DE3519995A1 - Optisches beleuchtungssystem fuer ein endoskop - Google Patents

Optisches beleuchtungssystem fuer ein endoskop

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Description

PATENTANWÄLTE ZEN2 & HELBKR- O «300 E--3.-3EN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126
O 1 75
Seite LL
Olympus Optical Co., Ltd. Hatagaya 2-43-2, Shinbuya-ku, Tokyo, Japan
Optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop mit einem optischen Verbindungssystem, das zwischen einem lichtquellenseitigen Lichtleiter und einem lichtempfangsseitigen Lichtleiter angeordnet ist.
Bei einem konventionellen optischen Beleuchtungssystem dieser Art, wie es beispielsweise aus der JA-OS Sho 55-11216 bekannt und in Figur 1 der Zeichnung gezeigt ist, besteht das zwischen dem lichtzufuhr- bzw. lichtquellenseitigen Lichtleiter 1 und dem lichtempfangsseitigen bzw. objektseitigen Lichtleiter 2 angeordnete optische Verbindungssystem aus einem konvexen Linsensystem 3. Dabei ergaben sich Probleme dadurch, daß das gesamte in Umfangsnähe der Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters 1 austretende Licht stark gebrochen wird, während das zentral austretende Licht nur sehr wenig gebrochen wird. Wenn die Lichtintensitätsverteilung an der Austrittsfläche ungleichmäßig ist, erhält daher das auf die Eintrittsfläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters fallende Licht eine von dem Winkel abhängige ungleichmäßige Verteilung. Als Folge davon ist auch das aus dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 austretende Licht ungleichmäßig, und die Lichtverteilung innerhalb des Sichtfeldes des Endoskops wird entsprechend unregelmäßig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop zur Verfügung zu stellen, bei dem eine einheitliche Lichtverteilung gewonnen wird.
Ausgehend von einem optischen Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß das optische Verbindungssystem aus wenigstens einer konvexen Linse und wenigstens einer konkaven Linsen als afokales System gebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine konvexe Linse dem Austrittsende des lichtquellenseitigen Lichtleiters und eine konkave Linse dem Eintrittsende des lichtempfangsseitigen Lichtleiters zugewandt.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der lichtempf angsseitige Lichtleiter aus einer Vielzahl von Fasern gebildet, die in einander entsprechenden Mustern am Eintrittsende und am Austrittsende angeordnet sind, wobei wenigstens ein lichtbrechendes Bauteil vor dem Austrittsende in solcher Anordnung vorgesehen ist, daß eine noch gleichmäßigere und einheitlichere Lichtverteilung gewonnen wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein einen Teil des Lichtbündels zur Vergleichnmäßigung der Helligkeit auf der Objektbildfläche abfangendes Bauteil zwischen dem lichtquellenseitigen Lichtleiter und dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter vorgesehen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein optisches Verbindungssystem konventioneller Ausführung;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Verbindungssystems in dem erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystem für ein Endoskop;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des optischen Verbindungssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Ansicht auf ein optisches
Beleuchtungssystem für ein Endoskop mit einem dritten Ausführungsbeispiel des neuen optischen Verbindungssystems;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Austrittsendes des lichtempfangsseitigen Lichtleiters bei dem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine graphische Darstellung des mittleren Einfallwinkels des auf den lichtempfangsseitgen Lichtleiter bei dem dritten Ausführungsbeispiel fallenden Lichts;
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Lichtverteilungscharakteristiken auf der Objektoberfläche;
Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel des optischen Systems gemäß der Erfindung; und
Fig. 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems.
Die Erfindung wird im folgenden auf der Grundlage des in Figur gezeigten ersten Ausführungsbeispiels genauer erläutert. Die Bezugszeichen 4 und 5 stellen eine konvexe bzw. eine konkave
Linse dar, welche zwischen einem lichtquellenseitigen Lichtleiter 1 und einem lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 angeordnet sind und ein im wesentlichen afokales optisches Verbindungssystem bilden. Dies bedeutet folgendes: Wenn die Brennweite der konvexen Linse 4 durch f., die Brennweite der konkaven Linse 5 durch f2 (<0) und der Abstand zwischen den beiden Linsen 4 und 5 durch d dargestellt sind, so gilt die folgende Beziehung:
d = f 1 + f2 (1 )
Da ein afokales System nur eine Winkelvergrößerung aber nicht die Winkel einfallender und austretender Lichtbündel ändert, tritt parallel zur optischen Achse aus der Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters austretendes ümfangslicht auch parallel zur optischen Achse in die Einfallfläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters 2 ein, das zur optischen Achse schräg verlaufende Licht fällt schräg auf die Eintrittsfläche, das zur optischen Achse parallel und zentral aus der Austrittsfläche austretende Licht fällt parallel zur optischen Achse auf die Eintrittsfläche und das zur optischen Achse schräge Licht fällt auch schräg auf die Eintrittsfläche. Selbst wenn die Lichtintensitätsverteilung an der Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters 1 ungleichmäßig ist, hat das auf die Eintrittsfläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters 2 fallende Licht keine vom Winkel abhängige ungleichmäßige Verteilung, so daß das Austrittslicht des lichtempfangsseitigen Lichtleiters keine ungleichmäßige, sondern eine gleichmäßige, einheitliche Lichtverteilung hat und das Sichtfeld des Endoskops gleichmäßig ausgeleuchtet wird.
Nebenbei gesagt, braucht die oben angegebene Gleichung (1) nicht immer vollständig erfüllt zu sein.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein konvexes Linsensystem 6 vor dem lichtquellenseitigen Lichtleiter 1, eine konvexe Linse in der frontseitigen Brennebene des konvexen Linsensystems 6 und eine konkave Linse 5 vor der konvexen Linse 4 angeordnet ist. Die konvexe Linse 4 und die konkave Linse 5 genügen im wesentlichen der oben erwähnten Gleichung (1). In diesem Falle ergeben sich die gleiche Mangel wie bei dem oben erwähnten herkömmlichen Ausführungsbeispiel; jedoch gibt es einen Vorteil, der darin besteht, daß eine weitere Lichtverteilung im Vergleich zu dem oben erwähnten herkömmlichen Ausführungsbeispiel gewonnen wird.
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem das optische Verbindungssystem gemäß Figur 1 sowie eine konkave Linse 7 verwendet werden, wobei letztere im peripheren Teil ihrer Oberfläche auf der dem Lichtleiter 2 zugewandten Seite flach und im Zentralbereich entsprechend der Darstellung in Figur 5 konkav ausgebildet ist. Die konkave Linse 7 ist (von der Objektseite her) vor dem Austrittsende des lichtempfangsseitigen Lichtleiters 2 angeordnet. Bei dem zu verwendenden Lichtleiter 2 sind die Fasern so angeordnet, daß sie einander auf der Eintrittsseite und der Austrittsseite entsprechen, oder die im Zentralbereich des Lichtleiters am Einfallende angeordneten Fasern sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen auch im Zentralbereich des Austrittsendes liegen. Das Bezugszeichen 8 stellt eine Lichtquelle, das Bezugszeichen 9 eine Objektoberfläche, 10 ein Objektiv, 11 einen Bildleiter und 12 ein Okular dar.
Bei einer solchen Ausbildung und Anordnung wird eine gleichmäßigere Lichtverteilung gewonnen. Der Grund hierfür wird nachfolgend erläutert. Figur 6 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem mittleren Einfallwinkel des auf den lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 fallenden
«3
Lichts und den Koordinaten X der Einfallfläche zeigt. Der Einfallwinkel des in der Nähe des Zentrums der Eintrittsfläche eintretenden Lichtbündels ist klein, während der Einfallwinkel des im Umfangsbereichs einfallenden Lichtbündels groß ist.
Daher ist das unter dem Austrittswinkel nahe dem Zentrum der Austrittsfläche des Lichtleiters 2 austretende Lichtbündel klein, jedoch groß im Austrittswinkel des Peripheriebereichs, und die Lichtverteilungscharakteristiken sind durch die in Figur 7 gestrichelte Linie dargestellt. Wenn daher das Lichtbündel nahe dem Zentrum durch die Wirkung einer konkaven Linse 7 aufgeweitet wird, so werden die Lichtverteilungscharakteristiken auf der Objektoberfläche 9 entsprechend der ausgezogenen Linie in Figur 7 vergleichmäßigt, und eine gleichmäßigere Lichtverteilung wird gewonnen.
Bei dem Äusführungsbeispiel gemäß Figur 4 kann als optisches Verbindungssystem das System gemäß Figur 3 verwendet werden.
Figur 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem Lichtleiter 13, bei dem die Fasern im Zentrum des Eintrittsendes und Fasern im Peripheriebereich des Eintrittsendes an der Austrittsseite aufgeteilt sind, wobei der Lichtleiter 13 den lichtempfangsseitigen Lichtleiter bildet. Eine starke konkave Linse 14 wird für den zentralen Lichtleiterteil 13a und eine schwache konkave Linse 15 für den peripheren Lichtleiterteil 13b verwendet, wobei beide konkaven Linsen 14 und 15 parallel zueinander angeordnet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können anstelle der konkaven Linsen 14 bzw. 15 eine starke konvexe Linse bzw. eine schwache konvexe Linse verwendet werden.
Figur 9 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem ein
AO
Festkörper-Bildsensor 16 in der Bildebene des Objektives 10 angeordnet ist. Die Helligkeitsverteilung der Bildfläche wird von einer Detektorschaltung 17 bestimmt. Das den hellen Teil der Bildfläche beleuchtende Lichtbündel wird von einer Lichtabfangplatte 19 aufgefangen, die zwischen dem lichtquellenseitigen Lichtleiter 1 und dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 angeordnet und von einem Steuerantrieb 18 zur Vergleichmäßigung der Helligkeit der Bildfläche gesteuert wird. Das Bezugszeichen 20 stellt einen Fernsehmonitor dar. Nebenbei gesagt, läßt sich eine wirksamere Anordnung dadurch erreichen, daß die lichtauffangende Platte 19 zwischen der konkaven Linse 5 und der Eintrittsfläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters 2 eingesetzt wird. Wie außerdem durch die strichpunktierte Linie in Figur 9 gezeigt ist, kann eine Flüssigkristallplatte oder eine elektrochromate Glasplatte 19', die von dem Steuerantrieb 18 in den Lichtweg eingeführt werden kann, anstelle der Lichtfängerplatte 19 verwendet werden.
— Leerseite —

Claims (10)

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER D 430C EGGEN 1 -AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126 Olympus Optical Co;-, Ltd. 3519S95 Patentansprüche
1. Optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop mit einem optischen Verbindungssystem, das zwischen einem lichtquellenseitigen Lichtleiter und einem lichtempfangsseitigen Lichtleiter angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet , daß das optische Verbindungssystem aus wenigstens einer konvexen Linse (4) und wenigstens einer konkaven Linse (5) gebildet ist.
2. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Linse (4) dem Austrittsende des lichtquellenseitigen Lichtleiters (1) und die konkave Linse (5) dem Eintrittsende des lichtempfangsseitigen Lichtleiters (2) zugewandt ist.
3. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein konvexes Linsensystem (6) zwischen dem optischen Verbindungssystem (4, 5) und dem Austrittsende des lichtquellenseitigen Lichtleiters (1) angeordnet ist.
4. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine konkave Linse (7) vor dem Austrittsende des lichtempfangsseitigen Lichtleiters (2) angeordnet, in ihrem dem Austrittsende des Lichtleiters (2) zugewandten peripheren Bereich flach und in ihrem dem Austrittsende zugewandten Zentralbereich konkav ausgebildet ist.
5. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfangsseitige Lichtleiter (13) ein erstes Austrittsende (13a), das aus im Zentralbereich des Eintrittsendes angeordneten Fasern besteht, und ein zweites Austrittsende (13b) aufweist, das aus Fasern im peripheren Bereich des Eintrittsendes besteht und von dem ersten Austrittsende getrennt ist, und daß das optische Beleuchtungssystem außerdem eine starke konkave Linse (14), die vor dem ersten Eintrittsende (13a) angeordnet ist, und eine schwache konkave Linse (15) aufweist, die vor dem zweiten Austrittsende (13b) angeordnet ist.
6. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfangsseitige Lichtleiter (13) ein erstes Austrittsende (13a), das aus im Zentralbereich des Eintrittsendes angeordneten Fasern besteht, und ein zweites Austrittsende (13b) aufweist, das aus Fasern im peripheren Bereich des Eintrittsendes besteht und von dem ersten Austrittsende getrennt ist, und daß das optische Beleuchtungssystem außerdem eine starke konvexe Linse, die vor dem ersten Austrittsende (13a) angeordnet ist, und eine schwache konvexe Linse aufweist, die vor dem zweiten Austrittsende (13b) angeordnet ist.
7. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfangsseitige Lichtleiter (2) aus vielen Fasern besteht, die in einander entsprechender Anordnung am Eintrittsende und am Austrittsende des lichtempf angsseitigen Lichtleiters (2) angeordnet sind, und daß das optische Beleuchtungssystem außerdem wenigstens ein lichtbrechendes Bauteil aufweist, das vor dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter (2) angeordnet ist.
8. Optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtauffangbauteil (19) zwischen dem lichtquellenseitigen Lichtleiter (1) und dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter (2) angeordnet ist und einen Teil des von dem lichtquellenseitigen Lichtleiter (1) auf den lichtempfangsseitigen Lichtleiter (2) gerichteten Lichtbündels in Abhängigkeit von der Helligkeitsverteilung auf der Objektbildfläche abfängt.
9. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtauffangende Bauteil (19) zwischen der konkaven Linse (5) und dem Eintrittsende des lichtempfangsseitigen Lichtleiters (2) angeordnet ist.
10. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtauffangende Bauteil als Lichtfängerplatte (19), Flüssigkristallplatte oder elektrochromes Glas ausgebildet ist.
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