DE102018122119A1

DE102018122119A1 - Endoskop mit schräger Blickrichtung und Bildaufnahmesystem

Info

Publication number: DE102018122119A1
Application number: DE102018122119.3A
Authority: DE
Inventors: Masafumi Sueyoshi; Yuichi HATASE
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: I Pro Co Ltd
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-03-21
Also published as: CN109521558B; JP2019056722A; US10613314B2; CN109521558A; US20190086657A1

Abstract

Ein Endoskop mit schräger Blickrichtung weist eine Apertur auf, die einige der Strahlen von Strahlen, die von einem Objekt in einer schrägen Blickrichtung reflektiert werden, durchlaufen, ein Bilderfassungselement, das ein Bild auf Grundlage einer Bilderzeugung anhand der durch die Apertur laufenden Strahlen erfasst, und eine Linse, die zwischen der Apertur und dem Bilderfassungselement angeordnet ist und die eine Linsenoberfläche aufweist, auf der das Bild erzeugt wird, indem einige Strahlen in mindestens einem Sichtfeldzentrum aus den die Apertur in der schrägen Blickrichtung durchlaufenden Strahlen veranlasst werden, im Wesentlichen vertikal auf eine Mitte des Bilderfassungselements zu fallen.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Endoskop mit schräger Blickrichtung und ein Bildaufnahmesystem, die ein optisches System mit vorwärts gerichteter schräger Blickrichtung aufweisen.
Beschreibung des Stands der Technik
Im Stand der Technik ist als eine Bilderfassungsvorrichtung ein medizinisches Endoskop mit seitlicher Blickrichtung (nachfolgend als „Endoskop mit schräger Blickrichtung“ bezeichnet) bekannt, mit dem ein Körperhohlraum eines menschlichen Körpers oder eine Innenwandfläche einer Röhre betrachtet werden kann. Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Patentoffenlegung Nr. 2010-97208 (PTL 1) ein Endoskop mit schräger Blickrichtung, das ein optisches System mit vorwärts gerichteter schräger Blickrichtung enthält.
43 ist eine Layoutansicht des optischen Systems mit vorwärts gerichteter schräger Blickrichtung aus dem Stand der Technik. Wie in 43 dargestellt, weist das Objektivsystem 2A2 in dem Endoskop mit schräger Blickrichtung, bei dem es sich um das optische System mit vorwärts gerichteter schräger Blickrichtung handelt, das Prisma PA2 auf, das einen vorwärts gerichteten schrägen Blickwinkel von 45° erzeugt. Eine vordere Linsengruppe G1, die eine positive Brechtkraft aufweist, befindet sich zwischen einem Objekt und dem Prisma PA2. Eine hintere Linsengruppe G2 mit der positiven Brechtkraft befindet sich zwischen dem Prisma PA2 und CCD 501, wobei es sich um ein Bilderfassungselement handelt. Die Apertur S befindet sich an einer Vorderseite des Prismas PA2.
Zusammenfassung
Bei den in PTL 1 offenbarten Endoskopen mit schräger Blickrichtung aus dem Stand der Technik werden die von dem Objekt reflektierten Strahlen jedoch durch die vordere Linsengruppe G1 übertragen. Anschließend werden die Strahlen umgeleitet, indem sie im Prisma PA2 reflektiert werden. Nachdem die Strahlen weiterhin durch die hintere Linsengruppe G2 geleitet wurden, erzeugen die Strahlen ein Bild auf dem CCD 501. Daher benötigt das Endoskop mit schräger Blickrichtung aus dem Stand der Technik eine große Zahl von Komponenten, was zu einem Problem führt, insofern eine Struktur für einen distalen Endabschnitt mit geringerer Wahrscheinlichkeit miniaturisiert werden kann.
Andererseits existiert ein Verfahren zur teilweisen Verwendung einer Superweitwinkel-Linse, um das Objekt in einer schrägen Richtung zu betrachten, indem das Blickfeld verschoben wird, wie beispielsweise beim in der ungeprüften japanischen Patentoffenlegung Nr. 2002-318353 (PTL 2) offenbarten endoskopischen optischen Abbildungssystem. Im Fall des endoskopischen optischen Abbildungssystems ist das Bilderfassungselement weit von einer optischen Achse der Linse entfernt. Folglich besteht das Problem, dass ein maximaler Außendurchmesser des Endoskops groß wird.
Wenn die Superweitwinkel-Linse miniaturisiert wird, wird ein Winkel der aus der Linse austretenden Strahlen groß. 44 ist eine Draufsicht eines optischen Systems aus dem Stand der Technik, bei dem das Bilderfassungselement in einer horizontalen Richtung verschoben ist. Das heißt, dass in 44 eine Mitte einer Abbildungsebene des Bilderfassungselements 501 in Bezug auf eine Axiallinie durch den Mittelpunkt der Superweitwinkel-Linse 503 in einer Rechtsrichtung (in der Darstellungsebene von 44 die Richtung nach oben) verschoben ist.
Wenn die Superweitwinkel-Linse 503 für das miniaturisierte optische System verwendet wird, indem das Bilderfassungselement 501 verschoben wird, bildet das auf das Bilderfassungselement 501 einfallende Licht einen Einfallswinkel, der in Bezug auf die Mitte der Abbildungsebene des Bilderfassungselements 501 stark asymmetrisch ist. Hierbei ist das Bilderfassungselement 501 grundsätzlich derart gestaltet und ausgelegt, dass das einfallende Licht vertikal auf die Mitte der Abbildungsebene fällt und ein großer Einfallswinkel erlaubt wird, wenn das einfallende Licht in einen Randbereich fällt, der von der Mitte der Abbildungsebene entfernt ist.
45 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels von Strahlen von der Mitte der Abbildungsebene bis in jeden der Randbereiche in dem verschobenen Bilderfassungselement. Im Bilderfassungselement 501 ist der Einfallswinkel beispielsweise so konfiguriert, dass die Effizienz bei etwa 30° am äußersten Rand 505 maximiert wird. 46 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen dem Einfallswinkel und einer Bildhöhe in dem verschobenen Bilderfassungselement. Wie oben beschrieben, wird das Licht in einem Fall des Bilderfassungselements 501, dessen Pupille nach einem zentralen Objekt korrigiert ist, sodass die Mitte 0 Grad verschoben und der Randbereich 20 bis 30 Grad verschoben ist, teilweise nicht effektiv verwendet und ein Bildschirm wird teilweise dunkel, wenn das einfallende Licht aufgrund des verschobenen Bilderfassungselements 501 stark von der Auslegungskennlinie 507 abweicht. Wenn eine Bildseite auf ein optisches System nahe einem telezentrischen System eingestellt wird, um dieses zu Problem zu vermeiden, wird ein Linsensystem groß, wodurch das Problem verursacht wird, dass ein Außendurchmesser des Endoskops groß wird. Die Arten der jeweiligen Strahlen (eine lang gestrichelte Linie, eine kurz gestrichelte Linie und eine abwechselnd gestrichelte/zweifach gepunktete Linie) entsprechen einander in 45 und 46.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände im Stand der Technik entwickelt, und es ist eines ihrer Ziele, eine Bilderfassungsvorrichtung, ein Endoskop mit schräger Blickrichtung und ein Bildaufnahmesystem bereitzustellen, die miniaturisiert werden können und die ein Bild in einer vorwärts gerichteten schrägen Sichtfeldrichtung erfassen können, während die Zahl der Komponenten minimiert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Endoskop mit schräger Blickrichtung bereitgestellt, das eine Apertur, eine Linse, die eine frei gekrümmte Oberfläche mit positiver Brechkraft umfasst, und ein Bilderfassungselement enthält, das ein Bild, welches durch die Linse mit der frei gekrümmten Oberfläche mit der positiven Brechkraft erzeugt wird, erfasst. Strahlen, die durch eine Mitte der Apertur laufen und auf eine Mitte des Bilderfassungselements fallen, fallen in einer schrägen Blickrichtung ein, werden durch die Linse, welche die frei gekrümmte Oberfläche mit der positiven Brechkraft umfasst, abgelenkt und fallen im Wesentlichen vertikal auf das Bilderfassungselement.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Bildaufnahmesystem bereitgestellt, das eine Bilderfassungsvorrichtung und einen Korrekturprozessor umfasst, der eine Korrekturverarbeitung an einem Signal eines Bilds, das von der Bilderfassungsvorrichtung erfasst wird, durchführt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können das Endoskop mit schräger Blickrichtung und das Bildaufnahmesystem miniaturisiert werden und die Sichtfeldrichtung kann schräg eingestellt werden, während die Zahl der Komponenten minimiert wird.
Figurenliste

1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Endoskopsystems mit schräger Blickrichtung, das ein Endoskop mit schräger Blickrichtung verwendet, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 1;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines distalen Endabschnitts des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1 aus der Sicht von vorne;
3 ist eine Draufsicht eines Inneren einer Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
4 ist eine Seitenansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
5 ist eine Vorderansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Linse im Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1, die teilweise abgeschnitten ist;
7 ist eine ebene Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
8 ist eine seitliche Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
9 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer ebenen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
10 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
11 ist eine Draufsicht eines optischen Systems, in welchem ein Bilderfassungselement des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1 verschoben ist;
12 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen einem Einfallswinkel und einer Bildhöhe in dem verschobenen Bilderfassungselement des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1;
13 ist eine perspektivische Ansicht eines distalen Endabschnitts eines Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2 aus der Sicht von vorne;
14 ist eine Draufsicht eines Inneren einer Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2;
15 ist eine Seitenansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2;
16 ist eine Vorderansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2;
17 ist eine perspektivische Ansicht einer Linse im Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2, die teilweise abgeschnitten ist;
18 ist eine ebene Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2;
19 ist eine seitliche Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2;
20 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer ebenen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2;
21 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2;
22 ist eine perspektivische Ansicht eines distalen Endabschnitts eines Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3 aus der Sicht von vorne;
23 ist eine Draufsicht eines Inneren einer Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
24 ist eine Seitenansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
25 ist eine Vorderansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
26 ist eine perspektivische Ansicht einer Linse im Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
27 ist eine perspektivische Ansicht der Linse im Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3, die teilweise abgeschnitten ist;
28 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorderstufenlinse im Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
29 ist eine perspektivische Ansicht der Vorderstufenlinse im Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3, die teilweise abgeschnitten ist;
30 ist eine ebene Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
31 ist eine seitliche Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
32 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer ebenen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
33 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3;
34 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems eines Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 4;
35 ist eine Ansicht zur Beschreibung von Einfallswinkeln von Strahlen, die auf einen Bildsensor (d. h. ein Bilderfassungselement) fallen, gemäß den Zahlenwertbeispielen;
36 ist ein Querschnittsaufbaudiagramm zur Beschreibung eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1;
37 ist eine Ansicht zur Beschreibung der einzelnen Koordinatenpositionen auf dem Bildsensor, die von einer Bildseite im in 36 dargestellten Aufbaudiagramm aus gesehen ist;
38(A) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1, 38(B) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 2 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1, 38(C) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 3 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1, 38(D) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 4 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1, 38(E) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 5 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1, 38(F) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 6 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1;
39 ist ein Querschnittsaufbaudiagramm zur Beschreibung eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2;
40(A) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2, 40(B) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 2 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2, 40(C) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 3 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2, 40(D) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 4 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2, 40(E) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 5 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2, und 40(F) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 6 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2;
41 ist ein Querschnittsaufbaudiagramm zur Beschreibung eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3;
42(A) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3, 42(B) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 2 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3, 42(C) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 3 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3, 42(D) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 4 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3, 42(E) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 5 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3, und 42(F) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 6 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3;
43 ist eine Layoutansicht eines optischen Systems mit vorwärts gerichteter schräger Blickrichtung aus dem Stand der Technik;
44 ist eine Draufsicht eines optischen Systems aus dem Stand der Technik, bei dem ein Bilderfassungselement in einer horizontalen Richtung verschoben ist;
45 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels von Strahlen von einer Mitte einer Abbildungsebene bis in jeden der Randbereiche in dem verschobenen Bilderfassungselement; und
46 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen einem Einfallswinkel und einer Bildhöhe in dem verschobenen Bilderfassungselement.

Genaue Beschreibung
Nachstehend ist jede beispielhafte Ausführungsform eines Endoskops mit schräger Blickrichtung und eines Bildaufnahmesystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführlich ggf. unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung ist eine optische Vorrichtung oder ein optisches Gerät, das in dem Endoskopsystem mit schräger Blickrichtung 11 (ein Beispiel eines Bildaufnahmesystems) vorgesehen ist. Jedoch kann eine unnötig genaue Beschreibung in manchen Fällen weggelassen sein. Beispielsweise kann eine genaue Beschreibung bereits bekannter Elemente oder eine wiederholte Beschreibung von im Wesentlichen gleichen Konfigurationen in manchen Fällen weggelassen sein. Damit soll verhindert werden, dass die folgende Beschreibung unnötig redundant wird, und das Verständnis durch Fachleute erleichtert werden. Die beigefügte Zeichnung und die folgende Beschreibung sind bereitgestellt, damit Fachleute die vorliegende Offenbarung in ausreichendem Umfang verstehen können, und sollen den Kern der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, nicht einschränken.
(Beispielhafte Ausführungsform 1)
1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Endoskopsystems mit schräger Blickrichtung 11, das ein Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 verwendet, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 1.
Beispielsweise ist das Endoskopsystem mit schräger Blickrichtung 11 derart ausgestaltet, dass es einen längliches Endoskop mit schräger Blickrichtung 100, bei dem es sich um einen flexiblen Spiegel für medizinische Zwecke handelt, und eine Konsole (nicht dargestellt) enthält, die an einem Festbild oder einem Bewegtbild, das durch Abbildung eines Inneren eines Beobachtungsziels (z. B. eines Blutgefäßes eines menschlichen Körpers) gewonnen wird, eine bekannte Bildverarbeitung durchführt. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 umfasst einen Einführabschnitt 13, der sich in einer Längsrichtung an einer ersten Endseite (Vorderseite) befindet und in das Beobachtungsziel eingeführt wird, und einen Anschluss 15, mit dem ein hinterer Abschnitt des Einführabschnitts 13 verbunden wird.
Ein Kabel (nicht dargestellt) ist mit der Konsole verbunden. Ein Repeater 17 ist an einem distalen Ende des Kabels angebracht. Der Repeater 17 weist einen Sockelabschnitt 21 auf, der an einer Frontflächenplatte 19 angeordnet ist. Ein hinterer Abschnitt des Anschlusses 15, der über das Kabel mit dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 verbunden ist, ist in den Sockelabschnitt 21 angesteckt.
Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann Leistung und verschiedene Signale (Videosignale oder Steuersignale) übertragen oder empfangen und kann über den Repeater 17 Beleuchtungslicht zur oder von der Konsole übertragen.
Die oben erwähnte Leistung und die verschiedenen Signale werden über ein Übertragungskabel 25 (siehe 2), das in einen flexiblen Abschnitt 23 eingesteckt ist, vom Anschluss 15 in den Repeater 17 eingespeist. Bilddaten, die von dem Bilderfassungselement, das im distalen Endabschnitt 27 angeordnet ist, ausgegeben werden, werden über den Repeater 17 an die Konsole übermittelt. Die Konsole führt an den von dem Bilderfassungselement 29 übermittelten Bilddaten Bildverarbeitungsvorgänge wie eine Farbkorrektur oder eine Gradationskorrektur aus und gibt die nach der Bildverarbeitung erhaltenen Bilddaten an eine Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) der Konsole aus. Die Anzeigevorrichtung ist eine Monitorvorrichtung mit einer Bildschirmvorrichtung wie einem Flüssigkristallbildschirm und zeigt ein Bild eines Gegenstandes an, der von dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 abgebildet wird (beispielsweise zeigen die Bilddaten als Gegenstand einen Zustand einer Gefäßinnenwand eines menschlichen Körpers).
Bei dem Endoskopsystem mit schräger Blickrichtung 11 weist ein Steuerkreis der Konsole einen Korrekturprozessor (nicht dargestellt) auf, der an einem Abbildungssignal (Bildsignal) eines von dem Bilderfassungselement 29 erfassten verzerrten optischen Bilds eine Korrekturverarbeitung durchführt (insbesondere eine Korrektur einer Farbe für die chromatische Vergrößerungsaberration).
Der Einführabschnitt 13 weist einen flexiblen weichen Abschnitt 23 auf, mit dessen hinteren Ende der Anschluss 15 verbunden ist, und einen distalen Endabschnitt 27, der mit einem distalen Ende des weichen Abschnitts 23 verbunden ist. Der weiche Abschnitt 23 verbindet den Anschluss 15 und den distalen Endabschnitt 27 miteinander. Der weiche Abschnitt 23 weist eine den Methoden der verschiedenen endoskopischen Untersuchungen oder endoskopischen Operationen entsprechende angemessene Länge auf. Beispielsweise ist der weiche Abschnitt 23 so ausgebildet, dass ein Außenumfang eines dünnen Metallblechs, das spiralförmig gewickelt ist, mit einem Netz bedeckt ist, und der Außenumfang ist weiterhin beschichtet und ausreichend flexibel ausgebildet.
Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die unten beschrieben ist, kann in einen Körperhohlraum mit einem kleinen Durchmesser eingeführt werden, indem es den kleinen Durchmesser aufweist. Der Körperhohlraum mit dem kleinen Durchmesser ist nicht auf das Blutgefäß des menschlichen Körpers beschränkt und kann beispielsweise auch einen Harnleiter, einen Pankreasgang, einen Gallengang und eine Bronchiole darstellen. Das heißt, das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann in das Gefäß, den Harnleiter, den Pankreasgang, den Gallengang und die Bronchiole des menschlichen Körpers eingeführt werden. Mit anderen Worten kann das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 zum Betrachten von vaskulären Läsionen verwendet werden. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann effektiv zum Erkennen von arteriosklerotischem Plaque eingesetzt werden. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann außerdem bei Herzkatheteruntersuchungen zur Beobachtung verwendet werden. Weiterhin kann das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 effektiv zum Erkennen eines Thrombus oder von arteriosklerotischem gelbem Plaque eingesetzt werden. Im Fall von arteriosklerotischen Läsionen wird ein Farbton (weiße Farbe, blassgelbe Farbe oder gelbe Farbe) oder eine Oberfläche (glatt oder unregelmäßig) beobachtet. Im Fall des Thrombus wird ein Farbton (rote Farbe, weiße Farbe, dunkelrote Farbe, gelbe Farbe, braune Farbe oder gemischte Farbe) beobachtet.
Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann zur Beobachtung bei der Diagnose und Behandlung von Nierenbecken-/Harnleiter-Krebs und idiopathischer Nierenblutung verwendet werden. In diesem Fall wird das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 aus einer Harnröhre in eine Blase eingeführt und weiter in den Harnleiter vorgeschoben. Auf diese Weise ist es möglich, das Innere des Harnleiters und des Nierenbeckens zu betrachten.
Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann in die Vatersche Papille eingeführt werden, die zum Zwölffingerdarm geöffnet ist. Eine Gallenflüssigkeit wird von einer Leber produziert und passiert den Gallengang. Ein Verdauungssekret wird von einer Bauchspeicheldrüse produziert und passiert den Pankreasgang. Beide werden von der im Zwölffingerdarm befindlichen Vaterschen Papille abgegeben. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 wird über die Vatersche Papille, die als eine Öffnung zum Gallengang und Pankreasgang dient, eingeführt, sodass der Gallengang oder der Pankreasgang betrachtet werden kann.
Weiterhin kann das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 in einen Bronchus eingeführt werden. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 wird durch eine Mundhöhle oder eine Nasenhöhle eines Untersuchungskörpers (d. h. einer behandelten Zielperson), der sich in einer Rückenlage befindet, eingeführt. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 passiert einen Pharynx und einen Larynx und wird in eine Trachea eingeführt, während ein Stimmband visuell untersucht wird. Ein Bronchie verengt sich jedes Mal, wenn sich die Bronchie verzweigt. Beispielsweise ist es mit einem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100, dessen maximaler Außendurchmesser kleiner als 2 mm ist, möglich, ein Lumen zu untersuchen, das zu einem subsegmentalen Bronchus führt.
2 ist eine perspektivische Ansicht des distalen Endabschnitts 27 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1 aus der Sicht von vorne.
Die in dieser Beschreibung verwendeten Richtungen sind als eine „Richtung nach oben“, eine „Richtung nach unten“, eine „Richtung nach vorne (Vorwärtsrichtung)“, und eine „Richtung nach hinten“ bezeichnet. Diese Richtungen sind durch die in 2 dargestellten Pfeile angegeben. Hierbei entsprechen die „Richtung nach vorne (Vorwärtsrichtung)“ und die „Richtung nach hinten“ der distalen Seite des Einführabschnitts 13 bzw. der proximalen Seite des Anschlusses 15 des Endoskops mit schräger Blickrichtung.
Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform besitzt ein Objektivabdeckglas 31, eine Apertur 33, eine Linse 35, ein Elementabdeckglas 37, ein Bilderfassungselement 29, ein Übertragungskabel 25, eine Lichtleitfaser 39 und eine Ummantelung 41.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 sind das Objektivabdeckglas 31, die Apertur 33, die Linse 35, das Elementabdeckglas 37 und das Bilderfassungselement 29 fixiert, indem sie integral mit einem Formharz bedeckt sind und die mit dem Formharz bedeckte Außenseite weiterhin durch die Ummantelung 41 abgedeckt ist. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann eine optische Säule und einen Halter anstelle des Formharzes aufweisen. Im Hinblick auf die Verringerung des Durchmessers ist es jedoch vorzuziehen, anstelle der optischen Säule eine Abdeckstruktur zu verwenden, die einstückig aus dem Formharz geformt wird.
Als ein Haftharz bedeckt das Formharz zumindest das Bilderfassungselement 29 und die Linse 35, um einen Zwischenraumabschnitt dazwischen kontinuierlich abzudecken. Dementsprechend ist das Formharz kontinuierlich von dem Objektivabdeckglas 31 über das gesamte Bilderfassungselement 29 hinweg ausgebildet, was zu einer höheren Fixierfestigkeit dieser optischen Systeme beiträgt. Formharz verbessert die Luftdichtigkeit, Wasserdichtigkeit und eine Lichtblockierungseigenschaft des Zwischenraumabschnitts. Darüber hinaus verbessert das Formharz auch die Lichtblockierungseigenschaft, wenn sich die Lichtleitfaser 39 darin befindet. Daher ist es wünschenswert, als Formharz ein schwarzes Harz zu verwenden, das Kohlenstoffteilchen enthält. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Fremdlicht von außen auf das Bilderfassungselement 29 fällt.
3 ist eine Draufsicht eines Inneren einer Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
Die Ummantelung 41 ist mit Hilfe des Formharzes, in welchem das Objektivabdeckglas 31 und die Lichtleitfaser 39 enthalten sind, mit dem distalen Endabschnitt 27, der in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, verbunden. Als eine Verbindungsstruktur zwischen dem distalen Endabschnitt 27 und der Ummantelung 41 kann die Ummantelung 41, die den gleichen Außendurchmesser aufweist, mit dem hinteren Ende des distalen Endabschnitts 27 verbunden sein. In diesem Fall kann die Ummantelung 41 am Außenumfang des Abschnitts mit kleinem Durchmesser, der am hinteren Ende des distalen Endabschnitts 27 ausgebildet ist, angebracht sein. Als die Verbindungsstruktur zwischen dem distalen Endabschnitt 27 und der Ummantelung 41 können beide miteinander verbunden sein, indem der Außenumfang des distalen Endabschnitts 27 in den Innenumfang der Ummantelung 41 eingesteckt ist. Unter dem Gesichtspunkt der Verringerung des Durchmessers und der Verbesserung der Verbindungsfestigkeit ist es vorzuziehen, die Ummantelung 41 am Außenumfang des Abschnitts mit kleinem Durchmesser, der an dem hinteren Ende des distalen Endabschnitts 27 ausgebildet ist, anzubringen. Beispielsweise ist die Innendurchmesserseite der Ummantelung 41 mit Hilfe eines Klebstoffs an dem Außenumfang des Abschnitts mit kleinem Durchmesser befestigt.
Die Ummantelung 41 ist beispielsweise derart ausgestaltet, dass sie ein flexibles Harzmaterial enthält. Um die Festigkeit zu verbessern, kann die Innenumfangsseite der Ummantelung 41 mit einem einzelnen Draht, einer Vielzahl von Drähten oder einem geflochtenen zugfesten Draht versehen sein. Als ein Beispiel enthält der zugfeste Draht eine Aramidfaser wie eine Poly-p-Phenylenterephthalamidfaser, eine Polyesterbasisfaser wie eine Polyarylatfaser, eine Polyparaphenylenbenzbisoxazolfaser und eine Polyethylenterephthalatfaser oder eine Nylonfaser.
4 ist eine Seitenansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 sind das Objektivabdeckglas 31 und die Linse 35 in der gleichen rechteckigen Form ausgebildet, deren längere Seite sich in der Ansicht von vorne in Längsrichtung erstreckt. Andererseits sind das Elementabdeckglas 37 und das Bilderfassungselement 29 in der gleichen quadratischen Form ausgebildet. Die Linse 35 und das Elementabdeckglas 37 sind so miteinander verbunden, dass die oberen Endflächen in der gleichen Ebene liegen (beispielsweise bündig). Daher ist ein abgestufter Abschnitt, in dem die Linse 35 nach unten vorsteht, zwischen der unteren Endfläche der Linse 35 und der unteren Endfläche des Elementabdeckglases 37 ausgebildet.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Linse 35 in einer Form ausgebildet, die auf diese Weise in einer Richtung nach unten (Sichtfeldrichtung) weiter ausgedehnt ist als das Elementabdeckglas 37. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 unterdrückt die ausgedehnte Form der Linse 35 eine Abnahme eines effektiven Lichtstroms in der Sichtfeldrichtung, die nach vorne und nach unten geneigt ist. Dementsprechend weist das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 den abgestuften Abschnitt auf. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten so genannter Abschattung, bei der es sich um Vignettierung handelt, die durch die Unterkante des Objektivabdeckglases 31 oder der Linse 35 verursacht wird.
5 ist eine Vorderansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
Als Lichtleitfaser 39 wird bevorzugt z. B. eine Kunststofflichtleitfaser verwendet. Die Kunststofflichtleitfaser ist aus einem Material hergestellt, das ein Silikonharz oder ein Acrylharz enthält, und sowohl ein Kern als auch ein Mantel sind aus Kunststoff gebildet. Zum Beispiel kann die Lichtleitfaser 39 eine Bündelfaser sein, in der eine Vielzahl von Lichtleitfaseradern gebündelt ist und an deren beiden Enden Anschlussstücke befestigt sind. Das distale Ende der Lichtleitfaser 39 ist der distale Endabschnitt 27, der als eine lichtemittierende Endfläche dient, und das proximale Ende der Lichtleitfaser 39 ist mit einer Ferrule des Anschlusses 15 verbunden. Beispielsweise ist eine Lichtquelle eine im Sockelabschnitt 21 angeordnete LED. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 ist der Anschluss 15 mit dem Sockelabschnitt 21 verbunden. Auf diese Weise läuft das von der LED emittierte Licht durch die Lichtleitfaser 39 und wird am distalen Ende emittiert. Gemäß diesem Aufbau kann ein Aufbau von der Lichtquelle zum lichtemittierenden Ende des Beleuchtungslichts als eine Lichtleitfaser 39 umgesetzt werden, sodass Lichtverluste minimiert werden können.
Daher ist es mit dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 möglich, ein Bild an einem dunklen Ort unabhängig aufzunehmen, da die Lichtleitfaser 39 vorgesehen ist.
Eine Vielzahl von Lichtleitfasern 39 ist in der Umfangsrichtung der Ummantelung 41 vorgesehen. Vier Lichtleitfasern 39 können in einem im Wesentlichen gleichen Intervall in der Umfangsrichtung vorgesehen sein. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 ist das Objektivabdeckglas 31 in einer rechteckigen Form ausgebildet. Vier Lichtleitfasern 39 sind im Wesentlichen in der Mitte in jedem von vier Räumen, die sich zwischen der Ummantelung 41, die das Objektivabdeckglas 31 umgibt, und dem jeweiligen Seitenabschnitt des Objektivabdeckglases 31 befinden, angeordnet.
Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, einen sichelförmigen Raum effektiv zu nutzen, der dadurch entsteht, dass er sich zwischen dem Objektivabdeckglas 31 mit einer Rechteckform und der Ummantelung 41 mit einer Kreisform befindet. Infolgedessen kann eine Vielzahl von (insbesondere vier) Lichtleitfasern 39 auf einfache Weise angeordnet werden, ohne dass dadurch der Außendurchmesser des distalen Endabschnitts 27 vergrößert wird. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 ist die Lichtleitfaser 39 auf diese Weise angeordnet. Dementsprechend ist es möglich, ein klares Bild zu erhalten, während die Herstellung erleichtert wird, ohne dass der Außendurchmesser des distalen Endabschnitts 27 vergrößert wird.
Beispielsweise kann die Sichtfeldrichtung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 auf eine Richtung nach unten eingestellt werden, deren Neigungswinkel 30° beträgt. Daher kann ein Aufbau wie nachfolgend beschrieben verwendet werden. Unter den vier Lichtleitfasern 39, die in 5 dargestellt sind, ist eine obere Lichtleitfaser 39 mit einem geringeren Beleuchtungseffekt auf den Gegenstand ausgelassen, und drei Lichtleitfasern 39 werden verwendet. Bei dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 mit drei Lichtleitfasern 39 kann die Zahl der Komponenten minimiert werden. Daher ist es möglich, eine Struktur zu realisieren, deren Kosten geringer sind, deren Gewicht geringer ist und die mit großer Wahrscheinlichkeit flexibel ist.
In dieser Beschreibung wird der Neigungswinkel der Sichtfeldrichtung verwendet, um das Verständnis für die Funktionsweise zu erleichtern. Im tatsächlichen Gebrauch des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 wird das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 um einen beliebigen gewünschten Winkel im Bereich von 360° gedreht, um das Innere der Röhre zu betrachten. In einem Fall, in welchem das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 um 180° gedreht ist, ist der Neigungswinkel daher als ein Elevationswinkel zu verstehen. In dieser Beschreibung bezeichnet die „schräge“ Sichtfeldrichtung eine „Richtung eines Winkels, der von einem Hauptstrahl in der Sichtfeldrichtung in Bezug auf die Axiallinie 43 (siehe 2) des distalen Endabschnitts 27 gebildet wird“. Das heißt, eine „schräge Blickrichtung“ bezeichnet eine Richtung, die in Bezug auf die Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 schräg verläuft.
In diesem Fall stimmt der Hauptstrahl annäherungsweise mit einer optischen Achse der Sichtfeldrichtung überein.
6 ist eine perspektivische Ansicht der Linse 35 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1, die teilweise abgeschnitten ist.
Das von dem Objekt reflektierte Licht (d. h. das Objektlicht mit Informationen über das Objekt: Objektstrahl) fällt auf die Linse 35. Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 ist die Linse 35 derart ausgestaltet, dass sie als eine einzelne Linse dient, bei der eine erste Oberfläche auf der Objektseite eine flache Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf der Bilderfassungsseite eine konvexe Oberfläche ist. Hier ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die Linse 35 die einzelne Linse ist. Das Beispiel ist jedoch nicht auf die einzelne Linse beschränkt. In der Linse 35 weist der mittlere Abschnitt auf der Abbildungsseite die Linsenoberfläche 45 mit einer konvex gekrümmten Oberfläche auf. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 ist so ausgebildet, dass die Linsenoberfläche 45 die frei gekrümmte Oberfläche 47 (unten beschrieben) aufweist. Der Umfangsrandabschnitt der Linse 35 ist so ausgebildet, dass er ein konisches Loch 49 aufweist, dessen Innenumfangsfläche eine Außenumfangsfläche einer konischen Form ist, deren Durchmesser sich in Richtung des Bilderfassungselements 29 vergrößert.
Die Linse 35 weist eine im Wesentlichen rechteckige Außenform oder eine rechteckige Außenform auf. Beispielsweise wird die Linse 35 mittels Nano-Imprint oder Spritzguss hergestellt. Bei der Herstellung der Linse 35 wird eine Linsengruppe, in der eine Vielzahl von mikroskopischen Linsen 35 mit identischer Form angeordnet ist, mit Hilfe einer Form wie einer Originalplatte des Nano-Imprints gebildet. Nachdem die Linsengruppe des geformten Objekts herausgelöst wurde, wird die Linsengruppe durch Dicing in einzelne Linsen 35 geschnitten, sodass die Linsen 35 nacheinander hergestellt werden. Bei der Herstellung der Linse 35 muss für eine Luftzufuhr gesorgt werden, um die Linse 35 aus der Form zu lösen, und das konische Loch 49 der Linse 35 wird effektiv zur Luftzufuhr verwendet.
7 ist eine ebene Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
Das Objektivabdeckglas 31 befindet sich am distalen Ende auf der Objektivseite.
Gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind das Objektivabdeckglas 31 und das Bilderfassungselement 29 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 parallel zueinander angeordnet. Das Objektivabdeckglas 31, die Apertur 33, die Linse 35, das Elementabdeckglas 37 und das Bilderfassungselement 29 sind so ausgebildet, dass sie in der Draufsicht von 7 in einer zur Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 orthogonalen Richtung die gleiche Breite aufweisen. Das Objektivabdeckglas 31, die Apertur 33, die Linse 35, das Elementabdeckglas 37 und das Bilderfassungselement 29 können integral z. B. mit Hilfe eines Haftharzes befestigt sein. Das Objektivabdeckglas 31, die Apertur 33, die Linse 35, das Elementabdeckglas 37 und das Bilderfassungselement 29 sind zusammen mit der Lichtleitfaser 39 durch ein Formharz bedeckt, wie oben beschrieben.
Das Elementabdeckglas 37 deckt die Lichtempfangsebene 51 des Bilderfassungselements 29 ab. In dieser Beschreibung ist die Lichtempfangsebene 51 eine Brennebene, die einen Brennpunkt enthält. Beispielsweise ist das Elementabdeckglas 37 so ausgebildet, dass die Dicke in einer Richtung entlang der Axiallinie 43 eine vorgegebene Dicke ist (beispielsweise etwa 0,4 mm). Das Elementabdeckglas 37 ist so ausgebildet, dass es eine vorgegebene Dicke aufweist, und ist mit dem Bilderfassungselement 29 integriert. Auf diese Weise kann eine Handhabungseigenschaft des Bilderfassungselements 29, das so ausgebildet ist, dass es eine geringe Dicke (z. B. 0,1 mm) aufweist, verbessert werden.
Wie oben beschrieben, können das Objektivabdeckglas 31, die Apertur 33, die Linse 35, das Elementabdeckglas 37 und das Bilderfassungselement 29 jeweils mit Hilfe einer optischen Säule oder eines Halters in einem geeigneten Intervall befestigt sein. In diesem Fall kann beispielsweise das Elementabdeckglas 37 zwischen der Linse 35 und dem Bilderfassungselement 29 ausgelassen sein, und eine Luftschicht 53 kann sich dazwischen befinden.
Die Linsenoberfläche 45 der Linse 35 steht mit Luft in Kontakt. Eine Endfläche der Linse 35 auf der Öffnungsseite des konischen Lochs 49 ist als ein Randabschnitt 55 mit einer ebenen Haftfläche ausgebildet. Der Randabschnitt 55 dient als ein Abschnitt, an dem das Haftharz angebracht wird und der an der vorderen Oberfläche des Elementabdeckglases 37 befestigt wird. Bei der Linse 35 haftet das Elementabdeckglas 37 an dem Randabschnitt 55. Auf diese Weise kann ein Haftbereich zwischen der Linse 35 und dem Elementabdeckglas 37 am Randabschnitt 55 gesichert werden, und eine Luftschicht 53, die im konischen Loch 49 eingeschlossen ist, ist zwischen der Linsenoberfläche 45 und dem Elementabdeckglas 37 ausgebildet.
Im Bilderfassungselement 29 läuft das durch die Linse 35 und die Luftschicht 53 emittierte Licht durch das Elementabdeckglas 37 und erzeugt auf der Lichtempfangsebene 51 ein Bild.
8 ist eine seitliche Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
Die oben beschriebene Linsenoberfläche 45 ist an der Linse 35 ausgebildet. Auf der Linsenoberfläche 45 kann das Licht, das in der Sichtfeldrichtung einfällt, die in Bezug auf die zur Lichtempfangsebene 51 senkrechte Lichtempfangsmittelachse 57 geneigt ist, das Bild erzeugen, sodass dieses senkrecht zur Lichtempfangsebene 51 ist. Die Lichtempfangsmittelachse 57 muss nicht auf die Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 fallen. In 8 ist das Bilderfassungselement 29 in der Zeichnung in Bezug auf die Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 nach oben verschoben. Dementsprechend befindet sich die zur Lichtempfangsebene 51 senkrechte Lichtempfangsmittelachse 57 oberhalb der Axiallinie 43 und parallel zur Axiallinie 43.
Die Linsenoberfläche 45 der Linse 35, die zwischen der Apertur 33 und dem Bilderfassungselement 29 angeordnet ist, lässt den Strahl, der im Sichtfeldzentrum durch die Apertur 33 läuft, im Wesentlichen senkrecht auf die Mitte des Bilderfassungselements 29 fallen, wodurch das Bild erzeugt wird.
Hierbei ist es idealerweise wünschenswert, dass ein Einfallswinkel des Hauptstrahls, der durch die Mitte der Apertur läuft, in der Mitte des Bilderfassungselements 0°beträgt (vertikaler Einfall). Da ein Einfallswinkel von ungefähr ±10° jedoch zu keiner maßgeblichen Beeinträchtigung führt, ist der Winkel bevorzugt im Bereich von 0 bis 10° eingestellt. Wenn der Einfallswinkel innerhalb von ±5° liegt, nimmt die Beeinträchtigung weiter ab. Daher ist der Winkel weiter bevorzugt im Bereich von 0° bis 5° eingestellt.
Die Linsenoberfläche 45 der Linse 35 kann eine positive Brechkraft haben. Auf diese Weise werden die Strahlen so abgelenkt, dass der Einfallswinkel der Strahlen auf dem Bilderfassungselement 29 reduziert wird. Die Strahlen werden auf der Lichtempfangsebene 51 des Bilderfassungselements 29 fokussiert, sodass das Bild erzeugt wird.
Die Linsenoberfläche 45 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 ist als frei gekrümmte Oberfläche 47 ausgebildet.
8 stellt eine Querschnittsform der frei gekrümmten Oberfläche 47 anhand einer Ebene dar, die beispielsweise eine optische Achse 59 (siehe 10), die in der Sichtfeldrichtung geneigt ist, und die zur Lichtempfangsebene 51 senkrechte Lichtempfangsmittelachse 57 enthält. Die frei gekrümmte Oberfläche 47 ist in einer seitlichen Schnittansicht in einer anderen Richtung von rechts nach links eine andere frei gekrümmte Oberfläche. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist nachfolgend die in 8, die die Ebene verwendet, welche die in der Sichtfeldrichtung geneigte optische Achse und die zur Lichtempfangsebene 51 senkrechte Lichtempfangsmittelachse 57 enthält, dargestellte frei gekrümmte Oberfläche 47 als ein repräsentatives Beispiel für die frei gekrümmte Oberfläche 47 in der seitlichen Querschnittsansicht verwendet.
Hier sind der Punkt P1 an der unteren Seite und der Punkt P2 an der oberen Seite der frei gekrümmten Oberfläche 47 der Linsenoberfläche 45 betrachtet. Ein Winkel, der zwischen einer Normallinie N1, die zu einer Tangentenlinie t1 des Punkts P1 senkrecht ist, und der Lichtempfangsmittelachse 57 gebildet wird, ist auf θ1 eingestellt. Ein Winkel, der zwischen einer Normallinie N2, die zu einer Tangentenlinie t2 des Punkts P2 senkrecht ist, und der Lichtempfangsmittelachse 57 gebildet wird, ist auf θ2 eingestellt. Die Winkel θ1 und θ2 erfüllen die Beziehung θ1<θ2.
Im Querschnitt der frei gekrümmten Oberfläche 47, der die Ebene verwendet, welche die in der Sichtfeldrichtung geneigte optische Achse und die zur Lichtempfangsebene 51 senkrechte Lichtempfangsmittelachse 57 enthält, befindet sich ein Ende der gekrümmten Oberfläche E1 auf einer Seite (unteren Seite) in der Sichtfeldrichtung an einer Position, die in der Sichtfeldrichtung näher an der Lichtempfangsebene 51 ist als ein Ende der gekrümmten Oberfläche E2 auf der gegenüberliegenden Seite (oberen Seite). Das heißt, der Abstand L2 zwischen dem Ende der gekrümmten Oberfläche E2 und der Lichtempfangsebene 51 ist bei der frei gekrümmten Oberfläche 47 größer als der Abstand L1 zwischen dem Ende der gekrümmten Oberfläche E1 und der Lichtempfangsebene 51.
Wenn die Strahlverfolgung tatsächlich durchgeführt wird, wird ein Bereich gleichmäßig unter Verwendung einer Lichteinfallspupillenebene des optischen Systems unterteilt, und mehrere von einem Objektpunkt emittierte Strahlen werden so eingestellt, dass sie durch den Mittelpunkt jeder der kleinen Unterteilungen laufen. Auf diese Weise wird eine Beurteilung ermöglicht.
Die Linsenoberfläche 45 kann auch eine frei gekrümmte Oberfläche 47 sein, die sich von der oben beschriebenen in der ebenen Schnittansicht von 7 dargestellten frei gekrümmten Oberfläche 47 unterscheidet. Die frei gekrümmte Oberfläche 47 in der ebenen Schnittansicht wird zur frei gekrümmten Oberfläche 47, die sich in der ebenen Schnittansicht unterscheidet und sich in einer anderen Höhe befindet. Die in der ebenen Schnittansicht von 7 dargestellte frei gekrümmte Oberfläche 47 ist in einer symmetrischen Form ausgebildet, indem die Axiallinie 43 als eine Grenze verwendet wird. Jedoch ist die Form nicht hierauf beschränkt. Das heißt, die frei gekrümmte Oberfläche 47 kann in der ebenen Schnittansicht in einer asymmetrischen Form ausgebildet sein, indem die Axiallinie 43 in der ebenen Querschnittsansicht als die Grenze an einer beliebigen gewünschten Position verwendet wird.
Vier Leiteranschlüsse (nicht dargestellt) sind hinter dem Bilderfassungselement 29 angeordnet. Die Leiteranschlüsse können beispielsweise durch ein Land-Grid-Array (LGA) gebildet sein. Die vier Leiteranschlüsse bestehen aus einem Paar von Stromanschlüssen und einem Paar von Signalanschlüssen. Ein Übertragungskabel 25 weist ein Paar von Stromleitungen und ein Paar von Signalleitungen auf. Das Paar der Stromleitungen des Übertragungskabels 25 ist mit dem Paar der Stromanschlüsse der Leiteranschlüsse verbunden. Das Paar der Signalleitungen des Übertragungskabels 25 ist mit dem Paar der Signalanschlüsse der Leiteranschlüsse verbunden.
Als Nächstes ist ein genaueres Aufbaubeispiel einer Umsetzung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann ein Winkel (Neigungswinkel) des Hauptstrahls in der Sichtfeldrichtung in Bezug auf die Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 beispielsweise auf 30° eingestellt sein. Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann der Neigungswinkel beispielsweise so ausgelegt sein, dass er in den Bereich von 10° bis 60° fällt, indem die Funktion der verschiedenen Linse 35 mit der für jedes Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 geeigneten frei gekrümmten Oberfläche genutzt wird.
Ein Blickwinkel kann auf vertikale 30 ± 30°, horizontale ± 35° und diagonale 90° eingestellt werden.
Eine Blendenzahl kann F9.2 entsprechen.
Das Objektivabdeckglas 31 kann auf eine Breite von 1 mm und eine Länge von 1,15 mm eingestellt sein.
Das Objektivabdeckglas 31 kann eine Dicke von 0,4 mm aufweisen.
Die Linse 35 kann auf die Breite von 1 mm und die Länge von 1,15 mm eingestellt sein.
Die Linse 35 kann die Dicke von 0,8 mm aufweisen.
Das Bilderfassungselement 29 kann einen Außendurchmesser von φ1,0 mm aufweisen.
Das Bilderfassungselement 29 kann die Dicke von 0,1 mm aufweisen.
Das Elementabdeckglas 37 kann den Außendurchmesser von φ1,0 mm aufweisen.
Das Elementabdeckglas 37 kann die Dicke von 0,4 mm aufweisen.
Die Ummantelung 41 kann den Außendurchmesser von φ1,65 mm und die Dicke von 0,1 mm aufweisen.
Als Nächstes ist eine Funktionsweise gemäß dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben.
9 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer ebenen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
10 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
Da die Linse 35 diese Aberrationskorrekturfunktion besitzt, kann die Verwendung nur einer Folie ausreichend sein. Im Vergleich zu einem Aufbau gemäß dem Stand der Technik, in dem eine vordere Linsengruppe, ein Prisma und eine hintere Linsengruppe enthalten sind, wie in 33 dargestellt, kann der distale Endabschnitt 27 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 auf einfache Weise miniaturisiert werden (insbesondere kann der Durchmesser reduziert werden). Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann die Zahl der Komponenten im Vergleich zu dem Aufbau gemäß dem Stand der Technik erheblich reduziert werden. Dementsprechend kann ein Abstand des distalen Endes vom Bilderfassungselement 29 verkürzt werden. Weiterhin kann beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 die Zahl der Komponenten im Vergleich zu dem Aufbau gemäß dem Stand der Technik erheblich reduziert werden. Dementsprechend kann auch eine Gewichtseinsparung realisiert werden. Die Linse 35 kann hergestellt werden, indem ein Kunstharz wie etwa ein Kunststoff (repräsentatives Material: PMMA) spritzgegossen wird. Wenn eine Form hergestellt wird, ist daher eine Massenproduktion möglich, und die Linse 35 kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
11 ist eine Draufsicht eines optischen Systems, in welchem das Bilderfassungselement 29 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1 verschoben ist.
Die Linsenoberfläche 45 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann eine positive Brechkraft haben. Auf diese Weise werden die Strahlen durch die Linse 35 so abgelenkt, dass der Einfallswinkel der Strahlen auf dem Bilderfassungselement 29 reduziert wird. Die Strahlen werden auf der Lichtempfangsebene 51 des Bilderfassungselements 29 fokussiert, sodass das Bild erzeugt wird.
12 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen dem Einfallswinkel und der Bildhöhe auf dem verschobenen Bilderfassungselement 29 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1.
Im Allgemeinen beträgt der Einfallswinkel auf dem Bilderfassungselement 29 in der Mitte 0 Grad und im Randbereich 20 bis 30 Grad. Eine Pupillenkorrektur wird symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt ausgeführt. Bei dem Aufbau des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100, bei dem das Bilderfassungselement 29 verschoben ist, lenkt die Linsenoberfläche 45 den Strahl so ab, dass der Einfallswinkel des Strahls auf dem Bilderfassungselement 29 reduziert wird. Im Vergleich zu dem Fall, in welchem der Aufbau aus dem Stand der Technik verwendet wird (der Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel und der Bildhöhe ist in 46 dargestellt), weicht das einfallende Licht nicht stark von der Auslegungskennlinie 60 ab. Infolgedessen wird das Licht effektiv genutzt, und es kann verhindert werden, dass ein Bildschirm teilweise abgedunkelt wird.
Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 weist die Linsenoberfläche 45, die eine Aberrationskorrektur an einem verzerrten Bild durchführt, die frei gekrümmte Oberfläche 47 auf. Mindestens ein Abschnitt der Linsenoberfläche 45 ist mit der frei gekrümmten Oberfläche 47 ausgebildet. Bei der frei gekrümmten Oberfläche 47 weist die Querschnittsform, die die Ebene verwendet, welche die in der Sichtfeldrichtung geneigte optische Achse und die zur Lichtempfangsebene 51 senkrechte Lichtempfangsmittelachse 57 enthält, eine konvex gekrümmte Oberfläche auf, die in Richtung der Lichtempfangsebene 51 vorgewölbt ist. Die frei gekrümmte Oberfläche 47 wird aus einer kontinuierlich gekrümmten Oberfläche gebildet, die so kontrolliert wird, dass der Krümmungsradius des Abschnitts auf der oberen Seite im Vergleich zum Krümmungsradius des Abschnitts auf der unteren Seite allmählich zunimmt.
Wenn der Strahl an der Oberfläche mit der positiven Brechkraft abgelenkt wird, sodass der Einfallswinkel des Strahls auf dem Bilderfassungselement 29 verkleinert wird, wird es im Allgemeinen schwierig, verschiedene Aberrationskorrekturen an der Feldkrümmung durchzuführen. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 wird diese Oberfläche als frei gekrümmte Oberfläche 47 verwendet. Dementsprechend ist es möglich, eine freiere Feldkrümmungs- und Verzerrungskorrektur durchzuführen. Daher kann die Bilderzeugungsleistung besser sichergestellt werden.
Wie oben beschrieben, ist der Abstand L2 zwischen dem Ende der gekrümmten Oberfläche E2 und der Lichtempfangsebene 51 bei der frei gekrümmten Oberfläche 47 größer als der Abstand L1 zwischen dem Ende der gekrümmten Oberfläche E1 und der Lichtempfangsebene 51. Die frei gekrümmte Oberfläche 47 verwendet diese Form. Folglich kann nur ein wirksamer Bereich der frei gekrümmten Oberfläche 47 in kompakter Weise ausgebildet werden, indem ein unnötiger Abschnitt weggelassen wird. Folglich kann der distale Endabschnitt 27 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 einfacher miniaturisiert werden.
Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann die Zahl der Komponenten im Vergleich zu dem Aufbau gemäß dem Stand der Technik erheblich reduziert werden. Dementsprechend kann ein Abstand des distalen Endes vom Bilderfassungselement 29 verkürzt werden. Weiterhin kann beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 die Zahl der Komponenten im Vergleich zu dem Aufbau gemäß dem Stand der Technik erheblich reduziert werden. Dementsprechend kann auch eine Gewichtseinsparung realisiert werden. Die Linse 35 kann hergestellt werden, indem ein Kunstharz wie etwa ein Kunststoff (repräsentatives Material: PMMA) spritzgegossen wird. Wenn eine Form hergestellt wird, ist daher eine Massenproduktion möglich, und die Linse 35 kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kommt das Objektivabdeckglas 31 mit der Luft in Kontakt. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 kann das Objektivabdeckglas 31 parallel zur Lichtempfangsebene 51 des Bilderfassungselements 29 angeordnet sein. Dementsprechend kann ein Aufnahmeraum des distalen Endabschnitts 27 zur Aufnahme des Objektivabdeckglases 31 auf einen minimal notwendigen Durchmesser eingestellt werden (den Durchmesser, der annäherungsweise einem dem Bilderfassungselement 29 umschriebenen Kreis entspricht).
Daher kann das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 im Vergleich zu einem Aufbau mit der vorderen Linsengruppe, dem Prisma und der hinteren Linsengruppe einen miniaturisierten Aufbau aufweisen und das Bild in der vorwärts gerichteten schrägen Sichtfeldrichtung erfassen, während die Zahl der Komponenten minimiert ist.
Weiterhin führt im Endoskopsystem mit schräger Blickrichtung 11, welches das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 enthält, ein Korrekturprozessor (nicht dargestellt) an den vom Bilderfassungselement 29 übermittelten Bilddaten für jeden Pixel oder für jede der oben beschriebenen Unterteilungen Bildverarbeitungsvorgänge wie eine Farbkorrektur oder Gradationskorrektur durch. In einem Fall, wo die Bilderzeugungslinse derart ausgestaltet ist, dass sie eine konvexe Linse umfasst, tritt bei einer allgemeinen Rotationsziellinse in der Mitte des Bildschirms keine chromatische Vergrößerungsaberration auf. Bei der Linse 35 jedoch, bei welcher der Hauptstrahl, der in der Mitte des Bildschirms auftrifft, einen Abweichungswinkel aufweist wie beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100, treten sogar in der Mitte des Bildschirms Farbverschiebungen in einer Richtung auf, in welcher der Strahl abweicht. Daher ist es wünschenswert, einen Korrekturmechanismus zur elektrischen Korrektur der Farbverschiebung bereitzustellen. Bei dem Endoskopsystem mit schräger Blickrichtung 11 wird neben der Farbfehlerkorrektur des optischen Systems, die in dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 durchgeführt wird, die chromatische Aberration durch Ausführung der Bildverarbeitung korrigiert. Dementsprechend kann ein Bild höherer Qualität auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden.
Beispielhafte Ausführungsform 2
Als Nächstes ist die beispielhafte Ausführungsform 2 beschrieben. In der beispielhaften Ausführungsform 2 werden die gleichen Bezugszeichen für Elemente verwendet, die mit den in der beispielhaften Ausführungsform 1 beschriebenen Elementen übereinstimmen, und eine wiederholte Beschreibung ist ausgelassen.
13 ist eine perspektivische Ansicht des distalen Endabschnitts 27 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2 aus der Sicht von vorne.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2 ist das Bilderfassungselement 29 in einer geneigten Weise angeordnet. Beim Bilderfassungselement 29 ist die zur Lichtempfangsebene 51 senkrechte Lichtempfangsmittelachse 57 in der Sichtfeldrichtung in Bezug auf die Axiallinie 43 des säulenförmigen distalen Endabschnitts 27 zur Aufnahme der Linse 35 und des Bilderfassungselements 29 geneigt angeordnet. Als Bilderfassungselement 29 kann das gleiche wie in der beispielhaften Ausführungsform 1 in der geneigten Weise verwendet werden. Daher kann als Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 ein Element verwendet werden, das mit dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 übereinstimmt, wobei sich allerdings die Linse 61 von der beispielhaften Ausführungsform 1 unterscheidet.
14 ist eine Draufsicht eines Inneren einer Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 ist ein Abstand der Linse 61 von der hinteren Endfläche des Bilderfassungselements 29 in einer Richtung entlang der Axiallinie 43 entsprechend dem Neigungsbetrag des Bilderfassungselements 29 geringfügig vergrößert.
15 ist eine Seitenansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 ist an der Linse 61 eine geneigte Elementbefestigungsfläche 63 zum Befestigen des Bilderfassungselements 29 in der geneigten Weise ausgebildet. Gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beträgt ein Neigewinkel des Bilderfassungselements 29 beispielsweise 10°. Dieser Neigewinkel ist der Winkel θ, der zwischen der Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 und der Lichtempfangsmittelachse 57 gebildet wird. Das Bilderfassungselement 29 ist an der geneigten Elementbefestigungsfläche 63 befestigt, weswegen der hintere Abschnitt etwas höher vorsteht als die obere Oberfläche der Linse 61.
16 ist eine Vorderansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 scheint der hintere Abschnitt des Bilderfassungselements 29, das in der geneigten Weise angebracht ist, in der Ansicht von vorne etwas höher vorzustehen als die obere Oberfläche der Linse 61. Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 ist eine Gesamthöhe in der Ansicht von vorne im Vergleich zum Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 um die Überstandslänge des hinteren Abschnitts des Bilderfassungselements 29 größer. Daher ist der Außendurchmesser der Ummantelung 41 im Vergleich zu dem des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 größer. Genauer beträgt der Außendurchmesser der Ummantelung 41 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 in einem Fall, in welchem der Außendurchmesser der Ummantelung 41 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 z. B. 1,65 mm beträgt, beispielsweise 1,8 mm.
17 ist eine perspektivische Ansicht der Linse 61 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2, die teilweise abgeschnitten ist.
Die Funktionsweise der Linse 61 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 entspricht der grundlegenden Funktionsweise der Linse 35 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100. Die Krümmung der Linse 61 an verschiedenen Positionen der frei gekrümmten Oberfläche 65 unterscheidet sich jedoch von derjenigen der Linse 35 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100. Eine Formdifferenz der frei gekrümmten Oberfläche 65 ist darauf zurückzuführen, dass ein Brechungswinkel, der von der Linse 61 abhängt, im Vergleich zu einem Fall der Linse 35 um bis zu 10° entspannter ist.
18 ist eine ebene Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2.
Wie oben beschrieben, ist der erforderliche Brechungswinkel für die Linse 61 beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 kleiner. Daher ist eine Vorwölbungslänge der frei gekrümmten Oberfläche 65 der Linse 61 in der ebenen Schnittansicht kleiner als diejenige der frei gekrümmten Oberfläche 47 der Linse 35 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100.
19 ist eine seitliche Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 ist die Vorwölbungslänge der frei gekrümmten Oberfläche 65 in der seitlichen Schnittansicht ebenfalls kleiner als diejenige der frei gekrümmten Oberfläche 47 der Linse 35 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100.
Als Nächstes ist ein genaueres Aufbaubeispiel einer Umsetzung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 kann der Winkel (Neigungswinkel) des Hauptstrahls in der Sichtfeldrichtung in Bezug auf die Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 beispielsweise auf 30° eingestellt sein. Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 kann der Neigungswinkel beispielsweise so ausgelegt sein, dass er in den Bereich von 10° bis 60° fällt, indem die Funktion einer verschiedenen Linse 35 mit der für jedes Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 geeigneten frei gekrümmten Oberfläche genutzt wird.
Ein Blickwinkel kann auf vertikale 30 ± 30°, horizontale ± 35° und diagonale 90° eingestellt werden.
Die Blendenzahl kann F9.2 entsprechen.
Das Objektivabdeckglas 31 kann auf eine Breite von 1 mm und eine Länge von 1,15 mm eingestellt sein.
Das Objektivabdeckglas 31 kann eine Dicke von 0,4 mm aufweisen.
Die Linse 35 kann auf die Breite von 1 mm und die Länge von 1,15 mm eingestellt sein.
Die Linse 35 kann die Dicke von 0,8 mm aufweisen.
Das Bilderfassungselement 29 kann einen Außendurchmesser von φ1,0 mm aufweisen.
Das Bilderfassungselement 29 kann die Dicke von 0,1 mm aufweisen.
Das Elementabdeckglas 37 kann den Außendurchmesser von φ1,0 mm aufweisen.
Das Elementabdeckglas 37 kann die Dicke von 0,4 mm aufweisen.
Die Ummantelung 41 kann den Außendurchmesser von φ1,8 mm und die Dicke von 0,1 mm aufweisen.
Da das Bilderfassungselement 29 geneigt und verschoben ist, wird das Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 um die Bildhöhe in der Neigewinkelrichtung (etwa 0,35 mm im Fall eines 1-mm-Sensors) größer. Das heißt, in einem Fall, in welchem das um 10° geneigte Bilderfassungselement 29 an der Linse 61 in der Höhe von 1,0 mm befestigt ist, beträgt die Höhe der Linse 61 und des Bilderfassungselements 29, die miteinander integriert sind, 1,35 mm.
Die Leistung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 wird durch die Neigung des Bilderfassungselements 29 stark verbessert. In einem Fall, in welchem eine große Zahl von Pixeln vorhanden ist, wird vorteilhafterweise ein Aufbau mit dem geneigten Bilderfassungselement 29 verwendet.
Als Nächstes ist eine Betriebsweise gemäß dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben.
20 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer ebenen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2.
21 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung 200 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 ist das Bilderfassungselement 29 in der Sichtfeldrichtung geneigt, wie in 21 dargestellt. In einem Fall beispielsweise, in welchem ein Winkel, der zwischen der optischen Achse, die in der Sichtfeldrichtung im Hauptstrahl enthalten ist, und der Axiallinie 43 des distalen Endabschnitts 27 gebildet wird, 30° beträgt, wird angenommen, dass das Bilderfassungselement 29 in der Sichtfeldrichtung um 10° geneigt ist. Anders als bei einem Aufbau, bei dem das Bilderfassungselement 29 nicht geneigt ist, kann der Brechungswinkel, der von der Linse 61 abhängt, in diesem Fall auf 20° eingestellt sein. Bei der Linse 61 wird auch der Brechungswinkel in einer ebenen Schnittansicht, die in 20 dargestellt ist, kleiner als der Brechungswinkel der in 9 dargestellten Linse 35, die so ausgelegt ist, dass das Bilderfassungselement 29 nicht geneigt ist.
Folglich kann der Brechungswinkel der Linse 61 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 im Vergleich zu dem Aufbau, bei dem das Bilderfassungselement 29 nicht geneigt ist, um 10° reduziert werden. Die Linse 61 kann die chromatische Vergrößerungsaberration durch Reduzierung des Brechungswinkels minimieren. Infolgedessen erhöht sich bei dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 200, bei dem das Bilderfassungselement 29 geneigt ist, der Außendurchmesser der Ummantelung 41 geringfügig. Im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem die Linse nicht in dem gleichen Neigungswinkel geneigt ist, kann jedoch die Bildqualität verbessert werden. In einem Fall, in welchem das Endoskop mit schräger Blickrichtung eine besonders große Zahl von Pixeln aufweist, wird vorteilhafterweise der Aufbau, bei dem das Bilderfassungselement 29 geneigt ist, verwendet, da die chromatische Vergrößerungsaberration reduziert und die Leistung erheblich verbessert wird.
Auf diese Weise kann die Feldkrümmung beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 200 auf einfache Weise korrigiert werden, indem das Bilderfassungselement 29 geneigt wird, und die Bilderzeugungsleistung kann verbessert werden. Dies führt jedoch zu einer Vergrößerung des Durchmessers. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Leistung zu verbessern, während der Neigungsbetrag der Neigung minimiert und die Vergrößerung des Durchmessers unterdrückt wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Neigungsbetrag des Bilderfassungselements 29 15°oder weniger beträgt, und bevorzugt 10° oder weniger, sofern möglich. In einem Fall, in welchem ein weiter reduzierter Durchmesser Priorität erhält, ist es wünschenswert, dass der Neigungsbetrag 5° oder weniger beträgt.
Beispielhafte Ausführungsform 3
Als Nächstes ist die beispielhafte Ausführungsform 3 beschrieben. In der beispielhaften Ausführungsform 3 werden die gleichen Bezugszeichen für Elemente verwendet, die mit den in der beispielhaften Ausführungsform 1 beschriebenen Elementen übereinstimmen, und eine wiederholte Beschreibung ist ausgelassen.
22 ist eine perspektivische Ansicht des distalen Endabschnitts 27 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3 aus der Sicht von vorne.
23 ist eine Draufsicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 ist die Vorderstufenlinse 67 zwischen dem Objektivabdeckglas 31 und der Linse 35 angeordnet. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 ist ein Abstand vom Objektivabdeckglas 31 zur Linse 35 größer als beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 100, da die Vorderstufenlinse 67 zwischen dem Objektivabdeckglas 31 und der Linse 35 angeordnet ist.
24 ist eine Seitenansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
25 ist eine Vorderansicht des Inneren der Ummantelung des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
Die Vorderstufenlinse 67 ist in einer rechteckigen Form ausgebildet, sodass die Breite in der Richtung von rechts nach links in 23 und die Höhe in der Richtung von oben nach unten in 24 mit den entsprechenden Abmessungen des Objektivabdeckglases 31 und der Linse 35 übereinstimmen. Die Vorderansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 ist mit derjenigen des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 identisch.
26 ist eine perspektivische Ansicht der Linse 35 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
27 ist eine perspektivische Ansicht der Linse 35 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3, die teilweise abgeschnitten ist.
Die Linse 35 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 ist mit der Linse 35 des Endoskops mit schräger Blickrichtung 100 identisch. Wie oben beschrieben, ist der erforderliche Brechungswinkel für die Linse 35 beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 kleiner. Daher weist eine frei gekrümmte Oberfläche 47 der Linse 35 eine kleinere Auswölbungslänge auf als die frei gekrümmte Oberfläche 47 der Linse 35 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 100.
28 ist eine perspektivische Ansicht der Vorderstufenlinse 67 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
29 ist eine perspektivische Ansicht der Vorderstufenlinse 67 im Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3, die teilweise abgeschnitten ist.
Bei der Vorderstufenlinse 67 weist die Linsenoberfläche 71 eine konvex gekrümmte Oberfläche 69 auf, die in der Form einer kreisförmigen Kuppel, die sich im Wesentlichen in einer Kugelform erhebt, ausgebildet ist.
Als Vorderstufenlinse 67 ist als ein Beispiel eine kreisförmige Linse dargestellt. Jedoch ist der Aufbau nicht darauf beschränkt. Die Vorderstufenlinse 67 kann eine frei gekrümmte Oberfläche aufweisen. Die konvex gekrümmte Oberfläche 69 der Vorderstufenlinse 67 ist in einem unteren Abschnitt des konischen Lochs 73 ausgebildet.
30 ist eine ebene Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
Die Linse 35 ist mit der Vorderstufenlinse 67 verbunden, sodass eine Luftschicht 53 gebildet wird, die im konischen Loch 73 zwischen der Linsenoberfläche 71 und der Linse 35 eingeschlossen ist. Da die Luftschicht 53 in der Vorderstufenlinse 67 ausgebildet ist, ist es möglich, einen Brechungsindex des von der Linsenoberfläche 71 zur Luftschicht 53 emittierten Lichts zu erhöhen.
31 ist eine seitliche Schnittansicht des Endoskops mit schräger Blickrichtung 300 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
Die Vorderstufenlinse 67 ist so angeordnet, dass die Linsenmitte (optische Achse der Vorderstufenlinse 67) nach oben an eine Position oberhalb der Öffnung der Apertur 33 verschoben ist. Eine Position der Linsenmitte der Vorderstufenlinse 67 relativ zur Apertur 33 ist nicht hierauf beschränkt.
Als Nächstes ist eine Betriebsweise gemäß dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben.
32 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer ebenen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
33 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3.
Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 ist derart gestaltet, dass es zwei Linsen wie die Vorderstufenlinse 67 in der Nähe der Apertur und die Linse 35 in der Nähe der Bildebene aufweist.
Die Aberrationskorrektur wird von den Linsenoberflächen gemeinsam durchgeführt, sodass die Vorderstufenlinse 67 in der Nähe der Apertur hauptsächlich die sphärische Aberration und die Linse 35 in der Nähe der Bildebene hauptsächlich die Verzerrung korrigiert. Auf diese Weise kann eine fortgeschrittene Aberrationskorrektur durchgeführt werden, und die Bilderzeugungsleistung kann verbessert werden.
Beispielhafte Ausführungsform 4
Als Nächstes ist die beispielhafte Ausführungsform 4 beschrieben. In der beispielhaften Ausführungsform 4 werden die gleichen Bezugszeichen für Elemente verwendet, die mit den in der beispielhaften Ausführungsform 1 beschriebenen Elementen übereinstimmen, und eine wiederholte Beschreibung ist ausgelassen.
34 ist ein Lichtstrahlendiagramm in einer seitlichen Schnittansicht des optischen Systems des Endoskops mit schräger Blickrichtung 400 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 4.
Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 400 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 4 ist ein Paar aus einem Prisma 75 und einem Prisma 77 zusammen auf der Objektivseite der Linse 35 angeordnet, um die chromatische Vergrößerungsaberration zu reduzieren. Jedes der Prismen des Paars aus dem Prisma 75 und dem Prisma 77 ist ein Ablenkwinkelprisma, auf dem das einfallende Licht nicht reflektiert wird und das das einfallende Licht bricht. Das Paar aus dem Prisma 75 und dem Prisma 77 ist in engem Kontakt mit einer Verbindungsfläche. Das von der Lichtaustrittsfläche des Prismas 75 emittierte Licht fällt vertikal auf die Lichteinfallsfläche des Prismas 77.
Gemäß dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 400 kann eine Differenz zwischen einem Brechungsindex und einer Dispersionsrate genutzt werden, indem das Paar aus dem Prisma 75 und dem Prisma 77, die voneinander verschiedene Brechungsindizes und Dispersionsraten aufweisen, in Bezug auf die Linse 35 auf der Objektivseite angeordnet wird. Das Endoskop mit schräger Blickrichtung 400 kann die chromatische Aberration relativ zu einem Teil der chromatischen Vergrößerungsaberration, die in der Linse 35 auftritt, reduzieren, indem die Differenz zwischen dem Brechungsindex und der Dispersionsrate ausgenutzt wird. Im Endoskop mit schräger Blickrichtung 400 sind das Prisma 75 und das Prisma 77, die voneinander verschiedene Dispersionsraten aufweisen, an der Vorderseite der Apertur 33 so miteinander kombiniert, dass sie die durch den Ablenkungswinkel verursachte chromatische Aberration korrigieren und ein im Wesentlichen paralleles optisches System eingefügt wird. Auf diese Weise kann die Farbverschiebung in der Mitte des Bildschirms korrigiert werden. Beim Endoskop mit schräger Blickrichtung 400 kann das Paar aus dem Prisma 75 und dem Prisma 77 ein Abdeckglas ersetzen.
Modifikationsbeispiel
Als Nächstes ist ein Modifikationsbeispiel der beispielhaften Ausführungsform 1 beschrieben. Die Darstellung dieses Modifikationsbeispiels ist ausgelassen.
Ein Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß der Modifikation der beispielhaften Ausführungsform 1 weist weiterhin am distalen Ende auf der Objektivseite ein brechendes Abdeckglas auf. Dieses brechende Abdeckglas wird senkrecht zum Hauptstrahl in der Sichtfeldrichtung angeordnet, indem eine Luftschicht zwischen dem brechenden Abdeckglas und dem Objektivabdeckglas 31 vorgesehen wird. Das heißt, dass das Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß dem Modifikationsbeispiel derart gestaltet ist, dass das zusätzliche brechende Abdeckglas genauso stark geneigt ist wie der schräge Blickwinkel, um ein Springen eines zentralen Bilds zu eliminieren.
Wenn das Objekt in der Luft mit dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1 schräg in einem Winkel von 30° gesehen wird, wird das Objekt von dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 unter Wasser schräg in einem einem Winkel von 22° gesehen. Der Blickwinkel ändert sich um den vorderen Strahl, der vertikal auf das Abdeckglas fällt. Wenn das Endoskop mit schräger Blickrichtung 100 in das Wasser eintritt, verschiebt sich dementsprechend der Mittelpunkt. Wenn andererseits die chromatische Vergrößerungsaberration auf Grundlage der Luft korrigiert wird, wird die chromatische Vergrößerungsaberration unter Wasser überkorrigiert.
Daher weist das Endoskop mit schräger Blickrichtung gemäß dem Modifikationsbeispiel das brechende Abdeckglas auf, auf welches der Hauptstrahl in der Mitte der Lichtempfangsebene 51 vertikal fällt. In diesem brechenden Abdeckglas ist beispielsweise eine parallele flache Platte oder ein Kuppelglas vor dem distalen Endabschnitt 27 angeordnet.
Gemäß dem Endoskop mit schräger Blickrichtung dieses Modifikationsbeispiels ist das brechende Abdeckglas schräg angeordnet, sodass es zum Hauptstrahl in der Sichtfeldrichtung vertikal ist. Auf diese Weise fällt der Hauptstrahl in der Mitte der Lichtempfangsebene 51 vertikal ein. Selbst wenn das Endoskop mit schräger Blickrichtung in der Luft und unter Wasser ist, ist es folglich möglich, die Bewegung eines zentralen Bilds zu unterdrücken.
Gemäß dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 100, dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 200, dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 300 und dem Endoskop mit schräger Blickrichtung 400 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann das Endoskop mit schräger Blickrichtung daher miniaturisiert werden und die Sichtfeldrichtung kann schräg eingestellt werden, während die Zahl der Komponenten minimiert wird.
Nachfolgend sind Zahlenwertbeispiele zur genauen Umsetzung eines optischen Projektionssystems gemäß den beispielhaften Ausführungsformen 1, 2 und 4 beschrieben. Im Folgenden entspricht das Zahlenwertbeispiel 1 der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform 1, das Zahlenwertbeispiel 2 entspricht der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform 4 und das Zahlenwertbeispiel 3 entspricht der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform 2. Die optischen Konfigurationen der Zahlenwertbeispiele 1, 2 und 3 (35, 36, 44 und 52) stellen eine optische Konfiguration der beispielhaften Ausführungsform 1, 4 bzw. 2 dar.
Bei jedem der Zahlenwertbeispiele ist die Einheit der Längen in der Tabelle immer „mm“ und die Einheit der Blickwinkel ist immer „°“. In allen Zahlenwertbeispielen steht r für den Krümmungsradius, d für den Abstand (Abstand zur hinteren Oberfläche), nd für den Brechungsindex in Bezug auf die D-Linie und vd für eine Abbe-Zahl in Bezug auf die D-Linie.
In allen Zahlenwertbeispielen ist eine mit einem Sternchen hinter der Oberflächennummer gekennzeichnete Oberfläche die frei gekrümmte Oberfläche, und eine Form der frei gekrümmten Oberfläche ist durch die folgende Gleichung definiert, die ein lokales orthogonales Koordinatensystem (x, y und z) verwendet, dessen Ursprung ein Oberflächenscheitelpunkt ist. Hierbei entspricht x der Richtung von rechts nach links, wenn die Linse vom Objekt aus gesehen wird, y entspricht der Richtung von oben nach unten und z entspricht einer zu x und y orthogonalen Richtung.
Gleichung 1 $Z = . \frac{c r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}} + \sum_{j = 2}^{66} C_{j} x^{m} y^{n}$
Gleichung 2 $j = . \frac{{(m + n)}^{2} + m + 3 n}{2} + 1$
Hierbei ist:

Z: Durchhangmenge der zur z-Achse parallelen Oberfläche
r: Abstand in der radialen Richtung (=√(x²+y²))
c: Krümmung am Oberflächenscheitelpunkt
k: Konische Konstante
Cj: Koeffizient des Monoms x^myⁿ

In den folgenden Daten sind der Term der i-ten Ordnung von x, der in einem Polynom ein Koeffizient der frei gekrümmten Oberfläche ist, und der Term der j-ten Ordnung von y der Einfachheit halber als xiyj bezeichnet. Beispielsweise bezeichnet „X2Y“ den Koeffizienten der frei gekrümmten Oberfläche des Terms der zweiten Ordnung von x in dem Polynom und den Term der ersten Ordnung von y.
35 ist eine Ansicht zur Beschreibung von Einfallswinkeln θc, θu und θ1 der Strahlen, die auf einen Bildsensor (d. h. das Bilderfassungselement 29) fallen, gemäß den Zahlenwertbeispielen.
In 35 steht CG für das Abdeckglas (d. h. das Objektivabdeckglas 31), L1 für die Linse (d. h. die Linse 35) mit der frei gekrümmten Oberfläche, SG für ein Sensorabdeckglas (d. h. das Elementabdeckglas 37) und IMG für einen Bildsensor (d. h. das Bilderfassungselement 29).
In Tabelle 1 sind in jedem der Zahlenwertbeispiele 1, 2 und 3 die Einfallswinkel des Hauptstrahls, des nach oben gerichteten Strahls in der y-Richtung und des nach unten gerichteten Strahls in der y-Richtung, die auf die Mitte des Bildsensors fallen, als θc, θu bzw. θ1 bezeichnet. Die effektive Blendenzahl, die sich aus θu und θ1 ergibt, ist als Fey bezeichnet. In Tabelle 1 sind die Zahlenwertbeispiele als „Beispiele“ abgekürzt. In jedem der Zahlenwertbeispiele ist der Einfallswinkel θc des Hauptstrahls 5° oder kleiner, und die Effizienz des Bildsensors IMG (mit anderen Worten die Auslegungskennlinie 60 des einfallenden Lichts, die in 12 dargestellt ist) wird ausgenutzt (mit anderen Worten wird eine Eigenschaft, die im Wesentlichen äquivalent zur Kennlinie 60 ist, erhalten, ohne weit von der Kennlinie 60 abzuweichen), um die Auslegung durchzuführen. Tabelle 1

Blendenzahl der einzelnen Zahlenwertbeispiele

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3

θc 4,799 4,799 4,734

θu 1,507 1,507 -0,804

θ1 7,740 7,740 10,252

Fey 9,20 9,20 5,19
Zahlenwertbeispiel 1
36 ist ein Querschnittsaufbaudiagramm zur Beschreibung eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. In der Zeichnung stehen die Bezugszeichen 1 bis 6 für Oberflächennummern.
Die Strahlen, die von einem Punkt auf einer gestrichelten Linie einer Objektoberfläche emittiert werden, werden durch das Abdeckglas CG gebrochen, passieren die Apertur, werden durch die Linse L1 mit der positiven Brechkraft fokussiert und erzeugen in der Mitte des Bildsensors IMG ein Bild.
37 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels, in der die jeweiligen Koordinatenpositionen auf dem Bildsensor, die von der Bildseite im in 36 dargestellten Aufbaudiagramm aus gesehen sind, mit dem weißen Kreis 1 bis weißen Kreis 6 bezeichnet sind.
38(A) bis 38(F) sind Queraberrationsdiagramme in x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 bis weißen Kreis 6 an den jeweiligen Koordinatenpositionen gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. 38(A) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. 38(B) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 2 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. 38(C) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 3 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. 38(D) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 4 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. 38(E) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 5 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. 38(F) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 6 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. Eine durchgezogene Linie zeigt einen Verlauf der D-Linie (0,588 µm), eine kurz gestrichelte Linie zeigt einen Verlauf einer F-Linie (0,486 µm) und eine lang gestrichelte Linie zeigt einen Verlauf einer C-Linie (0,656 µm). Y-FAN ist die Queraberration in der y-Richtung und X-FAN ist die Queraberration in der x-Richtung.
Auf der vertikalen Achse in 38(A) bis 38(F) ist ein Queraberrationsbetrag (mm) aufgetragen. In 38(A) bis 38(F) ist ein maximaler skalarer Wert des Queraberrationsbetrags ±0,01 mm. Der Wert von ±0,01 mm bedeutet, dass der höchste Punkt der vertikalen Achse +0,01 mm entspricht und der niedrigste Punkt der vertikalen Achse -0,01 mm entspricht. Auf der horizontalen Achse in 38(A) bis 38(F) ist eine relative Pupillenhöhe aufgetragen. Auf der horizontalen Achse der Zeichnung auf der linken Seite der Queraberrationsdiagramme, die in einem 2x2-Schema angeordnet sind, ist dabei jeweils die relative Pupillenhöhe y in der y-Richtung aufgetragen, und auf der horizontalen Achse der Zeichnung auf der rechten Seite ist jeweils die relative Pupillenhöhe x in der x-Richtung aufgetragen (dies gilt analog für die folgenden Zahlenwertbeispiele).

Tabelle 2 und Tabelle 3 unten zeigen genaue Daten eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. Im Zahlenwertbeispiel 1 weist die Mitte des Bilds einen Winkel von etwa 60° in der y-Richtung auf (Richtung von oben nach unten in der Darstellungsebene) und der Blickwinkel in der y-Richtung beträgt etwa 60°. Die Objektoberfläche wird unter der Annahme eines Beobachtungsziels für die endoskopische Verwendung erhalten, und es wird angenommen, dass das Beobachtungsziel eine Halbkugelform mit einem Radius von 3,2 mm aufweist, die sich 3 mm vor der ersten Oberfläche befindet. Die Exzentrizität Y in der Tabelle steht für einen Verschiebungsbetrag in Bezug auf y-Richtung. In der Tabelle steht „Neigung α“ für einen Rotationsbetrag innerhalb der Ebene (dies gilt analog für die folgenden Zahlenwertbeispiele). Tabelle 2 zeigt die Oberflächendaten jedes optischen Elements gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. Tabelle 2

Oberflächendaten des Zahlenwertbeispiels 1
Oberflächen-Nr.		r (Y Krümmungsradius)	d	nd	vd	Exzentrizität Y	Neigung α	Anmerkungen
Objektoberfläche		3,2	3,000
1		Unbegrenzt	0,400	1,51680	64,20
Apertur		Unbegrenzt	0,010	1,58144	40,85	-0,045		Nur Oberfläche ist exzentrisch
3		Unbegrenzt	0,560	1,50900	55,00	-0,045		Nur Oberfläche ist exzentrisch
4	Freigekrümmte Oberfläche	-0,1107	0,343
5		Unbegrenzt	0,400	1,51680	64,20	-0,264		Nur Oberfläche ist exzentrisch
6		Unbegrenzt	0,010
Bildoberfläche

Nachfolgend zeigt Tabelle 3 die Daten für die frei gekrümmte Oberfläche. Tabelle 3

Daten für die frei gekrümmte Oberfläche im Zahlenwertbeispiel 1
Koeffizient	Ordnung	Vierte Oberfläche
k	0	-9,6424E-01
C3	Y	-2,9033E-01
C4	X2	2,7195E+00
C6	Y2	2,4616E+00
C8	X2Y	1,4817E+00
C10	Y3	9.2481E+00
C11	X4	9,4416E+00
C13	X2Y2	6.8917E+00
C15	Y4	-4,1793E+01
C17	X4Y	-3,5190E+01
C19	X2Y3	-1,7135E+02
C22	X6	-1,8473E+02
C24	X4Y2	1,5922E+02
C26	X2Y4	1,0876E+03
C28	Y6	4,5138E+02
C30	X6Y	8,9015E+01
C32	X4Y3	-9.5835E+02
C34	X2Y5	-2,4516E+03
C36	Y7	-8,4082E+02

Zahlenwertbeispiel 2
39 ist ein Querschnittsaufbaudiagramm zur Beschreibung eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. In der Zeichnung stehen die Bezugszeichen 1 bis 7 für Oberflächennummern.
Die Strahlen, die von einem Punkt auf einer gestrichelten Linie einer Objektoberfläche emittiert werden, werden durch das Abdeckglas CG1 und das Abdeckglas CG2 gebrochen, passieren die Apertur, werden durch die Linse L1 mit der positiven Brechkraft fokussiert und erzeugen in der Mitte des Bildsensors IMG ein Bild.
40(A) bis 40(F) sind Queraberrationsdiagramme in x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 bis weißen Kreis 6 an den jeweiligen Koordinatenpositionen gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. 40(A) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. 40(B) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 2 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. 40(C) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 3 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. 40(D) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 4 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. 40(E) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 5 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. 40(F) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 6 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. Die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf der D-Linie (0,588 µm), die kurz gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der F-Linie (0,486 µm) und die lang gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der C-Linie (0,656 µm) . Y-FAN ist die Queraberration in der y-Richtung und X-FAN ist die Queraberration in der x-Richtung.
Tabelle 4 und Tabelle 5 unten zeigen genaue Daten eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. Ähnlich wie im Zahlenwertbeispiel 1 weist die Mitte des Bilds im Zahlenwertbeispiel 2 einen Winkel von etwa 60° in der y-Richtung auf (Richtung von oben nach unten in der Darstellungsebene), und der Blickwinkel in der y-Richtung beträgt etwa 60°. Die Objektoberfläche wird unter der Annahme des Beobachtungsziels für die endoskopische Verwendung erhalten, und es wird angenommen, dass das Beobachtungsziel die Halbkugelform mit dem Radius von 3,2 mm aufweist, die sich 3 mm vor der ersten Oberfläche befindet. Eine Form jeder Oberfläche entspricht der Form gemäß dem Zahlenwertbeispiel 1. Die chromatische Aberration wird jedoch reduziert, indem das Abdeckglas CG1 und das Abdeckglas CG2 derart gestaltet sind, dass sie zwei Prismen umfassen.

Tabelle 4 zeigt die Oberflächendaten jedes optischen Elements gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. Tabelle 4

Oberflächendaten des Zahlenwertbeispiels 2
Oberflächen - Nr.		r (Y Krümmungsradius)	d	nd	vd	Exzentrizität Y	Neigung α	Anmerkungen
Objektoberfläche		3,2	3,000
1		Unbegrenzt	0,200	1,59349	67,00		40,000	Nur Oberfläche ist exzentrisch
2		Unbegrenzt	0,200	1,59270	35,44		-40,000	Nur Oberfläche ist exzentrisch
Apertur		Unbegrenzt	0,010	1,58144	40,85	-0,045		Nur Oberfläche ist exzentrisch
4		Unbegrenzt	0,560	1,50900	55,00	-0,045		Nur Oberfläche ist exzentrisch
5	Freigekrümmte Oberfläche	-0,1107	0,343
6		Unbegrenzt	0,400	1,51680	64,20	-0,264		Nur Oberfläche ist exzentrisch
7		Unbegrenzt	0,010
Bildoberfläche

Nachfolgend zeigt Tabelle 5 die Daten für die frei gekrümmte Oberfläche gemäß dem Zahlenwertbeispiel 2. Tabelle 5

Daten für die frei gekrümmte Oberfläche im Zahlenwertbeispiel 2
Koeffizient	Ordnung	Fünfte Oberfläche
k	0	-9,6424E-01
C3	Y	-2.9033E-01
C4	X2	2,7195E+00
C6	Y2	2.4616E+00
C8	X2Y	1,4817E+00
C10	Y3	9.2481E+00
C11	X4	9,4416E+00
C13	X2Y2	6,8917E+00
C15	Y4	-4,1793E+01
C17	X4Y	-3,5190E+01
C19	X2Y3	-1,7135E+02
C22	X6	-1,8473E+02
C24	X4Y2	1,5922E+02
C26	X2Y4	1,0876E+03
C28	Y6	4,5138E+02
C30	X6Y	8,9015E+01
C32	X4Y3	-9,5835E+02
C34	X2Y5	-2,4516E+03
C36	Y7	-8,4082E+02
C37	X8	1,3586E+03
C39	X6Y2	1,6423E+03
C41	X4Y4	8,8816E+02
C43	X2Y6	1.0545E+03

Zahlenwertbeispiel 3
41 ist ein Querschnittsaufbaudiagramm zur Beschreibung eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. In der Zeichnung stehen die Bezugszeichen 1 bis 7 für Oberflächennummern.
Die Strahlen, die von einem Punkt auf einer gestrichelten Linie einer Objektoberfläche emittiert werden, werden durch das Abdeckglas CG1 und das Abdeckglas CG2 gebrochen, passieren die Apertur, werden durch die Linse L1 mit der positiven Brechkraft fokussiert und erzeugen in der Mitte des Bildsensors IMG ein Bild.
42(A) bis 42(F) sind Queraberrationsdiagramme in x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 bis weißen Kreis 6 an den jeweiligen Koordinatenpositionen gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. 42(A) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 1 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. 42(B) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 2 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. 42(C) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 3 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. 42(D) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 4 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. 42(E) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 5 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. 42(F) ist ein Queraberrationsdiagramm in der x-, y-Richtung im weißen Kreis 6 an der jeweiligen Koordinatenposition gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. Die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf der D-Linie (0,588 µm), die kurz gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der F-Linie (0,486 µm) und die lang gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der C-Linie (0,656 µm). Y-FAN ist die Queraberration in der y-Richtung und X-FAN ist die Queraberration in der x-Richtung.
Tabelle 6 und Tabelle 7 unten zeigen genaue Daten eines optischen Abbildungssystems gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. Im Zahlenwertbeispiel 3 weist die Mitte des Bilds einen Winkel von etwa 60° in der y-Richtung auf (Richtung von oben nach unten in der Darstellungsebene) und der Blickwinkel in der y-Richtung beträgt etwa 60°. Die Objektoberfläche wird unter der Annahme des Beobachtungsziels für die endoskopische Verwendung erhalten, und es wird angenommen, dass das Beobachtungsziel eine um 30° geneigte Oberfläche ist, die sich 3,5 mm vor der ersten Oberfläche befindet.

Tabelle 6 zeigt die Oberflächendaten jedes optischen Elements gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. Tabelle 6

Oberflächendaten des Zahlenwertbeispiels 3
Oberflächen-Nr.		r (Y-Radius der Krümmung)	d	nd	vd	Exzentrizität Y	Neigung α	Anmerkungen
Objektoberfläche		Unbegrenzt	0,000				30,0	Nur Oberfläche ist exzentrisch
1		Unbegrenzt	3,500
2		Unbegrenzt	0,400	1,51680	64,20
Apertur		Unbegrenzt	0,010	1,58144	40,85	-0,0378		Nur Oberfläche ist exzentrisch
4		Unbegrenzt	0,430	1,50900	55,00	-0,0378		Nur Oberfläche ist exzentrisch
5	Frei gekrümmte Oberfläche	-0,1974	0,450
6		Unbegrenzt	0,400	1,51680	64,20	0,0328	10,0	Nur Oberfläche ist exzentrisch
7		Unbegrenzt	0,010
Bildoberfläche

Nachfolgend zeigt Tabelle 7 die Daten für die frei gekrümmte Oberfläche gemäß dem Zahlenwertbeispiel 3. Tabelle 7

Daten für die frei gekrümmte Oberfläche im Zahlenwertbeispiel 3
Koeffizient	Ordnung	Fünfte Oberfläche
k	0	-1,0000E+00
C3	Y	6,6350E-02
C4	X2	9,8558E-01
C6	Y2	1,0145E+00
C8	X2Y	-1,2050E+00
C10	Y3	-1,4650E-01
C11	X4	8,3035E-01
C13	X2Y2	1.0212E+01
C15	Y4	-4,1802E+00
C17	X4Y	1,0103E+02
C19	X2Y3	-2,6731E+00
C22	X6	-8,7526E+01
C24	X4Y2	-1,0204E+03
C26	X2Y4	-4,9819E+02
C28	Y6	1,4016E+03
C30	X6Y	-31716E+03
C32	X4Y3	2,2782E+03
C34	X2Y5	-8,1074E+02
C36	Y7	-1,7704E+04
C37	X8	8,4523E+02
C39	X6Y2	2,4780E+04
C41	X4Y4	5,5849E+03
C43	X2Y6	3,4564E+04
C45	Y8	8,9380E+04
C47	X8Y	3.2845E+04
C49	X6Y3	-3,5840E+04
C51	X4Y5	-5,0915E+04
C53	X2Y7	-1,5267E+05
C55	Y9	-2,0709E+05
C58	X8Y2	-1,9452E+05
C60	X6Y4	1.8843E+04
C62	X4Y6	9,1723E+04
C64	X2Y8	2,0236E+05
C66	Y10	1,8278E+05

Vorstehend sind die beispielhaften Ausführungsformen und die Zahlenwertbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Beispiele beschränkt ist. Fachleute werden selbstverständlich erkennen, dass verschiedene Modifikationsbeispiele oder Korrekturbeispiele innerhalb des in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen Umfangs denkbar sind. Es versteht sich von selbst, dass die Modifikationsbeispiele oder die Korrekturbeispiele in den technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Die jeweiligen Aufbauelemente der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen können optional miteinander kombiniert werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Offenbarung hat den Effekt einer Reduzierung der Zahl der Komponenten, der Miniaturisierung, der Kostenreduktion und der Gewichtsreduktion der Bilderfassungsvorrichtung und ist beispielsweise für ein Endoskop mit schräger Blickrichtung mit kleinem Durchmesser, das in der medizinischen Chirurgie eingesetzt wird, nützlich.

Claims

Endoskop mit schräger Blickrichtung, umfassend: eine Apertur; eine Linse, die eine frei gekrümmte Oberfläche mit einer positiven Brechkraft umfasst; und ein Bilderfassungselement, das ein Bild erfasst, das durch die Linse, welche die frei gekrümmte Oberfläche mit der positiven Brechkraft umfasst, erzeugt wird, wobei Strahlen, die durch eine Mitte der Apertur laufen und auf eine Mitte des Bilderfassungselements fallen, in einer schrägen Blickrichtung einfallen, durch die Linse, welche die frei gekrümmte Oberfläche mit der positiven Brechkraft umfasst, abgelenkt werden und im Wesentlichen vertikal auf das Bilderfassungselement fallen.
Endoskop mit schräger Blickrichtung nach Anspruch 1, wobei die Linse eine im Wesentlichen rechteckige Außenform aufweist.
Endoskop mit schräger Blickrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Linse die Strahlen so ablenkt, dass ein Winkel der Strahlen, die auf das Bilderfassungselement fallen, reduziert wird, indem eine Oberfläche der Linse veranlasst wird, eine positive Brechkraft aufzuweisen, und die Strahlen auf einer Lichtempfangsebene des Bilderfassungselements konvergiert, um ein Bild zu erzeugen, und wobei die Oberfläche der Linse so ausgebildet ist, dass sie als ein einzelnes Stück dient.
Endoskop mit schräger Blickrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend: ein Elementabdeckglas, das zwischen der Linse und dem Bilderfassungselement angeordnet ist, wobei die Linse und das Elementabdeckglas über ein Haftharz miteinander verbunden sind.
Bildaufnahmesystem, umfassend: Endoskop mit schräger Blickrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4; und einen Korrekturprozessor, der eine Korrekturverarbeitung an einem Signal eines Bilds, das von dem Endoskop mit schräger Blickrichtung erfasst wird, durchführt.