RU194150U1

RU194150U1 - LIGHT FOR ENDOSCOPES

Info

Publication number: RU194150U1
Application number: RU2019117591U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Потахин; Владимир Николаевич Ероклинцев; Владимир Вячеславович Вуйко; Петр Юрьевич Олефиренко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "КВАРЦ"
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2019-11-29

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к осветителям для эндоскопов, и может использоваться при эндоскопических исследованиях и выполнении эндоскопических манипуляций. Нами впервые разработан осветитель для эндоскопов со светодиодным мультицветным источником света, блоком питания, блоком управления и устройством для смешивания световых потоков, в котором светодиодная матрица может быть любого необходимого размера с максимально возможным числом светодиодов с разными спектральными характеристиками. В предлагаемом осветителе могут использоваться разные режимы подсветки, что расширяет диагностические возможности эндоскопов. Использование светодиодов и современной элементной базы ведет к уменьшению габаритов осветителя и его энергопотребления, а также повышает надежность и безопасность при эксплуатации. 3 ил.The utility model relates to medical equipment, namely to illuminators for endoscopes, and can be used in endoscopic studies and performing endoscopic manipulations. We were the first to develop an illuminator for endoscopes with an LED multicolor light source, a power supply, a control unit and a device for mixing light fluxes, in which the LED matrix can be of any required size with the maximum possible number of LEDs with different spectral characteristics. In the proposed illuminator, different backlight modes can be used, which expands the diagnostic capabilities of endoscopes. The use of LEDs and a modern element base leads to a decrease in the dimensions of the illuminator and its energy consumption, and also increases the reliability and safety during operation. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к осветителям для эндоскопов и может использоваться при эндоскопических исследованиях и выполнении эндоскопических манипуляций. The utility model relates to medical equipment, namely to illuminators for endoscopes and can be used in endoscopic examinations and performing endoscopic manipulations.

На протяжении длительного времени в эндоскопии для освещения объекта исследования использовались только источники белого света с непрерывным спектром. Качество визуализации при этом определялось лишь мощностью источника излучения. В последние годы стали использоваться новые технологии визуализации биологических объектов, основанных на зависимости характеристик поглощения и рассеяния света от длины волны источника освещения. For a long time in endoscopy to illuminate the object of study only white light sources with a continuous spectrum were used. The quality of visualization was determined only by the power of the radiation source. In recent years, new technologies have been used to visualize biological objects based on the dependence of the absorption and scattering characteristics of the light on the wavelength of the light source.

Наиболее известный способ визуализации получил название – узкоспектральная визуализация (Narrow Bang Imaging – NBI). Технология была разработана компанией Olympus и реализованна в эндоскопических видиосистемах EXERA. В первом варианте осветителя белый свет видимого диапазона пропускается через вращающийся цветной светофильтр и попадает на объект исследования чередующимися кадрами. После сложной обработки отраженного сигнала объект исследования можно визуализировать на мониторе видиосистемы как в обычном режиме – освещение белым светом, так и в режиме NBI (изображение с дискретным спектром, обычно сине-зеленый диапазон). Например, в источнике света видиосистемы Olympus установлены оптические фильтры, пропускающие свет синей и зеленой частей спектра с длиной волны 415 нм и 540 нм. В режиме узкоспектральной визуализации лучше визуализируются сосудистые структуры и измененные участки слизистой оболочки, что позволяет более достоверно отличить зоны воспаления и раковой трансформации. Известно также несколько других вариантов реализации данного метода исследования. В разных вариантах оборудование было запатентовано как в самой Японии, так и в других странах компанией ОЛИМПУС МЕДИКАЛ СИСТЕМЗ КОРП. (JP) (RU 2378977, RU 2378976, US8000776B2). Технология не предполагает смешивание цветов, синтез изображения происходит программно, что требует синхронизации работы осветителя и видеорегистрации. The most famous method of visualization is called narrow-spectrum imaging (Narrow Bang Imaging - NBI). The technology was developed by Olympus and implemented in EXERA endoscopic video systems. In the first version of the illuminator, white light of the visible range is transmitted through a rotating color filter and gets onto the object of study in alternating frames. After complex processing of the reflected signal, the object of study can be visualized on the video system monitor both in normal mode - white light illumination, and in NBI mode (image with a discrete spectrum, usually a blue-green range). For example, optical filters are installed in the light source of the Olympus video system, transmitting light from the blue and green parts of the spectrum with a wavelength of 415 nm and 540 nm. In the narrow-spectral imaging mode, vascular structures and altered sections of the mucous membrane are better visualized, which allows more reliable distinguishing between areas of inflammation and cancer transformation. Several other options for implementing this research method are also known. In different versions, the equipment was patented both in Japan and in other countries by OLIMPUS MEDICAL SYSTEMS CORP. (JP) (RU 2378977, RU 2378976, US8000776B2). The technology does not involve color mixing; image synthesis is performed in software, which requires synchronization of the illuminator and video recording.

Недостатком данной технологии является сложность конструкции устройства и программного обеспечения, что значительно увеличивает стоимость оборудования. Кроме того, в осветителе использована ксеноновая лампа мощностью 300 Вт, что определяет габариты устройства, высокое энергопотребление и относительно небольшой срок службы в сравнении с современными источниками излучения.The disadvantage of this technology is the complexity of the design of the device and software, which significantly increases the cost of equipment. In addition, a 300 W xenon lamp is used in the illuminator, which determines the dimensions of the device, high power consumption and a relatively short life in comparison with modern radiation sources.

Известен также другой способ получения изображений с дискретным спектром, не требующий использования оптических фильтров. Данная технология была разработана компанией FUJIFILM и получила название - технология спектрального цветового выделения (Flexible spectral Imaging Color Enhancement, FICE). При использовании режима FICE при эндоскопии белый свет от ксеноновой лампы (спектральный диапазон от 400 до 700 нм) направляется с помощью эндоскопа на исследуемый участок ткани. Свет, отраженный от этого участка, регистрируется ПЗС-матрицей эндоскопа и преобразуется в эндоскопическое изображение на экране монитора. Функция FICE позволяет ограничивать спектральный диапазон светового сигнала и выводить на экран изображения, характеризующиеся разными длинами волн. Недостатком метода также является сложность и высокая стоимость оборудования. Кроме того, поскольку в данном методе не используется узкоспектральное освещение, имеется риск, что после цифровой обработке сигналов, изображение, отображаемое на мониторе, не будет в полной мере соответствовать реальным патологическим изменениям в тканях. There is also another method of obtaining images with a discrete spectrum that does not require the use of optical filters. This technology was developed by FUJIFILM and received the name - Flexible spectral Imaging Color Enhancement (FICE) technology. When using the FICE mode for endoscopy, white light from a xenon lamp (spectral range from 400 to 700 nm) is sent using an endoscope to the tissue site under investigation. The light reflected from this area is recorded by the CCD matrix of the endoscope and converted into an endoscopic image on the monitor screen. The FICE function allows you to limit the spectral range of the light signal and display images with different wavelengths. The disadvantage of this method is the complexity and high cost of equipment. In addition, since narrow-spectrum lighting is not used in this method, there is a risk that after digital signal processing, the image displayed on the monitor will not fully correspond to real pathological changes in the tissues.

Другие способы получения изображения с дискретными спектральными характеристиками связаны с использованием многоцветных источников света – цветных светодиодов. Использование светодиодов с разными спектральными характеристиками позволяет не только реализовать технологию NBI, но и повысить качество изображения в целом. Дело в том, что современные системы регистрации изображения, применяемые в эндоскопии, на самом деле позволяют получить изображение наилучшего качества при использовании не одного, а нескольких источников света с дискретными спектральными характеристиками. Например, в патенте Кореи KR101124269B1 речь идет о подборе оптимальной комбинации источников света для получения изображения, наиболее пригодного для различения сосудистых структур в тканях. Авторы патента, на основании проведенных исследований, предлагаю использовать светодиоды пяти цветов со следующим соотношением коэффициентов мощности: красный - 0,0981, зеленый - 0,6515, синий - 0,2732, белый - 0,6721 и янтарный - 0,1988. Other methods of obtaining images with discrete spectral characteristics are associated with the use of multi-color light sources - color LEDs. The use of LEDs with different spectral characteristics allows not only to implement NBI technology, but also to improve the image quality as a whole. The fact is that modern image registration systems used in endoscopy, in fact, allow you to get the best quality image when using not one but several light sources with discrete spectral characteristics. For example, Korean patent KR101124269B1 deals with the selection of the optimal combination of light sources to obtain an image that is most suitable for distinguishing vascular structures in tissues. The authors of the patent, on the basis of the studies, suggest using five-color LEDs with the following ratio of power factors: red - 0.0981, green - 0.6515, blue - 0.2732, white - 0.6721 and amber - 0.1988.

Кроме улучшения цветопередачи и расширения диагностических возможностей, использование в качестве источников света светодиодов позволяет повысить эксплуатационные характеристики осветителей - уменьшить габариты и энергопотребление, продлить срок службы и т.д. Уменьшение размеров позволило интегрировать осветители в конструкцию эндоскопов.In addition to improving color reproduction and expanding diagnostic capabilities, the use of LEDs as light sources can improve the operational characteristics of illuminators - reduce dimensions and power consumption, extend the life of the device, etc. Downsizing made it possible to integrate illuminators into the design of endoscopes.

В патенте Японии JP 2006-166940A описан эндоскопический аппарат с источником света, расположенным в дистальной части эндоскопа. В источнике света использованы четыре светодиода – красный, с длиной волны излучения 610 нм, зеленый, с диной волны 550 нм и два синих, с длинами волн 470 нм и 415 нм для режима флуоресценции. Средство управления позволяет включать светодиоды разных цветов последовательно или одновременно. Благодаря сложной обработке сигнала и синхронизации работы осветителя с камерой эндоскопа удается реализовать три режима работы – режим RGB для получения нормального изображения, режим NBI для узкоспектральной визуализации и режим флюоресценции. Japanese Patent JP 2006-166940A describes an endoscopic apparatus with a light source located in the distal part of the endoscope. Four light emitting diodes were used in the light source - red, with a wavelength of 610 nm, green, with a wavelength of 550 nm and two blue, with wavelengths of 470 nm and 415 nm for the fluorescence mode. The control tool allows you to turn on the LEDs of different colors sequentially or simultaneously. Due to the complex signal processing and synchronization of the illuminator with the endoscope camera, it is possible to implement three operating modes - the RGB mode for obtaining a normal image, the NBI mode for narrow-spectrum imaging, and the fluorescence mode.

Однако при расположении разных по цвету светодиодов рядом друг с другом в дистальной части эндоскопа невозможно добиться равномерного светораспределения без использования элементов смешивающих световые потоки от разных источников. Поскольку таковых элементов в конструкции не описано, единственным способом получить равномерное распределение цветов остается синтез изображения из отдельных «кадров», полученных при последовательном включении светодиодов (по аналогии с вращающимся светофильтром), их работа синхронизирована с камерой эндоскопа, что требует сложной электрической схемы и программного обеспечения, определяющих высокую стоимость оборудования.However, when the LEDs of different colors are located next to each other in the distal part of the endoscope, it is impossible to achieve uniform light distribution without using elements mixing light fluxes from different sources. Since such elements are not described in the design, the only way to obtain an even distribution of colors is to synthesize images from individual “frames” obtained by sequentially turning on the LEDs (similar to a rotating filter), their operation is synchronized with the camera of the endoscope, which requires a complex electrical circuit and software software determining the high cost of equipment.

Для упрощения конструкции и исключения необходимости использовать сложное программное обеспечение обработки сигнала, а также для снижения стоимости оборудования в патенте Японии JP2006136453A предлагается изменить конструкцию осветителя. Устройство представляет собой эндоскопический аппарат со встроенным осветителем, содержащий множество светоизлучающих источников с разными спектральными характеристиками, средство управления излучением и устройство для объединения светового потока от всех источников в виде дихроидной призмы перекрестного типа. Согласно формуле изобретения источник света (светодиоды красного, зеленого и синего цвета) расположены в дистальной части эндоскопа. Но, для уменьшения габаритов рабочей части эндоскопа авторы описывают вариант расположения источника света и устройства объединения световых потоков в проксимальной части эндоскопа, непосредственно в блоке управления. При этом световой поток от источника света к дистальной части эндоскопа подводится с помощью оптических волокон. Однако использование дихроидной призмы для смешивания светового потока ограничивает число источников света с разными спектральными характеристиками, что снижает функциональность устройства. Кроме того, использование встроенного осветителя существенно усложняет конструкцию и требует разработки нового осветителя для каждой модели эндоскопа. To simplify the design and eliminate the need to use sophisticated signal processing software, as well as to reduce the cost of equipment, JP2006136453A proposes to redesign the illuminator. The device is an endoscopic device with an integrated illuminator, containing many light emitting sources with different spectral characteristics, a radiation control means and a device for combining light flux from all sources in the form of a cross-type dichroic prism. According to the claims, the light source (LEDs of red, green and blue) are located in the distal part of the endoscope. But, to reduce the dimensions of the working part of the endoscope, the authors describe a variant of the location of the light source and the device for combining light fluxes in the proximal part of the endoscope, directly in the control unit. In this case, the light flux from the light source to the distal part of the endoscope is supplied using optical fibers. However, the use of a dichroic prism for mixing light flux limits the number of light sources with different spectral characteristics, which reduces the functionality of the device. In addition, the use of an integrated illuminator significantly complicates the design and requires the development of a new illuminator for each endoscope model.

Наиболее близким к заявляемому является «Эндоскоп с интегрированным источником света» (заявка США US20060171693A1). Интегрированный источник света, рассмотренный в заявке, может быть съемным, и хотя он имеет конструктивную связь с эндоскопом, является отдельным устройством. Источник света располагается в проксимальной части эндоскопа и представляет собой матрицу светодиодов с системой охлаждения и блоком управления. Над светодиодами имеется слой люминофора для поглощения части синего света. Светодиоды могут иметь разные спектральные характеристики, а система управления может контролировать работу каждого отдельного светодиода, например, для получения «теплого» или «холодного» света или для синтеза белого света из трех основных цветов. Световой поток от светодиодов собирается в составной параболический коллектор, а затем попадает в оптические волокна эндоскопа, направляющие свет в его дистальную часть. Составной параболический коллектор предназначен для смешивания цветов, например, при синтезе белого света. Closest to the claimed is the "Endoscope with integrated light source" (US application US20060171693A1). The integrated light source described in the application can be removable, and although it has a constructive connection with the endoscope, it is a separate device. The light source is located in the proximal part of the endoscope and is a matrix of LEDs with a cooling system and a control unit. Above the LEDs there is a phosphor layer to absorb part of the blue light. LEDs can have different spectral characteristics, and the control system can control the operation of each individual LED, for example, to obtain “warm” or “cold” light or to synthesize white light from three primary colors. The light flux from the LEDs is collected in a composite parabolic collector, and then gets into the optical fibers of the endoscope, directing the light into its distal part. The composite parabolic collector is designed for mixing colors, for example, in the synthesis of white light.

Однако составные параболические коллекторы обладают невысоким коэффициентом концентрации (Ioan Sarbu, Calin Sebarchievici «Solar heating and cooling systems: fundamentals, experiments and applications», 2017, p. 424). То есть в этих концентраторах площадь входной апертуры не может существенно отличатся от площади принимающей излучение поверхности. Следовательно, при необходимости добавления новых режимов исследования и для улучшения цветопередачи возникают ограничения по площади светодиодной матрицы, не позволяющие увеличить количество светодиодов с разными спектральными характеристиками. Таким образом, в устройстве нельзя совмещать несколько режимов визуализации, что снижает его функциональность. Также интеграция осветителя в эндоскоп усложняет конструкцию и лишает ее универсальности, то есть возможности использования осветителя с разными эндоскопами. However, composite parabolic collectors have a low concentration coefficient (Ioan Sarbu, Calin Sebarchievici “Solar heating and cooling systems: fundamentals, experiments and applications”, 2017, p. 424). That is, in these concentrators the area of the input aperture cannot differ significantly from the area of the surface receiving radiation. Therefore, if it is necessary to add new research modes and to improve color reproduction, restrictions arise on the area of the LED matrix, which does not allow increasing the number of LEDs with different spectral characteristics. Thus, the device cannot combine several visualization modes, which reduces its functionality. Also, the integration of the illuminator into the endoscope complicates the design and deprives it of versatility, that is, the possibility of using the illuminator with different endoscopes.

Техническая проблема заключается в разработке осветителя для эндоскопов со светодиодным мультицветным источником света.A technical problem is the development of an illuminator for endoscopes with an LED multicolor light source.

Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения количества светодиодов при сохранении диаметра излучающей поверхности.The technical result consists in providing the possibility of increasing the number of LEDs while maintaining the diameter of the radiating surface.

Техническая проблема решается тем, что осветитель для эндоскопов, включающий светодиодный мультицветный источник света соединенный с устройством для смешивания световых потоков, блок питания и блок управления согласно решению устройство для смешивания световых потоков представляет собой переплетение волоконных световодов, проксимальные части которых соединены в пучки, подведенные к излучающим поверхностям источника света, а дистальные части переплетены в жгут с единой излучающей поверхностью на торце.The technical problem is solved in that the illuminator for endoscopes, including an LED multicolor light source connected to a device for mixing light fluxes, a power supply and a control unit according to the solution, a device for mixing light fluxes, is an interweaving of optical fibers, the proximal parts of which are connected in bundles connected to radiating surfaces of the light source, and the distal parts are interwoven into a bundle with a single radiating surface at the end.

Нами впервые разработан осветитель для эндоскопов со светодиодным мультицветным источником света, блоком питания, блоком управления и устройством для смешивания световых потоков, в котором светодиодная матрица может быть любого необходимого размера с максимально возможным числом светодиодов с разными спектральными характеристиками. Осветитель может использоваться с разными эндоскопами.We first developed an illuminator for endoscopes with an LED multicolor light source, a power supply, a control unit and a device for mixing light fluxes, in which the LED matrix can be any size you need with the maximum possible number of LEDs with different spectral characteristics. The illuminator can be used with different endoscopes.

Сущность предложенного устройства поясняется следующими фигурами. The essence of the proposed device is illustrated by the following figures.

На фиг. 1 представлен общий вид осветителя для эндоскопов.In FIG. 1 shows a general view of an illuminator for endoscopes.

На фиг. 2 представлен мультицветный источник света осветителя для эндоскопов с устройством для смешивания световых потоков.In FIG. 2 shows a multicolor light source for an endoscope illuminator with a device for mixing light fluxes.

На фиг. 3 представлен ход пучков волоконных световодов устройства для смешивания световых потоков. In FIG. 3 shows the course of the bundles of fiber optic fibers of the device for mixing light fluxes.

Элементы конструкции осветителя обозначены следующим образом: 1 – корпус осветителя для эндоскопов, 2 - светодиодный мультицветный источник света, 3 - устройство для смешивания световых потоков, 4 – излучающая поверхность устройства для смешивания световых потоков, 5 – система охлаждения, 6 – блок питания, 7 – блок управления, 8 – оптический разъем, 9 – дистальная часть устройства для смешивания световых потоков, 10 – светодиоды, 11 – плата, 12 – адаптирующая пластина, 13 – основание устройства для смешивания световых потоков, 14 – отверстия в основании устройства для смешивания световых потоков, 15 – пучки волоконных световодов, 16 – жгут, 17 – втулка, 18 – отверстия для крепежных элементов, 19 – держатели, 20 – отверстия в адаптирующей пластине для светодиодов. The design elements of the illuminator are indicated as follows: 1 - illuminator body for endoscopes, 2 - LED multicolor light source, 3 - device for mixing light fluxes, 4 - radiating surface of the device for mixing light fluxes, 5 - cooling system, 6 - power supply, 7 - control unit, 8 - optical connector, 9 - distal part of the device for mixing light fluxes, 10 - LEDs, 11 - board, 12 - adaptive plate, 13 - base of the device for mixing light fluxes, 14 - holes in the OS new devices for mixing light fluxes, 15 - bundles of optical fibers, 16 - a bundle, 17 - a sleeve, 18 - holes for fasteners, 19 - holders, 20 - holes in the adapter plate for LEDs.

На фиг. 1 изображен общий вид осветителя для эндоскопов. Осветитель для эндоскопов имеет корпус 1, внутри которого расположены светодиодный мультицветный источник света 2, устройство для смешивания световых потоков 3 с излучающей поверхностью 4, система охлаждения 5, блок питания 6, блок управления осветителем 7 с функцией управления цветом путем изменения диаграммы интенсивности светового потока от источников излучения. В стенке корпуса напротив излучающей поверхности 4 встроен оптический разъем 8 для подключения к осветителю оптического кабеля. Дистальная часть 9 устройства для смешивания световых потоков может иметь форму усеченного конуса (при разных диаметрах излучающей поверхности 4 и оптического разъема 8 для их согласования) или цилиндрическую форму (при равных диаметрах излучающей поверхности 4 и оптического разъема 8).In FIG. 1 shows a general view of an illuminator for endoscopes. The illuminator for endoscopes has a housing 1, inside of which there is an LED multicolor light source 2, a device for mixing light fluxes 3 with a radiating surface 4, a cooling system 5, a power supply 6, a control unit for the illuminator 7 with a color control function by changing the luminous intensity diagram from radiation sources. In the wall of the housing opposite the radiating surface 4, an optical connector 8 is integrated for connecting an optical cable to the illuminator. The distal part 9 of the device for mixing light fluxes can be in the form of a truncated cone (for different diameters of the radiating surface 4 and optical connector 8 for matching) or a cylindrical shape (for equal diameters of the radiating surface 4 and optical connector 8).

На фиг. 2 представлен источник света осветителя для эндоскопов. Источник света содержит светодиоды 10 с разными спектрами излучения, расположенные на плате 11. Плата со светодиодами через адаптирующую пластину 12 соединена с основанием 13 устройства для смешивания световых потоков. В основании 13, в проекции светодиодов, имеются отверстия 14, через которые к каждому светодиоду подводятся отдельные пучки волоконных световодов 15, переплетенные в единый жгут 16 с излучающей поверхностью 4. Дистальная часть жгута 16 закреплена во втулке 17 и может иметь форму цилиндра или усеченного конуса. Коническая форма дистальной части жгута 16 придается в процессе производства в соответствии с известной технологией изготовления волоконно-оптических фоконов. Обратная сторона платы контактирует с системой охлаждения 5. Система охлаждения, в зависимости от мощности светодиодов и их количества, может быть пассивной (например, состоять из радиатора с подложкой) или активной (например, с воздушным или термоэлектрическим охлаждением). Система охлаждения 5, плата 11, адаптирующая пластина 12 и основание 13 устройства для смешивания световых потоков соединяются между собой с помощью крепежных элементов, проведенных через отверстия 18. Втулка 17 фиксирована к основанию 13 устройства для смешивания световых потоков с помощью держателей 19.In FIG. Figure 2 shows the illuminator light source for endoscopes. The light source contains LEDs 10 with different emission spectra, located on the board 11. The board with LEDs through the adapter plate 12 is connected to the base 13 of the device for mixing light fluxes. At the base 13, in the projection of the LEDs, there are holes 14 through which individual bundles of fiber optical fibers 15 are connected to each LED, interwoven into a single bundle 16 with a radiating surface 4. The distal part of the bundle 16 is fixed in the sleeve 17 and may have the form of a cylinder or a truncated cone . The conical shape of the distal part of the bundle 16 is attached during the production process in accordance with the known technology for the manufacture of fiber optic focons. The reverse side of the board is in contact with the cooling system 5. The cooling system, depending on the power of the LEDs and their number, can be passive (for example, consist of a radiator with a substrate) or active (for example, with air or thermoelectric cooling). The cooling system 5, the board 11, the adapter plate 12 and the base 13 of the device for mixing light fluxes are interconnected using fasteners held through the holes 18. The sleeve 17 is fixed to the base 13 of the device for mixing the light flux with the help of holders 19.

На фиг. 3 представлен ход пучков волоконных световодов устройства для смешивания световых потоков в источнике света осветителя для эндоскопов. Пучки волоконных световодов 15 устройства для смешивания световых потоков проклеены в отверстиях 14 металлического основания 13, входные (проксимальные) торцы их отполированы со стороны собирающей свет поверхности. Между платой 11 со светодиодами и основанием 13 устройства для смешивания световых потоков располагается адаптирующая пластина 12. В адаптирующей пластине 12 имеются отверстия 20 для светодиодов, соответствующие им по диаметру. Адаптирующая пластина 12 имеет толщину равную высоте светодиода, что позволяет собирать излучение в устройстве для смешивания световых потоков непосредственно от излучающей поверхности каждого светодиода – от линзы, при наличии первичной оптики, или от кристалла, при ее отсутствии. Отверстия 20 могут иметь зеркальные стенки и цилиндрическую или коническую форму. Отверстия могут быть заполнены полимером, оптической смолой или иным веществом для повышения эффективности передачи светового потока от излучающей поверхности во входные торцы пучков волоконных световодов устройства для смешивания световых потоков. Пучки волоконных световодов 15 от светодиодов разного цвета при объединении в единый оптический жгут 16 переплетаются, что обеспечивает равномерное цветораспределение на излучающей поверхности 4. То есть на излучающей поверхности 4 не создается отдельных зон, образованных торцами световодов, передающих излучение с одинаковыми спектральными характеристиками. In FIG. 3 shows the progress of the bundles of optical fibers of the device for mixing light fluxes in the light source of the illuminator for endoscopes. The bundles of optical fibers 15 of the device for mixing light fluxes are glued in the holes 14 of the metal base 13, their input (proximal) ends are polished from the side of the light-collecting surface. Between the board 11 with LEDs and the base 13 of the device for mixing the light flux is located the adapter plate 12. In the adapter plate 12 there are holes 20 for LEDs corresponding to their diameter. The adapter plate 12 has a thickness equal to the height of the LED, which allows you to collect radiation in a device for mixing light fluxes directly from the emitting surface of each LED - from the lens, in the presence of primary optics, or from a crystal, in the absence thereof. The holes 20 may have mirror walls and a cylindrical or conical shape. The holes can be filled with polymer, optical resin or other substance to increase the efficiency of transmission of the light flux from the emitting surface to the input ends of the bundles of optical fibers of the device for mixing light fluxes. The bundles of fiber optic fibers 15 from LEDs of different colors when combined into a single optical bundle 16 are intertwined, which ensures uniform color distribution on the radiating surface 4. That is, on the radiating surface 4 there are no separate zones formed by the ends of the optical fibers transmitting radiation with the same spectral characteristics.

Для уменьшения габаритов устройства светодиоды в источнике света могут располагаться на нескольких платах, например на трех платах прямоугольной формы, соединенных в виде трехгранника. Излучающая поверхность светодиодов при этом направлена внутрь конструкции, а система охлаждения крепится к платам снаружи. Корпус осветителя может иметь, например, цилиндрическую форму с оптическим разъемом на торце и использоваться как рукоять эндоскопа. Устройство для смешивания световых потоков при такой конструкции осветителя состоит из трех элементов, повторяющих форму плат, также соединенных в виде трехгранника. Пучки волоконных световодов от светодиодов перемешиваются и объединяются в единый жгут внутри конструкции, и подходят к оптическому разъему на торце корпуса осветителя. Блок управления и блок питания могут располагаться как внутри корпуса осветителя, так и вне его, и подключатся к осветителю через отдельный разъем.To reduce the dimensions of the device, the LEDs in the light source can be located on several boards, for example, on three rectangular boards connected in the form of a trihedron. The emitting surface of the LEDs is then directed inside the structure, and the cooling system is attached to the boards outside. The illuminator body may, for example, have a cylindrical shape with an optical connector at the end and be used as the handle of an endoscope. A device for mixing light flux with such a design of the illuminator consists of three elements that repeat the shape of the circuit boards, also connected in the form of a trihedron. The bundles of fiber optical fibers from LEDs are mixed and combined into a single bundle inside the structure, and approach the optical connector at the end of the illuminator body. The control unit and power supply can be located both inside the illuminator body and outside it, and are connected to the illuminator through a separate connector.

Для уменьшения габаритов осветителя также можно использовать в источнике света один мощный RGB светодиода (или иной многоцветный светодиод). В этом случае осветитель также имеет корпус, внутри которого расположены мультицветный светодиод с устройством для смешивания световых потоков, система охлаждения, блок питания, блок управления с функцией управления цветом. В стенке корпуса напротив излучающей поверхности источника света встроен оптический разъем для подключения устройства к эндоскопу. Источник света содержит плату с одним светодиодом без первичной оптики, соединенную с устройством для объединения световых потоков через адаптирующее кольцо, равное по толщине высоте корпуса светодиода. Световоспринимающие отверстия в основании устройства для смешивания световых потоков расположены в проекции излучающих кристаллов на матрице светодиода и соответствуют им по размерам. Свет от излучающих элементов светодиода собирается в пучках волоконных световодов устройства для смешивания световых потоков. Излучение с разными характеристиками перемешивается и равномерно распределяется на излучающей поверхности источника света. Данный вариант устройства отличается компактностью и экономичностью, что позволяет фиксировать его в проксимальной части эндоскопа или в его рукоятке.To reduce the dimensions of the illuminator, you can also use one powerful RGB LED (or other multi-color LED) in the light source. In this case, the illuminator also has a housing, inside of which there is a multicolor LED with a device for mixing light fluxes, a cooling system, a power supply, a control unit with a color management function. In the wall of the housing opposite the emitting surface of the light source, an optical connector is built in to connect the device to the endoscope. The light source contains a board with one LED without primary optics, connected to a device for combining light fluxes through an adaptive ring, equal in thickness to the height of the LED housing. Light-reflecting holes in the base of the device for mixing light fluxes are located in the projection of the emitting crystals on the LED matrix and correspond to them in size. Light from the emitting elements of the LED is collected in bundles of optical fibers of the device for mixing light fluxes. Radiation with different characteristics is mixed and evenly distributed on the radiating surface of the light source. This version of the device is compact and economical, which allows you to fix it in the proximal part of the endoscope or in its handle.

При работе осветителя излучение от каждого из светодиодов собирается в отдельные пучки волоконных световодов 15, передающих излучение с одинаковыми спектральными характеристиками к общей излучающей поверхности 4 устройства для смешивания световых потоков. При объединении отдельных пучков в жгут 16 световоды в их составе от светодиодов разного цвета перемешиваются, и на общей излучающей поверхности 4 не остается зон, соответствующих расположению светодиодов одного цвета. То есть на входе и выходе из устройства для смешивания световых потоков световоды имеют разное взаимное расположение, что приводит к фрагментации зон одного цвета и перемешиванию фрагментов исходного изображения. Таким образом, уже на выходе осветителя удается реализовать пространственное смешивание цветов, являющегося разновидностью аддитивного способа синтеза цвета, и равномерное светораспределение по всей излучающей поверхности осветителя. When the illuminator is operating, the radiation from each of the LEDs is collected in separate bundles of optical fibers 15 transmitting radiation with the same spectral characteristics to the common emitting surface 4 of the device for mixing light fluxes. When combining individual beams into a bundle, 16 fibers in their composition from LEDs of different colors are mixed, and on the common emitting surface 4 there are no zones corresponding to the location of the LEDs of the same color. That is, at the entrance and exit of the device for mixing light fluxes, the optical fibers have different relative positions, which leads to fragmentation of zones of the same color and mixing fragments of the original image. Thus, already at the output of the illuminator, it is possible to realize spatial color mixing, which is a kind of additive color synthesis method, and uniform light distribution over the entire emitting surface of the illuminator.

Предложенное устройство позволяет получить белый свет при одновременном включении светодиодов трех основных цветов – красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) и смешивании световых потоков. В дальнейшем при работе осветителя в режиме узкоспектральной (цветной) подсветки уменьшение яркости или полное выключение светодиодов одного цвета, например, красных, для получения сине-зеленной подсветки, не меняет светораспределение, не нарушает однородность цвета на излучающей поверхности осветителя и, соответственно, в зоне исследования. The proposed device allows you to get white light while turning on the LEDs of the three primary colors - red (Red), green (Green) and blue (Blue) and mixing light fluxes. Subsequently, when the illuminator is operating in the narrow-spectrum (color) illumination mode, a decrease in brightness or a complete turn-off of LEDs of the same color, for example red, to obtain a blue-green illumination, does not change the light distribution, does not violate the color uniformity on the emitting surface of the illuminator and, accordingly, in the zone research.

Устройство для смешивания световых потоков «собирает» свет только от излучающих поверхностей светодиодной матрицы и диаметр излучающей поверхности получается сопоставимым с диаметром входного торца оптического кабеля или разъема эндоскопа. То есть отпадает необходимость в использовании дополнительных оптических элементов для концентрации и смешивания светового потока, что снижает потери от источника света. A device for mixing light fluxes "collects" light only from the emitting surfaces of the LED matrix and the diameter of the emitting surface is comparable with the diameter of the input end of the optical cable or endoscope connector. That is, there is no need to use additional optical elements for concentration and mixing of the light flux, which reduces losses from the light source.

Однако, для достижения максимальной яркости осветителя, необходимой при некоторых исследованиях, а также для повышения качества цветопередачи и для реализации отдельных методик исследования может потребоваться большее количество светодиодов. Например, кроме светодиодов красного, зеленого и синего цветов могут понадобиться светодиоды голубого (Cyan), перламутрового (Magenta), желтого (Yellow) цветов или светодиоды с излучением ультрафиолетового или инфракрасного диапазонов. Необходимость увеличения числа светодиодов обоснована в патенте Кореи KR101124269B1. В результате увеличится как размер светодиодной матрицы, так и диаметр излучающей поверхности устройства для смешивания световых потоков. В этом случае для сопоставления диаметров излучающей поверхности 4 и оптического разъема 8 дистальная часть жгута 16 устройства для смешивания световых потоков (фиг. 2-3) может быть выполнена в виде фокусирующего конуса (фокона), что позволяет не использовать дополнительных оптических элементов (концентраторов) и избежать потерь света. However, in order to achieve the maximum brightness of the illuminator required in some studies, as well as to improve the color rendering quality and to implement individual research methods, a larger number of LEDs may be required. For example, in addition to red, green, and blue LEDs, you may need cyan, magenta, yellow, or yellow or ultraviolet or infrared LEDs. The need to increase the number of LEDs is justified in the Korean patent KR101124269B1. As a result, both the size of the LED matrix and the diameter of the emitting surface of the device for mixing light fluxes will increase. In this case, to compare the diameters of the radiating surface 4 and the optical connector 8, the distal part of the bundle 16 of the device for mixing light fluxes (Fig. 2-3) can be made in the form of a focusing cone (focon), which allows not to use additional optical elements (hubs) and avoid light loss.

Как видно из описания и фигур в предлагаемом осветителе на плате источника света может быть размещено любое необходимое количество светодиодов с разными спектральными характеристиками для реализации разнообразных режимов освещения и для достижения необходимой яркости. Конструкция устройства для смешивания световых потоков обеспечивает однородное смешивание цветов и равномерное светораспределение на выходе из осветителя с максимальной оптической эффективностью. Совместимость осветителя с разными эндоскопами расширяет их диагностические возможности при использовании узкоспектральных режимов освещения. Использование светодиодов и современной элементной базы ведет к уменьшению габаритов осветителя и его энергопотребления, а также повышает надежность и безопасность при эксплуатации. As can be seen from the description and figures in the proposed illuminator, any necessary number of LEDs with different spectral characteristics can be placed on the light source board to implement a variety of lighting modes and to achieve the required brightness. The design of the device for mixing light fluxes provides uniform color mixing and uniform light distribution at the exit of the illuminator with maximum optical efficiency. The compatibility of the illuminator with different endoscopes expands their diagnostic capabilities when using narrow-spectrum lighting modes. The use of LEDs and a modern element base leads to a decrease in the dimensions of the illuminator and its energy consumption, and also increases the reliability and safety during operation.

Claims

An endoscope illuminator comprising an LED light source comprising multi-colored LEDs with radiating surfaces, a device for mixing light fluxes, a power supply unit and a control unit for the illuminator, an adaptive plate with holes for LEDs, characterized in that the device for mixing light fluxes is an interweaving of optical fibers whose proximal parts are connected in bundles connected to the radiating surfaces of the light source LEDs, and the distal parts are bound s into a bundle with a single radiating surface on the end face, wherein the light source is connected to a device for mixing of light fluxes, and a control unit configured to control color.