EP3515283A1 - Endoskopiesystem und lichtquelle eines endoskopiesystems - Google Patents

Endoskopiesystem und lichtquelle eines endoskopiesystems

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Publication number
EP3515283A1
EP3515283A1 EP17805117.3A EP17805117A EP3515283A1 EP 3515283 A1 EP3515283 A1 EP 3515283A1 EP 17805117 A EP17805117 A EP 17805117A EP 3515283 A1 EP3515283 A1 EP 3515283A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
endoscope
optical fibers
light source
cable
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17805117.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten JÜRGENS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Winter and Ibe GmbH
Original Assignee
Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Winter and Ibe GmbH filed Critical Olympus Winter and Ibe GmbH
Publication of EP3515283A1 publication Critical patent/EP3515283A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B1/128—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with cooling or rinsing arrangements provided with means for regulating temperature

Definitions

  • the invention relates to an endoscopy system having an endoscope, a light source and a light guide cable connecting the light source to the endoscope, wherein the endoscope comprises at least one bundle of endoscope optical fibers, the cable comprises at least one bundle of cable optical fibers, a light source coupling point is provided at which light the
  • Light source is coupled into the at least one bundle of cable optical fibers, and an endoscope coupling point is provided, at which light of the light source from the at least one bundle of cable optical fibers is coupled into the at least one bundle of endoscopic optical fibers.
  • the invention further relates to a light source of a corresponding endoscopy system.
  • Corresponding endoscopy systems have long been successfully used to visually inspect hard to reach cavities in technical equipment or in animal or human patients.
  • the endoscope serves to take a picture of the inner surface of the cavity and to provide it outside the cavity.
  • Illumination usually takes place via endoscopes extending inside the endoscope.
  • the light source used for illumination is designed as a separate device, the light is then passed to the endoscope optical fibers via laid in a light guide cable optical fibers.
  • the light is coupled into the light guide cable at a light source coupling point.
  • the light guide cable is inserted into a receptacle of the light source, so that the ends of the cable optical fibers are arranged in a plane which is illuminated by the light source.
  • the connection of the light source with the light guide cable is usually carried out detachable.
  • the light is coupled into the endoscope optical fibers at an endoscope coupling point from the cable optical fibers.
  • the ends of the endoscope optical fibers and the cable optical fibers are arranged with the smallest possible distance from each other, it can be provided to adjust the numerical aperture of the respective fibers, a fiber cone.
  • the connection of the light guide cable to the endoscope can be fixed or detachable.
  • Endoscope coupling point to a warming of the endoscope which is undesirable for various reasons. This effect is exacerbated by the fact that newer endoscope generations require more light due to higher optical resolution and larger fields of view.
  • Endoscope a light source and the light source with the endoscope connecting
  • Optical fiber cable wherein the endoscope comprises at least one bundle of endoscope optical fibers, the cable comprises at least one bundle of cable optical fibers, a light source coupling point is provided at which light of the light source in the at least one bundle of
  • Cable optical fibers is coupled, and an endoscope coupling point is provided, at which light of the light source from the at least one bundle of cable optical fibers is coupled into the at least one bundle of endoscope optical fibers, which is further developed in that the light source is arranged to selectively illuminate individual cable optical fibers or groups of cable optical fibers at the light source coupling station, and that the Light source is associated with a control device which is able to control the light source such that only or predominantly such cable optical fibers are selectively illuminated, which are coupled to the endoscope coupling point with endoscope optical fibers.
  • groups of cable optical fibers is understood to mean groups of cable optical fibers which comprise more than one cable optical fiber and less than all cable optical fibers, preferably less than 20%, particularly preferably less than 2% of all Alternatively, a group of cable optical fibers may also comprise about 3 to 20, 10 to 100, or 20 to 200 cable optical fibers
  • such cable optical fibers are considered to be coupled to endoscope optical fibers in which the light coupled into the cable optical fiber from the light source has a sufficient coupling efficiency, for example at least 50%, preferably at least 75%, into one or more endoscopes Optical fibers is coupled.
  • the invention has recognized that not every cable optical fiber is opposite to an endoscope optical fiber at the endoscope coupling point. Due to positioning errors and
  • Differences in diameter between the coupled fiber bundles causes light from some cable optical fibers on the side of the endoscope optical fibers, for example, to be emitted onto fillers or metal frames and absorbed there. As a result, the endoscope is unnecessarily heated in the area of the endoscope coupling point.
  • the light source is arranged to selectively illuminate individual positions of a predetermined position grid at the light source coupling point
  • the controller is associated with a memory in which for the individual positions of the position grid information is stored, whether at the respective position to be illuminated cable optical fiber is located.
  • the position grid can be, for example, an orthogonal or hexagonal grid. Alternatively, it may be a concentric or spiral polar grid.
  • the light source comprises at least one movable mirror with which the light of the light source can be deflected in the direction of the respective positions of the position grid.
  • the at least one mirror is preferably a digital micromirror device (DMD).
  • the selective illumination of individual positions of the position grid can be realized in a straightforward manner by using at least one movable mirror, in particular by using DMDs.
  • a single, fixed light source can be used, whose light is then deflected by the at least one movable mirror to the respective position to be illuminated. It is therefore not necessary to provide a separate light source for each individual position.
  • a DM Ds a collimated light beam can be generated by means of a single light source, the diameter of which is adapted to illuminate all possibly to be illuminated positions.
  • the DM D can have a micromirror which deflects a part of the light beam either in the direction of the position to be illuminated or in the direction of an absorber.
  • the light source comprises a light-emitting diode or a laser diode.
  • Such light sources are durable and can with sufficient Speed on and off to allow sequential lighting of the individual positions of the position grid.
  • individual endoscope optical fibers of the at least one bundle of endoscope optical fibers are arranged in the endoscope so that they emit light in different directions, and information about the direction is stored in the memory of the control device for individual positions of the position grid.
  • light is radiated from an endoscope optical fiber which is coupled to a cable optical fiber, which is arranged at the corresponding position.
  • it is additionally possible to deliver the light selectively or preferably only in such endoscope optical fibers that emit it in a desired direction.
  • individual areas of the cavity to be observed can be deliberately weaker or more intensively illuminated in order, for example, to emphasize certain structures or to reduce disturbing reflections.
  • the endoscope can have a variable viewing direction. Illumination light can then preferably be emitted in the direction which corresponds to the currently set viewing direction of the endoscope.
  • the endoscopy system comprises a
  • Image recording device for recording images generated by the endoscope and an image evaluation device for evaluating the images recorded by image recording device, wherein the image evaluation device and the control device are coupled to each other and configured to determine whether there is a cable optical fiber at a position illuminated by the light source, the is coupled at the coupling point with an endoscope optical fiber, and / or in which direction light is emitted from an endoscope optical fiber, which is coupled to a cable optical fiber, which is arranged at the corresponding position.
  • Image evaluation device is then determined whether and if necessary how much the illumination of the specific position leads to an increase in the brightness of the recorded image, and at which point of the image the brightness is increased. Thus, it can be determined whether the cable optical fiber disposed at the respective position is operatively coupled to an endoscope optical fiber and how high the coupling efficiency is. Likewise, information about the emission direction of the coupled endoscope optical fiber can be obtained. The information thus obtained is then stored in the memory for the respective illuminated position.
  • the endoscopy system is provided either to operate in an observation mode in which only those positions of the position grid are selectively illuminated, where cable optical fibers are located, which are coupled at the coupling point with endoscope optical fibers, and / or to which are cable optical fibers which are coupled at the coupling point with endoscope optical fibers, the light in a desired
  • Image recording device the image evaluation device and the controller cooperate to determine whether at the respective illuminated positions of the position grid cable optical fibers are arranged, which are coupled at the coupling point with endoscope optical fibers, and possibly in which direction emitted light from these endoscope optical fibers becomes.
  • the object is further achieved by a light source of an endoscopy system, which is designed according to the above statements.
  • FIG. 5 An endoscopy system according to another aspect of the invention
  • FIG. 1 shows an endoscopy system according to the prior art.
  • the endoscopy system comprises an endoscope 1, a light guide cable 2 and a light source 3.
  • the endoscope 1 has a shaft 11, a main body 12 and an eyepiece funnel 13.
  • an objective 14 is arranged at the distal end of the shaft 11.
  • the objective 14 produces an image of a structure S of interest, which is transported through an optical image conductor 15 through the main body 12 into the eyepiece funnel 13. There, the image is imaged through the eyepiece 16 so that it can be perceived by a user looking through the ocular funnel 13 into the endoscope 1.
  • endoscope optical fibers 17 are laid, which end proximally in a light guide socket 18 on a fiber cone 19. Distal end the endoscope optical fibers at the end of the shaft 11th
  • the light guide cable 2 connects the endoscope 1 with the light source 3. It comprises a first connector 50, which is plugged onto the light guide neck 18 of the endoscope 1, and a second connector 51, which is inserted into the light source 3.
  • the optical cable 2 is used by cable
  • optical fibers 52 Passed through optical fibers 52, which are shown for the sake of clarity only in the region of the plug 50, 51.
  • the transition from the light guide cable 2 to the fiber cone 19 in the light guide socket 18 forms an endoscope coupling point.
  • the end surfaces of the cable optical fibers 52 in the second connector 51 form a light source coupling point.
  • the light source 3 comprises a luminous means 61 whose light from a collimator 62 on the
  • the light-emitting means 61 may be, for example, a high-pressure xenon lamp or a powerful light-emitting diode.
  • the camera head 20 placed in which in turn an objective 21 and an image sensor 22 are arranged.
  • the image of the structure S is imaged by the lens 21 on the image sensor 22 and converted by the latter into a video signal, which via a cable 23 to a Camera control unit 30 is transmitted.
  • the camera head 20 may include a focusing device 24.
  • the camera control unit comprises a video processor 31, which processes the video signal coming from the camera head 20 for display on a monitor 40 and / or for recording on a storage device 41. Furthermore, the camera control unit comprises a
  • Control unit 32 for generating control signals for the image sensor 22. Furthermore, the camera control unit 30 comprises an image evaluation device 33, which evaluates the recorded video image with respect to various criteria. So can the
  • Image evaluation unit 33 to evaluate the sharpness and send a signal to the focusing device 24 to move the lens 21 to improve the image sharpness.
  • Image analyzer 33 may also evaluate the brightness and / or contrast of the image and send a signal to controller 32 to change the exposure time of imager 22. Furthermore, the image evaluation unit 33 can send a signal to the light source 3 to adjust the illumination intensity.
  • the end surface of the cable optical fibers in the plug 50 is slightly larger than the end face of the fiber cone 19. This is because the cable 2 can be used in addition to the endoscope 1 also with other types of endoscopes having more endoscope optical fibers and thus also have a larger fiber cone. Therefore, the end surface of the cable optical fibers is dimensioned so that the fiber cone is fully illuminated in all endoscope types. Light which is conducted via cable optical fibers 52, whose end face outside the
  • Cross-section of the fiber cone 19 are arranged is absorbed in the light pipe 18 and therefore leads to a heating of the endoscope.
  • FIG. 2 shows a modified endoscopy system.
  • the endoscopy system in turn comprises an endoscope 101, a light-conducting cable 102 and a light source 103.
  • the light source 103 comprises a light source 161, which in the illustrated example is a laser diode or a white light LED with a collimator.
  • the light beam 167 of the luminous means 161 is directed via two pivoting mirrors 163, 164 in the direction of the end face of the cable optical fibers 150.
  • the pivot mirrors 163, 164 are driven by micromotors 165, 166 so that the light beam 167 passes over individual positions of the end face of the cable optical fibers 152 according to a predetermined pattern.
  • control device 168 continues to turn on the light source 161 when the light beam is directed to a cable optical fiber 152 which faces the fiber cone 119 at the endoscope coupling point and is thus coupled to an endoscope optical fiber 117.
  • control device 168 switches off the light source 161 when the light beam is directed onto a cable optical fiber 152 which is connected to the endoscope.
  • Coupling point is not opposite the fiber cone 119 and thus is not coupled to an endoscope optical fiber 117. Heating of the endoscope 101 by light absorbed in the light guide socket 118 is thereby considerably reduced.
  • the light beam 167 may also simultaneously illuminate a group of cable optical fibers.
  • a group may contain less than 20% of all cable Comprise optical fibers, or less than 2% of all cable optical fibers.
  • One group may consist of 3 to 20, 10 to 100 or 20 to 200 cable optical fibers.
  • the controller 168 is associated with a memory 169 in which data of a
  • predetermined position rasters are deposited, which is traversed by the light beam 167.
  • Different position patterns are shown in FIGS. 3a to 3d.
  • FIG. 3 a shows an orthogonal position grid 201 in which rectangular, preferably square, cells 202 are arranged without gaps. Each cell 202 is determined by its position with respect to two orthogonal axes 203, 204.
  • the end surface 205 of the bundle of cable optical fibers 152 is indicated, which are arranged in the light source coupling point. In the end face, such cable optical fibers 152 coupled to endoscope optical fibers 117 and such cable optical fibers not coupled to endoscope optical fibers 117 are unsorted
  • the position grid 201 is shown in FIG. 3a for better visibility with very little position resolution.
  • the position resolution will be chosen to be at least so high that the area of individual cells 202 is approximately the same as the cross section of a cable optical fiber 152 or a small group of cable optical fibers 152.
  • FIG. 3b shows an alternative embodiment of a position grid 301, which is a hexagonal grid.
  • the cells 302 are implemented as uniform hexagons and are arranged without gaps in the grid 301.
  • Each cell is uniquely determined by its position with respect to two axes 303, 304, with the axes 303, 304 disposed at an angle of 60 ° to each other.
  • the end face 305 of the bundle of cable optical fibers 152 is indicated, which are arranged in the light source coupling point.
  • the hexagonal arrangement of the cells 302 in the position grid 301 is particularly well suited to mimic the actual location of the cable optical fibers 152 because the cable optical fibers 152 are typically round in cross-section and also largely hexagonal in a tight package.
  • FIG. 3 c shows an alternative position grid 401 with a concentric polar construction.
  • the cells 402 are each designed as ring segments.
  • the individual cells 402 of the position grid 401 are not consistently congruent to one another.
  • Each cell 402 is uniquely defined by its distance to the center 403 of the position grid and its angle to a reference axis 404. In order to ensure an approximately equal area of all cells 402, the angular resolution of the position grid 402 can be increased with increasing distance from the center 403.
  • the end face 405 of the bundle of cable optical fibers 152 is indicated, which are arranged in the light source coupling point.
  • FIG. 3d shows a further alternative embodiment of the position grid 501 with a spirally polar structure.
  • the cells 502 are arranged along a spiral-shaped line 503, which starts from the center 504 of the position grid 501.
  • the length of all cells 502 in the direction of line 503 is approximately the same.
  • each cell 502 of the position grid 501 is uniquely determined solely by its position along the line 503.
  • the end face 505 of the bundle of cable optical fibers 152 is indicated, which are arranged in the light source coupling point.
  • the structure of the position grid 501 is well suited for imaging the cross section of the light guide cable 103.
  • this structure can be moved particularly easily by moving the tilt mirrors 163, 164.
  • the controller 168 turns on
  • Illuminant 161 on or off.
  • the movement of the position grid 201, 301 through the light beam 167 is performed line by line, wherein between two lines, the scanning direction can be reversed.
  • the light beam 167 then moves meandering over the respective position grid.
  • the position grid 401 is preferably traveled in an annular manner, wherein the direction of rotation remains the same for all rings.
  • the position grid 501 is traveled in a corresponding spiral. This is illustrated by arrows 208, 308, 408, 508, respectively.
  • FIG. 4 shows a light source 603 which can be used instead of the light source 103 in the endoscopy system shown in FIG.
  • the light source 603 comprises a luminous means 661, for example a high-power white-light LED, to which a collimator 662 is assigned.
  • the collimator 662 forms that of the
  • Bulb 661 outgoing light to a parallel beam 667.
  • the beam is reflected through a DM D 670 and a plane mirror 671 on the end face of the cable optical fibers 152.
  • the DMD 670 consists of a large number of micromirrors, which are arranged in a rectangular grid and can be tilted individually by means of controllable actuators. In this case, the DMD is aligned so that the micromirrors in the ground state reflect the beam 667 in the direction of the mirror 671.
  • a control device 668 is set up to control individual micromirrors of the DMD 670 in such a way that they reflect the radiation beam 667 onto the absorber 672 instead of onto the mirror 671. This is shown for a partial beam 673. The light of the partial beam 673 is thus masked out of the beam 667, and a cable optical fiber 152 arranged in the corresponding position is not illuminated.
  • the light source 603 shown in Figure 4 preferably operates with a position grid, as shown in Figure 3a.
  • the light source 603 has the advantage that multiple positions of the position grid can be illuminated in parallel. A fast process of a light beam is therefore not required.
  • the bulb 661 does not have to be switched on and off at a high clock rate.
  • the information as to which micromirrors of the DMD must be deflected is in turn stored in a memory 669.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of an endoscopy system with an endoscope 701, a light guide cable 702 and a light source 703.
  • the endoscope has a changeable viewing direction, wherein the viewing direction indicated by the arrow 780 can be pivoted along the double arrow 781.
  • extended structures S ' can be considered particularly well without having to move the entire endoscope 701.
  • the imaging elements of the endoscope 701 are not shown here for reasons of clarity.
  • the endoscope optical fibers 717 laid in the endoscope 701 are at the distal end of the endoscope 701
  • Endoscope 701 in three sub-bundles 717 ', 717 ", 717"' divided into different
  • Directions are aligned.
  • illumination light is mainly required only from one of the sub-beams 717 ', 717 ", 717"'.
  • the orientation of the viewing direction is transmitted from the endoscope 701 to the control device 768 of the light source 703.
  • information about the emission direction of the endoscope optical fiber 717 coupled to the corresponding cable optical fiber 752 is stored for each position of the position grid in addition to the information about the coupling or the coupling efficiency of the cable optical fiber 752 located at the position in question ,
  • the control device 768 can thus control the lighting means 761 and the micromotors 765, 766 of the pivoting mirrors 673, 764 so that only such cable optical fibers are illuminated, which are coupled with endoscope optical fibers, which are aligned in the desired emission direction.
  • the information to be stored in the memory is usually fixed only after an endoscopy system is ready for use.
  • the endoscope of the endoscopy system is aligned with a reference object, which may be e.g. can act around a calibration card.
  • a reference object which may be e.g. can act around a calibration card.
  • Position grid are illuminated by the light source and determines the change in the image brightness of the image taken by the endoscope.
  • the image brightness determined upon illumination of a position is used as a measure of the coupling efficiency of a cable optical fiber arranged at the position in question with an endoscope optical fiber and stored to the respective position in the memory. It is also possible to illuminate each position several times and to use the average value of the determined image brightnesses.
  • the location of the maximum brightness in the image is determined in addition to the absolute image brightness and stored in memory as a measure of the emission direction. If the endoscopy system includes an endoscope with an adjustable viewing direction, the determination may need to be performed for different set directions of sight.

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Abstract

Es werden ein Endoskopiesystem mit einem Endoskop, einer Lichtquelle und einem die Lichtquelle mit dem Endoskop verbindenden Lichtleitkabel sowie eine entsprechende Lichtquelle vorgeschlagen, wobei das Endoskop wenigstens ein Bündel von Endoskop-Lichtleitfasern umfasst, das Kabel wenigstens ein Bündel von Kabel-Lichtleitfasern umfasst, eine Lichtquellen-Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der Lichtquelle in das wenigstens eine Bündel von Kabel-Lichtleitfasern eingekoppelt wird, und eine Endoskop-Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der Lichtquelle aus dem wenigstens einen Bündel von Kabel-Lichtleitfasern in das wenigstens eine Bündel von Endoskop-Lichtleitfasern eingekoppelt wird. Das Endoskopiesystem und die Lichtquelle sind dahingehend weiterentwickelt, dass die Lichtquelle eingerichtet ist, an der Lichtquellen-Koppelstelle einzelne Kabel-Lichtleitfasern oder Gruppen von Kabel-Lichtleitfasern selektiv zu beleuchten, und dass der Lichtquelle eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, welche die Lichtquelle derart zu steuern vermag, dass nur oder vorwiegend solche Kabel-Lichtleitfasern gezielt beleuchtet werden, welche an der Endoskop-Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern gekoppelt sind.

Description

Endoskopiesystem und Lichtquelle eines Endoskopiesvstems
Die Erfindung betrifft ein Endoskopiesystem mit einem Endoskop, einer Lichtquelle und einem die Lichtquelle mit dem Endoskop verbindenden Lichtleitkabel, wobei das Endoskop wenigstens ein Bündel von Endoskop-Lichtleitfasern umfasst, das Kabel wenigstens ein Bündel von Kabel- Lichtleitfasern umfasst, eine Lichtquellen-Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der
Lichtquelle in das wenigstens eine Bündel von Kabel-Lichtleitfasern eingekoppelt wird, und eine Endoskop-Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der Lichtquelle aus dem wenigstens einen Bündel von Kabel-Lichtleitfasern in das wenigstens eine Bündel von Endoskop- Lichtleitfasern eingekoppelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lichtquelle eines entsprechenden Endoskopiesystems.
Entsprechende Endoskopiesysteme werden seit langem erfolgreich eingesetzt, um schwer zugängliche Hohlräume in technischen Anlagen oder in tierischen oder menschlichen Patienten optisch zu untersuchen. Dabei dient das Endoskop dazu, ein Bild von der inneren Oberfläche des Hohlraums aufzunehmen und außerhalb des Hohlraums zur Verfügung zu stellen. Die
Beleuchtung erfolgt in der Regel über im Inneren des Endoskops verlaufende Endoskop-
Lichtleitfasern. In vielen Fällen ist die zur Beleuchtung verwendete Lichtquelle als separates Gerät ausgeführt, das Licht wird dann über in einem Lichtleitkabel verlegte Kabel-Lichtleitfasern zu den Endoskop-Lichtleitfasern geleitet.
An der Lichtquelle wird das Licht an einer Lichtquellen-Koppelstelle in das Lichtleitkabel eingekoppelt. Dazu wird das Lichtleitkabel in eine Aufnahme der Lichtquelle eingeführt, so dass die Enden der Kabel-Lichtleitfasern in einer Ebene angeordnet sind, welche von der Lichtquelle beleuchtet wird. Die Verbindung der Lichtquelle mit dem Lichtleitkabel ist in der Regel lösbar ausgeführt.
Am Endoskop wird das Licht an einer Endoskop-Koppelstelle aus den Kabel-Lichtleitfasern in die Endoskop-Lichtleitfasern eingekoppelt. Hierzu werden die Enden der Endoskop-Lichtleitfasern und der Kabel-Lichtleitfasern mit möglichst geringem Abstand zueinander angeordnet, dabei kann zur Anpassung der numerischen Apertur der jeweiligen Fasern ein Faserkegel vorgesehen sein. Die Verbindung des Lichtleitkabels mit dem Endoskop kann fest oder lösbar sein.
Die räumliche Trennung der Lichtquelle von dem Endoskop reduziert die Erwärmung des Endoskops durch Verlustwärme der Lichtquelle. Allerdings führen auch Koppelverluste an der
Endoskop-Koppelstelle zu einer Erwärmung des Endoskops, was aus verschiedenen Gründen unerwünscht ist. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, dass neuere Endoskopgenerationen aufgrund höherer optischer Auflösung und größerer Blickfelder mehr Licht benötigen.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Endoskopiesystem und eine Lichtquelle bereitzustellen, welche bezüglich der beschriebenen Probleme verbessert sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Endoskopiesystem mit einem
Endoskop, einer Lichtquelle und einem die Lichtquelle mit dem Endoskop verbindenden
Lichtleitkabel, wobei das Endoskop wenigstens ein Bündel von Endoskop-Lichtleitfasern umfasst, das Kabel wenigstens ein Bündel von Kabel-Lichtleitfasern umfasst, eine Lichtquellen- Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der Lichtquelle in das wenigstens eine Bündel von
Kabel-Lichtleitfasern eingekoppelt wird, und eine Endoskop-Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der Lichtquelle aus dem wenigstens einen Bündel von Kabel-Lichtleitfasern in das wenigstens eine Bündel von Endoskop-Lichtleitfasern eingekoppelt wird, welches dadurch weitergebildet ist, dass die Lichtquelle eingerichtet ist, an der Lichtquellen-Koppelstelle einzelne Kabel-Lichtleitfasern oder Gruppen von Kabel-Lichtleitfasern selektiv zu beleuchten, und dass der Lichtquelle eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, welche die Lichtquelle derart zu steuern vermag, dass nur oder vorwiegend solche Kabel-Lichtleitfasern gezielt beleuchtet werden, welche an der Endoskop-Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern gekoppelt sind.
Unter dem Begriff„Gruppen von Kabel-Lichtleitfasern" werden im Sinne der Erfindung Gruppen von Kabel-Lichtleitfasern verstanden, welche mehr als eine Kabel-Lichtleitfaser und weniger als alle Kabel-Lichtleitfasern, bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 2% aller Kabel-Lichtleitfasern des Lichtleitkabels umfassen. Alternativ kann eine Gruppe von Kabel- Lichtleitfasern auch etwa 3 bis 20, 10 bis 100, oder 20 bis 200 Kabel-Lichtleitfasern
umfassen. Dabei gelten im Sinne der Erfindung solche Kabel-Lichtleitfasern als mit Endoskop- Lichtleitfasern gekoppelt, bei denen das von der Lichtquelle in die Kabel-Lichtleitfaser eingekoppelte Licht mit einer ausreichenden Koppeleffizienz, beispielsweise wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 75%, in eine oder mehrere Endoskop-Lichtleitfasern eingekoppelt wird.
Die Erfindung hat erkannt, dass an der Endoskop-Koppelstelle nicht jede Kabel-Lichtleitfaser einer Endoskop-Lichtleitfaser gegenüberliegt. Durch Positionierungsfehler und
Durchmesserunterschiede zwischen den miteinander gekoppelten Faserbündeln kommt es dazu, dass Licht aus einigen Kabel-Lichtleitfasern auf der Seite der Endoskop-Lichtleitfasern beispielsweise auf Füllstoffe oder Metallfassungen abgestrahlt und dort absorbiert wird. Dadurch wird das Endoskop im Bereich der Endoskop-Koppelstelle unnötig erwärmt.
Dadurch, dass bei einem Endoskopiesystem gemäß der Erfindung solche Kabel-Lichtleitfasern, die nicht mit Endoskop-Lichtleitfasern gekoppelt sind, durch die Lichtquelle nicht beleuchtet werden, kann die Erwärmung des Endoskops erheblich reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle eingerichtet, an der Lichtquellen-Koppelstelle einzelne Positionen eines vorgegebenen Positionsrasters selektiv zu beleuchten, und der Steuereinrichtung ist ein Speicher zugeordnet, in welchem für die einzelnen Positionen des Positionsrasters eine Information abgelegt ist, ob sich an der jeweiligen Position eine zu beleuchtende Kabel-Lichtleitfaser befindet. Bei dem Positionsraster kann es sich beispielsweise um ein orthogonales oder hexagonales Raster handeln. Alternativ kann es sich um ein konzentrisches oder spiralförmiges polares Raster handeln.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lichtquelle wenigstens einen beweglichen Spiegel, mit welchem das Licht der Lichtquelle in Richtung der jeweiligen Positionen des Positionsrasters umgelenkt werden kann. Bevorzugt handelt es sich bei dem wenigstens einen Spiegel um ein Digital Micromirror Device (DMD).
Die selektive Beleuchtung einzelner Positionen des Positionsrasters kann unter Einsatz wenigstens eines beweglichen Spiegels, insbesondere durch Einsatz von DMDs, unkompliziert realisiert werden. Dabei kann eine einzelne, feststehende Lichtquelle verwendet werden, deren Licht dann durch den wenigstens einen beweglichen Spiegel auf die jeweils zu beleuchtende Position umgelenkt wird. Es ist daher nicht erforderlich, für jede einzelne Position eine eigene Lichtquelle vorzusehen. Bei Einsatz eines DM Ds kann auch mittels einer einzelnen Lichtquelle ein kollimierter Lichtstrahl erzeugt werden, dessen Durchmesser zur Beleuchtung aller ggf. zu beleuchtenden Positionen angepasst ist. Das DM D kann für jede ggf. zu beleuchtende Position einen Mikrospiegel aufweisen, welcher einen Teil des Lichtstrahls entweder in Richtung der zu beleuchtenden Position oder in Richtung eines Absorbers ablenkt.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lichtquelle eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Solche Lichtquellen sind langlebig und können mit ausreichender Geschwindigkeit an- und ausgeschaltet werden, um eine sequentielle Beleuchtung der einzelnen Positionen des Positionsrasters zu erlauben.
In einer Variante der Erfindung sind einzelne Endoskop-Lichtleitfasern des wenigstens einen Bündels von Endoskop-Lichtleitfasern so in dem Endoskop angeordnet, dass Sie Licht in unterschiedliche Richtungen abstrahlen, und in dem Speicher der Steuereinrichtung sind für einzelne Positionen des Positionsrasters Informationen über die Richtung abgelegt, in welche Licht von einer Endoskop-Lichtleitfaser abgestrahlt wird, die mit einer Kabel-Lichtleitfaser gekoppelt ist, welche an der entsprechenden Position angeordnet ist. Bei dieser Ausführung ist es zusätzlich möglich, das Licht gezielt nur oder bevorzugt in solche Endoskop-Lichtleitfasern abzugeben, die es in einer gewünschten Richtung abstrahlen. Dadurch können einzelne Bereiche des zu beobachtenden Hohlraums gezielt schwächer oder stärker beleuchtet werden, um beispielsweise bestimmte Strukturen hervorzuheben oder störende Reflexionen zu reduzieren.
Dabei kann das Endoskop eine variable Blickrichtung aufweisen. Beleuchtungslicht kann dann bevorzugt in die Richtung abgestrahlt werden, welche der gerade eingestellten Blickrichtung des Endoskops entspricht.
In einer besonderen Weiterbildung umfasst das Endoskopiesystem eine
Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme von durch das Endoskop erzeugten Bildern und eine Bildauswertungseinrichtung zur Auswertung der von Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bilder, wobei die Bildauswertungseinrichtung und die Steuereinrichtung miteinander gekoppelt und eingerichtet sind, festzustellen, ob sich an einer durch die Lichtquelle beleuchteten Position eine Kabel-Lichtleitfaser befindet, die an der Koppelstelle mit einer Endoskop-Lichtleitfaser gekoppelt ist, und/oder in welche Richtung Licht von einer Endoskop-Lichtleitfaser abgestrahlt wird, die mit einer Kabel-Lichtleitfaser gekoppelt ist, welche an der entsprechenden Position angeordnet ist.
Diese Weiterbildung trägt der Tatsache Rechnung, dass insbesondere an Koppelstellen, an denen ein Lichtleitkabel lösbar mit einem Endoskop oder mit einer Lichtquelle gekoppelt ist, nach jedem Verbindungsvorgang unterschiedliche Lichtleitfasern an einer bestimmten Position angeordnet sein können, so dass eventuell erst nach der Verbindung aller Komponenten feststeht, welche Positionen des Positionsrasters zu beleuchten sind. In einem entsprechend ausgeführten Endoskopiesystem kann die Lichtquelle beispielsweise eine bestimmte Position des
Positionsrasters gezielt beleuchten, während das Endoskop auf ein Objekt, beispielsweise eine Referenzkarte, ausgerichtet ist. Über die Bildaufnahmevorrichtung und die
Bildauswertungseinrichtung wird dann ermittelt, ob und ggf. wie stark die Beleuchtung der bestimmten Position zu einer Zunahme der Helligkeit des aufgenommenen Bildes führt, und an welcher Stelle des Bildes die Helligkeit erhöht ist. So kann ermittelt werden, ob die an der jeweiligen Position angeordnete Kabel-Lichtleitfaser wirksam mit einer Endoskop-Lichtleitfaser gekoppelt ist, und wie hoch die Koppeleffizienz ist. Ebenso kann eine Information über die Abstrahlrichtung der gekoppelten Endoskop-Lichtleitfaser gewonnen werden. Die so gewonnenen Informationen werden dann für die jeweils beleuchtete Position in dem Speicher abgelegt.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Endoskopiesystem vorgesehen, entweder in einem Beobachtungsmodus zu arbeiten, in welchem nur solche Positionen des Positionsrasters gezielt beleuchtet werden, an denen sich Kabel-Lichtleitfasern befinden, die an der Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern gekoppelt sind, und/oder an denen sich Kabel-Lichtleitfasern befinden, die an der Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern gekoppelt sind, die Licht in eine gewünschte
Richtung abstrahlen, oder in einem Bestimmungsmodus zu arbeiten, in welchem gleichzeitig oder nacheinander Positionen des Positionsrasters beleuchtet werden, wobei die
Bildaufnahmevorrichtung, die Bildauswertungseinrichtung und die Steuerung zusammenwirken um zu ermitteln, ob an den jeweils beleuchteten Positionen des Positionsrasters Kabel- Lichtleitfasern angeordnet sind, welche an der Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern gekoppelt sind, und ggf. in welche Richtung Licht von diesen Endoskop-Lichtleitfasern abgestrahlt wird.
Es ist dadurch möglich, das Endoskopiesystem nach Bedarf zwischen dem Beobachtungsmodus und dem Bestimmungsmodus umzuschalten.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Lichtquelle eines Endoskopiesystems, welches gemäß den obigen Ausführungen gestaltet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger beispielhafter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
gur 1: Ein Endoskopiesystem gemäß Stand der Technik,
gur 2: ein Endoskopiesystem gemäß eines Aspekts der Erfindung,
gur 3a-3d: verschiedene Positionsraster,
gur 4: eine Lichtquelle gemäß einer Ausführung der Erfindung,
gur 5: Ein Endoskopiesystem gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung
In Figur 1 ist ein Endoskopiesystem gemäß Stand der Technik dargestellt. Das Endoskopiesystem umfasst ein Endoskop 1, ein Lichtleitkabel 2 und eine Lichtquelle 3.
Das Endoskop 1 weist einen Schaft 11, einen Hauptkörper 12 und einen Okulartrichter 13 auf.
Am distalen Ende des Schafts 11 ist ein Objektiv 14 angeordnet. Das Objektiv 14 erzeugt ein Bild von einer interessierenden Struktur S, welches durch einen optischen Bildleiter 15 durch den Hauptkörper 12 in den Okulartrichter 13 transportiert wird. Dort wird das Bild durch das Okular 16 abgebildet, so dass es von einem Benutzer wahrgenommen werden kann, der durch den Okulartrichter 13 in das Endoskop 1 blickt. In dem Endoskop 1 sind Endoskop-Lichtleitfasern 17 verlegt, welche proximal in einem Lichtleiterstutzen 18 an einem Faserkegel 19 enden. Distal enden die Endoskop-Lichtleitfasern am Ende des Schafts 11.
Das Lichtleitkabel 2 verbindet das Endoskop 1 mit der Lichtquelle 3. Es umfasst einen ersten Stecker 50, der auf den Lichtleiterstutzen 18 des Endoskops 1 aufgesteckt wird, und einen zweiten Stecker 51, der in die Lichtquelle 3 eingesteckt wird. Das Lichtleitkabel 2 wird von Kabel-
Lichtleitfasern 52 durchzogen, welche der Übersichtlichkeit halber nur im Bereich der Stecker 50, 51 dargestellt sind. Der Übergang vom Lichtleitkabel 2 zum Faserkegel 19 im Lichtleiterstutzen 18 bildet eine Endoskop-Koppelstelle. Die Endflächen der Kabel-Lichtleitfasern 52 im zweiten Stecker 51 bilden eine Lichtquellen-Koppelstelle.
Die Lichtquelle 3 umfasst ein Leuchtmittel 61, dessen Licht von einem Kollimator 62 auf die
Endflächen der Kabel-Lichtleitfasern fokussiert wird. Bei dem Leuchtmittel 61 kann es sich beispielsweise um eine Xenon-Hochdrucklampe oder um eine Leistungsstarke Leuchtdiode handeln.
Zur Verbesserung der Ergonomie sowie zur Dokumentation wird heute zumeist auf den direkten Blick durch das Endoskop 1 verzichtet. Stattdessen wird auf den Okulartrichter 13 ein
Kamerakopf 20 aufgesetzt, in dem wiederum ein Objektiv 21 und ein Bildaufnehmer 22 angeordnet sind. Das Bild der Struktur S wird durch das Objektiv 21 auf den Bildaufnehmer 22 abgebildet und von diesem in ein Videosignal umgewandelt, welches über ein Kabel 23 an eine Kamerakontrolleinheit 30 übertragen wird. Der Kamerakopf 20 kann eine Fokussiereinrichtung 24 aufweisen.
Die Kamerakontrolleinheit umfasst ein Videoprozessor 31, welcher das vom Kamerakopf 20 kommende Videosignal zur Darstellung auf einem Monitor 40 und/oder zur Aufzeichnung auf einem Speichergerät 41 aufbereitet. Weiterhin umfasst die Kamerakontrolleinheit eine
Steuereinheit 32 zum Erzeugen von Kontrollsignalen für den Bildaufnehmer 22. Weiterhin umfasst die Kamerakontrolleinheit 30 eine Bildauswertungseinrichtung 33, welche das aufgenommene Videobild hinsichtlich verschiedener Kriterien bewertet. So kann die
Bildauswertungseinheit 33 die Bildschärfe bewerten und ein Signal an die Fokussiereinrichtung 24 senden, um das Objektiv 21 zur Verbesserung der Bildschärfe zu bewegen. Die
Bildauswertungseinheit 33 kann auch die Helligkeit und/oder den Kontrast des Bildes bewerten und ein Signal an die Steuereinheit 32 senden, um die Belichtungszeit des Bildaufnehmers 22 zu verändern. Weiterhin kann die Bildauswertungseinheit 33 ein Signal an die Lichtquelle 3 senden, um die Beleuchtungsintensität anzupassen.
Es ist erkennbar, dass die Endfläche der Kabel-Lichtleitfasern im Stecker 50 etwas größer ist als die Endfläche des Faserkegels 19. Dies liegt daran, dass das Kabel 2 neben dem Endoskop 1 auch mit anderen Endoskoptypen verwendet werden kann, welche mehr Endoskop-Lichtleitfasern aufweisen und somit auch einen größeren Faserkegel haben. Daher ist die Endfläche der Kabel- Lichtleitfasern so dimensioniert, dass bei allen Endoskop-Typen der Faserkegel voll ausgeleuchtet wird. Licht, welches über Kabel-Lichtleitfasern 52 geleitet wird, deren Endfläche außerhalb des
Querschnittes des Faserkegels 19 angeordnet sind, wird im Lichtleiterstutzen 18 absorbiert und führt daher zu einer Erwärmung des Endoskops 1.
In Figur 2 ist ein modifiziertes Endoskopiesystem dargestellt. Das Endoskopiesystem umfasst wiederum ein Endoskop 101, ein Lichtleitkabel 102 und eine Lichtquelle 103. Ebenso sind in Figur 2 ein Kamerakopf 120, eine Kamerakontrolleinheit 130, ein Monitor 140 und ein
Aufzeichnungsgerät 141 dargestellt. Soweit Aufbau und Funktion der in Figur 2 dargestellten Komponenten mit den entsprechenden Komponenten in Figur 1 entsprechen, wird hier auf eine erneute Beschreibung verzichtet. Diese Komponenten sind dann mit einem um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen.
Die Lichtquelle 103 umfasst ein Leuchtmittel 161, bei dem es sich im dargestellten Beispiel um eine Laserdiode oder eine Weißlicht-LED mit Kollimator handelt. Der Lichtstrahl 167 des Leuchtmittels 161 wird über zwei Schwenkspiegel 163, 164 in Richtung der Endfläche der Kabel- Lichtleitfasern 150 gelenkt. Die Schwenkspiegel 163, 164 werden von Mikromotoren 165, 166 so angetrieben, dass der Lichtstrahl 167 einzelne Positionen der Endfläche der Kabel-Lichtleitfasern 152 nach einem vorgegebenen Muster überstreicht. Die Ansteuerung der Mikromotoren 165,
166 erfolgt über eine Steuereinrichtung 168. Die Steuereinrichtung 168 schaltet weiterhin das Leuchtmittel 161 an, wenn der Lichtstrahl auf eine Kabel-Lichtleitfaser 152 gerichtet ist, die an der Endoskop-Koppelstelle dem Faserkegel 119 gegenüberliegt und somit mit einer Endoskop- Lichtleitfaser 117 gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung 168 schaltet hingegen das Leuchtmittel 161 aus, wenn der Lichtstrahl auf eine Kabel-Lichtleitfaser 152 gerichtet ist, die an der Endoskop-
Koppelstelle nicht dem Faserkegel 119 gegenüberliegt und somit nicht mit einer Endoskop- Lichtleitfaser 117 gekoppelt ist. Eine Erwärmung des Endoskops 101 durch im Lichtleiterstutzen 118 absorbiertes Licht ist dadurch erheblich reduziert.
Abhängig von dem Strahlquerschnitt des Lichtstrahls 167 und dem Querschnitt der Kabel- Lichtleitfasern 153 kann der Lichtstrahl 167 auch gleichzeitig eine Gruppe von Kabel- Lichtleitfasern beleuchten. Eine solche Gruppe kann beispielsweise weniger als 20% aller Kabel- Lichtleitfasern umfassen, oder weniger als 2% aller Kabel-Lichtleitfasern. Eine Gruppe kann aus 3 bis 20, 10 bis 100 oder 20 bis 200 Kabel-Lichtleitfasern bestehen.
Der Steuereinrichtung 168 ist ein Speicher 169 zugeordnet, in welchem Daten eines
vorgegebenen Positionsrasters hinterlegt sind, welches durch den Lichtstrahl 167 abgefahren wird. Verschiedene Positionsraster sind in den Figuren 3a bis 3d dargestellt.
Figur 3a zeigt ein orthogonales Positionsraster 201, in welchem rechteckige, vorzugsweise quadratische, Zellen 202 lückenlos angeordnet sind. Jede Zelle 202 ist durch Ihre Position mit Bezug auf zwei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen 203,204 bestimmt. Innerhalb des Rasters 201 ist die Endfläche 205 des Bündels von Kabel-Lichtleitfasern 152 angedeutet, die in der Lichtquellen-Koppelstelle angeordnet sind. In der Endfläche liegen solche Kabel- Lichtleitfasern 152, die mit Endoskop-Lichtleitfasern 117 gekoppelt sind, und solche Kabel- Lichtleitfasern, die nicht mit Endoskop-Lichtleitfasern 117 gekoppelt sind, unsortiert
nebeneinander, da die Kabel-Lichtleitfasern in dem Lichtleitkabel 102 unsortiert verlegt sind. Es ist allerdings erkennbar, dass es in der Endfläche Bereiche 206 gibt, in denen gekoppelte Kabel- Lichtleitfasern dominieren, und solche Bereiche 207, in denen nicht gekoppelte Kabel- Lichtleitfasern dominieren. Dies wird durch den Herstellprozess des Lichtleitkabels 102 bedingt, auf den hier jedoch nicht weiter eingegangen werden soll. Die Bereiche 207 sind in der Figur 3a schraffiert dargestellt.
Das Positionsraster 201 ist in Figur 3a der besseren Sichtbarkeit halber mit sehr geringer Positionsauflösung dargestellt. Tatsächlich wird die Positionsauflösung wenigstens so hoch gewählt werden, dass die Fläche einzelner Zellen 202 in etwa dem Querschnitt einer Kabel- Lichtleitfaser 152 oder einer kleinen Gruppe von Kabel-Lichtleitfasern 152 entspricht.
Figur 3b zeigt eine alternative Ausführung eines Positionsrasters 301, wobei es sich um ein hexagonales Raster handelt. Die Zellen 302 sind als gleichmäßige Sechsecke ausgeführt und sind in dem Raster 301 lückenlos angeordnet. Jede Zelle ist durch Ihre Position bezüglich zweier Achsen 303,304 eindeutig bestimmt, wobei die Achsen 303,304 in einem Winkel von 60° zueinander angeordnet sind. Innerhalb des Rasters 301 ist wiederum die Endfläche 305 des Bündels von Kabel-Lichtleitfasern 152 angedeutet, die in der Lichtquellen-Koppelstelle angeordnet sind.
Die hexagonale Anordnung der Zellen 302 in dem Positionsraster 301 ist besonders gut geeignet, um die tatsächliche Lage der Kabel-Lichtleitfasern 152 nachzubilden, da die Kabel-Lichtleitfasern 152 in der Regel einen runden Querschnitt aufweisen und sich bei einer engen Packung ebenfalls größtenteils hexagonal anordnen.
Figur 3c zeigt ein alternatives Positionsraster 401 mit konzentrisch polarem Aufbau. Dabei sind die Zellen 402 jeweils als Ringsegmente ausgeführt. Im Gegensatz zu den Positionsrastern 201,301 sind die einzelnen Zellen 402 des Positionsrasters 401 nicht durchgehend kongruent zueinander. Jede Zelle 402 ist durch ihren Abstand zum Mittelpunkt 403 des Positionsrasters und ihren Winkel zu einer Referenzachse 404 eindeutig festgelegt. Um eine in etwa gleiche Fläche aller Zellen 402 zu gewährleisten, kann die Winkelauflösung des Positionsrasters 402 mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt 403 erhöht werden.
Innerhalb des Rasters 401 ist wiederum die Endfläche 405 des Bündels von Kabel-Lichtleitfasern 152 angedeutet, die in der Lichtquellen-Koppelstelle angeordnet sind.
Die Konzentrische Anordnung der Zellen 402 im Positionsraster 401 ist besonders gut geeignet, um den in der Regel kreisrunden Querschnitt des Lichtleitkabels 103 abzubilden. Figur 3d zeigt eine weitere alternative Ausführung des Positionsrasters 501 mit spiralförmig polarer Struktur. Die Zellen 502 sind entlang einer spiralförmigen Linie 503 angeordnet, die vom Mittelpunkt 504 des Positionsrasters 501 ausgeht. Dabei ist die Länge aller Zellen 502 in Richtung der Linie 503 etwa gleich. Anders als bei den Positionsrastern 201,301,401 ist jede Zelle 502 des Positionsrasters 501 allein durch Ihre Position entlang der Linie 503 eindeutig festgelegt.
Innerhalb des Rasters 501 ist wiederum die Endfläche 505 des Bündels von Kabel-Lichtleitfasern 152 angedeutet, die in der Lichtquellen-Koppelstelle angeordnet sind.
Die Struktur des Positionsrasters 501 eignet ähnlich wie die des Positionsrasters 401 gut zur Abbildung des Querschnitts des Lichtleitkabels 103. Zudem lässt sich diese Struktur besonders einfach durch Bewegung der Schwenkspiegel 163,164 abfahren.
Für Positionsraster 301, 401 und 50 gilt hinsichtlich der Positionsauflösung das bereits oben bezüglich des Positionsrasters 201 gesagte.
In dem Speicher 169 ist jetzt für jede Zelle 202,302,402,502 der Positionsraster 201,301,401,501, also für jede Position, die Information hinterlegt, ob und ggf. mit welcher Koppeleffizienz eine an der jeweiligen Position angeordnete Kabel-Lichtleitfaser mit einer Endoskop-Lichtleitfaser gekoppelt ist. Abhängig von dieser Information schaltet die Steuereinrichtung 168 das
Leuchtmittel 161 ein oder aus.
Das Abfahren der Positionsraster 201, 301 durch den Lichtstrahl 167 erfolgt zeilenweise, wobei zwischen zwei Zeilen die Abtastrichtung umgekehrt werden kann. Der Lichtstrahl 167 bewegt sich dann mäanderförmig über das jeweilige Positionsraster. Das Positionsraster 401 wird bevorzugt ringförmig abgefahren, wobei die Umlaufrichtung für alle Ringe gleich bleibt. Das Positionsraster 501 wird entsprechend spiralförmig abgefahren. Dies ist jeweils durch die Pfeile 208, 308, 408, 508 dargestellt.
In Figur 4 ist eine Lichtquelle 603 dargestellt, die anstelle der Lichtquelle 103 in dem in Figur 2 dargestellten Endoskopiesystem einsetzbar ist.
Die Lichtquelle 603 umfasst ein Leuchtmittel 661, beispielsweise eine Hochleistungs-Weißlicht- LED, welcher ein Kollimator 662 zugeordnet ist. Der Kollimator 662 formt das von dem
Leuchtmittel 661 ausgehende Licht zu einem parallelen Strahlenbündel 667. Das Strahlenbündel wird über ein DM D 670 und einen planen Spiegel 671 auf die Endfläche der Kabel-Lichtleitfasern 152 reflektiert.
Das DMD 670 besteht aus einer großen Anzahl von Mikrospiegeln, die in einem rechteckigen Raster angeordnet sind und einzeln mittels steuerbarer Aktuatoren gekippt werden können. Dabei ist das DMD so ausgerichtet, dass die Mikrospiegel im Grundzustand das Strahlenbündel 667 in Richtung des Spiegels 671 reflektieren. Eine Steuereinrichtung 668 ist eingerichtet, einzelne Mikrospiegel des DMD 670 so anzusteuern, dass diese das Strahlenbündel 667 statt auf den Spiegel 671 auf den Absorber 672 reflektieren. Dies ist für einen Teilstrahl 673 dargestellt. Das Licht des Teilstrahls 673 ist damit aus dem Strahlenbündel 667 ausgeblendet, und eine an der entsprechenden Position angeordnete Kabel-Lichtleitfaser 152 wird nicht beleuchtet.
Die in Figur 4 dargestellte Lichtquelle 603 arbeitet vorzugsweise mit einem Positionsraster, wie es in Figur 3a dargestellt ist. Gegenüber der Lichtquelle 103 hat die Lichtquelle 603 den Vorteil, dass mehrere Positionen des Positionsrasters parallel beleuchtet werden können. Ein schnelles Verfahren eines Lichtstrahls ist daher nicht erforderlich. Ebenso muss das Leuchtmittel 661 nicht mit hoher Taktrate ein- und ausgeschaltet werden. Die Information, welche Mikrospiegel des DMD ausgelenkt werden müssen, sind wiederum in einem Speicher 669 abgelegt. Figur 5 zeigt eine weitere Ausführung eines Endoskopiesystems mit einem Endoskop 701, einem Lichtleitkabel 702 und einer Lichtquelle 703.
Im der hier dargestellten Ausführung weist das Endoskop eine veränderbare Blickrichtung auf, wobei die durch den Pfeil 780 angedeutete Blickrichtung entlang des Doppelpfeils 781 verschwenkt werden kann. Mit einem solchen Endoskop 701 können ausgedehnte Strukturen S' besonders gut betrachtet werden, ohne das gesamte Endoskop 701 bewegen zu müssen. Die bildgebenden Elemente des Endoskops 701 sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die im Endoskop 701 verlegten Endoskop-Lichtleitfasern 717 sind am distalen Ende des
Endoskops 701 in drei Teilbündel 717', 717",717"' aufgeteilt, welche in unterschiedliche
Richtungen ausgerichtet sind. Je nach Ausrichtung der Blickrichtung des Endoskops 701 wird Beleuchtungslicht hauptsächlich nur aus einem der Teilbündel 717',717",717"' benötigt. Die Ausrichtung der Blickrichtung wird von dem Endoskop 701 an die Steuereinrichtung 768 der Lichtquelle 703 übertragen. In dem Speicher 769 sind für jede Position des Positionsrasters neben der Information über die Kopplung bzw. die Koppeleffizienz der an der fraglichen Position angeordneten Kabel-Lichtleitfaser 752 auch eine Information über die Abstrahlrichtung der mit der entsprechenden Kabel-Lichtleitfaser 752 gekoppelten Endoskop-Lichtleitfaser 717 hinterlegt.
Die Steuereinrichtung 768 kann also das Leuchtmittel 761 und die Mikromotoren 765, 766 der Schwenkspiegel 673, 764 so steuern, dass lediglich solche Kabel-Lichtleitfasern beleuchtet werden, die mit Endoskop-Lichtleitfasern gekoppelt sind, die in die gewünschte Abstrahlrichtung ausgerichtet sind.
Die in dem Speicher abzulegenden Informationen stehen zumeist erst dann fest, nachdem ein Endoskopiesystem für die Benutzung fertig zusammengesetzt ist. Um die Informationen zu ermitteln wird das Endoskop des Endoskopiesystems auf ein Referenzobjekt ausgerichtet, bei dem es sich z.B. um eine Kalibrierkarte handeln kann. In der Folge wird das Endoskopiesystem in einen Bestimmungsmodus geschaltet, in welchem nacheinander alle Positionen des
Positionsrasters durch die Lichtquelle beleuchtet werden und die Veränderung der Bildhelligkeit des vom Endoskop aufgenommenen Bildes ermittelt. Die bei Beleuchtung einer Position ermittelte Bildhelligkeit wird als Maß der Koppeleffizienz einer an der fraglichen Position angeordneten Kabel-Lichtleitfaser mit einer Endoskop-Lichtleitfaserverwendet und zu der jeweiligen Position im Speicher abgelegt. Es kann auch jede Position mehrfach beleuchtet und der Mittelwert der ermittelten Bildhelligkeiten verwendet werden.
Soll zusätzlich eine Information über die Abstrahlrichtung der gekoppelten Endoskop- Lichtleitfasern ermittelt werden, so wird neben der absoluten Bildhelligkeit auch der Ort der maximalen Helligkeit in dem Bild ermittelt und als Maß für die Abstrahlrichtung im Speicher hinterlegt. Falls das Endoskopiesystem ein Endoskop mit verstellbarer Blickrichtung umfasst, muss die Bestimmung ggf. für verschiedene eingestellte Blickrichtungen durchgeführt werden.

Claims

Endoskopiesystem mit einem Endoskop (101, 701), einer Lichtquelle (103, 603, 703) und einem die Lichtquelle (103, 603, 703) mit dem Endoskop (101, 701) verbindenden
Lichtleitkabel (102, 702), wobei
- das Endoskop (101, 701) wenigstens ein Bündel von Endoskop-Lichtleitfasern (117, 717) umfasst,
- das Kabel wenigstens ein Bündel von Kabel-Lichtleitfasern (152, 752) umfasst,
- eine Lichtquellen-Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der Lichtquelle (103, 603, 703) in das wenigstens eine Bündel von Kabel-Lichtleitfasern (152, 752) eingekoppelt wird, und
- eine Endoskop-Koppelstelle vorgesehen ist, an welcher Licht der Lichtquelle (103, 603, 703) aus dem wenigstens einen Bündel von Kabel-Lichtleitfasern (152, 752) in das wenigstens eine Bündel von Endoskop-Lichtleitfasern (117, 717) eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eingerichtet ist, an der Lichtquellen-Koppelstelle einzelne Kabel- Lichtleitfasern (152, 752) oder Gruppen von Kabel-Lichtleitfasern (152,717) selektiv zu beleuchten, und dass der Lichtquelle (103, 603, 703) eine Steuereinrichtung (168, 668, 768) zugeordnet ist, welche die Lichtquelle (103, 603, 703) derart zu steuern vermag, dass nur oder vorwiegend solche Kabel-Lichtleitfasern (152, 752) gezielt beleuchtet werden, welche an der Endoskop-Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern (117, 717) gekoppelt sind.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (103, 603, 703) eingerichtet ist, an der Lichtquellen-Koppelstelle einzelne Positionen eines
vorgegebenen Positionsrasters (201, 301, 401, 501) selektiv zu beleuchten, und dass der Steuereinrichtung (168, 668, 768) ein Speicher zugeordnet ist, in welchem für die einzelnen Positionen des Positionsrasters (201, 301, 401, 501) eine Information abgelegt ist, ob sich an der jeweiligen Position eine zu beleuchtende Kabel-Lichtleitfaser (152, 752) befindet.
Endoskopiesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (103, 603, 703) wenigstens einen beweglichen Spiegel (163,164, 670, 763, 764) umfasst, mit welchem das Licht der Lichtquelle (103, 603, 703) in Richtung der jeweiligen Positionen des Positionsrasters (201, 301, 401, 501) umgelenkt werden kann.
Endoskopiesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wenigstens einen Spiegel um ein Digital Micromirror Device (DMD) (670) handelt.
Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (103, 603, 703) eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode umfasst.
Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei einzelne Endoskop- Lichtleitfasern (717) des wenigstens einen Bündels von Endoskop-Lichtleitfasern (717) so in dem Endoskop angeordnet sind, dass Sie Licht in unterschiedliche Richtungen abstrahlen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher (769) der Steuereinrichtung (768) für einzelne Positionen des Positionsrasters (201, 301, 401, 501) Informationen über die Richtung abgelegt sind, in welche Licht von einer Endoskop-Lichtleitfaser (717) abgestrahlt wird, die mit einer Kabel-Lichtleitfaser (752) gekoppelt ist, welche an der entsprechenden Position angeordnet ist.
7. Endoskopiesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop (701) eine variable Blickrichtung aufweist.
Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Endoskopiesystem eine Bildaufnahmevorrichtung (122) zur Aufnahme von durch das Endoskop (101) erzeugten Bildern und eine Bildauswertungseinrichtung (133) zur Auswertung der von
Bildaufnahmevorrichtung (122) aufgenommenen Bilder umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswertungseinrichtung (133) und die Steuereinrichtung (168) miteinander gekoppelt und eingerichtet sind, festzustellen, ob sich an einer durch die Lichtquelle (103) beleuchteten Position eine Kabel-Lichtleitfaser (152) befindet, die an der Koppelstelle mit einer Endoskop-Lichtleitfaser (117) gekoppelt ist, und/oder in welche Richtung Licht von einer Endoskop-Lichtleitfaser (117) abgestrahlt wird, die mit einer Kabel-Lichtleitfaser (152) gekoppelt ist, welche an der entsprechenden Position angeordnet ist.
Endoskopiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskopiesystem vorgesehen ist, entweder in einem Beobachtungsmodus zu arbeiten, in welchem nur solche Positionen des Positionsrasters (201, 301, 401, 501) gezielt beleuchtet werden, an denen sich Kabel-Lichtleitfasern (152, 752) befinden, die an der Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern (117, 717) gekoppelt sind, und/oder an denen sich Kabel-Lichtleitfasern (752) befinden, die an der Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern (717) gekoppelt sind, die Licht in eine gewünschte Richtung abstrahlen, oder in einem Bestimmungsmodus zu arbeiten, in welchem alle Positionen des Positionsrasters (201, 301, 401, 501) beleuchtet werden, wobei die Bildaufnahmevorrichtung (122) , die
Bildauswertungseinrichtung (133) und die Steuerung (168) zusammenwirken um zu ermitteln, ob an den jeweils beleuchteten Positionen des Positionsrasters (201, 301, 401, 501) Kabel-Lichtleitfasern (152, 752) angeordnet sind, welche an der Koppelstelle mit Endoskop-Lichtleitfasern (117, 717) gekoppelt sind, und ggf. in welche Richtung Licht von diesen Endoskop-Lichtleitfasern (717) abgestrahlt wird.
10. Lichtquelle eines Endoskopiesystems nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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