DE2638999B2 - Objektiv für Sichtgeräte mit Faseroptik - Google Patents
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Description
besitzt, mit n0 als Brechungsindex auf der optischen
Achse, χ als Koeffizienten der Brechungsindexverteilung und R als Abstand von der optischen Achse,
gekennzeichnet durch die Anordnung der Blende (S) an der objektseitigen Endfläche des eine
Länge entsprechend der Formel
if == Λ , I
besitzenden optischen Elements und die Ausbildung des Deckglases auf der Gegenstandsseite des
Sichtgerätes als die Krümmung der Petzvalschen Bildfeldschale und den Farbquerfehler korrigierende
plankonkave Zerstreuungslinse.
2. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachstehend aufgeführten numerischen
Daten:
r, = cc
r2 = 1,869
rf, =0,37 Hj= 1,51633 rd = 64,1
r, = α-
(I2 = 0,2
d3 = 2,7 lichtfokussierendes heterogenes Medium μΛ = 22,8
r, = oo
dabei sind
die sich auf das lichtfokussierende heterogene Medium beziehenden numerischen Werte folgende:
= 1,63, ,xj = 0,338
/■= 1, μ = 0,3, I = Σ Λ" = 0,0373.
■ >'iJi
3. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachstehend aufgeführten numerischen
Daten:
r{ = -x,
i
r2 = 2,63
r2 = 2,63
di = 0,37 Hj = 1,69895
>·,, = 30,12 = 0,2
r, = ro
d3 = 2,7 lichtfokussierendes heterogenes Medium /id = 60,6
dabei sind
die sich auf das lichtfokussierende heterogene /I0,,= 1,63, «j = 0,338
/=!,/< = 0,33, I =E-V = °'0065
''J
''J
ίο
Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv für Sichtgeräte mit Faseroptik nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
Optische Systeme für Sichtgeräte mit Faseroptik wie flexible Endoskope enthalten ein gegenstandsseitig
angeordnetes Objektiv und ein optisches Faserbündel hinter dem Objektiv, wobei derartige optische Systeme
dazu dienen, ein Bild eines Gegenstandes zu entwerfen und durch das optische Faserbündel zu übertragen.
Bei solchen Endoskopen mit optischem Faserbündel tritt jedoch ein Verlust an Lichtstärke auf, wenn das
Licht durcii das optische Faserbündel übertragen wird. Dieser Lichtstärkeverlust ist am geringsten, wenn das
Strahlenbündel in das optische Faserbündel annähernd senkrecht zur Stirnfläche des Faserbündels eintritt Um
das Strahlenbündel von dem zu betrachtenden Gegenstand vertikal zur Endfläche des optischen Faserbündels
eintreten zu lassen und die Anordnung so zu treffen, daß ein gutes Bild erzielt werden kann, war es bisher
notwendig, ein Objektiv mit komplizierter Linsenanordnung zu verwenden.
Aus der DE-OS 19 39 478 ist ein Objektiv für Sichtgeräte mit Faseroptik mit einem zylindrischen
abbildenden optischen Element aus einem heterogenen Medium, das nahe der objektseitigen Endfläche des
Faserbündels angeordnet ist und eine Brechungsindexverteilung gemäß der Formel
besitzt, mit ng als Brechungsindex auf der optischen
Achse, λ als Koeffizient der Brechungsindexverteilung und Aals Abstand von der optischen Achse, bekannt.
Die Abbildung mit derartigen Objektiven ist jedoch nicht bildfehlerfrei.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gut korrigiertes Objektiv für Fasersichtgeräte
anzugeben, welches bei einfachem Aufbau ein senkrechtes Auftreffen der Hauptstrahlen auf die
objektseitige Endfläche des Faserbündels zu erzielen gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausbildung des Objektivs mit den im Kennzeichen des
Anspruches 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 schematisch den Verlauf der Strahlen durch das lichtfokussierende heterogene Medium,
F i g. 2 eine Schnittansicht eines bekannten Systems mit einem zylindrischen abbildenden Element,
F i g. 3 das erfindungsgernäße Objektiv,
Fig.4 eine Schniuansicht eines Linsensystems für
Endoskope,
Fig.5A-5C Korrekturkurven des Objektivs I
gemäß der Erfindung (F i g. 3),
Fig.6A-6C Korrekturkurven des Objektivs II gemäß der Erfindung (F i g. 3),
Fig. 7A —7C Korrekturkurven des bekannten in
F i g. 1 dargestellten optischen Systems.
In dem lichtfokussierenden heterogenen Medium, dessen Brechungsindexverteilung durch die Formel
D =
"Af =
ϊ-fog- IM,2}"2'
wobei der äußere Durchmesser mit 2 Λ angegeben ist.
Daher ist der maximale Bildfeldwinkel durch den äußeren Durchmesser begrenzt.
Um einen noch größeren Bildfeldwinkel zu erzielen, ist erfindungsgemäß eine Zerstreuungslinse 3 auf der
Gegenstandsseite des lichtfokussierenden heterogenen Mediums angeordnet, wie Fig.3 zeigt. Wenn die
Zerstreuungslinse auf der Gegenstandsseite des lichtfokussierenden heterogenen Mediums in dieser Weise
angeordnet ist, wird der Bildfeldwinkel des optischen Systems größer und darüber hinaus ist es möglich, die
Zerstreuungslinse auch als Deckglas zu verwenden. In diesem Fall wird vorteilhafterweise eine plankonkave
Linse als Zerstreuungslinse verwendet, wie F i g. 3 zeigt. Darüber hinaus wird die Bildfeldkrümmung und
chromatische Queraberration mittels der Zerstreuungslinse verringert
Was die Bildfeldkrümmung anbetrifft, so wird die Petzval-Summe, die die Bildfeldkrümmung wiedergibt,
durch die folgende bekannte Formel ausgedrückt:
10
ausgedrückt wird, worin n0 den Brechungsindex auf der
optischen Achse, λ einen Koeffizienten der Brechungsindexverteilung
und R den Abstand von der optischen Achse bezeichnen, wird der Verlauf der abbildenden
Strahlen eine Sinuskurve, wie in F i g. 1 gezeigt ist. Wenn ein solches lichtfokussierendes heterogenes
Medium eine Länge, die gleich
20
ist, was Λ1/4, d.h. π/2 entspricht, vor einem optischen
Faserbündel 1 angeordnet ist, wie Fig.2 zeigt, und
wenn die Blende S an der objektseitigen Endfläche 2a des lichtfokussierenden heterogenen Mediums angeordnet
ist, verläuft der Hauptslrahl C vertikal zur bildseitigen Endfläche 2b des lichtfokussierenden
heterogenen Mediums, wie Fig.2 weiter zeigt. Mit
anderen Worten: die Austrittspupille liegt im Unendlichen. Ist das zylindrische lichtfokussierende heterogene
Medium 2 am distalen Ende des optischen Faserbündels, so wie F i g. 2 zeigt, angeordnet, so wird der maximale
halbe Bildfeldwinkel ωΜ durch die folgende Formel
ausgedrückt
tan m.f = -- -■--
möglich, den Wert P klein zu machen. Wenn jedoch die
Zerstreuungslinse, wie in F i g. 3 gezeigt, vorgesehen ist, ist es möglich, den Wert P klein zu machen und
infolgedessen ist es möglich, die Bildfeldkrümmung beträchtlich zu reduzieren. Wenn die Brennweite der
Zerstreuungslinse 3 mit /0 bezeichnet wird, die
Brennweite des Objektivs mit /, und die Vergrößerung des lichtfokussierenden heterogenen Mediums mit ß,
ergibt sich die Beziehung f,= fo\ß\. Bei unverändertem f,
wird /0 klein, wenn |/?| groß wird. In diesem Fall wird die
Bildfeldkrümmung überkorrigiert. Darüber hinaus wird die Entfernung von der Endfläche 2b des Faserbündels
zur Bildfläche groß und dies ist für optische Systeme von Endoskopen unerwünscht Wenn andererseits |)ϊ| zu
klein ist, wird /0 groß, und es wird unmöglich, den
Bildfeldwinkel groß zu machen. Wenn man dies in Betracht zieht, ist es zweckmäßig, den Wert β
entsprechend 0,04 < \ß\ < 0,7 zu wählen.
Mit der chromatischen Queraberation verhält es sich folgendermaßen. Bei üblichen Linsensystemen wird die
Abbe-Zahl i></ verwendet und v</ kann durch folgende
Formel ausgedrückt werden
Im Falle einer dünnen Linse wird die Achromasiebedingung (Farbquerfehler) für paraxiale Strahlen wie
folgt ausgedrückt
=
'M · (i/A
Andererseits wird im Falle des lichtfokussierenden jj heterogenen Mediums μα durch die folgende Formel
ausgedrückt als der Parameter, der der Abbe-Zahl entspricht
Iff
I _ /V1: — IVt·
I'd
K1,
40 worin
ist.
In dem Fall, daß das lichtfokussierende heterogene Medium einer dünnen Linse entspricht, kann die
Achromasiebedingung für den Farbquerfehler für paraxiale Strahlen wie folgt ausgedrückt werden:
™ 1 ^ (l/A-(»/A-
(i/A '
Im allgemeinen ist der Parameter μ</ positiv und das
lichtfokussierende heterogene Medium hat eine chro-
->j matische Queraberration ähnlich der gewöhnlichen
Linsen. Daher ist es möglich, das lichtfokussierende heterogene Medium hier wie eine gewöhnliche achromatische
Linse zu behandeln und infolgedessen wird die chromatische Aberration verringert, wenn die Zerstreu-
w) ungslinse, wie in Fig.3 gezeigt, hinzugefügt wird. Im
Falle gewöhnlicher Linsen wird die chromatische Aberration durch den folgenden Parameter ausgedrückt
Wenn das optische System nur aus dem lichtfokussierenden heterogenen Medium besteht, ist die Brechkraft
immer von positivem Wert und daher ist es nicht Wenn dieser Parameter bei Objektiven nach der
vorliegenden Erfindung zugrunde gelegt wird, ist es
möglich, die chromatische Aberration als klein zu betrachten, wenn Δ klein ist. Um bei dem erfindungsgemäßen
Objektiv chromatische Quer-Aberration gut zu korrigieren, ist es wünschenswert, wenn \Δ\
< 0,04 ist.
Die numerischen Werte der bevorzugten Ausführungsformen
des Objektivs sind wie folgt:
Objektiv 1
c, = x
J1 =0,37 nd =1,51633 .·,, = 64,1
r2 = 1,869
d2 = 0,2
C, = X
d3 = 2,7 lichtfokussierendes heterogenes Medium /id = 22,8
= CO
Die sich auf das Iichtfokussierende heterogene Medium beziehenden numerischen Werte sind folgende:
= 1,63, λ,, = 0,338
/= ι, (i = 0,3, 1 =
= 0,0373
Objektiv II c,
r, = co
dx = 0,37 nd = 1,69895 rd = 30.12
r, = 2,53
d2 = 0,2 /·.·, = cc
d3 = 2,7 lichtfokussierendes
heterogenes Medium /id = 60,6
nOd = 1,63, Λα = 0,338
/= 1, /i = 0,3, 1 =σΛ- = θ'0065
Die Korrekturkurven des Objektivs I sind in F i g. 5A 5B und 5C und die Korrekturkurven des Objektivs I
sind in F i g. 6A, 6B und 6C dargestellt.
Wenn ein Objektiv verwendet wird, das etwa dii
·> gleiche Abbildungsleistung wie die Objektive nach de
vorliegenden Erfindung hat und das aus gewöhnlichei Linsen aufgebaut ist, so ergibt sich beispielsweise die ii
F i g. 4 angeordnete Linsenanordnung und die numeri sehen Werte eines solchen Linsensystems sind wie folgt
r, = cc
ί/,=0,37 π, = 1,51633 V1 = 64,15
c, = 1,13
c, = 1,13
d2 = 0,36
r, = -2,294
r, = -2,294
d3 = 0,6 η2 = 1,757 ν2 = 47,87
ι·4 = -0,816
ι·4 = -0,816
d4 = 0,2
C5 = CC
el, = 0,35 «3 = 1,84666 ι·3 = 23,88
' 4, = 0,61 fu=lJ88 vA = 47,49
r7 = - 1,564
r7 = - 1,564
Die Korrekturkurven dieses Objektivs sind ii F i g. 7A, 7B und 7C dargestellt. Wie sich aus F i g. 4 un<
den numerischen Werten der Datentabelle ergibt, is dieses Objektiv aufwendig, wenn versucht wird, mi
jo normalen Linsen eine Abbildungsleistung zu erhalten
die der Abbildungsleistung des Objektivs nach dei vorliegenden Erfindung etwa gleich ist Da di<
Objektive für Endoskope in einem kleinen begrenztei Raum angeordnet sein sollen, ist es notwendig, ein sehi
kompaktes Objektiv komplizierter Ausbildung herzu stellen und es ist sehr schwierig, hierfür Linsei
herzustellen und sie genau zu justieren. Andererseits is es bei dem Objektivsystem nach der vorliegender
Erfindung möglich, dieses in einfacher Weise herzustel len und zu justieren.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Objektiv für Sichtgeräte mit Faseroptik, wie Endoskope, mit einem zylindrischen abbildenden
optischen Element aus einem heterogenen Medium, das nahe der objektseitigen Endfläche des Faserbündels
angeordnet ist und eine Birechungsindexverteilung
gemäß der Formel
Medium beziehenden numerischen Werte folgende:
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: WEICKMANN, H., DIPL.-ING. FINCKE, K., DIPL.-PHYS. DR. WEICKMANN, F., DIPL.-ING. HUBER, B., DIPL.-CHEM. LISKA, H., DIPL.-ING. DR.-ING. PRECHTEL, J., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |