DE9200876U1

DE9200876U1 - Rigid endoscope

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Publication number: DE9200876U1
Application number: DE9200876U
Authority: DE
Original assignee: OPTICON GESELLSCHAFT fur OPTIK und ELEKTRONIK MBH 7500 KARLSRUHE DE
Current assignee: OPTICON GESELLSCHAFT fur OPTIK und ELEKTRONIK MBH 7500 KARLSRUHE DE
Priority date: 1991-12-30
Filing date: 1992-01-25
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2002-01-26

Description

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DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. MELIVlUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIERDR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. MELIVlUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER

WESTLICHE 29-31 (AM LEOPOLDPLATZ)WESTLICHE 29-31 (AM LEOPOLDPLATZ)

7530 PFORZHEIM (WEST-gebmany)7530 PFORZHEIM (WEST-gebmany)

TELEFON (0 72 31) 10 22 90/70 TELEFAX(O 72 31) 10 11 «4 TELEX 783 929 patma d ■ TELEGRAMME: PATMABKTELEPHONE (0 72 31) 10 22 90/70 FAX (O 72 31) 10 11 «4 TELEX 783 929 patma d ■ TELEGRAMS: PATMABK

23.01.1992 TW/Be23.01.1992 TW/Be

Opticon GmbH. Gesellschaft für Optik und Elektronik D-7500 Karlsruhe 1Opticon GmbH. Society for optics and electronics D-7500 Karlsruhe 1

Starres EndoskopRigid endoscope

Beschreibung: Description :

Die Erfindung geht aus von einem Endoskop mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solches Endoskop ist aus der DE-38 18 104 Al bekannt (siehe dort die Figuren 23 und 8). Das bekannte Endoskop hat einen schlanken Schaft in Gestalt eines starren Hüllrohres, in welchem zwei zueinander parallele Führungsrohre angeordnet sind, welche sich von zwei Objektiven, die sich am distalen Ende des Schaftes befinden, bis in ein Kopfteil hinein erstrecken,welches sich am proximalen Ende des Schaftes befindet und nebeneinander zwei Okulare oder Anpaßoptiken für eine Bildaufnahme oder Bilderzeugungsvorrichtung, insbesondere für eine CCD-Kamera hat, enthält. Die beiden Führungsrohre enthalten jeweils ein optisches übertragungssystem mit mehreren hintereinander angeordneten Stablinsen. Stablinsen sind, wie ihr Name sagt, stabförmige Linsen; sie bestehen entweder aus einem Grund-The invention is based on an endoscope with the features specified in the preamble of claim 1. Such an endoscope is known from DE-38 18 104 A1 (see Figures 23 and 8 therein). The known endoscope has a slim shaft in the form of a rigid sheath tube in which two guide tubes are arranged parallel to one another, which extend from two lenses located at the distal end of the shaft into a head part, which is located at the proximal end of the shaft and has two eyepieces or adapter optics next to one another for an image recording or image generation device, in particular for a CCD camera. The two guide tubes each contain an optical transmission system with several rod lenses arranged one behind the other. Rod lenses are, as their name suggests, rod-shaped lenses; they consist either of a base

stab mit ebenen Endflächen, wobei auf eine oder beide Endflächen eine Linse, ggfs. auch eine Mehrfachlinse aufgekittet ist, oder sie bestehen aus einem Stab, welcher an beiden Enden eine sphärisch oder asphärisch gekrümmte Oberfläche hat oder an einem Ende eine sphärisch oder asphärisch gekrümmte Oberfläche und am gegenüberliegenden Ende eine ebene Oberfläche hat, auf welche eine Linse aufgekittet sein kann. Das bekannte Endoskop dient zur stereoskopischen Betrachtung von Objekten. Da die beiden Führungsrohre dicht nebeneinander liegen, müssen die beiden durch sie hindurchführenden Lichtwege auf Augenabstand oder auf den durch eine nachgeordnete Bildaufnahme- oder Bilderzeugungsvorrichtung wie z.B. eine CCD-Kamera vorgegebenen gegenseitigen Abstand gebracht werden, um die stereoskopische Betrachtung zu erermöglichen. Zu diesem Zweck sind im Kopfteil zwei Paare von Prismen vorgesehen, welche die aus den beiden Ubertragungssystemen in den Führungsrohren austretenden Lichtstrahlen parallel zu sich selbst versetzen und auf die im vergrößerten Abstand angeordneten Okulare richten.rod with flat end surfaces, with a lens, possibly a multiple lens, cemented onto one or both end surfaces, or they consist of a rod which has a spherically or aspherically curved surface at both ends, or a spherically or aspherically curved surface at one end and a flat surface at the opposite end, onto which a lens can be cemented. The well-known endoscope is used for stereoscopic viewing of objects. Since the two guide tubes are close to each other, the two light paths leading through them must be brought to eye distance or to the mutual distance specified by a downstream image recording or image generation device such as a CCD camera in order to enable stereoscopic viewing. For this purpose, two pairs of prisms are provided in the head section, which offset the light rays emerging from the two transmission systems in the guide tubes parallel to themselves and direct them to the eyepieces arranged at an increased distance.

Nachteilig dabei ist, dass verglichen mit einem einäugigen Endoskop ohne einen parallelen Strahlversatz aber im übrigen gleich ausgebildeten und längs der optischen Achse im Führungsrohr gleich angeordneten optischen Bauelementen zusätzliche Glaswege und zusätzliche brechende Flächen eingeführt werden, die infolge zusätzliche Absorptionsverluste und Reflexionsverluste die Bildhelligkeit und Bildschärfe vermindern. Ausserdem erfordern die in den Lichtweg eingebrachten Prismen ausgehend von einem einäugigen Endoskop mit geradem Lichtweg eine NeuberechnungThe disadvantage here is that, compared to a single-lens endoscope without a parallel beam offset but otherwise with an identical design and identically arranged optical components along the optical axis in the guide tube, additional glass paths and additional refractive surfaces are introduced, which reduce the image brightness and sharpness as a result of additional absorption losses and reflection losses. In addition, the prisms introduced into the light path require a recalculation starting from a single-lens endoscope with a straight light path.

des optischen Systems.of the optical system.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein starres Endoskop der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Falten seines Lichtweges zum Erzielen eines Strahlversatzes mit weniger Verlust an Bildhelligkeit und Bildschärfe verbunden ist.The present invention is based on the object of improving a rigid endoscope of the type mentioned at the outset in such a way that the folding of its light path to achieve a beam offset is associated with less loss of image brightness and image sharpness.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Endoskop mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by an endoscope with the features specified in claim 1. Advantageous further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Anders als beim Stand der Technik wird erfindungsgemäss der Lichtweg durch das Endoskop nicht durch eine Anordnung von zwei einzelnen Prismen gefaltet, die als zusätzliche Elemente zwischen dem Okular und dem optischen übertragungssystem angeordnet sind, welches die optische Verbindung zwischen dem Objektiv und dem Okular herstellt. Vielmehr ist erfindungsgemäss die Prismenanordnung Bestandteil einer Stablinse des optischen Übertragungssystems. Das kann so aussehen, dass die betreffende Stablinse einen Grundstab mit zwei ebenen Endflächen hat, die im rechten Winkel zur Längsachse des Grundstabes verlaufen, dass auf die beiden Endflächen jeweils ein Prisma mit seiner einen Eintrittsbzw. Austrittsfläche aufgebracht, insbesondere aufgekittet ist, und dass bei wenigstens einem der Prismen auf dessen andere Eintritts- bzw. Austrittsfläche eine Linse aufgebracht, insbesondere aufgekittet ist, ggfs. unter Zwischen-Unlike in the prior art, according to the invention, the light path through the endoscope is not folded by an arrangement of two individual prisms, which are arranged as additional elements between the eyepiece and the optical transmission system, which creates the optical connection between the objective and the eyepiece. Rather, according to the invention, the prism arrangement is part of a rod lens of the optical transmission system. This can look like this: the rod lens in question has a base rod with two flat end surfaces that run at right angles to the longitudinal axis of the base rod, that a prism with its one entry or exit surface is applied, in particular cemented, to each of the two end surfaces, and that in at least one of the prisms a lens is applied, in particular cemented, to its other entry or exit surface, if necessary with an intermediate

fügen eines Distanzstückes. Auf diese Weise ergibt sich eine zweifache Strahlablenkung, mit der man einen Strahlversatz verwirklichen kann. Es ist aber auch möglich, nur an einem Ende des Grundstabes ein Prisma vorzusehen. Die dadurch sich ergebende einfache Strahlablenkung kann man bei einem einäugigen Endoskop dazu nutzen, um das Okular aus der Flucht des Schaftes herauszubringen und dadurch Platz zu schaffen für Instrumente, die auf geradem Wege durch den Schaft geführt und im Raum hinter dem proximalen Ende des Schaftes bedient werden.adding a spacer. This results in a double beam deflection, which can be used to achieve a beam offset. However, it is also possible to provide a prism at only one end of the base rod. The resulting single beam deflection can be used in a single-lens endoscope to move the eyepiece out of alignment with the shaft and thereby create space for instruments that are guided straight through the shaft and operated in the space behind the proximal end of the shaft.

Anstelle der Okulare können Anpaßoptiken für dem Endoskop nachgeordnete Bildaufnahme- oder Bilderzeugungsvorrichtungen, z.B. Kameras, vorgesehen sein. Wenn hier von einem Okular die Rede ist, ist dieser Begriff deshalb so allgemein zu verstehen, dass er auch eine solche Anpaßoptil einschließt.Instead of eyepieces, adapter optics can be provided for image recording or image generation devices downstream of the endoscope, e.g. cameras. When an eyepiece is mentioned here, this term is to be understood in such a general way that it also includes such an adapter optic.

Mit Stablinsen, die nur an einem Ende ihres Grundstabes ein Prisma haben, läßt sich aber auch eine zweifache Strahlablenkung verwirklichen, wenn zwei solche Stablinsen hintereinander im Lichtweg angeordnet sind.With rod lenses that have a prism only at one end of their base rod, a double beam deflection can also be achieved if two such rod lenses are arranged one behind the other in the light path.

Anstatt am Grundstab der Stablinse besondere Prismen anzubringen, kann man den Grundstab selbst als Prisma ausbilden, in dem man seine Endflächen nicht rechtwinklig, sondern schräg zur Längsachse des Grundstabes anordnet. Das hat den Vorteil, dass die Prismen nicht besonders hergestellt und mit dem Grundstab verbunden werden müssen, sondern dass man lediglich wie bei einem Endoskop mit ausschließlich geradem Lichtweg den Grundstab mit einer oder mehreren Linsen zur Stablinse ergänzen muss.Instead of attaching special prisms to the base rod of the rod lens, the base rod itself can be designed as a prism by arranging its end faces not at right angles but at an angle to the longitudinal axis of the base rod. This has the advantage that the prisms do not have to be specially manufactured and connected to the base rod, but that you only have to supplement the base rod with one or more lenses to form a rod lens, as with an endoscope with an exclusively straight light path.

In allen genannten Fällen kann die als Ablenkprisma ausgebildete Stablinse so ausgebildet sein, dass bei Betrachtung des Strahls, der in der optischen Achse verläuft, der Eingangsstrahl und der Ausgangsstrahl in einer gemeinsamen Ebene liegen und die Ablenkung jeweils um rechte Winkel erfolgt. Es ist aber genauso möglich, den Strahl um von 90° verschiedene Winkel abzulenken und/oder den Eingangstrahl und den Ausgangstrahl in verschiedenen Ebenen verlaufen zu lassen.
10In all of the above cases, the rod lens designed as a deflection prism can be designed in such a way that when looking at the beam that runs along the optical axis, the input beam and the output beam lie in a common plane and the deflection occurs at right angles. However, it is also possible to deflect the beam at angles other than 90° and/or to let the input beam and the output beam run in different planes.
10

Die Erfindung hat folgende Vorteile:The invention has the following advantages:

1.1.

Weil die Umlenkprismen in eine ohnehin benötigte Stablinse integriert werden, werden im Vergleich mit einem Endoskop mit geradem Lichtweg und vergleichbarem optischem System keine zusätzliche brechenden Fläche eingeführt. Die Strahlumlenkung hat deshalb keine besonderen Reflexionsverluste zur Folge, so dass die daraus sonst resultierende Minderung der Bildhelligkeit und Bildqualität ausbleibt.Because the deflection prisms are integrated into a rod lens that is required anyway, no additional refractive surface is introduced compared to an endoscope with a straight light path and a comparable optical system. The beam deflection therefore does not result in any particular reflection losses, so that the reduction in image brightness and image quality that would otherwise result from this does not occur.

2.2.

Weil die Umlenkprismen in eine ohnehin benötigte Stablinse integriert sind, benötigt man für sie keinen zusätzlichen Lichtweg im Glas; vielmehr kann der für die Strahlumlenkung benötigte Lichtweg - beim Anbringen von Prismen am Grundstab der Stablinse ist es der in den Prismen verlaufende Lichtweg - bei der Bemessung der Länge des Grundstabes von vornherein berücksichtigt werden, so dass anders als beim Stand der Technik, wo die Umlenkprismen als zusätzliche Elemente zwischen das aus Stablinsen gebildete optische übertragungssystem und das bzw. die Okulare hinzutreten,Because the deflection prisms are integrated into a rod lens that is required anyway, no additional light path in the glass is required for them; rather, the light path required for beam deflection - when attaching prisms to the base rod of the rod lens, it is the light path running in the prisms - can be taken into account from the outset when determining the length of the base rod, so that, unlike in the prior art, where the deflection prisms are added as additional elements between the optical transmission system formed by rod lenses and the eyepiece(s),

erfindungsgemäss keine Verlängerung des Lichtweges in Glas auftritt. Die Strahlumlenkung hat deshalb keine Absorptionsverluste zur Folge und mithin auch keine dadurch bedingte Minderung der Bildhelligkeit und BiIdqualität, was für Endoskope, bei denen man kleine Strahlquerschnitte anstrebt, besonders wichtig ist.According to the invention, no extension of the light path in glass occurs. The beam deflection therefore does not result in any absorption losses and therefore also no resulting reduction in image brightness and image quality, which is particularly important for endoscopes where small beam cross-sections are desired.

3.3.

Bestehende optische Ubertragungssysteme mit Stablinsen, welche für Endoskope mit geradem Lichtweg berechnet und gebaut worden sind, können ohne weiteren Berechnungsaufwand und mit geringem zusätzlichem Konstruktionsaufwand in Endoskope übernommen werden, in welchen eine Strahlablenkung, insbesondere ein Strahlversatz gewünscht ist, und zwar sowohl in stereoskopischen Endoskopen als auch in einäugigen Endoskopen. Hierin liegt ein erheblicher Kostenvorteil.Existing optical transmission systems with rod lenses, which have been calculated and built for endoscopes with a straight light path, can be adopted without further calculation effort and with little additional design effort in endoscopes in which a beam deflection, in particular a beam offset, is desired, both in stereoscopic endoscopes and in single-lens endoscopes. This represents a significant cost advantage.

Eine Neuberechnung des optischen Systems, welches von einem Endoskop mit geradem Lichtweg auf ein solches mit Strahlversatz übertragen werden soll, ist deshalb entbehrlich, weil die für die Strahlablenkung verantwortliche Prismenanordnung Bestandteil einer Stablinse des optischen Ubertragungssystems ist, deren Berechnung bereits vorliegt; ob im Grundstab der Stablinse oder durch auf den Grundstab gesetzte Prismen eine Faltung des Lichtweges auftritt, ist für die Berechnung der Stablinse zumindest solange unerheblich, als der Lichtweg in der Stablinse dadurch nicht wesentlich verlängert oder ver-A new calculation of the optical system, which is to be transferred from an endoscope with a straight light path to one with a beam offset, is therefore unnecessary because the prism arrangement responsible for the beam deflection is part of a rod lens of the optical transmission system, the calculation of which has already been made; whether a folding of the light path occurs in the base rod of the rod lens or through prisms placed on the base rod is irrelevant for the calculation of the rod lens, at least as long as the light path in the rod lens is not significantly lengthened or shortened as a result.

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kürzt wird. Das ist dann der Fall, wenn die Länge des Lichtwegs in der Kombination aus Grundstab und Prismen zwischen 65 % und 150 % der Länge des Grundstabes der Stablinse liegt, die ausgehend von einem vorhandenen geradlinigen Stablinsensystem zum Zwecke der Strahlablenkung bzw. des Strahlversatzes ohne Neuberechnung modifiziert werden soll.is shortened. This is the case when the length of the light path in the combination of base rod and prisms is between 65% and 150% of the length of the base rod of the rod lens, which is to be modified from an existing straight rod lens system for the purpose of beam deflection or beam offset without recalculation.

Nicht nur, wenn der Grundstab der Stablinse selbst als Prisma ausgebildet wird (Anspruch 3), sondern auch dann, wenn die Prismen als gesonderte Elemente flächig mit dem Grundstab verbunden, insbesondere aufgekittet werden, ist es natürlich wichtig, dass sich das für die Prismen verwendete Material von dem für den Grundstab der Stablinse verwendeten Material nicht unterscheidet oder ihm doch in seinen optischen Eigenschaften so ähnlich ist, dass kein wesentlicher Qualitätsverlust in den optischen Daten des gesamten optischen Ubertragungssystems auftritt, wenn dieses nicht neu berechnet wird.Not only when the base rod of the rod lens itself is designed as a prism (claim 3), but also when the prisms are connected to the base rod as separate elements, in particular cemented on, it is of course important that the material used for the prisms does not differ from the material used for the base rod of the rod lens or is so similar in its optical properties that no significant loss of quality occurs in the optical data of the entire optical transmission system if it is not recalculated.

4.4.

Durch die Integration der Prismen in eine Stablinse können die Abmessungen des optischen Systems klein gehalten werden, was für ein Endoskop besonders wichtig ist.By integrating the prisms into a rod lens, the dimensions of the optical system can be kept small, which is particularly important for an endoscope.

Weil die Prismen in eine Stablinse integriert sind, müssen sie beim Einbau in das Endoskopgehäuse nicht gesondert justiert werden, was die Montage wesentlich vereinfacht. Ein erfindungsgemässes Endoskop mit Strahlversatz enthältBecause the prisms are integrated into a rod lens, they do not need to be separately adjusted when installed in the endoscope housing, which makes assembly much easier. An endoscope with beam offset according to the invention contains

nicht mehr getrennte optische Bauteile als ein vergleichbares Endoskop ohne Strahlversatz.no more separate optical components than a comparable endoscope without beam offset.

Hinsichtlich der Art der zu verwendenden Prismen gibt es
keine besonderen Beschränkungen. Es können Dreikantprismen, Pentagonalprismen, Rhomboidprimsen, Wollaston-Prismen,
Porro-Prismen und andere Prismen verwendet werden, wobei
Rhomboidprismen und rhomboid-ähnliche Prismen besonders bebevorzugt sind. Die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche der Prismen sind vorzugsweise rechteckig oder quadratisch,
weil das die Fertigung, den Einbau in das Endoskopgehäuse
und die Justage erleichtert.Regarding the type of prisms to be used, there are
no special restrictions. Triangular prisms, pentagonal prisms, rhomboid prisms, Wollaston prisms,
Porro prisms and other prisms can be used, whereby
Rhomboid prisms and rhomboid-like prisms are particularly preferred. The entrance surface and the exit surface of the prisms are preferably rectangular or square,
because this affects the manufacturing, installation in the endoscope housing
and makes adjustment easier.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den
beigefügten Zeichnungen dargestellt.Embodiments of the invention are shown schematically in the
attached drawings.

Figur 1 zeigt ein Stereoendoskop im Längsschnitt,Figure 1 shows a stereoendoscope in longitudinal section,

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemässe Stablinse mit
Strahlumlenkung nur an einem Ende in der SeitenFigure 2 shows a rod lens according to the invention with
Beam deflection only at one end in the side

ansicht,opinion,

Figur 3 zeigt die Stablinse aus Figur 2 in der Draufsicht,Figure 3 shows the rod lens from Figure 2 in plan view,

Figur 4 zeigt die Stablinse aus Figur 3 in der Sicht aufFigure 4 shows the rod lens from Figure 3 in the view of

ihre in Figur 3 linke Stirnseite,its left front side in Figure 3,

Figur 5 zeigt eine Abwandlung der Darstellung aus Figur mit vergrößerter Linse,Figure 5 shows a modification of the illustration in Figure with enlarged lens,

Figur 6 zeigt eine Abwandlung der Darstellung in Figur 4 mit verkleinerter Linse,Figure 6 shows a modification of the illustration in Figure 4 with a reduced lens,

Figur 7 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemässen Stablinse mit Strahlumlenkung an beiden EndenFigure 7 shows an example of a rod lens according to the invention with beam deflection at both ends

in der Draufsicht,in plan view,

Figur 8 zeigt die Stablinse aus Figur 7 in einer Seitenansicht,
10Figure 8 shows the rod lens from Figure 7 in a side view,
10

Figur 9 zeigt die Stablinse aus Figur 7 in der Sicht auf eine ihrer Stirnseiten,Figure 9 shows the rod lens from Figure 7 viewed from one of its front sides,

Figur 10 zeigt eine Abwandlung der in Figur 9 gezeigten Darstellung mit verkleinerten Linsen,Figure 10 shows a modification of the representation shown in Figure 9 with reduced lenses,

Figur 11 zeigt eine Abwandlung der in Figur 9 gezeigten Darstellung mit vergrößerten Linsen,Figure 11 shows a modification of the illustration shown in Figure 9 with enlarged lenses,

Figur 12 zeigt eine weitere Ausführungsform einer er-Figure 12 shows another embodiment of a

findungsgemässen Stablinse, deren Grundstab einen hexagonalen Querschnitt hat, in der Sicht auf eine ihrer Stirnseiten,rod lens according to the invention, the base rod of which has a hexagonal cross-section, in the view on one of its front sides,

Figur 13 zeigt einen Abschnitt der Stablinse aus FigurFigure 13 shows a section of the rod lens from Figure

in einer Seitenansicht bei Blick in Richtung des Pfeils A in Figur 12,in a side view looking in the direction of arrow A in Figure 12,

Figur 14 zeigt eine Abwandlung der in Figur 12 dargestellten Stablinse, deren Grundstab im Querschnitt die Gestalt eines Kreisflächenabschnittes hat,
5Figure 14 shows a modification of the rod lens shown in Figure 12, the base rod of which has the shape of a circular surface section in cross section,
5

Figur 15 zeigt in einer Schrägansicht eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Stablinse, in welcher der Eingangstrahl und der Ausgangstrahl in einer gemeinsamen Ebene liegen, 10Figure 15 shows an oblique view of another embodiment of a rod lens according to the invention, in which the input beam and the output beam lie in a common plane, 10

Figur 16 zeigt in einer Schrägansicht eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Stablinse, in welcher der Eingangstrahl und der Ausgangstrahl in verschiedenen Ebenen liegen, 15Figure 16 shows an oblique view of another embodiment of a rod lens according to the invention, in which the input beam and the output beam lie in different planes, 15

Figur 17 zeigt die Stablinse aus Figur 16 mit Blick inFigure 17 shows the rod lens from Figure 16 looking into

Richtung des Pfeils B in Richtung auf ihre eine Stirnseite,Direction of arrow B towards one end face,

Figur 18 zeigt eine weitere Ausführungsform einer er-Figure 18 shows another embodiment of a

findungsgemässen Stablinse mit rundem Grundstab und aufgesetzten Prismen in der Draufsicht,rod lens according to the invention with round base rod and attached prisms in top view,

Figur 19 zeigt den Schnitt XIX-XIX gemäss Figur 18, 25Figure 19 shows the section XIX-XIX according to Figure 18, 25

Figur 20 zeigt den Schnitt XX-XX gemäss Figur 18,Figure 20 shows the section XX-XX according to Figure 18,

Figur 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Stablinse mit rundem Grundstab in der Draufsicht,Figure 21 shows a further embodiment of a rod lens according to the invention with a round base rod in plan view,

Figur 22 zeigt den Schnitt XXII-XXII gemäss Figur 21,Figure 22 shows the section XXII-XXII according to Figure 21,

Figur 23 zeigt ein aus Stablinsen gebildetes optischesFigure 23 shows an optical system formed from rod lenses

übertragungssystem für ein Stereo-Endoskop, welches gegenüber der Figur 1 abgewandelt ist,transmission system for a stereo endoscope, which is modified compared to Figure 1,

undand

Figur 24 zeigt stark vereinfacht ein einäugiges EndoskopFigure 24 shows a highly simplified single-lens endoscope

mit Strahlversatz.
10with beam offset.
10

In den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet.In the different embodiments, identical or corresponding parts are designated with identical reference numbers.

Figur 1 zeigt ein Stereo-Endoskop mit starrem, zylindrischem Schaft 1, welcher mit seinem proximalen Ende 2 in ein Kopfteil 3 mündet, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser des Schaftes 1. Am distalen Ende 4 des Schaftes befinden sich zwei Objektive 5 und 6, welche nur schematisch als Linsen angedeutet sind. Im Schaft 1 verlaufen zwei zueinander parallele Führungsrohre 7 und 8, in welchen hintereinander mehrere Stablinsen 9 und 10 bzw. 9a und 10a angeordnet sind, die zu zwei optischen Übertragungssystemen 9 bis 11 bzw. 9a bis 11a gehören, durch welche die in die beiden Objektive 5 und 6 eintretenden Lichtstrahlen zu zwei Okularen oder Anpaßoptiken 12 und 13 für eine nachgeordnete Bildaufnahme- oder Bilderzeugungsvorrichtung übertragen werden, die im Kopfteil 3 angeordnet sind.Figure 1 shows a stereo endoscope with a rigid, cylindrical shaft 1, which ends with its proximal end 2 in a head part 3, the diameter of which is significantly larger than the diameter of the shaft 1. At the distal end 4 of the shaft there are two objectives 5 and 6, which are only schematically indicated as lenses. In the shaft 1 there are two parallel guide tubes 7 and 8, in which several rod lenses 9 and 10 or 9a and 10a are arranged one behind the other, which belong to two optical transmission systems 9 to 11 or 9a to 11a, through which the light rays entering the two objectives 5 and 6 are transmitted to two eyepieces or adaptation optics 12 and 13 for a downstream image recording or image generation device, which are arranged in the head part 3.

Im Schaft 1 haben die beiden optischen übertragungssystem^In shaft 1, the two optical transmission systems^

nur einen geringen Abstand b ihrer optischen Achsen 14 und 15, wohingegen die optischen Achsen 16 und 17 der Okulare einen größeren Abstand a haben, z.B. den Augenabstand oder einen durch eine nachgeordnete Bildaufnahme- oder Bilderzeugungsvorrichtung wie z.B. eine Kamera vorgegebenen gegenseitigen Abstand. Es muss deshalb für einen Strahlversatz im Endoskop gesorgt werden. Zu diesem Zweck ist in mindestens einem der beiden Lichtwege, im gezeichneten Beispiel gemäss Figur 1 in jedem der beiden Lichtwege im Kopfteil 3 eine weitere Stablinse 11 bzw. 11a vorgesehen, in welche eine Prismenanordnung integriert ist, welche für eine zweifache rechtwinklige Strahlumlenkung und damit für einen parallelen Strahlenversatz sorgt.only a small distance b between their optical axes 14 and 15, whereas the optical axes 16 and 17 of the eyepieces have a larger distance a, e.g. the distance between the eyes or a mutual distance specified by a downstream image recording or image generation device such as a camera. A beam offset must therefore be provided in the endoscope. For this purpose, in at least one of the two light paths, in the example shown in Figure 1 in each of the two light paths in the head part 3, a further rod lens 11 or 11a is provided, in which a prism arrangement is integrated, which ensures a double right-angled beam deflection and thus a parallel beam offset.

Die beiden Lichtwege im Endoskop sind spiegelbildlich gleich ausgeführt: Zu diesem Zweck sind die Objektive 5 und 6, die Stablinsen 9 und 9a, die Stablinsen 10 und 10a, die Stablinsen 11 und 11a und die Okulare 12 und 13 untereinander gleich ausgebildet und die Stablinsen 11 und 11a befinden sich in zueinander spiegelbildlicher Anordnung. Die Stablinsen im Schaft 1 bestehen jeweils aus einem zylindrischen Grundstab 18 mit ebenen Endflächen, auf welcher auf der einen Seite eine Einfachlinse 19 und auf der gegenüberliegenden Seite eine Zweifachlinse 20 aufgekittet sind. Dieser Aufbau ist natürlich nur beispielhaft gezeichnet und andere Aufbauten der Stablinsen sind ohne weiteres möglich.The two light paths in the endoscope are designed as mirror images: For this purpose, the lenses 5 and 6, the rod lenses 9 and 9a, the rod lenses 10 and 10a, the rod lenses 11 and 11a and the eyepieces 12 and 13 are designed to be identical to one another and the rod lenses 11 and 11a are arranged in a mirror image of one another. The rod lenses in the shaft 1 each consist of a cylindrical base rod 18 with flat end surfaces, on which a single lens 19 is cemented on one side and a double lens 20 on the opposite side. This structure is of course only shown as an example and other structures of the rod lenses are easily possible.

Die Stablinse 11 hat beispielsweise einen Grundstab 21 mit quadratischem Querschnitt und ebenen, zueinander parallelen Endflächen 22 und 23. Auf die der Endfläche 22 gegenüberliegende Mantelfläche 24 ist eine Einfachlinse 25 aufgekittet, deren optische Achse mit der optischenThe rod lens 11 has, for example, a base rod 21 with a square cross-section and flat, mutually parallel end surfaces 22 and 23. A single lens 25 is cemented onto the lateral surface 24 opposite the end surface 22, the optical axis of which is aligned with the optical

Achse 16 des Okulars 12 zusammenfällt. Auf die der Endfläche 23 gegenüberliegende Mantelfläche 26 des Grundstabes 21 ist eine Zweifachlinse 27 aufgekittet, deren optische Achse mit der optischen Achse 15 im Schaft 1 zusammenfällt.Axis 16 of the eyepiece 12 coincides. A double lens 27 is cemented onto the lateral surface 26 of the base rod 21 opposite the end surface 23, the optical axis of which coincides with the optical axis 15 in the shaft 1.

Ein durch das Objektiv 5 eintretender Lichtstrahl durchläuft die Stablinsen 9 und 10 sowie die Zweifachlinse 27, wird an der schrägen Endfläche 23 und ein weiteres Mal an der schrägen Endfläche 22 reflektiert, tritt durch die Einfachlinse 25 hindurch und gelangt in das Okular 12. Entsprechend verläuft ein Lichtstrahl, der in das andere Objektiv 6 eintritt und zum Okular 13 gelangt.A light beam entering through the lens 5 passes through the rod lenses 9 and 10 and the double lens 27, is reflected at the oblique end face 23 and once again at the oblique end face 22, passes through the single lens 25 and reaches the eyepiece 12. A light beam that enters the other lens 6 and reaches the eyepiece 13 follows a similar path.

Anstelle der Okulare 12 und 13 könnten auch Anpaßoptiken vorgesehen sein, mit denen das Stereo-Endoskop an eine Kamera angeschlossen werden kann. Soweit hier von einem Okular die Rede ist, ist der Begriff deshalb so allgemein zu verstehen, dass er auch eine solche Anpaßoptik für eine Kameraadaption oder für andere bildgebende Verfahren einschließt. Instead of the eyepieces 12 and 13, adapter optics could also be provided with which the stereo endoscope can be connected to a camera. As far as an eyepiece is mentioned here, the term is to be understood in such a general way that it also includes such adapter optics for a camera adaptation or for other imaging processes.

Die Figur 2 bis 6 zeigen Beispiele von Stablinsen, die nur an einem ihrer Enden eine Strahlumlenkung bewirken. Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Stablinse hat einen quadratischen Grundstab 21, dessen eine Endfläche 22 schräg zur Längsachse des Grundstabes und dessen andere Endfläche 23 rechtwinklig zur Längsachse 28 des Grundstabes verläuft. Von den Mantelflächen des Grundstabes 21 ist mindestens die Mantelfläche 24 poliert, die Endfläche 22 ist vorzugsweise verspiegelt. Die der Endfläche 22 gegenüber-Figures 2 to 6 show examples of rod lenses that cause beam deflection only at one of their ends. The rod lens shown in Figures 2 to 4 has a square base rod 21, one end surface 22 of which runs obliquely to the longitudinal axis of the base rod and the other end surface 23 of which runs at right angles to the longitudinal axis 28 of the base rod. Of the lateral surfaces of the base rod 21, at least the lateral surface 24 is polished, the end surface 22 is preferably mirrored. The surface opposite the end surface 22

liegende Mantelfläche 24 trägt eine im Querschnitt kreisrunde Einfachlinse 25, die gegenüberliegende Endfäche 23 trägt eine Zweifachlinse 27. Die Linsen 25 und 27 sind mit dem Grundstab verkittet.
5The opposite end surface 23 carries a double lens 27. The lenses 25 and 27 are cemented to the base rod.
5

Vorzugsweise haben die Linsen 25 und 27 einen Durchmesser, der mit der Seitenlänge des Querschnitts des GrundstabesPreferably, the lenses 25 and 27 have a diameter which corresponds to the side length of the cross section of the base rod

21 übereinstimmt. Es ist aber auch möglich, die eine oder die andere Linse, insbesondere die auf die Mantelfläche aufgesetzte Linse 25 größer (Figur 5) oder kleiner (Figur 6) zu wählen; dies kann beim Einbau in das Endoskopgehäuse oder bei der Justage Vorteile haben.21. However, it is also possible to select one or the other lens, in particular the lens 25 placed on the outer surface, to be larger (Figure 5) or smaller (Figure 6); this can have advantages when installing it in the endoscope housing or when adjusting it.

Die Figuren 7 bis 11 zeigen Ausführungsbeispiele von Stablinsen mit zweifacher Strahlumlenkung. Die in den Figuren bis 9 dargestellte Stablinse hat einen Aufbau, wie er im Endoskop gemäss Figur 1, Stablinsen 11 und 11a, verwendet worden ist. Die Stablinse 11 hat einen Grundstab 21 mit zwei ebenen, zueinander parallelen, schräg zur Längsachse 28 des Grundstabes verlaufenden Endflächen 22 und 23, welche vorzugsweise verspiegelt sind. Auf die der EndflächeFigures 7 to 11 show embodiments of rod lenses with double beam deflection. The rod lens shown in Figures to 9 has a structure as used in the endoscope according to Figure 1, rod lenses 11 and 11a. The rod lens 11 has a base rod 21 with two flat, parallel end surfaces 22 and 23, which run obliquely to the longitudinal axis 28 of the base rod and which are preferably mirrored. The end surface

22 gegenüberliegenden Mantelfläche 24 ist eine Einfachlinse 25 aufgekittet. Auf die der Endfläche 23 gegenüberliegende Mantelfläche 26 ist eine Zweifachlinse 27 aufgekittet. Zumindest die unter den Linsen 25 und 27 liegenden Bereiche der Mantelflächen 24 und 26 sind poliert. Die übrigen Mantelflächen brauchen nicht poliert zu werden.A single lens 25 is cemented onto the lateral surface 24 opposite the end surface 22. A double lens 27 is cemented onto the lateral surface 26 opposite the end surface 23. At least the areas of the lateral surfaces 24 and 26 lying under the lenses 25 and 27 are polished. The other lateral surfaces do not need to be polished.

Die Linsen 25 und 27 sind im Querschnitt kreisförmig und haben einen Durchmesser, der der Seitenlänge des quadratischen Querschnitts des Grundstabes 21 gleich ist. Auch hier sind jedoch Abwandlungen möglich, in denen die Linsen 25 und 27 kleiner (Figur 10) oder größer (Figur 11) sind.The lenses 25 and 27 are circular in cross-section and have a diameter that is equal to the side length of the square cross-section of the base rod 21. Here too, however, variations are possible in which the lenses 25 and 27 are smaller (Figure 10) or larger (Figure 11).

Der Grundstab der erfindungsgemäss ausgebildeten Stablinse muss keineswegs im Querschnitt quadratisch oder rechteckig sein, sondern kann auch andere Querschnittsformen haben. Ein Beispiel mit einem Querschnitt in Gestalt eines regelmässigen Sechsecks zeigen die Figuren 12 und 13 mit einer oder zwei abgeschrägten Endflächen 22, welche vorzugsweise verspiegelt sind, und mit einer im Querschnitt kreisförmigen Linse 25, welche auf die der schrägen Endfläche 22 gegenüberliegende Mantelfläche aufgekittet ist. An die Stelle eines regelmässigen Sechsecks können auch andere regelmässige oder unregelmässige Querschnittsformen treten. Sie eignen sich besonders für Ausführungsvarianten, in denen der Strahl nicht nur durch die Ebene, welche durch die optischen Achsen 14 und 15 im Schaft 1 eines Stereo-Endoskops gebildet ist, parallel versetzt (siehe Figur 15) sondern zusätzlich unter einem Winkel zu dieser Ebene abgelenkt ist (siehe Figuren 16 und 17).The base rod of the rod lens designed according to the invention does not necessarily have to be square or rectangular in cross-section, but can also have other cross-sectional shapes. Figures 12 and 13 show an example with a cross-section in the shape of a regular hexagon with one or two beveled end surfaces 22, which are preferably mirrored, and with a lens 25 with a circular cross-section, which is cemented onto the surface opposite the beveled end surface 22. Other regular or irregular cross-sectional shapes can also be used instead of a regular hexagon. They are particularly suitable for design variants in which the beam is not only offset parallel to the plane formed by the optical axes 14 and 15 in the shaft 1 of a stereo endoscope (see Figure 15) but is also deflected at an angle to this plane (see Figures 16 and 17).

Die in Figur 15 dargestellte Stablinse unterscheidet sich von der in Figur 7 dargestellten Stablinse darin, dass der Grundstab 21 zwei senkrecht zur Längsachse 28 verlaufende Endflächen hat, auf welche jeweils ein Dreikantprisma 29 bzw. 30 aufgekittet ist. Die Prismen sind dabeiThe rod lens shown in Figure 15 differs from the rod lens shown in Figure 7 in that the base rod 21 has two end surfaces running perpendicular to the longitudinal axis 28, onto each of which a triangular prism 29 or 30 is cemented. The prisms are

so orientiert, dass bei Betrachtung eines Hauptstrahls der Eingangstrahl 31 und der Ausgangstrahl 32 in einer gemeinsamen Ebene E liegen. Wird jedoch das Prisma 30 um die Längsachse 28 des Grundstabes um einen Winkel ⁰^ verdreht (Figur 17), dann liegt der Ausgangstrahl 32 nicht mehr in der Ebene E, sondern erhebt sich um den Winkel 0( über die Ebene E. Läßt man zwei solche Stablinsen, wie sie in den Figuren 16 und 17 dargestellt sind, im Lichtweg aufeinander folgen, dann verläuft der Ausgangstrahl in einer zur Ebene E parallelen Ebene, d.h., der Strahl läßt sich auf diese Weise nicht nur parallel zur Seite, sondern zusätzlich parallel in eine andere Ebene versetzen.oriented so that when a main beam is viewed, the input beam 31 and the output beam 32 lie in a common plane E. However, if the prism 30 is rotated about the longitudinal axis 28 of the base rod by an angle ⁰ ^ (Figure 17), then the output beam 32 no longer lies in the plane E, but rises above the plane E by an angle 0( . If two such rod lenses, as shown in Figures 16 and 17, are placed one after the other in the light path, then the output beam runs in a plane parallel to the plane E, ie the beam can be moved not only parallel to the side, but also parallel to another plane.

Dieser Art Versatz läßt sich sowohl mit im Querschnitt eckigen als auch im Querschnitt runden oder halbrunden Grundstäben erreichen.This type of offset can be achieved with base bars that are square in cross-section as well as with round or semi-circular cross-sections.

Die Figuren 18 bis 22 zeigen Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäss ausgebildeten Stablinsen mit im Querschnitt rundem Grundstab. Die Figuren 18 bis 20 zeigen eine Stablinse mit zylindrischem Grundstab 21, der zwei senkrecht zur Längsachse des Grundstabs verlaufende Endflächen hat, auf die jeweils ein Dreikantprisma 29 bzw. 30 aufgekittet ist, auf welche wiederum eine Zweifachlinse 27 bzw. eine Einfachlinse 25 aufgekittet sind. Die Prismen haben jeweils einen quadratischen Eintrittsquerschnitt und Austrittsquerschnitt 33, dessen Seitenlänge mit dem Durchmesser des Grundstabes 21 übereinstimmt. Bei dem in denFigures 18 to 22 show embodiments of rod lenses designed according to the invention with a base rod that is round in cross section. Figures 18 to 20 show a rod lens with a cylindrical base rod 21 that has two end surfaces running perpendicular to the longitudinal axis of the base rod, onto each of which a triangular prism 29 or 30 is cemented, onto which in turn a double lens 27 or a single lens 25 is cemented. The prisms each have a square entry cross section and exit cross section 33, the side length of which corresponds to the diameter of the base rod 21. In the

Figuren 21 und 22 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Stablinse einen zylindrischen Grundstab 21 mit zueinander parallelen, ebenen, schräg zur Längsachse 28 des Grundstabs verlaufenden Endflächen 22 und 23, welche vorzugsweise verspiegelt sind. Auf die ihnen gegenüberliegenden zylindrischen Mantelflächen 24 und 26 sind entsprechend zylindrisch geschliffene, im Querschnitt kreisrunde Linsen 25 bzw. 27 aufgekittet, deren Durchmesser mit dem Durchmesser des Grundstabes 21 vorzugsweise übereinstimmt, aber auch so abgewandelt werden kann, dass er kleiner oder größer ist.In the embodiment shown in Figures 21 and 22, the rod lens has a cylindrical base rod 21 with mutually parallel, flat end surfaces 22 and 23 that run obliquely to the longitudinal axis 28 of the base rod and are preferably mirrored. Cylindrically ground lenses 25 and 27, respectively, with a circular cross-section, are cemented onto the opposing cylindrical lateral surfaces 24 and 26, the diameter of which preferably corresponds to the diameter of the base rod 21, but can also be modified so that it is smaller or larger.

Figur 14 zeigt eine Abwandlung des Beispiels aus Figur dahingehend, dass anstelle eines zylindrischen Grund-Stabes 21 ein solcher verwendet worden ist, der im Querschnitt die Gestalt eines Kreisflächenabschnittes hat, wobei auf den ebenen Abschnitt der Mantelfläche der schrägen Endfläche 22 gegenüberliegend eine Linse 25 aufgekittet ist.Figure 14 shows a modification of the example from figure in that instead of a cylindrical base rod 21, one has been used which has the shape of a circular surface section in cross section, wherein a lens 25 is cemented onto the flat section of the lateral surface opposite the inclined end surface 22.

Figur 23 zeigt ein Beispiel für ein Stereo-Endoskop, bei welchem in jedem der beiden Lichtwege im Schaft hintereinander drei Stablinsen 41, 42 und 43 bzw. 41a, 42a und 43a und im Kopfteil jeweils zwei weitere Stablinsen 44 und 45 bzw. 44a und 45a vorgesehen sind, zwischen denen jeweils eine Stablinse 11 bzw. 11a mit integrierter Prismenanordnung liegt.Figure 23 shows an example of a stereo endoscope in which three rod lenses 41, 42 and 43 or 41a, 42a and 43a are provided in each of the two light paths in the shaft, one behind the other, and two further rod lenses 44 and 45 or 44a and 45a are provided in the head part, between which a rod lens 11 or 11a with an integrated prism arrangement is located.

Die Erfindung eignet sich nicht nur für Stereo-Endoskope, sondern auch für einäugige Endoskope. Ein solches Beispiel ist in Figur 24 dargestellt. Der Schaft 1 diesesThe invention is suitable not only for stereo endoscopes, but also for single-lens endoscopes. One such example is shown in Figure 24. The shaft 1 of this

Endoskops ist abgekröpft, wobei zur Faltung des Lichtweges 33 eine erfindungsgemäss ausgebildete Stablinse 11 vorgesehen ist, von welcher in Figur 24 nur die Lage angedeutet ist. Durch das Abkröpfen gewinnt man im hinteren Bereich des Endoskops einen Freiraum 34, in welchem Instrumente bedient werden können, die durch einen Arbeitskanal 35 des Schaftes hindurchgeführt werden.The endoscope is bent, whereby a rod lens 11 designed according to the invention is provided for folding the light path 33, of which only the position is indicated in Figure 24. By bending, a free space 34 is created in the rear area of the endoscope in which instruments can be operated which are guided through a working channel 35 of the shaft.

Claims

Expectations:

1. Rigid endoscope

with a shaft in which at least one lens and adjoining rod lenses of an optical transmission system are arranged at the distal end,

and with a head part arranged at the proximal end of the shaft with at least one eyepiece or an adapter optic for an image recording or image generation device arranged downstream of the endoscope, whereby the optical axis of the eyepiece or the adapter optic does not coincide with the optical axis of the associated transmission system in the shaft,

which is why a prism arrangement for folding the light path is arranged in the head section between the optical system in the shaft and the eyepiece,

characterized in that the prism arrangement is part of a rod lens (11, 11a).
20

2. Endoscope according to claim 1, characterized in

that the rod lens (11, 11a), of which the prism arrangement is a component, has a base rod (21) with two flat end surfaces running at right angles to its longitudinal axis (28), that a prism (29, 30) with one of its entrance or exit surfaces (33) is arranged on one or both end surfaces, in particular cemented on and in the case of one or both prisms (29, 30) on its or their

another exit or entry surface (33) a lens (25, 27) is arranged, in particular cemented.

3. Endoscope according to claim 1, characterized in that the rod lens (11, 11a), of which the prism arrangement is a component, has a base rod (21) with one or two flat, in particular mutually parallel, end surfaces (22, 23) running obliquely to its longitudinal axis (28), and that a lens (25, 27) is attached, in particular cemented, opposite one or both end surfaces (22, 23) on the adjacent lateral surface (24, 26) of the base rod (21).

4. Endoscope according to one of the preceding claims, characterized in that the prisms are designed as triangular prisms, rhomboid prisms or rhomboid-like prisms.

5. Endoscope according to one of the preceding claims, characterized in that the prism arrangement is selected such that when viewing a main beam, the input beam (31) and the output beam (32) run in different planes.