WO2011120688A1 - Wellenlängenabhängige blende und fluoreszenzendoskopie - Google Patents

Wellenlängenabhängige blende und fluoreszenzendoskopie Download PDF

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WO2011120688A1 PCT/EP2011/001603 EP2011001603W WO2011120688A1 WO 2011120688 A1 WO2011120688 A1 WO 2011120688A1 EP 2011001603 W EP2011001603 W EP 2011001603W WO 2011120688 A1 WO2011120688 A1 WO 2011120688A1
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Herbert Stepp
Hilmar Schachenmayr
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Ludwig-Maximilians-Universität München
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    • G02B5/005—Diaphragms

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm device, in particular for fluorescence endoscopy, and to an endoscope with such a diaphragm device.
  • the invention further relates to a method for detecting light, which can be used in particular in a fluorescence endoscope or microscope.
  • Fluorescence endoscopy is a special endoscopic examination procedure that uses substances labeled with fluorescent dyes called fluorochromes. These substances are administered to patients as a drug and accumulate due to their specific properties increasingly in dysplasia or tumors.
  • the fluorochromes can be excited at a certain excitation wavelength and then emit light of a certain emission wavelength that is greater than the excitation wavelength. Since the concentration of fluorochromes in the dysplasias or tumors is greater than in healthy tissue, they can be visualized by increased fluorescence emission. As a result, it is also possible to detect tumors or dysplasias which in conventional white-light endoscopy would not readily be recognizable by typical morphological criteria.
  • a fluorescence endoscope is typically designed for both white-light endoscopy and fluorescence endoscopy.
  • the fluorescence endoscope usually has a lighting device with which the tissue to be examined can be illuminated both with white light and with light at the excitation frequency of the fluorochromes used.
  • the same optics and the same image sensor are usually used in both operating modes, which is, for example, a CCD sensor can act. Due to the small space available in an endoscope tip, the optics are relatively simple and therefore usually contain a so-called fix-focus lens, ie a lens whose focal length is not adjustable.
  • German utility model DE 298 10 959 U1 discloses an objective with a diaphragm for improving the depth of field in a CCD camera in an endoscope.
  • This font is not concerned with the intensity of light, but merely with the intention of creating the greatest possible depth of field. Namely, if the aperture to increase the depth of field extremely small, occur diffraction effects, which in turn limit the resolution of the image representation.
  • the utility model proposes a diaphragm which has a radially uniform transmission function in a central region, but gradually drops to zero in a radial transition region adjoining this central region.
  • a microscopy system for the observation of fluorescent light of a fluorochrome in which the illumination system is a controllable filter wheel includes, can be pivoted with the different filter in the illumination beam path. This makes it possible to filter out from the illumination light the spectral range which corresponds to the wavelength of the fluorescence emission of the fluorochrome.
  • the microscope further includes a combined aperture and filter wheel containing different aperture apertures and filters with different transmission characteristics. When changing the mode between white light and fluorescence, however, the aperture must be mechanically changed or adjusted.
  • the object of the invention is to find a solution for the above-described compromise between depth of field and light intensity, without providing mechanically or otherwise changeable components in the region of the objective and / or sensor.
  • the invention proposes a diaphragm device which comprises a first, radially inner region, which is translucent at least for a predetermined spectral range.
  • the predetermined spectral range can be, for example, the spectral range visible to the human eye and a part of the IR spectrum into which fluorescence emissions can fall.
  • the diaphragm device further comprises a second region which surrounds the first region radially on the outside and which, for one or more spectral excerpts from the said predetermined spectral region, has an increased transmission compared to the remainder of the predetermined spectral region.
  • the diaphragm device optionally comprises a third region, which surrounds the second region radially on the outside and is opaque to the entire predetermined spectral range or essentially opaque to light.
  • This third area can be formed in many ways and does not necessarily have to be be part of the aperture in the true sense. Instead, the third region can also be formed by a section of a housing in which the diaphragm device is arranged. Since the second region surrounds the first region radially outward, it defines a first aperture for the part of the light spectrum for which the transmission in the second region is small or, ideally, disappears. Since the first aperture can be chosen to be relatively small, an increased depth of field can be obtained for light from this spectral range.
  • the second region has an increased transmission for one or more spectral sections from the predetermined spectral range, in other words acts as a bandpass filter for certain preferred frequencies or frequency ranges.
  • the effective aperture of the diaphragm is defined only by the opaque third region, which connects radially to the outside of the second region. This effective second aperture is larger than the first aperture, which means that the light intensity is increased for the specific spectral cutout or frequency band preferred by the second range, but at the expense of the depth of field for this spectral range.
  • a wavelength-selective diaphragm with a first, smaller aperture, which applies to the largest part of the light spectrum, and a second, larger aperture, which only applies to the one or the second range of preferred frequency band or frequency bands.
  • the second region can then be chosen to just pass the frequencies of fluorescence emission so that the fluorescence images can be acquired at the second aperture and, consequently, at increased light intensity.
  • the white-light images are at least approximately as sharp as in a conventional aperture with the first aperture, at least when most of the white-light spectrum is blocked by the second region.
  • the "predetermined spectral range” may be the visible spectral range, in which case the preferred frequency band (s) of the second range, ie the passbands, are also in the visible range.
  • the preferred frequency band (s) of the second range ie the passbands
  • the inventors have recognized that if a reduced depth of field is only valid for a section of the visible spectrum, a resulting blur is only relevant for the corresponding color component of a white-light image, the white-light image as Whole but this little or no sharpness loses, as demonstrated below with reference to an embodiment.
  • the second region has a plurality of transmission bands corresponding to different fluorochromes.
  • the fluorochromes are contemplated by 5-ALA-induced porphyrin (approved for fluorescence-assisted resection of glioblastoma), h-ALA-induced porphyrin (licensed for fluorescence cystocopy) or hypericin applications.
  • 5-ALA-induced porphyrin approved for fluorescence-assisted resection of glioblastoma
  • h-ALA-induced porphyrin licensed for fluorescence cystocopy
  • hypericin applications for example, to create a universally applicable device, one could provide two 15 nm wide transmission bands in the second region centered around the fluorescence emission wavelengths for porphyrins and hypericin at 635 nm and 600 nm, respectively.
  • the second region is designed for the selective transmission of a plurality of fluorescence frequencies, this in turn can be subdivided in order to be adapted to the typical intensities of the fluorescence emission light for the relevant fluorochromes. For example, suppose that the same aperture device is to be selectively used in conjunction with a first fluorochrome and a second fluorochrome, and that the intensity of fluorescence emission for the second fluorochrome is less in practice than for the first.
  • the second region could have a radially inner portion that would be transparent to the fluorescence emission wavelengths of the first and second fluorochromes, and a radially outer portion that would be transmissive only to the fluorescence wavelength of the second fluorochrome and specifically provide a larger aperture for it for the fluorescence wavelength of the first fluorochrome.
  • the diaphragm arrangement according to the invention is particularly suitable for the fluorescence dososcopy, it is not limited to this application, but can generally be used when certain spectral regions of a light signal with increased sensitivity are to be detected.
  • the outer periphery of the first region and / or the outer periphery of the second region is circular.
  • the second region has an annular shape.
  • the transmission of the second region in the said spectral cutout is almost 100% and outside the cutout almost 0%.
  • the described desired effect can also be achieved for less ideal transmission characteristics.
  • the average transmission for light in the spectral cutout preferably exceeds the average transmission for the remainder of the predetermined spectrum by a factor of at least 3, preferably of at least 5.
  • the average transmission for light within the spectral cutout is preferably at least 50%, preferably at least 75%. However, for light in the remainder of the predetermined spectral range, the average transmission in the second range is preferably at most 25%, particularly preferably at most 10%.
  • the second region is formed by a region on a substrate which is coated with a wavelength-selective coating.
  • a suitable coating could be, for example, an interference filter coating.
  • the first region is characterized in that it is translucent at least for a predetermined spectral range. It could be formed, for example, by an uncoated area on a substrate, or by an area with a broadband antireflection coating, ie, an antireflective coating that is not wavelength selective within the predetermined spectral range. However, the first region may also be formed simply through an opening in a substrate.
  • the ratio of the light intensities for the spectral cutout and the remainder of the predetermined spectral range depends on the ratio of the area A 2 of the second area to the area Ai of the first area.
  • the ratio A 2 : Ai is preferably 0.75 to 4, particularly preferably 1 to 3.
  • the invention further relates to an endoscope, in particular an endoscope for fluorescence endoscopy, which contains a diaphragm device according to one of the embodiments described above.
  • the endoscope further includes an illumination device for generating illumination light in said predetermined spectral range whose average intensity in a section of the predetermined spectral region for which the transmission of the second region of the diaphragm device is increased is less than the mean intensity in the remainder of the spectrum of FIG illumination light.
  • the predetermined spectral range comprises at least the entire spectral range which is required for white-light endoscopy. According to this development, in the white-light illumination spectrum, the frequency range which would be transmitted by the second area of the diaphragm device, that is to say the area for which the larger, second aperture applies, would thus produce an image with reduced depth of field.
  • the lighting device comprises a light source and a filter which is arranged in the light path of the illumination light and whose transmittance mission is reduced in said section of the predetermined spectrum.
  • the filter can therefore block precisely those frequencies of the predetermined spectrum which would be transmitted by the second region of the diaphragm device and thus worsen the depth of field of the image.
  • the diaphragm device is arranged between a CCD sensor and a lens, and / or integrated in the objective.
  • the image sensor is preferably a CCD sensor.
  • the lens may be a fixed-focus lens which, due to its small size, is particularly suitable for an endoscope. The depth of field improved in the context of the invention with simultaneously increased light intensity for selective frequencies, even with a fixed-focus lens in practice sufficiently sharp images for white-light imaging and sufficiently bright images for fluorescence imaging without mechanical or electronic aperture Generate change.
  • Fig. 1 is a schematic view of a diaphragm device according to a development of the invention
  • FIG. 2 shows the fluorescence emission spectrum of a fluorochrome and the transmission characteristic of the second aperture region and a filter in FIG
  • 3 A to 3G show a sequence of endoscopy images to demonstrate the operation of the iris device.
  • Fig. 1 an aperture device 10 according to an embodiment of the invention is shown.
  • the diaphragm device 10 comprises a translucent circular substrate 12, which is uncoated in a first, radially inner region 14 and thus permeable to light in the entire visible spectrum.
  • the first region is surrounded by an annular second region 16, which is coated with a wavelength-selective coating.
  • the coating of the second region 16 is such that it forms a bandpass filter for the transmission of light, which transmits a specific frequency band, here a spectral excerpt from the spectrum of visible light, with a transmission of almost 100% and light with frequencies outside of it Frequency band almost completely blocks.
  • the transmission characteristic of the second region 16 of the diaphragm device 10 is shown in FIG. 2 by the solid line 18. As can be seen from Fig. 2, the transmitted band lies completely in the red region 20 of the light spectrum, but does not completely cover it. In addition to the red area 20, FIG. 2 also shows the green area 22 and the blue area 24 of the visible spectrum.
  • a third annular region 26 Radially outside the second region 16 is located in the aperture device 10, a third annular region 26 which is opaque to the entire visible spectrum.
  • a schematically illustrated lens system 27 is shown, which itself is not part of the diaphragm device.
  • the second region 16 of the diaphragm device 10 is impermeable, so that for these frequencies the aperture of the diaphragm device 10 is formed by the boundary between the second region 16 and the first region 14.
  • the effective aperture for these frequencies corresponds to the diameter of the first region 14 and is hereinafter referred to as "first aperture.”
  • the second region 16 is permeable, so that for this light a second, larger aperture is defined by the boundary between the second region 16 and the third region 26. The larger the aperture of a diaphragm, the greater the light intensity and the smaller the depth of field of the optics.
  • the first, small aperture acts, so that a fainter image with a higher depth of field is produced in this spectral range.
  • light beams from this spectral range are drawn in dashed lines and designated by reference numeral 28.
  • Two exemplary defocus circles 30 are drawn for this spectral range.
  • the distance 31 between these two blur circles in the longitudinal direction of the optical axis corresponds to the associated depth of field.
  • the second, larger aperture applies, as indicated by the solid rays 32 in FIG. 1.
  • the optics become brighter due to the larger aperture, but the depth of field decreases, as indicated by the corresponding blur circles 34 and the associated depth of field 35.
  • the color components within the transmission band are usually due to the reduced depth of field less sharp and over-represented in light intensity due to the increased aperture in the white-light image.
  • the transmission band of the second region 16 represents only a relatively small portion of the entire white light spectrum, the white light image as a whole appears substantially sharper than a white light image that would be picked up with a conventional aperture device having the second, larger aperture.
  • the overrepresentation of the color component from the transmission band can be compensated in a diaphragm sensor 10 downstream image sensor, such as a CCD sensor (not shown) by a white balance.
  • the measured values of the red pixels of a CCD sensor would be corrected downwards because the red part of the white light spectrum would be overrepresented in the image (see FIG. 2).
  • the intensity of the otherwise overrepresented wavelength range can be appropriately reduced, e.g. B. by incorporation of a band-pass blocking filter or RGB light sources by appropriately electronically down-regulated light output of the corresponding single source or individual sources.
  • the diaphragm device 10 makes it possible to produce white-light images whose depth of field is approximately as large as that of a conventional diaphragm having the first, smaller aperture.
  • the diaphragm device 10 allows light within the transmission band of the second region to be imaged with a greater light intensity, which corresponds to the second aperture.
  • This can be exploited, for example, in the fluorescence mode of a fluorescence dososcope, namely if the position of the transmission band of the second region 16 is matched to the fluorescence emission wavelength of the relevant fluorochrome.
  • the fluorescence emission spectrum of a fluorochrome is shown at 36.
  • almost the entire fluorescence emission spectrum 36 of the fluorochrome is located in the transmission band 18 of the second region 16, so that effectively the second, larger aperture, which provides the higher intensity of light required for the fluorescence mode, is effective for fluorescence emission.
  • the diaphragm device 10 proves to be particularly useful when used for fluorescence dosages because they are usually forced due to the limited space available to use one and the same imaging optics for both modes of operation, namely white light operation and fluorescence operation.
  • the diaphragm device 10 of the invention allows to provide a non-adjustable, fixed-focus imaging optics, which nevertheless is optimally adapted to the needs of the individual operating modes.
  • the diaphragm device 10 can also be used advantageously in other applications, for example in fluorescence microscopes, which in principle has the same conflict between light intensity and depth of field.
  • the aperture device 10 may be used to advantage in any method of detecting light in which light in a particular spectral patch of a predetermined spectral range with increased sensitivity is to be detected, and where the transmission band of the second portion 16 is selected in that the spectral section to be detected with the increased sensitivity is transmitted through it.
  • the sharpness of the white-light image can be further improved if the color component of the white-light image, which lies in the transmission band of the second region 16 and therefore tends to be less sharp, is suppressed. This can be achieved, for example, by a suitable illumination source for generating illumination light whose average intensity is reduced or suppressed in the spectral range corresponding to the transmission band of the second region 16.
  • an ordinary white light source can be used in conjunction with a filter which is arranged in the light path of the illumination light and whose transmission is reduced in the frequency range of the transmission band of the second region 16.
  • the transmission characteristic of this filter is shown by a dashed line 38.
  • FIGS. 3A to 3G show an endoscopically obtained white-light image of an oral cavity in which a conventional aperture with a first, smaller aperture was used.
  • Figure 3B shows the result of a simulation indicating how the image would have changed if a second, larger aperture had been used instead of the first, smaller aperture. For this purpose, all three color channels of the endoscopic image of FIG.
  • 3A were smeared using a so-called Gauss-blur filter, the effect of which closely approximates the effect of reduced depth of field on the image.
  • the corresponding white-light image is substantially blurred than the image of FIG. 3A and very realistically shows the effect that a reduced depth of field has on the image when the distance between the objective and the object under consideration does not coincide with the object Focal length of the lens matches.
  • FIGS. 3C to 3E show the different color components of the white-light image of FIG. 3A, FIG. 3C showing the red component (which is brightest here because the red light predominates in the image of an oral cavity), FIG. 3E the blue component.
  • the diaphragm device is based on the consideration that if a reduced depth of field applies only to a section of the white-light spectrum, a resulting blurring only comes into play for the corresponding component of the white-light image, but the white-light image as a whole hardly or only slightly loses focus.
  • a reduced depth of field applies only to a section of the white-light spectrum
  • a resulting blurring only comes into play for the corresponding component of the white-light image, but the white-light image as a whole hardly or only slightly loses focus.
  • the Gauss blur filter which implies that the second aperture is effective for the red color channel but the first aperture for the green or blue color channel is.
  • Fig. 3G shows the composite white-light image, the sharpness of which is obviously much better than that of Fig. 3B.
  • the sharpness of the white-light image can be further increased if the blurred component of the white-light image, ie the color component corresponding to the transmission band of the second region 16, is suppressed in the white-light image, for example by suppression of the corresponding part of the spectrum of the illumination device.
  • the blurred component of the white-light image ie the color component corresponding to the transmission band of the second region 16
  • the white-light image for example by suppression of the corresponding part of the spectrum of the illumination device.
  • no impairment in the sharpness of the white light image is to be expected, but only a color falsification, but z. B. can be compensated by a white balance.

Abstract

Gezeigt wird eine Blendenvorrichtung (10), insbesondere für die Fluoreszenzendoskopie. Die Blendenvorrichtung (10) umfasst einen ersten, radial inneren Bereich (14), der zumindest für einen vorbestimmten Spektralbereich lichtdurchlässig ist. Ferner umfasst sie einen zweiten Bereich (16), der den ersten Bereich (14) radial außen umgibt und der für einen oder mehrere spektrale Ausschnitte aus dem genannten vorbestimmten Spektralbereich eine gegenüber dem Rest des vorbestimmten Spektralbereichs erhöhte Transmission aufweist. Der zweite Bereich (16) wird radial außen von einem dritten Bereich (26) umgeben, der für den gesamten vorbestimmten Spektralbereich lichtundurchlässig oder im Wesentlichen lichtundurchlässig ist.

Description

Wellenlängenabhängige Blende und Fluoreszenzendoskopie GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blendenvorrichtung, insbesondere für die Fluoreszenzendoskopie sowie ein Endoskop mit einer derartigen Blendenvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Detektieren von Licht, welches insbesondere in einem Fluo- reszenzendoskop oder -mikroskop zum Einsatz kommen kann.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Die Fluoreszenzendoskopie ist ein spezielles endoskopisches Untersuchungsverfahren, bei dem Substanzen eingesetzt werden, die mit fluoreszierenden Farbstoffen, sogenannten Fluo- rochromen gemarkert sind. Diese Substanzen werden Patienten als Arzneimittel verabreicht und reichern sich aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften verstärkt in Dysplasien oder Tumoren an. Die Fluorochrome können mit einer bestimmten Anregungswellenlänge angeregt werden und emittieren dann Licht mit einer bestimmten Emissionswellenlänge, die größer als die Anregungswellenlänge ist. Da die Konzentration der Fluorochrome in den Dysplasien oder Tumoren größer als im gesunden Gewebe ist, können diese durch verstärkte Fluoreszenzemission sichtbar gemacht werden. Dadurch lassen sich auch solche Tumoren oder Dysplasien erkennen, die in der herkömmlichen Weißlichtendoskopie nicht ohne Weiteres an typischen morphologischen Kriterien erkennbar wären.
Ein Fluoreszenzendoskop ist typischerweise sowohl zur Weißlichtendoskopie als auch zur Fluoreszenzendoskopie ausgelegt. Zu diesem Zweck hat das Fluoreszenzendoskop üblicherweise eine Beleuchtungseinrichtung, mit der das zu untersuchende Gewebe sowohl mit Weißlicht als auch mit Licht mit der Anregungsfrequenz der eingesetzten Fluorochrome beleuchtet werden kann. Zur Aufnahme der Bilder werden dabei üblicherweise in beiden Betriebsmodi dieselbe Optik und derselbe Bildsensor verwendet, bei dem es sich beispielsweise um einen CCD-Sensor handeln kann. Aufgrund des geringen verfügbaren Platzes in einer Endoskop- spitze ist die Optik verhältnismäßig einfach gestaltet und enthält daher in der Regel ein sogenanntes Fix-Fokus-Objektiv, d.h. ein Objektiv, dessen Brennweite nicht verstellbar ist. Damit trotz der unveränderlichen Brennweite des Objektivs Gewebe aus unterschiedlichen Abstän- den mit einer ausreichenden Bildschärfe aufgenommen werden kann, ist eine entsprechend hohe Schärfentiefe erforderlich, die ihrerseits durch eine entsprechend kleine Blendenapertur im Objektiv realisiert wird. Allerdings sinkt mit der Apertur auch die Lichtstärke des aufgenommenen Bildes. Während dies für die Weißlichtendokopie in der Regel unproblematisch ist, stellt dies für die Bildaufnahme im Fluoreszenzmodus ein erhebliches Problem dar, da das Fluoreszenzsignal wesentlich schwächer als das Weißlichtsignal ist und daher mit einer erhöhten Empfindlichkeit detektiert werden muss. In der Praxis muss daher ein Kompromiss zwischen ausreichender Schärfentiefe einerseits und ausreichender Lichtstärke der Optik andererseits gefunden werden. Solange ein und dieselbe unveränderliche Optik sowohl für die Aufnahme von Weißlicht- als auch von Fluoreszenzbildern verwendet werden soll, scheint dieser Kompromiss unauflösbar zu sein.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 298 10 959 Ul offenbart ein Objektiv mit einer Blende zur Verbesserung der Schärfentiefe bei einer CCD-Kamera in einem Endoskop. Diese Schrift befasst sich nicht mit der Lichtstärke, sondern lediglich damit, eine möglichst große Schärfen- tiefe zu erzeugen. Wird nämlich die Apertur zur Erhöhung der Schärfentiefe extrem klein gewählt, treten Beugungseffekte auf, die ihrerseits die Auflösung der Bilddarstellung begrenzen. Das Gebrauchsmuster schlägt hierzu eine Blende vor, die in einem zentralen Bereich eine radial gleichmäßige Transmissionsfunktion aufweist, jedoch in einem an diesen zentralen Bereich angrenzenden, radialen Übergangsbereich nach und nach gegen Null abfällt. Dadurch wird im Vergleich zu einer üblichen radial-rechteckförmigen Transmissionsfunktion bei gleicher Schärfentiefe eine Verringerung der Beugungseffekte und daher eine verbesserte Auflösung erhalten. Der Effekt ist nicht wellenlängenselektiv und bietet daher keine Lösung des Schärfentiefenproblems bei kombinierten Fluoreszenz/Weißlichtendoskopen. Aus der DE 10 2006 006 014 ist ein Mikroskopie-System zur Beobachtung von Fluoreszenzlicht eines Fluorochroms bekannt, bei dem das Beleuchtungssystem ein steuerbares Filterrad umfasst, mit dem unterschiedliche Filter in den Beleuchtungsstrahlengang eingeschwenkt werden können. Dadurch ist es möglich, aus dem Beleuchtungslicht den Spektralbereich aus- zufiltern, der der Wellenlänge der Fluoreszenzemission des Fluorochroms entspricht. Das Mikroskop enthält ferner ein kombiniertes Blenden- und Filterrad, in dem Blenden mit unter- schiedlicher Apertur und Filter mit unterschiedlichen Transmissionscharakteristika enthalten sind. Beim Moduswechsel zwischen Weißlicht und Fluoreszenz muss jedoch die Blendenöffnung mechanisch verändert bzw. angepasst werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für den oben beschriebenen Kom- promiss zwischen Schärfentiefe und Lichtstärke aufzufinden, ohne mechanisch oder anderweitig veränderbare Komponenten im Bereich des Objektives und/oder Sensors vorzusehen.
Diese Aufgabe wird durch eine Blendenvorrichtung, insbesondere für die Fluoreszenzendo- skopie, nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird ferner durch ein Endoskop nach Anspruch 10 und ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schlägt eine Blendenvorrichtung vor, die einen ersten, radial inneren Bereich umfasst, der zumindest für einen vorbestimmten Spektralbereich lichtdurchlässig ist. Bei dem vorbestimmten Spektralbereich kann es sich beispielsweise um den für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich und einen Teil des IR-Spektrums handeln, in das Fluoreszenzemis- sionen fallen können. Die Blenden Vorrichtung umfasst ferner einen zweiten Bereich, der den ersten Bereich radial außen umgibt und der für einen oder mehrere spektrale Ausschnitte aus dem genannten vorbestimmten Spektralbereich eine gegenüber dem Rest des vorbestimmten Spektralbereichs erhöhte Transmission aufweist. Ferner umfasst die Blendenvorrichtung optional einen dritten Bereich, der den zweiten Bereich radial außen umgibt und für den gesamten vorbestimmten Spektralbereich lichtundurchlässig oder im Wesentlichen lichtundurchlässig ist. Dieser dritte Bereich kann auf vielfältige Weise gebildet sein, und muss nicht notwendi- gerweise Teil der Blende im eigentlichen Sinne sein. Stattdessen kann der dritte Bereich auch durch einen Abschnitt eines Gehäuses gebildet sein, in dem die Blendeneinrichtung angeordnet ist. Da der zweite Bereich den ersten Bereich radial außen umgibt, definiert er eine erste Apertur für den Teil des Lichtspektrums, für den die Transmission im zweiten Bereich gering ist oder im Idealfall verschwindet. Da die erste Apertur verhältnismäßig klein gewählt werden kann, lässt sich für Licht aus diesem Spektralbereich eine erhöhte Schärfentiefe erhalten. Der zweite Bereich hat jedoch eine erhöhte Transmission für einen oder mehrere spektrale Ausschnitte aus dem vorbestimmten Spektralbereich, wirkt also mit anderen Worten wie ein Bandpass- Filter für bestimmte bevorzugte Frequenzen bzw. Frequenzbereiche. Für diese bevorzugten Frequenzen wird die effektive Apertur der Blende erst durch den lichtundurchlässigen dritten Bereich definiert, der radial außen an den zweiten Bereich anschließt. Diese effektive zweite Apertur ist größer als die erste Apertur, was bedeutet, dass die Lichtstärke für den speziellen spektralen Ausschnitt bzw. das vom zweiten Bereich bevorzugte Frequenzband erhöht wird, freilich auf Kosten der Schärfentiefe für diesen Spektralbereich.
Im Ergebnis erhält man also eine wellenlängenselektive Blende mit einer ersten, kleineren Apertur, die für den größten Teil des Lichtspektrums gilt und einer zweiten, größeren Apertur, die nur für das oder die von dem zweiten Bereich bevorzugten Frequenzband bzw. Frequenzbänder gilt.
Unter Bezugnahme auf das obige Beispiel der Fluoreszenzendoskopie kann dann der zweite Bereich so gewählt werden, dass er gerade die Frequenzen der Fluoreszenzemission durch- lässt, so dass die Fluoreszenzbilder mit der zweiten Apertur und folglich mit erhöhter Lichtstärke aufgenommen werden können. Die Weißlichtbilder hingegen sind zumindest annähernd so scharf wie bei einer gewöhnlichen Blende mit der ersten Apertur, jedenfalls dann, wenn der größte Teil des Weißlichtspektrums von dem zweiten Bereich geblockt wird. Im Ergebnis lassen sich also mit ein und derselben Optik lichtstarke Fluoreszenzbilder mit ver- ringerter Schärfentiefe und Weißlichtbilder mit erhöhter Schärfentiefe erhalten. Man beachte, dass der„vorbestimmte Spektralbereich" der sichtbare Spektralbereich sein kann. In diesem Fall liegt bzw. liegen das oder die bevorzugten Frequenzbänder des zweiten Bereichs, d. h. die Durchlassbänder, ebenfalls im sichtbaren Bereich. Dies ist bei Anwendungen der Fall, in denen die zu berücksichtigenden Fluoreszenzemissionen ebenfalls im sichtba- ren Bereich liegen. Die Erfinder haben erkannt, dass falls eine verringerte Schärfentiefe nur für einen Ausschnitt aus dem sichtbaren Spektrum gilt, auch eine daraus resultierende Unscharfe nur für die entsprechende Farbkomponente eines Weißlichtbildes zum Tragen kommt, das Weißlichtbild als Ganzes dadurch jedoch kaum oder nur wenig an Schärfe verliert, wie unten anhand eines Ausführungsbeispiels demonstriert wird.
Je nach Anwendung kann es von Vorteil sein, wenn der zweite Bereich mehrere Transmissionsbänder aufweist, die unterschiedlichen Fluorochromen entsprechen. Beispielsweise kommen für die Fluoreszenzvideoendoskopie die Fluorochrome durch 5-ALA induziertes Porphyrin (zugelassen für die fluoreszenzgestützte Resektion des Glioblastoms), durch h-ALA indu- ziertes Porphyrin (zugelassen für die Fluoreszenzzystokopie) oder Hypericinanwendungen in Frage. Um ein universell einsetzbares Gerät zu schaffen, könnte man beispielsweise zwei jeweils 15 nm breite Transmissionsbänder im zweiten Bereich vorsehen, die um die Fluoreszenzemissionswellenlängen für Porphyrine bzw. Hypericin bei 635 nm bzw. 600 nm zentriert wären. Falls der zweite Bereich zur selektiven Transmission von mehreren Fluoreszenzfre- quenzen ausgebildet ist, kann der seinerseits unterteilt werden, um an die typischen Intensitäten des Fluoreszenzemissionslichts für die betreffenden Fluorochrome angepasst zu werden. Nehmen wir beispielsweise an, dass dieselbe Blendenvorrichtung wahlweise in Verbindung mit einem ersten Fluorochrom und einem zweiten Fluorochrom eingesetzt werden soll, und die Intensität der Fluoreszenzemission für das zweite Fluorochrom in der Praxis geringer ist als für das erste. Dann könnte der zweite Bereich einen radial inneren Abschnitt aufweisen, der für die Fluoreszenzemissionswellenlängen des ersten und des zweiten Fluorochroms durchlässig wäre, und einen radial äußeren Abschnitt, der nur für die Fluoreszenzwellenlänge des zweiten Fluorochroms durchlässig wäre und speziell für diese eine größere Apertur bereitstellt, als für die Fluoreszenzwellenlänge des ersten Fluorochroms. Obwohl die erfindungsgemäße Blendenanordnung besonders geeignet für die Fluoreszenzen- doskopie ist, ist sie nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern kann ganz allgemein dann zum Einsatz kommen, wenn bestimmte spektrale Bereiche eines Lichtsignals mit erhöhter Empfindlichkeit detektiert werden sollen.
Vorzugsweise ist der Außenumfang des ersten Bereiches und/oder der Außenumfang des zweiten Bereiches kreisförmig. Wenn beide Außenumfange kreisförmig sind, hat der zweite Bereich eine ringförmige Gestalt. Optimalerweise beträgt die Transmission des zweiten Bereiches in dem genannten spektralen Ausschnitt nahezu 100% und außerhalb des Ausschnittes nahezu 0%. Jedoch kann der beschriebene gewünschte Effekt auch für weniger ideale Transmissionscharakteristika erzielt werden. Vorzugsweise übersteigt jedoch im zweiten Bereich die mittlere Transmission für Licht im genannten spektralen Ausschnitt die mittlere Transmission für den Rest des vorbe- stimmten Spektrums um einen Faktor von mindestens 3, vorzugsweise von mindestens 5.
Vorzugsweise beträgt im zweiten Bereich die mittlere Transmission für Licht innerhalb des spektralen Ausschnittes mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75%. Für Licht im Rest des vorbestimmten Spektralbereichs beträgt die mittlere Transmission im zweiten Bereich jedoch vorzugsweise höchstens 25%, besonders vorzugsweise höchstens 10%.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Bereich durch einen Bereich auf einem Substrat gebildet, der mit einer wellenlängenselektiven Beschichtung beschichtet ist. Eine geeignete Beschichtung könnte beispielsweise eine Interferenzfilter-Beschichtung sein.
Der erste Bereich zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest für einen vorbestimmten Spektralbereich lichtdurchlässig ist. Er könnte beispielsweise durch einen unbeschichteten Bereich auf einem Substrat gebildet sein, oder durch einen Bereich mit einer Breitband- Antireflexbeschichtung, d.h. einer Antireflexbeschichtung, die innerhalb des vorbestimmten Spektralbereiches nicht wellenlängenselektiv ist. Der erste Bereich kann jedoch auch einfach durch eine Öffnung in einem Substrat gebildet sein. Das Verhältnis der Lichtstärken für den spektralen Ausschnitt und den Rest des vorbestimmten Spektralbereichs hängt von dem Verhältnis der Fläche A2 des zweiten Bereichs zur Fläche Ai des ersten Bereichs ab. Das Verhältnis A2 : Ai beträgt vorzugsweise 0,75 bis 4, besonders vorzugsweise 1 bis 3.
Die Erfindung betrifft ferner ein Endoskop, insbesondere ein Endoskop zur Fluoreszenzendo- skopie, das eine Blenden Vorrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen enthält.
Vorzugsweise enthält das Endoskop ferner eine Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen von Beleuchtungslicht in dem genannten vorbestimmten Spektralbereich, dessen mittlere Intensität in einem Ausschnitt des vorbestimmten Spektralbereichs, für den die Transmission des zweiten Bereiches der Blendenvorrichtung erhöht ist, geringer ist als die mittlere Intensität im Rest des Spektrums des Beleuchtungslichtes. Hierbei umfasst der vorbestimmte Spektralbereich zumindest den gesamten Spektralbereich, der für die Weißlicht-Endoskopie benötigt wird. Nach dieser Weiterbildung wird in dem Weißlicht-Beleuchtungsspektrum der Frequenzbereich unterdrückt, der von dem zweiten Bereich der Blendenvorrichtung durchgelassen würde, also der Bereich, für den die größere, zweite Apertur gilt und der somit ein Bild mit verringerter Schärfentiefe erzeugen würde. Dadurch wird die Schärfentiefe des - um den unterdrückten Spektralbereich verringerten - Weißlichtbildes erhöht. In der Tat ist die Schärfentiefe des Weißlichtbildes in diesem Fall nicht geringer als im Falle einer herkömmlichen Blende mit der ersten Apertur. Allerdings ist das erhaltene Bild kein echtes Weißlichbild mehr, weil der unterdrückte Spektralbereich fehlt. Wenn der unterdrückte Spektralbereich jedoch nicht einen vollständigen Farbkanal abdeckt, was in der Praxis nicht zu erwarten ist, kann das erhaltene Bild durch einen Weißabgleich zu einem naturgetreuen Weißlichtbild korrigiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle und einen Filter, der im Lichtweg des Beleuchtungslichtes angeordnet ist und dessen Trans- mission in dem genannten Ausschnitt des vorbestimmten Spektrums verringert ist. Durch den Filter können daher genau die Frequenzen des vorbestimmten Spektrums geblockt werden, die von dem zweiten Bereich der Blendenvorrichtung durchgelassen würden und somit die Schärfentiefe des Bildes verschlechtern würden.
Vorzugsweise ist bei dem Endoskop die Blendenvorrichtung zwischen einem CCD-Sensor und einem Objektiv angeordnet, und/oder im Objektiv integriert. Bei dem Bildsensor handelt es sich vorzugsweise um einen CCD-Sensor. Bei dem Objektiv kann es sich um ein Fix- Fokus-Objektiv handeln, welches sich aufgrund seiner geringen Größe besonders für ein En- doskop eignet. Durch die im Rahmen der Erfindung verbesserte Schärfentiefe bei einer gleichzeitig erhöhten Lichtstärke für selektive Frequenzen lassen sich auch mit einem Fix- Fokus-Objektiv in der Praxis ausreichend scharfe Bilder für die Weißlicht-Bildgebung und ausreichend lichtstarke Bilder für die Fluoreszenzbildgebung ohne mechanische oder elektronische Blenden- Veränderung erzeugen.
BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Blendenvorrichtung und das Endoskop anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahmen auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Blendenvorrichtung nach einer Weiterbildung der Erfindung;
Fig. 2 das Fluoreszenzemissionsspektrum eines Fluorochroms sowie die Transmis- sionscharakteristik des zweiten Blendenbereiches und eines Filters im
Lichtweg des Beleuchtungslichtes und
Fig. 3 A bis 3G eine Abfolge von Endoskopiebildern zur Demonstration der Funktionsweise der Blendenvorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Blenden Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Blendenvorrichtung 10 umfasst ein lichtdurchlässiges kreisförmiges Substrat 12, welches in einem ersten, radial inneren Bereich 14 unbeschichtet ist und damit für Licht im gesamten sichtbaren Spektrum durchlässig ist.
Der erste Bereich ist von einem ringförmigen zweiten Bereich 16 umgeben, der mit einer wel- lenlängenselektiven Beschichtung beschichtet ist. Die Beschichtung des zweiten Bereiches 16 ist so geartet, dass sie einen Bandpassfilter für die Transmission von Licht bildet, der ein bestimmtes Frequenzband, hier einen spektralen Ausschnitt aus dem Spektrum sichtbaren Lichtes, mit einer Transmission von nahezu 100% durchläset und Licht mit Frequenzen außerhalb dieses Frequenzbandes nahezu vollständig blockt. Die Transmissionscharakteristik des zwei- ten Bereiches 16 der Blendenvorrichtung 10 ist in Fig. 2 durch die durchgezogene Linie 18 dargestellt. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, liegt das durchgelassene Band vollständig im roten Bereich 20 des Lichtspektrums, deckt diesen jedoch nicht vollständig ab. Neben dem roten Bereich 20 sind in Fig. 2 auch der grüne Bereich 22 und der blaue Bereich 24 des sichtbaren Spektrums gekennzeichnet.
Radial außerhalb des zweiten Bereiches 16 befindet sich bei der Blenden Vorrichtung 10 ein dritter ringförmiger Bereich 26, der für das gesamte sichtbare Spektrum lichtundurchlässig ist. In der Darstellung von Fig. 1 ist hinter der Blendenvorrichtung 10 ein schematisch dargestelltes Linsensystem 27 gezeigt, welches selbst jedoch nicht Teil der Blendenvorrichtung ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Blendenvorrichtung 10 von Fig. 1 beschrieben. Für alle Frequenzen außerhalb des Transmissionsbandbereiches 18 ist der zweite Bereich 16 der Blendenvorrichtung 10 undurchlässig, so dass für diese Frequenzen die Apertur der Blendenvorrichtung 10 durch die Grenze zwischen dem zweiten Bereich 16 und dem ersten Be- reich 14 gebildet wird. Mit anderen Worten entspricht die wirksame Blendenöffnung für diese Frequenzen dem Durchmesser des ersten Bereiches 14 und wird im Folgenden„erste Apertur" genannt. Für Licht innerhalb des Transmissionsbandes des zweiten Bereiches ist der zweite Bereich 16 hingegen durchlässig, so dass für dieses Licht eine zweite, größere Apertur durch die Grenze zwischen dem zweiten Bereich 16 und dem dritten Bereich 26 definiert wird. Je größer die Apertur einer Blende, desto größer ist die Lichtstärke und desto kleiner ist die Schärfentiefe der Optik. Für Licht außerhalb des Transmissionsbandes des zweiten Bereiches 16 wirkt die erste, kleine Apertur, so dass in diesem Spektralbereich ein lichtschwächeres Bild mit höherer Schärfentiefe erzeugt wird. In Fig. 1 sind Lichtstrahlen aus diesem Spektralbe- reich gestrichelt gezeichnet und mit Bezugszeichen 28 bezeichnet. Zwei exemplarische Un- schärfekreise 30 sind für diesen Spektralbereich eingezeichnet. Der Abstand 31 zwischen diesen beiden Unschärfekreisen in Längsrichtung der optischen Achse entspricht dem zugehörigen Schärfentiefebereich. Für Licht mit Frequenzen innerhalb des Transmissionsbandes des zweiten Bereiches 16 gilt die zweite, größere Apertur, wie durch die durchgezogenen Licht- strahlen 32 in Fig. 1 angedeutet ist. Für diese Frequenzen wird die Optik aufgrund der größeren Apertur lichtstärker, allerdings nimmt die Schärfentiefe ab, wie durch die entsprechenden Unschärfekreise 34 und den zugehörigen Schärfentiefebereich 35 angedeutet ist.
Wenn mit der Blendenvorrichtung 10 ein Weißlicht abgebildet wird, ergibt sich ein unter- schiedliches Abbildungsverhalten für unterschiedliche Farbkomponenten desselben, je nachdem ob sie innerhalb oder außerhalb des Transmissionsbandes des zweiten Bereiches 16 liegen: die Farbkomponenten innerhalb des Durchlassbandes sind aufgrund der verringerten Schärfentiefe in der Regel weniger scharf und in der Lichtstärke aufgrund der vergrößerten Apertur im Weißlichtbild überrepräsentiert. Da das Transmissionsband des zweiten Bereiches 16 jedoch nur einen verhältnismäßig geringen Ausschnitt des gesamten Weißlichtspektrums darstellt, erscheint das Weißlichtbild als Ganzes wesentlich schärfer als ein Weißlichtbild, welches mit einer herkömmlichen Blendenvorrichtung mit der zweiten, größeren Apertur aufgenommen wäre. Die Überrepräsentierung der Farbkomponente aus dem Transmissionsband kann in einem der Blendenvorrichtung 10 nachgeschalteten Bildsensor, beispielsweise einem CCD-Sensor (nicht gezeigt) durch einen Weißabgleich kompensiert werden. Konkret würden in diesem Falle die Messwerte der roten Pixel eines CCD-Sensors nach unten korrigiert, weil der rote Teil des Weißlichtspektrums im Bild überrepräsentiert wäre (siehe Fig. 2). Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch in der Beleuchtungslichtquelle die Intensität des sonst überrepräsentierten Wellenlängenbereiches passend reduziert werden, z. B. durch Einbau eines Band- pass-Blocking-Filters oder bei RGB-Lichtquellen durch entsprechend elektronisch heruntergeregelte Lichtleistung der entsprechenden Einzelquelle oder Einzelquellen. Im Ergebnis ges- tattet es die Blendenvorrichtung 10 somit, Weißlichtbilder zu erzeugen, deren Schärfentiefe annähernd so groß ist wie diejenige einer herkömmlichen Blende mit der ersten, kleineren Apertur. Gleichzeitig gestattet die Blendenvorrichtung 10 es jedoch, Licht innerhalb des Transmissionsbandes des zweiten Bereiches mit einer größeren Lichtstärke abzubilden, die der zweiten Apertur entspricht. Dies kann beispielsweise in dem Fluoreszenzmodus eines Fluoreszenzen- doskops ausgenutzt werden, nämlich wenn die Lage des Transmissionsbandes des zweiten Bereiches 16 auf die Fluoreszenzemissionswellenlänge des betreffenden Fluorochroms ange- passt ist. In Fig. 2 ist unter Bezugszeichen 36 das Fluoreszenzemissionsspektrum eines Fluorochroms gezeigt. Wie Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, befindet sich fast das ganze Fluoreszenzemissionsspektrum 36 des Fluorochroms in dem Transmissionsband 18 des zweiten Bereiches 16, sodass für die Fluoreszenzemission effektiv die zweite, größere Apertur wirksam ist, die die für den Fluoreszenzmodus erforderliche höhere Lichtstärke bereitstellt.
Obwohl also ein und dieselbe Blendenvorrichtung 10 sowohl für den Weißlichtmodus als auch den Fluoreszenzmodus verwendet wird, wird der eingangs beschriebene Kompromiss zwischen Lichtstärke und Schärfentiefe aufgelöst. Verglichen mit einer herkömmlichen Blende, deren Apertur beispielsweise genau zwischen der ersten und der zweiten Apertur der Blendenvorrichtung 10 von Fig. 1 läge, ergibt sich ein Weißlichtbild mit einer verbesserten Schärfentiefe und ein Fluoreszenzbild mit einer verbesserten Lichtstärke.
Die Blendenvorrichtung 10 erweist sich insbesondere bei der Verwendung für Fluoreszenzen- doskope als besonders nützlich, weil man bei diesen in der Regel aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Platzes gezwungen ist, ein und dieselbe Abbildungsoptik für beide Betriebsmodi, nämlich Weißlichtbetrieb und Fluoreszenzbetrieb zu verwenden. In diesem Zusammenhang gestattet es die Blendenvorrichtung 10 der Erfindung eine nicht verstellbare, Fix-Fokus-Abbildungsoptik zu schaffen, die trotzdem auf die Bedürfnisse der einzelnen Betriebsmodi optimal abgestimmt ist. Die Blendenvorrichtung 10 kann jedoch auch in anderen Anwendungen vorteilhaft zum Einsatz kommen, beispielsweise bei Fluoreszenzmikroskopen, bei denen im Prinzip derselbe Widerstreit zwischen Lichtstärke und Schärfentiefe besteht. Noch allgemeiner kann die Blendenvorrichtung 10 in jeglichen Verfahren zum Detektieren von Licht vorteilhaft zum Einsatz kommen, bei denen Licht in einem bestimmten spektralen Ausschnitt eines vorbestimmten Spektralbereiches mit einer erhöhten Empfindlichkeit zu detektieren ist, und bei dem das Transmissionsband des zweiten Bereiches 16 dann so gewählt wird, dass der mit der erhöhten Empfindlichkeit zu detektierende spektrale Ausschnitt von diesem durchgelassen wird. Die Schärfe des Weißlichtbildes kann weiter verbessert werden, wenn der Farbanteil des Weißlichtbildes, der in dem Transmissionsband des zweiten Bereiches 16 liegt und daher tendenziell weniger scharf ist, unterdrückt wird. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Beleuchtungsquelle zum Erzeugen von Beleuchtungslicht erreicht werden, dessen mittlere Intensität in dem dem Transmissionsband des zweiten Bereiches 16 entsprechenden Spektral- bereich verringert oder unterdrückt ist. Dazu kann beispielsweise eine gewöhnliche Weißlicht-Lichtquelle in Verbindung mit einem Filter verwendet werden, der im Lichtweg des Beleuchtungslichtes angeordnet ist und dessen Transmission in dem Frequenzbereich des Transmissionsbandes des zweiten Bereiches 16 verringert ist. In Fig. 2 ist die Transmissionscharakteristik dieses Filters durch eine gestrichelte Linie 38 dargestellt. Dies hat zur Folge, dass die unscharfe Komponente des Weißlichtbildes geschwächt wird oder vollständig fehlt, wodurch das Weißlichtbild insgesamt schärfer wird. Gleichzeitig führt das Unterdrücken der unscharfen Farbkomponente des Weißlichtbildes natürlich zu einer Verfälschung des Farbeindruckes des Weißlichtbildes. Solange jedoch der unterdrückte Bereich nicht einen vollständigen Farbkanal ausblendet, kann dieser Fehler durch einen Weißabgleich korrigiert wer- den. Unter Bezugnahme wiederum auf Fig. 2 ist zu erkennen, dass durch die Filtercharakteristik 38 für das Beleuchtungslicht zwar die grüne Farbkomponente in geringerem Umfang und die rote Farbkomponente in größerem Umfang geschwächt wird, dies jedoch durch eine geeignete Skalierung der Messsignale der grünen bzw. roten Pixel des Bildsensors ohne Weiteres kompensiert werden kann. Abschließend wird unter Bezugnahme auf Fig. 3A bis 3G der technische Effekt der erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Endoskops illustriert. Fig. 3A zeigt ein endoskopisch gewonnenes Weißlichtbild einer Mundhöhle, bei dem eine herkömmliche Blende mit einer ersten, kleineren Apertur verwendet wurde. Fig. 3B zeigt das Ergebnis einer Simulation, die anzeigt, wie sich das Bild verändert hätte, wenn statt der ersten, kleineren Apertur eine zweite, größere Apertur verwendet worden wäre. Dazu wurden alle drei Farbkanäle des endoskopischen Bildes von Fig. 3A durch Anwendung eines sogenannten Gauss-blur-Filters verschmiert, dessen Effekt dem Effekt einer verringerten Schärfentiefe auf das Bild sehr nahe kommt. Wie Fig. 3B zu entnehmen ist, ist das entsprechende Weißlichtbild wesentlich unschärfer als das Bild von Fig. 3A und zeigt sehr realistisch den Effekt, den eine verringerte Schärfentiefe auf das Bild hat, wenn der Abstand zwischen dem Objektiv und dem betrachteten Objekt nicht mit der Brennweite des Objektivs übereinstimmt.
Figuren 3C bis 3E zeigen die unterschiedlichen Farbkomponenten des Weißlichtbildes von Fig. 3A, nämlich Fig. 3C die rote Komponente (die hier am hellsten ist, da das rote Licht bei dem Bild einer Mundhöhle überwiegt), Fig. 3D die grüne Komponente und Fig. 3E die blaue Komponente.
Die erfindungsgemäße Blendenvorrichtung basiert auf der Überlegung, dass falls eine verrin- gerte Schärfentiefe nur für einen Ausschnitt aus dem Weißlichtspektrum gilt, auch eine daraus resultierende Unschärfe nur für die entsprechende Komponente des Weißlichtbildes zum Tragen kommt, das Weißlichtbild als Ganzes jedoch dadurch kaum oder nur wenig an Schärfe verliert. Um dies zu illustrieren, wurde bei der Simulation von Fig. 3 nur der rote Farbkanal durch den Gauss-blur-Filter verschmiert, was der Annahme entspricht, dass für den roten Farbkanal die zweite, für den grünen oder blauen Farbkanal jedoch die erste Apertur wirksam ist. Fig. 3G zeigt das zusammengesetzte Weißlichtbild, dessen Schärfe offensichtlich wesentlich besser ist als diejenige von Fig. 3B.
Das Resultat ist in der Tat bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass in der Simulation von Fig. 3 der gesamte rote Farbkanal verschmiert wurde. In einer typischen Anwendung der Blendenvorrichtung der Erfindung beträfe die Unschärfe jedoch nur denjenigen Ausschnitt des sichtbaren Spektrums, dessen Frequenzen in das Transmissionsband des zweiten Bereiches 16 fallen, und der in der Regel weitaus weniger als einen vollständigen Farbkanal abdecken wird. Man kann daher erwarten, dass die Schärfe des Weißlichtbildes in praktischen Anwendungen durch die Verwendung der zweiten Apertur für Frequenzen im Transmissions- band sogar weniger beeinträchtigt wird, als dies durch den Vergleich von Fig. 3A und Fig. 3G suggeriert wird. Schließlich kann die Schärfe des Weißlichtbildes weiter erhöht werden, wenn die unscharfe Komponente des Weißlichtbildes, d.h. die Farbkomponente, die dem Transmissionsband des zweiten Bereiches 16 entspricht, im Weißlichtbild unterdrückt wird, beispielsweise durch eine Unterdrückung des entsprechenden Teils des Spektrums der Beleuchrungs- Vorrichtung. In diesem Fall ist gar keine Beeinträchtigung in der Schärfe des Weißlichtbildes zu erwarten, sondern lediglich eine Farbverfälschung, die jedoch z. B. durch einen Weißab- gleich ausgeglichen werden kann.
Obgleich in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung ein bevorzugtes Ausfüh- rvmgsbeispiel aufgezeigt und detailliert beschrieben ist, sollte dies als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass nur das bevorzugte Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben ist, und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die derzeitig und künftig im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen.

Claims

Patentansprüche
1. Blendenvorrichtung (10), insbesondere für die Fluoreszenzendoskopie, mit
einem ersten, radial inneren Bereich (14), der zumindest für einen vorbestimmten Spektralbereich lichtdurchlässig ist,
einem zweiten Bereich (16), der den ersten Bereich (14) radial außen umgibt, und der für einen oder mehrere spektrale Ausschnitte aus dem genannten vorbestimmten Spektralbereich eine gegenüber dem Rest des vorbestimmten Spektralbereiches erhöhte Transmission aufweist, und
einem dritten Bereich (26), der den zweiten Bereich (16) radial außen umgibt und für den gesamten vorbestimmten Spektralbereich lichtundurchlässig oder im Wesentlichen lichtundurchlässig ist.
2. Blendenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der genannte vorbestimmte Spektralbereich der Spektralbereich sichtbaren Lichtes ist.
3. Blendenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Außenumfang des ersten Bereiches (14) und/oder der Außenumfang des zweiten Bereiches (16) kreisförmig ist.
4. Blendenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im zweiten Bereich (16) die mittlere Transmission für Licht im genannten mindestens einen spektralen Ausschnitt die mittlere Transmission für den Rest des vorbestimmten Spektralbereiches um einen Faktor von mindestens 3, vorzugsweise von mindestens 5 übersteigt.
5. Blendenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im zweiten Bereich (16) die mittlere Transmission für Licht innerhalb des genannten mindestens einen spektralen Ausschnittes mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75% beträgt.
Blendenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im zweiten Bereich (16) die mittlere Transmission für Licht im Rest des vorbestimmten Spektralbereiches höchstens 25%, vorzugsweise höchstens 10% beträgt.
Blenden Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Bereich (16) durch einen Bereich auf einem Substrat (12) gebildet wird, der mit einer wellenlängenselektiven Beschichtung beschichtet ist.
Blendenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Bereich (14) durch eine Öffnung in einem Substrat (12), einen unbeschichteten Bereich eines Substrates (12) oder einen Bereich eines Substrates (12) gebildet ist, der mit einer Breitband-Antireflexbeschichtung beschichtet ist.
Blendenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Verhältnis A2 : Ai der Fläche A2 des zweiten Bereiches (16) zur Fläche Aj des ersten Bereiches (14) 0,75 bis 4, vorzugsweise 1 bis 3 beträgt.
Optisches Gerät, insbesondere Endoskop zur Fluoreszenzendoskopie, mit einer Blendenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Gerät nach Anspruch 10, mit einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen von Beleuchtungslicht in dem vorbestimmten Spektralbereich, dessen mittlere Intensität in einem Ausschnitt des vorbestimmten Spektralbereichs, für den die Transmission des zweiten Bereiches (16) der Blenden Vorrichtung (10) erhöht ist, geringer ist als die mittlere Intensität im Rest des Spektrums des Beleuchtungslichtes.
Gerät nach Anspruch 1 1 , bei dem die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle und einen Filter umfasst, der im Lichtweg des Beleuchtungslichtes angeordnet ist und dessen Transmission in dem genannten Ausschnitt des vorbestimmten Spektrums verringert ist.
Gerät nach Anspruch 1 1 , bei dem die Beleuchtungsquelle mehrere farbige Lichtquellen umfasst, deren Leistung so einstellbar ist, dass die mittlere Intensität des erzeugten Lichtes in einem Ausschnitt des vorbestimmten Spektralbereichs, für den die Trans- mission des zweiten Bereiches (16) der Blenden Vorrichtung (10) erhöht ist, geringer ist als die mittlere Intensität im Rest des Spektrums des Beleuchtungslichtes.
14. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Blendenvorrichtung (10) zwischen einem Bildsensor, insbesondere einem CCD-Sensor und einem Objektiv, insbesondere einem Fix-Fokus-Objektiv angeordnet oder in ein solches integriert ist.
15. Verfahren zum Detektieren von Licht in einem vorbestimmten Spektralbereich, bei dem Licht in einem spektralen Ausschnitt des vorbestimmten Spektralbereiches mit einer erhöhten Empfindlichkeit zu detektieren ist,
bei dem das zu detektierende Licht durch eine Blendenvorrichtung (10) geführt wird, die einen ersten, radial inneren Bereich (14) aufweist, der für den vorbestimmten Spektralbereich lichtdurchlässig ist,
einen zweiten Bereich (16) aufweist, der den ersten Bereich (14) radial außen umgibt und dessen Transmission in dem genannten spektralen Ausschnitt im Mittel höher ist als im Rest des vorbestimmten Spektralbereiches,
und die einen dritten Bereich (26) aufweist, der den zweiten Bereich (16) radial außen umgibt und für den gesamten vorbestimmten Spektralbereich lichtundurchlässig oder im Wesentlichen lichtundurchlässig ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der vorbestimmte Spektralbereich der Spektralbereich sichtbaren Lichtes ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Licht in einem Fluoreszenzendo- skop oder einem Fluoreszenzmikroskop detektiert wird und der mit erhöhter Empfindlichkeit zu detektierende Spektralbereich die Wellenlänge einer zu delektierenden Fluoreszenzemission enthält.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Blendenvorrichtung (10) eine Blendenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem in einem Verfahrensschritt ein Weißlichtbild eines mit Beleuchtungslicht beleuchteten Objektes detektiert wird, wobei die mittlere Intensität des Beleuchtungslichtes in einem Ausschnitt des vorbe- stimmten Spektralbereichs, für den die Transmission des zweiten Bereiches (16) der Blendenvorrichtung (10) erhöht ist, geringer ist als die mittlere Intensität im Rest des Spektrums des Beleuchtungslichtes.
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