ES2954998T3 - Sistema óptico para un endoscopio - Google Patents

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ES2954998T3 ES17163768T ES17163768T ES2954998T3 ES 2954998 T3 ES2954998 T3 ES 2954998T3 ES 17163768 T ES17163768 T ES 17163768T ES 17163768 T ES17163768 T ES 17163768T ES 2954998 T3 ES2954998 T3 ES 2954998T3
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Abstract

Hay un sistema óptico para un endoscopio, con una lente (4) para obtener imágenes de un objeto (6) como una imagen intermedia distal en un plano de imagen intermedio distal (7) y una y al menos una etapa de inversión (17, 18, 19).) dispuesto aguas abajo de la lente (4). teniendo un sistema de inversión (8) para obtener imágenes de la imagen intermedia distal como una imagen intermedia proximal en un plano de imagen intermedia proximal (9), dando el sistema de inversión (8) a la imagen intermedia proximal una primera aberración cromática longitudinal basada en una longitud de onda predeterminada desde la espectro visible y una longitud de onda predeterminada del rango infrarrojo cercano, imprimiendo la lente (4) una segunda aberración cromática longitudinal en la imagen intermedia distal basada en la longitud de onda predeterminada del espectro visible y la longitud de onda predeterminada del rango infrarrojo cercano, y en donde la segunda aberración cromática longitudinal tiene un signo opuesto con respecto a la primera aberración cromática longitudinal para reducir la aberración cromática longitudinal en la imagen intermedia proximal provocada por el sistema de inversión (8). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema óptico para un endoscopio
La presente invención se refiere a un sistema óptico para un endoscopio, presentando el sistema óptico las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Los sistemas ópticos de este tipo generalmente están concebidos para radiación del rango de longitud de onda visible para poder realizar la mejor reproducción posible para estas longitudes de onda.
Sin embargo, es deseable poder realizar también reproducciones con radiación del rango del infrarrojo cercano, ya que esto brinda un beneficio adicional en el diagnóstico endoscópico y en las técnicas quirúrgicas endoscópicas. Por ejemplo, por medio del diagnóstico de fluorescencia se pueden identificar y tratar mejor las estructuras patológicas o los trastornos circulatorios. Para ello, en el tejido o sistema vascular a examinarse introduce un fármaco (por ejemplo, ICG = verde de indocianina) que emite una señal de fluorescencia con la máxima intensidad a una longitud de onda en el rango de 830 a 840 nm cuando se excita con radiación de una longitud de onda predeterminada (por ejemplo, 805 nm). De esta manera, por ejemplo, pueden realizarse secuencialmente en el tiempo reproducciones o grabaciones con luz del rango de longitud de onda visible e reproducciones o grabaciones con radiación del rango infrarrojo, que después se muestran al usuario individualmente o superpuestas en una unidad de visualización. Por ejemplo, la señal de fluorescencia o la imagen correspondiente en la grabación correspondiente se pueden marcar con luz del rango de longitud de onda visible. Por ejemplo, es común la coloración verde de las áreas fluorescentes.
Dado que el sistema óptico generalmente está concebido para luz del rango de longitud de onda visible, existe una gran aberración cromática longitudinal para la luz del rango de longitud de onda visible con respecto a la luz del rango infrarrojo, lo que conduce a que con la luz del rango del infrarrojo cercano no es posible realizar una reproducción nítida. La posición focal para esta luz del infrarrojo cercano está tan alejada de la posición focal para luz del rango de longitud de onda visible, que un sensor de imagen que está posicionado en la posición focal para la luz del rango de longitud de onda visible no puede realizar reproducciones nítidas para luz del infrarrojo cercano.
Para no obstante poder realizar la reproducción nítida deseada para luz del rango del infrarrojo cercano, se puede enfocar de un lado a otro de forma manual o automática. Además, es conocido el modo de prever módulos ópticos fuera del endoscopio, que corrigen la aberración cromática longitudinal. También se pueden usar sensores que puedan realizar las reproducciones con luz del rango de longitud de onda visible y la reproducción con luz del rango del infrarrojo cercano en diferentes lugares. Todas estas variantes son muy complejas.
Además, es posible concebir el sistema de inversión del sistema óptico de manera que se corrija la aberración cromática longitudinal. Sin embargo, esto conduce a un sistema de inversión muy complejo, formado por muchas lentes ópticas y materiales diferentes que conducen a grandes saltos en el índice de refracción entre las superficies límite de los materiales. Dichos sistemas de inversión son muy complejos y también muy susceptibles a las tolerancias.
El documento WO 2015/135390 A1 describe un sistema óptico con las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Partiendo de esto, el objetivo de la presente invención es, por tanto, proporcionar un sistema óptico para un endoscopio con el que se puedan superar a ser posible completamente las dificultades mencionadas al principio.
La invención se define en la reivindicación 1. Variantes ventajosas se indican en las reivindicaciones dependientes.
Por lo tanto, de acuerdo con la invención, se aprovecha el hecho de que el objetivo, que debido a su longitud relativamente corta en comparación con el sistema de inversión, suele contribuir poco a la aberración cromática longitudinal. El objetivo se concibe ahora intencionadamente de tal manera que presenta una aberración cromática longitudinal mucho mayor de lo habitual que adicionalmente es además opuesto a la aberración cromática longitudinal del sistema de inversión. De esta manera, se consigue una corrección de la aberración cromática longitudinal provocada por el sistema de inversión. Además, los requisitos ópticos del sistema de inversión son menores que en un caso en el que la corrección de la aberración cromática longitudinal es realizada únicamente por el sistema de inversión, de modo que el sistema de inversión del sistema óptico de acuerdo con la invención, por ejemplo, se puede formar con menos elementos ópticos.
La primera aberración cromática longitudinal también puede referirse a varias longitudes de onda predeterminadas (o a uno o varios rangos de longitud de onda) del espectro visible (o rango de longitud de onda visible) y a la longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano o a varias longitudes de onda predeterminadas (o a uno o varios rangos de longitud de onda) del rango del infrarrojo cercano. Además, la primera y la segunda aberraciones cromáticas longitudinales pueden referirse a varias longitudes de onda (o a uno o varios rangos de longitud de onda) del infrarrojo cercano y a la longitud de onda predeterminada del espectro visible o a varias longitudes de onda (o a uno o varios rangos de longitud de onda) del espectro visible. También se puede decir que la primera y la segunda aberraciones cromáticas longitudinales presentan respectivamente un curso, estando opuestos los cursos de tal manera que en total se vuelven más pequeños.
En el sistema óptico de acuerdo con la invención, todas las superficies límite de material curvadas del objetivo pueden estar curvadas de forma esférica. Esto simplifica la fabricación del objetivo.
El sistema de inversión, que también puede denominarse sistema de lentes de varilla, puede tener varias etapas de inversión dispuestas una detrás de otra. Cada etapa de inversión realiza preferentemente una reproducción intermedia. Las etapas de inversión preferentemente están dispuestas una detrás de otra de tal manera que mediante reproducciones intermedias sucesivas se realiza una transferencia de la representación intermedia en el plano de imagen intermedia distal al plano de imagen intermedia proximal.
Al menos una de las etapas de inversión puede presentar dos lentes unidas directamente entre sí, cuyos materiales están seleccionados de tal manera que los índices de refracción de los materiales no difieren en más de 0,3. En particular, al menos una de las etapas de inversión puede estar configurada de manera que cada salto de índice de refracción de todas las lentes unidas directamente entre sí de esta etapa de inversión sea inferior o igual a 0,3. La unión de las lentes se puede realizar, por ejemplo, por enmasillado, encolado o adhesión por fuerza molecular.
Mediante estos pequeños saltos en el índice de refracción se reducen las pérdidas de Fresnel, de modo que se puede aumentar la transmisión. Esto resulta particularmente ventajoso para las señales del rango del infrarrojo cercano, ya que estas generalmente son relativamente débiles.
Como índices de refracción se usan aquí generalmente nd y, por tanto, los índices de refracción para la longitud de onda de 587,56 nm.
El espectro visible o el rango de longitud de onda visible es aquí en particular el rango de longitud de onda de 400 a 700 nm. El rango del infrarrojo cercano se entiende aquí en particular como el rango de 710 a 3000 nm, 710 a 900 nm o 780 a 900 nm.
En el sistema óptico de acuerdo con la invención, al menos una etapa de inversión puede presentar una lente con una superficie límite asférica. De este modo es posible una buena corrección de la aberración esférica.
En particular, la longitud de onda predeterminada del espectro visible puede ser una longitud de onda del rango de 400 a 700 nm y la longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano puede ser una longitud de onda del rango de 710 a 900 nm.
En particular, las distintas etapas de inversión del sistema de inversión pueden estar dispuestas una detrás de otra de modo que el plano de imagen intermedia de una etapa de inversión coincida con el plano de imagen intermedia, desde el cual la etapa de inversión posterior reproduce una imagen intermedia en el siguiente plano de imagen intermedia de esta etapa de inversión posterior.
El sistema de inversión puede estar configurado como sistema de lentes de varilla simétrico o asimétrico. En particular, el sistema de inversión puede tener dos o más etapas de inversión, estando configurada exactamente una etapa de inversión o al menos una de las etapas de inversión como etapa de inversión asimétrica. En particular, dos etapas de inversión o todas las etapas de inversión pueden estar configuradas como etapas de inversión asimétricas.
Además, un primer paso de inversión que más cerca está del plano de imagen intermedia distal puede tener una escala de reproducción superior a 1. Una segunda etapa de inversión, que más cerca está de la primera etapa de inversión, puede tener una escala de reproducción inferior a 1. En particular, la primera y la segunda etapas de inversión juntas pueden tener una escala de reproducción de 1.
Además, una de las etapas de inversión puede tener una superficie límite curvada que mira hacia uno de los planos de imagen intermedia y está curvada de forma asférica. La curvatura asférica puede tener una simetría rotacional. Sin embargo, también es posible que la curvatura asférica no tenga simetría rotacional y esté curvada de manera diferente en las dos secciones principales.
Preferentemente, al menos una lente de varilla de cada sistema de montaje tiene al menos una superficie límite de material curvada (por ejemplo, curvada de forma esférica o asférica).
Cada etapa de inversión puede tener en particular al menos dos lentes de varilla, pudiendo configurarse las lentes de varilla de una etapa de inversión de manera idéntica o diferente. Si las lentes de varilla están configuradas de manera idéntica, pueden estar dispuestas en la misma dirección o en direcciones opuestas entre sí. Al menos una de las lentes de varilla puede estar compuesta por al menos dos, tres o cuatro partes. Evidentemente, también es posible que esté formada por más de cuatro partes. En particular, puede estar configurada como elemento de enmasillado. Asimismo, es posible que al menos una de las lentes de varilla esté configurada en una sola pieza.
Al menos dos etapas de inversión del sistema de inversión pueden estar dispuestas simétricamente entre sí.
El sistema óptico de acuerdo con la invención está previsto en particular para los endoscopios rígidos o endoscopios con mango de endoscopio rígido. El sistema óptico de acuerdo con la invención puede estar configurado para un endoscopio de visión recta o para un endoscopio con una dirección de visión inclinada. Asimismo, es posible que el sistema óptico esté configurado de tal manera que se pueda cambiar la dirección de visión.
Las lentes de varilla de las etapas de inversión pueden tener un diámetro comprendido en el rango de 1 a 7,5 mm, de 1 a 6,5 mm y en particular en el rango de 1,7 a 5 mm. La longitud de un paso de inversión puede estar en el rango de 30 a 120 mm o en el rango de 40 a 80 mm.
El número de etapas de inversión puede variar de 1 a 11 o de 2 a 11 etapas de inversión. Resulta preferente un número impar de etapas de inversión. De esta manera, en particular, son posibles una etapa de inversión, tres, cinco, siete, nueve y once etapas de inversión. Evidentemente, también es posible prever un número par de etapas de inversión.
En particular, el sistema de inversión puede tener una escala de reproducción en el rango de 0,5 a 2. También son posibles valores mayores o menores.
Como material para el sistema de inversión y/o la lente pueden usarse materiales de vidrio y materia sintética.
De acuerdo con la invención, la longitud de onda predeterminada del espectro visible es de 540 nm y la longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano es de 840 nm, situándose la primera aberración cromática longitudinal en el rango de 35 a 65 μm (o también en el rango de 40 a 60 μm) y la segunda aberración cromática longitudinal en el rango de -4 a -0,5 μm (o también en el rango de -3,5 a -1 μm).
Además, la relación entre la primera aberración cromática longitudinal y la segunda aberración cromática longitudinal (del verde al infrarrojo) puede situarse en rango de -55 a -5.
El sistema de inversión puede presentar una tercera aberración cromática para la longitud de onda de 540 nm con respecto a la longitud de onda 460 nm y una cuarta aberración cromática para la longitud de onda de 540 nm con respecto la longitud de onda 640 nm y el objetivo puede presentar una quinta aberración cromática para la longitud de onda de 540 nm con respecto a la longitud de onda 460 nm y una sexta aberración cromática para la longitud de onda de 540 nm con respecto a la longitud de onda 640 nm. La relación entre la tercera a la cuarta aberración cromática longitudinal puede situarse en el rango de -1,1 a -0,8 y la relación entre la quinta y la sexta aberración cromática longitudinal puede situarse en el rango de -4,5 a -3.
Preferentemente, el sistema de inversión y la lente están configurados de tal manera que la tercera aberración cromática longitudinal tiene un valor negativo y la quinta aberración cromática longitudinal tiene un valor positivo.
El objetivo puede tener una séptima aberración cromática longitudinal para la longitud de onda de 460 nm con respecto a la longitud de onda de 840 nm y un ángulo de visión alfa en el espacio del objeto. El producto de sin(alfa/2) con la séptima aberración cromática longitudinal puede estar situado en el rango de 18 a 26 μm.
En el sistema óptico de acuerdo con la invención, la longitud de onda predeterminada del espectro visible puede ser de 540 nm y la longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano puede ser de 840 nm, y el sistema de montaje puede tener n elementos ópticos. El producto del número n de elementos ópticos con la primera aberración cromática longitudinal puede estar situado en el rango de 1500 a 2000 μm.
Además, la lente puede imprimir a la imagen intermedia distal una aberración cromática longitudinal tal que la posición axial o posición focal para una longitud de onda de 840 nm se encuentre entre las posiciones axiales o la posición focal para 540 nm y 640 nm.
En el objetivo, el curso de la posición focal puede ser negativo para las longitudes de onda de 640 nm, 540 nm y 460 nm. En el sistema de inversión, el curso de la posición focal en el rango de longitud de onda de 640 nm a 460 nm puede ser positiva (aquí preferentemente aproximadamente lineal). Además, el curso de la posición focal para las longitudes de onda de 460 nm, 540 nm, 640 nm puede ser positivo para el rango del infrarrojo cercano. También se puede decir que el curso de los lugares del color azul, verde, rojo hacia el rango del infrarrojo cercano es positivo.
En el objetivo, el valor extremo de la posición focal puede estar en el rango de 640 a 680 nm, dependiendo de la longitud de onda.
Además, se proporciona un endoscopio con un sistema óptico de acuerdo con la invención (incluyendo las variantes perfeccionadas del sistema óptico de acuerdo con la invención).
El endoscopio puede presentar además una unidad óptica, como por ejemplo un ocular, dispuesta después del sistema de inversión. Además, el endoscopio puede presentar una conexión de cámara a la que se puede fijar de forma separable una cámara, directamente o a través de un acoplador. Además, el endoscopio puede presentar una conexión de luz de iluminación a través de la cual se puede suministrar luz de iluminación, que luego se conduce en el endoscopio hasta el extremo distal del vástago del endoscopio para iluminar un objeto situado delante del extremo distal.
En particular, el endoscopio puede estar configurado como un endoscopio con un vástago rígido en el que está dispuesto el sistema óptico de acuerdo con la invención.
Las grabaciones con luz del rango de longitud de onda visible y luz del infrarrojo cercano se realizan con el endoscopio preferentemente de forma secuencial en el tiempo.
El endoscopio de acuerdo con la invención puede tener características adicionales conocidas por el experto en la materia que son necesarias para el funcionamiento del endoscopio.
Se entiende que las características mencionadas anteriormente y las que aún se explicarán a continuación no solo pueden utilizarse en las combinaciones indicadas, sino también en otras combinaciones o individualmente sin abandonar el marco de la presente invención.
A continuación, la invención se explica con más detalle a modo de ejemplo con la ayuda de los dibujos adjuntos que también divulgan características esenciales para la invención. Muestran:
La figura 1 una representación esquemática de una primera forma de realización del sistema óptico de acuerdo con la invención en un endos
la figura 2 una representación esquemática de una segunda forma de realización del sistema óptico de acuerdo con la invención en un endos
la figura 3 una representación de la dependencia de la posición focal de la longitud de onda para un sistema óptico convencional;
la figura 4 una representación esquemática de la estructura del sistema de inversión del sistema óptico de acuerdo con la invención;
la figura 5 una representación esquemática de la posición focal provocada por el sistema de inversión de acuerdo con la figura 4 en función de la longitud de onda;
la figura 6 una representación esquemática de la estructura óptica del objetivo 4 del sistema óptico de acuerdo con la invención;
la figura 7 una representación de la posición focal provocada por el objetivo en función de la longitud de onda; la figura 8 una representación esquemática de la posición focal provocada por el sistema óptico de acuerdo con la invención en función de la longitud de onda;
la figura 9 una representación esquemática de la posición focal provocada por un sistema de inversión de un endoscopio conocido en función de la longitud de onda;
la figura 10 una representación esquemática de la posición focal provocada por un objetivo de un sistema óptico conocido en función de la longitud de onda;
la figura 11 una representación esquemática de la posición focal de un sistema óptico conocido en función de la longitud de onda.
En la forma de realización representada en la figura 1, el sistema óptico 1 de acuerdo con la invención está dispuesto en un vástago 2 rígido de un endoscopio 3 representado esquemáticamente.
El sistema óptico 1 comprende un objetivo 4 representado esquemáticamente que reproduce un objeto 6 situado delante de un extremo distal 5 como imagen intermedia distal en un plano de imagen intermedia distal 7, y un sistema de inversión 8 ilustrado esquemáticamente, que reproduce la imagen intermedia distal como imagen intermedia proximal en un plano de imagen intermedia proximal 9. El objetivo 4 y el sistema de inversión 8 tienen un eje óptico OA común.
El endoscopio 3 comprende además una pieza principal 10, en la que puede estar dispuesto otro sistema óptico, como por ejemplo el ocular 11 representado esquemáticamente así como una conexión de cámara 12. En la conexión de la cámara 12, una cámara 13 puede unirse de forma separable a la pieza principal 10, como se muestra esquemáticamente en la figura 1. La cámara 13 puede presentar un sistema óptico (no mostrado). Además, la cámara 13 contiene un sensor de imagen 14 plano que está configurado, por ejemplo, como sensor CCD o como sensor CMOS. La cámara no solo puede estar unida directamente a la conexión de cámara 12 como se muestra en la figura 1. También es posible interconectar un acoplador (no representado) entre la conexión de la cámara 12 y la cámara 13, que por su parte puede contener un sistema óptico.
El endoscopio 3 mostrado en la figura 1 está configurado como endoscopio de visión recta, ya que con el mismo puede grabarse un objeto 6 que, en la dirección en la que se extiende el vástago de endoscopio 2, está posicionado delante del extremo distal 5. Sin embargo, también es posible que el endoscopio 3 mire en otra dirección que la dirección en la que se extiende el vástago de endoscopio 2. Esto se muestra esquemáticamente en la figura 2, en la que la dirección de visión está inclinada hacia arriba 45° con respecto a la dirección de extensión del vástago de endoscopio 2. En los endoscopios de acuerdo con las figuras 1 y 2, el sistema de inversión 8 está configurado de la misma manera respectivamente. Tan solo el objetivo 4 se diferencia en que, en el objetivo tiene lugar, en caso de necesidad, la desviación deseada, como se describirá en detalle a continuación.
Además, el endoscopio puede presentar, por ejemplo en la pieza principal 10, una conexión de iluminación 15, a través de la cual se puede suministrar la radiación de iluminación deseada al endoscopio 3. La conexión de iluminación 15 está conectada a una guía de luz 16 representada esquemáticamente, que se extiende hasta el extremo distal 5 del endoscopio 3 y emite la radiación guiada para iluminar el objeto 6.
Durante el funcionamiento del endoscopio 3, el objeto 6 que ha de ser reproducido es iluminado con la radiación de la guía de luz 16 y el objeto 6 iluminado se reproduce a través del sistema de objetivo 1 en el plano de imagen intermedia proximal 9 y allí, por medio del ocular 11, en el plano del sensor de imagen 14, de modo que el sensor de imagen 14 puede grabar una imagen nítida del objeto 6. Los endoscopios conocidos habitualmente están configurados para el rango de longitud de onda de aproximadamente 400 a 700 nm, que es visible para el ojo humano. La aberración cromática longitudinal dependiente de la longitud de onda para el rango de longitud de onda visible debe ser lo más pequeña posible. En la figura 3, la posición de foco generada en un endoscopio convencional se muestra a lo largo del eje x en jm en función de la longitud de onda a lo largo del eje y en nm. A este respecto, una posición focal de 0 |jm significa que el lugar de la reproducción más nítida coincide con el plano en el que está situado el sensor de imagen 14. Una posición focal superior a 0 jm significa que el lugar de la imagen más nítida está detrás (y por lo tanto más a la derecha en las figuras 1 y 2) del plano en el que se encuentra el sensor de imagen 14. De manera correspondiente, una posición focal negativa es una desviación de la posición focal óptima en dirección hacia el extremo distal 5. Como puede verse en esta representación, en el rango de 460 a 700 nm hay desviaciones en el rango de aproximadamente -100 |jm a 400 jm . Esto aún es aceptable para una reproducción suficientemente buena por medio del sensor 14.
Sin embargo, en la figura 3 también se muestran las posiciones focales para longitudes de onda superiores a 700 nm y en particular para el rango de 700 a 840 nm. Este rango a partir de 700 nm y, por ejemplo, de 700 a 900 nm o de 780 a 3000 nm se denomina rango del infrarrojo cercano y es cada vez más interesante para la endoscopia, ya que, por ejemplo, adicionalmente a una reproducción con luz del rango de longitud de onda visible puede realizarse un diagnóstico de fluorescencia. Por ejemplo, en el tejido a examinar o en un sistema vascular a examinar se puede inyectar una sustancia fluorescente como, por ejemplo, ICG (verde de indocianina) que cuando se excita con luz de una longitud de onda de aproximadamente 805 nm irradia una señal de fluorescencia de una mayor longitud de onda, cuyas longitudes de onda son de, por ejemplo, 830 a 840 nm. Por lo tanto, es deseable poder grabar por medio de la cámara 13 también una imagen con radiación del rango del infrarrojo cercano. Sin embargo, como puede verse en la representación de la figura 3, la aberración cromática longitudinal, por ejemplo, con respecto a la longitud de onda de 540 nm y la longitud de onda de 840 nm (y por tanto la diferencia de las posiciones focales para estas dos longitudes de onda) es de aproximadamente 1200 jm . En el caso de las longitudes de onda de 460 nm y 840 nm, la aberración cromática longitudinal es de aproximadamente 1000 jm . Esto significa que no se puede realizar ninguna reproducción nítida con las señales de fluorescencia.
La aberración cromática longitudinal descrita es generada principalmente por el sistema de inversión, ya que la longitud necesaria del vástago 2 requiere muchas lentes de varilla de diferentes materiales, que contribuyen todas a la aberración cromática longitudinal. De acuerdo con la invención, por lo tanto, el sistema óptico 1 está configurado de tal manera que la aberración cromática longitudinal provocada por el sistema de inversión 8 se reduce lo máximo posible mediante una aberración cromática longitudinal opuesta del objetivo 4. Por regla general, debido a su extensión mucho más corta en comparación con el sistema de inversión 8, el objetivo 4 apenas contribuye a la aberración cromática longitudinal. De acuerdo con la invención, el objetivo 4 ahora se concibe de tal manera que presenta una aberración cromática longitudinal mucho mayor que la habitual, pero que es opuesta a la aberración cromática longitudinal del sistema de inversión 8, de modo que la aberración cromática longitudinal resultante en el plano de imagen intermedia proximal 9 se reduce en comparación con el caso en que la lente no provocaría ninguna aberración cromática longitudinal y la aberración cromática longitudinal sería causada únicamente por el sistema de inversión.
En el sistema óptico 1 de acuerdo con la invención, el sistema de inversión 8, como se muestra en la figura 4, está formado por tres etapas de inversión 17, 18, 19 dispuestas una detrás de otra, que reproducen respectivamente una imagen intermedia en un plano de imagen intermedia siguiente. Por lo tanto, la primera etapa de inversión 17 reproduce la imagen intermedia, situada en el plano de imagen intermedia distal 7, en un segundo plano de imagen intermedia 20. La segunda etapa 18 de inversión reproduce la imagen intermedia, situada en el segundo plano 20 de imagen intermedia, en un tercer plano de imagen intermedia 21. La tercera etapa de inversión 19 reproduce la imagen intermedia del tercer plano de imagen intermedia 21 en el plano de imagen intermedia proximal 9.
Las tres etapas de inversión 17 a 19 están dispuestas por tanto una detrás de otra de tal manera que una imagen intermedia situada en el plano de imagen intermedia distal 7 se reproduce en el plano de imagen intermedia proximal 9 (respectivamente a través del respectivo plano de imagen intermedia siguiente 20 y 21). Dado que cada etapa de inversión 17 a 19 genera una imagen intermedia invertida en la reproducción de la imagen intermedia y está previsto un número impar de etapas de inversión 17 a 19, la imagen intermedia del objeto 6 situada en el plano de imagen intermedia distal 7 se reproduce como imagen intermedia invertida en el plano de imagen intermedia proximal 9.
Las dos etapas de inversión 17 y 18 presentan respectivamente dos lentes de varilla de tipo A. La etapa de inversión 19 presenta una lente de varilla de tipo A y una lente de varilla de tipo B. Todas las lentes de varilla del tipo A tienen radios esféricos y están estructuradas de manera idéntica. La lente de varilla designada por -A en la figura 4 es idéntica a la lente de varilla del tipo A, solo que montada al revés. Las lentes de varilla del tipo A presentan las superficies límite A1 (curvadas de forma esférica positiva), A2 (curvadas de forma esférica negativa), A3 (curvadas de forma esférica negativa), A4 (curvadas de forma esférica positiva) y A5 (curvadas de forma esférica negativa). El material entre las superficies A1 y A2 tiene un índice de refracción nd = 1,8 y un número de Abbe vd = 29,9. El material entre las superficies límite A2 y A3 tiene un índice de refracción nd = 1,5182 y un número de Abbe vd = 58,9. El material entre las superficies límite A3 y A4 tiene un índice de refracción de nd = 1,6377 y un número de Abbe de vd = 42,4. El material entre las superficies límite A4 y A5 tiene un índice de refracción de nd = 1,65 y un número de Abbe de vd = 50,9.
La lente de varilla del tipo B presenta las superficies límite B1 (curvada de forma esférica positiva), B2 (curvada de forma esférica negativa), B3 (curvada de forma esférica negativa), B4 (curvada de forma esférica positiva) y B5 (curvada de forma esférica negativa). El material entre las superficies límite B1 y B2 tiene un índice de refracción nd = 1,75 y un número de Abbe de vd = 45,4. El material entre las superficies límite B2 y B3 tiene un índice de refracción de nd = 1,523 y un número de Abbe de vd = 59,5. El material entre las superficies límite B3 y B4 tiene un índice de refracción nd = 1,6377 y un número de Abbe vd = 42,4. El material entre las superficies límite B4 y B5 tiene un índice de refracción de nd = 1,65 y un número de Abbe de vd = 50,9.
Un sistema de inversión 6 configurado de esta manera tiene un comportamiento de aberración cromática longitudinal como se muestra en la figura 5. En la figura 5, al igual que en la figura 3, la posición focal se muestra a lo largo del eje x en |jm y la longitud de onda se muestra a lo largo del eje y en nm. En esta representación de la figura 5 puede verse que la aberración cromática longitudinal para una primera longitud de onda predeterminada de 540 nm del rango de longitud de onda visible con respecto a una segunda longitud de onda predeterminada de 840 nm del rango del infrarrojo cercano es de aproximadamente 59,05 μm. Para las longitudes de onda de 460 nm y 840 nm, la aberración cromática longitudinal es de aproximadamente 88,08 jm . El comportamiento de aberración cromática longitudinal se puede describir como aberración cromática longitudinal positiva.
El objetivo 4 tiene la estructura mostrada en la figura 6 con un vidrio plano 22, un prisma 23 y lentes 24 a 30. En la figura 6, el prisma 23 se muestra como bloque de vidrio alargado que, en el caso de la configuración del sistema óptico para un endoscopio de visión recta, está realizado como bloque de vidrio como se muestra en la figura 1. En el caso de la realización del sistema óptico 1 para una dirección de visión inclinada, como se muestra en la figura 2, el prisma 23 está configurado realmente como un prisma. La representación elegida en la figura 6 sirve únicamente para simplificar la representación, ya que la descripción de la aberración cromática longitudinal depende de los cursos del vidrio y de las superficies límite curvadas.
Las propiedades de curvatura y los materiales utilizados se indican en la siguiente tabla para las superficies F1 a F16 del objetivo 4, donde la indicación del índice de refracción nd y del número de Abbe vd para una superficie significa que este material está presente entre la superficie en cuya línea están las indicaciones y la superficie siguiente.
Figure imgf000007_0001
La aberración cromática longitudinal provocada por el objetivo 4 se muestra en la figura 7 de la misma manera que en la figura 5. El objetivo 4 se concibió de tal manera que existe una aberración cromática longitudinal sustancialmente negativa. Por lo tanto, la aberración cromática longitudinal para las longitudes de onda de 540 nm y 840 nm es de -2,3 |jm. Para las longitudes de onda de 460 nm y 840 nm es de -32,7 jm . La aberración cromática longitudinal impresa en total por el objetivo 4 y el sistema de inversión 8 en la representación del plano de imagen intermedia distal 7 al plano de imagen intermedia proximal 9 se muestra en la figura 8. A causa de la aberración cromática longitudinal opuesta del objetivo 4 y del sistema de inversión 8, la aberración cromática longitudinal resultante es menor que la del sistema de inversión 8 solo. La aberración cromática longitudinal es de aproximadamente 55,61 jm para las longitudes de onda de 540 y 840 nm y de aproximadamente 54,05 jm para las longitudes de onda de 460 y 840 nm. A causa de esta aberración cromática longitudinal extremadamente baja, son posibles sin problemas grabaciones nítidas con luz del espectro de longitud de onda visible y con luz del espectro infrarrojo.
En las figuras 9 a 11, la aberración cromática longitudinal de un sistema de inversión (figura 9), la aberración cromática longitudinal de un objetivo (figura 10) y la aberración cromática longitudinal resultante del objetivo y del sistema de inversión (figura 11) de un endoscopio de comparación conocido (que también presenta un sistema óptico formado por un objetivo y un sistema de inversión en un vástago de endoscopio rígido) se muestran de la misma manera que en las figuras 5 a 8. El endoscopio de comparación se concibió con vistas a una aberración cromática longitudinal lo más pequeña posible del sistema de inversión. Esta también es ligeramente menor que la del sistema de inversión 8 del sistema óptico de acuerdo con la invención. La aberración cromática longitudinal del sistema de inversión del endoscopio de comparación es de aproximadamente 59 jm para 540 y 840 nm y de aproximadamente 82,1 jm para 460 y 840 nm. Esto se logra usando muchos vidrios diferentes, ya que el sistema de inversión del endoscopio de comparación tiene tres etapas de inversión, cada una con dos lentes de varilla con respectivamente 4 a 5 elementos, de modo que está previsto un total de 27 elementos. Además, los saltos en el índice de refracción entre los diferentes materiales son superiores a 0,5.
El objetivo del endoscopio de comparación presenta la aberración cromática longitudinal positiva de acuerdo con la figura 10. Por tanto, la aberración cromática longitudinal es de aproximadamente 88,7 jm para 540 y 840 nm y de aproximadamente 115,5 jm para 460 y 840 nm. Aunque se trata de una aberración cromática longitudinal pequeña, es positiva, de modo que la aberración cromática longitudinal resultante, como se muestra en la figura 11, es de aproximadamente 140 μm para 540 a 840 nm y de aproximadamente 186,7 μm para 460 a 840 nm. La aberración cromática longitudinal resultante es, por lo tanto, significativamente mayor que en el sistema óptico de acuerdo con la invención.
Además, el uso de más elementos ópticos en el sistema de inversión y de materiales con saltos de índice de refracción superiores a 0,5 en el sistema de inversión conduce a que se producen mayores pérdidas de Fresnel en comparación con el sistema de inversión 8 de acuerdo con la invención, en el que los saltos de índice de refracción no son superiores a 0,3. Debido a los pequeños saltos en el índice de refracción y al menor número de lentes en el sistema de inversión 8 de acuerdo con la invención, la transmisión del sistema óptico 1 de acuerdo con la invención es significativamente mayor. Por lo tanto, la transmisión en el sistema óptico 1 de acuerdo con la invención para las longitudes de onda 460 nm, 540 nm, 588 nm, 640 nm, 656 nm y 840 nm es de 0,69, 0,77, 0,78, 0,77, 0,76 y 0,78. Esto da una transmisión global de 0,75. En el sistema óptico del endoscopio conocido, la transmisión para las mismas longitudes de onda, en cambio, es solo de 0,60, 0,71, 0,72, 0,72, 0,72 y 0,74. La transmisión total es entonces de 0,68. Por lo tanto, en el sistema óptico 1 de acuerdo con la invención, existe un brillo un 16% superior para el azul (640 nm), un brillo un 9% superior para el verde (540 nm) y un brillo un 5% superior para el infrarrojo cercano de 840 nm. Debido a la mayor transmisión de azul, la imagen también es más blanca, lo que da como resultado una mejor impresión de la imagen.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Sistema óptico para un endoscopio, con
un objetivo (4) para la representación de un objeto (6) como imagen intermedia distal en un plano de imagen intermedia distal (7) y
un sistema de inversión (8) que está dispuesto después del objetivo (4) y presenta al menos una etapa de inversión (17, 18, 19) para la representación de la imagen intermedia distal como imagen intermedia proximal en un plano de imagen intermedia proximal (9),
en el que el sistema de inversión (8) imprime a la imagen intermedia proximal una primera aberración cromática longitudinal con respecto a una longitud de onda predeterminada del espectro visible y a una longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano,
y en el que el objetivo (4) imprime a la imagen intermedia distal una segunda aberración cromática longitudinal con respecto a la longitud de onda predeterminada del espectro visible y a la longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano,
y en el que la segunda aberración cromática longitudinal tiene con respecto a la primera aberración cromática longitudinal un signo opuesto, para reducir la aberración cromática longitudinal provocada por el sistema de inversión (8) en la imagen intermedia proximal,
y en el que la longitud de onda predeterminada del espectro visible es de 540 nm y la longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano es de 840 nm,
caracterizado por que
la primera aberración cromática longitudinal se sitúa en el rango de 35 a 65 μm y la segunda aberración cromática longitudinal se sitúa en el rango de -4 a -0,5 μm.
2. Sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que todas las superficies límite de material curvadas del objetivo (4) están curvadas de forma esférica.
3. Sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el sistema de inversión (18) presenta varias etapas de inversión (17 a 19) dispuestas una detrás de otra.
4. Sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la al menos una etapa de inversión (17 a 19) presenta dos lentes unidas directamente entre sí, cuyos materiales están seleccionados de tal manera que los índices de refracción de los materiales no difieren en más de 0,3.
5. Sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 4, en el que cada salto en el índice de refracción de todas las lentes unidas directamente entre sí de al menos una etapa de inversión (17-19) es inferior o igual a 0,3.
6. Sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una etapa de inversión presenta una lente con una superficie límite asférica.
7. Sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la longitud de onda predeterminada del espectro visible se sitúa en el rango de 400 a 700 nm y la longitud de onda predeterminada del infrarrojo cercano se sitúa en el rango de 710 a 900 nm.
8. Sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que
el sistema de inversión presenta una tercera aberración cromática longitudinal para la longitud de onda de 540 nm con respecto a la longitud de onda de 460 nm y una cuarta aberración cromática longitudinal para la longitud de onda de 540 nm con respecto a la longitud de onda de 640 nm,
el objetivo presenta una quinta aberración cromática longitudinal para la longitud de onda de 540 nm con respecto a la longitud de onda de 460 nm y una sexta aberración cromática longitudinal para la longitud de onda de 540 nm con respecto a la longitud de onda de 640 nm,
y en el que la relación de la tercera a la cuarta aberración cromática longitudinal se sitúa en el rango intervalo de -1,1 a -0,8 y la relación de la quinta a la sexta aberración cromática longitudinal se sitúa en el intervalo de -4,5 a -3.
9. Sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que
el objetivo presenta una séptima aberración cromática longitudinal para la longitud de onda de 460 nm con respecto a la longitud de onda de 840 nm y un ángulo de visión alfa en el espacio del objeto,
y el producto de sin(alpha/2) con la séptima aberración cromática longitudinal se sitúa en el rango de 18 a 26 μm.
10. Sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que
la longitud de onda predeterminada del espectro visible es de 540 nm y la longitud de onda predeterminada del rango del infrarrojo cercano es de 840 nm y el sistema de inversión presenta n elementos ópticos,
y el producto del número n de elementos ópticos con la primera aberración cromática longitudinal se sitúa en el rango de 1500 a 2000 |jm.
11. Sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el objetivo imprime a la imagen intermedia distal una aberración cromática longitudinal tal que la posición focal para una longitud de onda de 840 nm se sitúa entre las posiciones focales para 540 nm y 640 nm.
12. Endoscopio con un sistema óptico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
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