DE69616014T2

DE69616014T2 - Spielfreier fokussierungsmechanismus

Info

Publication number: DE69616014T2
Application number: DE69616014T
Authority: DE
Inventors: Michael Coath
Original assignee: Keymed Medical and Industrial Equipment Ltd
Current assignee: Keymed Medical and Industrial Equipment Ltd
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2016-07-27
Also published as: JPH10508393A; WO1997009650A1; EP0789855B1; GB9517889D0; EP0789855A1; US5818648A; GB2304920A; DE69616014D1; GB2304920B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Instrument mit einem Fokussierungsmechanismus, der dafür bestimmt ist, ein Spiel auszuschließen. Die Erfindung wird insbesondere bezüglich eines Fokussierungsmechanismus für ein Boreskop (borescope) oder Endoskop beschrieben, die zum Betrachten einer für den Benutzer unzugänglichen oder von diesem entfernten Stelle verwendet wird, die jedoch für andere Arten von optischen Instrumenten auch geeignet ist.
Um ein fokussiertes Bild für den Benutzer bereitzustellen, ist normalerweise an dem proximalen oder "Benutzer"-Ende des Instruments ein Gehäuse oder Chassiselement vorgesehen, das eine Fokussierungslinse enthält, die in einer zylindrischen Fokussierungslinsenzelle angebracht ist und ein Fokussierungssteuer/regelelement enthält. Die Fokussierungslinsenzelle ist verschieblich in dem Chassis aufgenommen und mit dem Fokussierungssteuer/regelelement so verbunden, dass die Drehung des Fokussierungssteuer/regelelements die Fokussierungslinsenzelle axial so bewegt, dass ein fokussiertes Bild für das Auge des Benutzers oder an der CCD in einer CCTV-Kamera oder der Filmebene in einer Standbildkamera bereitgestellt werden kann. Ein Beispiel für einen solchen Fokussierungsmechanismus ist aus dem Dokument US 4 506 952 A bekannt.
Typischerweise umfasst das Fokussierungssteuer/regelelement eine Hülse, die drehbar an dem Chassis angebracht ist und eine wendelförmige Nut an ihrer Innenfläche aufweist. Ein radial von der Fokussierungslinsenzelle vorstehender Stift erstreckt sich durch einen axialen Schlitz in der Chassiswand und greift in die wendelförmige Nut ein. Folglich bewirkt die Drehung des Fokussierungssteuer/regelelements eine Axialbewegung der Fokussierungslinsenzelle innerhalb des Chassis. Ein Beispiel von dieser Art von Fokussierungseinrichtung ist der in der GB 2 168 124 A beschriebene Mechanismus.
Für eine freie Bewegung des Fokussierungssteuer/regelelements und der Fokussierungslinsenzelle müssen zwischen den Teilen Zwischenräume vorhanden sein. Zwangsläufig führt dies zu einem als Spiel bekannten Phänomen. Wenn das Fokussierungssteuer/regelelement in einer Richtung oder der anderen gedreht wird, bewegt sich die Fokussierungslinsenzelle nur, wenn alle Zwischenräume geschlossen wurden. Typischerweise muss das Fokussierungssteuer/regelelement um mehr als 3 Grad gedreht werden, bevor die Fokussierungslinsenzelle damit beginnt, sich zu bewegen. Dies stellt für den Benutzers von herkömmlichen Boreskopen normalerweise kein Problem dar. Wenn jedoch die Drehposition des Fokussierungssteuer/regelelements direkt mit der Position der Fokussierungslinsenzelle in Bezug stehen muss, stellen diese Zwischenräume eine Ungenauigkeit und nicht akzeptable Qualität dar. Beispiele im Stand der Technik von Fokussierungseinrichtungen, welche sich dem Problem des Spiels zuwenden, sind beispielsweise in den vorangehend erwähnten Dokumenten GB 2 168 124 A und US 4 506 952 A beschrieben.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, einen Antispielfokussierungsmechanismus für ein optisches Instrument bereitzustellen, in welchem die oben erwähnten Zwischenräume zwischen dem Fokussierungssteuer/regelelement und der Fokussierungslinsenzelle beseitigt sind.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine Fokussierungseinrichtung für ein optisches Instrument bereit, umfassend: ein Fokussierungslinsenmittel, das in einem ersten zylindrischen Element angebracht ist, das koaxial in einer zylindrischen Bohrung in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das erste zylindrische Element verschieblich ist und gezwungen ist, sich in der Bohrung axial zu bewegen; ein Fokussierungssteuer/regelmittel, umfassend: eine Hülse, welche drehbar an dem Gehäuse angebracht ist, und einen ersten Kupplungsmechanismus zwischen der Hülse und dem ersten zylindrischen Element, wodurch eine Drehung der Hülse eine Axialbewegung des ersten zylindrischen Elements bewirkt; wobei die Einrichtung ferner umfasst: ein zweites zylindrisches Element, das auch koaxial in der Bohrung des Gehäuses benachbart dem ersten zylindrischen Element angeordnet und verschieblich ist und gezwungen ist, sich in der Bohrung axial zu bewegen; einen zweiten Kupplungsmechanismus zwischen der Hülse und dem zweiten zylindrischen Element, wodurch eine Drehung der Hülse eine Axialbewegung des zweiten zylindrischen Elements synchron mit einer Bewegung des ersten zylindrischen Elements bewirkt; ein Vorspannmittel, das das erste und das zweite zylindrische Element aufeinander zu spannt, um Zwischenräume zwischen ihnen und der Hülse und zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Element und dem Gehäuse zu eliminieren, und ein Mittel, um eine axiale Relativbewegung zwischen der Hülse und dem Gehäuse zu verhindern.
Vorzugsweise ist das erste zylindrische Element gezwungen, sich axial innerhalb der Bohrung mittels eines ersten Stifts zu bewegen, der von dem ersten zylindrischen Element radial nach außen vorsteht und sich durch einen ersten axialen Schlitz in der Wand des Gehäuses erstreckt.
Der erste Kupplungsmechanismus zwischen dem ersten zylindrischen Element und der Hülse umfasst vorzugsweise einen ersten in der Hülse ausgebildeten wendelförmigen Schlitz, in welchen der erste Stift eingreift.
In ähnlicher Weise kann das zweite zylindrische Element gezwungen sein, sich in der Bohrung mittels eines zweiten Stifts axial zu bewegen, der von dem zweiten zylindrischen Element radial nach außen vorsteht und sich durch einen zweiten axialen Schlitz in der Wand des Gehäuses hindurch erstreckt. In gleicher Weise kann der zweite Kupplungsmechanismus zwischen dem zweiten zylindrischen Element und der Hülse einen in der Hülse ausgebildeten zweiten wendelförmigen Schlitz umfassen, in welchen der zweite Stift eingreift.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite axiale Schlitz parallel zueinander und axial und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet.
Es ist auch vorzuziehen, wenn der erste und der zweite wendelförmige Schlitz parallel zueinander und axial und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
Geeigneterweise umfasst das Vorspannmittel ein Federmittel, das das erste und das zweite zylindrische Element zusammenspannt. Das Federmittel kann eine Zugfeder umfassen, die zwischen dem ersten und dem zweiten Stift verbunden sein kann. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die zur Drehung des Fokussierungssteuer/regelelements benötigte Kraft konstant ist.
Vorzugsweise umfasst das Mittel, um die axiale Relativbewegung zwischen der Hülse und dem Gehäuse zu verhindern, ein zweites Vorspannmittel, das die Hülse in Anlage an ein Anschlagelement an dem Gehäuses spannt. Geeigneterweise umfasst das zweite Vorspannmittel auch ein Federmittel, das eine Kompressionsfeder sein kann, die zwischen der Hülse und einem an dem Gehäuse angeordneten Sperrelement angeordnet ist.
Dieses System hat den Vorteil, dass sich das Fokussierungssteuer/regelelement und die Fokussierungslinsenzelle immer gleichzeitig bewegen, was wesentlich für jedes Spezialistenboreskop ist, in welchem eine Verbindung zwischen dem Fokussierungssteuer/regelelement und der Fokussierungslinsenzelle spielfrei sein muss.
Die Erfindung wird nun nur beispielhaft im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Fokussierungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 2 ein Schnitt durch den Fokussierungsmechanismus der Fig. 1 längs II-II ist.
Wie im Stand der Technik gut bekannt ist, umfasst ein Instrument zur Verwendung als ein Boreskop oder Endoskop ein Rohr, dessen distales Ende in eine unzugängliche Stelle eingeführt werden kann. Ein optisches System ist in dem Rohr vorgesehen, um ein Bild eines Objekts an der unzugänglichen Stelle zu dem proximalen Ende des Rohrs zu übertragen. Das proximale Ende des Rohrs endet in einem Gehäuse oder Körper, durch welchen der Benutzer blickt, um das Bild zu sehen. Ein Fokussierungsmechanismus ist in dem Gehäuse vorgesehen, welcher einstellbar ist, um dem Benutzer ein scharf eingestelltes Bild zu präsentieren.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, umfasst ein Fokussierungsmechanismus (10) gemäß der vorliegenden Erfindung ein allgemein zylindrisches Gehäuse oder Chassiselement (11) mit einer zylindrischen Bohrung (12), die sich hindurch erstreckt. Das proximale Ende des Chassis (11) ist in den Figuren auf der linken Seite, während das distale Ende, mit welchem im Gebrauch das Rohr verbunden ist, welches das Bildübertragungssystem enthält, rechts angeordnet ist. Die Außenfläche des Chassis (11) umfasst einen durchmesserkleineren Abschnitt (13) und einen durchmessergrößeren Abschnitt (14), der distal von dem durchmesserkleineren Abschnitt (13) und von diesem durch eine Schulter (15) getrennt angeordnet ist.
In der Bohrung (12) des durchmesserkleineren Abschnitts (13) des Chassis (11) ist eine Fokussierungslinsenzelle verschieblich aufgenommen, die ein zylindrisches Element (16) umfasst, in welchem ein Fokussierungslinsenmittel befestigt ist, das hier als einzelne Linse (16a) gezeigt ist. Distal benachbart der zylindrischen Linsenzelle (16) ist ein zweites zylindrisches Element (17), das auch in der Bohrung (12) verschieblich aufgenommen ist.
Das Chassis (11), die Fokussierungslinsenzelle (16) und das zylindrische Element (17) sind alle koaxial zueinander. In dieser Ausführungsform haben die Linsenzelle (16) und das zweite zylindrische Element (17) denselben Außendurchmesser.
Sowohl die Linsenzelle (16) als auch das zweite zylindrische Element (17) haben einen jeweiligen Stift (18, 19), der fest an ihnen angebracht ist und radial nach außen vorsteht. Jeder Stift (18, 19) erstreckt sich durch einen jeweiligen axialen Schlitz (20, 21), der in der Wand des durchmesserkleineren Abschnitts (13) des Chassis (11) ausgebildet ist. Die axialen Schlitze (20, 21) sind parallel und axial und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, wie es am deutlichsten in Fig. 1 gezeigt ist.
Ein Fokussierungssteuer/regelelement (22) in der Form einer Hülse ist drehbar an dem durchmesserkleineren Abschnitt (13) des Chassis (11) benachbart der Schulter (15) angeordnet.
Ein Paar von parallelen wendelförmigen Schlitzen (23, 24) sind in dem Fokussierungssteuer/regelelement (22) ausgebildet. Diese Schlitze haben dieselben Steigungseigenschaften und die Anfänge der zwei Schlitze sind axial und in Umfangsrichtung voneinander um einen Betrag getrennt, der von der optischen Spezifikation und den physikalischen Dimensionen des Instruments abhängen.
Der an der Fokussierungslinsenzelle (16) gesicherte Stift (18) erstreckt sich durch den wendelförmigen Schlitz (23), welcher dem proximalen Ende des Fokussierungssteuer/regelelements (22) am nächsten ist. Der an dem zweiten zylindrischen Element (17) gesicherte Stift (19) erstreckt sich durch den anderen wendelförmigen Schütz (24), der dem distalen Ende des Fokussierungssteuer/regelelements (22) am nächsten ist. Die Köpfe der zwei Stifte (18, 19) ragen aus den wendelförmigen Schlitzen (23, 24) nach außen hervor.
Ein Vorspannmittel in der Form einer Zugfeder (25) ist zwischen den Köpfen der zwei Stifte (18, 19) angebracht und erstreckt sich über die Außenfläche des Fokussierungssteuer/regelelements (22). Die Feder (25) spannt daher die zwei Zylinder (16, 17) auf einander zu und eliminiert alle Zwischenräume zwischen ihnen und dem Fokussierungssteuer/regelelement (22) und zwischen den zwei Zylindern (16, 17) und dem Chassis (11). Die Federkraft, welche die zwei Zylinder (16. 17) aufeinander zu spannt, ist infolge der ähnlichen Steigungscharakteristika der zwei Schlitze (23, 24) in dem Fokussierungssteuer/regelelement (22) konstant.
Ein Mittel (26) ist auch vorgesehen, um eine axiale Relativbewegung zwischen dem Fokussierungssteuer/regelelement (22) und dem Chassis (11) zu verhindern. In dieser Ausführungsform umfasst das zweite Vorspannmittel eine Kompressionsfeder (26), welche zwischen dem proximalen Ende des Fokussierungssteuer/regelelements (22) und einem an dem Chassis (11) angebrachten Sperrringelement (27) angeordnet ist, welche Feder (26) das Fokussierungssteuer/regelelement (22) in Anlage an die Schulter (15) spannt.
Das zweite Vorspannmittel ist in der Form eines Federrings dargestellt, aber jede Form von Federmittel kann verwendet werden, welche das Fokussierungssteuer/regelelement (22) und die Schulter (15) zusammenspannen wird.
Auf diese Weise werden Zwischenräume zwischen den Komponenten des Fokussierungsmechanismus und folglich jedes Spiel eliminiert. Die Drehung des Fokussierungssteuer/regelelements (22) bewirkt gleichzeitig eine Axialbewegung des zweiten zylindrischen Elements (17) und der Linsenzelle (16) und eine Axialbewegung der zwei Zylinder kann ohne eine Drehung des Fokussierungssteuer/regelelements nicht auftreten.

Claims

1. Fokussierungseinrichtung (10) für ein optisches Instrument, umfassend: ein Fokussierungslinsenmittel (16a), das in einem ersten zylindrischen Element (16) angebracht ist, das koaxial in einer zylindrischen Bohrung (12) in einem Gehäuse (11) angeordnet ist, wobei das erste zylindrische Element verschieblich ist und gezwungen ist, sich in der Bohrung axial zu bewegen; ein Fokussierungssteuer/regelmittel, umfassend: eine Hülse (22), welche drehbar an dem Gehäuse angebracht ist, und einen ersten Kupplungsmechanismus (23) zwischen der Hülse und dem ersten zylindrischen Element, wodurch eine Drehung der Hülse eine Axialbewegung des ersten zylindrischen Elements bewirkt; wobei die Einrichtung ferner umfasst: ein zweites zylindrisches Element (17), das auch koaxial in der Bohrung des Gehäuses benachbart dem ersten zylindrischen Element angeordnet und verschieblich ist und gezwungen ist, sich in der Bohrung axial zu bewegen; einen zweiten Kupplungsmechanismus (24) zwischen der Hülse und dem zweiten zylindrischen Element, wodurch eine Drehung der Hülse eine Axialbewegung des zweiten zylindrischen Elements synchron mit einer Bewegung des ersten zylindrischen Elements bewirkt; ein Vorspannmittel (25), das das erste und das zweite zylindrische Element aufeinander zu spannt, um Zwischenräume zwischen ihnen und der Hülse und zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Element und dem Gehäuse zu eliminieren, und ein Mittel (26), um eine axiale Relativbewegung zwischen der Hülse und dem Gehäuse zu verhindern.

2. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste zylindrische Element gezwungen ist, sich in der Bohrung mittels eines ersten Stifts (18) zu bewegen, der von dem ersten zylindrischen Element radial nach außen vorsteht und sich durch einen ersten axialen Schlitz (20) in der Wand des Gehäuses hindurch erstreckt.

3. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Kupplungsmechanismus zwischen dem ersten zylindrischen Element und der Hülse einen ersten in der Hülse ausgebildeten wendelförmigen Schlitz (23) umfasst, in welchen der erste Stift eingreift.

4. Fokussierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite zylindrische Element gezwungen ist, sich in der Bohrung mittels eines zweiten Stifts (19) axial zu bewegen, der von dem zweiten zylindrischen Element aus radial nach außen vorsteht und sich durch einen zweiten axialen Schlitz (21) in der Wand des Gehäuses hindurch erstreckt.

5. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei der zweite Kupplungsmechanismus zwischen dem zweiten zylindrischen Element und der zweiten Hülse einen zweiten in der Hülse ausgebildeten wendelförmigen Schlitz (24) umfasst, in welchen der zweite Stift eingreift.

6. Fokussierungsseinrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wenn von Anspruch 2 oder 3 abhängig, wobei der erste und der zweite axiale Schlitz parallel zueinander sind und axial und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.

7. Fokussierungsseinrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wenn von Anspruch 5 abhängig, wobei der erste und der zweite wendelförmige Schlitz parallel zueinander sind und axial und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.

8. Fokussierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorspannmittel ein Federmittel umfasst, das das erste und das zweite zylindrische Element zusammenspannt.

9. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Federmittel eine Zugfeder umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Element verbunden ist.

10. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 9, wenn von Anspruch 2 und 4 abhängig, wobei die Zugfeder an dem ersten und dem zweiten Stift angebracht ist.

11. Fokussierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zur Verhinderung der axialen Relativbewegung zwischen der Hülse und dem Gehäuse ein zweites Vorspannmittel (26) umfasst, das die Hülse in Anlage an ein Anschlagelement an dem Gehäuse spannt.

12. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 11, wobei das zweite Vorspannmittel ein zweites Federmittel umfasst, welches die Hülse in Anlage an das Anschlagelement spannt.

13. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 12, wobei das zweite Federmittel eine Kompressionsfeder umfasst, die zwischen der Hülse und einem an dem Gehäuse angeordneten Sperrelement (27) angebracht ist.

14. Vorrichtung zur Verwendung als ein Boreskop oder Endoskop zur Inspizierung eines unzugänglichen Objekts, umfassend ein Rohr mit einem distalen Ende, welches zum Gebrauch in eine unzugängliche Steile einführbar ist, und ein proximales Ende, welches dem Benutzer zugänglich ist; ein optisches System, um ein Bild eines Objekts von dem distalen Ende zu dem proximalen Ende des Rohrs zu übertragen, und ein Gehäuse (11) an dem proximalen Ende des Rohrs mit einer Bohrung, durch welche der Benutzer das Bild ansieht, wobei die Vorrichtung ferner eine in dem Gehäuse angeordnete Fokussierungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.