DE2900282A1

DE2900282A1 - Verfahren und vorrichtung zum fokussieren einer objektivlinsenanordnung eines endoskops

Info

Publication number: DE2900282A1
Application number: DE19792900282
Authority: DE
Inventors: Miwako Maeda; Nobuo Yamashita
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1979-01-05
Publication date: 1979-07-12
Also published as: JPS6155086B2; DE2900282C2; JPS5494352A; US4269485A

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBEP? · D 40C0 ESSErJ 1 · AM RL¹HRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126 Seite - /- 0 145

OLYMPUS OPTICAL CO. LTD. Hatagaya 2-43-2, Shibuya-ku, Tokyo—to, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Fokussieren einer Objektivlinsenanordnung eines Endoskops

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fokussieren einer Objektivlinsenanordnung eines Endoskops .

Bei der Konstruktion von Endoskopen ist es sehr wichtig, bei der Beobachtung eines entfernt gelegenen Objekts einen möglichst großen Sichtbereich zu schaffen, und bei der Beobachtung einer kleinen Zone mit demselben Endoskop letzteres so dicht als möglich an die Beobachtungszone heranzuführen, um einen anormalen Teil genau und fehlerlos erkennen zu können. Zum Beobachten eines dicht benachbarten Objekts sollte ein Endoskop vor allem eine starke Vergrößerung haben und eine geeignete Scharfeinstellung bzw. Fokussierung unter der starken Vergrößerung ermöglichen.

Zum Fokussieren einer Objektivlinsenanordnung eines Endoskops ist beispielsweise aus der bekannt gemachten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 99087/74 ein Verfahren bekannt, bei dem entsprechend der Darstellung in Figuren IA und IB der vorliegenden Anmeldung ein optisches Faserbündel 1 verschoben wird. Genauer gesagt, wird das optische Faserbündel 1 um eine Strecke

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^q = ^fo^ßO ^zur"ückgezogen (wobei das Bezugszeichen f_Q die Brennweite der Objektivlinse 2 und das Bezugszeichen B_n den Vergrößerungsfaktor der Objektivlinse 2 bezeichnen), um das Endoskop aus der Einstellung zur Beobachtung eines entfernt angeordneten Objekts (Figur IA) in die Stellung zur Beobachtung eines nahe benachbarten Objekts (Figur IB) zu verstellen. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, hat diese bekannte Methode den Nachteil, daß die Hauptstrahlen unter einem großen Einfallwinkel auf das optische Faserbündel fallen und die übertragene Lichtstärke im Randbereich des optischen Faserbündels geringer ist, wodurch die Randzonen eines von dem optischen Faserbündel übertragenen Bildes dunkler werden.

Nach einem anderen, beispielsweise aus der bekannt gemachten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 2194/75 bekannten Verfahren zum Fokussieren einer Objektivlinsenanordnung eines Endoskops ist die Objektivlinsenanordnung 2' in zwei Gruppen 2'a und 2'b entsprechend der Figur 2A und Figur 2B unterteilt und die Fokussierung erfolgt durch Änderung des Abstandes zwischen den beiden Linsengruppen. Dauei wird die Linsengruppe 2'b, die auf der Seite des optischen Faserbündels 1 angeordnet ist, axial verschoben, um das Endoskop beispielsweise aus der in Figur 2A dargestellten Stellung zur Beobachtung eines entfernt angeordneten Objekts in die in Figur 2B dargestellte Lage zu überführen, bei der die Objektivlinsenanordnung auf ein nahe benachbartes Objekt O fokussiert ist. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es keine genügend starke Vergrößerung herbeiführen kann, da die Öbjektivlinsenanordnung eine kurze Brennweite besitzt, wenn sie auf das relativ naheliegende Objekt O fokussiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor erwähnten Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zum Fokussieren einer Objektivlinsenanordnung eines Endoskops zu beseitigen, also eine in praktisch allen möglichen Einstellungen der Objektivlinsenanordnung im wesentlichen gleichmäßige Bildhelligkeit und eine relativ starke Vergrößerung bei der Nahbeo-

-β- ' q 2300282

bachtung eines Objekts zu gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren zum Fokussieren einer eine Frontlinsengruppe und eine hintere Linsengruppe aufweisenden Objektivlinsenanordnung eines Endoskops vor, bei dem die Stirnfläche eines optischen Faserbündels auf der Rückseite der hinteren Linsengruppe angeordnet , ist und der Abstand zwischen den beiden Linsengruppen durch gemeinsames Verschieben der hinteren Linsengruppe und des Faserbündels gegenüber der Frontlinsengruppe geändert wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist eine eine Frontlinsengruppe und eine hintere Linsengruppe enthaltende Objektivlinsengruppe und ein optisches Faserbündel auf, dessen Stirnfläche auf der Rückseite der hinteren Linsengruppe angeordnet ist, wobei die beiden Linsengruppen relativ zueinander verschiebbar sind. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die hintere Linsengruppe und das stirnseitige Ende des optischen Faserbündels derart in fester axialer Lagezuordnung gehalten sind, daß der Abstand zwischen der vorderen Stirnfläche des optischen Faserbündels und der hinteren Linsengruppe bei der Änderung des Abstandes zwischen den beiden Linsengruppen konstant bleibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. IA, IB, 2A und 2B schematische Schnittansichten, welche herkömmliche Verfahren zum Fokussieren der Objektivlinsenanordnung eines Endoskops veranschaulichen;

Fig. 3A und 3B schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fokussieren der Objektivlinsenanordnung eines Endoskops;

Fig. 4A und 4B Schnittansichten durch ein Ausführungs— beispiel der Objektivlinsenanordnung für ein Endoskop, die gemäß der Erfindung fokussiert werden karmj

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Fig. 5 grafische Darstellungen der Aberrationseigenschaften der Objektivlinsenanordnung bei deren Fokussierung auf ein in unendlicher Entfernung angeordnetes Objekt; und

Fig. 6 grafische Darstellungen der Aberrationseigenschaften der Objektivlinsenanordnung bei deren Fokussierung auf ein im Abstand von 3 mm ange- , ordnetes Objekt.

Bei der Erfindung ist die Objektivlinsenanordnung in einer Frontlinsengruppe L und einer hinteren Linsengruppe L- in der in Figur 3A und 3B dargestellten Weise unterteilt. Die hintere Linsengruppe L₂ wird zusammen mit einem optischen Faserbündel 1 verschoben, um den Abstand zwischen der Frontlinsengruppe L. und der hinteren Linsengruppe Lp zu verändern, wodurch die Objektivlinsenanordnung fokussiert werden kann. Die Objektivlinsenanordnung ist zur Durchführung des erfindungsge— mäßen Fokussierungsverfahrens so ausgebildet, daß sie der folgenden Bedingung genügt:

f < f _α < /2f~

Figur 3A zeigt die Objektivlinsenanordnung in einer Lage, bei der sie auf ein weit entferntes Objekt fokussiert ist, während Figur 3B denjenigen Fall veranschaulicht, bei dem die Objektiv— linsenanordnung auf ein in kurzer Distanz angeordnetes Objekt fokussiert ist. Mit anderen Worten, die Objektivlinsenanordnung wird dadurch auf ein nahe benachbartes Objekt O scharf eingestellt, daß die hintere Linsengruppe L₂ der Objektivlin— senanordnung zusammen mit dem optischen Faserbündel 1 aus der in Figur 3A dargestellten Stellung in die in Figur 3B dargestellte Lage überführt wird, wobei der Zwischenraum Oq zwischen der hinteren Linsengruppe L„ und dem optischen Faserbündel 1 stets konstant bleibt. Aufgrund dieses Fokussierungsverfahrens bzw. der zugehörigen Anordnung gelingt es, den Hauptstrahl unter einem kleinen Winkel auf das optische Faserbündel zu werfen. Darüber hinaus kann eine starke Vergrößerung eines nahe gelegenen Objekts erreicht werden.

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ζ~ ■ 2300232

Wenn die Objektivlinsenanordnung auf ein mit unendlichem Abstand angeordnetes Objekt fokussiert wird, kann ihre Gesamtbrennweite f durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückt werden:

wobei f die Brennweite der Prontlinsengruppe L₁ und ß₂ den Vergrößerungsfaktor der hinteren Linsengruppe Lp darstellen.

Der Vergrößerungsfaktor ß der Objektivlinsenanordnung kann bei deren Fokussierung auf ein im Unendlichen liegendes Objekt durch die nachfolgende Formel (2) ausgedrückt werden:

ß = ß _α· ß ₂ — (2)

wobei B₁ den Vergrößerungsfaktor der Frontlinsen— gruppe darstellt.

Eine Verschiebung Δ,. kann durch die nachfolgende Formel (3) ausgedrückt werden:

^f ₁ ^#ß ₁

Aus dieser Formel läßt sich die Verschiebung Δ^ wie folgt ausdrücken:

A₁= f-fl-(f_a/f)²

Da der AbstandA_Q vom hinteren Brennpunkt der Objektivlinsen anordnung zur Stirnfläche des optischen Faserbündels gleich f·β ist, läßt sich Δ,, wie folgt ausdrücken:

A₁ -A₀(f₁/_f)² (4)

Eine zu große Verschiebung des optischen Faserbündel.s ist wegen der Bruchgefahr der Fasern und der sich ergebenden Ver längerung des distalen Endes des Endoskops unerwünscht. Es

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ist daher erforderlich, den Wert Δ. innerhalb eines Bereichs

-L. 5

von Δ < 2Aq zu begrenzen. Daher gilt für Cf /f) in der Formel (4):

Der hintere Brennpunkt der Objektivlinsenanordnung (Abbil- ' dungslage bei Fokussierung der Objektivlinsenanordnung auf ein im Unendlichen gelegenes Objekt) muß auf der Rückseite der Endfläche der Objektivlinsenanordnung gelegen sein, und daher muß ß^ kleiner als 1 sein. Da β = (f/f<.)<l gemäß Formel (1), muß die Objektivlinsenanordnung der folgenden Bedingung genügen:

(6)

Aus den Ungleichungen (5) und (6) folgt, daß die Brennweite f., der Frontlinsengruppe der folgenden Bedingung genügen muß:

Im folgenden werden die numerischen Daten für eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fokussierungsverfahrens geeignete Objektivlinsenanordnung für ein Endoskop angegeben:

T₁ ■ 1,0630 " ·

d_x = 0,426 H₁ = 1,6968 ;;. V₁₁- 55,5 X₂ « -0,6843 · · ' '

d₂ = 0,128 n₂ -.1,78472_t V₂ - 25,7^ r₃ - 2,2051

d₃ = 0,085 ·
r₄ = 1,5243 ü.

d₄ · 0,128 n₃ » 1,78472 V₃ = 25,7

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	4255	0	,426	*	ⁿ4 -	1	,6968 i \	2900282	_r
	^d5 =				-		L K
	,8834	0.	,340 -	- 1,888		Γ	'₄ - 55,5
-O	d, =

d₇ - 0,213 n₅

r₈ = -2,1277

10

- 1,51633 ϊ V₅ - 64,2

d₈ = 0,043 2,1277

d_g = 0,213 n

₆ = 1,51633

64,2

f . = 1 F/3,0 ±₁ = 1,085 TW =

2ω = 61°25'
-10*47·

wobei r. bis r._n die Krümmungsradien der Flächen der e"htsprechenden Linsenelemente, d,, bis dg die Dicken-Abmessun gen der zugehörigen Linsenelemente und die zwischen diesen vorhandenen Luftspalte,V^ bis V, die Brechungsindizes der entsprechenden Linsenelemente, n. bis n,- die Abbezahlen der Linsenelemente und TW den Winkel zwischen dem Hauptstrahl und der optischen Achse an der Stirnfläche des optischen Faserbündels darstellen.

Dieses Beispiel für die Objektivlinsenanordnung für ein Endoskop hat die in den Figuren 4A und 4B dargestellte Zusammensetzung, wobei Figur 4A die Objektivlinsenanordnung bei deren Einstellung auf d_& = 0,340, fokussiert auf ein im Unendlichen gelegenes Objekt, und Figur 4B die Objektivlinsenanordnung bei deren Einstellung auf dg = 1,888, fokussiert auf ein in einem Abstand von 3mm gelegenes Objekt zeigen. Bei diesem Beispiel sind die Werte von f, F, 2<aj und TW für dg = 0,340 angegeben. Wenn die Objektivlinsenanordnung für dg= 1,888 vorgesehen ist, so ergeben sich die folgenden Werte: f = 3,215; F/3,0; 2ω = 28^Ο12·; TW - 3°43'ϊ und ß « 1,315X.

909828/09 3-.fi

Leerseite

Claims

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Ansprüche

ilJ Verfahren zum Fokussieren einer eine Frontlinsengruppe und eine hintere Linsengruppe aufweisenden Objektivlinsenanordnung eines Endoskops, bei dem die Stirnfläche eines optischen Faser— bündeis auf der Rückseite der hinteren Linsengruppe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Linsengruppen durch gemeinsames Verschieben der hinteren Linsengruppe und des Faserbündels gegenüber der Frontlinsengruppe geändert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer eine Frontlinsengruppe und eine hintere Linsengruppe aufweisenden Objektivlinsenanordnung und einem optischen Faserbündel, dessen Stirnfläche auf der Rückseite der hinteren Linsengruppe angeordnet ist, wobei die beiden Linsengruppen relativ zueinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet , daß die hintere Linsengruppe (Lp) und das stirnseitige Ende des optischen Faserbündels (1) derart in fester axialer Lagezuordnung gehalten sind, daß der Abstand zwischen der vorderen Stirnfläche des optischen Faserbündels (1) und der hinteren Linsengruppe (L₂) bei der Änderung des Abstandes zwischen den beiden Linsengruppen konstant bleibt.

Z/Ha

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