DE3519995C2

DE3519995C2 -

Info

Publication number: DE3519995C2
Application number: DE3519995A
Authority: DE
Inventors: Kimihiko Nishioka; Susumu Hachiouji Tokio/Tokyo Jp Takahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1985-06-04
Publication date: 1988-07-07
Also published as: DE3519995A1; US4721359A; JPS60262119A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Beleuchtungssy stem für Endoskope mit einem lichtquellenseitigen Lichtleiter, einem zu letzterem ausgerichteten und beabstandeten licht empfangsseitigen Lichtleiter und einem zwischen den beiden Lichtleitern angeordneten optischen Verbindungssystem, das vom lichtquellenseitigen Lichtleiter emittiertes Licht auf den lichtempfangsseitigen Lichtleiter wirft, mehrlinsig ausgebil det ist und mindestens eine konvexe Linse aufweist, wobei die beiden Lichtleiter aus einer Vielzahl von optischen Fasern bestehen.

Bei einem konventionellen optischen Beleuchtungssystem dieser Art, wie es beispielsweise aus der US-PS 42 94 511 bekannt und in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt ist, besteht das zwischen dem lichtzufuhr- bzw. lichtquellenseitigen Lichtleiter 1 und dem lichtempfangsseitigen bzw. objektseitigen Lichtleiter 2 ange ordnete optische Verbindungssystem aus einem konvexen Linsen system 3. Dabei ergaben sich Probleme dadurch, daß das gesamte in Umfangsnähe der Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters 1 austretende Licht stark gebrochen wird, während das zentral austretende Licht nur sehr wenig gebrochen wird. Wenn die Lichtintensitätsverteilung an der Austrittsfläche ungleichmäßig ist, erhält daher das auf die Eintrittsfläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters fallende Licht eine von dem Winkel abhängige ungleichmäßige Verteilung. Als Folge davon ist auch das aus dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 austretende Licht ungleichmäßig, und die Lichtverteilung in nerhalb des Sichtfeldes des Endoskops wird entsprechend unre gelmäßig.

Aus der DE-OS 33 17 093 ist bereits eine Vorrichtung zum Kop peln eines achsparalleles Licht abgebenden Lichtgenerators, z. B. eines Lasers, an einen Lichtleiter mittels einer afokalen Optik bekannt. Aufgabe dieser bekannten Vorrichtung ist es jedoch, eine Querschnittsreduktion des aus dem Lichtgenerator austretenden Strahlenbündels unter Beibehaltung der Strahl parallelität zu erzielen. Das der Erfindung zugrundeliegende Problem einer möglichst gleichmäßigen Lichtübertragung von einem lichtführenden Faserbündel zu einem beabstandeten ande ren Faserbündel, wobei insbesondere die Lichtstrahlen das erste Faserbündel mit unterschiedlich Austrittswinkeln verlas sen liegt in der DE-OS 33 17 093 nicht vor.

In der US-PS 39 12 364 ist zur Lösung des obengenannten Prob lems, das auch der Erfindung zugrundeliegt, bei einer gat tungsgemäßen Vorrichtung eine fokale Optik wie in der US-PS 42 94 511 mit den dort beschriebenen Nachteilen vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung für ein gattungsgemäßes Endoskop anzugeben, bei dem auch bei einer ungleichmäßigen Lichtverteilung an der Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters eine gleichmäßige Lichtver teilung an der Lichteintrittsfläche des objektivseitigen Lichtleiters erzielt wird, wobei ein hoher Wirkungsgrad der Lichtübertragung erreicht werden soll.

Ausgehend von einem optischen Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß das optische Verbindungssystem ein afokales System ist, gebil det durch eine konvexe Linse und eine konkave Linse in Hinter einanderanordnung von der Seite des lichtqellenseitigen Lichtleiters aus.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der licht empfangsseitige Lichtleiter aus einer Vielzahl von Fasern gebildet, die in einander entsprechenden Mustern am Eintritts ende und am Austrittsende angeordnet sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein einen Teil des Licht bündels zur Vergleichmäßigung der Helligkeit auf der Objekt bildfläche abfangendes Bauteil zwischen dem lichtquellenseiti gen Lichtleiter und dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein optisches Verbindungssystem konventioneller Ausführung;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Verbindungssystems in dem erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystem für ein Endoskop;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des optischen Verbindungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Ansicht auf ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop mit einem dritten Ausführungsbeispiel des neuen optischen Verbindungssystems;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des mittleren Ein fallwinkels des auf den lichtempfangsseitigen Lichtleiter bei dem dritten Ausführungsbeispiel fallenden Lichts;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Lichtvertei lungscharakteristiken auf der Objektoberfläche;

Fig. 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen optischen Systems.

Die Erfindung wird im folgenden auf der Grundlage des in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels genauer erläutert. Die Bezugszeichen 4 und 5 stellen eine konvexe bzw. eine konkave Linse dar, welche zwischen einem lichtquellenseitigen Licht leiter 1 und einem lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 ange ordnet sind und ein im wesentlichen afokales optisches Verbin dungssystem bilden. Dies bedeutet folgendes:
Wenn die Brennweite der konvexen Linse 4 durch f ₁, die Brennweite der konkaven Linse 5 durch f ₂ (0) und der Abstand zwischen den beiden Linsen 4 und 5 durch d dargestellt sind, so gilt die folgende Beziehung:

d = f ₁ + f ₂ (1)

Da ein afokales System nur eine proportionale Winkelvergröße rung bewirkt, tritt parallel zur optischen Achse aus der Aus trittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters austreten des Umfangslicht auch parallel zur optischen Achse in die Einfallfläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters 2 ein und das zur optischen Achse schräge Licht fällt auch schräg auf die Eintrittsfläche. Selbst wenn die Lichtintensitätsvertei lung an der Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtlei ters 1 ungleichmäßig ist, hat das auf die Eintrittsfläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters 2 fallende Licht keine vom Winkel abhängige ungleichmäßige Verteilung, so daß das Aus trittslicht des lichtempfangsseitigen Lichtleiters keine un gleichmäßige, sondern eine gleichmäßige, einheitliche Licht verteilung hat und das Sichtfeld des Endoskops gleichmäßig ausgeleuchtet wird.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein konvexes Linsensystem 6 vor dem lichtquellenseitigen Lichtlei ter 1, eine konvexe Linse in der frontseitigen Brennebene des konvexen Linsensystems 6 und eine konkave Linse 5 vor der konvexen Linse 4 angeordnet ist. Die konvexe Linse 4 und die konkave Linse 5 genügen im wesentlichen der oben erwähnten Gleichung (1). Die oben angegebene Gleichung (1) braucht nicht immer vollständig erfüllt zu sein. In diesem Falle ergeben sich die gleichen Mängel wie bei dem oben erwähnten herkömm lichen Ausführungsbeispiel; jedoch gibt es einen Vorteil, der darin besteht, daß eine weitere Lichtverteilung im Vergleich zu dem oben erwähnten herkömmlichen Ausführungsbeispiel gewon nen wird.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem das optische Verbindungssystem gemäß Fig. 1 verwendet wird. Fer ner ist eine konkave, im peripheren Bereich flache Linse 7 (von der Objektseite her) vor dem Austrittsende des licht empfangsseitigen Lichtleiters 2 angeordnet. Bei dem zu verwen denden Lichtleiter 2 sind die Fasern so angeordnet, daß sie einander auf der Eintrittsseite und der Austrittsseite ent sprechen, oder die im Zentralbereich des Lichtleiters am Ein fallende angeordneten Fasern sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen auch im Zentralbereich des Austrittsendes liegen. Das Bezugszeichen 8 stellt eine Lichtquelle, das Bezugszeichen 9 eine Objektoberfläche, 10 ein Objektiv, 11 einen Bildleiter und 12 ein Okular dar.

Bei einer solchen Ausbildung und Anordnung wird eine gleich mäßigere Lichtverteilung gewonnen. Der Grund hierfür wird nachfolgend erläutert. Fig. 5 ist eine graphische Darstel lung, welche die Beziehung zwischen dem mittleren Einfallwin kel des auf den lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 fallenden Lichts und den Koordinaten X der Einfallfläche zeigt. Der Einfallwinkel des in der Nähe des Zentrums der Eintrittsfläche eintretenden Lichtbündels ist klein, während der Einfallwinkel des im Umfangsbereich einfallenden Lichtbündels groß ist.

Daher ist das unter dem Austrittswinkel nahe dem Zentrum der Austrittsfläche des Lichtleiters 2 austretende Lichtbündel klein, jedoch groß im Austrittswinkel des Peripheriebereichs, und die Lichtverteilungscharakteristiken sind durch die in Fig. 6 gestrichelte Linie dargestellt. Wenn daher das Licht bündel nahe dem Zentrum durch die Wirkung einer konkaven Linse 7 aufgeweitet wird, so werden die Lichtverteilungscharakteri stiken auf der Objektoberfläche 9 entsprechend der ausgezoge nen Linie in Fig. 6 vergleichmäßigt, und eine gleichmäßigere Lichtverteilung wird gewonnen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 kann als optisches Verbindungssystem das System gemäß Fig. 3 verwendet werden.

Fig. 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Festkörper-Bildsensor 16 in der Bildebene des Objektives 10 angeordnet ist. Die Helligkeitsverteilung der Bildfläche wird von einer Detektorschaltung 17 bestimmt. Das den hellen Teil der Bildfläche beleuchtende Lichtbündel wird von einer Licht abfangplatte 19 aufgefangen, die zwischen dem lichtquellensei tigen Lichtleiter 1 und dem lichtempfangsseitigen Lichtleiter 2 angeordnet und von einem Steuerantrieb 18 zur Vergleichmäßi gung der Helligkeit der Bildfläche gesteuert wird. Das Bezugs zeichen 20 stellt einen Fernsehmonitor dar. Eine wirksamere Anordnung läßt sich dadurch erreichen, daß die lichtauffangen de Platte 19 zwischen der konkaven Linse 5 und der Eintritts fläche des lichtempfangsseitigen Lichtleiters 2 eingesetzt wird. Wie außerdem durch die strichpunktierte Linie in Fig. 7 gezeigt ist, kann eine Flüssigkristallplatte oder eine elek trochromate Glasplatte 19′, die von dem Steuerantrieb 18 in den Lichtweg eingeführt werden kann, anstelle der Licht fängerplatte 19 verwendet werden.

Claims

1. Optisches Beleuchtungssystem für Endoskope mit einem lichtquellenseitigen Lichtleiter, einem zu letzterem ausge richteten und beabstandeten lichtempfangsseitigen Lichtleiter und einem zwischen den beiden Lichtleitern angeordneten opti schen Verbindungssystem, das vom lichtquellenseitigen Licht leiter emittiertes Licht auf den lichtempfangsseitigen Licht leiter wirft, mehrlinsig ausgebildet ist und mindestens eine konvexe Linse aufweist, wobei die beiden Lichtleiter aus einer Vielzahl von optischen Fasern bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Verbindungssystem ein afokales System ist, gebildet durch eine konvexe Linse (4) und eine konkave Linse (5) in Hintereinanderanordnung von der Seite des lichtquellen seitigen Lichtleiters (1) aus.

2. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein lichtauffangendes Bauteil (19) zwi schen dem lichtquellenseitigen Lichtleiter (1) und dem licht empfangsseitigen Lichtleiter (2) angeordnet ist und einen Teil des von dem lichtquellenseitigen Lichtleiter (1) auf den lichtempfangsseitigen Lichtleiter (2) gerichteten Lichtbündels in Abhängigkeit von der Helligkeitsverteilung auf der Objekt bildfläche abfängt.

3. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtauffangende Bauteil (19) zwischen der konkaven Linse (5) und dem Eintrittsende des lichtem pfangsseitigen Lichtleiters (2) angeordnet ist.

4. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtauffangende Bauteil als Lichtfän gerplatte (19), Flüssigkristallplatte oder elektrochromes Glas ausgebildet ist.

5. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein konvexes Linsensystem (6) zwischen dem optischen Verbindungssystem (4, 5) und dem Austrittsende des lichtquellenseitigen Lichtleiters (1) angeordnet ist.