DE69429410T2

DE69429410T2 - Optisches System für Endoskope

Info

Publication number: DE69429410T2
Application number: DE69429410T
Authority: DE
Inventors: Dennis C. Leiner
Original assignee: Monadnock Optics Inc
Current assignee: Monadnock Optics Inc
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2014-09-28
Also published as: EP0646821A3; US5684629A; CA2131407A1; ES2164677T3; CA2131407C; EP0646821B1; DE69429410D1; EP0646821A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Endoskopoptiksysteme, und insbesondere ein Linsenübertragungssystem für ein starres Einweg-Endoskop.

2. Diskussion des Stands der Technik

Endoskope sind optische Instrumente, welche die Untersuchung von Körperhohlräumen ohne das Vornehmen umfangreicher chirurgischer Eingriffe gestatten. Herkömmliche starre Endoskope weisen typischerweise ein Rohr zur Beleuchtung eines Bereichs des Körperhohlraums auf, der betrachtet werden soll, und ein Linsenoptiksystem, das in einem Rohr angebracht ist, zum Fokussieren und Übertragen des beleuchteten Bildes von innerhalb des Körperhohlraums zum Arzt. Die wesentlichen optischen Bauteile eines herkömmlichen Linsensystems umfassen eine vordere Kombination aus Linsen, welche die Objektivlinse bilden, ein System von Übertragungslinsen, um das Bild durch das Endoskop zu befördern, und ein Okular, das ein vergrößertes virtuelles Bild für den Betrachter erzeugt. Beispiele für derartige optische Systeme für Endoskope sind in den US-Patenten mit den Nummern 3 089 484 von Hett, 3 257 902 von Hopkins, 3 556 085 von Takahasi, 4 036 218 von Yamashita, 4 267 828 von Matsuo und 4 273 110 von Groux beschrieben.
Es gibt verschiedene Nachteile bei den Endoskopen nach dem Stand der Technik, insbesondere in bezug auf die Komplexität und die Kosten der dort vorgesehenen optischen Systeme. Die optischen Bauteile werden typischerweise aus Glas hergestellt, das durch kostenaufwendige Herstellungsverfahren geschliffen und poliert wird. Daher sind die Kosten dieser Instrumente relativ hoch, wodurch es ausgeschlossen wird, das Instrument nach jedem chirurgischen Eingriff zu entsorgen. Es ist immer wichtiger geworden, diese Instrumente nach jedem chirurgischen Eingriff zu entsorgen, um das Risiko auszuschalten, den nächsten Patienten Krankheiten wie Aids oder Hepatitis auszusetzen. Während die meisten chirurgischen Instrumente durch Hochdruckdampf sterilisiert werden können, sind die empfindlichen optischen Systemen in Endoskopen so schwierig zu sterilisieren. Da die meisten dieser Instrumente von Natur aus zerbrechlich sind, brechen sie darüber hinaus häufig, mit erheblichen Auswirkungen in bezug auf Kosten und Schwierigkeiten für den Benutzer.
In einem Versuch, die Kosten und Komplexität der Systeme nach dem Stand der Technik zu verringern, beschreibt das US-Patent Nr. 4 784 118 von Fantone ein Endoskop, bei welchem das Lichtrohr, und die Objektiv-, Übertragungs- und Betrachtungslinsenanordnungen sämtlich aus Polymermaterialien hergestellt sind, etwa Acrylen, Polystyrolen, Polycarbonaten und Copolymeren von Styrol-Acrylonitril (SAN), durch herkömmliche Spritzgussverfahren.
Obwohl das Gerät von Fantone einige Vorteile im Vergleich zu optischen Systemen nach dem Stand der Technik zur Verfügung stellt, weist das Gerät verschiedene Nachteile auf. Die Übertragungslinsen aus Polymer bestehen aus nur einem Material, was die chromatische Aberration des Bildes erhöht, und die Auflösung verringert. Darüber hinaus müssen, damit ein helles Bild erhalten wird, die Polymerlinsen so hergestellt werden, dass die Verhältnisse von Länge zu Durchmesser vieler dieser Linsen relativ hoch sind. Dies ist unter Verwendung momentan bekannter Herstellunsverfahren sehr schwierig zu erzielen.
Das US-Patent Nr. 4 964 710 von Leiner beschreibt ein einzigartiges Hybridlinsenübertragungssystem, das die bei dem Endoskop von Fantone und bei dem übrigen, voranstehend geschilderten Stand der Technik auftretenden Probleme überwindet. Dieses Linsenübertragungssystem verwendet Glas- Planzylinder, die zwischen ausgeformten Polymerlinsen mit gekrümmter Oberfläche angeordnet sind, die eine Dicke in derselben Größenordnung wie ihr Durchmesser aufweisen. Die Polymerlinsen werden wahlweise aus zwei unterschiedlichen Polymeren hergestellt, um die Korrektur der chromatischen Aberration zu erleichtern. Damit man ein helles Bild erhält, werden die Glas-Planzylinder mit ebenen, polierten Endoberflächen zwischen den Polymerlinsen angeordnet. Im Gegensatz zu geschliffenen und polierten Linsen können die Glas-Planzylinder kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden, wogegen die kleineren Polymerlinsen kostengünstig und exakt durch bekannte Spritzgussverfahren hergestellt werden können.
Trotz der im Stand der Technik vorgeschlagenen Lehren bleibt es wünschenswert, ein Endoskop zur Verfügung zu stellen, welches effizient und verlässlich herzustellen ist, und das ein helleres Bild zur Verfügung stellt, mit erhöhter Auflösung. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät, welches diese Ziele durch Bereitstellung eines verbesserten Linsenübertragungssystems zum Einbau in einem starren Endoskop erzielt.
Die WO89/11112 beschreibt eine Endoskopübertragungsoptik- Konstruktion mit einem zentralen, stangenförmigen Element aus einem Material mit hohem Brechnungsindex, mit einem Paar negativer Elemente aus einem Material mit relativ niedrigem Brechungsindex, die an entgegengesetzte Enden des zentralen Elements geklebt sind, und mit einem Paar positiver Endelemente aus einem Material mit hohem Brechungsindex, die an die negativen Elemente geklebt sind. Dieses beschriebene Gerät stellt daher eine Anordnung dar, die bezüglich einer Ebene in der Mitte der Länge des zentralen Elements symmetrisch ist. Die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sind in Kombination aus der WO89/11112 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der beanspruchten Erfindung ist ein Linsenübertragungssystem, das eine Kombination aus polierten Glaslinsen und geformten Polymerlinsen verwendet, so vorgesehen, dass es in ein Endoskop eingebaut werden kann. Das Linsenübertragungssystem weist zumindest ein Linsenübertragungsmodul zur Übertragung eines Bildes zwischen aufeinanderfolgenden Bildebenen innerhalb des Endoskops auf. Das Linsenübertragungsmodul weist zumindest einen Glas- Planzylinder und zumindest ein Polymerlinsenbauteil auf, das axial zum Glas-Planzylinder ausgerichtet ist, und an einer von dessen Endoberflächen befestigt ist.
Das Linsenübertragungsmodul weist zwei Linsenanordnungen auf, die in bilateral symmetrischer Beziehung zu einer Mittenebene angeordnet sind, die zwischen den beiden Anordnungen liegt. Jede Linsenanordnung weist einen zentralen Glas-Planzylinder mit einer ersten und einer zweiten, ebenen Endoberfläche auf, ein erstes Linsenbauteil, welches axial mit dem Planzylinder ausgerichtet ist, und neben dessen erster Endoberfläche angeordnet ist, wobei diese Endoberfläche entfernt von der Mittenebene angeordnet ist, sowie ein zweites hinsenbauteil mit zumindest zwei Linsen, das axial mit dem Planzylinder ausgerichtet ist, und in der Nähe von dessen zweiter Endoberfläche angeordnet ist, wobei diese Endoberfläche in der Nähe der Mittenebene angeordnet ist. Das erste Linsenbauteil dient als Feldlinse. Zumindest eine der ersten und zweiten Linsen ist in der Nähe einer jeweiligen Endoberfläche des zentralen Glas-Planzylinders angeordnet. Diese benachbarte Linse, und ebenso das erste hinsenbauteil, sind aus einem Polymermaterial hergestellt.
Vorzugsweise weist das Linsenübertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere identische Linsenmodule auf, die entlang einer gemeinsamen Achse innerhalb des Endoskops ausgerichtet sind. Die geometrischen und physikalischen Eigenschaften jedes Moduls sind so gewählt, dass wirksam ein helles Bild eines Objekts auf eine darauffolgende Bildebene übertragen wird, während gleichzeitig die Korrektur von Bildaberrationen ermöglicht wird. Es lässt sich überlegen, dass das Linsenübertragungssystem leicht in herkömmliche Endoskopinstrumente eingebaut werden kann, und in Kombination mit herkömmlichen Objektivlinsen- und Okularanordnungen verwendet werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, und die einen Teil der Beschreibung bilden, stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar, und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Optik eines Endoskop-Optiksystems, welches das Linsenübertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, wobei Strahlenwege und Bildorientierungen dargestellt sind;
Fig. 2 eine vergrößerte, schematische Darstellung der Optik eines einzelnen Linsenübertragungsmoduls des in Fig. 1 dargestellten Linsenübertragungssystems, wobei der Strahlenweg und die Bildorientierung innerhalb des Moduls dargestellt sind;
Fig. 3 eine schematische, vergrößerte Darstellung der Optik einer Optikanordnung des einzelnen Linsenübertragungsmoduls von Fig. 2;
Fig. 4 eine vergrößerte, schematische Darstellung der Optik eines alternativen einzelnen Linsenübertragungsmoduls, das in einem Endoskop- Optiksystem vorgesehen werden soll, wobei der Strahlenweg und die Bildorientierung dargestellt sind;
Fig. 5 eine vergrößerte, schematische Darstellung der Optik eines weiteren alternativen, einzelnen Linsenübertragungsmoduls, das in einem Endoskop- Optiksystem verwendet werden soll, wobei der Strahlenweg und die Bildorientierung dargestellt sind; und
Fig. 6 eine allgemeine graphische Darstellung von Kurven der Modulationsübertragungsfunktion (IF) für die voranstehenden Ausführungsformen der Linsenübertragungssysteme.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In den Zeichnungen, und insbesondere in Fig. 1, ist schematisch ein Endoskop-Optiksystem 20 dargestellt, welches das neue Linsenübertragungssystem 40 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Linsenübertragungssystem 40 wird insbesondere bei Einweg-Endoskopen eingesetzt, und kann in Kombination, wie gezeigt, mit einer herkömmlichen Objektivlinsenanordnung 60 und einer herkömmlichen Okularanordnung 80 verwendet werden.
Das Linsenübertragungssystem 40 weist mehrere Linsenübertragungsmodule 42 auf, die Ende an Ende entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Jedes Modul 42 ist in bezug auf die darin enthaltenen optischen Elemente gleich, und kann ein Bild von einer Bildebene an der Eintrittsseite des Moduls zu einer nachfolgenden Bildebene an der Austrittsseite übertragen.
In Fig. 2 ist nunmehr das Linsenübertragungsmodul 42 gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen dargestellt. Das Linsenmodul 42 weist zwei identische Optikanordnungen 44 auf, die bilateral symmetrisch, Ende an Ende, in bezug auf eine Mittenebene, angeordnet sind, die im gleichen Abstand zwischen den beiden Anordnungen angeordnet ist. Die Anordnungen 44 werden durch einen Luftspalt getrennt. Jede Anordnung 44 weist einen Glas-Planzylinder 46 auf, der eine polierte, benachbarte Endoberfläche sowie eine polierte äußere Endoberfläche in bezug auf das andere Bauteil in dem Modul aufweist. Der Glas-Planzylinder 46 stellt die Übertragung eines hellen Bildes zwischen den Modulen sicher. Jede Anordnung 44 weist weiterhin eine Einzellinse 48 und ein Linsendoublet 50 auf, die mit der äußeren Endoberfläche bzw. der benachbarten Endoberfläche des Planzylinders 46 verbunden sind.
Wie am deutlichsten aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Einzellinse 48 vorzugsweise eine plankonvexe Linse, wobei die ebene Oberfläche der Linse mit dem Planzylinder 46 durch ein herkömmliches Klebemittel verbunden ist. Ein geeigneter Kleber für diesen Zweck ist Norland 68, hergestellt von der Norland Products Inc.. Die konvexe Oberfläche der Linse 48 kann mit einer reflexvermindernden Breitbandbeschichtung beschichtet sein, um Reflexionsverluste an der Grenzfläche zwischen Luft und Linse zu verringern. Die Einzellinse 48 ist aus einem Polymermaterial hergestellt, beispielsweise Acryl, Polystyrol, Polycarbonat, oder einem Copolymer aus Styrol- Acrylonitril (SAN). Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einzellinse 48 aus Acryl hergestellt. Die Einzellinse 48 kann durch herkömmliche Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei mit derartigen Verfahren exakte hinsen relativ kostengünstig und in großen Mengen hergestellt werden können.
Das Linsendoublet 50 besteht aus zwei Linsenelementen, nämlich einer ersten Linse 52 und einer zweiten Linse 54, die miteinander entlang benachbarten Oberflächen verbunden sind, um das Doublet auszubilden. Vorzugsweise ist die erste Linse 52 eine plankonvexe Linse, wobei die ebene Oberfläche der Linse 52 mit der benachbarten Endoberfläche des Zylinders 46 verbunden ist. Die zweite Linse 54 ist vorzugsweise eine Meniskuslinse (konkav-konvex). Das Doublet 50 wird vorzugsweise aus zwei unterschiedlichen Polymermaterialien hergestellt, um eine Korrektur der chromatischen Aberration innerhalb des Linsensystems zu ermöglichen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Linse 52 aus Acryl hergestellt, dagegen die Linse 54 entweder aus Polycarbonat oder Polystyrol. Es wird darauf hingewiesen, dass einem Fachmann auf diesem Gebiet andere Kombinationen optischer Materialien zur Korrektur der chromatischen Aberration auffallen werden. Auch die Linsen 52 und 54 können durch bekannte Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Bei der optischen Anordnung des Linsenmoduls 42 arbeitet die Einzellinse 48 als Feldlinse, und lenkt daher Lichtstrahlbündel am Rand des Feldes, die anderenfalls nicht das Linsendoublet 50 treffen würden, zurück zur Längsachse, die durch das optische System festgelegt wird, um hierdurch die Vignettierung zu minimieren. Es stellt ein signifikantes Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, dass das Sehfeld vergrößert werden kann, ohne den Durchmesser des Doublets 50 zu erhöhen.
Wie wiederum aus Fig. 2 hervorgeht, werden die geometrischen Eigenschaften des Moduls 42 durch eine Eintrittsbildebene 45a festgelegt, eine vordere Oberfläche 45b, eine erste verbundene Oberfläche 45c, eine zweite verbundene Oberfläche 45d, eine dritte verbundene Oberfläche 45e, eine erste innere Oberfläche 45f, eine zweite innere Oberfläche 45g, eine vierte verbundene Oberfläche 45h, eine fünfte verbundene Oberfläche 45i, eine sechste verbundene Oberfläche 45j, eine hintere Oberfläche 45k, und eine Austrittsbildebene 45l.
Die geometrischen und optischen Parameter des Moduls 42 des Linsenübertragungssystems 40 gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben. In der Tabelle entsprechen die Oberflächen A, B-K und L der Bildebene 45a, den Oberflächen 45b-45k bzw. der Austrittsbildebene 451. TABELLE 1
* Abmessungen sind in Millimeter
Zwar gibt Tabelle 1 eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, jedoch können verschiedene Abänderungen, alternative Konstruktionsmaterialien und Äquivalente eingesetzt werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. So kann z. B. die Größe des Luftspaltes zwischen optischen Bauteilen geändert werden, sowie auch die Krümmungsradien der Linsen, und die Arten von Polymerlinsen, die in dem Optikmodul vorgesehen sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Linsenübertragungssystem drei Linsenmodule auf, die Ende an Ende entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Vorzugsweise werden die Linsenmodule untereinander durch Abstandshalter (nicht gezeigt) verbunden. Eine gegenseitige Verbindung der Module ist deswegen äußerst wünschenswert, damit die Linsenübertragungsanordnung als einzelne Einheit zusammengebaut werden kann. Dies erleichtert wesentlich die Anbringung der Linsenübertragungsanordnung innerhalb des Endoskops.
Jedes Modul 42 des Linsenübertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung kann an einem Einwegendoskop durch herkömmliche Verfahren befestigt werden, und kann, wie voranstehend bereits erwähnt, in Kombination mit einer herkömmlichen Objektivlinsenanordnung 60 und einer herkömmlichen Okularanordnung 80 verwendet werden, wie in Fig. 1 gezeigt, um wirksam ein Bild vom Ort des Objekts an den Betrachter zu übertragen. Vorzugsweise werden auch die Objektivlinse und das Okular aus Polymermaterialien hergestellt, um die Kosten des Endoskops weiter zu verringern.
In Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines einzelnen Linsenübertragungsmoduls dargestellt, das in ein Endoskopoptiksystem eingebaut werden soll. Das Linsenmodul 100 ist im wesentlichen gleich jenem Linsenmodul, das im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschrieben wurde, und enthält zwei Linsenanordnungen 102, die durch einen Luftspalt getrennt sind. Jede Anordnung enthält einen Glas-Planzylinder 104, an dessen erster Endoberfläche eine einzelne plankonvexe Linse 106 befestigt ist, und an dessen zweiter Endoberfläche ein Linsendoublet 108 befestigt ist.
Die plankonvexe Einzellinse 106 kann aus jedem geeigneten optischen Material hergestellt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Einzellinse 106 aus Acryl hergestellt. Die Einzellinse 106 kann auch aus jedem der voranstehend erwähnten Polymermaterialien hergestellt werden, einschließlich Polycarbonat, Polystyrol und Copolymere von Styrol-Acrylonitril (SAN).
Das Linsendoublet 108, welches das erste Linsenelement 110 aufweist, das mit dem zweiten Linsenelement 112 verbunden ist, kann ebenfalls aus jedem geeigneten optischen Material hergestellt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Linsenelement 110 eine plankonvexe Linse, und ist aus Polystyrol hergestellt. Das zweite Linsenelement 112 ist eine zweifach konvexe Linse, und ist aus Acryl hergestellt.
Die geometrischen und optischen Parameter dieser Ausführungsform sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben. TABELLE 2
* Abmessungen sind in Millimeter
Die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen ein kostengünstiges Linsenübertragungssystem zur Verfügung, welches an den Betrachter ein helles Bild liefert, und darüber hinaus Bildaberrationen minimiert. Während viele Übertragungssysteme bis zu zehn Elemente aufweisen, sind nur vier Elemente in jedem Linsenmodul vorgesehen. Die Glas- Planzylinder können kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden. Die Linsen aus Polymer können mit großer Genauigkeit und durch kostengünstige Herstellungsverfahren mit bekannten Spritzgussverfahren hergestellt werden.
In Fig. 5 ist ein weiteres alternatives Beispiel für ein Linsenübertragungssystem dargestellt, das zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Das Linsenübertragungsmodul 120 weist zwei Linsenübertragungsanordnungen 122 auf, die bilateral symmetrisch Ende an Ende in bezug auf eine Mittenebene angeordnet sind, die zwischen den beiden Anordnungen 122 liegt, und durch einen Luftspalt getrennt sind. Jede Anordnung 122 weist im Zentrum einen Glas-Planzylinder 124 mit einer ersten und einer zweiten Endoberfläche 126 bzw. 128 auf. Neben der ersten Endoberfläche 126 des zentralen Zylinders 124 befindet sich ein erstes optisches Bauteil 130, das ein Glas-Planzylinderelement 132 und eine plankonkave Linse 134 aufweist, die an einer Endoberfläche des Zylinderelements befestigt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform befindet sich die plankonkave Linse 134 in der Nähe des zentralen Glas-Planzylinders 124, und ist von dem zentralen Zylinder durch einen Luftspalt getrennt. Die Linse 134 wird vorzugsweise aus Acryl hergestellt.
Ein zweites optisches Bauteil 136 ist an der zweiten Endoberfläche des zentralen Zylinders 124 befestigt. Das zweite Linsenbauteil 136 ist ein Linsendoublet, mit einer plankonkaven Linse 138 aus Polystyrol und einer zweifach konvexen Linse 140 aus Acryl.
Ein wesentliches Merkmal des in Fig. 5 dargestellten Linsenübertragungsmoduls 120 besteht darin, dass die Bilder, die durch das Modul 120 erzeugt werden, innerhalb des Glaszylinders 132 liegen. Daher werden Schönheitsfehler im Brennpunkt verringert, verglichen mit Systemen, bei denen sich die Bilder in der Nähe einer Linsenoberfläche befinden.
Gemäß Fig. 5 werden die geometrischen Eigenschaften des Moduls 120 durch eine vordere Oberfläche 125a festgelegt, eine erste verbundene Oberfläche 125b, eine zweite Oberfläche 125c, eine dritte optisch 125d, eine vierte verbundene Oberfläche 125e, eine fünfte verbundene Oberfläche 125f, eine sechste Oberfläche 125g, eine siebte Oberfläche 125h, eine achte verbundene Oberfläche 125i, eine neunte verbundene Oberfläche 125j, eine zehnte Oberfläche 125k, eine elfte Oberfläche 125l, eine zwölfte verbundene Oberfläche 125m, und eine hintere Oberfläche 125n.
Die geometrischen und optischen Parameter dieser Ausführungsform des Moduls sind in der nachstehenden Tabelle 3 aufgeführt. TABELLE 3
* Abmessungen sind in Millimeter
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform zeigt nur ein Linsenübertragungsmodul 120, jedoch wissen Fachleute auf diesem Gebiet, dass in der Praxis ein Endoskop aus mehreren Übertragungspaaren bestehen kann. So enthält beispielsweise ein Endoskop typischerweise drei Linsenmodule 120.
Weiterhin kann die Dicke des Planzylinders 132 das Doppelte der in Fig. 5 dargestellten Dicke betragen, da benachbarte Linsenmodule in dem optischen System vorhanden sein würden. Weiterhin würde ein Endoskop auch ein Objektivlinsensystem enthalten, welches distal der Übertragungslinsen angeordnet ist, um ein weites Sehfeld zur Verfügung zu stellen, sowie ein Okularsystem zur Vergrößerung des am weitesten proximal gelegenen Bildes, das aus dem Linsenübertragungssystem herauskommt.
Die Linsenübertragungssysteme gemäß den drei voranstehend geschilderten Ausführungsformen sind äußerst wirksam dazu, ein beleuchtetes Bild eines Objekts an den Betrachter zu übertragen. Insbesondere stellt jedes Linsensystem exzeptionelle Ergebnisse in bezug auf die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) zur Verfügung, die einen nützlichen Parameter zur Bewertung der optischen Qualität oder Leistung eines Bilderzeugungssystems darstellt. MTF, auch als Frequenzantwort, Sinusantwort oder Kontrastübertragung bezeichnet, ist üblicherweise als das Verhältnis der Modulation in dem Bild zu jener im Objekt, als Funktion der Frequenz (Zyklen pro Einheitswinkel oder Länge) des Sinuswellenverteilungsmusters definiert. Ein Diagramm der Modulation in Abhängigkeit von der Frequenz (Winkelfrequenz der Balken, ausgedrückt als so und so viele Linien pro Grad in dem Bildraum) stellt ein einsetzbares Maß für die Leistung eines Abbildungssystems dar. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass sich für eine bestimmte Linse das Diagramm der MTF in Abhängigkeit von der Wellenlänge, der Schrägstellung des Sehfeldes, der Orientierung der Balken, und von Punkt zu Punkt entlang der Linsenachse ändert.
Fig. 6 ist ein Diagramm, in dem MTF-Kurven für die voranstehend beschriebenen Linsenübertragungssysteme dargestellt sind. MTF-Werte wurden entlang der Linsenachse und für Punkte entfernt der Achse bei 70% des maximalen Sehfeldwinkels berechnet. Wie in dem Diagramm dargestellt, weist das System eine hohe Modulation bei den niedrigen Raumfrequenzen ebenso wie bei den höheren Raumfrequenzen für diese Punkte auf. Im einzelnen bleibt die Modulation für die Raumfrequenzen im Bereich von 0 Zyklen/Grad bis 6 Zyklen/Grad oberhalb von 0,9 für Punkte entlang der Linsenachse und für Punkte entfernt der Achse bei 70% des maximalen Sehfeldwinkels. Diese Modulationswerte sind besser im Vergleich zu herkömmlichen Glas-Linsenübertragungssystemen, und zeigen an, dass das vorliegende Linsensystem eine theoretische optische Auflösung aufweist, die mit jener herkömmlicher Glas-Linsenübertragungssysteme vergleichbar ist.
Die folgenden Patentansprüche geben Ausführungsformen der Erfindung zusätzlich zu jenen an, die voranstehend im einzelnen beschrieben wurden.

Claims

1. Linsenübertragungssystem (40) zum Einbau in eine Endoskop-Optikanordnung (20), wobei das Linsenübertragungssystem (40) aufweist:

zumindest ein Linsenübertragungsmodul (42) zum Übertragen eines Bildes zwischen aufeinanderfolgenden Bildebenen (45a, 451);

wobei das Linsenübertragungsmodul (42) zwei Linsenanordnungen (44) aufweist, die bilateral symmetrisch zu einer Mittenebene angeordnet sind, die zwischen den Endoberflächen (45f, 45g) der beiden Anordnungen (44) liegt;

wobei jede Linsenanordnung (44) aufweist:

einen zentralen Glas-Planzylinder (46), der eine erste ebene Endoberfläche (45j; 45c) aufweist, die entfernt von der Mittenebene angeordnet ist, sowie eine zweite ebene Endoberfläche (45d; 45c), die neben der Mittenebene angeordnet ist;

ein erstes Linsenbauteil (48), das axial mit dem Glas- Planzylinder (46) ausgerichtet ist, und neben der ersten ebenen Endoberfläche (45j; 45c) angeordnet ist;

ein zweites Linsenbauteil (50), welches ein Linsendoublet (50) ist, das eine erste Linse (52) und eine zweite Linse (54) aufweist, axial mit dem Glas- Planzylinder (46) ausgerichtet ist, und neben der zweiten ebenen Endoberfläche (45d; 45i) angeordnet ist;

wobei zumindest entweder das erste (48) oder das zweite (50) Linsenbauteil (48, 50) an der jeweiligen ebenen Endoberfläche des Glas-Planzylinders (45) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Linsenbauteil eine Einzellinse (48) ist, die als Feldlinse arbeitet, und zumindest entweder die Feldlinse (48) oder die erste und zweite Linse (52; 54) aus einem Polymermaterial hergestellt ist.

2. System nach Anspruch 1, bei welchem die Feldlinse (48) ein Polymermaterial aufweist, das aus Acrylen, Polystyrolen, Polycarbonaten und Copolymeren aus Styrol- Acrylonitril (SAN) ausgewählt ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Feldlinse (48) eine gekrümmte Linse ist.

4. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Feldlinse (48) an der ersten Endoberfläche (45j) des zentralen Glas-Planzylinders (46) befestigt ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Feldlinse (48) und der zentrale Glas-Planzylinder (46) durch einen Luftspalt getrennt sind.

6. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem das zweite Linsenbauteil (50) ein Polymermaterial aufweist, das aus Acrylen, Polystyrolen, Polycarbonaten und Copolymeren von Styrol-Acrylonitril (SAN) ausgewählt ist.

7. System nach Anspruch 6, bei welchem das zweite Linsenbauteil (50) an der zweiten Endoberfläche (45i) des Glas-Planzylinders befestigt ist.

8. System nach einem der voranstehende Ansprüche, bei welchem das zweite Linsenbauteil (50) ein Linsendoublet (52, 54) aufweist.

9. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Linsenanordnungen (44) in dem Linsenmodul (42) durch einen Luftspalt getrennt sind.

10. Optisches System für ein starres Endoskop mit:

einer Objektivlinsenvorrichtung (60) zur Erzeugung eines Bildes eines Objekts in einer ersten Bildebene;

einem Linsenübertragungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche; und

einer Okularvorrichtung (80) zur Betrachtung eines an einer Austrittsbildebene erzeugten Bildes;

wobei das optische System eine Modulation für die Raumfrequenzen im Bereich von 0 Zyklen/Grad von 6 Zyklen/Grad aufweist, die oberhalb von 0,9 für Punkte entlang der Linsenachse und für Punkte entfernt von der Achse bei 70% des maximalen Sehfeldwinkels bleibt.