本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)，其中光學系統(tǒng)包括用于將對象進行成像作為遠端中間圖像平面中的遠端中間圖像的物鏡和設置在物鏡后面的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述反轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括用于將遠端中間圖像作為近端中間圖像投影到近端中間圖像平面中的至少一個反轉(zhuǎn)臺。

背景技術：

通常，這種光學系統(tǒng)被設計成用于從可見光波長范圍進行輻射以便能夠?qū)@些波長實現(xiàn)盡可能良好的圖像。

然而，還期望的是能夠通過來自近紅外線范圍的輻射進行成像，這是因為這可在內(nèi)窺鏡診斷和內(nèi)窺鏡外科技術中帶來額外的益處。因此，例如，患病結(jié)構(gòu)或血液循環(huán)障礙可以通過熒光診斷被更好地識別和治療。為此，醫(yī)療產(chǎn)品(例如，icg＝吲哚花氰綠)被引入到要被檢查的組織或血管系統(tǒng)中，其中當所述醫(yī)療產(chǎn)片被預定波長(例如，805nm)的輻射激發(fā)時，所述醫(yī)療產(chǎn)品在從830-840nm的范圍的波長下以最大強度發(fā)射熒光信號。因此，例如，可以按時間順序執(zhí)行用來自可見光波長范圍的光進行成像或圖像拍攝和用來自紅外線范圍的輻射進行成像或圖像拍攝，所述成像或圖像拍攝然后為用戶單獨或以疊加的方式表示在顯示器單元上。因此，例如，螢光信號或相應圖像拍攝中的相應圖像可以被來自可見光波長范圍的光標記。例如，通常將熒光區(qū)域染成綠色。

因為通常光學系統(tǒng)被設計成用于來自可見光波長范圍的光，因此來自可見光波長范圍的光相對于來自紅外線范圍的光具有大的縱向色像差，這導致該光學系統(tǒng)不能通過來自近紅外線范圍的光進行尖銳成像。來自近紅外線范圍的這種光的聚焦位置與來自可見光波長范圍的光的聚焦位置間隔開一遠距離，以使得位于來自可見光波長范圍的光的聚焦位置不能進行來自近紅外線范圍的光的尖銳成像。

然而，目前為了能夠執(zhí)行來自近紅外線范圍的光的期望的尖銳成像，可以手動或自動前后聚焦。此外，公知的是在內(nèi)窺鏡外提供光學組合，這可校正縱向色像差。還可以使用傳感器，所述傳感器可以在不同位置通過來自可見光波長范圍的光進行成像和來自近紅外線范圍的光進行成像。所有這些變形例成本都很高。

此外，可以設計光學系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)以使得縱向色像差被校正。然而，這導致由許多不同光學透鏡和材料組成的非常復雜的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)，這導致在材料邊界表面之間的大的折射指數(shù)階躍(steps)。這種反轉(zhuǎn)系統(tǒng)成本非常高并且還往往具有公差。

技術實現(xiàn)要素：

這里，本發(fā)明的目的因此是提供一種用于內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)，通過所述光學系統(tǒng)，上述困難盡可能完全被克服。

所述目的通過一種用于內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)來實現(xiàn)，其中所述光學系統(tǒng)包括物鏡和反轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述物鏡用于將對象成像作為遠端中間圖像平面中的遠端中間圖像，所述反轉(zhuǎn)系統(tǒng)設置在物鏡后面并包括用于將遠端中間圖像作為近端中間圖像投影到近端中間圖像平面的至少一個反轉(zhuǎn)臺，其中反轉(zhuǎn)系統(tǒng)將基于來自可見光譜的預定波長和來自近紅外線范圍的預定波長的第一縱向色像差印記在近端中間圖像上，其中物鏡將基于來自可見光譜的預定波長和來自近紅外線范圍的預定波長的第二縱向色像差印記在遠端中間圖像上，并且其中第二縱向色像差具有相對于第一縱向色像差相反的符號以減小在近端中間圖像中由反轉(zhuǎn)系統(tǒng)引起的縱向色像差。

根據(jù)本發(fā)明，因此使用以下事實，由于物鏡的與反轉(zhuǎn)系統(tǒng)相比相對較短的總長度，因此物鏡通常幾乎不對縱向色像差做貢獻。物鏡當前被另外設計成使得物鏡與通常相比具有大得多的縱向色像差，所述縱向色像差此外仍與反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的縱向色像差相反。因此可實現(xiàn)對由反轉(zhuǎn)系統(tǒng)引起的縱向色像差的校正。此外，與其中縱向色像差校正僅僅通過反轉(zhuǎn)系統(tǒng)執(zhí)行的情況相比，對反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的光學要求要低，因此根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以例如形成具有較少的光學元件。

第一縱向色像差還可以與來自可見光譜(或可見光波長范圍)的多個預定波長(或一個或多個波長范圍)和來自近紅外線范圍的預定波長或來自近紅外線范圍的多個預定波長(或一個或多個波長范圍)有關。此外，第一和第二縱向色像差可以與來自近紅外線范圍的多個波長(或一個或多個波長范圍)和來自可見光譜的預定波長或來自可見光譜的多個波長(或一個或多個波長范圍)有關。還要說的是第一和第二縱向色像差在每一種情況下都具有梯度或進程，其中所述梯度或進程相反，使得該梯度或進程當加和在一起時變得更小。

在根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的情況下，物鏡的所有的彎曲材料邊界表面可以被球狀地彎曲。這簡化了物鏡的生產(chǎn)。

還可以被稱為棒形透鏡系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以包括一個接一個設置的多個反轉(zhuǎn)臺。優(yōu)選地，每一個反轉(zhuǎn)臺都執(zhí)行一個中間投影。反轉(zhuǎn)臺優(yōu)選地一個接一個設置，以使得通過連續(xù)中間投影，遠端中間圖像平面中的中間圖像被進一步傳導到近端中間圖像平面。

反轉(zhuǎn)臺中的至少一個可以包括直接相互結(jié)合的兩個透鏡，選擇所述兩個透鏡的材料，以使得所述材料的折射指數(shù)階躍不超過0.3。具體地，反轉(zhuǎn)臺中的至少一個可以形成為使得該反轉(zhuǎn)臺的直接相互結(jié)合的所有透鏡的每一個折射指數(shù)階躍都小于或等于0.3。透鏡的結(jié)合可以例如通過粘合、粘結(jié)或光學接觸來實現(xiàn)。

通過這些小折射指數(shù)階躍，菲涅耳損失減小，并因此透射率可以增加。這具體地對于來自近紅外線范圍的信號是有利的，這是因為通常所述信號相對較弱。

這里，通常，nd用作折射率，并因此用作波長為587.56nm的折射率。

這里，可見光譜或可見光波長范圍具體地具有400-700nm的波長范圍。近紅外線范圍這里具體地表示710-3000nm、710-900nm或此外780-900nm的范圍。

在根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的情況下，至少一個反轉(zhuǎn)臺可以包括具有非球面邊界面的透鏡。因此可以對球面像差進行良好地校正。

來自可見光譜的預定波長具體地可以是來自400-700nm范圍的波長，而來自近紅外線范圍的預定波長可以是來自710-900nm的范圍的波長。

反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的多個反轉(zhuǎn)臺具體地可以一個接一個地設置，使得反轉(zhuǎn)臺的中間圖像平面與中間圖像平面重合，其中在所述中間圖像平面之外，隨后的反轉(zhuǎn)臺將中間圖像投影到該隨后的反轉(zhuǎn)臺的下一個中間圖像平面中。

反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以為對稱或非對稱的棒形透鏡系統(tǒng)。具體地，反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以包括兩個或多個反轉(zhuǎn)臺，其中精確地一個反轉(zhuǎn)臺或反轉(zhuǎn)臺中的至少一個被形成為非對稱的反轉(zhuǎn)臺。具體地，兩個反轉(zhuǎn)臺或所有反轉(zhuǎn)臺可以形成為非對稱的反轉(zhuǎn)臺。

此外，最靠近遠端中間圖像平面的第一反轉(zhuǎn)臺可以具有大于1的放大倍率因子。最靠近第一反轉(zhuǎn)臺的第二反轉(zhuǎn)臺可以具有小于1的放大倍率因子。具體地，第一和第二反轉(zhuǎn)臺一起可以具有為1的放大倍率因子。

此外，反轉(zhuǎn)臺中的一個可以包括面向中間圖像平面的彎曲邊界面表面，所述彎曲邊界面以非球面的方式被彎曲。非球面曲率可以具有旋轉(zhuǎn)對稱。然而，非球面曲率還可以不具有旋轉(zhuǎn)對稱，并且以被不同地彎曲成兩個主部分。

優(yōu)選地，每一個反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的至少一個棒形透鏡包括至少一個彎曲(例如，以球面方式或非球面方式彎曲)的材料邊界表面。

每一反轉(zhuǎn)臺都可以具體地，包括至少兩個棒形透鏡，其中反轉(zhuǎn)臺的棒形透鏡可以形成為相同或不同的。如果棒形透鏡被形成為相同的，則所述棒形透鏡可以布置在彼此相同或相反的方向上。棒形透鏡中的至少一個可以由至少兩個、三個或四個部件夠造而成。當然，棒形透鏡還可以由多個4個的部件夠造而成。具體地，棒形透鏡可以形成為粘合部件。此外，棒形透鏡中的至少一個可以形成為一體件。

反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的至少兩個反轉(zhuǎn)臺可以相對于彼此對稱布置。

根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)被提供具體地應用于剛性內(nèi)窺鏡或具有剛性內(nèi)窺鏡軸的內(nèi)窺鏡。根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)可以形成用于前觀察式內(nèi)窺鏡或用于具有傾斜觀察方向的內(nèi)窺鏡。此外，光學系統(tǒng)可以被形成為使得觀察方向可以改變。

反轉(zhuǎn)臺的棒形透鏡可以具有在從1mm到7.5mm、1mm到6.5mm的范圍、并且具體地在從1.7mm.到5mm的范圍內(nèi)的直徑。反轉(zhuǎn)臺的長度可以在從30mm到120mm的范圍或在從40mm到80mm的范圍內(nèi)。

反轉(zhuǎn)臺的數(shù)量可以在從1到11或2到11個反轉(zhuǎn)臺的范圍內(nèi)。奇數(shù)個反轉(zhuǎn)臺是優(yōu)選的。具體地，一個反轉(zhuǎn)臺、三個、五個、七個、九個和十一個反轉(zhuǎn)臺因此是可能的。當然，還可以提供偶數(shù)個反轉(zhuǎn)臺。

反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以具體地具有在從0.5到2的放大倍率因子。更大或更小的值同樣地是可以的。

玻璃和塑性材料可以用作用于反轉(zhuǎn)系統(tǒng)和/或物鏡的材料。

來自可見光譜的預定波長可以是540nm，并且來自近紅外線范圍的預定波長可以是840nm，其中第一縱向色像差可以在從35μm到65μm的范圍內(nèi)(或在從40μm到60μm的范圍內(nèi))，而第二縱向色像差可以在從-4μm到-0.5μm的范圍內(nèi)(或在從-3.5μm到-1μm的范圍內(nèi))。

此外，第一縱向色像差與第二縱向色像差(綠色與紅外線)的比值可以在從-55到-5的范圍內(nèi)。

來自可見光譜的預定波長可以是540nm，并且來自近紅外線范圍的預定波長可以是840nm，其中第一縱向色像差與縱向色像差(藍色與紅外線)的比值可以在從-4到-1的范圍內(nèi)。

反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以包括用于540nm的波長相對于460nm的波長的第三縱向色象差和用于540nm的波長相對于640nm的波長的第四縱像差，而物鏡可以包括用于540nm的波長相對于460nm的波長的第五縱向色像差和用于540nm的波長相對于640nm的波長的第六縱向色像差。第三縱向色像差與第四縱向色像差的比值可以在從-1.1到-0.8的范圍內(nèi)，而第五縱向色像差與第六縱向色像差的比值可以在從-4.5到-3的范圍內(nèi)。

反轉(zhuǎn)系統(tǒng)和物鏡優(yōu)選地被設計成使得第三縱向色像差包括負值，而第五縱向色像差包括正值。

物鏡可以包括用于460nm的波長相對于840nm的波長的第七縱向色像差和在對象空間內(nèi)的圖像角。sin(α/2)與第七縱向色像差的乘積可以在從18μm到26μm的范圍內(nèi)。

在根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的情況下，來自可見光譜的預定波長可以是540nm，而來自近紅外線范圍的預定波長可以是840nm，并且反轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以包括n個光學元件。光學元件的數(shù)量n和第一縱向色像差的乘積可以在從1500μm到2000μm的范圍內(nèi)。

此外，物鏡可以在遠端中間圖像上印記這種縱向色像差，使得840nm的波長的軸向位置或聚焦位置位于540nm的波長的軸向位置或聚焦位置與640nm的波長的軸向位置或聚焦位置之間。

在物鏡的情況下，640nm、540nm和460nm的波長的聚焦位置的進程(course)可以是負數(shù)。在反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的情況下，聚焦位置的進程在從640nm到460nm的波長范圍內(nèi)可以是正的(優(yōu)選地幾乎線性進程)。此外，對于波長460nm、540nm、640nm來說，聚焦位置的進程相對于近紅外線范圍為正。換句話說，藍色、綠色和紅色相對于近紅外線范圍的色彩位置的進程是正的。

在物鏡的情況下，作為波長的函數(shù)的聚焦位置的極值可以在從640nm到680nm的范圍內(nèi)。

此外，提供了根據(jù)本發(fā)明的具有光學系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡(包括根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的開發(fā))。

內(nèi)窺鏡此外可以包括設置在反轉(zhuǎn)系統(tǒng)后面的諸如目鏡的光學單元。另外，內(nèi)窺鏡可以照相機連接部，照相機可以直接或經(jīng)由聯(lián)接器可拆卸地固定到該照相機連接部。另外，內(nèi)窺鏡可以包括照明光連接部，照明光可以經(jīng)由所述照明光連接部供應，所述照明光接著在內(nèi)窺鏡內(nèi)被傳導到內(nèi)窺鏡的軸的遠端以照射位于遠端的前面的對象。

具體地，內(nèi)窺鏡可以是形成為具有剛性軸的內(nèi)窺鏡，其中根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)設置在該剛性軸中。

通過來自可見光波長范圍的光和來自近紅外線的光進行的拍攝優(yōu)選地通過內(nèi)窺鏡按時間依序執(zhí)行。

根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡可以具有本領域技術人員所公知的操作內(nèi)窺鏡所必需的進一步的特征。

附圖說明

以下參照附圖以示例的方式更加詳細地說明本發(fā)明，其中所述附圖還公開了本發(fā)明的必需特征。其中：

圖1是在內(nèi)窺鏡中的根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的第一實施例的示意圖；

圖2是在內(nèi)窺鏡中的根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的第二實施例的示意圖；

圖3是傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)的聚焦位置取決于波長的表示；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖5是由根據(jù)圖4的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)引起的作為波長的函數(shù)的聚焦位置的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的物鏡4的光學結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖7是由物鏡引起的作為波長的函數(shù)的聚焦位置的表示；

圖8是由根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)引起的作為波長的函數(shù)的聚焦位置的示意圖；

圖9是由已知的內(nèi)窺鏡的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)引起的作為波長的函數(shù)的聚焦位置的示意圖；

圖10是由已知的光學系統(tǒng)的物鏡引起的作為波長函數(shù)的聚焦位置的示意圖；以及

圖11是已知的光學系統(tǒng)的作為波長的函數(shù)的聚焦位置的示意圖。

具體實施方式

在圖1所示的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)1設置在示意性地表示的內(nèi)窺鏡3的剛性軸2中。

光學系統(tǒng)1包括示意性地表示的物鏡4和示意性地表示的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8，所述物鏡將位于遠端5的前面的對象6成像作為遠端中間圖像平面7中的遠端中間圖像，所述反轉(zhuǎn)系統(tǒng)將遠端中間圖像作為近端中間圖像投影到近端中間圖像平面9。物鏡4和反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8具有共用光軸oa。

此外，內(nèi)窺鏡3包括主部件10，在所述主部件10內(nèi)，可以設置另一個光學系統(tǒng)，例如示意性地表示的目鏡11以及照相機連接部12。照相機13可以在照相機連接部12處可拆卸地連接到主部件10，如圖1中示意性地所示。照相機13可以包括光學系統(tǒng)(未示出)。此外，照相機13包括平坦圖像傳感器14，所述平坦圖像傳感器被形成為例如ccd傳感器或cmos傳感器。照相機可以不僅直接連接到照相機連接部12，如圖1所示。耦合器(未示出)還可以連接在照相機連接部12與照相機13之間，其中所述照相機的部件可以包括光學系統(tǒng)。

圖1所示的內(nèi)窺鏡3被形成為前觀察式內(nèi)窺鏡，這是因為對象6可以通過在內(nèi)窺鏡軸2延伸的方向位于遠端5的前面的該內(nèi)窺鏡被拍攝。然而，內(nèi)窺鏡3也可以幾乎在與內(nèi)窺鏡軸2延伸的方向的不同的另一個方向往里面看。在圖2中被適應性地顯示，其中這里與內(nèi)窺鏡軸2的延伸方向相比，觀察方向向上傾斜45°。在根據(jù)圖1和2的內(nèi)窺鏡中，反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8在每一種情況中都被形成為是相同的。僅僅物鏡4不同，在于所需的期望偏轉(zhuǎn)發(fā)生在物鏡中，如以下更詳細地所示。

此外，內(nèi)窺鏡可以包括例如在主部件10照明上的連接部15，其中期望的照明輻射可以經(jīng)由所述連接部被供應給內(nèi)窺鏡3。照明連接部15連接到被適應性示出的光導16，所述光導延伸到內(nèi)窺鏡3的遠端5并發(fā)射被導向的輻射以用于對象6的照明。

在內(nèi)窺鏡3的操作中，要被成像的對象6被來自光導16的輻射照射，并且被照射對象6經(jīng)由物鏡系統(tǒng)1在近端中間圖像平面9成像和通過目鏡11在圖像傳感器14的平面中成像，使得圖像傳感器14可以拍攝對象6的尖銳圖像。已知的內(nèi)窺鏡通常被設計成用于來自人眼可見的近似400nm至700nm的波長范圍。對于可見光波長范圍，基于波長的縱向色像差應盡可能地小。在圖3中，在傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡中產(chǎn)生的聚焦位置沿x軸線(單位μm)作為沿y軸線的波長(單位μm)的函數(shù)被繪制。0μm的聚焦位置表示最尖銳的圖像的位置與圖像傳感器14所在的平面重合。大于0μm的聚焦位置表示最尖銳的圖像的位置在圖像傳感器14所在的平面的后面(并因此是指圖1和圖2中的右側(cè))。相應地，負聚焦位置在朝向遠端5的方向上遠離最佳聚焦位置。如可以從此圖獲悉，在從近似-100μm到400μm的范圍的偏差在從460nm到700nm的范圍內(nèi)。這對于通過傳感器14進行充分良好的成像仍然是可接受的。

然而，在圖3中，還顯示了用于大于700nm的波長的聚焦位置，并且特別地用于從700到840nm的范圍。這種大于700nm的范圍，并且例如從700nm到900nm或還從780nm到3000nm的范圍，被稱為近紅外線范圍，并且用于內(nèi)窺鏡檢查來說越來越感興趣，這是因為除了通過來自可見光波長范圍的光進行成像之外，還可以執(zhí)行熒光診斷。例如，諸如icg(吲哚花氰綠)的熒光物質(zhì)可以被注入到要被檢查的組織或要被檢查的脈管系統(tǒng)中，當被近似805nm的波長的光激發(fā)時，所述物質(zhì)發(fā)射具有更長波長的熒光信號，其波長例如為830nm到840nm。因此，還期望的是能夠通過照相機13通過來自近紅外線范圍的輻射拍攝圖像。然而，如可以從圖3中獲悉，例如基于540nm的波長和840nm的波長的縱向色像差(因此用于這兩個波長的聚焦位置的差值)大約為1200μm。在波長460nm和840nm的情況下，縱向色像差大約為1000μm。這導致不能通過熒光進行尖銳成像。

所述縱向色像差主要由反轉(zhuǎn)系統(tǒng)引起，這是因為由于軸2的必需長度，具有不同材料的許多桿狀透鏡是必需的，所有這些都會對縱向色像差做貢獻。根據(jù)本發(fā)明，光學系統(tǒng)1因此被設計成使得由反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8引起的縱向色像差通過物鏡4的相反的縱向色像差而盡可能地被減小。通常，由于與反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8相比較短得多的長度，物鏡4幾乎不會對縱向色像差做貢獻。根據(jù)本發(fā)明，物鏡4目前被設計成使得與通常相比較，該物鏡4具有非常大的縱向色像差，然而，該縱向色像差與反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8的縱向色像差相反，因此導致近端中間圖像平面9中的中間圖像的縱向色像差被減小到物鏡根本不會導致縱向色像差并且縱向色像差僅由反轉(zhuǎn)系統(tǒng)引起的情況。

在根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)1中，如圖4所示的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8由一個接一個布置的三個反轉(zhuǎn)臺17、18、19形成，所述反轉(zhuǎn)臺在每一個情況下都將中間圖像投影到下一個中間圖像平面。第一反轉(zhuǎn)臺17因此將位于遠端中間圖像平面7中的中間圖像投影到第二中間圖像平面20中。第二反轉(zhuǎn)臺18將位于第二中間圖像平面20中的中間圖像投影到第三中間圖像平面21中。第三反轉(zhuǎn)臺19將來自第三中間圖像平面21的中間圖像投影到近端中間圖像平面9。

三個反轉(zhuǎn)臺17-19因此一個接一個地布置，使得位于遠端中間圖像平面7中的中間圖像被投影(在每一種情況下經(jīng)由下一個中間圖像平面20和21)到近端中間圖像平面9中。因為每一個反轉(zhuǎn)臺17-19在中間圖像的投影期間產(chǎn)生反轉(zhuǎn)中間圖像，并且設置奇數(shù)反轉(zhuǎn)臺17-19，因此位于遠端中間圖像平面7的對象6的中間圖像作為反轉(zhuǎn)的中間圖像被投影到近端中間圖像平面9中。

兩個反轉(zhuǎn)臺17和18在每一種情況中都包括兩個a式棒形透鏡。反轉(zhuǎn)臺19包括a式棒形透鏡和b式棒形透鏡。所有a式棒形透鏡具有球面半徑并被同樣地構(gòu)造。圖4中的標有-a的棒形透鏡與a式棒形透鏡完全相同，僅從相反的方向安裝。a式棒形透鏡包括邊界表面a1(正球狀地彎曲)、a2(負球狀地彎曲)、a3(負球狀地彎曲)、a4(正球狀地彎曲)和a5(負球狀地彎曲)。表面a1與a2之間的材料具有nd＝1.8的折射率和vd＝29.9的阿貝數(shù)。邊界表面a2與a3之間的材料具有nd＝1.5182的折射率和vd＝58.9的阿貝數(shù)。邊界表面a3與a4之間的材料具有nd＝1.6377的折射率和vd＝42.4的阿貝數(shù)。邊界表面a4與a5之間的材料具有nd＝1.65的折射率和vd＝50.9的阿貝數(shù)。

b式棒形透鏡包括邊界表面b1(正非球狀地彎曲)、b2(負球狀地彎曲)、b3(負球面地彎曲)、b4(正球面地彎曲)和b5(負球面地彎曲)。邊界表面b1與b2之間的材料具有nd＝1.75的折射率和vd＝45.4的阿貝數(shù)。邊界表面b2與b3之間的材料具有nd＝1.523的折射率和vd＝59.5的阿貝數(shù)。邊界表面b3與b4之間的材料具有nd＝1.6377的折射率和vd＝42.4的阿貝數(shù)。邊界表面b4與b5之間的材料具有nd＝1.65的折射率和vd＝50.9的阿貝數(shù)。

以這種方式形成的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)6具有如圖5所示的縱向色像差特性。在圖5中，以與圖3相同的方式，聚焦位置沿x軸線被繪制(單位μm)，而波長沿y軸線被繪制(單位μm)。從圖5的該圖中可以獲悉來自可見光波長范圍的540nm的第一預定波長相對于來自近紅外線范圍的840nm的第二預定波長的縱向色像差近似為59.05μm。用于波長460nm和840nm來說，縱向色像差近似為88.08μm?？v向色像差特性可以被描述為正縱向色像差。

物鏡4具有圖6所示的結(jié)構(gòu)，具有光學平面22、棱鏡23和透鏡24-30。在圖6中的表示中，棱鏡23被表示為細長玻璃條，該玻璃條在形成如圖1所示的前觀察式內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)中作為所述的玻璃條被實現(xiàn)。在進行傾斜觀察方向的光學系統(tǒng)1中，如圖2所示，棱鏡23則實際上被形成為棱鏡。圖6中選擇的表示僅用于簡化表示，這是因為縱向色像差的描述取決于玻璃路徑以及彎曲邊界表面。

所使用的曲率特性和材料在物鏡4的表面f1-f16的以下表格中被示出，其中表面的折射率nd和阿貝數(shù)vd的規(guī)格表示該材料存在于規(guī)定所在行中的表面與下一個隨后的表面之間。

由物鏡4引起的縱向色像差在圖7中以與圖5相同的方式表示。物鏡4被設計成使得基本上具有負縱向色像差。因此，對于波長540nm和840nm來說，縱向色像差為-2.3μm。用于波長460nm和840nm來說，縱向色像差是32.7μm。在從遠端中間圖像平面7到近端中間圖像平面9的投影期間由物鏡4和反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8作為整體印記的縱向色像差在圖8中被示出。由于物鏡4和反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8的相反的縱向色像差，因此最終的縱向色像差小于僅反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8的縱向色像差。因此，對于波長540nm和840nm來說，縱向色像差近似為55.61μm，而對于波長460nm和840nm來說，縱向色像差近似為54.05μm。由于該極小的縱向色像差，因此可以進行尖銳拍攝，而沒有具有來自可見光波長譜的光和具有來自紅外光譜的光進行的問題。

在圖9-11中，公知對比內(nèi)窺鏡(所述內(nèi)窺鏡還包括光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)由在剛性內(nèi)窺鏡軸中的物鏡和反轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成)的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的縱向色像差(圖9)、物鏡(圖10)的縱向色像差、以及物鏡和反轉(zhuǎn)系統(tǒng)最終的縱向色像差(圖11)以與圖5-8相同的方式被示出。對比內(nèi)窺鏡相對于反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的縱向色像差被設計得盡可能小。這還略小于根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8的縱向色像差。因此，對于540nm和840nm來說，對比內(nèi)窺鏡的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的縱向色像差近似為59μm，而對于460nm和840nm來說，縱向色像差近似為82.1μm。這通過使用多個不同的玻璃來實現(xiàn)，這是因為比對內(nèi)窺鏡的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括三個反轉(zhuǎn)臺，所述三個反轉(zhuǎn)臺具有兩個棒形透鏡，并且在每一種情況下，所述棒形透鏡具有4-5個元件，因此整個設置有27個元件。此外，不同材料之間的折射指數(shù)階躍大于0.5。

根據(jù)圖10，比對內(nèi)窺鏡的物鏡具有正縱向色像差。因此，對于540nm和840nm來說，縱向色像差近似為88.7μm，而對于460nm和840nm來說，縱向色像差近似為115.5μm。雖然這是小縱向色像差，但是為正的縱向色像差，因此最終的縱向色像差如圖11所示對于540-840nm來說近似為140μm，而對于460-840nm來說近似為186.7μm。最終的縱向色像差因此顯著地大于根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)的情況下的縱向色像差。

另外，與根據(jù)本發(fā)明的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8相比較，在反轉(zhuǎn)系統(tǒng)中使用更多的光學元件并且在反轉(zhuǎn)系統(tǒng)中使用折射指數(shù)階躍折射指數(shù)階躍大于0.5的材料導致更大的菲涅耳損失發(fā)生，其中在發(fā)明中，折射指數(shù)階躍不大于0.3。由于根據(jù)本發(fā)明的反轉(zhuǎn)系統(tǒng)8中較小的折射指數(shù)階躍和較小數(shù)量的透鏡，根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)1的透射率相當高。因此，根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)1對于波長460nm、540nm、588nm、640nm、656nm、和840nm的透射率分別為0.69、0.77、0.78、0.77、0.76、和0.78。這給處0.75的總透射率。相比之下，在公知的內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)的情況下，對于同一波長的透射率僅為0.60、0.71、0.72、0.72、0.72、和0.74?？偼干渎蕜t為0.68。因此，在根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)1的情況下，對于藍色(640nm)來說，具有多于16％的亮度，對于綠色(540nm)來說，具有多于9％的亮度，而對于近紅外線840nm來說，具有多于5％的亮度。此外，由于對藍色的更高透射率，圖像更白，這帶來大約更好的圖像感覺。