DE2926925A1

DE2926925A1 - Optisches system zum verbinden von zwei lichtleitern

Info

Publication number: DE2926925A1
Application number: DE19792926925
Authority: DE
Inventors: Miwako Maeda; Nobuo Yamashita
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1980-01-24
Also published as: JPS5511216A; DE2926925C2; US4294511A; JPS6115401B2

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1 AM. RUHRSTEiNlI · TEL·: (02 C1) 412687

°2$26925

OLYMPUS OPTICAL CO., LTD. Hatagaya 2-43-2, Shibuya-ku, Tokyo-to, Japan

Optisches System zum Verbinden von zwei Lichtleitern

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System zum Verbinden eines Licht von einer Lichtquelle aufnehmenden und übertragenden ersten Lichtleiters mit einem von dem ersten Lichtleiter übertragenes Licht aufnehmenden und durch eine Austrittsfläche abgebenden zweiten Lichtleiter. Ein solches optisches System mit zwei Lichtleitern wird insbesondere zur Übertragung des Beleuchtungslichts durch Endoskope, insbesondere nicht-flexible Endoskope verwendet.

Lichtleiter aus optischen Faserbündeln oder ähnlichem Material dienen insbesondere als Beleuchtungssysteme für Endoskope. Bei solchen Beleuchtungssystemen ist ein Lichtleiter 2 auf der Seite einer Lichtquelle 1 angeordnet und manchmal im Bereich des in Fig. 1 bezeichneten Punktes 5 mit einem anderen Lichtleiter gekoppelt, der gemäß Darstellung in Fig. 1 auf der objektnahen Seite eines Endoskops angeordnet ist. Zweck der Kopplung von zwei Lichtleitern entsprechend Fig. 1 ist die Beseitigung, d. h. die Trennung einer langen Lichtleitung von der Lichtquelle und deren Ersatz durch eine andere, beispielsweise beim Austausch verschiedener Endoskoptypen während einer medizinischen Operation. Dies kann im Falle eines integralen, aus einem durch-

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Z/ha - 2 -

ORIGINAL INSPECTED

gehenden Abschnitt bestehenden Lichtleiters erforderlich sein, der sowohl dem lichtquellen-nahen Lichtleiter 2 als auch dem objekt-nahen Lichtleiter 4 entspricht. Im Falle eines aus zwei Abschnitten bestehenden Lichtleiters, bei dem die beiden Lichtleiter miteinander verbunden sind, wirft der Lichtverlust im Verbindungs- bzw. Kopplungssystem Probleme auf.

Bei der Lichtübertragung mit Hilfe eines Lichtleiters resultiert der Lichtverlust aus dem Umstand, daß nicht das gesamte, auf die Einfallfläche des zweiten Lichtleiters fallende Licht übertragen werden kann, da die Querschnittsfläche des das Licht übertragenden Kerns (effektive Querschnittsfläche) nur 50 - 70% des Gesamtquerschnitts des Lichtleiters umfaßt. Im Falle des 2-Abschnitts-Lichtleiters der eingangs angegebenen Art ist der . Lichtverlust größer als bei einem einteiligen Lichtleiter, und das Licht wird um 25 - 50% aufgrund des Lichtverlusts im optischen Verbindungssystem gedämpft. Bei einem Endoskop mit einteiligem oder unterteiltem Lichtleiter ist der dem lichtquellennahen Lichtleiter 2 entsprechende Abschnitt verlängert, um eine geeignete Handhabung durch die Bedienungsperson bei der medizinischen Operation zu ermöglichen. Wenn der Lichtleiter in der zuvor beschriebenen Weise lang ist, so wird die Winkelverteilungscharakteristik (Verhältnis der Lichtintensität eines unter einem vorgegebenen Winkel zur optischen Achse einfallenden Lichtstrahlbündels zu derjenigen eines zur optischen Achse parallelen Lichtstrahlbündels) des aus dem Lichtleiter austretenden Lichts verschlechtert, während das Licht den Lichtleiter durchläuft. Dies gilt auch dann, wenn die genannte Charakteristik noch günstig war, bevor das Licht von der Lichtquelle in den Lichtleiter einfiel. Im Falle des in Fig. 1 dargestell- · ten Beispiels wird die Winkelverteilungscharakteristik hauptsächlich durch den auf der Seite der Lichtquelle angeordneten Lichtleiter 2 verschlechtert. Zur optischen Kopplung der Lichtleiter von Endoskopen sind die in Fig. 2 dargestellte direkte Kopplung und das Verbindungssystem gemäß Fig. 3 bekannt, bei

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dem die austrittsseitige Stirnfläche 2a des auf der Seite der Lichtquelle angeordneten Lichtleiters 2 als sekundäre Lichtquelle verwendet wird, deren Bild mittels eines Linsensystems 6 auf der Einfallstirnfläche 4a des auf der Objektseite angeordneten Lichtleiters 4 entworfen wird.

Bevor die Winkelverteilungscharakteristiken dieser herkömmlichen optischen Verbindungssysteme erörtert werden, soll zunächst die Winkelverteilungscharakteristik an der Austrittsfläche des auf der Lichtquellenseite angeordneten Lichtleiters 2 beschrieben werden. Die an der Austrittsfläche des Lichtleiters 2 experimentell bestimmte Winkelverteilungscharakteristik ist durch die in Fig. 5 gezeigte Kurve a dargestellt. Diese Kurve ist ähnlich der Kurve b (Fig. 5) eine quadratische Kurve von I (sin9) = -a sin θ + b, wobei sinÖ eine Variable ist. Wenn die Austrittsstirnfläche des auf der Seite der Lichtquelle angeordneten Lichtleiters als sekundäre Lichtquelle dient, ist es daher möglich, die Winkelverteilungscharakteristik an dieser Stirnfläche in Form einer quadratischen Kurve darzustellen. Die Lichtintensitätsverteilung in der Radialrichtung C2r.) des Lichtleiters ist aufgrund der Charakteristik des Lichtleiters einheitlich. Daher haben die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilung in der Radialrichtung der Sekundärlichtquelle die in den Figuren 6A und 6B dargestellten Verläufe.

Bei einem zweistückigen Lichtleiter, dessen beiden Lichtleiterabschnitte in der in Fig. 2 dargestellten Weise direkt gekoppelt sind, sind die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik an dem an der Objektseite angeordneten Lichtleiter 4 die gleichen wie diejenigen der Sekundärlichtquelle; sie sind in den Figuren 7A und 7b gezeigt.

Wenn das Bild auf der Stirnfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters auf der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters unter Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Linsensystems

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abgebildet wird, so sind die gemessenen Werte der Lichtverteilungscharakteristik entsprechend der Kurve b in Fig. 10.

Aus diesen Daten ergibt sich, daß bei direkter Kopplung der· Lichtleiterabschnitte das auf den an der Objektseite angeordneten Lichtleiter fallende Licht bezüglich der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und der Winkelverteilungscharakteristik von der Sekundärlichtquelle erhalten bleibt. Daher wird das Beleuchtungslicht, das aufgrund des langen Lichtleiters eine verschlechterte Winkelverteilungscharakteristik hat, so übertragen, wie es ist, wobei es unmöglich ist, bei der Beleuchtung eine günstigere Winkelverteilungscharakteristik zu erreichen. Wenn ein Bild von der Sekundärlichtquelle unter Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Linsensystems übertragen wird, so kann zwar die Winkelverteilungscharakteristik etwas verbessert werden, ist jedoch, wie die Kurve b in Fig. 10 zeigt, noch nicht ausreichend günstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Winkelverteilungscharakteristik der auf den objektnahen Lichtleiter fallenden Lichtstrahlen zu verbessern, insbesondere über einen relativ großen Winkelbereich abzuflachen.

Ausgehend von einem optischen System der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß das optische System zwischen dem ersten Lichtleiter und dem zweiten Lichtleiter angeordnet ist und daß die Austrittsfläche des ersten Lichtleiters und die Eintrittsfläche des zweiten Lichtleiters derart angeordnet sind, daß jede dieser Flächen näher zum optischen System liegt als die beiden zueinander konjugierten Punkte des optischen Systems.

Bevor auf die Einzelheiten der Erfindung eingegangen wird, sollen zunächst die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik des herkömmlichen opti-

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sehen Kopplungssystems gemäß Fig. 3 erläutert werden. Bei dieser Art des optischen Kopplungssystems wird eine Sinusbedingung von sin ©/sin Θ¹ = r'/r Ξ ß (Vergrößerung) erfüllt, wenn ein Strahl, der unter einem Winkel θ von einem Punkt im Abstand r (Radius) von der Austrittsfläche des lichtquellennahen Lichtleiters 2 austritt, unter einem Winkel O¹ an einem im Abstand r¹ (Radius) auf die Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters 4 einfällt. Daher sind die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik gegeben durch

s in θ

r¹ = ßr und sin ö' = —π— . Der Bereich der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung wird also mit einem Faktor ß multipliziert. Das Verhältnis zwischen der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung auf der Sekundärlichtquelle und derjenigen auf der Eintritts-

2 2

fläche des objektnahen Lichtleiters ist I (r^!) =TT ßr> /rf(ßr,.) = 1/ß , und die Lichtintensität bzw. Lichtstärke an der genannten

2 Eintrittsfläche wird mit dem Faktor 1/ß multipliziert. Der Bereich der Winkelverteilungscharakteristik wird mit einem Faktor von 1/ß multipliziert. Ist beispielsweise ß = l/\/2", so wird die Lichtintensität mit einem Faktor von 2 multipliziert, der Bereich der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung wird mit einem Faktor von 1/·[Ύ und der Bereich der Winkelverteilungscharakteristik mit einem Faktor von J~2 multipliziert. Diese Beziehungen sind in den Figuren 8A und 8B dargestellt.

Bei dem optischen Verbindungssystem, bei dem ein Bild der Sekundärlichtquelle auf die Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters 4 mit Hilfe eines zwischen dem lichtquellenseitigen Lichtleiter 2 und dem objektnahen Lichtleiter 4 angeordneten optischen Systems projiziert wird, ist es daher möglich, die Winkelverteilungscharakteristik durch Wahl eines geeigneten Wertes von ß im Linsensystem zu verbessern. Wenn der Bereich der Winkelverteilungscharakteristik bei einem solchen optischen Kopplungssystem erweitert wird, so erhöht sich die Lichtintensität bzw. -stärke auf der Einfallfläche des an der Objektseite angeordneten Lichtleiters. Da die Kurve der Licht-

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Verteilungscharakteristik für die Einfallfläche aes Lichtleiters 4 einen Verlauf hat, der ähnlich demjenigen der Winkelverteilungscharakteristik der Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle angeordneten Lichtleiters 2 ist, wird die Winkelverteilungscharakteristik verschlechtert, während die Strahlen durch den an der Objektseite angeordneten Lichtleiter übertragen werden. Daher kann die WinkelVerteilungscharakteristik der vom objektnahen Lichtleiter austretenden Strahlen, welche das zu beobachtende Objekt beleuchten, nicht genügend verbessert werden. Tatsächlich wird jedoch durch ein optisches System die Winkelverteilungscharakteristik der Strahlen so weit verbessert, wie dies in der Kurve b in Pig. 10 veranschaulicht ist.

Die Erfindung erreicht eine Korrektur des oben beschriebenen Nachteils und erreicht eine günstigere WinkelVerteilungscharakteristik als die herkömmliche Art des optischen Kopplungssystems, Dies gelingt durch eine bestimmte Auswahl der Positionsbeziehung zwischen den Endflächen der beiden Lichtleiter und dem Linsensystem, und zwar in einer Weise, die von dem in Fig. 3 dargestellten System abweicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung

des grundsätzlichen Aufbaus eines Endoskops;

Figuren

2 und 3 Schnittansichten herkömmlicher Verbindungsbzw. Kopplungsarten in einem Beleuchtungssystem eines Endoskops;

Fig. 4 eine Schnittansicht, die den Aufbau des er— findungsgemäßen optischen Kopplungssystems für Lichtleiter veranschaulicht;

Fig. 5 Kurven zur Veranschaulichung der Winkelver-909884/0731 " ⁷'~

teilungscharakteristik von Beleuchtungssystemen unter Verwendung herkömmlicher Kopplungsmittel;

Fig. 6a ein Diagramm, das die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung der Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle angeordneten Lichtleiters veranschaulicht;

Fig. 6B eine die WinkelVerteilungscharakteristik dieser Austrittsfläche veranschaulichende Kurve;

Fig. 7A eine Kurve, welche die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der Eintrittsfläche des auf der Objektseite angeordneten Lichtleiters in dem System gemäß Fig. 2 veranschaulicht;

Fig. 7B eine die Winkelverteilungscharakteristik auf

dieser Einfallfläche veranschaulichende Kurve;

Fig. 8A ein Diagramm, das die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der Einfallfläche des auf der Objektseite angeordneten Lichtleiters in dem System gemäß Fig. 3 veranschaulicht;

Fig. 8B eine die Winkelverteilungscharakteristik auf

dieser Einfallfläche veranschaulichende Kurve;

Fig. 9A eine Kurve, welche die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der Einfallfläche des an der Ob— jektseite angeordneten Lichtleiters bei dem optischen System gemäß der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 9B ein Diagramm, das die Winkelverteilungscharakteristik an dieser Einfallfläche veranschaulicht; und

Fig. 10 Kurven der WinkelVerteilungscharakteristiken, welche an den von den objektnahen Lichtleitern austretenden Strahlen bei dem optischen System nach der Erfindung und denjenigen gemäß den Figuren 2 und 3 gemessen wurden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des optischen Verbindungssystems für Lichtleiter ist in Fig. 4 gezeigt. Eine Stirnfläche 2a eines lichtquellennahen Lichtleiters 2 ist an oder nahe dem frontseitigen Brennpunkt eines Linsensystems 7 und eine Endfläche 4a eines objektnahen Lichtleiters 4 ist an oder nahe

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dem rückwärtigen Brennpunkt des Linsensystems 7 angeordnet. Bei einem solchen optischen System werden die folgenden beiden Beziehungen aufgestellt:

f sin θ = r' (1)

r =· f sin 0' (2)

wobei die Buchstaben in den vorstehenden Gleichungen wie folgt definiert sind:

f: Brennweite des Linsensystems 7

θ: Winkel zwischen dem aus jeder Faser des auf der Seite der Lichtquelle angeordneten Lichtleiters austretenden Strahl und der optischen Achse

θ¹: Winkel zwischen dem auf den objektnahen Lichtleiter einfallenden Strahl und der optischen Achse

r und r¹: Abstände von dem Mittelpunkt der Stirnflächen der entsprechenden Lichtleiter zu vorgegebenen Punkten auf diesen Stirnflächen (Austrittsbzw. Einfallflachen).

Die obigen Beziehungen bedeuten, daß alle unter einem Winkel Q aus dem auf der Seite der Lichtquelle angeordneten Lichtleiter austretenden Strahlen auf der Einfallfläche des objektnahen ■ Lichtleiters in Fig. 4 fokussiert werden. Genauer gesagt, die Strahlen L^, L, und L₇ werden an einem Punkt bei r«, die Strahlen L₀, L_c und L₀ an einem Punkt bei 0 und die Strahlen L.,, Lg und Lg an einem Punkt bei -r~ in Fig. 4 fokussiert. Außerdem fallen die von dem gleichen Punkt an der Austrittsstelle

des auf der Seite der Lichtquelle angeordneten LicH^reiifefsTT unter einem Winkel von Q' auf die Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters ein. Die Strahlen L.., Lp und L₃ fallen also unter einem Winkel -0', die Strahlen L₄, Lr und L^ unter einem Winkel von 0 Grad und die Strahlen L₇, Lg und Lg unter einem Winkel von O¹ ein.

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Aus den oben angegebenen Gleichungen (1) und (2) ergibt sich daher die folgende Beziehung:

sin ö/sin Θ¹ = r'/r = ß¹ (3)

Wenn ß¹ als ß in der oben bereits angegebenen Sinusbedingung entsprechender Ausdruck betrachtet wird, so ist die oben genannte Gleichung (3) gleich der Sinusbedingung. Auf der Grundlage der Gleichung (3) ist der Bereich der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters bei diesem Ausführungsbeispiel r' = ß'r. Da die Ebenen-Leuchtintensitätsverteilung an dieser Endfläche durch Substitution von sin 0 durch r' gewonnen werden kann, während die

2 Ebenen-Lichtintensitätsverteilung von I (sin 0) = -a sin θ + b an der Austrittsfläche des an der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters aufrechterhalten wird, ist die Ebenen-Lichtintensität an der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters:

I (r^f) = -ar'² + b

r¹ a ß'r., so gewinnt man:

I (r¹) = -aß'²r_a ² + b = 0 (4)

Wenn ferner die Lichtmenge pro Flächeneinheit mit 1 angenommen wird, so ist die gesamte Lichtmenge an der Austrittsfläche des

2 an der Seite der Lichtquelle gelegenen LichtleitersTCr. , und daher gilt für die Gesamtlichtmenge an der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters:

(5)

Aus den Gleichungen (4) und (5) gewinnt man ^{2 1}V,²

a -

^rl ß'²

2 ι 7 7

ß'⁴ * rJ ß¹

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ORIGINAL

ΛΛ

Die von demselben Punkt an der Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters austretenden Strahlen fallen unter demselben Winkel an der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters ein. Der Bereich der Winkelverteilungscharakteristik wird ausgedrückt als ö· = 1/ß' sin θ.

Wenn beispielsweise ß' = 1/«/ 2 gewählt wird, so ist die Ebenen-Lichtintensität:

(r¹) = -8/r_a ² . r·² +

Der Bereich der Winkelverteilungscharakteristik ist 1/ß¹ sin 0 = /2" sin Θ. Die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristiken lassen sich als Kurven bzw. Diagramme gemäß Figuren 9A und 9B darstellen. Aus diesen Diagrammen ist zu sehen, daß das erfindungsgemäße optische Kopplungssystem eine Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und eine Winkelverteilungscharakteristik an der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters zur Verfugung stellt, welche im Vergleich zu denjenigen der Sekundärlichtquelle an der Stirnfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters wesentlich verbessert sind. Wenn der Radius der Stirnfläche des objektnahen Lichtleiters als 1 angenommen wird, so ist das tatsächlich auf den objektseitigen Lichtleiter fallende Licht auf die in den Figuren 7a, 8A und 9A zwischen gestrichelten Linien dargestellten Bereiche begrenzt.

1 2 2 2 Diese Lichtintensitäten sind dargestellt durch ^-Ttr^. , -pCr_Λ

3 2
und -^TCr.* und liegen in einem Verhältnis von 1:2:3. Wenn der Durchmesser des objektnahen Lichtleiters kleiner als derjenige des lichtquellennahen Lichtleiters gemächt wird, so bleibt bei dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel· die einfallende Lichtmenge ungeändert, wie in den Figuren 7A und 8A gezeigt ist, während die Menge des einfallenden Lichts bei dem optischen Verbindungssystem gemäß der Erfindung entsprechend der Figur 9A zunimmt. Da ferner die WinkelVerteilungscharakteristik

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entsprechend Fig. 9B flach ist, ist die Winkelverteilungscharakteristik der aus dem objektnahen Lichtleiter austretenden Strahlen für die effektive Beleuchtung nicht so stark wie auf der Einfallseite dieses Lichtleiters verschlechtert. Daher macht es das optische Verbindungs- bzw. Kopplungssystem gemäß der Erfindung möglich, ein zu beobachtendes Objekt unter einem genügend weiten Winkel auszuleuchten.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, macht es das erfindungsgemäße optische Verbindungssystem möglich, die Menge des auf den objektnahen Lichtleiter fallenden Lichts zu vergrößern und eine ideal flache Winkelverteilungscharakteristik der auf den objektnahen Lichtleiter fallenden Strahlen zu schaffen. Die Winkelverteilung an der Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters hat einen Winkel von etwa 30 Grad bei 1/4 der Spitzenintensität. Es ist daher unmöglich, einen größeren Winkel als 30 Grad in demjenigen herkömmlichen Ausführungsbeispiel zu erhalten, bei dem die Lichtleiter direkt verbunden sind. Bei einem Endoskop mit einem weiten Winkel muß jedoch der Einfallwinkel auf den objektnahen Lichtleiter größer als 30 Grad sein. Es ist daher notwendig, einen Winkel Θ¹ von mehr als 30 Grad auszuwählen, verwendet in r = f sin Θ' oder r/f = sin ö¹ in der Formel (2). Vorzugsweise wird die Bedingung gemäß folgender Beziehung erfüllt, wenn für den Radius des an der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters als r* gilt:

2r_a/f * 1

Nachfolgend werden die numerischen Daten des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 angegeben:

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INSPECTS)

=oo

	■ -1	D₁ =	0,667	N₁ = 1,	8061
^R2		,581
	= 1	D₂ =	0,076
^R3		,581
		3= °»	667	N₂ » 1,	8061
^R4

13

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40,9 40,9

f = 1 S₁ = 0,591 S₂ = 0,294 f _p = f _B = 0,592 2^/f = 1,368 T₂Ar₁ = 0,38 sin θ/sin Θ« = 0,55

wobei R₁ bis R₄ die Krümmungsradien der Oberflächen der entsprechenden Linsenkomponenten, D. bis D- die Dickenabmessungen der zugehörigen Linsenkomponenten und den Luftspalt zwischen diesen, f die Gesamtbrennweite des Linsensystems als Ganzes, S. den Abstand zwischen dem an der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiter und dem Linsensystem, S₂ den Abstand zwischen dem Linsensystem und dam objektnahen Lichtleiter und f_p und f_ß die vorderen und hinteren Brennpunkte des Linsensystems bedeuten.

Meßwerte der Winkelverteilungscharakteri±Lk des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels sind durch die Kurve a in Fig. 10 veranschaulicht. Aus dieser Kurve ergibt sich, daß die Intensität eines Lichtstrahls unter einem Winkel von etwa 40° auf der Austrittsfläche des an der Objektseite gelegenen Lichtleiters etwa 1/4 der Spitzen-Lichtintensität hat. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des optischen Kopplungssystems werden sowohl die Winkelverteilungschar akter is tik als auch die Ebenen-Lichtintensitäts-

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verteilung verbessert. Dies zeigt ein Vergleich der Kurve a mit der Kurve c in Fig. 10, wobei letztere der Winkelverteilungscharakteristik des Systems mit direkter Kopplung von zwei Lichtleitern entspricht, und mit der Kurve b, welche die WinkelVerteilungscharakteristik bei dem ein Bild der Lichtquelle projezierenden optischen System gemäß Fig. 3 veranschaulicht.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung fallen die Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters und die Einfallfläche des auf der Objektseite gelegenen Lichtleiters nicht mit den vorderen bzw. hinteren Brennpunkten des Linsensystems zusammen· Genauer gesagt, weicht z~ /r* von sin O/sin O' ab. Berücksichtigt man jedoch Aberrationen, so ergeben sich in der Praxis keine Probleme daraus, daß die entsprechenden Stirnflächen nicht in den Brennpunkten, sondern in deren Nachbarschaft liegen. Die Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters und die Einfallfläche des auf der Objektseite gelegenen Lichtleiters können an beliebigen Stellen liegen, sofern die genannte Austrittsfläche näher an dem Linsensystem als der vordere Brennpunkt des Linsensystems und die Eintrittsfläche näher am Linsensystem als der hintere Brennpunkt des Linsen— systems liegen. Wenn auch die erfindungsgemäß erzielte Abflachung der Winkelverteilungscharakteristik bei großen Winkeln (beispielsweise den durch die Bezugszeichen P in Fig. 9B angegebenen Winkeln) schlechter wird, stellt diese Verschlechterung in der Praxis kein Problem dar. Selbst wenn die Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters weiter von dem Linsensystem als von dessen vorderen Brennpunkt entfernt ist oder wenn die Einfallfläche des objektseitigen Lichtleiters weiter vom Linsensystem als vom rückwärtigen Brennpunkt entfernt ist, treten in der Praxis keine Probleme auf, obwohl die

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Charakteristik des Beleuchtungslichtes etwas verschlechtert wird. Wenn jedoch beide Stirnflächen derart angeordnet sind, daß Strahlen aus der Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters von dem optischen System auf die Einfallfläche des objektseitigen Lichtleiters fokussiert werden, d.lv. wenn beide Stirnflächen auf den beiden zueinander konjugierten Punkten des optischen Systems liegen, so hat das beschriebene optische Verbindungssystem die gleiche Anordnung wie das herkömmliche optische System gemäß Fig. 3. Eine solche Anordnung ist nachteilig, da sie die Charakteristik des Beleuchtungslichts entsprechend .der vorstehenden Beschreibung verschlechtert. Die Charakteristik des Beleuchtungslichts ist daher günstig genug und ohne praktische Probleme, sofern die Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters und die Einfallfläche des auf der Objektseite gelegenen Lichtleiters innerhalb der beiden Punkte des Linsensystems liegen, welche zueinander konjugiert sind.

Die obige Beschreibung zeigt, daß das erfindungsgemäße optische Verbindungssystem die nachfolgenden Wirkungen hat:

(1) Das System macht es möglich, die Winkelverteilungscharakteristik der auf den objektseitigen Lichtleiter fallenden Strahlen abzuflachen und den Bereich der verteilten Strahlen zu erweitern.

(2) Es macht es ferner möglich, die Menge des verwertbaren Beleuchtungslichts zu erhöhen, obwohl die Beleuchtungslichtmenge durch Lichtverlust in dem herkömmlichen Verbindungssystem selbst dann begrenzt ist, wenn die auf den auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiter fallende Lichtmenge vergrößert wurde.

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(3) Es wird möglich gemacht, de Energie des

auf den objektseitigen Lichtleiter fallenden Lichts zu erhöhen.

(4) Die Vorteile des optischen Kopplungssystems gemäß der Erfindung werden noch effektiver, wenn das optische Kopplungssystem bei einem in zwei Absehnitte unterteilten Endoskop angewendet wird, da der auf der Objektseite gelegene Lichtleiter kurz ist.

Wenn auch die vorstehende Beschreibung des optischen Kopplungssystems nach der Erfindung auf ein Beleuchtungssystem für Endoskope bezogen wurde, so ist das optische Kopplungssystem ebenfalls auf andere Arten von Beleuchtungssystemen, bei denen Lichtleiter verwendet werden, anwendbar. Zusätzlich zu der Verwendung als optisches Kopplungssystem für Lichtleiter kann das erfindungsgemäße optische System auch als System zur Übertragung von Strahlen von einer Primärlichtquelle (z.B. einer Xenonlampe) mit einer Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und einer WinkelVerteilungscharakteristik ahnSch denjenigen der Sekundärlichtquelle auf der Austrittsfläche des auf der Seite der Lichtquelle gelegenen Lichtleiters zu einem anderen Lichtleiter verwendet werden.

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Claims

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Ansprüche

ill Optisches System zum Verbinden eines Licht von einer Lichtquelle aufnehmenden und übertragenden ersten Lichtleiters mit einem von dem ersten Lichtleiter übertragenes und durch eine Austrittsfläche abgegebenes Licht durch eine Eintrittsfläche aufnehmenden und durch eine Austrittsfläche abgegebenden zweiten Lichtleiter, dadurch geken nze ich net, daß das optische System (7) zwischen dem ersten Lichtleiter (2) und dem zweiten Lichtleiter (4) angeordnet ist und daß die Austrittsfläche (2a) des ersten Lichtleiters (2) und die Eintrittsfläche (4a) des zweiten Lichtleiters (4) derart angeordnet sind, daß jede dieser Flächen näher zum optischen System (7) liegt als die beiden zueinander konjugierten Punkt des optischen Systems.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es der folgenden Beziehung genügt:

2r_a/f Ξ l,

wobei r^ den Radius des ersten Lichtleiters (2) und f die Brennweite des optischen Systems (7) als Ganzes darstellen·
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des ersten Lichtleiters (2) größer als derjenige des zweiten Lichtleiters (4)ist.

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