DE1802714A1

DE1802714A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung des von einem optischen Faserbuendessystems uebermittelten Bildes eines Objekts

Info

Publication number: DE1802714A1
Application number: DE19681802714
Authority: DE
Inventors: Nagashige Takahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1968-10-11
Filing date: 1968-10-11
Publication date: 1970-07-09
Also published as: DE1802714B2; DE1802714C3

Description

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PATENTANWALT DR. GERHARD SCHAEPER DIPLOMPHYSIKER

18027H

8023 München-Pullach ' Seitnerstraße 13 Telefon 7 93 09 01

Sch/Kp

ίο. ίο. 1968

OLYMPUS OPTICAL CO., LTD.
No. 43-2, Hatagaya 2-chome, Shibuya-ku, Tokyo/ Japan

Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung des von einem optischen PaserbUndelsystem übermittelten Bildes eines Objekts

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung des von einem Faserbündelsystem übermittelten Bildes eines Objekts in Bezug auf das Objekt.

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Bekannte optische Faserbündelsysterne werden zusammen mit einer Objektivlinse und einem Okular als Endoskope dazu verwendet, Hohlräume in lebenden Körpern zu beobachten. Der Vorteil solcher Endoskope liegt darin, daß das optische Faserbündel frei gebogen werden kann. Da Jedoch das optische Faserbündel im Vergleich zu seinem Durchmesser sehr lang ist, neigt es dazu, sich während der Beobachtung des Hohlraums zu verdrehen. Da.sich die Orientierung des Bildes des Objekts durch das Verdrehen des optischen Faserbündels verändert, ist es schwierig, genau die Orientierung des durch das Faserbündelsystem beobachteten Objekts zu bestimmen. Dies bringt schwerwiegende Nachteile bei der Beobachtung eines Hohlraumes eines lebenden Körpers mit sich. Beispielsweise kann hierdurch bei der Beobachtung der Bronchien das vordere Ende des Paserbündelsystems Irrtümlich in einen unerwünschten Teil der Bronchien eingeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein optisches Paserbundelsystem mit einer Vorrichtung zu schaffen, welche unabhängig von der Verdrehung des optischen Paserbündels die Orientierung des beobachteten Objekts anzeigt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an der vorderen Endfläche des optischen Paserbündels in definierter Lage zu dieser eine

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Markierung angeordnet ist und daß vor der vorderen Endfläche eine unter der Wirtaxng der Schwerkraft bewegliche Massepartikel angeordnet ist. *

Die Massepartikel kann aus einer kleinen Stahlkugel oder einer kleinen Quecksilberkugel bestehen. Sie ist frei beweglich in einer kleinen dünnen Kammer gehalten. Diese Kammer kann durch

die vordere Endfläche des optischen Pasersystems und eine In geringer Entfernung parallel zu dieser angebrachte dünne durchsichtige Platte, beispielsweise eine Glasplatte gebildet sein« wobei die vordere Endfläche des Ölasfasersystems und die dünne durchsichtige Platte am Rande durch eine Mantelfläche verbunden sind. Die kleine dünne Kammer erstreckt sich damit quer zur optischen Achse des vorderen Endes des optischen Faserbündelsystems über die ganze Fläche desselben.

Durch diese erfindungsgemäße Konstruktion erscheint das Bild der ₍ Partikel, welches sieh unter der Wirkung der Schwerkraft in der untersten Lage befindet in einer vorbestimmten Beziehung zum Bild der Markierung auf der hinteren Endfläche des optischen PaserbUndelsysteras, wenn das optische Glasfasersystem im wesentlichen in horizontaler Lage verwendet wird und die optischen Faserbündel in nicht verdrehter Stellung gehalten werden. Wenn das optische Faserbündel während der Betätigung des Faserbundelsysteros aus irgendwelchen Gründen verdreht wird, gelangt die Partikel unter

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der Wirkung der Schwerkraft stets in ihre unterste Lage in der dünnen schmalen Kammer. Die Lage des Bildes der Partikel auf der hinteren Endfläche des optischen FaserbUndelsystems verändert sich daher in Abhängigkeit von der Verdrehung des optischen FaserbUndels, während die Stellung des Bildes der Markierung auf der hinteren Endfläche des optischen Olasfasersystems feststeht. Hierdurch wird die Lage beider Bilder relativ zueinander verändert. Die Veräpderung der relativen Lage der beiden Bilder zeigt die Größe der Verdrehung des optischen FaserbUndels an und erlaubt die Orientierung des zu bestimmenden Objekte unabhängig von der Verdrehung des optischen FaserbUndels.

Da bei Betätigung des Endoskops der Patient in den meisten Fällen mit dem Gesicht nach oben liegt und das Endoskop sich im wesentlichen horizontal erstreckt, ist das erfindungsgemäße optische FaserbUndelsystem fUr Endoskope außerordentlich vorteilhaft.

Die Erfindung läßt sich ebenfalls mit Vorteil in einem optischen Fasersystem anwenden, in dem ein Objekt mit Hilfe von lichtreflektierenden Mitteln am vorderen Ende des optischen Fasersystems quer oder schräg auf der Seite der optischen Achse der Objektivlinse beobachtet wird. In diesem Fall kann die Richtung des Objekts, das von dem optischen Glasfasersystem zu beobachten ist und das radial von der optischen Achse dieses System nach

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außen verläuft, bestimmt werden durch die relative Lage der Bilder der Markierung und der Partikel auf der hinteren Endfläche des optischen Fasersystems.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Endoskopen zur Beobachtung hohler Teile von lebenden Körpern beschränkt. Sie ist darüberhinaus auf Jedem Gebiete der Industrie und anderweitig verwendbar, sofern ein optisches Paserbündelsystem im wesentlichen in horizontaler Lage verwendet wird.

Anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele soll der Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert werden.

Pig. 1 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen Objekt und Bild, das auf beiden Endflächen eines bekannten optischen Fasersystems gebildet wird, wobei das optische Faserbündel nicht verdreht ist;

Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei das optische Faserbündel um Τ8θ° verdreht ist.

Fig. 3 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, die Jedoch eine Vorrichtung für die Anzeige der Orientierung des Bildes nach der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei das optische Glasfaserbündel nicht verdreht ist;

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Pig. 4 zeigt die Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das optische Faserbündel um 18O° verdreht ist.

Zunächst soll zum besseren Verständnis der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ein bekanntes optisches Glasfasersystem kurz beschrieben werden.

Das in Fig. 1 dargestellte optische Fasersystem umfaßt eine Objektivlinse 1, ein langgestrecktes optisches Faserbündel zur Bildübertragung 2, dessen vordere Endfläche 2a koaxial hinter der Objektivlinse 1 angebracht ist und ein Okular 3» das hinter der hinteren Endfläche 2b des optischen Faserbündels 2 koaxial angebracht ist. Die Querschnittsform des optischen Faserbündels kann beliebig gestaltet und braucht - wie dargestellt - nicht quadratisch zu sein. Das Bild eines Objekts G, das sich vor der Objektivlinse 1 befindet, wird auf die vordere Endfläche 2a abgebildet und von dort das optische Faserbündel 2 hindurch zur hinteren Endfläche 2b desselben übertragen. Das Bild auf der hinteren Endfläche 2b wi.rd vom Auge A der Bedienungsperson durch das Okular betrachtet. In Fig. 1 befindet sich das Faserbündel 2in nicht verdrehter Stellung. Daher wird der Punkt ρ des Objekts G als Punkt p' auf die vordere Endfläche 2a abgebildet und das Bild p¹ wird durch das optische Glasfaserbündel zur hinteren Endfläche 2b

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desselben übertragen, ohne daß eine Drehung um die Längsachse des optischen Faserbündels 2 erfolgt, Das Bild des Punktes ρ des Objekts O entsteht dadurch an einer Stelle p^M auf der hinteren Endfläche 2b. Wie dargestellt, ist die Orientierung des Bildes p* dieselbe, wie die des Bildes p", sofern das optische Glasfaserbündel in nicht verdrehter Lage gehalten wird.

Wenn Jedoch aus irgend einem Grunde das optische Faserbündel 2 während der Verwendung des optischen Glasfasersystems gedreht wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, dann verändert sich die Orientierung des Bildes p* in Abhängigkeit von der Größe der Verdrehung des optischen Faserbündels 2. In Fig. 2ist das optische Glasfaserbündel 2 als um 18O° gedreht dargestellt, so daß das Bild p" in der untersten Lage und das Bild p¹ in der obersten Lage ist.

Wenn das optische Fasersystem für die Beobachtung eines Hohlraumes verwendet wird und keine Mittel für die Feststellung der Verdrehung des optischen Faserbündels vorgesehen sind, ist es für die Bedienungsperson unmöglich, die Orientierung des Objekts zu bestimmen, wenn das optische Faserbündel verdreht ist. Dies kann irrtümliche Beobachtungen oder Diagnosen hervorrufen.

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Anhand der Fig. 3 und 4, in. denen ein ähnliches optisches Fasersystem wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, soll die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben werden'. Erfindungsgemäß ist eine Markierung 4 in einer bestimmten Stellung an der vorderen Endfläche 2a des optischen Glasfaserbündels 2 vorgesehen. In Fig. j5 ist die Markierung 4 in der . Mitte oben angeordnet« wenn das optische Faserbündel 2 in unverdreh-P ter Stellung ist. Daher wird das Bild 4* der Bezugsmarke 4 auf der hinteren Endfläche 2b in der Mitte oben abgebildet.

Ferner ist eine dünne durchsichtige Platte, beispielsweise eine Glasplatte 5 vor der vorderen Endfläche 2a und parallel zu dieser in geringer Entfernung angeordnet. Eine die durchsichtige Platte 5 und die vordere Endfläche 2a umgebende Wand bildet eine . kleine dünne Kammer 6, die sich quer zur optischen Achse über die gesamte Fläche der vorderen Endfläche 2a erstreckt.

Eine kleine Partikel 8, beispielsweise eine kleine Stahlkugel oder eine kleine Quecksilberkugel ist frei beweglich in der kleinen dünnen Kammer 6 gehalten, so daß sie die Partikel 8 unter der Wirkung der Schwerkraft in die unterste Lage in der kleinen Kammer 6 bewegt. Dabei wird die Partikel wegen der dünnen Ausbildung der kleinen Kammer 6 nahe an der vorderen Endfläche 2a gehalten.

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In Pig. > ist das optische Fasersystem in horizontaler Stellung gezeigt, wobei die Richtung der Schwerkraft zur unteren Seite der Zeichnung gerichtet ist. Da die Partikel 8 durch die Wirkung der Schwerkraft in der untersten Stellung in der dünnen Kammer 6 gehalten wird, ist das Bild 8' der Partikel 8 auf der hinteren Endfläche 2b in der untersten Lage abgebildet.

Daher befindet sich das Bild 8¹ der Partikel 8 an der entgegengesetzten Seite zura Bild 4* der Markierung 4. Dies zeigt, daß das vordere Ende des optiaohen Paserbündels 2 dann nicht verdreht ist, wenn am hinteren Ende desselben die in Fig. J5 dargestellte normale Konfiguration erscheint. Die Orientierung des Objekts kann also wahrgenommen werden durch Beobachten der Stellung des Bildes 8^f relativ zum Bild 4* der Markierung 4. Wenn die Stellung des vorderen Endes des optischen FaserbUndels 2 in Beziehung auf das Objekt unverändert eingehalten wird, verändert sich die relative Stellung beider Bilder nicht, aijch wenn das hintere Ende des optischen Faserbündels 2 gedreht wird.

Wenn das vordere Ende des optischen Faserbündels 2 aus irgendwelchen Gründen während der Betätigung des optischen Faeersystems gedreht wird, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist (in Fig. 4 ist das optische Faserbündel 2 um 18O° gedreht)

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dann ist das zur hinteren Endfläche 2b des optischen Faserbündels 2 übertragene Bild des Objekts um die optische Achse gedreht relativ zu demjenigen Bild, das erhalten wird, wenn das optische Faserbündel in nicht gedrehter Stellung ist. Da die Markierung 4 zusammen mit der Verdrehung des vorderen Endes.des optischen Glasfaserbündels 2 gedreht wird, während die Partikel 8 stets in ihrer untersten Stellung in der dünnen Kammer 7 gehalten wird, werden die relativen Stellungen der Bilder 4* und 8* in Abhängigkeit von der Verdrehung des vorderen Endes des optischen Fasersystems verändert, wie dies in Fig. ²^ dargestellt ist. Das Verdrehen des vorderen Endes des optischen Faserbündels 2 relativ zum Objekt wird daher festgestellt durch die Veränderung der relativen Lagen der Bilder 4¹ und 8¹. Die tatsächliche Orientierung des Objekts ist demgemäß durch Beobachtung der relativen Stellungen der Bilder %^f und 8¹ feststellbar, auch wenn die Orientierung des Bildes des Objekts auf der hinteren Endfläche 2b in Abhängigkeit vom Verdrehen'des vorderen Endes des optischen Faserbündels 2 verändert ist.

Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf optische Glasfasersysteme, durch die ein seitlich der optischen Achse angeordnetes Objekt durch lichtreflektierende Mittel beobachtet wird. In diesem Falle wird die Richtung des Objekts» öas radial von der optischen Achse aus beobachtet werden soll, wahrgenommen durch Beobachtung der relativen Stellungen der Bilder #⁸ und 8*.

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Claims

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Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung des von einem optischen PaserbUndelsystem übermittelten Bildes eines Objekts in Bezug auf das Objekt« dadurch gekennzeichnet« daß an der vorderen EndflMohe (2a) des optischen Faserblindeis (2) in definierter Lage zu dieser eine Markierung (4) angeordet ist und daß vor der vorderen Endfläche eine unter der Wirkung der Schwerkraft bewegliche Massepartikel (8) angeordnet 1st.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß

die Massepartikel (8) in einem vor der vorderen Endfläche (2a) des optischen Faserbündele (2) angeordneten und über deren Querschnitt sich erstreckenden flachen Raum (6) frei beweglich ist.

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J. Vorrichtung nach einem der.vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daö der flache Raum (6) von der vorderen Endfläche (2a), einer parallel zu dieser angeordneten durchsichtigen dünnen Scheibe (5) und einer Endfläche (2a) und Scheibe (5) am Rande verbindende Mantelfläche gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Massepartikel ($) aus einer kleinen Eisen- oder Queeksilberkugel besteht.

5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beobachtung von Objekten, die dich seitlich der optischen Achse des PaeerbUndelsysteras (2) befinden, vor dessen vorderer Endfläche (2a) ein Umlenkspiegel

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angeordnet ist.