DE7638168U1

DE7638168U1 - Lichtuebertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE7638168U1
Application number: DE19767638168
Authority: DE
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1975-12-05
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1978-08-31
Also published as: DE2655227A1; GB1516788A; JPS6012604B2; JPS5269341A

Description

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FUJI PHOTO OPTICAL CO., LTD. 1-324 Uetake-cho
Omiya-Shi, Japan

"Lichtübertragungsvorrichtung"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtübertragungsvorrichtung mit Lichtleiterbündeln und insbesondere auf eine Lichtübertragungsvorrichtung mit zwei in Reihe geschalteten Lichtleiterbündeln zur Verwendung in einem Endoskop oder dergleichen.

Eine Lichtübertragungsvorrichtung mit einem biegbaren, Licht übertragenden Rohr, das aus einem Bündel aus Glasfasern besteht, wird in einem Endoskop verwendet, das zum Einsetzen in unzugängliche Stellen, wie beispielsweise dem menschlichen Magen und Eingeweiden, und zur visuellen Innenbeobachtung dieser Organe ausgebildet ist. Das das Licht übertragende Rohr besteht aus einem Bündel langer, sehr dünner optischer Fasern (Lichtleiter) mit einem Durchmesser von der Größenordnung von Mikrons.

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-Z-

Die sehr dünnen optischen Pasern sind in einer hexagonalen dichtgepackten Struktur zusammengefaßt, in der sie
in drei verschiedenen Richtungen angeordnet sind, sodaß
sich die Richtungen um 60° im Querschnitt des Bündels \ unterscheiden. Das bedeutet, daß im Querschnitt des optischen Faserbündels die dünnen Lichtleiterfasern regelmäßig
in drei Richtungen angeordnet sind, die um 60° gegeneinander
geneigt sind. Diese regelmäßige Anordnung tritt an beiden
Enden des Lichtleiterbündels auf.

Außerdem ist es bekannt, zwei optische Faserbündel in
Reihe oder hintereinander anzuordnen. In dietsem Fall wird
ein durch ein Bündel übertragenes, an dessen Endfläche
fokussiertes Bild mit Hilfe eines optischen, das Bild ', fokussierenden Systems auf eine Endfläche des anderen \- Bündels projiziert. Diese Kombination von Lichtleitern % ergibt ein Hilfsokular, das neben dem Hauptokular in einem ' Endoskop verwendet wird. Das Hauptokularsysteia ist hinter j

einem ersten, Licht übertragenden optischen Faserbündel \

\ angebracht, sodaß das Bild an der Ausgangsfläche des Bündels | fokussiert erscheint und über einen halbdurchlässxgen, ξ* zwischen dem Bündel und dem Okular angebrachten Spiegel
betrachtet werden kann. Tns Hilfsokularsystem ist an einer
Stelle angebracht, die die Aufnahme des vom halbdurchlässxgen
Spiegel reflektierten Lichts ermöglicht. Das Hilfsokularsystem besteht aus einem zweiten, Licht übertragenden
optischen Faserbündel mit einer Eingangsfläche, auf die das

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auf die Ausgangsfläche des ersten Bündels fokussierte Bild projiziert wird mit Hilfe von Bildfokussierungseinrichtungen; das Hilfssystem umfaßt ferner ein Okular, das hinter dem zweiten optischen Faserbündel angeordnet ist. Die Lichtübertragungsvorrichtung mit hintereinander angeordneten Lichtleitern wie das Endoskop mit dem Hilfsokular hat den Nachteil, daß eine Interferenz der Bilder an der Eingangsseite des zweiten Faserbündeis auftritt. Zur Interferenz kommt es, da das auf die Ausgangsfläche des ersten Lichtleiters projizierte Bild aus einer großen Anzahl von sehr kleinen Bildbestandteilen besteht, die in einer hexagonalen dichtgepackten Struktur angeordnet sind, und da die Eingangsseite des zweiten Lichtleiters ebenfalls aus einer großen Anzahl von dünnen Pasern mit sehr kleinen Querschnitten in einer hexagonalen dichtgepackten Struktur besteht. Die Richtungen der geradlinigen Abschnitte der hexagonalen dichtgepackten Struktur differieren um 60°. In der bekannten Anordnung der optischen Faserbündel sind die Richtungen der drei geradlinigen Abschnitte sehr kleiner Elemente an der Ausgangsseite des ersten Lichtleiters parallel zu denen an der Eingangsseite des zweiten Lichtleiters. Eine Interferenz der Bilder tritt deshalb auf, wenn die Richtungen der Abschnitte an der Ausgangsseite des ersten Lichtleiters etwas von den Richtungen an der Eingangsseite des zweiten Lichtleiters abweichen. Interferenz tritt nicht auf, wenn die Richtungen genau parallel zueinander

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sind. In äer Praxis ist es jedoch sehr schwierig, die Richtungen einer hexagonalen dichtgepackten Struktur von äußerst dünnen Fasern parallel zu denen einer anderen derartigen Struktur auszurichten.

Angesichts der bekannten optischen Faseranordnungen eigenen Nachteile ist es das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Lichtübertragungsvorrichtung mit zwei hintereinander angeordneten optischen Faserbündeln zu schaffen, bei der die Qualität des übertragenen Bildes nicht durch Interferenz am Ende des optischen Faserbündels verringert wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtübertragungsvorrichtung mit zwei hintereinander angeordneten optischen Lichtleitern zu schaffen, mit der ein großes Gesichtsfeld erhalten wird.

Die erfindungsgeroäße Lichtübertragungsvorrichtung mit zwei optischen Faserbündeln ist dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der drei geradlinigen Abschnitte einer hexagonalen dichtgepackten Struktur aus äußerst dünnen optischen Fasern an der Eingangsseite eines zweiten optischen Faserbündels um 90 gegen die an der Ausgangsseite des ersten optischen Faserbündels gedreht sind. Die optischen Faserbündel werden normalerweise an der Ausgangsseite mit einer rechteckigen Abdeckung oder Öffnung zum Durchlassen des übertragenen Lichts und zur Bildbegrenzung versehen. Die Lichtleiter werden normalerweise so hergestellt,.

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daß ihr praktisch quadratischer Querschnitt etwas größer ist als die Blende, in der eine Seite der quadratischen Abdeckung parallel zur einen Richtung der geradlinigen Anordnung der optischen, in dichtgepackter .Struktur zusammengefaßten Pasern verläuft. Die beste Ausnutzung des quadratischen Querschnitts eines Faserbündels wird deshalb erzielt, wenn die eine Seite des Quadrats des einen Faserbündels parallel zu einer Seite des Quadrats des anderen Paserbündels verläuft.

Da bei der vorliegenden Erfindung zwei optische Faserbündel verwendet werden, deren Querschnitte um 90° gegeneinander verdreht sind, findet eine optimale Ausnutzung des Querschnitts statt. Da die Richtungen der geradlinigen Abschnitte der hexagonalen dichtgepackten Struktur des einen Bündels um 90° gegen die des anderen Bündels verdreht sind, wird Interferenz an der Eingangsseite des zweiten Bündels verhindert.

Pigur 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Endoskops mit einem Hilfsokularsystem.

Pigur 2 ist eine endseitige Ansicht einer hexagonalen dichtgepackten Struktur aus optischen Pasern (Lichtleitern).

Figuren 3 und 4 erläutern die Richtungen, in denen optische Fasern bei der Kombination zweier hexagonaler dichtgepackter Strukturen angeordnet sind.

Figur 5 zeigt schematisch die Beziehung zweier quadratischer Masken oder Abdeckungen der gleichen Größe an zwei

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Liohtleiterbündeln. |

Figur 6 zeigt schematisch die Beziehung verschieden §

großer quadratischer Masken zweier optischer Lichtleiter. § Figur 7 dient schließlich zur Erläuterung der Richtungen, ■·

in denen die optischen Fasern zweier erfindungsgemäß zusam- |

& mengeschalteter hexagonaler dichtgepackter Strukturen ange- \.

ordnet sind. ;

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezug- \ nähme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zumbesse- i ren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden die ihr ; zugrundeliegenden Verhältnisse erläutert.

Figur 1 zeigt ein Endoskopmodell, in dem neben dem Haupt- ί okularsystem ein Hilfsokularsystem verwendet wird. Wie aus
Figur 1 ersichtlich, wird das Bild eines Innenorgans 1,
beispielsweise des menschlichen Magens, auf die Eingangsseite 3a des ersten optischen Faserbündels 3 mit einer
bündelnden Linse projiziert. Das auf die Eingangsseite 3a
des ersten Lichtleiters 3 fokussierte Bild wird an die
Ausgangsseite 3b dieses Lichtleiters übertragen. Eine
quadratische Maske 4 ist an der Ausgangsseite 3b des ersten
Lichtleiters 3 angeordnet. Das an der Ausgangsseite 3b
auftretende Bild wird durch das Hauptokularsystem 7 über
eine Linse 5 und einen halbdurchlässigen Spiegel 6 betrachtet.
Der halbdurchlässige Spiegel 6 ist um 45°' gegen die optische
Achse dee durch ihn gehenden Lichtstrahls geneigt.

Ein Hilfsokularsystem ist an einer Stelle angebracht, an

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der es das von Spiegel 6 reflektierte Licht aufnehmen kann. Das Hilfsokularsystem besteht aus einer bündelnden Linse 8 und einem zweiten Lichtleiter 9· Die fokussierende Linse 8 projiziert ein Bild des an der Ausgangsseite 3b des ersten Lichtleiters 3 erscheinenden Bildes auf die Eingangsseite 9a des zweiten Lichtleiters 9. Der zweite Lichtleiter 9 überträgt das auf seine Eingangsseite 9a fokussierte Licht an die Ausgangsseite 9b. Die Ausgangsseite 9b des zweiten Lichtleiters 9 ist mit einer quadratischen Maske 10 versehen. Ein zusätzliches Hilfsokular 11 ist hinter der Ausgangsseite 9b des zweiten Lichtleiters 9 angebracht, um damit das Bild des inneren Organs 1 zu betrachten, das gleichzeitig durch das Hauptokularsystem 7 betrachtet werden kann.

Figur 2 zeigt die hexagonale dichtgepackte Struktur, in der die optischen Fasern in den Bündeln 3 und 9 zusammengefaßt sind. In der hexagonalen dichtgepackten Struktur gibt es drei Richtungen at, t> und £, in der die Fasern 12 geradlinig angeordnet erscheinen. Die Richtung a ist parallel zu einer Ebene, auf der eine erste Lage von Fasern 12 angebracht wird. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich und wie an sich bekannt, sind die Richtungen ^, _b und £ winkelmäßig um 60° voneinander verschieden.

Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß die hexagonale dichtgepackte Struktur an der AuBgangsseite 3b des ersten Lichtleiters 3 drei Richtungen _a, _b und £ aufweist, während die hexagonale dichtgepackte struktur an der Eingangsseite 9a

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des zweiten ."Lichtleiters 9 die drei Richtungen χ, ^ und js hat. Der Winkel, unter dem die drei Richtungen an der Eingangssexte 9a gegen die Richtungen an der Auagangsseite 3b geneigt sind, ist mit θ bezeichnet. Wenn der Winkel θ null Grad beträgt, erscheint keine Interferenz in dem durch das Hilfsokular 1Ί betrachteten Bild. Es ist jedoch praktisch unmöglich, die Lage der Eingangsfläche 9a des zweiten Lichtleiters so einzustellen, daß eine genaue Ausrichtung auf die Lage der Ausgangsseite 3b des ersten Lichtleiters stattfindet, da die Lichtleiter 3 und 9 aus extrem dünnen optischen Pasern mit einem Durchmesser von der Größenordnung von Mikrons bestehen. Selbst wenn die Richtungen der Pasern des einen Lichtleiters parallel zu denen des anderen Lichtleiters gemacht werden, um Interferenzerscheinungen zu verhindern, müssen die dünnen Fasern aufeinander ausgerichtet werden, um Verluste der von einem Lichtleiter zum anderen übertragenen Lichtmenge zu verhindern. Was die Lichtverluste angeht, so ist es nachteilig, die Richtungen des einen Bündels parallel zu denen des anderen auszurichten.

Die Raumfrequenz der Interferenz nimmt ab, wenn der Winkel θ von 0° auf 30° ansteigt. Wenn der Winkel θ 30° überschreitet, sinkt die Raumfrequenz des Interferenzbildes ab, während der Winkel θ auf 60° zunimmt. Die Raumfrequenz des Interferenzbildes variiert mit der 60°-Winkelperiode.

Das Interferenzbild hat damit eine minimale Raumfrequenz,

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d.h. es wird weniger ausgeprägt, wenn die Richtungen a, b und £ derhexagonalen dichtgepackten Struktur eines Lichtleiters um 50° gegen die des anderen Lichtleiters geneigt sind, wie in Figur 4 dargestellt. Die geneigten Richtungen sind mit x*, y.. und z^ bezeichnet.

Wenn jedoch die beiden Lichtleiter so zusammengeschaltet werden, daß die drei Richtungen wie in Figur 4 dargestellt um 30 geneigt sind, so ergibt sich der aus Figur 5 ersichtliche Nachteil, daß nämlich vier Eckabschnitte 15 einer quadratischen Abdeckung 13 von der anderen quadratischen Abdeckung 14 abgeschnitten werden. Um den durch die abgeschnittenen Abschnitte 15 hervorgerufenen Lichtverlust zu vermeiden, muß eine Maske größer als die andere sein, wie in Figur 6 dargestellt. Wie aus Figur 6 ersichtlich, hat eine von der Abdeckung 21 umrahmte Ausgangsseite 20 des einen optischen Lichtleiters eine Seitenlänge t. Die Eingangsseite 30, die am anderen Lichtleiter von Abdeckung 31 umgeben ist, hat eine Seite der Länge m. Damit in diesem Fall keine Lichtverluste auftreten, wenn die Umrahmung 31 um gegen die andere Umrahmung geneigt ist, muß die Länge m der Umrahmung 31 etwa 1,37 Mal größer sein als die Länge t der Umrahmung 21. Um die eine Umrahmung 31 groß zu machen, muß ein Lichtleiterbündel mit großem Querschnitt verwendet werden. Dazu wird es notwendig, die Anzahl der den Lichtleiter aufbauenden optischen Fasern zu erhöhen, was natürlich aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht ist.

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Erf indungs gemäß werden die Richtungen a, b und c_ der hexagonalen diclitgepackten !Struktur des einen optischen Paserbündeis um 90° gegen die Richtungen x₂, ^V2 ^{unä Z}2 der hexagonalen dichtgepackten Struktur des anderen optischen Faserbündeis geneigt. Wenn die Richtungen a und X₂ gegeneinander um 90° geneigt sind, ergibt sich eine Neigung von 30° von Richtung a gegen Richtung y₂ oder Z₂, wie aus der Zeichnung ersichtlich. In diesem Fall ergibt sich minimale Interferenz. Außerdem sind in diesem Pail die beiden quadratischen Masken 13 und 14 richtig aufeinander ausgerichtet, um die Querschnitte der beiden Lichtleiter voll auszunutzen. Es wird damit ein großes Gesichtsfeld erzielt.

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Claims

A N S P R Ü O H E

1. Lichtübertragungsvorrichtung mit einem ersten optischen Faserbündel, das aus extrem dünnen, gestapelten
Lichtleitern in einer hexagonalen dichtgepackten Struktur besteht, und mit einem zweiten optischen Faserbündel, das aus gestapelten Lichtleitern mit dem gleichen Durchmesser wie die Lichtleiter des ersten Faserbündels in hexagonaler dichtgepackter Struktur besteht, wobei ein an der ausgangsseitigen Endfläche des ersten optischen Faserbündels
fokussiertes Bild auf die eingangsseitige Endfläche des
zweiten optischen Faserbündels mit Hilfe einer bündelnden Einrichtung projiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die dre? Richtungen (x₂, y_2> ^₂), in denen die Lichtleiter (12 geradlinig in der hexagonalen dichtgepackten Struktur des zweiten optischen Faserbündels (9) angeordnet sind, unter einem rechten Winkel gegen die drei Richtungen (_a, _b, c) , in denen die Lichtleiter (12) geradlinig in der hexagonalen dichtgepackten Struktur des ersten Faserbündels (3) angeordnet sind, geneigt sind.

2. Lichtübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein halbdurchlässiger Spiegel (6)
zwischen dem ersten optischen Faserbündel (3) und dem
zweiten optischen Faserbündel (9) angebracht ist und einen Teil des Lichts von der ausgangsseitigen Endfläche (3b) des ersten optischen Faserbündels (3) auf die eingangsseitige

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Endfläche (9a) des zweiten optischen Paserbündela (9) reflektiert.

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