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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem zum endoskopischen Abbilden. Insbesondere weist das Beleuchtungssystem einen Farbstoff auf.
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Hintergrund der Erfindung
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Um klinische Informationen zu betonen, wird eine spektrale Beleuchtung von Zielmolekülen, die optische Eigenschaften in einem menschlichen Körper haben, wie z. B. Hämoglobin oder Autofluoreszenzmolekülen, wie z. B. Lipofuszin, beim medizinischen Abbilden und insbesondere in der Endoskopie verwendet.
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Als ein Beispiel zeigt 1 die Absorptionsspektren von mit Sauerstoff versehenem Hämoglobin (HbO2) und Hämoglobin ohne Sauerstoff (Hb), die beide einen jeweiligen ersten Absorptionspeak in dem Wellenlängenbereich zwischen 400 und 450 nm aufweisen. Ein zweiter Absorptionspeak (im grünen Spektrum) ist in dem Bereich von 520 nm bis 590 nm.
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Die Differenz in der Absorption wird verwendet, um einen Blutungspunkt während einer Behandlungsprozedur zu visualisieren. Wenn z. B. grünes, bernsteinfarbenes und rotes Spektrum verwendet wird, kommt die höchste Absorption vom grünen Spektrum, die zweithöchste Absorption vom bernsteinfarbenen Spektrum und die niedrigste ist vom roten Spektrum. Deswegen wird der Blutungspunkt zusammen mit anderer biomedizinischer Information visualisiert.
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Es können auch Abbildungsagentien, wie z. B. ICG (Indocyaningrün), AF488 und aus der Infrarotfarbstofffamilie für eine Fluoreszenzabbildung und manchmal für eine Phototherapie, wie z. B. PDT (Photodynamische Therapie) und PIT (Photoimmuntherapie), angewendet werden.
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Weil die Moleküle und Abbildungsagentien ihre Absorptions-/Anregungs- und Emissionscharakteristiken haben, ist eine geeignete spektrale Beleuchtung wünschenswert für eine Beleuchtungsoptik und eine Lichtquelle. Ferner werden spezielle Objektivoptiken typischerweise verwendet, um Emissionslicht mit einem guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis von diesen Molekülen und Abbildungsagentien zu erhalten. Oft weisen sie einen Anregungslichtabschneidefilter oder eine äquivalente Optik auf.
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Wenn es jedoch zur Endoskopie kommt, wird Abbilden mit weißem Licht typischerweise ebenfalls benötigt, sodass Endoskope typischerweise eine Option für eine Weißlichtbeleuchtung (WLI) aufweisen. Weil der für die Lichtquelle(n) verfügbare Raum in einem Endoskop klein ist, insbesondere wenn die Lichtquelle innerhalb der Endoskopseite eingebettet ist, sind mögliche Anordnungen limitiert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es wird ein fester Spitzenabschnitt eines Endoskops oder ein Kapselendoskop gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Ferner werden ein Endoskop und ein Endoskopsystem mit dem festen Spitzenabschnitt des Anspruchs 1 bereitgestellt, wie sie durch die jeweiligen Ansprüche definiert werden. Ferner wird ein Endoskopsystem, wie es durch den jeweiligen unabhängigen Anspruch definiert wird, bereitgestellt.
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Der feste Spitzenabschnitt bzw. das Kapselendoskop ermöglichen es, sowohl spektrale Beleuchtung (z. B. zum vaskulären Abbilden) als auch WLI bereitzustellen, während nur ein beschränkter Platz benötigt wird. Ferner ist die Effizienz der Beleuchtung erhöht, weil alle Farbstoffe der Farbstoffschicht sowohl zur spektralen Beleuchtung als auch zum WLI beitragen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die spektrale Form der Beleuchtung eingestellt werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt Absorptionsspektren von Hämoglobin mit Sauerstoff und Hämoglobin ohne Sauerstoff;
- 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen festen Spitzenabschnitt 1 eines Endoskops;
- 3 zeigt Anregungs- und Emissionsspektren von Y3Al5O12:Ce (auch als YAG:Ce bekannt) Farbstoff;
- 4 illustriert schematisch eine spektrale Beleuchtung zum vaskulären Abbilden und WLI gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 zeigt Aufsichten auf einige feste Spitzenabschnitte;
- 6 zeigt Querschnitte durch einige Beispielbeleuchtungssysteme;
- 7 zeigt einige Beispielbeleuchtungssysteme;
- 8 zeigt einige Beispielbeleuchtungssysteme mit optischen Fasern;
- 9 zeigt schematisch die elektronische Konfiguration von Beispielendoskopen; und
- 10 zeigt ein Emissionsspektrum eines roten Farbstoffs.
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Detaillierte Beschreibung von einigen Ausführungsbeispielen
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In Weiteren werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei die Merkmale der Ausführungsbeispiele frei miteinander kombiniert werden können, sofern es nicht anders beschrieben ist. Jedoch versteht es sich ausdrücklich, dass die Beschreibung von gewissen Ausführungsbeispielen nur als Beispiel dient, und dass es auf keinen Fall beabsichtigt ist, dass sie als die Erfindung auf die offenbarten Details beschränkend zu verstehen sind.
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In den Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen entsprechende Komponenten, die durch unterschiedliche Buchstaben unterschieden werden. Die Figuren sind nur schematisch. Insbesondere sind die Größen nicht maßstabsgerecht.
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2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen festen Spitzenabschnitt 1 eines Endoskops. Der feste Spitzenabschnitt 1 kann mehr Bauteile als diejenigen, die schematisch in 2 gezeigt sind, wie z. B. einen Arbeitskanal 22, aufweisen. 2 und ihre Beschreibung ist entsprechend anwendbar auf ein Kapselendoskop, wenn es nicht anders angegeben wird oder aus dem Kontext klargemacht wird.
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Während das Kapselendoskop alleine verwendet werden kann, ist ein proximales Ende des festen Spitzenabschnitts 1 typischerweise mit einem festen oder flexiblem Schaft verbunden, um das Endoskop zu bilden. Die Verbindung kann direkt oder indirekt über ein Angulationssegment erfolgen.
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Der feste Spitzenabschnitt 1 weist eine Lichtausgabeschicht 3 und eine Farbstoffschicht 2 auf. Zusätzlich kann der feste Spitzenabschnitt 1 typischerweise ein Abbildungssystem 20 mit einer Objektivlinse 21 zum Abbilden eines Objektraums 100 aufweisen. In 2 ist der Objektraum 100 vor dem distalen Ende des festen Spitzenabschnitts 1 des Endoskops. Jedoch kann in einigen Ausführungsbeispielen der Objektraum 100, der durch das Abbildungssystem 20 abgebildet wird, an einer lateralen Seite des festen Spitzenabschnitts 1 sein. Der Objektraum 100 kann ein Hohlraum sein, z. B. ein Hohlraum in einem menschlichen oder tierischen Körper, oder ein Abschnitt eines solchen Hohlraums.
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Ferner weist der feste Spitzenabschnitt 1 ein Beleuchtungssystem 23 mit einer Lichtausgabeschicht 3 und einer Farbstoffschicht 2 auf. Das Beleuchtungssystem 23 ist so angebracht, dass es den Objektraum 100, insbesondere zumindest einen Abschnitt des Objektraums 100, der durch das Abbildungssystem 20 abgebildet wird, beleuchtet. In 2 ist das Beleuchtungssystem 23 neben dem Abbildungssystem 20 angebracht. Jedoch kann in einigen Ausführungsbeispielen das Beleuchtungssystem 23 um das Abbildungssystem 20 angebracht sein, sodass es ganz oder teilweise das Abbildungssystem 20 umgibt, wenn es von dem Objektraum 100 gesehen wird (siehe z. B. 5a) und b)).
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5 zeigt einige feste Beispielspitzenabschnitte 1, wenn sie in einer Draufsicht von dem Objektraum 100 gesehen werden. Die Farbstoffschicht 2 ist transparent gezeichnet, sodass die Lichtausgabeschicht 3 mit ihren Lichtquellen 4 durch die Farbstoffschicht 2 sichtbar ist. Wie in 5a) gezeigt, kann die Farbstoffschicht kontinuierlich sein, sodass ein einzelner Abschnitt der Farbstoffschicht 2 mehrere Lichtquellen 4 bedeckt. Wie in 5b) bis 5d) gezeigt, kann die Farbstoffschicht 2 in mehrere Abschnitte aufgeteilt sein, die voneinander durch Lücken getrennt sind. Jeder Abschnitt kann eine oder mehrere Lichtquellen 4 bedecken. Das Abbildungssystem 23 kann eine einzelne Lichtquelle 4, die durch eine Farbstoffschicht 2 bedeckt ist, aufweisen (nicht in 5 gezeigt). Die Anordnung des Beleuchtungssystems 23 relativ zu der Objektivlinse 21 ist nicht auf die in 5 gezeigten Anordnungen beschränkt, sondern kann gemäß den Bedürfnissen variiert werden.
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Die Lichtausgabeschicht 3 ist konfiguriert, entweder erstes Anregungslicht oder zweites Anregungslicht zu einer Zeit zu emittieren. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Lichtausgabeschicht 3 auch sowohl erstes Anregungslicht als auch zweites Anregungslicht zu einer Zeit ausgeben. Das heißt, die Emission des ersten Anregungslichts (die Intensität des ersten Anregungslichts, zumindest, ob das erste Anregungslicht überhaupt emittiert wird oder nicht) ist getrennt steuerbar von der Emission des zweiten Anregungslichts (der Intensität des zweiten Anregungslichts, zumindest, ob das zweite Anregungslicht überhaupt emittiert wird oder nicht). Das Endoskopsystem kann eine entsprechende Steuerungseinrichtung aufweisen.
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Zumindest in dem sichtbaren Spektrum (400 bis 750 nm) hat eine Intensität des ersten Anregungslichts ein absolutes Maximum an einer ersten Peakwellenlänge. Zumindest in dem sichtbaren Spektrum (400 bis 750 nm) hat eine Intensität des zweiten Anregungslichts ein absolutes Maximum an einer zweiten Peakwellenlänge, die verschieden von der ersten Peakwellenlänge ist. Die Lichtausgabeschicht 3 kann mehr als zwei verschiedene Anregungslichter emittieren, wobei die Intensität von jedem von ihnen ein absolutes Maximum in dem sichtbaren Spektrum an einer jeweiligen Peakwellenlänge hat, die verschieden von den Peakwellenlängen der anderen Anregungslichter ist.
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Die Farbstoffschicht 2 kann die Lichtausgabeschicht 3 bedecken, wenn sie von dem Objektraum 100 gesehen wird. Die Farbstoffschicht 2 kann in Kontakt mit der Lichtausgabeschicht 3 einschließlich der Lichtquellen 4 sein, wie es in dem Querschnitt der 6b) gezeigt ist, oder sie kann davon getrennt sein, wie es in 2 und in dem Querschnitt der 6a) gezeigt ist. Die Farbstoffschicht 2 weist einen oder mehrere Farbstoffe auf. Die einen oder mehreren Farbstoffe können in einer Matrix eines Materials (wie z. B. eines transparenten Harzes), das transparent in einem Wellenlängenbereich, der relevant für eine Spektrumsbeleuchtung und eine Beleuchtung mit weißem Licht ist, sein (d. h. typischerweise in dem sichtbaren Spektrum), oder die Farbstoffschicht 2 kann nur aus dem (den) Farbstoff(en) bestehen.
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Typischerweise ist die Zusammensetzung der Farbstoffschicht 2 im Wesentlichen konstant. Das heißt, die Zusammensetzung der Farbstoffschicht 2, die über die Dicke der Farbstoffschicht 2 integriert wird, variiert um nicht mehr als 10 % in der lateralen Richtung. Bevorzugt ist die Variation nicht mehr als 5 %, noch bevorzugter nicht mehr als 2 %. Entsprechend variiert die Zusammensetzung der Farbstoffschicht 2 nicht wesentlich in der Dickenrichtung der Farbstoffschicht 2 (nicht mehr als 10 %, bevorzugt nicht mehr als 5 %, noch bevorzugter nicht mehr als 2 %). Typischerweise ist eine Dicke der Farbstoffschicht 2 im Wesentlichen konstant (± 10 %, bevorzugt ± 5 %). Aufgrund dieser Merkmale wird die Herstellung der Farbstoffschicht 2 vereinfacht.
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Das Licht (erstes Anregungslicht, zweites Anregungslicht) von der Lichtausgabeschicht 3 fällt auf die Farbstoffschicht 2 und geht durch die Farbstoffschicht 2, um den Objektraum 100 zu beleuchten, wie es durch die Pfeile in 2 angezeigt wird. Wenn das Licht von der Lichtausgabeschicht 3 durch die Farbstoffschicht 2 geht, regt es jeden der Farbstoffe der Farbstoffschicht 2 an, z. B. durch Lumineszenz, wie z. B. Fluoreszenz oder Phosphoreszenz. Das heißt, jeder der Farbstoffe erzeugt sein jeweiliges erstes oder zweites angeregtes Licht, abhängig von dem Anregungslicht. Entsprechend wird der Objektraum 100 durch kombiniertes Licht beleuchtet, das das (die) angeregten Licht(er) von den einen oder mehreren Farbstoffen der Farbstoffschicht 2 und das verbleibende Licht von der Lichtausgabeschicht 3, das durch die Farbstoffschicht 2 gegangen ist, ohne irgendein angeregtes Licht anzuregen, ist. Man bemerke, dass das Licht, das durch die Farbstoffschicht 2 geht, ohne irgendein angeregtes Licht anzuregen, durch den Farbstoff und/oder durch kleine Partikel (einschließlich Luftblasen) gestreut werden kann, wenn sie in der Farbstoffschicht 2 vorhanden sind.
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Die Anregungslichter von der Lichtausgabeschicht 3 und der/die Farbstoff(e) der Farbstoffschicht 2 sind so konfiguriert, dass jeder der Farbstoffe durch die jeweilige Peakwellenlänge von jedem der Anregungslichter angeregt werden kann, um sein jeweiliges angeregtes Licht zu erzeugen. Zum Beispiel wird der Farbstoff durch jede der Peakwellenlängen λ1 und λ2 angeregt, wenn die Lichtausgabeschicht 3 zwei verschiedene Anregungslichter mit Peakwellenlängen λ1 und λ2 emittiert und die Farbstoffschicht 2 einen Farbstoff aufweist. Entsprechend wird der Farbstoff A durch jede der Peakwellenlängen λ1 und λ2 angeregt und der Farbstoff B durch jede der Peakwellenlängen λ1 und λ2 angeregt, wenn die Lichtausgabeschicht 3 zwei verschiedene Anregungslichter mit Peakwellenlängen λ1 und λ2 emittiert und die Farbstoffschicht 2 zwei Farbstoffe A und B aufweist. Die Farbstoffschicht 2 weist keinen Farbstoff auf, der durch (zumindest) eine der Anregungslichter angeregt wird, um ein jeweiliges angeregtes Licht zu erzeugen, aber nicht durch (zumindest) ein anderes der Anregungslichter angeregt wird. Deswegen wirkt keiner der Farbstoffe als ein bloßer Streuer des Anregungslichts, und eine Beleuchtungseffizienz ist erhöht.
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Wie oben ausgeführt, kann die Farbstoffschicht 2 zusätzlich etwas transparentes Material (wie z. B. ein transparentes Harz) aufweisen, das nicht durch irgendeines der Anregungslichter angeregt wird.
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Für jeden der Farbstoffe in der Farbstoffschicht 2 können die normalisierten Spektren des angeregten Lichts, das durch verschiedene Anregungslichter erzeugt wird, abhängig von der Anregungswellenlänge verschieden sein. Jedoch sind typischerweise die normalisierten Spektren im Wesentlichen identisch, unabhängig von den Anregungslichtern, aber ihre absolute Intensität kann abhängig von dem Anregungslicht variieren. Daher ist die Normalisierung bezogen auf die Intensität. Für jedes der Anregungslichter und jeden der Farbstoffe ist ein Anregungsverhältnis definiert als ein Verhältnis einer Menge an angeregtem Licht, das durch das Anregungslicht erzeugt wird, zu einer Menge an Anregungslicht, das auf die Farbstoffschicht 2 einfällt. Für jeden der Farbstoffe der Farbstoffschicht 2 ist das Anregungsverhältnis für zumindest eines der Anregungslichter verschieden von dem Anregungsverhältnis für ein anderes der Anregungslichter. Daher kann das Verhältnis des angeregten Lichts zu dem jeweiligen Anregungslicht in dem kombinierten Licht abhängig von den relativen Intensitäten der Anregungslichter variieren, wenn die Lichtausgabeschicht 3 mehrere Anregungslichter gleichzeitig emittieren kann, und sich für jedes der Anregungslichter ein im Wesentlichen gleiches normalisiertes Spektrum ergibt. Das heißt, das Spektrum des kombinierten Lichts kann entsprechend den Bedürfnissen geformt werden.
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Im Gegensatz dazu ist das Verhältnis des angeregten Lichts zu Anregungslicht in dem kombinierten Licht festgelegt, wenn es eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen Farbstoffen und Anregungslichtern gibt.
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Jetzt werden einige Beispiele von Anregungslichtern und Farbstoffen detaillierter beschrieben. In diesem Abschnitt wird angenommen, dass die Lichtausgabeschicht 3 konfiguriert ist, zwei verschiedene Anregungslichter (erstes Anregungslicht mit einer ersten Peakwellenlänge und zweites Anregungslicht mit einer zweiten Peakwellenlänge) zu emittieren. Jedoch sind Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht auf nur zwei Anregungslichter beschränkt, und können drei oder sogar mehr als drei verschiedene Anregungslichter emittieren.
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Die Peakwellenlänge des ersten Anregungslichts kann in einem Bereich von 400 nm bis 430 nm sein. Die Peakwellenlänge des zweiten Anregungslichts kann in einem Bereich von 440 nm bis 480 nm sein. Der Farbstoff kann zumindest eines aufweisen aus:
- - Y3Al5O12:Ce
- - CaSc204:Ce
- - Y3(Al,Ga)5O12:Ce
- - Lu3Al5O12:Ce
- - Lu3(Al,Ga)5O12:Ce
- - Y3Al5O12:Ce
- - La3Si6N11:Ce
- - (La,Y)3Si6N11:Ce.
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Die Menge an Ce in diesen Farbstoffen kann in dem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% oder 0,5 Mol% bis 5 Mol% sein.
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Wie in 3 für das Beispiel von Y3Al5O12:Ce (auch als YAG:Ce bekannt) als dem Farbstoff gezeigt, können sowohl violettes Anregungslicht (in dem Bereich von 400 bis 430 nm) als auch blaues Anregungslicht (in dem Bereich von 430 bis 480 nm) das angeregte Licht („Emission“ in 3) mit einem breiten Spektrum um 570 nm anregen. Wie in 4 gezeigt, ist die Intensität des angeregten Lichts (λ3) ziemlich niedrig, wenn das violette Anregungslicht (λ1) den Farbstoff anregt, und das kombinierte Licht ist geeignet für vaskuläres Abbilden (oben links in 4). Andererseits ist die Intensität des angeregten Lichts erhöht, wenn das blaue Anregungslicht (λ2) den Farbstoff anregt, sodass das kombinierte Licht nahezu weiß (nahe dem Weißpunkt gemäß CIE 1931, unten links in 4) erscheint. Wenn sowohl λ1 als auch λ2 den Farbstoff anregen, kann das kombinierte Licht sogar näher bei dem Weißpunkt sein, wie in 4 (rechts) gezeigt.
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Eine weitere Verbesserung der WLI kann erreicht werden, wenn die Farbstoffschicht 2 zusätzlich einen der folgenden Farbstoffe aufweist, dessen Anregungslicht in dem roten Bereich ist:
- - CaAlSi(ON)3:Eu
- - CaAlSiN3:Eu
- - (SrCa)AlSiN3:Eu
- - CaAlSi(ON)3:Eu
- - Li2SiN2: Eu3+
- - Sr[Mg3SiN4] : Eu2+
- - CaAlSiN3:Eu2+
- - Li2Ca2[Mg2Si2N6]:Eu2+
- - Ca18.70Li10.5[Al39N55]:Eu2+
- - Ba[Mg3SiN4]:Eu2+
- - Sr4[LiAl11N14]:Eu2+
- - Ca[LiAl3N4]:Eu2+
- - Ba[Li2(Al2Si2)N6]:Eu2+
- - Sr[LiAl3N4]:Eu2+.
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Die Menge an Eu in diesen Farbstoffen kann in dem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% oder 0,5 Mol% bis 5 Mol% sein.
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Wie in Tabelle 1 gezeigt, regen sowohl das violette als auch das blaue Anregungslicht beide Farbstoffe (den Farbstoff der ersten Gruppe und den Farbstoff der zweiten Gruppe) an.
Tabelle 1: Anregungscharakteristiken von Farbstoffen
| | Wellenlänge λ1 (Violett) | Wellenlänqe λ2 (Blau) |
| Farbstoff 1 (z. B. Y3Al5O12:Ce) | Ja | Ja |
| Farbstoff 2 (z. B. CaAlSi(ON)3:Eu) | Ja | Ja |
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Jeder der roten Farbstoffe der zweiten Gruppe (d. h. CaAISi(ON)3:Eu, CaAlSiN3:Eu, (SrCa)AlSiN3:Eu, CaAlSi(ON)3:Eu, Li2SiN2:Eu3+ , Sr[Mg3SiN4]:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+, Li2Ca2[Mg2Si2N6]: Eu2+, Ca18.75Li10.5[Al39N55:Eu2+, Ba[Mg3SiN4]:Eu2+, Sr4[LiAl11N14]:Eu2+, Ca[LiAl3N4]:Eu2+, Ba[Li2(Al2Si2)N6]:Eu2+, Sr[LiAl3N4]:Eu2+) oder eine Kombination davon kann nicht nur zusätzlich zu den Farbstoffen der ersten Gruppe verwendet werden, sondern kann auch als der einzige Farbstoff (Farbstoffkombination) in der Farbstoffschicht 2 verwendet werden. Wenn der Farbstoff mit violettem (oder blauem) Anregungslicht (in den Wellenlängenbereichen, wie oben beschrieben) bzw. grünem Anregungslicht (in dem Wellenlängenbereich 520 nm bis 590 nm) kombiniert wird, ist das kombinierte Licht weißes Licht bzw. Spektralbeleuchtung, wie in 10 gezeigt, die ein Emissionsspektrum von einem der roten Farbstoffe der zweiten Gruppe zeigt. Die kleine Menge an blauem Emissionslicht muss nicht für alle diese Farbstoffe auftreten.
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Die folgenden Bedingungen können zutreffen:
- • die erste Peakwellenlänge unterscheidet sich von der zweiten Peakwellenlänge um zumindest 5 nm (bevorzugt um zumindest 10 nm, noch bevorzugter um zumindest 15 nm);
- • eine Halbwertsbreite eines Emissionsspektrums des ersten Anregungslichts um die erste Peakwellenlänge ist nicht größer als 30 nm (bevorzugt nicht größer als 20 nm, noch bevorzugter nicht größer als 10 nm);
- • eine Halbwertsbreite eines Emissionsspektrums des zweiten Anregungslichts um die zweite Peakwellenlänge ist nicht größer als 30 nm (bevorzugt nicht größer als 20 nm, noch bevorzugter nicht größer als 10 nm).
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Ferner kann eine der folgenden Bedingungen zutreffen:
- • das erste Anregungsverhältnis ist größer als das zweite Anregungsverhältnis um zumindest einen Faktor 2 (bevorzugt um zumindest einen Faktor 4, noch bevorzugter um einen Faktor 8); und
- • das zweite Anregungsverhältnis ist größer als das erste Anregungsverhältnis um zumindest einen Faktor 2 (bevorzugt um zumindest einen Faktor 4, noch bevorzugter um einen Faktor 8).
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Jetzt werden einige Details der Lichtausgabeschicht 3 erklärt.
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Die Lichtausgabeschicht 3 kann eine oder mehrere erste Lichtquellen 4 aufweisen. Jede der ersten Lichtquellen 4 ist konfiguriert, das erste Anregungslicht zu emittieren. Jede der einen oder mehreren ersten Lichtquellen 4 kann zumindest eine jeweilige erste lichtemittierende Diode oder eine jeweilige erste Laserdiode aufweisen.
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Die Lichtausgabeschicht 3 kann eine oder mehrere zweite Lichtquellen 4 aufweisen. Jede der zweiten Lichtquellen 4 ist konfiguriert, das zweite Anregungslicht 4 zu emittieren. Jede der einen oder mehreren zweiten Lichtquellen 4 kann zumindest eine jeweilige zweite lichtemittierende Diode oder eine jeweilige zweite Laserdiode aufweisen.
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Wenn die Lichtausgabeschicht 3 die ersten und zweiten LEDs oder LDs als die Lichtquellen 4 aufweist, kann das ganze Beleuchtungssystem 23 in dem festen Spitzenabschnitt 1 eingebettet sein. Jedoch kann zumindest eine der ersten Lichtquellen 4 und der zweiten Lichtquellen 4 ein Emissionsende einer optischen Faser sein, die Anregungslicht von einer Lichterzeugungseinrichtung 41 außerhalb des festen Spitzenabschnitts 1 emittiert. Zum Beispiel kann die Lichterzeugungseinrichtung 41 (z. B. LED oder LD) an dem proximalen Ende des Endoskops oder in einer Steuerungsbox des Endoskops angebracht sein, und das durch die Lichterzeugungseinrichtung 41 erzeugte Licht wird von der Lichterzeugungseinrichtung 41 zu der Lichtausgabeschicht 3 durch eine oder mehrere optische Fasern 8 (oder entsprechende Glaszylinder) propagiert.
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Die Lichtausgabeschicht 3 kann eine Mischung aus LED(s)/LD(s) und einem oder mehreren Emissionsende(n) von optischen Faser(n) 8 aufweisen („Hybridkonfiguration“). Solch eine Mischung kann vorteilhaft sein, wenn ausreichend Raum für eine gewisse Anzahl von LED(s)/LD(s) in dem festen Spitzenabschnitt 1 nicht verfügbar ist. Ein Beispiel ist in 7b) gezeigt. In 7b) ist die rechte Lichtquelle 4 das Emissionsende einer optischen Faser 8, die Licht von der Lichterzeugungseinrichtung 41, die an dem proximalen Ende (oder außerhalb des Endoskops) angebracht ist, emittiert, während die linke Lichtquelle 4 eine LED oder LD ist, die in dem festen Spitzenabschnitt 1 an dem distalen Ende angebracht ist. Wenn das Beleuchtungssystem 21 mehrere Lichtquellen 4, die die erste Wellenlänge (oder die zweite Wellenlänge) emittieren, aufweist, können einige von ihnen Emissionsenden von optischen Fasern 8 sein, und einige von ihnen können LEDs/LDs sein, die in dem festen Spitzenabschnitt 1 angeordnet sind, oder alle die Lichtquellen, die eine Wellenlänge emittieren, können LEDs/LDs, die in dem festen Spitzenabschnitt angeordnet sind, sein, und alle die Lichtquellen 4, die die andere Wellenlänge emittieren, können Emissionsenden von optischen Fasern 8 sein. Während 7b) ein Beispiel zeigt, in dem die Lichterzeugungseinrichtung 41 direkt mit der Lichtquelle 4 in der Lichtausgabeschicht 3 gekoppelt ist, kann das Licht von mehreren Lichterzeugungseinrichtungen 41 kombiniert werden, bevor das Licht von den Lichtquellen 4 in der Lichtausgabeschicht 3 emittiert wird, wie weiter unten mit Bezug auf 8 erklärt wird.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann zumindest eine der einen oder mehreren optischen Fasern so angebracht sein, dass sie nur eines der Anregungslichter, aber nicht das andere der Anregungslichter emittiert. Zum Beispiel kann das Eingabeende der optischen Fasern direkt mit den entsprechenden Lichterzeugungseinrichtungen, die nur das jeweilige Anregungslicht emittieren, verbunden sein. Dies ist in 7a gezeigt. Hier sind die Lichterzeugungseinrichtungen 41 mit den jeweiligen optischen Fasern 8 durch Faserverbinder 8a verbunden.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann zumindest eine der einen oder mehreren optischen Fasern so angebracht sein, dass sie mehrere Anregungslichter emittieren kann. In diesem Fall können die Anregungslichter von den Lichterzeugungseinrichtungen durch einen Strahlkombinierer (gezeigt in 8a und 8b für zwei bzw. drei Wellenlängen) oder einen Faserkoppler (gezeigt in 8c) kombiniert werden, bevor sie in die optische(n) Faser(n) 8 eingegeben werden, die ihr(e) Emissionsende(n) in der Lichtausgabeschicht 3 hat/haben. In 8b) wird das Licht von den drei Lichterzeugungseinrichtungen 41 auf zwei optische Fasern 8 durch einen Faserkoppler/-entkoppler 81 aufgeteilt, sodass es zwei Lichtquellen 4 in der Lichtausgabeschicht 3 in dem festen Spitzenabschnitt 1 gibt. Natürlich ist die Anzahl der optischen Fasern 8 und Lichtquellen 4 nicht auf zwei beschränkt, sondern kann auch drei oder größer sein. Entsprechend kann anstelle eines Strahlkombinierers 80 ein Faserkoppler 81 verwendet werden, um die Lichter von mehreren Lichterzeugungseinrichtungen 41 in eine oder mehrere optische Fasern 8 zu kombinieren, wie in 8c) gezeigt.
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In einigen Ausführungsbeispielen weist die Lichtausgabeschicht 3 in dem festen Spitzenabschnitt 1 keine LED(s)/LD(s) auf, sondern nur Emissionsenden von optischen Fasern. In einem Fall weist die Lichtausgabeschicht 3 keine LED/LD auf, sondern ein einzelnes Emissionsende einer optischen Faser als eine einzelne Lichtquelle, die mehrere Anregungslichter emittieren kann.
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Es kann einen separaten Abschnitt der Farbstoffschicht 2 für jede der Lichtquellen geben (siehe 5d)), oder gemeinsam für mehrere der Lichtquellen (siehe 5b) und 5c)) oder sogar für alle Lichtquellen (siehe 5a)) der Lichtausgabeschicht 3. Zum Beispiel kann die Farbstoffschicht 2 so angebracht sein, dass das erste Anregungslicht von den ersten Lichtquellen auf einen ersten Abschnitt davon fällt, und dass das zweite Anregungslicht von den zweiten Lichtquellen auf einen zweiten Abschnitt davon fällt. Die ersten und zweiten Abschnitte können durch eine Lücke getrennt sein.
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Die Lichtquellen der Lichtausgabeschicht 3 können in mehreren Einheitszellen angebracht sein. In jeder der Einheitszellen sind die Lichtquellen auf eine gleiche Weise (z. B. jeweilige Abstände, jeweilige Orientierung, siehe z. B. 5b) und 5c)) angebracht. Die Anregungslichter von jeder der Einheitszellen können auf einen jeweiligen getrennten Abschnitt der Farbstoffschicht 2 einfallen, oder die Anregungslichter von mehreren Einheitszellen können auf einen gemeinsamen Abschnitt der Farbstoffschicht 2 einfallen.
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In einigen Ausführungsbeispielen, die (ein) Emissionsende(n) von einer oder mehreren optischen Fasern als Lichtquellen der Lichtausgabeschicht 3 aufweisen, kann die Farbstoffschicht 2 zwischen den Lichterzeugungseinrichtungen 41 und der (den) optischen Faser(n) 8, deren Emissionsenden in der Lichtausgabeschicht 3 angeordnet sind, angeordnet sein. In diesen Ausführungsbeispielen emittieren das (die) Emissionsende(n) der optischen Faser(n) 8 kombiniertes Licht zum Beleuchten des Objektraums 100, ohne durch eine weitere Farbstoffschicht 2 in dem festen Spitzenabschnitt 1 zu gehen. Die gleichen Effekte, wie für einen Fall beschrieben, in dem die Farbstoffschicht 2 in dem proximalen Ende des festen Spitzenabschnitts 1 angeordnet ist, können erreicht werden.
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9 zeigt schematisch die elektronische Konfiguration von Beispielendoskopen. In 9 sind LDs/LEDs an Lichtquellen 4 in dem festen Spitzenabschnitt 1 angebracht. Sie werden durch eine Lichtquellensteuerungseinheit in der Prozessoreinheit, die außerhalb des Endoskops angebracht und mit seinem proximalen Ende verbunden ist, gesteuert (d. h. zumindest eingeschaltet und ausgeschaltet). Das Abbildungssystem 20 stellt das erhaltene Bild über einen A/D-Umwandler der Bildverarbeitungseinheit, und von dort der CPU bereit. Typischerweise ist der A/D-Umwandler in dem Endoskop angebracht, aber er kann in einigen Beispielen auch außerhalb angebracht sein. Die CPU steuert die Bildverarbeitungseinheit, die Lichtquellensteuerungseinheit und, wenn verfügbar, den Anzeigemonitor zum Visualisieren des Bildes, das durch das Abbildungssystem 20 erhalten wird.
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9b) entspricht 9a), außer dass Lichterzeugungseinrichtungen 41 (LDs/LEDs) in einer Lichtquelleneinheit angebracht sind, die bei (oder nahe bei) dem proximalen Ende des Endoskops angebracht ist, und optische Fasern das Licht, das durch die Lichterzeugungseinrichtungen 41 emittiert wird, zu ihren Emissionsenden (Lichtquellen 4) in der Lichtausgabeschicht 3 führen. In 9b) ist ein Beispiel gezeigt, in dem jede optische Faser 8 einer Lichterzeugungseinrichtung 41 und Lichtquelle 4 entspricht. Optional, wie durch den gestrichelten Kasten in 9b) angezeigt, können die Lichter von den verschiedenen Lichterzeugungseinrichtungen gekoppelt werden, wie z. B. mit Bezug auf 8 erklärt.
