PL165949B1

PL165949B1 - Light pipe endoscope

Info

Publication number: PL165949B1
Application number: PL29182791A
Authority: PL
Inventors: Halina Podbielska
Original assignee: Halina Podbielska
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1995-03-31
Also published as: PL291827A1

Abstract

Endoskop światłowodowy, zawierający układ obrazujący i układ oświetlający, w którym układ obrazujący jest utworzony z obiektywu, zespołu przenoszącego i okularu, posiadający zespół przenoszący utworzony z wiązki koherent nej włókien światłowodowych, zaś układ oświetlający utworzony ze źródła światła i wiązki włókien światłowodowych, znamienny tym, że oświetlający układ jest utworzony z koherentnej wiązki (4) włókien światłowodowych zaopatrzonej na wejściu w optyczny układ (5) projekcji siatki (6), która jest usytuowana między tym optycznym układem (5) a soczewką (7) źródła (8) światła, przy czym na wyjściu koherentnej wiązki (4) włókien światłowodowych oświetlającego układu jest usytuowany optyczny układ (9) projekcji siatki (6) na badany obiekt (10) pod kątem ostrym względem optycznej osi (11) obrazującego układu, podczas gdy okular (3) obrazującego układu jest sprzężony z obiektywem video- kamery (12), której wyjście jest połączone z wejściem komputera (15) poprzez analogowo-cyfrowy przetwornik (14).Fiber optic endoscope, including an imaging system and an illumination system, wherein the imaging system is formed of a lens, a transfer unit, and an eyepiece, having a transfer unit formed of a coherent beam. of optical fibers, and an illuminating system formed of a light source and a beam of optical fibers, characterized in that the illuminating system is made of a coherent beam (4) of optical fibers provided at the input with an optical system (5) of the projection of the grid (6), which is arranged between this optical system (5) and the lens (7) of the light source (8), at the output of the coherent beam (4) of optical fibers of the illuminating system there is an optical system (9) for the projection of the grid (6) onto the examined object (10) under an acute angle with respect to the optical axis (11) of the imaging system, while the eyepiece (3) of the imaging system is coupled to the lens of the video camera (12), the output of which is connected to the input of the computer (15) through an analog-to-digital converter (14).

Description

Przedmiotem wynalazku jest endoskop światłowodowy przeznaczony do stosowania zarówno w diagnostyce medycznej jak i w technice celem obserwacji obiektu i pomiaru jego powierzchni.The subject of the invention is a fiber optic endoscope intended for use both in medical diagnostics and in technology in order to observe an object and measure its surface.

Znane są np. z publikacji H. H. Hopkins: „Physics of the fibreoptic endoskope“, str. 27, w G. Berci: „Endoscopy Appleton-Century Crofts, New York 1976; F. Amman: „Technische Endoskopie Technischer Verlag Resch KG 1984; G. F. Buess: Endoscopy (from diagnosis to new surgery), Deutsche Aerzte Verlag 1990 - endoskopy, z których każdy zawiera układ obrazujący i układ oświetlający. W endoskopie światłowodowym układ oświetlający tworzy niekoherentna wiązka zaopatrzona w źródło światła i odpowiedni układ optyczny, zaś układ obrazujący jest utworzony z obiektywu, zespołu przenoszącego obraz oraz z okularu. Zespół przenoszący obraz w światłowodowych endoskopach stanowi koherentna wiązka włókien światłowodowych. W znanych endoskopach tylko obraz odwzorowany ostro na wejściu zespołu przenoszącego obraz może być widziany ostro przez okular. Dla uzyskania głębi ostrości układ optyczny obiektywu posiada małą aperturę. W znanych, światłowodowych endoskopach obrazy obserwowanych obiektów są dwuwymiarowe, zaś wielkość obserwowanego obiektu może być ocenianą orientacyjnie. Z opisu patentowego nr 3 512602 Republiki Federalnej Niemiec jest znanym endoskop do ustalania wielkości obiektu w trudno dostępnych miejscach. Endoskop ten ma soczewkowy zespół przenoszenia obrazu umożliwiający zmianę odległości między poszczególnymi soczewkami i zmianę kąta obserwacji, co przy umieszczeniu podziałki w zespole przenoszenia obrazu i przesuwnym usytuowaniu zespołu przenoszenia względem zewnętrznego korpusu umożliwia pomiar dwuwymiarowych powierzchni. Rozwiązanie według opisu patentowego nr 3 512 602 Republiki Federalnej Niemiec nie pozwala na pomiar wymiarów przestrzennych, w kierunku obserwacji, a tym samym nieThey are known, for example, from H. H. Hopkins: "Physics of the fibreoptic endoskope", p. 27, in G. Berci: "Endoscopy Appleton-Century Crofts, New York 1976; F. Amman: "Technische Endoskopie Technischer Verlag Resch KG 1984; G. F. Buess: Endoscopy (from diagnosis to new surgery), Deutsche Aerzte Verlag 1990 - endoscopes, each of which contains an imaging system and an illuminating system. In a fiber optic endoscope, the illumination system is formed by an incoherent beam provided with a light source and a corresponding optical system, and the imaging system is formed by a lens, an image transmitting unit and an eyepiece. The image transfer unit in fiber optic endoscopes is a coherent bundle of optical fibers. In known endoscopes, only the image sharply imaged at the entrance of the image transferring unit can be viewed sharply through the eyepiece. The optical system of the lens has a small aperture for depth of field. In known fiber optic endoscopes, the images of the observed objects are two-dimensional, and the size of the observed object can be estimated roughly. From the patent specification No. 3 512602 of the Federal Republic of Germany an endoscope is known for determining the size of an object in places that are difficult to access. This endoscope has a lenticular image transfer unit that allows you to change the distance between individual lenses and change the viewing angle, which, when the scale is placed in the image transfer unit and the transfer unit is positioned shifted in relation to the outer body, allows the measurement of two-dimensional surfaces. The solution according to patent description No. 3 512 602 of the Federal Republic of Germany does not allow the spatial dimensions to be measured in the direction of observation and thus does not

165 949 3 umożliwia dokładnego pomiaru ani też szacunku profilów powierzchni obserwowanego elementu w trudnodostępnych wnękach, otworach, jamach.The 165 949 3 enables an accurate measurement and estimation of the surface profiles of the observed element in hard-to-reach recesses, openings, and cavities.

Pojawienie się video-chipów umożliwiło elektroniczne przenoszenie obrazu w endoskopie dając tym samym wygodę obserwacji i rejestracji obserwowanego obiektu.The appearance of video chips made it possible to electronically transfer the image in the endoscope, thus giving the convenience of observing and registering the observed object.

Znane endoskopy nie pozwalają na ocenę stosunków przestrzennych obserwowanego obiektu.Known endoscopes do not allow for the assessment of the spatial relations of the observed object.

Endoskop światłowodowy, zawierający układ obrazujący i układ oświetlający, w którym układ obrazujący jest utworzony z obiektywu, zespołu przenoszącego i okularu, ma zespół przenoszący utworzony z wiązki koherentnej włókien światłowodowych, zaś układ oświetlający jest utworzony ze źródła światła i wiązki włókien światłowodowych charakteryzuje się tym, że oświetlający układ jest utworzony z koherentnej wiązki włókien światłowodowych zaopatrzonej na wejściu w optyczny układ projekcji siatki, które jest usytuowane między tym optycznym układem a soczewką źródła światła, przy czym na wyjściu koherentnej wiązki włókien światłowodowych oświetlającego układu jest usytuowany optyczny układ projekcji siatki na badany obiekt pod kątem ostrym względem optycznej osi obrazującego układu. Okular obrazującego układu jest sprzężony z obiektywem kamery video, której wyjście jest połączone z wejściem komputera poprzez analogowo-cyfrowy przetwornik. Wyjście kamery video jest również połączone z wejściem monitora.A fiber optic endoscope, including an imaging system and an illumination system, wherein the imaging system is formed of a lens, a transfer unit and an eyepiece, has a transfer unit formed of a coherent bundle of optical fibers, and the illuminating system is formed of a light source and an optical fiber bundle is characterized by that the illuminating system is made of a coherent beam of optical fibers provided at the entrance with an optical grid projection system, which is located between this optical system and the lens of the light source, and at the output of the coherent beam of optical fibers of the illuminating system there is an optical grid projection system on the examined object at an acute angle with respect to the optical axis of the imaging system. The eyepiece of the imaging system is coupled to the lens of a video camera, the output of which is connected to the computer input through an analog-to-digital converter. The video camera output is also connected to the monitor input.

Endoskop światłowodowy według drugiej postaci wynalazku, zawierający układ obrazujący i układ oświetlający, w którym układ oświetlający jest utworzony ze źródła światła i wiązki włókien światłowodowych, zaś układ obrazujący stanowi video-chip połączony z monitorem charakteryzuje się tym, że oświetlający układ jest utworzony z koherentnej wiązki włókien światłowodowych, zaopatrzonej na wejściu w optyczny układ projekcji siatki, która jest usytuowana między tym optycznym układem a soczewką źródła światła. Na wyjście koherentnej wiązki włókien światłowodowych oświetlającego układu jest usytuowany optyczny układ projekcji siatki na badany obiekt pod kątem ostrym względem kierunku obserwacji. Wyjście video-chipu jest połączone poprzez analogowo-cyfrowy przetwornik z wejściem komputera.Fiber optic endoscope according to a second aspect of the invention, comprising an imaging system and an illumination system, wherein the illumination system is formed of a light source and a beam of optical fibers, and the imaging system is a video-chip connected to the monitor, characterized in that the illumination system is formed of a coherent beam. optical fibers, provided at the entrance with an optical projection system of a grid, which is situated between the optical system and the lens of the light source. At the output of the coherent beam of optical fibers of the illuminating system, an optical grid projection system on the examined object is located at an acute angle with respect to the observation direction. The video-chip output is connected via an analog-to-digital converter with the computer input.

Rozwiązanie według wynalazku, dzięki zastosowaniu oświetlającego układu w postaci koherentnej wiązki włókien światłowodowych zaopatrzonej w wejściowy układ projekcji siatki prostych linii w głąb tego światłowodowego układu oświetlającego oraz w wyjściowy układ projekcji siatki na obserwowany obiekt pod kątem ostrym względem kierunku obserwacji, przy zastosowaniu komputera i znanych powszechnie w profilometrii zależności przeliczeniowych stopnia odkształcenia zakrzywienia linii prostych siatki od trzeciego wymiaru, wzdłuż osi optycznej obrazującego układu, pozwala na odtworzenie trójwymiarowych kształtów obserwowanego obiektu, czego nie można było uzyskać za pomocą dotychczas znanych endoskopów (fiberoskopów). Znajomość wymiarów przestrzennych obserwowanego obiektu w trudno dostępnych miejscach stwarza nowe możliwości poznawcze i diagnostyczne zarówno w całym szeregu zastosowań medycznych jak i w technice. Przykładowo, znajomość wymiarów przestrzennych obserwowanego obiektu ma podstawowe znaczenie w chirurgii laserowej, gdzie moc stosowanego promieniowania powinna być w ścisłym związku z objętością operowanej, zmienionej tkanki (narośli).The solution according to the invention, thanks to the use of an illuminating system in the form of a coherent beam of optical fibers provided with an input system of projection of a grid of straight lines into the depth of this optical fiber lighting system and an output projection system of the grid onto the observed object at an acute angle with respect to the observation direction, using a computer and commonly known in profilometry of the conversion dependence of the degree of deformation of the curvature of the grid straight lines on the third dimension, along the optical axis of the imaging system, it allows to recreate the three-dimensional shapes of the observed object, which could not be obtained with the previously known endoscopes (fibroscopes). The knowledge of the spatial dimensions of the observed object in hard-to-reach places creates new cognitive and diagnostic possibilities, both in a number of medical applications and in technology. For example, the knowledge of the spatial dimensions of the observed object is of fundamental importance in laser surgery, where the power of the applied radiation should be closely related to the volume of the operated, altered tissue (growths).

Wynalazek w przykładach wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie wzajemne usytuowanie i połączenia podzespołów tworzących przedmiot wynalazku, fig. 2 - usytuowanie i połączenie podzespołów tworzących drugą postać wynalazku, fig. 3 przedstawia widok siatki na płaskim obiekcie, fig. 4 - widok odkształcenia siatki na obiekcie trójwymiarowym w postaci kawałka kredy, zaś fig. 5 - aproksymację przestrzennego kształtu obiektu wyliczonego przez komputer w oparciu o odkształcenia siatki zawarte na fig. 4.The invention in the exemplary embodiments is shown in the drawing, in which fig. 1 shows schematically the mutual positioning and connections of the components forming the subject of the invention, fig. 2 - positioning and connection of the components forming the second embodiment of the invention, fig. 4 - a view of the mesh deformation on a three-dimensional object in the form of a piece of chalk, and Fig. 5 - an approximation of the spatial shape of the object calculated by a computer based on the mesh deformation contained in Fig. 4.

Endoskop światłowodowy, według wynalazku, ma układ obrazujący utworzony z obiektywu 1, z przenoszącego zespołu 2 i okularu 3. Przenoszący zespół 2 jest utworzony z koherentnej wiązki włókien światłowodowych. Z układem obrazującym jest sprzężony oświetlający układ utworzony z koherentnej wiązki 4 włókien światłowodowych zaopatrzonej na wejściu w optyczny układ 5 projekcji siatki 6, która jest usytuowana między tym optycznym układem 5 a soczewką 7 źródła 8 światła. Na wyjściu koherentnej wiązki 4 włókien światłowodowych oświetlającego układu jest usytuowany optyczny układ 9 projekcji siatki 6 na badany obiekt 10 pod kątem ostrym względem optycznej osi 11 obrazującego układu. Okular 3 obrazującego układu jest sprzężony z obiektywemThe optical fiber endoscope according to the invention has an imaging system formed of an objective 1, a transfer unit 2 and an eyepiece 3. The transfer unit 2 is formed of a coherent bundle of optical fibers. Coupled to the imaging system is an illumination system made of a coherent beam 4 of optical fibers provided at the input with an optical system 5 of the projection of a grating 6, which is situated between this optical system 5 and the lens 7 of the light source 8. At the output of the coherent beam 4 of optical fibers of the illuminating system, there is an optical system 9 for projecting the grating 6 onto the examined object 10 at an acute angle in relation to the optical axis 11 of the imaging system. The eyepiece 3 of the imaging system is coupled to the lens

165 949 video-kamery 12, której wyjście jest połączone jednocześnie z wejściem monitora 13 oraz z wejściem analogowo-cyfrowego przetwornika 14, którego wyjście jest połączone z wejściem komputera 15.165,949 video-camera 12, the output of which is connected simultaneously to the input of the monitor 13 and to the input of an analog-to-digital converter 14, whose output is connected to the input of the computer 15.

W drugiej postaci wynalazku (fig. 2) obrazujący układ stanowi video-chip 16 osadzony przy końcu oświetlającego układu i tak usytuowany względem niego, że optyczny układ 9 dokonuje projekcji siatki 6 na badany obiekt 10 pod kątem ostrym, względem osi obserwacji. Wyjście video-chipu 16 jest połączone z monitorem 13 oraz z wejściem analogowo-cyfrowego przetwornika 14, którego wyjście jest połączone z wejściem komputera 15.In the second embodiment of the invention (Fig. 2), the imaging system is a video chip 16 embedded at the end of the illuminating system and positioned relative to it that the optical system 9 projects the grid 6 onto the test object 10 at an acute angle with respect to the observation axis. The output of the video chip 16 is connected to the monitor 13 and to the input of the analog-to-digital converter 14, the output of which is connected to the input of the computer 15.

W przypadku, gdy badana powierzchnia, oświetlona wiązką światła z naniesioną na wiązkę siatką 6 linii prostych, równoległych jest płaską, wówczas obraz obserwowany przez obrazujący układ przedstawia prążki siatki jako prostoliniowe (fig. 3). W przypadku, gdy obserwowany obiekt 10 jest bryłą przestrzenną, np. kawałkiem kredy, wówczas prążki siatki obserwowane przez okular 3 są zdeformowane, krzywoliniowe (fig. 4). Dokonując komputerowej analizy stopnia deformacji prążków siatki 6 wyznacza się wymiary przestrzenne obiektu 10, przykładowo kawałka kredy (fig. 5).In the case when the examined surface, illuminated by a beam of light with a grid of 6 straight, parallel lines on the beam, is flat, then the image observed by the imaging system shows the fringes of the grid as rectilinear (Fig. 3). In the case when the observed object 10 is a three-dimensional solid, e.g. a piece of chalk, the grid fringes observed through the eyepiece 3 are deformed, curvilinear (Fig. 4). By computer analysis of the degree of deformation of the mesh fringes 6, the spatial dimensions of the object 10, for example a piece of chalk, are determined (Fig. 5).

Fig.2Fig.2

Fig.3Fig.3

Fig.4Fig.4

O I IAbout I I

Fig.5Fig 5

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 1.00.

Claims

Patent claims

1. Optical fiber endoscope, comprising an imaging system and an illumination system, wherein the imaging system is formed of a lens, a transfer unit and an eyepiece, having a transfer unit formed of a coherent bundle of optical fibers, and an illuminating system formed of a light source and an optical fiber bundle, characterized by that the illumination system is made of a coherent beam (4) of optical fibers provided at the input with an optical system (5) for the projection of a grating (6) which is situated between this optical system (5) and the lens (7) of the light source (8), at the output of the coherent beam (4) of optical fibers of the illuminating system, an optical system (9) for projecting the grid (6) onto the examined object (10) at an acute angle in relation to the optical axis (11) of the imaging system, while the imaging eyepiece (3) the system is coupled with the lens of the video-camera (12), the output of which is connected to the computer input (15) via an analog-to-digital the transducer (14).

The fiber optic endoscope according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the video camera output (12) is connected to the monitor input (13).

3. Fiber optic endoscope comprising an imaging system and an illuminating system, in which the illuminating system is formed of a light source and a beam of optical fibers, and the imaging system is a video-chip connected to the monitor, characterized in that the illuminating system is made of a coherent beam (4) of optical fibers provided at the input with an optical system (5) of projection of the grating (6), which is located between this optical system (5) and the lens (7) of the light source (8), where at the output of the coherent beam (4) of optical fibers illuminating of the system, the optical system (9) for the projection of the grid (6) onto the examined object (10) at an acute angle with respect to the viewing direction, while the video-chip output (15) is connected via an analog-to-digital converter (14) with the computer input (15). ).