DE1802714C3

DE1802714C3 - Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung des von einem optischen Faserbündelsystem übermittelten Bildes eines Objekts

Info

Publication number: DE1802714C3
Application number: DE19681802714
Authority: DE
Inventors: Nagashige Tokio Takahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1968-10-11
Filing date: 1968-10-11
Publication date: 1973-12-13
Also published as: DE1802714A1; DE1802714B2

Description

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

Optische Faserbündeisysteme dieser Art werden zusammen mit einer Objektivlinse und einem Okular als Endoskop»: dazu verwendet. Hohlräume in lebenden Körpern zu beobachten. Der Vorteil solcher Endoskope liegt darin, daß das optische Faserbündel frei gebogen werden kann. Bei Endoskopen. die einen relativ großen Durchmesser aufweisen können, beispielsweise bei Gastroskopen oder Duodenoskopen. ist es möglich, im vorderen Teil eine Einrichtung anzuordnen, die eine Drehung des optischen Systems um die Längsachse des Endoskops innerhalb einer äußeren Hülle ermöglicht. In diesem Falle tritt eine Verdrillung des optischen Systems nicht oder nur in sehr geringem Umfang auf.

Bei einem Endoskop mit sehr geringem Durchmesser und großer Länge, wie dies beispiclssveise bei Bronchoskopen der Fall ist, ist eine solche Anordnung nicht möglich. Das optische Faserbündel neigt in diesem Falle dazu, sich während der Einführung und Beobachtung des Hohlraums zu verdrehen, insbesondere, wenn es mit seinem vorderen Teil mindestens teilweise an einer Wandung anliegt und dabei • esteehallen wird. Dies führt dazu, daß das beobachtete Bild eines Objekts nicht genau seiner räumlichen Laue im Körper zugeordnet werden kann. Eine solche Zuordnung ist jedoch für eine sichere Diagnose unbedingt erforderlich. Sonst kann es geschehen, dall ein Bronchoskop irrtümlich in einen unerwünschten Teil der Bronchien eingeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden und für ein sehr dünnes, optisches Faserhündelsystem eine

ίο Vorrichtung zu schaffen, welche unabhängig von seiner Verdrehung die Orientierung des beobachteten Objekts anzeigt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an der \ orderen Endfläche des optischen Faserbündels in definierter Lage zu dieser eine Markierung angeordnet ist und daß vor der vorderen Endfläche eine unter der Wirkung der Schwerkraft bewegliche Massepartikel angeordnet ist.

Die Massepartikel kann aus einer kleinen Stahl-

za kugel oder einer kleinen Quecksilberkugel bestehen. Sie ist frei beweglich in einer kleinen dünnen Kammer gehalten. Diese Kammer kann durch die \ ordere Endfläche des optischen Fasersystems und eine in geringer Entfernung parallel zu dieser angebrachte dünne durchsichtige Platte, beispielsweise eine Glasplatte gebildet sein, wobei die vordere Endfläche des Glasfasersystems 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 erfindungsgemäßc Konstruktion erscheint das Bild der Partikel, welches sich unter der Wirkung der Schwerkraft in der untersten Lage befindet, in einer vorbestimmten Beziehung zum Bild der Markierung auf der hinteren Endfläche des optischen Faserbündelsystems, 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 Faserbündclsystems aus irgendwelchen Gründen verdreht wird, gelangt die Partikel unter 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 Faserbiindelsystems verändert sich daher in Abhängigkeit von der Verdrehung des optischen Faserbün-

5^ dels, während die Stellung des Bildes der Markierung auf der hinteren Endfläche des optischen Glasfasersystems feststeht. Hierdurch wird die Lage beider Bilder relativ zueinander verändert. Die Veränderung der relativen Lage der beiden Bilder zeigt die Größe der Verdrehung des optischen Faserbündels an und erlaubt die Orientierung des zu bestimmenden Objekts unabhängig von der Verdrehung des optischen Faserbündel.

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 Faserbündelsystem für 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 vein der optischen Achse dieses System nach aulkn verläuft, bestimmt werden durch die relative Lage der Bilder der Markierung und der Partikel auf\ler 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 darüber hinaus auf jedem Gebiete der Industrie und anderweitig verwendbar, sofern ein optisches Faserhündelsystem im wesentlichen in horizontaler Lage verwendet wird.

An Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfiihriingsbeispiele soll der Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert werden.

F i g. 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 F i g. 1 entsprechende Darstellung, wobei das optische Faserbündel um 180 verdreht ist;

F i g. 3 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, die jedoch eine Vorrichtung für die Anzeige der Orientierung des Bildes nach der vorliegenden des optischen Glasfasersystems gedreht wird, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, dann verändert sich die Orientierung des Bildes />" in Abhängigkeit von der Grüße der Verdrehung des optischen Faserbündel. In Fig. 2 ist das optische Glasfaserbündel 2 als um ISO gedreht dargestellt, so daü das Bild p" in der untersten Lage und das Bild ρ in der obersten Lage ist.

Wenn das optische Fasersvstern für die Beohaeh-

lung eines Hohlraumes verwendet vvird und keine Mittel für die Feststellung der Verdrehung des optischen Faserbündels voriiesehen sind, ist es tür die Bedienungsperson unmöglich, die Orientierung des Objekts zu bestimmen, wenn das optische Faserbündel verdreht ist. Dies kann irrtümliche Beobachtungen oder Diagnosen rur Folge haben.

An Hand der F i g. 3 ura 4. in denen ein ähnliches optisches Fasersystem wie in ^ i g. 1 und 2 dargestellt ist. soll die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrie-

2i ben werden. Erfindungsgemäß ist eine Markierung 4 in einer bestimmten Stellung an der vorderen F.ndlläche la des optischen Glasfaserbündel 2 vorgesehen. In Fig. 3 ist die Markierung 4 in der Mitte oben angeordnet, wenn das optische Faserbündel 2

in unverdrehter Stellung ist. Daher vvird das Bild 4' der Bezugsmarke 4 auf der hinteren Endfläche 2 /> in der Mitte oben abgebildet.

Ferner ist eine dünne durchsichtige Platte, beispielsweise eine Glasplatte 5. vor der vorderen End-

Erfindung aufweist, wobei das optische Glasfaser- ₃₀ fläche la und parallel zu dieser in geringer Entferbiindel nicht verdreht ist; _nung angeordnet. Eine die durchsichtige Platte 5 und

Fig. 4 zeigt die Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das optische Faserbündel um 180 verdreht ist.

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

ben werden.
Das in Fig.

dargestellte optische Fasersystem

g g g

die vordere Endfläche 2 η umgebende Wand bildet eine kleine dünne Kammer 6. die sich quer zur optischen Achse über die gesamte Fläche der vorderen Endfläche 2« 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

umfaßt eine Objektivlinse 1, ein langgestrecktes ₄₀ Schwerkraft Tn" die unterste Lage in der kfeinen

optisches Faserbündel zur Bildübertragung 2. dessen vordere Endfläche la koaxial hinter der Objektivlinse 1 angebracht ist und ein Okular 3, das hinter der hinteren Endfläche 2 ft des optischen Faserbündels 2 koaxial angebracht ist. Die Querschnittsform des optischen Fascrbündels kann beliebig gestaltet und braucht — wie dargestellt — nicht quadratisch zu sein. Das Bild des Objekts G, das sich vor der Objektivlinse 1 befindet, wird auf die vordere Endfläche la abgebildet und von dort durch das optische Faserbündel 2 hindurch zur hinteren Endfläche 2 ft desselben übertragen. Das Bild auf der hinteren Endfläche 2 ft wird vom Auge Λ der Bedienungsperson durch das Okular 3 betrachtet. In Fig. 1 beKammer 6 bewegt. Dabei vvird die Partikel wegen der dünnen Ausbildung der kleinen Kammer 6 nahe an der vorderen Endfläche la gehalten.

In F i g. 3 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 BiIdS' der Partikel 8 auf der hinteren Endfläche 2 ft in der untersten Lage abgebildet.

Daher befindet sich das Bild 8' der Partikel 8 an der entgegengesetzten Seite zum Bild 4' der Markierung 4. Dies zeigt, daß das vordere Ende des opti-

findet sich das Faserbündel 2 in nicht verdrehter _{S5 schen} Faserbündel 2 dann nicht verdreht ist, wenn Stellung. Daher wird der Punkt ρ des Objekts G als _am hinteren Ende desselben die in F i g. 3 dargestellte Punkt/;' auf die vordere Endfläche 2 η abgebildet normale Konfiguration erscheint. Die Orientierung und das Bild ρ wird durch das optische Glasfaser- _dcs Objekts kann also wahrgenommen werden durch bündel zur hinteren Endfläche 2 ft desselben über- Beobachten der Stellung des Bildes 8' relativ zum tragen, ohne daß eine Drehung um die Längsachse _6o Bild 4' der Markierung 4. Wenn die Stellung des des optischen Faserbündels 2 erfolgt. Das Bild des vorderen Endes des optischen Faserbündels 2 in BePunktes ρ des Objekts C entsteht dadurch an einer ziehung auf das Objekt unverändert eingehalten Stelle ρ" auf der hinteren Endfläche 2 ft. Wie dar- _wj_rd, verändert sich die relative Stellung beider Bilgestellt, ist die Orientierung des Bildes p' dieselbe. der nicht, auch wenn das hintere Ende des optischen wie die des Bildes ρ , sofern das optische Glasfaser- e_s Faserbündels 2 gedreht wird.

bündel in nicht verdrehter Lage gehalten wird. Wenn das vordere Ende des optischen Faserbün-

Wenn jedoch aus irgend einem Grunde das dels 2 aus irgendwelchen Gründen während der Bc-

optische Faserbündel 2 während der Verwendung tätigung des optischen Fasersystems gedreht vvird,

wie dies in F i g. 4 dargestellt ist (in F i g. 4 ist das optische Faserbündel 2 um 180 gedreht), dann ist das zur hinteren Endfläche 2 b des optischen Faserhündcls 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 ;les optischen Glasfaserbündel 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. 4 dargestellt ist. Das Verdrehen des vorderen Endes des optischen Faserbündel 2 relativ zum Objekt wird daher festgestellt durch die Veränderung der relativen Lagen der Bilder 4' und 8'. Die tatsächliche Orientierung des Objekts ist demgemäß durch Beobachtung der relativen Stellungen der Bilder 4' und 8' feststellbar, auch wenn die Orientierung des Bilde? des Objekts auf der hinteren Endfläche 2 b in Abhängigkeit vom Verdrehen des vorderen Endes dc< optischen Faserbündels 2 verändert ist.

Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf optischt

ίο Glasfasersysteme, durch die ein seitlich der optischer Achse angeordnetes Objekt durch liehtreflektierendc Mittel beobachtet wird. In diesem Falle wird du Richtung des Objekts, das radial von der optischer Achse aus beobachtet werden soll, wahrgenommer durch Beobachtung der relativen Stellungen de; Bilder 4' und 8'.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung /ur Bestimmung der Orientierung des von einem optischen Faserbündelsystem übermittelten Bildes eines Objekts in bezug auf das Objekt, d a ti u r c h g e k e π η ζ e i c h η e l, daß an der Milderen Endfläche (2«) des optischen Faserbündels (2) in definierter Lage zu dieser eine Markierung (4) ungeordnet ist und daLl vor der vorderen Endfläche eine unter der Wirkung der Schwerkraft bewegliche Massepartikel (8) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dal.l die Massepartikel (8) in einem vor der vorderen Endfläche (2«) des optischen Faserbündel* (2) angeordneten und über deren Querschnitt sich erstreckenden flachen Raum (6) frei beweglich ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hache Raum (6) von der vorderen Endfläche (2 if), einer parallel zu dieser angeordneten durchsichtigen dünnen Scheibe (5) und einer Endfläche (2 α) und Scheibe (5) am Rande verbindende Mantelfläche gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gt'.u'nnzeichnet. dal.l die Massepartikel (8) aus einer Kleinen Eisen- oder Queeksilberkuge! besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beobachtung von Objekten, die sich seitlich der optischen Achse des Faserbündelsystems (2) befinden, vor dessen vorderer Endfläche (2 if) ein Umlenkspiegel angeordnet ist.