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Die Erfindung betrifft sequentielle Farblichtquellen unter Verwendung von
Interferenzfiltern für die Anwendung bei Endoskopen des Typs, die ein
Festkörperbildaufnahmeelement aufweisen.
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In jüngster Zeit wurden optische Aufnahmewandler, die ein
Festkörperbildaufnahmeelement (SID) aufweisen, für Fernsehkameras, Endoskope usw. populär.
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Bestehende Endoskope weisen als Lichtleiter für die Beleuchtungslichtübertragung
ein sehr kompaktes Bündel auf, das eine große Anzahl von etwa einigen
zehntausend optischer Fasern enthält, von denen jede einen Durchmesser von einigen zehn
Mikron aufweist. Zur Bildübertragung kann ein optisches System oder ein
Bildleiter aus solchen optischen Fasern verwendet werden. Ein Endoskop ist so ausgelegt,
daß ein Bild eines Objekts durch ein fokussierendes optisches System an der distalen
Spitze einer Endoskopeinsatzhülle projiziert wird, um auf die Eingangsfläche eines
Bildleiters, falls vorhanden, fokussiert zu werden und um das Bild, das durch diesen
Bildleiter projiziert wird, in einen Durchlaß am Handgriffteil am Führungsende des
Endoskopbildleiters zu leiten, um es durch ein Okularsystem betrachten zu können.
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Bei einem solchen, ein Festkörperbildaufnahmeelement aufweisenden Endoskop ist
zur korrekten Diagnose ein Farbbild zur Beobachtung von großer Hilfe.
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Das populärste Mittel zur Aufnahme eines Farbbilds verwendet eine
Kombination von separaten farboptischen Wandlern, möglicherweise unter Verwendung
einiger monochromatischen Festkörperbildaufnahmeelemente mit entsprechenden roten,
grünen und blauen Filtern in einer mosaikartigen Anordnung.
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Bei diesem früheren Typ ist es jedoch schwierig, ein optisches Farbtrennsystem und
drei geeignete Festkörperbildaufnahmeelemente in einem dünnen und kleinen Raum,
wie beispielsweise in der Einsatzhülle eines Endoskops, unterzubringen. Falls eine
große Anzahl von Wandlern verwendet wird, weil die Farbkomponenten die
Bildvorrichtungen separat speisen, sollte ein Drittel der Festkörperbildaufnahmeelemente
jeder Farbkomponente zugeteilt werden, so daß die Auflösung im Vergleich mit
monochromatischen Bildern reduziert ist.
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Da die Bildvorrichtungen zum Empfang jeder Farbkomponente unterschiedlich sind,
kann zusätzlich bei diesem letzteren Typ die Farbregistrierung häufig nicht durch
Mischen der Farbkomponenten erreicht werden. Aus diesen Gründen sind bekannte
Vorschläge gemacht worden, bei denen Beleuchtungsmittel mit Filtern zur
sequentiellen Beleuchtung des Objekts aufeinanderfolgend mit jeder Primärfarbe vorgesehen
sind, wie nachfolgend gezeigt wird.
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Falls jedoch in solchen Fällen Absorptionsfilter in einem rotierenden Filter
verwendet werden, führt die geringe thermische Stabilität derartiger Filter zu einer Tendenz
einer sehr raschen Verschlechterung des Bilds. Falls hochstabile, hitzebeständige
Interferenzfilter verwendet werden, dann trifft das Licht auf diese Filter über einen
weiten Bereich von Einfallswinkeln auf, das übermittelte Licht wird verschoben und
die Reproduzierbarkeit der Farben in einem solchen Maß verschlechtert, daß die
Farbwiedergabe eines Objekts nicht mit ausreichender Genauigkeit erreicht
werden kann und dies führt zu ernsten Schwierigkeiten bei der Diagnose. Der Stand
der Technik, wie beispielsweise beschrieben in der japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 114405/1980, offengelegt zur öffentlichen Einsichtnahme unter der
Veröffentlichungsnummer 40408/1992, weist diese Nachteile auf.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Lichtquelle, die
für ein Endoskop des ein Festkörperbildaufnahmeelement aufweisenden Typs eine
hohe Farbreproduzierbarkeit für geringe Kosten, jedoch optimaler
Beleuchtungslichtintensität, bietet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen eine sequentielle
Farblichtquelle für ein Endoskop, das eine längliche Einsatzhülle umfaßt, die an ihrem
distalen Ende eine Objektivlinse mit einem Festkörperbildaufnahmeelement in Flucht mit
der Fokalebene dieser Objektivlinse umschließt, und einem durch die Einsatzhülle
hindurchgehenden Lichtleiter, um Beleuchtungslicht auf ein vor dieser Objektivlinse
angeordnetes Objekt zu werfen, diese Lichtquelle eine Lampe, einen Reflektor zur
Erzeugung eines im wesentlichen parallelen Lichtstrahls, ein konvergierendes
konvexes Linsensystem zur Konzentration des Lichtstrahls auf das Eingangsende eines
Ausgangslichtleiters und ein rotierendes Farbfilterrad aufweist, das aus
unabhängigen farbdurchlässigen Filtern besteht und im Strahlengang von der Lichtquelle und
dem Eingangsende des Lichtleiters zur sequentiellen Beleuchtung eines Objekts mit
Licht verschiedener entsprechender Wellenlängen angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die farbdurchlässigen Filter Interferenzfilter sind und daß zwei
Linsensysteme und das Filterrad im Strahlengang angeordnet sind, das erste dieser beiden
Linsensysteme in diesem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Filterrad
angeordnet ist, und das zweite dieser Linsensysteme in diesen Strahlengang zwischen
dem Filterrad und dem Eingangsende des Lichtleiters angeordnet ist, wobei das
erste Linsensystem die Querschnittsfläche des Strahls rechtwinklig zur optischen Achse
reduziert entweder durch paralleles Ausrichten des Strahls oder durch Konvergieren
auf einen spitzen Einfallswinkel, wenn er auf einen der Interferenzfilter auftritt, und
wobei das zweite Linsensystem den Strahl konvergent auf einen größeren
Einfallswinkel verglichen mit dem Einfallswinkel, wenn er auf das Einfallsende des Lichtleiters
auftritt, ausrichtet.
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Die Erfindung wird nun in bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen
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Fig. 1 eine schematische Darstellung des optischen Systems eines bekannten
Lichtquellenausführungsbeispiels ist;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung des optischen Systems eines anderen
bekannten Lichtquellenausführungsbeispiels ist;
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Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein erstes exemplarisches
Ausführungsbeispiel zeigt, einschließlich fragmentarischer Details, welche den Aufbau eines
Endoskops und des Anzeigesystems darstellt, die mit diesem ersten
Ausführungsbeispiel verbunden sind;
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Fig. 4 eine Frontansicht eines rotierenden Filterrads ist, das im in Fig. 3
dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
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Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, die ein zweites exemplarisches
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Modifikation des zweiten exemplarischen
Ausführungsbeispiels ist, die gemäß dieser Erfindung konstruiert ist;
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Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Lichtquellenoptiksystems eines dritten
exemplarischen Ausführungsbeispiels ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung
konstruiert ist und
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Fig. 8 eine schematische Ansicht eines vierten exemplarischen Ausführungsbeispiels
ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Ausführungsbeispiel wird Licht von einer
Lichtquelle 51 durch einen konkaven Spiegel 52 zur Bildung eines im wesentlichen
parallelen Lichtstrahls reflektiert, der durch ein rotierendes Farbfilterrad 53 gefiltert
wird, das im Strahlengang zu einer Kondensorlinse 54 angeordnet ist, welche einen
konvergierenden Strahl bildet zur Konzentration des Lichts an einer Eingangsfläche
eines Lichtleiters 55. Der zu betrachtende Gegenstand wird durch das vom
Ausgangsende des Lichtleiters 55 austretende Licht beleuchtet, möglicherweise nach
Kopplung in einen weiteren Lichtleiter innerhalb der Einsatzhülle eines Endoskops
(nicht dargestellt).
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Das rotierende Filterrad 53 weist eine in drei Sektoren unterteilte kreisförmige
Scheibe auf, von denen jeder einen unterschiedlichen Farbfilter enthält, wobei sie
durch einen Antriebsmotor 56 in Drehung versetzt wird, so daß entsprechende
elektrische
Signale für jedes Bild durch die sequentielle Beleuchtung in jeder Farbe
aufgenommen werden und zur Anzeige als volle Farbbilder kombiniert werden können.
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Beim vorerwähnten Stand der Technik kann das rotierende Filterrad 53
Absorptionsfilter oder hitzebeständige Interferenzfilter aufweisen, jedoch erfordert die relativ
große Baugröße des rotierenden Filterrads eine Auslegung von hoher mechanischer
Festigkeit und einen Antriebsmotor 56 von großer Kapazität, womit die Kosten
anwachsen, der Aufbau vergrößert wird und das Gewicht ansteigt.
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Andererseits kann die durch das Licht beleuchtete Filterfläche reduziert werden und
die Konfiguration, d. h. der Gesamtflächenbereich des rotierenden Filterrads 53, kann
reduziert werden durch Einsetzen des rotierenden Filterrads 53 in den Lichtstrahl
an einem eine schmale Fläche aufweisenden Punkt zwischen der Kondensorlinse
54 und der Eingangsfläche des Lichtleiters 55, wie dies bei der in Fig. 2 gezeigten
bekannten Anordnung dargestellt ist, so daß der Filter durch einen kleineren, weniger
Drehmoment benötigenden Antriebsmotor 56 angetrieben werden kann.
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Ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel, welches gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, ist in Fig. 3 dargestellt, für den Gebrauch bei einem
Endoskop 1, das mit einer Sammellinse 3 an der distalen Spitze einer Einsatzhülle
2 versehen ist, wobei ein Festkörperbildaufnahmeelement 4, wie beispielsweise ein
CCD (Ladungskopplungselement) oder ähnliches, in der Fokalebene dieser
Objektivlinse 3 angeordnet ist. In der Aufnahmeebene des Festkörperbildaufnahmeelements
4 ist eine große Anzahl von fotoelektrischen Wandlerelementen in einer regelmäßigen
Anordnung angeordnet. Jeder Wandler empfängt ein Videobildelement und erzeugt
entsprechend jedem Bildelement ein fotoelektrisch umgesetztes elektrisches Signal,
welche durch Taktsignale von einem Generator (nicht dargestellt)
aufeinanderfolgend abgelesen werden. Die so ausgelesenen Videosignale werden in einem
Vorverstärker 5, der einen geringen Rauschfaktor aufweist, verstärkt und sodann über
ein Signalkabel 6 einem Videoprozessor 7 zugeführt. Dieser Videoprozessor 7 setzt
die analogen Eingangssignale in digitale Form um und jedes durch die sequentielle
Beleuchtung mit monochromatischem Licht erzeugte monochromatische Bild wird
durch einen Multiplexer umgesetzt, um in jedem Exklusivbildspeicher gespeichert
zu werden, was später noch erläutert wird. Während des Lesebetriebs werden die
gespeicherten Signale (Daten) gelesen, durch einen D/A-Konverter in analoge
Farbsignale R, G und B zur Verstärkung und Mischung mit horizontalen und vertikalen
Synchronisationssignalen (nicht gezeigt) umgesetzt und zur Anzeige als Farbbild an
einen Farbfernsehmonitor 8 übermittelt.
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Innerhalb der Einsatzhülle 2 ist eine Lichtverteilerlinse 9 in enger Nachbarschaft
mit der Objektivlinse 3 eingesetzt und projiziert Licht vom Lichtleiter 10, welcher
so in die Einsatzhülle 2 eingesetzt ist, daß dessen Ausgangsfläche nahe hinter der
Verteilerlinse 9 angeordnet ist.
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Am Handgriffende der Einsatzhülle ist eine Eingangsfläche des Lichtleiters 10 lösbar
gekoppelt zum Empfang auftreffenden Lichts über einen verbindenden Lichtleiter
von einer Lichtquelle 11, wie in bezug auf Fig. 1 beschrieben.
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Innerhalb dieser Lichtquelle 11 wird das Beleuchtungslicht von einer Lampe 12 zur
Bildung eines im wesentlichen parallelen Lichtstrahls durch einen Reflektor 13
reflektiert, der eine konkave oder parabolische Oberfläche aufweist und dieser Lichtstrahl
wird durch ein erstes konvexes Linsensystem 14 konvergent gemacht und trifft dann
auf ein konkaves Linsensystem 15 auf, das eine kleinere Blende besitzt, um dann
als ein im wesentlichen paralleler Lichtstrahl mit vermindertem Querschnitt
abzugehen. Dieser Lichtstrahl passiert sodann ein rotierendes Filterrad 16, um wiederum
durch ein zweites konvexes Linsensystem 17 konvergiert und auf die Endfläche des
Lichtleiters 10 gerichtet zu werden, welche in der Nähe der Fokalebene liegt. Das
rotierende Filterrad 16 ist im Strahlengang zwischen dem konkaven Linsensystem 15
und dem konvexen Linsensystem 17 installiert, d. h. an der Pupille des letzteren
Linsensystems 17. Das Beleuchtungslicht trifft auf die Eingangsfläche des Lichtleiters
mit einem vorgegebenen maximalen Einfallswinkel auf und wird durch den Kern der
optischen Fasern übermittelt, wobei es durch die Grenzfläche zwischen diesem Kern
und einer peripher plattierten Schicht im Innern total reflektiert wird, um direkt
oder nach einem Divergieren durch die Verteilerlinse 9 auf den zu beobachtenden
Gegenstand projiziert zu werden. Die Verwendung eines divergierenden
Beleuchtungslichts kann eine im wesentlichen gleichförmige Beleuchtung über einen Bereich
ergeben, der durch die Objektivlinsen 3 fokussiert werden kann.
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Wie die Fig. 4 zeigt, ist das rotierende Filterrad zusammengesetzt aus einem
rotdurchlässigen Filter 16R, einem gründurchlässigen Filter 16G und einem
blaudurchlässigen Filter 16B, von denen jedes ausschließlich Licht mit einer roten, grünen
oder blauen Wellenlänge hindurchläßt und jedes die Form eines einen Winkel von
120º einschließenden Sektors bildet, wobei das Filterrad 16 durch einen Motor 18
angetrieben wird.
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Der Motor 18 wird über den durch eine Motorantriebsschaltung 19 zugeführten
Strom angetrieben und es kann sich bei ihm beispielsweise um einen
Impulsschrittschaltmotor handeln, der mit jedem Eingangsimpuls sich um einen bestimmten
Winkel dreht und so ausgelegt ist, daß der Antriebsimpuls für eine bestimmte kurze Zeit
nicht an den Motor 18 angelegt wird, während der jedes Farbfilter 16R, 16G oder
16B im Strahlengang zwischen der konkaven Linse 15 und der konvexen Linse 17
angeordnet ist und sodann nach Ablauf solch einer bestimmten Zeit an den Motor
angelegt wird, um das Filterrad rasch zu bewegen, um den folgenden Farbfilter für
die sequentielle Farbbeleuchtung zu bringen, um das Objekt sequentiell mit den drei
Farben durch die drei Farbfilter 16R, 16G und 16B zu beleuchten.
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Jeder Antriebsimpuls für diese Motorantriebsschaltung 19 wird durch das vom
Videoprozessor 7 zugeführte Steuersignal erzeugt.
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Die Farbfilter 16R, 16G und 16B für dieses rotierende Filterrad 16 sind als
Interferenzfilter (vakuumbedampfte Filmfilter) ausgebildet, von denen jeder durch
Laminieren einer Anzahl von transparenten dielektrischen Filmen, deren Dicke von ihrem
Zweck abhängig ist, auf ein Glassubstrat durch Vakuumbedampfung oder ähnliches
erzeugt wird, so daß ausschließlich Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge
durchgelassen
wird, wobei der Interferenzeffekt des durch solche Filme hindurchgehenden
Lichts benutzt wird. Da ein solcher Interferenzfilter eine hohe thermische Stabilität
und Wärmebeständigkeit aufweist, kann es in Zonen hoher Lichtdichte verwendet
werden, wie beispielsweise in dem konvergierten parallelen Lichtstrahl dieses
erstbeschriebenen Ausführungsbeispiels.
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Zusätzlich ist dieses erste Ausführungsbeispiel mit automatischen
Lichtsteuermitteln versehen zur Verhinderung irgendwelcher Nachteile, wenn ein im kurzen
Abstand angeordnetes Objekt übermäßig Beleuchtungslicht empfängt oder falls helle
Stellen mit einer starken Reflektion am Objekt vorhanden sind, wenn die exzessive
Lichtreflektion eine Überstrahlung oder einen ins Weiß gehenden Ton bilden kann,
der einen adäquaten Kontrast verhindert und zu ähnlichen Nachteilen führt.
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Die vom Videoprozessor 7 abgehenden Farbsignale R, G, B werden in einem Mischer
21 gemischt zur Bildung von Helligkeitssignalkomponenten, die in einer
Integratorschaltung 22 integriert werden, welche eine Zeitkonstante von etwa einer Bildperiode
aufweist, um dem Steueranschluß einer für die Lampe 12 vorgesehenen
Lichtquellentreiberstufe 23 zugeführt zu werden und als Lichtsteuersignal zur Steuerung der
Lichtintensität der Lampe 12 wirken, d. h. der von der Spitze des Lichtleiters 10
projizierten Beleuchtungsintensität.
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Die Lichtquellentreiberstufe 23 kann eine Leistungsverstärkerschaltung oder
ähnliches aufweisen, welche den Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung variabel
steuert, so daß das Ausgangssignal vermindert wird, wenn der dem Steuereingang
der Treiberstufe 23 zugeführte Steuerpegel anwächst.
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Die Funktion des die vorbeschriebene Konstruktion aufweisenden ersten
Ausführungsbeispiels ist folgende. Wenn die distale Spitze der Einsatzhülle 2 des Endoskops 1 in
die Nähe eines Objekts, wie beispielsweise eines erkrankten Organs, gebracht wird
oder in einem Abstand vom Objekt gehalten wird, um eine allgemeine Diagnose eines
Gesamtsymptoms zu ermöglichen, dann wird die Lichtintensität des auf das
beleuchtete Objekt auftreffenden Lichts in Abhängigkeit des Abstands des Objekts variiert,
so daß die optimale Beleuchtungsintensität erhalten wird. Die jedem Bildelement
entsprechenden Signale, die unter solchen Bedingungen vom
Festkörperbildaufnahmeelement 4 abgegeben werden, werden in den Videoprozessor 7 eingegeben und in
jedem Bildspeicher für ein Bild für jede Farbe gespeichert. Wenn das Objekt
beleuchtet und die drei Farben sequentiell aufgezeichnet sind, können die Daten jedes
Bildspeichers gleichzeitig ausgelesen, zur Bildung von Farbsignalen R, G und B D/A
umgesetzt und als Farbbild in einem Farbtelemonitor 8 angezeigt und zusätzlich in
den Addierer 21 zur Bildung automatischer Lichtsteuermittel eingegeben werden.
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Durch den Addierer 21 werden die Signale in ein Helligkeitssignal umgesetzt zur
Bildung eines Lichtintensitätssteuersignals in der Integratorschaltung 22, welches
das Ausgangssignal der Lichtquellentreiberstufe 23 in Abhängigkeit der Amplitude
dieses Steuersignals steuert. Falls, kurz gesagt, die Beleuchtungslichtintensität
exzessiv hoch ist, steigt die Amplitude des Steuersignals an, worauf dann das
Ausgangssignal der Lichtquellentreiberstufe 23 vermindert wird und, falls die
Beleuchtungslichtintensität extrem gering ist, die Amplitude des Steuersignals vermindert
und die Beleuchtungsintensität der Lampe 12 auf einen geeigneten Wert gesteuert
wird und dies während der Periode eines Bilds von einem Farbbild zum folgenden
Farbbild (d. h. der Periode von drei Bildern für jede Farbe). Demgemäß steht die
Zeit des Operateurs frei zur Verfügung, ohne die Beleuchtungslichtstärke einstellen
zu müssen und dieser sich geeignet der Diagnose oder der medizinischen Behandlung
widmen kann.
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Weiterhin umfassen im ersten Ausführungsbeispiel die sequentiellen
Farbbeleuchtungsmittel das Konvergieren des Beleuchtungslichts durch ein erstes konvexes
Linsensystem 14, die Bildung eines parallelen Lichtstrahls mit kleinerem Querschnitt
im konkaven Linsensystem 15 und das Hindurchgehen dieses parallelen Lichtstrahls
durch das rotierende Filterrad 16, umfaßt hitzebeständige Interferenzfilter, so daß
diese Mittel ein nichtkomplettes Beleuchtungslichtspektrum verhindern können, wie es
beim Stand der Technik erhalten werden kann. Das rotierende Filterrad 16 mit
einer kleineren Größe kann verwendet werden, wodurch das zum Antrieb dieses
rotierenden Filterrads 16 erforderliche Drehmoment reduziert werden kann und die
Verwendung eines kleineren Motors 17 ermöglicht. Demgemäß kann die gesamte
Lichtquellenkonstruktion 11 miniaturisiert und Kosten vermindert werden. Da die
Mittel eine sequentielle Farbbeleuchtung bilden, können Objekte klar aufgenommen
und angezeigt in feinen Grenzen werden, ohne Herabsetzung der Auflösungsleistung,
womit zur Diagnosewirksamkeit wesentlich beigetragen wird.
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Ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in Fig.
5 gezeigt, welches ein Endoskop 31 zusammen mit einer Lichtquelle 32 darstellt, in
welcher ein konvexes Linsensystem 33 anstelle des im ersten Ausführungsbeispiel
verwendeten konkaven Linsensystems 15 verwendet wird.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel wird der vom Reflektor 13 reflektierte parallele
Lichtstrahl durch ein erstes konvexes Linsensystem 14 konvergiert und zu einem
Punkt in der Fokalebene fokussiert und sodann divergiert und geht durch ein
konvexes Linsensystem 33 hindurch, welches im divergierenden optischen Strahlengang
angeordnet ist zur Bildung eines im wesentlichen parallelen Lichtstrahls
verminderten Querschnitts. Kurz gesagt ist dieses konvexe Linsensystem 33 in der
optischen Achse hinter der Fokalebene angeordnet. Das rotierende Filterrad 16 ist
zwischen dem konvexen Linsensystem 33 und einem zweiten konvexen Linsensystem 17
zwischengeschaltet, wobei letzteres vorgesehen ist zum Konvergieren des parallelen
Lichtstrahls in ähnlicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Andererseits weisen die automatischen Lichtintensitätssteuermittel
Farbkomplementärmittel auf. Der Ausgangsanschluß der Integrationsschaltung 22 ist verbunden mit
jedem Eingangsanschluß von Farbkomplementärvoreinstellverstärkern 34R, 34G und
34B und jeder Ausgangsanschluß ist über einen Multiplexer 35 verbunden mit dem
Steueranschluß der Lichtquellentreiberstufe 23.
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Der Multiplexer 35 wird synchron zum rotierenden Filterrad 16 gesteuert und
verbindet sequentiell jeden Voreinstellverstärker 34R, 34G oder 34B in Synchronisation
mit der Beleuchtung durch jedes Farbdurchlaßfilter 16R, 16G oder 16B mit der
Lichtquellentreiberstufe 23.
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Diese Voreinstellempfänger 34R, 34G und 34B wirken zum Korrigieren der
Intensitätsverteilung des von der Lampe 12 ausgehenden Beleuchtungslichtspektrums, der
Übertragungseigenschaften des Lichtleiters 10 für verschiedene Wellenlängen und der
fotoempfindlichen Eigenschaften des Festkörperbildaufnahmeelements 4.
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Das zweite exemplarische Ausführungsbeispiel funktioniert andererseits in ähnlicher
Weise wie das erste Ausführungsbeispiel.
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Die beim zweiten Ausführungsbeispiel erhaltenen Effekte sind im wesentlichen gleich
denjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel erhaltenen. Das zusätzliche Vorsehen
der Farbkomplementärmittel kann automatisch das Beleuchtungslicht durch
unabhängiges Korrigieren der Farben steuern, so daß das Objekt in Farbe mit höherer
Genauigkeit wiedergegeben werden kann.
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Eine Modifikation des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels ist in Fig. 6
dargestellt, wo eine Irisblende 36 am Fokuspunkt des ersten konvergierenden
konvexen Linsensystems 14 angeordnet ist, um Streulicht zu blockieren, das durch das
konvexe Linsensystem 33 nicht zu einem parallelen Lichtstrahl abgelenkt werden kann.
Kurz gesagt weist das erste konvexe Linsensystem 14 eine große Blende auf, um
leicht und ökonomisch ein optisches System mit geringer Brechung bereitzustellen.
Weiterhin ist es andererseits teuer, das Licht zur Bildung eines komplett parallelen
Lichtstrahls abzulenken und die Größe der Lichtquellenlampe 12 ist begrenzt. Aus
diesen Gründen kann das durch das konvexe Linsensystem 14 hindurchgehende Licht
nicht immer in der Fokalebene fokussiert werden. Irgendwelche von diesem Punkt
vergleichsweise entfernten Lichtkomponenten werden von der Irisblende 36 entfernt
und ein im wesentlichen fokussiertes Licht fällt zur Bildung eines im wesentlichen
parallelen Lichtstrahls auf das konvexe Linsensystem 33 ein.
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Da dieses konvexe Linsensystem 33 eine schmalere Blende aufweist, kann das
System mit relativ geringer Brechung billig realisiert werden und das durch das konvexe
Linsensystem 33 hindurchgehende Licht wird zu einem im wesentlichen parallelen
Lichtstrahl verändert. Demzufolge, wenn im rotierenden Filterrad 16
Interferenzfilter verwendet werden, ist der Einfallswinkel im wesentlichen 0º, womit irgendwelche
Verschiebungen des hindurchgehenden Lichts von der normalen Wellenlänge
vermieden werden und Beleuchtungsmittel mit einer zuverlässigen Farbreproduzierbarkeit
erhalten werden.
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Die Fig. 7 zeigt Details eines in einer Lichtquelle verwendeten optischen Systems,
das in Übereinstimmung mit einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung konstruiert ist.
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In diesem optischen System weist in der Lichtquelle ein erstes konvexes
Linsensystem 14 eine lange Brennweite auf, eine Irisblende 36 entfernt mittig Streulicht
und ein rotierendes Filterrad 16 ist in der Nähe des Brennpunkts dieses konvexen
Linsensystems 14 installiert. Dank des eine lange Brennweite aufweisenden
konvexen Linsensystems 14 ist der maximale Einfallswinkel auf das rotierende Filterrad
vorbestimmt innerhalb eines Bereichs, der die Wellenlängenverschiebung minimiert,
beispielsweise innerhalb eines Werts von weniger als 15º, und durch Vorbestimmen
des maximalen Einfallswinkels auf weniger als 15º ist die mittlere Wellenlänge nicht
signifikant verschoben. (Falls beispielsweise die mittlere Wellenlänge des mit einem
Winkel von 0º einfallenden und durch das Filter gefilterten Lichts mit 1
angenommen wird, dann wird die mittlere Wellenlänge des unter einem Winkel von 15º
einfallenden Lichts von 1 nach 0,99 verschoben.)
Nach Hindurchgang durch das rotierende Filterrad 16 wird das Licht durch das
konkave Linsensystem 41 divergiert und sodann durch das konvergierende konvexe
Linsensystem 17 konvergiert, um auf die Endfläche des Lichtleiters mit einem größeren
Einfallswinkel aufzutreffen und um von der distalen Endfläche des Lichtleiters 10 als
divergierendes Beleuchtungslicht abzustrahlen.
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Dieses dritte Ausführungsbeispiel arbeitet im wesentlichen mit dem gleichen Effekt
wie das erste Ausführungsbeispiel.
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Zusätzlich kann die Krümmung des konvexen Linsensystems durch Verwendung
eines Linsensystems mit einer langen Brennweite vermindert werden, so daß die
Brechung reduziert werden kann. Weiterhin können Interferenzfilter mit einer sehr
kleinen Fläche durch Positionierung des drehenden Filterrads am Brennpunkt oder
in der Nähe des Brennpunkts des konvexen Linsensystems 14 verwendet werden.
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Die Fig. 8 zeigt ein viertes exemplarisches Ausführungsbeispiel dieser Erfindung,
das zur Modifikation des in Fig. 7 gezeigten optischen Systems ausgelegt ist durch
Verringerung der Brennweite des konvergierenden konvexen Linsensystems 14 zu
einem konvergierenden Lichtstrahl auf einen längeren Weg durch Vorsehen eines
konkaven Linsensystems 42, um den konvergierenden Lichtstrahl vom konvexen
Linsensystem 14 im Linsensystem 42 weniger konvergent zu machen, wobei der
maximale Einfallswinkel beim rotierenden Filterrad 16 ausreichend vermindert wird wie
im dritten Ausführungsbeispiel. Die Länge des optischen Systems kann reduziert
werden oder die äußere Form des optischen Systems kann minimiert werden durch
Einsetzen eines konkaven Linsensystems 42 anstelle des durch das konvexe
Linsensystem 14 und die Iris 36 konvergierten direkt auftreffenden Lichtstrahls.
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Andererseits wird in diesem Ausführungsbeispiel das durch die
Integrationsschaltung 22 hindurchgehende Signal an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines
Komparators 43 angelegt, an dessen anderen Eingangsanschluß eine
Bezugsspannung Vs anliegt.
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Falls das durch die Integrationsschaltung 22 hindurchgehende Steuersignal die
vorbestimmte Bezugsspannung Vs überschreitet, dann wird demgemäß das
Ausgangssignal des Komparators 43 umgedreht oder der Treiberstrom oder -spannung für die
Lichtquellentreiberstufe 23 von einem hohen Wert auf Null gebracht und die Lampe
12 ausgeschaltet.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist, kurz gesagt, das Beleuchtungslicht eine
konstante
Intensität auf, optimiert jedoch durch Steuerung der Beleuchtungszeit die
Dosierung.
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Dieses Ausführungsbeispiel ist geeignet, wenn die Intensität des Emissionsspektrums
durch irgendwelche Änderungen im zugeführten Strom usw. in der Lampe 12 leicht
variiert.
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Eine Beleuchtungsdiode oder derartiges kann anstelle einer Lampe 12 verwendet
werden.