DE2919205A1

DE2919205A1 - Optisches system fuer harte endoskope

Info

Publication number: DE2919205A1
Application number: DE19792919205
Authority: DE
Inventors: Ken-Ichi Nakahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-05-15
Filing date: 1979-05-12
Publication date: 1979-11-22
Also published as: US4300812A; JPH0238926B2; JPS54149291A; DE2919205C2

Description

Anwalisakte: P + σ 441
Kennwort: "Endoskop"

SL

Olympus Optical Go., Ltd., Tokio

Optisches System für harte Endoskope

Die Erfindung betrifft ein optisches System für harte (oder nicht flexible) Endoskope, insbesondere ein optisches System, bei welchem eine aus einer Mehrzahl von Relaislinsen als Linsensystem für veränderliche Vergrößerungen gestaltet ist. Bei der medizinischen Untersuchung mittels eines Endoskopes ist es erwünscht, die durch das Endoskop zu betrachtenden Körperstellen optisch zu vergrößern. Um diesem V/uns ehe nachzukommen, wurde seither schon das distale Ende des Endoskops aus seiner normalen Position in eine andere verbracht, die sich näher bei dem zu betrachtenden Objekt befindet; dabei wurde die hierdurch verursachte Brennpunkt-Umstimmigkeit dadurch korrigiert, daß das Okular im optischen System örtlich verändert wurde.

Ein derartiges Vorgehen hat jedoch den Nachteil, daß es nicht erlaubt, Bilder mit genügend starker Vergrößerung zu betrachten. Dies hat die folgenden Gründe:

1, Es ist unmöglich, die Objektivlinse in eine Stellung zu verbringen, die dem zu betrachtenden Objekt genügend nahe ist, da der Vorderbrennpunkt der Objektivlinse des optischen Systemes innerhalb der Objektivlinse selbst liegt;

2. Wird das Objektiv näher an das zu betrachtende Objekt herangebracht, so ist es unmöglich, die Brennpunktverrückung zu korrigieren, da der Bewegungsbereich des Okulars beschränkt ist.

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Man kennt eine weitere Methode, um das Beobachten von Bildern sowohl bei normaler Größe als auch vergrößert zu ermöglichen. Dieses Verfahren besteht darin, Objektivlinsen, die für verschiedene Vergrößerungen bestimmt sind, herzurichten und zum Zwecke der Betrachtung gegeneinander auszutauschen. Diese Verfahren hat jedoch die folgenden Nachteile:

1. Es erfordert die Herrichtung zusätzlicher Objektivismen;

2. Das Endoskop benötigt langwierige Vorkehrungen, um aus der betreffenden Körperhöhle herausgenommen zu werden, damit die Objektivlinsen gegeneinander ausgetauscht werden können: hierbei kann die zu betrachtende Körperstelle aus dem Blickfeld verloren gehen, wenn das Endoskop wieder in die Körperhöhlung eingeführt wird; und

3. Der ^atient muß beim wiederholten Ein- und Ausführen des Endoskops unter Umständen beträchtliche Schmerzen auf sich nehmen.

Eine dritte Methode zum Beobachten einer Stelle unter optischer Vergrößerung besteht darin, ein Okular in einem Endoskop zu verwenden, das als Linsensystem für variable Vergrößerungen geeignet ist. Bei einem solchen Endoskop ist jedoch die Helligkeit des Bildes bei normaler Größe anders als bei Vergrößerung, da das Bild, welches aus denen durch Objektivlinse und Relaylinsen hindurchgetretenen Strahlen gebildet wird, durch das Okular vergrößert wird. Deshalb hat dieses dritte Verfahren den Nachteil, daß die Bilder, insbesondere bei starker Vergrößerung, so wie diese für winzigste Beobachtungen erforderlich ist, abgedunkelt wird.

Es könnte zusätzlich zu den oben erwähnten Verfahren daran gedacht werden, eine Objektivlinse eines Endoskops als Gummilinse zu gestalten. Eine Gummilinse (= Linse mit variabler Brennweite) von der Bauart, die mechanische Kompensation benutzt, erfordert jedoch einen komplizierten Verschiebemechanismus. Es ist unmöglich, einen Verschiebemechanismus im distalen Ende eines Endoskopes unterzubringen, das ja schließlich einen kleinstmöglichen Durchmesser haben sollte. Weiterhin ist das Objektiv-

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linsensystem für ein Endoskop sehr klein und enthält praktisch keinen Raum, der das Verschieben spezifischer Linsen für das Verstellen der Brennweite erlaubt. Deswegen ist es praktisch unmöglich, als Objektivlinsensystem eines Endoskopes eine Gummilinse des Types der qtischen Kompensation zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System für Endoskope zu schaffen, das es erlaubt, Gegenstände (Körperstellen usw.) bei normaler Größe sowie auch vergrößert zu betrachten, und zwar durch räumliches Verändern einer der Relaylinsensysteme oder eines Teiles hiervon innerhalb eines optischen Systemes des genannten Endoskopes, das eine Objektivlinse, Relaylinsen und ein Okular umfaßt.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hier soll ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zum besseren Verständnis dargestellt werden. Man erkennt aus der Zeichnung die Zusammenstellung des optischen Systemes für Endoskope. Dort ist eine Objektivlinse 0 dargestellt, ferner Feldlinsen Fi und F₂, Relaylinsen R₁ und R^ sowie ein Okular E. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist diejenige Relaylinse R,, die von den Relaylinsen der Objektivlinse 0 am nächsten liegt, als Linsensystem mit variabler Vergrößerung ausgeführt. Genauer gesagt ist die Relaylinse Ri in eine verschiebbare Linse Rl' und eine feststehende Linse Ri'' unterteilt. Die verschiebbare Linse R-, ' kann zwischen (fen ausgezogen dargestellten Linien und den strichpunktiert dargestellten Linien jeweils verfahren werden, um das optische System auf verschiedene Vergrößerungswerte einzustellen.

Wird die verschiebbare Linse R₁' in die durch die ausgezogenen Linien dargestellte Lage verbracht, so ist sie mit ihrer Brennweite auf das Bild eingestellt, das mit Objektivlinse 0 gebildet ist. Es werde unterstellt, daß die verschiebbare Linse in dieser Lage eine Vergrößerung von ßi habe. Weiterhin bildet die feststehende Linse R₁" in der Relaylinse Ri ein Bild bei einer Vergrößerung von ßo bei einer vorbestimmten Position vor der Relaylinse R₂ (in der Feldlinse F₂, die in der Zeichnung ge-

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29192^5

zeigt ist). Das durch diese Relaylinse gebildete Bild wird zwecks Übertragung nacheinander durch die Rehylinsen R₂, R^ ... scharf gestellt. Es sei weiterhin unterstellt, daß die bewegliche Linse in die durch die strichpunktierte Linie angedeutete Position verfahren wird, um eine Vergrößerung von l/ß-. herbeizuführen. In diesem Zustand verbleibt das durch die bewegliche Linse R₁' erzeugte Bild an derselben Stelle. Deshalb bildet die feste Linse R]/¹ ein Bild in der gleichen Position wie dasjenige, das dann gebildet wird, wenn die bewegliche Linse R,' in die durch ausgezogene Linien veranschaulichte Position verbracht wird. Wird die verschiebbare Linse R₁' in die durch die ausgezogenen Linien angedeutete Position verbracht, so wird das durch die Objektivlinse erzeugte Bild durch die Relaylinse R₁ bei einer Vergrößerung von B₁ χ ß₂ fokusiert. Wirddie verschiebbare Linse R₁' in die Position verbracht, die durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, so wird die Vergrößerung der Relaylinse R₁ aber in 1/B₁ χ ß₂ geändert. Da B₁ = 2,ο und da ß₂ = 2,0 ist, wie im folgenden durch die mathematische Beziehung veranschaulicht werden soll, so ist die Relaylinse als Linsensystem mit Veränderung der Vergrößerung bei einem Verhältnis von 1 : 4 aufgebaut.

Die oben beschriebene Ausführungsform verwendet die Relaylinse R₁ als Linsensystem mit variabler Vergrößerung, bei welchem die verschiebbare Linse R₁' der Relaylinse R₁ zwischen den Positionen verfahren werden kann, die jeweils durch die ausgezogenen und die strichpunktierten Linien veranschaulicht sind; hierbei kann das Endoskop zum Beobachten einer interessierenden Stelle auf eine hohe Vergrößerung eingestellt werden.

Bei dieser Ausführungsform ist die Relaylinse R₁ in eine bewegliche Linse R₁' und eine feste Linse R₁'¹ unterteilt. Beide Linsen bilden ein Bild vorbestimmter Vergrößerung, das auf eine Vergößerung von Ix durch die Relaylinsen Rg, R, ... verstärkt wird. Es ist jedoch möglich, die festen Linsen wegzulassen. In diesem Falle kann das Bild in einem gewünschten Maße vergrößert werden, und zwar durch die Relaylinsen, die hinter der Relaylinse R₂ angeordnet sind, oder allein durch die bewegliche Linse. Ferner kann die Relaylinse, die als Linsensystem

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variabler Vergrößerung verwendet wird, nicht der Objektivlinse am nächsten angeordnet werden. Um die Strahlen wirksam in das Linsensystem verstellbarer Vergrößerung einfallen zu lassen, ist es jedoch vorteilhaft, Relaylinsen zu verwenden, die bei der Objektivlinse näher als das Linsensystem variabler Vergrößerung angeordnet sind. Ist eine Relaylinse zu benutzen, die von der Objektivlinse weiter weg liegt als das Linsensystem variabler Vergrößerung, so ist es notwendig, das vor dem Linsensystem variabler Vergrößerung angeordnete Linsensystem derart zu gestalten, daß eine genügend große Strahlenmenge in das Linsensystem variabler Vergrößerung einfallen kann.

Zusätzlich zu den sich aus der oben beschriebnen Ausführungsform ergebenden Vorteile ist es möglich, Bilder unter verschiedener Vergrößerung durch ein Endoskop dadurch zu betrachten, daß eine Relaylinse als Gummilinse im Endoskop gestaltet wird. In jenen Fällen, in welchen Gummilinsen von der Bauart des mechanischen Kompensierens sind, so erfordern die mechanischen Elemente wie beispielsweise ein Zahnstangenmechanismus, unverrneidlicherweise eine Vergrößerung des Durchmessers des hierbei zu benutzenden Endoskopes; die praktische Anwendung in einem Endoskop, das ja stets einen kleineren Durchmesser haben muß, ist damit nicht ohne weiteres möglich. Deshalb ist es notwendig, ein Linsensystem variabler Vergrößerung von jener Art zu schaffen, das die optische Kompensation verwendet.

Es kann ferner daran gedacht werden, in einer Hülse mehrere Linsen anzuordnen, die das Verschieben dieser Linsen innerhalb des Endoskopes erlauben. Eine solche Hülse erfordert wiederum einen großen Raum innerhalb des Endoskopes und ist daher mit den allgemeinen, an ein Endoskop zu stellenden Anforderungen nicht in Einklang zu bringen.

Im folgenden sollen einige Daten für das oben erläuterte Ausführungsbeispiel in Bezugnahme auf die Zeichnung wiedergegeben werden:

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Γ =

V₁ = oo

A₁ = 0.0321 U₁ - 1.788ο V = 47.43

ν₂ = 0.1048

- 0.1413

v^ = -1.854ο

d^ = 0.1284 η₂ = 1.6860 V_g = 49.

Pj₁ = -0.2063

■di, = 0.2081

=: 5.ΟΟ94

= O.I359 n, = 1.62041 V, = 60.27

= -Ο.1536

d₆ = 0.0423 n^ = 1.84666 V ^ = 23.90

r„ = -O.296O

r₈ = I.0901

„ = O.313O

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291920!

	^d8 ⁼	0.	6993	"5 ⁼	ⁿ6 ⁼	ⁿ12 -	1	^V5 ⁼	= 36.25
^r9	= -1.0901
	^d9 =	0.	99 (variable)		ⁿ13 ⁼
^rio	= 0.919
	^d10 =	= 0	.045	n₇ =	1.	^V6	= 57.33
^rll	« 3.170
	^dll ⁼	= 0	.008	ⁿ8 ⁼
^r12	= 0.247
	^d12^a	' 0	.069		1.	^V7	= 55.33
^r13	= 1.134
	⁴³I₃ =	0	.031	n₉ =	1.	^V8	= 39.10
^r14	= 0.204
	^d14 *	0	.235	ⁿ10 ⁼
^r15	■ -0.210
	^d15 =	0,	.031		1.	V₉	= 39.21
^r16	= -1.684
	^d16 ⁼	0.	,069	ⁿll ⁼	' 1	^v10	= 55.33
^r17	= -0.362
	^d17 ⁼	0.	,006	88 (variable)
^r18	= -5.860
	^d18 ⁼	0.	044	096	1	^vll	= 57.33
^r19	= -0.507
	^d19 ⁼	1.		192
^r20	= 0.884
	^d20 =	0.		1	^V12	= 56.14
^r21	= 0.224
	^d21 ⁼	0.	1,	^V13	= 36.63
^r22	= 0.243
.62004



,65830



67790

62606



59551

.67790



.65830



.56883

.61659

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^r26 ⁼

28

30

^d22 ⁼ °·⁶⁰⁴⁶ = 1.6829

^d23 ⁼ °·⁶⁴²⁶ = -1.6829

d₂₄ = 0.0465 = 1.4110

d₂₅ = 3.3109

d₂₆ = 0.1182 1.8607

d₂₇ * 0.1980 -0.4708

d₂₈ » 0.0658 -1.0354
. d₂₉ = 0.1696

OO

d₃₀ = 3.3109 -1.4110

d₃₁ = 0.5190 1.4110

^r33 ⁼

= 0.1182

= 1.8607

= 0.1980

35

36

1.62004

= 1.62004

1.65160

= 1.62004

= 3.3109 n₁₉ = 1.62004

d₃₅ = 0.0658 n.

-1.0354

909847/07 7

= 1.65160

= 1.80610

= 36.25

^v ₁₅ = 36.25

= 58.67

= 1.80610 υ.. = 40.95

= 36.25

= 36.25

= 58.67

= 40.95

40 9

(Ug = O.1696

= 00

Ci₃₇ = 3.3109 n₂₂ = 1.62004 ^₂₂ = 36.25 = -1.4110

= 2.2095

d₃₉ = 0.0642 n₂₃ = 1.78472 \)₂ =25.7

= O.6153

d_4o = 0.1605 n₂₄ = 1.67003 v>₂₄ = 47.3

= -I.0717

Hierin bedeutet das Bezugszeichen f die Bimnweite der Relay linse R₁ , das Bezugszeichen r-, bis Vu, bedeutet die Krümmungsradien der jeweiligen Oberflächen; die Bezugszeichen di bis d₄ bedeuten die Dicken der jeweiligen Linsenelemente und der dazwischen befindlichen Lufträume; die Besugszeichen η^ bis np₄ bedeuten die Brechnungsindizes der jeweiligen Linsenelemente; die Bezugszeichen V₁ bis V₂₄ bedeuten Abbe's Ziffern der jeweiligen Linsenelemente.

Bei den oben wiedergegebenen numerischen Angaben bedeutet das Symbol d_Q den Luftspalt zwischen der Feldlinse P₁ und der Relaylinse R,, wenn die bewegliche Linse R₁' in die durch ausgezogene Linien veranschaulichte Position^verbracht ist. Ist die bewegliche Linse in die durch die strichpunktierten Linien veranschaulichte Position verbracht, so haben die Bezugszeichen dg und d,„ Werte von 2,4o bzw. 0,48.

Durch Veränderung des Abstandes zwischen dem distalen Ende bis zu dem zu beobachtenden Objekt läßt sich das erfindungsgemäße, oben beschriebene Endoskop zwecks Beobachtung auf verschiedene Vergrößerungen einstellen. Setzt man das Endoskop in dieser

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Weise ein, so ist es möglich, die Vergrößerung des Endoskopes innerhalb eines Bereiches zu verändern, der größer ist als jener, der durch Verschieben der beweglichen Linse erreichbar ist; außerdem läßt sich ein Effekt erzielen, der ähnlich jenem mit einem Endoskop ist, das eine Gummilinse umfaßt. Sofern das Endoskop ein Linsensystem mit variabler Vergrößerung umfaßt, das die oben angeführten numerischen Daten hat, so sind die Vergroßerungsbereiche, wie im folgenden dargestellt wird, dadurch variabel, daß man den Abstand zwischen dem distalen Ende und dem zu beobachtenden Objekt verändert:

Abstand 1, gemessen zwischen distalem Ende und zu betrachtendem Objekt	^d9	^d19	Gesamt
4.28	2.39	0,49	0.52
4.28	0.93	1.94	2.01
2.68	2.40	0.48	Ο.81
2.68	0.94	1.93	3.15
1.6l	2.40	0.48	1.33
ι.βι	0.97	1.88	5.OI
1.07	2.40	0.48	1.96
1.07	0.99	1.89	7.21
0.54	2.39	Ο.49	3.67
0.54	1.03	1.84	12.89

Die bei dem Ausführungsbeispiel verwendete Objektivlinse und das verwendete Okular sind für Vergrößerungen von 0,128 (im Falle eines Standardwertes für einen Abstand zu dem zu betrachtenden Objekt von l,6l) bzw. 10,4l.

Es versteht sich aus den vorangegangenen Beschreibungen, daß das erfindungsgemäße Endoskop Relaylinsen umfaßt, von denen eine derart gestaltet und angeordnet ist, daß sie ein Linsensystem variabler Vergrößerung darstellt, und zwar mit einem solchen Aufbau, wie dieser unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben ist, oder ein optisches Kompensationssystem vom Gummilinsentyp; das ganze System ist

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ORIGINAL INSPECTED

ferner derart gestaltet und angeordnet, daß die Vergrößerung dadurch verändert werden kann, daß die genannte Relaylinse, die als Linsensystem variabler Vergrößerung gestaltet ist, insgesamt oder teilweise linear entlang der optischen Achse verschoben werden kann. Deshalb wird durch die vorliegende Erfindung ein Endoskop geschaffen, das einen kleinen Durchmesser selbst dann hat, wenn das Endoskop ein Linsensystem variabler Vergrößerung umfaßt, und das außerdem zur Beobachtung eines Bildes genügend starker Vergrößerung leicht veränderbar oder umschaltbar ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Optisches System für Endoskope, umfassend eine Objektivlinse, eine Mehrzahl von Relaylinsensystemen zum aufeinanderfolgenden Fokusieren des Bildes, das mit der genannten Objektivlinse gebildet ist, um das genannte Bild zu übertragen, und mit einem Okular, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte optische System für Endoskope derart gestaltet und angeordnet ist, daß eine der genannten Relaylinsensysteme als Linsensystem variabler Vergrößerung gestaltet ist, wobei wenigstens eine Linsenkomponente entlang der optischen Achse verfahren werden kann und die Vergrößerung des genannten optischen Systemes mit dem Linsensystem variabler Vergrößerung veränderbar ist.

Optisches System für Endoskope gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Relaylinsensysteme, das der Objektivlinse am nächsten liegt, als Linsensystem variabler Vergrößerung aufgebaut ist.

Optisches System für Endoskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Linsenkomponente des Linsensystemes innerhalb des genannten Relaylinsensystems stufenweise auf der optischen Achse verfahren werden kann.

Optisches System für Endoskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Relaylinsensysteme als optisches Kompensationssystem mit einer Gummilinse aufgebaut ist.