DE69628826T2

DE69628826T2 - Objektivlinsensystem für ein stereovideo-endoskop

Info

Publication number: DE69628826T2
Application number: DE69628826T
Authority: DE
Inventors: R. Harry MCKINLEY
Original assignee: MCKINLEY OPTICS Inc SOUTHAMPTON; McKinley Optics Inc
Current assignee: MCKINLEY OPTICS Inc SOUTHAMPTON; McKinley Optics Inc
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: ATE243854T1; CA2216463A1; WO1996033436A1; DE69628826D1; JPH11503844A; EP0821805B1; US5673147A; EP0821805A4; EP0821805A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf optische Linsensysteme und insbesondere auf stereoskopische optische Linsenausführungen, die zum Gebrauch bei Stereovideo-Endoskopen angepasst sind.
Medizinische Endoskope werden vielfach verwendet, um interne Regionen des menschlichen Körpers während diagnostischer, chirurgischer und anderer medizinischer Prozeduren zu betrachten. Endoskope weisen typischerweise einen langen dünnen, starren oder halbstarren optischen Zylinder auf, der an einem Betrachtungsmechanismus befestigt ist. Der Zylinder ist ausreichend schmal, um durch eine kleine Öffnung in dem Körper eingeführt zu werden, die natürlich oder chirurgisch sein kann. Wenn das Endoskop eingeführt und zum Gebrauch positioniert ist, wird ein Bild des betrachteten Objekts an einem eingeführten Ende des Endoskops durch eine Objektivlinse gebildet. Das Bild läuft durch eine Reihe von Relais-Linsen den Zylinder hinunter zu einer Augenlinse oder Videokamera an einem Betrachtungsende des Endoskops.
In den letzten Jahren haben Entwickler versucht, die durch endoskopische Vorrichtungen verfügbare Abbildung durch Entwickeln stereoskopischer Videoendoskope zu verbessern. Diese Endoskope präsentieren ein offensichtlich dreidimensionales Bild auf einem Videomonitor. Der stereoskopische Effekt wird durch Erzeugen von zwei optischen Bildern – einem linken Bild und einem rechten Bild – durch das Endoskop erzeugt. Die linken und rechten optischen Bilder werden durch das Endoskop linken und rechten Bildsensoren präsentiert, die CCD-Kameras (charge-coupled device cameras) oder andere Bildabtastvorrichtungen sein können. Die Abtastvorrichtungen wandeln die linken und rechten optischen Bilder in linke und rechte Videobilder um, die dann als alternierende linke/rechte Bilder auf einem Monitor mit einer Verknüpfungsrate präsen tiert werden, die höher als die Flimmerwahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges ist, so dass beobachtete Bilder flimmerfrei erscheinen.
Die Bilder werden abwechselnd von einem linksdrehenden Polarisationsmodus in einen rechtsdrehenden Polarisationsmodus umgeschaltet, so dass beispielsweise das linke Bild eine linksdrehende Polarisation und das rechte Bild eine rechtsdrehende Polarisation aufweist. In Übereinstimmung mit diesem Beispiel trägt der Beobachter polarisierte Brillen, bei denen die linke Linse die linksdrehende Polarisation und die rechte Linse die rechtsdrehende Polarisation aufweist. Somit sieht das linke Auge nur Bilder von dem linken Kanal und das rechte Auge nur Bilder von dem rechten Kanal des Endoskopsystems, was zu einer stereoskopischen Betrachtung führt.
Die folgenden US- und ausländischen Patente offenbaren Beispiele von Stereoendoskopen, von denen einige Videoabbildungs- und Anzeigeelemente benutzen:
US-Patent Nr. 4 061 135
US-Patent Nr. 4 615 332
US-Patent Nr. 4 651 201
US-Patent Nr. 4 862 873
US-Patent Nr. 4 873 572
US-Patent Nr. 4 895 431
US-Patent Nr. 5 122 650
US-Patent Nr. 5 191 203
EP-Patent Nr. 0 211 783.
Insbesondere offenbart das US-Patent Nr. 4 061 135 ein binokulares Endoskop, bei dem Bilder von dem betrachteten Objekt zu der Betrachtungsstation durch ein optisches System übertragen werden, das ein Dove-Prisma und eine mechanische Kopplung benutzt, um Dreheffekte auszugleichen.
Das US-Patent Nr. 4 615 332 offenbart ein binokulares Endoskop mit biegsamen Lichtleitern und binokularen Okularen.
Das US-Patent Nr. 4 651 201 offenbart ein stereoskopisches Videoendoskop mit zwei Bildleitern und einem Beleuchtungslichtleiter. Die Bildleiter werden optisch mit einem stereoskopischen Betrachtungsgerät zur dreidimensionalen Betrachtung gekoppelt. Das Betrachtungsgerät umfasst Kopplungen zum Befestigen einer Miniaturvideokamera, die mit einer am Kopf angebrachten stereoskopischen Videoanzeige verbunden werden kann.
Das US-Patent Nr. 4 862 873 offenbart ein Stereoendoskop mit zwei Lichtleitern zum Übertragen von Bildern eines Objekts einer elektrooptischen Abbildungsanordnung. Ein Linsensystem leitet Licht von dem Objekt zu dem Objektivende der Lichtleiter. Beleuchtungslicht wird zu dem Objekt von dem entgegengesetzten Ende eines Lichtleiters übertragen, wodurch das Objekt beleuchtet wird. Gleichzeitig wird das durch den anderen optischen Leiter übertragene Bild zu der Abbildungsanordnung geführt.
Das US-Patent Nr. 4 873 572 offenbart ein Stereoendoskop mit einem CCD-Kameramodul und zwei Bilderzeugungslinsensystemen, die zwei Objektbilder erzeugen. Die Objektbilder werden integriert und an die CCD-Kamera geleitet, um eine stereoskopische Ausgabe zu liefern. Das Linsensystem umfasst rote, grüne und blaue Farbbilder, die an der Kamerabbildungsoberfläche angeordnet sind.
Das US-Patent Nr. 4 895 431 offenbart eine Endoskopvorrichtung, die ein dreidimensionales Bild eines Objekts aus überlappenden, von einer Kamera aufgezeichneten Bildern erzeugt. Das Endoskop umfasst ein Einführungsmodul und einen bewegbaren Endabschnitt, der um einen Winkel umgelenkt werden kann. Ein erstes Bild wird aufgezeichnet, wobei der Endabschnitt an einem ersten Winkel positioniert ist. Ein das erste Bild teilweise überlappendes zweites Bild wird aufgezeichnet, nachdem der Endabschnitt zu einem zweiten Winkel bewegt wird. Die relative Position des bewegbaren Endabschnitts wird von einem Codierer erfasst, der Positionssignale zur Eingabe in einen Mikroprozessor erzeugt, der die Positionssignale verwendet, um ein dreidimensionales Bild des Objekts zu erzeugen.
Das US-Patent Nr. 5 122 650 offenbart ein Objektivlinsensystem für ein Stereovideo-Endoskop mit sechs Doppellinsen, um pixelabgebildete linke/rechte Bilder zur Stereobetrachtung zu erzeugen.
Das US-Patent Nr. 5 191 203 offenbart ein Objektivlinsensystem für ein Stereovideo-Endoskop mit Linsen, die einen abgestuften Brechungsindex aufweisen, um pixelabgebildete linke/rechte Bilder zur Stereobetrachtung zu erzeugen.
Das EP-Patent Nr. 211 783 offenbart ein Stereovideo-Endoskop, bei dem zwei Lichtröhren zwei Bilder des gleichen Objekts liefern. Diese Bilder werden durch eine binokulare Vorrichtung den Augen des Benutzers präsentiert, um ein dreidimensionales Bild des Ziels zu zeigen. Die Vorrichtung umfasst zwei Fernsehkameras und Videorecorder zum Aufzeichnen der Bilder. Die aufgezeichneten Bilder können auf getrennten Bildschirmen angezeigt und durch ein binokulares Betrachtungssystem betrachtet werden.
Die meisten herkömmlichen Stereoendoskope teilen jedoch eine Anzahl ihren Objektivlinsensystemen zugeordneten Mängel. Diese Probleme umfassen eine massive und sperrige Konfiguration, hohe Kosten und Komplexität der Fertigung des Objektivlinsensystems und die weniger als optimale optische Leistung, die von herkömmlichen Objektivlinsensystemen geliefert wird.
Ein herkömmlichen Objektiven für ein Stereovideo-Endoskop zugeordnetes zusätzliches Problem beinhaltet die Anforderung, dass alle Teile jedes linken/rechten Bilds innerhalb eines Bruchteils eines Videopixels zueinander abzubilden sind. Diese Pixel-Bildbedingung ist eine bedeutsame optische Ausführungsbeschränkung, da Objekt-zu-Bild-Strahlengänge durch das Linsensystem für die einem gemeinsamen Objektpunkt zugeordneten linken und rechten Bildpunkte ziemlich unterschiedlich sind.
Dem gemäß ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Objektivlinsensysteme für ein Stereoendoskop bereitzustellen, die herkömmlichen Ausführungen zugeordnete Probleme überwinden.
Eine spezifischere Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Objektivlinsensystem für ein Stereoendoskop bereitzustellen, das optische Elemente aufweist, die den Zusammenbau des Systems erleichtern.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Objektivlinsensystem für ein Stereoendoskop mit Elementen bereitzustellen, die wesentlich weniger kostenaufwendig als die Elemente herkömmlicher Systeme herzustellen sind.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Objektivlinsensystem für ein Stereoendoskop bereitzustellen, das optische Leistungseigenschaften aufweist, die den Leistungseigenschaften herkömmlicher Systeme wesentlich überlegen sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Stereo-Objektivlinsensystem bereitzustellen, das ein pixelabgebildete Bild bietet.
Die obigen und weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden leichter offensichtlich, wenn die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehenden Aufgaben werden von der Erfindung erreicht, die ein verbessertes Objektivlinsensystem für ein Stereoendoskop zur Videoabbildung bei medizinischen Endoskopen und Industrieendoskopen bereitstellt.
Ein Aspekt der Erfindung umfasst zwei Doppellinsen mit vollem Durchmesser (D), die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, und ein linkes/rechtes Stereolinsenpaar. Das Stereolinsenpaar umfasst einen Satz von zwei sphärischen oder Kugellinsen, die jeweils eine zylindrische seitliche Oberfläche mit kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser D/2 aufweisen. Die Doppellinsen mit vollem Durchmesser kollimieren maßgeblich Objektpunkte, d. h. bilden sie im Wesentlichen auf Unendlich ab. Das Stereolinsenpaar ist angeordnet, um Licht von der zweiten Doppellinse zu sammeln, wobei die optische Achse jeder Kugellinse im Wesentlichen parallel und um D/4 von der optischen Achse der Doppellinsen versetzt ist.
Die Doppellinsen und das Stereolinsenpaar arbeiten zusammen, so dass die Doppellinsen Lichtstrahlpaare mit gleichem Winkel von symmetrisch angeordneten Objektpunkten den Kugellinsen des Stereolinsenpaars präsentieren. Die linken und rechten Kugellinsen erzeugen linke bzw. rechte Bilder an einer Bildebene, wobei entsprechende Teile dieser Bilder innerhalb eines ausgewählten Abstands voneinander abgebildet werden.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Kugellinsen verglichen mit dem Stand der Technik besondere vorteilhaft, da sie höchst wirtschaftlich in Fertigungsmengen gefertigt werden können. Dies ist vorteilhaft, da diese kleinen Linsen inhärent schwierig herzustellen sind.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung liefern die großen Kollimator-Doppellinsen eine genaue Objekt/Bild-Abbildung auf das endgültige Stereobildpaar. Bei dieser Ausführung tragen die größeren, und somit leichter zu fertigenden Doppellinsen die korrigierende Last, so dass die kleineren, schwieriger herzustellenden Linsen so einfach wie möglich ausgeführt werden können.
Die Erfindung wird als nächstes in Verbindung mit bestimmten veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben; es sollte jedoch Fachleuten offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Weglassungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Aufgaben der Erfindung sollte Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen genommen werden, in denen zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, das ein Stereovideo-Endoskop darstellt, das ein in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebautes Objektivlinsensystem verwendet;
2 ein optisches schematisches Diagramm, das ein in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebautes Objektivlinsensystem darstellt, wobei durch das System übertragene Lichtstrahlen gezeigt werden;
3 ein optisches schematisches Diagramm, das ein in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebautes Objektivlinsensystem darstellt, das optische Oberflächen identifiziert; und
4A bis 4D Differenzkurven für Strahlenabschnitte und Strahlengänge der Ausführungsform gemäß den 2 und 3.
BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 stellt die Erfindung, ein Endoskop-Objektivsystem 100, dar, das bei einem Stereovideo-Endoskopsystem 1 zum Erzeugen stereoskopischer Bilder eines Objekts 12 benutzt wird. Das System 1 umfasst hauptsächlich ein stereoskopisches Endoskop 10, das ein Objektivsystem 100, Abtastmodule 152, 154, ein Verknüpfungsmodul 156 und einen Monitor 158 umfasst. Zusätzlich zu dem Objektivlinsensystem 100 umfasst das Endoskop 10 herkömmliche Relais-Linsen oder optische Fasern 150 zum Übertragen von von dem Endoskop-Objektsystem 100 gesammelten Licht an Lichtabtastmodule 152, 154.
Das Endoskop-Objektivsystem 100 erzeugt linke und rechte optische Bilder des Objekts 12, die von Abtastelementen 152, 154 und dem Videoverknüpfungsmodul 156 auf eine bekannte Art und Weise verarbeitet werden, um ein offensichtlich dreidimensionales Bild des Objekts 12 auf dem Videomonitor 158 anzuzeigen.
Der stereoskopische Effekt wird durch Erzeugen von zwei optischen Bildern – einem linken Bild und einem rechten Bild – durch das Endoskop-Objektivsystem 100 erzeugt. Die von dem Objektivsystem 100 erzeugten linken und rechten optischen Bilder werden von der Relais-Linse oder dem optischen Fasersystem 150 linken und rechten Bildsensoren 152 bis 154 präsentiert, die herkömmliche CCD-Kameras (charge-coupled device cameras) oder andere Bildabtastvorrichtungen sein können. Die CCD-Elemente arbeiten auf eine bekannte Art und Weise, um das von dem Objektivsystem 100 gesammelte und von den Relais-Linsen oder optischen Fasern 150 übertragene Licht in elektrische Signale umzuwandeln, die für die linken und rechten optischen Bilder des Objekts 12 darstellend sind.
Eine herkömmliche Videoverknüpfungs-Schaltungsanordnung 156 überträgt die elektronischen Signale, die für die linken und rechten Videobilder darstellend sind, als alternierende linke/rechte Bilder auf dem Monitor 158. In Übereinstimmung mit bekannter Videopraxis werden diese alternierenden Bilder mit einer Verknüpfungsrate dargestellt, die höher als die Flimmerwahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges ist, so dass beobachteten Bilder flimmerfrei erscheinen.
Außerdem können die Bilder abwechselnd von einem linksdrehenden Polarisationsmodus in einen rechtsdrehenden Polarisationsmodus umgeschaltet werden, so dass beispielsweise das linke Bild eine linksdrehende Polarisation und das rechte Bild eine rechtsdrehende Polarisation aufweist. Der Beobachter trägt polarisierte Brillen, bei denen die linke Linse die linksdrehende Polarisation und die rechte Linse die rechtsdrehende Polarisation aufweist. Wenn der Beobachter somit den Monitor 158 betrachtet, sieht das linke Auge nur Bilder von dem linken Kanal und das rechte Auge nur Bilder von dem rechten Kanal des Endoskopsystems, was zu einer stereoskopischen Betrachtung führt. Ein Videoverknüpfungs- und Anzeigegerät dieser Art ist von Stereographics, Inc., San Rafael, Kalifornien, und von Tektronix Corp, Beaverton, Oregon, handelsüblich erhältlich.
Die Genauigkeit und die Qualität des auf dem Monitor 158 abgebildeten Bilds wird von der Leistung des Endoskop-Objektivsystems 100 gesteuert, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
Die 2 und 3 stellen ein in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebautes Objektivlinsensystem 100 dar, wobei durch das System übertragene Lichtstrahlen gezeigt sind.
Das Objektivsystem 100 gemäß den 2 und 3 umfasst eine erste Doppellinse 110 und eine zweite Doppellinse 112, die der Reihe nach entlang einer gemeinsamen Systemachse 100a positioniert und um diese zentriert sind, gefolgt von einem Stereolinsensatz 113. Beide Doppellinsen weisen kreisförmige Querschnitte mit einem Durchmesser D auf. Der Linsensatz 113 umfasst ein Paar von zueinander passenden Kugellinsen 114, 116 mit zylindrischen Seitenwänden, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser D/2 aufweisen, die sich entlang einer zugeordneten der Kugellinsenachsen 114a bzw. 116a erstrecken, die parallel zu der Systemachse 100a und um D/2 von dieser beabstandet sind. Die beiden Doppellinsen 112, 114 arbeiten zusammen, um Objektpunkte zu kollimieren, d. h. sie auf Unendlich abzubilden.
Fachleute werden erkennen, dass die Linsen des in den 2 und 3 dargestellten Objektivsystems 100 eine Folge von 12 optischen Oberflächen definieren. Ein Arbeitsbeispiel eines Linsensatzes für das Objektivsystem 100 ist nachstehend in Tabelle A angegeben. Die in 3 gezeigten Bezugsziffern S2–S7, S9 und S10 entsprechen Ziffern 2–7, 9 bzw. 10 in der Spalte "OBERFLÄCHE" von Tabelle A. Wie Fachleute erkennen werden, entsprechen die Oberflächen 1, 8, 11 und 12 keiner physikalischen Oberfläche und werden in der Tabelle A für Analysezwecke angegeben. 3 zeigt Bezugskennungen S2–S7, S9 und S10, die auf das System von 2 überlagert sind.
TABELLE A
In Tabelle A sind die numerischen Werte in den Spalten "RADIUS" und "DICKE" in Millimeter angegeben. Die Beschreibungen "GLAS" sind Standardkennzeichnungen für optisches Glas, wie sie in dem Produktkatalog der Firma Schott Glas, Deutschland, gefunden werden. Die Spalte "DICKE" bezieht sich auf den Abstand zu der nächsten optischen Oberfläche. Die Spalte "RADIUS" bezieht sich auf die Krümmungsradien der jeweiligen gekrümmten Oberflächen. Beispielsweise beschreibt Tabelle A eine Linse 116 als eine Kugellinse, da die Oberflächen 9 und 10 einen Krümmungsradius von 2,5 bzw. – 2,5 Millimeter aufweisen, und der Abstand zwischen den Oberflächen 9 und 10 5 Millimeter beträgt. Die Linsen 114 und 116 sind Kugel- (oder sphärische) Linsen, die geschliffen wurden, um zylindrische seitliche Oberflächen mit einem kreisförmigen Querschnitt (quer zu den jeweiligen Achsen 114A und 116A) mit einem Durchmesser aufzuweisen, der die Hälfte des Durchmessers der Doppellinsen 110 und 112 beträgt.
Bei diesem Arbeitsbeispiel betragen die Durchmesser 6,0 Millimeter für die Doppellinsen 110 und 112 bzw. 3,0 Millimeter für die Kugellinsen 114 und 116. Die Bilddurchmesser betragen 1,5 Millimeter.
Das System 100 ist ausgestaltet, so dass alle Teile jedes linken rechten Bildes innerhalb eines ausgewählten Abstands voneinander abgebildet werden, so dass eine stereoskopische Bildqualität beibehalten wird. Für Videoanwendungen ist dieser ausgewählte Abstand typischerweise ein Bruchteil eines Videopixels. Dies ist eine schwierig zu erfüllende Bedingung, da die Objekt-zu-Bild-Strahlengänge durch das Linsensystem für die linken und rechten Bildpunkte eines gemeinsamen Objektpunktes ziemlich unterschiedlich sind. Die in 2 gezeigten Strahlengänge zeigen, wie unterschiedlich ein Objektpunkt durch die Linsenelemente für die linken und rechten Bilder abgebildet wird.
Das in den 2 und 3 dargestellte Objektivsystem 100 ist imstande, alle Teile jedes linken/rechten Bilds innerhalb eines Bruchteils eines Videopixels zueinander abzubilden, da die große Kollimator-Doppellinse Paare gleichen Winkels symmetrisch angeordneter Objektpunkte den kleinen Kugellinsen 114, 116 präsentieren. Diese genaue Gleiche-Winkel-Lösung führt zu einer genauen Objekt/Bild-Abbildung auf das endgültige Stereobildpaar.
Die Genauigkeit und die minimierte Verzerrung des Systems von Tabelle A ist in den in den 4A bis 4D gezeigten jeweiligen Strahlenabschnittskurven gezeigt. In jeder dieser Figuren sind für einen identifizierten Objektpunkt die Strahlenabschnitte als eine Funktion der relativen Öffnungshöhe gezeigt.
Das Objektivsystem 100, wie es in Tabelle A beschrieben und in den 2 und 3 gezeigt ist, erreicht eine genaue Objekt/Bild-Abbildung mit einfacheren und weniger Komponenten als diejenigen, die bei vorbekannten Vorrichtungen verwendet wurden. Die Doppellinsen 110 und 112 sind verglichen mit denjeni gen, die bei vorbekannten Systemen verwendet wurden, relativ leicht herzustellen, da sie weder irgendwelche hochgekrümmten Oberflächen noch irgendwelche nahezu planaren gekrümmten Oberflächen aufweisen. Außerdem sind die Linsen 114 und 116 identisch und aus vielfach verfügbaren Kugellinsen oder sphärischen Linsen hergestellt.
Wie es in 1 angegeben ist, kann das Endoskop-Objektivsystem 100 in Verbindung mit optischen Faserelementen oder einem Satz von Relais-Linsen 150 verwendet werden, wobei ein Beispiel desselben in dem oben erwähnten US-Patent Nr. 5 122 650 beschrieben ist.
Alternativ kann ein in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebautes Endoskop ein innerhalb des gleichen Gehäuses wie das Objektivsystem angebrachtes herkömmliches CCD-Array benutzen. Das CCD-Array kann linke und rechte Abtastelemente 152, 154 umfassen, die angeordnet sind, um die an dem Ausgang der Kugellinsen 114, 116, d. h. an der Oberfläche 12, erzeugten optischen Bilder zu empfangen. Die Ausführung und der Aufbau der CCD-Elemente, die mehr als eine photoempfindliche Region in einem monolithischen Gehäuse aufweisen, ist in der Technik bekannt. Die von dem CCD-Array erzeugten elektrischen Signale können von dem Gehäuse durch ein herkömmliches Leitkabel geleitet werden. Diese Konfiguration eliminiert die Anforderung nach einem Relais-Linsensystem oder optischen Fasern.
Das in den 2 und 3 dargestellte System 100 bietet Vorteile zur Verwendung bei medizinischen Endoskopen und Industrieendoskopen. Die Konfiguration bietet den Vorteil, anpassbar zu sein, um in eine Röhre kleinen Durchmessers, so klein wie 2 mm, zu passen. Die Ausführung bietet ebenfalls eine hohe Auflösung und eine geringe Verzerrung für diagnostische und chirurgische Anwendungen sowie für industrielle Messanwendungen mit hoher Genauigkeit. Die Ausführung ist ebenfalls relativ leicht und kostengünstig herzustellen.

Claims

Stereoskopisches Objektivlinsensystem (100) für ein Stereovideo-Endoskop, wobei das Objektivlinsensystem das von einem Objekt (12) ausgebreitete und an einem Objektivende des Objektivsystems empfangene Licht in Pixel abgebildete linke und rechte optische Bilder des Objekts an einem Bildebenenende des Objektivsystems umwandelt, wobei das Objektivlinsensystem umfasst: A. ein erstes Kollimator-Doppelobjektivglied (110) nahe an dem Objektivende zum Sammeln von Licht von Punkten an dem Objekt, wobei die erste Doppellinse eine erste optische Achse (100a), einen ausgewählten Durchmesser und eine ausgewählte optische Leistung aufweist, B. eine zweite Kollimator-Doppellinse (112) zum Sammeln von Licht von der ersten Kollimator-Doppellinse, wobei die zweite Kollimator-Doppellinse benachbart der ersten Kollimator-Doppellinse angeordnet ist und eine optische Achse (100a) aufweist, die im Wesentlichen kollinear mit der optischen Achse der ersten Kollimator-Doppellinse ist, wobei die zweite Kollimator-Doppellinse einen ausgewählten Durchmesser und eine ausgewählte optische Leistung aufweist, wodurch die ersten und zweiten Kollimator-Doppellinsen zusammenwirken, um die Objektpunkte im Wesentlichen auf Unendlichkeit abzubilden, so dass das durch die zweite Kollimator-Doppellinse von den Objektpunkten übertragene Licht im Wesentlichen kollimiert ist, C. ein rechtes/linkes Stereolinsenpaar (114, 116), wobei das Paar eine rechte Kugellinse (114) und eine linke Kugellinse (116) umfasst, wobei die rechten und linken Kugellinsen benachbart der zweiten Kollimator-Doppellinse und zum Sammeln von Licht von der zweiten Kollimator-Doppellinse angeord net sind, wobei die rechte Kugellinse und die linke Kugellinse jeweils eine jeweilige optische Achse (114a, 116a) aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse der zweiten Kollimator-Doppellinse ist, wobei die ersten und zweiten Kollimator-Doppellinsen und das rechte/linke Stereolinsenpaar zusammenwirken, so dass die ersten und zweiten Kollimator-Doppellinsen Lichtstrahlpaare mit gleichem Winkel von symmetrisch angeordneten Objektpunkten an die Kugellinsen des rechten linken Stereolinsenpaars präsentieren, wodurch die rechte Kugellinse ein rechtes Bild an der Bildebene erzeugt, und die linke Kugellinse ein linkes Bild an der Bildebene erzeugt, so dass entsprechende Teile jedes rechten/linken Bildes innerhalb eines ausgewählten Abstands voneinander abgebildet werden.
Linsensystem gemäß Anspruch 1, bei dem der Durchmesser der zweiten Kollimator-Doppellinse ungefähr gleich dem Durchmesser der ersten Kollimator-Doppellinse ist.
Linsensystem gemäß Anspruch 2, bei dem die rechte Kugellinse im Wesentlichen mit der linken Kugellinse identisch ist.
Linsensystem gemäß Anspruch 3, bei dem die linke Kugellinse und die rechte Kugellinse jeweils einen kreisförmigen Querschnitt quer zu den jeweiligen optischen Achsen der rechten Kugellinse und der linken Kugellinse aufweisen.
Linsensystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Durchmesser der rechten Kugellinse und der linken Kugellinse quer zu der jeweiligen optischen Achse der rechten und der linken Kugellinse im Wesentlichen gleich einem halben Durchmesser der ersten und zweiten Kollimator-Doppellinsen sind, und die optischen Achsen der rechten Kugellinse und der linken Kugellinse von der optischen Achse der ersten Kollimator-Doppellinsen um ein Viertel des Durchmessers der ersten und zweiten Kollimator-Doppellinsen versetzt sind.
Linsensystem gemäß Anspruch 5, bei dem die linke Kugellinse und die rechte Kugellinse jeweils einen kreisförmigen Querschnitt quer zu den jeweiligen optischen Achsen der rechten Kugellinse und der linken Kugellinse aufweisen.
Stereoskopisches Objektivlinsensystem (100) für ein Stereovideo-Endoskop, wobei das Objektivlinsensystem von einem Objekt (12) ausgebreitete und an einem Objektivende des Objektivsystems empfangene Licht in Pixel abgebildete linke und rechte optische Bilder an einem Bildebenenende des optischen Systems umwandelt, wobei das Objektivlinsensystem umfasst: A. ein Kollimator-Linsensystem (110, 112) nahe dem Objektivende zum Sammeln von von Punkten an dem Objekt ausgebreiteten Licht, wobei das Kollimator-Linsensystem eine definierte optische Achse (100a), einen ausgewählten Durchmesser und eine ausgewählte optische Leistung aufweist, wodurch das Kollimator-Linsensystem die Objektpunkte im Wesentlichen auf Unendlichkeit abbildet, so dass das durch das Kollimator-Linsensystem von den Objektpunkten übertragene Licht im Wesentlichen kollimiert ist, B. ein rechtes/linkes Stereolinsenpaar (114, 116), wobei das Paar eine rechte Kugellinse (114) und eine linke Kugellinse (116) aufweist, wobei die rechten und linken Kugellinsen benachbart dem Kollimator-Linsensystem und zum Sammeln von Licht von dem Kollimator-Linsensystem angeordnet sind, wobei die rechte Kugellinse und die linke Kugellinse jeweils eine jeweilige optische Achse (114a, 116a) aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse des Kollimator-Linsensystems ist, wobei das Kollimator-Linsensystem und das rechte/linke Stereolinsenpaar zusammenwirken, so dass das Kollimator-Linsensystem Lichtstrahlpaare mit glei chem Winkel von symmetrisch angeordneten Objektpunkten an die Kugellinsen des rechten linken Stereolinsenpaars präsentieren, wodurch die rechte Kugellinse ein rechtes Bild an der Bildebene erzeugt, und die linke Kugellinse ein linkes Bild an der Bildebene erzeugt, so dass entsprechende Teile jedes rechten linken Bildes innerhalb eines ausgewählten Abstands voneinander abgebildet werden.
Linsensystem gemäß Anspruch 7, bei dem die rechte Kugellinse im Wesentlichen mit der linken Kugellinse identisch ist.
Linsensystem gemäß Anspruch 8, bei dem die linke Kugellinse und die rechte Kugellinse jeweils einen kreisförmigen Querschnitt quer zu den jeweiligen optischen Achsen der rechten Kugellinse und der linken Kugellinse aufweisen.