DE3511350A1

DE3511350A1 - Optisches beleuchtungssystem fuer hochvergroesserungs-endoskope

Info

Publication number: DE3511350A1
Application number: DE19853511350
Authority: DE
Inventors: Akira Hachiouji Tokio/Tokyo Yokota
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1985-10-03
Also published as: JPS60205414A; DE3511350C2; JPH0685023B2; US4639837A

Description

Anwaltsakte: P 1271
Olympus Optical Co., Ltd.
Tokio, Japan

Optisches Beleuchtungssystem für Hochvergrößerungs-Endoskope

Die Erfindung betrifft ein optisches Beleuchtungssystem für Endoskope hoher Vergrößerung. Hiermit soll eine genügend große Lichtmenge bereitgestellt werden, ohne daß flackerndes Licht in ein Beobachtungssystem eintritt. Dabei ist eine Lichtführung ringförmig derart angeordnet, daß sie um das optische Betrachtungssystem sich verjüngt, so daß die optische Achse eines aus der Lichtführung austretendes Lichtstrahles sich mit der optischen Achse des optischen Beobachtungssystemes schneidet, und zwar an einem Objekt; ein Deckglas ist mit einer Blende versehen.

Aus dem Stande der Technik sind Endoskope für hoher Vergrößerung bekannt, bei denen der Objektpunkt so dicht angeordnet und der zu beobachtende Bereich so klein ist, daß zwecks Sicherstellens einer flachen Beleuchtung die optische Achse des optischen Beleuchtungssystemes und die optische Achse des optischen Beobachtungssystemes miteinander zusammenfallen oder sich an einem Objektpunkt schneiden.

Fig. 1 zeigt ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop gemäß der offengelegten JA-Gbm 14276/1975. Hierbei fallen die optische Achse des optischen Beleuchtungssystemes und die optische Achse des optischen Beobachtungssystemes zusammen. Im Falle des Beispieles tritt das aus Objektpunkt P austretende Licht im optischen Beobachtungssystem durch das Deckglas 1 (cover glass), die Blende 3, die in einer reflektierenden Platte 2 vorgesehen ist, und die Objektivlinse 4, um am Ende der Bildführung 5 ein Bild abzubilden^ Andererseits ist die reflektierende Platte im optischen Beleuchtungssystem um 45 Grad gegen die optische Achse des optischen Beobachtungssystemes geneigt, so daß das aus dem Austrittsende der Lichtführung 6 austretende Licht mit seiner optischen Achse mit der optischen Achse des optischen Beobachtungssystemes zusammenfällt und durch das Deckglas 1 hindurchtritt, um den Objektpunkt P zu beleuchten. Der beleuchtete Bereich A erfaßt sehr gut den beobachteten Bereich B. Bei diesem Beispiel tritt jedoch das Problem auf, daß der Abstand zwischen Austrittsende der Lichtführung 6 und Objektpunkt P derart groß ist, daß das beleuchtende Licht nicht mehr ausreicht; da ferner das auf der Fläche des Deckglases 1 erzeugte Flackerlicht (flare light) direkt im Beobachtungssystem erkennbar ist, läßt sich kein klares Bild erhalten.

Fig. 2 zeigt ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop gemäß JA-PS 12107/1968 als weiteres Beispiel dafür, daß die optische Achse des optischen Beleuchtungssystemes und die optische Achse des Beobachtungssystemes miteinander zusammenfallen. Bei diesem Beispiel ist das Okular 7 im optischen Beobachtungssystem hinter dem rückwärtigen Ende der gekrümmten Bildführung 5 angeordnet, so daß das von Objekt M ausgehende Licht in das vordere Ende der Bildführung 5 durch die Objektivlinse 4 eintritt, durch die Bildführung 5 hindurchtritt und an dessen rückwärtigem Ende austritt, um durch das Okular 7

betrachtet zu werden. Beim optischen Beleuchtungssystem ist andererseits der Adaptor 8, der aus demselben Material wie die Glasfasern der BildfUhrung 5 besteht, im gekrümmten Teil 5a der Bildführung 5 angeordnet, so daß das von Lichtquelle 9 austretende Licht durch die Kondensorlinse 10 tritt und in den gekrümmten Teil 5a durch den Adaptor 8 gelangt; die optische Achse fällt mit der optischen Achse des Beobachtungssystemes dann zusammen, wenn das Licht aus dem vorderen Ende der Bildführung 5 austritt, und tritt durch* die Objektivlinse 4 hindurch, um Objekt M zu beleuchten. Bei diesem Gerät besteht das Problem in folgendem: Da der Abstand zwischen vorderem Ende der Bildführung 5 und Objekt M vergleichsweise geringer ist, und da die Objektivlinse 4 zwischen diesen beiden angeordnet ist, läßt sich die notwendige Lichtmenge dadurch sicherstellen, daß die Lichtquelle 9 justiert wird. Das Flackerlicht (flare light), das auf der Fläche der Objektivlinse auftritt, erscheint jedoch unmittelbar im Betrachtungssystem, so daß wiederum kein klares Bild entsteht. Außerdem hat es sich als nicht praktisch erwiesen, ein solches Beleuchtungssystem im Verlaufe der Bildführung 5 anzuordnen.

Fig. 3 zeigt ein optisches Beleuchtungssystem für Endoskope gemäß JA-OS 10033/1983. Hierbei schneiden sich die optische Achse des optischen Beleuchtungssystemes und diejenige des optischen Beobachtungssystemes miteinander. Bei diesem Gerät hat das Deckglas 1 (cover glass) eine reflektierende Fläche la vor der Lichtführung 6, eine Objektivlinsen-Seitenfläche Ib, die sich rechtwinklig mit der optischen Achse der Objektivlinse 4 schneidet und der Objektivlinse 4 zugewandt ist sowie eine Objektseitenfläche Ic, die zur Seitenfläche Ib parallel verläuft und der Frontfläche des vorderen Teiles des Endoskopes zugewandt ist, so daß das von der Lichtführung 6 austretende

Licht an der reflektierenden Fläche la reflektiert wird, sodann durch die Objektivlinsen-Seitenfläche Ib total reflektiert wird und die optische Achse (des optischen Beobachtungssystemes) der Objektivlinse A auf der Objektseitenfläche Ic schneidet. Ist das in Berührung mit der Objektseitenfläche Ic des Deckglases 1 stehende Medium Luft, so tritt kein Licht aus. Falls jedoch der vordere Teil des Endoskopes nahe beim Objekt liegt, und falls ferner das mit der Objektseitenfläche Ic in Berührung# stehende Medium Wasser ist, beispielsweise innerhalb eines menschlichen Körpers, so gelangt Licht durch die Objektseitenfläche Ic. Ein Vorteil dieses Gerätes besteht daher darin, daß das flackernde Licht, das auf der Fläche der Objektivlinse auftritt, nicht in den beobachteten Bereich gelangt. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß das beleuchtende Licht zwei Mal reflektiert wird, bevor es den Objektpunkt erreicht, daß der Lichtweg länger ist, und daß der Verlust durch die Fresnel-Reflexion mehr oder weniger als 8 % beträgt, so daß die Licht-# menge nicht ausreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Beleuchtungssystem für Hochvergrößerungs-Endoskope zu schaffen, wobei die Lichtmenge auch einwandfrei bereitgestellt wird mit lediglich dem durch die Lichtführung hindurchtretende Licht, und wobei kein Flackerlicht in das Beobachtungssystem eintritt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Die Fig. 1 bis 3 zeigen, wie bereits erwähnt, schematische Schnittansichten von vorderen Bereichen herkömmlicher Endoskope.

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines optischen Beleuchtungssystemes für Hochvergrößerungs-Endoskope gemäß der Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 4 erkennt man eine Lichtführung 11, die ringförmig um ein optisches Beobachtungssystem herum angeordnet ist und sich dabei in der dargestellten Weise verjüngt. Anordnung und Gestaltung sind derart gewählt, daß die optische Achse eines Strahles, der aus der Objektivseitenfläche Ib eines Deckglases 1 und aus der Austrittsendfläche lla der Lichtführung 11 austritt, einen refTaktierten Verlauf nimmt, also gebrochen wird, um die optische Achse eines optischen Beobachtungssystemes an einem Objektpunkt P zu schneiden, im Bereich der Objektseitenfläche Ic des Deckglases 1, ohne mit dem Beobachtungssystem zu interferrieren. Der Abstand zwischen Austrittsendfläche lla und Objektpunkt P, und die effektive Lichtaustrittsfläche der Austrittsendfläche lla können dabei jene Werte erreichen, mit denen eine genügend große Lichtmenge sichergestellt wird, im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten. Eine Blende 12 ist auf der Objektivseitenfläche Ib des Deckglases 1 vorgesehen. Eine Objektivlinse 4 besteht aus einer Frontgruppenlinse 4a und aus einer rückwärtigen Gruppenlinse 4b. Eine Beschichtung 4a' zum Schneiden eines zu reflektierenden Lichtes ist auf der äußeren ümfangsflache der Frontgruppenlinse 4a vorgesehen. Weiterhin sieht man einen Tragrahmen 13 zum Tragen der Objektivlinse 4.

Das gemäß der Erfindung gestaltete Hochvergrößerungs-Endoskop soll im folgenden beschrieben werden. Beim optischen Beobachtungssystem tritt der von Objektpunkt P ausgehende Strahl durch das Deckglas 1 und die Objektivlinse 4 hindurch, um in das Eintrittsende einer Bildführung 5 zu gelangen. Der aus der Austrittsendfläche lla der Lichtführung 11 austretende Strahl gelangt sodann durch den Luftraum, wird durch die Objektivseitenfläche Ib des Deckglases 1 gebrochen und gelangt durch Deckglas 1 hindurch, um die optische Achse der Objektivlinse 4 am Objektpunkt P in der Nähe der Objektseitenfläche Ic zu schneiden. Ein Flackerlicht la, das dann auftreten könnte, wird durch die Blende 12 geschnitten und gelangt daher nicht in das Beobachtungssystem. Ein Flackerlicht b, das im Bereich der inneren Kante der Blende 12 auftritt, wird durch die Objektseitenfläche Ic des Deckglases 1 reflektiert, sodann durch die Beschichtung 4a¹ der Frontgruppenlinse 4a der Objektivlinse 4 geschnitten und gelangt nicht in das Beobachtungssystem.

Im folgenden soll veranschaulicht werden, in welcher Weise sich die Erfindung vorteilhaft von herkömmlichen Geräten unterscheidet .

Die Beleuchtung S auf der Bildfläche ist im Falle von Endoskopen durch die folgende Gleichung definiert:

S = TTL

=TTL * L ' -₂ (1)

Hierbei bedeutet T eine Permeabilität der Bildführung, L₀ veranschaulicht die Helligkeit des Objektes, sinfii gibt eine Anzahl von Blendenwerten des Objektivsystemes wieder,β veranschaulicht eine fotografische Vergrößerung des Okulars und

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F bedeutet eine F-Zahl. Für die Helligkeit L^ des Objektes gilt weiterhin eine relative Formel

L_C OC I (2)

wobei I die Intensität des Lichtführungslichtes bedeutet, und D einen Abstand zwischen Objektpunkt und Lichtführung. Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich

ο. is· ί ' L· ' L· (Ί.Λ

D² P F²

Sind Intensität I und Vergrößerung ö bei dem herkömmlichen Beispiel und der Ausführungsform gemäß der Erfindung miteinander gleich, so sind die verbleibenden Faktoren der Abstand D, die F-Zahl F und die Größe des Verlustes durch die Fresnel-Reflexion. Seim herkömmlichen Beispiel gemäß der Fig. 3 ist D = 3,8 (Luftumgewandelte Licht-Wegstrecke); F = 20, und Verlust durch Fresnel-Reflexion 16 %, während im Ausführungsbeispiel D = 1,6, F = 27, und Verlust durch die Fresnel-Reflexion 4 % beträgt. Wird Gleichung (3) unter Zugrundelegen dieser Werte berechnet, so stellt man fest, daß beim Ausführungsbeispiel die Lichtmenge mehr als das Dreifache als beim herkömmlichen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist, und daß das Objekt demgemäß bestens beleuchtet wird. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Austrittsendfläche 11a der Lichtführung 11 in dichter Berührung mit der Objektseitenfläche Ib steht. In diesem Falle ist ein weiteres Deckglas auf die Objektseitenfläche Ic des Deckglases 1 aufzementiert und eine Blende 15 auf der Objektseitenfläche Ic vorgesehen, so daß ein Flackerlicht c, das aus der Austrittsendfläche 11a austreten würde, zu einem Strahl wird, der von der optischen Achse der Objektivlinse abweicht und nicht in das Betrachtungssystem gelangt.

27.03.85
DrW/MJ

Claims

Anwaltsakte: P 1271 PATENTANSPRÜCHE

1. Optisches Beleuchtungssystem für Endoskope starker Vergrößerung, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein optisches Beobachtungssystem (4, 5) umfaßt, ein Deckglas (1), das vor dem optischen Beobachtungssystem angeordnet

ist, eine Lichtführung (11), die ringförmig um das optische System herum angeordnet und gegen das Deckglas hin verjüngt gestaltet ist, und daß die optische Achse eines Strahles aus der Lichtführung, der durch das Deckglas hindurchtritt, derart angeordnet ist, daß sie die optische Achse des optischen Beobachtungssystemes an einem Objektpunkt schneidet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrit-tsende der Lichtführung von dem Deckglas getrennt ist, und daß das optische Beleuchtungssystem eine Blende (12) Λ umfaßt, die auf der LichtfÜhrungs-Seitenflache des Deck- "*- glases angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beobachtungssystem eine Objektivlinse umfaßt, die aus einer Frontgruppenlinse (Aa) und einer rückwärtigen Gruppenlinse (4b) besteht, und daß eine Beschichtung (4a¹) zum Schneiden eines reflektierenden Lichtes auf der äußeren Umfangsflache der Frontgruppenlinse vorgesehen ist.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende der Lichtführung in engem Kontakt mit der Fläche des Deckglases steht, und daß das optische Beleuchtungssystem ferner eine Blende (15) umfaßt, die innerhalb des Deckglases angeordnet ist.