DE3416095A1

DE3416095A1 - Holographisches endoskop

Info

Publication number: DE3416095A1
Application number: DE3416095A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Doi; Yasumasa Omiya Saitama Sunaga; Masane Suzuki
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1983-04-30
Filing date: 1984-04-30
Publication date: 1984-10-31
Also published as: US4589723A; DE3416095C2; JPS59202484A

Description

Die Erfindung betrifft ein holographisches Endoskop, das zur Aufzeichnung eines Hologramms verwendet wird, und bezieht sich insbesondere auf ein holographisches Endoskop in dem eine Feldlinse vor einer photographischen Platte angeordnet ist, auf der ein Interferenzmuster aufgezeichnet wird. · ·

Wie inzwischen weitgehend bekannt, werden Holographietechniken für Untersuchungen oder Messungen von physikalischen Phänomenen, beispielsweise des Deformationszustandes der Oberfläche eines Objektes verwendet. Inzwischen gibt es ein holographisches Endoskop, das für das Aufzeichnen von Mustern von Lichtwellenfronten von eine*m Gegenstand verwendet wird, wie beispielsweise einem Abschnitt, der nicht direkt beobachtbar ist, beispielsweise das Innere eines Motors, einer Vorrichtung, der Hohlraum eines menschlichen Körpers, wie beispielsweise ein Magen oder die Gedärme, usw.. Die aufgezeichnete Information, das heißt, ein Hologramm, wird

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dann zur Rekonstruierung eines Bildes des Gegenstands für Sichtprüfungen verwendet. Andererseits kann das rekonstruierte Bild als übliche Photographie für Prüfungen und Messungen aufgezeichnet werden.
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Ein gut bekanntes holographisches Endoskop ist in Figur 1 als Beispiel dargestellt. Bei diesem holographischen Endoskop werden zwei Strahlen von einem einzigen Laser 1 , beispielsweise einem Argonlaser, mittels eines Strahlteilers 2 abgeleitet. Ein Strahl, der als Beleuchtungsstrahl bezeichnet wird, wird von einem Spiegel M1 reflektiert und zur Beleuchtung des Objektes verwendet. Konkreter gesagt wird der Beleuchtungsstrahl durch einen Lichtübertrager 3 oder ein optisches Faserbündel (das eine Einrichtung mit einer Kombination von Linsen sein kann) geleitet, das sich zurückziehbar durch einen Einsetzabschnitt eines Endoskops erstreckt und zur Beleuchtung des zu prüfenden Objekts I ausrr gesendet wird. Das von dem Objekt reflektierte Licht ( das als "Objektlicht" bezeichnet wird) trägt bzw. enthält ein Bild des Objektes,das von einer Objektivlinse 4 an einer Endfläche eines Bildübertragers 5 oder einem bildübertragenen optischen · Faserbündel gebildet und dann zu der gegenüberliegenden Fläche 5a an diesem übertragen wird. Demgegenüber wird der andere Strahl von Spiegeln M2 und M3 reflektiert und als Referenzstrahl verwendet. Dem Referenzstrahl und dem Objektlicht wird dann eine Überlagerung ermöglicht, und das resultierende Interferenzmuster, das das Hologramm 9 bildet, wird auf einer photographischen Platte 7 aufgezeichnet. Eine Zerstreuungslinse 6 erweitert den Referenzstrahl, ohne seine Kohärenz zu beeinträchtigen.

Das derartige gebildete und durch das übliche Photographierverfahren entwickelte Hologramm 9 wird mittels des Referenzstrahls allein beleutet, wodurch Wiedergaben der Wellenfronten erzeugt werden, die von dem ursprünglichen Objekt reflektiert worden sind. Die rekonstruierten Wellenfronten

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scheinen von einem Bild des Gegenstands aus zu divergieren. Dieses Bild IH kann dann mit dem Auge 11 oder anderen optischen Instrumenten beobachtet oder mit einer Kamera aufgezeichnet werden. Zur Abschirmung des Beleuchtungsstrahls bei Beleuchtung des Hologramms 9 durch den Referenzstrahl ist ein Verschluß 10 vorgesehen, wie in Figur 1 dargestellt. Es ist festzuhalten, daß das holographische Endoskop bei Entfernen der photographischen Platte 7 als übliches Endoskop verfügbar ist, wobei es das Beleuchtungslicht, das von einer Halogen-oder Xenonlampe ausgestrahlt wird, durch das lichtübertragende optische Faserbündel 3 leitet. In diesem Fall kann ein von der Linse 8 gebildetes virtuelles Bild des Bildes 11 entweder visuell oder mit einer Kamera beobachtet werden.

Ein derartiges Holographisches Endoskop,wie zuvor beschrieben, besitzt jedoch ein zu lösendes Problem, das darin besteht, daß es schwierig ist, genug Platz vorzusehen, um den Referenzstrahl auf die photographische Platte?

zu richten, wenn der Abstand zwischen der Linse 8 und der photographischen Platte 7 abnimmt. Wenn dem gegenüber genug Platz dazwischen vorgesehen wird, wird der Objektstrahl auf der Photoplatte mit dem Ergebnis aufgeweitet, daß die Lichtintensität pro Flächeneinheit verringert wird, was zu einer verringerten Belichtungszeit zum Aüfzeinen des Hologramms führt. Die photographische Platte ist bei einer langen Belichtungszeit sehr empfindlich gegenüber Vibrationen, Fluktuationen von Luft und dergleichen, sodaß der Kontrast des aufgezeichneten Interferertzmusters schwach wird, was zu einem verschwommenen und nicht wahrnehmbaren rekonstruierten Bild führt.

Überdies entsteht in dem zuvor erwähnten holographischen Endoskop das weitere Problem, daß das, was man visuell von einer Stelle beobachten kann, nur ein Teil des gesamten rekonstruierten Bildes IH auf der einen Seite ist, und um

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das vollständig rekonstruierte Bild IH zu beobachten, ist es unerläßlich, daß Auge 11 vor und zurück und zudem nach rechts und nach links zu bewegen, da der Objektstrahl durch die Linse 8 aufgeweitet und der Abstand D2 zwischen der Linse 8 und dem Auge 11 lang ist.

Im Hinblick auf die tatsächlichen Gegebenheiten wurde ein holographisches Endoskop_/wie in Figur 2 gezeigt,konzipiert. Bei Figur 2, in der dieselben Bezugszeichen und Symbole ähnliche Teile wie in Figur 1 bezeichnen, wird das zu dem einen Ende des das Bild ertragenden optischen Faserbündels übertragene Bild 11 durch die Linse 8 zur Bildung eines Bildes 12 vergrößert. Eine photographische Platte 20, auf der ein Interferenzmuster aufgezeichnet wird, sollte zwischen der Linse 8 und dem vergrößerten Bild 12 angeordnet sein.

Das derart aufgebaute holographische Endoskop ist in der Lage, eine hohe Lichtenergiedichte pro Flächeneinheit durch Einstellen der axialen Position der photographischen Platte20 vorzusehen. Hierdurch wird ein sehr kontrastreiches und helles rekonstruiertes Bild erhalten.

In diesem Fall wird es jedoch schwierig, den durch die Linse aufgeweiteten Referenzstrahl auf die photographische Platte zu lenken, da die photographische Platte 2 0 zu dicht an die Linse 8 gebracht ist, um eine hohe Lichtenergiedichte vorzusehen. Außerdem ist das rekonstruierte Bild 12, das dahinter zu sehen ist, nur teilweise zu beobachten, und wenn es erforderlich ist, das gesamte Bild zu beobachten, ist ein optisches System 21 zur Beobachtung unerläßlich.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein holographisches Endoskop zu schaffen, das die Energie eines Objektstrahls zur Bildung eines befriedigenden Hologramms auf einer hohen Dichte halten kann.

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Die Erfindung zielt weiterhin darauf ab, ein holographisches Endoskop verfügbar zu machen, in der eine photographische Platte so'kurz belichtet wird, daß sie weniger Schwingungen, Fluktuationen der Luft und dergleichen ausgesetzt ist.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein holographisches Endoskop geschaffen werden, in dem leicht ein Zwischenraum garantiert werden kann, der einem Referenzstrahl den Lauf und das Erreichen einer photographischen Platte ermöglicht.

Weiterhin zielt die Erfindung daraufab, ein holographisches Endoskop verfügbar zu machen, das es ermöglicht, ein vollständig rekonstruiertes Bild zu einem Zeitpunkt ohne Änderung der Position und der Stellung des Beobachters zu betrachten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Anspruch 1 genannten Merkmale vorgesehen. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den nachgeordneten Ansprüchen enthalten.

Demgemäß ist bei einem holographischen Endoskop eine Feldlinse zwischen einem lichtübertragenden ' Faserbündel und einer photographischen Platte vorgesehen, auf welcher ein Interferenzmuster eines Referenzstrahles und eines Objekt-Strahls aufgezeichnet wird. Die Feldlinse, bei der der Augenpunkt in seiner Position mit einem Bild zusammenfällt, dient zur Vergrößerung der Energiedichte eines Objektstrahls ailfgrund ihres konvergierenden Effektes, wenn sie von der photographischen Platte weg bewegt wird. Der Objektstrahl mit der erhöhten Energiedichte macht es möglich, die Belichtungszeit auf der photographischen Platte zuverkürzen. Da die kurzzeitig belichtete Photoplatte weniger einer Vibration, den Fluktuationen von Licht und dergleichen unterliegt, wird es möglich, die Hologrammaufzeichnung exakt mit allen in einer Wellenfront enthaltenen Informationen auszubilden, was dazuführt, daß die mit Hilfe des Hologramms

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produzierten Bilder äußerst realistisch sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile sind dem anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Darstellung eines üblichen holographischen Endoskops; Figur 2 eine schematische Darstellung, die eine Modifikation

von Figur 1 zeigt;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines holographischen Endoskops einer Ausbildungsform der Erfindung; und

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Photographiereinrichtung, die zum Photographieren eines rekonstruierten Bildes verwendet wird.

Bevor mit der Beschreibung einer Ausbildungsform der Erfindung begonnen wird, wird ausdrücklich daraufhingewiesen, daß zur Vereinfachung der Darstellung gleiche Bezugszeichen für die Bezeichnung gleicher Bestandteile der in den Figuren 1 und 2 dargestellten holographischen Endoskope verwendet werden.

Figur 3 zeigt ein holographisches Endoskop nach einer Ausbildungsform gemäß der Erfindung, das mit einer Feldlinse hinter der Linse 8 versehen ist. An der der Linse 8 gegenüberliegenden Seite ist eine photographische Platte 31 vorgesehen, auf der ein Interferenzmuster aufgezeichnet werden soll.

An dem Augenpunkt der Feldlinse 3o ist ein vergrößertes Bild des Bildes 11 gebildet. Die Vergrößerung wird entweder durch Bewegen des Ausgangsendes des bildübertragenden Faserbündels5 oder der Linse 8 längs der optischen Achse in derselben Weise wie bei dem holographischen Endoskop in Figur 2 vor-

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genommen. Die Spiegel M4 und M5, die dazu bes-timmt sind, die optische Weglänge des Referenzstrahls gleich der des Beleuchtungsstrahls zu machen, reflektieren einen der Strahlen, der von einem einzigen Laser mittels des Strahlteilers 2, beispielsweise eines halbdurchläs.s:igen. Spie_gels, abgeleitet ist, und leiten dann den Strahl zjar Erweiterung und Beleuchtung der photographis-chen Platts 3;? in Richtung :

i auf die Zerstreuungslinse 6. I

Das derart aufgebaute holographische Endoskop ermöglicht j es , leicht eine Zunahme der Dichte der Lic.htene.rgie pro Flächeneinheit durch Wegbewegen de.r photo.gr-aphisehen plat-t-e 31 ; von der Feldlinse 30 längs der optischen Achse zu erreichen. \ Dementsprechend wird erreicht, daß die Belichtungszeit zum '

!5 Aufzeichnen eines Interferenzmusters auf der photographischen Platte 31 , das das Hologramm bildet, verkürzt wird. Dieser : Aufbau kann es ermöglichen, das Hologramm ohne den Effekt j von Schwingungen, Fluktuationen der Luft und dgl. auf diesem I zu bilden. Weiterhin erleichtert der Umstand, daß die !

photographische Platte 31 mit ausreichendem Platz hinter j der Linse 30 angeordnet werden kann, nicht nur, den Referenzstrahl auf die photographische Platte zu richten, sondern auch kleinformatige photographische Plätten zu verwenden.

Das photographische Endoskop kann ein rekonstruieres Bild liefern, das visuell von der Rückseite der Feldlinse 30 , beobachtet wird. In diesem Fall sollten die Augen 11 in einem Abstand zum scharfen Sehen, daß heißt, etwa 25o mm hinter der Feldlinse 30 zur geringeren Ermüdung für die visuelle Beobachtung angeordnet werden.

Um entweder das Bild 13 in dem Augenpunkt der Feldlinse 30 oder das rekonstruierte Bild IH von dem Hologramm aufzuzeichnen, ist, wie in Figur 4 gezeigt, eine Kamera vorgesehen, die eine Aufnahmelinse 32, beispielsweise eine Makrosammellinse, und einen photographischen Film 33 aufweist.

Die Größe des Bildes 13 kann durch Bewegen der Linse 8
längs der optischen Achse zur Änderung der Vergrößerung eingestellt werden. Andererseits kann die Lagekontrolle des Bildes 13 beispielsweise durch Drehen des Ausgangsendes des bildübertragenden Faserbündels 5 innerhalb von 180° relativ zu seinem gegenüberliegenden Ende oder mittels eines optischen Drehsystems vorgenommen werden, das dem Fachmann hinreichend bekannt ist.

Es ist anzumerken, daß Kratzspuren und Staub auf der Oberfläche der Feldlinse die Bildqualität verschlechtern, da das Bild an dem Augenpunkt der Feldlinse gebildet wird. Demzufolge ist es wünschenswert, eine dicke Linse oder
eine zusammengesetzte Linse als Feldlinse zu verwenden, um Bilder mit guter Qualität zu schaffen.

Obgleich die obige Beschreibung sich auf holographische Vorderansichtsendoskope befaßt, bei denen die Erfindung angewendet wird, kann die Erfindung auch bei holographischen Seitenansichtsendoskopen und mit unelastischen holographischen Endoskopen mit denselben Ergebnissen verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

Holographisches Endoskop mit einer Licht- und einer Bildübertragungseinrichtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (2) durch die zwei Strahlen von einem einzigen Laser (1) ableitbar sind, von denen einer zur Beleuchtung eines durch die Bildübertragungseinrichtung (3) zu beobachtenden Objekts (I ), der andere dagegen als Referenzstrahl dient; eine Einrichtung, durch die der Interferenzstrahl und das von dem Objekt (I ) reflektierte und von der Bildübertragungseinrichtung (5) übertragene Licht zur Erzeugung des auf^%einem photographischen Medium (31) aufzuzeichnenden Interferenzmusters verlagerbar sind; und

eine Feldlinse (30), die zwischen der Bildübertragungseinrichtung (5) und dem photographischen Medium (31) angeordnet ist.

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2. Holographisches Endoskop nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Linse (8), durch die das von der Bildübertragungseinrichtung (5) reflektierte Licht zur Herstellung eines Bildes fokussierbar ist.
3. Holographisches Endoskop nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verschlußeinrichtung (10), durch die der Beleuchtungsstrahl am Eintreten in die Lichtübertragungseinrichtung (3) bei der Rekonstruktionsstufe des HoIogramms hinderbar ist, wobei die Verschlußeinrichtung (10) gegenüber dem Eingang der Lichtübertragungseinrichtung (3) angeordnet ist.

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