DE4406514C2

DE4406514C2 - Stereoskopisches Endoskop

Info

Publication number: DE4406514C2
Application number: DE4406514A
Authority: DE
Inventors: Susumu Takahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2014-03-01
Also published as: DE4406514A1

Description

Die Erfindung betrifft ein stereoskopisches Endoskop, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art das eine dreidimensionale Betrachtung eines bestimmten Bereichs ermöglicht.

Ein Endoskopsystem, dessen längliches Einführteil in eine Körperhöhle eingeführt werden kann, um einen zu untersu chenden Bereich zu betrachten, der nicht direkt eingesehen werden kann, findet weitgehend Anwendung. Ein Standard endoskopsystem kann einen zu untersuchenden Bereich bloß als ein ebenes Bild sichtbar machen, das keine Tiefen wirkung zeigt. Daher ist es schwierig, feine oder winzige Unregelmäßigkeiten auf der Fläche der Wand einer Körper höhle zu betrachten, was es unter endoskopischer Beob achtung erschwert, eine Diagnose zu erstellen oder ver schiedene Arten der Behandlung durchzuführen.

Um den vorstehenden Nachteil zu beseitigen, werden mehrere optische Beobachtungssysteme in Gruppen eingesetzt. Diese optischen Beobachtungssysteme sind so angeordnet, daß deren optische Achsen einen Konvergenzwinkel bilden und so eine Parallaxe zwischen sich aufweisen, was eine dreidimensio nale Betrachtung eines bestimmten Bereichs erlaubt.

Bei dieser Art eines stereoskopischen Endoskopsystems, die zum Beispiel in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 57-698 39 offenbart ist, ist ein Paar optischer Bild übertragungssysteme in einem Einführteil eines Endoskops eingebaut, ein Paar optischer Objektivsysteme in distalen Teilen des optischen Bildübertragungssystems eingebaut und ein Paar optischer Okularsysteme in einem betrachter seitigen Bedienteil des Endoskops eingebaut. Ein durch die zwei optischen Objektivsysteme erzeugter Konvergenzwinkel ist so eingestellt, daß ein zu betrachtender Bereich drei dimensional gesehen werden kann.

Fig. 14 stellt einen schematischen Aufbau eines konventio nellen stereoskopischen Endoskops dar. Ein stereoskopisches Endoskop 51 weist zwei Objektivlinsenanordnungen 52a bzw. 52b und zwei Übertragungslinsenanordnungen 53a bzw. 53b zum Übertragen von Bildern auf, die in dem distalen Teil eines länglichen Einführteils des Endoskops durch die Objektiv linsenanordnungen 52a bzw. 52b erzeugt werden. Die entspre chenden Bilder werden mit Hilfe von Festkörper-Bildauf nahmeeinrichtungen 54a bzw. 54b aufgenommen, die CCD-Ein richtungen (ladungsgekoppelte Einrichtungen) sein können.

Falls das rechte und das linke Bild, die durch die zwei op tischen Systeme abgebildet werden, auch nur geringfügig verzerrt sind, wird bei einem stereoskopischen Endoskop eine ebene Fläche mit zunehmender oder abnehmender Qualität gesehen. Deshalb kann nicht gesagt werden, daß das sicht bargemachte Bild eine echte Dreidimensionaltät aufweist. Für eine normale dreidimensionale Darstellung ist es not wendig, eine Bildverzerrung bei einem optischen System zu verhindern.

Ein optisches System mit einem ziemlich weiten Winkel wird benötigt, um die Lage eines betrachteten Bereichs bezüglich des Gesamtgegenstands zu erkennen.

Für eine normale dreidimensionale Darstellung ist es erfor derlich, daß das rechte und das linke optische System keine Bildverzerrung hervorrufen. Bei einem stereoskopischen Endoskop, das optische Systeme mit einem weiten Winkel auf weist, tritt aus Konstruktions- und Herstellungsgesichts punkten eine Verzerrung im Randbereich von Bildern auf. Deshalb wurde die dreidimensionale Darstellung bislang nicht realisiert.

Bei dem Versuch eine normale dreidimensionale Darstellung zu realisieren, kann ein optisches System mit einem weiten Winkel nicht verwendet werden. Deshalb stellen alle Betrachtungsbilder enge Gesichtsfelder dar. Wenn ein opti sches System mit einem weiten Winkel verwendet wird, um ein weites Gesichtsfeld zu ermöglichen, ist eine normale Drei dimensionalität wegen der Verzerrung im Randbereich der be trachteten Bilder nicht möglich. Deshalb besteht der Bedarf ein stereoskopisches Endoskop zu entwickeln, das zugunsten der Erkennung der Lage eines zu betrachtenden Bereichs bezüglich eines Gesamtgegenstands ein Gesichtsfeld mit einem ziemlich weiten Winkel vorsieht und eine normale dreidimensionale Darstellung eines zu betrachtenden Gegenstandsbereichs erlaubt.

Wird bei dem in Fig. 14 dargestellten, konventionellen ste reoskopischen Endoskop der Abstand zu einem Gegenstand ge ändert, so ändert sich der Konvergenzwinkel. Wenn sich ein Gegenstand nähert, wird der Konvergenzwinkel größer, wie dies mit Hilfe einer gestrichelten Linie in Fig. 14 darge stellt ist, und die Dreidimensionalität verbessert. Wenn sich der Gegenstand entfernt, verschlechtert sich die Dreidimensionalität. Das heißt, die Dreidimensionalität ändert sich abhängig vom Abstand zu einem Gegenstand.

Falls ein stereoskopisches Endoskop beispielsweise für ei nen chirurgischen Eingriff verwendet wird, will ein Chirurg bei dem Eingriff mit dem gleichem Eindruck von Drei dimensionalität vorgehen, und zwar unabhängig davon, ob er einen zu untersuchenden Bereich an einem Nahpunkt oder einem Fernpunkt betrachtet. Das vorstehende stereoskopische Endoskop, bei dem sich die Dreidimensionalität an einem Nahpunkt verbessert, jedoch an einem Fernpunkt verschlech tert, kann die vorstehenden Anforderungen der Chirurgen nicht erfüllen.

Wie vorstehend erwähnt, ändert sich bei dem konventionellen stereoskopischen Endoskop der Konvergenzwinkel abhängig vom Abstand zu einem Gegenstand und die Dreidimensionalität eines abgebildeten Bildes ändert sich. Deshalb kann die Betrachtung nicht mit dem gleichen Eindruck von Drei dimensionalität durchgeführt werden.

Im Gegensatz dazu ist es auch erforderlich, einen Gegen stand mit einem Eindruck von Dreidimensionalität zu be trachten, der ein komfortables Sehen ermöglicht und zwi schen einem Nahpunkt und einem Fernpunkt unterscheiden läßt. In der Vergangenheit war es auch schwierig, Drei dimensionalität zu steuern und so einen gewünschten Ein druck von Dreidimensionalität für einen bestimmten Abstand zu einem Gegenstand vorzusehen.

Wie vorstehend beschrieben, ist ein stereoskopisches Endos kop erwünscht, bei dem Dreidimensionalität bezüglich eines Abstands zu einem Gegenstand und einer Lage in einem Ge sichtsfeld optimal gesteuert werden kann und bei dem ein gewünschter, zu betrachtender Bereich normal und dreidimen sional dargestellt werden kann, während es gewünscht ist, Dreidimensionalität vorzusehen. Mit dem konventionellen Aufbau kann ein solches stereoskopisches Endoskop kaum realisiert werden.

In der DE 42 25 507 wird ein stereoskopisches Endoskop offenbart, das mit den beschriebenen Nachteilen behaftet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem stereo skopischen Endoskop einen optimalen Eindruck von Dreidimen sionalität entsprechend eines Abstands zu einem Gegenstand und einer Lage in einem Gesichtsfeld zu schaffen.

Ferner soll das stereoskopische Endoskop ein Gesichtsfeld mit einem ziemlich weiten Winkel bieten, um den gesamten Gegenstand zu erkennen und einen gewünschten, zu betrach tenden Bereich normal und dreidimensional sichtbar machen zu können.

Weiterhin soll bei dem stereoskopischen Endoskop die Drei dimensionalität eines erzeugten Bildes gesteuert werden können, falls dies notwendig ist, und eine dreidimensionale Betrachtung durchgeführt werden, bei der die gewünschte Dreidimensionalität von einem Abstand zu einem Gegenstand unabhängig ist, falls dies gewünscht wird.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1, gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 bis 3 das erste Ausführungsbeispiel, wobei

Fig. 1 einen Aufbau eines stereoskopischen Endoskops zeigt,

Fig. 2 einen Aufbau eines Hauptteils des stereoskopi schen Endoskops darstellt und

Fig. 3 den Zustand einer Eintrittspupille veranschau licht, der sich abhängig von der Lage in einem Gesichtsfeld ändert, und so die Wirkungsweise des stereoskopischen Endoskops erläutert;

Fig. 4 und 5 das zweite Ausführungsbeispiel, wobei

Fig. 4 einen Aufbau eines Hauptteils eines stereoskopi schen Endoskops darstellt und

Fig. 5 den Zustand der Eintrittspupille zeigt, der sich abhängig von der Lage in einem Gesichtsfeld än dert, und so die Wirkungsweise des stereoskopi schen Endoskops erläutert;

Fig. 6 bis 8 das dritte Ausführungsbeispiel, wobei

Fig. 6 einen Aufbau eines Hauptteils eines stereoskopi schen Endoskops,

Fig. 7 das erste Beispiel eines Aufbaus einer verstell baren Blende und

Fig. 8 das zweite Beispiel eines Aufbaus einer verstell baren Blende darstellen;

Fig. 9 den prinzipiellen Aufbau eines Hauptteils eines stereoskopisches Endoskops gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;

Fig. 10 bis 12 das fünfte Ausführungsbeispiel, wobei

Fig. 10 ein Aufbau eines Hauptteils eines stereoskopi schen Endoskops,

Fig. 11 das Licht, das über ein Pupillenteilungsprisma verstellbare Blenden durchläuft, und

Fig. 12 in einer perspektivischen Ansicht die Anordnung verstellbarer Blenden darstellen;

Fig. 13 einen Aufbau eines Hauptteils von einem stereo skopischen Endoskop des sechsten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 14 ein Beispiel des Aufbaus eines konventionellen stereoskopischen Endoskops.

Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, weist ein stereoskopi sches Endoskop 1 (das nachfolgend kurz als Endoskop be zeichnet wird) ein längliches Einführteil 2 auf. Ein Halte teil 3 ist an dem proximalen Ende des Einführteils 2 be festigt. Ein Kabel 4 ragt vom Halteteil 3 weg. Das Endos kop 1 ist über das Kabel 4 mit einer Signalverarbeitungs einheit 5 verbunden. Eine Anzeigeeinheit 6, beispielsweise ein Kathodenstrahlröhren-Monitor steht mit der Signalver arbeitungseinheit 5 in Verbindung. Ein rechtes und ein linkes Betrachtungsbild, die mittels des Endoskops 1 erzeugt werden, werden mit Hilfe der Signalverarbeitungs einheit 5 verarbeitet und als ein dreidimensionales Endoskopbild auf der Anzeigeeinheit 6 wiedergegeben. Zum Beispiel werden zwei Bilder, die aus dem rechten und dem linken Bild bestehen, abwechselnd auf der Anzeigeeinheit 6 dargestellt. Wenn die beiden Bilder mit polarisierenden Gläsern bzw. einer polarisierenden Brille betrachtet werden, kann ein dreidimensionales Bild eines Gegenstands beobachtet werden.

Das Hauptteil des Endoskops 1, das ein optisches System einschließt, ist so angeordnet, wie dies in Fig. 2 darge stellt ist. Eine Objektivlinsenanordnung 11 ist im distalen Teil des Endoskops 1 angeordnet. Eine Übertragungslinsen anordnung 12 zum Übertragen eines durch die Objektivlinsen anordnung 11 abgebildeten Gegenstandsbildes ist hinter der Objektivlinsenanordnung 11 koaxial zu dieser angeordnet. Ein erstes Abbildungsobjektiv 13 und ein Pupillenteilungs- bzw. Pupillentrennprisma 14, das als eine die Pupille teilende Einrichtung dient, sind hinter der Übertragungs linsenanordnung 12 angeordnet, wodurch das Bild, das durch die Übertragungslinsenanordnung 12 übertragen wird, in ein rechtes und in ein linkes Bild aufgeteilt bzw. halbiert wird. Im einzelnen wird ein Bild, das mittels einer Objektivlinsenanordnung 11 mit einer optischen Achse abgebildet wird, mit Hilfe der Übertragungslinsenanordnung 12 übertragen und mittels des Pupillenteilungsprismas 14 in ein rechtes und ein linkes Bild halbiert. Deshalb wird eine in dem optischen System ausgebildete Eintrittspupille aufgeteilt.

Spiegel 15 und 16 und zweite Abbildungsobjektive 17 und 18 sind im Endoskop eingeschlossen. Das mittels des Pupillenteilungsprismas 14 aufgeteilte Licht wird mit Hilfe der Spiegel 15 bzw. 16 reflektiert und wird durch die zwei ten Abbildungsobjektive 17 bzw. 18 konvergiert, um so Bilder abzubilden. Das heißt mit anderen Worten, das erste Abbildungsobjektiv 13 und die zweiten Abbildungsobjektive 17 und 18 bilden ein optisches Abbildungssystem aus.

Als Bildaufnahmesystem dienende Festkörper-Bildaufnahme einrichtungen 19 und 20, beispielsweise CCD-Einrichtungen sind an den abbildenden Stellen bzw. in den Brennebenen der zweiten Abbildungsobjektive 17 bzw. 18 angeordnet, das heißt, an den Stellen, an denen die zweiten Abbildungs objektive 17 bzw. 18 Bilder abbilden. Die Gegenstands bilder, die auf den Abbildungsflächen der Festkörper- Bildaufnahmeeinrichtungen 19 und 20 abgebildet werden, werden fotoelektrisch umgewandelt. Die resultierenden elektrischen Signale werden als elektrische Bildsignale ausgegeben. Die ausgegebenen Bildsignale werden zur Signalverarbeitungseinheit 5 übertragen und verschiedenen Arten von Bildsignalverarbeitung unterworfen, um so auf der Anzeigeeinheit 6 angezeigt zu werden. Folglich werden Endoskopbilder eines Gegenstands auf der Anzeigeeinheit 6 wiedergegeben.

Bei dem optischen System des stereoskopischen Endoskops 1 ist die Übertragungslinsenanordnung 12 aus afokalen Übertragungslinsen zusammengesetzt, die jeweils ein Ausgangsbild projizieren, wobei die Vergrößerung konstant bleibt. Zur Vereinfachung stellt Fig. 2 zwei Linsen dar. Nimmt man an, daß eine vordere Linse in der Übertragungs linsenanordnung 12 L₁ und eine hintere Linse L₂ ist, so ist die Übertragungslinsenanordnung 12 derart angeordnet, daß der hintere Brennpunkt bzw. Bildbrennpunkt der Linse L₁ auf den vorderen Brennpunkt bzw. Dingbrennpunkt der Linse L₂ ausgerichtet ist. Die Übertragungslinsenanordnung 12 liegt um eine Eintrittspupille 21 herum und ist optisch symmetrisch bezüglich dieser angeordnet. Darüber hinaus sind ein Teil A, das durch das Entfernen des oberen Teils achsenfernen Lichts einen Abschattungseffekt ausübt, und ein Teil B, das durch das Entfernen des unteren Teils achsenfernen Lichts den Abschattungseffekt ausübt, symmetrisch bezüglich der Eintrittspupille 21 angeordnet, wobei sie als eine den Strahl begrenzende Einrichtung dienen. Mit anderen Worten übt die Übertragungslinsen anordnung 12 die Wirkung aus, daß sich die Eintritts pupille, die mit dem in Fig. 2 mit durchgezogenen Linien angezeigten axialen Licht ausgebildet wird, in der Größe von der unterscheidet, die mit dem achsenfernen Licht ausgebildet wird, das mit gestrichelten Linien dargestellt ist, und daß die Eintrittspupille in Fig. 2 nach oben und unten symmetrisch bleibt (entsprechend dem rechten und dem linken Bild, die von der geteilten Eintrittspupille stammen).

Das Pupillenteilungsprisma 14 wird so angeordnet, daß seine Spitze, an der ein Bild aufgeteilt wird, an einer Stelle 22 liegt, die zu einer Eintrittspupille gehört, die mit Hilfe der Objektivlinsenanordnung 11 und der Übertragungslinsen anordnung 12 ausgebildet wird, d. h. an einer Stelle, an der eine Apertur- bzw. Öffnungsblende eingebaut ist.

Die Lage des Pupillenteilungsprismas 14 ist nicht auf die Stelle beschränkt, die zu einer Eintrittspupille gehört, die mit Hilfe der Objektivlinsenanordnung 11 und der Übertragungslinsenanordnung 12 ausgebildet wird, sondern kann eine Eintrittspupillen-Stelle sein, d. h. eine Stelle, an der eine Eintrittspupille ausgebildet ist, oder eine Stelle in der Nähe der Eintrittspupillen-Stelle.

Als nächstes wird die Wirkungsweise des Ausführungsbei spiels beschrieben.

Für eine normale dreidimensionale Sichtbarmachung bzw. Darstellung muß ein optisches System entwickelt werden, das das rechte und das linke Bild nicht verzerrt. Falls ein op tisches System mit einem weiten Winkel verwendet wird, um die Erkennung der Lage eines betrachteten Bereichs bezüg lich des Gesamtgegenstands zu ermöglichen, tritt eine Verzerrung im Perimeter bzw. Randbereich der Bilder auf. Dies ermöglicht keine echte dreidimensionale Darstellung.

Es ist jedoch nur ein begrenzter Bereich um das Zentrum ei nes Gesichtsfelds herum, der dreidimensional dargestellt werden muß, wohingegen der Randbereich des Gesichtsfelds nicht notwendigerweise dreidimensional gesehen werden muß. Dieses Ausführungsbeispiel wurde entwickelt, um die drei dimensionale Darstellung des Randbereichs des Gesichtsfelds herabzusetzen bzw. zu verringern, da dessen Bild bei drei dimensionaler Betrachtung zu sehr verzerrt ist. Deshalb be einflußt die Verzerrung in den Bildern, die den Randbereich des Gesichtsfelds darstellen, die Betrachtungsbilder nicht sehr. Ein optisches System mit einem weiten Winkel kann deshalb verwendet werden, um ein weites Gesichtsfeld zu schaffen, und eine normale dreidimensionale Darstellung kann mit den Bildabschnitten durchgeführt werden, die das Zentrum des Gesichtsfelds darstellen.

Das Pupillenteilungsprisma 14 halbiert eine Eintritts pupille, um ein rechtes und ein linkes Bild zu schaffen, die eine Parallaxe zwischen sich aufweisen. Solange eine geteilte Eintrittspupille den gleichen Durchmesser und das gleiche Teilungsverhältnis vorsieht, unabhängig davon, ob das Licht vom Zentrum oder Randbereich des Gesichtsfelds stammt, bleibt in diesem Fall ein Abstand zwischen den Schwerpunkten des rechten und des linken Bildes, die von der geteilten Eintrittspupille abgeleitet werden, konstant, und zwar unabhängig von der Lage in einem Gesichtsfeld, von dem das Licht stammt, und die Dreidimensionalität ändert sich nicht abhängig davon, ob das Licht vom Zentrum oder Randbereich des Gesichtsfelds stammt.

Wenn die Eintrittspupille kreisförmig ist, wie dies im lin ken Bild der Fig. 3 dargestellt ist, ist der vorstehende Abstand zwischen den Schwerpunkten als ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt in einer der Halbkreishälften der kreis förmigen, geteilten Eintrittspupille und dem des anderen Halbkreises festgelegt. Die Dreidimensionalität ändert sich abhängig von dem Abstand zwischen den Schwerpunkten. Falls der Abstand zwischen den Schwerpunkten geringer wird, ver ringert sich eine Parallaxe und die Dreidimensionalität wird herabgesetzt. Wenn der Abstand zwischen den Schwer punkten Null ist, d. h. die Schwerpunkte der beiden Bilder zusammenfallen, ergibt sich ein zweidimensionales Bild.

Bei diesem Ausführungsbeispiel soll sich der Abstand zwi schen den Schwerpunkten abhängig davon ändern, ob das Licht vom Zentrum oder vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt: Falls das Licht vom Zentrum des Gesichtsfelds stammt, soll der Abstand zwischen den Schwerpunkten groß sein, während der Abstand zwischen den Schwerpunkten klein sein soll, falls das Licht vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt. Das heißt, es ist erwünscht, Dreidimensionalität für Licht zu erhalten, das vom Zentrum des Gesichtsfelds stammt, je doch Dreidimensionalität für Licht herabzusetzen, das von dessen Randbereich stammt.

Um das vorstehende Prinzip umzusetzen, bildet die Übertragungslinsenanordnung 12 bei diesem Ausführungs beispiel eine kleinere Eintrittspupille bei Licht aus, das vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt. Deshalb ändert sich der Abstand zwischen den Schwerpunkten des rechten und des linken Bildes, die von der geteilten Eintrittspupille stammen. Insbesondere entfernt der Teil A der vorderen Linse L₁ in der Übertragungslinsenanordnung 12 den oberen Teil des achsenfernen Lichts und der Teil B der hinteren Linse L₂ den unteren Teil des achsenfernen Lichts. Deshalb ist der Durchmesser der Eintrittspupille in einer Richtung senkrecht zu deren Teilungslinie verringert, wie dies im rechten Bild der Fig. 3 dargestellt ist.

Die vordere Linse L₁ und die hintere Linse L₂ in der Übertragungslinsenanordnung 12 sind mit Bezug auf die Eintrittspupillenlage beiderseitig symmetrisch angeordnet, wodurch der obere und der untere Teil von achsenfernem Licht symmetrisch entfernt werden. Das Pupillenteilungs prisma 14 sollte deshalb an einer Stelle angeordnet werden, die mit einer Eintrittspupille zusammenfällt, die durch die Objektivlinsenanordnung 11 und die Übertragungslinsen anordnung 12 gebildet wird. Da die Symmetrie der Eintritts pupille erhalten bleibt, wenn die Eintrittspupille in deren Mitte mittels des Pupillenteilungsprismas 14 aufgeteilt wird, wird die Eintrittspupille stets seitensymmetrisch aufgeteilt. Wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, ändert sich die Eintrittspupille, die durch die Übertragungslinsen anordnung 12 ausgebildet wird, daher bezüglich der Größe, und zwar abhängig davon, ob sie von axialem oder achsen fernem Licht stammt oder von Zwischenlicht, das von einer Zwischenstelle stammt, die zwischen den Stellen liegt, von denen das axiale bzw. das achsenferne Licht stammt. Der Durchmesser der Eintrittspupille in einer Richtung senk recht zu deren Teilungslinie verringert sich in der Reihen folge von axialem Licht, Zwischenlicht und achsenfernem Licht. Dementsprechend verringert sich der Abstand zwischen den Schwerpunkten in dem rechten und dem linken Bild, die von einer geteilten Eintrittspupille stammen, von d₁ über d₂ zu d₃. Deshalb wird der Abstand zwischen Schwerpunkten am kleinsten für Licht, das vom Randbereich des Gesichts felds stammt.

Da der Abstand zwischen den Schwerpunkten des rechten und des linken Bildes, die von einer geteilten Eintrittspupille stammen, geändert wird, falls Licht vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt, verringert sich die Parallaxe zwi schen dem rechten und dem linken Bild, wie dies vorstehend erläutert ist. Die Dreidimensionalität wird demzufolge her abgesetzt, wodurch ein Bild, das mit dem vom Randbereich des Gesichtsfelds stammenden Licht abgebildet wird, fast ein zweidimensionales Bild wird.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ändert sich der Abstand zwischen den Schwerpunkten des rechten und des lin ken Bildes, die von einer Eintrittspupille stammen, und zwar abhängig von der Lage in einem Gesichtsfeld, von dem das Licht stammt, wodurch die Dreidimensionalität bei einem Bild des Randbereichs des Gesichtsfelds verringert wird. Dies hilft, den Einfluß der Verzerrung zu minimieren, die wahrscheinlich bei einem Bild des Randbereichs des Gesichtsfelds auftritt. Deshalb schafft dieses Ausführungs beispiel ein stereoskopisches Endoskop, das normale Drei dimensionalität für ein Bild des Zentrums des Gesichtsfelds schafft und ein weites Gesichtsfeld bietet, das weit genug ist, den gesamten Gegenstand zu erfassen.

Mit anderen Worten ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel ein mittelweites Gesichtsfeld, das weit genug ist, den ge samten Gegenstand zu erkennen, und das eine normale drei dimensionale Darstellung eines gewünschten, zu betrachten den Bereichs ermöglicht.

Beim in den Fig. 4 und 5 dargestellten zweiten Ausführungs beispiel wird das Teilungsverhältnis von einem linken zu einem rechten Bild einer Eintrittspupille geändert, die in einem optischen System ausgebildet ist.

Ein Hauptteil, der ein optisches System eines stereoskopi schen Endoskops dieses Ausführungsbeispiels einschließt, weist eine in Fig. 4 dargestellte Anordnung auf. Eine Übertragungslinsenanordnung 32, die entgegen der des ersten Ausführungsbeispiels den Durchmesser einer Eintrittspupille nicht entsprechend der Lage in einem Gesichtsfeld, von dem das Licht stammt, ändert, ist hinter einer Objektivlinsen anordnung 11 angeordnet. Hinter der Übertragungslinsen anordnung 32 ist ein Abbildungsobjektiv 33 angeordnet. Ein Pupillenteilungsprisma 34, das ein Bild, das durch die Übertragungslinsenanordnung 32 übertragen und durch das Abbildungsobjektiv 33 abgebildet wird, in ein rechtes und ein linkes Bild halbiert, ist hinter dem Abbildungsobjektiv 33 eingebaut. Das Abbildungsobjektiv 33 schließt eine Zoom- Linsenanordnung ein, die z. B. aus einem Kompensator, einer verstellbaren Linse und einer Übertragungslinse hergestellt ist. In Fig. 4 ist zur Vereinfachung lediglich eine Linse als das Abbildungsobjektiv 33 dargestellt.

Außerdem sind Spiegel 15 und 16 eingeschlossen, um Strahlen zu reflektieren, die vom mit Hilfe des Pupillenteilungs prismas 34 aufgeteilten Licht stammen. Festkörper-Bild aufnahmeeinrichtungen 19 und 20 sind ferner eingebaut, um die durch die Spiegel 15 bzw. 16 reflektierten Strahlen zu empfangen und daraus elektrische Bildsignale zu gewinnen.

Das Pupillenteilungsprisma 34, die Spiegel 15 und 16 und die Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtungen 19 und 20 bilden eine mobile Einheit 35, die in einem gemeinsamen Körper be weglich ist. Die bewegliche Einheit 35 ist auf der opti schen Achse relativ zu einer Stelle 36 vorwärts und rück wärts beweglich, die mit einer Eintrittspupille zusammen fällt, die im optischen System ausgebildet ist (oder mit einer Eintrittspupillenstelle, d. h. einer Stelle, bei der eine Eintrittspupille ausgebildet ist). Wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, ist die Spitze des Pupillenteilungsprismas 34 üblicherweise geringfügig hinter der Eintrittspupillen stelle 36 angeordnet. Das Pupillenteilungsprisma 34 ist von der Eintrittspupillenstelle 36 längs der optischen Achse geringfügig entfernt, so daß die Teilungsposition, an der eine Eintrittspupille aufgeteilt wird, zwischen axialem Licht, das in Fig. 4 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, und achsenfernem Licht, das mit gestrichelten Linien dargestellt ist, geändert werden kann.

Das Pupillenteilungsprisma 34 kann nicht nur an einer Stelle angeordnet werden, die mit einer in einem optischen System ausgebildeten Eintrittspupille zusammenfällt, son dern auch an einer Stelle in der Nähe der Eintritts pupillenstelle.

Wenn das Pupillenteilungsprisma 34 verwendet wird, um eine Eintrittspupille zu halbieren und ein rechtes und ein lin kes Bild mit einer Parallaxe zwischen diesen zu erzeugen, ist, falls das Pupillenteilungsprisma 34 an der Stelle an geordnet ist, die mit der durch die Objektivlinsenanordnung 11 und die Übertragungslinsenanordnung 32 ausgebildeten Eintrittspupille zusammenfällt, eine Grenzlinie 37a zwi schen dem rechten und dem linken Bild längs der Mittellinie der geteilten Eintrittspupille ausgerichtet, wie dies in Fig. 5a dargestellt ist, und zwar unabhängig von der Lage in einem Gesichtsfeld, von dem das Licht stammt. Die Eintrittspupille ist deshalb stets seitensymmetrisch aufgeteilt.

Wenn das Pupillenteilungsprisma 34 dicht entfernt von der Eintrittspupillenstelle oder der Stelle, die mit einer Eintrittspupille zusammenfällt, angeordnet ist, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, trifft achsenfernes Licht schräg zum Pupillenteilungsprisma 34 ein. Eine Eintrittspupille wird deshalb nicht in deren Mitte geteilt. Wie dies in Fig. 5b dargestellt ist, liegt, falls Licht von der Mitte eines Gesichtsfelds stammt, eine Grenze zwischen dem rechten und dem linken Bild, die von einer geteilten Eintrittspupille stammen, in der Mitte der Eintrittspupille. Falls Licht vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt, bewegt sich eine Grenze 37b nach links oder rechts (in Fig. 5b nach links).

Wenn die Teilungsposition einer Eintrittspupille abhängig von der Lage in einem Gesichtsfeld geändert wird, falls Licht vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt, sind die Lichtmengen des rechten und des linken Bildes, die von einer Eintrittspupille stammen, deutlich unausgeglichen. Deshalb wird die Dreidimensionalität herabgesetzt und es entsteht ein fast zweidimensionales Bild. Das heißt mit anderen Worten, das Bild sieht im wesentlichen so aus, wie mit einem Auge gesehen.

Das Verhältnis der Lichtmenge in einem rechten Bild zu dem in einem linken Bild eines geteilten Bildes ist für Licht, das von der Mitte des Gesichtsfelds stammt, 1 : 1, und 1 : 0 für Licht, das vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt. Das heißt mit anderen Worten, das Licht ist auf entweder das rechte oder das linke Bild konzentriert, wenn das Licht achsenfernes Licht ist. Deshalb ist die Dreidimensionalität bei einem Bild des Randbereichs des Gesichtsfelds herabge setzt. Wenn das Teilungsverhältnis der Lichtmengen 1 : 0,3 überschreitet, d. h. wenn die Lichtmengen des Lichts in dem rechten und dem linken Bild deutlich unausgeglichen sind, erscheint ein im wesentlichen zweidimensionales Bild. Bei einem optischen System, das trotz vom Zentrum oder Randbe reich des Gesichtsfelds stammenden Lichts eine Eintritts pupille mit dem gleichen Durchmesser erzeugt, ist das Teilungsverhältnis für Lichtmengen in einer Eintritts pupille für von dem Zentrum des Gesichtsfelds stammenden Lichts 1 : 1. Für Licht, das vom Randbereich des Gesichts felds stammt, wird das Teilungsverhältnis größer als 1 : 0,3 (beispielsweise 1 : 0,2) (der Unterschied bezüglich der Lichtmenge zwischen zwei von einer geteilten Eintritts pupille stammenden Bildern wird größer). Falls das Pupillenteilungsprisma 34 geringfügig von der Eintritts pupillenstelle entfernt angeordnet ist, wie dies vorstehend ausgeführt ist, wird die Dreidimensionalität verringert, falls das Licht vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist bei diesem Aus führungsbeispiel das Teilungsverhältnis einer Lichtmenge, d. h. ein Verhältnis der Lichtmenge in einem rechten Bild zu dem in einem linken Bild abhängig von der Lage in einem Gesichtsfeld geändert, von dem das Licht stammt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, ähnlich dem ersten Ausführungs beispiel, die Dreidimensionalität verringert, falls Licht vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt. Deshalb kann der Einfluß einer Verzerrung, die gewöhnlich auf vom Rand bereich des Gesichtsfelds stammendes Licht zurückzuführen ist, bei einem Bild minimiert werden. Deshalb wird durch dieses Ausführungsbeispiel ein stereoskopisches Endoskop realisiert, das normale Dreidimensionalität für Licht erzeugt, das vom Randbereich des Gesichtsfelds stammt, und ein weites Gesichtsfeld bietet, das weit genug ist, einen gesamten Gegenstand zu erfassen.

Das optische System des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels kann weiter ein Abbildungsobjektiv, eine Fokussierlinse, eine Zoomlinse oder dergleichen ein schließen.

Ein drittes Ausführungsbeispiel wird in den Fig. 6 bis 8 dargestellt.

Ein Hauptteil, das ein optisches System eines stereoskopi schen Endoskops dieses Ausführungsbeispiels einschließt, weist den in Fig. 6 dargestellten Aufbau auf.

Eine Objektivlinsenanordnung 11 ist in dem distalen Teil eines Endoskops 1 angeordnet. Eine Übertragungslinsen anordnung 32 zum Übertragen eines durch die Objektivlinsen anordnung 11 abgebildeten Gegenstandsbildes, die ähnlich der des zweiten Ausführungsbeispiels ist, ist koaxial zur Objektivlinsenanordnung 11 hinter dieser angeordnet. Ein Abbildungsobjektiv 43 und eine Fokussierlinse 44 sind hin ter der Übertragungslinsenanordnung 32 angeordnet. Ein Pupillenteilungsprisma 14 zum Halbieren eines übertragenen und abgebildeten Bildes in ein rechtes und ein linkes Bild ist hinter der Fokussierlinse 44 an einer Stelle angeord net, die mit der durch die Objektivlinsenanordnung 11 und die Übertragungslinsenanordnung 32 ausgebildeten Eintritts pupille zusammenfällt.

Eine verstellbare Blende 45 zum Verstellen des Abstands zwischen den Schwerpunkten in Bildern, die von einer ge teilten Eintrittspupille stammen, ist in einem optischen Weg in der Nähe des Pupillenteilungsprismas 14 eingesetzt. Wie vorstehend beschrieben, schließt dieses Ausführungs beispiel sowohl das Pupillenteilungsprisma 14 als auch die verstellbare Blende 45 ein, d. h. sowohl eine Funktion des Teilens einer Eintrittspupille, die in einer Pupillen teilungseinrichtung auszuführen ist, als auch eine Funktion des Änderns des Abstands zwischen den Schwerpunkten. Spie gel 15 und 16 sind eingebaut, um Strahlen zu reflektieren, die vom mit Hilfe des Pupillenteilungsprismas 14 geteilten Licht stammen. Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtungen 19 und 20, beispielsweise CCD-Einrichtungen, sind an Stellen hinter den Spiegeln 15 bzw. 16 angeordnet, an denen das Abbildungsobjektiv 43 Bilder abbildet.

Beim optischen System für das Endoskop ist die Übertra gungslinsenanordnung 32 aus afokalen Übertragungslinsen zu sammengesetzt, die jeweils ein Ausgangsbild mit konstanter Verstärkung projizieren. Zur Vereinfachung sind in Fig. 6 nur zwei Linsen als die Übertragungslinsenanordnung 32 dar gestellt. Das Pupillenteilungsprisma 14 ist so angeordnet, daß seine Spitze an einer Stelle liegt, die mit einer durch die Objektivlinsenanordnung 11 und die Übertragungslinsen anordnung 32 gebildeten Eintrittspupille zusammenfällt. Die verstellbare Blende 45, die den Abstand zwischen den Schwerpunkten in den beiden von einer geteilten Eintritts pupille stammenden Bildern durch Ändern der Position eines hindurchlaufenden Strahls zum Verlagern einer Eintritts pupille oder durch Ändern des Durchmessers der Eintritts pupille, die nicht aufgeteilt wurde, ändert, ist in der Nähe des Pupillenteilungsprismas 14 angeordnet.

Das Pupillenteilungsprisma 14 kann nicht nur an der Stelle angeordnet werden, die mit der durch die Objektivlinsen anordnung 11 und die Übertragungslinsenanordnung 32 ausge bildeten Eintrittspupille zusammenfällt, sondern auch an der Eintrittspupillenstelle, d. h. einer Stelle, an der die Objektivlinsenanordnung 11 und die Übertragungslinsenan ordnung 32 eine Eintrittspupille bilden, oder einer Stelle in der Nähe der Eintrittspupillenposition. Die Objektiv linse 43 kann eine Zoomlinsenanordnung oder dergleichen einschließen. Die verstellbare Blende 45 kann nicht nur in der Nähe der Stelle angeordnet werden, die mit der durch die Objektivlinsenanordnung 11 und die Übertragungslinsen anordnung 32 ausgebildeten Eintrittspupille zusammenfällt, sondern auch an der Eintrittspupillenstelle, der Objektiv linsenanordnung 11 oder der Eintrittspupillenstelle der Übertragungslinsenanordnung 32.

Die Fig. 7 stellt das erste Beispiel eines Aufbaus der ver stellbaren Blende 45 dar. Eine Blende 47 des ersten Beispiels ist aus zwei Öffnungsplatten bzw. Blendenplatten 47a und 47b mit jeweils einer kreisförmigen Öffnung zusam mengesetzt. Beide oder eine der Blendenplatten 47a und 47b sind in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse verla gert, was den Zwischenraum zwischen den Blenden ändert.

Die Fig. 8 stellt das zweite Beispiel der verstellbaren Blende 45 dar. Eine Blende 48 des zweiten Beispiels weist eine Vielzahl (bei diesem Beispiel sechs) Blendenlamellen auf. Die Blendenlamellen sind verlagert, um den Abstand zwischen Schwerpunkten in den Hälften einer geteilten Eintrittspupille zu ändern.

Der Abstand der Schwerpunkte der rechten und der linken Hälfte einer geteilten Eintrittspupille wird nachstehend erörtert. Wenn das Pupillenteilungsprisma 14 verwendet wird, um eine Eintrittspupille zu halbieren und ein rechtes und ein linkes Bild mit einer Parallaxe zwischen diesen zu schaffen, ist, falls die Eintrittspupille kreisförmig aus gebildet ist, der Abstand zwischen den Schwerpunkten als ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt von einer der Halb kreishälften der kreisförmigen geteilten Pupille und dem der anderen kreisförmigen Hälfte festgelegt. Mit anderen Worten wiederholt, ist der Abstand zwischen Schwerpunkten als ein Abstand zwischen Schwerpunkten in entsprechenden Hälften einer geteilten Eintrittspupille festgelegt.

Einer der Faktoren, der bei einem stereoskopischen Endoskop die Dreidimensionalität ermöglicht, ist der Konvergenz winkel, der durch ein rechtes und ein linkes optisches System gebildet wird. Falls der Konvergenzwinkel groß ist, ist die Dreidimensionalität verbessert. Falls der Konver genzwinkel klein ist, ist die Dreidimensionalität verrin gert. Falls ein optisches Pupillenteilungssystem vorliegt, bei dem ein durch eine Objektivlinsenanordnung abgebildetes Bild in Hälften geteilt wird, ist es ersichtlich, daß ein Strahl, der durch die Schwerpunkte in jeder der Hälften einer geteilten Eintrittspupille läuft, als ein Äquivalent oder die optische Achse zum Bestimmen des Konvergenzwinkels anzusehen ist (ein innerer Winkel, der mittels des rechten und des linken optischen Systems gebildet wird). In diesem Fall ist die Länge, die die Schwerpunkte in den Hälften der Eintrittspupille verbindet, als ein Abstand zwischen den optischen Achsen des rechten und des linken optischen Sys tems zu betrachten. D. h., daß sich die Dreidimensionalität abhängig vom Abstand zwischen den Schwerpunkten in den Hälften einer geteilten Eintrittspupille ändert.

Das Prinzip dieses Ausführungsbeispieles besteht darin, daß die Öffnung der verstellbaren Blende 45 so verstellbar sein sollte, daß der Abstand zwischen den Schwerpunkten entspre chend der Wegstrecke zu einem Gegenstand geändert wird, wo bei die Dreidimensionalität jedoch durchgängig erhalten bleibt, und zwar unabhängig von der Wegstrecke zum Gegen stand. Im einzelnen wird die Öffnung der verstellbaren Blende 45 derart geändert, daß, falls ein Gegenstand an ei nem Nahpunkt liegt, der Abstand zwischen den Schwerpunkten verringert und, falls ein Gegenstand an einem Fernpunkt liegt, der Abstand zwischen den Schwerpunkten vergrößert wird.

Um das vorstehende Prinzip umzusetzen, wird die Blende 47 des ersten, in Fig. 7 dargestellten Beispiels oder die Blende 48 des zweiten, in Fig. 8 dargestellten Beispiels verwendet.

Beim ersten Beispiel ist eine oder sind beide der zwei Blendenplatten 47a und 47b in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse versetzt. Deshalb ändert sich der Abstand zwischen den Öffnungen, um die Lage der rechten und der linken Eintrittspupille zu ändern. Dementsprechend ändert sich der Abstand zwischen den Schwerpunkten in den Eintrittspupillen. Falls z. B. ein Gegenstand an einem Nahpunkt zu betrachten ist, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, wird der Abstand zwischen den Schwerpunkten in den Eintrittspupillen auf d₁ verringert. Falls ein Gegenstand an einem Fernpunkt zu betrachten ist, wie dies in Fig. 7b dargestellt ist, wird der Abstand zwischen den Schwerpunk ten auf d₂ vergrößert. Falls ein Gegenstand an einem Fern punkt nach einem Gegenstand an einem Nahpunkt zu betrachten ist, wird der Abstand zwischen den Schwerpunkten von d₁ auf d₂ vergrößert.

Beim zweiten Beispiel wird eine Vielzahl von Blenden lamellen verlagert, um den Durchmesser einer Blende zu ändern. Die Blendenöffnung ist im wesentlichen kreisförmig gestaltet. Eine Eintrittspupille ist stets in deren Zentrum rechts und links aufgeteilt. Der Abstand zwischen Schwer punkten in den Hälften einer geteilten Eintrittspupille ändert sich mit der Änderung des Durchmessers der Blende. Falls z. B. ein Gegenstand an einem Nahpunkt betrachtet werden soll, wie dies in Fig. 8a dargestellt ist, ist der Durchmesser der Blende verringert, um den Abstand zwischen den Schwerpunkten in den Hälften einer geteilten Eintritts pupille enger werden zu lassen. Wenn ein Gegenstand an ei nem Fernpunkt zu betrachten ist, wie dies in Fig. 8b darge stellt ist, ist der Durchmesser der Blende vergrößert, um den Abstand zwischen den Schwerpunkten der Hälften einer geteilten Eintrittspupille zu vergrößern. Wenn ein Gegen stand an einem Fernpunkt nach einem Gegenstand an einem Nahpunkt betrachtet werden soll, wird die Blende vom Zustand der Fig. 8a zum Zustand der Fig. 8b vergrößert. Deshalb nimmt der Abstand zwischen den Schwerpunkten in den Hälften einer geteilten Eintrittspupille zu.

Unter Verwendung der verstellbaren Blende 45 kann der Ab stand zwischen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Hälfte einer geteilten Eintrittspupille geändert werden. So wird der Konvergenzwinkel geändert, um die Drei dimensionalität zu steuern. Falls ein Gegenstand an einem Fernpunkt zu betrachten ist, wird der Konvergenzwinkel ver größert, um die Dreidimensionalität zu verbessern. Falls ein Gegenstand an einem Nahpunkt zu betrachten ist, wird der Konvergenzwinkel verringert, um die Dreidimensionalität herabzusetzen. Dieses Vorgehen realisiert die dreidimensio nale Darstellung mit einer gleichbleibenden Dreidimensiona lität, und zwar unabhängig von der Wegstrecke zu einem Ge genstand. Darüber hinaus kann der Abstand zwischen Schwer punkten in der rechten und der linken Hälfte einer geteil ten Eintrittspupille geändert werden, falls dies notwendig ist, um die Dreidimensionalität zu steuern. Folglich kann ein gewünschter Eindruck von Dreidimensionalität für einen gewissen Betrachtungsabstand vorgesehen werden.

Mit anderen Worten kann die Dreidimensionalität eines abge bildeten Bildes gesteuert werden, falls dies notwendig ist. So kann eine dreidimensionale Darstellung mit einer ge wünschten Dreidimensionalität unabhängig vom Abstand zu ei nem Gegenstand durchgeführt werden.

Das Pupillenteilungsprisma der vorstehenden Ausführungsbei spiele kann durch eine Einrichtung zum Aufteilen einer Ein trittspupille ersetzt werden, die eine Platte mit Löchern bzw. Öffnungen verwendet. Diese Art Lochplatten-Pupillen teilungseinrichtung kann nicht nur eine Eintrittspupille aufteilen, sondern auch den Abstand zwischen Schwerpunkten in den Hälften einer geteilten Eintrittspupille durch das Verlagern der Löcher ändern. Deshalb werden sowohl die Funktion des Aufteilens einer Eintrittspupille als auch eine Funktion des Änderns des Abstands zwischen den Schwer punkten in den Hälften einer geteilten Eintrittspupille durch ein einziges Element realisiert. Falls ein Element zum Aufteilen einer Eintrittspupille (Pupillenteilungs prisma) und ein Element zum Ändern des Abstands zwischen den Schwerpunkten (verstellbare Blende) als unabhängige Elemente vorgesehen werden, wie dies im vorstehenden Ausführungsbeispiel dargelegt ist, wird die Vielzahl von Elementen in eine Pupillenteilungseinrichtung eingebaut, um die Funktion des Aufteilens einer Eintrittspupille und die Funktion des Änderns des Abstands zwischen den Schwer punkten zu realisieren.

Beim in Fig. 9 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel sind eine Dreidimensionalitäts-Steuerung und eine Fokussierungssteuerung verwirklicht.

Bei einem stereoskopischen Endoskop des vierten Ausführungsbeispiels ist eine verstellbare Blende 61 ähn lich der verstellbaren Blende 45 des dritten Ausführungs beispiels in der Nähe eines Pupillenteilungsprismas 14 hinter einer Objektivlinse 43 in einem optischen System eingebaut. Fokussierlinsen 62 und 63 zum Scharfeinstellen sind in optischen Wegen von Strahlen angeordnet, die von einer Eintrittspupille stammen und mit Hilfe des Pupillen teilungsprismas 14 aufgeteilt wurden. Die anderen Bauteile im optischen System sind identisch zu denen des dritten Ausführungsbeispieles, so daß eine Beschreibung von diesen entbehrlich ist.

Antriebe 64, 65 und 66 sind mit der verstellbaren Blende 61 bzw. den Fokussierlinsen 62 bzw. 63 gekoppelt. Die Antriebe 64, 65 und 66 arbeiten in Erwiderung auf Anweisungen, die einen Änderungsbetrag eines Brennpunkts bzw. Fokus oder einer Apertur bzw. Blendenöffnung anweisen und von einer Steuereinrichtung 67 übertragen werden.

Die Steuereinrichtung 67 gibt ein Linsenantriebssignal aus, das einen Änderungsbetrag eines Brennpunkts entsprechend der Lage eines Gegenstands angibt und so die Fokussier linsen 62 und 63 anweist, sich zu bewegen, bis der fokus sierte Zustand erreicht ist. Während der Fokussierungs steuerung wird ein Blendenantriebssignal zum Antreiben der verstellbaren Blende 61 um einen bestimmten Wert ausge geben, um den Abstand zwischen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Hälfte einer geteilten Eintrittspu pille zu ändern. So wird, gekoppelt mit der Fokussierungs steuerung, die verstellbare Blende 61 entsprechend dem Ab stand zu einem Gegenstand angetrieben, der in den Brenn punkt gebracht werden soll. Folglich wird der Abstand zwi schen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Ein trittspupille geändert, um den Konvergenzwinkel zu stabi lisieren.

Falls z. B. das rechte und das linke Bild, die von einer Eintrittspupille stammen, auf einen Punkt A bei einer gewissen Wegstrecke fokussiert werden, kreuzen sich die optischen Achsen am Punkt A, falls als optische Achsen gerade Linien betrachtet werden, die durch die Schwerpunkte in dem rechten und dem linken Bild laufen. Da die rechte und die linke optische Achse einen Konvergenzwinkel erzeu gen und eine Parallaxe zwischen sich aufweisen, werden das rechte und das linke Bild dreidimensional wahrgenommen. Die Fokussierlinsen 62 und 63 werden dann bewegt, um die Brenn punkte der Fokussierlinsen 62 und 63 vom obengenannten Zu stand zu einem Zustand zu ändern, bei dem ein Gegenstand bei einem Punkt B, der näher als der Punkt A liegt, drei dimensional sichtbar gemacht wird. So kann der Gegenstand an dem näher gelegenen Punkt in die Fokusstellung gebracht werden.

Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Dreidimensionalität, falls der Abstand zwischen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Eintrittspupille konstant bleibt, da der Konvergenzwinkel sich ändert. Beim vorstehenden Fall ver bessert sich die Dreidimensionalität, da der Gegenstand zum näher gelegenen Punkt bewegt wurde. Bei diesem Ausführungs beispiel sind die verstellbare Blende 61 zum Verstellen des Abstands zwischen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Eintrittspupille und die Fokussierlinsen 62 und 63 zum Scharfeinstellen gegenseitig miteinander verbunden. Der Konvergenzwinkel kann deshalb unabhängig von der Wegstrecke zu einem Gegenstand konstant gehalten werden. Schließlich kann im wesentlichen die gleiche Dreidimensionalität für die Darstellung von allen Punkten von einem Fernpunkt bis zu einem Nahpunkt vorgesehen werden.

Wie vorstehend ausgeführt, kann gemäß diesem Ausführungs beispiel die dreidimensionale Darstellung erzielt werden, wobei ein gewünschter Abstand ohne Änderung der Dreidimen sionalität eines abgebildeten Bildes in die Fokusstellung gebracht wird. Ferner kann ein Konvergenzwinkel eingestellt werden, um so eine gewünschte Dreidimensionalität für eine gewünschte Wegstrecke zu erzielen, d. h. fokussiert werden.

Beim in den Fig. 10 bis 12 dargestellten fünften Ausfüh rungsbeispiel sind verstellbare Blenden in den optischen Wegen für Strahlen eingesetzt, die von einer Eintritts pupille stammen und mittels eines Pupillenteilungsprismas 14 aufgeteilt wurden.

Bei einem stereoskopischen Endoskop des fünften Ausfüh rungsbeispiels sind in einem optischen System verstellbare Blenden 69 und 70 in dem rechten bzw. linken optischen Weg für Strahlen eingesetzt, die von einer Eintrittspupille stammen und mit Hilfe eines Pupillenteilungsprismas 14 aufgeteilt sind. Die anderen Bauteile sind identisch mit denen des vierten Ausführungsbeispiels und ihre Beschrei bung ist somit entbehrlich.

Die verstellbaren Blenden 69 und 70 sind, wie dies in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, mit Blendenplatten ausge bildet, die jeweils eine Öffnung aufweisen. Wenn die ver stellbaren Blenden 69 und 70 verlagert werden, bewegen sich die Öffnungen, um die Eintrittspupillenposition oder die Positionen, an denen die Eintrittspupillen ausgebildet wer den, zu ändern. Die verstellbaren Blenden 69 und 70 über tragen Strahlen, die mit schraffierten Flächen in Fig. 11 dargestellt sind. Wenn die verstellbaren Blenden 69 und 70 sich bewegen, werden die Eintrittspupillenpositionen verla gert und der Abstand zwischen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Eintrittspupille ändert sich. Da die verstellbaren Blenden 69 und 70 gegenseitig gekoppelt sind oder deren Antriebe gegenseitig miteinander verbunden sind, sind zu diesem Zeitpunkt die beiden Blendenplatten mitein ander gekoppelt, um bewegt zu werden, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist.

Wenn die verstellbaren Blenden 69 und 70 vorwärts längs der optischen Achse des Teils des optischen Systems bewegt wer den, der dem Schritt des Aufteilens einer Eintrittspupille vorausgeht, wird der Abstand zwischen der linken und der rechten Eintrittspupille, d. h. der Abstand zwischen den Schwerpunkten der Eintrittspupillen, enger. Die Dreidimen sionalität eines erzeugten Bildes wird deshalb verringert. Falls die verstellbaren Blenden 69 und 70 längs der opti schen Achse des Teils des optischen Systems, der dem Schritt des Aufteilens einer Eintrittspupille vorausgeht, rückwärts bewegt werden, wird der Abstand zwischen der rechten und der linken Eintrittspupille vergrößert. Die Dreidimensionalität eines abgebildeten Bildes verbessert sich daher. Zu diesem Zeitpunkt sind die verstellbaren Blenden 69 und 70 und die Fokussierlinsen 62 und 63 ähnlich denen des vierten Ausführungsbeispiels gegenseitig mitein ander gekoppelt.

Wie dies vorstehend ausgeführt ist, kann der Abstand zwi schen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Eintrittspupille in einer ähnlichen Weise wie der des drit ten oder vierten Ausführungsbeispiels eingestellt werden, selbst wenn verstellbare Blenden in optischen Wegen für Strahlen eingesetzt sind, die von einer geteilten Eintrittspupille stammen. Unabhängig von einer Wegstrecke zu einem Gegenstand kann eine dreidimensionale Darstellung bei konstanter Dreidimensionalität erzielt werden.

Beim in Fig. 13 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel ist eine Wegstrecken-Erfassungseinrichtung zum Erfassen ei nes Abstands zu einem Gegenstand eingeschlossen, so daß eine verstellbare Blende und eine Fokussierlinse entspre chend dem erfaßten Abstand gesteuert werden können.

Bei einem stereoskopischen Endoskop des sechsten Ausführungsbeispiels ist eine Fokussierlinse 71 hinter ei nem Abbildungsobjektiv 43 in einem optischen System einge setzt. Eine verstellbare Blende 72 ist in der Nähe eines Pupillenteilungsprismas 14 angeordnet. Die anderen Bauteile des optischen Systems sind gleich jenen des dritten Aus führungsbeispiels, so daß eine Beschreibung entbehrlich ist. Die verstellbare Blende 72 ist beispielsweise mit der Blende 48 des zweiten Beispiels beim dritten Ausführungs beispiel ausgebildet, deren Durchmesser geändert werden kann.

Antriebe 73 und 74 sind mit der Fokussierlinse 71 bzw. der verstellbaren Blende 72 gekoppelt. Die Antriebe 73 und 74 werden in Erwiderung auf Anweisungen betrieben, die von ei ner Steuereinrichtung 75 übermittelt werden, die in einer Signalverarbeitungseinheit 5 zum Festlegen eines Änderungs betrags eine Brennweite und eine Apertur eingebaut sind. Die Signalverarbeitungseinheit 5 schließt ferner eine Helligkeits-Erfassungseinrichtung 76 ein. Die Helligkeits- Erfassungseinrichtung 76 erfaßt die Helligkeit eines Bildes in dem Ausgangssignal von Festkörper-Bildaufnahmeeinrich tungen 19 und 20. Die Steuereinrichtung 75 und die Hellig keits-Erfassungseinrichtung 76 bilden eine automatische Lichteinstelleinrichtung zum Einstellen einer Lichtmenge, die mit Hilfe einer Lichtquelleneinheit 77 erzeugt wird.

Während des Betrachtens mit einem Endoskop wird Beleuch tungslicht zu einem zu betrachtenden Bereich gestrahlt. Aufgrund dieses Beleuchtungsverfahrens ändert sich die Helligkeit eines Bildes abhängig vom Abstand zu einem Gegenstand. Die automatische Lichteinstelleinrichtung wird deshalb verwendet, um die Helligkeit eines Bildes zu erfas sen und die mit Hilfe der Lichtquelleneinheit 77 erzeugte Lichtmenge zu steuern, so daß ein bestimmter Helligkeits pegel sichergestellt werden kann. Das heißt, daß der Ab stand zu einem Gegenstand unter Verwendung der erfaßten Helligkeit eines Bildes berechnet werden kann. Im einzelnen bedeutet dies, falls ein Gegenstand einen geringeren Ab stand aufweist, ist das Bild hell, wohingegen das Bild dunkel ist, falls ein Gegenstand weiter entfernt liegt. Der Abstand zu einem Gegenstand kann deshalb durch das Erfassen der Helligkeit seines Bildes berechnet werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Helligkeits- Erfassungseinrichtung 76 verwendet, um die Helligkeit eines Bildes zu erfassen, und die Steuereinrichtung 75 berechnet einen Abstand zu einem Gegenstand. Der Reflexionsgrad von Gegenständen, das Helligkeitsniveau eines Bildes, das mit der durch die Lichtquelleneinheit 77 erzeugten Beleuch tungslichtmenge verbunden ist, und Abstände zu Gegen ständen, die zu den Helligkeitsniveaus gehören, werden vorgegeben und in einem Speicher abgespeichert.

Die Helligkeits-Erfassungseinrichtung 76 verwendet eine Integrationseinrichtung zum Integrieren der Ausgangsbild signale der Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtungen 19 und 20, um die Helligkeit eines Bildes zu erfassen, und gibt das erfaßte Helligkeitssignal zur Steuereinrichtung 75 ab. Die Steuereinrichtung 75 berechnet einen Abstand zu einem Gegenstand unter Verwendung des erfaßten Helligkeits signals, bestimmt entsprechend dem berechneten Abstand einen Bewegungsbetrag für die Fokussierlinse 71 und einen Änderungsbetrag für die Apertur der verstellbaren Blende 72, die mit der Fokussierlinse 71 gekoppelt ist, und gibt dann ein Treibersignal zu jedem der Antriebe 73 und 74 ab. So wird bei diesem Ausführungsbeispiel ähnlich dem vierten Ausführungsbeispiel eine Fokussierungssteuerung entspre chend einem Abstand zu einem Gegenstand durchgeführt. In Verbindung mit der Fokussierungssteuerung wird eine Einstellung des Abstands zwischen den Schwerpunkten in der rechten und der linken Eintrittspupille ausgeführt. So wird die Dreidimensionalität gesteuert.

Die Beziehung zwischen einem Abstand zu einem Gegenstand und einem Konvergenzwinkel ist abhängig von einem optischen System vorbestimmt. Sind Bewegungsbeträge für die Fokus sierlinse 71 und Änderungsbeträge für die verstellbare Blende 72, von der angenommen wird, daß sie mit der Fokus sierlinse 71 gekoppelt ist, einmal in einem Speicher abge speichert, werden die Fokussierlinse 71 und die verstell bare Blende 72 so gesteuert, daß sie miteinander in Ver bindung stehen.

Wenn ein Nahpunkt zu betrachten ist, verkleinert sich der Durchmesser der Öffnung, um die Helligkeit eines Bildes ab zuschwächen, falls die verstellbare Blende 72, die ihren Öffnungsdurchmesser ändern kann, geschlossen wird, um den Abstand zwischen den Schwerpunkten der rechten und der lin ken Eintrittspupille zu verringern. Das heißt mit anderen Worten, die Dreidimensionalitäts-Steuerung und die Bild helligkeitssteuerung können miteinander gekoppelt werden. Wenn die verstellbare Blende 72 verstellt wird, gibt die Steuereinrichtung 75 ein Lichtwert-Einstellsignal an die Lichtquelleneinheit 77 ab und bewirkt so eine Lichtwert einstellung für die Lichtquelle.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, können entsprechend des vorliegenden Ausführungsbeispiels die automatische Lichteinstellsteuerung, die Fokussierungssteuerung und die Dreidimensionalitäts-Steuerung miteinander gekoppelt wer den. Wenn ein Nahpunkt zu betrachten ist, zeigt das Bild eine geringe Tiefenschärfe. Wenn jedoch die verstellbare Blende 72 verwendet wird, kann ein Nahpunkt mit einer großen Tiefenschärfe des Bereichs sichtbar gemacht werden, da der Durchmesser der Blendenöffnung verringert werden kann.

Das optische Übertragungssystem beim dritten bis zum sech sten Ausführungsbeispiel weist eine optische Achse auf. Alternativ kann das optische Übertragungssystem so ent wickelt werden, daß ein übertragenes Bild in der Mitte des Systems aufgeteilt und dann weiter übertragen wird. Das op tische System kann ein Abbildungsobjektiv, eine Zoomlinse usw. beinhalten.

So kann mit Hilfe der vorstehenden Ausführungsbeispiele ein stereoskopisches Endoskop mit einem großen Bereich von ver schiedenen Betriebsarten ausgebildet werden.

Claims

1. Stereoskopisches Endoskop mit
einer Objektivlinsenanordnung (11), die eine einzige optische Achse aufweist,
einer Übertragungslinsenanordnung (32), die koaxial zur Objektivlinsenanordnung (11) angeordnet ist und ein von der Objektivlinsenanordnung (11) erzeugtes Gegenstandsbild überträgt,
einer hinter der Übertragungslinsenanordnung angeordneten Pupillenteilungseinrichtung (14), die eine Pupille der Übertragungslinsenanordnung (32) in eine Vielzahl von Pupillen aufteilt,
einem optischen Abbildungssystem (43), das einen von der Übertragungslinsenanordnung (32) stammenden Strahl empfängt und zusammen mit der Pupillenteilungseinrichtung (14) ein rechtes und ein linkes Gegenstandsbild abbildet, und
Abbildungseinrichtungen (19, 20) zum Empfangen der Gegenstandsbilder,
gekennzeichnet durch,
eine Einrichtung (45, 61, 69, 70), das im optischen Strahlengang nahe der Pupillenteilungseinrichtung (14) angeordnet ist und mit dem der Abstand zwischen den Schwerpunkten der Pupillen des optischen Abbildungssystems variiert werden kann.

2. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungslinsenanordnung (32) ein afokales System einschließt.

3. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pupillenteilungseinrichtung (14) ein Pupillenteilungsprisma ist, das die durch die Übertragungslinsenanordnung (32) ausgebildete Eintrittspupille in einen rechten und einen linken Teil halbiert.

4. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fokussierlinse (44) auf der Einfallsseite der Pupillenteilungseinrichtung (14) vorgesehen ist.

5. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Abbildungssystem (43) eine längs der optischen Achse bewegliche Fokussierlinse (44) aufweist, wobei die Bewegung der Fokussierlinse (44) mit der Änderung des Abstands zwischen den Schwerpunkten der durch die Pupillenteilungseinrichtung (14) ausgebildeten Vielzahl von Eintrittspupillen gekoppelt ist.

6. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45, 61, 69, 70), mit dem der Abstand zwischen den Schwerpunkten der Pupillen des optischen Abbildungssystems variiert werden kann, im vorlaufenden optischen Strahlengang der Pupillenteilungseinrichtung (14) angeordnet ist.

7. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45, 61, 69, 70), mit dem der Abstand zwischen den Schwerpunkten der Pupillen des optischen Abbildungssystems variiert werden kann, im rücklaufenden optischen Strahlengang der Pupillenteilungseinrichtung (14) angeordnet ist.

8. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45, 61, 69, 70), mit dem der Abstand zwischen den Schwerpunkten der Pupillen des optischen Abbildungssystems variiert werden kann, ein Blendenelement mit einer Vielzahl von senkrecht zur optischen Achse ausgerichteten Öffnungen zum Ändern des Abstands zwischen den Schwerpunkten der Vielzahl von Eintrittspupillen aufweist.

9. Stereoskopisches Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45, 61, 69, 70), mit dem der Abstand zwischen den Schwerpunkten der Pupillen des optischen Abbildungssystems variiert werden kann, ein Blendenelement einschließt, wobei die Apertur änderbar ist.