DE2535908A1

DE2535908A1 - Optisches system fuer ein endoskop

Info

Publication number: DE2535908A1
Application number: DE19752535908
Authority: DE
Inventors: Nobuo Yamashita
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1974-08-14
Filing date: 1975-08-12
Publication date: 1976-02-26
Also published as: DE2535908B2; DE2535908C3; JPS5121835A

Description

Optisches System für ein Endoskop Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System für ein Endoskop mit einer Faseroptik zur Übertragung eines Bildes eines zu beobachtenden Objekts und einem an einer Endfläche der Faseroptik angeordneten Objelctiv, das ein Bild des Objekts auf der Endfläche der Faseroptik entwirft.
Bekanntlich finden Endoskope zur Beobachtung der Innenwand o.dgl. eines Körperhohlraums, z. B. des Magens Verwendung, wobei das Endoskop in den Körperhohlraum eingeführt wird. Soweit es erforderlich ist, einen verletzten Teil unter Beobachtung durch das Endoskop abzuschneiden, sind Endoskope in der Regel mit Pinzetten ozdgl. ausgerüstet, mit denen der verletzte bzw. befallene Teil abgeschnitten werden kann. Da die Pinzette jedoch mit beträchtlichem Abstand von der optischen Achse des dem Endoskop zugeordneten optischen System angeordnet ist, haben bekannte Endoskope den Nachteil, daß sich die Lage der Pinzette beim Abschneiden eines Wandteils mit Hilfe der Pinzette schlecht durch das Endoskop beobachten läßt. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, sind bekannte optische Systeme für Endoskope mit einem Prisma oder Reflexionsspiegel ausgestattet, die in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Weise vor dem Objektiv angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Prisma 3 vor dem optischen System des Endoskops angeordnet, das eine Faseroptik 1 zur Übertragung des von einem Objekt 2 entworfenen Bildes des Objekts aufweist.
Unter Ausnutzung der Brechung am Prisma 3 wird die Pinzette in eine Lage in der Nähe des Sichtfeldsmittelpunkts des optischen Systems gebracht. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ein Prisma 4 vor dem Objektiv 2 angeordnet. An diesem Prisma 4 sind totalrefelektierende Flächen 4a und 4b vorgesehen, und die Pinzette wird in eine Lage nahe dem Zentrum des Betrachtungsfelds gebracht. (In dem zuletzt genannten Falle kann an Stelle des Prisma 4 eine Kombination aus 2 Reflektorspiegeln eingesetzt werden).
Diese bekannte Anordnung haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 wird Astigmatismus hervorgerufen, und aufgrund der Dispersion des Prismas wird das Bild bei unterschiedlichen Wellenlängen entsprechend verschoben. Wenn der Sichtwinkel des optischen Systems groß gemacht werden soll, muß das Prisma 3 ebenfalls eine bestimmte Größe haben, wodurch das distale Ende des Endoskops, in dem sich das große Prisma befindet, unerwünscht dick wird. Bei der bekannten Ausführungsform nach Fig. 2 sind zwei reflektierende Oberflächen erforderlich, die die optische Achse des Systems umlenken, Dadurch wird ebenfalls das distale Ende des Endoskops relativ dick. Darüberhinaus neigt diese Anordnung zum Flackern.
Aufgabe der Erfindung ist es, dem distalen Ende eines Endoskops eine besonders einfache und kompakte Bauform zu geben und dabei günstige Beobachtungsverhältnisse zu schaffen.
Ausgehend von einem optischen System der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß die optische Achse des ObjektivsgegenüDer der Mittellinie der Faseroptik parallel verschoben ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in Gegenüberstellung zu bekannten Ausführungsformen optischer Endoskopsysteme schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 und 2 bekannte optische Systeme für Endoskope; Fig. 3 eine Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 4 eine Schnittansicht durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 5 eine Schnittansicht durch die wesentlichen Teile des erfindungsgemaßen optischen Systems, insbesondere durch das Objektiv.
In Fig. 3 der Zeichnung ist unter Beibehaltung der Bezugszeichen der Fig. 1 und 2 eine Faseroptik 1 und ein Objektiv 2 dargestellt. Das Bezugszeichen 1a bezeichnet die Mittellinie der Faseroptik 1,und das Bezugszeichen 2a bezeichnet die optische Achse des Objektivs 2. Dargestellt sind ferner eine Pinzette 5 und ein zur Betätigung der Pinzette dienender Draht 6. Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 hat die Pinzette 5 einen Axialabstand 1 von der Stirnfläche des Objektivs 2, und der Draht 6 hat einen Radialabstand d von der optischen Achse 2a. Daraus ergibt sich ein Einfallwinkel 4 der Strahlen von der Pinzette 5 zu Objektiv 2, der sich durch die folgende Beziehung ausdrücken läßt: tan G = d Die Höhenlage h des unter dem Winkel G in das Objektiv einfallenden Strahlenbündels, d. h. der Abstand zwischen der Mittellinie la der Faseroptik und der optischen Ahse 2 a des Objektivs, wird durch die folgende Gleichung beschrieben, in der der Buchstabe f die Brennweite des Objektivs 2 bezeichnet; h 2 f tan G (2) Es ergibt sich daher durch Zusammenfassung der Gleichungen (#) und (2): h = d f (3) Daher kann die in der zuvor beschriebenen Lage befindliche Pinzette (Axialabstand 1 von der Stirnfläche des Objektivs und Radialabstand d von der optischen Achse des Objektivs) in das Zentrum des Beobachtungsfeldes gebracht werden, wenn die optische Achse 2a des Objektivs 2 gegenüber der Mittellinie aa der Faseroptik um die gemäß Gleichung (3) berechnete Größe h verschoben ist.
Bei einem Endoskop, das seitlich von der Faseroptik ein Beleuchtungssystem aufweist, weicht die von dem Beleuchtungs system bestrahlte Zone von der durch das Objektiv beobachteten Zone ab. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die vorliegende Erfindung auf den zuvor erwähnten Fall angewendet wird.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnet das Bezugszeichen 7 einen zur Ausleuchtung dienenden Lichtleiter.
Das zu beobachtende Objektiv ist mit 8 bezeichnet. In Fig. 4 stellt d'den (radialen) Abstand zwischen der Mittellinie 7a des Lichtleiters 7 und der optischen Achse 2a des Objektivs und 1' den (axialen) Abstand zwischen der Objektivoberfläche 8 und der Stirnfläche des Objektivs 2 dar, wobei der Abstand h zwischen der Mittellinie 1a der Faseroptik 1 und der optischen Achse 2a des Objektivs 2 in der gleichen Weise wie zuvor durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: h = d' f (3?) l' Im folgenden wird ein Beispiel für die numerischen Werte des bei dem zuvor beschriebenen optischen System für ein Endoskop verwendeten Objektivs angegeben, wobei auf das optische System gemäß Fig. 5 Bezug genommen wird: r = d1 = 0,6 n1 = 1,51633 +~ r2 = 2,175 d2 = 6,49 r3 =-49,125 d3 = 1,0 n2 = 1,69680 2 2 = r4 =-6,007 d4 = 0,2 r5 = 7,42 d5 = 1,6 n3 = 1,62041 >t3 = 60,3 r6 =-3,187 d6 = 0,5 n4 = 1,84666 9t4 = 23,9 r7 =-6,888 f = 2,5 F 1 : 3 Hierbei stellen die Symbole r1 bis r7 jeweils Krümmungsradien der Oberflächen zugehörige Linsen, die Symbole d1 bis d6 jeweils die Dicken der entsprechenden Linsen bzw. die Luftspalte zwischen den Linsen, die Symbole n bis n4 die Brechungsindizes und die Sympole t1 bis jeweils die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen dar.
Das Objektiv mit den zuvor genannten numerischen Werten ist auf der Grundlage eines Winkels G = 70 konstruiert.
Es ist daher tan G = 0,123, die Brennweite f des Objektivs 2 ist 2,5 und demgemäß die Verschiebung h = 7d f = 0,3 Da der Wert der Verschiebung sehr klein ist, werden das optische System und das dieses aufnehmende distale Ende des Endoskops selbst dann nicht groß, wenn die optische Achse des Objektivs gegenüber der Mittellinie der Faseroptik verschoben ist. Darübeiinaus wird bei dem zuvor angegebenen Verschiebungsgrad die Bildqualität nicht ungünstig beeinflußt.
Mit dem beschriebenen optischen System für ein Endoskop ist es möglich, die Pinzette in unmittelbare Nahe des Sichtfeldzentrums zu legen, indem die optische Achse des Objektivs gegenüber der Mittellinie der Faseroptik nur geringfügig verschoben wird. Dabei entfält die Notwendigkeit der Anordnung eines Prismas, reflektierender Spiegel usw. vor dem Objektiv.

Claims

Ansprüche

e Optisches System für ein Endoskop mit einer Faseroptik zur Übertragung eines Bildes eines zu beobachtenden Objekts und einem an einer Endfläche der Faseroptik angeordneten Objetiv , das ein Bild des Objektives auf der Endfläche der Faseroptik entwirft, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die optische Achse (2a) des Objektivs (2) gegenüber der Mittellinie (la) der Faseroptik (1) parallel verschoben ist.
2.) Optisches System nach Anspruch 1, wobei das Endoskop eine über einen Draht betätigbare Pinzette aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gröhe (h) der Verschiebung der optischen Achse (2a) des Objektivs (2) von der Mittellinie (la) der Faseroptik (1) durch folgende Gleichung gegeben ist : h = d wobei 1 der Axialabstand zwischen der Pinzette (5) und der Stirnseite des Objektivs (2), d der radiale Abstand zwischen dem Draht (6) und der optischen Achse (2a) des Objektivs und f die Brennweite des Objektivs (2) ist.
3.) Optisches System nach Anspruch 1, bei dem das Endoskop einen zu Beleuchtungszwecken dienenden Lichtleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsgröße (h) der optischen Achse (2a) des Objektivs (2) gegenüber der Mittellinie tla) der Faseroptik (1) durch die folgende Gleichung gegeben ist: h = -ys f wobei d'den radialen Abstand zwischen der Mittellinie des Lichtleiters (7) und der optischen Achse des Objektivs, 1' den axialen Abstand zwischen der Stirnfläche des Objektivs und dem zu beobachtenden Obj ekt (8) und f die Brennweite des Objektivs (2) darstellt.
4.) Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (2) aus drei Linsen zusammengesetzt ist, wobei die erste Linse eine negative Linse, die zweite Linse eine positive Meniskuslinse und die dritte Linse eine zementierte positive Doppel~ linse ist, und daß das Objektiv durch die folgenden numerischen Werte bestimmt ist: r1 Oo d1 = 0,6 n1 = 1,51633 1 = 64s1 r2 = 2,175 d2 = 6,49 r3 =-49,125 d3 = 1,0 n2 = 1,69680 V2 = r4 --6,007 d4= 0,2 r 5 = 7,42 5 d5= 1,6 n3 = 1,62041 <3 = 60,3 r6 = -3,187 d6 = 0w5 n4 = 1,84666 #4 = 23,9 r7 = -6,888 f = 2,5 S F 1 :3 wobei die Symbole r1 bis r7 die Krümmungsradien von OberElächen der zugehörigen Linsen, die Symbole d1 bis d6 die Dicken der zugehörigen Linsen und die Lu£tspalte zwischen diesen Linsen, die Symbole n1 bis n4 die Brechungsindizes der entsprechenden Linsen und die Symbole 91 bis 94 die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen darstellen.