DE2732634A1

DE2732634A1 - Vorrichtung zur automatischen fokussierung von endoskopen

Info

Publication number: DE2732634A1
Application number: DE19772732634
Authority: DE
Inventors: Yoshisada Hayamizu
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1976-07-20
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1978-01-26
Also published as: DE2732634C3; US4153834A; JPS5312193A; DE2732634B2; JPS589923B2

Description

Vorrichtung zur automatischen Fokussierung von Endoskopen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Fokussierung von Endoskopen.

Bei der Benutzung eines Endoskops muß der Benutzer verschiedene Vorgänge, wie Biegevorgänge zur Änderung der Richtung des distalen Endes nach oben, unten, rechts oder links, Vorgänge für das Einbringen von Wasser, Luft oder dergleichen in einen Körperhohlraum und für deren Absaugen aus dem Körperhohlraum, Vorgänge zum Abschneiden oder Entnehmen einer Probe mittels Pinzette oder dergleichen, Aufnahmevorbereitungen für fotografische Aufnahmen, wie Fokussierung des Aufnahmeobjektivs usw. durchzuführen. Da der Benutzer somit viele Arten von Vorgängen durchführen muß, ist die Bedienung sehr kompliziert. Daher ist es für den Benutzer sehr vorteilhaft, wenn er einen dieser Vorgänge auslassen kann und das Entfallen eines Fokussierungs Vorganges ist daher sehr hilfreich für die Bedienungserleichterung. Um den Fokussierungsvorgang zu vermeiden, ist es jedoch not-

709884/0995

wendig, das Objektiv als Fixfokusobjektiv auszubilden und die Tiefenschärfe durch Abblendung groß zu machen. Wenn jedoch derart abgeblendet wird, ist das Öffnungsverhältnis des fotografischen Aufnahmesystems klein und es ist erforderlich, lange Belichtungszeiten für die Aufnahme zu verwenden. Eine lange Belichtungszeit bei der Aufnahme eines Objekts in einem Körperhohlraum verursacht aber Unscharfe, da sich der Körperhohlraum bewegt und es ist dann unmöglich, eine scharfe Aufnahme zu erhalten .

Um dieses Problem zu lösen, so daß ein scharfes Bild durch ein optisches Aufnahmesystem mit großem Öffnungsverhältnis erhalten wird und zur Erleichterung der Bedienung des Endoskops ist es wünschenswert, das Objektiv automatisch zu fokussieren. Die automatische Fokussierung bringt jedoch bei Endoskopen die folgenden Probleme mit sich. Das erste Problem ist, daß das durch das Endoskop zu betrachtende oder zu fotografierende Objekt in einem Körperhohlraum angeordnet ist und daher der Kontrast des Objekts sehr gering und die Differenz zwischen Helligkeit und Dunkelheit des Objekts sehr gering ist. Daher

nicht
ist es 'möglich, eine hochgenaue Fokussierungsfeststellung durch ein Detektor zu erhalten, wenn der Fokus nur durch die Helligkeit des Objekts festgestellt wird. Das zweite Problem ist, daß der Durchmesser eines Endoskops begrenzt ist und nicht groß gemacht werden kann. Daher ist es unmöglich, zusätzlich ein optisches System zur Fokussierung am distalen Ende des Endoskops anzuordnen. Das dritte Problem ist folgendes. Wenn

709884/0995

man in Betracht zieht, das Objekt schräg zu beleuchten unter Verwendung eines Teils des Beleuchtungslichtes und dieses für die Brennpunktfeststellung verwendet, fällt das Beleuchtungslicht für die Brennpunktfeststellung nicht mit der optischen Achse des Objektivs zusammen, da eine Änderung in der Entfernung zum Objekt auftritt, wenn versucht wird, das Objektiv durch Bewegung zu fokussieren. Daher ist es nicht immer möglich, auf den Mittelpunkt des Feldes zu fokussieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Fokussierungsvorrichtung für Endoskope anzugeben, die gewährleistet, daß das durch ein vorgegebenes Muster hindurchtretende Licht auf die beobachterseitige Endfläche eines Bildfaserbündels eines Endoskops abgebildet, durch das Faserbündel übertragen, auf die Objektoberfläche abgebildet, von der Objektoberfläche reflektiert und zurückgeworfen wird, wobei die automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope so ausgebildet ist, daß sie die Intensität des zurückkommenden Lichtes feststellt und automatisch eine Aufnahmelinse_/^erstellt^ die an der Gegenstandsseite des Faserbündels entlang der optischen Achse angeordnet ist, entsprechend der Intensität des zurückgelangenden Lichtes/um automatisch das Aufnahmeobjektiv zu fokussieren.

In Weiterbildung der Erfindung soll eine automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope angegeben werden, die so ausgebildet ist, daß das für die automatische Fokussierung verwendete Licht

709884/098«

-4-

-C-

in die Endfläche des Bildfaserbündels in schräger Richtung zur Endfläche eintritt, wodurch erreicht wird, daß das für die automatische Fokussierung verwendete Licht keinen Einfluß auf die Betrachtung oder fotografische Aufnahme besitzt.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 das optische System eines ersten Ausführungsbeispiels für eine automatische Fokussierungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 das optische System eines zweiten AusfUhrungsbeispiels und Fig. 3)Beispiele von bei der automatischen Fokussierungseinrich-Fig. 4Jtung nach der Erfindung verwendbaren Mustern.

Das in Fig. 1 gezeigte optische System des Ausführungsbeispiels einer automatischen Fokussierungseinrichtung nach der Erfindung enthält:

eine als Lichtquelle dienende Lampe 1, eine Kondensorlinse 2, ein Muster 3 vorgegebener Form, wobei das Muster 3 in Fig. 3 ein Loch ist, eine Kollimatorlinse 4, eine Bildlinse 5, einen Halbspiegel 6, ein Bildfaserbündel 7, ein fotografisches

70988A/0995

"*" 273263/»

Objektiv 8, ein Objekt 9, einen Halbspiegel 1o, eine Bildlinse 11, einen Detektor 12 und ein Okular 13. In diesem optischen System wird das von der als Lichtquelle dienenden Lampe 1 kommende Licht nach Durchlaufen des Loches 3 auf den Mittelpunkt der Endfläche 7a an der Betrachtungsseite des Bildfaserbündels 7 mittels der Bildlinse 5 abgebildet. Das abgebildete Licht tritt vom Mittelpunkt der Endfläche 7b am anderen Ende, d.h. am gegenstandsseitigen Ende des Bildfaserbündels 7 in dem gleichen Zustand aus, wie es in die Endfläche 7a eingetreten ist und erreicht das Objekt 9 durch das Aufnahmeobjektiv 8. Dann wird das Licht vom Objekt 9 reflektiert und zu dem Halbspiegel 1o zurückgeworfen. Sodann wird das vom Halbspiegel Io zurückgeworfene Licht auf den Detektor 12 durch die Bildlinse 11 abgebildet. Wenn hierbei das Aufnahmeobjektiv 8 richtig fokussiert ist, bildet das von der Endfläche 7b des Bildfaserbündels 7 austretende Licht ein Bild des Loches 3 auf der Gegenstandsseite und die Intensität des von der Gegenstandsfläche reflektierten und von dem Detektor 12 festgestellten Lichts ist am höchsten. Deshalb ist es möglich, eine automatische Fokussierung durch Bewegung des Objektivs aufgrund der von dem Detektor 12 festgestellten Lichtintensität derart durchzuführen, daß die Lichtintensität am höchsten wird. Wenn bei dieser automatischen Fokussierungseinrichtung das von dem Loch ausgehende und von dem Objekt reflektierte und für die automatische Fokussierung verwendete Licht in das optische System zur Betrachtung und zur fotografischen Aufnahme gelangt, indem es durch den Halbspiegel 6 tritt, stört das Licht die Betrachtung oder bei der Aufnahme

709884/0995

wird das Bild des Loches zusammen mit dem Bild des Objektes fotografiert. Dies kann durch Schließen des Loches oder Abstellen der Beleuchtungslampe kurz vor der Betrachtung oder Aufnahme verhindert werden.

Wenn vorgesehen 1st, daß das Bild des Loches kurz vor der automat-.ischon Fokussierung gebildet und nach Durchführung dor automatischen Fokussierung verschwindet, tritt kein Ein tluß auf Betrachtung oder Aufnahme auf. Aus diesem Grunde kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Bild des Loches durch Einschalten der Lampe 1 beim Drücken eines Druckknopfes oder dergleichen gebildet wird, wenn eine automatische Fokussierung vorgenommen werden soll und daß die Lampe 1 der Lichtquelle abgeschaltet wird, sobald die Fokussierung beendet ist. Andererseits kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß das Bild des Loches durch Knopfdruck in der gleichen Weise wie zuvor gebildet und anschließend das Bild ausgelöscht und die Aufnahme durchgeführt wird im Anschluß an das Drücken des Knopfes, wenn die Fokussierung erfolgt ist. Um die automatische Fokussierung leichter und genauer durchzuführen, ist es vorteilhaft, vorzusehen, daß die Intensität des Beleuchtungslichtes für die Betrachtung während der Fokussierung verringert wird.

Das in Fig. 2 gezeigte optische System bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel 2 nach der Erfindung . Der Unterschied zwischen Ausführungsbeispiel 2 und Ausführungsbeispiel 1 be-

709884/0995

-7-

steht darin, daß das optische System,enthaltend die Lampe 1 der Lichtquelle, die Kondensorlinse 2, das Loch 3 usw. derart ausgebildet ist, daß die optische Achse geneigt ist, so daß das Licht von der Bildlinse 5 schief in die Endfläche 7a des Bildfaserbündels 7 eintritt. DLe übrige Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie im Ausführungsbeispiel 1. Wenn das optische System so angeordnet ist, daß das Licht vom Loch 3 in die Endfläche 7a auf der Betrachterseite des Bildfaserbündels 7 eintritt und von der Endfläche 7b auf der Gegenstandsseite des Bildfaserbündels 7 in dem gleichen Zustand, wie es in die Endfläche 7a eingetreten ist, austritt, d.h. in schräger Richtung in Bezug auf die Endfläche 7b austritt, wie es sich aus Fig. 2 ergibt, und auf die Gegenstandsoberfläche mittels des Objektivs abgebildet wird, ist es durch das Ausführungsbeispiel 2 auch möglich, die automatische Fokussierung in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel I in Fig. 1 durchzuführen. Bei dem Ausführungsbeispiel 2 jedoch gelangt das für die automatische Fokussierung verwendete Licht schräg auf die Gegenstandsoberfläche und daher tritt fast kein des für die automatische Fokussierung vorgesehenen Lichtes direkt in den Betrachtungsweg des optischen Systems ein, nachdem es durch das Objekt reflektiert worden ist. Infolgedessen stört das für die automatische Fokussierung verwendete Licht nicht die Betrachtung oder fotografische Aufnahme. Daher ist es nicht nötig, das Loch zu schließen oder die Lampe der Lichtquelle auszuschalten, wenn die Fokussierung durchgeführt wird. Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das für die

709884/0995

-8-

automatische Fokussierung verwendete Muster ein Loch. Es kann jedoch auch ein Muster anderer Form anstelle eines Loches verwendet werden. Als Beispiel von Mustern zeigt Fig. 3 ein Muster aus Para L leistreifen und Fig. 4 ein Muster als Radialstreifen.

Wie zuvor dargelegt, ist es durch die erfindungsgemäße Fokussierungseinrichtung möglich, eine automatische Fokussierung mittels nur eines einfachen optischen Systems durchzuführen, welches eine Licht qu·.! L Ie, ein Muster, eine Beleuchtungslinse usw. an der Gfcjenst aiula.sei t e des Bi Idfaserbüridels enthält und daher wird der Durchmesser des distalen Endes des Endoskops nicht groß.

Darüberhinaus 1st es nicht notwendig, die Fokussierung des Objektivs manuell· vorzunehmen. Daher ist die Zahl der vom Bedienenden durchzuführenden Arbeitsgänge reduziert und es ist sichergestellt, daß ein gutes Bild des Objekts erzielt wird.

709884/0995

Claims

Patentansprüche

1, Automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope mit einem Bildfaserbündel (7) und einsm an der Gegenstandsseite des Bildfaserbündels (7) angeordneten Objektiv (8) ein optisches System mit einem Muster (3) vorgegebener Form enthält, das so ausgebildet ist, daß es ein Bild des Musters (3) auf die Endfläche (7a) an der Betrachterseite des Bildfaserbündels abbildet und daß ein Detektor (12) der automatischen Fokussierungseinrichtung für Endoskope so angeordnet ist, daß das von der Musterabbiidung auf die Endfläche (7a) an der Betrachterseite des Bildfaserbündels (7) auf die Gegenstandsoberfläche gelangende Licht , nachdem es durch die gegenstandsseitige Endfläche des Faserbündels (7) ausgetreten ist, von der Gegenstandsoberfläche zurück durch das Objektiv und das Bildfaserbündel zu der Endfläche (7a) an der Betrachterseite des Bildfaserbündels (7) geleitet und von dem Detektor (12) nach Austritt aus der Endfläche (7a) an der Betrachterseite des Bildfaserbündels (7) festgestellt wird, wobei das Objektiv (8) entsprechend dem Ausgangssignal des Detektors (12) automatisch entlang der optischen Achse verschoben wird.

099S -2-

INdPECTEO

273263Λ
2. Automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System so ausgebildet ist, daß seine optische Achse in bezug auf eine Linie senkrecht zur Endfläche (7a) an der Betrachterseite des Bildfaserbündels (7) geneigt ist (Fig. 2).
3. Automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (3) als ein Loch ausgebildet ist.
4. Automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (3) a Paral leistreif err ausgebildet ist ( Fig. 3).

5, Automatische Fokussierungseinrichtung für Endoskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (3) als Radialstreifenmuster ausgebildet ist ( Fig. 4).