DE2843341A1

DE2843341A1 - Optisches beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE2843341A1
Application number: DE19782843341
Authority: DE
Inventors: Kuniaka Ishibashi; Susumu Oshiro; Norio Shiraishi
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-10-04
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE7829648U1; GB2011111A; JPS5489749A; DE2843341C2; JPS617811B2; US4272156A; GB2011111B

Description

Optisches Beleuchtungssystem

Die Erfindung betrifft ein optisches Beleuchtungssystem, bei dem optische Faserbündel oder Glasfaserbündel Verwendung finden, und bezieht sich insbesondere auf die Ausdehnung der numerischen Apertur in einem Glasfaserbündel, das beispielsweise in einem Endoskop benutzt wird.

In einem Endoskop o. dgl., werden optische Faserbündel zur Beleuchtung und Betrachtung des Darminneren oder inneren Aufbaus von Instrumenten verwendet, wobei das der Beleuchtung dienende Licht von einer äusseren Lichtquelle durch ein optisches Faserbündel geleitet wird und zur Beleuchtung des zu betrachtenden Gegenstandes am Ende des Faserbündels austritt. Die durch das aus dem Ende des optischen Faserbündel s austretende Licht beleuchtete Fläche wird durch dessen numerische Apertur (N.A.) bestimmt, die durch die folgende Formel dargestellt wird

N.A. = Cn₁ ² - n₂ ²)^1/2

wobei n« den Brechungsindex des Faserkerns und n£ den Brechungsindex des Fasermantels bilden. Die numerische Apertur (N.A.) beträgt gewöhnlich etwa 0,5, und der Winkel des äussersten Meridional Strahls, der in einer Faser eingefangen wird, beträgt etwa 60°. D.h., das aus dem Ende des optischen Faserbündels austretende Beleuchtungslicht hat einen Verteilungswinkel von etwa 30°, der dem halben Winkel des Lichtkegels am Austritt

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des optischen Faserbündels entspricht.

Ein grösserer Verteilungswinkel des Beleuchtungslichtes ist oftmals erwünscht, so dass die Möglichkeit besteht, auf dem Gegenstand eine breitere Fläche zu beleuchten und für die Betrachtung und das Fotographieren des Gegenstandes ein breites Gesichtsfeld zu erhalten.

Um den Verteilungswinkel des Beleuchtungslichtes des optischen Faserbündels zu erweitern, wurde bereits vorgeschlagen, die Austritts-Stirnfläche des Bündels konvex oder konkav auszubilden. In diesem Zusammenhang wird auf das japanische Gebrauchsmuster Nr. 10 346/1977 verwiesen. Ein optisches Faserbündel mit einer konvexen oder konkaven Austritts-Stirnfläche ist jedoch sehr schwer herzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein optisches Faserbündel-ßeleuchtungssystem zu schaffen, das eine erweiterte numerische Apertur aufweist, die sich leicht herstellen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Austritts-Stirnflächen der optischen Faserbündel schräg abgeschnitten und zugerichtet sind. Die Austritts·« Stirnfläche jedes optischen Faserbündels, das in dem Beleuchtungssystem Verwendung findet, ist flach und in bezug auf eine Ebene normal zu den Achsen der Fasern des Bündels um einen Winkel geneigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils einer optischen Faservorrichtung, die ein Beleuchtungssystem gem. einer Ausführungsform der Erfindung verwendet,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, aus der die mit dem Beleuchtungssystem der erfindungsgem. Art gem. Fig. 1 bewirkte Lichtverteilung hervorgeht,

Fig. 3A eine perspektivische Teilansicht eines optischen Faserbündelpaares nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3B eine perspektivische Teilansicht einer optischen Faserbündelanordnung, die aus dem optischen Faserbündelpaar von Fig. 3A hergestellt ist,

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht einer optischen Faserbündelanordnung, die als Beleuchtungssystem gem. einer anderen Ausführungsform der Erfindung benutzt wird,

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht eines optischen Faserbündelpaares, das bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung benutzt wird, und

Fig. 7 eine Teilseitenansicht einer optischen Faserbündelanordnung, bestehend aus dem optischen Faserbündelpaar von Fig. 6.

In Fig. 1 bilden eine Fokussierung!inse 1 und ein optisches Bildleitfaserbündel 2 ein Beobachtungssystem, das von optischen Faserbündeln 3 und 4 umgeben ist, die ein Beleuchtungssystem bilden. Die optischen Faserbündel 3 und 4 und andere ähnliche optische Faserbündel sind so angeordnet, dass sie das Beobachtungssystem umgeben, und jedes Faserbündel weist eine flache, nach innen zu geneigte Austritts-

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Stirnfläche auf, wie sie bei 3a und 4a dargestellt sind. Die optischen Faserbündel für die Beleuchtung sind in Intervallen rund um das Beobachtungssystem so angeordnet, dass sie den Gegenstand 5 über eine weite Fläche beleuchten,

In Fig. 1 sind die Lichtkegel, die aus den Austritts-Stirnflächen 3a und 4a der optischen Faserbündel 3 und 4 austreten, wenn die Stirnflächen normal zu den Faserachsen liegen» durch strich-punktierte Linien angedeutet, während die Liditkegel , die aus den Stirnflächen 3a und 4a der optischen Faserbündel austreten, die in der Zeichnung dargestellt sind und dem erfindungsgemässen System entsprechen, von durchgezogenen Linien begrenzt sind. Wie aus den in Fig. 1 zusehenden gestrichelten und durchgezogenen Linien ersichtlich ist, wird die von dem aus den Stirnflächen 3a und 4a der Faserbündel 3 und 4 austretenden Licht beleuchtete Fläche dann grosser, wenn die Stirnflächen in bezug auf die Ebene normal zu den Faserachsen nach innen geneigt sind. Die geneigten Stirnflächen 3a und 4a werden leicht durch Abschneiden der Enden der Faserbündel 3 und 4 mit Hilfe eines rotierenden Schneiders oder einer Schleifscheibe erhalten.

Die Verteilung der Beleuchtung oder Lichtverteilung ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 stellen die Ordinate die Helligkeit auf dem Gegenstand und die Abszisse den Winkel in bezug auf die Faserachsen dar. Ferner zeigt in Fig. 2 die strich-punktierte Linie die Ergebnisse für den Fall an, dass die Stirnflächen 3a und 4a der Faserbündel 3 und 4 normal zu den Achsen angeordnet sind, während die durchgezogene Linie die Ergebnisse für den Fall darstellt, dass die Stirnflächen erfindungsgemäss geneigt angeordnet sind.

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Der Neigungswinkel der Austritts-Stirnflächen 3a und 4a der zur Beleuchtung verwendeten optischen Faserbündel 3 und 4 in bezug auf die Ebene, die normal zu den Faserachsen verläuft, soll vorzugsweise 5° bis 20° betragen. Wenn der Neigungswinkel grosser als 20° oder kleiner als 5 ist, vergrössert sich der Lichtverlust in unerwünschter Weise.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsfbrm sind die optischen Faserbündel 3 und 4, die für das Beleuchtungssystem verwendet werden, parallel zueinander angeordnet, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Wenn sie jedoch in bezug auf die optische Achse des Beobachtungssystems geneigt werden, nämlich dadurch, dass sie nach aussen gekrümmt oder gebogen werden, ist die Möglichkeit gegeben, eine grö'ssere Fläche des Gegenstandes. 5 zu beleuchten. Die Neigung der Faserbündel 3 und 4 soll in diesem Fall vorzugsweise 5° bis 10° in bezug auf die optische Achse des Beobachtungssystems betragen. Wenn der Neigungswinkel grosser als 10° oder kleiner als 5° ist, wird der Durchmesser der Faseranordnung unpraktikabel gross.

Die oben beschriebene Ausf ührungsfbrm der Erfindung bezieht sich auf eine optische Faservorrichtung, bei der mehrere Beleuchtungsfaserbündel in Intervallen vorgesehen sind. Andere Ausführungsformen, die eine optische Faservorrichtung betreffen, bei der mehrere Beleuchtungsfaserbündel nebeneinander vorgesehen sind, werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben.

In den Fig. 3A und 3B ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ein Paar halbzylindrischer Faserbündel 11 und 12 miteinander zu einer Faserbündelanordnung 10 verbunden sind. Ihre Stirnflächen 11a und 12a sind flach und in

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ORIGINAL INSPECTED

bezug auf eine Ebene normal zu den Faserachsen des
Bündels geneigt. Die seneigten Stirnflächen 11a und 12a sind nach innen geneigt, so dass die Faserbündelanordnung 10 eine V-förmige Stirnfläche 10a erhält. Das aus der
Stirnfläche 10a der Anordnung '10 austretende Licht beleuchtet eine grosse Fläche auf dem zu betrachtenden
Gegenstand.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform₃ bei der vier Faserbündel 21,22,23 und 24 je einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und zur Bildung einer Faserbündelanordnung 20 zusammengesetzt sind. Die Stirnflächen 21a, 22a,23a und 24a der Faserbündel 21-24 sind flach und
nach innen geneigt, so dass insgesamt eine konkave Stirnfläche gebildet wird. Die Faserbündelanordnung 20 erzeugt Beleuchtungslichtströme, die sich auf vier Pfaden verbreiten.

Fig. 5 zeigt noch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei der vier flache Faserbündel 31,32,33 und 34 zu einer Faserbündelanordnung 30 zusammengesetzt sind. Die Stirnflächen 31a,32a,33a und 34a der Faserbündel 31-34 sind flach und abwechselnd entgegengesetzt geneigt. Die Faserbündelanordnung 30 erzeugt Beleuchtungslichtströme, die insgesamt divergieren.

Bei der in den Fig.3Ä und 3B gezeigten Ausführungsform ist das Paar aus halbzylindrischen Glasfaserbündeln 11 und 12 mit Stirnflächen 11a und 12a versehen, die nach innen zu geneigt sind, um dadurch eine negativ V-förmige Stirnfläche 10a zu bilden. Diese Stirnflächen können
aber auch nach aussen zu geneigt sein, so dass eine
positiv V-förmige Stirnfläche entsteht, wie sie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. In Fig. 6 ist ein Faser-

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bündelpaar 41,42 mit nach aussen geneigten Stirnflächen 41a und 42a versehen. Wenn diese Faserbündel 41 und 42 miteinander verbunden werden, so entsteht eine Faserbündelanordnung 40, deren Stirnfläche 40a eine positiv V-förmige Stirnfläche bildet, wie sie in Fig. 7 zu sehen ist. Auch bei dieser Anordnung tritt das die Stirnfläche 40a der Anordnung 40 verlassende Licht schliesslich nach aussen aus, um auf dem zu betrachtenden Gegenstand eine grosse Fläche zu beleuchten.

Die optischen Beleuchtungsfaserbündel der erfindungsgemässen optischen Faserbündelanordnungen weisen flache und geneigte Austrittsstirnflächen auf, wobei die Neigung in unterschiedlichen Richtungenvorgenommen werden kann, um als Ergebnis einen divergierenden Lichtstrom zu erhalten. Deshalb wird die beleuchtete Fläche erfindungsgemäss vergrössert. Darüberhinaus sind die erfindungsgemässen Faserbündel, da die Stirnflächen nur flach und geneigt zu sein brauchen, leicht herzustellen.

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Claims

BEFORE THE EUROPEAN PATEIMT OFfICE

PATENTANWÄLTE

TlSCHIiR & KERN

ALBERT- ROSSHAUPTER- STRASSE 05
D - βΟΟΟ MÜNCHEN 7O

GERMANY

TlSCHER « KERN ■ ALBERT-ROSSHAUPTER-STR. 65 -D-S MÖNCHEN 70

BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DIPL. -ING. HERBERT TISCHER DIPL.- ING. WOLFGANG KERN

TELEFON (089) 760 55 20 TELEX 5-212 284 pats d

TELEG RAM M/CAB LE

KERNPATENT MUENCHEN

IHR ZEICHENi YOUR REF.I

BETREFF! REF.I

UNSER ZEICH EN i'UJ 1 ~ U O J 4 OUR REF.I §- 1 Z

DATUMi DATE!

4.Oktober 1978

Fuji Photo Optical Co., Ltd. 1-324 Uetake-cho
Omiya-shi, Saitama-ken
Japan

Optisches Beleuchtungssystem

Patentansprüche

Optisches Beleuchtungssystem, das mehrere optische Faserbündel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsstirnflächen (3a, 4a; 11a,12a; 21a ,22a ,23a ,24a ; 31a, 32a, 33a,34a; 41a,42a) der optischen Faserbündel (3,4; 11,12; 21,22,23,24; 31,32,33,34; 41,42) flach ausgebildet und in unterschiedlichen Richtungen geneigt angeordnet sind,

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2. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsstirnflächen (31a,32a, 33a,34a) der optixhen Faserbündel (31,32,33,34) in solchen Richtungen geneigt angeordnet sind, dass das aus den Austrittsstirnflächen austretende Licht insgesamt einen divergierenden Lichtfluss bewirkt.

3. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserbündel (11,12; 41,42) halbzylindrisch ausgebildet und miteinander zu einer zylindrischen Faserbündelanordnung (10,40) verbunden sind, und dass die Stirnflächen (11a,12a; 41a,42a) symmetrisch geneigt sind, so dass eine V-förmige Stirnfläche (10a,40a) entsteht.

4. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (11a,12a) nach innen zu symmetrisch geneigt sind, so dass eine negativ V-förmige Stirnfläche (10a) entsteht.

5. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (41a,42a) nach aussen zu symmetrisch geneigt sind, so dass eine positiv V-förmige Stirnfläche (40a) entsteht.

6. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserbündel (21,22, 23,24) einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, dass vier dieser Bündel zur Bildung einer Faserbündelanordnung (20) quadratischen Querschnitts miteinander verbunden sind, und dass die Stirnflächen (21a_S22a,23a,24a) nach innen zu symmetrisch geneigt sind, so dass eine konkave Stirnfläche entsteht.

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7. Qptfsehes Beleuchtungssystem nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserbündel flache Faserbündel (3t,32,33,34) sind, die so zusammengesetzt sind, dass eine FaserbündeTanordnung (30) entsteht, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist und bei der die Stirnflächen (31a ,32a,33a ,34a) abwechselnd in unterschiedlichen Richtungen geneigt sind.

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