ und einen feststehenden Linsenteil L ₂ geteilt sein, wie in Fig. 17 dargestellt ist, um als Prisma zu arbeiten.

Claims (16)

1. Bildbildendes optisches System umfassend eine Objektivlinse (1, 16), eine Bildempfangseinrichtung (2, 14, 21) zum Empfangen eines durch die Objektivlinse gebildeten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prismeneinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens ein erstes Prisma (3, 3′, 3′B, 4′, 49, L ₁), das auf der optischen Achse zwischen der Objektiv­ linse (1, 16) und der Bildempfangseinrichtung (2, 14, 21) angeordnet ist und eine relativ zur optischen Achse schräge Austrittsfläche aufweist, und ein zweites Prisma (3′, 3′A, 4, 50, L ₂) umfaßt, das auf der optischen Achse im Abstand zu dem ersten Prisma (3, 3′, 3′B, 4, 49, L ₁) angeordnet ist, wobei eine Antriebseinrichtung (6) zum Vibrieren wenigstens eines der Prismen in Richtung der optischen Achse vorgesehen ist, so daß hierdurch ein Objektbild auf der Auftrefffläche der Bildempfangseinrichtung (2, 14, 21) in Richtung senkrecht zur optischen Achse vibriert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildemp­ fangseinrichtung eine Auftrefffläche eines optischen Faserbündels (2, 14) ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildemp­ fangseinrichtung ein Festkörperbildsensor (21) ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche des ersten Prismas parallel zur Auftrefffläche des zweiten Prismas verläuft.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche des zweiten Prismas relativ zur optischen Achse derart geneigt ist, daß die Senkrechte hierauf in der gleichen Ebene wie die Senkrechte auf die Auftrefffläche des zweiten Prismas angeordnet ist, wobei die Prismenanordnung auf der Seite der Austrittsfläche des zweiten Prismas vorgesehen ist und ein drittes Prisma (4) umfaßt, das eine Auf­ trefffläche parallel zu dieser Austrittsfläche aufweist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche des zweiten Prismas relativ zur optischen Achse derart geneigt ist, daß die Senkrechte hierauf sich in einer Ebene ver­ schieden von der Ebene befindet, die die Senkrechte auf die Auftrefffläche des zweiten Prismas umfaßt, wobei die Prismeneinrichtung auf der Seite der Austrittsfläche des zweiten Prismas angeordnet ist und ferner ein drittes Prisma (4) umfaßt, das eine Auftrefffläche parallel zu dieser Austritts­ fläche besitzt (Fig. 7 und 8).

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse im distalen Ende eines Fasersichtgeräts angeordnet und das optische Faserbündel ein Bildleiter im Innern des Fasersichtgeräts ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse im distalen Ende eines Fasersichtgeräts angeordnet und der Festkörperbildsensor im Innern hiervon vorgesehen ist.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildvibrationseinrichtung (7 bis 10) in der Nähe der Austritts­ fläche des optischen Faserbündels vorgesehen ist und mit der gleichen Am­ plitude und in Synchronisation mit der Prismenanordnung zum Zweck des Be­ seitigens der Vibration des Bildes an der Austrittsseite vibriert (Fig. 4A und 4B).

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vibrationseinrichtung (8, 9, 11) zum Vibrieren der Austrittsflä­ che mit gleicher Amplitude und in Synchronisation mit der Prismeneinrich­ tung zum Zweck des Beseitigens der Vibration des Bildes an der Austritts­ fläche vorgesehen ist (Fig. 4C und 4D).

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein Betätiger (6) vom Typ piezoelektrischer Elemente ist.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bild des Objekts die Austrittsfläche des Bildleiters (2), der in einem Fasersichtgerät angeordnet ist, ist und das optische Faserbündel ein Bildleiter (14) in einem Bildschirmsichtgerät ist (Fig. 9).

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkristallblende (24) zwischen der Prismeneinrichtung und dem Festkörperbildsensor angeordnet ist und geöffnet werden kann, um zu ermöglichen, daß nur Licht entsprechend dem maximalen Amplitudenbereich der Vibration des Objektbildes auf den Festkörperbildsensor fällt (Fig. 11).

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Prisma so angeordnet sind, daß sie den optischen Weg des Lichts nach dem Durchlauf durch die Objektivlinse insbesondere senkrecht umlenken (Fig. 15).

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrefffläche des ersten Prismas relativ zur optischen Achse ge­ neigt ist (Fig. 16).

16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Prisma derart ausgebildet sind, daß sie als Ganzes als Linse wirken (Fig. 17).