aufgebaut, bei der das Prisma durch eine Glasrolle mit identischen optischen Eigen-schaften ersetzt ist. Zunächst waren daher auch identische Glasrollen für die beiden op-tischen Systeme vorgesehen. Die in den Berechnungen angenommenen Glasrollen er-wiesen sich jedoch während des Fertigungsprozesses der Linsen als schwer erhältlich, so dass eine Anpassung an Standard-Glasrollen versucht wurde. Im Fall des Systems für das LED-Endoskop gelang dies, ohne die Linsen zu verändern, allein durch die Anpas-sung von Abständen. Bei dem Zoomsystem war eine solche AnpasAnpas-sung nicht ohne eine Verschlechterung der Abbildungsqualität möglich. Daher wird in dieser Linsenanord-nung die schwerer erhältliche, ursprünglich vorgesehene Glasrolle beibehalten. Dadurch kommen in den beiden Systemen unterschiedliche Glasrollen zum Einsatz.
Abb. 5-24 Spotdiagramm bei 70° Feldwinkel
20 µm
Wellenlängen in µm:
rms Radius: 1,434 µm geom. Radius: 2,618 µm
rms Radius: 2,707 µm geom. Radius: 6,093 µm Airy Radius: 5,691 µm
rms Radius: 2,446 µm geom. Radius: 6,833 µm
Bildhöhe: 0,000 mm Bildhöhe: 1,080 mm Bildhöhe: 1,549 mm
Abb. 5-25 Spotdiagramm bei 55° Feldwinkel
20 µm
Wellenlängen in µm:
rms Radius: 1,254 µm geom. Radius: 2,555 µm
rms Radius: 2,554 µm geom. Radius: 5,517 µm Airy Radius: 5,849 µm
rms Radius: 2,103 µm geom. Radius: 4,491 µm
Bildhöhe: 0,000 mm Bildhöhe: 1,081 mm Bildhöhe: 1,549 mm
Fest mit der Glasrolle verkittet ist eine Sammellinse, die aus fertigungstechnischen Gründen plankonvex ausgeführt ist. Dahinter folgt ein Achromat. Die Zoomfunktion wird durch Verfahren des nächsten Achromaten mit den Flächen 9 bis 11 realisiert. Er nimmt drei Positionen ein, so dass die drei Feldwinkel 70°, 55° und 40° eingestellt wer-den können. Der notwendige Durchmesser, um wer-den Strahlengang nicht zu vignettieren, ist allerdings so groß, dass radial nicht genügend Bauraum vorhanden ist, um den Line-armotor direkt an der Linsengruppe zu platzieren. Stattdessen ist der Motor nach rechts versetzt und die Linse kragt mit ihrer Fassung aus dem Motor aus. Hinter dem Zoo-machromaten tritt ein Zwischenfokus auf. Die nächste Gruppe steht fest und besteht aus drei miteinander verkitteten Glaskomponenten und der Blende. Die erste ist eine konv-explane Sammellinse, gefolgt von dem Infrarotfilter, der durch Aufdampfen auf den In-frarotfilter hergestellten Blende und abschließend eine plankonvexe Sammellinse. Als nächstes folgt der Fokusachromat zur kontinuierlichen Verstellung. Der Durchmesser dieser Gruppe ist klein genug, um dem Motor ausreichend Bauraum zur Verfügung zu stellen. Er kann direkt um die Linse realisiert werden. Auch bei dieser Optik sind die beiden verstellbaren Linsengruppen als Achromaten ausgeführt und korrigieren den Farbfehler in sich, da eine Korrektur über mehrere Gruppen nur schwer realisierbar ist, wenn deren Abstände variabel sind. Das letzte Element ist der CCD-Chip mit seinem Schutzglas.
Der Abstand zwischen den drei Positionen der Zoomgruppe beträgt jeweils 1,8 mm. Der Fokusachromat besitzt einen Verfahrweg von 1,01 mm und kann beliebige Zwischenpo-sitionen einnehmen. Genauso wie beim Fokussystem wurden diese Werte gewählt, um
Abb. 5-26 Spotdiagramm bei 40° Feldwinkel
40 µm
Wellenlängen in µm:
rms Radius: 2,831 µm geom. Radius: 4,545 µm
rms Radius: 5,627 µm geom. Radius: 13,503 µm Airy Radius: 6,036 µm
rms Radius: 2,963 µm geom. Radius: 6,189 µm
Bildhöhe: 0,000 mm Bildhöhe: 1,081 mm Bildhöhe: 1,548 mm
eine sinnvolle Zusammenarbeit des optischen Systems und der Antriebe zu ermögli-chen. Eine detaillierte Diskussion dieses Themas erfolgt in Kapitel 7.
5.3.2 Bewertung der Abbildungsleistung
Da dieses Endoskop über eine stufenlose Fokusfunktion verfügt, ist die Tiefenschärfe nur von untergeordneter Bedeutung. Aufgrund der klassischen Beleuchtung mit externer Kaltlichtquelle und Lichtleitfasern, wird auch auf eine Untersuchung des subjektiven Farbeindrucks verzichtet. Im Folgenden wird daher nur die per MTF-Messung bestimm-te Bildschärfe unbestimm-tersucht.
Die Messung der MTF erfolgte wiederum mit Hilfe eines ISO 12233 Testchart und dem Programm sfrmat 2.0 an einem Labormuster, auch hier wurde die Messung auf das ver-tikale Auflösungsvermögen beschränkt. Für alle drei Zoomstufen wurde das Testchart in unterschiedlichen Abständen zwischen 5 mm und 140 mm aufgenommen, wobei vor der Bildaufnahme jeweils eine Scharfstellung erfolgte. Das Ergebnis der Auswertung ist in der Abbildung 5-27 dargestellt.
Auffällig ist zunächst die recht große Schwankung der Kurven zwischen den einzelnen Messpunkten, die deutlich stärker ausfällt als bei dem LED-Endoskop. Dies ist auf die manuelle Scharfstellung zurückzuführen, wobei die aufgenommene Schwarz-Weiß-Kante für eine subjektive Bewertung der Bildqualität nur eingeschränkt geeignet ist, da keine feinen Strukturen zu erkennen sind. Die messtechnische Auswertung hingegen führt schon bei kleinen Defokussierungen zu einer signifikanten Abnahme der
Mess-Abb. 5-27 Vertikale MTF der Zoom- und Fokusoptik
0 20 40 60 80 100 120 140
0 20 40 60 80 100 120
70° Feldw inkel 55° Feldw inkel 40° Feldw inkel
Objektabstand [mm]
bildseitige Ortsfrequenz [LP / mm]
werte. Die Abbildungsqualität ist bei 70° und 55° Feldwinkel besser als bei 40°. Dies ist nach den ZEMAX Berechnungen für große und mittlere Objektabstände auch zu erwar-ten, wie die Spotdiagramme 5-24 bis 5-26 zeigen ist der Spot bei 40° größer als die bei-den anderen. Weiterhin ist eine Zunahme des Auflösungsvermögens zu größeren Ob-jektabständen hin festzustellen. Aus der Computerberechnung lässt sich das Verhalten nicht komplett erklären und ist wahrscheinlich auf die manuelle Justage des CCD-Chips zurückzuführen, wobei die resultierende Positionsabweichung des Bildaufnehmers im Nahbereich nicht vollständig durch den Fokus kompensiert wird. Mit einem Auflö-sungsvermögen von bis zu 100 LP / mm bei 70° und 55° sowie 80 LP / mm bei 40°
zeigt das System trotzdem sehr gute Abbildungsleistungen. In der ZEMAX-Modellie-rung erreicht das Linsensystem ohne Fertigungstoleranzen in der Bildmitte etwa 130 Lp / mm, fällt bei 40° Feldwinkel zu den Bildrändern hin jedoch auf bis zu 65 LP / mm ab, während es in den anderen beiden Zoomstufen über das gesamte Bild deutlich stabiler bleibt.